JP2009085076A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変リフト機構によって吸気バルブの最大バルブリフト量が可変とされる内燃機関において、吸気バルブの最大バルブリフト量（吸気バルブの開口面積）によって吸入空気量を精度良く制御することができるようにする。
【解決手段】機関のアイドル運転状態において、吸気バルブの最大バルブリフト量を可変範囲の最小値に制御する。ここで、前記最小値における吸入空気量の設計値と、センサで検出された実際の吸入空気量との偏差に基づいて、最大バルブリフト量の検出値を補正するための補正値を学習する。そして、前記補正値で補正した最大バルブリフト量の検出値と、目標吸入空気量に基づく目標バルブリフト量とから、前記可変リフト機構をフィードバック制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、吸気バルブの最大バルブリフト量を可変とする可変リフト機構を制御する内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、制御軸の角度を変化させることで、吸気バルブの最大バルブリフト量を作動角と共に可変とする可変リフト機構を、イグニッションスイッチのＯＦＦ時、始動時、エンスト時、制御軸の目標角度が最小値であるときに、前記目標角度を前記最小値よりも小さい値に設定することで、前記最小値を規定するストッパに突き当て、このときにセンサで検出された制御軸の角度に基づいて、センサによる検出角度を補正するための補正値を学習することが記載されている。

尚、前記最大バルブリフト量とは、吸気バルブのリフト（開弁）が開始されてバルブリフト量が漸増し、その後漸減変化に移行して閉弁する一連の動作において、バルブリフト量が極大値となったときのバルブリフト量を示す。
特開２００３−０４１９５５号公報

上記のようにして、センサによる検出角度を補正するための補正値を学習させれば、センサ出力のずれによって、制御軸の角度が目標からずれてしまうことを防止できる。
しかし、上記補正値の学習では、ストッパ位置を基準とする学習であるため、ストッパ位置にばらつきによって、本来のストッパ位置での最大バルブリフト量と実際のストッパ位置での最大バルブリフト量とにずれがあっても、これを補正することはできない。

従って、ストッパ位置にばらつきがあると、制御軸をストッパ位置から目標の角度だけ回動させることができたとしても、そのときに得られる最大バルブリフト量（吸気バルブの開口面積）は要求に対してずれることになってしまい、これによって吸入空気量が設計値からずれて、本来のエンジン性能を得ることができなくなると共に、製品毎にエンジン性能がばらつくことになってしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、たとえストッパ位置にばらつきがあっても、吸気バルブの最大バルブリフト量（吸気バルブの開口面積）によって吸入空気量を精度良く制御することができるようにすることを目的とする。

そのため請求項１記載の発明では、最大バルブリフト量を所定バルブリフト量以下の基準値とすべく可変リフト機構を制御し、このときの吸入空気量を検出すると共に算出し、前記吸入空気量の検出値と吸入空気量の算出値との偏差に基づいて前記可変リフト機構の制御補正値を設定し、前記制御補正値に基づいて前記可変リフト機構を制御するようにした。

上記発明によると、最大バルブリフト量を基準値に制御したときに見込まれる吸入空気量（推定量、設計値）を算出する。前記吸入空気量の算出値と、実際の吸入空気量との偏差は、基準値に制御したときの実際の最大バルブリフト量（開口面積）の基準値に対するずれを示すことになり、このずれを補償すべく制御補正値を設定することで、基準値に制御したときに本来の最大バルブリフト量（開口面積）を得ることができるようになる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記制御補正値として、最大バルブリフト量の検出値の補正値を設定し、前記制御補正値で補正した最大バルブリフト量の検出値と目標の最大バルブリフト量とに基づいて可変リフト機構を制御するようにした。
上記発明によると、最大バルブリフト量を基準値に制御したときに、実際の吸入空気量と算出値とにずれがあると、ずれ分だけ最大バルブリフト量の検出値を補正することで、実際に制御される最大バルブリフト量を補正し、目標の最大バルブリフト量から見込まれる吸入空気量が実際に得られるようにする。

請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記基準値を、最大バルブリフト量の可変範囲の最小値とするようにした。
上記発明によると、最大バルブリフト量の可変範囲の最小値、即ち、ストッパで機械的に制限される最大バルブリフト量に制御し、前記最小値としたときの実際の吸入空気量と最小値に見合う吸入空気量（設計値）との偏差から、実際の最大バルブリフト量のずれを検知し、制御補正値を設定する。

請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記所定バルブリフト量以下の領域を、吸気バルブを通過する吸入空気の流速が略音速になる領域とするようにした。
上記発明によると、吸気バルブを通過する吸入空気の流速が略音速になるときには、吸入空気量が、吸気バルブの閉時期ＩＶＣに影響されず、吸気バルブの開口面積（最大バルブリフト量）によって決まる。

そこで、基準値として、吸気バルブを通過する吸入空気の流速が略音速になる最大バルブリフト量（開口面積）を選定することで、吸気バルブの閉時期ＩＶＣに影響されずに、吸気バルブの開口面積（最大バルブリフト量）の実際値の基準値に対するずれを、実際の吸入空気量と算出値（設計値）との差から検出させる。
請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明において、前記吸気バルブの作動角の中心位相を可変とする可変バルブタイミング機構を備え、前記吸気バルブの最大バルブリフト量、前記内燃機関の回転速度、前記吸気バルブの上流圧、前記吸気バルブの作動角の中心位相に基づいて、吸入空気量を算出するようにした。

上記発明によると、吸気バルブの最大バルブリフト量を基準値に制御したときの吸入空気量を、基準値である最大バルブリフト量の他、そのときの機関回転速度、吸気バルブ上流圧、吸気バルブの作動角の中心位相に基づいて算出（推定）する。
請求項６記載の発明では、請求項５記載の発明において、排気バルブの作動角の中心位相を可変とする排気側可変バルブタイミング機構を備え、前記吸気バルブの最大バルブリフト量、前記内燃機関の回転速度、前記吸気バルブの上流圧、前記吸気バルブの作動角の中心位相、及び、前記排気バルブの作動角の中心位相に基づいて、吸入空気量を算出するようにした。

上記発明によると、吸気バルブの最大バルブリフト量を基準値に制御したときの吸入空気量を、基準値である最大バルブリフト量の他、そのときの機関回転速度、吸気バルブ上流圧、吸気バルブの作動角の中心位相、更に、排気バルブの作動角の中心位相に基づいて算出（推定）する。
請求項７記載の発明では、請求項１〜６のいずれか１つに記載の発明において、内燃機関がアイドル運転状態であることを条件として、吸気バルブの最大バルブリフト量を前記基準値とすべく可変リフト機構を制御し、このときの最大バルブリフト量の変化による吸入空気量の変化を相殺すべく吸気バルブの上流側に設けられる吸気絞り弁の開度をフィードホワード制御するようにした。

上記発明によると、アイドル運転状態で吸気バルブの最大バルブリフト量を基準値に向けて変化させることで、吸入空気量が変化する場合には、この吸入空気量の変化を相殺して機関回転速度が変化しないように、吸気バルブの上流側に設けられる吸気絞り弁の開度をフィードホワード制御する。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関のシステム構成図である。
図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ（吸気絞り弁）１０３ｂを開閉する電子制御スロットル装置１０４が介装され、該電子制御スロットル装置１０４及び下流の吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。

また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、燃料噴射弁１３１が設けられる。
前記燃料噴射弁１３１には、所定圧に調整された燃料が供給され、エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）１１４から送られる噴射パルス信号の噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料を噴射する。

そして、燃焼室１０６内の混合気は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
尚、燃料噴射弁１３１が燃焼室１０６内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関とすることができ、また、火花点火式内燃機関に代えて圧縮自己着火式内燃機関とすることができる。

燃焼室１０６内の燃焼排気は、排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒コンバータ１０８及びリア触媒コンバータ１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カムシャフト１１０に設けられたカム１１１によって一定の最大バルブリフト量，バルブ作動角及びバルブタイミングを保って開閉駆動される。

一方、吸気バルブ１０５のリフト特性は、可変動弁機構としての可変リフト機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３によって可変とされる
前記可変リフト機構１１２は、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量をバルブ作動角と共に連続的に可変とする機構であって、最大バルブリフト量を増大（減少）変化させるとこれに伴ってバルブ作動角も同時に増大（減少）変化させる機構である。

また、可変バルブタイミング機構１１３は、クランクシャフト１２０に対して後述する吸気バルブ駆動軸３の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相を連続的に進遅角変化させる機構である。
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールモジュール１１４は、予め記憶されたプログラムに従った演算処理によって、燃料噴射弁１３１，点火コイル用のパワートランジスタ（図示省略），電子制御スロットル装置１０４，可変リフト機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３に制御信号を出力する。

尚、内燃機関１０１の燃料噴射量・点火時期を制御するユニットと、可変リフト機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３によって吸気バルブ１０５のリフト特性を制御するユニットとを個別に備えることができる。
前記エンジンコントロールモジュール１１４には、各種センサからの検出信号が入力される。

前記各種センサとしては、内燃機関１０１の吸入空気量（質量流量）Ｑを検出するホットワイヤ式のエアフローセンサ１１５、車両の運転者が操作するアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサ１１６、クランクシャフト１２０に支持させたシグナルプレートに設けた被検出部を検出することで、単位クランク角毎に単位クランク角信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ１１７、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１１８、内燃機関１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、後述する吸気バルブ駆動軸３に支持されたシグナルプレートに設けた被検出部を検出することで、前記吸気バルブ駆動軸３の基準回転位置毎にカム信号を出力するカムセンサ１３２、大気圧を検出する大気圧センサ１３５、スロットルバルブ１０３ｂ下流の吸気管内圧（吸気バルブ上流圧）を検出する吸気圧センサ１３６、前記フロント触媒コンバータ１０８の上流側に配置され、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ１３７などが設けられている。

前記単位クランク角信号ＰＯＳは、内燃機関１０１の気筒間における行程位相差（点火間隔）に相当するクランク角度（４気筒で１８０°ＣＡ）毎に歯抜けを生じるように、シグナルプレート上の前記被検出部が設定されており、前記単位クランク角信号ＰＯＳの歯抜け位置を、単位クランク角信号ＰＯＳの出力周期に基づいて検出することで、前記行程位相差毎の基準クランク角位置ＲＥＦを検出することができるようになっている。

そして、前記カムセンサ１３２からのカム信号と、前記基準クランク角位置ＲＥＦとの位相差から、前記可変バルブタイミング機構１１３によるバルブタイミング（作動角の中心位相）の進遅角量が検出される。
また、内燃機関１０１の回転速度ＮＥは、前記基準クランク角位置ＲＥＦの検出間隔時間に基づいて算出される。

図２は、前記可変リフト機構１１２の構造を示す斜視図である。但し、可変リフト機構１１２は、図２に示した構造のものに限定されない。
本実施形態の内燃機関１０１は、各気筒に一対の吸気バルブ１０５がそれぞれ設けられており、これら吸気バルブ１０５の上方に、前記クランクシャフト１２０によって回転駆動される吸気バルブ駆動軸３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。

前記吸気バルブ駆動軸３には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ１０５ａに当接して吸気バルブ１０５を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気バルブ駆動軸３と揺動カム４との間に、吸気バルブ１０５の作動角及び最大バルブリフト量を連続的に変更するための可変リフト機構１１２が設けられている。
尚、図２では、一対の吸気バルブ１０５について、一方にのみ可変リフト機構１１２を図示し、他方については図示を省略してある。

前記吸気バルブ駆動軸３の一端部には、クランクシャフト１２０に対する前記吸気バルブ駆動軸３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変更する可変バルブタイミング機構１１３が配設されている。
前記可変リフト機構１１２は、図２及び図３に示すように、吸気バルブ駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気バルブ駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。

前記制御軸１３は、モータ１７によりギア列１８を介して回転駆動されるが、制御軸１３と一体的に設けられるストッパ１３ａが固定側に当接することで、予め設定された最小リフト位置・最小作動角位置（以下では、単に最小リフト位置という）に相当する角度位置でそれ以上のリフト・作動角減少側への回動が制限されるようになっている。
上記の構成により、クランクシャフト１２０に連動して吸気バルブ駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動すると共に、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開閉駆動される。

また、前記モータ１７を駆動制御して制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。
これにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ１０５の作動角及び最大バルブリフト量が連続的に変化する。

エンジンコントロールモジュール１１４には、前記制御軸１３の回転角を検出する角度センサ１３３からの検出信号が入力され、目標バルブリフト量に対応する目標角度位置に前記制御軸１３を回動させるべく、前記角度センサ１３３の検出結果に基づいて前記モータ１７への供給電流をフィードバック制御する。
次に、前記可変バルブタイミング機構１１３の構成を、図４に基づいて説明する。

本実施形態では、可変バルブタイミング機構１１３として、ベーン式の可変バルブタイミング機構を採用しているが、ベーン式に限定されるものではなく、例えば電磁リターダを用いたものなど公知の種々の機構を採用できる。
図４に示す可変バルブタイミング機構１１３は、クランクシャフト１２０によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、吸気バルブ駆動軸３の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。

前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー，リアカバー（図示省略）とから構成される。
前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。

前記回転部材５３は、前記吸気バルブ駆動軸３の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。
前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３とを構成する。

前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の最大遅角側の回動位置において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。

前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送する機関駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４ａ，９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。
前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。

前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４ａ，９４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっている。
前記エンジンコントロールモジュール１１４は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、デューティ制御信号に基づいて制御する。
例えば、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出される。

従って、遅角側油圧室８３の内圧が高、進角側油圧室８２の内圧が低となって、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が遅くなり、バルブオーバーラップが縮小する。
一方、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。

このため、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が早くなり、バルブオーバーラップが拡大する。
次に、前記エンジンコントロールモジュール１１４による電子制御スロットル装置１０４，可変リフト機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３の制御、即ち、スロットル開度及び吸気バルブ１０５のリフト特性による吸入空気量制御の詳細を説明する。

図５は、前記エンジンコントロールモジュール１１４による、可変リフト機構１１２の制御目標値（目標バルブリフト量）ＴＧＶＥＬ、及び、可変バルブタイミング機構１１３の制御目標値（目標進角量）ＴＧＶＴＣの演算処理を示すブロック図である。
前記エンジンコントロールモジュール１１４は、前記制御目標値（目標リフト量）ＴＧＶＥＬに基づいて可変リフト機構１１２をフィードバック制御し、前記制御目標値（目標進角量）ＴＧＶＴＣに基づいて可変バルブタイミング機構１１３をフィードバック制御する（制御手段）。

図５において、ＴＧＶＥＬ演算部３０１及びＴＧＶＴＣ演算部３０２には、それぞれ機関回転速度速ＮＥ及び目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（目標吸入空気量）が入力される。
前記機関回転速度ＮＥは、前記クランク角センサ１１７からの検出信号に基づいて算出された値である。
また、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴは、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度ＮＥに基づいて求められる要求空気量Ｑを、機関回転速度ＮＥ及び有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で除算することで算出される（ＴＱＨ０ＳＴ＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））。

前記ＴＧＶＥＬ演算部３０１では、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、機関回転速度ＮＥが高いほど、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量がより大きくなるような制御目標値ＴＧＶＥＬを算出する。
前記ＴＧＶＴＣ演算部３０２では、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、機関回転速度ＮＥが高いほど、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相が遅角されるように制御目標値ＴＧＶＴＣを算出する。

図６は、前記エンジンコントロールモジュール１１４による目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの演算処理を示すブロック図である。
図６において、第１変換部４０１では、図中に示すような変換テーブルを用いて、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを状態量ＡＡＮＶ０に変換する。
前記状態量ＡＡＮＶ０は、スロットルバルブ開口面積をＡｔ、機関回転速度をＮＥ、排気量（シリンダ容積）をＶＯＬ＃としたときに、ＡＡＮＶ０＝Ａｔ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）で表されるデータである。

次に、第１乗算部４０２及び第２乗算部４０３において、前記状態量ＡＡＮＶ０に機関回転速度ＮＥ、排気量ＶＯＬ＃がそれぞれ乗算されることで、前記状態量ＡＡＮＶ０が基本スロットル開口面積ＴＶＯＡＡ０に変換される。
尚、前記基本スロットル開口面積ＴＶＯＡＡ０は、吸気バルブ１０５のリフト特性（最大バルブリフト量・作動角の中心位相）が、基準のリフト特性であるときに要求されるスロットル開口面積である。

第３乗算部４０４では、前記基本スロットル開口面積ＴＶ０ＡＡ０に、補正値ＫＡＶＥＬを乗算することにより、実際の吸気バルブ１０５のリフト特性に応じた補正を施す。
前記補正値ＫＡＶＥＬは、吸気バルブ１０５の作動特性が変化しても一定の空気量を確保するために設定されるもので、具体的には以下のようにして算出される。
まず、基準圧力比算出部４１０では、前記吸気バルブ１０５のリフト特性が前記基準特性であるときの目標マニホールド圧Ｐｍ０と大気圧Ｐａとの比（Ｐｍ０／Ｐａ）を、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと機関回転速度ＮＥに基づいて求める。

そして、ＫＰＡ０算出部４１１において、前記圧力比（Ｐｍ０／Ｐａ）に基づいて、図中に示すテーブルＴＢＬＫＰＡ０を検索して係数ＫＰＡ０を算出する。
一方、目標圧力比設定部４１２では、前記可変リフト機構１１２が制御目標値ＴＧＶＥＬに制御されたときの目標圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）を、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと機関回転速度ＮＥに基づいて設定する。

そして、ＫＰＡ１算出部４１３において、前記圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）に基づいて、図中に示すテーブルＴＢＬＫＰＡ１を検索して係数ＫＰＡ１を算出する。
除算部４１４では、前記ＫＰＡ０をＫＰＡ１で除算して補正値ＫＡＶＥＬ（ＫＡＶＥＬ＝ＫＰＡ０／ＫＰＡ１）を算出し、これを前記第３乗算部４０４に出力する。
前記第３乗算部４０４において補正値ＫＡＶＥＬで補正されたスロットル開口面積ＴＶＯＡＡ０は、第２変換部４０５に出力される。

前記第２変換部４０５では、図中に示すような変換テーブルを用いて、前記スロットル開口面積ＴＶＯＡＡ０をスロットルバルブ１０３ｂの目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに変換して出力する。
前記エンジンコントロールモジュール１１４は、前記目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに基づいて電子制御スロットル装置１０４をフィードバック制御する（制御手段）。

ここで、吸気バルブ１０５の汚れや、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量（作動角）を検出するセンサの出力ばらつきなどがあると、前記目標値ＴＧＶＥＬに制御しても、前記目標値ＴＧＶＥＬに見合う要求空気量を得ることができなくなってしまう。
そこで、エンジンコントロールモジュール１１４は、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量（作動角）による吸入空気量制御の誤差を検出し、該検出結果に基づいて、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量の制御を補正するための補正値を更新機構する学習機能を有しており、係る学習機能を図７及び図８のフローチャートに従って説明する。

図７のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ５０１では、学習の許可条件の検出を行う。
具体的には、電子制御スロットル装置１０４，可変リフト機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３の故障診断の結果を読み込み、また、内燃機関１０１が定常運転状態であるか否か、補機負荷の変化がないか否かを検出し、更に、内燃機関１０１が暖機後のアイドル運転状態であるか否かを検出する。

ステップＳ５０２では、学習の許可条件が成立しているか否かを判断する。
本実施形態では、電子制御スロットル装置１０４，可変リフト機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３が全て正常であり、かつ、内燃機関１０１が定常運転状態であって補機負荷の変化がなく、更に、内燃機関１０１が暖機後のアイドル運転状態である場合に、学習許可条件が成立していると判断する。

尚、後述する学習は、内燃機関１０１が始動されてから停止されるまでのワントリップ間で１回乃至数回行われれば充分であるので、既に、所定回数の学習を経験している場合に、学習許可条件が非成立であると判断させることができる。
学習許可条件が成立していない場合には、ステップＳ５０３へ進み、可変リフト機構１１２を、前記図５のブロック図に従って設定される目標値ＴＧＶＥＬに基づいて通常に制御する。

一方、前記学習許可条件が成立している場合には、ステップＳ５０４へ進み、可変リフト機構１１２によって可変とされる最大バルブリフト量を、予め記憶された学習用のリフト量（基準値）に強制的に制御する。
具体的には、目標バルブリフト量ＴＧＶＥＬを前記図５のブロック図に従って設定される値から、前記学習用のリフト量（基準値）に切り換えることで、学習用リフト量（基準値）に制御されるようにする（基準リフト制御手段）。

最大バルブリフト量（吸気バルブ１０５の開口面積）による吸入空気量制御の誤差を精度良く学習させるには、吸気バルブ１０５を通過する吸入空気の流速が略音速になるようにすることが好ましい。
そこで、前記学習用のリフト量（基準値）としては、例えば、最大バルブリフト量の可変範囲の最小値（前記制御軸１３の回転がストッパで制限される角度位置）、若しくは、最大バルブリフト量の可変範囲で、吸気バルブ１０５を通過する吸入空気の流速が略音速になる低リフト領域内に設定される所定リフト量とする。

吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量を小さくすることで、吸気バルブ１０５の前後差圧を大きくし、その結果、吸気バルブ１０５を通過する吸入空気の流速が略音速になると、吸気バルブ１０５の閉時期（バルブタイミング）が吸入空気量に大きく影響することがなく、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量（開口面積）によって吸入空気量が決まるので、最大バルブリフト量による吸入空気量制御の誤差を精度良く学習できる。

図９に示すように、吸気バルブの開口面積に対する吸気バルブ通過空気量の特性は、３つの領域で異なる特性を示す。
まず、吸気バルブ１０５を通過する吸入空気の流速が略音速である開口面積の小さい領域Ａでは、吸入空気量は、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量（開口面積）に応じて変化する。

一方、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量（開口面積）が可変範囲内の最大値付近となる領域Ｃでは、最大バルブリフト量（開口面積）よりも吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣの進遅角変化によって吸入空気量が変化する。
更に、前記領域Ａと領域Ｃとで挟まれる開口面積の中間領域である領域Ｂでは、吸気バルブ１０５の開口面積と閉時期ＩＶＣとの双方に影響されて吸入空気量が変化する。

従って、吸気バルブ１０５を通過する吸入空気の流速が略音速である領域Ａ内の基準値に最大バルブリフト量を制御させることで、最大バルブリフト量による吸入空気量制御の誤差を精度良く学習させることができる。
ここで、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量を、通常の目標値から前記学習用のリフト量（基準値）に切り換えることで吸入空気量が急変すると、たとえ、アイドル運転時の機関回転速度を目標回転速度に近づけるアイドル回転フィードバック制御が行われていても、フィードバック制御の応答遅れによって、アイドル運転時の機関回転速度が大きく変動してしまう。

そこで、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量を、通常の目標値から前記学習用のリフト量（基準値）に切り換えるときには、該切り換えに伴う吸入空気量の変化を相殺するように、スロットルバルブ（吸気絞り弁）１０３ｂの開度をフィードホワード制御する。
具体的には、最大バルブリフト量の通常の目標値と学習用のリフト量（基準値）との偏差（切り換えに伴う吸入空気量変化）に応じて補正値を設定し、該補正値に基づいて目標スロットル開度を補正する。

図１０は、上記の目標スロットル開度の補正制御を示すフローチャートであり、ステップＳ８０１では、学習の許可条件が成立しているか否かを判断し、学習の許可条件が成立していない場合には、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量が通常の目標値に制御されるので、ステップＳ８０２へ進み、スロットルバルブ（吸気絞り弁）１０３ｂの開度のフィードホワード補正値（ＦＦ補正値）を０とする。

一方、学習の許可条件が成立している場合には、ステップＳ８０３へ進み、目標スロットル開度の前回値ＴＧＴＶＯｚに、最大バルブリフト量の通常の目標値と学習用のリフト量との偏差に応じたフィードホワード補正値を加算した結果を、今回の目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとする。
そして、ステップＳ８０４では、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに応じた操作量の演算及び出力を行う。

前記最大バルブリフト量の通常の目標値と学習用のリフト量との偏差に応じたフィードホワード補正値は、図１１に示すように、最大バルブリフト量の通常の目標値が学習用のリフト量よりも大きいときほど大きな値に設定され、通常の目標値から前記学習用のリフト量への切り換えに伴う吸入空気量の変化を相殺するように、スロットルバルブ（吸気絞り弁）１０３ｂの開度を補正する。

ここで、前記フィードホワード補正値（ＦＦ補正値）を、目標機関回転速度と実際の機関回転速度との偏差に基づいて設定させることができ、その場合のフィードホワード補正値（ＦＦ補正値）の特性を、図１２に示す。
即ち、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量を、通常の目標値から前記学習用のリフト量に切り換えたことによる吸入空気量の変化によって、目標機関回転速度と実際の機関回転速度とに偏差が生じると、目標機関回転速度に対して実際の機関回転速度が低くなるほど、より大きなプラスのフィードホワード補正値（ＦＦ補正値）を設定し、速やかに目標機関回転速度に収束させる。

また、学習終了時には、前記学習用のリフト量から通常の目標値に戻されることで、目標機関回転速度に対して実際の機関回転速度が高くなると、マイナスのフィードホワード補正値（ＦＦ補正値）を設定することで、速やかにスロットル開度を戻す制御を行う。
尚、前記アイドル回転フィードバック制御は、例えば、目標アイドル回転速度と実際のアイドル回転速度との偏差に基づいて目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（要求空気量Ｑ）を補正することで行われる。

従って、前記アイドル回転フィードバック制御によると、通常の目標値から前記学習用のリフト量（基準値）に切り換えることでアイドル回転速度に変化が生じてから、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（要求空気量Ｑ）が補正されることになるが、前記スロットルバルブ１０３ｂの開度のフィードホワード制御では、回転変動の発生原因である最大バルブリフト量の切り換えに同期して補正が加えられるので、大きな回転変動の発生を未然に防止することができる。

ところで、ステップＳ５０４における学習用リフト量への変更によって、吸気バルブ１０５を通過する吸入空気の流速を略音速にすることができない場合には、可変バルブタイミング機構１１３によって可変とされる作動角の中心位相を、基準中心位相位置（例えば最遅角位置）に強制的に動かして、中心位相の違いによって実際の吸入空気量にばらつきが発生することを抑止し、学習精度が確保されるようにする。

ステップＳ５０５では、吸気バルブ１０５の実際の最大バルブリフト量が学習用のリフト量（基準値）に収束したか否かを、前記角度センサ１３３の検出結果に基づいて判断する。
そして、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量が実際に学習用のリフト量（基準値）に収束すると、ステップＳ５０６へ進み、最大バルブリフト量による吸入空気量制御の誤差を学習させる。

ステップＳ５０６における学習の詳細は、図８のフローチャートに示される。
図８のフローチャートにおいて、ステップＳ７０１では、目標リフト量ＴＧＶＥＬ等から算出される吸入空気量（設計値）と、エアフローセンサ１１５で検出された実際の吸入空気量との差を、実空気量ばらつき（Ｑばらつき）として算出する。
前記設計値としての吸入空気量は、図１３に示すように、目標リフト量（制御軸１３の目標角度）ＴＧＶＥＬ，目標進角量ＴＧＶＴＣ，機関回転速度ＮＥ，吸気圧ＰＢ（スロットル開度、吸気バルブ上流圧）に基づいて算出される（吸入空気量算出手段）。

ここで、目標リフト量ＴＧＶＥＬは、通常の値から前記基準値に切り換えられており、最大バルブリフト量を基準値にしたときの吸入空気量が推定されることになる。
そして、前記設計値から、エアフローセンサ１１５（吸入空気量検出手段）で検出された実際の吸入空気量を減算し、その結果を、実空気量ばらつきにセットする（実空気量ばらつき＝設計値−実際値）。

ステップＳ７０２では、前記実空気量ばらつきの絶対値が予め記憶されている許容値を超えているか否かを判断する。
前記実空気量ばらつきの絶対値が許容値以下であり、設計値と実際値とに偏差があってもその偏差が充分に小さい場合には、最大バルブリフト量制御における補正値の更新を行うことなく、本ルーチンを終了させる。

これにより、後述する学習補正値がハンチングして、補正制御が不安定になることが防止される。
一方、前記実空気量ばらつきの絶対値が許容値を超えている場合には、前記実空気量ばらつきが許容値以内になるように、最大バルブリフト量制御における補正値（制御補正値）を修正すべく、ステップＳ７０３以降へ進む。

ステップＳ７０３では、前記実空気量ばらつきに予め記憶されたゲインＧを乗算して、その結果をＶＥＬ修正値とする。
次いで、ステップＳ７０４では、前回までのＶＥＬ学習補正値に前記ＶＥＬ修正値を加算して、ＶＥＬ学習補正値を更新し記憶させる（補正値設定手段）。
ステップＳ７０５では、角度センサ１３３の検出角度から前記ＶＥＬ学習補正値を減算した結果をＶＥＬ制御実角度とし（ＶＥＬ制御実角度＝検出角度−ＶＥＬ学習補正値）、このＶＥＬ制御実角度と、目標吸入空気量に基づき設定される制御軸１３の目標角度ＴＧＶＥＬとの比較に基づいて、可変リフト機構１１２がフィードバック制御されるようにする（制御手段）。

尚、前記制御軸１３の角度の増大方向が、最大バルブリフト量の増大方向であるものとする。
例えば、可変リフト機構１１２のばらつきや経時劣化、吸気バルブ１０５の汚れなどによって、目標バルブリフト量に対する実際のバルブ開口面積が減少変化すると、前記実空気量ばらつきはプラスの値に算出され、結果、制御軸１３の角度の検出値がマイナス補正されることになり、角度検出値を補正しない場合に比べて制御軸１３の角度がより大きな角度に制御されることで、最大バルブリフト量がより大きな値に補正されることになる。

従って、吸気バルブ１０５の開口面積にばらつきが生じても、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量（開口面積）を、そのときの目標バルブリフト量に見合う設計値の吸入空気量が得られる値に制御することができ、最大バルブリフト量の制御による吸入空気量の制御精度を向上させることができる。
尚、角度センサ１３３の検出角度を前記ＶＥＬ学習補正値で補正する代わりに、制御軸１３の目標角度（目標バルブリフト量）を補正することで、実際の吸入空気量を設計値に近づけることができる。

ところで、上記実施形態では、前記排気バルブ１０７は、一定の最大バルブリフト量，バルブ作動角及びバルブタイミングを保って開閉駆動されるものとしたが、図１４に示すように、クランクシャフト１２０に対する排気側カムシャフト１１０の回転位相を変化させる可変バルブタイミング機構１３８が設けられる機関１０１においても、上記の実施形態と同様にして、吸入空気量学習を行わせることができる。

尚、図１４において、前記可変バルブタイミング機構１３８以外の各要素は、図１に示したものと同一であるので、詳細な説明は省略する。
前記可変バルブタイミング機構１３８は、図１５に示すように、クランクシャフト１２０と同期して回転するスプロケット２２５に固定され、このスプロケット２２５と一体的に回転する第１回転体２２１と、ボルト２２２ａにより前記排気側カムシャフト１１０の一端に固定され、排気側カムシャフト１１０と一体的に回転する第２回転体２２２と、ヘリカルスプライン２２６により第１回転体２２１の内周面と第２回転体２２２の外周面とに噛合する筒状の中間ギア２２３と、を有している。

前記中間ギア２２３は、ネジ２２８を介してドラム２２７が連結されており、このドラム２２７と中間ギア２２３との間にねじりスプリング２２９が介装されている。
前記中間ギア２２３は、ねじりスプリング２２９によって遅角方向（図の左方向）へ付勢されており、電磁リターダ２２４に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム２２７及びネジ２２８を介して進角方向（図の右方向）へ動かされる。

この中間ギア２２３の軸方向位置に応じて、回転体２２１，２２２の相対位相が変化して、クランクシャフト１２０に対する排気側カムシャフト１１０の回転位相が変化し、排気バルブ１０７の作動角の中心位相が連続的に変化する。
前記電磁リターダ２２４は、前記エンジンコントロールモジュール１１４からの制御信号により駆動制御される。

上記のように、可変バルブタイミング機構１３８によって排気バルブ１０７の作動角の中心位相（開閉時期）が変更される場合には、排気バルブ１０７のバルブタイミングによる充填効率の変化などによって吸入空気量が変化するので、設計吸入空気量の演算においては、図１６に示すように、排気バルブ１０７の作動角の中心位相を入力データに付加することで、設計吸入空気量を精度良く演算させることができる。

この設計吸入空気量と実際の吸入空気量との偏差に基づいて制御補正値を学習させることで、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量（開口面積）の制御による吸入空気量の制御精度を向上させることができる。
尚、内燃機関１０１は、直列機関に限定されず、水平対向やＶ型などの複数のバンクを備える機関であっても良い。

また、水平対向やＶ型などの機関であって、複数のバンクを備え、バンク毎に、可変リフト機構１１２を備える場合には、前記吸入空気量の制御誤差を、バンク間における実際の吸入空気量の偏差として検出し、各バンクでの吸入空気量が一致するように、バンク毎に最大バルブリフト量の制御補正値を学習させることができる。
上記構成とすれば、各バンクでの吸入空気量ばらつきを解消して、回転変動の発生等を防止できる。

実施形態における車両用内燃機関のシステム図。 実施形態における可変リフト機構の詳細を示す斜視図。 前記可変リフト機構の作動角変更機構を示す断面図。 実施形態における可変バルブタイミング機構の詳細を示す断面図。 実施形態における目標バルブリフト量及び目標バルブタイミングの演算処理を示すブロック図。 実施形態における目標スロットル開度の演算処理を示すブロック図。 実施形態における最大バルブリフト量による吸入空気量制御の学習を示すフローチャート。 実施形態における補正値の設定処理を詳細に示すフローチャート。 吸気バルブの開口面積と吸気バルブの通過空気量との相関を示す線図。 学習による吸入空気量の変化を相殺するためのスロットル開度の補正を示すフローチャート。 通常の目標リフト量と学習用のリフト量との偏差に対するスロットル開度補正値の特性を示す線図。 目標回転速度と実回転速度との偏差に対するスロットル開度補正値の特性を示す線図。 吸入空気量の設計値の演算を示すブロック図。 排気バルブの可変バルブタイミング機構を備える車両用内燃機関のシステム図。 排気バルブの可変バルブタイミング機構を示す断面図。 排気バルブの可変バルブタイミング機構を備える場合における吸入空気量の設計値の演算を示すブロック図。

符号の説明

３…吸気バルブ駆動軸、１３…制御軸、１７…モータ、１０１…内燃機関、１０３ａ…スロットルモータ、１０３ｂ…スロットルバルブ、１０４…電子制御スロットル装置、１０５…吸気バルブ、１１２…可変リフト機構、１１３…可変バルブタイミング機構、１１４…エンジンコントロールモジュール、１１５…エアフローセンサ、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３３…角度センサ

Claims (7)

1. 吸気バルブの最大バルブリフト量を可変とする可変リフト機構を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記最大バルブリフト量を所定バルブリフト量以下の基準値とすべく前記可変リフト機構を制御する基準リフト制御手段と、
   前記最大バルブリフト量が前記基準値であるときの吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
   前記内燃機関の実際の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記最大バルブリフト量を基準値に制御したときに、前記吸入空気量検出手段で検出された吸入空気量と、前記吸入空気量算出手段で算出された吸入空気量との偏差を求め、該偏差に基づいて前記可変リフト機構の制御補正値を設定する補正値設定手段と、
   前記制御補正値に基づいて前記可変リフト機構を制御する制御手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記補正値設定手段が、前記制御補正値として、前記最大バルブリフト量の検出値の補正値を設定し、前記制御手段が、前記制御補正値で補正した最大バルブリフト量の検出値と目標の最大バルブリフト量とに基づいて前記可変リフト機構を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記基準リフト制御手段における基準値が、前記最大バルブリフト量の可変範囲の最小値であることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記基準リフト制御手段における所定バルブリフト量以下の領域が、前記吸気バルブを通過する吸入空気の流速が略音速になる領域であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記吸気バルブの作動角の中心位相を可変とする可変バルブタイミング機構を備え、
   前記吸入空気量算出手段が、前記吸気バルブの最大バルブリフト量、前記内燃機関の回転速度、前記吸気バルブの上流圧、前記吸気バルブの作動角の中心位相に基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
6. 排気バルブの作動角の中心位相を可変とする排気側可変バルブタイミング機構を備え、
   前記吸入空気量算出手段が、前記吸気バルブの最大バルブリフト量、前記内燃機関の回転速度、前記吸気バルブの上流圧、前記吸気バルブの作動角の中心位相、及び、前記排気バルブの作動角の中心位相に基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記基準リフト制御手段が、前記内燃機関がアイドル運転状態であることを条件として、前記最大バルブリフト量を前記基準値とすべく前記可変リフト機構を制御する一方、
   前記基準リフト制御手段によって、前記最大バルブリフト量を前記基準値とすべく前記可変リフト機構が制御されるときに、前記最大バルブリフト量の変化による吸入空気量の変化を相殺すべく前記吸気バルブの上流側に設けられる吸気絞り弁の開度をフィードホワード制御する吸入空気量補正手段を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

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