JP4542000B2

JP4542000B2 - 内燃機関の可変バルブの制御装置および制御方法

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Publication number: JP4542000B2
Application number: JP2005264237A
Authority: JP
Inventors: 好彦赤城; 拓人岡本; 裕之緑川
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-09-12
Also published as: JP2007077835A

Description

本発明は、内燃機関の可変バルブの制御装置および制御方法に係り、特に、吸入空気流量（吸入空気量）を検出する吸入空気流量検出手段として熱線式エアフローセンサを用いた内燃機関の可変バルブの制御装置および制御方法に関する。

従来から、燃料噴射式の内燃機関では、内燃機関の吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段が機関吸気系に配置され、吸入空気流量検出手段によって検出された吸入空気流量を用いて燃料噴射量を制御している。近年では、内燃機関の排気性能を改善することが重要な課題となっており、各種検出手段（センサ）の出力をディジタル値に変換し、ディジタル演算装置によって燃料噴射量の制御を行うことが一般的になっている。

内燃機関では、ピストンの上下運動により発生する空気圧力振動と、吸気管の固有振動数による振動の共鳴により、吸気脈動と呼ばれる共振現象が発生する。

吸気管内に設置された絞り弁（スロットル弁）の開度を大きくすると、脈動の振幅が大きくなり、通常、吸気管からシリンダ（燃焼室）内に流れ込む空気が、逆方向へ流れることがある。この現象は吸気逆流と呼ばれる。

吸入空気流量検出手段の中には、空気の流れる方向を検知する機能を有するもの（例えば、特許文献１）もある。しかし、熱線式エアフローセンサ（熱線式空気流量検出装置）のように、空気の流れる方向を検知できない吸入空気流量検出手段を使用した場合には、逆流が発生した場合にも、吸気管からシリンダ内へ向かう方向の空気の流れであるとして、その空気流量も計測してしまい、吸入空気流量を正確に検出できない。

また、熱線式エアフローセンサでは、自分自身の熱容量に起因する応答遅れや、空気流量と空気流量検出の出力値の間に非線形の対応関係による影響により、吸気脈動時には、実際にシリンダに吸入される空気の平均流量と、ディジタル演算装置で演算される空気流量の平均値の間に誤差が生じることが知られている。

また、吸気バルブの開閉タイミング、リフト量、オーバーラップ量を可変設定する可変バルブ機構を備えた内燃機関では、バルブ制御状態によっては、吸気管に逆流が発生する。例えば、図１７に示されているように、吸気バルブの開弁タイミングを大きく進角させると、オーバーラップ量が増加することによって吸気脈動が増大する。逆に、吸気バルブの開弁タイミングを大きく遅角させると、吹き返しの増加によって吸気脈動が増大する。

なお、図１８に示されているように、エンジン負荷とセンサ出力との関係は、吸気脈動が無い場合には、低〜高負荷の全域で線形を示すが、吸気脈動発生時には、高負荷域において、非線形になる。

これらの現象に対して、熱線式エアフローセンサは、吸気の流れ方向を判別できないために、流量計測結果に誤差を発生する。この熱線式エアフローセンサの流量計測結果の誤差は、空燃比のばらつきを招き、内燃機関の排気性能を悪化させる原因になる。

この問題を解決するための方法として、これまでいくつかの方法が提案されている。たとえば、熱線式エアフローセンサの出力波形に注目し、出力波形の特徴量から、吸気脈動時の熱線式エアフローセンサの検出誤差を推定し、計測空気流量の補正を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２、３）。

特許文献２では、図１６に示されているように、熱線式エアフローセンサ１００１の出力信号をＡ／Ｄ変換器１００２によってＡ／Ｄ変換し、その値を流量換算手段１００３によって空気流量に相当する値に換算し、換算値を用いて逆流判別手段１００４によって逆流の有無を判別する。逆流が発生している場合には、熱線式エアフローセンサ１００１の出力をＡ／Ｄ変換した値、もしくはＡ／Ｄ変換値を空気流量に相当する値に換算した値を累積分布演算手段１００５によって演算した値から、波形特徴量演算手段１００６によって波形特徴量を演算し、逆流比演算手段１００７によって波形特徴量から逆流比を演算することにより、脈動時の空気流量平均値の誤差を演算し、空気流量計算手段１００８によって計算される空気流量の補正を行う。これらの演算処理はマイクロコンピュータにより行われる。

また、熱線式エアフローセンサの非線形領域を使わないように、スロットル弁の上限開度を記憶し、スロットル弁開度を制限する方法が提案されている（例えば、特許文献４）。

特開平９−１６６４６４号公報特開平２００２−２２１０７２号公報特開平２０００−２６５８９８号公報特許第３５９９３７８号公報

しかしながら、熱線式エアフローセンサの出力信号をＡ／Ｄ変換した値をマイクロコンピュータによって演算処理することにより、逆流分の空気流量の補正するものでは、演算処理が複雑になり、マイクロコンピュータのＣＰＵの演算負荷が高くなり、リアルタイム制御のために、高性能なＣＰＵを採用する必要が生じ、コストアップとなってしまう。

また、熱線式エアフローセンサの非線形領域を使わないように、スロットル弁開度を制限するものでは、内燃機関の高負荷側の出力が制限され、内燃機関の出力性能が充分に発揮されなくなる。

本発明は、前記点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、可変バルブ機構を備えた内燃機関において、熱線式エアフローセンサの誤差が発生しにくい制御状態とすることで、熱線式エアフローセンサの流量計測結果に誤差が生じることを回避し、正確な吸入空気流量の測定を可能とする内燃機関の可変バルブの制御装置および制御方法を提供することにある。

本発明による内燃機関の可変バルブ制御装置は、吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段として熱線式エアフローセンサを用いた内燃機関の可変バルブ制御装置において、前記熱線式エアフローセンサの非線形領域に移行する可変バルブ機構の前記熱線式エアフローセンサの逆流による誤差が大きくなる非線形領域移行のバルブ制御状態を設定した非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段と、該非線形領域移行バルブ制御状態記憶手段に記憶されている前記非線形領域移行のバルブ制御状態をバルブ制御の限界値として前記可変バルブ機構のバルブ制御に制限を加えるバルブ制御制限手段とを有する。

本発明による内燃機関の可変バルブ制御装置は、一つの実施形態として、前記非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段が記憶する非線形領域移行するバルブ制御状態として、バルブタイミングの進角値を用いる。

本発明による内燃機関の可変バルブ制御装置は、好ましくは、前記非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段が記憶する非線形領域移行バルブ制御状態は、エンジン回転数、スロットル開度あるいはその組み合わせにより設定されている。

本発明による内燃機関の可変バルブ制御方法は、吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段として熱線式エアフローセンサを用いた内燃機関の可変バルブ制御方法において、熱線式エアフローセンサの非線形領域に移行する可変バルブ機構の前記熱線式エアフローセンサの逆流による誤差が大きくなる非線形領域移行のバルブ制御状態を予め設定し、該設定した前記非線形領域移行のバルブ制御状態に基づいて、前記可変バルブ機構のバルブ制御に制限を加える。

本発明によれば、熱線式エアフローセンサの非線形領域に移行する可変バルブ機構のバルブ制御状態、つまり、熱線式エアフローセンサの逆流による誤差が大きくなるバルブ制御条件を予め記憶しており、熱線式エアフローセンサの誤差が発生しにくい制御状態に、吸気バルブの閉じるタイミング、リフト、オーバーラップ量などを制限する事によりエアフローセンサの逆流による誤差を低減するから、熱線式エアフローセンサの誤差が発生しにくい、エンジン制御を実現する事が可能となる。それにより、エンジンの特に高負荷領域の空燃比の高精度化が可能となる。

本発明の可変バルブの制御装置の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態の可変バルブの制御装置が適用される内燃機関のシステム構成を示している。

図１において、内燃機関６５は、例えば、自動車等の車両に搭載される内燃機関であり、多気筒燃料噴射（ＭＰＩ）方式のＶ型６気筒内燃機関である。内燃機関６５は、回転トルクを出力する出力軸、即ちクランク軸６７を備えており、回転トルクを、図示されていないトランスミッションを介して駆動輪に伝達するのは一般の車両と同様である。

内燃機関６５に吸入される空気は、エアクリーナ６０の出口部に設けられた熱線式エアフローセンサ２の配置部を通り、その際に、流量を計測される。熱線式エアフローセンサ２は計測した吸入空気流量に相当するセンサ信号を出力する。このセンサ信号はコントロールユニット（ＥＣＵ）７１に入力される。

吸入空気は、エアクリーナ６０に接続されたダクト６１、吸入空気流量を計量する絞り弁４０を通ってコレクタ６２に入る。絞り弁４０はコントロールユニット７１によって駆動制御されるスロットル駆動モータ４２により動かされる。

絞り弁４０にはスロットル開度を検出するスロットルセンサ１が取り付けられている。スロットルセンサ１のセンサ信号は、コントロールユニット７１に入力され、スロットル開度のフィードバック制御や、絞り弁４０全閉位置の検出、加速の検出等に用いられる。

コレクタ６２に入った空気は、吸気管６８によって分配され、吸気バルブ８１の開閉に応じて各燃焼室６５Ａ内に吸入される。

燃焼室６５Ａは、シリンダブロック６５Ｂに形成されたシリンダボア６５Ｃ、シリンダボア６５Ｃ内に往復動可能に設けられたピストン６５Ｄ等により画定される。

吸気バルブ８１のカムシャフト８２には、可変バルブ機構として、バルブタイミング可変機構９１が設けられている。Ｖ型エンジンの場合には、各バンク毎に、２系統のバルブタイミング可変機構９１が設けられ、それらは互いに同じ動作をするようにフィードバック制御される。詳細は後述する。

カムシャフト８２にはカム角センサ１３が取り付けられている。カム角センサ１３は、カムシャフト８２の回転角度に応じたセンサ信号を出力するものであり、このセンサ信号はコントロールユニット７１に入力される。

各燃焼室６５Ａ毎に、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、点火プラグ３３が設けられている。燃料タンク２１の燃料は、燃料ポンプ２０によって汲み上げられ、プレッシャレギュレータ２２によって一定圧力に調圧され、インジェクタ２３に供給される。インジェクタ２３は、コントロールユニット７１によって制御され、燃料噴射パルス幅に応じた量の燃料を各燃焼室６５Ａへ向けて噴射する。点火プラグ３３は、コントロールユニット７１によって制御されるパワートランジスタ３０のオン動作によって火花放電を行い、燃焼室６５Ａ内の吸入空気と燃料との混合気の点火を行う。

燃焼室６５Ａ内の既燃焼ガス（排気ガス）は、排気バルブ８５の開閉に応じて排気管６４へ排出される。排気管６４には、触媒コンバータ８６、Ｏ₂センサ（空燃比センサ）８が設けられている。Ｏ₂センサ８は、排気ガスの酸素濃度に応じたセンサ信号を出力するものであり、このセンサ信号はコントロールユニット７１に入力され、空燃比制御に用いられる。

シリンダブロック６５Ｂにはクランク角センサ７が取り付けられている。クランク角センサ７は所定のクランク角毎にパルス信号を生成し、このパルス信号は、コントロールユニット７１に入力され、エンジン回転数の演算に用いられる。

内燃機関６５には、冷却水温を検出する水温センサ３が取り付けられている。水温センサ３のセンサ信号は、コントロールユニット７１に入力され、内燃機関６５の暖機状態を検出し、燃料噴射量の増量や点火時期の補正及びラジエータファン７５のオン・オフやアイドル時の目標回転数の設定等の制御に用いられる。

コントロールユニット７１は、マイクロコンピュータによる電子制御式のものであり、図２に示されているように、ＣＰＵ１００と、電源ＩＣ１１１を含む。ＣＰＵ１００は、熱線式エアフローセンサ２、クランク角センサ７、スロットルセンサ１、Ｏ₂センサ８、カム角センサ１３、水温センサ３、アクセルセンサ１４、スタータスイッチ１０、イグニッションスイッチ１１の各々より信号を入力し、吸入空気量制御、燃料噴射制御、点火制御、可変バルブ制御のために演算処理を行い、スロットル駆動モータ４２、インジェクタ２３、フューエルポンプ２０、点火プラグ３３の点火スイッチであるパワートランジスタ３０、可変バルブタイミング可変機構９１のバルブタイミング可変ソレノイド９０の各々に指令信号を出力とする。

ＣＰＵ１００による燃料噴射制御・点火制御処理フローについて、図３を参照して説明する。

この処理フローは、所定時間ごとに繰り返し実行されるものであり、まず、クランク角センサ７のセンサ信号よりエンジン回転数Ｎを求め（ステップ３０１）、つぎに、熱線式エアフローセンサ２のセンサ信号より吸入空気量ＱＡを算出する（ステップ３０２）。

次に、吸入空気量ＱＡとエンジン回転数Ｎから充填効率に相当する基本パルス幅Ｔｐを求める演算を行う（ステップ３０３）。

次に、Ｏ₂センサ８の出力結果がリッチな場合には空燃比フィードバック補正量αを小さくし、Ｏ₂センサ８の出力結果がリーンな場合には空燃比フィードバック補正量αを大きくするＰＩ制御を行う（ステップ３０４）。

次に、基本噴射パルス幅Ｔｐに空燃比フィードバック補正量αを乗ずることにより、燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する（ステップ３０５）。

そして、エンジン回転数Ｎと基本パルス幅Ｔｐより点火時期（進角度ＡＤＶＭ）をマップ検索により算出する（ステップ３０６）。

次に、バルブタイミング可変機構９１について説明する。なお、本発明によるバルブ制御装置は、バルブタイミングだけではなく、バルブリフトを制御するものもあるが、ここでは、バルブタイミング可変機構９１について説明する。

図４に示されているように、バルブタイミング可変機構９１は、油圧式のものであり、クランク軸６７によって回転駆動される歯車部１２１を有するロータケース１２２と、吸気バルブ８１のカムシャフト８２に取り付けられ、ロータケース１２２内に進角室１２３と遅角室１２４を画定するロータ１２５とを有する。

バルブタイミング可変機構９１は、進角室１２３の油圧の増大に応じてロータ１２５がロータケース１２２に対して図４で見て時計廻り方向に相対回転することにより、カムシャフト８２が遅角方向へ位相を変化する。これに対し、バルブタイミング可変機構９１は、遅角室１２４の油圧の増大に応じてロータ１２５がロータケース１２２に対して図４で見て反時計廻り方向に相対回転することにより、カムシャフト８２が遅角方向へ位相を変化する。

進角室１２３、遅角室１２４に対する油圧の給排は、図５に示されているような、電磁サーボ弁１３０によって行われる。

電磁サーボ弁１３０は弁ハウジング１３１内にスプール弁１３２を有する。弁ハウジング１３１には、油圧供給ポート１３３と、ドレンポート１３４、１３５と、進角室１２３に接続される進角ポート１３６と、遅角室１２４に接続される遅角ポート１３７とが形成されている。油圧供給ポート１３３には内燃機関６５によって駆動されるオイルポンプ６６より所定圧力の作動油（油圧）が供給される。

弁ハウジング１３１の一方の側には圧縮コイルばね１３８が設けられており、弁ハウジング１３１の他方の側にはバルブタイミング可変ソレノイド９０が取り付けられている。バルブタイミング可変ソレノイド９０は、電磁コイル９０Ａと、スプール弁１３２に連結されたプランジャ９０Ｂとを有する。

スプール弁１３２は、圧縮コイルばね１３８のばね力とバルブタイミング可変ソレノイド９０の電磁力との平衡関係によってスプール動作し、進角ポート１３６と遅角ポート１３７の油圧供給ポート１３３とドレンポート１３４、１３５に対する連通を相反する関係で制御する。

本実施形態では、デュティ比制御によって電磁コイル９０Ａの電流値を低減すると、スプール弁１３２が図５の右方向へ移動し、油圧供給ポート１３３と遅角ポート１３７とが連通し、バルブタイミング可変機構９１の遅角室１２４へ油圧が供給される。このとき、進角ポート１３６とドレーンポート１３４とが連通し、バルブタイミング可変機構９１の進角室１２３を満たしていた作動油は排出される。よって、バルブタイミング可変機構９１のロータ１２５が遅角方向に動作し、ロータ１２５に固定されているカムシャフト８２は遅角方向へ位相を変化する。

これに対し、デュティ比制御によって電磁コイル９０Ａの電流値を増加すると、スプール弁１３２が図５の左方向へ移動し、油圧供給ポート１３３と進角ポート１３６とが連通し、バルブタイミング可変機構９１の進角室１２３へ油圧が供給される。このとき、遅角ポート１３７とドレーンポート１３５とが連通し、バルブタイミング可変機構９１の遅角室１２４を満たしていた作動油は排出される。よって、バルブタイミング可変機構９１のロータ１２５が進角方向に動作し、ロータ１２５に固定されているカムシャフト８２は進角方向へ位相を変化する。

なお、バルブタイミング可変機構９１のスプール弁１３２が遅角方向に動作するスプール弁位置と、進角方向に動作するスプール弁位置との中間は、中立点となり、バルブタイミング可変機構９１の位相は固定となる。

以上の動作内容をグラフにしたのが図６であり、コイル電流値が小さいと遅角方向へ、コイル電流値が大きいと進角方向へ、コイル電流値が中程度では位相が固定となる事がわかる。

図７は、中〜高負荷運転時のバルブタイミング可変機構９１の動作量（進角量）と、充填効率との関係を表している。中〜高負荷運転時には、吸気カムシャフト８２が進角方向に動くことにより、充填効率が高くなることがわかる。

図８は、低負荷運転時におけるバルブタイミング可変機構９１の動作量（進角量）と、充填効率の関係との関係を表している。低負荷運転時には、吸気カムシャフト８２が進角方向に動いても充填効率が変わらないことがわかる。

図９は、Ｖ型エンジンにおける左右バンク間の吸気カムシャフト８２の位相差と、左右バンク間λ補正値の差との関係を表している。左右バンク間の吸気カムシャフト８２の位相差が増えると、λ補正値のバンク間の差も増えることがわかる。

次に、本実施形態による可変バルブ制御装置の詳細を、図１０を参照して説明する。可変バルブ制御装置は、全体を符号２２２によって示されている。可変バルブ制御装置２２２は、コントロールユニット７１のソフトウェア処理により具現化されるものてある。

吸気バルブ８１の開閉位置は、直接的には、カム角センサ１３によって検出される。位置検出手段２３２は、カム角センサ１３の検出信号及びクランク角センサ７の検出信号に基づいて、クランク角センサ７の検出信号に対するカム角センサ１３の検出信号（可変バルブタイミング信号）の対比によって吸気バルブ８１の開閉位置が算出される。

位置検出手段２３２の算出値は可変バルブタイミング信号位置算出手段２３３に入力され、可変バルブタイミング信号位置算出手段２３３によって可変バルブタイミング信号の信号位置の認識がなされ、カム角センサ１３の信号位置を補正し、該補正値に基づいて実進角値算出手段２３４がバルブタイミング可変機構９１の実進角値ＲＬＶＶＴを算出する。

目標進角値算出手段２３６は、バルブタイミング可変機構９１の目標進角値ＴＡＧＶＶＴを算出する。目標進角値ＴＡＧＶＶＴと実進角値ＲＬＶＶＴは制御偏差算出手段２３７に入力される。制御偏差算出手段２３７は、目標進角値ＴＡＧＶＶＴに対する実進角値ＲＬＶＶＴの制御偏差ＤＥＦＣＡを算出し、これを速度補正算出手段２３９と動作開始デュティ算出手段２４１ａに出力する。

速度補正算出手段２３９は、制御偏差ＤＥＦＣＡの推移と、エンジン回転数及び水温とから、速度補正分の駆動デュティを算出し、これより速度補正値ＶＶＴＰを求める。

実進角値ＲＬＶＶＴはカム移動速度算出手段２３８にも入力され、カム移動速度算出手段２３８は、実進角値ＲＬＶＶＴの変化から、カム移動速度ＳＰＯＣＶを算出する。

動作開始デュティ算出手段２４１ａは、制御偏差ＤＥＦＣＡと速度補正値ＶＶＴＰとカム移動速度ＳＰＯＣＶとから、進角側への動作開始デュティＫＬＤＴＹＡと、遅角側への動作開始デュティＫＬＤＴＹＲを算出し、バルブタイミング可変機構９１の動作方向に応じて出力を切り替えた結果を動作開始デュティ算出値ＫＬＤＴＹとして駆動出力算出手段２４２へ出力する。

駆動出力算出手段２４２は、動作開始デュティ算出値ＫＬＤＴＹと、停止デュティ算出手段２４１ｂによって算出される停止デュティ算出値ＶＶＴＩと、速度補正ＶＶＴＰとに、基本デュティ算出手段２３０でエンジン回転数と水温とから求める基本デュティを加えることによって、バルブタイミング可変ソレノイド９０の出力駆動デュティＶＶＴＤＴＹＶを算出する。

このように、バルブタイミング可変ソレノイド９０の動作開始デュティ及び停止デュティが算出され、目標進角値ＴＡＧＶＶＴの動きに対して、速度補正ＶＶＴＰが加わることにより、実進角値ＲＬＶＶＴは、目標進角値ＴＡＧＶＶＴに追従し、ＲＬＶＶＴ＝ＴＡＧＶＶＴになるように変化する。

内燃機関６５では、ピストン６５Ｄの上下運動の周期で発生する空気圧力の振動と、吸気管６２の固有振動数による振動の共鳴により、吸気脈動が発生する。また、吸気バルブ８１の開閉タイミングが遅い高膨張比サイクルのエンジンでは逆流が発生するために強度の脈動が発生する。また、吸気バルブの開くタイミングが早くオーバーラップが大きいエンジンでも排気の圧力などにより逆流が発生するため、強度の吸気脈動が発生する。

吸気脈動が発生していない場合、つまり逆流がない場合の空気流量の波形は、図１１（ａ）に示されているように、順流領域内で変化し、熱線式エアフローセンサ２の出力電圧を基にＣＰＵ１００によって演算される空気流量は、センサの応答遅れにより、図１１（ｂ）に示すような波形となる。図１１（ｂ）の波形の平均流量は、熱線式エアフローセンサ２の応答遅れと、空気流量と熱線式エアフローセンサ２の出力電圧間の非線形関係により、図１１（ａ）の波形の平均流量との間には誤差が存在する。

吸気脈動が発生し、逆流が発生している場合、空気流量の波形は、図１２（ａ）に示されているように、逆流領域を含んで変化し、逆流を検知できない熱線式エアフローセンサ２では、逆流も順流として検知してしまうため、熱線式エアフローセンサ２が検出する空気流量は、仮想的に、図１２（ｂ）に示すように、順流と逆流を共に正の値で示す絶対値の波形で示される。さらに、熱線式エアフローセンサ２の出力電圧を基に、ＣＰＵ１００で演算される空気流量は、図１２（ｃ）に示されているような波形となる。逆流も順流として判定しており、かつ、熱線式エアフローセンサ２の応答遅れと、空気流量と熱線式エアフローセンサ２の出力電圧間の非線形関係により、図１２（ｃ）の平均流量は、図１２（ａ）の平均流量との間には大きな誤差が発生する。この誤差は、逆流を順流として検知してしまう影響により、一般的に逆流が発生していない場合に比べ大きい。

内燃機関６５の燃料噴射量制御では、脈動時、熱線式エアフローセンサ２の出力の平均値をとり、燃料噴射量を演算している。したがって、実際の空気流量と、熱線式エアフローセンサ２の出力電圧を基にＣＰＵ１００で演算された結果に誤差があると、所望の燃料制御が行われなくなる。

このことに対し、本発明は、熱線式エアフローセンサ２の誤差発生量が小さくなるように、バルブ制御の目標値の制限を行い、熱線式エアフローセンサ２の検出誤差を低く保つ事が可能となるものである。

図１３は、バルブ制御装置２２２の目標進角値算出手段２３６の詳細を示している。目標進角値算出手段２３６は、目標進角値基本値算出手段４０１と、非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段４０２と、目標進角値制限手段４０３とを含む。

目標進角値基本値算出手段４０１は、エンジン負荷とエンジン回転数から目標進角値基本値を算出する。目標進角値基本値算出手段４０１は、本実施形態では、図１４に示されているように、縦軸にエンジン負荷を取り、横軸にエンジン回転数を取ったマップから、その時のエンジン状態に応じた目標進角値基本値を算出する。このマップの高負荷側ではトルクを向上するために進角値を高め（中程度）に設定している。また、低〜中回転の中負荷では燃費向上のために進角値を大きめに設定している。目標進角値基本値は目標進角値基本値を目標進角値制限手段４０３に渡す。
非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段４０２は、熱線式エアフローセンサ２が逆流により検出誤差を発生するのを防止するために、熱線式エアフローセンサ２の逆流による誤差が大きくなるバルブ制御条件を予め記憶しているものであり、熱線式エアフローセンサ２の非線形領域に移行する可変バルブ機構のバルブ制御状態を予め設定（記憶）している。本実施形態では、非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段４０２は、図１５に示されているように、縦軸にスロットル開度を取り、横軸にエンジン回転数を取ったマップにおいて、低回転側では、スロットル開度が小さくても吸気脈動が大きくなるために、低開度側で目標進角値制限値を小さく設定し、高回転側では、スロットル開度が大きくならないと、吸気脈動が大きくならないために、目標進角値制限値が大きめに設定している。

目標進角値制限手段４０３は、バルブ制御制限手段であり、その時のエンジン状態（スロット開度とエンジン回転数）に応じた目標進角値基本値制限値を非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段４０２より検索し、目標進角値基本値制限値によって目標進角値基本値の値に制限をかけたものを目標進角値ＴＡＧＶＶＴとし出力する。

このように、熱線式エアフローセンサ２の逆流による誤差が大きくなるバルブ制御条件を予め設定しておき、熱線式エアフローセンサ２の誤差が発生しにくい制御状態に、吸気バルブタイミングに制限を与えるから、熱線式エアフローセンサ２の逆流による誤差を低減し、正確な吸入空気流量の計測のもとに、空燃比の高精度化が図られる。

なお、バルブ制御に制限をかけることにより、吸気脈動に起因する熱線式エアフローセンサ２の誤差を低減することに、スロットル開度の上限に制限をかけることを併用することにより、更に優れた効果が得られるものである。

可変バルブ制御装置付きの内燃機関の制御装置に適用するものであり、ガソリンエンジンだけではなく、ディーゼルエンジンにも適用可能である。

本発明による可変バルブ制御装置を適用される内燃機関のシステム構成の一つの実施形態を示すシステム構成図。本実施形態の内燃機関のコントロールユニットおよびその入出力を示すブロック図。本実施形態の内燃機関の燃料噴射制御・点火制御処理フローを示すフローチャート。本発明による可変バルブ制御装置を適用される内燃機関のバルブタイミング可変機構を示す構成図。バルブタイミング可変機構の油圧制御を行う電磁サーボ弁を示す構成図。バルブタイミング可変機構の制御パラメータとバルブタイミングの動作を示すグラフ。中〜高負荷運転時の吸気カムシャフトの進角量と充填効率の関係を示すグラフ。低負荷運転時の吸気カムシャフトの進角量と充填効率の関係を示すグラフである。左右バンク間のカムシャフトの位相差と左右バンク間の空燃比補正値の関係を示すグラフである。本実施形態による可変バルブ制御装置の詳細を示すブロック図。（ａ）、（ｂ）は、吸気脈動が発生していない場合の空気流量の波形と、熱線式エアフローセンサの出力値を示すグラフ。（ａ）〜（ｃ）は、吸気脈動が発生している場合の空気流量の波形と、熱線式エアフローセンサの出力値を示すグラフ。本実施形態による可変バルブ制御装置の目標進角値算出手段の詳細を示すブロック図。目標進角値基本値マップの一例を示すグラフ。非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段の目標進角値制限値マップの一例を示すグラフ。熱線式エアフローセンサの空気流量演算処理手段（従来技術）を示すブロック。吸気バルブの開弁タイミングと吸気脈動との関係を示すグラフ。吸気脈動有り無しにおけるエンジン負荷とセンサ出力との関係を示すグラフ。

符号の説明

１スロットルセンサ
２熱線式エアフローセンサ
３水温センサ
７クランク角センサ
８Ｏ₂センサ
１３カム角センサ
１４アクセルセンサ
２０燃料ポンプ
２１燃料タンク
２２プレッシャレギュレータ
２３インジェクタ
３０パワートランジスタ
３３点火プラグ
４０絞り弁
４２スロットル駆動モータ
６０エアクリーナ
６１吸気ダクト
６２コレクタ
６３吸気ポート
６４排気管
６５内燃機関
６６オイルポンプ
７１コントロールユニット
８１吸気バルブ
８２カムシャフト
８５排気バルブ
９０バルブタイミング可変ソレノイド
９１バルブタイミング可変機構
１００ＣＰＵ
１３０電磁サーボ弁
２２２可変バルブ制御装置
２３２位置検出手段
２３４実進角値算出手段
２３６目標進角値算出手段
２３７制御偏差算出手段
２４２駆動出力算出手段
４０１目標進角値基本値算出手段
４０２非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段
４０３目標進角値制限手段

Claims

吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段として熱線式エアフローセンサを用いた内燃機関の可変バルブ制御装置であって、
前記熱線式エアフローセンサの非線形領域に移行する可変バルブ機構の前記熱線式エアフローセンサの逆流による誤差が大きくなる非線形領域移行のバルブ制御状態を設定した非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段と、該非線形領域移行バルブ制御状態記憶手段に記憶されている前記非線形領域移行のバルブ制御状態をバルブ制御の限界値として前記可変バルブ機構のバルブ制御に制限を加えるバルブ制御制限手段と、を有することを特徴とする内燃機関の可変バルブ制御装置。
前記非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段が記憶する非線形領域移行するバルブ制御状態として、バルブタイミングの進角値を用いることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
前記非線形領域移行バルブ作動状態記憶手段が記憶する非線形領域移行バルブ制御状態は、エンジン回転数、スロットル開度あるいはその組み合わせにより設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変バルブ制御装置。
吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段として熱線式エアフローセンサを用いた内燃機関の可変バルブ制御方法であって、
熱線式エアフローセンサの非線形領域に移行する可変バルブ機構の前記熱線式エアフローセンサの逆流による誤差が大きくなる非線形領域移行のバルブ制御状態を予め設定し、該設定した前記非線形領域移行のバルブ制御状態に基づいて、前記可変バルブ機構のバルブ制御に制限を加えることを特徴とする内燃機関の可変バルブ制御方法。