JP4060073B2

JP4060073B2 - Control device for internal combustion engine

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Publication number: JP4060073B2
Application number: JP2001388160A
Authority: JP
Inventors: 憲一町田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: JP2003184587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を可変する可変バルブ機構により吸入空気量制御を行うと共に、該可変バルブ機構による吸入空気量制御を補助するためにスロットル弁の制御を併用する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸気バルブ・排気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変える構成の可変バルブ機構が知られている（特開２００１−０１２２６２号公報参照）。
この可変バルブ機構は、カム軸と略平行に配設された制御軸と、該制御軸の外周に偏心して固定された制御カムと、該制御カムに揺動自在に軸支されたロッカアームと、前記カム軸の回転に応じて前記ロッカアームの一端部を揺動駆動するリンクアーム・偏心カムと、前記ロッカアームの他端部に連係して揺動して吸・排気バルブを開動作させる揺動カムと、前記制御軸を回転駆動するＤＣサーボモータと、を備える。
【０００３】
そして、作動角センサで検出される前記制御軸の実際の作動角を、要求のバルブ開特性に対応する目標作動角に一致させるべく、前記ＤＣサーボモータをフィードバック制御するよう構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記可変バルブ機構により吸入空気量を制御しようとする場合、以下の点が問題となる。
（１）キャニスタパージ及びブローバイガスの処理のために、吸気通路内に負圧を発生させることができない。
【０００５】
（２）前記可変バルブ機構には、機構上最小作動角特性があるため、条件によっては、可変バルブ機構のみでは吸入空気量制御が行えない場合がある。
従って、前記可変バルブ機構により吸入空気量を制御する場合には、可変動弁機構の制御とスロットル弁の制御とを併用することが必要となるが、これらをどのようにして制御するかが問題となる。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、可変バルブ機構とスロットル弁とを適切に協調制御することにより、吸入空気量制御及び要求負圧の確保共に実現できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、機関の吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を可変する可変バルブ機構と、吸気通路の介装されたスロットル弁を開閉駆動するスロットル弁開閉機構と、を有する内燃機関の制御装置であって、機関の運転状態に応じた要求空気量を算出する要求空気量算出手段と、機関回転速度に基づいて前記可変バルブ機構によって実現可能な最小空気量を算出し、この最小空気量と前記要求空気量とを比較して大きい方を選択する選択手段と、選択された空気量に基づいて前記吸気バルブの目標開口面積である目標バルブ開口面積を算出するバルブ開口面積算出手段と、前記目標バルブ開口面積に基づいて前記吸気バルブの目標バルブリフト量を設定する目標バルブリフト量設定手段と、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記目標バルブリフト量となるように前記可変バルブ機構を制御する可変バルブ機構制御手段と、前記選択手段にて前記最小空気量が選択されたときに、前記要求空気量に基づいて、前記吸気バルブのバルブリフト量を所定の基準バルブリフト量としたときの前記スロットル弁の目標開口面積である目標スロットル開口面積を算出するスロットル開口面積算出手段と、前記目標スロットル開口面積を、前記可変バルブ機構によって制御された前記吸気バルブのバルブリフト量の変化に応じて補正するスロットル開口面積補正手段と、補正後の目標スロットル開口面積に基づいて目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、前記スロットル弁の開度が前記目標スロットル開度となるように前記スロットル弁開閉機構を制御するスロットル弁開閉機構制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記選択手段は、前記要求空気量と機関回転速度に基づいて目標体積流量比を算出すると共に前記可変バルブ機構によって実現可能な最小体積流量比を算出し、前記目標体積流量比と前記最小体積流量比を比較して大きい方を選択し、前記バルブ開口面積算出手段は、選択された体積流量比を前記吸気バルブの開口面積に変換して前記目標バルブ開口面積とすることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、クランク軸に対する吸気カム軸の回転位相を変化させることで前記吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構と、機関の運転状態に応じて前記可変バルブタイミング機構を制御する可変バルブタイミング機構制御手段と、を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、前記スロットル弁開閉機構制御手段は、負圧要求のない運転条件においては、前記スロットル弁が全開となるように前記スロットル弁開閉機構を制御することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、前記スロットル弁開閉機構制御手段は、負圧要求のある運転条件においては、前記スロットル弁開閉機構制御手段は、前記スロットル弁の開度が所定の負圧を発生させる開度となるように前記スロットル弁開閉機構を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、前記目標バルブ開口面積を前記吸気バルブの閉弁タイミングに応じて補正する第１バルブ開口面積補正手段を備えることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、前記目標バルブ開口面積を機関回転速度に応じて補正する第２バルブ開口面積補正手段を備え、該第２バルブ開口面積補正手段は、機関回転速度が高いほど前記目標バルブ開口面積を小さくすることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、前記目標バルブ開口面積を吸気バルブ上流側圧力に応じて補正する第３バルブ開口面積補正手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に係る発明は、前記スロットル開口面積補正手段が、前記吸気バルブのバルブリフト量を所定の基準バルブリフト量としたときの吸気バルブ上流側圧力と大気圧との比と、前記可変バルブ機構によりバルブリフト量が制御された実際の吸気バルブ上流側圧力と大気圧との比と、に基づいて補正係数を算出し、この算出した補正係数を用いて前記目標スロットル開口面積を補正することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に係る発明は、前記実際の吸気バルブ上流側圧力と大気圧との比は、実際に機関に吸入される実吸入空気量と、スロットル弁を全開としたときに機関に吸入される全開時吸入空気量と、機関の運転状態に応じて設定される新気割合と、に基づいて算出されることを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、前記可変バルブ機構が、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、該駆動軸の固定された駆動カムと、揺動することで前記吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するアクチュエータと、を含んで構成され、前記アクチュエータによって前記制御軸を回動制御することにより前記吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を可変することを特徴とする。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、可変バルブ機構による吸入空気量制御を基本としつつ、可変バルブ機構のみで吸入空気量制御が行えない場合においては、可変バルブ機構とスロットル弁との協調制御によって要求空気量に精度よく制御できる。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、機関の目標体積流量比と前記可変バルブ機構で制御可能な最小体積流量比とを比較して大きい方が選択され、この選択された体積流量比を前記吸気バルブの開口面積に変換して前記目標バルブ開口面積とするので、目標バルブ開口面積の算出が容易になる。
請求項３に係る発明によれば、バルブリフト量を変更することなく吸気バルブの開閉タイミングを変更できる。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、可変バルブ機構による吸入空気量制御が実現される。
請求項５に係る発明によれば、負圧要求があるときに所定の負圧を発生させることができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、有効シリンダ容積の変化を考慮しつつ、要求空気量を確保するためのバルブ開口面積を精度よく設定できる。
【００２０】
請求項７に係る発明によれば、機関回転速度Ｎｅの上昇による慣性力の増加を考慮しつつ、求空気量を確保するためのバルブ開口面積を精度よく設定できる。
【００２１】
請求項８に係る発明によれば、スロットル弁の制御に伴い発生する負圧分を考慮しつつ、要求空気量を確保するためのバルブ開口面積を精度よく設定できる。
【００２３】
請求項９に係る発明によれば、吸気バルブのバルブリフト量を所定の基準バルブリフト量としたときの吸気バルブ上流側の吸気圧力と大気圧の比と、実際の吸気バルブバルブ上流側の吸気圧力と大気圧の比と、に基づいて補正係数を算出し、算出した補正係数を用いて前記スロットル要求開口面積を補正するので、実際の吸気バルブの作動特性に対応したスロットル開口面積を適切に設定できる。
【００２４】
請求項１０に係る発明によれば、吸気マニホールド圧力を実際に検出することなく（すなわち、吸気マニホールド圧力を検出するセンサのないシステムにおいても）前記補正係数の算出に用いる実際の吸気バルブ上流側圧力と大気圧との比を容易に算出できる。
請求項１１に係る発明によれば、アクチュエータによって制御軸の作動角を変化させることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させ、可変バルブ機構を主体とした吸入空気量制御が実行できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、車両用内燃機関の構成図である。
図１において、内燃機関１０１の吸気通路１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットル弁１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装されており、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００２６】
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、排気浄化触媒１０８により浄化された後、マフラー１０９を介して大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保ったまま駆動されるが、吸気バルブ１０５は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によってバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変えられるようになっている。
【００２７】
また、吸気側カム軸１１３の端部には、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることでバルブリフト量を固定したままバルブの開閉タイミングを連続的に可変する公知の構成の可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４が設けられている。
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５には、アクセル開度センサＡＰＳ１１６、吸入空気量（質量流量）Ｑａを検出するエアフローメータ１１７、クランク軸から回転信号Ｎｅを取り出すクランク角センサ１１８、吸気側カム軸１１３の回転位置を検出するカムセンサ１１９、スロットル弁１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１２０、シリンダ内の燃焼圧を検出する燃焼圧センサ１２１等からの各種検出信号が入力される。
【００２８】
そして、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５は、前記クランク角センサ１１８及びカムセンサ１１９の検出信号に基づき、クランク軸に対する吸気側カム軸１１３の回転位相（ＶＴＣＮＯＷ）を検出して吸気バルブ１０５の開閉タイミングを検出すると共に、運転状態に応じて目標進角値又は遅角値（ＴＲＧＶＴＣ）を設定し、吸気側カム軸の回転位相が前記目標進角値又は遅角値（ＴＲＧＶＴＣ）となるよう可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４を制御することで吸気バルブ１０５の開閉タイミングを制御する。
【００２９】
また、スロットル弁１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の開特性によって、アクセル開度に対応する吸入空気量が得られるように、アクセル開度センサＡＰＳ１１６で検出されるアクセル開度ＡＰＯに応じて前記電子制御スロットル１０４及び可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の駆動を制御する。具体的には、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によりバルブリフト量（及びバルブ作動角）を制御することで吸入空気量を制御しつつ、キャニスタパージ及びブローバイガスの処理のために一定の負圧（目標Ｂｏｏｓｔ：例えば−５０ｍｍＨｇ）を発生させるようにスロットル弁１０３ｂの開度を制御する。
【００３０】
但し、負圧要求のない運転条件では、スロットル弁１０３ｂを全開に保持して、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のみで吸入空気量を制御する、いわゆるスロットルレス制御を行う。また、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のみでは吸入空気量を制御できない場合においては、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の駆動を制御すると共に、前記スロットル弁１０３ｂの開度制御を行う。
【００３１】
ここで、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の構造について説明する。可変バルブ機構（ＶＥＬ）は、図２〜図４に示すように、一対の吸気バルブ１０５、１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５、１５と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８、１８と、各吸気バルブ１０５、１０５の上端部にバルブリフター１９、１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０、２０とを備えている。
【００３２】
前記偏心カム１５、１５とロッカアーム１８、１８とは、リンクアーム２５、２５によって連係され、ロッカアーム１８、１８と揺動カム２０、２０とは、リンク部材２６、２６によって連係されている。
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体１５ａの外周面１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００３３】
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自存に支持されている。また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００３４】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２０は、図２及び図６、図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００３５】
また、該揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。すなわち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、また、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００３６】
前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。なお、前記リンクアーム２５と偏心カム１５とによって揺動駆動部材が構成される。
【００３７】
前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ、２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ、２３ａに圧入した各ピン２８、２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ、２６ｄが貫通形成されている。なお、各ピン２１、２８、２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０、３１、３２が設けられている。
【００３８】
前記制御軸１６は、図１０に示すように、一端部に設けられたＤＣサーボモータ等のアクチュエータ２０１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ２０１で変化させることで、吸気バルブ１０５、１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。すなわち、図１０において、アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）２０１の回転は、伝達部材２０２を介してネジ切り加工が施された軸１０３に伝達され、該軸２０３が通されたナット２０４の軸方向位置が変化する。そして、制御軸１６の先端の取り付けられ、その一端が前記ナット２０４に固定された一対のステー部材２０５ａ、２０５ｂにより制御軸１６が回転する。
【００３９】
なお、本実施形態では、図に示すように、ナット２０４の位置を前記伝達部材２０２に近づけることでバルブリフト量を小さくし、逆に、ナット２０４の位置を前記伝達部材２０２から遠ざけることでバルブリフト量を大きくする。
また、前記制御軸１６の先端には、該制御軸１６の作動角（ＶＥＬ作動角）ＶＳＣ−ＡＮＧＬを検出するポテンショメータ式の作動角センサ２０６（調整位置センサ）が設けられており、該作動角センサ２０６で検出される実際のＶＥＬ作動角ＶＳＣ−ＡＮＧＬが、目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬに一致するように、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５が前記アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）２０１をフィードバック制御する。
【００４０】
次に、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５による吸入空気量制御（トルク制御）について説明する。図１１に示すように、本実施形態におけるコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５は、目標体積流量比演算部ａ、ＶＥＬ目標作動角演算部ｂ及び目標スロットル開度演算部ｃを含んで構成される。
まず、前記目標体積流量比演算部ａにおける演算処理について説明する。
【００４１】
前記目標体積流量比演算部ａは、目標トルク相当の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを算出する。
具体的には、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに対応する（あるいは、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに基づき設定される目標トルクが得られるような）要求空気量（機関要求空気量）Ｑ０を算出する一方、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣを算出する。そして、前記機関要求空気量Ｑ０に、前記ＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣを加算して全要求空気量（吸入空気量）Ｑ（＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）を算出し、これを機関回転速度Ｎｅ、排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で順次除算することにより、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を算出する。
【００４２】
次に、前記ＶＥＬ目標作動角演算部ｂにおける演算処理について説明する。
前記ＶＥＬ目標作動角演算部ｂは、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに基づいて、圧縮流体式をベースに、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを逆変換することで目標バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡを算出する。そして、該目標バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡに基づき算出される目標作動角ＴＧＶＥＬ０と前記可変バルブ機構１１２の最大作動角ＶＥＬＨＬＭＴとを比較して最終的な目標作動角ＴＧＶＥＬを設定する。
【００４３】
（ｂ−１）可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の目標作動角の設定
図１２に具体的な制御ブロック図を示す。
図１２において、Ａ部では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴとを比較して大きい方を選択し、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２で実現すべき体積流量比（以下、ＶＥＬ実現体積流量比という）ＴＱＨ０ＶＥＬを設定する。なお、前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴは、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によって実現可能（制御可能）な最小体積流量比（すなわち、ＶＥＬ作動角が最小のときの体積流量比）であり、ａ１部において、機関回転速度Ｎｅに基づき図に示すようなテーブルＴＱＨ０ＬＭＴを検索することにより算出する。
【００４４】
Ｂ部では、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬを、以下のようにしてバルブ開口面積Ａｖ相当の状態量ＶＡＣＤＮＶ＝Ａｖ・Ｃｄ／Ｎ／Ｖ（バルブ開口面積・損失係数／回転速度／排気量）を求める。まず、吸気バルブ１０５を通過する空気流量（すなわち、シリンダ吸入空気量）Ｑｃは、圧縮性流体の一次元定常流れの式より次式（１）、（２）のように表すことができる。
【００４５】
【数１】

なお、Ｒ：気体定数、γ：比熱比（＝１．４）、Ｃｄ：吸気バルブ流量損失係数、Ａｖ：吸気バルブ開口面積（ｍ^２）、Ｐ０：吸気バルブ上流圧（例えば、吸気マニホールド圧Ｐｍ）（Ｐａ）、Ｐｃ：吸気バルブ下流圧（すなわち、シリンダ内圧）（Ｐａ）、Ｔ０：吸気バルブ上流温度（例えば、吸気マニホールド温度Ｔｍ）（Ｋ）である。
【００４６】
前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、吸気バルブ１０５を通過させる空気量を機関（エンジン）回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃で除算したものであるから、同様にして次式（３）、（４）のように表すことができる。
【００４７】
【数２】

従って、バルブ上流温度Ｔｍ、バルブ上流圧Ｐｍ及びシリンダ内圧Ｐｃが分かれば、Ｃｄ・Ａｖ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）を算出することでＡ・Ｃｄ／Ｎ／Ｖ特性に変換でき、バルブ開口面積Ａｖに相当する状態量ＶＡＣＤＮＶを求めることができる。
【００４８】
そこで、本実施形態では、図に示すようなテーブルＴＶＡＣＤＮＶをあらかじめ作成しておき、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに基づいて、該テーブルを検索することでＡ・Ｃｄ／Ｎ／Ｖ特性への変換を行っている。
なお、前記テーブルＴＶＡＣＤＮＶは、例えば以下のようにして作成する。
すなわち、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、非チョーク時においては、上記式（３）よりＣｄ・Ａｖ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）及びバルブ前後差圧比（Ｐｃ／Ｐ０）に応じた値として、チョーク時においては、上記式（４）よりＣｄ・Ａｖ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）に比例した値となることが判るので、シミュレーションや実験等によりＴＱＨ０ＶＥＬとＣｄ・Ａｖ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）との相関を求めることで作成する。
【００４９】
そして、以上のようにして求めたＶＡＣＤＮＶに、Ｃ部において機関回転速度Ｎｅを、Ｄ部において排気量ＶＯＬ＃を乗算し、流量特性ＴＶＥＬＡＡ０（＝Ａｖ・Ｃｄ）を算出する。これが、基本的に吸気バルブに要求される開口面積（以下、要求バルブ開口面積という）とする。
Ｅ部では、前記要求バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０のＶＴＣ補正を行う。具体的には、前記要求バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０を、吸気バルブの閉弁タイミングに応じたバルブタイミング補正値ＫＨＯＳＩＶＣで除算してＴＶＥＬＡＡ１を算出する。これは、吸気バルブのバルブタイミング（閉弁タイミングＩＶＣ）を進角させると有効シリンダ容積が減少し、同じバルブ開口面積であっても体積流量比が減少するため、これに対応させるように前記基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０を補正するものである。なお、バルブタイミング補正値ＫＨＯＳＩＶＣの設定は後述する。
【００５０】
Ｆ部では、Ｅ部において算出したＴＶＥＬＡＡ１に吸気バルブ上流圧（以下、単にバルブ上流圧という）に応じた補正を行う。具体的には、前記ＴＶＥＬＡＡ１にバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰを乗算してＴＶＥＬＡＡ２を算出する。これは、スロットル開度に応じて発生する負圧により体積流量比も変化するため、かかる変化に対応したバルブ開口面積を求めるものである。スロットル弁１０３ｂを全開とするスロットルレス時においては、バルブ上流圧が大気圧となるので不要であるが、実際には、パージ等の負圧要求によりスロットルを絞るため必要となる。なお、かかるバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰの設定については後述する。
【００５１】
Ｇ部では、Ｆ部において算出されたＴＶＥＬＡＡ２に機関回転速度Ｎｅに応じた補正を行う。具体的には、前記ＴＶＥＬＡＡ２をＶＥＬ開口面積回転補正値ＫＨＯＳＮＥで除算してＴＶＥＬＡＡを算出する。これは、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の特性上、機関回転速度Ｎｅの上昇により慣性力が増加し、同一のＶＥＬ作動角であってもバルブリフト量（バルブ開口面積）が増えてしまうため、その分の補正を行うものである。ここで算出されたＴＶＥＬＡＡが目標バルブ開口面積である。かかる補正に用いるＶＥＬ開口面積回転補正値ＫＨＯＳＮＥは、ｇ１部において、機関回転速度Ｎｅに基づき図に示すようなテーブルＴＫＨＯＳＮＥを検索することにより算出する。
【００５２】
Ｈ部では、前記目標バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡに基づき、図に示すようなテーブルＴＴＧＶＥＬ０を用いて、前記目標バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡをＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０に変換する。すなわち、バルブの開口面積からＶＥＬ作動角は一義的に求めることができるので、前記テーブルＴＴＧＶＥＬ０をあらかじめ設定しておくことで、バルブ開口面積をＶＥＬ作動角に変換できる。
【００５３】
なお、前記目標バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡは流量特性として算出されたものであるので、バルブ流量損失係数Ｃｄを含んだ状態となっているが、かかるバルブ流量損失係数Ｃｄはバルブリフト量によって決定されるため、前記テーブルＴＴＧＶＥＬ０（バルブ開口面積―バルブ作動角変換テーブル）を設定する際に、該バルブ流量損失係数Ｃｄ分もあらかじめ含めておくようにする。
【００５４】
そして、Ｉ部では、Ｈ部で変換したＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０と可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２で吸入空気量制御が可能なＶＥＬ作動角の上限値、すなわち、最大ＶＥＬ作動角ＶＥＬＨＬＭＴとを比較して、目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを設定する。具体的には、図に示すように、ＴＧＶＥＬ０≧ＶＥＬＨＬＭＴであれば、ＶＥＬＨＬＭＴを目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬとして設定し、ＴＧＶＥＬ０＜ＶＥＬＨＬＭＴであれば、ＴＧＶＥＬ０を目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬとして設定する。
【００５５】
なお、前記最大ＶＥＬ作動角ＶＥＬＨＬＭＴは、ｉ１部において、機関回転速度Ｎｅに基づきテーブル基づき図に示すようなテーブルＴＶＥＬＨＬＭＴを検索することにより算出する。
この結果、コントロールユニットＣ／Ｕ１１５は、実際のＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭが前記目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬとなるように、前記アクチュエータ２０１を制御することになる。
【００５６】
（ｂ−２）バルブタイミング補正値ＫＨＯＳＩＶＣの設定
ここで、図１２のＥ部において用いるバルブタイミング補正値ＫＨＯＳＩＶＣの設定について説明する。図１３に制御ブロック図を示す。
図１３において、ｅ１部では、前記可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４が動作していないとき、すなわち、ＶＴＣ最遅角時における吸気バルブの閉弁タイミング（以下、ＩＶＣという）の角度Ｖ０ＩＶＣを、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２及び可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４の作動角ＶＳＣ−ＡＮＧＬに基づき、図に示すようなテーブルＴＶ０ＩＶＣを参照して求める。
【００５７】
次に、ｅ２部において、前記Ｖ０ＩＶＣから吸気側カム軸の回転位相ＶＴＣＮＯＷを減算することで、実際のＩＶＣ角度ＲＥＡＬＩＶＣを求める。
そして、ｅ３部において、前記実際のＩＶＣ角度ＲＥＡＬＩＶＣに基づき、図に示すようなテーブルＴＫＨＯＳＩＶＣを検索してバルブタイミング補正値ＫＨＯＳＩＶＣを設定し、図１２のＥ部に出力する。
【００５８】
なお、かかるバルブタイミング補正値ＫＨＯＳＩＶＣには、（１）静的補正（有効シリンダ容積減少分の補正）、（２）動的補正（機関回転中は、ＩＶＣ時の有効シリンダ相当容積の空気量を吸入できないことを考慮し、バルブリフト量によって有効シリンダ相当容積を０〜１００％の範囲で可変とする）、（３）バルブオーバーラップ分の補正（吸気バルブ１０５の開弁タイミングＩＶＯに応じた補正）も含まれる（すなわち、前記テーブルＴＫＨＯＳＩＶＣは、以上の（１）〜（３）の要因を含めて設定される）。
【００５９】
（ｂ−３）バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰの設定
次に、図１２のＦ部で用いるバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰの設定について説明する。図１４に制御ブロック図を示す。
まず、スロットル弁１０３ｂを絞ることによりバルブ上流圧（吸気マニホールド内圧力）が変化（Ｐｍ０→Ｐｍ１）しても吸気バルブ１０５を通過する空気量を一定とするには、圧縮性流体の一次元定常流れの式より次式（５）、（６）が成立する必要がある。
【００６０】
【数３】

但し、Ｐｍ０：スロットル弁全開時のバルブ上流圧（吸気マニホールド圧≒大気圧）、Ｐｍ１：目標Ｂｏｏｓｔ時のバルブ上流圧（吸気マニホールド圧）、Ｐｃ０：スロットル弁全開時のバルブ下流圧（≒シリンダ内圧）、Ｐｃ１：目標Ｂｏｏｓｔ時のバルブ下流圧（≒シリンダ内圧）、Ａｖ０：スロットル弁全開時の吸気バルブ開口面積、Ａ１：目標Ｂｏｏｓｔ時の吸気バルブ開口面積である。
【００６１】
従って、バルブ上流圧が大気圧（Ｐｍ０）のときのバルブ開口面積Ａ０に対するバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰは、次式（７）、（８）のようになる。
【００６２】
【数４】

従って、バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰは、チョーク時においては、大気圧／目標Ｂｏｏｓｔ（マニホールド圧）により一義的に決まる。また、（Ｐｃ０／Ｐｍ０）≒（Ｐｃ１／Ｐｍ１）になると考えられるため、非チョーク時においても大気圧／目標Ｂｏｏｓｔが支配的となり、いずれの場合においても、バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰを大気圧／目標Ｂｏｏｓｔとすることができる。
【００６３】
そこで、本実施形態においては、図１４のｆ１部において、バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰとして大気圧／目標Ｂｏｏｓｔ（目標マニホールド圧）を１点定数で設定（例えば、１０１．３ＫＰａ／８８ＫＰａ）し、これを図１２のＦ部に出力するようにした。
但し、前記目標体積流量ＴＱＨ０ＳＴが前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴ以下の場合、すなわち、Ａ部において最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴが選択された場合は、バルブ上流圧の如何にかかわらず最終的に最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴ相当のバルブ作動角が得られるようにバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰとして１．０を出力するようにした。
【００６４】
次に、前記目標スロットル開度演算部ｃにおける演算処理について説明する。目標スロットル開度演算部ｃは、吸気バルブ１０５が基準のバルブ作動特性（本実施形態では、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２が作動してないときとする。以下、Ｓｔｄ．バルブ作動特性という）であるときに要求されるスロットル弁の開口面積（以下、スロットル要求開口面積という）ＴＶＯＡＡ０を算出し、これを実際の（制御された）吸気バルブのバルブ作動特性変化に応じて補正して目標スロットル開口面積ＴＶＯＡＡを算出する。そして、該目標スロットル開口面積ＴＶＯＡＡに基づいて目標スロットル開度ＴＤＴＶＯを設定する。
【００６５】
（ｃ−１）目標スロットル開度ＴＤＴＶＯの設定
図１５に制御ブロック図を示す。
図１５において、Ｊ部では、Ｓｔｄ．バルブ作動特性時に要求されるスロットル弁の開口面積Ａｔに相当する状態量ＴＡＤＮＶ０を算出する。具体的には、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに基づいて、図に示すような変換テーブルＴＴＡＤＮＶ０を検索することによりＴＡＤＮＶ０を算出する。なお、前記状態量ＴＡＤＮＶ０は、スロットル弁開口面積を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Ａｔ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）で表されるものである。
【００６６】
そして、算出したＴＡＤＮＶ０に、Ｋ部において機関回転速度Ｎｅを、Ｌ部において排気量ＶＯＬ＃を乗算し、Ｓｔｄ．バルブ作動特性時におけるスロットル要求開口面積ＴＶＯＡＡ０を算出する。
Ｍ部では、算出したスロットル要求開口面積ＴＶＯＡＡ０に、実際の吸気バルブ１０５の作動特性、すなわち、作動特性の変化に応じた補正を行う。具体的には、前記スロットル要求開口面積ＴＶＯＡＡに吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬを乗算して目標スロットル開口面積ＴＶＯＡＡを算出する。なお、吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの設定については後述する。
【００６７】
Ｎ部では、算出した目標スロットル開口面積ＴＡＶＯＡＡに基づいて、図に示すような変換テーブルＴＴＤＴＶＯを検索して目標スロットル開度ＴＤＴＶＯを設定する。
この結果、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５は、実際のスロットル弁１０３ｂの開度が前記目標スロットル開度ＴＤＴＶＯに収束するように前記電子制御スロットル１０４を制御することになる。
【００６８】
（ｃ−２）吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの設定
ここで、図１５のＭ部で用いる吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの設定について説明する。図１６に制御ブロック図を示す。まず、スロットル弁１０３ｂを通過する空気流量Ｑｔｈは、圧縮性流体の一次元定常流れの式より次式（９）、（１０）のように表すことができる。
【００６９】
【数５】

但し、Ｐａ：大気圧（Ｐａ）、Ｐｍ：マニホールド圧（Ｐａ）、Ｔａ：外気温度（Ｋ）、Ａｔ：スロットル開口面積（ｍ²）である。
これより、吸気バルブ１０５の作動特性が変化（状態０→状態１）しても空気量を一定にするためには、次式（１１）が成立する必要がある。
【００７０】
【数６】

但し、Ｐａ：大気圧、Ｔａ：外気温、Ｐｍ'０：Ｓｔｄ．バルブ作動特性時の吸気マニホールド圧、Ｐｍ'１：可変バルブ機構（ＶＥＬ）作動時の吸気マニホールド圧、Ａｔ０：Ｓｔｄ．バルブ作動特性時のスロットル弁開口面積、Ａｔ１：可変バルブ機構（ＶＥＬ）作動時のスロットル開口面積である。
【００７１】
従って、Ｓｔｄ．バルブ作動特性時のスロットル開口面積Ａｔ０に対する吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬは、次式（１２）のようになる。
【００７２】
【数７】

そこで、本実施形態では、図１６のｍ１部において、Ｓｔｄ．バルブ作動特性時の圧力比（Ｐｍ'０／Ｐａ）を、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと機関回転速度Ｎｅに基づいて図に示すようなあらかじめ全性能的に割り付けられたマップを参照して求める。
【００７３】
そして、ｍ２部において、前記Ｓｔｄ．バルブ作動特性時の圧力比（Ｐｍ'／Ｐａ）に基づいて、図に示すテーブルＴＢＬＫＰＡ０を検索して係数ＫＰＡ０を算出する。なお、かかる係数ＫＰＡ０は、次式（１３）で表せるものであり、前記式（１２）の分子の値に相当する。
【００７４】
【数８】

また、可変動弁機構（ＶＥＬ）１１２作動時の圧力比（Ｐｍ'１／Ｐａ）は、以下のようにして算出する。
まず、シリンダ内に吸入される空気量（実吸入空気量）Ｑａｃｙｌは、新気割合をηとすると次式（１４）で表すことができる。
【００７５】
【数９】

従って、圧力比（Ｐｍ'１／Ｐａ）は以下のようになる。
【００７６】
【数１０】

但し、「ＴＰ」は、前記シリンダに吸入される空気量（実吸入空気量）Ｑａｃｙｌであり、「ＴＰ１００」は、スロットル弁１０３ｂ全開時においてシリンダに吸入される空気量でＴＰ１００＝（ＶＯＬ・Ｐａ）／（Ｒ・Ｔａ）で算出されるものである。また、「ＶＯＬ」は、吸気バルブ１０５の各バルブ作動特性における有効シリンダ容積である。
【００７７】
従って、前記ＴＰ、ＴＰ１００及び新気割合ηを求めることで、吸気マニホールド圧力Ｐｍ'を検出することなく圧力比（Ｐｍ'１／Ｐａ）が算出できる。
そこで、本実施形態では、図１３のｍ３部において、スロットル弁１０３ｂ全開時の各バルブ作動特性における吸気バルブ１０５通過体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬに変換定数ＴＰＧＡＩＮ＃を乗算することでＴＰ１００を算出する。なお、ここで用いる体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬの算出については後述する。
【００７８】
また、ｍ４部において、新気割合ηを、スロットル弁１０３ｂが絞られている時の各バルブ作動特性における吸気バルブ１０５通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬ（＝実機関体積流量比）と機関回転速度Ｎｅに基づいて、図に示すようなあらかじめ全性能的に割り付けられたマップを参照して算出する。なお、ここで用いる体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬの算出については後述する。
【００７９】
但し、前記新気割合ηは、上記のようにして算出するものに限られず、例えば運転状態に基づいて推定するようにしてもよい。
そして、ｍ５部において実吸入空気量「ＴＰ」に前記新気割合ηを乗算して「ＴＰ１００・η」を算出し、ｍ６部において「ＴＰ／（ＴＰ１００．η）」を算出する。これが、可変動弁機構（ＶＥＬ）１１２作動時の圧力比（Ｐｍ'１／Ｐａ）である。
【００８０】
更に、ｍ７部では、この可変動弁機構（ＶＥＬ）１１２作動時の圧力比（Ｐｍ'／Ｐａ）に基づいて、図に示すテーブルＴＫＰＡ１を検索して係数ＫＰＡ１を算出する。かかる係数ＫＰＡ１は、次式（１６）で表せるものであり、前記式（１２）の分母の値に相当する。
【００８１】
【数１１】

ｍ８部では、ｍ２部で算出した係数ＫＡＰ０を、ｍ７部で算出した係数ＫＡＰ１で除算することで吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬを設定し、図１５のＭ部に出力する。
【００８２】
（ｃ−３）スロットル弁１０３ｂ全開時の吸気バルブ１０５通過体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬ及び実機関体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬの算出
かかる算出は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２及び可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４の作動角から吸気バルブ１０５の開口面積を求め、これを体積流量比に変換して行う。図１７に制御ブロック図を示す。
【００８３】
ｍ１０部では、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２及び可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４の作動角から求まる可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の実際の角度ＶＥＬＲＥＡＬに基づいて、図に示すようなテーブルＴＡＡＶＥＬ０を検索して吸気バルブ１０５の開口面積ＡＡＶＥＬ０を算出する。
ｍ１１部では、図１２のＧ部と同様に、機関回転速度Ｎｅに応じてＶＥＬ開口面積回転補正を行い、ＡＡＶＥＬを算出する。
【００８４】
そして、算出したＡＡＶＥＬを、ｍ１２部において機関回転速度Ｎｅで除算し、ｍ１３部において排気量（シリンダ容積）ＶＯＬ＃で除算して、Ａ／Ｎ／Ｖ特性とする。
ｍ１４部では、図に示すようなテーブルＴＷＨ０ＶＥＬ０を検索して、Ａ／Ｎ／Ｖ特性を体積流量比ＷＨ０ＶＥＬ０へと変換する。
【００８５】
そして、ｍ１５部において、図１２のＥ部と同様にＶＴＣ補正を行い、スロットル弁１０３ｂ全開時の吸気バルブ１０５通過体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬを算出して、図１６のｍ３部へ出力する。
一方、ｍ１６部では、ｍ１１部で算出したＡＡＶＥＬに、実際の吸気マニホールド圧Ｐｍと大気圧Ｐａの比（Ｐｍ／Ｐａ）を乗算してＡＡＶＥＬ'を算出する。
【００８６】
そして、このＡＡＶＥＬ'を、ｍ１７部において機関回転速度Ｎｅで除算し、ｍ１８部において排気量（シリンダ容積）ＶＯＬ＃で除算して、Ａ／Ｎ／Ｖ特性とする。
ｍ１９部では、ｍ１４部と同様に、図に示すようなテーブルＴＲＨ０ＶＥＬ０を検索して、Ａ／Ｎ／Ｖ特性を体積流量比ＲＨ０ＶＥＬ０へと変換する。
【００８７】
そして、ｍ２０部において、ｍ１５部（図１２のＥ部）と同様にＶＴＣ補正を行い、実体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬを算出して、図１６のｍ４部へ出力する。
以上説明したように、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２と前記電子制御スロットル１０４とを協調させた制御を行うので、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２による吸入空気量制御（トルク制御）を可能にしつつ、可変バルブ機構（ＶＥＬ）のみでは対応できない負圧要求に対しては、電子制御スロットル１０４を制御し、運転状態に応じて最適な制御を実現できる。
【００８８】
なお、前記可変バルブ機構は、上述した構成のものに限定するものではなく、他の構成によるものであってもよく、また、吸気バルブ１０５のバルブ作動特性を可変するものに限られず、排気バルブ１０７のバルブ作動特性を吸気バルブ１０５と共に可変するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における機関の構成図。
【図２】本発明の実施形態における可変バルブ機構ＶＥＬの断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記可変バルブ機構ＶＥＬの側面図。
【図４】上記可変バルブ機構ＶＥＬの平面図。
【図５】上記可変バルブ機構ＶＥＬに使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記可変バルブ機構ＶＥＬの低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記可変バルブ機構ＶＥＬの高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記可変バルブ機構ＶＥＬにおける揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図９】上記可変バルブ機構ＶＥＬのバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】上記可変バルブ機構ＶＥＬにおける制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】本実施形態における吸入空気量（トルク）制御を示す全体ブロック図。
【図１２】可変バルブ機構ＶＥＬの目標作動角演算を示すブロック図。
【図１３】吸気バルブの閉弁タイミングに応じた補正のためのバルブタイミング補正値ＫＨＯＳＩＶＣの設定を示すブロック図。
【図１４】吸気バルブ上流側の吸気圧に応じた補正のためのバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰの設定を示す図。
【図１５】目標スロットル開度演算を示すブロック図。
【図１６】吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの設定を示すブロック図。
【図１７】スロットル弁全開時の吸気バルブ通過体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬ及び実際の吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬの算出を示すブロック図。
【符号の説明】
１３カム軸
１５偏心カム（揺動駆動部材）
１６制御軸
１７制御カム
１８ロッカアーム
２０揺動カム
２５リンクアーム（揺動駆動部材）
１０１内燃機関
１０４電子制御スロットル
１０５吸気バルブ
１１２可変バルブ機構（ＶＥＬ）
１１４可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）
１１５コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）
１１６アクセル開度センサ
１１７エアフローメータ
１１８クランク角センサ
１１９カムセンサ
１２０スロットルセンサ
１２１燃焼圧センサ
２０１アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）
２０６作動角センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionVariable valve lift and valve operating angle of intake valvevariablevalveThe intake air amount is controlled by the mechanism and the variablevalvemechanismIntake air volume controlTo assistInThe present invention relates to a control device for an internal combustion engine that also uses control of a throttle valve.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there has been known a variable valve mechanism having a configuration in which the valve lift amount and the valve operating angle of the intake valve and the exhaust valve are continuously changed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-012262).
The variable valve mechanism includes a control shaft disposed substantially parallel to the cam shaft, a control cam eccentrically fixed to the outer periphery of the control shaft, a rocker arm pivotally supported by the control cam, A link arm / eccentric cam that swings and drives one end of the rocker arm according to the rotation of the camshaft, and a swing cam that swings in conjunction with the other end of the rocker arm and opens the intake / exhaust valve And a DC servo motor that rotationally drives the control shaft.
[0003]
The DC servo motor is feedback-controlled so that the actual operating angle of the control shaft detected by the operating angle sensor matches the target operating angle corresponding to the required valve opening characteristics.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the intake air amount is to be controlled by the variable valve mechanism, the following points are problematic.
(1) A negative pressure cannot be generated in the intake passage due to canister purge and blow-by gas processing.
[0005]
(2) Since the variable valve mechanism has a minimum operating angle characteristic, the intake air amount control may not be performed only with the variable valve mechanism depending on conditions.
Therefore, when the intake air amount is controlled by the variable valve mechanism, it is necessary to use both the control of the variable valve mechanism and the control of the throttle valve. However, there is a problem in how to control these. It becomes.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a control device for an internal combustion engine that can realize both intake air amount control and required negative pressure control by appropriately controlling a variable valve mechanism and a throttle valve in a coordinated manner. The purpose is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  Therefore, the control device for an internal combustion engine according to the present invention is an engine.SuckingAir valveValve lift and valve operating angleVariable to changevalveMechanism,A control device for an internal combustion engine having a throttle valve opening and closing mechanism for opening and closing a throttle valve interposed in an intake passage;Depending on engine operating conditionsRequestedAir volumeCalculationDoCalculate required air volumeMeans,A selection means for calculating the minimum air amount that can be realized by the variable valve mechanism based on the engine rotational speed, comparing the minimum air amount with the required air amount, and selecting a larger one, and the selected air amountBased on the intake valveValve opening area calculating means for calculating a target valve opening area which is a target opening area; target valve lift amount setting means for setting a target valve lift amount of the intake valve based on the target valve opening area;SaidThe valve lift amount of the intake valve becomes the target valve lift amount.VariablevalveVariable to control the mechanismvalvemechanismcontrolMeans,When the minimum air amount is selected by the selection means, based on the required air amount, a target opening area of the throttle valve when the valve lift amount of the intake valve is a predetermined reference valve lift amount Throttle opening area calculating means for calculating a target throttle opening area;,Throttle opening area correction means for correcting the target throttle opening area according to a change in the valve lift amount of the intake valve controlled by the variable valve mechanism, and the target throttle opening based on the corrected target throttle opening area Target throttle opening calculation means for calculating the throttle valve opening / closing mechanism control means for controlling the throttle valve opening / closing mechanism so that the opening of the throttle valve becomes the target throttle opening;It is characterized by providing.
[0008]
  The invention according to claim 2The selection means calculates a target volume flow ratio based on the required air amount and the engine rotational speed, calculates a minimum volume flow ratio that can be realized by the variable valve mechanism, and calculates the target volume flow ratio and the minimum volume flow ratio. The valve opening area calculating means converts the selected volume flow ratio into the opening area of the intake valve to obtain the target valve opening area.It is characterized by that.
  The invention according to claim 3A variable valve timing mechanism that varies the opening / closing timing of the intake valve by changing the rotational phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft, and variable valve timing mechanism control means that controls the variable valve timing mechanism according to the operating state of the engine And further comprisingIt is characterized by that.
[0009]
  The invention according to claim 4The throttle valve opening / closing mechanism control means controls the throttle valve opening / closing mechanism so that the throttle valve is fully opened under an operating condition where no negative pressure is required.It is characterized by that.
  The invention according to claim 5The throttle valve opening / closing mechanism control means is configured so that, under operating conditions requiring a negative pressure, the throttle valve opening / closing mechanism control means controls the throttle valve so that the opening degree of the throttle valve becomes an opening degree that generates a predetermined negative pressure. Control valve opening and closing mechanismIt is characterized by that.
[0011]
  Claim6The invention according toThe target valveOpen areaSaidCorrect according to the closing timing of the intake valve1st valve opening area correction means is providedIt is characterized by that.
  The invention according to claim 7 includes second valve opening area correcting means for correcting the target valve opening area according to the engine rotational speed, and the second valve opening area correcting means increases the target rotational speed as the engine rotational speed increases. The valve opening area is reduced.
  Claim8The invention according toThe target valveOpening area upstream of intake valvelateral pressureCorrect according to force3rd valve opening area correction means is providedIt is characterized by that.
[0014]
  Claim9In the invention according to the present invention, the throttle opening area correction means includes:When the valve lift amount of the intake valve is a predetermined reference valve lift amountThe ratio between the intake valve upstream pressure and atmospheric pressure,The valve lift amount is controlled by the variable valve mechanism.Calculate the correction coefficient based on the ratio of actual intake valve upstream pressure and atmospheric pressure,thisUsing the calculated correction factorTarget throttle opening areaIt is characterized by correcting.
[0015]
  Claim10According to the present invention, the actual intake valve upstreamlateral pressureThe ratio of force to atmospheric pressure is set according to the actual intake air amount actually sucked into the engine, the fully-open intake air amount sucked into the engine when the throttle valve is fully opened, and the operating state of the engine It is calculated based on the fresh air ratio to be performed.
  Claim11The invention according to said variablevalveThe mechanism swings between a drive shaft that rotates in synchronization with the crankshaft and a drive cam that is fixed to the drive shaft.Intake airA swing cam that opens and closes the valve, a transmission mechanism linked to the drive cam side at one end and linked to the swing cam side at the other end, and a control shaft having a control cam that changes the attitude of the transmission mechanism; An actuator for rotating the control shaft, and by controlling the rotation of the control shaft by the actuatorValve lift amount and valve operating angle of the intake valveIs variable.
[0016]
【The invention's effect】
  The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention.According toWhen the intake air amount control cannot be performed only by the variable valve mechanism while the intake air amount control by the variable valve mechanism is fundamental, the required air amount can be accurately controlled by the cooperative control of the variable valve mechanism and the throttle valve.
[0017]
  According to the invention of claim 2The machineSeki's target volume flow ratio and the variablevalveControllable by mechanismminimumVolume flow rateRatio andCompare the larger oneIs selected and this selectedVolume flow ratioIs converted into the opening area of the intake valve to obtain the target valve opening area, the target valve opening area can be easily calculated.
  According to the invention of claim 3, the opening / closing timing of the intake valve can be changed without changing the valve lift amount.
[0018]
  According to the invention of claim 4,The intake air amount control by the variable valve mechanism is realized.
  According to the invention of claim 5,When there is a negative pressure request, a predetermined negative pressure can be generated.
[0019]
  According to the invention which concerns on Claim 6, the valve opening area for ensuring required air quantity can be set with sufficient precision, considering the change of effective cylinder volume.
[0020]
  According to the invention of claim 7,The valve opening area for securing the air demand can be accurately set while considering the increase of the inertial force due to the increase in the engine rotational speed Ne.
[0021]
  Claim8According to the invention according to, SuLottole valveofWhile taking into account the negative pressure generated by the control,requestAccurately set the valve opening area to secure the air volumeit can.
[0023]
  Claim9According to the invention concerning the intake valve,The valve lift amount is set to the predetermined reference valve lift amount.The correction coefficient is calculated based on the ratio between the intake pressure upstream of the intake valve and the atmospheric pressure and the actual intake pressure upstream of the intake valve valve and the atmospheric pressure, and the calculated correction coefficient is used to calculate the correction coefficient. Since the required throttle opening area is corrected, the throttle opening area corresponding to the actual operation characteristics of the intake valve can be set appropriately.
[0024]
  Claim10According to the invention, the actual intake valve upstream used for calculating the correction coefficient is not detected without actually detecting the intake manifold pressure (that is, even in a system without a sensor that detects the intake manifold pressure).lateral pressureThe ratio between force and atmospheric pressure can be easily calculated.
  Claim11According to the invention according to the above, the valve lift amount and the valve operating angle are continuously changed by changing the operating angle of the control shaft by the actuator, and the variablevalveIntake air amount control based on the mechanism can be executed.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine for a vehicle.
In FIG. 1, an electronic control throttle 104 that opens and closes a throttle valve 103b by a throttle motor 103a is interposed in an intake passage 102 of the internal combustion engine 101, and combustion is performed via the electronic control throttle 104 and the intake valve 105. Air is sucked into the chamber 106.
[0026]
The combustion exhaust gas is discharged from the combustion chamber 106 through the exhaust valve 107, purified by the exhaust purification catalyst 108, and then released into the atmosphere through the muffler 109.
The exhaust valve 107 is driven by a cam 111 supported on the exhaust side camshaft 110 while maintaining a constant valve lift amount and a valve operating angle. The intake valve 105 is driven by a variable valve mechanism (VEL) 112. The valve lift and the valve operating angle can be continuously changed.
[0027]
Further, at the end of the intake camshaft 113, a variable valve timing having a known configuration is provided in which the valve opening / closing timing is continuously varied while the valve lift amount is fixed by changing the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft. A mechanism (VTC) 114 is provided.
A control unit (C / U) 115 incorporating a microcomputer includes an accelerator opening sensor APS116, an airflow meter 117 for detecting an intake air amount (mass flow rate) Qa, a crank angle sensor 118 for extracting a rotation signal Ne from a crankshaft, Various detection signals are input from a cam sensor 119 that detects the rotational position of the intake camshaft 113, a throttle sensor 120 that detects the opening TVO of the throttle valve 103b, a combustion pressure sensor 121 that detects the combustion pressure in the cylinder, and the like. .
[0028]
The control unit (C / U) 115 detects the rotational phase (VTCNOW) of the intake camshaft 113 with respect to the crankshaft based on the detection signals of the crank angle sensor 118 and the cam sensor 119, and opens and closes the intake valve 105. And a target advance angle value or retard angle value (TRGVTC) is set according to the operating state, and the variable valve is set so that the rotational phase of the intake camshaft becomes the target advance angle value or retard angle value (TRGVTC). The timing mechanism (VTC) 114 is controlled to control the opening / closing timing of the intake valve 105.
[0029]
Further, in accordance with the accelerator opening APO detected by the accelerator opening sensor APS116, the electronic device can obtain the intake air amount corresponding to the accelerator opening by the opening degree of the throttle valve 103b and the opening characteristic of the intake valve 105. The drive of the control throttle 104 and the variable valve mechanism (VEL) 112 is controlled. Specifically, a constant negative pressure is used for canister purge and blow-by gas processing while controlling the intake air amount by controlling the valve lift amount (and valve operating angle) by the variable valve mechanism (VEL) 112. The opening degree of the throttle valve 103b is controlled so as to generate (target boost: -50 mmHg, for example).
[0030]
However, under operating conditions where no negative pressure is required, so-called throttleless control is performed in which the throttle valve 103b is held fully open and the intake air amount is controlled only by the variable valve mechanism (VEL) 112. Further, when the intake air amount cannot be controlled only by the variable valve mechanism (VEL) 112, the drive of the variable valve mechanism (VEL) 112 is controlled and the opening degree of the throttle valve 103b is controlled.
[0031]
Here, the structure of the variable valve mechanism (VEL) 112 will be described. 2 to 4, the variable valve mechanism (VEL) includes a pair of

intake valves

105, 105, a hollow cam shaft 13 rotatably supported by the cam bearing 14 of the cylinder head 11, and the variable valve mechanism (VEL). Two

eccentric cams

15, 15 which are rotary cams supported by the cam shaft 13, a control shaft 16 rotatably supported on the same cam bearing 14 above the cam shaft 13, and the control shaft 16 A pair of

rocker arms

18, 18 supported so as to be swingable via a control cam 17, and a pair of independent swing cams disposed at upper ends of the

intake valves

105, 105 via

valve lifters

19, 19. 20 and 20.
[0032]
The

eccentric cams

15 and 15 and the

rocker arms

18 and 18 are linked by

link arms

25 and 25, and the

rocker arms

18 and 18 and the

swing cams

20 and 20 are linked by

link members

26 and 26.
As shown in FIG. 5, the eccentric cam 15 has a substantially ring shape and includes a small-diameter cam main body 15a and a flange portion 15b integrally provided on the outer end surface of the cam main body 15a. A cam shaft insertion hole 15 c is formed through the shaft, and the shaft center X of the cam body 15 a is eccentric from the shaft center Y of the cam shaft 13 by a predetermined amount. The eccentric cam 15 is press-fitted and fixed to the camshaft 13 on both outer sides that do not interfere with the valve lifter 19 via camshaft insertion holes 15c, and the outer peripheral surface 15d of the cam body 15a has the same cam profile. Is formed.
[0033]
As shown in FIG. 4, the rocker arm 18 is bent in a substantially crank shape, and a central base portion 18 a is supported by the control cam 17 in a self-rotating manner. A pin hole 18d into which a pin 21 connected to the tip end of the link arm 25 is press-fitted is formed at one end 18b protruding from the outer end of the base 18a, while the inner end of the base 18a is formed. A pin hole 18e into which a pin 28 connected to one end portion 26a (described later) of each link member 26 is press-fitted is formed in the other end portion 18c projecting from the portion.
[0034]
The control cam 17 has a cylindrical shape, is fixed to the outer periphery of the control shaft 16, and the position of the axis P1 is eccentric from the axis P2 of the control shaft 16 by α as shown in FIG.
The swing cam 20 has a substantially horizontal U shape as shown in FIGS. 2, 6, and 7, and a cam shaft 13 is fitted into a substantially annular base end portion 22 so as to be rotatably supported. A support hole 22a is formed through, and a pin hole 23a is formed through the end 23 located on the other end 18c side of the rocker arm 18.
[0035]
Further, on the lower surface of the swing cam 20, a base circle surface 24a on the base end portion 22 side and a cam surface 24b extending in an arc shape from the base circle surface 24a toward the edge of the end portion 23 are formed. The base circle surface 24 a and the cam surface 24 b are brought into contact with predetermined positions on the upper surfaces of the valve lifters 19 according to the swing position of the swing cam 20. That is, when viewed from the valve lift characteristics shown in FIG. 8, as shown in FIG. 2, the predetermined angular range θ1 of the base circle surface 24a becomes the base circle section, and the predetermined angular range from the base circle section θ1 of the cam surface 24b. θ2 is a so-called ramp section, and further, a predetermined angle range θ3 from the ramp section θ2 of the cam surface 24b is set to be a lift section.
[0036]
The link arm 25 includes an annular base portion 25a and a projecting end 25b projecting at a predetermined position on the outer peripheral surface of the base portion 25a. At the center position of the base portion 25a, the cam body 15a of the eccentric cam 15 is provided. A fitting hole 25c is formed on the outer peripheral surface so as to be freely rotatable, and a pin hole 25d through which the pin 21 is rotatably inserted is formed in the protruding end 25b. The link arm 25 and the eccentric cam 15 constitute a swing drive member.
[0037]
The link member 26 is formed in a straight line having a predetermined length, and circular pin ends 26a and 26b have

pin holes

18d and 23a on the other end 18c of the rocker arm 18 and an end 23 of the swing cam 20, respectively. Pin insertion holes 26c and 26d through which end portions of the

pins

28 and 29 press-fitted are rotatably inserted are formed. Note that snap rings 30, 31, and 32 that restrict the axial movement of the link arm 25 and the link member 26 are provided at one end of each of the

pins

21, 28, and 29.
[0038]
As shown in FIG. 10, the control shaft 16 is rotationally driven within a predetermined rotation angle range by an actuator 201 such as a DC servo motor provided at one end, and the operating angle of the control shaft 16 is Is changed by the actuator 201, the valve lift amount and the valve operating angle of the

intake valves

105, 105 are continuously changed (see FIG. 9). That is, in FIG. 10, the rotation of the actuator (DC servo motor) 201 is transmitted to the threaded shaft 103 via the transmission member 202, and the axial position of the nut 204 through which the shaft 203 is passed is determined. Change. The control shaft 16 is rotated by a pair of

stay members

205a and 205b attached to the tip of the control shaft 16 and having one end fixed to the nut 204.
[0039]
In the present embodiment, as shown in the figure, the valve lift amount is reduced by moving the position of the nut 204 closer to the transmission member 202, and conversely, the valve is moved away from the transmission member 202. Increase the lift amount.
In addition, a potentiometer type operating angle sensor 206 (adjustment position sensor) for detecting an operating angle (VEL operating angle) VSC-ANGL of the control shaft 16 is provided at the tip of the control shaft 16. The control unit (C / U) 115 feedback-controls the actuator (DC servo motor) 201 so that the actual VEL operating angle VSC-ANGL detected by the sensor 206 matches the target VEL operating angle TGVEL.
[0040]
Next, intake air amount control (torque control) by the control unit (C / U) 115 will be described. As shown in FIG. 11, the control unit (C / U) 115 in the present embodiment is configured to include a target volume flow rate calculation unit a, a VEL target operating angle calculation unit b, and a target throttle opening calculation unit c. .
First, calculation processing in the target volume flow ratio calculation unit a will be described.
[0041]
The target volume flow ratio calculation unit a calculates a target volume flow ratio TQH0ST corresponding to the target torque.
Specifically, the required air amount (engine required air amount) corresponding to the accelerator opening APO and the engine rotational speed Ne (or a target torque set based on the accelerator opening APO and the engine rotational speed Ne is obtained). ) While calculating Q0, the ISC required air amount QISC required in the idle rotation speed control (ISC) is calculated. The total required air amount (intake air amount) Q (= Q0 + QISC) is calculated by adding the ISC required air amount QISC to the engine required air amount Q0, and this is calculated as the engine speed Ne and the exhaust amount (total cylinder). Volume) The target volume flow ratio TQH0ST (= Q / (Ne · VOL #)) is calculated by sequentially dividing by VOL #.
[0042]
Next, calculation processing in the VEL target operating angle calculation unit b will be described.
The VEL target operating angle calculator b calculates the target valve opening area TVELAA by inversely converting the target volume flow ratio TQH0ST based on the compression fluid type based on the target volume flow ratio TQH0ST. Then, the final target operating angle TGVEL is set by comparing the target operating angle TGVEL0 calculated based on the target valve opening area TVELAA and the maximum operating angle VELHLMT of the variable valve mechanism 112.
[0043]
(B-1) Setting the target operating angle of the variable valve mechanism (VEL) 112
FIG. 12 shows a specific control block diagram.
In FIG. 12, in part A, the larger one is selected by comparing the target volume flow ratio TQH0ST and the minimum volume flow ratio QH0LMT, and the volume flow ratio to be realized by the variable valve mechanism VEL112 (hereinafter referred to as VEL realized volume flow ratio). TQH0VEL is set. The minimum volume flow ratio QH0LMT is the minimum volume flow ratio that can be realized (controllable) by the variable valve mechanism (VEL) 112 (that is, the volume flow ratio when the VEL operating angle is minimum). The calculation is performed by searching a table TQH0LMT as shown in the figure based on the engine rotational speed Ne.
[0044]
In part B, the VEL realized volume flow ratio TQH0VEL is set to a state quantity VACDNV = Av · Cd / N / V (valve opening area / loss factor / rotational speed / displacement) equivalent to the valve opening area Av as follows. Ask. First, the flow rate of air passing through the intake valve 105 (ie, the cylinder intake air amount) Qc isThe following equations (1) and (2) can be expressed from the one-dimensional steady flow equation of the compressible fluid.
[0045]
[Expression 1]

R: Gas constantnumber,γ: specific heat ratio (= 1.4), Cd: intake valve flow loss coefficient, Av: intake valve opening area (m²), P0: intake valve upstream pressure (for example, intake manifold pressure Pm) (Pa), Pc: intake valve downstream pressure (ie, cylinder internal pressure) (Pa), T0: intake valve upstream temperature (for example, intake manifold temperature Tm) (K).
[0046]
The VEL realized volume flow ratio TQH0VEL is obtained by dividing the amount of air passing through the intake valve 105 by the engine (engine) rotational speed Ne and the exhaust amount VOL #, and similarly, the following equations (3) and (4) It can be expressed as
[0047]
[Expression 2]

Therefore, if the valve upstream temperature Tm, the valve upstream pressure Pm, and the cylinder internal pressure Pc are known, it can be converted into A · Cd / N / V characteristics by calculating Cd · Av / (Ne · VOL #), and the valve opening area Av The state quantity VACDNV corresponding to can be obtained.
[0048]
Therefore, in the present embodiment, a table TVACCDNV as shown in the figure is created in advance, and the table is searched based on the VEL realized volume flow ratio TQH0VEL, thereby converting to the A · Cd / N / V characteristic. It is carried out.
The table TVACDNV is created as follows, for example.
That is, the VEL realization volume flow ratio TQH0VEL is choke as a value according to Cd · Av / (Ne · VOL #) and the valve front / rear differential pressure ratio (Pc / P0) from the above equation (3) when not choke. At this time, it can be seen from the above formula (4) that the value is proportional to Cd · Av / (Ne · VOL #). Therefore, TQH0VEL and Cd · Av / (Ne · VOL #) Create by finding the correlation.
[0049]
Then, VACDNV obtained as described above is multiplied by the engine rotational speed Ne in the C part and the exhaust amount VOL # in the D part to calculate the flow characteristic TVELAA0 (= Av · Cd). This is basically the opening area required for the intake valve (hereinafter referred to as the required valve opening area).
In the part E, VTC correction of the required valve opening area TVELAA0 is performed. Specifically, TVELAA1 is calculated by dividing the required valve opening area TVELAA0 by a valve timing correction value KHOSIVC corresponding to the closing timing of the intake valve. This is because when the valve timing (valve closing timing IVC) of the intake valve is advanced, the effective cylinder volume decreases, and the volume flow rate ratio decreases even with the same valve opening area. The valve opening area TVELAA0 is corrected. The setting of the valve timing correction value KHOSIVC will be described later.
[0050]
In the F section, TVELAA1 calculated in the E section is corrected according to the intake valve upstream pressure (hereinafter simply referred to as the valve upstream pressure). Specifically, TVELAA1 is calculated by multiplying the TVELAA1 by the valve upstream pressure correction value KMANIP. This is because the volume flow ratio also changes due to the negative pressure generated according to the throttle opening, and the valve opening area corresponding to such change is obtained. When the throttle valve 103b is fully opened, this is not necessary when the throttle valve 103b is fully open because the upstream pressure of the valve becomes atmospheric pressure. However, in reality, it is necessary to throttle the throttle due to a negative pressure request such as purge. The setting of the valve upstream pressure correction value KMANIP will be described later.
[0051]
In the G section, TVELAA2 calculated in the F section is corrected according to the engine speed Ne. Specifically, TVELAA2 is divided by VEL opening area rotation correction value KHOSNE to calculate TVELAA. This is because, due to the characteristics of the variable valve mechanism (VEL) 112, the inertial force increases as the engine rotational speed Ne increases, and the valve lift amount (valve opening area) increases even at the same VEL operating angle. The correction for that amount is performed. TVELAA calculated here is the target valve opening area. The VEL opening area rotation correction value KHOSNE used for such correction is calculated by searching a table TKHOSNE as shown in the figure based on the engine rotation speed Ne in the g1 part.
[0052]
In the part H, based on the target valve opening area TVELAA, the target valve opening area TVELAA is converted into a VEL operating angle TGVEL0 using a table TTGVEL0 as shown in the figure. That is, since the VEL operating angle can be uniquely determined from the opening area of the valve, the valve opening area can be converted into the VEL operating angle by setting the table TTGVEL0 in advance.
[0053]
Since the target valve opening area TVELAA is calculated as a flow characteristic, the valve flow loss coefficient Cd is included, but the valve flow loss coefficient Cd is determined by the valve lift amount. When the table TTGVEL0 (valve opening area-valve operating angle conversion table) is set, the valve flow loss coefficient Cd is also included in advance.
[0054]
In the part I, the VEL operating angle TGVEL0 converted in the H part is compared with the upper limit value of the VEL operating angle that can be controlled by the variable valve mechanism (VEL) 112, that is, the maximum VEL operating angle VELHLMT. The target VEL operating angle TGVEL is set. Specifically, as shown in the figure, if TGVEL0 ≧ VELHLMT, VELHLMT is set as the target VEL operating angle TGVEL, and if TGVEL0 <VELHLMT, TGVEL0 is set as the target VEL operating angle TGVEL.
[0055]
The maximum VEL operating angle VELHLMT is calculated by searching a table TVELHLMT as shown in the figure based on the table based on the engine speed Ne in the i1 part.
As a result, the control unit C / U 115 controls the actuator 201 so that the actual VEL operating angle VELCOM becomes the target VEL operating angle TGVEL.
[0056]
(B-2) Setting of valve timing correction value KHOSIVC
Here, the setting of the valve timing correction value KHOSIVC used in the E part of FIG. 12 will be described. FIG. 13 shows a control block diagram.
In FIG. 13, in the portion e1, when the variable valve timing mechanism (VTC) 114 is not operating, that is, when the VTC is most retarded, the angle V0IVC of the intake valve closing timing (hereinafter referred to as IVC) is Based on the operating angle VSC-ANGL of the variable valve mechanism (VEL) 112 and the variable valve timing mechanism (VTC) 114, it is obtained with reference to a table TV0IVC as shown in the figure.
[0057]
Next, in part e2, the actual IVC angle REALIVC is obtained by subtracting the rotational phase VTCNOW of the intake camshaft from V0IVC.
Then, in section e3, based on the actual IVC angle REALIVC, a table TKHOSIVC as shown in the figure is searched to set a valve timing correction value KHOSIVC and output to section E in FIG.
[0058]
The valve timing correction value KHOSIVC includes (1) static correction (correction for effective cylinder volume decrease) and (2) dynamic correction (when the engine is rotating, the amount of air in the effective cylinder equivalent volume at IVC). (3) Correction for valve overlap (correction according to the valve opening timing IVO of the intake valve 105) (That is, the table TKHOSIVC is set including the above factors (1) to (3)).
[0059]
(B-3) Setting of valve upstream pressure correction value KMANIP
Next, the setting of the valve upstream pressure correction value KMANIP used in the F part of FIG. 12 will be described. FIG. 14 shows a control block diagram.
First, in order to make the amount of air passing through the intake valve 105 constant even when the valve upstream pressure (intake manifold pressure) changes (Pm0 → Pm1) by restricting the throttle valve 103b, a one-dimensional steady state of compressible fluid is used. From the flow equation, the following equations (5) and (6) need to be established.
[0060]
[Equation 3]

However, Pm0: Valve upstream pressure when the throttle valve is fully opened (intake manifold pressure ≈ atmospheric pressure), Pm1: Valve upstream pressure at the target boost (intake manifold pressure), Pc0: Valve downstream pressure when the throttle valve is fully opened (≈ cylinder internal pressure) ), Pc1: valve downstream pressure at target boost (≈cylinder internal pressure), Av0: intake valve opening area when throttle valve is fully open, and A1: intake valve opening area when target boost is reached.
[0061]
Accordingly, the valve upstream pressure correction value KMANIP for the valve opening area A0 when the valve upstream pressure is atmospheric pressure (Pm0) is expressed by the following equations (7) and (8).
[0062]
[Expression 4]

Therefore, the valve upstream pressure correction value KMANIP is uniquely determined by the atmospheric pressure / target boost (manifold pressure) during choke. In addition, since it is considered that (Pc0 / Pm0) ≈ (Pc1 / Pm1), the atmospheric pressure / target boost is dominant even during non-choke, and in any case, the valve upstream pressure correction value KMANIP is set to the atmospheric pressure / It can be the target Boost.
[0063]
Therefore, in the present embodiment, the atmospheric pressure / target boost (target manifold pressure) is set as a single point constant (for example, 101.3 KPa / 88 KPa) as the valve upstream pressure correction value KMANIP in the f1 part of FIG. Is output to F part of FIG.
However, when the target volume flow rate TQH0ST is equal to or less than the minimum volume flow rate ratio QH0LMT, that is, when the minimum volume flow rate ratio QH0LMT is selected in the part A, the minimum volume flow rate ratio is finally set regardless of the valve upstream pressure. The valve upstream pressure correction value KMANIP is set to 1.0 so that the valve operating angle corresponding to QH0LMT can be obtained.
[0064]
Next, calculation processing in the target throttle opening calculation unit c will be described. The target throttle opening calculation unit c is configured such that the intake valve 105 is a reference valve operating characteristic (in this embodiment, the variable valve mechanism (VEL) 112 is not operating. Hereinafter, referred to as Std. Valve operating characteristic). TVOAA0 required for throttle valve opening area (hereinafter referred to as throttle required opening area) TVOAA0 is calculated, and this is corrected according to the change in the valve operating characteristics of the actual (controlled) intake valve. The opening area TVOAA is calculated. Then, the target throttle opening TDTVO is set based on the target throttle opening area TVOAA.
[0065]
(C-1) Setting of target throttle opening TDTVO
FIG. 15 shows a control block diagram.
In FIG. A state quantity TADNV0 corresponding to the opening area At of the throttle valve required at the time of valve operation characteristics is calculated. Specifically, TADNV0 is calculated by searching a conversion table TTADNV0 as shown in the figure based on the target volume flow ratio TQH0ST. The state quantity TADNV0 is expressed by At / (Ne · VOL #) where At is the throttle valve opening area, Ne is the engine speed, and VOL # is the displacement (cylinder volume).
[0066]
Then, the calculated TADNV0 is multiplied by the engine rotational speed Ne in the K portion and the displacement VOL # in the L portion, and Std. A throttle required opening area TVOAA0 at the time of valve operating characteristics is calculated.
In the M section, the calculated throttle required opening area TVOAA0 is corrected according to the actual operating characteristic of the intake valve 105, that is, the operating characteristic. Specifically, the target throttle opening area TVOAA is calculated by multiplying the throttle required opening area TVOAA by the intake valve opening correction value KAVEL. The setting of the intake valve opening correction value KAVEL will be described later.
[0067]
In the N section, based on the calculated target throttle opening area TVOAA, a conversion table TTDTVO as shown in the figure is searched to set the target throttle opening TDTVO.
As a result, the control unit (C / U) 115 controls the electronic control throttle 104 so that the actual opening of the throttle valve 103b converges to the target throttle opening TDTVO.
[0068]
(C-2) Setting of intake valve opening correction value KAVEL
Here, the setting of the intake valve opening correction value KAVEL used in the M part of FIG. 15 will be described. FIG. 16 shows a control block diagram. First, the air flow rate Qt passing through the throttle valve 103bh isFrom the one-dimensional steady flow equation of the compressible fluid, the following equations (9) and (10) can be expressed.
[0069]
[Equation 5]

However, Pa: atmospheric pressure (Pa), Pm: manifold pressure (Pa), Ta: outside air temperature (K), At: throttle opening area (m²).
Thus, in order to make the air amount constant even when the operating characteristic of the intake valve 105 changes (state 0 → state 1), the following equation (11) needs to be satisfied.
[0070]
[Formula 6]

However, Pa: atmospheric pressure, Ta: outside air temperature, Pm′0: Std. Intake manifold pressure during valve operation characteristics, Pm′1: Intake manifold pressure during variable valve mechanism (VEL) operation, At0: Std. Throttle valve opening area when the valve is operating, At1: throttle opening area when the variable valve mechanism (VEL) is operating.
[0071]
Therefore, Std. The intake valve opening correction value KAVEL with respect to the throttle opening area At0 at the time of the valve operating characteristic is expressed by the following equation (12).
[0072]
[Expression 7]

Therefore, in the present embodiment, the Std. The pressure ratio (Pm′0 / Pa) at the time of the valve operation characteristic is obtained with reference to a map assigned in advance for the entire performance as shown in the figure based on the target volume flow ratio TQH0ST and the engine rotational speed Ne.
[0073]
In the m2 part, the Std. Based on the pressure ratio (Pm ′ / Pa) at the time of the valve operating characteristic, the table TBLKPA0 shown in the figure is searched to calculate the coefficient KPA0. The coefficient KPA0 can be expressed by the following equation (13) and corresponds to the numerator value of the equation (12).
[0074]
[Equation 8]

Further, the pressure ratio (Pm′1 / Pa) when the variable valve mechanism (VEL) 112 is operated is calculated as follows.
First, the amount of air sucked into the cylinder (actual intake air amount) Qacyl can be expressed by the following equation (14), where the fresh air ratio is η.
[0075]
[Equation 9]

Therefore, the pressure ratio (Pm′1 / Pa) is as follows.
[0076]
[Expression 10]

However, “TP” is the amount of air sucked into the cylinder (actual intake air amount) Qacyl, and “TP100” is the amount of air sucked into the cylinder when the throttle valve 103b is fully opened, TP100 = (VOL · Pa ) / (R · Ta). “VOL” is an effective cylinder volume in each valve operating characteristic of the intake valve 105.
[0077]
Therefore, the pressure ratio (Pm′1 / Pa) can be calculated without detecting the intake manifold pressure Pm ′ by obtaining the TP, TP100 and the fresh air ratio η.
Therefore, in the present embodiment, TP100 is calculated by multiplying the intake valve 105 passing volume flow rate ratio WQH0VEL in each valve operating characteristic when the throttle valve 103b is fully opened by the conversion constant TPGAIN # in the m3 portion of FIG. The calculation of the volume flow ratio WQH0VEL used here will be described later.
[0078]
Further, in the portion m4, the fresh air ratio η is based on the intake valve 105 passing volume flow rate ratio RQH0VEL (= actual engine volume flow rate ratio) and the engine rotational speed Ne in each valve operating characteristic when the throttle valve 103b is throttled. Then, the calculation is made with reference to a map assigned in advance for the entire performance as shown in the figure. The calculation of the volume flow ratio RQH0VEL used here will be described later.
[0079]
However, the fresh air ratio η is not limited to the one calculated as described above, and may be estimated based on the operating state, for example.
Then, “TP100 · η” is calculated by multiplying the actual intake air amount “TP” by the fresh air ratio η at m5 part, and “TP / (TP100.η)” is calculated at m6 part. This is the pressure ratio (Pm′1 / Pa) when the variable valve mechanism (VEL) 112 is operated.
[0080]
Further, in section m7, based on the pressure ratio (Pm ′ / Pa) when the variable valve mechanism (VEL) 112 is operated, the table TKPA1 shown in the figure is searched to calculate the coefficient KPA1. The coefficient KPA1 can be expressed by the following equation (16) and corresponds to the denominator value of the equation (12).
[0081]
## EQU11 ##

In the m8 part, the intake valve opening correction value KAVEL is set by dividing the coefficient KAP0 calculated in the m2 part by the coefficient KAP1 calculated in the m7 part, and outputs it to the M part in FIG.
[0082]
(C-3) Calculation of intake valve 105 passing volume flow ratio WQH0VEL and actual engine volume flow ratio RQH0VEL when throttle valve 103b is fully opened
This calculation is performed by obtaining the opening area of the intake valve 105 from the operating angles of the variable valve mechanism (VEL) 112 and the variable valve timing mechanism (VTC) 114, and converting this into a volume flow rate ratio. FIG. 17 shows a control block diagram.
[0083]
In the section m10, a table TAAVEL0 as shown in the figure is created based on the actual angle VELREAL of the variable valve mechanism (VEL) 112 obtained from the operating angles of the variable valve mechanism (VEL) 112 and the variable valve timing mechanism (VTC) 114. By searching, the opening area AAVELO of the intake valve 105 is calculated.
In the section m11, similarly to the section G in FIG. 12, VEL opening area rotation correction is performed according to the engine rotational speed Ne, and AAVEL is calculated.
[0084]
Then, the calculated AAVEL is divided by the engine rotational speed Ne at m12, and is divided by the displacement (cylinder volume) VOL # at m13 to obtain an A / N / V characteristic.
In the section m14, a table TWH0VEL0 as shown in the figure is searched, and the A / N / V characteristic is converted into the volume flow rate ratio WH0VEL0.
[0085]
Then, in the m15 part, VTC correction is performed in the same manner as in the E part of FIG. 12, and the intake valve 105 passing volume flow rate ratio WQH0VEL when the throttle valve 103b is fully opened is calculated and output to the m3 part of FIG.
On the other hand, at m16 part, AAVEL ′ is calculated by multiplying AAVEL calculated at m11 part by the ratio (Pm / Pa) of the actual intake manifold pressure Pm and atmospheric pressure Pa.
[0086]
Then, this AAVEL ′ is divided by the engine speed Ne at m17 part, and is divided by the displacement (cylinder volume) VOL # at m18 part to obtain an A / N / V characteristic.
In the m19 part, as in the m14 part, a table TRH0VEL0 as shown in the figure is searched to convert the A / N / V characteristic into the volume flow rate ratio RH0VEL0.
[0087]
Then, in the m20 part, VTC correction is performed in the same manner as the m15 part (E part in FIG. 12), and the actual volume flow ratio RQH0VEL is calculated and output to the m4 part in FIG.
As described above, since the variable valve mechanism (VEL) 112 and the electronically controlled throttle 104 are coordinated, the intake air amount control (torque control) by the variable valve mechanism (VEL) 112 is enabled. In response to a negative pressure request that cannot be met only by the variable valve mechanism (VEL), the electronic control throttle 104 can be controlled to achieve optimum control according to the operating state.
[0088]
The variable valve mechanism is not limited to the above-described configuration, and may be based on other configurations. The variable valve mechanism is not limited to one that varies the valve operating characteristics of the intake valve 105. The valve operating characteristic 107 may be varied together with the intake valve 105.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an engine in an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the variable valve mechanism VEL according to the embodiment of the present invention (cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3).
FIG. 3 is a side view of the variable valve mechanism VEL.
FIG. 4 is a plan view of the variable valve mechanism VEL.
FIG. 5 is a perspective view showing an eccentric cam used in the variable valve mechanism VEL.
6 is a cross-sectional view showing the operation of the variable valve mechanism VEL during low lift (a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3).
7 is a cross-sectional view showing the operation of the variable valve mechanism VEL during high lift (cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3).
FIG. 8 is a valve lift characteristic diagram corresponding to the base end surface of the swing cam and the cam surface in the variable valve mechanism VEL.
FIG. 9 is a characteristic diagram of valve timing and valve lift of the variable valve mechanism VEL.
FIG. 10 is a perspective view showing a rotation driving mechanism of a control shaft in the variable valve mechanism VEL.
FIG. 11 is an overall block diagram showing intake air amount (torque) control in the present embodiment.
FIG. 12 is a block diagram showing a target operating angle calculation of the variable valve mechanism VEL.
FIG. 13 is a block diagram showing the setting of a valve timing correction value KHOSIVC for correction according to the closing timing of the intake valve.
FIG. 14 is a diagram showing a setting of a valve upstream pressure correction value KMANIP for correction according to the intake pressure upstream of the intake valve.
FIG. 15 is a block diagram showing target throttle opening calculation.
FIG. 16 is a block diagram showing the setting of an intake valve opening correction value KAVEL.
FIG. 17 is a block diagram showing calculation of an intake valve passage volume flow ratio WQH0VEL and an actual intake valve passage volume flow ratio RQH0VEL when the throttle valve is fully opened.
[Explanation of symbols]
13 Camshaft
15 Eccentric cam (oscillating drive member)
16 Control axis
17 Control cam
18 Rocker arm
20 Swing cam
25 Link arm (oscillation drive member)
101 Internal combustion engine
104 Electronically controlled throttle
105 Intake valve
112 Variable valve mechanism (VEL)
114 Variable valve timing mechanism (VTC)
115 Control unit (C / U)
116 Accelerator position sensor
117 Air Flow Meter
118 Crank angle sensor
119 Cam sensor
120 Throttle sensor
121 Combustion pressure sensor
201 Actuator (DC servo motor)
206 Operating angle sensor

Claims

A control apparatus for an internal combustion engine having a variable valve mechanism for varying the valve lift amount and valve operating angle of the intake and exhaust valves of the engine, a throttle valve opening and closing mechanism for opening and closing the throttle valve which is interposed in the intake passage, the ,
A required air amount calculating means for calculating a required air amount according to the operating state of the engine;
Selection means for calculating a minimum air amount that can be realized by the variable valve mechanism based on an engine rotation speed, and comparing the minimum air amount with the required air amount, and selecting a larger one;
Valve opening area calculating means for calculating a target valve opening area that is a target opening area of the intake valve based on the selected air amount ;
Target valve lift amount setting means for setting a target valve lift amount of the intake valve based on the target valve opening area;
A variable valve timing control means for the valve lift amount of the intake valve to control the variable valve mechanism such that the target valve lift,
When the minimum air amount is selected by the selection means, based on the required air amount, a target opening area of the throttle valve when the valve lift amount of the intake valve is a predetermined reference valve lift amount Throttle opening area calculating means for calculating a certain target throttle opening area ;
Throttle opening area correction means for correcting the target throttle opening area according to a change in the valve lift amount of the intake valve controlled by the variable valve mechanism;
Target throttle opening calculating means for calculating the target throttle opening based on the corrected target throttle opening area;
Throttle valve opening / closing mechanism control means for controlling the throttle valve opening / closing mechanism so that the opening degree of the throttle valve becomes the target throttle opening degree;
A control device for an internal combustion engine, comprising:

The selection means calculates a target volume flow ratio based on the required air amount and the engine rotational speed, calculates a minimum volume flow ratio that can be realized by the variable valve mechanism, and calculates the target volume flow ratio and the minimum volume flow ratio. Compare the ratio and choose the larger one,
2. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the valve opening area calculating means converts the selected volume flow ratio into the opening area of the intake valve and sets the target valve opening area .

A variable valve timing mechanism that varies the opening / closing timing of the intake valve by changing the rotational phase of the intake camshaft relative to the crankshaft;
Variable valve timing mechanism control means for controlling the variable valve timing mechanism according to the operating state of the engine;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 , further comprising:

4. The throttle valve opening / closing mechanism control means controls the throttle valve opening / closing mechanism so that the throttle valve is fully opened under an operating condition without a negative pressure request. A control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.

The throttle valve opening / closing mechanism control means controls the throttle valve opening / closing mechanism so that the opening degree of the throttle valve becomes an opening degree for generating a predetermined negative pressure under an operating condition requiring a negative pressure. The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.

First valve opening area correction means for correcting the target valve opening area according to the closing timing of the intake valve;
The control system of claim 4 or claim 5, wherein the internal combustion engine, characterized in that it comprises a.

Second valve opening area correction means for correcting the target valve opening area in accordance with the engine rotation speed is provided, and the second valve opening area correction means decreases the target valve opening area as the engine rotation speed increases. The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 4 to 6 .

The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 5 to 7, further comprising third valve opening area correction means for correcting the target valve opening area in accordance with an intake valve upstream side pressure.

The throttle opening area correction means controls the valve lift amount by the ratio of the intake valve upstream pressure and the atmospheric pressure when the valve lift amount of the intake valve is a predetermined reference valve lift amount and the variable valve mechanism. the ratio between the atmospheric pressure and the actual intake valve upstream pressure, calculates a correction coefficient on the basis of, claim 1 or and corrects the target throttle opening area by using the calculated correction factor The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 .

Ratio of the actual intake valve upstream side pressure force and atmospheric pressure, the actual amount of intake air drawn into actual engine, the fully open time amount of intake air drawn into the engine when fully open the throttle valve, the engine 10. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 9 , wherein the controller is calculated based on a fresh air ratio set according to the operating state of the engine.

The variable valve mechanism is
A drive shaft that rotates in synchronization with the crankshaft;
A drive cam fixed to the drive shaft;
A swing cam that opens and closes the intake valve by swinging;
A transmission mechanism linked to the drive cam side at one end and linked to the swing cam side at the other end;
A control shaft having a control cam for changing the attitude of the transmission mechanism;
An actuator for rotating the control shaft,
The variable valve mechanism according to any one of claims 1 to 10, characterized by varying the valve lift amount and valve operating angle before Symbol intake valve by controlling rotation of said control shaft by said actuator Control device.