JP2006170009A

JP2006170009A - 内燃機関のバルブ特性制御装置

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Publication number: JP2006170009A
Application number: JP2004361358A
Authority: JP
Inventors: Naohide Fuwa; 直秀不破; Hisayo Yoshikawa; 久代吉川
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: US7441522B2; US20060124092A1; JP4324086B2; DE102005058994A1; DE102005058994B4

Abstract

【課題】可変バルブ機構をフィードバック制御するに際して、そのフィードバック制御での制御ゲインを適切に設定することにより、該制御系の応答性や安定性を好適に確保することのできる内燃機関のバルブ特性制御装置を提供する。
【解決手段】吸気バルブの実バルブ作用角ＶＲ及び機関回転速度ＮＥに基づいてリフト時間面積ＴＳを算出する（Ｓ１１０）。次に、このリフト時間面積ＴＳの現状値に基づいて空気感度ＡＳを算出し（Ｓ１２０）、この算出された空気感度ＡＳに基づいてフィードバック制御での制御ゲインＧを設定する（Ｓ１３０）。
【選択図】図３

Description

本発明は、吸気バルブのリフト時間面積を可変とする可変バルブ機構を備える内燃機関のバルブ特性制御装置に関する。

近年では、吸気バルブ等のバルブ特性を可変とする可変バルブ機構を備える内燃機関が実用化されている。そうした可変バルブ機構としては、例えばバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構や、バルブリフト量を可変とする可変リフト機構、あるいは特許文献１に記載されるように、バルブの開弁期間及びリフト量を可変とする機構などがある。

特に、特許文献１に記載の可変バルブ機構のように、吸気バルブのバルブリフト量や開弁期間を連続的に変化させることができるものでは、同機構の駆動制御を通じて吸入空気量を調量することができる。このようなバルブ特性の変更に伴って変化する吸入空気量は、吸気バルブが開弁してから閉弁するまでの間の時間におけるバルブリフト量の積分値と相関関係にある。以下、このような時間積分値をリフト時間面積といい、特許文献１に記載の可変バルブ機構は、このリフト時間面積に関与するバルブ特性、ひいては吸入空気量の調量に関与するバルブ特性を可変とすることができるものとなっている。
特開２００１−２６３０１５号公報

上記特許文献１に記載されるような機構、すなわち吸気バルブのリフト時間面積に関与するバルブ特性を可変とする可変バルブ機構にあって、その駆動制御を通じて内燃機関の吸入空気量を調量する場合には、機関運転状態に基づいて算出される目標値にバルブ特性の現状値を一致させるべく、可変バルブ機構の駆動がフィードバック制御される。すなわち、バルブ特性の目標値と現状値との偏差に基づき、同可変バルブ機構を駆動するアクチュエータ等の駆動量がフィードバック制御されるのであるが、このようなフィードバック制御系にあっては応答性や安定性を適切なものにするために制御ゲインが設定される。この制御ゲインは、上記偏差に応じたアクチュエータ等の駆動量を調整する値であり、同制御ゲインが大きい値であるほど同駆動量も大きくなり、フィードバック制御系の応答性は高くなる。一方、制御ゲインが小さい値であるほど上記駆動量も小さくなり、フィードバック制御系の安定性は高くなる。

ところで、機関の吸入空気量が少ない状態では、バルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合は大きくなる一方、吸入空気量が多い状態では、同変化割合が小さくなる傾向にある。このようなバルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合を、以下、空気感度といい、バルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合が大きい場合を、空気感度が大きいという。逆に、バルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合が小さい場合を、空気感度が小さいという。

このように上記空気感度は吸入空気量の状態によって変化する。そのため、上記制御ゲインを一定の値に設定してしまうと、以下のような問題が生じるおそれがある。
すなわち、空気感度の小さい領域（吸入空気量が変化しにくい領域）では、要求される吸入空気の変化量に対して可変バルブ機構の駆動量が不足気味となり、吸入空気量の変化が緩慢になる等、フィードバック制御系において応答性の悪化を招くおそれがある。一方、空気感度の大きい領域（吸入空気量が変化しやすい領域）では、要求される吸入空気の変化量に対して可変バルブ機構の駆動量が過剰となり、吸入空気量がオーバーシュートしてエンジンストールを招きやすくなる等、フィードバック制御系において安定性の悪化を招くおそれがある。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、可変バルブ機構をフィードバック制御するに際して、そのフィードバック制御での制御ゲインを適切に設定することにより、該制御系の応答性や安定性を好適に確保することのできる内燃機関のバルブ特性制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、吸気バルブのリフト時間面積に関与する該吸気バルブのバルブ特性を可変とする可変バルブ機構を備える内燃機関に適用され、前記バルブ特性の目標値と現状値との偏差に基づき前記可変バルブ機構をフィードバック制御する装置であって、前記リフト時間面積の現状値における空気感度を算出する空気感度算出手段と、該算出された空気感度に応じて前記フィードバック制御での制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段とを備えることをその要旨とする。

バルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合を示す上記空気感度は、機関回転速度に依らず、吸気バルブのリフト時間面積（吸気バルブが開弁してから閉弁するまでの間におけるバルブリフト量の時間積分値）に基づいて一義的に求められることを本発明者は見出した。そこで、上記構成では、リフト時間面積の現状値における空気感度を空気感度算出手段によって算出し、その算出された空気感度に応じたフィードバック制御での制御ゲインを制御ゲイン設定手段によって設定するようにしている。すなわち、リフト時間面積に基づいて空気感度を算出し、この算出された空気感度に応じた制御ゲインを可変設定するようにしている。そのため、可変バルブ機構をフィードバック制御するに際して、そのフィードバック制御での制御ゲインを適切に設定することができ、もって該制御系の応答性や安定性を好適に確保することができるようになる。なお、吸気バルブのリフト時間面積に関与する該吸気バルブのバルブ特性としては、吸気バルブのバルブリフト量や開弁期間などが挙げられる。

空気感度に応じた制御ゲインの設定に際しては、請求項２に記載の発明によるように、空気感度が小さいときほど制御ゲインが大きくなるように該制御ゲインを設定する、といった構成を採用することができる。この場合には、リフト時間面積の変更量に対する吸入空気量の変化割合が小さいときほど、可変バルブ機構の駆動量は大きくなる。そのため、空気感度の小さい領域にあっても吸入空気の変化量を大きくすることができ、フィードバック制御系における応答性を確実に高めることができる。

また、同構成では、空気感度が小さいときほど制御ゲインが大きくなるように該制御ゲインを設定するようにしている。換言すれば、空気感度が大きいときほど制御ゲインは小さくなるように該制御ゲインは設定される。従って、リフト時間面積の変更量に対する吸入空気量の変化割合が大きいときほど、可変バルブ機構の駆動量は小さくなる。そのため、空気感度の大きい領域にあって、吸入空気量がオーバーシュートするといったような過剰な吸入空気量の変化を抑えることができ、フィードバック制御系における安定性を確実に高めることができる。

この他にも、空気感度に応じた制御ゲインの設定に際しては、請求項３に記載の発明によるように、空気感度に対して制御ゲインが反比例するように該制御ゲインを設定する、といった構成を採用することもできる。この場合にも、空気感度が小さいときほど制御ゲインは大きくなり、空気感度が大きいときほど制御ゲインは小さくなるため、上記請求項２に記載の構成と同様な作用効果を得ることができる。

請求項４に記載の発明は、吸気バルブのリフト時間面積に関与する該吸気バルブのバルブ特性を可変とする可変バルブ機構を備える内燃機関に適用され、前記バルブ特性の目標値と現状値との偏差に基づき前記可変バルブ機構をフィードバック制御する装置であって、前記リフト時間面積の現状値が小さいときほど、前記フィードバック制御での制御ゲインが小さくなるように、前記リフト時間面積の現状値に応じて前記制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段を備えることをその要旨とする。

上述したように、空気感度は機関回転速度に依らず、吸気バルブのリフト時間面積に基づいて一義的に求められる、より具体的にはリフト時間面積が小さくなるほど空気感度は大きくなることを本発明者は見出した。そこで、上記構成では、リフト時間面積の現状値が小さいときほど、フィードバック制御での制御ゲインが小さくなるように、リフト時間面積の現状値に応じて制御ゲインを設定するようにしている。従って、リフト時間面積が小さいときほど、すなわち空気感度が大きい（リフト時間面積の変更量に対する吸入空気量の変化割合が大きい）ときほど、制御ゲインは小さくなるように可変設定され、これにより可変バルブ機構の駆動量は小さくなる。そのため、空気感度の大きい領域にあって、吸入空気量がオーバーシュートするといったような過剰な吸入空気量の変化を抑えることができ、フィードバック制御系における安定性を確実に高めることができる。

また、同構成では、リフト時間面積の現状値が小さいときほど、フィードバック制御での制御ゲインが小さくなるように、リフト時間面積の現状値に応じて該制御ゲインを設定するようにしている。換言すれば、リフト時間面積の現状値が大きいときほど、フィードバック制御での制御ゲインが大きくなるように、リフト時間面積の現状値に応じて該制御ゲインを設定するようにしている。従って、リフト時間面積が大きいときほど、すなわち空気感度が小さい（リフト時間面積の変更量に対する吸入空気量の変化割合が小さい）ときほど、制御ゲインは大きくなるように可変設定され、これにより可変バルブ機構の駆動量は大きくなる。そのため、空気感度の小さい領域にあっても吸入空気の変化量を大きくすることができ、フィードバック制御系における応答性を確実に高めることができる。

このように同構成によっても、可変バルブ機構をフィードバック制御するに際して、そのフィードバック制御での制御ゲインを適切に設定することができ、もって該制御系の応答性や安定性を確実に確保することができるようになる。また、リフト時間面積に基づいて直接、制御ゲインを設定するようにしているため、上述したように空気感度を算出してから制御ゲインを設定する場合と比較して、より簡易な構成で同制御ゲインの設定を行うことができるようになる。なお、同構成においても、吸気バルブのリフト時間面積に関与する該吸気バルブのバルブ特性としては、吸気バルブのバルブリフト量や開弁期間などが挙げられる。

以下、本発明に係る内燃機関のバルブ特性制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図６を併せ参照して説明する。
図１は、本実施形態におけるエンジン１１の構成を示している。

図１に示されるように、エンジン１１の燃焼室１２には、吸気通路１３及び吸気ポート１３ａを通じて空気が吸入されるとともに、同吸気通路１３に設けられた燃料噴射弁１４から吸入空気量に応じた燃料が噴射供給される。この空気と燃料とからなる混合気に対し点火プラグ１５による点火が行われると、同混合気が燃焼してピストン１６が往復移動し、機関出力軸であるクランクシャフト１７が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として燃焼室１２から排気ポート１８ａを介して排気通路１８に送り出される。

上記吸気通路１３内には、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ２７が設けらおり、このスロットルバルブ２７の開度はモータ２８の駆動制御を通じて調整される。
上記吸気ポート１３ａと燃焼室１２と連通及び遮断は、吸気バルブ（吸気弁）１９の開閉動作によって行われ、排気ポート１８ａと燃焼室１２と連通及び遮断は、排気バルブ２０の開閉動作によって行われる。これら吸気バルブ１９及び排気バルブ２０は、クランクシャフト１７の回転が伝達される吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の回転に伴い開閉動作される。

吸気カムシャフト２１と吸気バルブ１９との間には、同吸気バルブ１９のリフト量、より詳しくはその最大リフト量及び同吸気バルブ１９の開弁期間を可変とする可変バルブ機構３１が設けられている。なお、以下では、吸気バルブ１９が開弁している間に回転するクランクシャフト１７の回転角をバルブ作用角という。ちなみに、このバルブ作用角は吸気バルブ１９の開弁期間に一致するため、同バルブ作用角は可変バルブ機構３１によって変更されることになる。

これら最大リフト量及びバルブ作用角は、電動モータ４１による可変バルブ機構３１の駆動を通じて可変制御され、例えばアクセルペダルの操作量等に基づいて算出される制御目標値に設定される。なお、吸気バルブ１９の実際のバルブ作用角である実バルブ作用角ＶＲは、電動モータ４１の駆動量を検出する駆動量検出センサ４２の検出信号に基づいて把握される。

こうした可変バルブ機構３１の駆動による上記最大リフト量及びバルブ作用角の変更態様を図２に示す。同図に示す特性曲線から分かるように、上記最大リフト量とバルブ作用角とは互いに同期して変化するものであって、例えばバルブ作用角が大きくなるほど最大リフト量も大きくなってゆく。このバルブ作用角が大きくなるということは、吸気バルブ１９の開弁時期がより進角側に、閉弁時期がより遅角側に変更される、すなわち互いの時期が離れていくということであり、吸気バルブ１９の開弁期間が長くなるということを意味する。また、最大リフト量やバルブ作用角が大きくなるほど、これに同期して吸気バルブ１９が開弁してから閉弁するまでのバルブリフト量ＶＬの時間積分値（図２に斜線で示す部分の面積）、すなわちリフト時間面積ＴＳも大きくなり、このリフト時間面積ＴＳの増大に伴って吸入空気量も増加していく。

そして本実施形態では、電動モータ４１による可変バルブ機構３１の駆動を通じて上記最大リフト量及びバルブ作用角が同図２の特性曲線の間で連続的に変更され得るようになっている。また、機関運転状態に応じた吸入空気量の調節は、吸気バルブ１９のバルブ作用角の可変制御を通じた上記リフト時間面積ＴＳの変更と、スロットルバルブ２７の開度制御とを通じて行われる。

ちなみに、上記最大リフト量を小さくすることにより燃焼室１２内に吸入される空気量を低減させる場合には、スロットルバルブ２７を絞ることで吸入空気量を低減する場合と比較して、ポンピングロスを小さくすることができる。そのため、エンジン１１の出力ロスを抑えることが可能となり、燃費を向上させることができる。

一方、エンジン１１にはその機関運転状態を検出するための各種センサが設けられている。例えば、クランク角センサ３５によってクランクシャフト１７の回転位相、すなわちクランク角が検出され、その検出信号に基づいて機関回転速度ＮＥが算出される。また、アクセルセンサ３６によってアクセルペダルの踏み込み量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）が検出され、スロットルセンサ３７によってスロットルバルブ２７の開度（スロットル開度ＴＡ）が検出される。また、吸入空気量センサ３８によって燃焼室１２に導入される吸入空気量ＧＡが検出される。

エンジン１１の各種制御は、電子制御装置５１によって行われる。この電子制御装置５１はマイクロコンピュータを中心に構成されており、上述したような各センサの検出信号がそれぞれ取り込まれる。そして、それら信号に基づいて電子制御装置５１の中央処理装置（ＣＰＵ）は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラム、初期データ、及び制御マップ等に従って演算処理を行い、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。すなわち、点火プラグ１５の点火時期制御、燃料噴射弁１４の燃料噴射制御、モータ２８の制御を通じて行われるスロットルバルブ２７の開度制御を実行する。また、電動モータ４１の制御を通じて行われる吸気バルブ１９のバルブ作用角の制御等も実行する。

上述したように、本実施形態では、吸気バルブ１９のリフト時間面積ＴＳに関与するバルブ特性（最大リフト量や開弁期間）を可変とする可変バルブ機構３１について、その駆動制御を通じてエンジン１１の吸入空気量を調量するようにしている。この吸入空気量の調量に際しては、機関運転状態に基づいて算出される目標値にバルブ特性の現状値を一致させるべく、可変バルブ機構３１の駆動をフィードバック制御するようにしている。

より具体的には、リフト時間面積ＴＳに関与するバルブ作用角についてその現状値である上記実バルブ作用角ＶＲと、アクセル操作量ＡＣＣＰ及び機関回転速度ＮＥ等に基づいて算出される目標バルブ作用角ＶＰとの偏差ΔＶＲに基づき、可変バルブ機構３１を駆動する電動モータ４１の駆動量をフィードバック制御するようにしている。ここで、このようなフィードバック制御系にあってはその応答性や安定性を適切なものにするため、制御ゲインＧが設定されている。この制御ゲインＧは、上記偏差に応じた電動モータ４１の駆動量を調整する値であり、同制御ゲインＧが大きい値であるほど同駆動量も大きくなり、フィードバック制御系の応答性は高くなる。一方、制御ゲインＧが小さい値であるほど上記駆動量も小さくなり、フィードバック制御系の安定性は高くなる。こうした制御ゲインＧ及び上記偏差ΔＶＲに基づき、電動モータ４１の駆動量は基本的に、次式（１）から求められる。

駆動量＝偏差ΔＶＲ×制御ゲインＧ …（１）

ところで、機関の吸入空気量が少ない状態では、吸気バルブ１９のバルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合は大きくなる一方、吸入空気量が多い状態では、同変化割合が小さくなる傾向にある。このようなバルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合を以下、空気感度といい、バルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合が大きい場合を、空気感度が大きいという。逆に、バルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合が小さい場合を、空気感度が小さいという。

このように上記空気感度は吸入空気量の状態によって変化する。そのため、上記制御ゲインＧを一定の値に設定してしまうと、以下のような問題が生じるおそれがある。
すなわち、空気感度の小さい領域（吸入空気量が変化しにくい領域）では、要求される吸入空気の変化量に対して可変バルブ機構３１の駆動量が不足気味となり、吸入空気量の変化が緩慢になる等、フィードバック制御系において応答性の悪化を招くおそれがある。一方、空気感度の大きい領域（吸入空気量が変化しやすい領域）では、要求される吸入空気の変化量に対して可変バルブ機構３１の駆動量が過剰となり、吸入空気量がオーバーシュートしてエンジンストールを招きやすくなる等、フィードバック制御系において安定性の悪化を招くおそれがある。

ここで、空気感度は機関回転速度に依らず、吸気バルブ１９のリフト時間面積ＴＳに基づいて一義的に求められる、より具体的にはリフト時間面積ＴＳが小さくなるほど空気感度は大きくなることを本発明者は見出した。そこで、本実施形態では、リフト時間面積ＴＳに基づいて空気感度ＡＳを算出し、この算出された空気感度ＡＳに応じて制御ゲインＧを可変設定する制御ゲイン設定処理を実行するようにしている。そしてこの設定処理の実行を通じて、可変バルブ機構３１の駆動をフィードバック制御するに際しての制御ゲインＧを適切に設定し、該制御系の応答性や安定性を好適に確保することができるようにしている。

図３は、本実施形態における制御ゲインＧの設定処理についてその手順を示している。なお、この処理は電子制御装置５１によって所定期間毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されるとまず、現在の機関回転速度ＮＥ及び実バルブ作用角ＶＲが読み込まれる（Ｓ１００）。

次に、機関回転速度ＮＥ及び実バルブ作用角ＶＲに基づき、今回の実行周期におけるリフト時間面積ＴＳの現状値が算出される（Ｓ１１０）。ここでのリフト時間面積ＴＳの算出は以下のようにして行われる。

上述したように実バルブ作用角ＶＲは吸気バルブ１９の開弁期間に一致しており、この実バルブ作用角ＶＲの変化に同期して上記最大リフト量及びリフト時間面積ＴＳは変化する。従って、クランク角で表される吸気バルブ１９の開弁期間にあって、その期間中のバルブリフト量ＶＬの積分値（以下、リフト期間面積ＣＳという）は、実バルブ作用角ＶＲに基づいて一義的に求めることができる。そこでまず、電子制御装置５１のＲＯＭ内に記憶されたリフト期間面積設定マップを参照して、実バルブ作用角ＶＲに対応するリフト期間面積ＣＳが求められる。なお、上述したように、バルブ作用角が大きくなるほど吸気バルブ１９の開弁期間及び最大リフト量も大きくなるため、図４に例示するようにリフト期間面積算出マップは、実バルブ作用角ＶＲが大きくなるほど、求められるリフト期間面積ＣＳも大きくなるように設定されている。次に、クランク角とバルブリフト量ＶＬとの積分値であるリフト期間面積ＣＳが機関回転速度ＮＥに基づいて時間換算され、吸気バルブ１９の開弁時間とバルブリフト量ＶＬとの積分値であるリフト時間面積ＴＳが算出される。

こうしてリフト時間面積ＴＳが算出されると、電子制御装置５１のＲＯＭ内に記憶された空気感度設定マップを参照して、リフト時間面積ＴＳの現状値に対応する空気感度ＡＳが求められる（Ｓ１２０）。上述したように、この空気感度ＡＳは機関回転速度ＮＥに依らず、リフト時間面積ＴＳに基づいて一義的に求められる、より具体的にはリフト時間面積ＴＳが小さくなるほど空気感度ＡＳは大きくなることを本発明者は見出している。そのため、上記空気感度算出マップは図５に例示するように、リフト時間面積ＴＳが小さくなるほど求められる空気感度ＡＳが大きくなるように、逆に言えば、リフト時間面積ＴＳが大きくなるほど求められる空気感度ＡＳが小さくなるように設定されている。なお、このステップＳ１２０は、上記空気感度算出手段を構成している。また、本実施形態では、次式（２）によって定義される値を空気感度ＡＳとしているが、バルブ特性の変更量に対する吸入空気量の変化割合を示すものであれば、空気感度ＡＳは適宜定義することができる。

空気感度ＡＳ＝（ΔＧＡ／ＧＡ）／ΔＴＳ …（２）
ΔＧＡ：リフト時間面積ＴＳの変化に伴う吸入空気量の変化量
ＧＡ：リフト時間面積ＴＳが変化する前の吸入空気量
ΔＴＳ：リフト時間面積ＴＳの変化量

次に、電子制御装置５１のＲＯＭ内に記憶された制御ゲイン設定マップを参照して、空気感度ＡＳに応じた制御ゲインＧが算出され（Ｓ１３０）、本処理は一旦終了される。この制御ゲイン設定マップは図６に例示するように、空気感度ＡＳが小さくなるほど、求められる制御ゲインＧが大きくなるように、逆に言えば、空気感度ＡＳが大きくなるほど、求められる制御ゲインＧが小さくなるように設定されている。なお、このステップＳ１３０は、上記制御ゲイン設定手段を構成している。

そして、こうした制御ゲイン設定処理が所定周期毎に繰り返し実行される。これにより、その実行周期毎の空気感度ＡＳに応じた制御ゲインＧが設定され、その設定された制御ゲインＧを用いて可変バルブ機構３１のフィードバック制御は実行される。

このように本実施形態では、空気感度ＡＳが小さいときほど制御ゲインＧが大きくなるように該制御ゲインＧの設定を行うようにしている。そのため、空気感度ＡＳが小さいとき、例えば機関運転状態が高回転高負荷の領域にあって吸入空気量が多いときなどのように、可変バルブ機構３１の駆動量に対する吸入空気の変化量が少ないときほど、可変バルブ機構３１の駆動量はより大きくなる。すなわち、リフト時間面積ＴＳの変更量に対する吸入空気量の変化割合が小さいときほど、可変バルブ機構３１の駆動量は大きくなる。そのため、空気感度ＡＳの小さい領域、換言すればフィードバック制御系において応答性が低下しやすい領域にあっても吸入空気の変化量を大きくすることができ、フィードバック制御系における応答性を確実に高めることができるようになる。

また、空気感度ＡＳが大きいときほど制御ゲインＧは小さくなるように該制御ゲインＧは設定される。そのため、空気感度ＡＳが大きいとき、例えば機関運転状態が低回転低負荷の領域にあって吸入空気量が少ないときなどのように、可変バルブ機構３１の駆動量に対する吸入空気の変化量が多いときほど、可変バルブ機構３１の駆動量はより小さくなる。すなわち、リフト時間面積ＴＳの変更量に対する吸入空気量の変化割合が大きいときほど、可変バルブ機構３１の駆動量は小さくなる。そのため、空気感度ＡＳの大きい領域、換言すればフィードバック制御系において安定性が低下しやすい領域にあって、吸入空気量がオーバーシュートするといった過剰な吸入空気量の変化を抑えることができ、フィードバック制御系における安定性を確実に高めることができるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果が得られるようになる。
（１）上記空気感度ＡＳは、機関回転速度ＮＥに依らず、吸気バルブ１９のリフト時間面積ＴＳに基づいて一義的に求められることを本発明者は見出した。そこで、リフト時間面積ＴＳに基づいて空気感度ＡＳを算出し、この算出された空気感度ＡＳに応じた制御ゲインＧを可変設定するようにしている。そのため、可変バルブ機構３１をフィードバック制御するに際して、そのフィードバック制御での制御ゲインＧを適切に設定することができ、もって該制御系の応答性や安定性を好適に確保することができるようになる。

（２）空気感度ＡＳに応じた制御ゲインＧの設定に際しては、空気感度ＡＳが小さいときほど制御ゲインＧが大きくなるように該制御ゲインＧを設定するようにしている。そのため、空気感度ＡＳの小さい領域、換言すればフィードバック制御系において応答性が低下しやすい領域にあっても吸入空気の変化量を大きくすることができ、フィードバック制御系における応答性を確実に高めることができるようになる。

また、空気感度ＡＳが小さいときほど制御ゲインＧが大きくなるように該制御ゲインＧを設定するようにしているため、逆に言えば、空気感度ＡＳが大きいときほど制御ゲインＧは小さくなるように該制御ゲインＧは設定される。そのため、空気感度ＡＳの大きい領域、換言すればフィードバック制御系において安定性が低下しやすい領域にあって、吸入空気量がオーバーシュートするといった過剰な吸入空気量の変化を抑えることができ、フィードバック制御系における安定性を確実に高めることができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上述したように、バルブ作用角と上記最大リフト量とは同期して変化する。従って、上記実施形態では、バルブ作用角に基づいて可変バルブ機構の駆動を制御するようにしたが、最大リフト量に基づいて可変バルブ機構の駆動を制御するようにしてよい。

また、実バルブ作用角ＶＲに基づいてリフト期間面積ＣＳを求めるようにしたが、最大リフト量に基づいてリフト期間面積ＣＳを求めるようにしてもよい。
・上記実施形態ではマップを参照して、リフト期間面積ＣＳ、空気感度ＡＳ、及び制御ゲインＧを求めるようにしたが、関数式等を用いてそれらを求めるようにしてもよい。

・上記実施形態におけるリフト時間面積設定マップを、リフト時間面積ＴＳについて複数の領域に分割し、各領域毎に１つの空気感度ＡＳを設定するようにしてもよい。また、上記実施形態における制御ゲイン設定マップを、空気感度ＡＳについて複数の領域に分割し、各領域毎に１つの制御ゲインＧを設定するようにしてもよい。

・上記実施形態において、空気感度ＡＳに対し制御ゲインＧが反比例するように該制御ゲインＧを設定するようにしてもよい。この場合にも、空気感度ＡＳが小さいときほど制御ゲインＧは大きくなり、空気感度ＡＳが大きいときほど制御ゲインＧは小さくなるため、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

・機関アイドル時の機関回転速度を一定の速度に維持する、いわゆるアイドル回転速度制御を可変バルブ機構３１のフィードバック制御を通じて行う場合にも、本発明は同様に適用することができる。この場合にも、可変バルブ機構３１をフィードバック制御するに際して、そのフィードバック制御での制御ゲインを適切に設定することができ、もってアイドル回転速度を制御するに際してのフィードバック制御系の応答性や安定性を好適に確保することができるようになる。

・上記実施形態ではリフト時間面積ＴＳに基づいて空気感度ＡＳを算出し、この空気感度ＡＳに基づいて制御ゲインＧを設定するようにしたが、上述したように、本発明者は、リフト時間面積ＴＳと空気感度ＡＳとは一義的な関係にあり、リフト時間面積ＴＳが小さくなるほど空気感度ＡＳは大きくなるといった傾向があることを見出している。そこで、制御ゲインＧを次のような態様で設定するようにしてもよい。すなわち、リフト時間面積ＴＳの現状値が小さいときほど、フィードバック制御での制御ゲインＧが小さくなるように、リフト時間面積ＴＳの現状値に応じて制御ゲインＧを設定するようにしてもよい。つまり、リフト時間面積ＴＳに基づき直接制御ゲインＧを設定するようにしてもよい。

この場合には、リフト時間面積ＴＳが小さいときほど、すなわち空気感度ＡＳが大きい（リフト時間面積ＴＳの変更量に対する吸入空気量の変化割合が大きい）ときほど、制御ゲインＧは小さくなるように可変設定され、これにより可変バルブ機構３１の駆動量は小さくなる。そのため、空気感度ＡＳの大きい領域にあって、吸入空気量がオーバーシュートするといったような過剰な吸入空気量の変化を抑えることができ、フィードバック制御系における安定性を確実に高めることができる。

また、この変形例では、リフト時間面積ＴＳの現状値が小さいときほど、フィードバック制御での制御ゲインＧが小さくなるように、リフト時間面積ＴＳの現状値に応じて該制御ゲインＧを設定するようにしている。換言すれば、リフト時間面積ＴＳの現状値が大きいときほど、フィードバック制御での制御ゲインＧが大きくなるように、リフト時間面積ＴＳの現状値に応じて該制御ゲインＧを設定するようにしている。従って、リフト時間面積ＴＳが大きいときほど、すなわち空気感度ＡＳが小さい（リフト時間面積ＴＳの変更量に対する吸入空気量の変化割合が小さい）ときほど、制御ゲインＧは大きくなるように可変設定され、これにより可変バルブ機構３１の駆動量は大きくなる。そのため、空気感度ＡＳの小さい領域にあっても吸入空気の変化量を大きくすることができ、フィードバック制御系における応答性を確実に高めることができる。

このように上記変形例によっても、可変バルブ機構をフィードバック制御するに際して、そのフィードバック制御での制御ゲインを適切に設定することができ、もって該制御系の応答性や安定性を確実に確保することができるようになる。また、この変形例では、リフト時間面積に基づいて直接、制御ゲインが設定されるため、上記実施形態のように空気感度を算出してから制御ゲインを設定する場合と比較して、より簡易な構成で同制御ゲインの設定を行うことができるようになる。

・上記実施形態における可変バルブ機構３１は、吸気バルブ１９の最大リフト量及びバルブ作用角を可変とする機構であったが、吸気バルブ１９の最大リフト量及びバルブ作用角のうち少なくとも一方を変更することのできる可変バルブ機構であれば、本発明は同様に適用することができる。

本発明にかかる内燃機関のバルブ特性制御装置を具体化した一実施形態について、これが適用されるエンジンの構成を示す概略図。可変バルブ機構の駆動に基づく吸気バルブの最大リフト量及びバルブ作用角の変化態様を示すグラフ。同実施形態における制御ゲインの設定処理についてその手順を示すフローチャート。リフト期間面積設定マップの設定態様を例示する概念図。空気感度設定マップの設定態様を例示する概念図。制御ゲイン設定マップの設定態様を例示する概念図。

符号の説明

１１…エンジン、１２…燃焼室、１３…吸気通路、１３ａ…吸気ポート、１４…燃料噴射弁、１５…点火プラグ、１６…ピストン、１７…クランクシャフト、１８…排気通路、１８ａ…排気ポート、１９…吸気バルブ、２０…排気バルブ、２１…吸気カムシャフト、２２…排気カムシャフト、２７…スロットルバルブ、２８…モータ、３１…可変バルブ機構、３５…クランク角センサ、３６…アクセルセンサ、３７…スロットルセンサ、３８…吸入空気量センサ、４１…電動モータ、４２…駆動量検出センサ、５１…電子制御装置。

Claims

吸気バルブのリフト時間面積に関与する該吸気バルブのバルブ特性を可変とする可変バルブ機構を備える内燃機関に適用され、前記バルブ特性の目標値と現状値との偏差に基づき前記可変バルブ機構をフィードバック制御する装置であって、
前記リフト時間面積の現状値における空気感度を算出する空気感度算出手段と、
該算出された空気感度に応じて前記フィードバック制御での制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
前記制御ゲイン設定手段は、前記空気感度が小さいときほど、前記制御ゲインが大きくなるように該制御ゲインを設定する
請求項１に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置。
前記制御ゲイン設定手段は、前記空気感度に対して前記制御ゲインが反比例するように該制御ゲインを設定する
請求項１に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置。
吸気バルブのリフト時間面積に関与する該吸気バルブのバルブ特性を可変とする可変バルブ機構を備える内燃機関に適用され、前記バルブ特性の目標値と現状値との偏差に基づき前記可変バルブ機構をフィードバック制御する装置であって、
前記リフト時間面積の現状値が小さいときほど、前記フィードバック制御での制御ゲインが小さくなるように、前記リフト時間面積の現状値に応じて前記制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段を備える
ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。