JP3786011B2

JP3786011B2 - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP3786011B2
Application number: JP2002003059A
Authority: JP
Inventors: 信一竹村; 常靖野原; 孝伸杉山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP2003201868A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸気弁に用いられる可変動弁装置、特に、吸気弁のリフト量あるいは作動角を可変制御する第１可変動弁機構と、吸気弁リフトの中心角の位相を可変制御する第２可変動弁機構と、を備え、これらの２つの可変動弁機構により吸入空気量を制御するようにした可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特公平５−８７６４３号公報には、内燃機関における吸排気弁のリフト・作動角を可変制御するリフト・作動角可変機構と、リフト中心角の位相を可変制御する位相可変機構と、を組み合わせてなる内燃機関の可変動弁装置が開示されている。この装置では、位相可変機構の制御状態つまりリフト中心角の実位相を検出するセンサを具備しており、検出した実位相に基づいて、リフト・作動角可変機構の制御に制限を加えるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の装置では、リフト中心角の実位相を検出するセンサとして、位相制御用アクチュエータの可動部の位置を接触子を介して検出するアナログセンサが用いられているが、例えば、位相検出用のセンサとして非接触型のセンサを用い、カムシャフト（カム駆動軸）の１回転毎に位相検出を行うようにした場合などは、実位相の検出間隔とリフト量制御の実行間隔とが大きく異なることになり、位相制御とリフト量制御とを整合させることが困難となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の内燃機関の可変動弁装置は、吸気弁のリフト量あるいは作動角の少なくとも一方を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、吸気弁リフトの中心角の位相を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備えており、これらの２つの可変動弁機構を制御することにより内燃機関の吸入空気量を可変制御している。
【０００５】
そして、上記第１可変動弁機構の制御状態を検出する第１センサと、上記第２可変動弁機構の制御状態を検出する第２センサと、を備えている。ここで、上記第１センサは、上記第１可変動弁機構の制御状態を常時検出可能であり、これに対し、上記第２センサは、上記第２可変動弁機構の制御状態を特定のタイミングでのみ検出可能となっている。つまり第２センサでは、例えば、クランク角度の７２０°毎、あるいは３６０°毎といった間隔で、第２可変動弁機構の制御状態つまり実位相が検出される。
【０００６】
そして、本発明の可変動弁装置は制御装置を備えており、この制御装置は、上記第２センサからの検出信号つまり実位相を示す信号に基づいて上記第２可変動弁機構を制御する。例えば内燃機関の運転条件に応じて設定される目標位相に合致するように、第２可変動弁機構に対し制御指令が出力される。また、制御装置は、この制御指令に応答して変化する上記第２可変動弁機構の制御状態を推定し、この推定結果と上記第１センサからの検出信号に応じて上記第１可変動弁機構を制御する。すなわち、例えば内燃機関の運転条件に応じて目標のリフト量あるいは作動角が設定され、これに合致するように第１可変動弁機構が制御されるが、この目標のリフト量あるいは作動角は、位相が正しく制御されていることを前提とするので、上記制御指令により第２可変動弁機構の制御状態が変化しつつあるときには、第２センサの前回の検出タイミングから次の検出タイミングまでの間に実際の制御状態が変化し、目標のリフト量あるいは作動角が、実際の位相に適合したものとならない。そこで、本発明では、制御指令に応答して変化する第２可変動弁機構のそのときの制御状態つまり実際の位相を推定し、この推定した位相を用いて第１可変動弁機構を制御する。例えば推定した位相に基づいて、目標のリフト量あるいは作動角が補正される。
【０００７】
【発明の効果】
この発明によれば、第２センサによる第２可変動弁機構の制御状態の検出が例えば機関の１サイクル毎に１回といったように大きな間隔で行われる場合でも、その間の第２可変動弁機構の制御状態を推定することにより、リフト量あるいは作動角の制御を高精度に微小間隔で実行することが可能となる。換言すれば、実位相の検出間隔とリフト／作動角制御の実行間隔との大きな相違に起因する両制御の不整合を回避することができ、吸入空気量の制御精度が向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を、自動車用火花点火式ガソリン機関の吸気弁に適用した実施の形態について説明する。
【０００９】
図１は、内燃機関の吸気弁側可変動弁装置の構成を示す構成説明図であり、この可変動弁装置は、可変動弁機構として、吸気弁のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構１（第１可変動弁機構に相当する）と、そのリフトの中心角の位相（図示せぬクランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構２１（第２可変動弁機構に相当する）と、を備えている。
【００１０】
まず、リフト・作動角可変機構１を説明する。なお、このリフト・作動角可変機構１は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【００１１】
リフト・作動角可変機構１は、シリンダヘッド（図示せず）に摺動自在に設けられた吸気弁１１と、シリンダヘッド上部のカムブラケット（図示せず）に回転自在に支持された駆動軸２と、この駆動軸２に、圧入等により固定された偏心カム３と、上記駆動軸２の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸２と平行に配置された制御軸１２と、この制御軸１２の偏心カム部１８に揺動自在に支持されたロッカアーム６と、各吸気弁１１の上端部に配置されたタペット１０に当接する揺動カム９と、を備えている。上記偏心カム３とロッカアーム６とはリンクアーム４によって連係されており、ロッカアーム６と揺動カム９とは、リンク部材８によって連係されている。
【００１２】
上記駆動軸２は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。
【００１３】
上記偏心カム３は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸２の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム４の環状部が回転可能に嵌合している。
【００１４】
上記ロッカアーム６は、略中央部が上記偏心カム部１８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン５を介して上記リンクアーム４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン７を介して上記リンク部材８の上端部が連係している。上記偏心カム部１８は、制御軸１２の軸心から偏心しており、従って、制御軸１２の角度位置に応じてロッカアーム６の揺動中心は変化する。
【００１５】
上記揺動カム９は、駆動軸２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン１７を介して上記リンク部材８の下端部が連係している。この揺動カム９の下面には、駆動軸２と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム９の揺動位置に応じてタペット１０の上面に当接するようになっている。
【００１６】
すなわち、上記基円面はベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動カム９が揺動してカム面がタペット１０に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００１７】
上記制御軸１２は、図１に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ１３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ１３は、例えばウォームギア１５を介して制御軸１２を駆動するサーボモータ等からなり、エンジンコントロールユニット１９（制御装置）からの制御信号によって制御されている。ここで、制御軸１２の回転角度は、アナログセンサからなる第１センサつまり制御軸センサ１４によって検出され、この検出した実際の制御状態に基づいて上記アクチュエータ１３がクローズドループ制御される。
【００１８】
このリフト・作動角可変機構１の作用を説明すると、駆動軸２が回転すると、偏心カム３のカム作用によってリンクアーム４が上下動し、これに伴ってロッカアーム６が揺動する。このロッカアーム６の揺動は、リンク部材８を介して揺動カム９へ伝達され、該揺動カム９が揺動する。この揺動カム９のカム作用によって、タペット１０が押圧され、吸気弁１１がリフトする。
【００１９】
ここで、リフト・作動角制御用アクチュエータ１３を介して制御軸１２の角度が変化すると、ロッカアーム６の揺動運動の中心位置が動いて該ロッカアーム６の初期位置が変化し、ひいては揺動カム９の初期揺動位置が変化する。
【００２０】
例えば偏心カム部１８が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として上方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１７側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がタペット１０から離れる方向に傾く。従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、基円面が長くタペット１０に接触し続け、カム面がタペット１０に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
【００２１】
逆に、偏心カム部１８が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として下方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１７側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がタペット１０に近付く方向に傾く。従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、タペット１０と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
【００２２】
上記の偏心カム部１８の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【００２３】
次に、位相可変機構２１は、図１に示すように、上記駆動軸２の前端部に設けられたスプロケット２２と、このスプロケット２２と上記駆動軸２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ２３と、から構成されている。上記スプロケット２２は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ２３は、例えば油圧式、電磁式などの回転型アクチュエータからなり、エンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御されている。この位相制御用アクチュエータ２３の作用によって、スプロケット２２と駆動軸２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この位相可変機構２１の実際の制御状態は、駆動軸２の回転位置に応答する第２センサとしての駆動軸センサ１６によって検出され、これに基づいて、上記アクチュエータ２３がクローズドループ制御される。
【００２４】
このような可変動弁装置を吸気弁側に備えた本実施例の内燃機関は、スロットル弁に依存せず、吸気弁１１の可変制御によって吸気量が制御される。なお、実用機関では、ブローバイガスの還流等のために吸気系に若干の負圧が存在していることが好ましいので、図示していないが、吸気通路の上流側に、スロットル弁に代えて、負圧生成用の適宜な絞り機構を設けることが望ましい。
【００２５】
図２および図３は、上記制御軸センサ１４の詳細を示している。この実施例では、制御軸センサ１４は、センサ軸８１の回転角度に応じたセンサ出力を発生する回転型ポテンショメータからなり、センサ軸８１が上記制御軸１２に対し同軸上となるように、シリンダヘッドの一部（符号１０１で示す）に固定されている。センサ軸８１と制御軸１２とは、それぞれの中心位置の誤差ないしは変位を許容し得るように、互いに直結されておらず、制御軸１２の端面の外周部にピン８４が設けられているとともに、半径方向のスリット８２を備えたベースプレート８３が上記センサ軸８１に取り付けられており、上記スリット８２に上記ピン８４が係合して、制御軸１２の回転がセンサ軸８１に伝達されるように構成されている。
【００２６】
図４および図５は、駆動軸２の位相を検出する上記駆動軸センサ１６の詳細を示している。この駆動軸センサ１６は、ホールＩＣ素子を使用した非接触型のセンサであり、シリンダヘッド１０１に固定されている。この駆動軸センサ１６に対向するように、駆動軸２の端部に、１箇所にスリット８６を形成した円形のプレート８５が取り付けられており、駆動軸センサ１６から得られる出力信号は、スリット８６以外の部分でハイに、スリット８６部分でローとなる。エンジンコントロールユニット１９は、駆動軸センサ１６の出力信号がハイからローへと変化するタイミングを検出し、そのときのクランク角度を基準クランク角度（例えば位相可変機構２１の最遅角状態に対応するクランク角度）と比較することで、クランクシャフトに対する駆動軸２の回転位相差（これを実位相ｒθと記す）を求めることができる。ここで、上記スリット８６は、駆動軸２の１回転毎に駆動軸センサ１６の前面を横切るので、実位相ｒθの検出は駆動軸２の１回転毎に行われる。つまり、位相制御用アクチュエータ２３の回転変位を無視すれば、基本的に、７２０°ＣＡ毎に実位相ｒθが検出される。
【００２７】
次に、上記リフト・作動角可変機構１と上記位相可変機構２１とを用いた吸入空気量制御について説明する。図６は、代表的な運転条件における吸気弁のバルブリフト特性を示したもので、図示するように、アイドル等の極低負荷域においては、リフト量が極小リフトとなる。これは特に、リフト中心角の位相が吸気量に影響しない程度にまで小さなリフト量となる。そして、位相可変機構２１によるリフト中心角の位相は、最も遅角した位置となり、これによって、閉時期は、下死点直前位置となる。
【００２８】
このように極小リフトとすることによって、吸気流が吸気弁１１の間隙においてチョークした状態となり、極低負荷域で必要な微小流量が安定的に得られる。そして、閉時期が下死点近傍となることから、有効圧縮比は十分に高くなり、極小リフトによるガス流動の向上と相俟って、比較的良好な燃焼を確保できる。
【００２９】
一方、アイドル等の極低負荷域よりも負荷の大きな低負荷領域（補機負荷が加わっているアイドル状態を含む）においては、リフト・作動角が大きくなり、かつリフト中心角は進角した位置となる。このときには、バルブタイミングをも考慮して吸気量制御が行われることになり、吸気弁閉時期を早めることで、吸気量が比較的少量に制御される。この結果、リフト・作動角はある程度大きなものとなり、吸気弁１１によるポンピングロスが低減する。
【００３０】
なお、アイドル等の極低負荷域における極小リフトでは、前述したように、位相を変更しても吸気量は殆ど変化しないので、極低負荷域から低負荷域へと移行する場合には、位相変更よりも優先して、リフト・作動角を拡大する必要がある。空調用コンプレッサ等の補機の負荷が加わった場合も同様である。
【００３１】
一方、さらに負荷が増加し、燃焼が安定してくる中負荷域では、図６に示すように、リフト・作動角をさらに拡大しつつ、リフト中心角の位相を進角させる。リフト中心角の位相は、中負荷域のある点で、最も進角した状態となる。これにより、内部ＥＧＲが利用され、一層のポンピングロス低減が図れる。
【００３２】
また、最大負荷時には、さらにリフト・作動角を拡大し、かつ最適なバルブタイミングとなるように位相可変機構２１を制御する。なお、図示するように、機関回転数によっても最適なバルブリフト特性は異なるものとなる。
【００３３】
次に、図７および図８のフローチャートに基づいて上記可変動弁装置の制御の流れを説明する。
【００３４】
図７は、位相可変機構２１による位相制御を行う位相制御ルーチンであって、このルーチンは、駆動軸センサ１６の出力信号がハイからローへ変化する毎にエンジンコントロールユニット１９内で実行される。
【００３５】
ステップ１０１では、エンジンコントロールユニット１９内のＲＡＭから、目標トルクｔＴ、エンジン回転速度Ｎｅ、クランク角度ＣＡを読み込む。上記目標トルクｔＴは、負荷センサ（例えばアクセル開度センサ）からの信号に基づいて所定時間毎に算出され、エンジンコントロールユニット１９内のＲＡＭに最新値が記憶されている。上記エンジン回転速度Ｎｅおよび上記クランク角度ＣＡについても同様であり、上記エンジン回転速度Ｎｅは図示せぬエンジン回転センサからの信号に基づいて、また上記クランク角度ＣＡは図示せぬクランク角度センサからの信号に基づいて、それぞれ算出・記憶されている。なお、上記クランク角度ＣＡは、このルーチンが実行されたとき、つまり駆動軸センサ１６の出力信号がハイからローへ変化したときのクランク角度を示す。
【００３６】
ステップ１０２では、上記目標トルクｔＴと上記エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標位相ｔθを算出する。具体的には、目標トルクｔＴとエンジン回転速度Ｎｅとに対応させて目標位相ｔθを記憶させてある目標位相マップから該当する値をルックアップする。なお、ここで算出した目標位相ｔθは、次回の算出が行われるまでエンジンコントロールユニット１９内のＲＡＭに記憶される。
【００３７】
ステップ１０３では、上記クランク角度ＣＡに基づいて実位相ｒθを算出する。エンジンコントロールユニット１９内のＲＯＭには、位相可変機構を基準状態（最遅角状態）に固定した場合にステップ１０１で読み込まれるはずのクランク角度を基準値として記憶させてあり、この基準値から実際にステップ１０１で読み込まれたクランク角度ＣＡを減算することで駆動軸２の実位相ｒθを算出することができる。なお、ここで算出した実位相ｒθは次回の算出が行われるまでエンジンコントロールユニット１９内のＲＡＭに記憶される。
【００３８】
ステップ１０４では、本ルーチンを実行した後の経過時間Ｔｉｍを測定するためのタイマをゼロリセットして計測を再スタートさせる。この経過時間つまりタイマ値Ｔｉｍは、図８のリフト・作動角制御ルーチンで使用される。
【００３９】
ステップｌ０５では、上記の目標位相ｔθと実位相ｒθとエンジン回転速度Ｎｅとに基づき、位相制御用アクチュエータ２３を制御するための制御指令つまり指令値ｓθを生成する。具体的には、目標位相ｔθと実位相ｒθとの偏差およびこの偏差の積分値に応じて、比例積分フィードバック制御指令値を生成する。ここで、次回本ルーチンを実行する時点で実位相ｒθが目標位相ｔθへ到達するように、フィードバック制御における制御ゲイン（比例ゲイン・積分ゲイン）がエンジン回転速度Ｎｅに応じて可変設定される。なお、ここで算出した指令値ｓθは、次回の算出が行われるまでエンジンコントロールユニット１９内のＲＡＭに記憶され、この指令値ｓθに応じた駆動信号が位相制御用アクチュエータ２３に送られる。
【００４０】
図８は、リフト・作動角制御ルーチンを示している。このルーチンは、前述した位相制御ルーチンと異なり、微小な所定時間毎にエンジンコントロールユニット１９内で繰り返し実行される。
【００４１】
ステップ２０１では、エンジンコントロールユニット１９内のＲＡＭから目標トルクｔＴ、エンジン回転速度Ｎｅ、実リフト量ｒＬを読み込む。目標トルクｔＴおよびエンジン回転速度Ｎｅは、前述した通りである。実リフト量ｒＬは、制御軸センサ１４の出力値をそのまま読み込んだものである。
【００４２】
ステップ２０２では、上記目標トルクｔＴと上記エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標リフト量基準値ｔＬｂを算出する。具体的には、目標トルクｔＴとエンジン回転速度Ｎｅとに対応させて目標リフト量基準値ｔＬｂを記憶させてある目標リフト量基準値マップから該当する値をルックアップする。この目標リフト量基準値マップは、機関を定常運転して測定したリフト量の最適値を記憶させてある。換言すると、この目標リフト量基準値ｔＬｂは、各運転条件の下で、実位相が目標位相と一致している状態のときのリフト量の最適値である。なお、本実施例では、前述したように、リフト・作動角可変機構１によってリフト量と作動角とが同時に増減変化するので、リフト量によって作動角も定まる。
【００４３】
次にステップ２０３では、第１制御モードとする条件であるか第２制御モードとする条件であるかを判断する。第１制御モードでは、推定位相に基づいて目標リフト量を補正する制御（推定制御）を行い、第２制御モードでは、推定位相に基づく目標リフト量の補正は行わない（請求項２）。例えば、請求項３および請求項４のように、吸入空気量を急速に減少させたい急減速運転時とエンジン回転速度が所定値より高い高回転運転時には推定制御を行なわない（第２制御モード）こととし、その他の場合は推定制御を行う（第１制御モード）。ここで、高回転運転時に推定制御を行なわないのは、回転数に応じて１回転当たりの実時間が変化するためである。すなわち、図９に示すように、エンジン回転に同期して実行される位相制御ルーチンの実行時間間隔（＝実位相ｒθのサンプリング間隔）はエンジン回転が高くなるに従って短くなり、本ルーチンの実行時間間隔（＝実リフト量ｒＬのサンプリング間隔）との差が小さくなる。このため、高回転運転時には推定制御を行うメリットが小さくなり、逆に推定制御を行うことによる演算負荷増大のデメリットが大きくなる。
【００４４】
上記ステップ２０３で推定制御を行う条件が成立していると判断された場合はステップ２０４へ進み、上述した目標位相ｔθ、実位相ｒθ、位相制御用アクチュエータに対する指令値ｓθ、タイマ値Ｔｉｍ、をそれぞれ読み込む。目標位相ｔθと実位相ｒθと指令値ｓθは、直前に実行された位相制御ルーチンのステップ１０２，ステップ１０３，ステップ１０５でそれぞれ算出・記憶されたものである。また、タイマ値Ｔｉｍは位相制御ルーチンのステップ１０４でゼロリセット・再スタートさせたタイマの値であり、直前に実行された位相制御ルーチンの実行時期から本ルーチンの実行までの経過時間を示す。
【００４５】
ステップ２０５では、位相制御用アクチュエータ２３に対する指令値ｓθに基づいて、位相可変機構２１の応答速度ｄθを算出する。この応答速度ｄθは、単位時間当たりの位相変化量であり、指令値ｓθの大小に応じて定まる。なお、エンジン回転速度Ｎｅに基づいて位相制御ルーチンの実行時間間隔を算出し、目標位相ｔθと実位相ｒθとの偏差をこの実行時間間隔で除した値を応答速度ｄθとしても良い（請求項８）。
【００４６】
ステップ２０６では、応答速度ｄθとタイマ値Ｔｉｍと実位相ｒθとに基づき、下記の式に従って、そのときの推定位相ｅθを算出する（請求項７）。
【００４７】
【数１】
ｅθ＝ｄθ×Ｔｉｍ＋ｒθ
次に、ステップ２０７では、そのときの目標トルクｔＴとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて擬似目標位相ｔθ’を算出する。算出方法は位相制御ルーチンのステップ１０２で行う目標位相ｔθの算出と同一であるが、目標位相ｔθを算出した際のｔＴ，Ｎｅと現時点におけるｔＴ，Ｎｅとが異なっている場合は、ｔθ’≠ｔθとなる。目標リフト量基準値ｔＬｂは、現時点における目標トルクｔＴとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて算出されており、これに合わせるために擬似目標位相ｔθ’を算出している。ただし、本ステップを省略し、次のステップ２０８では目標位相ｔθをそのまま使用することとして演算負荷を軽減するようにしても良い。
【００４８】
ステップ２０８では、上記の擬似目標位相ｔθ’と推定位相ｅθとに基づいてリフト補正量ｃＬを算出する。例えば、擬似目標位相ｔθ’と推定位相ｅθとの偏差に係数を乗じて算出する方法、あるいは擬似目標位相ｔθ’および推定位相ｅθに対応させてリフト補正量ｃＬを記憶させてあるリフト補正量マップから該当する値をルックアップする方法、などによる。
【００４９】
ステップ２０９では、目標リフト量基準値ｔＬｂとリフト補正量ｃＬとに基づき、下記の式に従って目標リフト量ｔＬを算出する。
【００５０】
【数２】
ｔＬ＝ｔＬｂ＋ｃＬ
一方、ステップ２０３で推定制御を行う条件が成立していないと判断された場合つまり第２制御モードである場合は、ステップ２１０へ進み、ステップ２０２で算出した目標リフト量基準値ｔＬｂをそのまま目標リフト量ｔＬとする。
【００５１】
そして、ステップ２１１では、ステップ２０９もしくはステップ２１０で定めた目標リフト量ｔＬと実リフト量ｒＬとに基づき、リフト・作動角制御用アクチュエータ１３を制御するための指令値ｓＬを生成する。具体的には、目標リフト量ｔＬと実リフト量ｒＬとの偏差およびこの偏差の積分値に応じて比例積分フィードバック制御指令値を生成する。なお、ここで算出した指令値ｓＬは、次回の算出が行われるまでエンジンコントロールユニット１９内のＲＡＭに記憶され、この指令値ｓＬに応じた駆動信号がリフト・作動角制御用アクチュエータ１３に送られる。
【００５２】
図１０は、上述した種々の値の変化や各ルーチンの実行タイミング等を示すタイムチャートであり、以下、これに基づいて、上記可変動弁装置の作用をさらに説明する。
【００５３】
このタイムチャートは、始めに定常運転状態にあり、その後、時刻ｔ１〜ｔ２間の時点で運転条件（ｔＴ，Ｎｅ）が変化した場合の例を示している。
【００５４】
同図の上部には位相の状態を示しているが、ここでは、□印が目標位相ｔθを、○印が実位相ｒθを、●印が推定位相ｅθを、△印が擬似目標位相ｔθ’を、それぞれ示す。また、下部にはリフトの状態を示しているが、ここでは、△印が目標リフト量基準値ｔＬｂを、□印が目標リフト量ｔＬを、○印が実リフト量ｒＬを、それぞれ示している。
【００５５】
定常運転状態では、目標位相ｔθと実位相ｒθとが一致し、かつ、目標リフト量基準値ｔＬｂと目標リフト量ｔＬと実リフト量ｒＬとが一致している。
【００５６】
運転条件の変化後、時刻ｔ２において初めて位相制御ルーチンが実行され、目標位相ｔθが遅角側へ変更される。これに応じて位相が変化し始めるが、次に位相制御ルーチンが実行される時刻ｔ５までは真の実位相がどの位置にあるかを実際に検出することができない。また、この間、新たな目標位相ｔθの算出は行われないので、時刻ｔ２の時点で算出した指令値ｓθが維持され、この指令値ｓθに応じた一定の制御信号が位相制御用アクチュエータ２３に送られる。
【００５７】
運転条件の変化後、時刻ｔ３において初めてリフト・作動角制御ルーチンが実行され、目標リフト量基準値ｔＬｂがリフト小側へ変更される。このｔＬｂを目標値としてリフト量のフィードバック制御を行うと、次のリフト・作動角制御ルーチン実行タイミングである時刻ｔ４において実リフト量を目標値に到達させることが可能（図中の破線丸印）であるが、この時点では実位相が目標位相に到達しておらず、位相とリフト量の制御が整合しなくなる。このため本実施形態では、リフト・作動角制御ルーチンを実行する時点における実位相の位置を推定し、この推定位相ｅθと目標リフト量基準値ｔＬｂとから目標リフト量ｔＬを定め、この目標リフト量ｔＬに応じてリフト・作動角可変機構を制御する。なお、推定位相ｅθと真の実位相との間に多少のずれが発生するのは避けられないが、推定位相ｅθを導入しない（つまりｔ２〜ｔ５間の目標リフト量ｔＬ算出の際、位相の情報としてｔ２時点の実位相ｒθあるいは目標位相ｔθをそのまま使用する）場合と比較すると、位相とリフト量の制御不整合の程度が大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る可変動弁装置全体の構成を示す斜視図。
【図２】制御軸センサの一実施例を示す側面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】駆動軸センサの一実施例を示す側面図。
【図５】駆動軸側に設けられるプレートの正面図。
【図６】駆動軸側に設けられるプレートの正面図。
【図７】位相制御ルーチンを示すフローチャート。
【図８】リフト・作動角制御ルーチンを示すフローチャート。
【図９】各ルーチンの実行時間間隔の機関回転速度による変化を示す特性図。
【図１０】過渡時の各値の変化等を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…リフト・作動角可変機構
２…駆動軸
３…偏心カム
６…ロッカアーム
８…リンク部材
９…揺動カム
１１…吸気弁
１２…制御軸
１４…制御軸センサ
１６…駆動軸センサ
１９…エンジンコントロールユニット
２１…位相可変機構

Claims

吸気弁のリフト量あるいは作動角の少なくとも一方を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、吸気弁リフトの中心角の位相を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、これらの２つの可変動弁機構を制御することにより内燃機関の吸入空気量を制御するようにした内燃機関の可変動弁装置において、
上記第１可変動弁機構の制御状態を常時検出可能な第１センサと、
上記第２可変動弁機構の制御状態を特定のタイミングでのみ検出可能な第２センサと、
上記第２センサからの検出信号に基づいて上記第２可変動弁機構を制御するとともに、この制御指令に応答する上記第２可変動弁機構の制御状態を推定し、この推定結果と上記第１センサからの検出信号に応じて上記第１可変動弁機構を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
上記制御装置は、上記第２可変動弁機構の制御状態の推定結果と上記第１センサからの検出信号とに基づいて上記第１可変動弁機構を制御する第１制御モードと、上記推定結果を用いずに上記第１可変動弁機構を制御する第２制御モードと、を選択的に切り換えて実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記制御装置は、内燃機関の運転条件が低中回転領域にあるときに上記第１制御モードを選択し、内燃機関の運転条件が高回転領域にあるときに上記第２制御モードを選択することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記制御装置は、吸入空気量を急速に減少させるべき急減速運転時に上記第２制御モードを選択し、上記急減速運転以外の運転時に上記第１制御モードを選択することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記第１可変動弁機構は、駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた少なくとも所定角度範囲内で回転可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁を押圧する揺動カムと、上記制御軸の回転位置を変化させるリフト・作動角制御用アクチュエータと、を備え、上記制御軸の偏心カム部の回転位置によって吸気弁のリフトがその作動角とともに増減変化するように構成されており、
上記第２可変動弁機構は、クランクシャフトに従動するスプロケットと、このスプロケットと上記駆動軸との間に配置されて両者を所定角度範囲内で相対回転させる位相制御用アクチュエータと、から構成されており、
上記第１センサは、上記制御軸の回転角度を検出する制御軸センサであり、
上記第２センサは、上記駆動軸の位相を所定の回転角度毎に検出する駆動軸センサであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記制御装置は、上記駆動軸センサが上記駆動軸の実位相を検出する毎に該駆動軸の目標位相の算出を実行し、かつ所定時間間隔で上記第２可変動弁機構の制御状態の推定ならびに目標リフト・作動角の算出を実行することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記制御装置は、上記制御指令に対応する上記第２可変動弁機構の応答速度を求め、実位相検出時からの経過時間とこの応答速度とに基づいて、その時点の位相を推定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記制御装置は、内燃機関の回転速度から上記実位相の検出の実行時間間隔を求め、目標位相と実位相との偏差をこの実行時間間隔で除して上記応答速度を算出することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の可変動弁装置。