JP2003148176A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スロットルレス制御において、トルクリニアリ
ティを確保したトルク制御を行う。 【解決手段】機関の運転状態に応じた目標トルク相当の
目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴから可変動弁機構（ＶＥ
Ｌ）で実現すべきＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬ
を算出する（Ａ、Ｂ部）。そして、圧縮流体式をベース
にＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬをＡＡ（バルブ
開口面積）・Ｃｄ（損失係数）／ＮＶ（回転速度×排気
流量）特性ＶＡＡＣＤＮＶに変換する（Ｃ部）。該ＶＡ
ＡＣＤＮＶに機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃を乗算
し（Ｄ、Ｅ部）、更にバルブリフト量に応じた流量損失
係数Ｃｄで除算し（Ｆ部）、流量に応じた補正（Ｇ
部）、実際の吸気バルブの閉弁タイミングに応じた補正
（Ｈ部）を行い目標バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡを算出
し、該目標バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡから目標バルブ
作動角ＴＧＶＥＬを算出する（Ｉ部）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機関の吸気バルブ
又は排気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機
構の制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、吸気バルブ・排気バルブのバ
ルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変える構成の
可変バルブ機構が知られている（特開２００１−０１２
２６２号公報参照）。この可変バルブ機構は、カム軸と
略平行に配設された制御軸と、該制御軸の外周に偏心し
て固定された制御カムと、該制御カムに揺動自在に軸支
されたロッカアームと、前記カム軸の回転に応じて前記
ロッカアームの一端部を揺動駆動するリンクアーム・偏
心カムと、前記ロッカアームの他端部に連係して揺動し
て吸・排気バルブを開動作させる揺動カムと、前記制御
軸を回転駆動するＤＣサーボモータと、を備える。

【０００３】そして、作動角センサで検出される前記制
御軸の実際の作動角を、要求のバルブ開特性に対応する
目標作動角に一致させるべく、前記ＤＣサーボモータを
フィードバック制御するよう構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記可変バ
ルブ機構によりバルブリフト量及びバルブ作動角を可変
とすることで、スロットルバルブによらず吸入空気量を
制御することが考えられる（スロットルレス制御）。か
かるスロットルレス制御においては、スロットルバルブ
によるトルク制御ができないため、いかにしてトルク制
御、特にトルクリニアリティの確保を行うかが課題とな
る。

【０００５】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであって、スロットルレス制御においても、精
度のよいトルク制御を行うことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に係
る発明は、内燃機関の少なくとも吸気バルブのバルブ作
動特性を可変する可変動弁機構の制御装置であって、機
関の運転状態に応じて、目標トルク相当の目標吸入空気
量を設定する目標吸入空気量設定手段と、設定した目標
吸入空気量と実際のバルブ作動特性に応じた流量損失値
を用いてバルブの目標開口面積を演算する目標開口面積
演算手段と、前記目標開口面積に基づき前記可変動弁機
構の目標バルブ作動特性を設定する目標バルブ作動特性
設定手段と、実際のバルブ作動特性が、前記目標バルブ
作動特性に収束するように前記可変動弁機構の駆動を制
御する可変動弁機構駆動手段と、を備えることを特徴と
する。

【０００７】請求項２に係る発明は、内燃機関の少なく
とも吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機
構の制御装置であって、機関の運転状態に応じて、目標
トルク相当の目標吸入空気量を設定する目標吸入空気量
設定手段と、設定した目標吸入空気量に基づいてバルブ
の目標開口面積を演算する目標開口面積演算手段と、前
記バルブの目標開口面積を、実際の吸気バルブの開閉タ
イミングに応じて補正する補正手段と、補正されたバル
ブの目標開口面積に基づいて前記可変動弁機構の目標バ
ルブ作動特性を設定する目標バルブ作動特性設定手段
と、実際のバルブ作動特性が、前記目標バルブ作動特性
に収束するように前記可変動弁機構の駆動を制御する可
変動弁機構駆動手段と、を備えることを特徴とする。

【０００８】請求項３に係る発明は、前記可変動弁機構
が吸気バルブのバルブリフト量及び開閉タイミングを可
変するものであって、前記目標開口面積演算手段が前記
目標吸入空気量と実際のバルブリフト量に応じた流量損
失値に基づいてバルブの目標開口面積を演算し、前記補
正手段が前記目標開口面積を吸気バルブの実際の閉弁タ
イミングに応じて補正することを特徴とする。

【０００９】請求項４に係る発明は、前記目標開口面積
演算手段が、前記流量損失値を機関回転速度に応じて補
正する流量損失値補正手段を備えることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、前記目標吸入空気量設定手段
が、アクセル開度と機関回転速度とに基づいて前記目標
吸入空気量を設定することを特徴とする請求項６に係る
発明は、前記可変動弁機構が、クランク軸に同期して回
転する駆動軸と、該駆動軸の固定された駆動カムと、揺
動することでバルブを開閉作動する揺動カムと、一端で
前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係す
る伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カム
を有する制御軸と、該制御軸を回動するアクチュエータ
と、を含んで構成され、前記アクチュエータによって前
記制御軸を回動制御することによりバルブリフト量を可
変することを特徴とする。

【００１０】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、機関の運
転状態に応じて所望とする目標トルク相当の目標吸入空
気量を設定し、設定した目標吸入空気量と実際のバルブ
作動特性に応じた流量損失値とを用いてバルブの目標開
口面積を演算するので、バルブ作動特性により変化する
流量損失分を考慮しつつ、目標トルクを得るためのバル
ブ開口面積（目標開口面積）を精度よく算出できる。

【００１１】そして、バルブ開口面積が決まれば、該バ
ルブ開口面積を得るようなバルブ作動特性も決まるの
で、前記バルブの目標開口面積となるようなバルブ作動
特性（目標バルブ作動特性）を設定し、実際のバルブ作
動特性が前記目標バルブ作動特性に収束するように可変
動弁機構を制御するので、可変動弁機構によるトルク制
御を精度よく実行できる。

【００１２】請求項２に係る発明によれば、機関の運転
状態に応じて所望とする目標トルク相当の目標吸入空気
量を設定し、設定した目標吸入空気量に基づいて算出さ
れたバルブの目標開口面積を、実際の吸気バルブの開閉
タイミングに応じて補正するので、体積効率の変化を考
慮しつつ、目標トルクを得るためのバルブ開口面積（目
標開口面積）を精度よく算出できる。

【００１３】そして、補正された目標開口面積となるよ
うなバルブ作動特性（目標バルブ作動特性）を設定し、
実際のバルブ作動特性が前記目標バルブ作動特性となる
ように実際のバルブ作動特性が前記目標バルブ作動特性
に収束するように可変動弁機構を制御するので、例え
ば、吸気バルブの開閉タイミングを可変する場合でも、
可変動弁機構によるトルク制御を精度よく実行できる。

【００１４】請求項３に係る発明によれば、前記目標吸
入空気量と吸気バルブの実際のバルブリフト量に応じた
流量損失値に基づいてバルブの目標開口面積を算出し、
該バルブの目標開口面積を吸気バルブの実際の閉弁タイ
ミングに応じて補正するので、バルブの流量損失及び体
積効率の変化を考慮し、目標トルクを得るためのバルブ
開口面積を精度よく算出できる。これにより、可変動弁
機構によるトルク制御を精度よく実行できる。

【００１５】請求項４に係る発明によれば、前記流量損
失値は、通過する流量によっても変化することが確認さ
れているので、流量を代表する値として機関回転速度を
用いて、バルブ作動特性に応じた流量損失値を前記機関
回転速度に応じて補正する。これにより、バルブの目標
開口面積の演算精度が向上する。

【００１６】請求項５に係る発明によれば、前記目標吸
入空気量が、アクセル開度と機関回転速度に基づいて設
定されるので、前記可変動弁機構を制御することによ
り、運転者が要求するトルクに対応したトルク制御が可
能となる。請求項６に係る発明によれば、アクチュエー
タによって制御軸の作動角を変化させることによりバル
ブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変
動弁機構により、トルク制御が可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１は、車両用内燃機関の構成図であ
る。図１において、内燃機関１０１の吸気通路１０２に
は、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０
３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装さ
れており、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ
１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。

【００１８】燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ
１０７を介して排出され、排気浄化触媒１０８により浄
化された後、マフラー１０９を介して大気中に放出され
る。前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸
支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及び
バルブ作動角を保ったまま駆動されるが、吸気バルブ１
０５は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によってバル
ブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変えられるよう
になっている。

【００１９】また、吸気側カム軸１１３の端部には、ク
ランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで
バルブリフト量を固定したままバルブの開閉タイミング
を連続的に可変する公知の構成の可変バルブタイミング
機構（ＶＴＣ）１１４が設けられている。マイクロコン
ピュータを内蔵するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１
１５には、アクセル開度センサＡＰＳ１１６、吸入空気
量（質量流量）Ｑａを検出するエアフローメータ１１
７、クランク軸から回転信号Ｎｅを取り出すクランク角
センサ１１８、吸気側カム軸１１３の回転位置を検出す
るカムセンサ１１９、スロットルバルブ１０３ｂの開度
ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１２０、シリンダ内
の燃焼圧を検出する燃焼圧センサ１２１等からの各種検
出信号が入力される。

【００２０】そして、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）
１１５は、前記クランク角センサ１１８及びカムセンサ
１１９の検出信号に基づき、クランク軸に対する吸気側
カム軸１１３の回転位相（ＶＴＣＮＯＷ）を検出して吸
気バルブ１０５の開閉タイミングを検出すると共に、運
転状態に応じて目標進角値又は遅角値（ＴＲＧＶＴＣ）
を設定し、吸気側カム軸の回転位相が前記目標進角値又
は遅角値（ＴＲＧＶＴＣ）となるよう可変バルブタイミ
ング機構（ＶＴＣ）１１４を制御することで吸気バルブ
１０５の開閉タイミングを制御する。

【００２１】また、スロットルバルブ１０３ｂの開度及
び吸気バルブ１０５の開特性によって、アクセル開度に
対応する吸入空気量が得られるように、アクセル開度セ
ンサＡＰＳ１１６で検出されるアクセル開度ＡＰＯに応
じて前記電子制御スロットル１０４及び可変バルブ機構
（ＶＥＬ）１１２の駆動を制御する。具体的には、前記
可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によりバルブリフト量
（及びバルブ作動角）を制御することで吸入空気量を制
御しつつ、キャニスタパージ及びブローバイガスの処理
のために一定の負圧（目標Ｂｏｏｓｔ：例えば−１００
ｍｍＨｇ）を発生させるようにスロットルバルブ１０３
ｂの開度を制御する。

【００２２】但し、吸気負圧が要求ない運転条件では、
スロットルバルブ１０３ｂを全開に保持して、可変バル
ブ機構（ＶＥＬ）１１２のみで吸入空気量を制御する、
いわゆるスロットルレス制御を行う。ここで、前記可変
バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の構造について説明する。
可変バルブ機構（ＶＥＬ）は、図２〜図４に示すよう
に、一対の吸気バルブ１０５、１０５と、シリンダヘッ
ド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状の
カム軸１３と、該カム軸１３に軸支された回転カムであ
る２つの偏心カム１５、１５と、前記カム軸１３の上方
位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸
１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在
に支持された一対のロッカアーム１８、１８と、各吸気
バルブ１０５、１０５の上端部にバルブリフター１９、
１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カ
ム２０、２０とを備えている。

【００２３】前記偏心カム１５、１５とロッカアーム１
８、１８とは、リンクアーム２５、２５によって連係さ
れ、ロッカアーム１８、１８と揺動カム２０、２０と
は、リンク部材２６、２６によって連係されている。前
記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈
し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端
面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内
部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると
共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙか
ら所定量だけ偏心している。

【００２４】また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に
対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム
軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カ
ム本体１５ａの外周面１５ｄが同一のカムプロフィール
に形成されている。前記ロッカアーム１８は、図４に示
すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１
８ａが制御カム１７に回転自存に支持されている。

【００２５】また、基部１８ａの外端部に突設された一
端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結する
ピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されてい
る一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃ
には、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結
するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されてい
る。

【００２６】前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御
軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように
軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心し
ている。前記揺動カム２０は、図２及び図６、図７に示
すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２に
カム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２
２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の
他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫
通形成されている。

【００２７】また、揺動カム２０の下面には、基端部２
２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁
側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、
該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺
動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に
当接するようになっている。すなわち、図８に示すバル
ブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４
ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、ま
た、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所
定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面
２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト
区間になるように設定されている。

【００２８】また、前記リンクアーム２５は、円環状の
基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設さ
れた突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置に
は、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転
自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突
出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピ
ン孔２５ｄが貫通形成されている。

【００２９】なお、前記リンクアーム２５と偏心カム１
５とによって揺動駆動部材が構成される。更に、前記リ
ンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状
の両端部２６ａ、２６ｂには前記ロッカアーム１８の他
端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８
ｄ、２３ａに圧入した各ピン２８、２９の端部が回転自
在に挿通するピン挿通孔２６ｃ、２６ｄが貫通形成され
ている。

【００３０】なお、各ピン２１、２８、２９の一端部に
は、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動
を規制するスナップリング３０、３１、３２が設けられ
ている。また、前記制御軸１６は、図１０に示すよう
に、一端部に設けられたＤＣサーボモータ等のアクチュ
エータ２０１によって所定回転角度範囲内で回転駆動さ
れるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記
アクチュエータ２０１で変化させることで、吸気バルブ
１０５、１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連
続的に変化する（図９参照）。

【００３１】すなわち、図１０において、アクチュエー
タ（ＤＣサーボモータ）２０１の回転は、伝達部材２０
２を介してネジ切り加工が施された軸１０３に伝達さ
れ、該軸２０３が通されたナット２０４の軸方向位置が
変化する。そして、制御軸１６の先端の取り付けられ、
その一端が前記ナット２０４に固定された一対のステー
部材２０５ａ、２０５ｂにより制御軸１６が回転する。

【００３２】なお、本実施形態では、図に示すように、
ナット２０４の位置を前記伝達部材２０２に近づけるこ
とでバルブリフト量を小さくし、逆に、ナット２０４の
位置を前記伝達部材２０２から遠ざけることでバルブリ
フト量を大きくする。また、前記制御軸１６の先端に
は、該制御軸１６の作動角（ＶＥＬ作動角）ＶＥＬＣＯ
Ｍを検出するポテンショメータ式の作動角センサ２０６
（調整位置センサ）が設けられており、該作動角センサ
２０６で検出される実際のＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭ
が、目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬに一致するように、前
記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５が前記アクチ
ュエータ（ＤＣサーボモータ）２０１をフィードバック
制御する。

【００３３】次に、前記コントロールユニット（Ｃ／
Ｕ）１１５による可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の駆
動制御について説明する。図１１に示すように、本実施
形態におけるコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５
は、目標体積流量演算部ａ、ＶＥＬ目標作動角演算部ｂ
及び目標スロットル開度演算部ｃを含んで構成される。

【００３４】目標体積流量演算部ａは、以下のようにし
て目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを算出する。まず、アク
セル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに対応する（ある
いは、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに基づ
き設定される目標トルクが得られるような）要求空気量
（機関要求空気量）Ｑ０を算出する一方、アイドル回転
速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩ
ＳＣを算出する。

【００３５】そして、前記機関要求空気量Ｑ０にＩＳＣ
要求空気量ＱＩＳＣを加算して全要求空気量（吸入空気
量）Ｑ（＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）を算出し、これを機関回転
速度Ｎｅ、排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で順次除
算することにより、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（＝Ｑ
／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を算出する。ＶＥＬ目標作動角
演算部ｂは、以下のようにして目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶ
ＥＬを算出する。

【００３６】前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに対して
ＢＯＯＳＴ補正（バルブ上流圧補正）を行った後、圧縮
流体式をベースに、補正後の目標体積流量比ＴＱＨ０Ｖ
ＥＬをバルブ開口面積に変換する。具体的には、前記Ｂ
ＯＯＳＴ補正後の目標体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬと、実
際のバルブリフト量（前記バルブ作動角ＶＥＬＣＯＭ）
に応じたバルブ流量損失係数Ｃｄと、実際の吸気バルブ
の閉弁タイミング（ＲＥＡＬＩＶＣ）に応じたバルブタ
イミング補正係数ＨＯＳＩＶＣと、を用いてバルブ目標
開口面積ＴＶＥＬＡＡを算出する。

【００３７】具体的な制御ブロック図を図１２に示す。
図１２において、まず、前記目標体積流量比ＴＱＨ０Ｓ
Ｔにバルブ上流圧補正を行うことにより、発生負圧を考
慮した実目標体積流量比、換言すれば可変バルブ機構
（ＶＥＬ）１１２の駆動を制御することで確保すべき体
積流量比（以下、ＶＥＬ要求体積流量比という）ＴＱＨ
０ＶＥＬ０に変換する（図１２のＡ部）。

【００３８】かかる変換は、図に示すように、前記目標
体積流量比ＴＱＨ０ＳＴをバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮ
ＩＱＨ０で除算することにより行う。なお、前記バルブ
上流圧補正値ＫＭＡＮＩＱＨ０は、スロットルバルブ１
０３ｂの開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ
＃で除算して得られる状態量ＡＡＤＮＶに基づき、図に
示すようにテーブルＴＱＨ０を検索して求める（図１２
のａ１部）。

【００３９】次に、前記ＶＥＬ要求体積流量比ＴＨＱ０
ＶＥＬ０と最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴとをセレクトハ
イし、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２で実現すべき体積流
量比（以下、ＶＥＬ実現体積流量比という）ＴＱＨ０Ｖ
ＥＬを設定する（図１２のＢ部）。ここで、前記最小体
積流量比ＱＨ０ＬＭＴは、ＶＥＬのバルブ作動角が最小
のときに可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によって実現
可能な体積流量比であり、あらかじめ実験等により求め
たものを設定しておく。

【００４０】なお、前記ＶＥＬ要求体積流量比ＴＨＱ０
ＶＥＬ０が、前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴを下回る
場合は、該最小体積流量比ＱＨＯＬＭＴが選択されるこ
とになるが、この場合、前記可変バルブ機構ＶＥＬ１１
２のみでは目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに制御できず
（すなわち、トルク制御できず）、スロットルバルブ１
０３ｂの開度制御を併用することになる（後述する目標
スロットルバルブ演算部ｃの説明参照）。

【００４１】次に、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０
ＶＥＬを、以下のようにしてＡＡ・Ｃｄ／ＮＶ（開口面
積・損失係数／回転速度／排気量）特性に変換してＶＡ
ＡＣＤＮＶを求める（図１２のＣ部）。まず、吸気バル
ブ１０５を通過する空気流量（すなわち、シリンダ吸入
空気量）Ｑｃ（ｋｇ／ｓｅｃ）は、圧縮性流体の一次元
定常流れの式より次式（１）、（２）のように表すこと
ができる。

【００４２】

【数１】 なお、Ｒ：気体定数（＝２８７）、γ：比熱比（＝１．
４）、Ｃｄ：バルブ流量損失係数、ＶＡ：バルブ開口面
積（ｍ²）、Ｐ0：バルブ上流圧（例えば、吸気マニホー
ルド部の圧力Ｐｍ）（Ｐａ）、Ｐｃ：シリンダ内圧（Ｐ
ａ）、Ｔ0：バルブ上流温度（例えば、吸気マニホール
ド部の温度Ｔｍ）（Ｋ）である。

【００４３】前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬ
は、吸気バルブ１０５を通過させる空気量を機関回転速
度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃で除算したものであるから、同
様にして次式（３）、（４）のように表すことができ
る。

【００４４】

【数２】 従って、バルブ上流温度Ｔ０、バルブ上流圧Ｐ０及びシ
リンダ内圧Ｐｃを検出して、Ｃｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯ
Ｌ＃）を算出することでＡＡ・Ｃｄ／ＮＶ特性に変換で
きる。

【００４５】但し、本実施形態では、図に示すようなテ
ーブルＴＶＡＡＣＤＮＶをあらかじめ作成しておき、前
記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬの基づいてテー
ブル検索によりＡＡ・Ｃｄ／ＮＶ特性への変換を行うよ
うにしている。なお、前記テーブルＴＡＡＣＤＮＶは、
例えば以下のようにして作成する。すなわち、前記ＶＥ
Ｌ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、非チョーク時にお
いては、上記式（３）よりＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ
＃）及びバルブ前後差圧比（Ｐｃ／Ｐ０）に応じた値と
して、チョーク時においては、上記式（４）よりＣｄ・
ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）に比例した値となることが判
るので、シミュレーションや実験等によりＴＱＨ０ＶＥ
ＬとＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）との相関を求める
ことで作成する。

【００４６】次に、ＶＡＡＣＤＮＶに機関回転速度Ｎ
ｅ、排気量ＶＯＬ＃を乗算してＡＡ・ＣＤ（開口面積・
損失係数；流量特性）ＴＶＥＬＡＡＣＤに変換する（図
１２のＤ部、Ｅ部）。次に、前記ＴＶＥＬＡＡＣＤをバ
ルブ流量損失係数Ｃｄで除算して、基本バルブ開口面積
ＴＶＥＬＡＡ０を算出する（図１２のＦ部）。

【００４７】ここで、バルブ流量損失係数Ｃｄは、実際
のバルブリフト量（すなわち、バルブ作動角）により異
なるため、図に示すように、検出した実際のＶＥＬ作動
角ＶＥＬＣＯＭに基づき、あらかじめ設定したテーブル
ＴＣＤを検索することにより設定する（図１２のｆ１
部）。また、前記バルブ流量損失係数Ｃｄは流量に応じ
て変化するため、機関回転速度Ｎｅに応じて設定される
バルブ流量動的補正係数ＤＨＯＳＣＤを乗算する（図１
２のＧ部）。

【００４８】該バルブ流量動的補正係数ＤＨＯＳＣＤ
は、図に示すように、機関回転速度Ｎｅに基づき、あら
かじめ設定したテーブルＴＤＨＯＳＣＤを検索すること
により設定する（図１２のｇ１部）。次に、前記基本バ
ルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０に、吸気バルブの閉弁タイ
ミングに応じたバルブタイミング補正係数ＨＯＳＩＶＣ
を乗算してバルブの目標開口面積ＴＶＥＬＡＡを算出す
る（図１２のＨ部）。

【００４９】これは、吸気バルブの閉弁タイミングによ
って変化する体積効率の変化に対応したバルブ開口面積
を算出するためのものであり、前記バルブタイミング補
正係数ＨＯＳＩＶＣは、以下のようにして設定する。ま
ず、図に示すように、前記可変バルブタイミング機構
（ＶＴＣ）１１４が動作していないとき、すなわち、Ｖ
ＴＣ最遅角時における吸気バルブの閉弁タイミングＶ０
ＩＶＣを、バルブ作動角ＶＥＬＣＯＭに基づき、あらか
じめ設定したテーブルＴＶ０ＩＶＣを検索することによ
り求める（図１２のｈ１部）。

【００５０】次に、吸気側カム軸の回転位相ＶＴＣＮＯ
Ｗを、前記ＶＴＣ最遅角時ＩＶＣから減算して実際の吸
気バルブの閉弁タイミング（クランク角位置）ＲＥＡＬ
ＩＶＣを求める（図１２のｈ２部）。そして、求めた実
際の吸気バルブの閉弁タイミングＲＥＡＬＩＶＣに基づ
き、図に示すようなテーブルＴＨＯＳＩＶＣを検索して
バルブタイミング補正係数ＨＯＳＩＶＣを設定する（図
１２のｈ３部）。

【００５１】次に、算出したバルブの目標開口面積ＴＶ
ＥＬＡＡに基づき、図に示すようなテーブルＴＴＧＶＥ
Ｌを検索して目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを設定する
（図１２のＩ部）。すなわち、バルブの開口面積からＶ
ＥＬ作動角は一義的に求めることが可能であるので、前
記テーブルＴＴＧＶＥＬをあらかじめ設定しておくこと
で、容易に目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを設定できる。

【００５２】そして、前述したように、コントロールユ
ニットＣ／Ｕ１１５は、実際のＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯ
Ｍが前記目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬとなるように、ア
クチュエータ２０１を制御する。目標スロットル開度演
算部ｃは、負圧が要求されないとき目標スロットル開度
を全開とし、一定の負圧（目標Ｂｏｏｓｔ）が要求され
るときは目標Ｂｏｏｓｔを確保する目標スロットル開度
を設定する。

【００５３】また、前記ＶＥＬ目標作動角演算部ｂにお
いて最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴが選択されたとき（す
なわち、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によるトルク
制御ができないとき）は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１
１２と協調して前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを実現
する目標スロットル開度を演算する。そして、電子制御
スロットル１０４は、前記目標スロットル開度となるよ
うにスロットルバルブ１０３ｂの開度を制御する。

【００５４】以上のように、基本的には、可変バルブ機
構（ＶＥＬ）１１２によるトルク制御（スロットルレス
制御）を行う一方、所定の負圧を発生させるため、又
は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）のみでは対応できない場
合には、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２と電子制御ス
ロットル１０４との協調制御を行う。なお、前記可変バ
ルブ機構は、上述した構成のものに限定するものではな
く、他の構成によるものであってもよく、また、吸気バ
ルブ１０５のみのバルブ作動特性を可変するものに限ら
れず、排気バルブ１０７のバルブ作動特性についても吸
気バルブ１０５と共に可変するものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における機関の構成図。

【図２】本発明の実施形態における可変バルブ機構ＶＥ
Ｌの断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。

【図３】上記可変バルブ機構ＶＥＬの側面図。

【図４】上記可変バルブ機構ＶＥＬの平面図。

【図５】上記可変バルブ機構ＶＥＬに使用される偏心カ
ムを示す斜視図。

【図６】上記可変バルブ機構ＶＥＬの低リフト時の作用
を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。

【図７】上記可変バルブ機構ＶＥＬの高リフト時の作用
を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。

【図８】上記可変バルブ機構ＶＥＬにおける揺動カムの
基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。

【図９】上記可変バルブ機構ＶＥＬのバルブタイミング
とバルブリフトの特性図。

【図１０】上記可変バルブ機構ＶＥＬにおける制御軸の
回転駆動機構を示す斜視図。

【図１１】本実施形態におけるトルク制御を示す全体ブ
ロック図。

【図１２】ＶＥＬ目標作動角ＴＧＶＥＬの演算を示す制
御ブロック図。

【符号の説明】

１３ カム軸 １５ 偏心カム（揺動駆動部材） １６ 制御軸 １７ 制御カム １８ ロッカアーム ２０ 揺動カム ２５ リンクアーム（揺動駆動部材） １０１ 内燃機関 １０４ 電子制御スロットル １０５ 吸気バルブ １１２ 可変バルブ機構（ＶＥＬ） １１４ 可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ） １１５ コントロールユニット（Ｃ／Ｕ） １１６ アクセル開度センサ １１７ エアフローメータ １１８ クランク角センサ １１９ カムセンサ １２０ スロットルセンサ １２１ 燃焼圧センサ ２０１ アクチュエータ（ＤＣサーボモータ） ２０６ 作動角センサ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G018 AA05 AB02 AB03 AB07 AB16 BA01 BA02 BA18 BA19 CA11 CA13 CA14 DA01 DA03 DA11 EA02 EA16 EA35 FA01 FA06 GA02 GA14 3G092 AA01 AA11 AB02 BA03 BB01 DA01 DA03 DA05 DF01 DF05 DG07 DG08 EA01 EC01 FA02 FA03 FA06 GA16 HA01Z HA12Z HA13X HA13Z HE01Z 3G301 HA01 HA19 LA07 LC03 LC04 LC10 MA11 ND01 ND02 NE01 PA01Z PE01Z PE10A PE10Z

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の少なくとも吸気バルブのバルブ
   作動特性を可変する可変動弁機構の制御装置であって、 機関の運転状態に応じて、目標トルク相当の目標吸入空
   気量を設定する目標吸入空気量設定手段と、 設定した目標吸入空気量と実際のバルブ作動特性に応じ
   た流量損失値を用いてバルブの目標開口面積を演算する
   目標開口面積演算手段と、 前記目標開口面積に基づき前記可変動弁機構の目標バル
   ブ作動特性を設定する目標バルブ作動特性設定手段と、 実際のバルブ作動特性が、前記目標バルブ作動特性に収
   束するように前記可変動弁機構の駆動を制御する可変動
   弁機構駆動手段と、 を備えることを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
2. 【請求項２】内燃機関の少なくとも吸気バルブのバルブ
   作動特性を可変する可変動弁機構の制御装置であって、 機関の運転状態に応じて、目標トルク相当の目標吸入空
   気量を設定する目標吸入空気量設定手段と、 設定した目標吸入空気量に基づいてバルブの目標開口面
   積を演算する目標開口面積演算手段と、 前記バルブの目標開口面積を、実際の吸気バルブの開閉
   タイミングに応じて補正する補正手段と、 補正されたバルブの目標開口面積に基づいて前記可変動
   弁機構の目標バルブ作動特性を設定する目標バルブ作動
   特性設定手段と、 実際のバルブ作動特性が、前記目標バルブ作動特性に収
   束するように前記可変動弁機構の駆動を制御する可変動
   弁機構駆動手段と、 を備えることを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
3. 【請求項３】前記可変動弁機構は、吸気バルブのバルブ
   リフト量及び開閉タイミングを可変するものであって、 前記目標開口面積演算手段は、前記目標吸入空気量と吸
   気バルブの実際のバルブリフト量に応じた流量損失値に
   基づいてバルブの目標開口面積を演算し、 前記補正手段は、前記目標開口面積を吸気バルブの実際
   の閉弁タイミングに応じて補正することを特徴とする請
   求項２記載の可変動弁機構の制御装置。
4. 【請求項４】前記目標開口面積演算手段は、前記バルブ
   の流量損失値を機関回転速度に応じて補正する流量損失
   値補正手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求
   項３に記載の可変動弁機構の制御装置。
5. 【請求項５】前記目標吸入空気量設定手段は、アクセル
   開度と機関回転速度とに基づいて前記目標吸入空気量を
   設定することを特徴とする請求項１から請求項４のいず
   れか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
6. 【請求項６】前記可変動弁機構は、 クランク軸に同期して回転する駆動軸と、 該駆動軸の固定された駆動カムと、 揺動することでバルブを開閉作動する揺動カムと、 一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と
   連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制
   御カムを有する制御軸と、 該制御軸を回動するアクチュエータと、を含んで構成さ
   れ、 前記アクチュエータによって前記制御軸を回動制御する
   ことによりバルブリフト量を可変することを特徴とする
   請求項１、請求項３から請求項５のいずれか１つに記載
   の可変動弁機構の制御装置。