JP2011144760A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気弁リフト量及びスロットル弁開度をともに変更する際に、吸気弁リフト量制御及びスロットル弁開度制御をより適切に実行し、吸入空気量の制御精度を高めることができる内燃機関の吸気制御装置を提供する。
【解決手段】 吸入空気量を変更することなく吸気弁リフト量ＬＦＴ及びスロットル弁開度ＴＨを変更するときは、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡの変化速度を制限することにより、吸入空気量制御の応答性が高いリフト量ＬＦＴの変化速度を低減する。リフト量ＬＦＴの変更による吸入空気量変化と、スロットル弁開度ＴＨの変更による吸入空気量変化とのバランスをとり、吸入空気量を一定に維持しつつリフト量ＬＦＴ及びスロットル弁開度ＴＨをともに変更する制御の精度を高めることができる。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、特に吸気弁のリフト量を連続的に変更可能な弁作動特性可変機構を備える内燃機関の吸気制御装置に関する。

特許文献１には、吸気弁のリフト量制御とスロットル弁開度制御の協調制御を行い、機関の吸入空気量を調節する吸気制御装置が示されている。この装置によれば、機関の吸気通路（スロットル弁下流側）に蒸発燃料が供給される場合において、蒸発燃料濃度が高いときは低いときに比して、吸気弁リフト量を増加させるとともに、吸入空気量を一定に維持するためにスロットル弁開度を減少させる制御が行われる。

特開２００６−１２５３４４号公報

吸気弁リフト量を変化させたときにおける吸入空気量変化の応答性と、スロットル弁開度を変化させたときにおける吸入空気量変化の応答性とは異なっているため、上記のような協調制御を行う際に、吸入空気量を一定維持するためには吸入空気量制御の応答性の違いを考慮した制御を行う必要がある。

しかしながら、特許文献１に示された装置では、２つの制御の応答性の違いが考慮されていないため、リフト量及びスロットル弁開度を変更するときに、吸入空気量を一定値に正確に維持できないおそれがある。

本発明は、この点に着目してなされたものであり、吸気弁リフト量及びスロットル弁開度をともに変更する際に、吸気弁リフト量制御及びスロットル弁開度制御をより適切に実行し、吸入空気量の制御精度を高めることができる内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気弁のリフト量（ＬＦＴ）を連続的に変更可能な弁作動特性可変機構（４１）と、前記機関の吸気通路（２）に設けられたスロットル弁（３）とを備え、前記リフト量（ＬＦＴ）及び前記スロットル弁の開度（ＴＨ）を変更することにより、前記機関の吸入空気量を制御する内燃機関の吸気制御装置において、前記リフト量（ＬＦＴ）の変化速度及び前記スロットル弁開度（ＴＨ）の変化速度を設定する変化速度設定手段と、設定されたリフト量変化速度に応じて前記吸気弁のリフト量（ＬＦＴ）を変化させるリフト量制御手段と、設定されたスロットル弁開度変化速度に応じて前記スロットル弁の開度（ＴＨ）を変化させるスロットル弁開度制御手段とを備え、前記変化速度設定手段は、前記吸入空気量を変更することなく前記リフト量（ＬＦＴ）及びスロットル弁開度（ＴＨ）を変更するときは、前記リフト量変化速度及びスロットル弁開度変化速度のうち、吸入空気量制御の応答性が高い方の変化速度を低減することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置において、前記変化速度設定手段は、前記リフト量の変化に対する前記吸入空気量の変化率（ＬＦＳＬＯＰ）が低下するほど前記リフト量変化速度を増加させ、前記スロットル弁開度の変化に対する前記吸入空気量の変化率が低下するほど前記スロットル弁開度変化速度を増加させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の吸気制御装置において、前記変化速度設定手段は、前記機関の出力側に接続される変速機のトルク伝達状態（ＣＬＥＲ）に応じて前記リフト量変化速度及びスロットル弁開度変化速度を設定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の吸気制御装置において、前記変化速度設定手段は、前記機関への燃料供給を停止する燃料カット運転中は前記リフト量変化速度及びスロットル弁開度変化速度を最大値に設定することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、吸入空気量を変更することなく吸気弁リフト量及びスロットル弁開度を変更するときは、リフト量変化速度及びスロットル弁開度変化速度のうち、吸入空気量制御の応答性が高い方の変化速度が低減されるので、リフト量の変更による吸入空気量変化と、スロットル弁開度の変更による吸入空気量変化とのバランスをとり、吸入空気量を一定に維持しつつリフト量及びスロットル弁開度をともに変更する制御の精度を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、リフト量の変化に対する吸入空気量の変化率が低下するほどリフト量変化速度が増加し、スロットル弁開度の変化に対する吸入空気量の変化率が低下するほどスロットル弁開度変化速度が増加するように制御される。リフト量変化及びスロットル弁開度変化に対する吸入空気量の変化率が小さいときは、リフト量及びスロットル弁開度の変化が実際の吸入空気量に与える影響が小さいので、両変化速度を高めることによる弊害がない。したがって、両変化速度を高めることにより制御応答性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、変速機のトルク伝達状態に応じてリフト量変化速度及びスロットル弁開度変化速度が設定される。例えばクラッチが切れているとき、あるいはクラッチの締結率が低いときは、実吸入空気量が変化しても、車両の運転性に与える影響は小さい。したがって、変速機のトルク伝達状態に応じて両変化速度を設定する、より具体的にはトルク伝達率が低下するほど、変化速度を増加させることにより、車両運転性に対する影響を抑制しつつ両変化速度を適切に設定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、燃料カット運転中はリフト量変化速度及びスロットル弁開度変化速度が最大値に設定される。燃料カット運転中は、機関における燃焼が行われないため、吸入空気量のずれの影響はほとんどない。したがって両変化速度を最大値に設定することにより、リフト量及びスロットル弁開度を迅速に変更することができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 図１に示す弁作動特性可変装置の構成を示す図である。 図２に示す第１弁作動特性可変機構の概略構成を説明するための図である。 吸気弁及び排気弁の作動特性を示す図である。 吸気制御の概要を説明するための図である。 吸入空気量制御の応答特性説明するための図である。 吸気弁リフト量（ＬＦＴ）の変化に対応する目標ゲージ圧（ＰＢＧＡＳＴＤ）及び実ゲージ圧（ＰＢＧＡ）の変化を示すタイムチャートである。 リフト量下限値（ＡＬＴＨＡＲＥＡ）の変更態様を説明するためのタイムチャートである。 吸気弁リフト量（ＬＦＴ）と吸入空気量（ＧＡＩＲ）との関係を示す図である。 目標リフト量（ＬＦＴＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 リフト量下限値（ＡＬＴＨＡＲＥＡ）を算出する処理のフローチャートである。 図１１の処理で参照されるテーブルを示す図である。

図１１の処理で参照されるテーブルを示す図である。 目標ゲージ圧（ＰＢＧＡＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 図１４の処理で参照されるテーブルを示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図２は弁作動特性可変装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、弁作動特性可変装置４０を備えている。弁作動特性可変装置４０は、吸気弁のリフト量（最大リフト量）及び開角（開弁期間）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更するカム位相可変機構としての第２弁作動特性可変機構４２と、排気弁のリフト量及び開角（開弁機関）を２段階に切り換える第３弁作動特性可変機構４７とを有する。第２弁作動特性可変機構４２により吸気弁を駆動するカムの作動位相が変更され、吸気弁の作動位相が変更される。

エンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。吸気通路２のスロットル弁３の上流側には、吸入空気量ＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］を検出する吸入空気量センサ１３が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。

燃料噴射弁６は吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。エンジン１の各気筒の点火プラグ１５は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５は点火プラグ１５に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。

スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１及び、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、一定クランク角周期毎（例えば６度周期）に１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（以下「ＴＤＣパルス」という）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。なお、カム角度位置センサ１２より出力されるＴＤＣパルスと、クランク角度位置センサ１１より出力されるＣＲＫパルスとの相対関係からカム軸の実際の作動位相ＣＡＩＮが検出される。

ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

弁作動特性可変装置４０は、図２に示すように、吸気弁の最大リフト量及び開角（以下単に「リフト量」という）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁の作動位相を連続的に変更する第２弁作動特性可変機構４２と、吸気弁のリフト量を連続的に変更するためのモータ４３と、吸気弁の作動位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁４４と、排気弁のリフト量及び開角（開弁期間）を２段階に切り換える第３弁作動特性可変機構４７と、排気弁のリフト量及び開角を２段階に切り換えるための電磁弁４８とを備えている。吸気弁の作動位相を示すパラメータとして、上記カム軸の作動位相ＣＡＩＮが用いられる。電磁弁４４及び４８には、オイルパン４６の潤滑油がオイルポンプ４５により、加圧されて供給される。なお、第２弁作動特性可変機構４２の具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。また第３弁作動特性可変機構４７は、市販車に採用されており、その構成は周知である。

第１弁作動特性可変機構４１は、図３（ａ）に示すように、カム５２が設けられたカム軸５１と、シリンダヘッドに軸５５ａを中心として揺動可能に支持されるコントロールアーム５５と、コントロールアーム５５を揺動させるコントロールカム５７が設けられたコントロール軸５６と、コントロールアーム５５に支軸５３ｂを介して揺動可能に支持されるとともに、カム５２に従動して揺動するサブカム５３と、サブカム５３に従動し、吸気弁６０を駆動するロッカアーム５４とを備えている。ロッカアーム５４は、コントロールアーム５５内に揺動可能に支持されている。

サブカム５３は、カム５２に当接するローラ５３ａを有し、カム軸５１の回転により、軸５３ｂを中心として揺動する。ロッカアーム５４は、サブカム５３に当接するローラ５４ａを有し、サブカム５３の動きが、ローラ５４ａを介して、ロッカアーム５４に伝達される。

コントロールアーム５５は、コントロールカム５７に当接するローラ５５ｂを有し、コントロール軸５６の回動により軸５５ａを中心として揺動する。図３（ａ）に示す状態では、サブカム５３の動きはロッカアーム５４にほとんど伝達されないため、吸気弁６０はほぼ全閉の状態を維持する。一方同図（ｂ）に示す状態では、サブカム５３の動きがロッカアーム５４を介して吸気弁６０に伝達され、吸気弁６０は上限リフト量ＬＦＴＭＡＸ（例えば１２ｍｍ）まで開弁する。

したがって、モータ４３によりコントロール軸５６を回動させることにより、吸気弁６０のリフト量ＬＦＴを連続的に変更することがきる。本実施形態では、第１弁作動特性可変機構４１に、コントロール軸５６の回転角度（以下「ＣＳ角度」という）ＣＳＡを検出するコントロール軸回転角度センサ（以下「ＣＳ角度センサ」という）１４が設けられており、検出されるＣＳ角度ＣＳＡがリフト量ＬＦＴを示すパラメータとして使用される。

なお、第１弁作動特性可変機構４１の詳細な構成は、特開２００８−２５４１８号公報に示されている。
第１弁作動特性可変機構４１により、図４（ａ）に実線で示すように吸気弁のリフト量ＬＦＴ（及び開角）が変更される。また第３弁作動特性可変機構４７により、図４（ａ）に破線で示すように排気弁のリフト量（及び開角）が２段階に変更される。

第２弁作動特性可変機構４２により、吸気弁は、同図（ｂ）に実線Ｌ１３及びＬ１４で示す特性を中心として、カムの作動位相ＣＡＩＮの変化に伴って破線Ｌ１１，Ｌ１２で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ１５，Ｌ１６で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。なお、以下の説明では「ＣＡＩＮ」を吸気弁作動位相という。

ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、モータ４３、電磁弁４４、４８に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、スロットル弁３の開度制御、燃料噴射制御（燃料噴射弁６による燃料噴射時期及び燃料噴射時間の制御）、及びモータ４３、電磁弁４４、４８による弁作動特性の制御を行う。

図５は本実施形態における吸入空気量制御の概要を説明するための図であり、図５（ａ）は、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤとの関係を示し、図５（ｂ）は、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤの関係を示す。

目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ以下である運転状態では、吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤがリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡに維持され、ゲージ圧ＰＢＧＡ（＝ＰＢＡ−ＰＡ）が目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤと一致するように、スロットル弁３の開度ＴＨが制御される。以下この制御を行う領域を「ゲージ圧制御領域ＲＰＧ」という。

また目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを超える運転状態では、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤは、通常は基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤ（例えば−１３．３ｋＰａ（−１００ｍｍＨｇ））に維持され、吸気弁のリフト量ＬＦＴを変更することにより、吸入空気量が制御される。以下この制御を行う領域を「リフト量制御領域ＲＬＦＴ」という。なお、リフト量制御領域ＲＬＦＴより高負荷側の領域（アクセルペダル操作量ＡＰが最大値ＡＰＭＡＸの近傍にある運転状態に対応する）は、高負荷制御領域ＲＷＯＴという。高負荷制御領域ＲＷＯＴでは、スロットル弁開度ＴＨ及び吸気弁リフト量ＬＦＴがともに、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが増加するほど増加するように制御される。

ゲージ圧制御領域ＲＰＧでは、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤとの関係は、下記式（１）で表される。下記式（１）のＣＲは、傾きを示す傾きパラメータであり、ＰＢＧＡ０は図５（ａ）に示すように目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが「０」である状態に対応する目標ゲージ圧を示す切片パラメータである。
ＰＢＧＡＣＭＤ＝ＣＲ×ＧＡＩＲＣＭＤ＋ＰＢＧＡ０ （１）

図６は、スロットル弁開度ＴＨの変更による吸入空気量制御（以下「スロットル制御」という）と、吸気弁リフト量ＬＦＴの変更による吸入空気量制御（以下「リフト量制御」という）の応答時間を説明するための図である。目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが時刻ｔ０にステップ状に目標値ＧＡＩＲＴＧＴまで増加したときに、実際の吸入空気量ＧＡＩＲが応答時間判定値ＧＡＩＲＲＥＳ（＝０．６３×ＧＡＩＲＴＧＴ）に達するまでに要する時間が応答時間として定義され、ＴＲＬＦＴ及びＴＲＴＨが、それぞれリフト量制御応答時間及びスロットル制御応答時間である。

通常は、図６（ａ）に示すようにリフト量制御応答時間ＴＲＬＦＴの方がスロットル制御応答時間ＴＲＴＨより短い（応答性がよい）が、エンジン回転数ＮＥが高い（例えば３０００ｒｐｍ）運転状態では、図６（ｂ）に示す例（比較的低コストのモータ４３を使用した例）では負荷率ＥＬ［％］が増加するほど両者の差が減少し、高負荷領域ではスロットル制御応答時間ＴＲＴＨの方が短くなる。

そこで本実施形態では、スロットル制御応答時間ＴＲＴＨがリフト量制御応答時間ＴＲＬＦＴより短くなる負荷率ＥＬ［％］を含むエンジンの高回転運転状態（以下「特定高回転運転状態」という）では、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを増加させる制御を行う。これにより特定高回転運転状態でのリフト量制御の応答性不足を緩和することができる。

リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを変更すると、ゲージ圧ＰＢＧＡを目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤに制御するためにスロットル弁開度ＴＨの変更が必要となる場合がある。図７はそのような場合、すなわちリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡの変更に伴うスロットル弁開度ＴＨの変更を行う場合の課題を説明するためのタイムチャートである。図７（ａ）〜（ｄ）は、エンジンの加速時における制御動作に対応し、図７（ｅ）〜（ｈ）は、エンジンの減速時における制御動作に対応する。

エンジンの加速時においては、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが一定に維持されている状態で（図７（ｂ））リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡが、エンジン回転数ＮＥの増加に伴って増加すると、リフト量ＬＦＴが増加する（同図（ｃ））。したがって、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを減少させ、スロットル弁開度ＴＨを減少させるが、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを変更するような負荷率ＥＬ［％］の低い領域ではスロットル制御応答時間ＴＲＴＨの方がリフト量制御応答時間ＴＲＬＦＴより長いため、ゲージ圧ＰＢＧＡの変化は遅れ（同図（ｄ））、実吸入空気量ＧＡＩＲが目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤより大きくなり（同図（ｂ））、運転者の意図を超えて加速する可能性がある。

一方エンジンの減速時においては、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが一定に維持されている状態で（図７（ｆ））リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡが、エンジン回転数ＮＥの減少に伴って減少すると、リフト量ＬＦＴが減少する（同図（ｇ））。したがって、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを増加させ、スロットル弁開度ＴＨを増加させるが、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを変更するような負荷率ＥＬ［％］の低い領域ではスロットル制御応答時間ＴＲＴＨの方がリフト量制御応答時間ＴＲＬＦＴより長いため、ゲージ圧ＰＢＧＡの変化は遅れ（同図（ｈ））、実吸入空気量ＧＡＩＲが目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤより小さくなり（同図（ｆ））、急減速時にエンジンストールが発生する恐れがある。

そこで本実施形態では、上記課題を解決するため、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡの変化に実ゲージ圧ＰＢＧＡの変化が追従可能となるように、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡの変化速度を制限する処理（図１１参照）を行うようにしている。これにより、リフト量ＬＦＴの変化速度が制限される。

図８はその変化速度制限処理を説明するためのタイムチャートであり、エンジン回転数ＮＥ（最大トルク発生リフト量）に応じて設定される基本リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸ（破線）がステップ状に変化したときに、１ＴＤＣ期間（ＴＤＣパルスの発生時間間隔）当たりの変化量が変化量パラメータＤＧＡＬＴＨを超えないように、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡが徐々に変化するように制御される。

図９は、吸気弁リフト量ＬＦＴと吸入空気量ＧＡＩＲとの関係を示す図であり、この図に示される曲線の傾きはリフト量ＬＦＴが増加するほど減少する。したがって、リフト量ＬＦＴが単位量変化したときの吸入空気量ＧＡＩＲの変化量は、リフト量ＬＦＴが増加しているときの変化量の方が、リフト量ＬＦＴが減少しているときの変化量より小さくなる。

また吸入空気量ＧＡＩＲが目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤからずれることによる影響の許容可能な範囲は、車速ＶＰが高くなるほど、またエンジンの出力軸に接続される変速機のクラッチの締結率ＣＬＥＲが低下するほど、大きくなる。すなわち、車速ＶＰが高くなるほど、またクラッチの締結率ＣＬＥＲが低下するほど、吸入空気量のずれの影響を運転者が知覚し難くなる。

そこで本実施形態では、吸入空気量の許容可能変動量をＤＧＡＩＲＭＡＸ［ｇ／ＴＤＣ］（１ＴＤＣ期間当たりの空気質量）で表すとともに、図９に示す曲線の傾きを示す空気量変化率をＬＧＳＬＯＰ［ｇ／ｍｍ］（リフト量１ｍｍ当たりの空気質量）で表し、図８に示す変化量パラメータＤＧＡＬＴＨ［ｍｍ／ＴＤＣ］を下記式（２）で算出するようにしている。すなわち、変化量パラメータＤＧＡＬＴＨは、許容可能変動量ＤＧＡＲＩＭＡＸに比例し、空気量変化率ＬＧＳＬＯＰに反比例するように設定される。
ＤＧＡＬＴＨ＝ＤＧＡＩＲＭＡＸ／ＬＧＳＬＯＰ （２）

そして、許容可能変動量ＤＧＡＩＲＭＡＸを、車速ＶＰが高くなるほど、またクラッチ締結率ＣＬＥＲが減少するほど、増加するように設定するとともに、空気量変化率ＬＧＳＬＯＰをリフト量ＬＦＴに応じて設定し、しかもリフト量ＬＦＴの増加中は減少中より小さな値に設定するようにしている。これにより、許容可能変動量ＤＧＡＩＲＭＡＸ及び空気量変化率ＬＧＳＬＯＰに応じて最適な変化量パラメータＤＧＡＬＴＨの設定を行うことができる。その結果、車両運転性に影響を与えない範囲でリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡの変更に伴う弊害を適切に抑制することができる。

図１０は、吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
ステップＳ１１では、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて基本目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢを算出する。基本目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢは、アクセルペダル操作量ＡＰにほぼ比例するように設定される。ステップＳ１２では、基本目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢを大気圧ＰＡ及び吸気温ＴＡにより補正する空気密度補正を行い、さらに所定のリミット処理を行って、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する。

ステップＳ１３では、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて基本目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＭを算出する。本実施形態では、複数の所定エンジン回転数、吸気弁の複数の所定作動位相、複数の所定ゲージ圧、及び排気弁の作動特性（図４（ａ）参照）に対応して、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤから基本目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＭを算出するための複数のＬＦＴＣＭＤテーブルが予めＥＣＵ５の記憶回路に格納されている。したがって、ステップＳ１３では、エンジン回転数ＮＥ、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ、ゲージ圧ＰＢＧＡ、及び選択されている排気弁作動特性に対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、その選択したテーブルを目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて検索し、基本目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＭを算出する。このとき適宜補間演算が行われる。

ステップＳ１４では、基本目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＭが図１１の処理で算出されるリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡより小さいか否かを判別し、この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤをリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡに設定する（ステップＳ１５）。一方、基本目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＭがリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡ以上であるときは、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを基本目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＭに設定する（ステップＳ１６）。

算出された目標リフト量ＬＦＴＣＭＤは、ＣＳ角度ＣＳＡの目標値である目標ＣＳ角度ＣＳＡＣＭＤに変換され、検出されるＣＳ角度ＣＳＡが目標ＣＳ角度ＣＳＡＣＭＤと一致するように、モータ４３の駆動制御が行われる。これにより、吸気弁のリフト量ＬＦＴが目標リフト量ＬＦＴＣＭＤに制御される。

図１１は、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。

ステップＳ２０では、エンジン回転数ＮＥに応じて図１２（ａ）に示すＬＦＴＭＴテーブルを検索し、最大トルク発生リフト量ＬＦＴＭＴを算出する。最大トルク発生リフト量ＬＦＴＭＴは、エンジン出力トルクが最大となる吸気弁リフト量であり、エンジン回転数ＮＥが増加するほど増加する。

ステップＳ２１では、最大トルク発生リフト量ＬＦＴＭＴに応じて図１２（ｂ）に示すＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸテーブルを検索し、基本リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸを算出する。ＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸテーブルは、最大トルク発生リフト量ＬＦＴＭＴが増加するほど基本リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸが増加するように設定されている。

ステップＳ２２では、吸気弁リフト量ＬＦＴに応じて図１３（ａ）に示すＬＧＳＬＯＰテーブルを検索し、空気量変化率ＬＧＳＬＯＰを算出する。吸気弁リフト量ＬＦＴが前回値以上であるときは、破線で示すテーブルを検索し、吸気弁リフト量ＬＦＴが前回値より小さいときは、実線で示すテーブルを検索する。

ステップＳ２３では、車速ＶＰに応じて図１３（ｂ）に示すＤＧＡＩＲＭＡＸＢテーブルを検索し、許容可能基本量ＤＧＡＩＲＭＡＸＢを算出するとともに、エンジン１の出力軸に接続される変速機のクラッチの締結率ＣＬＥＲ（入力軸回転速度と出力軸回転速度の比）に応じてＫＣＬテーブルを検索し、クラッチ補正係数ＫＣＬを算出する。ＤＧＡＩＲＭＡＸＢテーブルは、車速ＶＰが高くなるほど許容可能基本量ＤＧＡＩＲＭＡＸＢが増加するように設定され、ＫＣＬテーブルはクラッチ締結率ＣＬＥＲが増加するほどクラッチ補正係数ＫＣＬが減少するように設定されている。そして、下記式（３）に許容可能基本量ＤＧＡＩＲＭＡＸＢ及びクラッチ補正係数ＫＣＬを適用し、許容可能変動量ＤＧＡＩＲＭＡＸを算出する。なお、クラッチ締結率ＣＬＥＲは、図示しない変速制御用電子制御ユニットからＥＣＵ５に供給される。
ＤＧＡＩＲＭＡＸ＝ＤＧＡＩＲＭＡＸＢ×ＫＣＬ （３）

ステップＳ２４では前記式（２）により、変化量パラメータＤＧＡＬＴＨを算出する。ステップＳ２５では、燃料カットフラグＦＦＣが「１」であるか否かを判別する。燃料カットフラグＦＦＣは、エンジンへの燃料供給を停止する運転状態において「１」に設定される。

ステップＳ２５の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち燃料カット運転中であるときは、変化量パラメータＤＧＡＬＴＨを所定の最大値ＤＧＡＬＭＡＸに設定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちにステップＳ２７に進む。

ステップＳ２７では、ステップＳ２１で算出された基本リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸからリフト量下限値の前回値ＡＬＴＨＡＲＥＡ(k-1)を減算した値が「０」より大きいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下記式（４）により、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを算出する（ステップＳ２８）。
ＡＬＴＨＡＲＥＡ＝ＡＬＴＨＡＲＥＡ(k-1)＋ＤＧＡＬＴＨ （４）

ステップＳ２９では、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡが基本リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを基本リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸに設定する（ステップＳ３２）。

一方ステップＳ２７の答が否定（ＮＯ）、すなわち基本リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸがリフト量下限値の前回値ＡＬＴＨＡＲＥＡ(k-1)以下であるときは、下記式（５）により、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを算出する（ステップＳ３０）。
ＡＬＴＨＡＲＥＡ＝ＡＬＴＨＡＲＥＡ(k-1)−ＤＧＡＬＴＨ （５）

ステップＳ３１では、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡが基本リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡＦＸより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、前記ステップＳ３２に進む。
ステップＳ２９またはＳ３１の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに処理を終了する。

図１１の処理により、前述したようにリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡの変更が、変化量パラメータＤＧＡＬＴＨに応じた変化速度で実行される。

図１４は、ゲージ圧制御領域ＲＰＧ及びリフト量制御領域ＲＬＦＴにおいて目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを算出する処理のフローチャートであり、この処理は所定時間毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。

ステップＳ４１では、エンジン回転数ＮＥ、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁作動特性に応じて、基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤに対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡに応じて、選択したＬＦＴＣＭＤテーブルを逆検索することにより、第１吸入空気量ＧＡＩＲ１を算出する。選択されたＬＦＴＣＭＤテーブルの一例が図１５において、実線Ｌ２１で示されている。

ステップＳ４２では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気弁作動位相ＣＡＩＮに応じて、基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤより低い所定ゲージ圧ＰＢＧＡＲＬ（例えば−８０．０ｋＰａ（−６００ｍｍＨｇ））に対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡに応じて、選択したＬＦＴＣＭＤテーブルを逆検索することにより、第２吸入空気量ＧＡＩＲ２を算出する。選択されたＬＦＴＣＭＤテーブルの一例が図１５において、破線Ｌ２２で示されている。

ステップＳ４３では、第１吸入空気量ＧＡＩＲ１、大気圧ＰＡ、及び吸気温ＴＡを下記式（Ａ）に適用し、空気密度補正を行って、図５（ｂ）に示す境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを算出する。式（Ａ）のＰＡ０及びＴＡ０は、所定基準状態においける大気圧及び吸気温であり、例えば１０１．３ｋＰａ（７６０ｍｍＨｇ）及び２５℃に設定される。

ステップＳ４４では、基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤ、所定ゲージ圧ＰＢＧＡＲＬ、第１及び第２吸入空気量ＧＡＩＲ１，ＧＡＩＲ２を、下記式（７）に適用し、前記式（１）の傾きパラメータＣＲを算出するとともに、算出した傾きパラメータＣＲ、境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ、及び基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤを下記式（８）に適用し、切片パラメータＰＢＧＡ０を算出する。
ＣＲ＝（ＰＢＧＡＳＴＤ−ＰＢＧＡＲＬ）／（ＧＡＩＲ１−ＧＡＩＲ２） （７）
ＰＢＧＡ０＝ＰＢＧＡＳＴＤ−ＣＲ×ＧＡＰＢＰＡＲＸ （８）

ステップＳ４５では、算出された傾きパラメータＣＲ及び切片パラメータＰＢＧＡ０と、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤとを前記式（１）に適用し、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを算出する。

ステップＳ４６では、ステップＳ４５で算出された目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤが基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤより高いか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤに設定する（ステップＳ４７）。ステップＳ４６の答が否定（ＮＯ）であって、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤが基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤ以下であるときは、直ちに処理を終了する。

ＥＣＵ５は、検出されるゲージ圧ＰＢＧＡ（＝ＰＢＡ−ＰＡ）が目標ケージ圧ＰＢＧＡＣＭＤと一致するようにスロットル弁３の開度を制御する（アクチュエータ７の駆動制御を行う）。

図１４の処理により、図１１に示す処理により算出されるリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡに応じて目標ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤが変更される結果、実際のゲージ圧ＰＢＧＡがリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡの変更に伴って変更される。したがって、上述したリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを変更する制御を行う際に、ゲージ圧ＰＢＧＡを適切に制御することができる。

以上のように本実施形態では、吸入空気量を変更することなく吸気弁リフト量ＬＦＴ及びスロットル弁開度ＴＨを変更するときは、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡの変化速度を制限することにより、吸入空気量制御の応答性が高いリフト量ＬＦＴの変化速度を低減するようにしたので、リフト量ＬＦＴの変更による吸入空気量変化と、スロットル弁開度ＴＨの変更による吸入空気量変化とのバランスをとり、吸入空気量を一定に維持しつつリフト量ＬＦＴ及びスロットル弁開度ＴＨをともに変更する制御の精度を高めることができる。

またリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡは、変化量パラメータＤＧＡＬＴＨを用いて変更され、吸気弁リフト量の変化に対する吸入空気量の変化率を示す空気量変化率ＬＧＳＬＯＰが低下するほど、変化量パラメータＤＧＡＬＴＨを増加させる制御が行われる。すなわち、リフト量ＬＦＴの変化に対する吸入空気量の変化率が低下するほどリフト量変化速度が増加するように制御される。リフト量変化に対する吸入空気量の変化率が小さいときは、リフト量ＬＦＴの変化が実際の吸入空気量に与える影響が小さいので、リフト量変化速度を高めることによる弊害がない。したがって、リフト量変化速度を高めることにより、制御応答性を向上させることができる。

また、変速機のクラッチ締結率ＣＬＥＲ（トルク伝達状態）に応じて変化量パラメータＤＧＡＬＴＨが設定される。例えばクラッチが切れているとき、あるいは締結率ＣＬＥＲが低いときは、実吸入空気量が変化しても、車両の運転性に与える影響は小さい。したがって、変速機のトルク伝達状態に応じてリフト量変化速度を設定する、より具体的にはトルク伝達率が低下するほど、リフト量変化速度を増加させることにより、車両運転性に対する影響を抑制しつつリフト量変化速度を適切に設定することができる。

また燃料カット運転中は変化量パラメータＤＧＡＬＴＨが所定最大値ＤＧＡＬＭＡＸに設定され、リフト量変化速度が最大値に設定される。燃料カット運転中は、エンジンの燃焼が行われないため、吸入空気量のずれの影響はほとんどない。したがってリフト量変化速度を最大値に設定することにより、リフト量ＬＦＴを迅速に変更することができる。

本実施形態では、モータ４３がリフト量制御手段の一部を構成し、アクチュエータ７がスロットル弁開度制御手段の一部を構成する。またＥＣＵ５が、変化速度設定手段、リフト量制御手段の一部、及びスロットル弁開度制御手段の一部を構成する。具体的には、図１１のステップＳ２０〜Ｓ２４が変化速度設定手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、高回転運転状態（スロットル弁開度ＴＨを変更することによる吸入空気量制御の応答性が、リフト量ＬＦＴを変更することによる吸入空気量制御の応答性より高い負荷率を含む運転状態）ではリフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを高めてリフト量制御の応答性を確保しているが、リフト量下限値ＡＬＴＨＡＲＥＡを変更せずに、負荷率の高い領域でのスロットル弁開度ＴＨの変化速度を低減するようにしてもよい。その場合には、図１１に示す処理と同様に、スロットル弁開度ＴＨの変化に対する吸入空気量の変化率が低下するほどスロットル弁開度変化速度を増加させ、変速機のクラッチ締結率ＣＬＥＲ（トルク伝達状態）に応じてスロットル弁開度変化速度を設定し、燃料カット運転中はスロットル弁開度変化速度を最大値に設定することが望ましい。

また上述した実施形態では、検出されるゲージ圧ＰＢＧＡが目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤと一致するようにスロットル弁開度ＴＨを制御するようにしたが、吸気圧ＰＢＡが目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ（＝ＰＢＧＡＣＭＤ＋ＰＡ）と一致するようにスロットル弁開度ＴＨを制御するようにしてもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの吸気制御にも適用が可能である。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ スロットル弁
５ 電子制御ユニット（変化速度設定手段、リフト量制御手段、スロットル弁開度制御手段）
７ アクチュエータ（スロットル弁開度制御手段）
４１ 第１弁作動特性可変機構
４３ モータ（リフト量制御手段）

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更可能な弁作動特性可変機構と、前記機関の吸気通路に設けられたスロットル弁とを備え、前記リフト量及び前記スロットル弁の開度を変更することにより、前記機関の吸入空気量を制御する内燃機関の吸気制御装置において、
   前記リフト量の変化速度及び前記スロットル弁開度の変化速度を設定する変化速度設定手段と、
   設定されたリフト量変化速度に応じて前記吸気弁のリフト量を変化させるリフト量制御手段と、
   設定されたスロットル弁開度変化速度に応じて前記スロットル弁の開度を変化させるスロットル弁開度制御手段とを備え、
   前記変化速度設定手段は、前記吸入空気量を変更することなく前記リフト量及びスロットル弁開度を変更するときは、前記リフト量変化速度及びスロットル弁開度変化速度のうち、吸入空気量制御の応答性が高い方の変化速度を低減することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 前記変化速度設定手段は、前記リフト量の変化に対する前記吸入空気量の変化率が低下するほど前記リフト量変化速度を増加させ、前記スロットル弁開度の変化に対する前記吸入空気量の変化率が低下するほど前記スロットル弁開度変化速度を増加させ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. 前記変化速度設定手段は、前記機関の出力側に接続される変速機のトルク伝達状態に応じて前記リフト量変化速度及びスロットル弁開度変化速度を設定することを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
4. 前記変化速度設定手段は、前記機関への燃料供給を停止する燃料カット運転中は前記リフト量変化速度及びスロットル弁開度変化速度を最大値に設定することを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。

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