JP2005090328A - 内燃機関の吸気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１，第２可変動弁機構の過渡時の作動遅れによるトルク応答性の悪化を回避する。
【解決手段】アクセル開度が増加するときに、低中負荷域では主に第１可変動弁機構によって作動角が拡大し、中高負荷域では主に第２可変動弁機構によって中心角が遅角する。目標トルクと推定トルクとの差が所定値以上であれば過渡運転と判定し、作動角および中心角の静的目標値（ｃ１，ｄ１）に代えて、過渡時目標値をＤ点のように与える。Ｄ点は、そのときの実際の作動角、中心角の状態（Ｃ点）から所定時間内に動作可能な範囲の複数の動作点の中で、燃費要求を満足しつつ要求トルクに近いトルクを発生する動作点が選択される。これにより、作動角はｃ３のように変化し、トルクはｂ３のように変化する。補正無しではｂ２のようになるのに対し、トルク応答性が向上する。
【選択図】図１８

Description

この発明は、内燃機関の吸気弁の動弁機構として、吸気弁の作動角を変更する第１可変動弁機構と作動角の中心角を変更する第２可変動弁機構とを備えてなる内燃機関の吸気弁駆動制御装置に関する。

内燃機関の低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気充填効率の向上による十分な出力の確保、などのために、吸気弁の作動角やその中心角を機関運転状態に応じて変えることができる吸気弁駆動制御装置が従来から種々提案されている。

特許文献１は、本出願人が先に提案したものであるが、吸気弁の可変動弁機構として、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小可能な第１可変動弁機構（リフト・作動角可変機構）と、リフトの中心角の位置を連続的に遅進させる第２可変動弁機構（位相可変機構）と、を備え、機関運転状態に応じて、吸気弁の作動角とその中心角とを、互いに独立して適切に可変制御することにより、燃費の改善や出力の向上を図った技術が開示されている。

このように２つの可変動弁機構を備えた吸気弁駆動制御装置では、運転状態に応じて、それぞれの目標値が与えられ、これに沿って各可変動弁機構が制御されることになる。
特開２００１−２６３１０５号公報

しかしながら、このように機関運転状態に応じて、吸気弁の作動角およびその中心角を互いに独立して可変制御する構成においては、運転状態が急に変化するとき、例えば、要求負荷が低負荷域から高負荷域へ比較的速い速度で変化する過渡状態においては、２つの可変動弁機構がそれぞれ目標値に対しある程度の遅れをもって作動し、かつそれぞれの作動遅れが同時に発生し得ることから、吸入空気量が目標値からずれてしまい、トルク応答性が悪化する可能性がある。

なお、トルク応答性を改善するために、単純にアクチュエータの性能を上げるのでは、アクチュエータの大型化やコストの上昇が伴い、また定常時のエネルギ損失が大きくなるので、好ましくない。

本発明に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置は、吸気弁の作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備えている。ここで、上記作動角および上記中心角の静的目標値は、低中負荷域では、負荷の増加に応じて作動角が増加するとともに、この作動角の変化量が中心角の変化量よりも大きくなり、かつ中高負荷域では、負荷の増加に応じて中心角が下死点側に遅角するとともに、この中心角の変化量が作動角の変化量よりも大きくなるように、設定される。つまり、低中負荷域では主に作動角を変更して吸入空気量を調整し、中高負荷域では主に中心角を変更して吸入空気量を調整することになる。

そして、本発明では、現在の運転状態が過渡であるかを判定する過渡判定手段と、過渡判定時に、上記作動角および上記中心角の現在値に対し、上記第１可変動弁機構および上記第２可変動弁機構により所定時間内に動作可能な作動角および中心角の範囲を演算する動作可能範囲演算手段と、この動作可能な範囲にある作動角および中心角の複数の組み合わせについて発生トルクをそれぞれ推定するトルク推定手段と、この推定に基づき、目標トルクに対し最も望ましい発生トルクとなる作動角および中心角の組み合わせを選択し、これを過渡時目標値として設定する過渡時目標値設定手段と、を備えている。

また好ましくは、本発明は、上記の動作可能な範囲にある作動角および中心角の複数の組み合わせについて燃費をそれぞれ推定する燃費推定手段をさらに備えており、上記過渡時目標値設定手段が、上記トルク推定手段により推定したトルクとともに上記燃費を考慮して、最も望ましい作動角および中心角の組み合わせを選択するようになっている。

過渡時、例えば加速時に、第１可変動弁機構および第２可変動弁機構がそれぞれの静的目標値に沿って独立して動くと、それぞれの応答遅れによって、大きなトルク応答遅れが生じることがある。本発明では、この過渡時に、所定時間内に実現し得る作動角および中心角の組み合わせの中で、最も望ましい発生トルクとなる組み合わせ、例えば目標トルクに最も近い発生トルクとなる組み合わせが選択され、これが過渡時目標値として設定される。そのため、第１，第２可変動弁機構の応答速度による可能な範囲内で、トルク変化がより速やかに生じる。また同時に燃費を考慮するようにすれば、燃費を最良に維持しつつトルク応答性が高められる。

この発明によれば、内燃機関の過渡時に、第１，第２可変動弁機構の応答速度による可能な範囲内で、実際の発生トルクが目標トルクに最もよく追従するように、作動角および中心角の目標値が与えられ、過渡時のトルク応答性の悪化を抑制することができる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置のシステム構成を示す構成説明図であって、内燃機関１は、吸気弁３と排気弁４とを有し、かつ吸気弁３の動弁機構として、吸気弁３のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構（ＶＥＬ）５および作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構（ＶＴＣ）６を備えている。また、吸気通路７には、モータ等のアクチュエータにより開度が制御される電子制御スロットル弁２が設けられている。ここで、上記スロットル弁２は、吸気通路７内に、ブローバイガスの処理などのために必要な僅かな負圧（例えば−５０ｍｍＨｇ）を発生させるためだけに用いられており、吸入空気量の調整は、上記第１，第２可変動弁機構５，６により吸気弁３のリフト特性を変更することで行われる。すなわち、吸入空気量の調整をスロットル弁開度に依存しない実質的なスロットルレス運転が実現される。これらの第１，第２可変動弁機構５，６および電子制御スロットル弁２は、コントロールユニット１０によって制御されているが、基本的には、内燃機関１の燃焼安定性と燃費を最良にする観点から、図２に示すように、吸入空気量が相対的に少ない所定領域Ａ（低中負荷領域）では、中心角を所定の進角位置に固定し、作動角を変更することで吸入空気量の調整を行い、また、吸入空気量が相対的に多い所定領域Ｂ（中高負荷領域）では、作動角を所定の大作動角に固定し、中心角を変更することで吸入空気量の調整を行う。

また、燃料噴射弁８が吸気通路７に配設されており、上記のように吸気弁３により調整された吸入空気量に応じた量の燃料が、この燃料噴射弁８から噴射される。従って、内燃機関１の出力は、第１，第２可変動弁機構５，６により吸入空気量を調整することによって制御される。

上記のコントロールユニット１０は、運転者により操作されるアクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ１１からのアクセル開度信号ＡＰＯと、エンジン回転速度センサ１２からのエンジン回転速度信号Ｎｅと、吸入空気量センサ１３からの吸入空気量信号と、を受け取り、これらの信号に基づいて、燃料噴射量、点火時期、目標作動角、目標中心角をそれぞれ演算する。そして、要求の燃料噴射量および点火時期を実現するように燃料噴射弁８および点火プラグ９を制御するとともに、目標作動角および目標中心角を実現するための制御信号を、第１可変動弁機構５のアクチュエータおよび第２可変動弁機構６のアクチュエータへそれぞれ出力する。

なお、上記第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６は、その機械的な構成は公知であり、例えば、上述した特許文献１に記載の装置と同様の構成を有している。従って、その詳細な説明は省略するが、本実施例では、特に、上記第１可変動弁機構５のアクチュエータは、気筒数分のカムを備えた制御軸（図示せず）を回転駆動する電動モータからなり、かつ、上記制御軸の回転位置を検出する制御軸センサ１４を備えている。コントロールユニット１０においては、この制御軸センサ１４の検出信号によって、そのときの実際のリフト・作動角つまり実作動角ｒＶＥＬが求められる。そして、上記の電動アクチュエータを用いた第１可変動弁機構５の応答速度を推定するために、バッテリ電圧Ｖｂを検出する電圧センサ１６が設けられている。

一方、上記第２可変動弁機構６のアクチュエータは、吸気弁３を開閉動作するための駆動軸（図示せず）とクランクシャフトとを所定の角度内で相対回転させる油圧アクチュエータからなり、かつ、上記駆動軸の位相を検出する駆動軸センサ１５を備えている。コントロールユニット１０においては、この駆動軸センサ１５の検出信号によって、そのときの実際の中心角つまり実中心角ｒＶＴＣが求められる。上記油圧アクチュエータへ作動油を供給する油圧ポンプは、周知のように内燃機関１自体によって機械的に駆動されるものであり、第２可変動弁機構６の応答速度に影響する、その作動油（潤滑油）の油温Ｔｏを検出するために、油温センサ１７が設けられている。

初めに、本発明に係る過渡時の目標値の補正を行わない場合のトルク応答性の悪化について説明する。

図２は、内燃機関がある回転速度で一定のときに、負荷に対する目標作動角および目標中心角の設定例を示している。これは、定常状態を前提とした静的な目標値であって、図の低中負荷域Ａでは、中心角はほぼ一定であり、負荷変化に対し主に作動角が変更される。つまり低中負荷域Ａでは、負荷の増加に応じて作動角が増加するとともに、この作動角の変化量が中心角の変化量よりも大きくなる。また、中高負荷域Ｂでは、作動角はほぼ一定であり、負荷変化に対し主に中心角が変更される。つまり中高負荷域Ｂでは、負荷の増加に応じて中心角が下死点側に遅角するとともに、この中心角の変化量が作動角の変化量よりも大きくなる。ここで、中負荷域にあるトルクＴ１から高負荷域にあるトルクＴ２へと急激に変化する過渡運転を考えると、図３に示すように、アクセル開度の増加に伴って、まず目標作動角がＢ１のように拡大し、次に、目標中心角がＣ１のように遅角側へ変化していく。実際の作動角および中心角は、これらの目標値に対し、それぞれ応答遅れを伴った形でＢ２およびＣ２のように変化していく。従って、Ｔ１からＴ２へ変化する過渡の途中では、第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６の双方が作動遅れを有する結果、要求トルク（目標トルク）Ｄ１に対し、実際のトルクＤ２が低くなり、トルク応答性が悪化する。

図４は、本発明の第１実施例の制御の内容を機能ブロック図として示したものである。各ブロックにおける演算処理は、コントロールユニット１０内で所定時間毎に実行される。

ＶＥＬ・ＶＴＣ静的目標角度演算部Ｂ１では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、第１可変動弁機構の静的目標値ｔＶＥＬ０および第２可変動弁機構の静的目標値ｔＶＴＣ０を算出するとともに、目標トルクｔＴｅを算出する。

ＶＥＬ・ＶＴＣ動作領域演算部Ｂ２では、実作動角ｒＶＥＬ、実中心角ｒＶＴＣ、バッテリ電圧Ｖｂ、エンジン回転速度Ｎｅ、アクチュエータ作動油温Ｔｏ、に基づいて、後述するように、第１可変動弁機構５と第２可変動弁機構６の応答速度に応じた動作領域、具体的には、所定時間後に到達可能な９つの動作点（作動角および中心角の組み合わせ）を算出する。

過渡時目標値決定部Ｂ３では、ＶＥＬ・ＶＴＣ動作領域演算部Ｂ２による複数の動作点と、エンジン回転速度Ｎｅと、目標トルクｔＴｅと、に基づいて、第１可変動弁機構５の過渡時目標値ｔＶＥＬ１および第２可変動弁機構６の過渡時目標値ｔＶＴＣ１を算出する。

過渡判定部Ｂ４では、実作動角ｒＶＥＬ、実中心角ｒＶＴＣ、エンジン回転速度Ｎｅ、目標トルクｔＴｅ、に基づいて、現在の運転状態が過渡であるか否かを判定して過渡判定フラグｆＫＡＴＯを１または０に設定する。

選択部Ｂ５では、上記の過渡判定フラグｆＫＡＴＯに応じて、過渡時目標値と静的目標値のいずれかを最終的な目標値として選択する。具体的には、過渡判定フラグｆＫＡＴＯが１（過渡）であるときには、過渡時目標値ｔＶＥＬ１を第１可変動弁機構５の最終的な目標値ｔＶＥＬとし、過渡時目標値ｔＶＴＣ１を第２可変動弁機構６の最終的な目標値ｔＶＴＣとする。また、過渡判定フラグｆＫＡＴＯが０（定常）であるときには、静的目標値ｔＶＥＬ０を第１可変動弁機構５の最終的な目標値ｔＶＥＬとし、静的目標値ｔＶＴＣ０を第２可変動弁機構６の最終的な目標値ｔＶＴＣとする。

図５は、上記ＶＥＬ・ＶＴＣ静的目標角度演算部Ｂ１の詳細ブロック図を示す。

ブロックＢ１ａでは、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、目標トルクｔＴｅを算出する。具体的には、図６に示すような制御マップから、アクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転速度Ｎｅに対応する目標トルクｔＴｅの値をルックアップする。なお、目標トルクｔＴｅに代えて目標吸入空気量を算出するようにしてもよい。

ブロックＢ１ｂでは、上記のブロックＢ１ａで算出した目標トルクｔＴｅとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、第１可変動弁機構５の静的目標値ｔＶＥＬ０を算出する。具体的には、図７に示すような制御マップから、目標トルクｔＴｅおよびエンジン回転速度Ｎｅに対応する作動角の静的目標値ｔＶＥＬ０の値をルックアップする。

ブロックＢ１ｃでは、上記のブロックＢ１ａで算出した目標トルクｔＴｅとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、第２可変動弁機構６の静的目標値ｔＶＴＣ０を算出する。具体的には、図８に示すような制御マップから、目標トルクｔＴｅおよびエンジン回転速度Ｎｅに対応する中心角の静的目標値ｔＶＴＣ０の値をルックアップする。

ここで、上記の図７および図８の制御マップには、定常運転のときに燃焼安定性と燃費性能とを両立させる作動角および中心角をそれぞれ記憶させてある。

次に、図９は、上記ＶＥＬ・ＶＴＣ動作領域演算部Ｂ２の詳細ブロック図を示す。

ブロックＢ２ａでは、バッテリ電圧Ｖｂに基づいて、第１可変動弁機構５の応答速度、詳しくは所定時間における第１可変動弁機構５の最大動作量ＶＶＥＬを算出する。具体的には、図１０に示すような制御テーブルから、バッテリ電圧Ｖｂに対応する最大動作量ＶＶＥＬの値をルックアップする。

ブロックＢ２ｂでは、上記のブロックＢ２ａで算出した最大動作量ＶＶＥＬと、そのときの実作動角ｒＶＥＬとに基づいて、所定時間後に第１可変動弁機構５が到達可能な作動角を３つ（ｒＶＥＬ＋ＶＶＥＬ、ｒＶＥＬ、ｒＶＥＬ−ＶＶＥＬ）算出する。つまり、これらの３つの作動角は、その時点から所定時間内に到達し得る作動角の最大値、最小値、および両者の中間値、である。なお、本実施例では、これらの３点によって、所定時間内に到達し得る作動角の範囲を代表しているが、３点に限定されるものではなく、５点、７点のように、さらに多くの点を用いることも可能である。

ブロックＢ２ｃでは、上記のブロックＢ２ｂで算出した３つの作動角に対して、上限および下限の制限処理を施す。作動角の上限および下限は、第１可変動弁機構５の機械的な作動可能範囲に応じて決められる。つまり、第１可変動弁機構５が実際に実現可能な作動角の範囲内に制限される。

一方、ブロックＢ２ｄでは、オイルポンプ回転数に相当するエンジン回転速度Ｎｅとアクチュエータ作動油温Ｔｏとに基づいて、第２可変動弁機構６の応答速度、詳しくは所定時間における第２可変動弁機構６の最大動作量ＶＶＴＣを算出する。具体的には、図１１に示すような制御マップから、作動油温Ｔｏとエンジン回転速度Ｎｅとに対応する最大動作量ＶＶＴＣの値をルックアップする。

ブロックＢ２eでは、上記のブロックＢ２ｄで算出した最大動作量ＶＶＴＣと、そのときの実中心角ｒＶＴＣとに基づいて、所定時間後に第２可変動弁機構６が到達可能な中心角を３つ（ｒＶＴＣ＋ＶＶＴＣ、ｒＶＴＣ、ｒＶＴＣ−ＶＶＴＣ）算出する。つまり、これらの３つの中心角は、その時点から所定時間内に到達し得る中心角の最大値、最小値、および両者の中間値、である。なお、本実施例では、これらの３点によって、所定時間内に到達し得る中心角の範囲を代表しているが、３点に限定されるものではなく、５点、７点のように、さらに多くの点を用いることも可能である。

ブロックＢ２ｆでは、上記のブロックＢ２eで算出した３つの中心角に対して、上限および下限の制限処理を施す。中心角の上限と下限は、第２可変動弁機構６の機械的な作動可能範囲に応じて決められる。

上記のようにして算出された所定時間後に到達可能な３つの作動角と３つの中心角とによって、両者の組み合わせとして、所定時間後に到達可能な以下の９つの動作点が決定される。

（１） [ｒＶＥＬ＋ＶＶＥＬ、ｒＶＴＣ＋ＶＶＴＣ]
（２） [ｒＶＥＬ＋ＶＶＥＬ、ｒＶＴＣ]
（３） [ｒＶＥＬ＋ＶＶＥＬ、ｒＶＴＣ−ＶＶＴＣ]
（４） [ｒＶＥＬ、ｒＶＴＣ＋ＶＶＴＣ]
（５） [ｒＶＥＬ、ｒＶＴＣ−ＶＶＴＣ]
（６） [ｒＶＥＬ−ＶＶＥＬ、ｒＶＴＣ＋ＶＶＴＣ]
（７） [ｒＶＥＬ−ＶＶＥＬ、ｒＶＴＣ]
（８） [ｒＶＥＬ−ＶＶＥＬ、ｒＶＴＣ−ＶＶＴＣ]
（９） [ｒＶＥＬ、ｒＶＴＣ]
なお、（９）の動作点は、現在の動作点なので、以下の処理では（１）〜（８）の動作点の中から最適な動作点を選択するようにしてもよい。また、前述したように、コントロールユニット１０の演算能力に余裕がある場合は、より多くの動作点を求めるようにしてもよい。

次に、図１２は、過渡時目標値決定部Ｂ３の詳細ブロック図を示す。

ブロックＢ３ａでは、上記のＶＥＬ・ＶＴＣ動作領域演算部Ｂ２で算出した９つの動作点におけるトルク推定値をそれぞれ算出する。具体的には、図１３に示すような制御マップから、各動作点の作動角および中心角と現在のエンジン回転速度Ｎｅとに対応するトルク推定値（９個）をルックアップする。ここで使用する制御マップは、様々な動作点におけるトルクを予め実験によって求めた結果を、作動角、中心角、エンジン回転速度Ｎｅに対応させて記憶させたものである。

ブロックＢ３ｂでは、上記のＶＥＬ・ＶＴＣ動作領域演算部Ｂ２で算出した９つの動作点における燃費率推定値（本実施例では燃費を表すパラメータとしてポンプロスの値を使用する）を算出する。具体的には、図１４に示すような制御マップから、各動作点の作動角および中心角と現在のエンジン回転速度Ｎｅとに対応する燃費率推定値（９個）をルックアップする。ここで使用する制御マップも実験に基づいて作成されている。

ブロックＢ３ｃでは、前述したＶＥＬ・ＶＴＣ静的目標角度演算部Ｂ１で算出した目標トルクｔＴｅとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、目標燃費率（同じくポンプロスの値を使用）を算出する。具体的には、図１５に示すような制御マップから、目標トルクｔＴｅとエンジン回転速度Ｎｅとに対応する目標燃費率をルックアップする。

ブロックＢ３ｄでは、上記のブロックＢ３ａで算出した各動作点のトルク推定値と目標トルクｔＴｅとを比較し、９つの動作点の優先順位を決定する。例えば、目標トルクｔＴｅ以上のトルクが得られかつ目標トルクｔＴｅに最も近いトルクとなる動作点の順位を第１位とし、以下、トルクが大きい側へ離れるに従って順に低い順位を付与し、次いでトルクが小さい側へ離れるに従って順に低い順位を付与する。

次に、ブロックＢ３ｅでは、上記のブロックＢ３ｂで算出した各動作点の燃費率推定値と上記のブロックＢ３ｃで算出した目標燃費率とを比較し、燃費率推定値が目標燃費率以上となる（ポンプロスが小さくなる）動作点を、選択許可動作点とする。

最後のブロックＢ３ｆでは、上記ブロックＢ３ｅで選択許可動作点とされた動作点の中で、上記ブロックＢ３ｄで付与された優先順位が最も高い動作点を選択し、その動作点の作動角および中心角を、第１可変動弁機構５の過渡時目標値ｔＶＥＬ１および第２可変動弁機構６の過渡時目標値ｔＶＴＣ１とする。

また、図１６は、過渡判定部Ｂ４の詳細ブロック図を示す。

ブロックＢ４ａでは、実作動角ｒＶＥＬと実中心角ｒＶＴＣとに基づいて、現在の実トルク推定値を算出する。具体的には、図１７に示すような制御マップから、実作動角ｒＶＥＬと実中心角ｒＶＴＣとに対応するトルク推定値をルックアップする。なお、ここで用いられる制御マップは、前述したブロックＢ３ａで使用される図１３の制御マップと同じものである。

ブロックＢ４ｂでは、上記ブロックＢ４ａで算出した実トルク推定値とそのときの目標トルクｔＴｅとを比較し、両者の差が所定値以上の場合は、過渡であると判断して過渡判定フラグｆＫＡＴＯを１にし、両者の差が所定値より小さい場合は、定常であると判断して過渡判定フラグｆＫＡＴＯを０にする。

図１８は、上記第１実施例による過渡時の作用を示すタイムチャートであり、内燃機関の回転速度がある回転速度で一定に保たれていると仮定して、低負荷域からアクセルペダルを踏み込み、高負荷域まで過渡走行を行った際のアクセル開度ＡＰＯ、エンジントルク、作動角および中心角の変化をそれぞれ示している。

同図（ａ）のように時間ｔ１から時間ｔ２までアクセルを踏み込むと、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに対応して、作動角静的目標値が図（ｃ）の線ｃ１のように、中心角静的目標値が図（ｄ）の線ｄ１のように、それぞれ算出される。これらの静的目標値に対し、実際の作動角は線ｃ２のように変化し、実際の中心角は線ｄ２のように変化するため、実際のトルクは、目標トルクの変化ｂ１に対し、線ｂ２のようになる。

本実施例では、上述したように、実作動角ｒＶＥＬと実中心角ｒＶＴＣとに基づいて推定した現在の実トルク推定値と目標トルクｔＴｅとの差が所定値以上の場合に過渡と判定するので、例えばｔ２の時点で過渡判定が行われる。

このｔ２の時点の実際の作動角および中心角は、図示するように、★印で示すＣ点にある。本発明では、上述したように、このＣ点を基準として所定時間内に到達可能な９つの動作点が決定され、かつその中で、発生トルクおよび燃費の観点から最も望ましい動作点（例えば図の★印で示すＤ点）が選択され、過渡時目標値として与えられる。

このように目標値がＤ点に変更される結果、実際の作動角は、線ｃ３に示すように変化する。なお、過渡時目標値は、時間ｔ２後も実作動角ｒＶＥＬや実中心角ｒＶＴＣに応じて逐次算出されるが、この例では、作動角目標値がＤ点よりも大きくなると、逆にトルクが低下するので、実作動角ｒＶＥＬが増加しても作動角の過渡時目標値は変化しない。また、第２可変動弁機構６は、目標値がＤ点に変更されても、すでに最速で動いている状況であるので、実際の中心角は、そのまま線ｄ２に沿って変化する。そして、この例では、時間ｔ２後の実中心角ｒＶＴＣの変化に対応して、中心角目標値が線ｄ４のように変化する。この結果、トルクは、例えば線ｂ３のように変化することになり、静的目標値を維持した場合に比べて、より優れたトルク応答性が得られる。

その後、時間ｔ３の時点で、実トルク推定値と目標トルクｔＴｅとの差が所定値未満となり、過渡の判定が終了する。これにより、各目標値は、静的目標値に戻る。例えば、作動角の目標値は、線ｃ４で示すように、静的目標値まで低下する。

図２１は、負荷変化に伴う最大リフト点（換言すれば中心角におけるリフト）の変化（軌跡）に着目したもので、第１可変動弁機構５は、作動角とともにリフトが拡大・縮小するので、低中負荷域では、負荷の増加に伴って最大リフト点は徐々に高くなり、かつ中心角が一定であることから、そのクランク角位置は変化しない。そして、中高負荷域では、最大リフト点の高さは一定のまま、そのクランク角位置が遅角していく。従って、静的な理想的な特性としては、負荷の増加に対し、点線Ａのように変化することになる。これに対し、負荷が急激に増加する過渡時には、本発明の補正を行わない場合、第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６の作動遅れによって、最大リフト点の軌跡は、実際には、実線ＣＬ１のように変化する。この結果、途中のある時刻で比較すると、静的目標値では最大リフト点が破線の上にあるべきなのに対し、実際はｃｌ１点となる。同一トルクを実現するための作動角と中心角の組み合わせは多数存在し、図中に等トルク線として示しているが、ｃｌ１点を通る等トルク線は、静的目標値のトルクに比較して低トルクであり、従って、トルク応答性が悪化することがわかる。

これに対し、本発明の上記の例では、最大リフト点は、実線ＣＬ２のように変化することになり、過渡の途中のある時刻で比較すると、実線ＣＬ１上の点ｃｌ１に対し、中心角が同じでも作動角が大となった点ｃｌ２に移行する。そのため、等トルク線との関係から明らかなように、トルクが増大する。

図１９および図２０は、図２１と同様の最大リフト点の線図を用いて、前述した過渡時目標値の決定方法を説明するものであり、図１８で説明したように、時間ｔ２で過渡判定したときの作動角および中心角は、★印で示すＣ点にある。本発明では、上述したように、このＣ点を基準として所定時間内に動作可能な範囲（破線で示す範囲Ｒ０）が決定され、かつその中で、図１９に示すように、要求トルクを満たす範囲Ｒ１内にあり、かつ同時に、図２０に示すように、燃費を満足する範囲Ｒ２内にある動作点、例えば★印で示すＤ点が選択される。

次に、上記第１実施例の一部を変更した第２実施例について説明する。なお、主に第１実施例との相違点について説明し、第１実施例と変わらない箇所の説明は省略する。

図２２は、第２実施例の全体的な制御ブロック図を示しており、図示するように、この実施例では、ＶＥＬ・ＶＴＣ静的目標角度演算部Ｂ１が、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、作動角および中心角の静的目標値ｔＶＥＬ０、ｔＶＴＣ０ならびに目標トルクｔＴｅを算出するほか、遅れを与えた目標トルクｔＴｅｈを出力するようになっている。これは、一例としては、図２３のＶＥＬ・ＶＴＣ静的目標角度演算部Ｂ１の詳細ブロック図に示すように、補正前の目標トルクｔＴｅに対し、ブロックＢ１ａ’において、エンジン回転速度Ｎｅに応じた時定数を持つ１次遅れを与えたものである。そして、過渡判定部Ｂ４では、補正前の目標トルクｔＴｅが用いられるが、過渡時の目標値を決定する過渡時目標値決定部Ｂ３には、遅れを与えた補正後の目標トルクｔＴｅｈが入力される。

図２４は、前述した図１８と同様に、上記第２実施例による過渡時の作用を示すタイムチャートであり、内燃機関の回転速度がある回転速度で一定に保たれていると仮定して、低負荷域からアクセルペダルを踏み込み、高負荷域まで過渡走行を行った際のアクセル開度ＡＰＯ、エンジントルク、作動角、および中心角の変化をそれぞれ示している。

この第２実施例の場合にも、時間ｔ２における過渡判定によってＣ点の静的目標値からＤ点の過渡時目標値に移行するが、特に、この実施例では、中心角の過渡時目標値が、線ｄ４で示すように、Ｃ点からあまり変化しないものとなり、実際の中心角が、線ｄ３のような特性となる。従って、より燃費を重視した特性となる。

図２５〜図２７は、前述した図１９〜図２１と同様の説明図である。図２７に示すように、この実施例では、過渡の途中の状態を比較すると、ｃｌ１点からｃｌ２点へと等トルク線に沿って移行する形となる。

本発明に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置のシステム構成図。 機関回転速度一定の下での負荷に対する作動角および中心角の設定の一例を示す特性図。 図２の設定による過渡時の作動角および中心角の変化を示すタイムチャート。 本発明に係る作動角および中心角の制御の第１実施例を示す機能ブロック図。 ＶＥＬ・ＶＴＣ静的目標角度演算部Ｂ１の詳細ブロック図。 ブロックＢ１ａの制御マップの特性を示す特性図。 ブロックＢ１ｂの制御マップの特性を示す特性図。 ブロックＢ１ｃの制御マップの特性を示す特性図。 ＶＥＬ・ＶＴＣ動作領域演算部Ｂ２の詳細ブロック図 ブロックＢ２ａのテーブルの特性を示す特性図。 ブロックＢ２ｂの制御マップの特性を示す特性図。 過渡時目標値決定部Ｂ３の詳細ブロック図。 ブロックＢ３ａの制御マップの特性を示す特性図。 ブロックＢ３ｂの制御マップの特性を示す特性図。 ブロックＢ３ｃの制御マップの特性を示す特性図。 過渡判定部Ｂ４の詳細ブロック図。 ブロックＢ４ａの制御マップの特性を示す特性図。 第１実施例による過渡時の作用を示すタイムチャート。 トルクを満足する動作点を示す説明図。 燃費を満足する動作点を示す説明図。 第１実施例による過渡時における最大リフト点の移動軌跡を示す特性図。 第２実施例を示す機能ブロック図。 第２実施例のＶＥＬ・ＶＴＣ静的目標角度演算部Ｂ１の詳細ブロック図。 第２実施例による過渡時の作用を示すタイムチャート。 トルクを満足する動作点を示す説明図。 燃費を満足する動作点を示す説明図。 第２実施例による過渡時における最大リフト点の移動軌跡を示す特性図。

符号の説明

２…電子制御スロットル弁
５…第１可変動弁機構
６…第２可変動弁機構
１０…コントロールユニット
１１…アクセル開度センサ

Claims (7)

1. 吸気弁の作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、
   上記作動角および上記中心角の静的目標値が、
   低中負荷域では、負荷の増加に応じて作動角が増加するとともに、この作動角の変化量が中心角の変化量よりも大きくなり、かつ中高負荷域では、負荷の増加に応じて中心角が下死点側に遅角するとともに、この中心角の変化量が作動角の変化量よりも大きくなるように、設定される内燃機関の吸気弁駆動制御装置において、
   現在の運転状態が過渡であるかを判定する過渡判定手段と、
   過渡判定時に、上記作動角および上記中心角の現在値に対し、上記第１可変動弁機構および上記第２可変動弁機構により所定時間内に動作可能な作動角および中心角の範囲を演算する動作可能範囲演算手段と、
   この動作可能な範囲にある作動角および中心角の複数の組み合わせについて発生トルクをそれぞれ推定するトルク推定手段と、
   この推定に基づき、目標トルクに対し最も望ましい発生トルクとなる作動角および中心角の組み合わせを選択し、これを過渡時目標値として設定する過渡時目標値設定手段と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
2. 上記の動作可能な範囲にある作動角および中心角の複数の組み合わせについて燃費をそれぞれ推定する燃費推定手段をさらに備え、
   上記過渡時目標値設定手段は、上記トルク推定手段により推定したトルクとともに上記燃費を考慮して、最も望ましい作動角および中心角の組み合わせを選択することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
3. 上記動作可能範囲演算手段は、上記第１可変動弁機構の応答速度および上記第２可変動弁機構の応答速度に基づいて所定時間内に動作可能な範囲を求め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吸気弁駆動制御装置。
4. 上記第１可変動弁機構は、電動モータからなるアクチュエータを備えており、バッテリ電圧に応じて上記応答速度を補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
5. 上記第２可変動弁機構は、油圧アクチュエータを備えており、油温に応じて上記応答速度を補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
6. 上記過渡判定手段は、上記作動角および上記中心角の現在値から推定される現在の発生トルクと、運転者のアクセル操作に応じた目標トルクと、の偏差から過渡の判定を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
7. 上記過渡時目標値設定手段における目標トルクとして、運転者のアクセル操作に応じた要求トルクに対し遅れを与えた過渡時の目標トルクを用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
   

Images