JP2001159340A - エンジンの吸入空気量制御装置 - Google Patents

エンジンの吸入空気量制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】電磁駆動式の吸気バルブの閉時期を制御して、
エンジンの吸入空気量を目標吸入空気量に制御する装置
において、急激なアクセル操作が行われたときの運転
性，音振を改善する。 【解決手段】アクセル開度とエンジン回転速度とに基づ
き目標吸入空気量を演算する（Ｓ１〜Ｓ３）。次いで、
前記目標吸入空気量に基づいて吸気バルブの目標閉時期
（目標バルブタイミング）を演算する（Ｓ５）。ここ
で、バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答性を
スロットル開度による吸入空気量制御の応答性と略同等
にすべく、前記目標バルブタイミングに対し、インテー
クマニホールドによる遅れ時定数に相当する遅れ補正を
施す（Ｓ６）。そして、前記遅れ補正が施された目標バ
ルブタイミングに基づいて吸気バルブを駆動する（Ｓ
７）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は吸気バルブのバルブ
タイミング制御によって、エンジンの吸入空気量を制御
する構成のエンジンの吸入空気量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、閉弁用電磁コイルと開弁用電磁コ
イルとを備え、吸気バルブや排気バルブを、前記電磁コ
イルによる電磁力で開閉駆動する構成の電磁駆動式バル
ブが知られている（特開平８−２０００２５号公報等参
照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記電磁駆
動式のバルブであれば、バルブタイミングを連続的かつ
広範囲に制御でき、吸気バルブとして前記電磁駆動式の
ものを用い、該吸気バルブの閉時期を目標吸入空気量に
応じて例えば早める制御（早閉じ制御）をすれば、吸気
を大気圧状態で取り入れつつ、吸入空気量（シリンダ吸
入空気量）を制御することが可能となり、これによっ
て、ポンピングロスの低減による燃費向上を図れる。
【０００４】ところで、通常のスロットルバルブを用い
た吸入空気量の制御時には、スロットルバルブ下流側に
インテークマニホールドや吸気コレクタがあるため、ス
ロットルバルブの開度変化に対してシリンダ内の空気量
が遅れて変化することになるが、吸気バルブタイミング
の制御によってエンジンの吸入空気量を制御する構成の
場合には、前記インテークマニホールドや吸気コレクタ
による遅れがない分、吸入空気量が高い応答性を示すこ
とになる。このため、急激なアクセル操作によるトルク
変化の応答が高くなり、その結果、パワートレイン系が
加振され、運転性，音振等の悪化を招いてしまう可能性
があった。
【０００５】また、吸気バルブタイミングによる吸入空
気量の制御と、スロットルバルブによる吸入空気量の制
御とを、運転領域によって使い分ける構成とした場合、
吸気バルブタイミングの制御時における空気量の応答性
と、スロットル制御時における空気量の応答性とが異な
るため、制御の切り換え時にトルク段差が発生してしま
う可能性があった。
【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、吸気バルブのバルブタイミングによってエンジン
の吸入空気量を制御する吸入空気量制御装置において、
急激なアクセル操作が行われても、急激なトルク変動の
発生を招くことがなく、また、吸気バルブのバルブタイ
ミングによる空気量制御とスロットルの開度による空気
量制御との切り換え時にトルク段差が生じることを回避
できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのため、請求項１記載
の発明では、吸気バルブのバルブタイミングを制御し
て、エンジンの吸入空気量を制御するよう構成されたエ
ンジンの吸入空気量制御装置であって、前記バルブタイ
ミング制御による吸入空気量の応答性を強制的に鈍らす
処理を行うよう構成した。
【０００８】かかる構成によると、バルブタイミング制
御による吸入空気量制御における本来の応答性よりも遅
い応答で吸入空気量が変化することになる。請求項２記
載の発明では、スロットルバルブによる吸入空気量の応
答性と略同等になるように、前記バルブタイミングによ
る吸入空気量制御の応答性を強制的に鈍らす処理を行う
構成とした。
【０００９】かかる構成によると、スロットルバルブに
よる吸入空気量制御よりも、バルブタイミングによる吸
入空気量制御の方が、インテークマニホールドや吸気コ
レクタによる遅れがない分だけ本来的には高い応答性を
示すが、バルブタイミングよる吸入空気量制御の応答性
を鈍らすことで、スロットルバルブによる吸入空気量制
御の応答性と略同等になるようにする。
【００１０】請求項３記載の発明では、スロットルバル
ブの開度を略固定し、吸気バルブのバルブタイミングを
可変に制御してエンジンの吸入空気量を制御する運転領
域と、吸気バルブのバルブタイミングを略固定し、スロ
ットルバルブの開度を可変に制御してエンジンの吸入空
気量を制御する運転領域とに分けられる構成とした。
【００１１】かかる構成によると、バルブタイミングに
よる吸入空気量制御の応答性を鈍らせて、スロットルバ
ルブによる吸入空気量制御の応答性と略同等にするの
で、スロットルバルブの開度を制御する領域と、バルブ
タイミングを制御する領域との間での切り換え時に、空
気量制御の応答性が大きく変化することがない。
【００１２】請求項４記載の発明では、運転条件に応じ
てエンジンの目標吸入空気量を演算し、該目標吸入空気
量に基づいて目標バルブタイミングを演算するよう構成
され、前記目標バルブタイミングに対して応答性を鈍ら
す処理を施すよう構成した。
【００１３】かかる構成によると、運転条件に応じた目
標吸入空気量に対して、目標バルブタイミングの応答が
遅れ、結果的に、バルブタイミングによる吸入空気量制
御の応答が鈍ることになる。
【００１４】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、目標吸入
空気量の変化に対して応答遅れを持って実際の吸入空気
量が変化することになり、急激なアクセル操作に対する
トルク応答が抑えられ、パワートレイン系への加振及び
運転性への影響を防止できるという効果がある。
【００１５】請求項２記載の発明によると、バルブタイ
ミングによる吸入空気量制御時に、スロットル開度によ
る吸入空気量の制御時と略同等の応答性が得られ、パワ
ートレイン系への加振及び運転性への影響を防止できる
という効果がある。
【００１６】請求項３記載の発明によると、スロットル
バルブの開度を制御する領域と、バルブタイミングを制
御する領域との間での切り換え時に、吸入空気量の応答
性が大きく変化することがなく、以て、前記切り換え時
にトルク段差が生じることを防止できるという効果があ
る。
【００１７】請求項４記載の発明によると、目標吸入空
気量に対して目標バルブタイミングの応答を鈍らす処理
を行うことで、バルブタイミングによる吸入空気量制御
の応答が目標吸入空気量の変化に対して遅れ、目標吸入
空気量が急激に変化しても、パワートレイン系への加振
を抑制できるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。実施の形態の全体構成を示す図１に
おいて、車両用の４サイクルガソリンエンジン１には、
電磁動弁機構２により開閉時期が電子制御される吸気バ
ルブ３及び排気バルブ４が各気筒に装着されている。
【００１９】各気筒の吸気バルブ３上流側の吸気ポート
５には、インジェクター６が装着され、燃焼室７には点
火栓８が装着されている。また、前記点火栓８毎に点火
コイル９が設けられている。
【００２０】エンジン１の本体には、各気筒の基準ピス
トン位置で基準信号を出力すると共に、単位クランク角
毎に単位角信号を出力するクランク角センサ10、吸入空
気流量を検出するエアフローメータ11、冷却水温度を検
出する水温センサ12が装着される。この他、図示しない
車両のアクセルペダルの開度ＡＰＯを検出するアクセル
開度センサ13や車速センサ14等が配設されている。
【００２１】前記各種センサ類の検出信号はコントロー
ルユニット15に出力され、コントロールユニット15は、
これらの検出信号に基づいて前記インジェクター６に噴
射パルス信号を出力して燃料噴射量・燃料噴射時期の制
御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火
時期の制御を行い、更に、前記電磁動弁機構２に弁駆動
信号を出力して吸気バルブ３及び排気バルブ４のバルブ
タイミングを制御する。
【００２２】また、吸気ポート５上流側にはスロットル
バルブ16が介装され、このスロットルバルブ16はアクチ
ュエータとしてのモータ17によって開閉駆動されるよう
になっている。
【００２３】前記電磁動弁機構２の構成を図２に示す。
図２において電磁動弁機構２は、シリンダヘッド上に設
けられる非磁性材料製のハウジング21と、吸気バルブ３
（又は排気バルブ４、以下吸気バルブ３で代表する) の
ステム31に一体に設けられてハウジング21内に移動自由
に収納されるアーマチュア22と、該アーマチュア22を吸
引して吸気バルブ３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能
なようにアーマチュア22の上面に対向する位置でハウジ
ング21内に固定配置される閉弁用電磁石23と、該アーマ
チュア22を吸引して吸気バルブ３を開弁作動させる電磁
力を発揮可能なようにアーマチュア22の下面に対向する
位置でハウジング21内に固定配置される開弁用電磁石24
と、吸気バルブ３の閉弁方向に向けてアーマチュア22を
付勢する閉弁側戻しバネ25と、吸気バルブ３の開弁方向
に向けてアーマチュア22を付勢する開弁側戻しバネ26
と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石23と開
弁用電磁石24とを共に消磁したときに、吸気バルブ３は
全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、
閉弁側戻しバネ25と開弁側戻しバネ26とのバネ力が設定
され、閉弁用電磁石23のみを励磁したときに吸気バルブ
３は閉弁し、開弁用電磁石24のみを励磁したときに吸気
バルブ３は開弁するように駆動される。
【００２４】前記電磁動弁機構２による吸気バルブ３及
び排気バルブ４のバルブタイミングは、エンジン１の運
転条件に基づいて設定された目標バルブタイミングとな
るように制御されるが、特に、吸気バルブ３の閉時期Ｉ
ＶＣを、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅと
に基づいて設定された目標吸入空気量（目標シリンダ吸
入空気量：目標トルク）に基づいて早閉じ方向に可変制
御してシリンダ吸入空気量を各気筒毎に制御するように
なっている。
【００２５】尚、前記閉時期ＩＶＣが吸気下死点前に制
御されることで、所謂早閉じミラーサイクル運転が行わ
れることになる。上記のように、吸気バルブ３の閉時期
ＩＶＣを早閉じ制御して吸入空気量を目標吸入空気量に
制御するが、図３に示すように、前記早閉じ制御のみで
は、低負荷・高回転領域（図３斜線示の領域）が目標吸
入空気量（目標トルク）に制御できない領域となる。
【００２６】即ち、上記電磁動弁機構２では、エンジン
回転速度とは無関係にバルブ駆動速度が一定であって、
一定の最小動作時間が必要であるため、高回転領域では
最小作動角が大きくなる（閉時期がクランク角で遅くな
る）。このため、スロットルバルブ16を全開に保持した
状態で、電磁動弁機構２により吸気バルブ３を最小動作
時間付近で開駆動させたときに得られる吸入空気量（図
３に示すバルブタイミング制御領域とスロットル制御領
域との境界の空気量）は高回転時ほど多くなり、高回転
域では、吸気バルブ３を最小動作時間付近で開駆動させ
ても目標吸入空気量に制御できない領域が発生するもの
である。
【００２７】そこで、本実施の形態では、前記早閉じ制
御によって吸入空気量を目標吸入空気量に制御できる領
域（図３に示すバルブタイミング制御領域）では、スロ
ットルバルブ16を略全開に保持し、目標吸入空気量に応
じて吸気バルブ３の閉時期ＩＶＣを可変に制御する一
方、吸気バルブ３を最小作動角にしても目標吸入空気量
に制御することができない領域（図３に示すスロットル
制御領域）では、吸気バルブ３を略最小作動角で開駆動
する状態に保持する一方、スロットルバルブ16の開度を
目標吸入空気量に応じて可変に制御するようにしてあ
る。
【００２８】具体的には、前記コントロールユニット15
が、図４の制御ブロック図に示すようにして、吸気バル
ブ３のバルブタイミング制御とスロットルバルブ16の開
度制御との協調制御を行う。
【００２９】図４において、目標吸入空気量演算部101
では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに
応じて予め目標吸入空気量を記憶したマップ（図５参
照）から、そのときのアクセル開度ＡＰＯ及びエンジン
回転速度Ｎｅに対応する目標吸入空気量を検索する。
【００３０】尚、上記のようにアクセル開度ＡＰＯとエ
ンジン回転速度Ｎｅとに応じて求められた目標吸入空気
量に、アイドル運転に必要な空気量を付加し、これを最
終的な目標吸入空気量とすることが好ましい。
【００３１】前記目標吸入空気量演算部101 で演算され
た目標吸入空気量は、目標スロットル開度演算部102 と
目標吸気バルブタイミング演算部103 とにそれぞれ出力
される。また、前記目標スロットル開度演算部102 及び
目標吸気バルブタイミング演算部103 には、前記目標吸
入空気量の他、エンジン回転速度Ｎｅの信号が入力され
るようになっている。
【００３２】前記目標スロットル開度演算部102 では、
図３に示すようなテーブルから、そのときのエンジン回
転速度Ｎｅにおけるバルブタイミング制御領域とスロッ
トル制御領域との境界の空気量（しきい値）を検索し、
該検索したしきい値と前記目標吸入空気量とを比較する
ことで、バルブタイミング制御領域とスロットル制御領
域とのいずれであるかを判断する。また、前記しきい値
を前記目標吸気バルブタイミング演算部103 に出力す
る。
【００３３】ここで、バルブタイミング制御領域であれ
ば、目標スロットル開度を略全開に固定し、スロットル
制御領域であれば、前記目標吸入空気量及びエンジン回
転速度Ｎｅに基づいて目標吸入空気量を得るための目標
開口面積を求め、次いで、前記目標開口面積を目標スロ
ットル開度に変換する。そして、スロットルバルブ16
を、前記目標スロットル開度に駆動すべく、モータ17に
開閉駆動信号を出力する。
【００３４】一方、目標吸気バルブタイミング演算部10
3 では、前記目標スロットル開度演算部102 から出力さ
れたしきい値と前記目標吸入空気量とを比較して、バル
ブタイミング制御領域とスロットル制御領域とのいずれ
であるかを判断する。
【００３５】ここで、バルブタイミング制御領域であれ
ば、前記目標吸入空気量に応じて吸気バルブ３の閉時期
ＩＶＣを記憶したテーブル（図６参照）を検索し、その
ときの目標吸入空気量に対応する閉時期ＩＶＣを求め
る。一方、スロットル制御領域であれば、一定の最小動
作時間で吸気バルブ３を開駆動させるべく、前記一定の
最小動作時間に対応する閉時期ＩＶＣを目標値としてエ
ンジン回転速度Ｎｅに応じて設定し、各回転毎に最小作
動角で吸気バルブ３が開駆動されるようにする。
【００３６】前記目標吸気バルブタイミング演算部103
で演算された目標バルブタイミング（目標閉時期ＩＶ
Ｃ）は、応答性補正部104 に出力される。前記応答性補
正部104 では、スロットルバルブ16の開度によって吸入
空気量を制御する場合と略同等の応答性とすべく、前記
目標バルブタイミングに遅れ補正を施して、バルブタイ
ミングによる吸入空気量制御の応答性を強制的に鈍らす
処理を行う。
【００３７】即ち、スロットルバルブ16によって吸入空
気量を制御する場合に、スロットルバルブ16とシリンダ
との間のインテークマニホールドが、スロットル開度変
化に対する吸入空気量変化の遅れ要因となるので、前記
インテークマニホールドによる遅れ時定数に相当する遅
れ補正（例えば一次遅れ補正）を、前記目標バルブタイ
ミングに対して施すことで、スロットルバルブ16の開度
によって吸入空気量を制御する場合と略同等の応答性で
吸入空気量が制御されるようにするものである。
【００３８】そして、前記応答性補正部104 は、前記遅
れ補正を施した前記閉時期において吸気バルブ３を閉じ
るべく、前記電磁動弁機構２に制御信号を出力する。
尚、吸気バルブ３の開時期は、排気上死点付近に固定さ
れるものとする。
【００３９】吸気バルブ３のバルブタイミングによって
吸入空気量を制御する場合には、図７に示すように、イ
ンテークマニホールドなどが介在しない分だけアクセル
開度（目標吸入空気量）の変化に対して実際の吸入空気
量が高い応答で変化することになるが、スロットルバル
ブ16の開度によって吸入空気量を制御する場合には、イ
ンテークマニホールドの分だけ応答が遅れる。このた
め、前記応答性補正部104 による遅れ補正を施さない場
合には、急激なアクセル操作に対して急激にトルクが変
化し、その結果、パワートレイン系が加振されて、運転
性，音振の悪化を招く一方、バルブタイミング制御領域
とスロットル制御領域との間での切り換え時にトルク段
差が生じてしまう。
【００４０】そこで、前記応答性補正部104 で目標バル
ブタイミングに遅れ補正を施すことで、バルブタイミン
グ制御領域とスロットル制御領域とのいずれであっても
略同等の応答性で吸入空気量が変化するようにし、以
て、バルブタイミング制御領域での運転性，音振の悪化
を防止すると共に、制御領域の切り換え時にトルク段差
が発生することを防止するようにしてある。
【００４１】図８のフローチャートは、バルブタイミン
グ制御の様子（目標吸入空気量演算部101 ，目標バルブ
タイミング演算部103 ，応答性補正部104 の作用）を示
すフローチャートである。
【００４２】Ｓ１でアクセル開度を読み込み、Ｓ２でエ
ンジン回転速度を読み込むと、Ｓ３では、前記アクセル
開度及びエンジン回転速度に基づいて目標吸入空気量を
演算する。
【００４３】Ｓ４では、エンジン回転速度を読み込み、
Ｓ５では、前記目標吸入空気量及びエンジン回転速度に
基づいて目標バルブタイミング（目標閉時期）を演算す
る。上記目標バルブタイミング（目標閉時期）の演算に
は、バルブタイミング制御領域，スロットル制御領域の
判別、該判別結果に応じた目標バルブタイミング（目標
閉時期）の演算が含まれる。
【００４４】Ｓ６では、前記演算された目標バルブタイ
ミング（目標閉時期）に対して、インテークマニホール
ドによる遅れ時定数に相当する遅れ補正を施して、Ｓ７
では、前記遅れ補正が施された目標バルブタイミング
（目標閉時期）を出力する。
【００４５】尚、上記実施形態では、バルブタイミング
制御領域とスロットル制御領域とに分けられる構成とし
たが、全領域をバルブタイミング制御領域とし、全ての
運転領域でバルブタイミングの制御のみによって目標吸
入空気量を制御する構成であっても良く、この場合も、
目標バルブタイミングに遅れ補正を施すことで、急激な
アクセル操作時における運転性，音振の悪化を防止でき
る。
【００４６】また、上記実施の形態では、目標バルブタ
イミングに遅れ補正を施す構成としたが、目標バルブタ
イミングの演算に用いる目標吸入空気量に遅れ補正を施
しても良いし、更に、目標吸入空気量の演算に用いるア
クセル開度に遅れ補正を施して、この遅れ補正が施され
たアクセル開度を用いて演算された目標吸入空気量に基
づいて目標バルブタイミングを演算させるようにしても
良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるエンジンのシステム図。
【図２】電磁動弁機構の詳細を示す断面図。
【図３】吸入空気量の制御特性を示す線図。
【図４】吸入空気量の制御ブロック図。
【図５】目標吸入空気量のマップを示す線図。
【図６】吸気バルブの閉時期のテーブルを示す線図。
【図７】遅れ補正の有無による応答性の変化を示すタイ
ミングチャート。
【図８】バルブタイミングによる吸入空気量制御の様子
を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 電磁動弁機構 ３ 吸気バルブ ４ 排気バルブ ６ インジェクター ７ 燃焼室 ８ 点火栓 10 クランク角センサ 11 エアフローメータ 12 水温センサ 13 アクセル開度センサ 15 コントロールユニット 16 スロットルバルブ 17 モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G065 CA14 CA21 FA01 GA05 GA10 GA15 GA41 GA42 3G092 AA11 BA01 DA01 DA08 DC01 DG09 EA13 EA22 EC10 FA03 FA06 FA14 HA06Z HE01Z HF08Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】吸気バルブのバルブタイミングを制御し
    て、エンジンの吸入空気量を制御するよう構成されたエ
    ンジンの吸入空気量制御装置であって、 前記バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答性を
    強制的に鈍らす処理を行うよう構成されたことを特徴と
    するエンジンの吸入空気量制御装置。
  2. 【請求項２】スロットルバルブによる吸入空気量の応答
    性と略同等になるように、前記バルブタイミングによる
    吸入空気量制御の応答性を強制的に鈍らす処理を行うこ
    とを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制
    御装置。
  3. 【請求項３】スロットルバルブの開度を略固定し、吸気
    バルブのバルブタイミングを可変に制御してエンジンの
    吸入空気量を制御する運転領域と、吸気バルブのバルブ
    タイミングを略固定し、スロットルバルブの開度を可変
    に制御してエンジンの吸入空気量を制御する運転領域と
    に分けられる構成であることを特徴とする請求項２記載
    のエンジンの吸入空気量制御装置。
  4. 【請求項４】運転条件に応じてエンジンの目標吸入空気
    量を演算し、該目標吸入空気量に基づいて目標バルブタ
    イミングを演算するよう構成され、前記目標バルブタイ
    ミングに対して応答性を鈍らす処理を施すよう構成され
    たことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載
    のエンジンの吸入空気量制御装置。
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