JP2006170079A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変動弁機構の過渡時の遅れに拘わらず要求通りの特性のトルク応答性を得る。
【解決手段】過渡時に静的要求トルク（Ａ１）および動的要求トルク（Ａ２）を算出する。第２可変動弁機構目標角度（Ｂ１）は、静的要求トルクから算出されるが、実値はＢ２のように遅れる。第１，第２可変動弁機構角度およびエンジン回転数と、これらにより実現できるトルクと、の関係を用いて、第２可変動弁機構の実値において要求トルクを実現する第１可変動弁機構角度を目標値（Ｄ２）として算出する。時間ｔ２〜ｔ５の間は、第２可変動弁機構の実値の下で要求トルクを実現し得る第１可変動弁機構角度が存在しないので、前回の計算ステップで設定した目標角度およびそれより僅かに大きい仮の第１可変動弁機構角度についてトルクを推定し、トルクが大となる方の角度を第１可変動弁機構の目標角度とする。これによりＡ３のように、トルク応答の悪化が最小限となる。
【選択図】図６

Description

この発明は、内燃機関のシリンダ内に吸入される吸入空気量を制御する吸気制御装置に関し、特に、吸気弁のバルブリフト特性の可変制御によって吸入空気量の制御を達成するようにした内燃機関の吸気制御装置に関する。

ガソリン機関においては、一般に吸気通路中に設けたスロットル弁の開度制御によって吸気量を制御しているが、良く知られているように、この種の方式では、特にスロットル弁開度の小さな中低負荷時におけるポンピングロスが大きい、という問題がある。これに対し、吸気弁の開閉時期やリフト量を変化させることで、スロットル弁に依存せずに吸気量を制御しようとする試みが以前からなされており、この技術を利用して、ディーゼル機関と同様に吸気系にスロットル弁を具備しないいわゆるスロットルレスの構成を実現することが提案されている。

特許文献１には、本出願人が先に提案した吸気弁のリフト量および作動角さらにはそのリフトの中心角を連続的に可変制御し得る可変動弁機構が開示されている。この種の可変動弁機構によれば、上述のように、スロットル弁の開度制御に依存せずにシリンダ内に流入する空気量を可変制御することが可能であり、特に負荷の小さな領域において、いわゆるスロットルレス運転ないしはスロットル弁の開度を十分に大きく保った運転を実現でき、ポンピングロスの大幅な低減が図れる。

さらに、特許文献２には、上記のように２つの可変動弁機構によっ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、トルク応答性を改善するために補正を行うことが開示されている。すなわち、２つの可変動弁機構によって吸気弁の作動角および中心角を個々に制御する場合、運転状態が急に変化する過渡時に、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することから、吸入空気量が目標値からずれることがある。本出願人が先に提案した特許文献２では、中心角を変化させる一方の可変動弁機構の応答遅れを、作動角を変化させる他方の可変動弁機構により補償するようにしている。
特開２００１−２６３１０５号公報 特開２００４−２５１２７４号公報

しかしながら、過渡の態様はさまざまであり、例えば、中心角を変化させる一方の可変動弁機構の応答遅れを、作動角を変化させる他方の可変動弁機構により補償する場合、さまざまな条件での応答遅れを考慮して、他方の可変動弁機構の補正量を適合しなければならず、適合要素が多くなり、あらゆる条件で最大限の補正効果が得られるとは言えない。

この発明は、請求項１のように、内燃機関の吸気弁のリフト特性を規定する第１のパラメータおよび第２のパラメータを、それぞれ独立して連続的に変化させる第１可変動弁手段および第２可変動弁手段を備え、各可変動弁手段を介して各パラメータを可変制御することによりエンジントルクを制御する内燃機関の吸気制御装置において、
上記第２可変動弁手段による第２のパラメータの実値を検出もしくは推定する手段と、
この第２のパラメータの実値の下において要求トルクを実現できる第１可変動弁手段の第１のパラメータの値が存在するかどうかを判定する要求トルク実現可否判定手段と、
この判定により、要求トルクを実現できる第１のパラメータの値が少なくとも１点存在する場合に、これに沿って上記第１可変動弁手段の目標値を設定する実現可能時第１可変動弁手段目標値設定手段と、
上記の判定により、要求トルクを実現できる第１のパラメータの値が存在しない場合に、その代替となる第１可変動弁手段の目標値を設定する実現不可時第１可変動弁手段目標値設定手段と、
を有することを特徴としている。

このような請求項１の発明によれば、例えば過渡時に、第２可変動弁手段により可変制御される第２のパラメータの変化に応答遅れがあった場合に、第２のパラメータの実値に対し、実際に要求トルクを実現し得る第１のパラメータの値が第１可変動弁手段の目標値として与えられるため、第２可変動弁手段の応答速度に拘わらずに、所望のトルク応答性に近いトルク応答性を実現することが可能である。そして、特に、第２のパラメータの実値に対し、要求トルクを実現し得る第１のパラメータが存在しない場合でも、その代替として適切な目標値が第２可変動弁手段に与えられ、トルクの不安定化を招来することがない。

例えば、第１および第２のパラメータの一方は、吸気弁の作動角であり、他方は作動角の中心角である。従って、両者の組み合わせにより、吸気弁の開時期と閉時期とが定まる。

また例えば、第１および第２のパラメータの一方は、吸気弁の開時期であり、他方は吸気弁の閉時期である。

例えば、上記第１可変動弁手段は、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に変化させる第１の可変動弁機構であり、上記第２可変動弁手段は、吸気弁の作動角の中心角を連続的に遅進させる第２の可変動弁機構である。

請求項２の発明では、上記要求トルク実現可否判定手段は、第２のパラメータの実値が、要求トルクを実現できる第１のパラメータおよび第２のパラメータの組み合わせの中に存在するかどうかを判定する。

従って、どのような要求トルクに対しても、そのトルクを実現できる第２のパラメータの範囲が求まり、第２のパラメータの現在の実値と比較することにより、精度良く要求トルク実現可否判定を行うことができる。これは、トルク応答の安定性へと繋がる。

請求項３の発明では、上記要求トルク実現可否判定手段は、要求トルクが、第２のパラメータの実値の下において実現できる最大トルク以下であるかどうかを判定する。

従って、第２のパラメータの実値がどこにあろうとも、その実値の下で実現できる最大トルクを算出するので、現在の要求トルクと比較することにより精度良く要求トルク実現可否判定を行うことができる。これは、トルク応答の安定性へと繋がる。

請求項４の発明では、上記実現不可時第１可変動弁手段目標値設定手段は、前回の計算ステップで設定した値を今回の目標値に設定する。つまり、目標値を変化させないので、トルク応答が第２可変動弁手段の応答のみにより決まり、確実にトルク応答を安定させることができる。

請求項５の発明では、上記実現不可時第１可変動弁手段目標値設定手段は、前回の計算ステップで設定した値およびその近辺の値におけるトルクを推定し、最もトルクが大きくなる第１のパラメータの値を第１可変動弁手段の目標値とする。つまり、前回の計算ステップで設定した目標値近辺で、最もトルクが大きくなる第１のパラメータの値を探すので、トルク応答の悪化をより抑えることができる。

請求項６の発明では、上記実現不可時第１可変動弁機構目標値設定手段は、現在のエンジン回転数においてトルクが最大となる定常設定における第１可変動弁手段の定常設定値を目標値とする。従って、第２のパラメータの現在の実値における最大トルクに近いトルクを実現する第１可変動弁手段の目標値を簡単に算出することができ、トルク応答の悪化を抑えることができる。

請求項７の発明では、上記実現不可時第１可変動弁手段目標値設定手段は、現在の第２のパラメータの実値の下において最大トルクを実現する第１のパラメータの値を第１可変動弁手段の目標値とする。これにより、トルク応答の悪化を最小限に抑えることができる。

この発明によれば、例えば作動角と中心角とのように２つの可変制御されるパラメータの組み合わせによりエンジントルクを制御する構成において、過渡時に、一方のパラメータの実値に対し実際に要求トルクを実現し得るように他方のパラメータの目標値が与えられるため、要求に沿ったトルク応答性を実現することができるとともに、一方のパラメータの実値の下で要求トルクを実現し得る他方のパラメータが存在しない場合でも、トルクの不安定化を招来することがない。

以下、この発明の一実施例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負圧制御弁２が設けられている。ここで、上記負圧制御弁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）を発生させるために用いられており、吸入吸気量の調整は、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。

より詳しくは、所定の低負荷側の領域（第１の領域）では、吸入負圧が一定（例えば−５０ｍｍＨｇ）となるように負圧制御弁２の開度（目標開度ｔＢＣＶ）が制御される。そして、この一定の負圧を発生させながらリフト特性の変更で実現できる最大負荷を要求負荷が超える高負荷側の領域（第２の領域）では、その限界となる点のリフト特性に固定され、負荷、例えばアクセル開度ＡＰＯの増加に伴い、負圧制御弁２の開度がさらに増加する。つまり、ある負荷までは比較的弱い吸入負圧を維持しつつ吸気弁３のリフト特性を変更することで吸入空気量の調整が行われ、全開領域に近い高負荷側の領域では、吸入負圧を減少させることによって、吸入空気量の調整が行われる。

これらの第１、第２可変動弁機構５、６および負圧制御弁２は、コントロールユニット１０によって制御されている。

また、燃料噴射弁８が吸気通路７に配置されており、上記のように吸気弁３もしくは負圧制御弁２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の領域では、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、第２の領域では、負圧制御弁２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角度センサ１１からのアクセル開度信号ＡＰＯと、エンジン回転数センサ１２からのエンジン回転数信号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、第１可変動弁機構目標角度（目標作動角）、第２可変動弁機構目標角度（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。ここで、上記第１可変動弁機構５は、電動モータを用いたアクチュエータによって駆動され、第２可変動弁機構６は、機関潤滑油圧を油圧源とする油圧式アクチュエータによって駆動される。そして、目標値が変化したときの第１可変動弁機構５の機構的な遅れは比較的小さく、第２可変動弁機構６の機構的な遅れは比較的大きい。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。

図２は、本発明の制御の第１実施例を示し、上記の構成における、第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬ、第２可変動弁機構目標角度ｔＶＴＣおよび負圧制御弁目標開度ｔＢＣＶを算出する処理の概略的なフローチャートである。ここでは、負荷を表す負荷パラメータとして、エンジントルク（以下トルク）Ｔｅを用いているが、吸入空気量などの他の負荷を表すパラメータを用いてもよい。まず、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅから静的要求トルクｔＴｅｓを算出し（ステップ１０１）、この静的要求トルクｔＴｅｓに適宜な修正を加えて動的要求トルクｔＴｅｄを算出する（ステップ１０２）。次に、静的要求トルクｔＴｅｓとエンジン回転数Ｎｅから第２可変動弁機構目標角度ｔＶＴＣを算出し（ステップ１０３）、検出した第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣを読み込み（ステップ１０４）、動的要求トルクｔＴｅｄから第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを算出する（ステップ１０５）。また、動的要求トルクｔＴｅｄから負圧制御弁目標開度ｔＢＣＶを算出する（ステップ１０６）。なお、この例では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅに基づき算出した静的要求トルクｔＴｅｓからさらに動的要求トルクｔＴｅｄを算出し、以降の処理で用いているが、動的要求トルクｔＴｅｄを算出せずに静的要求トルクｔＴｅｓを以降の処理でそのまま用いてもよい。

図３は、上述した第１実施例における第１可変動弁機構目標角度算出処理を示すフローチャートであって、上記ステップ１０５の詳細を示す。まず、動的要求トルクｔＴｅｄとエンジン回転数Ｎｅから要求トルク実現可能最進角角度ＶＴＣａｄｖを算出し（ステップ１１１）、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣと比較する（ステップ１１２）。ｒＶＴＣ＜ＶＴＣａｄｖであれば、動的要求トルクｔＴｅｄを実現し得るものと判定し、動的要求トルクｔＴｅｄを実現する第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを算出する（ステップ１１３）。一方、ステップ１１２でｒＶＴＣ≧ＶＴＣａｄｖの場合は、動的要求トルクｔＴｅｄを実現し得ないものと判定し、ステップ１１４以降へ進んで、要求トルクを実現できない場合の第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを算出する。

すなわち、前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚにおけるトルクＴｅ＿ｔＶＥＬｚを推定（ステップ１１４）するとともに、前回の第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚから、その近辺の点となる仮の第１可変動弁機構角度ＶＥＬｔｅｍｐを算出して（ステップ１１５）、この仮の第１可変動弁機構角度ＶＥＬｔｅｍｐにおけるトルクＴｅ＿ＶＥＬｔｅｍｐを推定する（ステップ１１６）。次に、これら２つの推定トルクを比較して（ステップ１１７）、Ｔｅ＿ｔＶＥＬｚ≧Ｔｅ＿ＶＥＬｔｅｍｐであれば、前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとする（ステップ１１８）。一方、Ｔｅ＿ｔＶＥＬｚ＜Ｔｅ＿ＶＥＬｔｅｍｐの場合は、仮の第１可変動弁機構角度ＶＥＬｔｅｍｐを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとする（ステップ１１９）。

図４は、この第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。ここで、ＡＰＯはアクセル開度、Ｎｅはエンジン回転数、であり、これらに基づいて、静的要求トルク演算部１０１において、静的要求トルクｔＴｅｓが算出され、動的要求トルク演算部１０２において、動的要求トルクｔＴｅｄが算出される。この静的要求トルクｔＴｅｓとエンジン回転数Ｎｅに基づいて、第２可変動弁機構目標角度算出マップｍｐＶＴＣ（１０５）から第２可変動弁機構目標角度ｔＶＴＣを検索し、動的要求トルクｔＴｅｄとエンジン回転数Ｎｅに基づいて、負圧制御弁目標開度演算部１０３において負圧制御弁目標開度ｔＢＣＶが算出される。また、動的要求トルクｔＴｅｄと第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣおよびエンジン回転数Ｎｅに基づいて、第１可変動弁機構目標値演算部１０４において第１可変動弁機構目標値ｔＶＥＬが算出される。

ここで、動的要求トルク演算部１０２では、設計者が自由に設定した動的要求トルクが得られるように演算される。そのため、静的要求トルクと同等の動的要求トルクが得られることもありうる。

図５は、この第１実施例における第１可変動弁機構目標角度演算部１０４の内容を機能ブロック図として示したものである。ここで、ｔＴｅｄは動的要求トルク、Ｎｅはエンジン回転数、ｒＶＴＣは第２可変動弁機構実値、ｔＶＥＬｚは前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度、であり、これらに基づいて、要求トルクを実現できる場合の第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬもしくは要求トルクを実現できない場合の第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを算出する。

要求トルクを実現できるかどうかの判定については、動的要求トルクｔＴｅｄとエンジン回転数Ｎｅと第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣに応じて、点線で囲んで示す要求トルク実現可否判定部２０１で判定する。ここでは、動的要求トルクｔＴｅｄとエンジン回転数Ｎｅに基づいて、要求トルク実現可能最進角角度算出マップｍｐＶＴＣａｄｖ（２０３）から要求トルク実現可能最進角角度ＶＴＣａｄｖを算出し、ブロック２０４での比較により、要求トルク実現可能最進角角度ＶＴＣａｄｖが第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣより大きければ、ブロック２０６のフラグを１とし、動的要求トルクｔＴｅｄとエンジン回転数Ｎｅと第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣと前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標値ｔＶＥＬｚとに基づいて、実現可能時第１可変動弁機構目標角度演算部２０５において算出した第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを、ブロック２０６を通して出力する。

上記実現可能時第１可変動弁機構目標角度演算部２０５は、例えば、作動角ＶＥＬと中心角ＶＴＣとエンジン回転数Ｎｅとこれらにより実現されるトルクとの四者の既知の関係をマップ化した多次元マップからなり、この多次元マップを参照して、上記の３つのパラメータに対応する第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬの値を検索する。

ＶＴＣａｄｖ＞ｒＶＴＣでなければ、ブロック２０６のフラグを０に切り換え、エンジン回転数Ｎｅと第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣと前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚとに基づいて、点線で囲んで示す実現不可時第１可変動弁機構目標角度演算部２０２において算出した第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを、ブロック２０６を通して出力する。上記実現不可時第１可変動弁機構目標角度演算部２０２では、前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚとエンジン回転数Ｎｅと第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣとに基づいて第１トルク推定部２０７において推定されたトルクＴｅ＿ｔＶＥＬｚと、前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚに微小角度ｄＶＥＬを加える（２０９，２１０）ことにより算出された仮の第１可変動弁機構角度ＶＥＬｔｅｍｐとエンジン回転数Ｎｅと第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣとに基づいて第２トルク推定部２０８において推定されたトルクＴｅ＿ＶＥＬｔｅｍｐと、をブロック２１１において比較する。この比較の結果、Ｔｅ＿ｔＶＥＬｚがＴｅ＿ＶＥＬｔｅｍｐ以上であれば、ブロック２１２を通して、前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとし、そうでなければ、仮の第１可変動弁機構角度ＶＥＬｔｅｍｐを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとする。なお、本実施例では、前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚの近辺の点を１点だけ設定して、２点間の比較を行っているが、３点以上で比較を行っても良い。

図６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る。これは、エンジン回転数がある回転数で一定に保たれていると仮定して、アクセルペダルの踏み込み量を増やす過渡走行を行った際の作用であり、（ａ）トルク、（ｂ）第２可変動弁機構角度ＶＴＣ、（ｃ）要求トルク実現可否判定フラグ、（ｄ）第１可変動弁機構角度ＶＥＬ、の変化を示している。ここで、第１可変動弁機構５の応答性は第２可変動弁機構６の応答性に比べ非常によく、無視できるものとする。走行中に時間ｔ１からｔ３までアクセルペダルの踏み込み量を増やすと、アクセル開度に対応した静的要求トルクｔＴｅｓが（ａ）の符号Ａ１で示す線のように得られ、動的要求トルクｔＴｅｄが（ａ）の符号Ａ２で示す線のように得られる。この動的要求トルクｔＴｅｄは、時間ｔ４で静的要求トルクと一致する。

第２可変動弁機構目標角度ｔＶＴＣは、静的要求トルクｔＴｅｓから（ｂ）の符号Ｂ１で示す線のように算出され、これに対し応答遅れを伴う第２可変動弁機構６の実値ｔＶＴＣが、（ｂ）の符号Ｂ２で示す線のように得られる。なお、（ｂ）の符号Ｂ３で示す線は、動的要求トルクｔＴｅｄから算出した場合の第２可変動弁機構目標角度である。

定常時の設定に基づく第１可変動弁機構静的目標角度ｔＶＥＬｓは、動的要求トルクｔＴｅｄから（ｄ）の符号Ｄ１で示す線のように算出される。また、動的要求トルクｔＴｅｄから要求トルク実現可能最進角角度ＶＴＣａｄｖが（ｂ）の符号Ｂ４で示す線のように算出される。時間ｔ２から時間ｔ５の間は、ｒＶＴＣ≧ＶＴＣａｄｖとなり、要求トルク実現可否判定フラグは（ｃ）の符号Ｃ１で示す線のように０となる。すなわち、この間は要求トルクを実現できる第１可変動弁機構角度は存在しない。

要求トルクを実現できる第１可変動弁機構角度が存在する場合は、前述した実現可能時第１可変動弁機構目標角度演算部２０５によって、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣの下で動的要求トルクｔＴｅｄを発生する第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬが、（ｄ）の符号Ｄ２で示す線のように求められる。特に、この線Ｄ２の中で、要求トルクを実現できる第１可変動弁機構目標角度が存在することを示す要求トルク実現可否判定フラグが１である、時間ｔ１から時間ｔ２の間および時間ｔ５から時間ｔ６の間の部分が、これに相当する。このように第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣを基礎として実際に要求トルクを実現し得る第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを与えることで、例えば時間ｔ１から時間ｔ２の間で、目標とする動的要求トルクｔＴｅｄに沿ったトルク応答が得られる。

一方、時間ｔ２から時間ｔ５の間は、要求トルクを実現できる第１可変動弁機構角度が存在しないため、仮に、前述した実現可能時第１可変動弁機構目標角度演算部２０５によって同様の制御を継続したとすると、必ずしもトルク応答が安定するような第１可変動弁機構目標角度が算出されるとは限らない。

本実施例では、要求トルクを実現できる第１可変動弁機構角度が存在しないと判定された場合、すなわち、要求トルク実現可否判定フラグが０となった場合、前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚと、前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度に微小角度を加えた仮の第１可変動弁機構角度ＶＥＬｔｅｍｐ（（ｄ）の符号Ｄ３で示す点線）と、の２つの点の中で、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣにおける推定トルクが大きくなる方の第１可変動弁機構角度を第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとするので、厳密には要求トルクを実現できなくても、その第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣにおいて実現できる最大トルクに非常に近いトルクを実現することができ、（ａ）の符号Ａ３で示す線のように、安定で、かつトルク応答の悪化を最小限に抑えたトルク応答を実現することができる。

図７は、図６に示したタイムチャートの要部の詳細を示すものであって、時間ｔ２付近を拡大し、計算ステップごとの変化を示したタイムチャートである。なお、Δｔは、各計算ステップの時間間隔である。上述したように、この例では、時間ｔ２以降で（ａ）の符号Ａ１で示す動的要求トルクｔＴｅｄを実現できる第１可変動弁機構角度が存在しない。時間ｔ２の直前の時間ｔ２−Δｔでは、（ｂ）の符号ｂ１２で示す要求トルク実現可能最進角角度ＶＴＣａｄｖよりも、（ｂ）の符号ｂ１１で示す第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣが小さいので、（ａ）の符号ａ１で示す動的要求トルクｔＴｅｄを実現するように、（ｄ）の符号ｄ１で示す第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬが算出される。

時間ｔ２では、（ｂ）の符号ｂ２２で示す要求トルク実現可能最進角角度ＶＴＣａｄｖよりも、（ｂ）の符号ｂ２１で示す第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣが大きいので、（ｃ）の符号ｃ１で示す点のように、時間ｔ２−Δｔで１だった要求トルク実現可否判定フラグが、（ｃ）の符号ｃ２で示す点のように、０となる。このとき、時間ｔ２−Δｔでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚ（（ｄ）の符号ｄ２１）において推定されたトルクＴｅ＿ｔＶＥＬｚ（（ａ）の符号ａ２１）と、このｔＶＥＬｚに（ｄ）の符号Ｄ０で示す微小角度を加えた仮の第１可変動弁機構角度ＶＥＬｔｅｍｐ（（ｄ）の符号ｄ２２）において推定されたトルクＴｅ＿ＶＥＬｔｅｍｐ（（ａ）の符号ａ２２）と、を比較すると、（ａ）の符号ａ２１で示すトルクＴｅ＿ｔＶＥＬｚの方が大きいので、（ｄ）の符号ｄ２１で示す第１可変動弁機構角度ｔＶＥＬｚを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとする。

時間ｔ２＋Δｔ以降も同様にして第１可変動弁機構目標角度を算出する。時間ｔ２＋Δｔでは、時間ｔ２での第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚ（（ｄ）の符号ｄ３１）において推定されたトルク（（ａ）の符号ａ３１）と、このｔＶＥＬｚに（ｄ）の符号Ｄ０で示す微小角度を加えた仮の第１可変動弁機構角度（（ｄ）の符号ｄ３２）において推定されたトルク（（ａ）の符号ａ３２）と、を比較すると、（ａ）の符号ａ３１で示すトルクの方が大きいので、（ｄ）の符号ｄ３１で示す第１可変動弁機構角度を第１可変動弁機構目標角度とする。時間ｔ２＋２＊Δｔでは、時間ｔ２＋Δｔでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚ（（ｄ）の符号ｄ４１）において推定されたトルク（（ａ）の符号ａ４１）と、このｔＶＥＬｚに（ｄ）の符号Ｄ０で示す微小角度を加えた仮の第１可変動弁機構角度（（ｄ）の符号ｄ４２）において推定されたトルク（（ａ）の符号ａ４２）と、を比較すると、（ａ）の符号ａ４１で示すトルクの方が大きいので、（ｄ）の符号ｄ４１で示す第１可変動弁機構角度を第１可変動弁機構目標角度とする。

さらに、時間ｔ２＋３＊Δｔでは、時間ｔ２＋２＊Δｔでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚ（（ｄ）の符号ｄ５１）において推定されたトルクＴｅ＿ｔＶＥＬｚ（（ａ）の符号ａ５１）と、このｔＶＥＬｚに（ｄ）の符号Ｄ０で示す微小角度を加えた仮の第１可変動弁機構角度（（ｄ）の符号ｄ５２）において推定されたトルクＴｅ＿ＶＥＬｔｅｍｐ（（ａ）の符号ａ５２）と、を比較すると、（ａ）の符号ａ５２で示すトルクＴｅ＿ＶＥＬｔｅｍｐの方が大きいので、ここでは、（ｄ）の符号ｄ５２で示す仮の第１可変動弁機構角度ＶＥＬｔｅｍｐを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとする。

時間ｔ２＋４＊Δｔでは、時間ｔ２＋３＊Δｔでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚ（（ｄ）の符号ｄ６１）において推定されたトルク（（ａ）の符号ａ６１）と、このｔＶＥＬｚに（ｄ）の符号Ｄ０で示す微小角度を加えた仮の第１可変動弁機構角度（（ｄ）の符号ｄ６２）において推定されたトルク（（ａ）の符号ａ６２）と比較すると、（ａ）の符号ａ６１で示すトルクのほうが大きいので、（ｄ）の符号ｄ６１で示す第１可変動弁機構角度を第１可変動弁機構目標角度とする。以上のようにして、時間ｔ２以降のトルクは、（ａ）の符号Ａ２で示す線のように得られる。

図８は、上記第１実施例による第１可変動弁機構角度ＶＥＬおよび第２可変動弁機構角度ＶＴＣの組み合わせの推移を示すグラフである。詳しくは、過渡走行の際の吸気弁の最大リフト点（換言すれば中心角におけるリフト）の推移（変化の軌跡）を機関のトルクとともに示したグラフである。図の横軸がリフトの中心角ＶＴＣ、縦軸が作動角（換言すればリフト）ＶＥＬを示し、両者の組み合わせとして最大リフト点が定まる。そして、この最大リフト点は、機関の体積効率ひいてはトルクに相関する。ここで、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、従って、トルクは等トルク線として等高線状に示されている。

図８は、図６および図７の過渡走行での推移を表したものであり、アクセル開度に応じて、要求トルクが符号Ｔ１で示すトルクから符号Ｔ２で示すトルクまで増加し、その動的要求トルクに応じた第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６の静的目標角度は、符号Ｓで示す定常設定上の符号ｓ１で示す点から符号ｓ２で示す点まで変化する。図６における時間ｔ２では、動的要求トルクｔＴｅｄは符号Ｔ３で示すトルクとなり、この動的要求トルクｔＴｅｄに対する定常設定は符号ｓ３で示す点で、このときの第２可変動弁機構角度は、符号ｖ２１で示す角度である。上記のように、このとき、符号ｖ２３で示す第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣは、符号ｖ２２で示す要求トルク実現可能最進角角度ＶＴＣａｄｖより大きい（進角側にある）ので、動的要求トルクを実現する第１可変動弁機構角度は存在しない。そして、符号ｖ１１で示す前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度の方が、符号ｖ１２で示す仮の第１可変動弁機構角度より、第２可変動弁機構実値における推定トルクが大きくなるので、符号ｖ１１で示す前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度を、時間ｔ２における第１可変動弁機構目標角度とする。

このようにして、動的要求トルクを実現する第１可変動弁機構角度が存在しない間の第１可変動弁機構目標角度を設定する。図６における時間ｔ４以降では、符号Ｔ２で示す動的要求トルクｔＴｅｄに対する定常設定は符号ｓ２で示す点で、第２可変動弁機構角度は符号ｖ２４で示す角度となる。さらに時間が経過して図６における時間ｔ５以降では、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣが、符号ｖ２５で示す要求トルク実現可能最進角角度ＶＴＣａｄｖより小さくなる（遅角側になる）ので、動的要求トルクを実現できる第１可変動弁機構角度が存在し、その角度を第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとする。このようにして、過渡時の第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬは、符号Ｄで示す線のように得られる。

次に、図９〜図１２に基づいて、本発明の第２実施例について説明する。

図９は、第２実施例における第１可変動弁機構目標角度算出処理を示すフローチャートであって、前述した図２のフローチャートにおけるステップ１０５の詳細を示す。まず、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣとエンジン回転数Ｎｅから最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬを算出し（ステップ１２１）、この最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬから現第２可変動弁機構角度最大トルクＭＡＸＴｅを算出して（ステップ１２２）、動的要求トルクｔＴｅｄと比較する（ステップ１２３）。ｔＴｅｄ＜ＭＡＸＴｅであれば、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣの下で要求トルクを実現し得るものと判定して、動的要求トルクを実現する第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを算出する（ステップ１２４）。一方、ステップ１２３でｔＴｅｄ≧ＭＡＸＴｅの場合は、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣの下で要求トルクを実現し得ないものと判定して、最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとする（ステップ１２５）。

図１０は、この第２実施例における第１可変動弁機構目標角度演算部１０４（図４参照）の内容を機能ブロック図として示したものである。ここで、ｔＴｅｄは動的要求トルク、Ｎｅはエンジン回転数、ｒＶＴＣは第２可変動弁機構実値、ｔＶＥＬｚは前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度、であり、これらに基づいて、動的要求トルクを実現できる場合の第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬもしくは動的要求トルクを実現できない場合の第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを算出する。

要求トルクを実現できるかどうかの判定については、動的要求トルクｔＴｅｄとエンジン回転数Ｎｅと第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣに応じて、点線で囲んで示す要求トルク実現可否判定部３０１で判定する。ここでは、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣとエンジン回転数Ｎｅに基づいて、最大トルク実現第１可変動弁機構角度算出マップｍｐＭＡＸＶＥＬ（３０２）から最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬを算出し、この最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬと第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣとエンジン回転数Ｎｅに基づいて、トルク推定部３０３において現第２可変動弁機構角度最大トルクＭＡＸＴｅを算出する。動的要求トルクｔＴｅｄと現第２可変動弁機構角度最大トルクＭＡＸＴｅとをブロック３０４において比較し、動的要求トルクｔＴｅｄが現第２可変動弁機構角度最大トルクＭＡＸＴｅより小さければ、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣの下において動的要求トルクを実現する第１可変動弁機構角度が存在すると判定して、ブロック３０６のフラグを１に切り換え、動的要求トルクｔＴｅｄとエンジン回転数Ｎｅと第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣと前回の計算ステップでの第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬｚとに基づいて、実現可能時第１可変動弁機構目標角度演算部３０５において算出した第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを、ブロック３０６を通して出力する。

ｔＴｅｄ＜ＭＡＸＴｅでなければ、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣの下において動的要求トルクを実現する第１可変動弁機構角度が存在しないと判定して、ブロック３０６のフラグを０とし、最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとして出力する。

図１１は、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る。これは、エンジン回転数がある回転数で一定に保たれていると仮定して、アクセルペダルの踏み込み量を増やす過渡走行を行った際の作用であり、（ａ）トルク、（ｂ）第２可変動弁機構角度ＶＴＣ、（ｃ）要求トルク実現可否判定フラグ、（ｄ）第１可変動弁機構角度ＶＥＬ、の変化を示している。ここで、第１可変動弁機構５の応答性は第２可変動弁機構６の応答性に比べ非常によく、無視できるものとする。走行中に時間ｔ１からｔ３までアクセルペダルの踏み込み量を増やすと、アクセル開度に対応した静的要求トルクｔＴｅｓが（ａ）の符号Ａ１で示す線のように得られ、動的要求トルクｔＴｅｄが（ａ）の符号Ａ２で示す線のように得られる。この動的要求トルクｔＴｅｄは、時間ｔ４で静的要求トルクと一致する。

第２可変動弁機構目標角度ｔＶＴＣは、静的要求トルクｔＴｅｓから（ｂ）の符号Ｂ１で示す線のように算出され、第２可変動弁機構の実値が（ｂ）の符号Ｂ２で示す線のように得られる。なお、（ｂ）の符号Ｂ３で示す線は、動的要求トルクｔＴｅｄから算出した場合の第２可変動弁機構目標角度である。

定常時の設定に基づく第１可変動弁機構静的目標角度ｔＶＥＬｓは、動的要求トルクｔＴｅｄから（ｄ）の符号Ｄ１で示す線のように算出される。また、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣから最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬが、（ｄ）の符号Ｄ２で示す線のように算出され、トルク推定により、現第２可変動弁機構角度最大トルクＭＡＸＴｅが、（ａ）の符号Ａ３で示す線のように算出される。その結果、時間ｔ２から時間ｔ５の間はｔＴｅｄ≧ＭＡＸＴｅとなり、要求トルク実現可否判定フラグは（ｃ）の符号Ｃ１で示す線のように０となる。すなわち、この間は要求トルクを実現できる第１可変動弁機構角度は存在しない。

要求トルクを実現できる第１可変動弁機構角度が存在する間、つまり時間ｔ１から時間ｔ２の間および時間ｔ５から時間ｔ６の間では、前述した第１実施例と同様に、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣの下で動的要求トルクｔＴｅｄを発生する第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬが、（ｄ）の符号Ｄ３で示す線のように求められる。このように第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣを基礎として実際に要求トルクを実現し得る第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを与えることで、例えば時間ｔ１から時間ｔ２の間で、目標とする動的要求トルクｔＴｅｄに沿ったトルク応答が得られる。

一方、要求トルクを実現できる第１可変動弁機構角度が存在しない時間ｔ２から時間ｔ５の間は、（ｄ）の符号Ｄ２で示す最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとする。従って、厳密には要求トルクを実現できなくても、（ａ）の符号Ａ３で示す線のように、その第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣにおいて実現できる最大トルクを実現することができ、トルク応答の悪化を最小限に抑えたトルク応答を実現することができる。

図１２は、上記第２実施例による第１可変動弁機構角度ＶＥＬおよび第２可変動弁機構角度ＶＴＣの組み合わせの推移を示す前述した図８と同様のグラフである。これは、図１１の過渡走行での推移を表したものであり、アクセル開度に応じて、要求トルクが符号Ｔ１で示すトルクから符号Ｔ２で示すトルクまで増加し、その動的要求トルクに応じた第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６の静的目標角度は、符号Ｓで示す定常設定上の符号ｓ１で示す点から符号ｓ２で示す点まで変化する。図１１における時間ｔ２では、動的要求トルクｔＴｅｄは符号Ｔ３で示すトルクとなり、この動的要求トルクｔＴｅｄに対する定常設定は符号ｓ３で示す点で、このときの第２可変動弁機構角度は符号ｖ２１で示す角度である。上記のように、このとき、符号ｖ２２で示す第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣにおける最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬは符号ｖ１で示す角度であり、この角度ｖ１でのトルク、すなわち現第２可変動弁機構角度最大トルクＭＡＸＴｅは、符号Ｔ３で示す動的要求トルクｔＴｅｄより小さい。従って、動的要求トルクを実現する第１可変動弁機構角度は存在しないことになる。そこで、符号ｖ１で示す最大トルク実現第１可変動弁機構角度ＭＡＸＶＥＬを第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとし、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣにおいて最大トルクを実現できるようにする。

このようにして、動的要求トルクを実現し得る第１可変動弁機構角度が存在しない間の第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬを、符号Ｖで示す最大トルク線上に設定する。なお、この最大トルク線Ｖとは、同じ中心角においてトルクが最大となる作動角を中心角ごとに定め、これらを順次連続させた線である。図１１における時間ｔ４以降では、符号Ｔ２で示す動的要求トルクｔＴｅｄに対する定常設定は符号ｓ２で示す点であり、第２可変動弁機構角度は符号ｖ２３で示す角度となる。さらに時間が経過して図１１における時間ｔ５以降では、第２可変動弁機構実値ｒＶＴＣが、符号ｖ２４で示す角度より遅角側になり、現第２可変動弁機構角度最大トルクＭＡＸＴｅが動的要求トルクｔＴｅｄより大きくなるので、動的要求トルクを実現できる第１可変動弁機構角度が存在することになり、その角度を第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬとする。このようにして、過渡時の第１可変動弁機構目標角度ｔＶＥＬは、符号Ｄで示す線のように得られる。

なお、上記の実施例では、可変動弁手段として、リフト・作動角を変化させる第１可変動弁機構と中心角を変化させる第２可変動弁機構とを用いる構成としたが、吸気弁を電磁駆動弁によって開閉する構成とし、吸気弁の開時期および閉時期をそれぞれ可変制御するような場合でも、本発明は同様に適用できる。

本発明に係る内燃機関の吸気制御装置のシステム構成図。 本発明に係る制御の第１実施例を示すフローチャート。 この第１実施例における第１可変動弁機構目標角度算出の詳細を示すフローチャート。 第１実施例の機能ブロック図。 第１可変動弁機構目標角度演算部の詳細を示すブロック図。 第１実施例による過渡時のタイムチャート。 その要部を拡大して示すタイムチャート。 第１実施例における過渡時の最大リフト点の推移を示す特性図。 第２実施例の第１可変動弁機構目標角度算出の詳細を示すフローチャート。 第２実施例の第１可変動弁機構目標角度演算部の機能ブロック図。 第２実施例による過渡時のタイムチャート。 第２実施例における過渡時の最大リフト点の推移を示す特性図。

符号の説明

２…負圧制御弁
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 (10)

1. 内燃機関の吸気弁のリフト特性を規定する第１のパラメータおよび第２のパラメータを、それぞれ独立して連続的に変化させる第１可変動弁手段および第２可変動弁手段を備え、各可変動弁手段を介して各パラメータを可変制御することによりエンジントルクを制御する内燃機関の吸気制御装置において、
   上記第２可変動弁手段による第２のパラメータの実値を検出もしくは推定する手段と、
   この第２のパラメータの実値の下において要求トルクを実現できる第１可変動弁手段の第１のパラメータの値が存在するかどうかを判定する要求トルク実現可否判定手段と、
   この判定により、要求トルクを実現できる第１のパラメータの値が少なくとも１点存在する場合に、これに沿って上記第１可変動弁手段の目標値を設定する実現可能時第１可変動弁手段目標値設定手段と、
   上記の判定により、要求トルクを実現できる第１のパラメータの値が存在しない場合に、その代替となる第１可変動弁手段の目標値を設定する実現不可時第１可変動弁手段目標値設定手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 上記要求トルク実現可否判定手段は、
   第２のパラメータの実値が、要求トルクを実現できる第１のパラメータおよび第２のパラメータの組み合わせの中に存在するかどうかを判定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制御装置。
3. 上記要求トルク実現可否判定手段は、
   要求トルクが、第２のパラメータの実値の下において実現できる最大トルク以下であるかどうかを判定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制御装置。
4. 上記実現不可時第１可変動弁手段目標値設定手段は、
   前回の計算ステップで設定した値を今回の目標値に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
5. 上記実現不可時第１可変動弁手段目標値設定手段は、
   前回の計算ステップで設定した値およびその近辺の値におけるトルクを推定し、最もトルクが大きくなる第１のパラメータの値を第１可変動弁手段の目標値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
6. 上記実現不可時第１可変動弁機構目標値設定手段は、
   現在のエンジン回転数においてトルクが最大となる定常設定における第１可変動弁手段の定常設定値を目標値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
7. 上記実現不可時第１可変動弁手段目標値設定手段は、
   現在の第２のパラメータの実値の下において最大トルクを実現する第１のパラメータの値を第１可変動弁手段の目標値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
8. 第１および第２のパラメータの一方は、吸気弁の作動角であり、他方は作動角の中心角であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
9. 第１および第２のパラメータの一方は、吸気弁の開時期であり、他方は吸気弁の閉時期であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
10. 上記第１可変動弁手段は、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に変化させる第１の可変動弁機構であり、上記第２可変動弁手段は、吸気弁の作動角の中心角を連続的に遅進させる第２の可変動弁機構であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。

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