JP6003242B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
エンジン（内燃機関）の吸気弁側の動弁装置として、バルブリフト特性の異なる複数のカムを備え、これらのカムを択一的に選択して切り替え、吸気弁を駆動させる、所謂カム切換型の動弁装置が知られている。
カム切換型の動弁装置は、あるカムから他のカムへ切り替える際に、同時に点火時期を切り換える必要が有る。
そこで、カムの切り換え期間中、いずれのカムでも運転性に大きな影響が出ず、妥協点となる中間的な値で点火時期を制御する内燃機関の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１００５４７号公報
ところで、回転軸方向にカムの断面形状が連続的に変化するいわゆる「３次元カム」が知られている。この３次元カムは、それぞれが互いに異なるバルブリフト特性でカムシャフトの回転軸に平行なカム面を有する複数の平カム形状部と、平カム形状部の間にありカム面を連続的に繋ぐ曲カム面を有する移行形状部と、を備える。
３次元カムも、従来の動弁装置のカムと同様に、同じ吸入負圧の下でのある平カム形状部と他の平カム形状部とのトルクカーブが互いに交差しない。つまり、それぞれの平カム形状部のカムプロフィールが大きく異なっている。
この平カム形状部毎のカムプロフィールの大きな違いは、平カム形状部の切り換えの際に、エンジン出力の大きな変化を発生させ、車両の操作性に違和感を生じさせる。
そこで、本発明は、吸気弁のバルブリフト特性を切り換える際に、エンジン出力を滑らかかつ連続的に変化させる内燃機関の制御装置を提案することを目的とする。
前記の課題を解決するため本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関のカムシャフトと、前記カムシャフトに設けられて、それぞれが互いに異なるバルブリフト特性で前記カムシャフトの回転軸に平行なカム面を有して相互に離間する複数の平カム形状部と、相互に隣り合う前記平カム形状部の間に一体で設けられて前記カム面を連続的に繋ぐ曲カム面を有する少なくとも一つの移行形状部と、前記移行形状部を経て前記複数の平カム形状部のいずれかを選択して吸気弁の前記バルブリフト特性を切り替えるカム切替機構と、前記カムシャフトの回転軸方向において前記カム面および前記曲カム面のうち、いずれの位置が前記吸気弁を駆動しているかを検知するカム位置センサと、前記カム位置センサの検知結果に基づいて前記カム面が前記吸気弁を駆動している場合における前記内燃機関の平カム部制御量と前記曲カム面が前記吸気弁を駆動している場合における前記内燃機関の移行部制御量とを異ならせる制御部と、を備え、前記平カム部制御量および前記移行部制御量は、前記内燃機関の燃料噴射量、点火時期、およびサブスロットルバルブ開度の少なくともいずれか１つの制御量であり、前記移行部制御量は、前記カムシャフトの回転軸方向において前記吸気弁を駆動している前記曲カム面の位置毎に予め設定される補正係数と、前記移行形状部を挟んで隣り合う２つの前記平カム形状部のうち、前記バルブリフト特性の大きい高平カム形状部における高平カム部制御量と、前記バルブリフト特性の小さい低平カム形状部における低平カム部制御量と、から算出される。
本発明によれば、吸気弁のバルブリフト特性を切り換える際に、エンジン出力を滑らかかつ連続的に変化させる内燃機関の制御装置を提供できる。
本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載する自動二輪車を示す右側面図。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図。 本実施形態に係る内燃機関の動弁装置を模式的に示す断面図。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の制御量決定制御を示すタイミングチャート。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の制御量決定制御を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の点火時期補正を適用した制御量決定制御を示すタイミングチャート。 本発明の実施形態に係る可変動弁装置の制御量決定制御を示すフローチャート。
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態について、図１から図７を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載する自動二輪車を示す右側面図である。
なお、自動二輪車１の説明にあたり、図１中の実線矢Ｆを前方、図１中の実線矢Ｒを後方と定義する。また、自動二輪車１の搭乗者から見て左手側を自動二輪車１の左方、その反対側を自動二輪車１の右方と定義する。さらに、自動二輪車１の搭乗者の頭部側を自動二輪車１の上方、その反対側を自動二輪車１の下方と定義する。また、自動二輪車１を構成する各部の方向は自動二輪車１に準じる。
図１に示すように、本実施形態に係る自動二輪車１は、車両の前後に延びる車体フレーム２と、車体フレーム２の前方に位置する前輪５と、車体フレーム２の前方に位置して前輪５を回転自在に支持するステアリング機構６と、車体フレーム２の後方に位置する後輪７と、車体フレーム２の後方に延びて後輪７を回転自在に支持するスイングアーム８と、車体中央下部に位置する内燃機関としてのエンジン９と、エンジン９の運転を制御するエンジン制御モジュール１１と、を備える。
車体フレーム２は、所謂クレードルタイプである。車体フレーム２は、前端上部にあるステアリングヘッドパイプ１２と、ステアリングヘッドパイプ１２の直後で左右へ分岐し後方へ延びる左右一対のメインフレーム１３と、左右それぞれのメインフレーム１３の後端部に接続して後上方へなだらかに延びる左右一対のシートレール１５と、を備える。
ステアリングヘッドパイプ１２はステアリング機構６の回転中心であり、ステアリング機構６を車体フレーム２に支える。
左右のメインフレーム１３は、ステアリングヘッドパイプ１２の直後で左右に分岐してエンジン９の横幅と同程度に拡開するとともに、後方へなだらかに下る長尺な直線部分と、直線部分に連接しかつ下方へ延びる短尺な直線部分と、を備える。左右のメインフレーム１３は、長尺な直線部分の下方かつ短尺な直線部分の前方に配置されるエンジン９を抱え込むように支持する。左右のメインフレーム１３は、長尺な直線部分の前半部の上方にエアクリーナボックス１６を支え、長尺な直線部分の後半部の上方に燃料タンク１７を支え、短尺な直線部分の間に車幅方向へ延びるピボット軸１８を支える。ピボット軸１８は、スイングアーム８を支える揺動中心である。
エンジン９は、前輪５の後方かつメインフレーム１３の下方に配置されて、自動二輪車１の中央下部を占める。エンジン９は、例えば、４サイクル直列４気筒エンジンである。
ステアリング機構６は、ステアリング機構６の回転中心としてステアリングヘッドパイプ１２を貫くステアリングシャフト（図示省略）と、上下に延びる左右一対のフロントフォーク１９と、それぞれのフロントフォーク１９の上端近傍に固定されて左右側方の外側へ延びる左右一対のハンドルバー２１と、を備える。
ハンドルバー２１は、搭乗者が握るハンドルグリップ２２を備える。右側のハンドルグリップ２２は、スロットルグリップ２２ａである。
スイングアーム８は、後輪７を上下揺動自在に支持する。リアクッションユニット２３は、スイングアーム８と車体フレーム２との間に介在して後輪７から車体フレーム２に伝わる力を緩衝する。
後輪７は、ドリブンスプロケット２５を備える。ドライブチェーン２６は、ドリブンスプロケット２５に巻掛かり、エンジン９から後輪７へ駆動力を伝達する。
また、自動二輪車１は、車両の少なくとも一部、例えば、前部から中央下部にかけて車体を覆う流線形のカウリング２７を備える。カウリング２７は、自動二輪車１の走行中の空気抵抗を低減するとともに、走行風圧からライダーを保護する。カウリング２７は、車両の前部を覆うフロントカバー２８と、エンジン９の側方を覆う左右一対のサイドカバー３１と、エアクリーナボックス１６および燃料タンク１７を覆うエアクリーナカバー３２と、シート３３を支えるとともに車両の後方を覆うリアカバー３５と、を備える。
図２は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図である。
図２に示すように、本実施形態に係る制御装置４１は、エンジン回転数センサ４２、カム位置センサ４３、スロットルポジションセンサ４５、サブスロットルポジションセンサ４６、吸気圧センサ４７それぞれの検知結果をエンジン制御モジュール１１で処理し、処理結果に基づいてサブスロットルバルブ駆動モータ４８、燃料噴射装置４９、点火装置５１を制御し、ひいてはエンジン９の運転を制御する。
ここで、先ず、エンジン９は、シリンダボア５２を有するシリンダブロック５３と、シリンダブロック５３に固定されるシリンダヘッド５５と、シリンダボア５２内に往復動自在に収容されたピストン５６と、シリンダブロック５３に収容されて回転自在に支持されるクランクシャフト５７と、ピストン５６とクランクシャフト５７とを連結してピストン５６の往復動をクランクシャフト５７の回転運動に変換するコネクティングロッド５８と、ピストン５６、シリンダブロック５３、シリンダヘッド５５で区画される燃焼室５９に接続される吸気管６１および排気管６２と、シリンダヘッド５５に設けられて吸気管６１の吸気ポート６１ａを開閉する吸気弁７５と、シリンダヘッド５５に設けられて排気管６２の排気ポート６２ａを開閉する排気弁７６と、吸気弁７５および排気弁７６を駆動する動弁装置７７と、シリンダヘッド５５を貫き燃焼室５９に至る点火装置５１と、を備える。
動弁装置７７は、ダブル・オーバーヘッド・カムシャフト式（ＤＯＨＣ：Ｄｏｕｂｌｅ ＯｖｅｒＨｅａｄ Ｃａｍｓｈａｆｔ）の、所謂可変動弁装置である。動弁装置７７は、吸気弁７５のバルブリフト量を連続的に変化させることで吸気量を適切に制御し、エンジン９の出力向上や燃費の向上、排気ガスの清浄化を図る。動弁装置７７は、吸気弁７５を駆動させる吸気側カム７８と、カム切替機構９２と、排気弁７６を駆動させる排気側カム７９と、を備える。
吸気側カム７８は、回転軸方向に連続的に変化する断面形状（つまり、カムプロフィール）を呈し、吸気側カムシャフト９３の回転軸線方向に摺動することによって吸気弁７５のバルブリフト特性を連続的に変化させる、所謂「３次元カム」である。
排気側カム７９は、排気弁７６のバルブリフト量を連続的に変化させることができるものであっても良いし、バルブリフト量を一定に保つもの、つまりカムプロフィールが一定のものであっても良い。
吸気管６１は、エンジン吸気系８１に接続される。エンジン吸気系８１は、吸気通路を有するスロットルボディ８２と、スロットルボディ８２に設けられて吸気通路の断面積を変化させるスロットルバルブ８３およびサブスロットルバルブ８５と、スロットルバルブ８３と吸気弁７５との間に設けられた燃料噴射装置４９と、を備える。
スロットルバルブ８３は、スロットルグリップ２２ａの操作量を伝達するスロットルケーブル８６に接続されていて、スロットルグリップ２２ａの操作量に相関して開閉する。
サブスロットルバルブ８５は、スロットルバルブ８３と協働して吸気量を変化させる。
他方、制御装置４１は、クランクシャフト５７の回転数、つまりエンジン９の回転数を検知するエンジン回転数センサ４２と、吸気側カム７８のいずれの位置が吸気弁７５を駆動しているかを検知するカム位置センサ４３と、スロットルバルブ８３の開度を検知するスロットルポジションセンサ４５と、サブスロットルバルブ８５の開度を検知するサブスロットルポジションセンサ４６と、エンジン９に吸い込まれる空気の圧力を検知する吸気圧センサ４７と、を備える。
また、制御装置４１は、サブスロットルバルブ８５を開閉駆動させるサブスロットルバルブ駆動モータ４８と、吸気管６１内の吸気に燃料を噴射して混合気にする燃料噴射装置４９と、燃焼室５９内の混合気を着火させる点火装置５１と、を備える。
さらに、制御装置４１は、エンジン回転数センサ４２、カム位置センサ４３、スロットルポジションセンサ４５、サブスロットルポジションセンサ４６、吸気圧センサ４７それぞれの検知結果に基づいて、サブスロットルバルブ駆動モータ４８、燃料噴射装置４９、点火装置５１の制御量を決定してエンジン９の運転を制御する制御部としてのエンジン制御モジュール１１を備える。
エンジン制御モジュール１１は、具体的には、エンジン回転数センサ４２が出力するエンジン９の回転数の検知信号、スロットルポジションセンサ４５が出力するスロットルバルブ８３の開度の検知信号、サブスロットルポジションセンサ４６が出力するサブスロットルバルブ８５の開度の検知信号、吸気圧センサ４７が出力するエンジン９の吸気圧の検知信号、カム位置センサ４３が出力する吸気側カム７８の位置の検知信号に基づいて、サブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量であるデューティ比、燃料噴射装置４９の制御量である燃料噴射時間、点火装置５１の制御量である点火時期を制御する。
また、エンジン制御モジュール１１は、スロットルバルブ８３の開度とエンジン９の回転数、およびエンジン９の吸気圧とエンジン９の回転数からサブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量であるデューティ比を決定するサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップと、スロットルバルブ８３の開度とエンジン９の回転数、およびエンジン９の吸気圧とエンジン９の回転数から燃料噴射装置４９の燃料噴射時間を決定する燃料噴射時間決定用３次元マップと、スロットルバルブ８３の開度とエンジン９の回転数、およびエンジン９の吸気圧とエンジン９の回転数から点火装置５１の点火時期を決定する点火時期決定用３次元マップと、を記憶する。
サブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップは、スロットルバルブ８３の開度とエンジン９の回転数との関係から制御量を決定する３次元マップと、エンジン９の吸気圧とエンジン９の回転数との関係から制御量を決定する３次元マップとを組み合わせて制御性を高めている。具体的には、燃料噴射時間決定用３次元マップおよび点火時期決定用３次元マップは、スロットルバルブ８３の開度が小さい場合にはスロットルバルブ８３の開度に関係付けられた３次元マップの重みを低く、エンジン９の吸気圧に関係付けられた３次元マップの重みを高くして制御量を決定し、スロットルバルブ８３の開度が大きい場合にはスロットルバルブ８３の開度に関係付けられた３次元マップの重みを高く、エンジン９の吸気圧に関係付けられた３次元マップの重みを低くして制御量を決定する。
さらに、エンジン制御モジュール１１は、吸気側カム７８の位置からサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップに対する補正係数を決定するサブスロットルバルブ開度補正用テーブルと、吸気側カム７８の位置から燃料噴射時間決定用３次元マップに対する補正係数を決定する燃料噴射時間補正用テーブルと、吸気側カム７８の位置から点火時期決定用３次元マップに対する補正係数を決定する点火時期補正用テーブルと、を記憶する。
さらにまた、エンジン制御モジュール１１は、スロットルバルブ８３の開度とエンジン９の回転数、およびエンジン９の吸気圧とエンジン９の回転数から吸気側カム７８の位置を決定するカム位置決定用３次元マップを記憶する。エンジン制御モジュール１１は、カム位置決定用３次元マップに基づいてカム切替機構９２を駆動させ吸気側カム７８の位置を切り替える。
次に、動弁装置７７について詳しく説明する。
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線において、本実施形態に係る内燃機関の動弁装置を模式的に示す断面図である。
図３は、動弁装置７７の吸気側カム７８を示している。排気側カム７９は、吸気側カム７８と同様な構造の３次元カムであっても良いし、１つのカムプロフィールを持つ通常のカムであっても良い。
図３に示すように、本実施形態に係るエンジン９の動弁装置７７は、エンジン９のシリンダヘッド５５およびヘッドカバー８７内に収容されている。動弁装置７７は、吸気側カム・カムシャフトユニット８８と、吸気側バルブリフタユニット８９と、吸気弁７５を支持する吸気バルブユニット９１と、カム切替機構９２と、を備える。
吸気側カム・カムシャフトユニット８８は、吸気側カムシャフト９３と、キー９５と、吸気側ドリブンスプロケット９６と、吸気側カム７８と、を備える。
吸気側カムシャフト９３は、シリンダヘッド５５に設けられる軸受９７によって、回転自在に支持される。
キー９５は、吸気側カム７８を吸気側カムシャフト９３に対して回転一体、かつ吸気側カムシャフト９３の回転軸方向に移動（摺動）可能に支持する。キー９５はスプライン（図示省略）であっても良い。
吸気側ドリブンスプロケット９６は、吸気側カムシャフト９３の一端に配置されて回転一体に設けられる。吸気側ドリブンスプロケット９６は、排気側ドリブンスプロケット（図示省略）、クランクシャフト（図示省略）に回転一体に設けられるカムドライブスプロケット（不図示）とともに、カムチェーン９８を巻き掛けられる。カムチェーン９８は、クランクシャフトの回転を吸気側ドリブンスプロケット９６、排気側ドリブンスプロケットに伝え、吸気側カムシャフト９３、排気側カムシャフトを回転駆動させる。
吸気側カム７８は吸気側カムシャフト９３に設けられる。吸気側カム７８は、吸気側カムシャフト９３に設けられて、それぞれが互いに異なるバルブリフト特性で吸気側カムシャフト９３の回転軸に平行なカム面９９を有して相互に離間する複数の平カム形状部１０１と、相互に隣り合う平カム形状部１０１の間に一体で設けられてカム面９９を連続的に繋ぐ曲カム面１０２を有する少なくとも一つの移行形状部１０３と、を備える。具体的には、吸気側カム７８は３つの平カム形状部１０１と２つの移行形状部１０３とを交互に備える。
平カム形状部１０１は、吸気側カム７８（ひいては吸気側カムシャフト９３）の回転軸方向の一定区間に亘りカムプロフィールを一定に保つ。それぞれの平カム形状部１０１は、相互に異なるカムプロフィールを有し、バルブリフト特性の小さい側から大きい側へと整列する。バルブリフト特性の最も小さい平カム形状部１０１を低平カム形状部１０１ａと呼び、バルブリフト特性が中位な平カム形状部１０１を中平カム形状部１０１ｂと呼び、バルブリフト特性の最も大きい平カム形状部１０１を高平カム形状部１０１ｃと呼ぶ。
移行形状部１０３は、吸気側カム７８（ひいては吸気側カムシャフト９３）の回転軸方向の一定区間に亘りカムプロフィールを連続的に無段階に変化させる。低平カム形状部１０１ａと中平カム形状部１０１ｂとを繋ぐ移行形状部１０３を第一移行形状部１０３ａと呼び、中平カム形状部１０１ｂと高平カム形状部１０１ｃと繋ぐ移行形状部１０３を第二移行形状部１０３ｂと呼ぶ。
吸気側バルブリフタユニット８９は、吸気側カム・カムシャフトユニット８８に接して吸気側カム７８のカムプロフィールに追従して吸気弁７５を開閉駆動させる。吸気側バルブリフタユニット８９は、吸気弁７５を吸気側カム７８のカムプロフィールに追従させるバルブリフタ１０５と、吸気弁７５およびバルブリフタ１０５を保持するバルブリフタホルダ１０６と、を備える。バルブリフタ１０５は、吸気側カム７８に接するローラ部１０７と、ローラ部１０７を回転自在に支持する芯材１０８と、を備える。
芯材１０８は、ローラ部１０７を回転可能に支える基部１１１と、基部１１１の両側に延びるアーム部１１２と、を備える。アーム部１１２は、吸気弁７５のステム頂面に接する。バルブリフタ１０５は、１つのローラ部１０７によって２つの吸気弁７５を同時に開閉駆動させる。
バルブリフタホルダ１０６は、吸気弁７５を開閉方向にのみ移動可能にバルブリフタ１０５を浮動保持する。
吸気バルブユニット９１は、吸気弁７５のバルブステム１１３をシリンダヘッド５５に支持するバルブガイド１１５と、バルブステム１１３の端部に設けられたバルブリテーナ１１６と、シリンダヘッド５５に設けられたスプリングシート１１７と、バルブリテーナ１１６とスプリングシート１１７との間に架かるバルブスプリング１１８と、を備える。
カム切替機構９２は、移行形状部１０３を経て複数の平カム形状部１０１のいずれかを選択して吸気弁７５のバルブリフト特性を切り換える。カム切替機構９２は、吸気側カム７８に連結されるボールねじ（図示省略）と、ボールねじを駆動させるモータ（図示省略）と、を備える。カム切替機構９２は、モータを駆動し、ボールねじを伸縮させて吸気側カム７８を移動させる。
カム位置センサ４３は、カム切替機構９２のボールねじまたは吸気側カム７８そのものの移動を検知して、エンジン制御モジュール１１へ出力する。つまり、カム位置センサ４３が出力する吸気側カム７８の位置は、吸気弁７５に対する吸気側カム７８のバルブリフト特性に関連付いている。
ところで、エンジン制御モジュール１１が記憶する３次元マップは、それぞれの平カム形状部１０１（低平カム形状部１０１ａ、中平カム形状部１０１ｂ、高平カム形状部１０１ｃ）に個別に関連付けられている。つまり、エンジン制御モジュール１１は、低平カム形状部１０１ａに関連付けられるサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップと、中平カム形状部１０１ｂに関連付けられるサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップと、高平カム形状部１０１ｃに関連付けられるサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップと、を記憶する。
また、エンジン制御モジュール１１が記憶する補正用テーブルは、それぞれの移行形状部１０３（第一移行形状部１０３ａ、第二移行形状部１０３ｂ）に個別に関連付けられている。つまり、エンジン制御モジュール１１は、第一移行形状部１０３ａに関連付けられるサブスロットルバルブ開度補正用テーブル、燃料噴射時間補正用テーブル、点火時期補正用テーブルと、第二移行形状部１０３ｂに関連付けられるサブスロットルバルブ開度補正用テーブル、燃料噴射時間補正用テーブル、点火時期補正用テーブルと、を記憶する。
図４は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の制御量決定制御を示すタイミングチャートである。
図４に示すように、本実施形態に係る制御装置４１のエンジン制御モジュール１１は、スロットルグリップ２２ａの捻り量に比例して開くスロットルバルブ８３の開度とエンジン９の回転数との関係に関連付け、またはエンジン９の吸気圧とエンジン９の回転数との関係に関連付けて、吸気側カム７８を移動させて吸気弁７５のバルブリフト特性を変化させる。
具体的には、エンジン制御モジュール１１は、吸気側カム７８を移動させ、バルブリフト特性の小さい一方の平カム形状部１０１（低平カム形状部）から、バルブリフト特性の大きい他方の平カム形状部１０１（高平カム形状部）へと、吸気弁７５のバルブリフト特性を変化させる。このとき、吸気側カム７８は、一方の平カム形状部１０１から他方の平カム形状部１０１への切り換え中、２つの平カム形状部１０１に挟まれる移行形状部１０３で吸気弁７５を駆動させる。
つまり、エンジン制御モジュール１１は、スロットルバルブ８３の開度およびエンジン９の回転数が相対的に小さい（エンジン９の吸気圧が相対的に大きい）うちは、バルブリフト特性の小さい一方の平カム形状部１０１で吸気弁７５を駆動させる。このとき、エンジン制御モジュール１１は、当該平カム形状部１０１に関連付けられているサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップに基づいてサブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量であるデューティ比を決定し、燃料噴射装置４９の燃料噴射時間を決定し、点火装置５１の点火時期を決定する。
他方、エンジン制御モジュール１１は、スロットルバルブ８３の開度およびエンジン９の回転数が相対的に小さい（エンジン９の吸気圧が相対的に大きい）うちは、バルブリフト特性の大きい他方の平カム形状部１０１で吸気弁７５を駆動させる。このとき、エンジン制御モジュール１１は、当該平カム形状部１０１に関連付けられているサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップに基づいてサブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量であるデューティ比を決定し、燃料噴射装置４９の燃料噴射時間を決定し、点火装置５１の点火時期を決定する。
さらに、エンジン制御モジュール１１は、スロットルバルブ８３の開度、エンジン９の回転数、エンジン９の吸気圧の変化が進行したとき、２つの平カム形状部１０１に挟まれる移行形状部１０３で吸気弁７５を駆動させる。このとき、エンジン制御モジュール１１は、それぞれの平カム形状部１０１に関連付けられているサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップを参照し、これらの参照値を補正してサブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量であるデューティ比を決定し、燃料噴射装置４９の燃料噴射時間を決定し、点火装置５１の点火時期を決定する。
図５は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の制御量決定制御を示すフローチャートである。
図５に示すように、本実施形態に係る制御装置４１のエンジン制御モジュール１１は、カム位置センサ４３の検知結果に基づいて、カム面９９が吸気弁７５を駆動している場合におけるエンジン９の平カム部制御量と、曲カム面１０２が吸気弁７５を駆動している場合におけるエンジン９の移行部制御量と、を異ならせる。
また、エンジン制御モジュール１１は、吸気側カムシャフト９３の回転軸方向における曲カム面１０２の位置により移行部制御量を刻々と補正する。
ここで、平カム部制御量とは、吸気弁７５を駆動させているカム面９９に関連付けられているサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップであり、吸気弁７５を駆動させているカム面９９に関連付けられている燃料噴射時間決定用３次元マップであり、吸気弁７５を駆動させているカム面９９に関連付けられている点火時期決定用３次元マップである。
他方、移行部制御量とは、吸気側カム７８の位置に基づいて、サブスロットルバルブ開度決定用３次元マップをサブスロットルバルブ開度補正用テーブルで補正した制御量であり、燃料噴射時間決定用３次元マップを燃料噴射時間補正用テーブルで補正した制御量であり、点火時期決定用３次元マップを点火時期補正用テーブルで補正した制御量である。
ここで、サブスロットルバルブ開度補正用テーブル、燃料噴射時間補正用テーブル、点火時期補正用テーブルは、吸気側カムシャフト９３の回転軸方向において吸気弁７５を駆動している曲カム面１０２の位置毎に予め設定される補正係数を有する。
つまり、エンジン制御モジュール１１は、カム面９９で吸気弁７５を駆動している場合には、当該カム面９９に関連付けられているサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップで平カム部制御量を決定する。また、エンジン制御モジュール１１は、曲カム面１０２で吸気弁７５を駆動している場合には、吸気側カム７８の位置に基づいてサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップをサブスロットルバルブ開度補正用テーブルで補正した制御量、吸気側カム７８の位置に基づいて燃料噴射時間決定用３次元マップを燃料噴射時間補正用テーブルで補正した制御量、吸気側カム７８の位置に基づいて点火時期決定用３次元マップを点火時期補正用テーブルで補正した制御量で移行部制御量を決定する。
具体的には、先ず、エンジン制御モジュール１１は、エンジン回転数センサ４２が出力するエンジン９の回転数の検知信号、スロットルポジションセンサ４５が出力するスロットルバルブ８３の開度の検知信号、サブスロットルポジションセンサ４６が出力するサブスロットルバルブ８５の開度の検知信号、吸気圧センサ４７が出力するエンジン９の吸気圧の検知信号、カム位置センサ４３が出力する吸気側カム７８の位置の検知信号を読み取る（ステップＳ１）。
次いで、エンジン制御モジュール１１は、カム位置センサ４３が出力する吸気側カム７８の位置の検知信号から、吸気弁７５を平カム形状部１０１で駆動しているか否かを判断する。エンジン制御モジュール１１は、吸気弁７５を平カム形状部１０１で駆動している場合には次ステップへ進み、その他の場合、つまり吸気弁７５を移行形状部１０３で駆動している場合にはステップＳ４へ進む（ステップＳ２）。
次いで、エンジン制御モジュール１１は、エンジン回転数センサ４２が出力するエンジン９の回転数の検知信号、スロットルポジションセンサ４５が出力するスロットルバルブ８３の開度の検知信号、サブスロットルポジションセンサ４６が出力するサブスロットルバルブ８５の開度の検知信号、吸気圧センサ４７が出力するエンジン９の吸気圧の検知信号から、平カム形状部１０１に関連付けられているサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップを参照し、平カム部制御量を決定し（つまり、サブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量であるデューティ比を決定し、燃料噴射装置４９の燃料噴射時間を決定し、点火装置５１の点火時期を決定し）（ステップＳ３）、制御量決定制御を終了する。なお、エンジン制御モジュール１１は、吸気弁７５を駆動させているいずれかの平カム形状部１０１、つまり低平カム形状部１０１ａ、中平カム形状部１０１ｂ、高平カム形状部１０１ｃに関連付けられた３次元マップを参照する。
一方、吸気弁７５を移行形状部１０３で駆動している場合、エンジン制御モジュール１１は、エンジン回転数センサ４２が出力するエンジン９の回転数の検知信号、スロットルポジションセンサ４５が出力するスロットルバルブ８３の開度の検知信号、サブスロットルポジションセンサ４６が出力するサブスロットルバルブ８５の開度の検知信号、吸気圧センサ４７が出力するエンジン９の吸気圧の検知信号から、当該移行形状部１０３に隣接する２つの平カム形状部１０１にそれぞれ関連付けられているサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップ、燃料噴射時間決定用３次元マップ、点火時期決定用３次元マップを参照し、サブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量であるデューティ比をそれぞれのサブスロットルバルブ開度決定用３次元マップから１つずつ読み込み、燃料噴射装置４９の燃料噴射時間をそれぞれの燃料噴射時間決定用３次元マップから一つずつ読み込み、点火装置５１の点火時期をそれぞれの点火時期決定用３次元マップから一つずつ読み込む（ステップＳ４）。
次に、エンジン制御モジュール１１は、ステップＳ２で読み込み済みの吸気側カム７８の位置から、サブスロットルバルブ開度補正用テーブル、燃料噴射時間補正用テーブル、点火時期補正用テーブルを参照し、サブスロットルバルブ開度決定用３次元マップに対する補正係数（サブスロットルバルブ開度用補正係数）を決定し、燃料噴射時間決定用３次元マップに対する補正係数（燃料噴射時間用補正係数）を決定し、点火時期決定用３次元マップに対する補正係数（点火時期用補正係数）を決定する（ステップＳ５）。
次に、エンジン制御モジュール１１は、ステップＳ４で読み込んだサブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量である２つのデューティ比、燃料噴射装置４９の２つの燃料噴射時間、点火装置５１の２つの点火時期を、サブスロットルバルブ開度用補正係数、燃料噴射時間用補正係数、点火時期用補正係数でそれぞれ補正し、移行部制御量を算出し、サブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量であるデューティ比を決定し、燃料噴射装置４９の燃料噴射時間を決定し、点火装置５１の点火時期を決定し（ステップＳ６）、制御量決定制御を終了する。
移行部制御量は、吸気側カムシャフト９３の回転軸方向において吸気弁７５を駆動している曲カム面１０２の位置毎に予め設定される補正係数と、移行形状部１０３を挟んで隣り合う２つの平カム形状部１０１のうち、バルブリフト特性の小さい一方の平カム形状部１０１（低平カム形状部）における低平カム部制御量と、バルブリフト特性の大きい他方の平カム形状部１０１（高平カム形状部）における高平カム部制御量と、から次式の関係で算出される。
［数１］
移行部制御量
＝低平カム部制御量＋（低平カム部制御量−高平カム部制御量）×補正係数
つまり、具体的には、次式の関係で算出される。
［数２］
移行部制御用デューティ比
＝低平カム部デューティ比＋（低平カム部デューティ比−高平カム部デューティ比）×
サブスロットルバルブ開度用補正係数
［数３］
移行部制御用燃料噴射時間
＝低平カム部燃料噴射時間＋（低平カム部燃料噴射時間−高平カム部燃料噴射時間）×
燃料噴射時間用補正係数
［数４］
移行部制御用点火時期
＝低平カム部点火時期＋（低平カム部点火時期−高平カム部点火時期）×
点火時期用補正係数
補正用テーブル（つまり補正係数）は、吸気側カム７８を駆動させているバルブリフト特性が、バルブリフト特性の小さい一方の平カム形状部１０１に近づくほど、移行部制御量を低平カム部制御量に近づけ、移行形状部１０３と一方の平カム形状部１０１との境界部分で低平カム部制御量に等しくなる。他方、補正用テーブル（つまり補正係数）は、吸気側カム７８を駆動させているバルブリフト特性が、バルブリフト特性の大きい他方の平カム形状部１０１に近づくほど、移行部制御量を高平カム部制御量に近づけ、移行形状部１０３と他方の平カム形状部１０１との境界部分で高平カム部制御量に等しくなる。つまり、補正用テーブル（つまり補正係数）は、バルブリフト特性がより似ている方の平カム形状部１０１に関連付けられている３次元マップに重みを付けて移行部制御量を算出する。
次に、制御装置４１において点火時期補正を加味した制御量決定制御について説明する。点火時期補正を加味することで、平カム形状部１０１を切り替えてバルブリフト特性を変更することにともなうトルクカーブの大幅な変化に起因するエンジン９の衝撃的な出力変化を緩和する。
図６は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の点火時期補正を適用した制御量決定制御を示すタイミングチャートである。
なお、図６において、点火時期補正を適用しない制御量決定制御（つまり図４に示す制御量決定制御）と共通する説明は省略する。
図６に示すように、本実施形態に係る制御装置４１のエンジン制御モジュール１１は、スロットルバルブ８３の開度、エンジン９の回転数、エンジン９の吸気圧の変化が進行したとき、２つの平カム形状部１０１に挟まれる移行形状部１０３で吸気弁７５を駆動させる。このとき、エンジン制御モジュール１１は、それぞれの平カム形状部１０１に関連付けられている点火時期決定用３次元マップを参照し、これらの参照値を補正して点火装置５１の点火時期を決定する。この移行形状部１０３における補正に点火時期補正を適用する。
具体的には、エンジン制御モジュール１１は、スロットルバルブ８３の開度とエンジン９の回転数から点火装置５１の点火時期のリタード量を決定するリタード量決定用３次元マップと、スロットルバルブ８３の開度とエンジン９の回転数からリタード後に点火装置５１の点火時期を復帰させるまでの点火回数を決定するリタード復帰決定用３次元マップと、を記憶する。
また、点火時期補正用テーブルは、予めリタードを考慮して設定される。具体的には、リタードを適用する点火時期補正用テーブル（以下、単に「点火リタード補正用テーブル」と呼ぶ。）は、吸気側カム７８を駆動させているバルブリフト特性が、バルブリフト特性の小さい一方の平カム形状部１０１からバルブリフト特性の大きい他方の平カム形状部１０１に近づくにつれて、一旦、点火装置５１の点火時期を遅れさせ、途中、他方の平カム形状部１０１に近づくにつれてリタードを回復させる。ただし、点火リタード補正用テーブルは、バルブリフト特性が移行形状部１０３と他方の平カム形状部１０１との境界部分に達しても、移行部制御量を他方の平カム形状部１０１における平カム部制御量に達せず、リタード復帰決定用３次元マップで決定される点火回数の間に移行部制御量と平カム部制御量との差分を比例的に回復させる。
図７は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置の制御量決定制御を示すフローチャートである。
なお、図７のステップＳ１からステップＳ４の処理は、図５のステップＳ１からステップＳ４の処理と同様であり、説明が繰り返しになるので省略する。
図７に示すように、本実施形態に係る制御装置４１のエンジン制御モジュール１１は、ステップＳ４の後、吸気弁７５を移行形状部１０３で駆動している場合、リタード量決定用３次元マップを参照し、点火装置５１の点火時期のリタード量を読み込む（ステップＳ１１）。
次に、エンジン制御モジュール１１は、ステップＳ２で読み込み済みの吸気側カム７８の位置から、サブスロットルバルブ開度補正用テーブル、燃料噴射時間補正用テーブル、点火リタード補正用テーブルを参照し、サブスロットルバルブ開度用補正係数を決定し、燃料噴射時間用補正係数を決定し、点火時期決定用３次元マップに対する補正係数（点火リタード用補正係数）を決定する（ステップＳ１２）。
次に、エンジン制御モジュール１１は、ステップＳ４で読み込んだサブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量である２つのデューティ比、燃料噴射装置４９の２つの燃料噴射時間、点火装置５１の２つの点火時期を、サブスロットルバルブ開度用補正係数、燃料噴射時間用補正係数、点火リタード用補正係数でそれぞれ補正し、移行部制御量を算出し、サブスロットルバルブ駆動モータ４８の制御量であるデューティ比を決定し、燃料噴射装置４９の燃料噴射時間を決定し、点火装置５１の点火時期を決定し（ステップＳ１３）、制御量決定制御を終了する。
移行部制御用デューティ比は［数２］で算出され、移行部制御用燃料噴射時間は［数３］で算出される。
移行部制御用点火時期は、次式の関係で算出される。
［数５］
移行部制御用点火時期
＝低平カム部点火時期＋｛（低平カム部点火時期−リタード量）−高平カム部点火時期｝×点火リタード用補正係数
なお、移行部制御用点火時期は、吸気弁７５を駆動させているバルブリフト特性が、移行形状部１０３とバルブリフト特性の大きい他方の平カム形状部１０１との境界部分に至っても、バルブリフト特性の大きい他方の平カム形状部１０１に関連付けられている点火時期決定用３次元マップに一致しないまま、リタードが残る。
そこで、エンジン制御モジュール１１は、このリタードの残留分を除去するためにリタードの回復処理（ステップＳ１４、ステップＳ１５）を行う。
具体的には、エンジン制御モジュール１１は、ステップＳ２からステップＳ３の間に、吸気弁７５をバルブリフト特性の小さい側の移行形状部１０３で駆動した後にバルブリフト特性のより大きい側の平カム形状部１０１で駆動しているか否か（つまり、第一移行形状部１０３ａで駆動した後に中平カム形状部１０１ｂで駆動しているか否か、または第二移行形状部１０３ｂで駆動した後に高平カム形状部１０１ｃで駆動しているか否か）を判断する。吸気弁７５をバルブリフト特性の小さい側のバルブリフト特性のより大きい側の移行形状部１０３で駆動した後に平カム形状部１０１で駆動している場合には次ステップへ進み、その他の場合にはステップＳ３へ進む（ステップＳ１４）。
次に、エンジン制御モジュール１１は、リタードの回復処理を行う（ステップＳ１５）。吸気弁７５の駆動がバルブリフト特性の小さい側の移行形状部１０３からバルブリフト特性のより大きい側の平カム形状部１０１に変わった直後は、移行部制御用点火時期≠点火時期決定用３次元マップから決定される燃料噴射時間となっている。そこで、リタードの残留分（リタードの残留分＝点火時期決定用３次元マップから決定される燃料噴射時間−移行部制御用点火時期）を回復させる。エンジン制御モジュール１１は、エンジン回転数センサ４２が出力するエンジン９の回転数の検知信号、スロットルポジションセンサ４５が出力するスロットルバルブ８３の開度の検知信号から、リタード復帰決定用３次元マップを参照し、回復期間（具体的には、点火時期を復帰させるまでの点火回数）を決定する。
そして、エンジン制御モジュール１１は、点火時期を復帰させるまでの点火回数でリタードの残留分を等分して点火時期を回復させ、吸気弁７５を駆動させている平カム形状部１０１に関連づけられた点火時期決定用３次元マップの点火時期に一致させる。
エンジン制御モジュール１１は、リタードの回復処理を行った後、ステップＳ３へ進む。
制御装置４１は、制御量決定制御の点火時期補正にリタードを加味する場合と同様に、サブスロットルバルブ８５の開度を一時的に低下させることでも、エンジン９の衝撃的な出力変化を緩和できる。この場合、エンジン制御モジュール１１は、リタード量決定用３次元マップに代えてスロットルバルブ８３の開度とエンジン９の回転数からサブスロットルバルブ８５の開度低減量を決定する開度低減量決定用３次元マップと、リタード復帰決定用３次元マップに代えてサブスロットルバルブ８５の開度を復帰させるまでの点火回数を決定する開度低減復帰決定用３次元マップと、を記憶する。
本実施形態に係るエンジン９の制御装置４１は、吸気側カム７８（つまり、平カム形状部１０１および移行形状部１０３）の位置をカム位置センサ４３で検知し、その検知結果に基づいて吸気弁７５に対するバルブリフト特性の変化に対応させて平カム部制御量または移行部制御量を切り換え、エンジン９の運転を制御する。これによって、制御装置４１は、平カム形状部１０１間の切り換え中、つまり移行形状部１０３で吸気弁７５を駆動させている最中、吸気弁７５のバルブリフト特性に好適な制御量、つまり移行部制御量でエンジン９の運転を制御できる。そして、吸気弁７５のバルブリフト特性に好適な移行部制御量は、移行形状部１０３で吸気弁７５を駆動させている最中に混合気が理論空燃比よりも薄い状態（リーン）になり失火などに至ることを防ぐ。制御装置４１は、移行部制御量によって、所謂加速補正のように燃料噴射の増量補正を行う場合に比べても、理論空燃比を精度良く保つことができる。
また、本実施形態に係るエンジン９の制御装置４１は、吸気弁７５を駆動させている曲カム面１０２の位置により移行部制御量を補正することによって、刻々と変化する吸気弁７５のバルブリフト特性に好適な制御量、つまり移行部制御量でエンジン９の運転を制御できる。そして、刻々と変化する吸気弁７５のバルブリフト特性に好適な移行部制御量は、移行形状部１０３で吸気弁７５を駆動させている最中に混合気が理論空燃比よりも薄い状態（リーン）になり失火などに至ることをより確実に防ぐ。
さらに、本実施形態に係るエンジン９の制御装置４１は、［数１］、［数２］、［数３］、［数４］、［数５］のように移行部制御量を補正することによって、平カム部制御量と移行部制御量とを滑らかに連続させ、円滑に移行させる。これにより、平カム部制御量と移行部制御量とが切り替わる部分におけるエンジン９の出力変化を極力抑えることができる。
さらにまた、本実施形態に係るエンジン９の制御装置４１は、燃料噴射量、点火時期、サブスロットルバルブ開度をそれぞれ個別にまたは組み合わせて補正できるので、エンジン９の運転制御をよりきめ細かく調整できる。
また、本実施形態に係るエンジン９の制御装置４１は、点火時期のリタードを適用することが容易であり、平カム形状部１０１を切り替えてバルブリフト特性を変更することにともなうトルクカーブの大幅な変化に対応しやすい。
したがって、本発明に係るエンジン９の制御装置４１によれば、吸気弁７５のバルブリフト特性を切り換える際に、エンジン９の出力を滑らかかつ連続的に変化させることができる。
１ 自動二輪車
２ 車体フレーム
５ 前輪
６ ステアリング機構
７ 後輪
８ スイングアーム
９ エンジン
１１ エンジン制御モジュール
１２ ステアリングヘッドパイプ
１３ メインフレーム
１５ シートレール
１６ エアクリーナボックス
１７ 燃料タンク
１８ ピボット軸
１９ フロントフォーク
２１ ハンドルバー
２２ ハンドルグリップ
２２ａ スロットルグリップ
２３ リアクッションユニット
２５ ドリブンスプロケット
２６ ドライブチェーン
２７ カウリング
２８ フロントカバー
３１ サイドカバー
３２ エアクリーナカバー
３３ シート
３５ リアカバー
４１ 制御装置
４２ エンジン回転数センサ
４３ カム位置センサ
４５ スロットルポジションセンサ
４６ サブスロットルポジションセンサ
４７ 吸気圧センサ
４８ サブスロットルバルブ駆動モータ
４９ 燃料噴射装置
５１ 点火装置
５２ シリンダボア
５３ シリンダブロック
５５ シリンダヘッド
５６ ピストン
５７ クランクシャフト
５８ コネクティングロッド
５９ 燃焼室
６１ 吸気管
６１ａ 吸気ポート
６２ 排気管
６２ａ 排気ポート
７５ 吸気弁
７６ 排気弁
７７ 動弁装置
７８ 吸気側カム
７９ 排気側カム
８１ エンジン吸気系
８２ スロットルボディ
８３ スロットルバルブ
８５ サブスロットルバルブ
８６ スロットルケーブル
８７ ヘッドカバー
８８ カムシャフトユニット
８９ 吸気側バルブリフタユニット
９１ 吸気バルブユニット
９２ カム切替機構
９３ 吸気側カムシャフト
９５ キー
９６ 吸気側ドリブンスプロケット
９７ 軸受
９８ カムチェーン
９９ カム面
１０１ 平カム形状部
１０１ａ 低平カム形状部
１０１ｂ 中平カム形状部
１０１ｃ 高平カム形状部
１０２ 曲カム面
１０３ 移行形状部
１０３ａ 第一移行形状部
１０３ｂ 第二移行形状部
１０５ バルブリフタ
１０６ バルブリフタホルダ
１０７ ローラ部
１０８ 芯材
１１１ 基部
１１２ アーム部
１１３ バルブステム
１１５ バルブガイド
１１６ バルブリテーナ
１１７ スプリングシート
１１８ バルブスプリング

Claims (5)

  1. 内燃機関のカムシャフトと、
    前記カムシャフトに設けられて、それぞれが互いに異なるバルブリフト特性で前記カムシャフトの回転軸に平行なカム面を有して相互に離間する複数の平カム形状部と、
    相互に隣り合う前記平カム形状部の間に一体で設けられて前記カム面を連続的に繋ぐ曲カム面を有する少なくとも一つの移行形状部と、
    前記移行形状部を経て前記複数の平カム形状部のいずれかを選択して吸気弁の前記バルブリフト特性を切り替えるカム切替機構と、
    前記カムシャフトの回転軸方向において前記カム面および前記曲カム面のうち、いずれの位置が前記吸気弁を駆動しているかを検知するカム位置センサと、
    前記カム位置センサの検知結果に基づいて前記カム面が前記吸気弁を駆動している場合における前記内燃機関の平カム部制御量と前記曲カム面が前記吸気弁を駆動している場合における前記内燃機関の移行部制御量とを異ならせる制御部と、を備え、
    前記平カム部制御量および前記移行部制御量は、前記内燃機関の燃料噴射量、点火時期、およびサブスロットルバルブ開度の少なくともいずれか１つの制御量であり、
    前記移行部制御量は、
    前記カムシャフトの回転軸方向において前記吸気弁を駆動している前記曲カム面の位置毎に予め設定される補正係数と、
    前記移行形状部を挟んで隣り合う２つの前記平カム形状部のうち、前記バルブリフト特性の大きい高平カム形状部における高平カム部制御量と、前記バルブリフト特性の小さい低平カム形状部における低平カム部制御量と、から算出される内燃機関の制御装置。
  2. 前記制御部は、前記カムシャフトの回転軸方向における前記曲カム面の位置により移行部制御量を補正する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記移行部制御量は、
    前記移行部制御量＝前記低平カム部制御量＋（前記低平カム部制御量−前記高平カム部制御量）×補正係数
    の関係で算出される請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記平カム部制御量は、前記内燃機関のスロットルバルブ、回転数、および吸気圧との関係から制御量を決定する３次元マップであり、
    前記補正係数は、前記カムシャフトの回転軸方向における前記曲カム面の位置毎に補正用テーブルとして設定されている請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記点火時期は、前記内燃機関の回転数とスロットルバルブ開度との関係で前記カムシャフトが前記吸気弁を駆動している位置が前記低平カム形状部から前記高平カム形状部に近づくにつれてリタードされる請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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