JP4133270B2

JP4133270B2 - 内燃機関の可変動弁制御装置

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Publication number: JP4133270B2
Application number: JP2002350277A
Authority: JP
Inventors: 憲一町田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP2004183536A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁制御装置に関し、詳しくは、バルブ作動特性の可変制御によって、吸気バルブの通過ガス量を制御する内燃機関の可変動弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アクセル開度及び機関回転速度から目標トルクを設定し、前記目標トルクに相当する目標吸入空気量が得られるように、吸気バルブの作動特性を変化させる構成の機関が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、機関バルブのバルブリフトをバルブ作動角と共に連続的に可変する構成の可変動弁機構が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０６−２７２５８０号公報
【特許文献２】
特開２００１−０１２２６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気バルブの開口面積と、吸気バルブの通過ガス量との相関は、吸気バルブの閉時期ＩＶＣによって変化する有効シリンダ容積毎に存在し、同じ開口面積であっても、閉時期ＩＶＣが異なると、吸気バルブ通過ガス量が変化する。
【０００６】
従って、バルブリフト及びバルブ作動角を連続的に可変する構成の可変バルブ機構を用いて吸入空気量を制御するシステムにおいて、吸気バルブの開口面積から吸気バルブ通過ガス量を推定させようとする場合には、有効シリンダ容積（閉時期ＩＶＣ）毎に、開口面積とバルブ通過ガス量との相関テーブルをもつ必要が生じる。
【０００７】
しかし、有効シリンダ容積（閉時期ＩＶＣ）毎に開口面積とバルブ通過ガス量との相関テーブルを備える構成とすると、システムとして大きな記憶容量を備える必要があると共に、各テーブルをマッチングさせるために多くの工数を要するという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、大きな記憶容量を必要とすることなく、かつ、少ないマッチング工数で、バルブ通過ガス量を制御できる内燃機関の可変動弁制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、１つの有効シリンダ容積のみに対応する、吸気バルブの開口面積相当値とバルブ通過ガス量との相関を予め記憶し、前記吸気バルブの開口面積相当値毎に、前記相関を参照してバルブ通過ガス量を求めると共に、前記相関から求めたバルブ通過ガス量と、運転条件に基づく要求のバルブ通過ガス量との比に基づいて前記開口面積相当値を補正し、更に、該補正後の開口面積相当値に基づき前記相関を参照して求めたバルブ通過ガス量と前記要求のバルブ通過ガス量とから、前記要求のバルブ通過ガス量を実現するための要求容積比を算出し、前記開口面積相当値毎に算出した要求容積比から、可変動弁機構の制御目標を設定する構成とした。
【００１０】
上記構成によると、１つの有効シリンダ容積（例えば１００％）のみに対応する、吸気バルブの開口面積相当値とバルブ通過ガス量との相関のみが記憶されており、該相関から求めた吸気バルブ通過ガス量とそのときの運転条件から要求される要求吸気バルブ通過ガス量との比から開口面積相当値を補正することで、補正前の開口面積相当値で要求バルブ通過ガス量が得られる有効シリンダ容積と前記１つの有効シリンダ容積との違いに対応する補正を開口面積相当値に施す。
【００１１】
ここで、補正後の開口面積相当値で前記相関を参照して求めたバルブ通過ガス量と、要求のバルブ通過ガス量とから、前記要求のバルブ通過ガス量を実現するための要求容積比を算出し、開口面積相当値毎に算出した要求容積比から、可変動弁機構の制御目標を設定する。
【００１２】
即ち、有効シリンダ容積毎に存在する開口面積相当値とバルブ通過ガス量との相関は、相互に相似縮小・相似拡大の関係にあるから、前記補正後の開口面積相当値で、１つの有効シリンダ容積のみに対応する相関を参照することは、補正前の開口面積相当値で要求バルブ通過ガス量が得られる有効シリンダ容積における相関上での開口面積相当値と要求バルブ通過ガス量との格子点に対応する格子点を、１つの有効シリンダ容積における相関上で求めることになる。
【００１３】
従って、補正後の開口面積相当値で前記相関を参照して求めたバルブ通過ガス量と、要求のバルブ通過ガス量との比（要求容積比）は、そのときの開口面積相当値で前記要求のバルブ通過ガス量を得るための有効シリンダ容積と前記１つの有効シリンダ容積との比を示し、１つの有効シリンダ容積は既知であるから、結果的に、そのときの開口面積相当値で要求バルブ通過ガス量が得られる有効シリンダ容積が求まることになる。
【００１４】
このように、１つの有効シリンダ容積での開口面積相当値とバルブ通過ガス量との相関のみを記憶することで、要求バルブ通過ガス量が得られる有効シリンダ容積を求めることができるから、記憶容量及びマッチング工数を削減できる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、前記可変動弁機構として、吸気バルブのバルブリフトを作動角と共に連続的に可変する可変バルブイベント・リフト機構と、吸気バルブの作動角の中心位相を連続的に可変する可変バルブタイミング機構とを備え、前記開口面積相当値毎に算出した要求容積比に基づいて前記吸気バルブの要求閉時期を算出すると共に、運転条件に基づく目標残留ガス率から前記吸気バルブの要求開時期を算出し、前記要求閉時期と要求開時期とから求められる要求作動角と、前記開口面積相当値から求めた作動角との差が最も小さくなる前記開口面積相当値を選択し、該選択された開口面積相当値に対応するバルブリフト又は作動角を、前記可変バルブイベント・リフト機構の制御目標として定める一方、前記要求閉時期，要求開時期を満たすように、前記可変バルブタイミング機構の制御目標を定める構成とした。
【００１６】
上記構成によると、開口面積相当値毎に算出した要求容積比に基づいて要求閉時期を求め、運転条件に基づく目標残留ガス率から要求開時期を求めることで、それぞれの要求を満たすことが可能な作動角が求められるが、作動角とバルブリフトとの相関は固定であるから、前記要求の作動角が元データである開口面積相当値（バルブリフト・作動角）と対応するとは限らない。
【００１７】
そこで、実現可能なバルブリフト・作動角で、要求開閉時期での作動角となる制御目標を開口面積相当値毎に算出した結果の中から定め、係るバルブリフト・作動角で前記要求閉時期及び開時期となるように、作動角の中心位相の制御目標を定める。
【００１８】
これにより、吸気バルブのバルブリフトを作動角と共に連続的に可変する可変動弁機構を用いて要求バルブ通過ガス量と要求の残留ガス量とを実現できる。
請求項３記載の発明では、前記開口面積相当値を、吸気バルブの開口面積を、機関回転速度及び排気量で補正した値とする構成とした。
【００１９】
上記構成によると、開口面積を、機関回転速度及び排気量で補正することで、これらによるバルブ通過ガス量の違いを正規化し、バルブ通過ガス量が求まるようにする。
【００２０】
これにより、機関回転速度の変化に対応しつつ、簡便な構成でバルブ通過ガス量を求めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る可変動弁制御装置を含んで構成される車両用内燃機関のシステム構成図である。
【００２２】
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。
【００２３】
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，バルブ作動角，バルブ開閉タイミングを保ったまま駆動される。
【００２４】
一方、吸気バルブ１０５は、可変バルブイベント・リフト機構（ＶＥＬ）１１２によってバルブリフトをバルブ作動角と共に連続的に変えられるようになっていると共に、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、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に可変する可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４が設けられている。
【００２５】
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等からの各種検出信号が入力される。
【００２６】
そして、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５は、前記可変バルブイベント・リフト機構（ＶＥＬ）１１２及び可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４による吸気バルブ１０５の作動特性の可変制御によって機関の１０１の作動ガス量を調整する。
【００２７】
また、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。
【００２８】
ここで、前記可変バルブイベント・リフト機構（ＶＥＬ）１１２の構造について説明する。
可変バルブイベント・リフト機構（ＶＥＬ）１１２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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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の角度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）。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
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。
【００４３】
また、前記制御軸１６の先端には、該制御軸１６の角度（ＶＥＬ角）を検出するポテンショメータ式の角度センサ２０６が設けられており、該角度センサ２０６で検出される実際の角度が、目標角度に一致するように、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。
【００４４】
次に、前記可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４の構成を、図１１に基づいて説明する。
但し、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４を、図１１に示したものに限定するものではなく、クランク軸に対するカム軸の回転位相を連続的に変化させる構成のものであれば良い。
【００４５】
本実施形態における可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４は、ベーン式の可変バルブタイミング機構であり、クランク軸１２０によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、吸気側カム軸１３の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。
【００４６】
前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー，リアカバー（図示省略）とから構成される。
【００４７】
前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。
【００４８】
前記回転部材５３は、吸気側カム軸１４の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。
【００４９】
前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成する。
【００５０】
前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の最大遅角側の回動位置（基準作動状態）において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
【００５１】
前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。
【００５２】
前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送する機関駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４ａ，９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。
【００５３】
前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。
【００５４】
前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４ａ，９４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっている。
【００５５】
前記コントロールユニット１１５は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
【００５６】
例えば、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出される。
【００５７】
従って、遅角側油圧室８３の内圧が高、進角側油圧室８２の内圧が低となって、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が遅くなる。
【００５８】
一方、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。
【００５９】
このため、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が早くなる。
【００６０】
尚、可変バルブタイミング機構１１４は、上記のベーン式のものに限定されず、例えば、特開２００１−０４１０１３号公報や特開２００１−１６４９５１号公報に開示されるように、電磁クラッチ（電磁ブレーキ）の摩擦制動によってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成や、特開平９−１９５８４０号公報に開示される油圧によってヘリカルギヤを作動させる方式の可変バルブタイミング機構であっても良い。
【００６１】
次に、コントロールユニット１１５による可変バルブイベント・リフト機構（ＶＥＬ）１１２及び可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４の制御を、ブロック図に従って説明する。
【００６２】
図１２のブロック図は、吸気バルブ１０５の要求閉時期ＩＶＣを演算するブロックである。
この図１２において、アクセル開度等から算出される機関の要求発生トルクが、ｂ１０１において要求体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに変換され、ｂ１０２では、該要求体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと、吸気バルブ１０５の上流圧（吸入負圧）と、要求残留ガス率とから、吸気バルブ１０５における要求バルブ通過ガス量を演算する。
【００６３】
前記ｂ１０２における要求バルブ通過ガス量の演算は、詳細には、図１３のブロック図に示すようにして行われる。
図１３において、ｂ５０１では、前記要求体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと機関回転速度Ｎｅとから、目標残留ガス率を演算する。
【００６４】
ｂ５０２では、前記目標残留ガス率と要求体積流量比ＴＱＨ０ＳＴとから目標残留ガス質量を演算する。
ｂ５０３では、前記目標残留ガス質量を、排気バルブ１０７の閉弁時ＥＶＣに排出されずに筒内にそのまま残留する残留ガス量（ＥＶＣ時筒内残留ガス量）と、バルブオーバーラップ時（開弁時ＩＶＯ）に吸気管側に吹き返す吹き返しガス量（Ｏ／Ｌ時吹き返しガス量）とに分離する。
【００６５】
前記Ｏ／Ｌ時吹き返しガス量はｂ５０４で２倍され、更に、ｂ５０５では、Ｏ／Ｌ時吹き返しガス量×２と、ｂ５０６で演算される吸気バルブ１０５の閉弁時ＩＶＣの吹き返しガス量（ＩＶＣ時吹き返しガス量）とが加算される。
【００６６】
バルブオーバーラップ時に吸気管側に吹き返したガスは、再度、シリンダ内に流入するものと想定され、結果的に、吸気バルブ１０５の部分を２回通過するので、２倍するようにしてある。
【００６７】
但し、２倍に限定されるものではなく、何倍するかは、バルブオーバーラップ時における実際の吹き返しガスの挙動に応じて適宜設定されるべきものである。
ｂ５０７では、質量として演算される、Ｏ／Ｌ時吹き返しガス量×２＋ＩＶＣ時吹き返しガス量を、体積流量比に単位変換する。
【００６８】
そして、ｂ５０８では、ｂ５０７で単位変換した値と、前記要求体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（新気量）とを加算し、該加算結果が、最終的に要求のバルブ通過ガス量として出力される。
【００６９】
即ち、要求のバルブ通過ガス量は、新気量と、Ｏ／Ｌ時吹き返しガス量（開弁時吹き返しガス量）を２倍した量と、ＩＶＣ時吹き返しガス量（閉弁時吹き返しガス量）とから算出される。
【００７０】
前記ＩＶＣ時吹き返しガス量は、図１４のブロック図に示すようにして算出される。
図１４において、ｂ６０１では、吸気バルブ１０５の目標閉時期ＩＶＣと、前記可変バルブイベント・リフト機構（ＶＥＬ）１１２における制御軸１６の目標角度ＴＧＶＥＬ（目標バルブリフト量）とから、吹き返しガス量に相関する吸気バルブ１０５の開口面積ＡＩＶＣを求める。
【００７１】
ｂ６０２では、ｂ６０１で求めた開口面積ＡＩＶＣを、ＩＶＣ時基本吹き返しガス量ＷＩＶＣ０に変換する。
一方、ｂ６０３では、吸気圧Ｐｍに基づく補正値ＫＰＭＰＥを演算し、ｂ６０４では、機関回転速度Ｎｅに基づく補正値ＫＨＯＳＮＥを演算する。
【００７２】
そして、ｂ６０５では、前記ＩＶＣ時基本吹き返しガス量ＷＩＶＣ０に前記補正値ＫＰＭＰＥを乗算し、ｂ６０６では、ｂ６０５での乗算結果に更に補正値ＫＨＯＳＮＥを乗算し、ｂ６０６の乗算結果が、最終的なＩＶＣ時吹き返しガス量として出力される。
【００７３】
上記のようにして算出される要求バルブ通過ガス量は、図１５に示すように、吸気バルブ１０５の開口面積の増加に対して全領域で増加する傾向を示すから、係るバルブ通過ガス量と開口面積との相関から、要求のバルブ通過ガス量を得るための開口面積の要求が一義的に決まることになり、かつ、実際の相関をそのまま制御に用いることができるから、高精度なバルブ作動特性の制御が可能となる。
【００７４】
ここで、図１２のブロック図に戻って説明を続ける。
ｂ１０３では、目標開時期ＩＶＯ及び目標閉時期ＩＶＣを算出させるための可変バルブイベント・リフト機構（ＶＥＬ）１１２における制御軸１６の角度ＩＮＰＶＥＬが設定される。
【００７５】
前記角度ＩＮＰＶＥＬは、制御範囲内の各バルブリフト量毎に、目標開時期ＩＶＯ及び目標閉時期ＩＶＣを演算させるべく、逐次更新設定される。
前記角度ＩＮＰＶＥＬは、ｂ１０４において、吸気バルブ１０５の開口面積ＴＶＥＬＡＡに変換される。
【００７６】
前記開口面積ＴＶＥＬＡＡは、ｂ１０５においてそのときの機関回転数（ｒｐｍ）によって除算され、更に、ｂ１０６において機関１０１の排気量ＶＯＬ＃で除算され、状態量ＡＡＤＮＶ（開口面積相当値）に変換される。
【００７７】
前記状態量ＡＡＤＮＶは、ｂ１０７において、吸気バルブ１０５の基準バルブ通過ガス量に変換される。
前記状態量ＡＡＤＮＶとバルブ通過ガス量との相関は、有効シリンダ容積（吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣ）毎に存在するが、ここでは、有効シリンダ容積＝１００％（閉時期ＩＶＣ＝ＢＤＣ）のときの相関をテーブルとして備える。
【００７８】
そして、前記変換テーブルを参照することで、前記状態量ＡＡＤＮＶが、基準バルブ通過ガス量に変換される。
前記基準バルブ通過ガス量は、ｂ１０８において前記要求バルブ通過ガス量で除算され、該除算結果がｂ１０９において、前記状態量ＡＡＤＮＶに乗算される。
【００７９】
即ち、ｂ１０９の出力は、以下の値となる。

ｂ１１０では、前記ｂ１０７で参照したものと同じ変換テーブルを参照して、ｂ１０９で補正した状態量ＡＡＤＮＶ’に対応するバルブ通過ガス量を求める。
【００８０】
ｂ１１１では、前記要求バルブ通過ガス量を、ｂ１１０で求めたバルブ通過ガス量で除算することで、要求容積比を求める。
要求容積比＝要求バルブ通過ガス量／ＡＡＤＮＶ’に対応するバルブ通過ガス量
ｂ１１２では、前記要求容積比を、そのときの機関回転速度Ｎｅに応じて、吸気バルブ１０５の要求閉時期ＩＶＣに変換する。
【００８１】
前記要求閉時期ＩＶＣは、前記要求容積比が小さくなるほど下死点ＢＤＣよりも前で吸気バルブ１０５を閉じるように設定される。
前記状態量ＡＡＤＮＶとバルブ通過ガス量との相関は、有効シリンダ容積（吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣ）毎に存在するが、図１５に示すように、それぞれの特性線図は、相互に相似の関係にある。
【００８２】
ここで、前記基準バルブ通過ガス量／要求バルブ通過ガス量で補正された状態量ＡＡＤＮＶ’で、有効シリンダ容積＝１００％のときの相関を参照することは、状態量ＡＡＤＮＶで要求バルブ通過ガス量が得られる有効シリンダ容積での相関を相似拡大した相関を参照することと等価になる。
【００８３】
換言すれば、状態量ＡＡＤＮＶで要求バルブ通過ガス量が得られる有効シリンダ容積での相関上での状態量ＡＡＤＮＶと要求バルブ通過ガス量との格子点に対応する格子点を、有効シリンダ容積＝１００％のときの相関上で求めることになる。
【００８４】
そして、前記状態量ＡＡＤＮＶ’に基づき、有効シリンダ容積＝１００％のときの相関を参照して求めたバルブ通過ガス量で、要求バルブ通過ガス量を除算すれば、その結果は、そのときの角度ＩＮＰＶＥＬ（開口面積）で要求バルブ通過ガス量を得るための有効シリンダ容積を求めたことになる。
【００８５】
上記のようにして、そのときの角度ＩＮＰＶＥＬ（開口面積）で要求バルブ通過ガス量を得るための有効シリンダ容積を求める構成であれば、有効シリンダ容積＝１００％での状態量ＡＡＤＮＶとバルブ通過ガス量との相関のみを記憶すれば良いから、記憶容量及びマッチング工数を削減できる。
【００８６】
一方、吸気バルブ１０５の要求開時期ＩＶＯは、図１６のブロック図に示すようにして設定される。
ｂ２０１では、要求体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと機関回転速度Ｎｅとから目標残留ガス率を設定し、ｂ２０２では、前記目標残留ガス率と要求体積流量比ＴＱＨ０ＳＴから、目標残留ガス質量を算出する。
【００８７】
ｂ２０３では、前記目標残留ガス質量を、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣにシリンダ内にそのまま残留する分と、バルブオーバーラップ時の吹き返し分とに分離する。
【００８８】
ｂ２０４では、前記吹き返し分と機関回転速度Ｎｅと吸気圧とから、吸気バルブ１０５の要求開時期ＩＶＯを演算する。
図１７のブロック図は、前記要求閉時期ＩＶＣ及び要求開時期ＩＶＯに基づいて、前記可変バルブイベント・リフト機構（ＶＥＬ）１１２における制御軸１６の制御目標角度ＴＧＶＥＬを演算し、更に、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４による進角制御目標を演算するブロックを示す。
【００８９】
ｂ３０１では、要求閉時期ＩＶＣ，要求開時期ＩＶＯに基づいて要求作動角ＲＥＱＥＶＥＮＴを演算し、ｂ３０２では、角度ＩＮＰＶＥＬを、吸気バルブ１０５の作動角ＣＡＬＥＶＥＮＴに変換する。
【００９０】
そして、ｂ３０３では、前記ＲＥＱＥＶＥＮＴ及びＣＡＬＥＶＥＮＴに基づいて、制御目標角度ＴＧＶＥＬを演算する。
具体的には、各角度ＩＮＰＶＥＬ毎に、前記ＲＥＱＥＶＥＮＴとＣＡＬＥＶＥＮＴとの偏差を演算して記憶し、前記偏差の絶対値が最も小さくなる角度ＩＮＰＶＥＬ，要求閉時期ＩＶＣ，要求開時期ＩＶＯの組み合わせを選択する。
【００９１】
そして、前記偏差の絶対値が最も小さくなる角度ＩＮＰＶＥＬを、制御目標角度ＴＧＶＥＬにセットし、前記角度ＩＮＰＶＥＬに対応して演算された要求閉時期ＩＶＣ，要求開時期ＩＶＯを最終的な目標開閉時期として、前記制御目標角度ＴＧＶＥＬと共に、ｂ３０４に出力する。
【００９２】
ｂ３０４では、制御目標角度ＴＧＶＥＬで目標開閉時期とするためのバルブタイミングの進角目標、即ち、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４の制御目標ＴＧＶＴＣが設定される。
【００９３】
そして、制御目標ＴＧＶＴＣに基づいて前記可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４が制御され、制御目標角度ＴＧＶＥＬで決定される吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が、制御目標ＴＧＶＴＣに従って進角・遅角制御される。
【００９４】
これにより、要求のバルブ通過ガス量及び要求の残留ガス率が得られる開口面積及び開閉時期で吸気バルブ１０５が駆動されることになる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
前記要求バルブ通過ガス量を、新気量と、吸気バルブの開弁時の吹き返しガス量と、吸気バルブの閉弁時の吹き返しガス量とから算出することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
【００９５】
上記構成によると、新気量と開弁時吹き返しガス量と閉弁時吹き返しガス量とから要求バルブ通過ガス量を演算することで、要求トルク及び残留ガス率が得られる要求有効シリンダ容積を精度良く求められる。
（ロ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
前記所定の有効シリンダ容積が、１００％であることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
【００９６】
上記構成によると、例えば、吸気バルブの閉時期で有効シリンダ容積を変化させるとすれば、閉時期を下死点ＢＤＣとする時の開口面積相当値とバルブ通過ガス量との相関を基準に、要求有効シリンダ容積を、閉時期を早めることで減少変化させるための要求が求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】可変バルブイベント・リフト機構（ＶＥＬ）を示す断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記ＶＥＬの側面図。
【図４】上記ＶＥＬの平面図。
【図５】上記ＶＥＬに使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記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ＶＥＬにおける制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）を示す縦断面図。
【図１２】吸気バルブの要求閉時期ＩＶＣの演算を示すブロック図。
【図１３】要求バルブ通過ガス量の演算を示すブロック図。
【図１４】ＩＶＣ時吹き返しガス量の演算を示すブロック図。
【図１５】吸気バルブの開口面積とバルブ通過ガス量との相関を閉時期ＩＶＣ毎に示す線図。
【図１６】吸気バルブの要求開時期ＩＶＯの演算を示すブロック図。
【図１７】吸気バルブの目標作動特性の演算を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１…内燃機関、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１２…可変バルブイベント・リフト機構（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、１１５…エアフローメータ、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１１８…スロットルセンサ、１１９…水温センサ

Claims

吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備え、前記バルブ作動特性の可変制御によって、吸気バルブの通過ガス量を制御する内燃機関の可変動弁制御装置であって、
１つの有効シリンダ容積のみに対応する、吸気バルブの開口面積相当値とバルブ通過ガス量との相関を予め記憶し、
前記吸気バルブの開口面積相当値毎に、前記相関を参照してバルブ通過ガス量を求めると共に、前記相関から求めたバルブ通過ガス量と、運転条件に基づく要求のバルブ通過ガス量との比に基づいて前記開口面積相当値を補正し、更に、該補正後の開口面積相当値に基づき前記相関を参照して求めたバルブ通過ガス量と前記要求のバルブ通過ガス量とから、前記要求のバルブ通過ガス量を実現するための要求容積比を算出し、
前記開口面積相当値毎に算出した要求容積比から、前記可変動弁機構の制御目標を設定することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
前記可変動弁機構として、前記吸気バルブのバルブリフトを作動角と共に連続的に可変する可変バルブイベント・リフト機構と、前記吸気バルブの作動角の中心位相を連続的に可変する可変バルブタイミング機構とを備え、
前記開口面積相当値毎に算出した要求容積比に基づいて前記吸気バルブの要求閉時期を算出すると共に、運転条件に基づく目標残留ガス率から前記吸気バルブの要求開時期を算出し、前記要求閉時期と要求開時期とから求められる要求作動角と、前記開口面積相当値から求めた作動角との差が最も小さくなる前記開口面積相当値を選択し、該選択された開口面積相当値に対応するバルブリフト又は作動角を、前記可変バルブイベント・リフト機構の制御目標として定める一方、
前記要求閉時期，要求開時期を満たすように、前記可変バルブタイミング機構の制御目標を定めることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
前記開口面積相当値を、前記吸気バルブの開口面積を、機関回転速度及び排気量で補正した値とすることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁制御装置。