JP2004360459A - Valve timing control device for internal combustion engine - Google Patents

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Yuji Yasui
裕司 安井
Akiyuki Yonekawa
明之 米川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a valve timing control device for an internal combustion engine capable of holding both a combustion state and exhaust gas characteristics in excellent states by accurately and finely controlling intake air quantity. <P>SOLUTION: This valve timing control device 1 of the internal combustion engine variably controlling a valve closing timing relative to the valve opening timing of an intake valve 6 through a variable intake air valve driving device 40 comprises an ECU2. The ECU2 determines the base value θmsi_base of a target auxiliary intake air cam phase according to the requested drive torque TRQ_eng of the internal combustion engine 3 (step 74) and calculates a controlled input DUTY_msi into the variable intake air valve drive device 40 so that a cylinder intake air quantity Gcyl can be converged to a target intake air quantity Gcyl_cmd and the auxiliary intake air cam phase θmsi can be arrested by the base value θmsi_base (steps 75 and 78). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁のバルブタイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃機関の吸気弁のバルブタイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置として、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。この内燃機関は、吸気弁を開閉するためのロッカアームと、吸気弁毎に設けられた低負荷用および高負荷用の2つのカムと、ロッカアームを駆動するカムを低負荷用カムまたは高負荷用カムに切り換えるアクチュエータと、を備えている。2つのカムは、互いに隣接した状態でカムシャフト上に配置され、低負荷用カムのカムプロフィールは、高負荷用カムのものと比べて、開弁タイミングが同じで、閉弁タイミングがより遅くなるように形成されている。また、ロッカアームは、軸線方向にスライド可能にロッカシャフト上に設けられており、アクチュエータにより、一端部が低負荷用カムに当接する位置と高負荷用カムに当接する位置との間でスライドするように、駆動される。すなわち、アクチュエータにより、吸気弁を駆動するカムが、低負荷用カムまたは高負荷用カムに切り換えられる。
【0003】
このバルブタイミング制御装置では、アクチュエータを制御することにより、吸気弁を駆動するカムが、内燃機関の負荷が低負荷域にあるときには低負荷用カムに、高負荷域にあるときには高負荷用カムにそれぞれ切り換えられ、それにより、吸気弁の閉弁タイミングが、低負荷域では高負荷域よりも遅くなるように切り換えられる。このような閉弁タイミングの切り換えを行う理由は、以下による。すなわち、シリンダ内に吸入すべき空気量は、低負荷域では高負荷域よりも小さくなり、それをスロットル弁の開度を絞ることで行うと、吸気管内の負圧の低下に起因して、ポンピングロスが生じ、燃費の悪化を招いてしまう。これを回避するために、上記バルブタイミング制御装置では、低負荷域での吸気弁の閉弁タイミングを、高負荷域よりも遅くなるように切り換えることで、吸入空気のシリンダ内からの吹き戻しを発生させ、それにより、スロットル弁の開度を絞ることなく、吸入空気量を低減するようにしている。
【0004】
また、従来、内燃機関の吸気弁のバルブタイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置として、例えば特許文献2に記載されたものが知られている。このバルブタイミング制御装置では、吸気弁を駆動する吸気カムの位相が、クランクシャフトに対して変化するように制御され、それにより、吸気弁は、その開弁時間が一定に保持された状態で、開弁および閉弁タイミングが変更される。
【0005】
【特許文献1】
実公昭56−9045号公報(第1〜2頁、第1〜4図)
【特許文献2】
特開平7−269380号公報(第2〜3頁、図7)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1のバルブタイミング制御装置によれば、吸気弁を駆動するカムを、低負荷用カムまたは高負荷用カムに切り換えるものに過ぎないので、吸気弁の閉弁タイミングを、2つのカムのカムプロフィールで決定される2つのタイミングに切り換えることしかできない。そのため、吸入空気量を精度よくきめ細かく制御できず、吸入空気量の過不足を招くことによって、燃焼状態が不安定になったり、燃費が悪化したり、排気ガス特性が悪化したりするおそれがある。また、吸入空気量を制御するために、上記特許文献2のバルブタイミング制御装置により、吸気弁のバルブタイミングを制御した場合、吸気弁の開弁時間が一定に保持された状態で、開弁および閉弁タイミングが変更されてしまうので、バルブオーバーラップの変化を招くことで、吸入空気量をきめ細かく制御できないと同時に、内部EGR量が変化することで、燃焼状態および排気ガス特性の悪化を招くおそれがある。
【0007】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、吸入空気量を精度よくきめ細かく制御することができ、それにより、燃焼状態および排気ガス特性をいずれも良好な状態に保持できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項1に係る発明は、吸気弁6の開弁タイミングに対する閉弁タイミングを、バルブタイミング可変装置(可変式吸気弁駆動装置40)を介して自在に可変制御する内燃機関3のバルブタイミング制御装置1であって、内燃機関3の負荷(要求駆動トルクTRQ_eng)を検出する負荷検出手段(ECU2、クランク角センサ20、アクセル開度センサ35、ステップ11)と、検出された内燃機関の負荷に応じて、吸気弁6の閉弁タイミング(目標副吸気カム位相の基本値θmsi_base)を決定する閉弁タイミング決定手段(ECU2、第1SPASコントローラ221、ステップ74)と、決定された吸気弁6の閉弁タイミングに応じて、バルブタイミング可変装置(可変式吸気弁駆動装置40)を制御する制御手段(ECU2、ステップ75,78)と、を備えることを特徴とする。
【0009】
この内燃機関のバルブタイミング制御装置によれば、閉弁タイミング決定手段により、吸気弁の閉弁タイミングが、検出された内燃機関の負荷に応じて決定され、制御手段により、バルブタイミング可変装置が、決定された吸気弁の閉弁タイミングに応じて制御され、それにより、吸気弁を介して内燃機関に吸入される吸入空気量が制御される。このように、吸入空気量が内燃機関の負荷に応じて制御されるので、吸入空気量を、従来よりも精度よくきめ細かく制御することができ、吸入空気量の過不足を回避できる。その結果、燃焼状態および排気ガス特性をいずれも良好な状態に保持できる。
【0010】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関3のバルブタイミング制御装置1において、閉弁タイミング決定手段は、内燃機関の負荷が所定の第1負荷域(TRQ_idle≦TRQ_eng<TRQott)にあるときには、吸気弁の閉弁タイミングを、内燃機関3の燃焼サイクル中の膨張比が圧縮比に等しくなる所定タイミングよりも遅いタイミングに決定し(θmsi_base<θmsiott)、内燃機関の負荷が所定の第1負荷域よりも高い所定の第2負荷域(TRQott<TRQ_eng<TRQ4)にあるときには、吸気弁6の閉弁タイミングを、所定タイミングよりも早いタイミングに決定する(θmsiott<θmsi_base)ことを特徴とする。
【0011】
この内燃機関のバルブタイミング制御装置によれば、内燃機関の負荷が所定の第1負荷域にあるときには、吸気弁の閉弁タイミングが、内燃機関の燃焼サイクル中の膨張比が圧縮比に等しくなる所定タイミング(すなわちオットーサイクル運転での閉弁タイミング)よりも遅いタイミングに決定されるので、膨張比が圧縮比よりも高くなる高膨張比サイクル(すなわちミラーサイクル)で内燃機関を運転することができる。それにより、この所定の第1負荷域を、スロットル弁の絞りによるポンピングロスが問題となるような低負荷域に設定することにより、低負荷域において、スロットル弁で吸入空気量を絞る必要がなくなることで、ポンピングロスを回避しながら、吸入空気量を低負荷に応じた適切な値に設定することができ、燃費を向上させることができる。これに加えて、一般に、吸気温度や機関温度が低い場合において、低負荷域で、吸気弁の閉弁タイミングを上記所定タイミングよりも早いタイミングに設定すると、気筒内での混合気の断熱膨張に起因する気筒内温度の低下により、燃料の液化が発生し、燃焼状態が不安定になるおそれがある。これに対して、このバルブタイミング制御装置によれば、上述したように、所定の第1負荷域では、吸気弁の閉弁タイミングが上記所定タイミングよりも遅いタイミングに決定されるので、この第1負荷域を、燃料の液化が発生するような上記低負荷域に設定することにより、早いタイミングの場合よりも良好な燃焼状態を確保することができる。
【0012】
また、一般に、高負荷域において、吸気弁の閉弁タイミングを膨張比が圧縮比に等しくなる所定タイミングに設定した場合、インテークマニホールド内への燃料の吹き戻しが発生し、インテークマニホールド内に滞留する燃料が増大したり、インテークマニホールドの内壁などへの燃料付着が増大したりすることで、空燃比制御およびトルク制御などの制御精度、特に過渡運転状態での制御精度が低下してしまう。より具体的には、混合気の空燃比がリッチ側にずれてしまうことで、トルクの不要な増大および排気ガス中の未燃HCの増大を招くことがある。これに加えて、吹き戻された燃料が、吸気弁などのデバイスに炭化状態で付着することにより、吸気系のデバイスの寿命が短くなるおそれがある。以上のような問題は、高負荷域において、吸気弁の閉弁タイミングを上記所定タイミングよりも遅いタイミングに設定した場合、インテークマニホールド内への燃料の吹き戻し量がより増大することでより顕著になる。例えば、混合気のリッチ化度合いが過剰になったときには、内燃機関の失火を招くこともある。これに対して、このバルブタイミング制御装置によれば、内燃機関の負荷が所定の第1負荷域よりも高い所定の第2負荷域では、吸気弁の閉弁タイミングが、上記所定タイミングよりも早いタイミングに決定されるので、この所定の第2負荷域を、上記のような燃料の吹き戻しが生じる高負荷域に設定した場合、そのような高負荷域で、インテークマニホールド内への燃料の吹き戻しを生じることがない。その結果、高負荷域での空燃比制御およびトルク制御の制御精度を向上させることができ、特に、過渡運転状態における制御精度を顕著に向上させることができる。その結果、排気ガス特性および運転性を向上させることができるとともに、吸気系のデバイスの寿命を延ばすことができる。
【0013】
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の内燃機関3のバルブタイミング制御装置1において、バルブタイミング可変装置は、油圧の供給により駆動される油圧駆動式のバルブタイミング可変装置で構成されており、制御手段は、油圧駆動式のバルブタイミング可変装置に供給される油圧Psdを制御することを特徴とする。
【0014】
この内燃機関のバルブタイミング制御装置によれば、バルブタイミング可変装置が、油圧の供給により駆動される油圧駆動式のもので構成されているので、例えば、吸気弁の弁体をソレノイドの電磁力で駆動するタイプのバルブタイミング可変装置を用いた場合と比べて、より高負荷域でも吸気弁を確実に開閉することができ、消費電力を低減できるとともに、吸気弁の動作音を低減することができる。
【0015】
請求項4に係る発明は、請求項1または2に記載の内燃機関3のバルブタイミング制御装置1において、バルブタイミング可変装置は、吸気弁6のバルブリフト量を変更自在に構成されていることを特徴とする。
【0016】
この内燃機関のバルブタイミング制御装置によれば、バルブタイミング可変装置が、吸気弁のバルブリフト量を変更自在に構成されているので、例えばリフト量をより小さな値側に制御することにより、燃焼室内に流れ込む吸入空気の流速を上昇させ、筒内流動をより大きくすることができる。それにより、燃焼効率を向上させることができる。
【0017】
請求項5に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関3のバルブタイミング制御装置1において、バルブタイミング可変装置は、吸気弁6のバルブリフト量を変更自在に構成され、吸気弁6のバルブリフト量を、内燃機関3の負荷が所定負荷よりも低い所定の第3負荷域(TRQ_eng<TRQott)にあるときには、所定負荷以上のときよりも小さい値に決定するバルブリフト量決定手段(ECU2)をさらに備え、閉弁タイミング決定手段は、内燃機関3の負荷が所定の第3負荷域にあるときには、吸気弁6の閉弁タイミングを、内燃機関3の燃焼サイクル中の膨張比が圧縮比に等しくなる所定タイミングよりも早いタイミングに決定し、制御手段は、決定された吸気弁6の閉弁タイミングおよびバルブリフト量に応じて、バルブタイミング可変装置を制御することを特徴とする。
【0018】
前述したように、、吸気温度や機関温度が低い場合において、低負荷域で、吸気弁の閉弁タイミングを内燃機関の燃焼サイクル中の膨張比が圧縮比に等しくなる所定タイミングよりも早いタイミングに設定すると、気筒内での混合気の断熱膨張に起因する気筒内温度の低下により、燃料の液化が発生し、燃焼状態が不安定になるおそれがある。これに対して、このバルブタイミング制御装置によれば、吸気弁のバルブリフト量が内燃機関の負荷が所定負荷よりも小さい所定の第3負荷域にあるときには、所定負荷以上のときよりも小さい値に決定されるので、所定負荷以上のときと比べて、燃焼室内に流れ込む吸入空気の流速を上昇させ、筒内流動がより大きくなることで、燃焼の急速化を図ることができる。したがって、この所定の第3負荷域を低負荷域に設定することにより、低負荷域でも、燃料の液化を回避でき、それにより、燃焼状態の安定化を図ることができる。
【0019】
請求項6に係る発明は、請求項4または5に記載の内燃機関3のバルブタイミング制御装置1において、バルブタイミング可変装置は、回動支点(ピン51c)に回動自在に支持され、回動により吸気弁6を開閉駆動する吸気ロッカアーム51と、互いに同じ回転数で回転する第1および第2吸気カムシャフト(主・副吸気カムシャフト41,42)と、第1および第2吸気カムシャフト間の相対的な位相(副吸気カム位相θmsi)を変更する吸気カム位相可変機構(副吸気カム位相可変機構70)と、第1吸気カムシャフト(主吸気カムシャフト41)に設けられ、第1吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、吸気ロッカアーム51を回動支点の回りに回動させる第1吸気カム(主吸気カム43)と、第2吸気カムシャフト(副吸気カムシャフト42)に設けられ、第2吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、吸気ロッカアーム51の回動支点を移動させる第2吸気カム(副吸気カム44)と、を備えることを特徴とする。
【0020】
この内燃機関のバルブタイミング制御装置によれば、バルブタイミング可変装置において、第1カムが第1カムシャフトの回転に伴って回転することにより、吸気ロッカアームを回動支点の回りに回動させることで、吸気弁が開閉駆動される。その際、第2カムが第2カムシャフトの回転に伴って回転することにより、吸気ロッカアームの回動支点を移動させるので、吸気弁のバルブリフト量を自在に変化させることが可能になり、さらに、吸気カム位相可変機構により、第1および第2吸気カムシャフト間の相対的な位相が変更されるので、吸気弁の閉弁タイミングおよびバルブリフト量をいずれも自在に変更できる。すなわち、2つのカム、2つのカムシャフトおよびカム位相可変機構を用いることにより、吸気弁の閉弁タイミングおよびバルブリフト量を自在に変更できるバルブタイミング可変装置を実現することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置について説明する。図1および図2は、本実施形態のバルブタイミング制御装置(以下、単に「制御装置」という)1が適用された内燃機関(以下「エンジン」という)3の概略構成を示し、図3は、制御装置1の概略構成を示している。図3に示すように、制御装置1は、ECU2を備えており、このECU2は、エンジン3の運転状態に応じて、後述するように、吸気弁6のバルブタイミング制御などを含む各種の制御処理を実行する。
【0022】
このエンジン3は、図示しない車両に搭載された直列4気筒型ガソリンエンジンであり、第1〜第4の4つの気筒#1〜#4を備えている(図5参照)。また、エンジン3では、気筒毎に、主燃料噴射弁4および点火プラグ5が設けられており(いずれも1つのみ図示)、これらの主燃料噴射弁4および点火プラグ5はいずれも、シリンダヘッド3aに取り付けられている。各主燃料噴射弁4は、ECU2に接続されており、ECU2からの制御入力によって、その燃料噴射量および燃料噴射タイミングが制御され、それにより、燃料を対応する気筒の燃焼室内に直接噴射する。
【0023】
また、各点火プラグ5もECU2に接続されており、ECU2から点火時期に応じたタイミングで高電圧が加えられることで放電し、それにより、燃焼室内の混合気を燃焼させる。
【0024】
さらに、エンジン3は、気筒毎に設けられ、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁6および排気弁7と、吸気弁6を開閉駆動すると同時にそのバルブタイミングおよびバルブリフト量を変更する可変式吸気弁駆動装置40と、排気弁7を開閉駆動すると同時にそのバルブタイミングおよびバルブリフト量を変更する可変式排気弁駆動装置90などを備えている。これらの可変式吸気駆動装置40および可変式排気弁駆動装置90の詳細については、後述する。また、吸気弁6および排気弁7はそれぞれ、バルブスプリング6a,7aにより閉弁方向に付勢されている。
【0025】
一方、エンジン3のクランクシャフト3bには、マグネットロータ20aが取り付けられている。このマグネットロータ20aは、MREピックアップ20bとともに、クランク角センサ20(負荷検出手段)を構成している。クランク角センサ20は、クランクシャフト3bの回転に伴い、いずれもパルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。
【0026】
CRK信号は、所定のクランク角(例えば30deg)毎に1パルスが出力される。ECU2は、このCRK信号に応じ、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。また、TDC信号は、各気筒のピストン3cが吸気行程のTDC位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角(本実施形態の例では180deg)毎に1パルスが出力される。
【0027】
また、エンジン3の吸気管8には、上流側から順に、ターボチャージャ装置10、インタークーラ11、燃料気化冷却装置12およびスロットル弁機構16などが設けられている。
【0028】
ターボチャージャ装置10は、吸気管8の途中のコンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサブレード10aと、排気管9の途中のタービンハウジング内に収容されたタービンブレード10bと、2つのブレード10a,10bを一体に連結する軸10cと、ウエストゲート弁10dなどを備えている。
【0029】
このターボチャージャ装置10では、排気管9内の排気ガスによってタービンブレード10bが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード10aも同時に回転することにより、吸気管8内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。
【0030】
また、上記ウエストゲート弁10dは、排気管9のタービンブレード10bをバイパスするバイパス排気通路9aを開閉するものであり、ECU2に接続された電磁制御弁で構成されている(図3参照)。このウエストゲート弁10dは、ECU2からの制御入力Dut_wgに応じて開度が変化することにより、バイパス排気通路9aを流れる排気ガスの流量、言い換えればタービンブレード10bを駆動する排気ガスの流量を変化させる。これにより、ターボチャージャ装置10による過給圧Pcが制御される。
【0031】
一方、吸気管8のコンプレッサブレード10aよりも上流側に、エアフローセンサ21が設けられている。このエアフローセンサ21は、熱線式エアフローメータで構成されており、後述するスロットル弁17を通過する吸入空気量(以下「TH通過吸入空気量」という)Gthを表す検出信号をECU2に出力する。
【0032】
また、インタークーラ11は、水冷式のものであり、その内部を吸気が通過する際、ターボチャージャ装置10での過給動作(加圧動作)によって温度が上昇した吸気を冷却する。
【0033】
さらに、吸気管8のインタークーラ11と燃料気化冷却装置12との間に、過給圧センサ22が設けられている。この過給圧センサ22は、半導体圧力センサなどで構成され、ターボチャージャ装置10により加圧された吸気管8内の吸気圧、すなわち過給圧Pc(絶対圧)を表す検出信号をECU2に出力する。
【0034】
一方、燃料気化冷却装置12は、燃料を気化し、混合気を生成すると同時に、その際に吸気の温度を低下させるものであり、図4に示すように、吸気管8の途中に設けられたハウジング13と、このハウジング13内に互いに平行にかつ所定間隔を存する状態で収容された多数の親油膜板14(6枚のみ図示)と、副燃料噴射弁15などを備えている。
【0035】
この副燃料噴射弁15は、ECU2に接続されており、ECU2からの制御入力により、その燃料噴射量および燃料噴射タイミングが制御され、それにより、燃料を多数の親油膜板14に向かって噴射する。なお、後述するように、ECU2により、この副燃料噴射弁15および主燃料噴射弁4の双方から噴射すべき総燃料噴射量TOUTが、エンジン3の運転状態に応じて決定されるとともに、この総燃料噴射量TOUTに占める、主燃料噴射弁4からの燃料噴射量の割合(後述する主燃料噴射率Rt_Pre)、および副燃料噴射弁15からの燃料噴射量の割合が、エンジン3の運転状態に応じて決定される。また、親油膜板14の表面には、燃料に対して親和性を有する親油膜が形成されている。
【0036】
以上の構成により、この燃料気化冷却装置12では、副燃料噴射弁15から噴射された燃料は、各親油膜板14の表面でその親油性により薄膜化された後、吸気の熱によって気化する。それにより、混合気が生成されるとともに、その際の気化熱によって吸気が冷却される。この燃料気化冷却装置12による冷却効果により、充填効率を高めることができるとともに、エンジン3のノッキングの発生限界を拡大することができる。例えば、エンジン3の高負荷運転時、ノッキングが発生し始める限界の点火時期を、所定クランク角(例えば2deg)分、進角側に拡大することができ、それにより、燃焼効率を向上させることができる。
【0037】
また、前述したスロットル弁機構16は、スロットル弁17およびこれを開閉駆動するTHアクチュエータ18などを備えている。スロットル弁17は、吸気管8の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりTH通過吸入空気量Gthを変化させる。THアクチュエータ18は、ECU2に接続されたモータにギヤ機構(いずれも図示せず)を組み合わせたものであり、ECU2からの後述する制御入力DUTY_thによって制御されることにより、スロットル弁17の開度を変化させる。
【0038】
また、スロットル弁17には、これを開弁方向および閉弁方向にそれぞれ付勢する2つのばね(いずれも図示せず)が取り付けられており、これら2つのばねの付勢力により、スロットル弁17は、制御入力DUTY_thがTHアクチュエータ18に入力されていないときには、所定の初期開度TH_defに保持される。この初期開度TH_defは、全閉状態に近くかつエンジン3の始動に必要な吸入空気量を確保できる値(例えば7゜)に設定されている。
【0039】
さらに、吸気管8のスロットル弁17の近傍には、例えばポテンショメータなどで構成されたスロットル弁開度センサ23が設けられている。このスロットル弁開度センサ23は、スロットル弁17の実際の開度(以下「スロットル弁開度」という)THを表す検出信号をECU2に出力する。
【0040】
また、吸気管8のスロットル弁17よりも下流側の部分は、サージタンク8aになっており、このサージタンク8aに、吸気管内絶対圧センサ24が設けられている。この吸気管内絶対圧センサ24は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管8内の絶対圧(以下「吸気管内絶対圧」という)PBAを表す検出信号をECU2に出力する。
【0041】
一方、排気管9のタービンブレード10bよりも下流側には、上流側から順に、第1および第2触媒装置19a,19bが設けられており、これらの触媒装置19a,19bにより、排気ガス中のNOx、HCおよびCOなどが浄化される。
【0042】
これらの第1および第2触媒装置19a,19bの間に、酸素濃度センサ(以下「O2センサ」という)26が設けられている。このO2センサ26は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、第1触媒装置19aの下流側の排気ガス中の酸素濃度に基づく検出信号をECU2に出力する。
【0043】
また、排気管9のタービンブレード10bと第1触媒装置19の間に、LAFセンサ25が設けられている。このLAFセンサ25は、O2センサ26と同様のセンサとリニアライザなどの検出回路とを組み合わせることによって構成されており、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出して、その酸素濃度に比例する検出信号をECU2に出力する。ECU2は、これらのLAFセンサ25およびO2センサ26の検出信号に基づき、空燃比制御を実行する。
【0044】
次に、前述した可変式吸気弁駆動装置40(バルブタイミング可変装置)について説明する。図2、図5および図6に示すように、この可変式吸気弁駆動装置40は、吸気弁駆動用の主吸気カムシャフト41および副吸気カムシャフト42(第1および第2吸気カムシャフト)と、気筒毎に設けられ、主・副吸気カムシャフト41,42の回転に伴って吸気弁6を開閉駆動する吸気弁駆動機構50(1つのみ図示)と、主吸気カム位相可変機構60と、副吸気カム位相可変機構70(吸気カム位相可変機構)と、3つの吸気カム間位相可変機構80などを備えている。
【0045】
主吸気カムシャフト41は、シリンダヘッド3aに回転自在に取り付けられ、気筒の配列方向に沿って延びている。主吸気カムシャフト41は、気筒毎に設けられた主吸気カム43(第1吸気カム)と、一端部に設けられたスプロケット47と、第1気筒#1用の主吸気カム43とスプロケット47の間に設けられた主ギヤ45と、を備えている。これらの主吸気カム43、主ギヤ45およびスプロケット47はいずれも、主吸気カムシャフト41に同軸かつ一体に回転するように取り付けられている。スプロケット47は、タイミングチェーン48を介して、クランクシャフト3bに連結されており、それにより、主吸気カムシャフト41は、クランクシャフト3bが2回転する毎に、図6の時計回り(矢印Y1で示す方向)に1回転する。
【0046】
また、主吸気カム位相可変機構60は、主吸気カムシャフト41のスプロケット47側端部に設けられている。この主吸気カム位相可変機構60は、主吸気カムシャフト41のスプロケット47に対する相対的な位相、すなわち主吸気カムシャフト41のクランクシャフト3bに対する相対的な位相(以下「主吸気カム位相」という)θmiを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、その詳細については後述する。
【0047】
さらに、主吸気カムシャフト41のスプロケット47と反対側の端部には、主吸気カム角センサ27が設けられている。この主吸気カム角センサ27は、クランク角センサ20と同様に、マグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、主吸気カムシャフト41の回転に伴い、パルス信号である主吸気カム信号を所定のカム角(例えば1deg)毎にECU2に出力する。ECU2は、この主吸気カム信号およびCRK信号に基づき、上記主吸気カム位相θmiを算出(検出)する。
【0048】
一方、副吸気カムシャフト42も、主吸気カムシャフト41と同様にシリンダヘッド3aに回転自在に支持され、主吸気カムシャフト41に平行に延びている。副吸気カムシャフト42は、気筒毎に設けられた副吸気カム44(第2吸気カム)と、上記主ギヤ45と同歯数でかつ同径の副ギヤ46とを有しており、副ギヤ46は、副吸気カムシャフト42と同軸に一体に回転するようになっている。
【0049】
主ギヤ45および副ギヤ46はいずれも、図示しない押圧スプリングにより常に互いに噛み合うように押圧されているとともに、図示しないバックラッシュ補償機構により、バックラッシュが発生しないように構成されている。両ギヤ45,46の噛み合いにより、副吸気カムシャフト42は、主吸気カムシャフト41の上記時計回りの回転に伴い、同じ回転数で図6の反時計回り(矢印Y2で示す方向)に回転する。
【0050】
また、副吸気カム位相可変機構70は、副吸気カムシャフト42のタイミングチェーン48側端部に設けられており、副吸気カムシャフト42の主吸気カムシャフト41に対する相対的な位相、言い換えれば第1気筒#1用の副吸気カム44の主吸気カム43に対する相対的な位相(以下「副吸気カム位相」という)θmsiを無段階に変更する。この副吸気カム位相可変機構70の詳細については後述する。
【0051】
さらに、副吸気カムシャフト42の副吸気カム位相可変機構70と反対側の端部には、副吸気カム角センサ28が設けられている。この副吸気カム角センサ28も、主吸気カム角センサ27と同様に、マグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、副吸気カムシャフト42の回転に伴い、パルス信号である副吸気カム信号を所定のカム角(例えば1deg)毎にECU2に出力する。ECU2は、この副吸気カム信号、主吸気カム信号およびCRK信号に基づき、上記副吸気カム位相θmsiを算出する。
【0052】
また、4つの副吸気カム44において、第1気筒#1用の副吸気カム44は、副吸気カムシャフト42と同軸に一体に回転するように取り付けられ、それ以外の第2〜第4気筒#2〜#4用の副吸気カム44の各々は、前記吸気カム間位相可変機構80を介して副吸気カムシャフト42に連結されている。これらの吸気カム間位相可変機構80は、第2〜第4気筒#2〜#4用の副吸気カム44の、第1気筒#1用の副吸気カム44に対する相対的な位相(以下「吸気カム間位相」という)θssi#iを、互い独立して無段階に変更するものであり、その詳細については後述する。なお、吸気カム間位相θssi#iにおける記号#iは気筒番号を表すものであり、#i=#2〜#4に設定されている。この点は、以下の説明においても同様である。
【0053】
さらに、ECU2には、3つの#2〜#4副吸気カム角センサ29〜31が電気的に接続されている(図3参照)。これらの#2〜#4副吸気カム角センサ29〜31はそれぞれ、第2〜第4気筒#2〜#4用の副吸気カム44の回転に伴い、パルス信号である#2〜#4副吸気カム信号を所定のカム角(例えば1deg)毎にECU2に出力する。ECU2は、これらの#2〜#4副吸気カム信号、副吸気カム信号、主吸気カム信号およびCRK信号に基づき、上記吸気カム間位相θssi#iを算出する。
【0054】
一方、吸気弁駆動機構50は、主・副吸気カム43,44と、吸気弁6を開閉する吸気ロッカアーム51と、吸気ロッカアーム51を支持するリンク機構52などで構成されている。これらの主・副吸気カム43,44のカムプロフィールについては後述する。
【0055】
リンク機構52は、4節リンクタイプのものであり、吸気弁6とほぼ平行に延びる第1リンク53と、互いに平行に上下に設けられた2つの第2リンク54,54と、バイアススプリング55と、リターンスプリング56などを備えている。この第1リンク53には、その下端部に吸気ロッカアーム51の中央部がピン51cを介して回動自在に取り付けられており、上端部に回転自在のローラ53aが設けられている。
【0056】
吸気ロッカアーム51には、主吸気カム43側の端部に回転自在のローラ51aが設けられ、吸気弁6側の端部にアジャストボルト51bが取り付けられている。このアジャストボルト51bの下縁と吸気弁6の上縁との間のバルブクリアランスは、後述するような所定値に設定されている。また、バイアススプリング55は、その一端部が吸気ロッカアーム51に取り付けられ、他端部が第1リンク53に取り付けられている。このバイアススプリング55の付勢力により、吸気ロッカアーム51は、図6の時計回りに付勢されており、それにより、ローラ51aを介して主吸気カム43に常に当接している。
【0057】
以上の構成により、主吸気カム43が図6の時計回りに回転すると、吸気ロッカアーム51は、ローラ51aが主吸気カム43のカム面上を転動することにより、主吸気カム43のカムプロフィールに応じて、ピン51cを回動支点として時計回り・反時計回りに回動する。この吸気ロッカアーム51の回動により、アジャストボルトボルト51bが上下方向に往復動し、吸気弁6を開閉させる。
【0058】
また、各第2リンク54は、その一端部がピン54aを介してシリンダヘッド3aに回動自在に連結され、他端部が第1リンク53の所定部位にピン54bを介して回動自在に連結されている。さらに、リターンスプリング56では、その一端部が上側の第2リンク54に取り付けられ、他端部がシリンダヘッド3aに取り付けられている。このリターンスプリング56の付勢力により、上側の第2リンク54は、図6の反時計回りに付勢されており、それにより、第1リンク53は、ローラ53aを介して副吸気カム44に常に当接している。
【0059】
以上の構成により、副吸気カム44が図6の反時計回りに回転すると、第1リンク53は、ローラ53aが副吸気カム44のカム面上を転動することにより、副吸気カム44のカムプロフィールに応じ、上下方向に移動する。それにより、吸気ロッカアーム51の回動支点であるピン51cが、最下位置(図6に示す位置)と最上位置(図15に示す位置)との間で上下方向に移動する。これに伴い、吸気ロッカアーム51が上述したように回動する際、アジャストボルトボルト51bの往復動の位置が変化する。
【0060】
また、主吸気カム43のカム山の高さは、副吸気カム44よりも高くなっており、主吸気カム43と副吸気カム44とのカム山の高さの比は、アジャストボルト51bからローラ51aの中心までの距離と、アジャストボルト51bからピン51cの中心までの距離との比に等しい値に設定されている。すなわち、主・副吸気カム43,44により吸気ロッカアーム51が駆動された際、主吸気カム43のカム山によるアジャストボルト51bの上下方向の変動量と、副吸気カム44のカム山によるアジャストボルトボルト51bの上下方向の変動量が互いに同じになるように設定されている。
【0061】
次に、前述した主吸気カム位相可変機構60について説明する。この主吸気カム位相可変機構60は、図7に示すように、ハウジング61、3枚羽根式のベーン62、油圧ポンプ63および電磁弁機構64などを備えている。
【0062】
このハウジング61は、前述したスプロケット47と一体に構成されており、互いに等間隔に形成された3つの隔壁61aを備えている。ベーン62は、主吸気カムシャフト41のスプロケット47側の端部に同軸に取り付けられ、主吸気カムシャフト41から外方に放射状に延びているとともに、ハウジング61内に回転可能に収容されている。また、ハウジング61では、隔壁61aとベーン62との間に、3つの進角室65および3つの遅角室66が形成されている。
【0063】
油圧ポンプ63は、クランクシャフト3bに連結された機械式のものであり、クランクシャフト3bが回転すると、それに伴って、エンジン3のオイルパン3dに蓄えられた潤滑用のオイルを、油路67cを介して吸い込むとともに、これを昇圧した状態で、油路67cを介して電磁弁機構64に供給する。
【0064】
電磁弁機構64は、スプール弁機構64aおよびソレノイド64bを組み合わせたものであり、進角油路67aおよび遅角油路67bを介して、進角室65および遅角室66にそれぞれ接続されているとともに、油圧ポンプ63から供給された油圧を、進角油圧Padおよび遅角油圧Prtとして、進角室65および遅角室66にそれぞれ出力する。電磁弁機構64のソレノイド64bは、ECU2に電気的に接続されており、ECU2からの制御入力DUTY_miが入力された際、スプール弁機構64aのスプール弁体を、制御入力DUTY_miに応じて所定の移動範囲内で移動させることにより、進角油圧Padおよび遅角油圧Prtをいずれも変化させる。
【0065】
以上の主吸気カム位相可変機構60では、油圧ポンプ63の動作中、電磁弁機構64が制御入力DUTY_miに応じて作動することにより、進角油圧Padが進角室65に、遅角油圧Prtが遅角室66にそれぞれ供給され、それにより、ベーン62とハウジング64との間の相対的な位相が進角側または遅角側に変更される。その結果、前述した主吸気カム位相θmiが所定範囲(例えばカム角45deg〜60deg分の範囲)で無段階に進角側または遅角側に変更される。なお、この主吸気カム位相可変機構60には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、油圧ポンプ63からの供給油圧が低いときには、主吸気カム位相可変機構60の動作がロックされる。すなわち、主吸気カム位相可変機構60による主吸気カム位相θmiの変更が禁止され、主吸気カム位相θmiがアイドル運転やエンジン始動に適した値にロックされる。
【0066】
次に、前述した副吸気カム位相可変機構70について説明する。図8に示すように、この副吸気カム位相可変機構70は、ハウジング71、1枚のベーン72、油圧ピストン機構73およびモータ74などを備えている。
【0067】
このハウジング71は、副吸気カムシャフト42の上記ギヤ46と一体に構成されており、その内部に断面扇形のベーン室75が形成されている。ベーン72は、副吸気カムシャフト42のタイミングチェーン48側の端部に同軸に取り付けられ、副吸気カムシャフト42から外方に延びているとともに、ベーン室75に回転可能に収容されている。このベーン72により、ベーン室75は第1および第2ベーン室75a,75bに仕切られている。
【0068】
また、ベーン72に、リターンスプリング72aの一端部が取り付けられており、このリターンスプリング72の他端部は、ハウジング71に取り付けられている。このリターンスプリング72aにより、ベーン72は、図8の反時計回りの方向、すなわち第1ベーン室75aの容積を小さくする方向に付勢されている。
【0069】
一方、油圧ピストン機構73は、シリンダ73aおよびピストン73bを備えている。このシリンダ73aの内部空間は、油路76を介して第1ベーン室75aに連通しており、これらのシリンダ73aの内部空間、油路76内および第1ベーン室75a内には、作動油が充填されている。また、第2ベーン室75bは、大気側に連通している。
【0070】
また、ピストン73bには、ラック77が取り付けられており、これと噛み合うピニオン78がモータ74の回転軸に同軸に取り付けられている。モータ74は、ECU2に電気的に接続されており、ECU2からの制御入力DUTY_msiが入力されると、ピニオン78を回転駆動し、それにより、ラック77を介してピストン73bをシリンダ73a内で摺動させる。それにより、第1ベーン室75a内の油圧Psdが変化し、このように変化する油圧Psdとリターンスプリング72aの付勢力とのバランスにより、ベーン72が時計回りまたは反時計回りに回転する。その結果、副吸気カム位相θmsiが、所定範囲(後述するカム角180deg分の範囲)で進角側または遅角側に無段階に変更される。
【0071】
以上のように、この副吸気カム位相可変機構70では、前述した主吸気カム位相可変機構60の油圧ポンプ63および電磁弁機構64に代えて、油圧ピストン機構73およびモータ74を用いることによって、副吸気カム位相θmsiを変化させている。これは、副吸気カム位相可変機構70が各気筒への吸入空気量の調整に用いられるため、主吸気カム位相可変機構60よりも高い応答性が要求されることによる。したがって、副吸気カム位相可変機構70において、高い応答性が必要でない場合(例えば、後述する吸気弁6のバルブタイミング制御において、遅閉じ制御および早閉じ制御の一方のみを実行すればよい場合)には、油圧ピストン機構73およびモータ74に代えて、主吸気カム位相可変機構60と同様に、油圧ポンプ63および電磁弁機構64を用いてもよい。
【0072】
なお、図9に示すように、副吸気カム位相可変機構70において、ベーン72を同図の時計回りの方向に付勢するリターンスプリング72bを設け、このリターンスプリング72bの付勢力をリターンスプリング72aと同じ値に設定するとともに、同図に示すベーン72の中立位置を、副吸気カム位相θmsiが最も高頻度に制御される値に相当する位置に設定してもよい。このようにすれば、副吸気カム位相可変機構70の動作中、ベーン72が中立位置に保持される時間がより長くなることで、モータ74の動作停止時間をより長く確保でき、それにより消費電力を低減できる。
【0073】
次に、前述した吸気カム間位相可変機構80について説明する。なお、3つの吸気カム間位相可変機構80は、互いに同様に構成されているので、以下、第2気筒#2用の副吸気カム44の吸気カム間位相θssi#2を変更する吸気カム間位相可変機構80を例にとって説明する。この吸気カム間位相可変機構80は、吸入空気量の気筒間の定常的なばらつきを調整するためのものであり、高い応答性が必要とされないものであるので、前述した主吸気カム位相可変機構60と一部を除いて同様に構成されている。すなわち、吸気カム間位相可変機構80は、図10に示すように、ハウジング81、ベーン82、油圧ポンプ83および電磁弁機構84などを備えている。
【0074】
このハウジング81は、第2気筒#2用の副吸気カム44と一体に構成されており、1つの隔壁81aを備えている。ベーン82は、副吸気カムシャフト42の途中に同軸に取り付けられ、ハウジング81内に回転可能に収容されている。また、ハウジング81では、隔壁81aとベーン82との間に、進角室85および遅角室86が形成されている。
【0075】
油圧ポンプ83は、前述した油圧ポンプ63と同様に、クランクシャフト3bに連結された機械式のものであり、クランクシャフト3bが回転すると、それに伴って、エンジン3のオイルパン3dに蓄えられた潤滑用のオイルを、油路87cを介して吸い込むとともに、これを昇圧した状態で、油路87cを介して電磁弁機構84に供給する。
【0076】
電磁弁機構84は、前述した電磁弁機構64と同様に、スプール弁機構84aおよびソレノイド84bを組み合わせたものであり、進角油路87aおよび遅角油路87bを介して、進角室85および遅角室86にそれぞれ接続されているとともに、油圧ポンプ83から供給された油圧を、進角油圧Padおよび遅角油圧Prtとして、進角室85および遅角室86にそれぞれ出力する。電磁弁機構84のソレノイド84bは、ECU2に電気的に接続されており、ECU2からの制御入力DUTY_ssi#2が入力された際、スプール弁機構84aのスプール弁体を、制御入力DUTY_ssi#2に応じて所定の移動範囲内で移動させることにより、進角油圧Padおよび遅角油圧Prtをいずれも変化させる。
【0077】
以上の吸気カム間位相可変機構80では、油圧ポンプ83の動作中、電磁弁機構84が制御入力DUTY_ssi#2に応じて作動することにより、進角油圧Padが進角室85に、遅角油圧Prtが遅角室86にそれぞれ供給され、それにより、ベーン82とハウジング84との間の相対的な位相が進角側または遅角側に変更される。その結果、前述した吸気カム間位相θssi#2が所定範囲(例えばカム角30deg分の範囲)で無段階に進角側または遅角側に変更される。なお、この吸気カム間位相可変機構80には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、油圧ポンプ83からの供給油圧が低いときには、吸気カム間位相可変機構80の動作がロックされる。すなわち、吸気カム間位相可変機構80による吸気カム間位相θssi#2の変更が禁止され、吸気カム間位相θssi#2がその時点の制御目標値(後述する値0)にロックされる。
【0078】
なお、圧縮着火式内燃機関のように、各気筒の内部EGR量や吸入空気量などを高い応答性でかつ高精度に制御する必要がある場合には、吸気カム間位相可変機構80を、副吸気カム位相可変機構70と同様に構成してもよい。
【0079】
次に、以上のように構成された可変式吸気弁駆動装置40の動作について説明する。なお、以下の説明では、主・副吸気カム43,44として、第1気筒#1用のものを例にとって説明する。図11は、主・副吸気カム43,44のカムプロフィールを説明するためのものであり、副吸気カム位相可変機構70により副吸気カム位相θmsi=0degに設定されているときの動作状態、すなわち副吸気カム44と主吸気カム43との間に位相差がないときの動作状態を示している。
【0080】
図中の1点鎖線で示す曲線は、主吸気カム43が回転したときの、これと吸気ロッカアーム51との当接点、すなわちローラ51aの変動量およびその変動タイミングを表しており、図中の破線で示す曲線は、副吸気カム44が回転したときの第1リンク53すなわちピン51cの変動量およびその変動タイミングを表している。この点は、以下の図12〜図16においても同様である。
【0081】
さらに、図11に2点鎖線で示す曲線は、比較のために、オットーサイクルで運転される一般的なエンジン、すなわち膨張比と圧縮比が同じになるように運転されるエンジンの吸気カム(以下「オットー吸気カム」という)によるアジャストボルト51bの変動量および変動タイミングを表すものである。この曲線にバルブクリアランスを加味したものが、オットー吸気カムによる吸気弁のバルブリフト曲線に相当するので、以下の説明では、この曲線を適宜、バルブリフト曲線という。
【0082】
同図に示すように、主吸気カム43は、オットー吸気カムと比べて、リフト開始タイミングすなわち開弁タイミングが同じで、リフト終了タイミングすなわち閉弁タイミングが圧縮行程のより遅いタイミングとなる、いわゆる遅閉じカムとして構成されているとともに、最大バルブリフト量となる状態が所定範囲(例えばカム角150deg分)で継続するカムプロフィールを有している。なお、以下の説明においては、吸気弁6がオットー吸気カムよりも遅いタイミングおよび早いタイミングで閉弁される状態をそれぞれ、吸気弁6の「遅閉じ」または「早閉じ」という。
【0083】
さらに、副吸気カム44は、主吸気カム43と比べて、開弁タイミングがより早くなるとともに、最大バルブリフト量となる状態が上記所定範囲(例えばカム角150deg分)で継続するカムプロフィールを有している。
【0084】
以上のカムプロフィールを有する主・副吸気カム43,44により、吸気弁6を実際に駆動した場合の動作について、図12〜図16を参照しながら説明する。図12は、副吸気カム位相θmsi=0degのときの動作例を示している。なお、同図(b)の実線で示す曲線は、アジャストボルト51bの実際の変動量およびその変動タイミングを示すものであり、前述したように、これにバルブクリアランスを加味したものが、吸気弁6の実際のバルブリフト量およびバルブタイミングを示すバルブリフト曲線に相当する。したがって、以下の説明では、この曲線を、適宜、吸気弁6のバルブリフト曲線といい、アジャストボルト51bの変動量およびその変動タイミングを、吸気弁6のバルブリフト量およびバルブタイミングという。この点は図13(b)〜図16(b)においても同様である。
【0085】
図12(a)に示すように、副吸気カム位相θmsi=0degのときには、主吸気カム43がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム51に当接している期間中、副吸気カム44がそのカム山が高い部位で第1リンク53に当接する状態となる。すなわち、主吸気カム43による開弁動作中、吸気ロッカアーム51の回動支点が最下位置に保持される。その結果、図12(b)に示すように、吸気弁6のバルブリフト量およびバルブタイミングは、オットー吸気カムと比べて、開弁タイミングが同じで閉弁タイミングがより遅くなり、遅閉じカムで吸気弁6を駆動している状態となる。
【0086】
図13〜図15はそれぞれ、副吸気カム位相可変機構70により副吸気カム位相θmsiが90deg、120degおよび180degに設定されている場合の動作例を示している。言い換えば、副吸気カムシャフト42の位相を主吸気カムシャフト41に対してカム角90deg分、120deg分および180deg分、進角側にずらした場合の動作例を示している。また、図16は、副吸気カム位相θmsiを120degから180degに変化させた際の動作例を示している。
【0087】
図13(a)に示すように、θmsi=90deg(後述するθmsiottに等しい値)のときには、主吸気カム43がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム51に当接している期間の後半側で、副吸気カム44は、カム山の高い部位ではなく低い部位で第1リンク53に当接する状態となる。その結果、同図(b)に示すように、吸気弁6の閉弁タイミングが、θmsi=0degのときよりも早くなり、前述したオットー吸気カムと同じバルブタイミングとなる。
【0088】
また、θmsiが90degより大きいとき、例えば図14(a)に示すθmsi=120degのときには、主吸気カム43がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム51に当接している期間中、副吸気カム44がカム山の高い部位で第1リンク53に当接する時間が上記θmsi=90degのときよりも短くなる。その結果、同図(b)に示すように、吸気弁6の閉弁タイミングが、上述したθmsi=90degのときよりもさらに早くなり、オットー吸気カムと比べて、開弁タイミングが同じで閉弁タイミングがより早くなり、早閉じカムで吸気弁6を駆動している状態となる。
【0089】
さらに、図16に示すように、副吸気カム位相θmsiを上記120degから180degに変化させると、主吸気カム43がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム51に当接している期間中、副吸気カム44がカム山の高い部位で第1リンク53に当接する時間が漸減し、その結果、吸気弁6の閉弁タイミングが次第に早くなるとともに、吸気弁6のバルブリフト量もその最大値から漸減する。このように、吸気弁6のバルブリフト量がその最大値よりも小さくなるように、副吸気カム位相可変機構70によって副吸気カム位相θmsiを設定した場合、燃焼室内に流れ込む吸入空気の流速を上昇させることができ、筒内流動をより大きくすることができる。それにより、燃焼効率を向上させることができる。
【0090】
そして、最終的に、θmsi=180degとなったときには、図15(a)に示すように、主吸気カム43がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム51に当接している期間中、副吸気カム44は、カム山の低い部位で第1リンク53に当接する状態となり、その結果、同図(b)に示すように、アジャストボルト51bの変動量は、極めて小さい状態になるとともに、その最大値がバルブクリアランスよりも若干、小さい値になる。その結果、θmsi=180degのときには、アジャストボルト51bにより吸気弁6が駆動されない状態になることで、吸気弁6は閉弁状態に保持される。
【0091】
なお、以上の可変式吸気弁駆動装置40では、副吸気カム位相θmsi=90degのときに、吸気弁6のバルブリフト曲線がオットー吸気カムの場合と同じになるように構成されているが、吸気弁6のバルブリフト曲線がオットー吸気カムと同じになる副吸気カム位相θmsiの値は、主・副吸気カム43,44のカムプロフィールを変更することにより、適宜に変更可能である。
【0092】
次に、可変式排気弁駆動装置90について説明する。この可変式排気弁駆動装置90は、前述した可変式吸気弁駆動装置40と実質的に同様に構成されており、排気弁駆動用の主排気カムシャフト91および副排気カムシャフト92と、気筒毎に設けられ、主・副排気カムシャフト91,92の回転に伴って排気弁7を開閉駆動する排気弁駆動機構100(図2に1つのみ図示)と、主排気カム位相可変機構110と、副排気カム位相可変機構120と、3つの排気カム間位相可変機構130などを備えている。
【0093】
主排気カムシャフト91は、気筒毎に設けられた主排気カム93と、一体に取り付けられた主ギヤ95と、一端部に設けられたスプロケット97とを備えている。このスプロケット97は、主排気カムシャフト41のスプロケット47と同様に、前述したタイミングチェーン48を介して、クランクシャフト3bに連結されている。それにより、主排気カムシャフト91は、クランクシャフト3bが2回転する毎に1回転する。
【0094】
また、主排気カム位相可変機構110は、主排気カムシャフト91のスプロケット97に対する相対的な位相、すなわち主排気カムシャフト91のクランクシャフト3bに対する相対的な位相(以下「主排気カム位相」という)θmeを無段階に進角側または遅角側に変更するものである。この主排気カム位相可変機構110は、具体的には、前述した主吸気カム位相可変機構60と同様に構成されているので、その説明はここでは省略する。
【0095】
さらに、主排気カムシャフト91のスプロケット97と反対側の端部には、主排気カム角センサ32が設けられている。この主排気カム角センサ32は、主吸気カム角センサ27と同様に、マグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、主排気カムシャフト91の回転に伴い、パルス信号である主排気カム信号を所定のカム角(例えば1deg)毎にECU2に出力する。ECU2は、この主排気カム信号およびCRK信号に基づき、上記主排気カム位相θmeを算出する。
【0096】
一方、副排気カムシャフト92は、気筒毎に設けられた副排気カム94と、上記主ギヤ95と同歯数の副ギヤ96とを有している。これらの主・副ギヤ95,96はいずれも、前述した主・副ギヤ45,46と同様に、図示しない押圧スプリングにより常に噛み合うように押圧されているとともに、図示しないバックラッシュ補償機構により、バックラッシュが発生しないように構成されている。両ギヤ95,96の噛み合いにより、副排気カムシャフト92は、主排気カムシャフト91の回転に伴い、同じ回転数で反対回りに回転する。
【0097】
また、副排気カム位相可変機構120は、副排気カムシャフト92のギヤ96に対する相対的な位相、すなわち副排気カムシャフト92の主排気カムシャフト91に対する相対的な(以下「副排気カム位相」という)θmseを無段階に変更するものである。この副排気カム位相可変機構120は、具体的には、前述した副吸気カム位相可変機構70と同様に構成されているので、その説明はここでは省略する。
【0098】
一方、副排気カムシャフト92の副排気カム位相可変機構120と反対側の端部には、副排気カム角センサ33が設けられている。この副排気カム角センサ33は、主排気カム角センサ32と同様に、マグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、副排気カムシャフト92の回転に伴い、パルス信号である副排気カム信号を所定のカム角(例えば1deg)毎にECU2に出力する。ECU2は、この副排気カム信号、主排気カム信号およびCRK信号に基づき、上記副排気カム位相θmseを算出する。
【0099】
さらに、第1気筒#1用の副排気カム94は、副排気カムシャフト92に同軸かつ一体に回転するように取り付けられており、これ以外の第2〜第4気筒#2〜#4用の副排気カム94の各々は、前記排気カム間位相可変機構130を介して副排気カムシャフト92に連結されている。これらの排気カム間位相可変機構130は、第2〜第4気筒#2〜#4用の副排気カム94の、第1気筒#1用の副排気カム94に対する相対的な位相(以下「排気カム間位相」という)θmse#2〜#4を、互い独立して無段階に変更するものであり、具体的には、前述した吸気カム間位相可変機構80と同様に構成されているので、その説明はここでは省略する。
【0100】
一方、排気弁駆動機構100は、吸気弁駆動機構50と同様に構成されており、主・副排気カム93,94と、排気弁7を開閉する排気ロッカアーム101と、排気ロッカアーム101を支持するリンク機構102などで構成されている。主・副排気カム93,94はそれぞれ、主・副吸気カム43,44と同様のカムプロフィールを有している。また、排気ロッカアーム101およびリンク機構102はそれぞれ、前述した吸気ロッカアーム51およびリンク機構52と同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、排気ロッカアーム101の主排気カム93と反対側の端部には、前述したアジャストボルト51bと同様のアジャストボルト101bが取り付けられている。また、排気ロッカアーム101は、第1リンク103により回動自在に支持されている。
【0101】
次に、以上のように構成された可変式排気弁駆動装置90の動作について説明する。なお、以下の説明では、主・副排気カム93,94として、第1気筒#1用のものを例にとって説明する。図17は、主・副排気カム93,94のカムプロフィールを説明するためのものであり、副排気カム位相可変機構120により副排気カム位相θmse=0degに設定されている場合の動作例を示している。
【0102】
図中の1点鎖線で示す曲線は、主排気カム93が回転したときの、これと排気ロッカアーム101との当接点の変動量およびその変動タイミングを表しており、図中の破線で示す曲線は、副排気カム94が回転したときの第1リンク103の変動量およびその変動タイミングを表している。この点は、以下の図18〜図21においても同様である。
【0103】
さらに、同図に2点鎖線で示す曲線は、比較のために、オットーサイクルで運転される一般的なエンジンの排気カム(以下「オットー排気カム」という)によるアジャストボルト101bの変動量およびその変動タイミングを表している。この曲線にバルブクリアランスを加味したものが、オットー排気カムによる排気弁のバルブリフト曲線に相当するので、以下の説明では、この曲線を適宜、バルブリフト曲線という。
【0104】
同図に示すように、主排気カム93は、オットー排気カムと比べて、その閉弁タイミングが同じで、開弁タイミングが膨張行程のより早いタイミングで開弁される、いわゆる早開きカムとして構成されているとともに、最大バルブリフト量となる状態が所定範囲(例えばカム角90deg分)で継続するカムプロフィールを有している。
【0105】
さらに、副排気カム94は、主排気カム93と比べて、開弁時間がより長く、かつ最大バルブリフト量となる状態がより長い所定範囲(例えばカム角150deg分)で継続するカムプロフィールを有している。
【0106】
以上のカムプロフィールを有する主・副排気カム93,94により、排気弁7を実際に駆動した場合の動作について、図18〜図21を参照しながら説明する。図18は、副排気カム位相θmse=0degのときの動作例を示している。なお、同図の実線で示す曲線は、アジャストボルト101bの実際の変動量およびその変動タイミングを示すものであり、前述したように、排気弁7のバルブリフト曲線に実質的に相当するものである。したがって、以下の説明では、この曲線を、適宜、排気弁7のバルブリフト曲線といい、アジャストボルト101bの実際の変動量およびその変動タイミングを、排気弁7のバルブリフト量およびバルブタイミングという。この点は図19〜図21においても同様である。
【0107】
前述したように、副排気カム位相θmse=0degの場合、主吸気カム位相θmsi=180degの場合に相当するので、主排気カム93がそのカム山の高い部位で排気ロッカアーム101に当接している期間中、副排気カム94がそのカム山の低い部位で第1リンク103に当接する状態となる。その結果、図18に示すように、アジャストボルト101bの変動量が極めて小さい状態になり、その最大値がバルブクリアランスよりも若干、小さい値になる。したがって、θmse=0degのときには、アジャストボルト101bにより排気弁7が駆動されない状態になることで、排気弁7は閉弁状態に保持される。
【0108】
図19〜図21はそれぞれ、副排気カム位相可変機構120により副排気カム位相θmseが45deg、90degおよび150degに設定されている場合の動作例を示している。言い換えば、副排気カムシャフト92の位相を主排気カムシャフト91に対してカム角45deg分、90deg分および150deg分、進角側にずらした場合の動作例を示している。
【0109】
前述した排気弁駆動機構100の構成により、θmseが大きくなるほど、すなわち副排気カムシャフト92の位相を主排気カムシャフト91に対して進角させるほど、主排気カム93がそのカム山の高い部位で排気ロッカアーム101に当接している期間中、副排気カム94がそのカム山の高い部位で第1リンク103に当接する時間が長くなる。その結果、図19〜図21に示すように、θmseが大きくなるほど、排気弁7の開弁タイミングが早くなる。
【0110】
具体的には、図19に示すθmse=45degの場合には、オットー排気カムと比べて、その閉弁タイミングが同じで開弁タイミングがより遅くなり、遅開きカムで排気弁7を駆動する状態となる。また、図20に示すθmse=90degの場合には、排気弁7のバルブタイミングは、オットー排気カムによるバルブタイミングと同じになる。さらに、θmseが90degよりも大きい場合、例えば図21に示すθmse=150degの場合には、オットー排気カムと比べて、その閉弁タイミングが同じで開弁タイミングがより早くなり、早開きカムで排気弁7を駆動する状態となる。なお、図示しないけれども、θmse=0〜60degの範囲では、θmseの増大に伴い、排気弁7のバルブリフト量も増大するように構成されている。
【0111】
一方、図3に示すように、ECU2には、吸気管内温度センサ34、アクセル開度センサ35(負荷検出手段)およびイグニッション・スイッチ(以下「IG・SW」という)36が接続されている。この吸気管内温度センサ34は、吸気管8内の空気温度TBを表す検出信号をECU2に出力し、アクセル開度センサ35は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号をECU2に出力する。さらに、IG・SW36は、イグニッションキー(図示せず)操作によりON/OFFされるとともに、そのON/OFF状態を表す信号をECU2に出力する。
【0112】
次に、ECU2について説明する。このECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ20〜35の検出信号およびIG・SW36の出力信号に応じて、エンジン3の運転状態を判別するとともに、ROMに予め記憶された制御プログラムやRAMに記憶されたデータなどに従って、後述する各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ECU2により、負荷検出手段、閉弁タイミング決定手段および制御手段が構成されている。
【0113】
図22に示すように、制御装置1は、DUTY_th算出部200、Gcyl算出部210、副吸気カム位相コントローラ220および吸気カム間位相コントローラ230を備えており、これらはいずれも、具体的にはECU2により構成されている。このDUTY_th算出部200では、後述するように、スロットル弁開度THの目標値である目標開度TH_cmdが、目標吸入空気量Gcyl_cmdに応じて算出され、さらに、この目標開度TH_cmdに応じて、スロットル弁機構16への制御入力DUTY_thが算出される。
【0114】
Gcyl算出部210では、図24に示す式(1)により、気筒内に吸入されたと推定される気筒吸入空気量Gcylが算出される。この式(1)において、VBは吸気管内体積を、Rは所定の気体定数をそれぞれ表している。また、記号nは離散化した時間を表し、記号(n),(n−1)などが付いた各離散データ(時系列データ)は、所定周期(例えばTDC信号の入力同期や一定値など)でサンプリングされたデータであることを示している。なお、記号(n)付きのデータは今回値であることを、記号(n−1)付きのデータは前回値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の本明細書中の他の離散データにおいても同様である。さらに、本明細書中の説明では、離散データであることを表す記号(n),(n−1)などを適宜、省略する。
【0115】
また、副吸気カム位相コントローラ220は、上記Gcyl算出部210で算出された気筒吸入空気量Gcylなどに応じて、副吸気カム位相可変機構70への制御入力DUTY_msiを算出するものであり、その詳細については後述する。
【0116】
さらに、吸気カム間位相コントローラ230は、気筒間の吸入空気量のばらつきを補正するためのものであり、その詳細な説明はここでは省略するが、適応オブザーバ231などにより、3つの目標吸気カム間位相θssi#i_cmd(#i=#2〜#4)を算出するとともに、これらに応じて、制御入力DUTY_ssi#2〜#4をそれぞれ算出する。そして、これらの制御入力DUTY_ssi#2〜4を3つの吸気カム間位相可変機構80にそれぞれ出力することによって、第1気筒#1に対する第2〜第4気筒#2〜#4の吸気カム間位相θssi#2〜#4を制御する。
【0117】
次に、副吸気カム位相コントローラ220について説明すると、この副吸気カム位相コントローラ220は、図23に示すように、目標副吸気カム位相θmsi_cmdを算出する第1SPASコントローラ221(閉弁タイミング決定手段)と、制御入力DUTY_msiを算出する第2SPASコントローラ225とを備えている。
【0118】
この第1SPASコントローラ221は、以下に述べる適応予測型応答指定制御(Self−tuning Prediction Pole Assignment Control)アルゴリズムにより、気筒吸入空気量Gcyl、目標吸入空気量Gcyl_cmdおよび要求駆動トルクTRQ_engに応じて、気筒吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに収束し、かつ副吸気カム位相θmsiが後述する基本値θmsi_baseに拘束されるように、目標副吸気カム位相θmsi_cmdを算出するものであり、状態予測器222、オンボード同定器223およびスライディングモードコントローラ224で構成されている。
【0119】
まず、状態予測器222について説明する。この状態予測器222は、以下に述べる予測アルゴリズムにより、気筒吸入空気量Gcylの予測値である予測吸入空気量Pre_Gcylを予測(算出)するものである。
【0120】
まず、気筒吸入空気量Gcylおよび副吸気カム位相θmsiをそれぞれ入力および出力とする制御対象を、離散時間系モデルであるARXモデル(auto−regressive model with exogeneous input:外部入力を持つ自己回帰モデル)としてモデル化すると、図24に示す式(2)が得られる。同式(2)において、dは制御対象の特性によって決まるむだ時間を表している。また、a1,a2,b1はモデルパラメータを表しており、オンボード同定器223により、後述するように逐次同定される。
【0121】
次に、同式(2)を離散時間[d−1]分、未来側にシフトさせると、図24の式(3)が得られる。さらに、マトリクスA、Bを、モデルパラメータa1,a2,b1を用いて図24に示す式(4),(5)のように定義するとともに、同式(3)における左辺の未来値[Gcyl(n+d−2),Gcyl(n+d−3)]を消去するために、上式(3)の漸化式を繰り返し用いることによって式(3)を変形すると、図24に示す式(6)が得られる。
【0122】
この式(6)を用いることで、予測吸入空気量Pre_Gcylを算出することは可能であるけれども、モデル次数の不足や制御対象の非線形特性などに起因して、予測吸入空気量Pre_Gcylに定常偏差およびモデル化誤差が生じる可能性がある。
【0123】
これを回避するために、本実施形態の状態予測器222では、式(6)に代えて、図24に示す式(7)により、予測吸入空気量Pre_Gcylを算出する。この式(7)は、式(6)の右辺に、定常偏差およびモデル化誤差を補償するための補償パラメータγ1を加入したものである。
【0124】
次に、オンボード同定器223について説明する。このオンボード同定器223は、以下に述べる逐次型同定アルゴリズムにより、前述した予測吸入空気量Pre_Gcylと気筒吸入空気量Gcylとの偏差である同定誤差ideが最小となるように(すなわち、予測吸入空気量Pre_Gcylが気筒吸入空気量Gcylに一致するように)、前述した式(7)におけるモデルパラメータの行列成分α1,α2,βjおよび補償パラメータγ1のベクトルθsを同定するものである。
【0125】
具体的には、図25に示す式(8)〜(13)により、ベクトルθs(n)を算出する。このベクトルθs(n)は、その転置行列が同図の式(12)のように定義される。また、式(8)において、KPs(n)はゲイン係数のベクトルを表しており、このゲイン係数KPs(n)は、式(9)により算出される。この式(9)のPs(n)は、式(10)で定義されるd+2次の正方行列であり、ζs(n)は、その転置行列が式(13)のように定義されるベクトルである。さらに、式(8)の同定誤差ide(n)は、式(11)により算出される。
【0126】
以上のような同定アルゴリズムでは、式(10)の重みパラメータλ1、λ2の設定により、以下の4つの同定アルゴリズムのうちの1つが選択される。
すなわち、
λ1=1,λ2=0 ;固定ゲインアルゴリズム
λ1=1,λ2=1 ;最小2乗法アルゴリズム
λ1=1,λ2=λ ;漸減ゲインアルゴリズム
λ1=λ,λ2=1 ;重み付き最小2乗法アルゴリズム
ただし、λは、0<λ<1に設定される所定値。
なお、本実施形態では、同定精度およびベクトルθsの最適値への収束速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小2乗法アルゴリズムが採用されている。
【0127】
次に、スライディングモードコントローラ(以下「SLDコントローラ」という)224について説明する。このSLDコントローラ224は、スライディングモード制御アルゴリズムに基づいて、気筒吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに収束し、かつ副吸気カム位相θmsiが基本値θmsi_baseに拘束されるように、目標副吸気カム位相θmsi_cmdを算出するものであり、以下、このスライディングモード制御アルゴリズムについて説明する。
【0128】
まず、このスライディングモード制御アルゴリズムでは、制御対象モデルとして、図26に示す式(14)を用いる。この式(14)は、前述した図24の式(6)を離散時間「1」分、未来側にシフトさせたものである。
【0129】
この式(14)に示す制御対象モデルを用いた場合、切換関数σsは以下のように設定される。すなわち、図26の式(15)に示すように、追従誤差Esを気筒吸入空気量Gcylと目標吸入空気量Gcyl_cmdの偏差として定義すると、切換関数σsは、図26の式(16)に示すように、追従誤差Esの時系列データ(離散データ)の線形関数として設定される。なお、式(16)に示すSsは、切換関数設定パラメータを表している。
【0130】
スライディングモード制御アルゴリズムでは、本実施形態のように切換関数σsが2つの状態変数[Es(n),Es(n−1)]で構成されている場合、図28に示すように、2つの状態変数で構成される位相空間は、これらをそれぞれ縦軸および横軸とする2次元の位相平面となり、この位相平面上において、σs=0を満たす2つの状態変数の値の組み合わせは、数式[Es(n)=−Ss・Es(n−1)]で表される切換直線と呼ばれる直線上に載ることになる。
【0131】
この数式[Es(n)=−Ss・Es(n−1)]は、入力のない一次遅れ系を表しているので、切換関数設定パラメータSsを、例えば−1<Ss<1に設定するとともに、この一次遅れ系を安定化させると、2つの状態変数[Es(n),Es(n−1)]の組み合わせは、時間の経過とともに、値0となる平衡点に収束することになる。すなわち、このように追従誤差Esを値0に収束させることで、気筒吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに収束させることができる。なお、2つの状態変数[Es(n),Es(n−1)]が切換直線に漸近するまでの間を到達モードといい、これらが平衡点にスライディングする挙動をスライディングモードという。
【0132】
この場合、切換関数設定パラメータSsを正の値に設定すると、数式[Es(n)=−Ss・Es(n−1)]で表される一次遅れ系は振動安定系となるため、状態変数[Es(n),Es(n−1)]の収束挙動として好ましくない。したがって、本実施形態では、切換関数設定パラメータSsを図26の式(17)に示すように設定する。このように切換関数設定パラメータSsを設定した場合、図29に示すように、切換関数設定パラメータSsの絶対値が小さいほど、追従誤差Esの値0への収束速度、すなわち気筒吸入空気量Gcylの目標吸入空気量Gcyl_cmdへの収束速度が速くなる。以上のように、スライディングモード制御では、切換関数設定パラメータSsにより、気筒吸入空気量Gcylの目標吸入空気量Gcyl_cmdへの収束挙動および収束速度を、任意に指定することができる。
【0133】
また、これらの状態変数[Es(n),Es(n−1)]の組み合わせを切換直線上に載せるための制御入力Uspas(n)[=θmsi_cmd(n)]は、図26の式(18)に示すように、等価制御入力Ueq(n)、到達則入力Urch(n)およびバルブ制御入力Uvt(n)の総和として定義される。
【0134】
この等価制御入力Ueq(n)は、[Es(n),Es(n−1)]の組み合わせを切換直線上に拘束しておくためのものであり、具体的には、図26に示す式(19)のように定義される。この式(19)は、以下のように導出される。すなわち、図27に示す式(22)を、前述した式(16)に基づいて変形すると、図27に示す式(23)が得られ、次に、この式(23)を漸化式を繰り返し用いることにより変形すると、図27に示す式(24)が得られる。さらに、この式(24)において、副吸気カム位相θmsiの項をまとめて変形すると、図27に示す式(25)が得られる。次いで、この式(25)において、左辺の副吸気カム位相θmsi(n)を等価制御入力Ueq(n)に置き換えると同時に、前述したPre_Gcyl(n)≒Gcyl(n+d−1)の関係に基づき、右辺の気筒吸入空気量の未来値Gcyl(n+d−1)などを、予測値Pre_Gcylに置き換えることにより、上記式(19)が導出される。
【0135】
また、到達則入力Urch(n)は、外乱やモデル化誤差などにより、[Es(n),Es(n−1)]の組み合わせが切換直線上から外れた際に、これらを切換直線上に収束させるためのものであり、具体的には、図26に示す式(20)のように定義される。
【0136】
さらに、バルブ制御入力Uvt(n)は、副吸気カム位相θmsiをその基本値θmsi_baseに拘束するためのフィードフォワード入力であり、具体的には、図26の式(21)に示すように、基本値θmsi_baseに等しい値として定義される。なお、この基本値θmsi_baseは、後述するように、要求駆動トルクTRQ_eng(負荷を表すパラメータ)に応じて算出される。
【0137】
以上のように、この第1SPASコントローラ221では、状態予測器222において、補償パラメータγ1を加えた状態予測アルゴリズムにより、予測吸入空気量Pre_Gcylが算出されるとともに、この補償パラメータγ1がオンボード同定器223により逐次同定されるので、前述した定常偏差およびモデル化誤差を補償しながら、予測吸入空気量Pre_Gcylを精度よく算出することができる。
【0138】
また、SLDコントローラ224においては、到達則入力Urchおよび等価制御入力Ueqにより、追従誤差Esを値0に収束させることができる。すなわち、気筒吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに収束させることができると同時に、その収束挙動および収束速度を、切換関数設定パラメータSsの設定により任意に指定することができる。したがって、気筒吸入空気量Gcylの目標吸入空気量Gcyl_cmdへの収束速度を、制御対象(副吸気カム位相可変機構70などを含む吸気系)の特性に応じた適切な値に設定することができ、それにより、制御性を向上させることができる。
【0139】
これに加えて、バルブ制御入力Uvtにより、副吸気カム位相θmsiをその基本値θmsi_baseに拘束することができると同時に、等価制御入力Ueqに補償パラメータγ1が含まれていることにより、このバルブ制御入力Uvtの影響を補償しながら、気筒吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに適切に収束させることができる。
【0140】
次に、前述した第2SPASコントローラ225について説明する。この第2SPASコントローラ225は、一部を除いて前述した第1SPASコントローラ221と同様の制御アルゴリズムにより、副吸気カム位相θmsiおよび目標副吸気カム位相θmsi_cmdに応じて、制御入力DUTY_msiを算出するものであり、図30に示すように、状態予測器226、オンボード同定器227およびスライディングモードコントローラ228で構成されている。
【0141】
この状態予測器226は、前述した状態予測器222と同様の予測アルゴリズムにより、副吸気カム位相θmsiの予測値である予測副吸気カム位相Pre_θmsiを予測(算出)するものである。
【0142】
具体的には、制御対象モデルとして、図31に示す式(26)を用いる。同式(26)において、dxは制御対象の特性によって決まるむだ時間を表しており、a1’,a2’,b1’はモデルパラメータを表している。また、記号mは離散化した時間を表し、記号(m)などの付いた各離散データは、前述した記号(n)付きの離散データよりも短い所定周期でサンプリングされたデータであることを示している。この点は、以下の本明細書中の他の離散データにおいても同様であり、また、本明細書中の説明では、離散データであることを表す記号(m)などを適宜、省略する。なお、上記のように、式(26)における各離散データのサンプリング周期が、前述した式(2)における各離散データよりも短い周期に設定されている理由は、第2SPASコントローラ225による、副吸気カム位相θmsiの目標副吸気カム位相θmsi_cmdへの収束速度が、第1SPASコントローラ221による、気筒吸入空気量Gcylの目標吸入空気量Gcyl_cmdへの収束速度よりも遅いと、制御性の低下を招くので、これを回避し、良好な制御性を確保するためである。
【0143】
マトリクスA’、B’を、モデルパラメータa1’,a2’,b1’を用いて図31に示す式(27),(28)のように定義するとともに、式(26)を前述した状態予測器222の場合と同様に変形することにより、図31に示す式(29)が導出される。この式(29)において、γ’は、前述した補償パラメータγと同様の、定常偏差およびモデル化誤差を補償するための補償パラメータである。
【0144】
また、オンボード同定器227も、前述したオンボード同定器223と同様の逐次型同定アルゴリズムにより、予測副吸気カム位相Pre_θmsiと副吸気カム位相θmsiとの偏差である同定誤差ide’が最小となるように(すなわち、予測副吸気カム位相Pre_θmsiが副吸気カム位相θmsiに一致するように)、上記式(29)におけるモデルパラメータの行列成分α1’,α2’,βj’および補償パラメータγ1’のベクトルθs’を同定するものである。
【0145】
具体的には、図32に示す式(30)〜(35)により、ベクトルθs’(m)を算出する。これらの式(30)〜(35)は、前述した式(8)〜(13)と同様に構成されているので、その説明は省略する。
【0146】
次に、スライディングモードコントローラ(以下「SLDコントローラ」という)228について説明する。このSLDコントローラ228は、スライディングモード制御アルゴリズムに基づいて、副吸気カム位相θmsiが目標副吸気カム位相θmsi_cmdに収束するように、制御入力DUTY_msiを算出するものである。
【0147】
具体的には、図33の式(36)〜(41)に示すアルゴリズムにより、制御入力DUTY_msiが算出される。すなわち、同図の式(36)に示すように、追従誤差Es’を、副吸気カム位相θmsiと目標副吸気カム位相θmsi_cmdとの偏差として定義すると、切換関数σs’および切換関数設定パラメータSs’はそれぞれ、同図の式(37)(38)に示すように定義される。また、制御入力DUTY_msiは、同図の式(39)に示すように、等価制御入力Ueq’および到達則入力Urch’の総和として定義され、等価制御入力Ueq’および到達則入力Urch’はそれぞれ、同図の式(40),(41)に示すように定義される。式(39)に示すように、このSLDコントローラ228では、副吸気カム位相θmsiを目標副吸気カム位相θmsi_cmdに収束するように制御すればよいので、前述したバルブ制御入力Uvtが、制御入力DUTY_msiの入力成分から省略されている。
【0148】
以上のように、この第2SPASコントローラ225でも、状態予測器226において、補償パラメータγ1’を加えた状態予測アルゴリズムにより予測副吸気カム位相Pre_θmsiが算出されるとともに、この補償パラメータγ1’がオンボード同定器227により逐次同定されるので、定常偏差およびモデル化誤差を補償しながら、予測副吸気カム位相Pre_θmsiを精度よく算出することができる。
【0149】
また、SLDコントローラ227においては、到達則入力Urch’および等価制御入力Ueq’により、副吸気カム位相θmsiを目標副吸気カム位相θmsi_cmdに収束させることができると同時に、その収束挙動および収束速度を、切換関数設定パラメータSs’の設定により任意に指定することができる。したがって、副吸気カム位相θmsiの目標副吸気カム位相θmsi_cmdへの収束速度を、制御対象(副吸気カム位相可変機構70などを含む系)の特性に応じた適切な値に設定することができ、それにより、制御性を向上させることができる。
【0150】
なお、以上の2つの切換関数設定パラメータSs,Ss’において、これらを−1<Ss<Ss’<0の関係が成立する値に設定すると、第2SPASコントローラ225による制御の速応性を、第1SPASコントローラ221による制御よりも高めることができ、副吸気カム位相コントローラ220の制御性を向上させることができる。
【0151】
以下、図34を参照しながら、ECU2により実行される、吸気弁6のバルブタイミング制御を含むエンジン制御処理について説明する。同図は、エンジン制御処理の主要な制御内容を示しており、このプログラムでは、まず、ステップ1(図では「S1」と略す。以下同じ)において、燃料制御処理を実行する。この燃料制御処理は、エンジン3の運転状態に応じて、要求駆動トルクTRQ_eng、主燃料噴射率Rt_Pre、気筒吸入空気量Gcyl、目標吸入空気量Gcyl_cmdおよび燃料噴射量TOUT_main,TOUT_subなどを算出するものであり、その具体的な内容は後述する。
【0152】
次いで、ステップ2で、過給圧制御処理を実行する。この過給圧制御処理は、エンジン3の運転状態に応じて、ウエストゲート弁10dへの制御入力Dut_wgを算出するものであり、その具体的な内容は後述する。
【0153】
次に、ステップ3で、吸気弁制御処理を実行する。この吸気弁制御処理は、エンジン3の運転状態に応じて、前述した各種の制御入力DUTY_mi、DUTY_msiおよびDUTY_ssi#2〜#4を算出するものであり、その具体的な内容は後述する。
【0154】
次いで、ステップ4で、排気弁制御処理を実行する。この排気弁制御処理は、その詳細な説明は省略するが、エンジン3の運転状態に応じて、前述した主排気カム位相可変機構110、副排気カム位相可変機構120および排気カム間位相可変機構130への制御入力DUTY_me、DUTY_mseおよびDUTY_sse#2〜#4をそれぞれ算出するものである。
【0155】
次に、ステップ5で、スロットル弁制御処理を実行する。このスロットル弁制御処理は、エンジン3の運転状態に応じて、前述した制御入力DUTY_thを算出するものであり、その具体的な内容は後述する。
【0156】
次いで、ステップ6で、点火時期制御処理を実行した後、本プログラムを終了する。この点火時期制御処理は、その詳細な説明は省略するが、エンジン3の運転状態に応じて、点火プラグ5による混合気の点火時期を算出するものである。
【0157】
次に、図35を参照しながら、上記ステップ1の燃料制御処理について説明する。同図に示すように、このプログラムでは、まず、ステップ10において、吸排気弁故障フラグF_VLVNGまたはスロットル弁故障フラグF_THNGが「1」であるか否かを判別する。この吸排気弁故障フラグF_VLVNGは、可変式吸気弁駆動装置40または可変式排気弁駆動装置90が故障しているときには「1」に、双方が正常であるときには「0」にそれぞれ設定されるものである。また、スロットル弁故障フラグF_THNGは、スロットル弁機構16が故障しているときには「1」に、正常であるときには「0」にそれぞれ設定されるものである。
【0158】
ステップ10の判別結果がNOで、可変式吸気弁駆動装置40、可変式排気弁駆動装置90およびスロットル弁機構16がいずれも正常であるときには、ステップ11に進み、要求駆動トルクTRQ_engを、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図36に示すマップを検索することにより算出する。
【0159】
図中のアクセル開度APの所定値AP1〜3は、AP1>AP2>AP3の関係が成立するように設定されているとともに、所定値AP1は、アクセル開度APの最大値すなわち最大踏み込み量に設定されている。同図に示すように、このマップでは、要求駆動トルクTRQ_engは、NE≦NER2(所定値)の範囲では、エンジン回転数NEが高いほど、またアクセル開度APが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン3の負荷が大きいほど、要求されるエンジントルクが大きくなることによる。なお、AP=AP1の場合、NER1(所定値)<NE≦NER2の範囲では、要求駆動トルクTRQ_engは、その最大値に設定される。さらに、NER2<NEの範囲では、要求駆動トルクTRQ_engは、アクセル開度APが大きいほど、より大きな値に設定されていると同時に、エンジン回転数NEが高いほど、より小さな値に設定されている。これは、エンジン回転数NEに対するエンジントルクの出力特性に起因する。
【0160】
ステップ11に続くステップ12では、ステップ11で算出した要求駆動トルクTRQ_engが、所定の成層燃焼運転しきい値TRQ_discよりも小さいか否かを判別する。なお、成層燃焼運転とは、主燃料噴射弁4による気筒内への燃料噴射を圧縮行程中に行うことにより混合気を成層燃焼させる運転を表している。
【0161】
このステップ12の判別結果がYESで、エンジン3を成層燃焼運転すべきときには、ステップ13に進み、成層燃焼運転用の目標空燃比KCMD_discを、要求駆動トルクTRQ_engに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。なお、このテーブルでは、成層燃焼運転用の目標空燃比KCMD_discは、所定の極リーン域の値(例えばA/F=30〜40)に設定されている。
【0162】
次に、ステップ14に進み、目標空燃比KCMDを成層燃焼運転用の目標空燃比KCMD_discに設定した後、ステップ15で、主燃料噴射率Rt_Preを所定の最大値Rtmax(100%)に設定する。これにより、後述するように、副燃料噴射弁15による燃料噴射が停止される。ステップ16に進み、気筒吸入空気量Gcylおよび目標吸入空気量Gcyl_cmdを算出する。
【0163】
これらの気筒吸入空気量Gcylおよび目標吸入空気量Gcyl_cmdは、具体的には、図37に示すプログラムにより算出される。すなわち、まず、同図のステップ30で、前述した式(1)により、気筒吸入空気量Gcylを算出する。
【0164】
次いで、ステップ31で、目標吸入空気量の基本値Gcyl_cmd_baseを、エンジン回転数NEおよび要求駆動トルクTRQ_engに応じて、図38に示すマップを検索することにより算出する。なお、このマップにおける要求駆動トルクの所定値TRQ_eng1〜3は、TRQ_eng1>TRQ_eng2>TRQ_eng3の関係が成立するように設定されている。同図に示すように、目標吸入空気量の基本値Gcyl_cmd_baseは、エンジン回転数NEが高いほど、または要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン3の負荷が大きいほど、より大きなエンジン出力が要求されることで、より多くの吸入空気量が要求されることによる。
【0165】
次に、ステップ32で、空燃比補正係数Kgcyl_afを、目標空燃比KCMDに応じて、図39に示すテーブルを検索することにより算出する。このテーブルでは、空燃比補正係数Kgcyl_afは、目標空燃比KCMDがリッチ側であるほど、より大きい値に設定されている。これは、混合気の空燃比がよりリッチ側に制御されるほど、必要な吸入空気量がより小さくなることによる。なお、同図の値KCMDSTは、理論空燃比に相当する値である。
【0166】
次いで、ステップ33に進み、目標吸入空気量の基本値および空燃比補正係数の積(Kgcyl_af・Gcyl_cmd_base)を、目標吸入空気量Gcyl_cmdとして設定した後、本プログラムを終了する。
【0167】
図35に戻り、以上のようにステップ16を実行した後、ステップ17に進み、燃料噴射制御処理を実行する。この燃料噴射制御処理では、具体的には、以下のように、主・副燃料噴射弁4,15への制御入力が算出される。
【0168】
まず、主燃料噴射弁4の燃料噴射量である主燃料噴射量TOUT_main、および副燃料噴射弁15の燃料噴射量である副燃料噴射量TOUT_subを算出する。すなわち、エンジン3の運転状態および前述した目標空燃比KCMDに基づいて、最終的な気筒毎の総燃料噴射量TOUTを気筒毎に算出し、次いで、下式(42),(43)により、主・副燃料噴射量TOUT_main,TOUT_subをそれぞれ算出する。
TOUT_main=[TOUT・Rt_Pre]/100 ……(42)
TOUT_sub =[TOUT・(100−Rt_Pre)]/100 ……(43)
この式(43)を参照すると、Rt_Pre=Rtmax(100%)のときには、TOUT_sub=0となり、副燃料噴射弁15による燃料噴射が停止されることが判る。
【0169】
次いで、算出された主・副燃料噴射量TOUT_main,TOUT_subに応じて、図示しないテーブルを検索することにより、主・副燃料噴射弁4,15への制御入力を算出する。以上のようにステップ17を実行した後、本プログラムを終了する。
【0170】
一方、ステップ12の判別結果がNOのときには、エンジン3を成層燃焼運転ではなく、均一燃焼運転のうちの予混合リーン運転すべきであるとして、ステップ18に進み、予混合リーン運転用の目標空燃比KCMD_leanを、要求駆動トルクTRQ_engに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。なお、このテーブルでは、予混合リーン運転用の目標空燃比KCMD_leanは、所定のリーン域の値(例えばA/F=18〜21)に設定されている。
【0171】
次いで、ステップ19に進み、目標空燃比KCMDを予混合リーン運転用の目標空燃比KCMD_leanに設定した後、ステップ20において、主燃料噴射率Rt_Preを、要求駆動トルクTRQ_engに応じて、図40に示すテーブルを検索することにより算出する。なお、同図を含む以下のテーブルおよびマップにおいて、要求駆動トルクTRQ_engの各種の所定値TRQ_idle、TRQ_disc、TRQottおよびTRQ1〜TRQ4はそれぞれ、TRQ_idle<TRQ_disc<TRQ1<TRQott<TRQ2<TRQ3<TRQ4の関係が成立する値に設定されている。また、TRQ_idleは、所定のアイドル運転用値(所定の第1負荷域を規定する値)を表している。
【0172】
同図に示すように、このテーブルでは、主燃料噴射率Rt_Preは、TRQ1<TRQ_eng<TRQ4の範囲では、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、以下の理由による。すなわち、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、過給圧Pcが高くなるように制御されることで、吸入空気の温度が上昇するため、ノッキングが発生しやすくなる。したがって、このようなノッキングを回避するために、副燃料噴射弁15の燃料噴射量TOUT_subを増大させることで、前述した燃料気化冷却装置12による吸入空気の冷却効果を上昇させる必要があるので、主燃料噴射率Rt_Preが上記のように設定されている。
【0173】
また、このテーブルでは、主燃料噴射率Rt_Preは、要求駆動トルクTRQ_engが所定値TRQ4以上の範囲では、所定の最小値Rtmin(10%)に設定され、所定値TRQ1以下の範囲では、前述した最大値Rtmaxに設定されている。
【0174】
このステップ20の実行後は、前述したステップ16,17を実行した後、本プログラムを終了する。
【0175】
一方、ステップ10の判別結果がYESで、可変式吸気弁駆動装置40、可変式排気弁駆動装置90およびスロットル弁機構16のいずれかが故障しているときには、ステップ21に進み、要求駆動トルクTRQ_engを所定の故障時用値TRQ_fsに設定する。この後、ステップ22に進み、主燃料噴射率Rt_Preを前述した最大値Rtmaxに設定する。次いで、前述したように、ステップ16,17を実行した後、本プログラムを終了する。
【0176】
次に、図41を参照しながら、前述した過給圧制御処理について説明する。同図に示すように、このプログラムでは、まず、ステップ40において、前述した吸排気弁故障フラグF_VLVNGまたはスロットル弁故障フラグF_THNGが「1」であるか否かを判別する。
【0177】
この判別結果がNOで、可変式吸気弁駆動装置40、可変式排気弁駆動装置90およびスロットル弁機構16がいずれも正常であるときには、ステップ41に進み、エンジン始動フラグF_ENGSTARTが「1」であるか否かを判別する。このエンジン始動フラグF_ENGSTARTは、図示しない判定処理において、エンジン回転数NEおよびIG・SW36の出力信号に応じて、エンジン始動中すなわちクランキング中であるか否かを判定することで設定されるものであり、具体的には、エンジン始動中であると判定されたときには「1」に、それ以外のときには「0」にそれぞれ設定される。
【0178】
このステップ41の判別結果がYESで、エンジン始動中であるときには、ステップ43に進み、ウエストゲート弁10dへの制御入力Dut_wgを、所定の全開値Dut_wgmaxに設定した後、本プログラムを終了する。これにより、ウエストゲート弁10dが全開状態に制御され、ターボチャージャ装置10による過給動作が実質的に停止される。
【0179】
一方、ステップ41の判別結果がNOで、エンジン始動中でないときには、ステップ42に進み、触媒暖機フラグF_CATHOTが「1」であるか否かを判別する。この触媒暖機フラグF_CATHOTは、エンジン始動後の触媒暖機制御を実行中であるときには「1」に、それ以外のときには「0」にそれぞれ設定されるものである。この触媒暖機制御は、エンジン始動後に触媒を急速に活性化させるためのものであり、上記エンジン始動が終了した直後から開始される。この触媒暖機制御では、その実行時間Tcatが所定値に達したときに、制御が終了するとともに、触媒暖機フラグF_CATHOTが「0」に設定される。
【0180】
このステップ42の判別結果がYESで、触媒暖機制御中であるときには、ステップ44に進み、上記ステップ43と同様に、ウエストゲート弁10dへの制御入力Dut_wgを、前述した全開値Dut_wgmaxに設定した後、本プログラムを終了する。
【0181】
一方、ステップ42の判別結果がNOで、エンジン始動中でなくかつ触媒暖機制御中でないときには、ステップ45に進み、制御入力Dut_wgの基本値Dut_wg_bsを、要求駆動トルクTRQ_engに応じて、図42に示すテーブルを検索することにより算出する。
【0182】
同図に示すように、このテーブルでは、基本値Dut_wg_bsは、TRQ1<TRQ_eng<TRQ2の範囲では、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、過給による充填効率の上昇を目的として過給圧Pcをより高める必要があるからである。また、基本値Dut_wg_bsは、TRQ2≦TRQ_eng≦TRQ3の範囲では、所定の全閉値Dut_wgminに設定されており、これは、エンジン3の負荷が高負荷域にあるのに応じて、過給効果を最大限に得るためである。さらに、基本値Dut_wg_bsは、TRQ3<TRQ_engの範囲では、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より小さい値に設定されており、これは、ノッキングの発生を回避するためである。
【0183】
次いで、ステップ46で、目標過給圧Pc_cmdを、要求駆動トルクTRQ_engに応じて、図43に示すテーブルを検索することにより算出する。同図に示すように、このテーブルでは、目標過給圧Pc_cmdは、TRQ_idle<TRQ_eng<TRQ2の範囲では、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、上述したように、過給による充填効率をより高めるためである。また、目標過給圧Pc_cmdは、TRQ2≦TRQ_eng≦TRQ3の範囲では、所定の全閉値Dut_wgminに設定されており、これは、上述したように過給効果を最大限に得るためである。さらに、目標過給圧Pc_cmdは、TRQ3<TRQ_eng<TRQ4の範囲では、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より小さい値に設定されており、これは、ノッキングの発生を回避するためである。なお、同図におけるPatmは大気圧を示しており、この点は以下においても同様である。
【0184】
次に、ステップ47に進み、下式(44)に示すI−P制御アルゴリズムにより、制御入力Dut_wgを算出した後、本プログラムを終了する。これにより、過給圧Pcが目標過給圧Pc_cmdに収束するように、フィードバック制御される。
Dut_wg=Dut_wg_bs+Kpwg・Pc+Kiwg・Σ(Pc−Pc_cmd) ……(44)
ここで、KpwgはP項ゲインを、KiwgはI項ゲインをそれぞれ表している。
【0185】
一方、ステップ40の判別結果がYESで、可変式吸気弁駆動装置40、可変式排気弁駆動装置90およびスロットル弁機構16のいずれかが故障しているときには、ステップ48に進み、前述したステップ43,44と同様に、ウエストゲート弁10dへの制御入力Dut_wgを、全開値Dut_wgmaxに設定した後、本プログラムを終了する。
【0186】
次に、図44,45を参照しながら、前述したステップ3の吸気弁制御処理について説明する。同図に示すように、このプログラムでは、まず、ステップ60で、前述した吸排気弁故障フラグF_VLVNGが「1」であるか否かを判別し、この判別結果がNOで、可変式吸気弁駆動装置40および可変式排気弁駆動装置90がいずれも正常であるときには、ステップ61に進み、前述したエンジン始動フラグF_ENGSTARTが「1」であるか否かを判別する。
【0187】
この判別結果がYESで、エンジン始動中であるときには、ステップ62に進み、主吸気カム位相θmiの目標値である目標主吸気カム位相θmi_cmdを所定のアイドル用値θmi_idleに設定する。
【0188】
次いで、ステップ63に進み、目標副吸気カム位相θmsi_cmdを所定の始動用値θmsi_stに設定する。この始動用値θmsi_stは、吸気弁6の遅閉じ用の所定値として設定されている。この後、ステップ64に進み、目標吸気カム間位相θssi#i_cmd(#i=#2〜#4)をいずれも値0に設定する。
【0189】
次に、図45のステップ65に進み、主吸気カム位相可変機構60への制御入力DUTY_miを、目標主吸気カム位相θmi_cmdに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。この後、ステップ66で、副吸気カム位相可変機構70への制御入力DUTY_msiを、目標主吸気カム位相θmi_cmdに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。なお、このステップ66において、後述するステップ74と同様の手法により、制御入力DUTY_msiを算出してもよい。
【0190】
次いで、ステップ67で、吸気カム間位相可変機構80への制御入力DUTY_ssi#iを、目標吸気カム間位相θssi#i_cmdに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出した後、本プログラムを終了する。
【0191】
図44に戻り、ステップ61の判別結果がNOで、エンジン始動中でないときには、ステップ68に進み、前述した触媒暖機フラグF_CATHOTが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、触媒暖機制御中であるときには、ステップ69に進み、目標主吸気カム位相θmi_cmdを前述した所定のアイドル用値θmi_idleに設定する。
【0192】
次いで、ステップ70に進み、目標副吸気カム位相の触媒暖機用値θmsi_cwを、前述した触媒暖機制御の実行時間Tcatに応じて、図46に示すテーブルを検索することにより算出する。同図における値θmsiottは、吸気弁6のバルブタイミングがオットー吸気カムと同じになる副吸気カム位相θmsiのオットー位相値(=カム角90deg)を示しており、この点は以下の説明においても同様である。
【0193】
次に、ステップ71で、目標副吸気カム位相θmsi_cmdを上記触媒暖機用値θmsi_cwに設定した後、ステップ72で、上記ステップ64と同様に、目標吸気カム間位相θssi#i_cmd(#i=#2〜#4)をいずれも値0に設定する。
【0194】
次いで、図45のステップ73に進み、主吸気カム位相可変機構60への制御入力DUTY_miを、目標主吸気カム位相θmi_cmdおよび主吸気カム位相θmiに応じて、算出する。この制御入力DUTY_miは、前述した第2SPASコントローラ225による制御アルゴリズムと同じアルゴリズムにより算出される。
【0195】
次いで、ステップ74で、第2SPASコントローラ225の制御アルゴリズムにより、副吸気カム位相可変機構70への制御入力DUTY_msiを算出する。すなわち、前述した式(29)の予測アルゴリズム、式(30)〜(35)の同定アルゴリズム、および式(36)〜(41)のスライディングモード制御アルゴリズムをそれぞれ適用することにより、制御入力DUTY_msiを算出する。
【0196】
次に、ステップ75で、ステップ72で算出した目標吸気カム間位相θssi#i_cmdおよび吸気カム間位相θssi#iに応じて、吸気カム間位相可変機構80への制御入力DUTY_ssi#i(#i=#2〜#4)を算出した後、本プログラムを終了する。なお、この制御入力DUTY_ssi#iは、上記制御入力DUTY_msiの算出に用いる制御アルゴリズムと同じアルゴリズムにより算出される。
【0197】
図44に戻り、ステップ68の判別結果がNOで、エンジン始動中でなくかつ触媒暖機制御中でないときには、ステップ76に進み、目標主吸気カム位相の通常運転値θmi_drvを、要求駆動トルクTRQ_engおよびエンジン回転数NEに応じて、図47に示すマップを検索することにより算出する。
【0198】
同図において、エンジン回転数NEの所定値NE1〜NE3はそれぞれ、NE1>NE2>NE3の関係が成立するように設定されており、この点は、以下においても同様である。このマップでは、通常運転値θmi_drvは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、またはエンジン回転数NEが高いほど、より進角側の値に設定されている。これは、主吸気カム位相θmiを進角させ、吸気弁6の開閉タイミングを進角させることより、エンジン出力を適切に確保するためである。
【0199】
次に、ステップ77で、目標主吸気カム位相θmi_cmdを上記通常運転値θmi_drvに設定した後、ステップ78に進み、前述した副吸気カム位相の基本値θmsi_baseを、要求駆動トルクTRQ_engに応じて、図48に示すテーブルを検索することにより算出する。
【0200】
同図に示すように、このテーブルにおいて、基本値θmsi_baseは、TRQ_eng<TRQ_discの範囲、すなわちエンジン3の成層燃焼運転域では、遅閉じ側の一定値に設定されている。これは、成層燃焼運転を実行するような低負荷域での燃焼状態を安定させるためである。また、基本値θmsi_baseは、TRQ_disc≦TRQ_eng≦TRQottの範囲では、基本値θmsi_baseは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、遅閉じ度合いが小さくなるように設定されている。これは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、吸気弁6の遅閉じ度合いに起因するインテークマニホールド内への燃料の吹き戻し量がより大きくなるので、それを回避するためである。また、TRQ_eng=TRQott(所定の第1および第2負荷域のしきい値)のときには、基本値θmsi_baseがオットー位相値θmsiott(所定タイミングに相当する値)に設定されている。
【0201】
さらに、基本値θmsi_baseは、TRQott<TRQ_eng<TRQ2の範囲では、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、早閉じ度合いが大きくなるように設定されており、これは、高膨張比サイクル運転によって燃焼効率を高めるためである。
【0202】
また、TRQ2≦TRQ_eng<TRQ4の範囲では、基本値θmsi_baseは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、吸気弁6の早閉じ度合いが小さくなるように設定されている。これは、以下の理由による。すなわち、TRQ2≦TRQ_eng<TRQ4のような高負荷域では、後述するように、ノッキングの発生を回避するために過給動作が制限されるので、そのような過給動作の制限により充填効率が低下した状態で、吸気弁6の早閉じ度合いを大きい状態に制御すると、発生トルクの低下を招いてしまう。したがって、このような発生トルクの低下を補償するために、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、吸気弁6の早閉じ度合いが小さくなるように設定されている。
【0203】
ステップ78に続くステップ79では、前述した第1SPASコントローラ221の制御アルゴリズムにより目標副吸気カム位相θmsi_cmdを算出する。すなわち、前述した式(7)の予測アルゴリズム、式(8)〜(13)の同定アルゴリズム、および式(15)〜(21)のスライディングモード制御アルゴリズムを適用することにより、目標副吸気カム位相θmsi_cmdを算出する。
【0204】
次いで、ステップ80で、前述した吸気カム間位相コントローラ230の制御アルゴリズムにより、目標吸気カム間位相θssi#i_cmd(#i=#2〜#4)を算出する。次に、図45のステップ73〜75を前述したように実行した後、本プログラムを終了する。
【0205】
図44に戻り、ステップ60の判別結果がYESで、可変式吸気弁駆動装置40または可変式排気弁駆動装置90が故障しているときには、ステップ81に進み、目標主吸気カム位相θmi_cmdを所定のアイドル用値θmi_idleに設定した後、ステップ82に進み、目標副吸気カム位相θmsi_cmdを所定の故障用値θmsi_fsに設定する。
【0206】
次いで、ステップ83に進み、前述したステップ64,72と同様に、目標吸気カム間位相θssi#i_cmd(#i=#2〜#4)をいずれも値0に設定する。この後、前述したように、図45のステップ65〜67を実行した後、本プログラムを終了する。
【0207】
次に、図49を参照しながら、前述したステップ5のスロットル弁制御処理について説明する。同図に示すように、このプログラムでは、まず、ステップ120で、前述した吸排気弁故障フラグF_VLVNGが「1」であるか否かを判別し、この判別結果がNOで、可変式吸気弁駆動装置40および可変式排気弁駆動装置90がいずれも正常であるときには、ステップ121に進み、前述したエンジン始動フラグF_ENGSTARTが「1」であるか否かを判別する。
【0208】
この判別結果がYESで、エンジン始動中であるときには、ステップ122に進み、目標開度TH_cmdを所定の始動用値THcmd_stに設定する。この所定の始動用値THcmd_stは、後述するアイドル用値THcmd_idleよりも若干、大きい値に設定されている。次いで、ステップ123に進み、スロットル弁機構16への制御入力DUTY_thを算出した後、本プログラムを終了する。この制御入力DUTY_thは、具体的には、目標開度TH_cmdに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出される。
【0209】
一方、ステップ121の判別結果がNOで、エンジン始動中でないときには、ステップ124に進み、前述した触媒暖機フラグF_CATHOTが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、触媒暖機制御中であるときには、ステップ125に進み、目標開度の触媒暖機用値THcmd_astを、前述した触媒暖機制御の実行時間Tcatに応じて、図50に示すテーブルを検索することにより算出する。
【0210】
図中の値THcmd_idleは、アイドル運転のときに用いられるアイドル用値を示している。同図に示すように、このテーブルでは、触媒暖機用値THcmd_astは、実行時間Tcatが所定値Tcat1に達するまでの間は、実行時間Tcatが短いほど、より大きい値に設定され、実行時間Tcatが所定値Tcat1に達した後は、アイドル用値THcmd_idleに設定されている。
【0211】
次いで、ステップ126に進み、目標開度TH_cmdを上記触媒暖機用値THcmd_astに設定し、次に、前述したようにステップ123を実行した後、本プログラムを終了する。
【0212】
一方、ステップ124の判別結果がNOで、エンジン始動中でなくかつ触媒暖機制御中でないときには、ステップ127に進み、目標開度の通常運転値THcmd_drvを、要求駆動トルクTRQ_engおよびエンジン回転数NEに応じて、図51に示すマップを検索することにより算出する。
【0213】
同図に示すように、このマップでは、通常運転値THcmd_drvは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、またはエンジン回転数NEが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、エンジン3の負荷が高いほど、より大きなエンジン出力を確保するために、より多量の吸入空気が必要とされることによる。
【0214】
次に、ステップ128で、目標開度TH_cmdを上記通常運転値THcmd_drvに設定し、次いで、前述したように、ステップ123を実行した後、本プログラムを終了する。
【0215】
一方、ステップ120の判別結果がYESで、可変式吸気弁駆動装置40または可変式排気弁駆動装置90が故障しているときには、ステップ129に進み、目標開度の故障用値THcmd_fsを、アクセル開度APおよびエンジン回転数NEに応じて、図52に示すマップを検索することにより算出する。同図に示すように、このマップでは、故障用値THcmd_fsは、アクセル開度APが大きいほど、またはエンジン回転数NEが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、上記通常運転値THcmd_drvの算出で説明した内容と同じ理由による。
【0216】
次いで、ステップ130に進み、目標開度TH_cmdを上記故障用値THcmd_fsに設定し、次に、前述したように、ステップ123を実行した後、本プログラムを終了する。
【0217】
なお、以上の制御処理により、各種の制御入力DUTY_mi,DUTY_msi,DUTY_ssi#i,DUTY_me,DUTY_mse,DUTY_sse#i,DUTY_thは、算出結果に応じたデューティ比のパルス信号、電流信号および電圧信号のいずれか1つに設定される。
【0218】
以上のようなエンジン制御を実行した際の動作について、図53を参照しながら、下記の(L1)〜(L6)の要求駆動トルクTRQ_engの範囲毎に説明する。
【0219】
(L1)TRQ_idle≦TRQ_eng<TRQ_discの範囲
この範囲では、前述した基本値θmsi_baseの設定により、副吸気カム位相θmsiが遅閉じ側のほぼ一定の値に制御される。また、吸入空気量がスロットル弁17により絞られない状態に制御されることで、吸気管内絶対圧PBAは、大気圧Patmよりも若干低いほぼ一定値に制御される。さらに、気筒吸入空気量Gcylがほぼ一定値に、吸気管内絶対圧PBAが大気圧Patmよりも低いほぼ一定値にそれぞれ制御される。また、主燃料噴射率Rt_Preが最大値Rtmaxに設定され、目標空燃比KCMDが前述した極リーン域の値に設定されるとともに、成層燃焼運転が実行される。
【0220】
(L2)TRQ_disc≦TRQ_eng≦TRQ1の範囲
この範囲では、前述した基本値θmsi_baseの設定により、副吸気カム位相θmsiは、上記(L1)の範囲のときの値よりもかなり遅閉じ側の値に制御されるとともに、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、遅閉じ度合いがより小さくなるように制御される。また、気筒吸入空気量Gcylは、上記(L1)の範囲のときの値よりも小さい値に制御されるとともに、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より大きい値になるように制御される。さらに、目標空燃比KCMDは、上記(L1)の範囲の値よりもリッチ側の前述したリーン域の値を保持するように制御され、吸気管内絶対圧PBAおよび主燃料噴射率Rt_Preはいずれも、上記(L1)の範囲での値を保持するように制御される。
【0221】
(L3)TRQ1<TRQ_eng≦TRQottの範囲
この範囲では、前述した基本値θmsi_baseの設定により、副吸気カム位相θmsiは、上記(L2)の範囲と同様の傾向に制御される。特に、TRQ_eng=TRQottのときには、副吸気カム位相θmsiは、オットー位相値θmsiottになるように制御される。すなわち、エンジン3はオットーサイクルで運転される。また、目標空燃比KCMDおよび気筒吸入空気量Gcylも、上記(L2)の範囲と同様の傾向に制御される。さらに、この範囲では、ターボチャージャ装置10による過給動作が実行され、それにより、吸気管内絶対圧PBAは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より高い値になるように制御される。また、主燃料噴射率Rt_Preは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より小さい値になるように制御される。すなわち、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、副燃料噴射弁15の燃料噴射量TOUT_subがより大きい値になるように制御される。これは、燃料気化冷却装置12による吸入空気の冷却効果を得るためである。
【0222】
(L4)TRQott<TRQ_eng<TRQ2の範囲
この範囲では、副吸気カム位相θmsiは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より早閉じ度合いが大きくなるように制御される。これは、前述したように、高膨張比サイクル運転によって燃焼効率を高めるためである。また、気筒吸入空気量Gcyl、目標空燃比KCMD、主燃料噴射率Rt_Preおよび吸気管内絶対圧PBAは、上記(L3)の範囲と同様の傾向を示すように制御される。特に、吸気管内絶対圧PBAは、上記と同様に、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より高い値になるように制御されている。これは、副吸気カム位相θmsiが早閉じ側に制御されると、発生トルクの低下を招いてしまうので、その補償を目的として過給により充填効率を高め、発生トルクを増大させるためである。
【0223】
(L5)TRQ2≦TRQ_eng<TRQ4の範囲
この範囲では、副吸気カム位相θmsiは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より早閉じ度合いが小さくなるように制御され、その結果、有効圧縮体積が増大する。これは、前述したように、過給動作の制限により充填効率が低下した状態で、吸気弁6の早閉じ度合いを大きい状態に制御すると、発生トルクの低下を招いてしまうので、上記のように副吸気カム位相θmsiを制御することにより、発生トルクの低下を補償するためである。
【0224】
また、吸気管内絶対圧PBAは、TRQ2≦TRQ_eng≦TRQ3の範囲では、一定値を維持するように制御され、TRQ3<TRQ_eng<TRQ4の範囲では、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より低い値になるように制御される。さらに、主燃料噴射率Rt_Preは、上記(L3)の範囲と同様に、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、より小さい値になるように制御される。以上のように、この(L5)の範囲では、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、ターボチャージャ装置10による過給動作が制限されると同時に、燃料気化冷却装置12による冷却効果が上昇するように制御されることにより、点火時期のリタード制御を行うことなく、ノッキングの発生を回避することができる。なお、従来のターボチャージャ装置付きのエンジンの場合、この(L5)の範囲では、点火時期のリタード制御を実行しないと、ノッキングが発生してしまう。
【0225】
(L6)TRQ4≦TRQ_engの範囲
この範囲では、極高負荷域であることにより、上述したターボチャージャ装置10による過給動作の制限、および燃料気化冷却装置12による冷却効果では、ノッキングの発生を回避できないので、点火時期のリタード制御が実行される。すなわち、目標空燃比KCMDは、要求駆動トルクTRQ_engが大きいほど、リッチ側になるように制御される。これと同時に、副吸気カム位相θmsiは、オットー位相値θmsiottになるように制御され、気筒吸入空気量Gcylはほぼ一定になるように制御され、主燃料噴射率Rt_Preは最小値Rtminに制御され、吸気管内絶対圧PBAは、ほぼ一定値を維持するように制御される。
【0226】
以上のように、本実施形態のバルブタイミング制御装置1によれば、目標副吸気カム位相の基本値θmsi_baseが、TRQ_idle≦TRQ_eng<TRQottの範囲(所定の第1負荷域)すなわち低負荷域では、要求駆動トルクTRQ_engに応じて遅閉じ側の値に設定され、TRQott<TRQ_eng<TRQ4の範囲(所定の第2負荷域)すなわち高負荷域では、要求駆動トルクTRQ_engに応じて早閉じ側の値に設定される。そして、副吸気カム位相コントローラ220により、副吸気カム位相θmsiが基本値θmsi_baseになるように制御される。すなわち、吸気弁6の閉弁タイミングが、要求駆動トルクTRQ_engに応じて、遅閉じ側または早閉じ側に制御され、その結果、吸気弁6を介して気筒内に吸入される空気量が制御される。このように、吸入空気量がエンジン3の負荷に応じて制御されるので、吸入空気量を、従来よりも精度よくきめ細かく制御することができ、吸入空気量の過不足を回避できる。その結果、燃焼状態および排気ガス特性をいずれも良好な状態に保持できる。
【0227】
また、低負荷域では、吸気弁6の遅閉じにより、膨張比が圧縮比よりも高くなる高膨張比サイクルでエンジン3が運転されるので、例えばスロットル弁17で吸入空気量を絞る必要がなくなることで、ポンピングロスを回避しながら、吸入空気量を低負荷に応じた適切な値に設定することができ、燃費を向上させることができる。これに加えて、低負荷域で、吸気弁6をオットー吸気カムで駆動する場合や早閉じする場合と異なり、吸気温度や機関温度が低いときでも、気筒内での燃料の液化の発生および燃焼状態の不安定化を回避でき、良好な燃焼状態を確保することができる。
【0228】
さらに、高負荷域では、吸気弁6の早閉じによる高膨張比サイクルでエンジン3が運転されるので、吸気弁6をオットー吸気カムで駆動する場合や遅閉じする場合と異なり、インテークマニホールド内への燃料の吹き戻しやインテークマニホールドの内壁などへの燃料付着の発生をいずれも回避でき、その結果、空燃比制御およびトルク制御の制御精度を向上させることができ、排気ガス特性および運転性を向上させることができるとともに、吸気弁6などの吸気系のデバイスの寿命を延ばすことができる。
【0229】
これに加えて、可変式吸気弁駆動装置40が油圧駆動式のもので構成されているので、例えば、吸気弁6の弁体をソレノイドの電磁力で駆動するタイプの可変式吸気弁駆動装置を用いた場合と比べて、より高負荷域でも吸気弁6を確実に開閉することができ、消費電力を低減できるとともに、吸気弁6の動作音を低減することができる。
【0230】
また、可変式吸気弁駆動装置40では、副吸気カム位相θmsi=120〜180degの範囲において、吸気弁6の閉弁タイミングだけでなく、バルブリフト量を変更自在に構成されているので、例えばバルブリフト量をより小さな値側に制御することにより、燃焼室内に流れ込む吸入空気の流速を上昇させ、筒内流動をより大きくすることができる。それにより、燃焼効率を向上させることができる。
【0231】
さらに、主・副吸気カム43,44、主・副吸気カムシャフト41,42、リンク機構50および吸気ロッカアーム51を備えた吸気弁駆動機構50と、副吸気カム位相可変機構70との組み合わせにより、副吸気カム位相θmsiを自在に変更できる構成、すなわち吸気弁6の閉弁タイミングおよびバルブリフト量を自在に変更できる構成を実現することができる。
【0232】
また、実施形態では、TRQ_eng<TRQottの範囲(所定の第3負荷域)において、吸気弁6を遅閉じ側に制御したが、これに代えて、この範囲で吸気弁6を早閉じ側に制御してもよい。その場合には、ECU2(バルブリフト量決定手段)において、要求駆動トルクTRQ_engに応じて、前述した副吸気カム位相θmsiをθmsi=120〜180degの範囲に設定し、それにより、バルブリフト量をその最大値よりも小さな値に制御すればよい。より具体的には、要求駆動トルクTRQ_engが小さいほど、バルブリフト量がより小さくなるように制御すればよい。そのように制御した場合、燃焼室内に流れ込む吸入空気の流速を上昇させ、筒内流動をより大きくすることで、燃焼の急速化を図ることができる。その結果、吸気温度や機関温度が低い場合でも、低負荷域において、吸気弁6の早閉じによる、前述したような燃料の液化を回避できる。それにより、燃焼状態の安定化を図ることができる。
【0233】
なお、副吸気カム位相可変機構70において、高い応答性が要求されない場合(例えば、前述した吸気弁制御処理において、吸気弁6を遅閉じ側または早閉じ側の一方にのみ制御すればよい場合)には、油圧ピストン機構73およびモータ74に代えて、主吸気カム位相可変機構60と同様に、油圧ポンプ63および電磁弁機構64を用いてもよい。その場合には、制御装置1を、図54に示すように構成すればよい。
【0234】
同図に示すように、この制御装置1では、実施形態におけるDUTY_th算出部200および副吸気カム位相コントローラ220に代えて、DUTY_msi算出部300およびスロットル弁開度コントローラ301が設けられている。このDUTY_msi算出部300では、要求駆動トルクTRQ_engに応じて、テーブルを検索することにより、目標副吸気カム位相θmsi_cmdを算出した後、この算出した目標副吸気カム位相θmsi_cmdに応じて、テーブルを検索することにより、制御入力DUTY_msiが算出される。また、スロットル弁開度コントローラ301では、気筒吸入空気量Gcylおよび目標吸入空気量Gcyl_cmdに応じて、前述した第1SPASコントローラ221と同じ制御アルゴリズムにより、目標開度TH_cmdを算出した後、この算出した目標開度TH_cmdに応じて、第2SPASコントローラ225と同じ制御アルゴリズムにより、制御入力DUTY_thが算出される。以上のように構成した場合、副吸気カム位相可変機構70の応答性が低いときでも、その影響を回避しながら、副吸気カム位相θmsiを適切に制御することができる。
【0235】
また、実施形態は、副吸気カム位相コントローラ220として、第1SPASコントローラ221および第2SPASコントローラ225の双方を備えた例ではあるが、これに代えて、第1SPASコントローラ221のみを備えたものを用いてもよい。その場合には、制御入力DUTY_msiを、例えばテーブルを参照することにより、第1SPASコントローラ221で算出した目標副吸気カム位相θmsi_cmdに応じて、算出すればよい。
【0236】
【発明の効果】
以上のように、本発明のバルブタイミング制御装置によれば、吸入空気量を精度よくきめ細かく制御することができ、それにより、燃焼状態および排気ガス特性をいずれも良好な状態に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るバルブタイミング制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。
【図2】内燃機関の可変式吸気弁駆動装置および可変式排気弁駆動装置の概略構成を示す図である。
【図3】バルブタイミング制御装置の概略構成を示す図である。
【図4】燃料気化冷却装置の概略構成を示す図である。
【図5】可変式吸気弁駆動装置および可変式排気弁駆動装置の概略構成を平面的に示す模式図である。
【図6】可変式吸気弁駆動装置の吸気弁駆動機構の概略構成を示す図である。
【図7】主吸気カム位相可変機構の概略構成を示す図である。
【図8】副吸気カム位相可変機構の概略構成を示す図である。
【図9】副吸気カム位相可変機構の変形例の概略構成を示す図である。
【図10】吸気カム間位相可変機構の概略構成を示す図である。
【図11】主吸気カムおよび副吸気カムのカムプロフィールを説明するための図である。
【図12】副吸気カム位相θmsi=0degの場合の(a)吸気弁駆動機構の動作状態を示す図と(b)吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図13】副吸気カム位相θmsi=90degの場合の(a)吸気弁駆動機構の動作状態を示す図と(b)吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図14】副吸気カム位相θmsi=120degの場合の(a)吸気弁駆動機構の動作状態を示す図と(b)吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図15】副吸気カム位相θmsi=180degの場合の(a)吸気弁駆動機構の動作状態を示す図と(b)吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図16】副吸気カム位相θmsiを120degから180degに変化させた場合における吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト量およびバルブタイミングの変化を示す図である。
【図17】主排気カムおよび副排気カムのカムプロフィールを説明するための図である。
【図18】副排気カム位相θmse=0degの場合における排気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図19】副排気カム位相θmse=45degの場合における排気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図20】副排気カム位相θmse=90degの場合における排気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図21】副排気カム位相θmse=150degの場合における排気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図22】バルブタイミング制御装置における、スロットル弁機構、副吸気カム位相可変機構および吸気カム間位相可変機構を制御するための構成を示すブロック図である。
【図23】副吸気カム位相コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図24】気筒吸入空気量Gcylの算出式と、第1SPASコントローラにおける状態予測器の予測アルゴリズムの数式を示す図である。
【図25】第1SPASコントローラにおけるオンボード同定器の同定アルゴリズムの数式を示す図である。
【図26】第1SPASコントローラにおけるスライディングモードコントローラのスライディングモード制御アルゴリズムの数式を示す図である。
【図27】図26の式(19)の導出方法を説明するための数式を示す図である。
【図28】スライディングモード制御アルゴリズムを説明するための位相平面および切換直線を示す図である。
【図29】スライディングモードコントローラにおいて、切換関数設定パラメータSsを変化させた場合における追従誤差Esの収束挙動の一例を示す図である。
【図30】第2SPASコントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図31】第2SPASコントローラにおける状態予測器の予測アルゴリズムの数式を示す図である。
【図32】第2SPASコントローラにおけるオンボード同定器の同定アルゴリズムの数式を示す図である。
【図33】第2SPASコントローラにおけるスライディングモードコントローラのスライディングモード制御アルゴリズムの数式を示す図である。
【図34】エンジン制御処理の主要な制御内容を示すフローチャートである。
【図35】燃料制御処理を示すフローチャートである。
【図36】要求駆動トルクTRQ_engの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図37】気筒吸入空気量Gcylおよび目標吸入空気量Gcyl_cmdの算出処理を示すフローチャートである。
【図38】目標吸入空気量の基本値Gcyl_cmd_baseの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図39】空燃比補正係数Kgcyl_afの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図40】主燃料噴射率Rt_Preの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図41】過給圧制御処理を示すフローチャートである。
【図42】ウエストゲート弁への制御入力の基本値Dut_wg_baseの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図43】目標過給圧Pc_cmdの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図44】吸気弁制御処理を示すフローチャートである。
【図45】図44の続きを示すフローチャートである。
【図46】目標副吸気カム位相の触媒暖機用値θmsi_cwの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図47】目標主吸気カム位相の通常運転値θmi_drvの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図48】目標副吸気カム位相の基本値θmsi_baseの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図49】スロットル弁制御処理を示すフローチャートである。
【図50】目標開度の触媒暖機用値THcmd_astの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図51】目標開度の通常運転値THcmd_drvの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図52】目標開度の故障用値THcmd_fsの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図53】バルブタイミング制御装置によるエンジン制御の動作例を示す図である。
【図54】バルブタイミング制御装置の変形例の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 バルブタイミング制御装置
2 ECU(負荷検出手段、閉弁タイミング決定手段、制御手段、バルブリフト量決定手段)
3 内燃機関
6 吸気弁
20 クランク角センサ(負荷検出手段)
35 アクセル開度センサ(負荷検出手段)
40 可変式吸気弁駆動装置(バルブタイミング可変装置)
41 主吸気カムシャフト(第1吸気カムシャフト)
42 副吸気カムシャフト(第2吸気カムシャフト)
43 主吸気カム(第1吸気カム)
44 副吸気カム(第2吸気カム)
51 吸気ロッカアーム
51c ピン(回動支点)
70 副吸気カム位相可変機構(吸気カム位相可変機構)
221 第1SPASコントローラ221(閉弁タイミング決定手段)
θmsi 副吸気カム位相(第1および第2吸気カムシャフト間の相対的な位相)
θmsi_base 目標副吸気カム位相の基本値(吸気弁の閉弁タイミングを決定する値)
θmsiott オットー位相値(所定タイミングに相当する値)
TRQ_eng 要求駆動トルク(負荷を表すパラメータ)
TRQott 所定値(所定の第1〜第3負荷域のしきい値)
Psd 油圧
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve timing control device for an internal combustion engine that controls the valve timing of an intake valve of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, as a valve timing control device for an internal combustion engine that controls the valve timing of an intake valve of an internal combustion engine, for example, a device described in Patent Document 1 is known. The internal combustion engine includes a rocker arm for opening and closing an intake valve, two low-load and high-load cams provided for each intake valve, and a low-load cam or a high-load cam for driving the rocker arm. And an actuator for switching to. The two cams are arranged on the camshaft adjacent to each other, and the cam profile of the low-load cam has the same valve opening timing and the valve closing timing is later than that of the high-load cam. It is formed as follows. Further, the rocker arm is provided on the rocker shaft so as to be slidable in the axial direction, and the actuator is slid by an actuator between a position where one end abuts the low load cam and a position where the one end abuts the high load cam. Is driven. That is, the cam that drives the intake valve is switched to the low-load cam or the high-load cam by the actuator.
[0003]
In this valve timing control device, by controlling the actuator, the cam that drives the intake valve becomes a low-load cam when the load of the internal combustion engine is in a low-load region, and becomes a high-load cam when the load of the internal combustion engine is in a high-load region. Accordingly, the intake valve closing timing is switched so that the closing timing of the intake valve is later in the low load range than in the high load range. The reason for switching the valve closing timing is as follows. That is, the amount of air to be taken into the cylinder is smaller in the low load range than in the high load range, and if this is performed by reducing the opening of the throttle valve, due to the decrease in the negative pressure in the intake pipe, Pumping loss occurs, leading to deterioration of fuel efficiency. In order to avoid this, the valve timing control device switches the valve closing timing of the intake valve in the low load range so as to be later than in the high load range, so that the intake air blows back from the cylinder. Therefore, the amount of intake air is reduced without reducing the opening of the throttle valve.
[0004]
Conventionally, as a valve timing control device for an internal combustion engine that controls the valve timing of an intake valve of an internal combustion engine, for example, one described in Patent Document 2 is known. In this valve timing control device, the phase of the intake cam that drives the intake valve is controlled so as to change with respect to the crankshaft, so that the intake valve keeps its opening time constant, The valve opening and closing timing is changed.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 56-9045 (pages 1-2, FIG. 1-4)
[Patent Document 2]
JP-A-7-269380 (pages 2-3, FIG. 7)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
According to the valve timing control device of Patent Document 1, the cam for driving the intake valve is merely switched to a low-load cam or a high-load cam. It is only possible to switch to two timings determined by the cam profile. Therefore, the intake air amount cannot be precisely and precisely controlled, and if the intake air amount is excessive or insufficient, the combustion state may become unstable, the fuel efficiency may deteriorate, or the exhaust gas characteristics may deteriorate. . When the valve timing of the intake valve is controlled by the valve timing control device of Patent Document 2 to control the intake air amount, the valve opening and closing are performed in a state where the opening time of the intake valve is kept constant. Since the valve closing timing is changed, the intake air amount cannot be finely controlled by changing the valve overlap, and at the same time, the internal EGR amount changes, which may lead to deterioration of the combustion state and the exhaust gas characteristics. There is.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to precisely and precisely control an intake air amount, thereby maintaining an excellent combustion state and an exhaust gas characteristic in an internal combustion engine. It is an object to provide a valve timing control device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 variably controls the valve closing timing with respect to the valve opening timing of the intake valve 6 via a variable valve timing device (variable intake valve driving device 40). A valve timing control device 1 for the internal combustion engine 3, a load detecting means (ECU 2, a crank angle sensor 20, an accelerator opening sensor 35, step 11) for detecting a load (required drive torque TRQ_eng) of the internal combustion engine 3; Valve closing timing determining means (ECU 2, first SPAS controller 221, step 74) for determining the valve closing timing of intake valve 6 (basic value θmsi_base of target auxiliary intake cam phase) according to the determined load of the internal combustion engine. Valve timing variable device (variable intake valve driving device 40) according to the closed valve timing of intake valve 6 Control controlling means (ECU 2, step 75, 78) and, characterized in that it comprises a.
[0009]
According to this valve timing control device for an internal combustion engine, the closing timing of the intake valve is determined by the valve closing timing determining means according to the detected load of the internal combustion engine, and the variable valve timing device is controlled by the controlling means. The control is performed in accordance with the determined closing timing of the intake valve, whereby the amount of intake air taken into the internal combustion engine via the intake valve is controlled. As described above, the intake air amount is controlled according to the load of the internal combustion engine, so that the intake air amount can be controlled more precisely and more precisely than in the past, and excess or deficiency of the intake air amount can be avoided. As a result, both the combustion state and the exhaust gas characteristics can be maintained in a favorable state.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the valve timing control apparatus 1 for the internal combustion engine 3 according to the first aspect, the valve closing timing determining means may be configured such that the load of the internal combustion engine is in a predetermined first load region (TRQ_idle ≦ TRQ_eng <TRQott). , The closing timing of the intake valve is determined to be later than a predetermined timing at which the expansion ratio during the combustion cycle of the internal combustion engine 3 becomes equal to the compression ratio (θmsi_base <θmsiott), and the load of the internal combustion engine is reduced to a predetermined value. When it is in a predetermined second load range (TRQott <TRQ_eng <TRQ4) higher than the first load range, the closing timing of the intake valve 6 is determined to be earlier than the predetermined timing (θmsiott <θmsi_base). And
[0011]
According to this valve timing control device for an internal combustion engine, when the load of the internal combustion engine is in the predetermined first load range, the closing timing of the intake valve is such that the expansion ratio during the combustion cycle of the internal combustion engine is equal to the compression ratio. Since the timing is determined to be later than the predetermined timing (ie, the valve closing timing in the Otto cycle operation), the internal combustion engine can be operated in a high expansion ratio cycle (ie, a Miller cycle) in which the expansion ratio is higher than the compression ratio. . Thus, by setting the predetermined first load region to a low load region where pumping loss due to throttle valve throttling becomes a problem, it is not necessary to throttle the intake air amount with the throttle valve in the low load region. Thus, while avoiding pumping loss, the intake air amount can be set to an appropriate value corresponding to a low load, and fuel efficiency can be improved. In addition to this, in general, when the intake air temperature or the engine temperature is low, if the valve closing timing of the intake valve is set to a timing earlier than the above-mentioned predetermined timing in a low load region, adiabatic expansion of the air-fuel mixture in the cylinder may occur. Due to the lowering of the in-cylinder temperature, liquefaction of the fuel may occur, and the combustion state may become unstable. On the other hand, according to the valve timing control device, as described above, in the predetermined first load range, the closing timing of the intake valve is determined to be later than the predetermined timing. By setting the load region to the low load region where liquefaction of fuel occurs, a better combustion state can be ensured than at the earlier timing.
[0012]
Also, in general, when the closing timing of the intake valve is set to a predetermined timing at which the expansion ratio becomes equal to the compression ratio in a high load region, fuel blows back into the intake manifold and stays in the intake manifold. When the amount of fuel increases or the amount of fuel attached to the inner wall of the intake manifold increases, control accuracy such as air-fuel ratio control and torque control, particularly control accuracy in a transient operation state, is reduced. More specifically, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture shifts to the rich side, which may cause an unnecessary increase in torque and an increase in unburned HC in exhaust gas. In addition, the fuel that has been blown back adheres to a device such as an intake valve in a carbonized state, which may shorten the life of the device of the intake system. The above problems are more remarkable because, in a high load range, when the closing timing of the intake valve is set to a timing later than the predetermined timing, the amount of fuel blown back into the intake manifold increases. Become. For example, when the degree of enrichment of the air-fuel mixture becomes excessive, misfire of the internal combustion engine may be caused. On the other hand, according to this valve timing control device, in the predetermined second load range where the load of the internal combustion engine is higher than the predetermined first load range, the closing timing of the intake valve is earlier than the predetermined timing. When the predetermined second load region is set to a high load region in which the fuel blows back as described above, the fuel is blown into the intake manifold in such a high load region. No return occurs. As a result, the control accuracy of the air-fuel ratio control and the torque control in a high load region can be improved, and in particular, the control accuracy in a transient operation state can be significantly improved. As a result, exhaust gas characteristics and operability can be improved, and the life of the intake system device can be extended.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the valve timing control device 1 of the internal combustion engine 3 according to the first or second aspect, the variable valve timing device is a hydraulically driven variable valve timing device driven by supplying hydraulic pressure. The control means controls the hydraulic pressure Psd supplied to the hydraulically driven variable valve timing device.
[0014]
According to this valve timing control device for an internal combustion engine, since the variable valve timing device is constituted by a hydraulic drive type driven by supply of hydraulic pressure, for example, the valve body of the intake valve is controlled by the electromagnetic force of a solenoid. The intake valve can be reliably opened and closed even in a higher load range as compared with the case of using a variable valve timing device of a driving type, and the power consumption can be reduced and the operation sound of the intake valve can be reduced. .
[0015]
The invention according to claim 4 is the valve timing control device 1 for the internal combustion engine 3 according to claim 1 or 2, wherein the variable valve timing device is configured to be able to change the valve lift amount of the intake valve 6 freely. Features.
[0016]
According to this valve timing control device for an internal combustion engine, the variable valve timing device is configured to be able to change the valve lift amount of the intake valve. Therefore, for example, by controlling the lift amount to a smaller value side, the combustion chamber is controlled. The flow velocity of the intake air flowing into the cylinder can be increased, and the in-cylinder flow can be further increased. Thereby, the combustion efficiency can be improved.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the valve timing control device 1 for the internal combustion engine 3 according to the first aspect, the variable valve timing device is configured to be capable of changing a valve lift amount of the intake valve 6, and a valve of the intake valve 6. When the load of the internal combustion engine 3 is in a predetermined third load region (TRQ_eng <TRQott) lower than the predetermined load, the valve lift determining means (ECU2) determines the lift amount to be smaller than when the load is equal to or higher than the predetermined load. And the valve closing timing determining means sets the valve closing timing of the intake valve 6 when the load of the internal combustion engine 3 is in the predetermined third load range so that the expansion ratio during the combustion cycle of the internal combustion engine 3 becomes the compression ratio. The control means determines the timing earlier than the predetermined timing at which the valve timing becomes equal, and determines the valve timing according to the determined valve closing timing and the valve lift amount of the intake valve 6. And controlling the ring variable device.
[0018]
As described above, when the intake air temperature or the engine temperature is low, in the low load region, the closing timing of the intake valve is set to a timing earlier than the predetermined timing at which the expansion ratio during the combustion cycle of the internal combustion engine becomes equal to the compression ratio. If it is set, fuel may be liquefied due to a decrease in cylinder temperature due to adiabatic expansion of the air-fuel mixture in the cylinder, and the combustion state may be unstable. On the other hand, according to this valve timing control device, when the valve lift amount of the intake valve is in the predetermined third load region where the load on the internal combustion engine is smaller than the predetermined load, the valve lift amount is smaller than when the load is equal to or more than the predetermined load. Therefore, the flow rate of the intake air flowing into the combustion chamber is increased as compared with the case where the load is equal to or more than the predetermined load, and the in-cylinder flow is increased, so that the combustion can be accelerated. Therefore, by setting the predetermined third load region as a low load region, liquefaction of the fuel can be avoided even in the low load region, whereby the combustion state can be stabilized.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the valve timing control device 1 of the internal combustion engine 3 according to the fourth or fifth aspect, the variable valve timing device is rotatably supported by a pivot (pin 51c) and pivots. Between the first and second intake camshafts, the first and second intake camshafts (main and sub intake camshafts 41 and 42) rotating at the same rotational speed as the intake rocker arm 51 for driving the intake valve 6 to open and close by the rotation of the intake camshaft. And a first intake camshaft (main intake camshaft 41) for changing a relative phase (sub intake cam phase θmsi) of the intake camshaft (main intake camshaft 41). A first intake cam (main intake cam 43) that rotates the intake rocker arm 51 about a pivot point by rotating with the rotation of the camshaft; A second intake cam (sub intake cam 44) that is provided on the (sub intake camshaft 42) and that rotates with the rotation of the second intake camshaft to move the rotation fulcrum of the intake rocker arm 51. It is characterized by the following.
[0020]
According to this valve timing control device for an internal combustion engine, in the variable valve timing device, the first rocker rotates along with the rotation of the first camshaft, thereby rotating the intake rocker arm around the rotation fulcrum. The intake valve is driven to open and close. At this time, the second cam rotates along with the rotation of the second camshaft to move the rotation fulcrum of the intake rocker arm, so that the valve lift of the intake valve can be freely changed, and furthermore, Since the relative phase between the first and second intake camshafts is changed by the variable intake cam phase mechanism, both the closing timing of the intake valve and the valve lift can be freely changed. That is, by using two cams, two camshafts, and a variable cam phase mechanism, it is possible to realize a variable valve timing device that can freely change the valve closing timing and the valve lift of the intake valve.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a valve timing control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 show a schematic configuration of an internal combustion engine (hereinafter, referred to as “engine”) 3 to which a valve timing control device (hereinafter, simply referred to as “control device”) 1 of the present embodiment is applied, and FIG. 1 shows a schematic configuration of a control device 1. As shown in FIG. 3, the control device 1 includes an ECU 2. The ECU 2 performs various control processes including a valve timing control of the intake valve 6 according to an operation state of the engine 3 as described later. Execute
[0022]
The engine 3 is an in-line four-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle (not shown), and includes first to fourth four cylinders # 1 to # 4 (see FIG. 5). Further, in the engine 3, a main fuel injection valve 4 and a spark plug 5 are provided for each cylinder (only one is shown), and each of the main fuel injection valve 4 and the spark plug 5 is a cylinder head. 3a. Each main fuel injection valve 4 is connected to the ECU 2, and the amount of fuel injection and the timing of fuel injection are controlled by a control input from the ECU 2, whereby fuel is directly injected into the combustion chamber of the corresponding cylinder.
[0023]
Each ignition plug 5 is also connected to the ECU 2, and discharges when a high voltage is applied from the ECU 2 at a timing corresponding to the ignition timing, thereby burning the air-fuel mixture in the combustion chamber.
[0024]
Further, the engine 3 is provided for each cylinder and is provided with an intake valve 6 and an exhaust valve 7 for opening and closing an intake port and an exhaust port, respectively, and a variable type for opening and closing the intake valve 6 and simultaneously changing its valve timing and valve lift amount. The apparatus includes an intake valve driving device 40 and a variable exhaust valve driving device 90 that opens and closes the exhaust valve 7 and changes the valve timing and the valve lift amount at the same time. Details of the variable intake driving device 40 and the variable exhaust valve driving device 90 will be described later. The intake valve 6 and the exhaust valve 7 are urged in the valve closing direction by valve springs 6a, 7a, respectively.
[0025]
On the other hand, a magnet rotor 20a is attached to a crankshaft 3b of the engine 3. The magnet rotor 20a, together with the MRE pickup 20b, constitutes a crank angle sensor 20 (load detecting means). The crank angle sensor 20 outputs a CRK signal and a TDC signal, both of which are pulse signals, to the ECU 2 as the crankshaft 3b rotates.
[0026]
As the CRK signal, one pulse is output every predetermined crank angle (for example, 30 deg). The ECU 2 calculates the rotation speed NE of the engine 3 (hereinafter referred to as “engine rotation speed”) according to the CRK signal. Further, the TDC signal is a signal indicating that the piston 3c of each cylinder is at a predetermined crank angle position slightly before the TDC position in the intake stroke, and every predetermined crank angle (180 deg in the example of the present embodiment). Is output.
[0027]
The intake pipe 8 of the engine 3 is provided with a turbocharger device 10, an intercooler 11, a fuel evaporative cooling device 12, a throttle valve mechanism 16, and the like in this order from the upstream side.
[0028]
The turbocharger device 10 includes a compressor blade 10a housed in a compressor housing in the middle of the intake pipe 8, a turbine blade 10b housed in a turbine housing in the middle of the exhaust pipe 9, and two blades 10a and 10b. , And a wastegate valve 10d.
[0029]
In the turbocharger device 10, when the turbine blade 10b is driven to rotate by the exhaust gas in the exhaust pipe 9, the compressor blade 10a integrated therewith is also rotated, so that the intake air in the intake pipe 8 is pressurized. You. That is, a supercharging operation is performed.
[0030]
The wastegate valve 10d opens and closes a bypass exhaust passage 9a that bypasses the turbine blade 10b of the exhaust pipe 9, and is constituted by an electromagnetic control valve connected to the ECU 2 (see FIG. 3). The opening of the wastegate valve 10d changes according to the control input Dut_wg from the ECU 2, thereby changing the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass exhaust passage 9a, in other words, the flow rate of the exhaust gas driving the turbine blade 10b. . Thereby, the supercharging pressure Pc by the turbocharger device 10 is controlled.
[0031]
On the other hand, an airflow sensor 21 is provided upstream of the compressor blade 10a of the intake pipe 8. The air flow sensor 21 is configured by a hot wire air flow meter, and outputs a detection signal indicating an intake air amount Gth (hereinafter, referred to as “TH passage intake air amount”) Gth passing through the throttle valve 17 to be described later to the ECU 2.
[0032]
The intercooler 11 is a water-cooled type, and cools the intake air whose temperature has increased due to the supercharging operation (pressurizing operation) of the turbocharger device 10 when the intake air passes through the inside of the intercooler 11.
[0033]
Further, a supercharging pressure sensor 22 is provided between the intercooler 11 of the intake pipe 8 and the fuel evaporative cooling device 12. The supercharging pressure sensor 22 is configured by a semiconductor pressure sensor or the like, and outputs a detection signal representing the intake pressure in the intake pipe 8 pressurized by the turbocharger device 10, that is, a supercharging pressure Pc (absolute pressure) to the ECU 2. I do.
[0034]
On the other hand, the fuel evaporative cooling device 12 evaporates the fuel to generate the air-fuel mixture and at the same time lowers the temperature of the intake air, and is provided in the middle of the intake pipe 8 as shown in FIG. The housing 13 includes a housing 13, a large number of lipophilic film plates 14 (only six are shown) housed in the housing 13 in parallel with each other and at a predetermined interval, an auxiliary fuel injection valve 15 and the like.
[0035]
The auxiliary fuel injection valve 15 is connected to the ECU 2, and its fuel injection amount and fuel injection timing are controlled by a control input from the ECU 2, thereby injecting fuel toward a large number of lipophilic film plates 14. . As will be described later, the total fuel injection amount TOUT to be injected from both the sub fuel injection valve 15 and the main fuel injection valve 4 is determined by the ECU 2 according to the operating state of the engine 3, and The ratio of the fuel injection amount from the main fuel injection valve 4 to the fuel injection amount TOUT (main fuel injection rate Rt_Pre described later) and the ratio of the fuel injection amount from the sub fuel injection valve 15 to the operating state of the engine 3 Determined accordingly. On the surface of the lipophilic film plate 14, a lipophilic film having an affinity for fuel is formed.
[0036]
With the above configuration, in the fuel vaporization cooling device 12, the fuel injected from the auxiliary fuel injection valve 15 is thinned on the surface of each lipophilic film plate 14 due to its lipophilicity, and then vaporized by the heat of the intake air. Thereby, an air-fuel mixture is generated, and the intake air is cooled by the heat of vaporization at that time. Due to the cooling effect of the fuel vaporization cooling device 12, the charging efficiency can be increased and the knocking limit of the engine 3 can be increased. For example, at the time of high-load operation of the engine 3, the limit ignition timing at which knocking starts to occur can be extended toward the advance side by a predetermined crank angle (for example, 2 deg), thereby improving the combustion efficiency. it can.
[0037]
The above-described throttle valve mechanism 16 includes a throttle valve 17, a TH actuator 18 for opening and closing the throttle valve 17, and the like. The throttle valve 17 is provided rotatably in the middle of the intake pipe 8, and changes the TH-passing intake air amount Gth according to a change in the opening accompanying the rotation. The TH actuator 18 is a combination of a motor connected to the ECU 2 and a gear mechanism (both not shown). The TH actuator 18 controls the opening degree of the throttle valve 17 by being controlled by a control input DUTY_th described later from the ECU 2. Change.
[0038]
The throttle valve 17 is provided with two springs (both not shown) for urging the throttle valve 17 in the valve opening direction and the valve closing direction, respectively. Is maintained at a predetermined initial opening TH_def when the control input DUTY_th is not input to the TH actuator 18. The initial opening TH_def is set to a value (for example, 7 °) that is close to the fully closed state and that can secure the intake air amount necessary for starting the engine 3.
[0039]
Further, a throttle valve opening sensor 23 composed of, for example, a potentiometer is provided near the throttle valve 17 of the intake pipe 8. The throttle valve opening sensor 23 outputs a detection signal representing the actual opening TH of the throttle valve 17 (hereinafter referred to as “throttle valve opening”) to the ECU 2.
[0040]
Further, a portion of the intake pipe 8 downstream of the throttle valve 17 is a surge tank 8a, and the surge tank 8a is provided with an intake pipe absolute pressure sensor 24. The intake pipe absolute pressure sensor 24 is composed of, for example, a semiconductor pressure sensor, and outputs a detection signal indicating an absolute pressure (hereinafter, referred to as “intake pipe absolute pressure”) PBA in the intake pipe 8 to the ECU 2.
[0041]
On the other hand, on the downstream side of the turbine blade 10b of the exhaust pipe 9, first and second catalytic devices 19a and 19b are provided in order from the upstream side. NOx, HC and CO are purified.
[0042]
An oxygen concentration sensor (hereinafter referred to as “O2 sensor”) 26 is provided between the first and second catalyst devices 19a and 19b. The O2 sensor 26 is composed of zirconia and platinum electrodes, and outputs a detection signal to the ECU 2 based on the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the first catalyst device 19a.
[0043]
Further, an LAF sensor 25 is provided between the turbine blade 10 b of the exhaust pipe 9 and the first catalyst device 19. The LAF sensor 25 is configured by combining a sensor similar to the O2 sensor 26 and a detection circuit such as a linearizer, and detects the oxygen concentration in the exhaust gas in a wide range of the air-fuel ratio from a rich region to a lean region. It detects linearly and outputs a detection signal proportional to the oxygen concentration to the ECU 2. The ECU 2 executes air-fuel ratio control based on the detection signals of the LAF sensor 25 and the O2 sensor 26.
[0044]
Next, the above-described variable intake valve driving device 40 (variable valve timing device) will be described. As shown in FIGS. 2, 5, and 6, the variable intake valve driving device 40 includes a main intake camshaft 41 and a sub intake camshaft 42 (first and second intake camshafts) for driving intake valves. An intake valve driving mechanism 50 (only one is shown), which is provided for each cylinder, and drives the opening and closing of the intake valve 6 with the rotation of the main and sub intake camshafts 41 and 42; A variable auxiliary intake cam phase mechanism 70 (variable intake cam phase mechanism), three inter-intake cam phase variable mechanisms 80, and the like are provided.
[0045]
The main intake camshaft 41 is rotatably attached to the cylinder head 3a, and extends along the direction in which the cylinders are arranged. The main intake camshaft 41 includes a main intake cam 43 (first intake cam) provided for each cylinder, a sprocket 47 provided at one end, and a main intake cam 43 and a sprocket 47 for the first cylinder # 1. And a main gear 45 provided therebetween. The main intake cam 43, the main gear 45, and the sprocket 47 are all mounted on the main intake camshaft 41 so as to rotate coaxially and integrally. The sprocket 47 is connected to the crankshaft 3b via a timing chain 48, so that the main intake camshaft 41 rotates clockwise in FIG. 6 (indicated by an arrow Y1 in FIG. 6) every two rotations of the crankshaft 3b. Direction).
[0046]
The variable main intake cam phase mechanism 60 is provided at an end of the main intake camshaft 41 on the sprocket 47 side. The variable main intake cam phase mechanism 60 controls the relative phase of the main intake camshaft 41 with respect to the sprocket 47, that is, the relative phase of the main intake camshaft 41 with respect to the crankshaft 3b (hereinafter referred to as “main intake cam phase”) θmi. Is steplessly changed to the advance side or the retard side, and the details will be described later.
[0047]
Further, a main intake cam angle sensor 27 is provided at an end of the main intake camshaft 41 opposite to the sprocket 47. The main intake cam angle sensor 27 is composed of a magnet rotor and an MRE pickup similarly to the crank angle sensor 20, and transmits a main intake cam signal, which is a pulse signal, to a predetermined cam as the main intake camshaft 41 rotates. It outputs to ECU2 for every angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates (detects) the main intake cam phase θmi based on the main intake cam signal and the CRK signal.
[0048]
On the other hand, the sub intake camshaft 42 is rotatably supported by the cylinder head 3a similarly to the main intake camshaft 41, and extends in parallel with the main intake camshaft 41. The sub intake camshaft 42 has a sub intake cam 44 (second intake cam) provided for each cylinder, and a sub gear 46 having the same number of teeth and the same diameter as the main gear 45. 46 rotates coaxially and integrally with the auxiliary intake camshaft 42.
[0049]
The main gear 45 and the sub gear 46 are both pressed by a pressing spring (not shown) so as to always mesh with each other, and are configured so that backlash is not generated by a backlash compensation mechanism (not shown). Due to the engagement of the gears 45 and 46, the sub intake camshaft 42 rotates counterclockwise in FIG. 6 (in the direction indicated by arrow Y2) at the same rotational speed as the main intake camshaft 41 rotates clockwise. .
[0050]
The auxiliary intake cam phase variable mechanism 70 is provided at the end of the auxiliary intake camshaft 42 on the timing chain 48 side, and the relative phase of the auxiliary intake camshaft 42 with respect to the main intake camshaft 41, in other words, the first The relative phase (hereinafter referred to as “sub intake cam phase”) θmsi of the sub intake cam 44 for the cylinder # 1 with respect to the main intake cam 43 is steplessly changed. Details of the sub intake cam phase variable mechanism 70 will be described later.
[0051]
Further, a sub intake cam angle sensor 28 is provided at an end of the sub intake cam shaft 42 opposite to the variable sub intake cam phase mechanism 70. Similarly to the main intake cam angle sensor 27, the auxiliary intake cam angle sensor 28 is also composed of a magnet rotor and an MRE pickup, and generates a pulse signal of the auxiliary intake cam signal as the auxiliary intake camshaft 42 rotates. Is output to the ECU 2 for each cam angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates the sub intake cam phase θmsi based on the sub intake cam signal, the main intake cam signal, and the CRK signal.
[0052]
Further, among the four sub intake cams 44, the sub intake cam 44 for the first cylinder # 1 is attached so as to rotate integrally and coaxially with the sub intake cam shaft 42, and the other second to fourth cylinders # 1 to # 4. Each of the sub-intake cams 44 for # 2 to # 4 is connected to the sub-intake camshaft 42 via the inter-intake cam phase variable mechanism 80. The variable phase mechanism between intake cams 80 is used to control the relative phase of the auxiliary intake cams 44 for the second to fourth cylinders # 2 to # 4 with respect to the auxiliary intake cam 44 for the first cylinder # 1 (hereinafter referred to as “intake air”). Θssi # i), which is steplessly changed independently of each other, and will be described in detail later. The symbol #i in the inter-intake cam phase θssi # i represents the cylinder number, and is set to # i = # 2 to # 4. This is the same in the following description.
[0053]
Further, three # 2 to # 4 sub intake cam angle sensors 29 to 31 are electrically connected to the ECU 2 (see FIG. 3). These # 2 to # 4 sub intake cam angle sensors 29 to 31 are pulse signals of # 2 to # 4 sub intake cams 44 for rotation of the sub intake cams 44 for the second to fourth cylinders # 2 to # 4, respectively. An intake cam signal is output to the ECU 2 at every predetermined cam angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates the inter-intake cam phase θssi # i based on these # 2 to # 4 sub intake cam signals, sub intake cam signals, main intake cam signals, and CRK signals.
[0054]
On the other hand, the intake valve drive mechanism 50 includes main and auxiliary intake cams 43 and 44, an intake rocker arm 51 that opens and closes the intake valve 6, a link mechanism 52 that supports the intake rocker arm 51, and the like. The cam profiles of the main and sub intake cams 43 and 44 will be described later.
[0055]
The link mechanism 52 is of a four-bar link type, and includes a first link 53 extending substantially parallel to the intake valve 6, two second links 54 and 54 provided vertically above and below each other, and a bias spring 55. , A return spring 56 and the like. At the lower end of the first link 53, the center of the intake rocker arm 51 is rotatably attached via a pin 51c, and a rotatable roller 53a is provided at the upper end.
[0056]
The intake rocker arm 51 is provided with a rotatable roller 51a at an end on the main intake cam 43 side, and an adjust bolt 51b is attached on an end on the intake valve 6 side. The valve clearance between the lower edge of the adjustment bolt 51b and the upper edge of the intake valve 6 is set to a predetermined value as described later. The bias spring 55 has one end attached to the intake rocker arm 51 and the other end attached to the first link 53. By the biasing force of the bias spring 55, the intake rocker arm 51 is biased clockwise in FIG. 6, so that it is always in contact with the main intake cam 43 via the roller 51a.
[0057]
With the above configuration, when the main intake cam 43 rotates clockwise in FIG. 6, the intake rocker arm 51 changes the cam profile of the main intake cam 43 by the rollers 51 a rolling on the cam surface of the main intake cam 43. In response, the pin 51c rotates clockwise and counterclockwise about the rotation fulcrum. By the rotation of the intake rocker arm 51, the adjustment bolt bolt 51b reciprocates in the vertical direction, and opens and closes the intake valve 6.
[0058]
One end of each second link 54 is rotatably connected to the cylinder head 3a via a pin 54a, and the other end is rotatably connected to a predetermined portion of the first link 53 via a pin 54b. Are linked. Further, one end of the return spring 56 is attached to the upper second link 54, and the other end is attached to the cylinder head 3a. Due to the urging force of the return spring 56, the upper second link 54 is urged counterclockwise in FIG. 6, whereby the first link 53 is always connected to the sub intake cam 44 via the roller 53a. Abut.
[0059]
With the above configuration, when the sub intake cam 44 rotates counterclockwise in FIG. 6, the first link 53 causes the roller 53 a to roll on the cam surface of the sub intake cam 44, thereby causing the cam of the sub intake cam 44 to rotate. Move up and down according to profile. This causes the pin 51c, which is the pivot point of the intake rocker arm 51, to move vertically between the lowermost position (the position shown in FIG. 6) and the uppermost position (the position shown in FIG. 15). Accordingly, when the intake rocker arm 51 rotates as described above, the position of the reciprocating movement of the adjust bolt bolt 51b changes.
[0060]
The height of the cam ridge of the main intake cam 43 is higher than that of the sub-intake cam 44, and the ratio of the height of the cam ridge between the main intake cam 43 and the sub-intake cam 44 is determined by adjusting the adjustment bolt 51b from the roller. It is set to a value equal to the ratio of the distance from the center of the adjustment bolt 51b to the center of the pin 51c. That is, when the intake rocker arm 51 is driven by the main / sub intake cams 43 and 44, the amount of vertical movement of the adjustment bolt 51 b due to the cam peak of the main intake cam 43 and the adjustment bolt bolt due to the cam peak of the sub intake cam 44. The fluctuation amounts in the vertical direction of 51b are set to be the same as each other.
[0061]
Next, the variable main intake cam phase mechanism 60 will be described. As shown in FIG. 7, the main intake cam phase changing mechanism 60 includes a housing 61, a three-blade vane 62, a hydraulic pump 63, an electromagnetic valve mechanism 64, and the like.
[0062]
The housing 61 is formed integrally with the above-described sprocket 47, and includes three partition walls 61a formed at equal intervals from each other. The vane 62 is coaxially attached to the end of the main intake camshaft 41 on the sprocket 47 side, extends radially outward from the main intake camshaft 41, and is rotatably accommodated in the housing 61. In the housing 61, three advance chambers 65 and three retard chambers 66 are formed between the partition wall 61a and the vane 62.
[0063]
The hydraulic pump 63 is a mechanical pump connected to the crankshaft 3b. When the crankshaft 3b rotates, the oil for lubrication stored in the oil pan 3d of the engine 3 is supplied to the oil passage 67c. The oil is suctioned through the oil passage 67, and is supplied to the electromagnetic valve mechanism 64 via the oil passage 67c in a state where the pressure is increased.
[0064]
The solenoid valve mechanism 64 is a combination of a spool valve mechanism 64a and a solenoid 64b, and is connected to the advance chamber 65 and the retard chamber 66 via an advance oil passage 67a and a retard oil passage 67b, respectively. At the same time, the hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 63 is output to the advance chamber 65 and the retard chamber 66 as the advance hydraulic pressure Pad and the retard hydraulic pressure Prt, respectively. The solenoid 64b of the solenoid valve mechanism 64 is electrically connected to the ECU 2, and when the control input DUTY_mi from the ECU 2 is input, moves the spool valve element of the spool valve mechanism 64a by a predetermined amount according to the control input DUTY_mi. By moving within the range, both the advance hydraulic pressure Pad and the retard hydraulic pressure Prt are changed.
[0065]
In the main intake cam phase variable mechanism 60 described above, during operation of the hydraulic pump 63, the electromagnetic valve mechanism 64 operates in accordance with the control input DUTY_mi, so that the advance hydraulic pressure Pad is supplied to the advance chamber 65, and the retard hydraulic pressure Prt is supplied to the advance chamber 65. Each is supplied to the retard chamber 66, whereby the relative phase between the vane 62 and the housing 64 is changed to the advance side or the retard side. As a result, the aforementioned main intake cam phase θmi is steplessly changed to the advance side or the retard side within a predetermined range (for example, a range of 45 degrees to 60 degrees of cam angle). The main intake cam phase variable mechanism 60 is provided with a lock mechanism (not shown), which locks the operation of the main intake cam phase variable mechanism 60 when the hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 63 is low. Is done. That is, the change of the main intake cam phase θmi by the variable main intake cam phase mechanism 60 is prohibited, and the main intake cam phase θmi is locked to a value suitable for idling or engine start.
[0066]
Next, the sub intake cam phase variable mechanism 70 will be described. As shown in FIG. 8, the auxiliary intake cam phase changing mechanism 70 includes a housing 71, a single vane 72, a hydraulic piston mechanism 73, a motor 74, and the like.
[0067]
The housing 71 is formed integrally with the gear 46 of the sub intake camshaft 42, and has a vane chamber 75 having a fan-shaped cross section formed therein. The vane 72 is coaxially attached to the end of the auxiliary intake camshaft 42 on the timing chain 48 side, extends outward from the auxiliary intake camshaft 42, and is rotatably housed in the vane chamber 75. The vane 72 partitions the vane chamber 75 into first and second vane chambers 75a and 75b.
[0068]
One end of a return spring 72 a is attached to the vane 72, and the other end of the return spring 72 is attached to the housing 71. The return spring 72a urges the vane 72 in a counterclockwise direction in FIG. 8, that is, in a direction to reduce the volume of the first vane chamber 75a.
[0069]
On the other hand, the hydraulic piston mechanism 73 includes a cylinder 73a and a piston 73b. The internal space of the cylinder 73a communicates with the first vane chamber 75a via an oil passage 76, and hydraulic oil is supplied to the internal space of the cylinder 73a, the oil passage 76, and the first vane chamber 75a. Is filled. The second vane chamber 75b communicates with the atmosphere.
[0070]
A rack 77 is attached to the piston 73b, and a pinion 78 that meshes with the rack 77 is attached coaxially to the rotation shaft of the motor 74. The motor 74 is electrically connected to the ECU 2. When a control input DUTY_msi from the ECU 2 is input, the motor 74 drives the pinion 78 to rotate, so that the piston 73 b slides in the cylinder 73 a via the rack 77. Let it. Accordingly, the oil pressure Psd in the first vane chamber 75a changes, and the vane 72 rotates clockwise or counterclockwise due to the balance between the oil pressure Psd thus changed and the urging force of the return spring 72a. As a result, the sub intake cam phase θmsi is continuously changed to the advance side or the retard side within a predetermined range (a range of a cam angle of 180 deg described later).
[0071]
As described above, in the sub intake cam phase variable mechanism 70, the hydraulic piston mechanism 73 and the motor 74 are used instead of the hydraulic pump 63 and the solenoid valve mechanism 64 of the main intake cam phase variable mechanism 60 described above, so that The intake cam phase θmsi is changed. This is because the sub intake cam phase variable mechanism 70 is used for adjusting the amount of intake air to each cylinder, and therefore requires higher responsiveness than the main intake cam phase variable mechanism 60. Therefore, when high responsiveness is not required in the variable sub-intake cam phase mechanism 70 (for example, when only one of the late closing control and the early closing control needs to be executed in the valve timing control of the intake valve 6 described later). Instead of the hydraulic piston mechanism 73 and the motor 74, a hydraulic pump 63 and an electromagnetic valve mechanism 64 may be used as in the main intake cam phase variable mechanism 60.
[0072]
As shown in FIG. 9, a return spring 72b for urging the vane 72 in the clockwise direction in FIG. 9 is provided in the variable sub-intake cam phase mechanism 70, and the urging force of the return spring 72b is used as the return spring 72a. In addition to setting the same value, the neutral position of the vane 72 shown in the figure may be set to a position corresponding to a value at which the sub intake cam phase θmsi is most frequently controlled. With this configuration, during operation of the variable sub-intake cam phase mechanism 70, the time during which the vane 72 is held at the neutral position becomes longer, so that a longer operation stop time of the motor 74 can be ensured, thereby reducing power consumption. Can be reduced.
[0073]
Next, the above-described phase variable mechanism between intake cams 80 will be described. Since the three inter-intake cam phase variable mechanisms 80 have the same configuration, the inter-intake cam phase for changing the inter-intake cam phase θssi # 2 of the sub intake cam 44 for the second cylinder # 2 will be described below. A description will be given taking the variable mechanism 80 as an example. The inter-intake cam phase variable mechanism 80 is for adjusting the steady variation of the intake air amount among the cylinders, and does not require high responsiveness. The configuration is the same as that of 60 except for a part. That is, as shown in FIG. 10, the intake cam phase variable mechanism 80 includes a housing 81, a vane 82, a hydraulic pump 83, an electromagnetic valve mechanism 84, and the like.
[0074]
The housing 81 is integrally formed with the sub intake cam 44 for the second cylinder # 2, and has one partition 81a. The vane 82 is mounted coaxially in the middle of the auxiliary intake camshaft 42 and is rotatably accommodated in the housing 81. Further, in the housing 81, an advance chamber 85 and a retard chamber 86 are formed between the partition wall 81a and the vane 82.
[0075]
The hydraulic pump 83 is a mechanical pump connected to the crankshaft 3b, similarly to the hydraulic pump 63 described above. When the crankshaft 3b rotates, the lubrication stored in the oil pan 3d of the engine 3 is generated. Oil is sucked in through the oil passage 87c and is supplied to the electromagnetic valve mechanism 84 through the oil passage 87c in a state where the oil is pressurized.
[0076]
The electromagnetic valve mechanism 84 is a combination of the spool valve mechanism 84a and the solenoid 84b, similarly to the above-described electromagnetic valve mechanism 64, and is provided with the advance chamber 85 and the advance chamber 85 via the advance oil passage 87a and the retard oil passage 87b. The hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 83 and connected to the retard chamber 86 is output to the advance chamber 85 and the retard chamber 86 as an advance hydraulic pressure Pad and a retard hydraulic pressure Prt, respectively. The solenoid 84b of the solenoid valve mechanism 84 is electrically connected to the ECU 2, and when a control input DUTY_ssi # 2 is input from the ECU 2, the solenoid valve 84 changes the spool valve body of the spool valve mechanism 84a according to the control input DUTY_ssi # 2. Thus, both the advance hydraulic pressure Pad and the retard hydraulic pressure Prt are changed by moving within the predetermined movement range.
[0077]
In the above-described phase variable mechanism between intake cams 80, during operation of the hydraulic pump 83, the electromagnetic valve mechanism 84 operates according to the control input DUTY_ssi # 2, so that the advance hydraulic pressure Pad is transferred to the advance chamber 85 and the retard hydraulic pressure Prt is supplied to each of the retard chambers 86, whereby the relative phase between the vane 82 and the housing 84 is changed to the advance side or the retard side. As a result, the above-described intake cam phase θssi # 2 is steplessly changed to the advance side or the retard side within a predetermined range (for example, a range of a cam angle of 30 deg). The inter-intake cam phase variable mechanism 80 is provided with a lock mechanism (not shown), which locks the operation of the inter-intake cam phase variable mechanism 80 when the hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 83 is low. Is done. That is, the change of the inter-intake cam phase θssi # 2 by the inter-intake cam phase variable mechanism 80 is prohibited, and the inter-intake cam phase θssi # 2 is locked to the control target value (value 0 described later) at that time.
[0078]
When it is necessary to control the internal EGR amount and the intake air amount of each cylinder with high responsiveness and high accuracy as in the case of a compression ignition type internal combustion engine, the intake cam phase variable The configuration may be similar to that of the variable intake cam phase mechanism 70.
[0079]
Next, the operation of the variable intake valve driving device 40 configured as described above will be described. In the following description, the main / sub intake cams 43 and 44 will be described as an example for the first cylinder # 1. FIG. 11 is a view for explaining the cam profiles of the main and sub intake cams 43 and 44. The operation state when the sub intake cam phase variable mechanism 70 sets the sub intake cam phase θmsi = 0deg, that is, An operation state when there is no phase difference between the sub intake cam 44 and the main intake cam 43 is shown.
[0080]
A curve shown by a one-dot chain line in the figure indicates a contact point between the main intake cam 43 and the intake rocker arm 51 when the main intake cam 43 rotates, that is, a variation amount of the roller 51a and its variation timing. The curve shown by represents the amount of fluctuation of the first link 53, that is, the pin 51c, when the sub intake cam 44 rotates, and the fluctuation timing thereof. This is the same in FIGS. 12 to 16 below.
[0081]
Further, a curve shown by a two-dot chain line in FIG. 11 shows, for comparison, an intake cam (hereinafter, referred to as an engine) of a general engine operated in an Otto cycle, that is, an engine operated so that the expansion ratio and the compression ratio are the same. This indicates the amount and timing of the change of the adjustment bolt 51b due to “Otto intake cam”. Since a curve obtained by adding the valve clearance to this curve corresponds to a valve lift curve of the intake valve by the Otto intake cam, this curve is appropriately referred to as a valve lift curve in the following description.
[0082]
As shown in the drawing, the main intake cam 43 has the same lift start timing, that is, the valve opening timing, and the lift end timing, that is, the valve closing timing, is a later timing of the compression stroke than the Otto intake cam. It is configured as a closed cam, and has a cam profile in which the maximum valve lift is maintained in a predetermined range (for example, a cam angle of 150 deg). In the following description, a state in which the intake valve 6 is closed at a timing later and earlier than the Otto intake cam is referred to as “slowly closed” or “early closed” of the intake valve 6, respectively.
[0083]
Further, the auxiliary intake cam 44 has a cam profile in which the valve opening timing is earlier than the main intake cam 43 and the state in which the maximum valve lift amount is maintained in the above-mentioned predetermined range (for example, a cam angle of 150 deg). are doing.
[0084]
The operation when the intake valve 6 is actually driven by the main / sub intake cams 43 and 44 having the above-described cam profiles will be described with reference to FIGS. FIG. 12 shows an operation example when the sub intake cam phase θmsi = 0 deg. The curve shown by the solid line in FIG. 6B shows the actual variation amount and the variation timing of the adjustment bolt 51b. As described above, the value obtained by taking the valve clearance into account is the intake valve 6b. Corresponds to a valve lift curve indicating the actual valve lift amount and valve timing. Therefore, in the following description, this curve is appropriately referred to as a valve lift curve of the intake valve 6, and the fluctuation amount of the adjustment bolt 51 b and its fluctuation timing are referred to as a valve lift amount and valve timing of the intake valve 6. This is the same in FIGS. 13B to 16B.
[0085]
As shown in FIG. 12A, when the sub intake cam phase θmsi = 0deg, during the period when the main intake cam 43 is in contact with the intake rocker arm 51 at a position where the cam ridge is high, the sub intake cam 44 is The first link 53 comes into contact with the high portion of the mountain. That is, during the valve opening operation by the main intake cam 43, the pivot of the intake rocker arm 51 is held at the lowest position. As a result, as shown in FIG. 12 (b), the valve lift amount and valve timing of the intake valve 6 have the same valve opening timing and later valve closing timing as compared to the Otto intake cam, and the late closing cam The intake valve 6 is being driven.
[0086]
FIGS. 13 to 15 show operation examples when the auxiliary intake cam phase θmsi is set to 90 deg, 120 deg, and 180 deg by the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70, respectively. In other words, an operation example in which the phase of the sub intake camshaft 42 is shifted to the advance angle side by 90 degrees, 120 degrees, and 180 degrees of the cam angles with respect to the main intake camshaft 41 is shown. FIG. 16 shows an operation example when the sub intake cam phase θmsi is changed from 120 deg to 180 deg.
[0087]
As shown in FIG. 13A, when θmsi = 90 deg (a value equal to θmsiott, which will be described later), in the latter half of the period when the main intake cam 43 is in contact with the intake rocker arm 51 at a portion where the cam ridge is high, The sub-intake cam 44 comes into contact with the first link 53 not at a high portion of the cam peak but at a low portion. As a result, as shown in FIG. 3B, the closing timing of the intake valve 6 is earlier than when θmsi = 0 deg, and has the same valve timing as the Otto intake cam described above.
[0088]
When θmsi is larger than 90 deg, for example, when θmsi = 120 deg shown in FIG. 14A, the sub intake cam 44 is in contact with the intake rocker arm 51 at a position where the main intake cam 43 has a high cam ridge. The contact time of the first link 53 at the high point of the cam peak is shorter than when θmsi = 90 deg. As a result, as shown in FIG. 3B, the closing timing of the intake valve 6 is further earlier than when the above-mentioned θmsi = 90 deg, and the valve opening timing is the same as that of the Otto intake cam and the valve closing timing is the same. The timing becomes earlier, and the intake valve 6 is driven by the early closing cam.
[0089]
Further, as shown in FIG. 16, when the auxiliary intake cam phase θmsi is changed from the above 120 deg to 180 deg, the auxiliary intake cam 43 is in contact with the intake rocker arm 51 at a position where the peak of the main intake cam 43 is high. The time during which the 44 abuts on the first link 53 at a high portion of the cam peak gradually decreases, as a result, the closing timing of the intake valve 6 gradually advances, and the valve lift of the intake valve 6 gradually decreases from its maximum value. . As described above, when the auxiliary intake cam phase θmsi is set by the variable auxiliary intake cam phase mechanism 70 so that the valve lift amount of the intake valve 6 becomes smaller than the maximum value, the flow velocity of the intake air flowing into the combustion chamber is increased. And the in-cylinder flow can be further increased. Thereby, the combustion efficiency can be improved.
[0090]
Finally, when θmsi = 180 deg, as shown in FIG. 15A, during the period when the main intake cam 43 is in contact with the intake rocker arm 51 at a position where the cam ridge is high, the auxiliary intake cam 43 Reference numeral 44 denotes a state in which the lower part of the cam peak comes into contact with the first link 53. As a result, as shown in FIG. Is slightly smaller than the valve clearance. As a result, when θmsi = 180 deg, the intake valve 6 is not driven by the adjustment bolt 51b, so that the intake valve 6 is kept closed.
[0091]
In the variable intake valve driving device 40 described above, the valve lift curve of the intake valve 6 is the same as that of the Otto intake cam when the auxiliary intake cam phase θmsi = 90 deg. The value of the sub intake cam phase θmsi at which the valve lift curve of the valve 6 becomes the same as the Otto intake cam can be changed as appropriate by changing the cam profiles of the main and sub intake cams 43 and 44.
[0092]
Next, the variable exhaust valve driving device 90 will be described. The variable exhaust valve driving device 90 has substantially the same configuration as the above-described variable intake valve driving device 40, and includes a main exhaust cam shaft 91 and a sub exhaust cam shaft 92 for driving an exhaust valve, and a An exhaust valve driving mechanism 100 (only one is shown in FIG. 2) that opens and closes the exhaust valve 7 with the rotation of the main and sub exhaust camshafts 91 and 92; A variable sub-exhaust cam phase mechanism 120 and three variable phase inter-exhaust cam mechanisms 130 are provided.
[0093]
The main exhaust camshaft 91 includes a main exhaust cam 93 provided for each cylinder, a main gear 95 attached integrally, and a sprocket 97 provided at one end. The sprocket 97 is connected to the crankshaft 3b via the above-described timing chain 48, similarly to the sprocket 47 of the main exhaust camshaft 41. Thus, the main exhaust camshaft 91 makes one rotation every two rotations of the crankshaft 3b.
[0094]
The main exhaust cam phase variable mechanism 110 controls the relative phase of the main exhaust camshaft 91 with respect to the sprocket 97, that is, the relative phase of the main exhaust camshaft 91 with respect to the crankshaft 3b (hereinafter referred to as “main exhaust cam phase”). θme is steplessly changed to the advance side or the retard side. The variable main exhaust cam phase mechanism 110 is specifically configured in the same manner as the main intake cam phase variable mechanism 60 described above, and a description thereof will be omitted here.
[0095]
Further, a main exhaust cam angle sensor 32 is provided at an end of the main exhaust camshaft 91 opposite to the sprocket 97. The main exhaust cam angle sensor 32, like the main intake cam angle sensor 27, is composed of a magnet rotor and an MRE pickup, and generates a pulse signal of the main exhaust cam signal as the main exhaust cam shaft 91 rotates. Is output to the ECU 2 for each cam angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates the main exhaust cam phase θme based on the main exhaust cam signal and the CRK signal.
[0096]
On the other hand, the sub exhaust camshaft 92 has a sub exhaust cam 94 provided for each cylinder, and a sub gear 96 having the same number of teeth as the main gear 95. Like the main and sub gears 45 and 46, the main and sub gears 95 and 96 are pressed by a pressing spring (not shown) so as to always mesh with each other. It is configured so that rush does not occur. The meshing of the gears 95 and 96 causes the auxiliary exhaust camshaft 92 to rotate in the opposite direction at the same rotational speed as the main exhaust camshaft 91 rotates.
[0097]
In addition, the auxiliary exhaust cam phase variable mechanism 120 controls the relative phase of the auxiliary exhaust camshaft 92 with respect to the gear 96, that is, the relative phase of the auxiliary exhaust camshaft 92 with respect to the main exhaust camshaft 91 (hereinafter referred to as “auxiliary exhaust cam phase”). ) It changes θmse steplessly. The variable sub-exhaust cam phase mechanism 120 is specifically configured in the same manner as the variable sub-intake cam phase mechanism 70 described above, and a description thereof will be omitted.
[0098]
On the other hand, a sub exhaust cam angle sensor 33 is provided at an end of the sub exhaust cam shaft 92 opposite to the sub exhaust cam phase variable mechanism 120. Like the main exhaust cam angle sensor 32, the sub-exhaust cam angle sensor 33 includes a magnet rotor and an MRE pickup. Is output to the ECU 2 for each cam angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates the sub exhaust cam phase θmse based on the sub exhaust cam signal, the main exhaust cam signal, and the CRK signal.
[0099]
Further, the sub-exhaust cam 94 for the first cylinder # 1 is mounted so as to rotate coaxially and integrally with the sub-exhaust camshaft 92, and is used for the other second to fourth cylinders # 2 to # 4. Each of the sub exhaust cams 94 is connected to the sub exhaust cam shaft 92 via the inter-exhaust cam phase changing mechanism 130. The variable phase mechanism 130 between the exhaust cams is used to control the relative phase of the sub exhaust cams 94 for the second to fourth cylinders # 2 to # 4 with respect to the sub exhaust cam 94 for the first cylinder # 1 (hereinafter referred to as “exhaust”). Θmse # 2 to # 4 are independently and steplessly changed independently of each other. Specifically, since it is configured in the same manner as the intake cam phase variable mechanism 80 described above, The description is omitted here.
[0100]
On the other hand, the exhaust valve drive mechanism 100 has the same configuration as the intake valve drive mechanism 50, and includes main and auxiliary exhaust cams 93 and 94, an exhaust rocker arm 101 that opens and closes the exhaust valve 7, and a link that supports the exhaust rocker arm 101. It is composed of a mechanism 102 and the like. The main / sub exhaust cams 93, 94 have the same cam profile as the main / sub intake cams 43, 44, respectively. Further, the exhaust rocker arm 101 and the link mechanism 102 are configured in the same manner as the intake rocker arm 51 and the link mechanism 52 described above, respectively. An adjusting bolt 101b similar to the adjusting bolt 51b described above is attached to the end of the adjusting bolt 101b. Further, the exhaust rocker arm 101 is rotatably supported by the first link 103.
[0101]
Next, the operation of the variable exhaust valve driving device 90 configured as described above will be described. In the following description, the main / sub exhaust cams 93 and 94 will be described as an example for the first cylinder # 1. FIG. 17 is a view for explaining the cam profiles of the main and sub exhaust cams 93 and 94, and shows an operation example when the sub exhaust cam phase θmse = 0 deg is set by the sub exhaust cam phase variable mechanism 120. ing.
[0102]
The curve shown by the one-dot chain line in the figure represents the amount and timing of the change of the contact point between the main exhaust cam 93 and the exhaust rocker arm 101 when the main exhaust cam 93 rotates, and the curve shown by the broken line in the figure is , The amount of fluctuation of the first link 103 when the auxiliary exhaust cam 94 rotates and the fluctuation timing thereof. This is the same in FIGS. 18 to 21 described below.
[0103]
Further, a curve shown by a two-dot chain line in FIG. 5 shows, for comparison, the fluctuation amount of the adjustment bolt 101b due to the exhaust cam of a general engine operated in the Otto cycle (hereinafter referred to as “Otto exhaust cam”) and the fluctuation thereof. It shows the timing. A curve obtained by adding the valve clearance to this curve corresponds to a valve lift curve of the exhaust valve by the Otto exhaust cam, and this curve is appropriately referred to as a valve lift curve in the following description.
[0104]
As shown in the drawing, the main exhaust cam 93 is configured as a so-called early opening cam, which has the same valve closing timing as the Otto exhaust cam and the valve opening timing is opened earlier in the expansion stroke. And a cam profile in which a state in which the maximum valve lift amount is maintained in a predetermined range (for example, a cam angle of 90 degrees).
[0105]
Further, the auxiliary exhaust cam 94 has a cam profile in which the valve opening time is longer than that of the main exhaust cam 93 and the state in which the maximum valve lift amount is maintained in a longer predetermined range (for example, a cam angle of 150 deg). are doing.
[0106]
The operation when the exhaust valve 7 is actually driven by the main / sub exhaust cams 93 and 94 having the above-described cam profiles will be described with reference to FIGS. FIG. 18 shows an operation example when the sub exhaust cam phase θmse = 0 deg. It should be noted that the curve shown by the solid line in the figure shows the actual fluctuation amount of the adjustment bolt 101b and its fluctuation timing, and substantially corresponds to the valve lift curve of the exhaust valve 7 as described above. . Therefore, in the following description, this curve is appropriately referred to as a valve lift curve of the exhaust valve 7, and the actual fluctuation amount of the adjustment bolt 101b and its fluctuation timing are referred to as the valve lift amount and valve timing of the exhaust valve 7. This is the same in FIGS.
[0107]
As described above, the case where the sub exhaust cam phase θmse = 0 deg corresponds to the case where the main intake cam phase θmsi = 180 deg. Therefore, the period in which the main exhaust cam 93 is in contact with the exhaust rocker arm 101 at a high portion of the cam peak. In the middle, the sub exhaust cam 94 comes into contact with the first link 103 at a lower portion of the cam peak. As a result, as shown in FIG. 18, the fluctuation amount of the adjustment bolt 101b is extremely small, and the maximum value is slightly smaller than the valve clearance. Therefore, when θmse = 0 deg, the exhaust valve 7 is not driven by the adjustment bolt 101b, so that the exhaust valve 7 is maintained in the closed state.
[0108]
FIGS. 19 to 21 show operation examples when the sub exhaust cam phase θmse is set to 45 deg, 90 deg, and 150 deg by the sub exhaust cam phase variable mechanism 120, respectively. In other words, an operation example in which the phase of the sub exhaust camshaft 92 is shifted to the advance angle side by 45 degrees, 90 degrees, and 150 degrees with respect to the main exhaust camshaft 91 with respect to the main exhaust camshaft 91 is shown.
[0109]
With the configuration of the exhaust valve driving mechanism 100 described above, as θmse increases, that is, as the phase of the sub exhaust camshaft 92 is advanced with respect to the main exhaust camshaft 91, the main exhaust cam 93 becomes higher in the portion where the cam peak is higher. During the period in which the auxiliary exhaust cam 94 is in contact with the exhaust rocker arm 101, the time during which the sub exhaust cam 94 contacts the first link 103 at a portion where the cam peak is high becomes longer. As a result, as shown in FIGS. 19 to 21, as θmse increases, the valve opening timing of the exhaust valve 7 becomes earlier.
[0110]
Specifically, when θmse = 45 deg shown in FIG. 19, the valve closing timing is the same and the valve opening timing is later than that of the Otto exhaust cam, and the exhaust valve 7 is driven by the slow opening cam. It becomes. When θmse = 90 deg shown in FIG. 20, the valve timing of the exhaust valve 7 is the same as the valve timing of the Otto exhaust cam. Further, when θmse is larger than 90 deg, for example, when θmse = 150 deg shown in FIG. The valve 7 is driven. Although not shown, in the range of θmse = 0 to 60 deg, the valve lift of the exhaust valve 7 is configured to increase as θmse increases.
[0111]
On the other hand, as shown in FIG. 3, the ECU 2 is connected to an intake pipe temperature sensor 34, an accelerator opening sensor 35 (load detecting means), and an ignition switch (hereinafter referred to as "IG-SW") 36. The temperature sensor 34 in the intake pipe outputs a detection signal indicating the air temperature TB in the intake pipe 8 to the ECU 2, and the accelerator opening sensor 35 outputs a depression amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle (hereinafter referred to as "accelerator opening"). ) Output a detection signal indicating the AP to the ECU 2. Further, the IG / SW 36 is turned on / off by operating an ignition key (not shown), and outputs a signal representing the ON / OFF state to the ECU 2.
[0112]
Next, the ECU 2 will be described. The ECU 2 includes a microcomputer including an I / O interface, a CPU, a RAM, a ROM, and the like. The ECU 2 responds to the detection signals of the various sensors 20 to 35 and the output signal of the IG / SW 36 to control the engine 3. In addition to discriminating the operating state, various control processes to be described later are executed in accordance with a control program stored in the ROM or data stored in the RAM. In the present embodiment, the ECU 2 constitutes a load detecting unit, a valve closing timing determining unit, and a control unit.
[0113]
As shown in FIG. 22, the control device 1 includes a DUTY_th calculation unit 200, a Gcyl calculation unit 210, a sub-intake cam phase controller 220, and an intake cam phase controller 230. It consists of. In the DUTY_th calculation unit 200, a target opening TH_cmd, which is a target value of the throttle valve opening TH, is calculated according to a target intake air amount Gcyl_cmd, and further according to the target opening TH_cmd, as described later. The control input DUTY_th to the throttle valve mechanism 16 is calculated.
[0114]
The Gcyl calculation unit 210 calculates the cylinder intake air amount Gcyl estimated to have been taken into the cylinder by the equation (1) shown in FIG. In this equation (1), VB represents an intake pipe volume, and R represents a predetermined gas constant. The symbol n represents the discretized time, and each discrete data (time-series data) with the symbols (n), (n-1), etc. has a predetermined period (for example, input synchronization or a constant value of a TDC signal). Indicates that the data is sampled by. The data with the symbol (n) indicates the current value, and the data with the symbol (n-1) indicates the previous value. This applies to other discrete data in the following description. Further, in the description in this specification, symbols (n), (n-1) and the like representing discrete data are appropriately omitted.
[0115]
The sub intake cam phase controller 220 calculates a control input DUTY_msi to the sub intake cam phase variable mechanism 70 in accordance with the cylinder intake air amount Gcyl calculated by the Gcyl calculation unit 210 and the like. Will be described later.
[0116]
Further, the intake cam phase controller 230 is for correcting variations in the intake air amount between the cylinders, and a detailed description thereof is omitted here. The phase θssi # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is calculated, and the control inputs DUTY_ssi # 2 to # 4 are calculated accordingly. By outputting these control inputs DUTY_ssi # 2 to # 4 to the three intake cam phase variable mechanisms 80, respectively, the phase between the intake cams of the second to fourth cylinders # 2 to # 4 with respect to the first cylinder # 1 is output. θssi # 2 to # 4 are controlled.
[0117]
Next, the auxiliary intake cam phase controller 220 will be described. As shown in FIG. 23, the auxiliary intake cam phase controller 220 includes a first SPAS controller 221 (valve closing timing determining means) for calculating a target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd. , A second SPAS controller 225 for calculating the control input DUTY_msi.
[0118]
The first SPAS controller 221 uses the adaptive prediction type response assignment control algorithm (Self-tuning Prediction Control Assignment) algorithm described below to perform cylinder suction based on the cylinder intake air amount Gcyl, the target intake air amount Gcyl_cmd, and the required drive torque TRQ_eng. The target sub intake cam phase θmsi_cmd is calculated such that the air amount Gcyl converges to the target intake air amount Gcyl_cmd and the sub intake cam phase θmsi is restricted to a basic value θmsi_base described later. It comprises an on-board identifier 223 and a sliding mode controller 224.
[0119]
First, the state predictor 222 will be described. The state predictor 222 predicts (calculates) a predicted intake air amount Pre_Gcyl which is a predicted value of the cylinder intake air amount Gcyl by a prediction algorithm described below.
[0120]
First, a control object having a cylinder intake air amount Gcyl and a sub intake cam phase θ msi as an input and an output, respectively, is an ARX model (auto-regressive model with exogenous input: an autoregressive model having an external input) which is a discrete time system model. By modeling, the equation (2) shown in FIG. 24 is obtained. In the equation (2), d represents a dead time determined by the characteristics of the control target. Also, a1, a2, and b1 represent model parameters, and are sequentially identified by the on-board identifier 223 as described later.
[0121]
Next, when the equation (2) is shifted to the future side by the discrete time [d-1], the equation (3) in FIG. 24 is obtained. Further, the matrices A and B are defined using the model parameters a1, a2, and b1 as shown in equations (4) and (5) shown in FIG. 24, and the future value [Gcyl ( n + d-2), Gcyl (n + d-3)], the equation (3) is transformed by repeatedly using the recurrence equation of the above equation (3), and the equation (6) shown in FIG. 24 is obtained. Can be
[0122]
Although it is possible to calculate the predicted intake air amount Pre_Gcyl by using the equation (6), the steady-state error and the predicted intake air amount Pre_Gcyl are caused by the shortage of the model order and the nonlinear characteristic of the control target. Modeling errors can occur.
[0123]
In order to avoid this, the state predictor 222 of the present embodiment calculates the predicted intake air amount Pre_Gcyl by using Expression (7) shown in FIG. 24 instead of Expression (6). This equation (7) is obtained by adding a compensation parameter γ1 for compensating for the steady-state error and the modeling error to the right side of the equation (6).
[0124]
Next, the on-board identifier 223 will be described. The on-board identifier 223 uses an iterative identification algorithm described below so that the identification error ide, which is the deviation between the predicted intake air amount Pre_Gcyl and the cylinder intake air amount Gcyl, is minimized (that is, the predicted intake air amount). In order to make the amount Pre_Gcyl coincide with the cylinder intake air amount Gcyl), the matrix components α1, α2, βj of the model parameters and the vector θs of the compensation parameter γ1 in equation (7) are identified.
[0125]
Specifically, the vector θs (n) is calculated by the equations (8) to (13) shown in FIG. The transpose of the vector θs (n) is defined as shown in equation (12) of FIG. In equation (8), KPs (n) represents a vector of a gain coefficient, and this gain coefficient KPs (n) is calculated by equation (9). In Expression (9), Ps (n) is a d + 2 square matrix defined by Expression (10), and ζs (n) is a vector whose transposed matrix is defined as Expression (13). is there. Further, the identification error ide (n) in Expression (8) is calculated by Expression (11).
[0126]
In the above-described identification algorithm, one of the following four identification algorithms is selected by setting the weight parameters λ1 and λ2 in Expression (10).
That is,
λ1 = 1, λ2 = 0; fixed gain algorithm
λ1 = 1, λ2 = 1; Least squares algorithm
λ1 = 1, λ2 = λ; decreasing gain algorithm
λ1 = λ, λ2 = 1; weighted least squares algorithm
Here, λ is a predetermined value set to 0 <λ <1.
In the present embodiment, a weighted least squares algorithm is employed in order to optimally secure both the identification accuracy and the convergence speed of the vector θs to the optimum value.
[0127]
Next, the sliding mode controller (hereinafter, referred to as “SLD controller”) 224 will be described. The SLD controller 224 operates based on the sliding mode control algorithm so that the cylinder intake air amount Gcyl converges to the target intake air amount Gcyl_cmd and the sub intake cam phase θmsi is restricted to the basic value θmsi_base. The phase θ msi_cmd is calculated. Hereinafter, the sliding mode control algorithm will be described.
[0128]
First, in this sliding mode control algorithm, Expression (14) shown in FIG. 26 is used as a control target model. This equation (14) is obtained by shifting equation (6) of FIG. 24 described above to the future side by the discrete time “1”.
[0129]
When the control target model shown in Expression (14) is used, the switching function σs is set as follows. That is, if the following error Es is defined as a deviation between the cylinder intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd as shown in the equation (15) in FIG. 26, the switching function σs is as shown in the equation (16) in FIG. Is set as a linear function of the time series data (discrete data) of the tracking error Es. Note that Ss shown in Expression (16) represents a switching function setting parameter.
[0130]
In the sliding mode control algorithm, when the switching function s is composed of two state variables [Es (n) and Es (n-1)] as in the present embodiment, as shown in FIG. The phase space composed of variables is a two-dimensional phase plane having these as the vertical axis and the horizontal axis. On this phase plane, the combination of the values of the two state variables satisfying σs = 0 is expressed by the formula [Es (N) = − Ss · Es (n−1)] on a straight line called a switching straight line.
[0131]
Since this equation [Es (n) = − Ss · Es (n−1)] represents a first-order lag system with no input, the switching function setting parameter Ss is set to, for example, −1 <Ss <1, and When this first-order lag system is stabilized, the combination of the two state variables [Es (n), Es (n-1)] converges to an equilibrium point where the value becomes 0 with the passage of time. That is, by causing the tracking error Es to converge to the value 0, the cylinder intake air amount Gcyl can converge to the target intake air amount Gcyl_cmd. Note that a period until the two state variables [Es (n), Es (n-1)] asymptotically approaches the switching straight line is called a reaching mode, and a behavior in which they slide to an equilibrium point is called a sliding mode.
[0132]
In this case, if the switching function setting parameter Ss is set to a positive value, the first-order lag system represented by the equation [Es (n) =-Ss · Es (n-1)] becomes a vibration stable system. This is not preferable as the convergence behavior of [Es (n), Es (n-1)]. Therefore, in the present embodiment, the switching function setting parameter Ss is set as shown in Expression (17) of FIG. When the switching function setting parameter Ss is set in this manner, as shown in FIG. 29, as the absolute value of the switching function setting parameter Ss becomes smaller, the convergence speed of the following error Es to the value 0, that is, the cylinder intake air amount Gcyl becomes smaller. The convergence speed to the target intake air amount Gcyl_cmd increases. As described above, in the sliding mode control, the convergence behavior and the convergence speed of the cylinder intake air amount Gcyl to the target intake air amount Gcyl_cmd can be arbitrarily specified by the switching function setting parameter Ss.
[0133]
The control input Uspas (n) [= θmsi_cmd (n)] for placing a combination of these state variables [Es (n), Es (n−1)] on the switching line is represented by the equation (18) in FIG. ), It is defined as the sum of the equivalent control input Ueq (n), the reaching law input Urch (n), and the valve control input Uvt (n).
[0134]
This equivalent control input Ueq (n) is for keeping the combination of [Es (n), Es (n-1)] on the switching line, and specifically, the equation shown in FIG. It is defined as (19). This equation (19) is derived as follows. That is, when the equation (22) shown in FIG. 27 is modified based on the above-mentioned equation (16), the equation (23) shown in FIG. 27 is obtained. When it is deformed by using, equation (24) shown in FIG. 27 is obtained. Further, when the term of the sub intake cam phase θmsi in the equation (24) is collectively deformed, the equation (25) shown in FIG. 27 is obtained. Next, in the equation (25), the sub intake cam phase θmsi (n) on the left side is replaced with the equivalent control input Ueq (n), and at the same time, based on the relationship of Pre_Gcyl (n) ≒ Gcyl (n + d−1), The above expression (19) is derived by replacing the future value Gcyl (n + d-1) of the cylinder intake air amount on the right side with the predicted value Pre_Gcyl.
[0135]
In addition, when the combination of [Es (n), Es (n-1)] deviates from the switching straight line due to disturbance, modeling error, or the like, the reaching law input Urch (n) places these on the switching straight line. This is for convergence, and is specifically defined as Expression (20) shown in FIG.
[0136]
Further, the valve control input Uvt (n) is a feedforward input for restricting the sub intake cam phase θmsi to its basic value θmsi_base. Specifically, as shown in the equation (21) in FIG. It is defined as a value equal to the value θmsi_base. Note that this basic value θmsi_base is calculated according to the required drive torque TRQ_eng (a parameter representing the load), as described later.
[0137]
As described above, in the first SPAS controller 221, in the state predictor 222, the predicted intake air amount Pre_Gcyl is calculated by the state prediction algorithm to which the compensation parameter γ1 is added, and the compensation parameter γ1 is calculated by the on-board identifier 223. Thus, the predicted intake air amount Pre_Gcyl can be calculated with high accuracy while compensating for the above-described steady-state deviation and modeling error.
[0138]
Further, in the SLD controller 224, the following error Es can be made to converge to the value 0 by the reaching law input Urch and the equivalent control input Ueq. That is, the cylinder intake air amount Gcyl can be made to converge to the target intake air amount Gcyl_cmd, and at the same time, the convergence behavior and the convergence speed can be arbitrarily specified by setting the switching function setting parameter Ss. Therefore, the convergence speed of the cylinder intake air amount Gcyl to the target intake air amount Gcyl_cmd can be set to an appropriate value according to the characteristics of the control target (the intake system including the sub intake cam phase variable mechanism 70 and the like). Thereby, controllability can be improved.
[0139]
In addition to this, the auxiliary intake cam phase θmsi can be restricted to its basic value θmsi_base by the valve control input Uvt, and at the same time, the compensation control parameter γ1 is included in the equivalent control input Ueq. The cylinder intake air amount Gcyl can be appropriately converged to the target intake air amount Gcyl_cmd while compensating for the influence of Uvt.
[0140]
Next, the second SPAS controller 225 will be described. The second SPAS controller 225 calculates the control input DUTY_msi in accordance with the sub intake cam phase θmsi and the target sub intake cam phase θmsi_cmd by a control algorithm similar to that of the first SPAS controller 221 except for a part. As shown in FIG. 30, it comprises a state predictor 226, an on-board identifier 227, and a sliding mode controller 228.
[0141]
The state predictor 226 predicts (calculates) a predicted auxiliary intake cam phase Pre_θmsi which is a predicted value of the auxiliary intake cam phase θmsi using the same prediction algorithm as the state predictor 222 described above.
[0142]
Specifically, equation (26) shown in FIG. 31 is used as the control target model. In the equation (26), dx represents a dead time determined by the characteristics of the control target, and a1 ', a2', and b1 'represent model parameters. In addition, the symbol m represents the discretized time, and indicates that each discrete data with the symbol (m) is data sampled at a predetermined cycle shorter than the discrete data with the symbol (n) described above. ing. The same applies to other discrete data in the following description of the present specification, and in the description of the present specification, the symbol (m) indicating that the data is the discrete data is appropriately omitted. As described above, the reason why the sampling cycle of each discrete data in the equation (26) is set to be shorter than the cycle of each discrete data in the aforementioned equation (2) is that the second SPAS controller 225 uses If the convergence speed of the cam phase θmsi to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is slower than the convergence speed of the cylinder intake air amount Gcyl to the target intake air amount Gcyl_cmd by the first SPAS controller 221, controllability is reduced. This is to avoid this and ensure good controllability.
[0143]
The matrices A ′ and B ′ are defined using the model parameters a1 ′, a2 ′ and b1 ′ as shown in equations (27) and (28) shown in FIG. By performing the deformation in the same manner as in the case of 222, Expression (29) shown in FIG. 31 is derived. In this equation (29), γ ′ is a compensation parameter for compensating for the steady-state deviation and the modeling error, similar to the compensation parameter γ described above.
[0144]
Also, the on-board identifier 227 also minimizes the identification error ide ', which is the deviation between the predicted auxiliary intake cam phase Pre_θmsi and the auxiliary intake cam phase θmsi, by the same sequential identification algorithm as the above-described on-board identifier 223. As described above (that is, so that the predicted auxiliary intake cam phase Pre_θmsi matches the auxiliary intake cam phase θmsi), the vectors of the matrix components α1 ′, α2 ′, βj ′ and the compensation parameter γ1 ′ of the model parameters in the above equation (29) θs ′ is identified.
[0145]
Specifically, the vector θs ′ (m) is calculated by the equations (30) to (35) shown in FIG. Equations (30) to (35) are configured in the same manner as Equations (8) to (13) described above, and a description thereof will be omitted.
[0146]
Next, the sliding mode controller (hereinafter, referred to as “SLD controller”) 228 will be described. The SLD controller 228 calculates the control input DUTY_msi based on the sliding mode control algorithm such that the sub intake cam phase θmsi converges to the target sub intake cam phase θmsi_cmd.
[0147]
Specifically, the control input DUTY_msi is calculated by the algorithm shown in equations (36) to (41) in FIG. That is, as shown by the equation (36) in the figure, if the following error Es' is defined as a deviation between the sub intake cam phase θmsi and the target sub intake cam phase θmsi_cmd, the switching function σs' and the switching function setting parameter Ss' Are defined as shown in equations (37) and (38) in FIG. The control input DUTY_msi is defined as the sum of the equivalent control input Ueq ′ and the reaching law input Urch ′, as shown in Expression (39) of FIG. It is defined as shown in equations (40) and (41) in FIG. As shown in Expression (39), the SLD controller 228 may control the sub intake cam phase θmsi to converge to the target sub intake cam phase θmsi_cmd. Therefore, the above-described valve control input Uvt is equal to the control input DUTY_msi. Omitted from the input component.
[0148]
As described above, also in the second SPAS controller 225, in the state predictor 226, the predicted auxiliary intake cam phase Pre_θmsi is calculated by the state prediction algorithm to which the compensation parameter γ1 ′ is added, and the compensation parameter γ1 ′ is identified by on-board identification. Therefore, the predicted auxiliary intake cam phase Pre_θmsi can be accurately calculated while compensating for the steady-state error and the modeling error.
[0149]
In addition, in the SLD controller 227, the auxiliary intake cam phase θmsi can be made to converge to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd by the reaching law input Urch ′ and the equivalent control input Ueq ′, and at the same time, the convergence behavior and the convergence speed are It can be arbitrarily specified by setting the switching function setting parameter Ss'. Therefore, the convergence speed of the sub intake cam phase θmsi to the target sub intake cam phase θmsi_cmd can be set to an appropriate value according to the characteristics of the control target (system including the variable sub intake cam phase mechanism 70). Thereby, controllability can be improved.
[0150]
When the two switching function setting parameters Ss and Ss 'are set to values that satisfy the relationship of -1 <Ss <Ss'<0, the responsiveness of the control by the second SPAS controller 225 is reduced by the first SPAS. The control by the controller 221 can be enhanced, and the controllability of the sub intake cam phase controller 220 can be improved.
[0151]
Hereinafter, the engine control process including the valve timing control of the intake valve 6, which is executed by the ECU 2, will be described with reference to FIG. This figure shows the main control contents of the engine control processing. In this program, first, in step 1 (abbreviated as "S1" in the figure, the same applies hereinafter), the fuel control processing is executed. In this fuel control process, the required driving torque TRQ_eng, the main fuel injection rate Rt_Pre, the cylinder intake air amount Gcyl, the target intake air amount Gcyl_cmd, the fuel injection amounts TOUT_main, TOUT_sub, and the like are calculated according to the operating state of the engine 3. Yes, and the specific contents will be described later.
[0152]
Next, at step 2, a supercharging pressure control process is executed. This supercharging pressure control processing is for calculating a control input Dut_wg to the wastegate valve 10d according to the operating state of the engine 3, and the specific contents thereof will be described later.
[0153]
Next, at step 3, an intake valve control process is executed. This intake valve control process is for calculating the various control inputs DUTY_mi, DUTY_msi and DUTY_ssi # 2 to # 4 described above according to the operating state of the engine 3, and the specific contents thereof will be described later.
[0154]
Next, at step 4, an exhaust valve control process is executed. Although the detailed description of the exhaust valve control process is omitted, the above-described main exhaust cam phase variable mechanism 110, sub exhaust cam phase variable mechanism 120, and exhaust cam phase variable mechanism 130 vary depending on the operating state of the engine 3. The control inputs DUTY_me, DUTY_mse, and DUTY_sse # 2 to # 4 are calculated.
[0155]
Next, in step 5, a throttle valve control process is executed. This throttle valve control processing is for calculating the above-mentioned control input DUTY_th according to the operating state of the engine 3, and the specific contents thereof will be described later.
[0156]
Next, at step 6, after executing the ignition timing control processing, the program is terminated. Although the detailed description of the ignition timing control processing is omitted, the ignition timing of the air-fuel mixture by the ignition plug 5 is calculated in accordance with the operating state of the engine 3.
[0157]
Next, the fuel control process in step 1 will be described with reference to FIG. As shown in the drawing, in this program, first, in step 10, it is determined whether or not the intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG or the throttle valve failure flag F_THNG is “1”. The intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG is set to “1” when the variable intake valve drive device 40 or the variable exhaust valve drive device 90 has failed, and is set to “0” when both are normal. It is. The throttle valve failure flag F_THNG is set to “1” when the throttle valve mechanism 16 has failed, and is set to “0” when the throttle valve mechanism 16 is normal.
[0158]
If the result of the determination in step 10 is NO and the variable intake valve driving device 40, the variable exhaust valve driving device 90, and the throttle valve mechanism 16 are all normal, the process proceeds to step 11, and the required driving torque TRQ_eng is reduced by the engine speed. It is calculated by searching a map shown in FIG. 36 according to the number NE and the accelerator pedal opening AP.
[0159]
The predetermined values AP1 to AP3 of the accelerator opening AP in the figure are set so that the relationship of AP1>AP2> AP3 is established, and the predetermined value AP1 is set to the maximum value of the accelerator opening AP, that is, the maximum depression amount. Is set. As shown in the figure, in this map, in the range of NE ≦ NER2 (predetermined value), the required drive torque TRQ_eng is set to a larger value as the engine speed NE is higher and the accelerator opening AP is larger. Have been. This is because the required engine torque increases as the load on the engine 3 increases. When AP = AP1, the required drive torque TRQ_eng is set to its maximum value in the range of NER1 (predetermined value) <NE ≦ NER2. Further, in the range of NER2 <NE, the required drive torque TRQ_eng is set to a larger value as the accelerator opening AP is larger, and is set to a smaller value as the engine speed NE is higher. . This is due to the output characteristics of the engine torque with respect to the engine speed NE.
[0160]
In step 12 following step 11, it is determined whether or not the required drive torque TRQ_eng calculated in step 11 is smaller than a predetermined stratified combustion operation threshold value TRQ_disc. Note that the stratified combustion operation refers to an operation in which the main fuel injection valve 4 performs fuel injection into the cylinder during the compression stroke to perform stratified combustion of the air-fuel mixture.
[0161]
If the determination result in step 12 is YES and the engine 3 is to perform stratified charge combustion operation, the process proceeds to step 13 in which a target air-fuel ratio KCMD_disc for stratified charge combustion operation is searched in a table (not shown) according to the required drive torque TRQ_eng. It is calculated by the following. In this table, the target air-fuel ratio KCMD_disc for stratified charge combustion operation is set to a value in a predetermined extremely lean region (for example, A / F = 30 to 40).
[0162]
Next, the routine proceeds to step 14, in which the target air-fuel ratio KCMD is set to the target air-fuel ratio KCMD_disc for stratified charge combustion operation, and in step 15, the main fuel injection rate Rt_Pre is set to a predetermined maximum value Rtmax (100%). Thus, the fuel injection by the auxiliary fuel injection valve 15 is stopped, as described later. Proceeding to step 16, the cylinder intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd are calculated.
[0163]
The cylinder intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd are specifically calculated by a program shown in FIG. That is, first, in step 30 of the figure, the cylinder intake air amount Gcyl is calculated by the aforementioned equation (1).
[0164]
Next, at step 31, the basic value Gcyl_cmd_base of the target intake air amount is calculated by searching a map shown in FIG. 38 according to the engine speed NE and the required drive torque TRQ_eng. It should be noted that the predetermined values TRQ_eng1 to TRQ_eng1 of the required driving torque in this map are set such that the relationship of TRQ_eng1>TRQ_eng2> TRQ_eng3 is satisfied. As shown in the figure, the basic value Gcyl_cmd_base of the target intake air amount is set to a larger value as the engine speed NE is higher or the required drive torque TRQ_eng is larger. This is because a larger engine output is required as the load on the engine 3 is larger, so that a larger intake air amount is required.
[0165]
Next, in step 32, the air-fuel ratio correction coefficient Kgcyl_af is calculated by searching a table shown in FIG. 39 according to the target air-fuel ratio KCMD. In this table, the air-fuel ratio correction coefficient Kgcyl_af is set to a larger value as the target air-fuel ratio KCMD is on the rich side. This is because the required intake air amount becomes smaller as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer. The value KCMDST in the figure is a value corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio.
[0166]
Next, the routine proceeds to step 33, where the product of the basic value of the target intake air amount and the air-fuel ratio correction coefficient (Kgcyl_af · Gcyl_cmd_base) is set as the target intake air amount Gcyl_cmd, and then this program ends.
[0167]
Referring back to FIG. 35, after executing step 16 as described above, the process proceeds to step 17, where a fuel injection control process is executed. In the fuel injection control process, specifically, control inputs to the main and auxiliary fuel injection valves 4 and 15 are calculated as follows.
[0168]
First, a main fuel injection amount TOUT_main which is a fuel injection amount of the main fuel injection valve 4 and a sub fuel injection amount TOUT_sub which is a fuel injection amount of the sub fuel injection valve 15 are calculated. That is, the final total fuel injection amount TOUT for each cylinder is calculated for each cylinder based on the operating state of the engine 3 and the aforementioned target air-fuel ratio KCMD, and then the main fuel injection amount TOUT is calculated by the following equations (42) and (43). Calculate the auxiliary fuel injection amounts TOUT_main and TOUT_sub, respectively.
TOUT_main = [TOUT · Rt_Pre] / 100 (42)
TOUT_sub = [TOUT · (100−Rt_Pre)] / 100 (43)
Referring to this equation (43), when Rt_Pre = Rtmax (100%), TOUT_sub = 0, and it can be seen that the fuel injection by the auxiliary fuel injection valve 15 is stopped.
[0169]
Next, a control input to the main / sub fuel injection valves 4 and 15 is calculated by searching a table (not shown) according to the calculated main / sub fuel injection amounts TOUT_main and TOUT_sub. After executing step 17 as described above, the present program ends.
[0170]
On the other hand, if the decision result in the step 12 is NO, it is determined that the engine 3 should be the premixed lean operation of the uniform combustion operation instead of the stratified charge combustion operation, and the process proceeds to a step 18, where the target empty for the premixed lean operation is performed. The fuel ratio KCMD_lean is calculated by searching a table (not shown) according to the required drive torque TRQ_eng. In this table, the target air-fuel ratio KCMD_lean for the premixed lean operation is set to a value in a predetermined lean region (for example, A / F = 18 to 21).
[0171]
Next, proceeding to step 19, after setting the target air-fuel ratio KCMD to the target air-fuel ratio KCMD_lean for the premixed lean operation, in step 20, the main fuel injection rate Rt_Pre is shown in FIG. 40 according to the required drive torque TRQ_eng. It is calculated by searching the table. In the following tables and maps including the same figure, various predetermined values TRQ_idle, TRQ_disc, TRQott, and TRQ1 to TRQ4 of the required drive torque TRQ_eng have a relation of TRQ_idle <TRQ_disc <TRQ1 <TRQott <TRQ2 <TRQ3 <TRQ4, respectively. It is set to a value that holds. TRQ_idle represents a predetermined idle operation value (a value that defines a predetermined first load region).
[0172]
As shown in the drawing, in this table, in the range of TRQ1 <TRQ_eng <TRQ4, the main fuel injection rate Rt_Pre is set to a smaller value as the required drive torque TRQ_eng is larger. This is for the following reason. That is, by controlling the supercharging pressure Pc to increase as the required driving torque TRQ_eng increases, the temperature of the intake air increases, and knocking is more likely to occur. Accordingly, in order to avoid such knocking, it is necessary to increase the fuel injection amount TOUT_sub of the auxiliary fuel injection valve 15 to increase the cooling effect of the intake air by the fuel vaporization cooling device 12 described above. The fuel injection rate Rt_Pre is set as described above.
[0173]
In this table, the main fuel injection rate Rt_Pre is set to a predetermined minimum value Rtmin (10%) when the required driving torque TRQ_eng is equal to or greater than a predetermined value TRQ4, and is set to a maximum value when the required driving torque TRQ_eng is equal to or less than the predetermined value TRQ1. The value is set to the value Rtmax.
[0174]
After the execution of step 20, the program ends after executing steps 16 and 17 described above.
[0175]
On the other hand, if the decision result in the step 10 is YES and one of the variable intake valve driving device 40, the variable exhaust valve driving device 90 and the throttle valve mechanism 16 is out of order, the process proceeds to a step 21, and the required driving torque TRQ_eng. Is set to a predetermined value TRQ_fs for failure. Thereafter, the routine proceeds to step 22, where the main fuel injection rate Rt_Pre is set to the aforementioned maximum value Rtmax. Next, as described above, after executing steps 16 and 17, the program is terminated.
[0176]
Next, the above-described supercharging pressure control processing will be described with reference to FIG. As shown in the figure, in this program, first, in step 40, it is determined whether or not the above-described intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG or the throttle valve failure flag F_THNG is “1”.
[0177]
When the result of this determination is NO and the variable intake valve driving device 40, the variable exhaust valve driving device 90 and the throttle valve mechanism 16 are all normal, the routine proceeds to step 41, where the engine start flag F_ENGSTART is "1". It is determined whether or not. The engine start flag F_ENGSTART is set by determining in an unillustrated determination process whether or not the engine is being started, that is, whether cranking is being performed, in accordance with the engine speed NE and the output signal of the IG · SW 36. Yes, specifically, it is set to "1" when it is determined that the engine is being started, and to "0" otherwise.
[0178]
If the decision result in the step 41 is YES and the engine is being started, the process proceeds to a step 43, wherein the control input Dut_wg to the wastegate valve 10d is set to a predetermined full opening value Dut_wgmax, and then the present program is ended. Thereby, the wastegate valve 10d is controlled to the fully open state, and the supercharging operation by the turbocharger device 10 is substantially stopped.
[0179]
On the other hand, if the decision result in the step 41 is NO and the engine is not being started, the process proceeds to a step 42, where it is determined whether or not the catalyst warm-up flag F_CATHOT is "1". The catalyst warm-up flag F_CATHOT is set to “1” when the catalyst warm-up control is being performed after the engine is started, and is set to “0” otherwise. This catalyst warm-up control is for rapidly activating the catalyst after the engine is started, and is started immediately after the end of the engine start. In the catalyst warm-up control, when the execution time Tcat reaches a predetermined value, the control ends, and the catalyst warm-up flag F_CATHOT is set to “0”.
[0180]
If the determination result in step 42 is YES and the catalyst warm-up control is being performed, the process proceeds to step 44, in which the control input Dut_wg to the wastegate valve 10d is set to the above-described full-open value Dut_wgmax as in step 43. Then, the program ends.
[0181]
On the other hand, if the decision result in the step 42 is NO and the engine is not being started and the catalyst warm-up control is not being performed, the process proceeds to a step 45, wherein the basic value Dut_wg_bs of the control input Dut_wg is changed according to the required drive torque TRQ_eng as shown in FIG. It is calculated by searching the indicated table.
[0182]
As shown in the drawing, in this table, the basic value Dut_wg_bs is set to a smaller value as the required drive torque TRQ_eng becomes larger in the range of TRQ1 <TRQ_eng <TRQ2. This is because, as the required drive torque TRQ_eng is larger, it is necessary to further increase the supercharging pressure Pc for the purpose of increasing the charging efficiency due to supercharging. The basic value Dut_wg_bs is set to a predetermined fully-closed value Dut_wgmin in the range of TRQ2 ≦ TRQ_eng ≦ TRQ3, which increases the supercharging effect in accordance with the load of the engine 3 being in a high load range. To get the most out of it. Further, the basic value Dut_wg_bs is set to a smaller value as the required drive torque TRQ_eng is larger in a range of TRQ3 <TRQ_eng, in order to avoid occurrence of knocking.
[0183]
Next, at step 46, the target supercharging pressure Pc_cmd is calculated by searching a table shown in FIG. 43 according to the required drive torque TRQ_eng. As shown in the drawing, in this table, the target supercharging pressure Pc_cmd is set to a larger value as the required drive torque TRQ_eng is larger in the range of TRQ_idle <TRQ_eng <TRQ2. This is to further increase the charging efficiency due to supercharging as described above. Further, the target supercharging pressure Pc_cmd is set to a predetermined fully closed value Dut_wgmin in a range of TRQ2 ≦ TRQ_eng ≦ TRQ3, in order to maximize the supercharging effect as described above. Further, in the range of TRQ3 <TRQ_eng <TRQ4, the target supercharging pressure Pc_cmd is set to a smaller value as the required drive torque TRQ_eng is larger, in order to avoid occurrence of knocking. In addition, Patm in the figure shows the atmospheric pressure, and this point is the same in the following.
[0184]
Next, the process proceeds to a step 47, wherein the control input Dut_wg is calculated by the IP control algorithm shown in the following equation (44), and the program is terminated. As a result, feedback control is performed so that the supercharging pressure Pc converges to the target supercharging pressure Pc_cmd.
Dut_wg = Dut_wg_bs + Kpwg · Pc + Kiwg · (Pc−Pc_cmd) (44)
Here, Kpwg represents a P-term gain, and Kiwg represents an I-term gain.
[0185]
On the other hand, if the decision result in the step 40 is YES and one of the variable intake valve driving device 40, the variable exhaust valve driving device 90 and the throttle valve mechanism 16 is out of order, the process proceeds to a step 48, and the step 43 is executed. , 44, the control input Dut_wg to the wastegate valve 10d is set to the fully open value Dut_wgmax, and then this program is ended.
[0186]
Next, the above-described intake valve control process in step 3 will be described with reference to FIGS. As shown in the figure, in this program, first, in step 60, it is determined whether or not the above-described intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG is “1”. When both the device 40 and the variable exhaust valve driving device 90 are normal, the routine proceeds to step 61, where it is determined whether or not the above-described engine start flag F_ENGSTART is “1”.
[0187]
If the determination result is YES and the engine is being started, the routine proceeds to step 62, where a target main intake cam phase θmi_cmd which is a target value of the main intake cam phase θmi is set to a predetermined idle value θmi_idle.
[0188]
Next, the routine proceeds to step 63, where the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is set to a predetermined starting value θmsi_st. This start value θmsi_st is set as a predetermined value for the late closing of the intake valve 6. Thereafter, the routine proceeds to step 64, where the target inter-intake cam phase θssi # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is set to a value of 0.
[0189]
Next, the routine proceeds to step 65 in FIG. 45, where the control input DUTY_mi to the main intake cam phase variable mechanism 60 is calculated by searching a table (not shown) according to the target main intake cam phase θmi_cmd. Thereafter, in step 66, the control input DUTY_msi to the variable sub intake cam phase mechanism 70 is calculated by searching a table (not shown) according to the target main intake cam phase θmi_cmd. In this step 66, the control input DUTY_msi may be calculated in the same manner as in step 74 described later.
[0190]
Next, in step 67, the control input DUTY_ssi # i to the inter-intake cam phase variable mechanism 80 is calculated by searching a table (not shown) according to the target inter-intake cam phase θssi # i_cmd, and then this program ends. I do.
[0191]
Returning to FIG. 44, if the decision result in the step 61 is NO and the engine is not being started, the routine proceeds to a step 68, where it is determined whether or not the above-mentioned catalyst warm-up flag F_CATHOT is "1". If the determination result is YES and the catalyst warm-up control is being performed, the routine proceeds to step 69, where the target main intake cam phase θmi_cmd is set to the above-mentioned predetermined idling value θmi_idle.
[0192]
Next, the routine proceeds to step 70, where the catalyst warm-up value θmsi_cw of the target auxiliary intake cam phase is calculated by searching a table shown in FIG. 46 according to the execution time Tcat of the above-mentioned catalyst warm-up control. The value θmsiott in the figure indicates the Otto phase value (= cam angle 90 deg) of the sub intake cam phase θmsi at which the valve timing of the intake valve 6 becomes the same as the Otto intake cam, and this point is the same in the following description. It is.
[0193]
Next, in step 71, the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is set to the catalyst warm-up value θmsi_cw, and in step 72, similarly to step 64, the target inter-intake cam phase θssi # i_cmd (# i = #) 2 to # 4) are all set to the value 0.
[0194]
Then, the process proceeds to a step 73 in FIG. 45, wherein a control input DUTY_mi to the main intake cam phase variable mechanism 60 is calculated according to the target main intake cam phase θmi_cmd and the main intake cam phase θmi. This control input DUTY_mi is calculated by the same algorithm as the control algorithm by the second SPAS controller 225 described above.
[0195]
Next, at step 74, a control input DUTY_msi to the sub intake cam phase variable mechanism 70 is calculated by the control algorithm of the second SPAS controller 225. That is, the control input DUTY_msi is calculated by applying the above-described prediction algorithm of Expression (29), the identification algorithm of Expressions (30) to (35), and the sliding mode control algorithm of Expressions (36) to (41). I do.
[0196]
Next, in step 75, a control input DUTY_ssi # i (# i = # i) to the inter-intake cam phase variable mechanism 80 according to the target inter-intake cam phase θssi # i_cmd and the inter-intake cam phase θssi # i calculated in step 72. After calculating (# 2 to # 4), this program ends. The control input DUTY_ssi # i is calculated by the same algorithm as the control algorithm used for calculating the control input DUTY_msi.
[0197]
Returning to FIG. 44, if the determination result in step 68 is NO and the engine is not being started and the catalyst warm-up control is not being performed, the process proceeds to step 76, in which the normal operation value θmi_drv of the target main intake cam phase is calculated by requesting the required drive torque TRQ_eng and It is calculated by searching a map shown in FIG. 47 according to the engine speed NE.
[0198]
In the figure, the predetermined values NE1 to NE3 of the engine speed NE are set so that the relationship of NE1>NE2> NE3 is satisfied, and this point is the same in the following. In this map, the normal operation value θmi_drv is set to a more advanced value as the required drive torque TRQ_eng is larger or the engine speed NE is higher. This is to ensure the engine output appropriately by advancing the main intake cam phase θmi and advancing the opening and closing timing of the intake valve 6.
[0199]
Next, in step 77, after setting the target main intake cam phase θmi_cmd to the above-mentioned normal operation value θmi_drv, the routine proceeds to step 78, where the basic value θmsi_base of the sub intake cam phase described above is calculated according to the required driving torque TRQ_eng. This is calculated by searching the table shown in FIG.
[0200]
As shown in the drawing, in this table, the basic value θmsi_base is set to a constant value on the late closing side in the range of TRQ_eng <TRQ_disc, that is, in the stratified combustion operation range of the engine 3. This is to stabilize the combustion state in a low load region where the stratified combustion operation is performed. Further, in the range of TRQ_disc ≦ TRQ_eng ≦ TRQott, the basic value θmsi_base is set such that the larger the required driving torque TRQ_eng, the smaller the degree of late closing is. This is because the larger the required drive torque TRQ_eng is, the larger the amount of fuel blown back into the intake manifold due to the degree of the late closing of the intake valve 6 is, so as to avoid this. Further, when TRQ_eng = TRQott (thresholds of the first and second load regions), the basic value θmsi_base is set to the Otto phase value θmsiott (a value corresponding to the predetermined timing).
[0201]
Further, the basic value θmsi_base is set such that the larger the required driving torque TRQ_eng is, the larger the degree of early closing becomes in the range of TRQott <TRQ_eng <TRQ2. This increases the combustion efficiency by the high expansion ratio cycle operation. That's why.
[0202]
In the range of TRQ2 ≦ TRQ_eng <TRQ4, the basic value θmsi_base is set such that the larger the required driving torque TRQ_eng, the smaller the degree of early closing of the intake valve 6 becomes. This is for the following reason. That is, in a high load region such as TRQ2 ≦ TRQ_eng <TRQ4, as described later, the supercharging operation is restricted in order to avoid the occurrence of knocking. If the degree of early closing of the intake valve 6 is controlled to be large in this state, the generated torque is reduced. Therefore, in order to compensate for such a decrease in the generated torque, the degree of early closing of the intake valve 6 is set to be smaller as the required drive torque TRQ_eng is larger.
[0203]
In a step 79 following the step 78, the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is calculated by the control algorithm of the first SPAS controller 221 described above. That is, by applying the above-described prediction algorithm of Expression (7), the identification algorithm of Expressions (8) to (13), and the sliding mode control algorithm of Expressions (15) to (21), the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd Is calculated.
[0204]
Next, at step 80, the target inter-intake cam phase θssi # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is calculated by the control algorithm of the inter-intake cam phase controller 230 described above. Next, after executing steps 73 to 75 in FIG. 45 as described above, the present program is terminated.
[0205]
Returning to FIG. 44, if the determination result in step 60 is YES and the variable intake valve driving device 40 or the variable exhaust valve driving device 90 has failed, the process proceeds to step 81, where the target main intake cam phase θmi_cmd is set to a predetermined value. After setting to the idling value θmi_idle, the routine proceeds to step 82, where the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is set to a predetermined failure value θmsi_fs.
[0206]
Then, the process proceeds to a step 83, wherein the target inter-intake cam phase θssi # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is set to a value of 0, similarly to the steps 64 and 72 described above. Thereafter, as described above, after executing steps 65 to 67 in FIG. 45, the program ends.
[0207]
Next, the throttle valve control processing in step 5 described above will be described with reference to FIG. As shown in the drawing, in this program, first, in step 120, it is determined whether or not the above-described intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG is “1”. When both the device 40 and the variable exhaust valve driving device 90 are normal, the routine proceeds to step 121, where it is determined whether or not the aforementioned engine start flag F_ENGSTART is “1”.
[0208]
If the determination result is YES and the engine is being started, the routine proceeds to step 122, where the target opening TH_cmd is set to a predetermined starting value THcmd_st. This predetermined start value THcmd_st is set to a value slightly larger than an idle value THcmd_idle described later. Next, the routine proceeds to step 123, where the control input DUTY_th to the throttle valve mechanism 16 is calculated, followed by terminating the present program. The control input DUTY_th is specifically calculated by searching a table (not shown) according to the target opening TH_cmd.
[0209]
On the other hand, if the decision result in the step 121 is NO and the engine is not being started, the routine proceeds to a step 124, where it is determined whether or not the above-mentioned catalyst warm-up flag F_CATHOT is "1". If the determination result is YES and the catalyst warm-up control is being performed, the process proceeds to step 125, and the catalyst warm-up value THcmd_ast of the target opening is set to the value shown in FIG. 50 according to the catalyst warm-up control execution time Tcat described above. It is calculated by searching the indicated table.
[0210]
The value THcmd_idle in the figure indicates an idle value used during idle operation. As shown in the drawing, in this table, the catalyst warm-up value THcmd_ast is set to a larger value as the execution time Tcat is shorter until the execution time Tcat reaches the predetermined value Tcat1, and the execution time Tcat Has reached the predetermined value Tcat1, the idle value THcmd_idle is set.
[0211]
Next, the routine proceeds to step 126, where the target opening TH_cmd is set to the catalyst warm-up value THcmd_ast, and then, as described above, step 123 is executed, followed by terminating the present program.
[0212]
On the other hand, if the decision result in the step 124 is NO, that is, the engine is not being started and the catalyst warm-up control is not being performed, the routine proceeds to a step 127, where the normal operation value THcmd_drv of the target opening is set to the required drive torque TRQ_eng and the engine speed NE. Accordingly, the calculation is performed by searching the map shown in FIG.
[0213]
As shown in the figure, in this map, the normal operation value THcmd_drv is set to a larger value as the required drive torque TRQ_eng is larger or as the engine speed NE is higher. This is because a higher load of the engine 3 requires a larger amount of intake air to secure a larger engine output.
[0214]
Next, in step 128, the target opening TH_cmd is set to the normal operation value THcmd_drv, and then, as described above, step 123 is executed, and then the program is terminated.
[0215]
On the other hand, if the decision result in the step 120 is YES and the variable intake valve driving device 40 or the variable exhaust valve driving device 90 is out of order, the process proceeds to a step 129, in which the failure value THcmd_fs of the target opening is set to the accelerator opening. It is calculated by searching a map shown in FIG. 52 according to the degree AP and the engine speed NE. As shown in the figure, in this map, the failure value THcmd_fs is set to a larger value as the accelerator opening AP is larger or the engine speed NE is higher. This is based on the same reason as described in the calculation of the normal operation value THcmd_drv.
[0216]
Next, the routine proceeds to step 130, where the target opening TH_cmd is set to the above-mentioned failure value THcmd_fs. Next, as described above, step 123 is executed, and then this program is terminated.
[0219]
By the above control processing, various control inputs DUTY_mi, DUTY_msi, DUTY_ssi # i, DUTY_me, DUTY_mse, DUTY_sse # i, and DUTY_th are any of a pulse signal, a current signal, and a voltage signal having a duty ratio according to the calculation result. Set to one.
[0218]
The operation when the above-described engine control is executed will be described with reference to FIG. 53 for each of the following ranges of the required drive torque TRQ_eng of (L1) to (L6).
[0219]
(L1) TRQ_iddle ≦ TRQ_eng <TRQ_disc range
In this range, the sub intake cam phase θmsi is controlled to a substantially constant value on the late closing side by setting the basic value θmsi_base described above. Further, by controlling the intake air amount so as not to be throttled by the throttle valve 17, the intake pipe absolute pressure PBA is controlled to a substantially constant value slightly lower than the atmospheric pressure Patm. Further, the cylinder intake air amount Gcyl is controlled to a substantially constant value, and the intake pipe absolute pressure PBA is controlled to a substantially constant value lower than the atmospheric pressure Patm. Further, the main fuel injection rate Rt_Pre is set to the maximum value Rtmax, the target air-fuel ratio KCMD is set to a value in the extremely lean region, and the stratified charge combustion operation is executed.
[0220]
(L2) TRQ_disc ≦ TRQ_eng ≦ TRQ1
In this range, by setting the above-described basic value θmsi_base, the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled to a value on the close side much later than the value in the range of (L1), and the required drive torque TRQ_eng is large. The more the degree of late closing is controlled, the smaller the degree of late closing becomes. Further, the cylinder intake air amount Gcyl is controlled to a value smaller than the value in the range of (L1), and is controlled to be larger as the required drive torque TRQ_eng is larger. Further, the target air-fuel ratio KCMD is controlled so as to maintain the above-described lean range value richer than the value in the above (L1) range, and the intake pipe absolute pressure PBA and the main fuel injection rate Rt_Pre are both Control is performed so as to maintain the value in the range of (L1).
[0221]
(L3) TRQ1 <TRQ_eng ≦ TRQott
In this range, the sub intake cam phase θmsi is controlled to have the same tendency as in the range of (L2) by setting the basic value θmsi_base described above. In particular, when TRQ_eng = TRQott, the sub intake cam phase θmsi is controlled to be the Otto phase value θmsiott. That is, the engine 3 is operated in an Otto cycle. Further, the target air-fuel ratio KCMD and the cylinder intake air amount Gcyl are also controlled in the same tendency as in the range of (L2). Further, in this range, the supercharging operation by the turbocharger device 10 is executed, whereby the intake pipe absolute pressure PBA is controlled to be higher as the required drive torque TRQ_eng is larger. Further, the main fuel injection rate Rt_Pre is controlled to be smaller as the required drive torque TRQ_eng is larger. That is, the fuel injection amount TOUT_sub of the auxiliary fuel injection valve 15 is controlled to be a larger value as the required drive torque TRQ_eng is larger. This is for obtaining the cooling effect of the intake air by the fuel vaporization cooling device 12.
[0222]
(L4) TRQott <TRQ_eng <TRQ2
In this range, the sub intake cam phase θmsi is controlled such that the greater the required drive torque TRQ_eng, the greater the early closing degree. This is because the combustion efficiency is increased by the high expansion ratio cycle operation as described above. Further, the cylinder intake air amount Gcyl, the target air-fuel ratio KCMD, the main fuel injection rate Rt_Pre, and the intake pipe absolute pressure PBA are controlled so as to show the same tendency as in the range of (L3). In particular, similarly to the above, the intake pipe absolute pressure PBA is controlled to be higher as the required drive torque TRQ_eng is larger. This is because if the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled to the early closing side, the generated torque is reduced. Therefore, the charging efficiency is increased by supercharging and the generated torque is increased for the purpose of compensation.
[0223]
(L5) TRQ2 ≦ TRQ_eng <TRQ4
In this range, the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled such that the greater the required drive torque TRQ_eng, the earlier the degree of closing becomes smaller, and as a result, the effective compression volume increases. This is because, as described above, if the degree of early closing of the intake valve 6 is controlled to be large in a state where the charging efficiency is reduced due to the limitation of the supercharging operation, the generated torque is reduced. This is because the reduction of the generated torque is compensated by controlling the sub intake cam phase θmsi.
[0224]
Further, the intake pipe absolute pressure PBA is controlled to maintain a constant value in a range of TRQ2 ≦ TRQ_eng ≦ TRQ3, and becomes a lower value in a range of TRQ3 <TRQ_eng <TRQ4 as the required drive torque TRQ_eng is larger. Is controlled as follows. Further, similarly to the range of (L3), the main fuel injection rate Rt_Pre is controlled to be smaller as the required drive torque TRQ_eng is larger. As described above, in the range of (L5), as the required driving torque TRQ_eng is larger, the supercharging operation by the turbocharger device 10 is restricted, and the cooling effect by the fuel vaporization cooling device 12 is increased. Thus, occurrence of knocking can be avoided without performing retard control of the ignition timing. In the case of a conventional engine with a turbocharger device, knocking occurs unless retard control of the ignition timing is performed in the range of (L5).
[0225]
(L6) TRQ4 ≦ TRQ_eng range
In this range, the extremely high load range prevents the occurrence of knocking with the above-described restriction of the supercharging operation by the turbocharger device 10 and the cooling effect by the fuel vaporization cooling device 12, so that the ignition timing retard control is performed. Is executed. That is, the target air-fuel ratio KCMD is controlled to be richer as the required drive torque TRQ_eng is larger. At the same time, the sub intake cam phase θmsi is controlled to be the Otto phase value θmsiott, the cylinder intake air amount Gcyl is controlled to be substantially constant, the main fuel injection rate Rt_Pre is controlled to the minimum value Rtmin, The intake pipe absolute pressure PBA is controlled to maintain a substantially constant value.
[0226]
As described above, according to the valve timing control device 1 of the present embodiment, when the basic value θmsi_base of the target auxiliary intake cam phase is in the range of TRQ_idle ≦ TRQ_eng <TRQott (predetermined first load range), that is, in the low load range, In the range of TRQott <TRQ_eng <TRQ4 (predetermined second load range), that is, in the high load range, the value is set to the value on the early closing side in accordance with the required driving torque TRQ_eng. Is set. Then, the sub intake cam phase controller 220 controls the sub intake cam phase θmsi to be the basic value θmsi_base. That is, the closing timing of the intake valve 6 is controlled to the late closing side or the early closing side in accordance with the required drive torque TRQ_eng. As a result, the amount of air sucked into the cylinder via the intake valve 6 is controlled. You. As described above, the intake air amount is controlled in accordance with the load of the engine 3, so that the intake air amount can be controlled more precisely and more precisely than in the past, and the excess and deficiency of the intake air amount can be avoided. As a result, both the combustion state and the exhaust gas characteristics can be maintained in a favorable state.
[0227]
In the low load range, the engine 3 is operated in a high expansion ratio cycle in which the expansion ratio is higher than the compression ratio due to the late closing of the intake valve 6, so that it is not necessary to reduce the intake air amount with the throttle valve 17, for example. Thus, while avoiding pumping loss, the intake air amount can be set to an appropriate value corresponding to a low load, and fuel efficiency can be improved. In addition, unlike the case where the intake valve 6 is driven by the Otto intake cam and the case where the intake valve is quickly closed in the low load range, even when the intake temperature or the engine temperature is low, the generation and combustion of the fuel in the cylinder are performed. Instability of the state can be avoided, and a favorable combustion state can be ensured.
[0228]
Further, in the high load range, the engine 3 is operated at a high expansion ratio cycle due to the early closing of the intake valve 6, so that unlike the case where the intake valve 6 is driven by the Otto intake cam or the case where the intake valve 6 is closed late, the intake valve 6 is moved into the intake manifold. Of fuel blow-back and fuel adhesion to the intake manifold inner wall, etc., and as a result, control accuracy of air-fuel ratio control and torque control can be improved, and exhaust gas characteristics and operability are improved. In addition, the life of the intake system device such as the intake valve 6 can be extended.
[0229]
In addition to this, since the variable intake valve driving device 40 is constituted by a hydraulically driven type, for example, a variable intake valve driving device of a type that drives the valve body of the intake valve 6 by the electromagnetic force of a solenoid is used. The intake valve 6 can be reliably opened and closed even in a higher load region as compared with the case where the intake valve 6 is used, power consumption can be reduced, and the operation sound of the intake valve 6 can be reduced.
[0230]
Further, the variable intake valve driving device 40 is configured such that not only the closing timing of the intake valve 6 but also the valve lift can be freely changed in the range of the sub intake cam phase θmsi = 120 to 180 deg. By controlling the lift amount to a smaller value, the flow velocity of the intake air flowing into the combustion chamber can be increased, and the in-cylinder flow can be further increased. Thereby, the combustion efficiency can be improved.
[0231]
Furthermore, the combination of the main / sub intake cams 43 and 44, the main / sub intake camshafts 41 and 42, the link mechanism 50 and the intake valve drive mechanism 50 including the intake rocker arm 51, and the sub intake cam phase variable mechanism 70 provide It is possible to realize a configuration in which the sub intake cam phase θmsi can be freely changed, that is, a configuration in which the valve closing timing and the valve lift of the intake valve 6 can be freely changed.
[0232]
Further, in the embodiment, the intake valve 6 is controlled to the late closing side in the range of TRQ_eng <TRQott (predetermined third load range). Instead, the intake valve 6 is controlled to the early closing side in this range. May be. In this case, the ECU 2 (valve lift amount determining means) sets the above-described auxiliary intake cam phase θmsi in the range of θmsi = 120 to 180 deg in accordance with the required drive torque TRQ_eng, thereby setting the valve lift amount to What is necessary is just to control to a value smaller than the maximum value. More specifically, the control may be performed such that the smaller the required driving torque TRQ_eng is, the smaller the valve lift amount is. In the case of such control, the combustion can be accelerated by increasing the flow velocity of the intake air flowing into the combustion chamber and increasing the in-cylinder flow. As a result, even when the intake air temperature or the engine temperature is low, it is possible to avoid the above-described liquefaction of fuel due to the early closing of the intake valve 6 in a low load region. Thereby, the combustion state can be stabilized.
[0233]
In the case where high responsiveness is not required in the variable sub-intake cam phase mechanism 70 (for example, in the above-described intake valve control process, the intake valve 6 needs to be controlled to only one of the late closing side and the early closing side). Instead of the hydraulic piston mechanism 73 and the motor 74, a hydraulic pump 63 and an electromagnetic valve mechanism 64 may be used similarly to the main intake cam phase variable mechanism 60. In that case, the control device 1 may be configured as shown in FIG.
[0234]
As shown in the figure, the control device 1 includes a DUTY_msi calculator 300 and a throttle valve opening controller 301 instead of the DUTY_th calculator 200 and the sub intake cam phase controller 220 in the embodiment. The DUTY_msi calculating section 300 calculates a target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd by searching a table according to the required drive torque TRQ_eng, and then searches the table according to the calculated target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd. Thus, the control input DUTY_msi is calculated. In addition, the throttle valve opening controller 301 calculates the target opening TH_cmd according to the cylinder intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd by the same control algorithm as the first SPAS controller 221 described above, and then calculates the calculated target target TH_cmd. According to the opening TH_cmd, the control input DUTY_th is calculated by the same control algorithm as that of the second SPAS controller 225. With the above configuration, even when the response of the variable sub intake cam phase mechanism 70 is low, it is possible to appropriately control the sub intake cam phase θmsi while avoiding the influence thereof.
[0235]
Further, the embodiment is an example in which both the first SPAS controller 221 and the second SPAS controller 225 are provided as the auxiliary intake cam phase controller 220, but instead, a controller having only the first SPAS controller 221 is used. Is also good. In that case, the control input DUTY_msi may be calculated according to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd calculated by the first SPAS controller 221 by referring to a table, for example.
[0236]
【The invention's effect】
As described above, according to the valve timing control device of the present invention, the intake air amount can be precisely and finely controlled, so that both the combustion state and the exhaust gas characteristics can be maintained in a favorable state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which a valve timing control device according to one embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a variable intake valve driving device and a variable exhaust valve driving device of an internal combustion engine.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a valve timing control device.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel vaporization cooling device.
FIG. 5 is a schematic plan view showing a schematic configuration of a variable intake valve driving device and a variable exhaust valve driving device.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an intake valve driving mechanism of the variable intake valve driving device.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a main intake cam phase variable mechanism.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a sub intake cam phase variable mechanism.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the sub intake cam phase variable mechanism.
FIG. 10 is a view showing a schematic configuration of a variable phase mechanism between intake cams.
FIG. 11 is a diagram for explaining cam profiles of a main intake cam and a sub intake cam.
12A is a diagram illustrating an operation state of an intake valve driving mechanism when the auxiliary intake cam phase θmsi = 0 deg, and FIG. 12B is a diagram illustrating a valve lift curve and the like for explaining the operation of the intake valve.
13A is a diagram illustrating an operation state of an intake valve driving mechanism when the auxiliary intake cam phase θmsi = 90 deg, and FIG. 13B is a diagram illustrating a valve lift curve and the like for explaining the operation of the intake valve.
14A is a diagram illustrating an operation state of an intake valve driving mechanism when the auxiliary intake cam phase θmsi = 120 deg, and FIG. 14B is a diagram illustrating a valve lift curve and the like for explaining the operation of the intake valve.
15A is a diagram illustrating an operation state of an intake valve driving mechanism when the auxiliary intake cam phase θmsi = 180 deg, and FIG. 15B is a diagram illustrating a valve lift curve and the like for explaining the operation of the intake valve.
FIG. 16 is a diagram showing changes in valve lift and valve timing for explaining the operation of the intake valve when the auxiliary intake cam phase θmsi is changed from 120 deg to 180 deg.
FIG. 17 is a view for explaining cam profiles of a main exhaust cam and a sub exhaust cam.
FIG. 18 is a diagram showing a valve lift curve and the like for explaining the operation of the exhaust valve when the sub exhaust cam phase θmse = 0 deg.
FIG. 19 is a view showing a valve lift curve and the like for explaining the operation of the exhaust valve when the sub exhaust cam phase θmse = 45 deg.
FIG. 20 is a diagram showing a valve lift curve and the like for explaining the operation of the exhaust valve when the sub exhaust cam phase θmse = 90 deg.
FIG. 21 is a view showing a valve lift curve and the like for explaining the operation of the exhaust valve when the sub exhaust cam phase θmse = 150 deg.
FIG. 22 is a block diagram showing a configuration for controlling a throttle valve mechanism, a sub intake cam phase variable mechanism, and an intake cam phase variable mechanism in the valve timing control device.
FIG. 23 is a block diagram showing a schematic configuration of a sub intake cam phase controller.
FIG. 24 is a diagram showing a calculation formula of a cylinder intake air amount Gcyl and a formula of a prediction algorithm of a state predictor in the first SPAS controller.
FIG. 25 is a diagram showing a mathematical expression of an identification algorithm of an onboard identifier in the first SPAS controller.
FIG. 26 is a diagram showing a mathematical expression of a sliding mode control algorithm of the sliding mode controller in the first SPAS controller.
FIG. 27 is a diagram showing a mathematical expression for describing a method of deriving Expression (19) in FIG. 26;
FIG. 28 is a diagram illustrating a phase plane and a switching line for explaining a sliding mode control algorithm.
FIG. 29 is a diagram illustrating an example of a convergence behavior of a tracking error Es when the switching function setting parameter Ss is changed in the sliding mode controller.
FIG. 30 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a second SPAS controller.
FIG. 31 is a diagram showing a mathematical expression of a prediction algorithm of a state predictor in the second SPAS controller.
FIG. 32 is a diagram showing a formula of an identification algorithm of an onboard identifier in the second SPAS controller.
FIG. 33 is a diagram showing a mathematical expression of a sliding mode control algorithm of the sliding mode controller in the second SPAS controller.
FIG. 34 is a flowchart showing main control contents of an engine control process.
FIG. 35 is a flowchart showing a fuel control process.
FIG. 36 is a diagram showing an example of a map used for calculating a required drive torque TRQ_eng.
FIG. 37 is a flowchart showing a calculation process of a cylinder intake air amount Gcyl and a target intake air amount Gcyl_cmd.
FIG. 38 is a diagram showing an example of a map used for calculating a basic value Gcyl_cmd_base of a target intake air amount.
FIG. 39 is a diagram showing an example of a table used for calculating an air-fuel ratio correction coefficient Kgcyl_af.
FIG. 40 is a diagram showing an example of a table used for calculating a main fuel injection rate Rt_Pre.
FIG. 41 is a flowchart showing a supercharging pressure control process.
FIG. 42 is a diagram illustrating an example of a table used for calculating a basic value Dut_wg_base of a control input to the wastegate valve.
FIG. 43 is a diagram showing an example of a table used for calculating a target supercharging pressure Pc_cmd.
FIG. 44 is a flowchart showing intake valve control processing.
FIG. 45 is a flowchart showing a continuation of FIG. 44.
FIG. 46 is a diagram showing an example of a table used for calculating a catalyst warm-up value θmsi_cw of a target auxiliary intake cam phase.
FIG. 47 is a diagram illustrating an example of a table used for calculating a normal operation value θmi_drv of a target main intake cam phase.
FIG. 48 is a view showing an example of a map used for calculating a basic value θmsi_base of a target auxiliary intake cam phase.
FIG. 49 is a flowchart showing a throttle valve control process.
FIG. 50 is a diagram illustrating an example of a table used for calculating a catalyst warm-up value THcmd_ast of a target opening degree.
FIG. 51 is a diagram illustrating an example of a map used for calculating a normal operation value THcmd_drv of a target opening.
FIG. 52 is a diagram showing an example of a map used for calculating a failure value THcmd_fs of the target opening.
FIG. 53 is a diagram illustrating an operation example of engine control by the valve timing control device.
FIG. 54 is a block diagram showing a schematic configuration of a modified example of the valve timing control device;
[Explanation of symbols]
1 Valve timing control device
2 ECU (load detecting means, valve closing timing determining means, control means, valve lift determining means)
3 Internal combustion engine
6 Intake valve
20 Crank angle sensor (load detection means)
35 Accelerator opening sensor (load detection means)
40 Variable intake valve drive (variable valve timing device)
41 Main intake camshaft (first intake camshaft)
42 Sub intake camshaft (second intake camshaft)
43 Main intake cam (first intake cam)
44 Sub intake cam (second intake cam)
51 Intake rocker arm
51c pin (rotation fulcrum)
70 Variable auxiliary intake cam phase mechanism (variable intake cam phase mechanism)
221 first SPAS controller 221 (valve closing timing determining means)
θmsi Sub intake cam phase (relative phase between first and second intake camshafts)
θmsi_base Basic value of target auxiliary intake cam phase (value that determines closing timing of intake valve)
θmsiott Otto phase value (value corresponding to predetermined timing)
TRQ_eng Required drive torque (parameter representing load)
TRQott predetermined value (threshold value of predetermined first to third load regions)
Psd oil pressure

Claims (6)

吸気弁の開弁タイミングに対する閉弁タイミングを、バルブタイミング可変装置を介して自在に可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
当該検出された前記内燃機関の負荷に応じて、前記吸気弁の閉弁タイミングを決定する閉弁タイミング決定手段と、
当該決定された前記吸気弁の閉弁タイミングに応じて、前記バルブタイミング可変装置を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
A valve timing control device for an internal combustion engine that variably controls a valve closing timing with respect to a valve opening timing of an intake valve via a variable valve timing device,
Load detection means for detecting the load of the internal combustion engine,
Valve closing timing determining means for determining a valve closing timing of the intake valve according to the detected load of the internal combustion engine;
Control means for controlling the variable valve timing device according to the determined closing timing of the intake valve;
A valve timing control device for an internal combustion engine, comprising:
前記閉弁タイミング決定手段は、前記内燃機関の負荷が所定の第1負荷域にあるときには、前記吸気弁の閉弁タイミングを、前記内燃機関の燃焼サイクル中の膨張比が圧縮比に等しくなる所定タイミングよりも遅いタイミングに決定し、前記内燃機関の負荷が前記所定の第1負荷域よりも高い所定の第2負荷域にあるときには、前記吸気弁の閉弁タイミングを、前記所定タイミングよりも早いタイミングに決定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。When the load of the internal combustion engine is in a predetermined first load range, the valve closing timing determining means sets the valve closing timing of the intake valve to a predetermined value at which an expansion ratio during a combustion cycle of the internal combustion engine becomes equal to a compression ratio. When the load of the internal combustion engine is in a predetermined second load range higher than the predetermined first load range, the closing timing of the intake valve is set earlier than the predetermined timing. The valve timing control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the timing is determined. 前記バルブタイミング可変装置は、油圧の供給により駆動される油圧駆動式のバルブタイミング可変装置で構成されており、
前記制御手段は、当該油圧駆動式のバルブタイミング可変装置に供給される油圧を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
The valve timing variable device is configured by a hydraulically driven valve timing variable device driven by supply of hydraulic pressure,
The valve timing control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control unit controls a hydraulic pressure supplied to the hydraulically driven variable valve timing device.
前記バルブタイミング可変装置は、前記吸気弁のバルブリフト量を変更自在に構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。3. The valve timing control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the variable valve timing device is configured to be capable of changing a valve lift amount of the intake valve. 前記バルブタイミング可変装置は、前記吸気弁のバルブリフト量を変更自在に構成され、
前記吸気弁のバルブリフト量を、前記内燃機関の負荷が所定負荷よりも低い所定の第3負荷域にあるときには、当該所定負荷以上のときよりも小さい値に決定するバルブリフト量決定手段をさらに備え、
前記閉弁タイミング決定手段は、前記内燃機関の負荷が前記所定の第3負荷域にあるときには、前記吸気弁の閉弁タイミングを、前記内燃機関の燃焼サイクル中の膨張比が圧縮比に等しくなる所定タイミングよりも早いタイミングに決定し、
前記制御手段は、前記決定された前記吸気弁の閉弁タイミングおよびバルブリフト量に応じて、前記バルブタイミング可変装置を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
The valve timing variable device is configured to be capable of changing a valve lift amount of the intake valve,
When the load of the internal combustion engine is in a predetermined third load range lower than a predetermined load, the valve lift amount determining means for determining the valve lift amount of the intake valve to a value smaller than when the load is equal to or higher than the predetermined load is further provided. Prepare,
The valve closing timing determining means sets the valve closing timing of the intake valve such that an expansion ratio during a combustion cycle of the internal combustion engine becomes equal to a compression ratio when the load of the internal combustion engine is in the predetermined third load range. Determined earlier than the predetermined timing,
2. The valve timing control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control unit controls the variable valve timing device according to the determined valve closing timing and valve lift amount of the intake valve. 3. .
前記バルブタイミング可変装置は、
回動支点に回動自在に支持され、当該回動により前記吸気弁を開閉駆動する吸気ロッカアームと、
互いに同じ回転数で回転する第1および第2吸気カムシャフトと、
当該第1および第2吸気カムシャフト間の相対的な位相を変更する吸気カム位相可変機構と、
前記第1吸気カムシャフトに設けられ、当該第1吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、前記吸気ロッカアームを前記回動支点の回りに回動させる第1吸気カムと、
前記第2吸気カムシャフトに設けられ、当該第2吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、前記吸気ロッカアームの前記回動支点を移動させる第2吸気カムと、
を備えることを特徴とする請求項4または5に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
The variable valve timing device,
An intake rocker arm that is rotatably supported at a pivot point and that opens and closes the intake valve by the rotation;
First and second intake camshafts rotating at the same rotational speed with each other;
A variable intake cam phase mechanism for changing a relative phase between the first and second intake camshafts;
A first intake cam provided on the first intake camshaft and rotating with the rotation of the first intake camshaft to rotate the intake rocker arm around the rotation fulcrum;
A second intake cam that is provided on the second intake camshaft and that rotates with the rotation of the second intake camshaft to move the rotation fulcrum of the intake rocker arm;
The valve timing control device for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, further comprising:
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