JP5348118B2 - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブリフト量を変更する可変動弁機構を備えたエンジンに用いて好適の、可変動弁機構の制御装置に関する。

従来、車両の燃費節減や出力の向上，排気エミッションの低減等を目的として、吸気弁や排気弁の動作を変更するための可変動弁機構を備えたエンジンが開発されている。可変動弁機構に搭載される機能としては、主に二種類の機能が挙げられる。第一の機能はバルブの開閉のタイミングを可変とする可変バルブタイミング（VVT，Variable Valve Timing）機能であり、第二の機能はバルブの開放量（バルブリフト量）を可変とする可変バルブリフト（VVL，Variable Valve Lift）機能である。

可変バルブタイミング機能は、例えばクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更する機構によって実現される。これによりバルブの開閉のタイミングが変更され、バルブの開放開始時期や開放終了時期に対応する位相が進角方向、又は遅角方向に制御される。
また、可変バルブリフト機能は、例えばカムシャフトに固定されたカムからロッカアームに伝達される揺動の大きさを変更する機構によって実現される。これによりバルブが往復移動する距離が変更され、シリンダ内に導入される空気量やインテークマニホールド内の圧力等が制御される。なお、可変動弁機構の機械的な構成に関しては、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００９−４１４６７号公報

可変バルブリフト機能を備えたエンジンにおいて、シリンダ内に導入される空気量は、スロットルバルブの開度や吸気バルブのバルブリフト量の制御によって調整される。一方、スロットル開度及びバルブリフト量のそれぞれを変更することによる空気量の変化の度合いは、必ずしも同一ではない。

すなわち、スロットルバルブがインテークマニホールドの上流側に設けられるのに対して、吸気バルブはシリンダの入口に設けられるため、バルブリフト量の変更に伴う空気量の変化はスロットル開度の変更に伴う空気量の変化よりも急速となる。例えばバルブリフト量が急変すると、その直後に実際にシリンダ内に導入される空気量も急変する。このような空気量の急変がスロットル開度の制御で抑制できないほど大きければ、エンジンから出力されるトルクが急増してトルクショックが生じる。そのため、制御上でバルブリフト量の急変を抑制する必要がある。

しかし、例えばドライバの要求により車両を急加速させたい場合や、外部負荷の要求からエンジンの出力を急増させたい場合には、このようなバルブリフト量の変動を抑制する制御が足枷となって加速感が不足し、良好なドライブフィーリングが得られない。

このような課題に対し、急加速の要求がある状況下ではバルブリフト量の急変を許容し、それ以外の状況下ではバルブリフト量の急変を抑制する制御構成とすることも考えられる。しかしながらこの場合、バルブリフト量の急変を抑制するか否かを判定するための判定条件が非常に複雑となる。
例えば、アクセルペダルの踏み込み操作やエンジンの作動状態に基づく全ての運転パターンに対応した判定条件やバルブリフト量を設定しておこうとすると、予め記憶しておかなければならないデータ量が膨大となる。さらにこの場合、個々のデータがエンジンの種類やスペック，吸排気系の形状，エンジンに作用する外部負荷の状態等に応じて異なる値となるため、車種毎，車両毎，あるいは走行条件毎にキャリブレーションが必要になるという課題が生じる。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、トルクの急変を抑制することによる安定性の提供と急加速時における加速感の提供とを両立させることである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する可変動弁機構の制御装置は、エンジンの吸気弁のリフト量を変更する可変動弁機構の制御装置であって、前記エンジンのシリンダに導入される空気量の目標値を目標空気量として設定する設定手段と、所定時間あたりの前記目標空気量の変化量を第一変化量として演算する演算手段とを備える。また、前記演算手段で演算された前記第一変化量に基づき、前記リフト量を制御する制御手段を備える。

ここでいう「空気量」には、前記エンジンのシリンダ内に導入される実際の空気量（空気の体積や空気の質量等）だけでなく、前記空気量に対応する種々のパラメータが含まれる。前記パラメータの具体例としては、充填効率や体積効率（充填効率に気温補正や圧力補正が加えられた値等）等が挙げられる。
したがって、前記制御装置には、例えば充填効率Ecに関連するパラメータ（dEcLIM，ΔEcVVL等）を用いてバルブリフト制御を実施するものが含まれる。
なお、第一変化量は、車両に要求される加速の緩急の度合いを判断するための指標となる。

また、所定の前記リフト量あたりの前記空気量の変化量を第二変化量として推定する推定手段を備え、前記制御手段が、前記演算手段で演算された前記第一変化量及び前記推定手段で推定された前記第二変化量に基づき、前記リフト量を制御する。
なお、第二変化量は、リフト量を変更した場合にその変更によってエンジン出力に与えられる影響の大きさを判断するための指標となる。

また、前記制御手段が、前記第一変化量及び前記第二変化量に基づき、前記リフト量の変化速度を制限する。
（２）前記制御手段が、前記第一変化量の前記第二変化量に対する比を前記変化速度の上限値とすることが好ましい。
つまり、前記制御手段は、前記比以下の変化速度で前記リフト量を制御することが好ましい。

（３）前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記エンジンのインマニ圧（すなわち、インテークマニホールド圧）を検出するインマニ圧検出手段とを備えることが好ましい。
この場合、前記推定手段が、前記エンジン回転数検出手段で検出された前記エンジン回転数と前記インマニ圧検出手段で検出された前記インマニ圧とに基づいて、前記シリンダへの吸入空気の入りやすさの指標値を推定する第一推定手段と、前記エンジン回転数，前記インマニ圧及び前記第一推定手段で推定された前記指標値に基づいて、前記第二変化量を推定する第二推定手段とを有することが好ましい。
（４）また、ここで開示する可変動弁機構の制御装置は、エンジンの吸気弁のリフト量を変更する可変動弁機構の制御装置であって、前記エンジンのシリンダに導入される空気量の目標値を目標空気量として設定する設定手段と、所定時間あたりの前記目標空気量の変化量を第一変化量として演算する演算手段と、前記演算手段で演算された前記第一変化量に基づき、前記リフト量を制御する制御手段と、所定の前記リフト量あたりの前記空気量の変化量を第二変化量として推定する推定手段と、前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記エンジンのインマニ圧を検出するインマニ圧検出手段とを備える。
前記制御手段は、前記演算手段で演算された前記第一変化量及び前記推定手段で推定された前記第二変化量に基づき、前記リフト量を制御する。
前記推定手段は、前記エンジン回転数検出手段で検出された前記エンジン回転数と前記インマニ圧検出手段で検出された前記インマニ圧とに基づいて、前記シリンダへの吸入空気の入りやすさの指標値を推定する第一推定手段と、前記エンジン回転数，前記インマニ圧及び前記第一推定手段で推定された前記指標値に基づいて、前記第二変化量を推定する第二推定手段とを有する。

開示の可変動弁機構の制御装置によれば、第一変化量に基づくリフト量の制御により、緩加速と急加速とを区別することができ、加速要求に応じた柔軟なバルブリフト制御が可能となり、加速性能を向上させつつ急激なトルク変動を抑制することができる。

一実施形態に係る可変動弁機構の制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。 本制御装置での演算内容を説明するためのグラフである。 本制御装置での演算手順を例示するフローチャートである。 緩加速時における本制御装置の作用を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は目標トルク、（ｂ）は目標充填効率、（ｃ）は目標充填効率の変化量、（ｄ）は体積効率係数及びその予測値、（ｅ）は単位制御角あたりの充填効率変化量、（ｆ）は制御角の変化量制限値、（ｇ）は目標制御角を示すものである。 急加速時における本制御装置の作用を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は目標トルク、（ｂ）は目標充填効率、（ｃ）は目標充填効率の変化量、（ｄ）は体積効率係数及びその予測値、（ｅ）は単位制御角あたりの充填効率変化量、（ｆ）は制御角の変化量制限値、（ｇ）は目標制御角を示すものである。

図面を参照してエンジンの制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態は、あくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。

［１．構成］
［１−１．エンジン］
本実施形態の制御装置は、図１に示す車載のエンジン１０に適用される。ここでは、多気筒四サイクル型のエンジン１０に設けられた複数のシリンダのうち、一つのシリンダ１１を示す。シリンダ１１の頂部には点火プラグがその先端を燃焼室側に突出させた状態で設けられる。また、燃焼室のシリンダヘッド側の頂面には、吸気ポート１２及び排気ポート１３が設けられる。

燃焼室の頂面には、吸気ポート１２の入口を開閉する吸気弁１８と、排気ポート１３の入口を開閉する排気弁１９とが設けられる。吸気弁１８の開閉駆動により吸気ポート１２と燃焼室とが連通又は閉鎖され、排気弁１９の開閉駆動により排気ポート１３と燃焼室とが連通又は遮断される。
なお、吸気弁１８の上端部は図示しない吸気用のロッカシャフトに接続されており、排気弁１９の上端部は図示しない排気用のロッカシャフトに接続されている。吸気弁１８及び排気弁１９は、それぞれのロッカシャフトの揺動によって上下方向に往復駆動される。

吸気ポート１２よりも吸気の上流側にはインテークマニホールド１４（インマニ）が設けられ、さらにこれの上流側に吸気通路２０が接続される。吸気通路２０内には、ＥＴＶ２１（Electric Throttle Valve）及びＡＦＳ２２（Air Flow Sensor）が介装される。ＥＴＶ２１は電子制御によりその開度を任意に変更することが可能な電子制御式スロットルバルブである。また、ＡＦＳ２２は、シリンダ１１内への吸気量を検出するセンサであり、ここではＥＴＶ２１を通過する吸気流量Qが検出される。なお、インマニ１４の内部には、ＥＶＴ２１よりも下流側における空気圧をインマニ圧力P_IMとして検出するインマニ圧センサ７が設けられる。

シリンダ１１内を往復摺動するピストン１７は、コネクティングロッドを介してクランクシャフト１５に接続される。クランクシャフト１５には、その回転角θ_CRを検出するクランク角度センサ８（エンジン回転数検出手段）が設けられる。
エンジン１０を搭載した車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量に対応する操作量θ_ACを検出するＡＰＳ９（Acceleration pedal Position Sensor）が設けられる。アクセルペダルの踏み込み操作量θ_ACは運転者の加速要求に対応するパラメータであり、言い換えるとエンジン１０の負荷に相関するパラメータである。

ＡＦＳ２２で検出された吸気流量Q，ＡＰＳ９で検出された操作量θ_AC，クランク角度センサ８で検出されたクランクシャフト１５の回転角θ_CR及びインマニ圧センサ７で検出されたインマニ圧力P_IMは、後述するエンジンＥＣＵ１に伝達される。なお、単位時間あたりの回転角θ_CRの変化量からエンジン回転数Neを把握することができる。したがって、クランク角度センサ８はエンジン１０のエンジン回転数Neを検出する手段としての機能を持つ。エンジン回転数Neは、クランク角度センサ８で検出されたクランクシャフトの角度θ_CRに基づいてエンジンＥＣＵ１が演算する構成としてもよいし、クランク角度センサ８の内部で演算する構成としてもよい。

［１−２．可変動弁機構］
吸気弁１８及び排気弁１９のそれぞれには、可変動弁機構６が接続されている。可変動弁機構６は吸気弁１８及び排気弁１９のそれぞれについて、最大バルブリフト量及びバルブタイミングを個別に、又は、連動させつつ変更する機構である。図１に示すように、可変動弁機構６は、可変バルブリフト機構６ａと可変バルブタイミング機構６ｂとを備える。

可変バルブリフト機構６ａは、吸気弁１８や排気弁１９の最大バルブリフト量を連続的に変更する機構である。この可変バルブリフト機構６ａは、カムシャフトに固定されたカムからロッカアームに伝達される揺動の大きさを変更する機能を有する。ロッカアームの揺動の大きさを変更するための具体的な構造は任意であり、例えば特許文献１に記載されたような公知の構造を適用可能である。

本実施形態では、カムシャフトに固定されたカムとロッカアームとの間に揺動部材を別途介装させ、揺動部材を介してカムシャフトの回転運動をロッカアームの揺動運動に変換する構造としている。この場合、揺動部材の位置を移動させてカムとの接触位置を変更することで、揺動部材の揺動量が変化する。カムと揺動部材との接触点が揺動部材の揺動中心点に近づくほど、揺動部材の揺動量が増大する。また、カムと揺動部材との接触点を固定した場合、揺動部材の揺動量が最大となる接触点の位置は、カムの回転中心点，カムと揺動部材との接触点及び揺動部材の揺動中心点を結ぶ直線が垂直になる位置である。

これらの特性を利用して、ロッカアームの揺動量を揺動部材の位置に応じて連続的に変化させる。また、揺動部材の移動方向は、ロッカシャフトを中心とした円周方向とする。揺動部材を駆動するアクチュエータとしては、例えば電動モータや油圧モータ等を用いればよい。

可変バルブリフト機構６ａには、バルブリフト量に対応するパラメータである制御角θ_VVLを検出（又は演算）する制御角検出部１６ａが設けられる。ここでいう制御角θ_VVLとは、ロッカシャフトに対する揺動部材の基準位置からの角度変化量である。なお、制御角θ_VVLが大きいほどバルブリフト量が増大するように、揺動部材の基準位置が設定されているものとする。制御角検出部１６ａで検出された制御角θ_VVLは、エンジンＥＣＵ１に伝達される。

可変バルブタイミング機構６ｂは、吸気弁１８や排気弁１９の開閉のタイミング（バルブタイミング）を変更する機構である。この可変バルブタイミング機構６ｂは、ロッカアームに揺動を生じさせるカム又はカムシャフトの回転位相を変更する機能を有する。カム又はカムシャフトの回転位相を変更するための具体的な構造は任意であり、例えば特許文献１に記載されたような公知の構造を適用可能である。

また、可変バルブタイミング機構６ｂには、バルブタイミングに対応するパラメータである位相角θ_VVTを検出（又は演算）する位相検出部１６ｂが設けられる。ここでいう位相角θ_VVTとは、基準となるカムシャフトの位相角から実際のカムシャフトの位相角がどの程度進角又は遅角しているかを示す、位相角の変化量である。位相検出部１６ｂで得られた位相角θ_VVTは、エンジンＥＣＵ１に伝達される。

［１−３．エンジンＥＣＵ］
この車両には電子制御装置として、エンジンＥＣＵ１（Engine - Electronic Control Unit，エンジン電子制御装置）が設けられる。このエンジンＥＣＵ１は、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。エンジン１０に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを制御する。

エンジンＥＣＵ１は、トルクベース制御によってエンジン１０のトルク挙動を制御する。トルクベース制御とは、エンジン１０に要求されるトルクの大きさを基準として吸気量や燃料噴射量，点火時期等を調節する制御である。この制御では、例えば運転者からの出力要求や外部制御システムからの出力要求がトルクに換算され、それらのトルクが総合的に判断されてエンジントルクの目標値が演算され、この目標値のトルクが得られるように吸気量や燃料噴射量，点火時期等が制御される。また、エンジンＥＣＵ１は、可変バルブリフト機構６ａを駆動することで吸気弁１８の開度を調節し、シリンダ１１内に導入される空気量を制御するバルブリフト制御を実施する。

このバルブリフト制御では、シリンダ１１の充填効率Ecの目標値である目標充填効率Ec_TGTの単位時間あたりの変化量（第一変化量）に基づいて、吸気弁１８のバルブリフト量の目標値に対応する目標制御角θ_{VVL_TGT}が制御される。目標充填効率Ec_TGTの変化速度は、車両に要求される加速の緩急の度合いを判断するための指標となる。

また、バルブリフト制御では、所定のバルブリフト量あたりの充填効率Ecの変化量（第二変化量）に基づいて、目標制御角θ_{VVL_TGT}が制御される。所定のバルブリフト量あたりの充填効率Ecの変化量は、仮に吸気弁１８のバルブリフト量を所定量だけ変化させた場合に実際の充填効率Ecがどの程度変動するかを意味する値であり、バルブリフト量の変更によってエンジン１０の出力に与えられる影響の大きさを判断するための指標となる。

［２．制御内容］
上記のバルブリフト制御を実施するための機能について詳述する。図１に示すように、エンジンＥＣＵ１には、目標充填効率設定部２，演算部３，推定部４及び制御部５が設けられる。これらの目標充填効率設定部２，演算部３，推定部４及び制御部５の各機能は、電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、あるいはソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

目標充填効率設定部２（設定手段）は、シリンダ１１の充填効率Ecの目標値である目標充填効率Ec_TGTを設定するものである。ここでは、クランクシャフトの角度θ_CRに基づいて得られるエンジン回転数Neやアクセルペダルの操作量θ_AC，図示しないエンジンＥＣＵ１以外の電子制御装置（例えば、CVT-ECUやESC-ECU，エアコンECU等）から要求される外部要求，パワーステアリング装置から要求される要求等に基づき、エンジン１０の出力トルクの目標値としての目標トルクPi_TGTが演算される。ここで演算された目標トルクPi_TGTは制御部５に伝達される。

なお、ここでいうPiとは、正確には図示平均有効圧Piを意味する。このエンジンＥＣＵ１の内部では、図示平均有効圧Piを用いてトルクの大きさが表現される。以下、エンジン１０で生じる力のモーメントのことだけでなく、ピストン１７の上面に作用する平均有効圧（例えば、図示平均有効圧Piや正味平均有効圧Pe）で表現されたトルク相当量（トルクに相当する圧力）のことも便宜的にトルクと呼ぶ。

また、目標充填効率設定部２は、上記の目標トルクPi_TGTをエンジン１０で発生させるために必要な目標充填効率Ec_TGTを設定する。目標充填効率Ec_TGTは所定の演算サイクル毎（例えば、数ミリ秒毎）に繰り返し設定される。ここで設定された目標充填効率Ec_TGTは、演算部３に伝達される。以下、前回の演算サイクルで得られた目標充填効率Ec_TGTのことをEc_TGT(n-1)と表記し、今回の演算サイクルで得られたもののことをEc_TGT(n)と表記する。

演算部３（演算手段）は、所定時間あたりの目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIM（第一変化量）を演算するものである。ここでは、以下の式１に従って演算周期あたりの変化量dEc_LIMが演算される。また、変化量dEc_LIMには所定の下限値C（最小値）が設定されている。例えば、式１で得られた変化量dEc_LIMが所定の下限値C未満である場合には、演算部３が変化量dEc_LIMを下限値Cに設定する。変化量dEc_LIMの値は、制御部５に伝達される。この変化量dEc_LIMは、エンジン１０を搭載する車両に要求される加速の緩急の度合いを判断するための指標となる。

推定部４（推定手段）は、所定のバルブリフト量あたりの実際の充填効率Ecの変化量ΔEc_VVLを推定するものである。この推定部４には、第一推定部４ａ（第一推定手段）及び第二推定部４ｂ（第二推定手段）が設けられる。
第一推定部４ａは、シリンダ１１への吸入空気の入りやすさの指標として体積効率係数K_MAPを演算する。体積効率係数K_MAPは、例えばエンジン回転数Ne及びインマニ圧力P_IMに基づいて演算される。本実施形態では、エンジン回転数Ne，インマニ圧力P_IM，制御角θ_VVL及び位相角θ_VVTに基づき、予めエンジンＥＣＵ１内に保存されているマップを用いて体積効率係数K_MAPを演算する。

また第一推定部４ａは、その時点の制御角θ_VVLを仮に所定角dθ_VVLだけ変化させた場合の体積効率係数K_MAPの推定値を推定体積効率係数K_{MAP_ETM}として演算する。推定体積効率係数K_{MAP_ETM}の演算に際し、他の条件は上記の体積効率係数K_MAPを推定演算時と同一とする。例えば、上述のマップを用いてエンジン回転数Ne，インマニ圧力P_IM及び位相角θ_VVTを変化させずに、制御角θ_VVLを（θ_VVL＋dθ_VVL）に置換した場合の値を推定する。

また、図２に示すように、エンジン回転数Ne，インマニ圧力P_IM及び位相角θ_VVTが同一の場合、制御角θ_VVLと体積効率係数K_MAPとの間には所定の関数関係が認められ、おおむね制御角θ_VVLが増大するほど体積効率係数K_MAPも増大する。したがって、このような関数関係を予めエンジンＥＣＵ１に記憶させておき、推定体積効率係数K_{MAP_ETM}の演算に利用してもよい。なお、制御角θ_VVLを変化させる所定量dθ_VVLの符号は任意である。第一推定部４ａで演算，推定された体積効率係数K_MAP及び推定体積効率係数K_{MAP_ETM}は、第二推定部４ｂに伝達される。

第二推定部４ｂは、第一推定部４ａで推定された体積効率係数K_MAP及び推定体積効率係数K_{MAP_ETM}を用いて、以下の式２に従って単位制御角（例えば、制御角1[deg]）あたりの体積効率係数の変化量dK_MAPを演算する。この変化量dK_MAPは、吸気弁１８のバルブリフト量を単位制御角分だけ変化させたときの、シリンダ１１への空気の入りやすさがどの程度変化するかを意味する。

また、第二推定部４ｂは、上記の変化量dK_MAPとインマニ圧力P_IMとに基づき、以下の式３に従って単位制御角（例えば、制御角1[deg]）あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVL（第二変化量）を演算する。この変化量ΔEc_VVLは、吸気弁１８のバルブリフト量を単位制御角分だけ変化させたときに、シリンダ１１に導入される空気量の変動分（増分又は減少分）に対応する値である。ここで演算された変化量ΔEc_VVLは、制御部５に伝達される。

制御部５（制御手段）は、演算部３で演算された変化量dEc_LIMと、推定部４での演算により推定された変化量ΔEc_VVLとに基づき、吸気弁１８のバルブリフト量に対応する制御角θ_VVLを制御するものである。ここでは、式４に示すように、変化量dEc_LIMを変化量ΔEc_VVLで除した値が演算され、これがバルブリフトの変化量制限値dθ_{VVL_LIM}として設定される。

また、制御部５は、エンジン回転数Ne，目標充填効率設定部２で演算された目標トルクPi_TGT及びその他の吸気条件に基づき、予め設定されたマップ等を用いて、可変バルブリフト機構６ａにおける制御角θ_VVLの仮の目標値である制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}を演算する。その後、制御部５は以下の条件に従って実際の目標制御角θ_{VVL_TGT}を設定する。ここで設定された目標制御角θ_{VVL_TGT}は可変バルブリフト機構６ａに伝達され、実際の制御角θ_VVLを目標制御角θ_{VVL_TGT}に近づける（あるいは一致させる）ように、揺動部材の角度が制御される。

なお、以下の条件中のθ_{VVL_TGT}(n-1)は、前回の演算周期で得られた目標制御角θ_{VVL_TGT}である。これにより、前回の目標制御角θ_{VVL_TGT}を基準として、制御角θ_VVLの変化が最大でも変化量制限値dθ_{VVL_LIM}となり、すなわち、変化量制限値dθ_{VVL_LIM}で許容される変動範囲内で吸気弁１８のバルブリフト量が変動させる制御が実施される。

制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}の演算に関して、上述したその他の吸気条件とは、例えば制動制御に係るインマニ圧力P_IM（負圧）の増強制御やＥＴＶ２１の開度制御と協調して吸気量を適正化するための協調制御，燃費向上制御等の要求に基づく条件である。たとえ目標トルクPi_TGTが一定であったとしても、上記のような吸気条件の変動により吸気弁１８のバルブリフト量を変更したい場合が存在する。つまり、制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}は、エンジン１０の運転状態や吸気条件等に応じて急変する場合がある。

例えば、上述の燃費向上制御として、エンジン１０の出力トルクが所定値以上の運転領域で、吸気弁１８や排気弁１９に高リフト（遅閉じ）傾向を与える制御がある。このような燃費向上制御では、仮に目標充填効率設定部２で演算された目標トルクPi_TGTが緩やかに変化していたとしても、エンジン１０の出力トルクが所定値以上になった時点でバルブリフト量が高リフトへと変更され、制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}が大きく変化する場合がある。

一方、本実施形態の制御部５は、このような制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}の急変に対して、実際の目標制御角θ_{VVL_TGT}をそのまま設定するのではなく、変化量制限値dθ_{VVL_LIM}で許容される変動範囲内で実際の目標制御角θ_{VVL_TGT}を設定する。

［３．フローチャート］
図３は、エンジンＥＣＵ１で実行される制御手順を例示するフローチャートである。
ステップＡ１０では、バルブリフト制御に係る各種パラメータがエンジンＥＣＵ１に入力される。例えば、エンジン回転数Ne，インマニ圧力P_IM，可変バルブリフト機構６ａの制御角θ_VVL，可変バルブタイミング機構６ｂの位相角θ_VVT等がエンジンＥＣＵ１に読み込まれる。

続くステップＡ２０では、推定部４の第一推定部４ａにおいて、ステップＡ１０で読み込まれた情報に基づいて体積効率係数K_MAPが演算される。また、ステップＡ３０では現在の制御角θ_VVLに所定角dθ_VVLが加算され、ステップＡ４０では図２に示すようなマップに基づいて推定体積効率係数K_{MAP_ETM}が推定される。第一推定部４ａで演算，推定されたこれらの体積効率係数K_MAP及び推定体積効率係数K_{MAP_ETM}は、第二推定部４ｂに伝達される。

ステップＡ５０では、第二推定部４ｂにおいて、単位制御角（例えば、制御角1[deg]）あたりの体積効率係数の変化量dK_MAPが式２に従って演算される。また、ステップＡ６０では、変化量dK_MAPとインマニ圧力P_IMとに基づき、単位制御角（例えば、制御角1[deg]）あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLが式３に従って演算される。つまりここでは演算上、体積効率係数の変化量dK_MAPが充填効率の変化量ΔEc_VVLに変換される。
ステップＡ７０では、目標充填効率設定部２において目標トルクPi_TGTが演算されるとともに、目標トルクPi_TGTをエンジン１０で発生させるために必要な目標充填効率Ec_TGTが設定される。また、ステップＡ８０では、演算部３において、演算周期あたりの目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMが式１に従って演算される。

続くステップＡ９０では、前ステップで演算された変化量dEc_LIMが下限値C以上であるか否かが判定される。ここで、dEc_LIM≧Ｃである場合には、そのままステップＡ１１０へ進む。一方、dEc_LIM＜Ｃである場合にはステップＡ１００へ進み、変化量dEc_LIMの値が下限値Cに再設定される。これにより、たとえ実際の変化量dEc_LIMが極めて小さい場合であっても、変化量dEc_LIMは少なくとも下限値C以上の値を持つ。

ステップＡ１１０では、制御部５において、変化量dEc_LIMを変化量ΔEc_VVLで除した値が演算され、バルブリフトの変化量制限値dθ_{VVL_LIM}として設定される。また、ステップＡ１２０では、ステップＡ７０で演算された目標トルクPi_TGTに基づき、制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}が演算される。その後ステップＡ１３０では、前回の演算周期で得られた目標制御角θ_{VVL_TGT}(n-1)に変化量制限値dθ_{VVL_LIM}を加算した値と制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}とが比較され、何れか小さい一方が選択される。さらに、ここで選択された値と目標制御角θ_{VVL_TGT}(n-1)から変化量制限値dθ_{VVL_LIM}を減算した値とが比較され、何れか大きい一方が最終的な目標制御角θ_{VVL_TGT}として設定される。

ステップＡ１４０では、実際の制御角θ_VVLが目標制御角θ_{VVL_TGT}になるように揺動部材の角度が制御され、シリンダ１１に導入される空気量が調整される。

［４．作用］
［４−１．緩加速時］
図４（ａ）〜（ｇ）を用いて車両の緩加速時の制御作用を説明する。車両の緩加速時にはアクセルペダルの踏み込みが比較的小さく、目標充填効率設定部２で設定される目標トルクPi_TGTの変動は、図４（ａ）に示すように緩慢である。これにより、演算部３で演算される目標充填効率Ec_TGTの変化も、図４（ｂ）に示すように緩慢となり、その時間変化勾配である変化量dEc_LIMは、図４（ｃ）に示すようにほぼ下限値C付近を推移する。

ここで、例えば制動装置からの要求により、時刻ｔ₁に制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}が急増したとする。この制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}の変動を図４（ｇ）中に破線で示す。目標充填効率Ec_TGTが比較的小さく、実際の充填効率Ecも比較的小さい時刻ｔ₁〜ｔ₂の時間領域では、第一推定部４ａで演算される体積効率係数K_MAPが比較的小さい値となる。また、その時点の制御角θ_VVLに正の所定角dθ_VVLを加算した場合の推定体積効率係数K_{MAP_ETM}は、図４（ｄ）中に破線で示すように、体積効率係数K_MAPよりも大きい値となる。

したがって、第二推定部４ｂで演算される制御角1[deg]あたりの体積効率係数の変化量dK_MAPの値〔図４（ｄ）中の実線と破線との間の幅に対応する値〕は比較的大きい値として演算され、その結果、図４（ｅ）に示すように、制御角1[deg]あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLも比較的大きい値となる。

一方、吸気弁１８のバルブリフト量に対応する制御角θ_VVLの変化量制限値dθ_{VVL_LIM}を図４（ｆ）に示す。この変化量制限値dθ_{VVL_LIM}は、図４（ｃ）に示す変化量dEc_LIMを図４（ｅ）に示す充填効率の変化量ΔEc_VVLで除算した値であるから、時刻ｔ₁〜ｔ₂の時間領域では極めて小さい値をとる。すなわち、時刻ｔ₁〜ｔ₂の時間領域では、制御角θ_VVLの変動が強く抑制され、吸気弁１８のバルブリフト量の変化が小さくなる。これにより、図４（ｇ）中に実線で示すように、実際の目標制御角θ_{VVL_TGT}は緩やかに増加し、トルクショックが抑制される。
このように、目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMが小さく、かつ、制御角1[deg]あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLが大きい状態では、制御角θ_VVLが変化しにくくなるようにバルブリフト制御が実施される。

目標制御角θ_{VVL_TGT}の増大に伴って吸気量が増大すると、体積効率係数K_MAP及び推定体積効率係数K_{MAP_ETM}は、図４（ｄ）中に実線及び破線で示すように緩やかに増加する。また、推定体積効率係数K_{MAP_ETM}は、体積効率係数K_MAPの変動に倣って推移するが、体積効率係数K_MAPが増大するほどこれらの差が小さくなる。これにより、制御角1[deg]あたりの体積効率係数の変化量dK_MAPが時間の経過とともに減少し、制御角1[deg]あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLも減少する。これにより、図４（ｅ）に示すように、例えば時刻ｔ₃〜ｔ₄の時間領域では充填効率の変化量ΔEc_VVLが小さい値となる。これは、バルブリフト量を変化させたときの空気量の変動分が小さいことを意味する。

したがって、変化量制限値dθ_{VVL_LIM}は図４（ｆ）に示すように大きい値をとるようになり、実際の目標制御角θ_{VVL_TGT}の変化速度が増大する。時刻ｔ₄以降の時間領域では、目標制御角θ_{VVL_TGT}は速やかに制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}に近づくように変動する。
このように、目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMが小さく、かつ、制御角1[deg]あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLが小さい状態になると、制御角θ_VVLが変化しやすくなるようにバルブリフト制御が実施される。

［４−２．急加速時］
図５（ａ）〜（ｇ）を用いて車両の急加速時の制御作用を説明する。時刻ｔ₅にアクセルペダルが強く踏み込まれると、図５（ｇ）中に破線で示すように、アクセルペダルの操作量θ_ACに応じて制限前目標制御角θ_{VVL_TGT0}が急増する。これに対応して、図５（ａ），（ｂ）に示すように、目標トルクPi_TGT及び目標充填効率Ec_TGTがともに急激に増大する。

これにより、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ₅〜ｔ₆の時間領域での目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMは増大する。変化量dEc_LIMは、例えば運転者からの出力要求や外部制御システムからの出力要求といったエンジン１０に要求されるトルクの増加速度が大きいほど急激に増大する。
アクセルペダルが踏み込まれた時刻ｔ₅の前後においては、図５（ｄ）に示すように、体積効率係数K_MAPと推定体積効率係数K_{MAP_ETM}との差がまだ大きい。そのため、図５（ｅ）に示すように、制御角1[deg]あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLも比較的大きい値となる。

しかし、目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMの急増により、図５（ｆ）に示すように、変化量制限値dθ_{VVL_LIM}が急激に増大する。これにより、制御角θ_VVLの大きな変動が許容され、図５（ｇ）中に実線で示すように、実際の目標制御角θ_{VVL_TGT}が速やかに増加する。
このように、目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMが大きい場合には、たとえ制御角1[deg]あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLが大きい状態であっても、制御角θ_VVLが変化しやすくなるようにバルブリフト制御が実施される。

［５．効果］
このように、上述の可変動弁機構の制御装置によれば、目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMに着目することで、図５及び図６に示すように、緩加速と急加速とを区別したうえでバルブリフト制御を実施することができる。例えば、目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMの大小で緩加速と急加速とを判別可能である。これにより、緩加速の場合にはバルブリフト量の変動を強く抑制し、急加速の場合にその抑制を小さくするといったように、加速要求（あるいは、車両の加速の度合い）に応じた柔軟なバルブリフト制御が可能となり、加速性能を向上させつつ急激なトルク変動を抑制することができる。

また、単位制御角（例えば、制御角1[deg]）あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLに基づくバルブリフト量の制御により、実制御に先立って充填効率Ecが実際にどの程度変化するかを正確に推定することができる。つまり、エンジン１０の出力を正確に予測しながら制御角θ_VVLをコントロールすることができ、良好な加速感を確保しつつトルクショックの発生を防止することができる。

また、上記の制御では、目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMと単位リフト量あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLとを組み合わせた制御が実施されている。これにより、リフト量の実制御に先立って、充填効率Ecが実際にどの程度変化するのかを正確に推定することができ、正確なリフト量のコントロールが可能となる。

さらに、上述の制御装置では、目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMや単位制御角あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLといったエンジンＥＣＵ１内で演算可能なエンジン１０の運転状態に係る物理量を用いてバルブリフト量を制御しているため、例えば、アクセルペダルの踏み込み操作やエンジンの作動状態に基づく全ての運転パターンに対応した判定条件やバルブリフト量等を予め設定しておく必要がなく、記憶容量を削減することができる。これにより、車種毎，車両毎，あるいは走行条件毎のキャリブレーションが不要となり、簡素な構成で正確な制御が実現できる。

また、上述の制御装置では、吸気弁１８のバルブリフト量に対応する制御角θ_VVLの変化量制限値dθ_{VVL_LIM}が演算され、すなわちバルブリフト量の変化速度に制限が加えられる。これにより、例えばバルブリフト量（位置）に制限を加えるような制御と比較して、急激なトルク変動を効果的に抑制することができる。あるいは、バルブリフト量の変化速度（バルブの加速度）を制限する場合と比較すると、簡素な構成で迅速かつリアルタイムの制御が可能となり、制御性を向上させることができる。

さらに、上述の制御装置では、目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMを単位制御角（例えば、制御角1[deg]）あたりの充填効率の変化量ΔEc_VVLで除した値を制御角θ_VVLの変化量制限値dθ_{VVL_LIM}としている。これにより、少なくとも目標充填効率Ec_TGTが得られるリフト量を変化上限値とすることができ、エンジン１０の目標トルクを満足する空気量を確保することができる。

特に、上述の制御装置の推定部４では、第一推定部４ａでシリンダ１１への空気の入りやすさの指標として体積効率係数K_MAPを演算し、吸気弁１８のバルブリフト量を単位制御角分だけ変化させたときにシリンダ１１に導入される空気量の変動分がどの程度であるかを把握した上で可変バルブリフト機構６ａの制御角θ_VVLを制御している。これにより、インテークマニホールド１４内の圧力変動や空気の流れの慣性を考慮した正確な変化量ΔEc_VVLを推定することができるというメリットがある。

［６．変形例等］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上記の実施形態では、目標充填効率設定部２，演算部３，推定部４及び制御部５の各機能を備えたエンジンＥＣＵ１を例示したが、エンジンＥＣＵ１の具体的な制御構成はこれに限定されない。少なくとも、目標充填効率Ec_TGTを設定する手段と、その目標充填効率Ec_TGTの変化量dEc_LIMを演算する手段と、その変化量dEc_LIMに基づいてバルブリフト量を制御する手段とを備えた電子制御装置であれば、上記の技術効果を奏するものとなる。したがって、具体的な制御構成については適宜追加、あるいは簡素化することが可能である。

また、上述の実施形態では、バルブリフト量の変化速度（演算周期あたりの変化量）を制限する制御が実施されているが、制限の対象はバルブリフト量の変化速度のみに限定されない。例えば、バルブリフトの位置を制限してもよいし、バルブリフトの加速度を制限してもよく、あるいはこれらの複数種類の制限を組み合わせた制御としてもよい。

バルブリフトの位置を制限する場合、例えば絶対的なバルブリフト位置の上限値，下限値を設けることで、トルク変動の抑制効果を高めることが可能となる。また、二つ先，三つ先の演算周期での位置にも制限を加えることで、トルク変動の抑制パターンを多様化させることができ、エンジン１０の運転状態に応じたバルブリフト制御が可能となる。

また、バルブリフトの加速度を制限する場合、バルブリフトの位置の変化量を制限するのに加えて、速度の変化量にも制限を設けることが考えられる。例えば、図５（ｆ）に示す変化量制限値dθ_{VVL_LIM}の時間変化勾配が所定値以下になるように制限する。これにより、図５（ａ）〜（ｇ）に示すものよりも極めて急激にアクセルペダルが強く踏み込まれたような場合に生じうるトルクショックを緩和することが可能となり、すなわち、急加速の度合いに応じたバルブリフト制御が可能となる。

また、上述の実施形態では、充填効率Ecに関連するパラメータ（dEcLIM，ΔEcVVL等）を用いてバルブリフト制御を実施するものを例示したが、充填効率Ecの代わりに体積効率（例えば、充填効率Ecに気温補正や圧力補正が加えられた値等）や空気量（空気の体積や空気の質量等）を用いて演算してもよい。少なくとも、シリンダ１１内に導入される空気量に対応するパラメータを用いれば、上述の実施形態と同様に、シリンダ１１内への空気の入りやすさやエンジン１０の出力に与えられる影響の大きさを判断することが可能であり、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。

また、上述の実施形態では吸気弁１８のバルブリフト量を制御するものを例示したが、これに代えて、あるいは加えて、排気弁１９のバルブリフト量を制御してもよい。なお、上述の実施形態のエンジン１０の燃焼形式は任意である。例えば、可変バルブタイミング機構６ｂを持たないエンジンであってもよく、少なくとも可変バルブリフト機構６ａを備えたエンジンであれば適用可能である。

１ エンジンＥＣＵ
２ 目標充填効率設定部（設定手段）
３ 演算部（演算手段）
４ 推定部（推定手段）
４ａ 第一推定部（第二推定手段）
４ｂ 第二推定部（第一推定手段）
５ 制御部（制御手段）
６ 可変動弁機構
６ａ 可変バルブリフト機構
６ｂ 可変バルブタイミング機構
７ インマニ圧センサ
８ クランク角度センサ
１０ エンジン
１４ インテークマニホールド（インマニ）
１８ 吸気弁

Claims (4)

1. エンジンの吸気弁のリフト量を変更する可変動弁機構の制御装置であって、
   前記エンジンのシリンダに導入される空気量の目標値を目標空気量として設定する設定手段と、
   所定時間あたりの前記目標空気量の変化量を第一変化量として演算する演算手段と、
   前記演算手段で演算された前記第一変化量に基づき、前記リフト量を制御する制御手段と、
   所定の前記リフト量あたりの前記空気量の変化量を第二変化量として推定する推定手段とを備え、
   前記制御手段が、前記演算手段で演算された前記第一変化量及び前記推定手段で推定された前記第二変化量に基づき、前記リフト量を制御するとともに、前記第一変化量及び前記第二変化量に基づき、前記リフト量の変化速度を制限する
   ことを特徴とする、可変動弁機構の制御装置。
2. 前記制御手段が、前記第一変化量の前記第二変化量に対する比を前記変化速度の上限値とする
   ことを特徴とする、請求項１記載の可変動弁機構の制御装置。
3. 前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   前記エンジンのインマニ圧を検出するインマニ圧検出手段とを備え、
   前記推定手段が、
   前記エンジン回転数検出手段で検出された前記エンジン回転数と前記インマニ圧検出手段で検出された前記インマニ圧とに基づいて、前記シリンダへの吸入空気の入りやすさの指標値を推定する第一推定手段と、
   前記エンジン回転数，前記インマニ圧及び前記第一推定手段で推定された前記指標値に基づいて、前記第二変化量を推定する第二推定手段とを有する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の可変動弁機構の制御装置。
4. エンジンの吸気弁のリフト量を変更する可変動弁機構の制御装置であって、
   前記エンジンのシリンダに導入される空気量の目標値を目標空気量として設定する設定手段と、
   所定時間あたりの前記目標空気量の変化量を第一変化量として演算する演算手段と、
   前記演算手段で演算された前記第一変化量に基づき、前記リフト量を制御する制御手段と、
   所定の前記リフト量あたりの前記空気量の変化量を第二変化量として推定する推定手段と、
   前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   前記エンジンのインマニ圧を検出するインマニ圧検出手段とを備え、
   前記制御手段が、前記演算手段で演算された前記第一変化量及び前記推定手段で推定された前記第二変化量に基づき、前記リフト量を制御するとともに、
   前記推定手段が、
   前記エンジン回転数検出手段で検出された前記エンジン回転数と前記インマニ圧検出手段で検出された前記インマニ圧とに基づいて、前記シリンダへの吸入空気の入りやすさの指標値を推定する第一推定手段と、
   前記エンジン回転数，前記インマニ圧及び前記第一推定手段で推定された前記指標値に基づいて、前記第二変化量を推定する第二推定手段とを有する
   ことを特徴とする、可変動弁機構の制御装置。

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