JP2785505B2 - エンジンのスロットル制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は運転条件によってカム
を切換える可変動弁機構を備えるエンジンのスロットル
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸排気弁を駆動する動弁装置
は、エンジンの要求する出力特性に合わせて、最適なバ
ルブタイミングが得られるように設定されている。

【０００３】ところが、この要求バルブタイミングはエ
ンジンの運転条件によってそれぞれ異なり、たとえば低
負荷域ではバルブリフト、開弁期間はともに小さく、こ
れに対して高負荷域では大きなバルブリフトと開弁期間
が要求される。自動車用エンジンのように運転条件が広
範囲にわたるものは、バルブタイミングをどの運転領域
を対象とするかがなかなか難しく、いずれにしても、す
べての運転条件で最適なマッチングとすることはできな
い。

【０００４】そこで、特開昭６３−１６７０１６号公報
にあるように、カム特性（カムプロフィル）の異なる複
数のカムを備えておき、運転条件によってカムの切換を
行うことにより、それぞれにおいて最適なバルブタイミ
ングで運転することを可能とした、可変動弁装置が提案
されている。

【０００５】これは低回転域で高いトルクをもつ低速型
のカムと、高回転域で高いトルク特性の高速型カムと
を、運転条件により切換えるもので、低速域から高速域
まで高出力を発揮させようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したカ
ムの切換は、切換の前後でエンジン出力が不連続に変化
することのないように、同一のスロットル開度において
出力が一致する回転数を選んで行われるのであるが、選
択されるカムとして、低回転域と高回転域とで出力（ト
ルク）を重視した特性の２つのカムと、部分負荷域で燃
費を重視した燃費カムとの、３つのカムを備えている場
合、燃費カムから出力カムへの切換（あるいはこの逆へ
の切換）は、燃費カムでの発生トルクが相対的に低いこ
とから、切換の前後で同一のスロットル開度を維持しよ
うとするとトルク段差が非常に大きくなってしまう。

【０００７】つまり、低速型の出力カムから高速型の出
力カムへの移行は、上記したように同一の出力となる回
転数を境に切換えればよいが、燃費カムの場合はスロッ
トル開度が同一で出力トルクが一致することがないた
め、切換時に大きなトルク段差が発生するのである。

【０００８】そして燃費カムから出力カムへの切換は、
低回転域では低速型出力カム、高回転域では高速型出力
カムへと行われるが、当然のことながら低回転域では低
速型出力カムのほうが高速型出力カムよりも発生トルク
は大きく、高回転域では同じく逆になり、したがってい
ずれの回転域で切換を行うにしても、大きなトルク段差
が生じる。

【０００９】なお、カムへの切換は運転者の意志、つま
りアクセルペダルの開度変化等に応じて行われ、たとえ
ば燃費カムでの運転中にアクセルペダルがさらに踏み込
まれて燃費カムでの領域を越えた出力トルクを要求して
いるときは、そのときの回転域から低速型か高速型の出
力カムのいずれかが選択され、切換えられることにな
る。

【００１０】そこでこのような切換の前後で発生する大
きなトルク段差を吸収するため、スロットルバルブをア
クセルペダルとは切り離して独立して開度を制御できる
構成にしておき、切換時のスロットル開度や回転数等か
ら判定したトルク段差を吸収するのに必要なだけ、自動
的にスロットル開度等を補正することにより、出力を一
致させるようにしている。たとえば燃費カムから出力カ
ムへと移行するときは、そのままのスロットル開度では
出力トルクが急増するので、スロットルバルブの開度を
減じるのである。

【００１１】一方、こうしてカムの切換に合わせてスロ
ットルバルブの開度を減じても、コレクタ容積の存在に
よりシリンダ流入空気量がすぐには小さくならず、応答
遅れをもって小さくなるので、その間で出力トルクが増
加してトルク段差が生ずる。そこで、こうした吸入空気
の応答遅れに伴うトルク段差を吸収するのに必要なだけ
点火時期を遅角すると、出力トルクを一定にすることが
できる。たとえば、吸入空気の応答遅れに伴って生じる
トルク段差は、燃費カムから出力カムへと移行すると
き、ほぼ一次遅れで小さくなるので、この一次遅れで小
さくなるトルクに対応させて、点火時期の遅角量を変化
させるのである。

【００１２】ところで、スロットルアクチュエータは、
運転条件にかかわらず、アクチュエータ自体の特性で定
まる一定の速度（あるいは一定の時間）でしか動作しな
いので、スロットルバルブの開度を減じるにしても、運
転条件が相違すると、上記の一次遅れで小さくなるトル
クが定常レベルに落ち着くまでの時間がさまざまに変化
する。このため、回転域などの運転条件が相違しても、
出力トルクが一定値に維持されるように点火時期の遅角
量を制御しようとすると、遅角量を演算する時間間隔を
短くしたり、よりきめ細かく遅角量を与えることが必要
となり、遅角量の演算を行うマイコンへの負担（演算量
の増加等）が大きくなるのである。

【００１３】そこで、この発明は、カム切換時に、シリ
ンダ流入空気量が一定値となるまでの応答遅れ時間が運
転条件の相違にかかわらず一定になるように、スロット
ルアクチュエータに与える操作量（操作速度や操作時
間）を変化させることにより、カム切換時のトルク段差
を吸収するための点火時期の制御に余裕をもたせること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、図１で示す
ように、アクセルペダルの操作量と関係なくアクチュエ
ータによりスロットル開度を変えうるスロットル開閉装
置６１と、少なくともバルブリフト特性の異なる２つの
カムと、これらのカムを切換えうる機構とからなる可変
動弁装置６２と、前記アクセルペダル操作量αを検出す
るセンサ６３と、このセンサ検出値に基づいて定まる運
転条件に応じて、次に使用するカムポジションを選択す
る手段６４と、現在使用中のカムポジションを検出する
センサ６５と、この現在使用中のカムポジションと前記
次に使用するカムポジションとの比較によりカム切換で
あるかどうかを判定する手段６６と、カム切換であると
き次に使用するカムに切換えられるように前記可変動弁
装置６２に切換信号を出力する手段６７と、実スロット
ル開度Ｓtvoを検出するセンサ６８と、現在使用中のカ
ムにより前記カム切換であると判定されたときの実スロ
ットル開度Ｓtvoで出力されている実エンジントルクＴn
owを演算する手段６９と、次に使用するカムに切換えた
後にこの実エンジントルクＴnowと同じトルクを出力さ
せるために要求される目標スロットル開度Ｓmtvoを演算
する手段７０と、この目標スロットル開度Ｓmtvoとエン
ジン形状に基づいて、基準スロットル操作量（基準スロ
ットル操作速度または基準スロットル操作時間）でスロ
ットルバルブを開閉操作したときのシリンダ流入空気の
応答の時定数τfを演算する手段７１と、この時定数τf
に基づいてカム切換点でのスロットル開閉操作により変
化するシリンダ流入空気量Ｑcylが一定値となるまでの
応答遅れ時間ｔqcylを演算する手段７２と、この応答遅
れ時間ｔqcylをあらかじめ定めた目標値と比較する手段
７３と、この比較結果よりこの応答遅れ時間ｔqcylが目
標値と一致するように、前記基準スロットル操作量を変
更する手段７４と、前記カム切換点でスロットルバルブ
が開閉操作されるように前記変更後のスロットル操作量
で前記アクチュエータを動かす手段７６とを設けた。

【００１５】

【作用】たとえば可変動弁装置６２では燃費カムと出力
カムとの２つのカムが備えられ、加速により燃費カムか
ら出力カムへと切換えられる場合でみると、演算手段６
９,７０では、燃費カムによれば、そのときの実スロッ
トル開度Ｓtvoにより出力される実エンジントルクＴnow
が演算され、このトルクＴnowからは、出力カムに切換
えた後にこのトルクＴnowと同じトルクを出力させるた
めに要求される目標スロットル開度Ｓmtvoが演算され
る。

【００１６】したがって、燃費カムから出力カムへの切
換時にＳmtvoとＳtvoの差ΔTVOだけスロットルバルブを
閉じると、カム切換時のトルク増がほぼ抑えられるので
あるが、実際にはコレクタ容積があるためにシリンダ流
入空気に応答遅れが生ずるあいだもトルクが増加する。

【００１７】このとき、シリンダ流入空気の応答遅れ
は、吸気系の物理モデルを用いると、適用されるエンジ
ン形状とスロットル開度に応じてあらかじめ定まるの
で、そのエンジン形状と目標スロットル開度Ｓmtvoに基
づいて応答遅れの時定数τfが演算されると、τfは上記
のスロットル操作が行なわれたときのシリンダ流入空気
の応答遅れを良く表わす。

【００１８】しかしながら、スロットルアクチュエータ
に与える操作速度や操作時間が一定であると、過渡時の
運転条件の相違によりスロットル操作に伴うシリンダ流
入空気がさまざまに応答するため、実際のシリンダ流入
空気の応答が、物理モデルで与えるシリンダ流入空気の
応答から外れる場合に、点火時期の遅角制御が精度の悪
いものとなって、トルクを一定に保つことができない。

【００１９】これに対して、この発明ではカム切換点で
のスロットル操作の前に、スロットル操作量（操作速度
または操作時間）を変更することで、過渡時の運転条件
が相違しても、物理モデルで与えるシリンダ流入空気の
応答と実際のシリンダ流入空気の応答を一致させる。こ
の一致により、運転条件に関係なくシリンダ流入空気の
応答に起因して起こる過渡トルクのずれ量の変化が一定
となるので、このずれ量を抑えるための点火時期の遅角
制御に余裕ができ、演算容量を縮小させたりよりきめ細
かく点火時期の遅角量を演算させることができる。

【００２０】

【実施例】まず、図２，図３に実施例の可変動弁装置の
具体的な構成を示すが、これ自体は本出願人により、特
願平２−１１７２６１号として、既に提案されている。

【００２１】２１は燃費重視型のカムプロフィルに設定
され、カムリフトおよびリフト区間のともに小さい第１
カム（燃費カム）、２２は低回転域で高トルクを発生す
るカムプロフィルに設定され、前記第１カム２１よりも
カムリフトが相対的に大きい第２カム（低速型出力カ
ム）、２３は高回転域で高トルクを発生するカムプロフ
ィルに設定され、第２カム２２よりもカムリフト、リフ
ト区間の大きい第３カム（高速型出力カム）で、これら
は同一のカムシャフトに並列的に設けられる。

【００２２】２４は吸・排気弁（吸気弁または排気
弁）、２５はローラ２６を介して前記第１カム２１と常
時接触するメインロッカーアームで、ロッカーシャフト
２７を支点に揺動して、吸・排気弁２４を開閉する。

【００２３】メインロッカーアーム２５にはシャフト３
０を支点にして揺動する２つのサブロッカーアーム２
８,２９が前記ローラ２６と並列的に支持され、一方の
サブロッカーアーム２８は前記第２カム２２と、他方の
サブロッカーアーム２９は前記第３カム２３と接触す
る。

【００２４】これらサブロッカーアーム２８，２９はメ
インロッカーアーム２５と係合していないときは、ロス
トモーションスプリング３１により常時第２，第３カム
２２，２３に接触するように付勢され、メインロッカー
アーム２５からは独立して運動（揺動）する。

【００２５】これらサブロッカーアーム２８，２９をメ
インロッカーアーム２５に対して選択的に係合するた
め、まず一方のサブロッカーアーム２８の揺動部位には
円柱形のピン３２が、またメインロッカーアーム２５に
もこのピン３２と同軸上にピン３４が、それぞれカムシ
ャフト方向に摺動自在に配設され、かつこれらピン３
２，３４は常時はリターンスプリング３６に付勢されて
図２の状態に保持され、メインロッカーアーム２５との
係合を解かれているが、ピン３４の収装された油圧室３
８に通路４０を介して圧油が導かれると、ピン３２と３
４が所定量だけ押し出されて、サブロッカーアーム２８
がメインロッカーアーム２５と係合するようになってい
る。

【００２６】サブロッカーアーム２８がメインロッカー
アーム２５と一体になるのは、第１カム２１および第２
カム２２がベースサークルにあるときで、一体後は第１
カム２１よりもリフトの大きい第２カム２２にしたがっ
たバルブタイミングに切換わる。

【００２７】つまり、第１カム２１による燃費重視の特
性から、第２カム２２による低回転域での出力重視特性
に切換えられるのである。

【００２８】他方のサブロッカーアーム２９について
も、これと同様に構成され、油圧室３９に通路４１を介
して圧油が導かれると、ピン３５と３３がリターンスプ
リング３７に抗して押し出され、サブロッカーアーム２
９がメインロッカーアーム２５に係合することにより、
バルブタイミングは前記と同じく第１カム２１よりもリ
フト、リフト区間のともに大きい第３カム２３に依存す
るように切換えられ、高回転域での出力重視の特性が得
られるのである。

【００２９】なお、図４に第１カム２１から第３カム２
３までのバルブリフト特性を示す。そして、各カムを用
いたときの全開出力特性は、図５のようになり、第１カ
ムによれば、発生トルクは低いものの燃費がよく、第２
カムでは低回転域での最大トルクが最も高く、第３カム
２３は低回転域での発生トルクは第２カム２２よりも小
さいものの、高回転域での最大トルクは最も大きくな
る。

【００３０】ところで、第１カム２１から第２、第３カ
ム２２，２３への切換や、その反対に第２、第３カム２
２，２３から第１カム２１への切換を制御するために図
６に示すようなコントロールユニット５１が備えられ、
運転状態によって最適なカムが選択されるのである。

【００３１】コントロールユニット５１におけるこのカ
ムの選択は図５の特性に基づいて、要求するトルクと回
転数がたとえば燃費カムである第１カム２１の領域にあ
るときはこの燃費カムを使い、この状態からアクセル開
度が増加して要求トルクが燃費カムの領域を外れてたと
えば低速型出力カムである第２カム２２の領域に移行す
ると、燃費カムから低速型出力カムに切換えられ、ま
た、回転数が低回転域から高回転域に上昇してくると、
高速型出力カムである第３カム２３に切換えられるので
ある。

【００３２】このため、コントロールユニット５１には
エンジン回転数Ｎe、クランク角度位置を検出するクラ
ンク角センサ５２、アクセルペダルの操作量（踏み込み
量）αを検出するアクセル操作量センサ５３、実際に選
択されたカム位置を検出するカムポジションセンサ５８
からの信号が入力し、これらに基づいて上記のようにカ
ムの切換時期が判定されたら、前記２つの油圧室３８，
３９への油圧の切換を行う電磁弁４５と４６の作動を制
御するのである。

【００３３】つまり、一方の電磁弁４５が開かれると第
２カム２２を働かせるために油圧室３８にオイルポンプ
からの圧油が導かれ、他方の電磁弁４６を開くことによ
り今度は第３カム２３を働かせるため油圧室３９に圧油
が導かれるのである。

【００３４】しかしながら、このようなカムの切換時に
大きなトルク段差を生じ、不連続な出力変動により運転
性を悪化させたり、車体振動を誘発したりするので、こ
れらの現象を回避するため、コントロールユニット５１
は、切換に対応して吸気通路に設けたスロットルバルブ
の開度を制御する。

【００３５】スロットルバルブ５７はコントロールユニ
ット５１からの指令信号を受けるサーボ駆動回路５５、
およびこの駆動信号に基づいて作動するサーボモータ５
６を介して、図示しないアクセルペダルとは独立して開
度が増減され、同時にスロットルバルブ５７の実際の開
度Ｓtvoはスロットル開度センサ５４を介してコントロ
ールユニット５１にフィードバックされる。

【００３６】コントロールユニット５１は基本的にはア
クセル操作量センサ５３の信号から要求トルクを判断
し、カムポジションセンサ５８の出力から求めた実カム
位置で、要求トルクを発生するのに必要なスロットル開
度位置を演算し、サーボモータ（スロットルアクチュエ
ータ）５６を介してスロットルバルブ５７の開度を決定
する。

【００３７】そして、カム切換が判断されたときは、第
１カムから第２または第３カムへの切換時には、サーボ
駆動回路５５、サーボモータ５６を介してスロットルバ
ルブ５７の開度を、その切換目標とのトルク段差に応じ
て減少するように補正し、トルク増大分を吸収する。ま
た、第２または第３カムから第１カムに切換わるとき
は、逆にスロットルバルブ５７の開度を増大させてトル
ク段差を吸収する方向に出力の補正制御を行う。

【００３８】しかしながら、図１９にも示したように、
カムの切換と同時に応答よくスロットル弁を閉じても、
コレクタ容積の存在によりシリンダ流入空気量がすぐに
は小さくならず、図示のように応答遅れをもって小さく
なるので、これに対応して、同図実線で示したように、
カム切換点よりいっとき出力トルクが増加する。

【００３９】この場合のシリンダ流入空気量の変化は、
適用機種の吸気系の応答を表す物理モデルを用いて決定
することができる。

【００４０】詳細には、目標スロットル開度Ｓmtvoにお
けるスロットル通過空気量Ｑsと吸入行程での実際のシ
リンダ流入空気量Ｑcylとのあいだには、空気がコレク
タ容積を充填するための遅れを生じ、その関係は次式の
ように一次遅れの関係で表されることが知られている。 Ｑcyl(ｓ)／Ｑs(ｓ)＝１／(１＋τf・ｓ)…(１)

【００４１】ここで、τf[sec]は空気の応答遅れの時定
数で、コレクタ容積等の物理的条件を一定とすれば、ス
ロットル開度θ(＝Ｓmtvo)とエンジン回転数Ｎeによっ
て異なる値をとるが、その値は次式によりエンジンの形
状によってあらかじめ計算により求めることができる。 τf＝(Ｖc／Ｒ・Ｔa)／｛(ηv・Ｖe・γa／２Ｐa)Ｎe＋Ｃ・ｇ・θ｝…(２)

【００４２】ただし、(２)式においてＶcはコレクタ容
積、Ｒはガス定数、Ｔaは吸気温度、ηvは充填効率、Ｖ
eはエンジン排気量、γaは空気密度、Ｐaは大気圧、Ｃ
はスロットル弁の開度定数、ｇは吸気管圧力により定ま
る定数である。

【００４３】サンプリング周期(演算周期)をｔsmp[sec]
として(１)式を離散時間系に変換すると、次の関係とな
る(ただしexp(ｘ)で指数関数を表記する)。 Ｑcyl(ｚ)／Ｑs(ｚ)＝{１−exp(−ｔsmp／τf)}／{ｚ−exp(−ｔsmp／τf)} …(３)

【００４４】(３)式をＱcylについて展開すると、次の
加重平均の計算式が得られる。 Ｑcyl＝Ｋf・旧Ｑcyl＋(１−Ｋf)Ｑs…(４)

【００４５】ただし、(４)式において右辺のＱcylに付
した漢字の「旧」は前回の値(サンプリング周期ｔsmpだけ
古い値)であることを意味する。

【００４６】なお、スロットル通過空気量Ｑsは次式で
計算される。 Ｑs＝θ・Ｃ・g…(５)

【００４７】また、(４)式での加重係数Ｋfは上記の時
定数τfをサンプル値系に変換した値であるため、次式
のように時定数τfと一定の関係を有する。 Ｋf＝exp(−ｔsmp／τf)…(６)

【００４８】以上により、マイクロコンピュータに適用
機種ごとの物理モデルを持たせておけば、スロットル弁
を所定量ΔTVOだけ閉じて目標スロットル開度としたと
きの吸入空気の過渡応答が分かる。

【００４９】こうしたコレクタ容積効果に伴う出力トル
クの増加分を、点火時期を遅角補正することによりキャ
ンセルすることで、出力トルクを一定にしようとするこ
とが考えられる。そのためには、コレクタ容積効果に伴
う出力トルクの増加分が、図１９のようにほぼ一次遅れ
で小さくなるので、この一次遅れで小さくなるトルクに
対応させて、点火時期の遅角補正量を変化させるのであ
る。

【００５０】しかしながら、目標スロットル開度をサー
ボ駆動回路に出力してスロットルバルブを閉じようとし
ても、サーボ駆動回路やサーボモータ自体の特性で決ま
る一定の速度や一定の時間でスロットルバルブが閉じる
のでは、加速時の運転条件の相違によりスロットル閉操
作に伴うシリンダ流入空気がさまざまに応答するため、
実際のシリンダ流入空気の応答（定常値レベルまでの変
化）が、物理モデルで与えるシリンダ流入空気の応答か
ら外れる場合には、点火時期の遅角補正制御が精度の悪
いものとなって、出力トルクを一定に保つことができな
い。

【００５１】こうした点より、ここではカム切換時のコ
レクタ容積効果に伴うトルク増加分を点火時期の遅角補
正により抑えるのであるが、その際、カム切換点でのス
ロットル操作の前に、サーボ駆動回路に与えるスロット
ル閉速度を変更することで、加速時の運転条件が変化し
ても、シリンダ流入空気量が定常値レベルに落ち着くま
での応答遅れ時間をあらかじめ定めた目標値（一定値）
と一致させておくのである。

【００５２】こうした制御を行わせるため、図７ないし
図１０(これらは所定の時間(たとえば４msec)ごとに実
行される。)および図１１(クランク角に同期して実行さ
れる。)のフローチャートが作られている。

【００５３】これらのフローチャートを用いて、この例
の作用を説明すると、そのときの運転条件により、３つ
あるカムのうちいずれのカムを使うのかはマップにして
あらかじめ定めてあり、このマップを図１２に示す。

【００５４】このマップを参照するため、アクセルペダ
ル操作量αとエンジン回転数Ｎeを読みこみ(ステップ
１)、これらから定まる運転条件に対する最適なカムポ
ジション(次に使用するカムポジション)Ｐcnextを、図
１２のマップより求める(ステップ２)。

【００５５】ステップ３では、現在使用中のカムポジシ
ョン(カムポジションセンサにて検出される)Ｐcnowと次
に使用するカムポジションＰcnextとの比較により、同
じでなければカムを切換える場合であると判断する。

【００５６】ここでは、燃費カムから低速型出力カムへ
の切換であったとすると、燃費カム(現在使用中のカム)
によりそのときの運転条件で出力されている実エンジン
トルクＴnowを演算し(ステップ４)、続いて、出力カム
に切換えた後にこのトルクＴnowと同じトルクを出力さ
せるために要求される目標スロットル開度Ｓmtvoを演算
する(ステップ５)。

【００５７】たとえば図１３に示した燃費カム用のマッ
プにしたがい、現時点のスロットル開度Ｓtvoと回転数
Ｎeから実エンジントルクＴnowを、また図１４の低速型
出力カム用のマップにしたがい、トルクＴnowと回転数
Ｎeから目標スロットル開度Ｓmtvoを求めるのである。
したがって、目標スロットル開度Ｓmtvoと実際のスロッ
トル開度Ｓtvoとの差ΔTVO(＝Ｓmtvo−Ｓtvo)だけスロ
ットルバルブを閉じなければならない。なお、Ｔnowに
ついてはトルクを直接検出しうる装置(たとえばトルク
センサ)を用いて求めることもできる。

【００５８】この場合に、スロットルバルブを一定時間
で閉じるのではなく、運転条件が相違しても、実際のシ
リンダ流入空気の応答遅れ時間が適用機種の物理モデル
であらかじめ与えてある目標値と一致するように、スロ
ットルバルブの閉速度を変更する。

【００５９】まずステップ６で、次に使用するカムに対
する基準スロットル閉速度ｖc₀をテーブルックアップな
どにより求める。この基準スロットル閉速度ｖc₀は、カ
ム切換時にこの速度でスロットルバルブを閉じれば、実
際のシリンダ流入空気の応答遅れ時間ｔqcylが、あらか
じめ設定された目標応答遅れ時間ｔ₀に近くなるように
決定され、記憶されている値である。簡単な例を図１６
に示すと、目標スロットル開度Ｓmtvoまでスロットル開
度を増すに要する時間をｔ（≒ｔ₀）としたとき、Ｓmtv
o／ｔの値が基準スロットル操作速度（ただし開速度）
に相当する。

【００６０】たとえば、エンジン回転数Ｎeと現在使用
されているカム位置Ｐcnow（これらはカム切換時の条
件）より図１５のマップを参照して読み出す。図１５の
マップのように、基準スロットル閉速度ｖc₀をＮeとカ
ムポジションの関数として細かく与えてあると、後述す
るシリンダ流入空気の応答遅れ時間ｔqcylの演算におい
て、すみやかに所望のスロットル閉速度が得られるた
め、ステップ７のループを回る回数が減り、演算時間が
短縮される。

【００６１】基準スロットル閉速度の与え方について
は、エンジン回転数に関係なく、各カムごと、つまり全
部で３つの基準スロットル閉速度のみを記憶させておく
ことにすれば、あらかじめ作成するマップ容量が少なく
て足りるので、ＲＯＭに対する容量的な負担を軽くする
ことができる。すべてのカムに対してあるいはすべての
運転条件に対して基準スロットル閉速度に一定値を与え
て済ますのであれば、マップのための領域をＲＯＭに確
保する必要がなく、ＲＯＭに対する負担は一段と軽くな
る。

【００６２】次に、ステップ７でそのときの運転状態か
ら定まるシリンダ流入空気の実際の応答遅れ時間ｔqcyl
を演算する。なお、ここで演算するｔqcylは詳細には実
際値ではなく予測値としての意味合いを有する。つま
り、スロットルバルブを実際に閉じる前に、現在の加速
時の運転条件でもし閉じたとしたならば、この時間ｔqc
ylでシリンダ流入空気量が定常値レベルに落ち着くであ
ろう時間である。

【００６３】応答遅れ時間ｔqcylの演算は、図９のサブ
ルーチンで行う。図９において、ステップ２４でスロッ
トル閉操作に伴うシリンダ流入空気量Ｑcylの応答を、
加重係数Ｋfと目標スロットル開度Ｓmtvoでのスロット
ル通過空気量Ｑsとを用いて、前述の（４）式により演
算する。

【００６４】なお、加重係数Ｋfは、エンジン回転数の
ほか、基準スロットル閉速度の相違によっても異なる値
をとるので、あらかじめ係数Ｋfのマップを作成してお
き、エンジン回転数Ｎeおよび基準スロットル閉速度ｖc
₀からこのマップを参照して求めておく(ステップ２
２)。

【００６５】ステップ２５でシリンダ流入空気量Ｑcyl
の１制御周期当たりの変化量Ｄq(＝Ｑcyl−旧Ｑcyl）を
計算し、これが０とならないうちは時間カウンタ値ｔq
を１制御周期ずつインクリメントさせると（ステップ２
６，２７）、変化量Ｄqが０となったときの時間カウン
タ値ｔqが実際の応答遅れ時間ｔqcylとして求まる（ス
テップ２６，２８）。

【００６６】図７に戻り、ステップ８でこの実際の応答
遅れ時間ｔqcylと、あらかじめ設定された目標応答遅れ
時間ｔ₀を比較し、両者が一致したときには、ステップ
６で求めた基準スロットル閉速度ｖc₀をそのままサーボ
駆動回路への閉速度出力値ｖcとして決定し、これを格
納する（ステップ９）。

【００６７】これに対して、実際の応答遅れ時間ｔqcyl
が目標値ｔ₀と一致せず目標値よりも長かったときに
は、基準スロットル閉速度ｖc₀を大きく、この逆に目標
値よりも短かいと、基準スロットル閉速度ｖc₀を小さく
変更して、再び応答遅れ時間ｔqcylを演算する（ステッ
プ１０，１１，７、１０，１２，７）。たとえば、ｖc₀
を大きくすると、図９のステップ２２で読み出される加
重係数Ｋfが大きくなってシリンダ流入空気量Ｑcylが早
く一定値に収束するので、応答遅れ時間ｔqcylが短くな
り、目標値に近づいていく。

【００６８】こうした操作を繰り返し、実際の応答遅れ
時間ｔqcylが目標値ｔ₀と一致すると、ステップ９から
ステップ１３以降へ進み、ステップ９で格納したスロッ
トル閉速度ｖcで初めてスロットルバルブを閉じさせる
（ステップ１５）。つまり、加速時の運転条件が相違し
ていても、カム切換点でスロットルバルブを閉じたとき
の実際の応答遅れ時間ｔqcylがいつも目標値と同じであ
るようにするのである。

【００６９】このように、実応答遅れ時間ｔqcylを目標
値と一致させることにより、運転条件に関係なく吸入空
気の応答に起因して起こる過渡トルクのずれ量の変化が
一定となるので、このずれ量を抑えるための点火時期の
遅角制御に余裕ができ、演算容量を縮小させたりよりき
め細かく点火時期の遅角量を演算させることができる。

【００７０】なお、実際のスロットル閉操作にあたって
は、油圧経路の応答等で決まるカム切換時間ｔcamを考
慮して、現時点で目標スロットル開度Ｓmtvoをサーボ駆
動回路へ出力するタイミングにあるかどうかをみて（ス
テップ１５）、そのタイミングになければ待機し、その
タイミングに一致した時点でスロットルバルブが開かれ
るように目標スロットル開度Ｓmtvoとスロットル閉速度
ｖcを出力する。

【００７１】上記のコレクタ容積効果に伴う余分なトル
クを打ち消すための点火時期の遅角補正量ADVr（ステッ
プ１７）は、たとえば図１０のサブルーチンで演算す
る。

【００７２】図１０において、増減終了後の基準スロッ
トル閉速度ｖc₀から得られる加重係数Ｋfを用いて、ス
テップ３３で一次遅れで応答するシリンダ流入空気量Ｑ
cylをまず求める。これは、上記のスロットル閉操作に
より発生する過渡時のトルクＴkが、図１９のようにシ
リンダ流入空気量Ｑcylの応答に対応するからである。
たとえば、図１７に示した過渡時トルクＴkのマップを
あらかじめ作成しておけば、そのときのシリンダ流入空
気量Ｑcylとエンジン回転数Ｎeから求めることができる
(ステップ３４)。

【００７３】この過渡時トルクＴkからスロットル操作
前の定常時トルクＴc(つまりＴnow)を差し引いた値が、
スロットル操作に伴うトルク増加分Ｔdである(ステップ
３５)。

【００７４】このトルク増加分Ｔdからは図１８のマッ
プを参照して点火時期の遅角補正量RTDを求め、これをA
DVrとして格納する(ステップ３６,３７)。RTDとADVrを
別にしているのは、図１０と後述する図１１の演算周期
が異なることを考慮したものである。

【００７５】こうして求められた遅角補正量ADVrを、図
１１のように、基本点火時期ADVnから差し引くことによ
って、点火時期を遅角補正する(ステップ５３)。つま
り、燃費カムから低速型出力カムへの切換時には、図１
９で示したように、カム切換点でスロットルバルブを閉
じるものの、その際にコレクタ容積効果により生ずるト
ルク増を点火時期を遅角補正することによりキャンセル
するのである。これにより、コレクタ容積効果の影響を
受けることがなくなって、トルクは一点鎖線のようにカ
ム切換前後にわたって一定に保たれ、加速時の運転性を
確保することができる。

【００７６】なお、基本点火時期ADVnは、エンジン負荷
相当量としての基本噴射パルス幅Ｔp(＝Ｋ・Ｑa／Ｎe、
ただしＱaはエアフローメータ６０にて検出されるスロ
ットルバルブ上流の吸入空気量、Ｋは定数)とエンジン
回転数Ｎeに応じてあらかじめ定められており(ステップ
５２)、ここで述べたカム切換以外の運転条件に対して
最適値を与えるものである。

【００７７】実施例では燃費カムから低速型出力カムへ
の切換時で説明したが、高速型出力カムへの切換時につ
いても、またこれらの逆への切換時についても同様であ
る。

【００７８】なお、フローチャートと図１との関係で
は、図７のステップ２が次カムポジション選択手段６
４、ステップ３がカム切換判定手段６６、ステップ４が
出力トルク演算手段６９、ステップ５が目標スロットル
開度演算手段７０、ステップ７と図９の全ステップが応
答遅れ時間演算手段７２、図７のステップ８，１０が比
較手段７３、ステップ１１，１２がスロットル操作量変
更手段７４、図８のステップ１４が切換信号出力手段６
７、ステップ１６がアクチュエータ動作手段７６、図９
のステップ２２が時定数演算手段７１の機能を果たして
いる。

【００７９】

【発明の効果】この発明によれば、カム切換点でのスロ
ットル操作の前に、適用機種の吸気系モデルを用いて得
られる、スロットル操作に伴うシリンダ流入空気の応答
遅れ時間が、あらかじめ定めた目標値と一致するよう
に、スロットル操作量を変更し、カム切換点になるとこ
の変更後のスロットル操作量でスロットル操作する構成
としたため、過渡時の運転条件が相違しても、カム切換
時の過渡トルクのずれ量の変化の仕方が一定となり、こ
のずれ量を抑えるための点火時期の制御に余裕ができ、
演算容量の縮小やよりきめ細かな制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクレーム対応図である。

【図２】一実施例の可変動弁装置の平面図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】前記装置のバルブリフトの特性図である。

【図５】前記装置の全開トルクの特性図である。

【図６】前記実施例の制御システム図である。

【図７】前記実施例の制御動作を説明するための流れ図
である。

【図８】前記実施例の制御動作を説明するための流れ図
である。

【図９】応答遅れ時間を演算するための流れ図である。

【図１０】点火時期遅角量を演算するためのための流れ
図である。

【図１１】点火時期の基本制御動作を説明するための流
れ図である。

【図１２】カムポジションのマップ特性図である。

【図１３】第１カムに対する出力トルクのマップ特性図
である。

【図１４】第２カムに対する出力トルクのマップ特性図
である。

【図１５】スロットル閉速度のマップ特性図である。

【図１６】スロットル閉速度を説明するための特性図で
ある。

【図１７】過渡時トルクのマップ特性図である。

【図１８】点火時期遅角量のマップ特性図である。

【図１９】加速時のカム切換の際の作用を説明するため
の波形図である。

【符号の説明】

２１ 第１カム（燃費カム） ２２ 第２カム（低速型出力カム） ２３ 第３カム（高速型出力カム） ２４ 吸・排気弁 ２５ メインロッカーアーム ２８,２９ サブロッカーアーム ３２〜３５ ピン ３８,３９ 油圧室 ４５,４６ 電磁弁 ５１ コントロールユニット ５２ クランク角センサ(エンジン回転数センサ) ５３ アクセル操作量センサ ５４ スロットル開度センサ ５６ サーボモータ(スロットルアクチュエータ) ５７ スロットルバルブ ５８ カムポジションセンサ ６０ エアフローメータ ６１ スロットル開閉装置 ６２ 可変動弁装置 ６３ アクセル操作量センサ ６４ 次カムポジション選択手段 ６５ カムポジションセンサ ６６ カム切換判定手段 ６７ 切換信号出力手段 ６８ 実スロットル開度センサ ６９ 出力トルク演算手段 ７０ 目標スロットル開度演算手段 ７１ 時定数演算手段、 ７２ 応答遅れ時間演算手段 ７３ 比較手段 ７４ スロットル操作量変更手段 ７６ アクチュエータ動作手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 395 F02D 13/00 - 13/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクセルペダルの操作量と関係なくアク
   チュエータによりスロットル開度を変えうるスロットル
   開閉装置と、少なくともバルブリフト特性の異なる２つ
   のカムと、これらのカムを切換えうる機構とからなる可
   変動弁装置と、前記アクセルペダル操作量を検出するセ
   ンサと、このセンサ検出値に基づいて定まる運転条件に
   応じて、次に使用するカムポジションを選択する手段
   と、現在使用中のカムポジションを検出するセンサと、
   この現在使用中のカムポジションと前記次に使用するカ
   ムポジションとの比較によりカム切換であるかどうかを
   判定する手段と、カム切換であるとき次に使用するカム
   に切換えられるように前記可変動弁装置に切換信号を出
   力する手段と、実スロットル開度を検出するセンサと、
   現在使用中のカムにより前記カム切換であると判定され
   たときの実スロットル開度で出力されている実エンジン
   トルクを演算する手段と、次に使用するカムに切換えた
   後にこの実エンジントルクと同じトルクを出力させるた
   めに要求される目標スロットル開度を演算する手段と、
   この目標スロットル開度とエンジン形状に基づいて、基
   準スロットル操作量でスロットルバルブを開閉操作した
   ときのシリンダ流入空気の応答の時定数を演算する手段
   と、この時定数に基づいてカム切換点でのスロットル開
   閉操作により変化するシリンダ流入空気量が一定値とな
   るまでの応答遅れ時間を演算する手段と、この応答遅れ
   時間をあらかじめ定めた目標値と比較する手段と、この
   比較結果よりこの応答遅れ時間が目標値と一致するよう
   に、前記基準スロットル操作量を変更する手段と、前記
   カム切換点でスロットルバルブが開閉操作されるように
   前記変更後のスロットル操作量で前記アクチュエータを
   動かす手段とを設けたことを特徴とするエンジンのスロ
   ットル制御装置。