JP3577745B2 - 可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、可変動弁機構、特に吸気バルブの開弁状態としての開閉タイミングもしくは開弁時のリフト量の少なくとも一方を変化させる可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用等のエンジンにおいては、燃費性能や出力性能等を向上させるために、吸、排気バルブのクランク角度に対する開閉タイミングや開弁時のリフト量等の開弁状態を運転状態に応じて最適の状態に可変制御することが行われ、そのための可変動弁機構として、例えば特開平２−２７１０１４号公報には次のような構成のものが開示されている。
【０００３】
つまり、この可変動弁機構は、図１２に示すように、カムシャフトＡに軸方向に沿ってプロフィルが変化するカムＢ，Ｂを一体形成すると共に、このカムシャフトの一端にアクチュエータＣを備え、該アクチュエータＣに対する油圧の給排によりカムシャフトＡを軸方向にスライドさせるようにしたもので、これによれば、該カムシャフトＡのスライドにより、タペットＤ，Ｄの上面に備えられた摺動板に当接する部位のカムＢ，Ｂのプロフィルが変化して、該タペットＤ，Ｄを介して開閉されるバルブＥ，Ｅの開閉タイミングや開弁時のリフト量が変化することになる。
【０００４】
そして、上記公報には、このような可変動弁機構を用いて、エンジンの運転領域、例えば低回転領域、中回転領域、高回転領域に応じて予め設定した定常時の弁作動角に制御すると共に、運転領域が変化する過渡時には別途設定した過渡時用の弁作動角に制御することが記載されており、これによれば、過渡時における弁作動角の切り換えがスムーズに行われて、トルクが一時的に低下することによる運転性の悪化が回避される、とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなバルブの開閉タイミングや開弁時のリフト量等の開弁状態、特に吸気バルブの開弁状態は空気充填量に大きな影響を与え、例えば、吸気バルブの開弁時期を一定とし、閉弁時期を変化させた場合に、空気充填量は図１３に示すような特性で変化する。
【０００６】
つまり、閉弁時期が、ピストンの吸気下死点を０°とした場合に、例えばこの下死点より手前の−４０°から下死点過ぎ８０°までの範囲で可変制御されるものとしたときに、下死点過ぎ３０°〜４０°付近で空気充填量が最も多くなり、その前後で空気充填量が減少するという特性を示すのである。
【０００７】
そして、今、エンジンの運転状態の変化に伴い、吸気バルブの閉弁時期を、図１３に矢印ａで示すように、例えば所謂早閉じ状態の−４０°から遅閉じ状態の６０°に切り換えるものとした場合、この切り換えが前述の可変動弁機構におけるカムシャフトＡの軸方向のスライドによって行われるものであるときは、該カムシャフトＡのスライドには一定の時間を要するので、その間に閉弁時期が３０°〜４０°の空気充填量が最大となる状態での吸気行程を経由することになる。そして、このときにエンジンの出力トルクが過度に高くなり、トルクショックが発生するのである。
【０００８】
この問題に対しては、上記の空気充填量が最大となる状態を経由するときに、エンジンの出力トルクを抑制する制御を行うことが考えられる。しかし、この時期はエンジンの運転状態の変化に伴って吸気バルブの開弁状態を切り換えている時期であって、エンジン回転数等が時時刻刻変化しており、そのため、上記のようなトルク抑制制御を適切なタイミング及び適切な制御量で行うことが困難であり、エンジンの運転状態を却って不安定にする恐れがある。
【０００９】
なお、このようなトルクショックの問題及びこれを抑制するための制御を行う場合の上記の問題は、図１３に示すような吸気バルブの閉弁時期の切り換え時に限らず、該バルブの開閉タイミングや開弁時のリフト量の切り換え時等の開弁状態の変更時に一般的に発生するものである。
【００１０】
そこで、本発明は、このような可変動弁機構を備えたエンジンにおける吸気バルブの開弁状態の変更時におけるトルクショックを低減することを主たる課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置は、次のような手段を用いたことを特徴とする。
【００２１】
まず、本願の請求項１に係る発明（以下「第１発明」という。）は、吸気バルブの開弁状態としての開閉タイミングもしくは開弁時のリフト量の少なくとも一方を変化させる可変動弁機構が備えられ、かつ少なくともエンジン回転数を含むエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出されたエンジンの運転状態に応じて上記可変動弁機構を作動させて吸気バルブの開弁状態を変更させる開弁状態変更手段とが設けられた可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置であって、上記開弁状態変更手段は、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、吸気バルブの開弁状態を運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行させ、上記変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態を、現在の開弁状態と上記変更目標開弁状態との間の開弁状態に保持させた後、上記変化率が所定値未満となった時点で変更目標開弁状態に移行させ、かつ、上記開弁状態変更手段が吸気バルブの開弁状態を変更目標開弁状態に移行させるときのトルク変動を抑制するトルク変動抑制手段が備えられていることを特徴とする。
【００２２】
また、本願の請求項２に係る発明（以下「第２発明」という。）は、運転状態検出手段にはスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段が含まれており、開弁状態変更手段は、スロットル開度検出手段で検出されたスロットル開度の変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態を運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行させることを特徴とする。
【００２３】
そして、請求項３に係る発明（以下「第３発明」という。）は、上記第１発明または第２発明におけるトルク変動抑制手段として、点火時期を補正することによってトルク変動を抑制するものを用いることを特徴とし、また、請求項４に係る発明（以下「第４発明」という。）は、同トルク変動抑制手段として、空燃比を補正することによってトルク変動を抑制するものを用いることを特徴とし、また、請求項５に係る発明（以下「第５発明」という。）は、同トルク変動抑制手段として、吸入空気量を補正することによってトルク変動を抑制するものを用いることを特徴とする。
【００２４】
【作用】
以上のような手段を用いることにより、本発明によれば次のような作用が得られる。
【００２５】
まず、第１発明によれば、運転状態検出手段によりエンジンの運転状態の変化が検出されたときに、開弁状態変更手段により可変動弁機構が作動されて、吸気バルブの開弁状態が現在の状態から目標開弁状態、即ち変化後のエンジン運転状態に適合した開弁状態に変更されることになるが、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、吸気バルブの開弁状態が運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行され、上記変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態が、現在の開弁状態と上記変更目標開弁状態との間の開弁状態に保持された後、上記変化率が所定値未満となった時点で変更目標開弁状態に移行され、かつ、上記開弁状態変更手段が吸気バルブの開弁状態を変更目標開弁状態に移行させるときのトルク変動が、トルク変動抑制手段によって抑制されることとなる。
【００２６】
つまり、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、もともとエンジンが比較的安定している状態であつて、吸気バルブの開弁状態の変更に伴うトルク変動の抑制制御を精度よく行うことができるので、該バルブの開閉状態を直ちに目標開弁状態まで変更させる。また、上記エンジン回転数の変化率が所定値以上のときは、エンジンが過渡状態にあり、トルク変動を抑制する制御を適切に行うことが困難で、却ってエンジンの運転状態を不安定にする恐れがあるので、開弁状態の一時保持等の制御を行った後、エンジン回転数の変化率が所定値未満に低下して、上記のようなトルク変動の抑制制御を精度よく行うことができる状態となったときに、開弁状態を目標開弁状態にまで移行させる。
【００２７】
換言すれば、エンジン回転数の変化率が所定値以上の場合、つまり、エンジンが過渡状態にあって、開弁状態の変更に伴うトルク変動の抑制制御を行おうとしても、この制御を適切なタイミングでかつ適切な制御量で精度よく行うことが困難な場合にのみ、一時保持等の開弁状態の制御を行うから、最終目標への移行が徒に遅延されることが回避され、かつトルクショックの発生自体が回避されることになる。
【００２８】
そして、吸気バルブの開弁状態を目標開弁状態まで移行させるときには、トルク変動抑制手段によりトルク変動を抑制する制御が行われることになるが、上記のように目標開弁状態まで移行されるときはエンジンが比較的安定した状態にあるから、このトルク変動抑制制御が精度よく行われて、トルク変動が効果的に抑制されることになる。
【００２９】
また、第２発明によれば、エンジン負荷の変化率が所定値以下の場合、換言すればエンジンが比較的安定した状態にあってトルクショックが目立ち易い状態にあるとき、特に自動車用エンジンの場合にはトルクショックの乗り心地に与える影響が大きくなる場合にのみ、上記のような吸気バルブの開弁状態の変更制御が行われることになるので、トルクショックが余り問題とならない加速時等にこの制御を不必要に行って目標開弁状態への移行を徒に遅らせたりすることなく、上記のようなトルクショックの悪影響が効果的に抑制されることになる。
【００３５】
そして、第３発明によれば、上記第１発明または第２発明においてトルク変動の抑制制御が行われる場合に、この制御が点火時期を補正することによって行われ、また、第４発明によれば、この制御が空燃比を補正することによって行われ、さらに第５発明によれば、吸入空気量を補正することによって行われることになる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１に示すように、この実施例におけるエンジン１の燃焼室２には吸気バルブ３及び排気バルブ４を介してそれぞれ吸気通路５及び排気通路６が連通され、このうち吸気通路５には、上流側から、吸入空気を濾過するエアクリーナ７と、空気流量に基づき吸入空気量を検出する熱線式のエアフローセンサ８と、該吸入空気量ないしエンジン出力をコントロールするスロットルバルブ９と、燃焼室２に燃料を供給する燃料噴射弁１０とが設置されている。また、該吸気通路５におけるスロットルバルブ９の上流と下流とをバイパスするバイパス通路１１には、バイパス空気量を調節するアイドルスピードコントロールバルブ（以下「ＩＳＣバルブ」という。）１２が設置されていると共に、排気通路６には、排ガス浄化用の触媒コンバータ１３が配設されている。
【００３９】
そして、当該エンジン１には、例えば前述の図１１に示したような可変動弁機構（以下「ＶＶＴ機構」という。）１４ａ，１４ｂが上記吸気バルブ３側及び排気バルブ４側にそれぞれ備えられて、これらバルブ３，４のクランク角度に対する開閉タイミングや開弁時のリフト量等の開弁状態が運転状態に応じて可変制御されるようになされていると共に、該ＶＶＴ機構１４ａまたは１４ｂにおいて軸方向にスライド移動され、吸気バルブ３または排気バルブ４に対して作用するカムのプロフィル、すなわち該バルブ３，４の開弁状態を決定するカムシャフトの位置（以下「ＶＶＴポジション」という。）を検出するＶＶＴポジションセンサ１５が併設されている。
【００４０】
さらに、このエンジン１には電子制御式のコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）１６が備えられている。このＥＣＵ１６は、上記エアフローセンサ８からの吸入空気量信号と、スロットルバルブ９の開度を検出するスロットル開度センサ１７からのスロットル開度信号と、エンジン回転数を検出するクランクアングルセンサ１８からのエンジン回転数信号と、ＶＶＴポジションセンサ１５からのＶＶＴポジション信号とを入力し、これらの信号に基づいて、ＶＶＴ機構１４ａ，１４ｂが行う開弁状態の変更過程を制御すると共に、併せて燃料噴射弁１０への燃料噴射制御、ＩＳＣバルブ１２への吸入空気量制御、点火プラグ１９への点火時期制御等を行なうようになされている。
【００４１】
以下、このＥＣＵ１６が行う上記吸気バルブ３の閉弁時期変更制御をフローチャートに従って説明する。
【００４２】
図２に示すように、ＥＣＵ１６はエンジンの運転状態の変化が検出されると、まずステップＳ１でＶＶＴ目標等設定制御のサブルーチンを実行して、ＶＶＴポジションの移行目標、すなわちＶＶＴ目標等を設定する。このサブルーチンは図３に示すフローチャートに従って行なわれ、まずステップＳ２１で空気流量Ｑａを、またステップＳ２２でエンジン回転数Ｎｅをそれぞれ計測したうえで、ステップＳ２３で次式（１）に基づき、１サイクルあたりに燃焼室２に充填される空気充填量、つまり充填効率Ｃｅを算出する。
【００４３】
Ｃｅ＝Ｋ１×（Ｑａ／Ｎｅ） ……（１）
次いで、ＥＣＵ１６はステップＳ２４で次式（２）に基づき、上記算出された充填効率Ｃｅから基本燃料噴射量Ｔｅを算出する。
【００４４】
Ｔｅ＝Ｋ２×Ｃｅ ……（２）
ここで、上記式におけるＫ１及びＫ２はそれぞれ必要な固有の補正を行い、また次元を変換するための補正係数である。
【００４５】
次にステップＳ２５で、上記エンジン回転数Ｎｅと充填効率Ｃｅとを、図４に示すように予めこれら二つの数値の組合せで設定された点火時期の進角値のマップに当てはめて、対応する値を基本点火進角（ＩＧ）として定める。
【００４６】
そして、ＥＣＵ１６はステップＳ２６でスロットル開度ＴＶＯを計測した後、ステップＳ２７で該スロットル開度の前回値から時間変化を計算し、これをアクセル操作量ΔＴＶＯとして定め、さらに、このアクセル操作量ΔＴＶＯが所定以上に変化している場合には、ステップＳ２８で上記定められた基本噴射量Ｔｅ及び基本点火進角ＩＧに必要な過渡補正を施して、補正された基本噴射量Ｔｅ’及び基本点火進角ＩＧ’を設定する。
【００４７】
次いで、ＥＣＵ１６はステップＳ２９で通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔを、またステップＳ３０で暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔをそれぞれ次のようにして設定する。すなわちＥＣＵ１６には、図５に示すように、エンジン回転数とスロットル開度とに対応して予め設定された吸気バルブ３の最適閉弁時期のマップがメモリーされており、このマップに今回計測されたエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度ＴＶＯとを当てはめて対応する閉弁時期を通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとして設定する。なお、このマップにおいて、各値はＴ２＜Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５（°）とされている。また、ＥＣＵ１６には、上記最適閉弁時期のマップと同様に、エンジン回転数とスロットル開度とに対応して予め設定された吸気バルブ３の暫定閉弁時期のマップがメモリーされており、このマップから暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔを設定する。
【００４８】
ここで、上記暫定閉弁時期のマップは次のように設定されている。すなわち、図６に示すように、例えば現在のＶＶＴポジションがＴ２にあり、今回の運転状態の変化に基づいて通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとしてＴ５が設定された場合に、空気充填量が最大となる閉弁時期より現在のＶＶＴポジションＴ２に近い側であって、空気充填量が上記Ｔ５における空気充填量Ｖとほぼ等しい量となるＶＶＴポジション、すなわちＴ１が暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔとして選択されるように設定されている。
【００４９】
これにより、ＶＶＴポジションを空気充填量が最大となる閉弁時期を経由させて通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔまで移行する際に、暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔで一時保持させることにより、空気充填量の増大に伴うトルクショックの発生が回避されると共に、空気充填量を通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔにおける空気充填量Ｖとほぼ等しい量に変更させることができて、エンジンの運転状態の変化に基づいて要求される空気充填量が得られることとなる。
【００５０】
次に、ＥＣＵ１６は図２に示すフローチャートに戻り、ステップＳ２で上記アクセル操作量ΔＴＶＯが所定値Ｌ１以下か否かを判定する。つまり、アクセルペダルの操作量が小さく、エンジンが比較的安定した状態にあってトルクショックが目立ち易い状態にあるのか、またはアクセルペダルの操作量が大きく、トルクショックが余り問題とならない加速時等の状態にあるのかを判定するのである。
【００５１】
そして、前者の場合であると判定されたときはステップＳ３に進んで、上記エンジン回転数Ｎｅの時間変化ΔＮｅが所定値Ｌ２以上か否かを判定する。つまり、エンジンが過渡状態にあって、吸気バルブ３の閉弁時期の変更に伴うトルク変動の抑制制御を行おうとしても、この制御を適切なタイミングでかつ適切な制御量で精度よく行うことが困難な状態にあるのか、またはエンジンが比較的安定した状態にあって、上記トルク抑制制御を精度よく行うことが可能な状態にあるのかを判定するのである。
【００５２】
そして、前者の場合であると判定されたときはステップＳ４に進んで、上記ステップＳ３０で設定された暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔをＶＶＴ目標Ｐｖｖｔとして定める。つまり、トルクショックが目立ち易い状態にあり、かつトルク抑制制御を精度よく行うことが困難な状態にあるときには、ＶＶＴポジションの移行目標として最終的な通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔを選択するのではなく、該通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔと現在のＶＶＴポジションとの間に設けられた暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔを選択するのである。
【００５３】
次いで、ＥＣＵ１６はステップＳ５でＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔを計測し、ステップＳ６でこの計測されたＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔと上記ステップＳ４で定められたＶＶＴ目標、すなわち暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔとの差の絶対値を位置偏差ΔＰｖｖｔとして求め、ステップＳ７でこの位置偏差ΔＰｖｖｔが０となるように、ＶＶＴ機構１４ａのアクチュエータに対する油圧の給排を行ってカムシャフトをスライドさせることによりＶＶＴポジションを補正する。これにより、吸気バルブ３の閉弁時期が暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔに移行されることとなる。
【００５４】
さらに、ＥＣＵ１６はステップＳ８で、上記ステップＳ１におけるサブルーチンと同様にしてＶＶＴ目標等設定制御を行ない、またステップＳ９及びステップＳ１０で、上記ステップＳ２及びステップＳ３と同様の判定を行なって、アクセル操作量ΔＴＶＯが所定値Ｌ１を超えて大きくなるか、もしくはエンジン回転数Ｎｅの時間変化ΔＮｅが所定値Ｌ２未満となるまで上記ステップＳ４からステップＳ１０までを繰り返す。従って、アクセルペダルの操作量が大きく、トルクショックが余り問題とならない状態となるか、もしくはエンジンが比較的安定して、トルク抑制制御を精度よく行うことが可能な状態となるまで、ＶＶＴポジションの暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔへの一時保持が継続されることとなる。
【００５５】
そして、上記ステップＳ９もしくはステップＳ１０で、または最初に上記ステップＳ２もしくはステップＳ３でかかる条件のいずれかが満たされた場合にはステップＳ１１に進んで、上記ステップＳ８またはステップＳ１のＶＶＴ目標等設定制御で設定された通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔをＶＶＴ目標Ｐｖｖｔとして定める。つまり、この場合には、ＶＶＴポジションの移行目標として最終的な通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔを選択するのである。
【００５６】
次いで、ＥＣＵ１６はステップＳ１２でＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔを計測し、ステップＳ１３でこの計測されたＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔがＶＶＴ目標、すなわち通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに一致していないことを確認したうえで、ステップＳ１４で後述するトルク抑制制御のサブルーチンを実行する。しかる後、ステップＳ１５からステップＳ１７で、上記ステップＳ５からステップＳ７と同様に、ＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔを計測し、ＶＶＴ目標、すなわち通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとの間の位置偏差ΔＰｖｖｔを求め、この位置偏差ΔＰｖｖｔが０となるようにＶＶＴポジションを補正することにより、吸気バルブ３の閉弁時期を通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに移行して、この吸気バルブ３の閉弁時期変更制御を終了する。
【００５７】
なお、上記ステップＳ２で当初からアクセル操作量ΔＴＶＯが所定値Ｌ１を超えて大きいと判定された場合には、ＶＶＴポジションが暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔで一時保持されるステップＳ４以下に進むことなく、直ちにステップＳ１１以下に進んでＶＶＴポジションが通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに移行されるので、ＶＶＴポジションの最終目標への移行が徒に遅延されることが回避され、その結果、本来要求されるエンジン状態が早期に実現されて加速応答性の低下等が防止される。
【００５８】
また一方、上記ステップＳ２でアクセル操作量ΔＴＶＯが所定値Ｌ１以下と判定されたが、ステップＳ３でエンジン回転数Ｎｅの時間変化ΔＮｅが所定値Ｌ２未満であると判定された場合にも、ＶＶＴポジションは通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに直ちに移行される。つまり、アクセルペダルの操作量が小さく、トルクショックが目立ち易い状態にあっても、エンジンが比較的安定した状態にあり、トルク抑制制御を精度よく行うことが可能な場合には、ＶＶＴポジションを暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔで一時保持させることなく、トルク変動の抑制制御を実行しつつ直接通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行させるのである。この結果、ＶＶＴポジションの最終目標への移行が徒に遅延されることが回避され、かつトルクショックを精度よく抑制することが可能となる。
【００５９】
次に、上記ステップＳ１４で実行されるトルク抑制制御について説明する。このトルク抑制制御は具体的には、前述した燃料噴射弁１０への燃料噴射量補正制御、ＩＳＣバルブ１２への吸入空気量補正制御及び点火プラグ１９への点火時期補正制御によって行われる。
【００６０】
このうち、点火時期補正によるトルク抑制制御は図７に示すフローチャートに従って行われ、まずステップＳ３１でＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに向けてその移動を開始し、次いでステップＳ３２で、上記充填効率Ｃｅと通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔとから、ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行させた際に生じる充填効率、すなわち過渡の実充填効率Ｃｅ’を計算する。
【００６１】
次いでステップＳ３３で、次式（３）に基づき上記充填効率Ｃｅをトルクに変換すると共に、ステップＳ３４で、次式（４）に基づき上記算出された過渡の実充填効率Ｃｅ’をトルクに変換して、それぞれ通常トルクＷ及び過渡トルクＷ’を計算する。
【００６２】
Ｗ＝Ｋｗ×Ｃｅ−Ｗｓ ……（３）
Ｗ’＝Ｋｗ×Ｃｅ’−Ｗｓ ……（４）
ここで、Ｋｗは必要な固有の補正を行い、また次元をトルクに変換するための補正係数、及びＷｓは変換された値の０点を補正するための補正係数である。
【００６３】
そしてステップＳ３５で、上記過渡トルクＷ’の通常トルクＷに対する比、すなわちトルク増大比ＲＷを算出した後、ステップＳ３６で、点火進角の遅角量、すなわちＩＧリタード量ＩＧｒを求める。このＩＧリタード量ＩＧｒは、例えばエンジン回転数と充填効率との組合せで予め設定された遅角量のマップから対応する値を読み出し、これに上記トルク増大比ＲＷを乗算することによって算出される。これにより、トルク増大比ＲＷが大きいほど、ＩＧリタード量ＩＧｒが大きく設定される。
【００６４】
次いでステップＳ３７で、上記ステップＳ２８において設定された補正された基本点火進角ＩＧ’から上記ＩＧリタード量ＩＧｒを減算することにより、移行時の実点火進角を最終的に算出する。ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行する際には、この実点火進角が実現されるように、点火プラグ１９の点火時期を制御する。
【００６５】
また、燃料噴射量補正によるトルク抑制制御は図８に示すフローチャートに従って、ほぼ上記点火時期補正によるトルク抑制制御と同様に行われ、ステップＳ４１からステップＳ４５で上記ステップＳ３１からステップＳ３５と同様にしてトルク増大比ＲＷを算出した後、ステップＳ４６で、燃料補正量Ｔｅｌ、すなわち噴射燃料の減少量を求める。この燃料補正量Ｔｅｌは、予め設定された噴射燃料の減少量のマップから対応する値を読み出し、これに上記トルク増大比ＲＷを乗算することによって算出される。これにより、トルク増大比ＲＷが大きいほど、燃料補正量Ｔｅｌが大きく設定される。
【００６６】
次いでステップＳ４７で、上記ステップＳ２８において設定された補正された基本噴射量Ｔｅ’から上記燃料補正量Ｔｅｌを減算することにより、移行時の実燃料噴射量を最終的に算出する。ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行する際には、この実燃料噴射量が実現されるように、燃料噴射弁１０の燃料噴射量を制御する。
【００６７】
さらに、図９に示すフローチャートに従って空気流量の補正を行なうことでトルク抑制することも可能で、この場合はステップＳ５１からステップＳ５５でトルク増大比ＲＷを算出した後、ステップＳ５６で、上記ステップＳ２１において読み込まれた空気流量Ｑａに上記トルク増大比ＲＷを乗算することによって、増大された実空気流量が算出され、これにより、移行時にはトルクが低減されるように空燃比が補正されることとなる。
【００６８】
一方、空燃比を一定として吸入空気量を減少させることによりトルク抑制することも可能で、この場合は図１０に示すフローチャートに従い、まずステップＳ６１で、制御が可能なスロットルバイパス空気量の合計値Ｑａｂを算出した後、ステップＳ６２で上記充填効率Ｃｅと通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔとから、ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行させた際に生じる要求空気量の減少特性ΔＱａｂを、減少開始初期における所謂ワンショット補正要求量等を考慮したうえで算出する。そして、ステップＳ６３でこの要求空気量の減少特性ΔＱａｂが実現されるように、スロットルバイパス空気量を補正しつつ、ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに向けてその移動を開始する（ステップＳ６４）。これにより、ＩＳＣバルブ１２による吸入空気量の調整が吸入空気量を減少させるように補正され、その結果、トルクが抑制されて移行時のショックの発生が回避されることとなる。
【００６９】
以上説明したように、本実施例におけるＶＶＴ機構を備えたエンジンの制御装置によれば、図１１に示すようにスロットル開度及びエンジン回転数が変化して、例えば吸気バルブ３の閉弁時期が−４０°から８０°へ移行される際に、直ちに８０°まで移行すると図中仮想線で示すような充填効率の増大が発生してトルクショックが生じるような場合に、一時的に吸気バルブ３の閉弁時期を−１０°で保持するように閉弁時期の変更過程を制御するので、かかるトルクショックを回避することができる。そして、エンジン回転数が落ち着いてトルク変動の抑制制御が精度よく行われ得る状態になった時点で、吸気バルブ３の閉弁時期を−１０°から８０°に移行し、かつその際に図中点線で示すような充填効率の増大を打ち消すようにトルク抑制制御を行うので、この移行時にはトルクショックが発生しないこととなる。なお、図中仮想線で示す時期にトルク抑制制御を行おうとしても、この時期はエンジン回転数が変化中で過渡期にあるため、上記のような精度のよいトルク抑制制御を行なうことができないのである。
【００７０】
上記実施例においては吸気バルブ３の閉弁時期を変更する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、吸気バルブ３の開弁状態としての開弁時期または開弁時のリフト量を変更する場合においても適応されることはいうまでもない。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように第１発明によれば、運転状態検出手段によりエンジンの運転状態の変化が検出されたときに、開弁状態変更手段により可変動弁機構が作動されて、吸気バルブの開弁状態が現在の状態から目標開弁状態、即ち変化後のエンジン運転状態に適合した開弁状態に変更されることになるが、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、吸気バルブの開弁状態が運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行され、上記変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態が、現在の開弁状態と上記変更目標開弁状態との間の開弁状態に保持された後、上記変化率が所定値未満となった時点で変更目標開弁状態に移行され、かつ、上記開弁状態変更手段が吸気バルブの開弁状態を変更目標開弁状態に移行させるときのトルク変動が、トルク変動抑制手段によって抑制されることとなる。
【００７２】
つまり、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、もともとエンジンが比較的安定している状態であつて、吸気バルブの開弁状態の変更に伴うトルク変動の抑制制御を精度よく行うことができるので、該バルブの開閉状態を直ちに目標開弁状態まで変更させる。また、上記エンジン回転数の変化率が所定値以上のときは、エンジンが過渡状態にあり、トルク変動を抑制する制御を適切に行うことが困難で、却ってエンジンの運転状態を不安定にする恐れがあるので、開弁状態の一時保持等の制御を行った後、エンジン回転数の変化率が所定値未満に低下して、上記のようなトルク変動の抑制制御を精席よく行うことができる状態となったときに、開弁状態を目標開弁状態にまで移行させる。
【００７３】
換言すれば、エンジン回転数の変化率が所定値以上の場合、つまり、エンジンが過渡状態にあって、開弁状態の変更に伴うトルク変動の抑制制御を行おうとしても、この制御を適切なタイミングでかつ適切な制御量で精度よく行うことが困難な場合にのみ、一時保持等の開弁状態の制御を行うから、最終目標への移行が徒に遅延されることが回避され、かつトルクショックの発生自体が回避されることになる。
【００７４】
そして、吸気バルブの開弁状態を目標開弁状態まで移行させるときには、トルク変動抑制手段によりトルク変動を抑制する制御が行われることになるが、上記のように目標開弁状態まで移行されるときはエンジンが比較的安定した状態にあるから、このトルク変動抑制制御が精度よく行われて、トルク変動が効果的に抑制されることになる。
【００７５】
また、第２発明によれば、エンジン負荷の変化率が所定値以下の場合、換言すればエンジンが比較的安定した状態にあってトルクショックが目立ち易い状態にあるとき、特に自動車用エンジンの場合にはトルクショックの乗り心地に与える影響が大きくなる場合にのみ、上記のような吸気バルブの開弁状態の変更制御が行われることになるので、トルクショックが余り問題とならない加速時等にこの制御を不必要に行って目標開弁状態への移行を徒に遅らせたりすることなく、上記のようなトルクショックの悪影響が効果的に抑制されることになる。
【００８１】
そして、第３発明によれば、上記第１発明または第２発明においてトルク変動の抑制制御が行われる場合に、この制御が点火時期を補正することによって行われ、また、第４発明によれば、この制御が空燃比を補正することによって行われ、さらに第５発明によれば、吸入空気量を補正することによって行われることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るエンジンの制御システム図である。
【図２】上記実施例に係るコントロールユニットが行う吸気バルブの閉弁時期変更制御のフローチャート図である。
【図３】同じく上記制御のフローチャート図である。
【図４】上記制御で用いるマップ図である。
【図５】同じく上記制御で用いるマップ図である。
【図６】上記実施例におけるエンジンの空気充填量変化の特性図である。
【図７】上記コントロールユニットが行うトルク抑制制御の一態様を示すフローチャート図である。
【図８】同じくトルク抑制制御の一態様を示すフローチャート図である。
【図９】同じくトルク抑制制御の一態様を示すフローチャート図である。
【図１０】同じくトルク抑制制御の一態様を示すフローチャート図である。
【図１１】上記吸気バルブの閉弁時期変更制御時におけるタイムチャート図である。
【図１２】可変動弁機構の一例を示す概念図である。
【図１３】可変動弁機構における問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン
３ 吸気バルブ
８ エアフローセンサ
９ スロットルバルブ
１０ 燃料噴射弁
１１ バイパス通路
１２ ＩＳＣバルブ
１４ａ，１４ｂ 可変動弁機構
１６ ＥＣＵ
１９ 点火プラグ
【産業上の利用分野】
本発明は、可変動弁機構、特に吸気バルブの開弁状態としての開閉タイミングもしくは開弁時のリフト量の少なくとも一方を変化させる可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用等のエンジンにおいては、燃費性能や出力性能等を向上させるために、吸、排気バルブのクランク角度に対する開閉タイミングや開弁時のリフト量等の開弁状態を運転状態に応じて最適の状態に可変制御することが行われ、そのための可変動弁機構として、例えば特開平２−２７１０１４号公報には次のような構成のものが開示されている。
【０００３】
つまり、この可変動弁機構は、図１２に示すように、カムシャフトＡに軸方向に沿ってプロフィルが変化するカムＢ，Ｂを一体形成すると共に、このカムシャフトの一端にアクチュエータＣを備え、該アクチュエータＣに対する油圧の給排によりカムシャフトＡを軸方向にスライドさせるようにしたもので、これによれば、該カムシャフトＡのスライドにより、タペットＤ，Ｄの上面に備えられた摺動板に当接する部位のカムＢ，Ｂのプロフィルが変化して、該タペットＤ，Ｄを介して開閉されるバルブＥ，Ｅの開閉タイミングや開弁時のリフト量が変化することになる。
【０００４】
そして、上記公報には、このような可変動弁機構を用いて、エンジンの運転領域、例えば低回転領域、中回転領域、高回転領域に応じて予め設定した定常時の弁作動角に制御すると共に、運転領域が変化する過渡時には別途設定した過渡時用の弁作動角に制御することが記載されており、これによれば、過渡時における弁作動角の切り換えがスムーズに行われて、トルクが一時的に低下することによる運転性の悪化が回避される、とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなバルブの開閉タイミングや開弁時のリフト量等の開弁状態、特に吸気バルブの開弁状態は空気充填量に大きな影響を与え、例えば、吸気バルブの開弁時期を一定とし、閉弁時期を変化させた場合に、空気充填量は図１３に示すような特性で変化する。
【０００６】
つまり、閉弁時期が、ピストンの吸気下死点を０°とした場合に、例えばこの下死点より手前の−４０°から下死点過ぎ８０°までの範囲で可変制御されるものとしたときに、下死点過ぎ３０°〜４０°付近で空気充填量が最も多くなり、その前後で空気充填量が減少するという特性を示すのである。
【０００７】
そして、今、エンジンの運転状態の変化に伴い、吸気バルブの閉弁時期を、図１３に矢印ａで示すように、例えば所謂早閉じ状態の−４０°から遅閉じ状態の６０°に切り換えるものとした場合、この切り換えが前述の可変動弁機構におけるカムシャフトＡの軸方向のスライドによって行われるものであるときは、該カムシャフトＡのスライドには一定の時間を要するので、その間に閉弁時期が３０°〜４０°の空気充填量が最大となる状態での吸気行程を経由することになる。そして、このときにエンジンの出力トルクが過度に高くなり、トルクショックが発生するのである。
【０００８】
この問題に対しては、上記の空気充填量が最大となる状態を経由するときに、エンジンの出力トルクを抑制する制御を行うことが考えられる。しかし、この時期はエンジンの運転状態の変化に伴って吸気バルブの開弁状態を切り換えている時期であって、エンジン回転数等が時時刻刻変化しており、そのため、上記のようなトルク抑制制御を適切なタイミング及び適切な制御量で行うことが困難であり、エンジンの運転状態を却って不安定にする恐れがある。
【０００９】
なお、このようなトルクショックの問題及びこれを抑制するための制御を行う場合の上記の問題は、図１３に示すような吸気バルブの閉弁時期の切り換え時に限らず、該バルブの開閉タイミングや開弁時のリフト量の切り換え時等の開弁状態の変更時に一般的に発生するものである。
【００１０】
そこで、本発明は、このような可変動弁機構を備えたエンジンにおける吸気バルブの開弁状態の変更時におけるトルクショックを低減することを主たる課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置は、次のような手段を用いたことを特徴とする。
【００２１】
まず、本願の請求項１に係る発明（以下「第１発明」という。）は、吸気バルブの開弁状態としての開閉タイミングもしくは開弁時のリフト量の少なくとも一方を変化させる可変動弁機構が備えられ、かつ少なくともエンジン回転数を含むエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出されたエンジンの運転状態に応じて上記可変動弁機構を作動させて吸気バルブの開弁状態を変更させる開弁状態変更手段とが設けられた可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置であって、上記開弁状態変更手段は、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、吸気バルブの開弁状態を運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行させ、上記変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態を、現在の開弁状態と上記変更目標開弁状態との間の開弁状態に保持させた後、上記変化率が所定値未満となった時点で変更目標開弁状態に移行させ、かつ、上記開弁状態変更手段が吸気バルブの開弁状態を変更目標開弁状態に移行させるときのトルク変動を抑制するトルク変動抑制手段が備えられていることを特徴とする。
【００２２】
また、本願の請求項２に係る発明（以下「第２発明」という。）は、運転状態検出手段にはスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段が含まれており、開弁状態変更手段は、スロットル開度検出手段で検出されたスロットル開度の変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態を運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行させることを特徴とする。
【００２３】
そして、請求項３に係る発明（以下「第３発明」という。）は、上記第１発明または第２発明におけるトルク変動抑制手段として、点火時期を補正することによってトルク変動を抑制するものを用いることを特徴とし、また、請求項４に係る発明（以下「第４発明」という。）は、同トルク変動抑制手段として、空燃比を補正することによってトルク変動を抑制するものを用いることを特徴とし、また、請求項５に係る発明（以下「第５発明」という。）は、同トルク変動抑制手段として、吸入空気量を補正することによってトルク変動を抑制するものを用いることを特徴とする。
【００２４】
【作用】
以上のような手段を用いることにより、本発明によれば次のような作用が得られる。
【００２５】
まず、第１発明によれば、運転状態検出手段によりエンジンの運転状態の変化が検出されたときに、開弁状態変更手段により可変動弁機構が作動されて、吸気バルブの開弁状態が現在の状態から目標開弁状態、即ち変化後のエンジン運転状態に適合した開弁状態に変更されることになるが、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、吸気バルブの開弁状態が運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行され、上記変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態が、現在の開弁状態と上記変更目標開弁状態との間の開弁状態に保持された後、上記変化率が所定値未満となった時点で変更目標開弁状態に移行され、かつ、上記開弁状態変更手段が吸気バルブの開弁状態を変更目標開弁状態に移行させるときのトルク変動が、トルク変動抑制手段によって抑制されることとなる。
【００２６】
つまり、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、もともとエンジンが比較的安定している状態であつて、吸気バルブの開弁状態の変更に伴うトルク変動の抑制制御を精度よく行うことができるので、該バルブの開閉状態を直ちに目標開弁状態まで変更させる。また、上記エンジン回転数の変化率が所定値以上のときは、エンジンが過渡状態にあり、トルク変動を抑制する制御を適切に行うことが困難で、却ってエンジンの運転状態を不安定にする恐れがあるので、開弁状態の一時保持等の制御を行った後、エンジン回転数の変化率が所定値未満に低下して、上記のようなトルク変動の抑制制御を精度よく行うことができる状態となったときに、開弁状態を目標開弁状態にまで移行させる。
【００２７】
換言すれば、エンジン回転数の変化率が所定値以上の場合、つまり、エンジンが過渡状態にあって、開弁状態の変更に伴うトルク変動の抑制制御を行おうとしても、この制御を適切なタイミングでかつ適切な制御量で精度よく行うことが困難な場合にのみ、一時保持等の開弁状態の制御を行うから、最終目標への移行が徒に遅延されることが回避され、かつトルクショックの発生自体が回避されることになる。
【００２８】
そして、吸気バルブの開弁状態を目標開弁状態まで移行させるときには、トルク変動抑制手段によりトルク変動を抑制する制御が行われることになるが、上記のように目標開弁状態まで移行されるときはエンジンが比較的安定した状態にあるから、このトルク変動抑制制御が精度よく行われて、トルク変動が効果的に抑制されることになる。
【００２９】
また、第２発明によれば、エンジン負荷の変化率が所定値以下の場合、換言すればエンジンが比較的安定した状態にあってトルクショックが目立ち易い状態にあるとき、特に自動車用エンジンの場合にはトルクショックの乗り心地に与える影響が大きくなる場合にのみ、上記のような吸気バルブの開弁状態の変更制御が行われることになるので、トルクショックが余り問題とならない加速時等にこの制御を不必要に行って目標開弁状態への移行を徒に遅らせたりすることなく、上記のようなトルクショックの悪影響が効果的に抑制されることになる。
【００３５】
そして、第３発明によれば、上記第１発明または第２発明においてトルク変動の抑制制御が行われる場合に、この制御が点火時期を補正することによって行われ、また、第４発明によれば、この制御が空燃比を補正することによって行われ、さらに第５発明によれば、吸入空気量を補正することによって行われることになる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１に示すように、この実施例におけるエンジン１の燃焼室２には吸気バルブ３及び排気バルブ４を介してそれぞれ吸気通路５及び排気通路６が連通され、このうち吸気通路５には、上流側から、吸入空気を濾過するエアクリーナ７と、空気流量に基づき吸入空気量を検出する熱線式のエアフローセンサ８と、該吸入空気量ないしエンジン出力をコントロールするスロットルバルブ９と、燃焼室２に燃料を供給する燃料噴射弁１０とが設置されている。また、該吸気通路５におけるスロットルバルブ９の上流と下流とをバイパスするバイパス通路１１には、バイパス空気量を調節するアイドルスピードコントロールバルブ（以下「ＩＳＣバルブ」という。）１２が設置されていると共に、排気通路６には、排ガス浄化用の触媒コンバータ１３が配設されている。
【００３９】
そして、当該エンジン１には、例えば前述の図１１に示したような可変動弁機構（以下「ＶＶＴ機構」という。）１４ａ，１４ｂが上記吸気バルブ３側及び排気バルブ４側にそれぞれ備えられて、これらバルブ３，４のクランク角度に対する開閉タイミングや開弁時のリフト量等の開弁状態が運転状態に応じて可変制御されるようになされていると共に、該ＶＶＴ機構１４ａまたは１４ｂにおいて軸方向にスライド移動され、吸気バルブ３または排気バルブ４に対して作用するカムのプロフィル、すなわち該バルブ３，４の開弁状態を決定するカムシャフトの位置（以下「ＶＶＴポジション」という。）を検出するＶＶＴポジションセンサ１５が併設されている。
【００４０】
さらに、このエンジン１には電子制御式のコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）１６が備えられている。このＥＣＵ１６は、上記エアフローセンサ８からの吸入空気量信号と、スロットルバルブ９の開度を検出するスロットル開度センサ１７からのスロットル開度信号と、エンジン回転数を検出するクランクアングルセンサ１８からのエンジン回転数信号と、ＶＶＴポジションセンサ１５からのＶＶＴポジション信号とを入力し、これらの信号に基づいて、ＶＶＴ機構１４ａ，１４ｂが行う開弁状態の変更過程を制御すると共に、併せて燃料噴射弁１０への燃料噴射制御、ＩＳＣバルブ１２への吸入空気量制御、点火プラグ１９への点火時期制御等を行なうようになされている。
【００４１】
以下、このＥＣＵ１６が行う上記吸気バルブ３の閉弁時期変更制御をフローチャートに従って説明する。
【００４２】
図２に示すように、ＥＣＵ１６はエンジンの運転状態の変化が検出されると、まずステップＳ１でＶＶＴ目標等設定制御のサブルーチンを実行して、ＶＶＴポジションの移行目標、すなわちＶＶＴ目標等を設定する。このサブルーチンは図３に示すフローチャートに従って行なわれ、まずステップＳ２１で空気流量Ｑａを、またステップＳ２２でエンジン回転数Ｎｅをそれぞれ計測したうえで、ステップＳ２３で次式（１）に基づき、１サイクルあたりに燃焼室２に充填される空気充填量、つまり充填効率Ｃｅを算出する。
【００４３】
Ｃｅ＝Ｋ１×（Ｑａ／Ｎｅ） ……（１）
次いで、ＥＣＵ１６はステップＳ２４で次式（２）に基づき、上記算出された充填効率Ｃｅから基本燃料噴射量Ｔｅを算出する。
【００４４】
Ｔｅ＝Ｋ２×Ｃｅ ……（２）
ここで、上記式におけるＫ１及びＫ２はそれぞれ必要な固有の補正を行い、また次元を変換するための補正係数である。
【００４５】
次にステップＳ２５で、上記エンジン回転数Ｎｅと充填効率Ｃｅとを、図４に示すように予めこれら二つの数値の組合せで設定された点火時期の進角値のマップに当てはめて、対応する値を基本点火進角（ＩＧ）として定める。
【００４６】
そして、ＥＣＵ１６はステップＳ２６でスロットル開度ＴＶＯを計測した後、ステップＳ２７で該スロットル開度の前回値から時間変化を計算し、これをアクセル操作量ΔＴＶＯとして定め、さらに、このアクセル操作量ΔＴＶＯが所定以上に変化している場合には、ステップＳ２８で上記定められた基本噴射量Ｔｅ及び基本点火進角ＩＧに必要な過渡補正を施して、補正された基本噴射量Ｔｅ’及び基本点火進角ＩＧ’を設定する。
【００４７】
次いで、ＥＣＵ１６はステップＳ２９で通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔを、またステップＳ３０で暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔをそれぞれ次のようにして設定する。すなわちＥＣＵ１６には、図５に示すように、エンジン回転数とスロットル開度とに対応して予め設定された吸気バルブ３の最適閉弁時期のマップがメモリーされており、このマップに今回計測されたエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度ＴＶＯとを当てはめて対応する閉弁時期を通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとして設定する。なお、このマップにおいて、各値はＴ２＜Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５（°）とされている。また、ＥＣＵ１６には、上記最適閉弁時期のマップと同様に、エンジン回転数とスロットル開度とに対応して予め設定された吸気バルブ３の暫定閉弁時期のマップがメモリーされており、このマップから暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔを設定する。
【００４８】
ここで、上記暫定閉弁時期のマップは次のように設定されている。すなわち、図６に示すように、例えば現在のＶＶＴポジションがＴ２にあり、今回の運転状態の変化に基づいて通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとしてＴ５が設定された場合に、空気充填量が最大となる閉弁時期より現在のＶＶＴポジションＴ２に近い側であって、空気充填量が上記Ｔ５における空気充填量Ｖとほぼ等しい量となるＶＶＴポジション、すなわちＴ１が暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔとして選択されるように設定されている。
【００４９】
これにより、ＶＶＴポジションを空気充填量が最大となる閉弁時期を経由させて通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔまで移行する際に、暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔで一時保持させることにより、空気充填量の増大に伴うトルクショックの発生が回避されると共に、空気充填量を通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔにおける空気充填量Ｖとほぼ等しい量に変更させることができて、エンジンの運転状態の変化に基づいて要求される空気充填量が得られることとなる。
【００５０】
次に、ＥＣＵ１６は図２に示すフローチャートに戻り、ステップＳ２で上記アクセル操作量ΔＴＶＯが所定値Ｌ１以下か否かを判定する。つまり、アクセルペダルの操作量が小さく、エンジンが比較的安定した状態にあってトルクショックが目立ち易い状態にあるのか、またはアクセルペダルの操作量が大きく、トルクショックが余り問題とならない加速時等の状態にあるのかを判定するのである。
【００５１】
そして、前者の場合であると判定されたときはステップＳ３に進んで、上記エンジン回転数Ｎｅの時間変化ΔＮｅが所定値Ｌ２以上か否かを判定する。つまり、エンジンが過渡状態にあって、吸気バルブ３の閉弁時期の変更に伴うトルク変動の抑制制御を行おうとしても、この制御を適切なタイミングでかつ適切な制御量で精度よく行うことが困難な状態にあるのか、またはエンジンが比較的安定した状態にあって、上記トルク抑制制御を精度よく行うことが可能な状態にあるのかを判定するのである。
【００５２】
そして、前者の場合であると判定されたときはステップＳ４に進んで、上記ステップＳ３０で設定された暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔをＶＶＴ目標Ｐｖｖｔとして定める。つまり、トルクショックが目立ち易い状態にあり、かつトルク抑制制御を精度よく行うことが困難な状態にあるときには、ＶＶＴポジションの移行目標として最終的な通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔを選択するのではなく、該通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔと現在のＶＶＴポジションとの間に設けられた暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔを選択するのである。
【００５３】
次いで、ＥＣＵ１６はステップＳ５でＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔを計測し、ステップＳ６でこの計測されたＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔと上記ステップＳ４で定められたＶＶＴ目標、すなわち暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔとの差の絶対値を位置偏差ΔＰｖｖｔとして求め、ステップＳ７でこの位置偏差ΔＰｖｖｔが０となるように、ＶＶＴ機構１４ａのアクチュエータに対する油圧の給排を行ってカムシャフトをスライドさせることによりＶＶＴポジションを補正する。これにより、吸気バルブ３の閉弁時期が暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔに移行されることとなる。
【００５４】
さらに、ＥＣＵ１６はステップＳ８で、上記ステップＳ１におけるサブルーチンと同様にしてＶＶＴ目標等設定制御を行ない、またステップＳ９及びステップＳ１０で、上記ステップＳ２及びステップＳ３と同様の判定を行なって、アクセル操作量ΔＴＶＯが所定値Ｌ１を超えて大きくなるか、もしくはエンジン回転数Ｎｅの時間変化ΔＮｅが所定値Ｌ２未満となるまで上記ステップＳ４からステップＳ１０までを繰り返す。従って、アクセルペダルの操作量が大きく、トルクショックが余り問題とならない状態となるか、もしくはエンジンが比較的安定して、トルク抑制制御を精度よく行うことが可能な状態となるまで、ＶＶＴポジションの暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔへの一時保持が継続されることとなる。
【００５５】
そして、上記ステップＳ９もしくはステップＳ１０で、または最初に上記ステップＳ２もしくはステップＳ３でかかる条件のいずれかが満たされた場合にはステップＳ１１に進んで、上記ステップＳ８またはステップＳ１のＶＶＴ目標等設定制御で設定された通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔをＶＶＴ目標Ｐｖｖｔとして定める。つまり、この場合には、ＶＶＴポジションの移行目標として最終的な通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔを選択するのである。
【００５６】
次いで、ＥＣＵ１６はステップＳ１２でＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔを計測し、ステップＳ１３でこの計測されたＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔがＶＶＴ目標、すなわち通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに一致していないことを確認したうえで、ステップＳ１４で後述するトルク抑制制御のサブルーチンを実行する。しかる後、ステップＳ１５からステップＳ１７で、上記ステップＳ５からステップＳ７と同様に、ＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔを計測し、ＶＶＴ目標、すなわち通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとの間の位置偏差ΔＰｖｖｔを求め、この位置偏差ΔＰｖｖｔが０となるようにＶＶＴポジションを補正することにより、吸気バルブ３の閉弁時期を通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに移行して、この吸気バルブ３の閉弁時期変更制御を終了する。
【００５７】
なお、上記ステップＳ２で当初からアクセル操作量ΔＴＶＯが所定値Ｌ１を超えて大きいと判定された場合には、ＶＶＴポジションが暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔで一時保持されるステップＳ４以下に進むことなく、直ちにステップＳ１１以下に進んでＶＶＴポジションが通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに移行されるので、ＶＶＴポジションの最終目標への移行が徒に遅延されることが回避され、その結果、本来要求されるエンジン状態が早期に実現されて加速応答性の低下等が防止される。
【００５８】
また一方、上記ステップＳ２でアクセル操作量ΔＴＶＯが所定値Ｌ１以下と判定されたが、ステップＳ３でエンジン回転数Ｎｅの時間変化ΔＮｅが所定値Ｌ２未満であると判定された場合にも、ＶＶＴポジションは通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに直ちに移行される。つまり、アクセルペダルの操作量が小さく、トルクショックが目立ち易い状態にあっても、エンジンが比較的安定した状態にあり、トルク抑制制御を精度よく行うことが可能な場合には、ＶＶＴポジションを暫定ＶＶＴ目標Ｐ２ｖｖｔで一時保持させることなく、トルク変動の抑制制御を実行しつつ直接通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行させるのである。この結果、ＶＶＴポジションの最終目標への移行が徒に遅延されることが回避され、かつトルクショックを精度よく抑制することが可能となる。
【００５９】
次に、上記ステップＳ１４で実行されるトルク抑制制御について説明する。このトルク抑制制御は具体的には、前述した燃料噴射弁１０への燃料噴射量補正制御、ＩＳＣバルブ１２への吸入空気量補正制御及び点火プラグ１９への点火時期補正制御によって行われる。
【００６０】
このうち、点火時期補正によるトルク抑制制御は図７に示すフローチャートに従って行われ、まずステップＳ３１でＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに向けてその移動を開始し、次いでステップＳ３２で、上記充填効率Ｃｅと通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔとから、ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行させた際に生じる充填効率、すなわち過渡の実充填効率Ｃｅ’を計算する。
【００６１】
次いでステップＳ３３で、次式（３）に基づき上記充填効率Ｃｅをトルクに変換すると共に、ステップＳ３４で、次式（４）に基づき上記算出された過渡の実充填効率Ｃｅ’をトルクに変換して、それぞれ通常トルクＷ及び過渡トルクＷ’を計算する。
【００６２】
Ｗ＝Ｋｗ×Ｃｅ−Ｗｓ ……（３）
Ｗ’＝Ｋｗ×Ｃｅ’−Ｗｓ ……（４）
ここで、Ｋｗは必要な固有の補正を行い、また次元をトルクに変換するための補正係数、及びＷｓは変換された値の０点を補正するための補正係数である。
【００６３】
そしてステップＳ３５で、上記過渡トルクＷ’の通常トルクＷに対する比、すなわちトルク増大比ＲＷを算出した後、ステップＳ３６で、点火進角の遅角量、すなわちＩＧリタード量ＩＧｒを求める。このＩＧリタード量ＩＧｒは、例えばエンジン回転数と充填効率との組合せで予め設定された遅角量のマップから対応する値を読み出し、これに上記トルク増大比ＲＷを乗算することによって算出される。これにより、トルク増大比ＲＷが大きいほど、ＩＧリタード量ＩＧｒが大きく設定される。
【００６４】
次いでステップＳ３７で、上記ステップＳ２８において設定された補正された基本点火進角ＩＧ’から上記ＩＧリタード量ＩＧｒを減算することにより、移行時の実点火進角を最終的に算出する。ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行する際には、この実点火進角が実現されるように、点火プラグ１９の点火時期を制御する。
【００６５】
また、燃料噴射量補正によるトルク抑制制御は図８に示すフローチャートに従って、ほぼ上記点火時期補正によるトルク抑制制御と同様に行われ、ステップＳ４１からステップＳ４５で上記ステップＳ３１からステップＳ３５と同様にしてトルク増大比ＲＷを算出した後、ステップＳ４６で、燃料補正量Ｔｅｌ、すなわち噴射燃料の減少量を求める。この燃料補正量Ｔｅｌは、予め設定された噴射燃料の減少量のマップから対応する値を読み出し、これに上記トルク増大比ＲＷを乗算することによって算出される。これにより、トルク増大比ＲＷが大きいほど、燃料補正量Ｔｅｌが大きく設定される。
【００６６】
次いでステップＳ４７で、上記ステップＳ２８において設定された補正された基本噴射量Ｔｅ’から上記燃料補正量Ｔｅｌを減算することにより、移行時の実燃料噴射量を最終的に算出する。ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行する際には、この実燃料噴射量が実現されるように、燃料噴射弁１０の燃料噴射量を制御する。
【００６７】
さらに、図９に示すフローチャートに従って空気流量の補正を行なうことでトルク抑制することも可能で、この場合はステップＳ５１からステップＳ５５でトルク増大比ＲＷを算出した後、ステップＳ５６で、上記ステップＳ２１において読み込まれた空気流量Ｑａに上記トルク増大比ＲＷを乗算することによって、増大された実空気流量が算出され、これにより、移行時にはトルクが低減されるように空燃比が補正されることとなる。
【００６８】
一方、空燃比を一定として吸入空気量を減少させることによりトルク抑制することも可能で、この場合は図１０に示すフローチャートに従い、まずステップＳ６１で、制御が可能なスロットルバイパス空気量の合計値Ｑａｂを算出した後、ステップＳ６２で上記充填効率Ｃｅと通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔとＶＶＴポジションＰ’ｖｖｔとから、ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔへと移行させた際に生じる要求空気量の減少特性ΔＱａｂを、減少開始初期における所謂ワンショット補正要求量等を考慮したうえで算出する。そして、ステップＳ６３でこの要求空気量の減少特性ΔＱａｂが実現されるように、スロットルバイパス空気量を補正しつつ、ＶＶＴポジションを通常ＶＶＴ目標Ｐ１ｖｖｔに向けてその移動を開始する（ステップＳ６４）。これにより、ＩＳＣバルブ１２による吸入空気量の調整が吸入空気量を減少させるように補正され、その結果、トルクが抑制されて移行時のショックの発生が回避されることとなる。
【００６９】
以上説明したように、本実施例におけるＶＶＴ機構を備えたエンジンの制御装置によれば、図１１に示すようにスロットル開度及びエンジン回転数が変化して、例えば吸気バルブ３の閉弁時期が−４０°から８０°へ移行される際に、直ちに８０°まで移行すると図中仮想線で示すような充填効率の増大が発生してトルクショックが生じるような場合に、一時的に吸気バルブ３の閉弁時期を−１０°で保持するように閉弁時期の変更過程を制御するので、かかるトルクショックを回避することができる。そして、エンジン回転数が落ち着いてトルク変動の抑制制御が精度よく行われ得る状態になった時点で、吸気バルブ３の閉弁時期を−１０°から８０°に移行し、かつその際に図中点線で示すような充填効率の増大を打ち消すようにトルク抑制制御を行うので、この移行時にはトルクショックが発生しないこととなる。なお、図中仮想線で示す時期にトルク抑制制御を行おうとしても、この時期はエンジン回転数が変化中で過渡期にあるため、上記のような精度のよいトルク抑制制御を行なうことができないのである。
【００７０】
上記実施例においては吸気バルブ３の閉弁時期を変更する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、吸気バルブ３の開弁状態としての開弁時期または開弁時のリフト量を変更する場合においても適応されることはいうまでもない。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように第１発明によれば、運転状態検出手段によりエンジンの運転状態の変化が検出されたときに、開弁状態変更手段により可変動弁機構が作動されて、吸気バルブの開弁状態が現在の状態から目標開弁状態、即ち変化後のエンジン運転状態に適合した開弁状態に変更されることになるが、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、吸気バルブの開弁状態が運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行され、上記変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態が、現在の開弁状態と上記変更目標開弁状態との間の開弁状態に保持された後、上記変化率が所定値未満となった時点で変更目標開弁状態に移行され、かつ、上記開弁状態変更手段が吸気バルブの開弁状態を変更目標開弁状態に移行させるときのトルク変動が、トルク変動抑制手段によって抑制されることとなる。
【００７２】
つまり、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、もともとエンジンが比較的安定している状態であつて、吸気バルブの開弁状態の変更に伴うトルク変動の抑制制御を精度よく行うことができるので、該バルブの開閉状態を直ちに目標開弁状態まで変更させる。また、上記エンジン回転数の変化率が所定値以上のときは、エンジンが過渡状態にあり、トルク変動を抑制する制御を適切に行うことが困難で、却ってエンジンの運転状態を不安定にする恐れがあるので、開弁状態の一時保持等の制御を行った後、エンジン回転数の変化率が所定値未満に低下して、上記のようなトルク変動の抑制制御を精席よく行うことができる状態となったときに、開弁状態を目標開弁状態にまで移行させる。
【００７３】
換言すれば、エンジン回転数の変化率が所定値以上の場合、つまり、エンジンが過渡状態にあって、開弁状態の変更に伴うトルク変動の抑制制御を行おうとしても、この制御を適切なタイミングでかつ適切な制御量で精度よく行うことが困難な場合にのみ、一時保持等の開弁状態の制御を行うから、最終目標への移行が徒に遅延されることが回避され、かつトルクショックの発生自体が回避されることになる。
【００７４】
そして、吸気バルブの開弁状態を目標開弁状態まで移行させるときには、トルク変動抑制手段によりトルク変動を抑制する制御が行われることになるが、上記のように目標開弁状態まで移行されるときはエンジンが比較的安定した状態にあるから、このトルク変動抑制制御が精度よく行われて、トルク変動が効果的に抑制されることになる。
【００７５】
また、第２発明によれば、エンジン負荷の変化率が所定値以下の場合、換言すればエンジンが比較的安定した状態にあってトルクショックが目立ち易い状態にあるとき、特に自動車用エンジンの場合にはトルクショックの乗り心地に与える影響が大きくなる場合にのみ、上記のような吸気バルブの開弁状態の変更制御が行われることになるので、トルクショックが余り問題とならない加速時等にこの制御を不必要に行って目標開弁状態への移行を徒に遅らせたりすることなく、上記のようなトルクショックの悪影響が効果的に抑制されることになる。
【００８１】
そして、第３発明によれば、上記第１発明または第２発明においてトルク変動の抑制制御が行われる場合に、この制御が点火時期を補正することによって行われ、また、第４発明によれば、この制御が空燃比を補正することによって行われ、さらに第５発明によれば、吸入空気量を補正することによって行われることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るエンジンの制御システム図である。
【図２】上記実施例に係るコントロールユニットが行う吸気バルブの閉弁時期変更制御のフローチャート図である。
【図３】同じく上記制御のフローチャート図である。
【図４】上記制御で用いるマップ図である。
【図５】同じく上記制御で用いるマップ図である。
【図６】上記実施例におけるエンジンの空気充填量変化の特性図である。
【図７】上記コントロールユニットが行うトルク抑制制御の一態様を示すフローチャート図である。
【図８】同じくトルク抑制制御の一態様を示すフローチャート図である。
【図９】同じくトルク抑制制御の一態様を示すフローチャート図である。
【図１０】同じくトルク抑制制御の一態様を示すフローチャート図である。
【図１１】上記吸気バルブの閉弁時期変更制御時におけるタイムチャート図である。
【図１２】可変動弁機構の一例を示す概念図である。
【図１３】可変動弁機構における問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン
３ 吸気バルブ
８ エアフローセンサ
９ スロットルバルブ
１０ 燃料噴射弁
１１ バイパス通路
１２ ＩＳＣバルブ
１４ａ，１４ｂ 可変動弁機構
１６ ＥＣＵ
１９ 点火プラグ
Claims (5)
- 吸気バルブの開弁状態としての開閉タイミングもしくは開弁時のリフト量の少なくとも一方を変化させる可変動弁機構が備えられ、かつ少なくともエンジン回転数を含むエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出されたエンジンの運転状態に応じて上記可変動弁機構を作動させて吸気バルブの開弁状態を変更させる開弁状態変更手段とが設けられた可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置であって、上記開弁状態変更手段は、運転状態検出手段で検出されたエンジン回転数の変化率が所定値未満のときは、吸気バルブの開弁状態を運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行させ、上記変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態を、現在の開弁状態と上記変更目標開弁状態との間の開弁状態に保持させた後、上記変化率が所定値未満となった時点で変更目標開弁状態に移行させ、かつ、上記開弁状態変更手段が吸気バルブの開弁状態を変更目標開弁状態に移行させるときのトルク変動を抑制するトルク変動抑制手段が備えられていることを特徴とする可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置。
- 運転状態検出手段にはスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段が含まれており、開弁状態変更手段は、スロットル開度検出手段で検出されたスロットル開度の変化率が所定値以上のときは、吸気バルブの開弁状態を運転状態に応じて設定された変更目標開弁状態に直ちに移行させることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置。
- トルク変動抑制手段は、点火時期を補正することによってトルク変動を抑制するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置。
- トルク変動抑制手段は、空燃比を補正することによってトルク変動を抑制するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置。
- トルク変動抑制手段は、吸入空気量を補正することによってトルク変動を抑制するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置。
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