JP2003148177A

JP2003148177A - 可変動弁機構の制御装置

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Publication number: JP2003148177A
Application number: JP2001347982A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Machida; 憲一町田; Satoru Watanabe; 渡邊　　悟
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP4074082B2

Abstract

(57)【要約】【課題】吸気バルブの作動特性を変化させて吸入空気流
量を制御する方式で、吸入空気流量を高精度に検出す
る。【解決手段】スロットルバルブ開度ＴＰＯからスロット
ル開口面積ＡＡを求め、機関回転速度速度Ｎｅと排気量
ＶＯＬ♯とで除算して得られた流量状態値ＡＡＤＮＶに
基づいて、スロットルバルブ通過部の体積流量比ＱＨ０
を求め、一方、吸気バルブ作動角ＡＤＩＮ−ＡＮと機関
回転速度Ｎｅとに基づいてスロットルバルブ全開時の吸
入空気量の期待値ＴＰＶＥＬ００を求め、これに前記体
積流量比ＱＨ０を乗じて、実際のスロットルバルブ開度
ＴＰＯでの期待値に変換し、大気圧補正と吸気温度補正
とを行って質量流量での期待値ＴＰＶＥＬを算出する。
この値を、エアフローメータで検出した実吸入空気量と
比較しつつ、吸気バルブへのデポジット等による吸気バ
ルブ作動特性−実吸入空気量のずれを無くすように、バ
ルブ作動特性の制御量を補正する。

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
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）。し
かし、このように、吸気バルブの作動特性によって吸入
空気量を制御する場合、吸気バルブに付着するデポジッ
ト（堆積物）が増大すると、バルブリフト量、バルブ作
動角に対して有効開口面積が減少するため、高精度な制
御を維持することができなくなることがあった。

【０００５】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、デポジット等によるバルブ作動特性
と有効開口面積の特性変化に対応して、吸入空気量の制
御精度を良好に維持できるようにした可変動弁機構の制
御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明は、内燃機関の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、前記可変動弁
機構による吸気バルブのバルブ作動特性の制御によって
吸入空気量を制御するときに、実際の吸入空気量を検出
するとともに、前記バルブ作動特性の検出値から期待さ
れる吸入空気量を算出し、前記実際の吸入空気量の検出
値と前記吸入空気量の期待値とを比較しつつ両者のずれ
に応じてバルブ作動特性の制御を補正することを特徴と
する。

【０００７】請求項1に係る発明によると、吸気バルブ
に付着するデポジットが増大するなどにより、バルブ作
動特性に対する有効開口面積が減少すると、該バルブ作
動特性の検出値から期待される吸入空気量の期待値に対
して実際の吸入空気量の検出値が減少してくるため、両
者のずれに応じてバルブ作動特性の制御を補正すること
により、所望の吸入空気量を得ることができ、バルブ作
動特性の制御による吸入空気量制御を高精度に維持する
ことができる。

【０００８】また、請求項2に係る発明は、前記吸入空
気量制御時における吸気バルブのバルブ作動特性の制御
は、前記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し、前記設定した目標吸入空気量を
吸気バルブの要求開口面積に換算し、前記換算された要
求開口面積に基づいて吸気バルブの目標バルブ作動特性
を設定し、吸気バルブの実際のバルブ作動特性が、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
動を制御することを基本とし、前記バルブ作動特性の制
御の補正は、前記目標吸入空気量、要求開口面積または
吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかを補正する
ことにより行うことを特徴とする。

【０００９】請求項2に係る発明によると、機関の運転
状態に応じて、所望とする目標トルクに相当する目標吸
入空気量を設定し、設定した目標吸入空気量を得られる
ような目標バルブ作動特性を設定する。そして、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よう構成したので、スロッ
トルバルブによらず、可変動弁機構による吸入空気量制
御（トルク制御）が可能となる。

【００１０】そして、前記目標吸入空気量、要求開口面
積または吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかを
補正することにより、バルブ作動特性と実吸入空気量と
のずれを容易に補正することができる。また、請求項3
に係る発明は、目標トルク相当の目標体積流量を吸気バ
ルブの要求開口面積に変換し、該要求開口面積に基づい
て、前記吸気バルブの目標バルブ作動特性を設定するこ
とを特徴とする。

【００１１】請求項3に係る発明によると、目標トルク
相当の目標体積流量をバルブの要求開口面積に変換し、
該要求開口面積に基づきバルブ作動特性を設定するの
で、所望とする目標トルクに応じたバルブ作動特性を直
ちに設定できる。従って、目標トルクの変化に対しても
精度よく対応することができ、可変動弁機構によるトル
クリニアリティを確保したトルク制御が可能となる。

【００１２】また、請求項4に係る発明は、前記吸入空
気量の期待値は、該バルブ作動特性と、機関回転速度
と、吸気バルブ上流に介装されたスロットルバルブの開
度とに基づいて算出することを特徴とする。請求項4に
係る発明によると、前記バルブ作動特性によって定まる
吸気バルブの有効開口面積と機関回転速度とに基づい
て、スロットルバルブ全開時における吸気バルブ通過部
分の基本体積流量が求められ、一方、スロットルバルブ
開度と機関回転速度とに基づいてスロットルバルブ通過
部分の体積流量比（スロットルバルブ全開時の最大体積
流量に対する実スロットル開度での体積流量の割合）が
求まるので、前記基本体積流量に対し、前記体積流量比
による補正を行って、吸入空気量の期待値を精度良く算
出できる。

【００１３】また、請求項5に係る発明は、前記吸入空
気量の期待値は、大気圧および吸気温度により補正され
ることを特徴とする。請求項5に係る発明によると、大
気圧および吸気温度により補正して質量流量として吸入
空気量の期待値を算出することにより、質量流量として
検出した実吸入空気量と比較したときに、高精度な比較
を行うことができ、補正精度が向上する。

【００１４】また、請求項6に係る発明は、前記吸入空
気量の期待値の算出および前記バルブ作動特性の制御の
補正を、アイドル時または全気筒フューエルカット制御
中に行うことを特徴とする。請求項6に係る発明による
と、アイドル時または全気筒フューエルカット制御中
は、吸入空気量が小さく吸気バルブの有効開口面積に対
して吸入空気量が比例する特性を有するため吸入空気量
の期待値を精度良く算出でき、また、デポジット付着量
に対する実吸入空気量の変化割合が大きくなるので、吸
入空気量のずれを高精度に検出でき、ひいては制御の補
正精度が向上する。

【００１５】また、請求項7に係る発明は、アクセル開
度と機関回転速度に基づいて、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7に係る発明による
と、前記目標吸入空気量は、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、スロットルレス制御にお
いても、例えば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。

【００１６】また、請求項8に係る発明は、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作動特性を可変することを特徴と
する。

【００１７】請求項8に係る発明によると、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。

【００１８】

【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。

【００１９】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。

【００２０】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）１１３は、スロットルバルブ１
０３ｂ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ＡＰＳ１１５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。

【００２１】具体的には、前記可変バルブ機構（ＶＥ
Ｌ）１１２のバルブリフト量（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−１００ｍｍＨｇ）を発生させるよ
うスロットルバルブ１０３ｂの開度を制御する。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１
０３ｂを全開に保持して、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１
１２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。

【００２２】また、前記コントロールユニット（Ｃ／
Ｕ）１１４には、前記アクセル開度センサＡＰＳ１１５
の他に、吸入空気量（質量流量）Ｑａを検出するエアフ
ローメータ１１６、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１１７、スロットルバルブ１０３
ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８等か
らの各種検出信号が入力される。

【００２３】ここで、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１
１２の構造について説明する。可変バルブ機構（ＶＥ
Ｌ）は、図２〜図４に示すように、一対の吸気バルブ１
０５、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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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１２１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１２１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）。

【００３２】すなわち、図１０において、アクチュエー
タ（ＤＣサーボモータ）１２１の回転は、伝達部材１２
２を介してネジ切り加工が施された軸１２３に伝達さ
れ、該軸１２３が通されたナット１２４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１２４に固定された一対のステー
部材１２５ａ、１２５ｂにより制御軸１６が回転する。

【００３３】なお、本実施形態では、図に示すように、
ナット１２４の位置を前記伝達部材１２２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１２４の
位置を前記伝達部材１２２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１２６
（調整位置センサ）が設けられており、該作動角センサ
１２６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）１１４が前記アクチ
ュエータ（ＤＣサーボモータ）１２１をフィードバック
制御する。

【００３４】次に、前記コントロールユニット（Ｃ／
Ｕ）１１４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）１１４
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。

【００３５】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。

【００３６】そして、前記機関要求空気量Ｑ０にＩＳＣ
要求空気量ＱＳＩＳＣ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、機関の目標体積流量比ＴＱＨ０Ｓ
Ｔ（＝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ＴＧＶＥＬを算出する。

【００３７】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、目標
体積流量比をバルブ開口面積に変換する。そして、該バ
ルブ開口面積に基づきＶＥＬ目標作動角を算出する。な
お、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２と共に、クラ
ンク角に対するカム軸の回転位相を変化させることでバ
ルブ開閉タイミングを可変するバルブタイミング制御機
構（ＶＴＣ）が設けられている場合には、前記変換した
バルブ開口面積に、バルブタイミング制御機構（ＶＴ
Ｃ）による位相変化分のＶＴＣ補正を行い、かつ、吸気
バルブへのデポジット等によるバルブ作動特性−バルブ
開口面積の特性変化を学習補正した後のバルブ開口面積
に基づきＶＥＬ目標作動角を算出する。

【００３８】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
慮した吸気バルブ１０５通過部分における体積流量比
（該上流圧下で吸気バルブ１０５を最大リフトとしたと
きの最大体積流量に対する割合。以下、ＶＥＬ要求体積
流量比という）ＴＱＨ０ＶＥＬ０に変換する（図１２の
ａ部）。

【００３９】かかる変換は、具体的には前記目標体積流
量比ＴＱＨ０ＳＴをバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＱＨ
０で除算することにより行うが、該バルブ上流圧補正値
ＫＭＡＮＩＱＨ０は、スロットルバルブ１０３ｂ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、図に示すようなテ
ーブルＴＱＨ０を検索して求める。

【００４０】次に、前記ＶＥＬ要求体積流量比ＴＨＱ０
ＶＥＬ０と最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴとのうち大きい
方を選択（セレクトハイ）し、可変バルブ機構ＶＥＬ１
１２で実現すべき体積流量比（以下、ＶＥＬ実現体積流
量比という）ＴＱＨ０ＶＥＬを設定する（図１２のｂ
部）。ここで、前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴは、Ｖ
ＥＬ最小作動角において可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１
２により実現できる体積流量比としてあらかじめ設定さ
れたものである。

【００４１】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）。

【００４２】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特性に変
換してＶＡＡＣＤＮＶ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。

【００４３】

【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
（Ｐａ）、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。

【００４４】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。

【００４５】

【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＃）を算出できる。この算出したＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ
・ＶＯＬ＃）をＡＡ・Ｃｄ／ＮＶ特性とする。

【００４６】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に基づいてテー
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、シミュレーション等によりＴＱＨ０ＶＥＬとＣ
ｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）との相関を求めることで
作成する。

【００４７】次に、ＶＡＡＣＤＮＶに機関回転速度Ｎ
ｅ、排気量ＶＯＬ＃を乗算してＣｄ・ＶＡを算出、すな
わち、ＡＡ・ＣＤ特性（流量特性）ＴＶＥＬＡＡＣＤに
変換する（図１２のｄ部、ｅ部）。次に、ＴＶＥＬＡＡ
ＣＤをバルブ流量損失係数Ｃｄで除算してＶＡを算出、
すなわち、基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０に変換す
る（図１２のｆ部）。

【００４８】ここで、前記バルブ流量損失係数Ｃｄは、
バルブリフト量により異なるため、図に示すように、検
出した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。なお、ここではＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭのみによ
り前記バルブ流量損失係数Ｃｄを設定しているが、さら
に機関回転速度Ｎｅをパラメータに含むマップを作成
し、該マップを参照してＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭ及び
機関回転速度Ｎｅに応じてバルブ流量損失係数Ｃｄを設
定するよう構成してもよい。

【００４９】次に、前記基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡ
Ａ０にＶＴＣ補正を行って、バルブ要求開口面積ＴＶＥ
ＬＡＡに変換する（図１２のｇ部）。すなわち、前記基
本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０は、バルブタイミング
制御機構（ＶＴＣ）の駆動を考慮しない場合（すなわ
ち、ＶＴＣ基準位置：ＶＴＣ作動角＝０ｄｅｇ）に要求
されるバルブ開口面積であるため、バルブタイミング制
御機構（ＶＴＣ）の駆動によって変化するバルブタイミ
ングに応じた補正を行う必要がある。具体的には、バル
ブタイミングの最大遅角位置（初期位置）に合わせて設
定した排気量ＶＯＬ＃に対し、バルブタイミングが進角
制御されると吸気バルブの閉時期が下死点に近づいて、
有効排気量ＶＯＬ＃が増大する。これにより、同一の体
積流量を得るための前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０
ＶＥＬが要求値より大きめに設定され、該ＶＥＬ実現体
積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに基づいて算出された基本バル
ブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０も要求値より大きめに算出さ
れることとなる。そこで、有効排気量ＶＯＬ＃の増大に
応じて基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０を減少補正す
る。この補正により、正確な要求バルブ開口面積、すな
わち、バルブ要求開口面積ＴＶＥＬＡＡを設定できる。
なお、有効排気量ＶＯＬ＃は、機関回転速度の増大に応
じて慣性により下死点より遅角側で最大となるので、機
関回転速度も考慮して補正するのがよい。

【００５０】そして、該バルブ要求開口面積ＴＶＥＬＡ
Ａに基づき、図に示すようなテーブルＴＴＧＶＥＬを検
索して基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０を設定する
（図１２のｈ部）。すなわち、バルブ開口面積からＶＥ
Ｌ作動角は一義的に求めることが可能であるので、この
ようなテーブルをあらかじめ設定しておく。これによ
り、容易に基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０を設定で
きる。

【００５１】前記基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０
を、バルブオフセット学習によるオフセット学習値ＬＲ
ＮＶＥＬにより補正して最終的な目標ＶＥＬ作動角ＴＧ
ＶＥＬを算出する。前記バルブオフセット学習は、吸気
バルブのデポジット（堆積物）等によるバルブ作動特性
−実吸入空気量の特性変化に対する補正するためのもの
で以下のように行われる。

【００５２】本学習は、以下に列挙する複数の条件が全
て満たされたときに実行する。ａ．エアフローメータ及びスロットルセンサが故障と判
定されていないこと。ｂ．アイドルスイッチがＯＮのアイドル状態で、かつ、
全気筒フューエルカット中であること。ｃ．エアフローメータで検出される吸入空気量の変動量
が所定値以下、アイドル回転速度制御で目標開度に対す
る実回転速度の偏差が所定値以下、スロットル開度の変
化量が所定値以下の各条件が全て満たされていること。

【００５３】上記学習条件の成立時に、吸気バルブの現
在のバルブ作動特性と機関運転状態とに基づいて吸入空
気量の期待値ＴＰＶＥＬを算出し、この期待値をエアフ
ローメータで検出された実際の吸入空気量ＴＰと比較し
て学習を行う。前記吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬは、
以下のように算出される。図１３を参照して、スロット
ルセンサ１１８で検出した実スロットル開度ＴＰＯを図
示テーブルによってスロットル開口面積ＡＡに変換し、
機関回転速度ＮＥと排気量ＶＯＬ＃で除算して実際の状
態量ＡＡＤＮＶを算出する。なお、排気量ＶＯＬ＃は、
吸入空気量制御時と同様のＶＴＣ補正を行った有効排気
量を用いることでより精度が向上する。

【００５４】前記実状態量ＡＡＤＮＶを、図示の体積流
量比変換テーブルを用いて、スロットルバルブ通過部の
体積流量比ＱＨ０に変換する。一方、スロットルバルブ
全開条件で、作動角センサ１２６によって検出される吸
気バルブの作動角ＡＤＩＮ−ＡＮと機関回転速度Ｎｅと
に基づいて、吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬ００を図示
テーブルから検索する。

【００５５】該吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬ００に、
前記体積流量比ＱＨ０を乗じて実際のスロットルバルブ
開度に応じた補正を行い、さらに、大気圧補正係数（＝
大気圧検出値ＡＬＴ／基準大気圧ＢＡＳＥＡＬＴ＃）を
乗じて大気圧補正を行い、吸気温度補正係数[＝基準吸
気温度ＢＡＳＥＴＡＦ＃／（吸気温度検出値ＴＡＦ＋２
７３）]を乗じて吸気温度補正を行い、質量流量に換算
しＴＰＶＥＬとする。

【００５６】前記吸入空気量の吸入空気量の期待値ＴＰ
ＶＥＬを、前記エアフローメータで検出した吸入空気量
の検出値ＴＰと比較する。｜ＴＰＶＥＬ−ＴＰ｜≦所定
値（不感帯）のときは、オフセット学習値ＬＲＮＶＥＬ
を前回値ＬＲＮＶＥＬ(-1)に維持する。｜ＴＰＶＥＬ−
ＴＰ｜＞所定値のときは、次式にしたがってオフセット
学習値ＬＲＮＶＥＬを更新する。

【００５７】ＬＲＮＶＥＬ＝ＬＲＮＶＥＬ(-1)＋ＶＥＬ
ＧＡＩＮ＃×（ＴＰＶＥＬ−ＴＰ）ＶＥＬＧＡＩＮ＃：係数但し、ＴＶＥＬＭＩＮ＃≦ＬＲＮＶＥＬ≦ＴＶＥＬＭＡ
Ｘ＃を満たすように下限値ＴＶＥＬＭＩＮ＃と上限値Ｔ
ＶＥＬＭＡＸ＃とで規制する。このようにして学習更新
されたオフセット学習値ＬＲＮＶＥＬを、前記基本目標
ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０に加算して、最終的な目標Ｖ
ＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを算出する（図１２のｉ部）。

【００５８】このようにオフセット学習を行うことで、
吸気バルブのデポジット（堆積物）等によりバルブ作動
特性−実吸入空気量の特性が経時変化しても、該特性変
化に見合ったバルブ作動特性の学習補正を行うことによ
り、高精度な吸入空気量制御を維持できる。次に、目標
スロットル開度演算部Ｃについて説明する。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。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の
みでトルク制御ができないとき）は、可変バルブ機構
（ＶＥＬ）１１２と協調して前記目標体積流量比ＴＱＨ
０ＳＴを実現する目標スロットル開度を演算する。

【００５９】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１
０３ｂの開度を制御する。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い。また、吸気バルブ１０
５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のバルブ作動特性を吸気バルブ１０５と共
に、あるいは、単独で可変するものであってもよい。

【００６０】さらに、本実施形態では、バルブオフセッ
ト学習で目標バルブ特性を学習補正するものを示した
が、それより前段側で目標吸入空気量や要求開口面積を
学習補正するようにしてもよい。

【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動弁機構の断面
図（図３のＡ−Ａ断面図）。

【図３】上記可変動弁機構の側面図。

【図４】上記可変動弁機構の平面図。

【図５】上記可変動弁機構に使用される偏心カムを示す
斜視図。

【図６】上記可変動弁機構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】上記可変動弁機構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】上記可変動弁機構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】上記可変動弁機構のバルブタイミングとバルブ
リフトの特性図。

【図１０】上記可変動弁機構における制御軸の回転駆動
機構を示す斜視図。

【図１１】上記可変動弁機構によるトルク制御を示す全
体ブロック図。

【図１２】ＶＥＬ目標作動角の演算を示す制御ブロック
図。

【図１３】吸入空気量の期待値を算出するブロック図。

【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コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５アクセル開度センサ１１６エアフローメータ１１７クランク角センサ１１８スロットルセンサ１２１アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）１２６作動角センサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/08 ３２０Ｆ０２Ｄ 41/08 ３２０ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０ＣＦターム(参考） 3G018 AB02 AB05 AB07 AB17 BA02 BA19 BA32 CA15 DA03 DA08 DA10 DA19 DA34 DA70 EA02 EA11 EA16 EA35 FA01 FA06 FA08 GA02 GA27 3G092 AA01 AA11 AB01 BA01 CB05 DA01 DA03 DG08 DG10 EA02 EA03 EA04 EC05 EC06 EC09 FA06 FA36 GA04 GB05 HA01X HA01Z HA04Z HA05Z HA06Z HA13X HE01Z HE03Z HE08Z 3G301 HA01 HA19 JA15 KA07 KA08 LA03 LA07 MA01 MA12 NA06 NA07 NA09 NC02 ND25 ND45 NE08 NE11 NE12 NE21 PA01A PA01Z PA09Z PA10Z PA11Z PE01Z PE03Z PE10A

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の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、前記可変動弁機構による吸気バルブのバルブ作動特性の
制御によって吸入空気量を制御するときに、実際の吸入
空気量を検出するとともに、前記バルブ作動特性の検出
値から期待される吸入空気量を算出し、前記実際の吸入
空気量の検出値と前記吸入空気量の期待値とを比較しつ
つ両者のずれに応じてバルブ作動特性の制御を補正する
ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項２】前記吸入空気量制御時における吸気バルブ
のバルブ作動特性の制御は、前記機関の運転状態に応じて、目標トルク相当の目標吸
入空気量を設定し、前記設定した目標吸入空気量を吸気バルブの要求開口面
積に換算し、前記換算された要求開口面積に基づいて吸気バルブの目
標バルブ作動特性を設定し、吸気バルブの実際のバルブ作動特性が、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
ることを基本とし、前記バルブ作動特性の制御の補正は、前記目標吸入空気
量、要求開口面積または吸気バルブの目標バルブ作動特
性のいずれかを補正することにより行うことを特徴とす
る請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置。
【請求項３】目標トルク相当の目標体積流量を吸気バル
ブの要求開口面積に変換し、該要求開口面積に基づい
て、前記吸気バルブの目標バルブ作動特性を設定するこ
とを特徴とする請求項２に記載の可変動弁機構の制御装
置。
【請求項４】前記吸入空気量の期待値は、該バルブ作動
特性と、機関回転速度と、吸気バルブ上流に介装された
スロットルバルブの開度とに基づいて算出することを特
徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可
変動弁機構の制御装置。
【請求項５】前記吸入空気量の期待値は、大気圧および
吸気温度により補正されることを特徴とする請求項１〜
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。
【請求項６】前記吸入空気量の期待値の算出および前記
バルブ作動特性の制御の補正を、アイドル時または全気
筒フューエルカット制御中に行うことを特徴とする請求
項１〜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。
【請求項７】アクセル開度と機関回転速度に基づいて、
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〜請求項６のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制
御装置。
【請求項８】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
ことによりバルブ作動特性を可変することを特徴とする
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の可変動弁
機構の制御装置。