(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置と、吸気通路に設けた開度を任意に制御可能なスロットル弁とを備える一方、スロットル弁により吸気通路内を目標負圧に制御しつつ、可変動弁装置により吸気弁閉時期を制御して吸入空気量を制御する第１の吸入空気量制御手段と、吸気弁閉時期を固定し、スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第２の吸入空気量制御手段と、エンジン運転領域に応じて前記第１及び第２の吸入空気量制御手段を選択的に作動させる切換手段とを備える可変動弁エンジンの制御装置において、
吸気通路内の実負圧を検出する実負圧検出手段を設け、
前記切換手段を、エンジン回転数と要求トルクとにより定まるエンジン運転領域による切換指令の後、前記実負圧検出手段により検出される実負圧が目標負圧に一致した時点で切換えを行うように構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの制御装置。
【請求項２】
前記実負圧検出手段は、目標吸入空気量の変化に対し、１次遅れの特性で、実負圧を推定する手段であることを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの制御装置。
【請求項３】
１次遅れの時定数を目標吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて設定することを特徴とする請求項２記載の可変動弁エンジンの制御装置。
【請求項４】
前記実負圧検出手段は、吸気通路内の実負圧を直接検出する負圧センサであることを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの制御装置。
【請求項５】
前記スロットル弁は、電制スロットル弁であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備える可変動弁エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、可変動弁装置、例えば電磁駆動装置を用いて、吸気弁及び排気弁を駆動し、これらの開閉動作を任意に制御するものがある（特開平１０−３１１２３１号公報参照）。
【０００３】
可変動弁装置によりバルブタイミングを変化させ、シリンダ内吸入空気量を制御しているエンジンでは、ノンスロットル運転による燃費向上を目的としているため、基本的にブーストは大気圧相当で運転を行っているが、ブローバイ、エバポパージ、ブレーキマスターバック用等で、負圧要求のある場合に対応させるため、電制スロットル弁などを用いて、所望のブーストを発生させつつ運転を行っている。
【０００４】
その一方、全開近傍領域にて目標吸入空気量が大きくなった時は、バルブタイミングを最大吸入空気量となる時期に固定したまま、スロットル弁を更に開けてブーストを大気圧側に変化させることによって、吸入空気量を制御する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可変動弁装置による吸入空気量制御と、スロットル弁による吸入空気量制御とを切換える際に、目標吸入空気量のみで切換えを行うと、実負圧が可変動弁装置による吸入空気量制御時の目標負圧と一致していない時にも切換えを行うこととなり、切換時にトルク段差が発生してしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、切換時のトルク段差を無くし、良好な運転性を得られるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、スロットル弁により吸気通路内を目標負圧に制御しつつ、可変動弁装置により吸気弁閉時期を制御して吸入空気量を制御する第１の吸入空気量制御手段と、吸気弁閉時期を固定し、スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第２の吸入空気量制御手段と、エンジン運転領域に応じて前記第１及び第２の吸入空気量制御手段を選択的に作動させる切換手段とを備える可変動弁エンジンの制御装置において、吸気通路内の実負圧を検出する実負圧検出手段を設け、前記切換手段を、エンジン回転数と要求トルクとにより定まるエンジン運転領域による切換指令の後、前記実負圧検出手段により検出される実負圧が目標負圧に一致した時点で切換えを行うように構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明では、前記実負圧検出手段は、目標吸入空気量の変化に対し、１次遅れの特性で、実負圧を推定する手段であることを特徴とする。
請求項３に係る発明では、１次遅れの時定数を目標吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて設定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明では、前記実負圧検出手段は、吸気通路内の実負圧を直接検出する負圧センサであることを特徴とする。
請求項５に係る発明では、前記スロットル弁は、電制スロットル弁であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、可変動弁装置による吸入空気量制御と、スロットル弁による吸入空気量制御との切換えに際し、エンジン運転領域による切換指令の後、実負圧が目標負圧に一致した時点で切換えを行うようしたことで、トルク段差を生じることなく切換えを行うことができ、運転性を向上できる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、目標吸入空気量の変化に対し、１次遅れの特性で、実負圧を推定することで、負圧センサを用いることなく、簡易かつ安価に実施できる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、１次遅れの時定数を目標吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて設定することで、目標吸入空気量やエンジン回転数による応答性の変化に良好に対応でき、推定精度を向上できる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、負圧センサにより吸気通路内の実負圧を直接検出することで、制御精度を向上できる。
請求項５に係る発明によれば、電制スロットル弁を用いることで、制御性が向上する。
【００１４】
【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２は本発明の第１実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
【００１５】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００１６】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００１７】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００１８】
図２に戻って、吸気通路７には、全気筒共通の集合部に、電制スロットル弁９が設けられている。
吸気通路７にはまた、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
【００１９】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１２、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ（アクセル全閉でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１４、エンジン冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１５等から、信号が入力されている。
【００２０】
このエンジン１では、通常運転領域では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６の開閉動作を制御、特に吸気弁５の開時期ＩＶＯを上死点近傍に設定して、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを可変制御することにより吸入空気量を制御して、実質的にノンスロットル運転を行う。この場合、電制スロットル弁９は、吸気通路７内に必要とする目標負圧を得る目的で、開度を制御する。
【００２１】
一方、全開近傍領域（ＷＯＴ領域）では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを下死点近傍に固定し、電制スロットル弁９の開度ＴＶＯを可変制御することにより吸入空気量を制御する。
【００２２】
燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ１４により検出される吸入空気量Ｑａに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。
【００２３】
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ（トルク上の最適点火時期）又はノック限界に制御する。
次に、吸気弁５（特に吸気弁閉時期ＩＶＣ）及び電制スロットル弁９（スロットル開度ＴＶＯ）の制御について、更に詳細に、図４〜図７のフローチャートにより説明する。
【００２４】
図４はメインルーチンのフローチャートであり、所定時間又は所定回転毎に実行される。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅとを読込む。
【００２５】
ステップ２では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅとから、マップを参照して、要求トルク相当の目標吸入空気量ＴＱＨ０を演算する。但し、アイドル運転時（アイドルスイッチＯＮ）の場合は、エンジン回転数Ｎｅと目標アイドル回転数Ｎidleとの偏差ΔＮｅ＝Ｎｅ−Ｎidleに基づいて、該偏差がマイナス側のときは、増量方向、プラス側のときは、減量方向に、目標吸入空気量ＴＱＨ０を補正する。
【００２６】
尚、目標吸入空気量ＴＱＨ０は目標体積流量比として演算する。体積流量比ＱＨ０（目標体積流量比ＴＱＨ０）については、ＱＨ０＝１の時は静的に見ると吸気弁閉時期ＩＶＣが下死点にある時、つまりシリンダ吸気行程容積が最大の時となる。また、ＱＨ０＝０．７の時はシリンダ吸気行程容積が最大行程容積に対して７０％になることを表している。
【００２７】
ステップ３では、後述する図５の実負圧推定サブルーチンによって実負圧を推定する。
具体的には、図５のステップ２１にて、エンジン回転数Ｎｅと目標吸入空気量ＴＱＨ０とから、マップを参照して、１次遅れの時定数ＦＬＯＡＤを演算する。
【００２８】
そして、次のステップ２２にて、次式により、目標吸入空気量ＴＱＨ０を１次遅れ処理して、実負圧推定値ＦＱＨ０を算出する。
ＦＱＨ０＝ＴＱＨ０×ＦＬＯＡＤ＋ＦＱＨ０ｚ×（１−ＦＬＯＡＤ）
ＦＱＨ０ｚはＦＱＨ０の前回値である。
【００２９】
この実負圧推定値ＦＱＨ０は、目標吸入空気量ＴＱＨ０を１次遅れ処理して求められるものであるから、ＦＱＨ０大のとき負圧小（大気圧側）、ＦＱＨ０小のとき負圧大となる。
【００３０】
尚、エンジン回転数Ｎｅが高いほど目標吸入空気量ＴＱＨ０の変化に対する負圧変化の応答性が高いので、エンジン回転数Ｎｅが高いほど時定数ＦＬＯＡＤを大きくし、また、目標吸入空気量ＴＱＨ０が大きいほどその変化に対する負圧変化の応答性が高いので、目標吸入空気量ＴＱＨ０が大きいほど時定数ＦＬＯＡＤを大きく設定する。
【００３１】
ステップ４では、可変動弁制御領域（通常運転領域）かスロットル制御領域（全開近傍領域）かの領域判定を行う。この領域判定は、エンジン回転数Ｎｅとトルク（目標吸入空気量ＴＱＨ０）とに基づいて行う。
【００３２】
可変動弁制御領域の場合は、ステップ５へ進んでフラグＦＴＨ＝０（現在、可変動弁制御中）か否かを判定し、Ｙｅｓの場合は、ステップ９へ進んで可変動弁制御を続ける。
【００３３】
ステップ５での判定でＮｏの場合、すなわち、現在、スロットル制御中で、可変動弁制御への切換指令の場合は、ステップ６へ進む。
ステップ６では、前記ステップ３にて求めた実負圧推定値ＦＱＨ０を目標負圧相当のしきい値と比較し、実負圧推定値ＦＱＨ０≦しきい値（実負圧ＢＯＯＳＴ≧目標負圧ＴＢＯＯＳＴ）となったか否かを判定し、Ｎｏの場合はステップ１１へ進んでスロットル制御を続ける。
【００３４】
ステップ６での判定でＹｅｓの場合、すなわち、可変動弁制御への切換指令後に、実負圧推定値ＦＱＨ０≦しきい値（実負圧ＢＯＯＳＴ≧目標負圧ＴＢＯＯＳＴ）となった場合は、ステップ９へ進んで可変動弁制御に切換える。
【００３５】
ステップ４での判定でスロットル制御領域の場合は、ステップ７へ進んでフラグＦＴＨ＝１（現在、スロットル制御中）か否かを判定し、Ｙｅｓの場合は、ステップ１１へ進んでスロットル制御を続ける。
【００３６】
ステップ７での判定でＮｏの場合、すなわち、現在、可変動弁制御中で、スロットル制御への切換指令の場合は、ステップ８へ進む。
ステップ８では、前記ステップ３にて求めた実負圧推定値ＦＱＨ０を目標負圧相当のしきい値と比較し、実負圧推定値ＦＱＨ０≧しきい値（実負圧ＢＯＯＳＴ≦目標負圧ＴＢＯＯＳＴ）となったか否かを判定し、Ｎｏの場合はステップ９へ進んで可変動弁制御を続ける。
【００３７】
ステップ８での判定でＹｅｓの場合、すなわち、スロットル制御への切換指令後に、実負圧推定値ＦＱＨ０≧しきい値（実負圧ＢＯＯＳＴ≦目標負圧ＴＢＯＯＳＴ）となった場合は、ステップ１１へ進んでスロットル制御に切換える。
【００３８】
ステップ９での可変動弁制御、及びステップ１１でのスロットル制御については、後述するが、ステップ９での可変動弁制御の後は、ステップ１０にてフラグＦＴＨ＝０として本ルーチンを終了し、ステップ１１でのスロットル制御の後は、ステップ１２にてフラグＦＴＨ＝１として本ルーチンを終了する。
【００３９】
ここで、ステップ３の部分が実負圧検出手段（実負圧推定手段）に相当し、ステップ４〜８の部分が運転領域判定手段（ステップ４）を含む切換手段に相当する。
【００４０】
図６は前記ステップ９にて実行される可変動弁制御サブルーチンのフローチャートであり、第１の吸入空気量制御手段に相当する。
ステップ３１では、目標負圧ＴＢＯＯＳＴ及び目標吸入空気量ＴＱＨ０から、目標負圧ＴＢＯＯＳＴを得るように、スロットル開度ＴＶＯを算出して、電制スロットル弁９を制御する。
【００４１】
ステップ３２では、目標吸入空気量ＴＱＨ０及び目標負圧ＴＢＯＯＳＴから、目標吸入空気量ＴＱＨ０を得るように、吸気弁閉時期ＩＶＣを算出して、電磁駆動式の吸気弁５を制御する。
【００４２】
図７は前記ステップ１１にて実行されるスロットル制御サブルーチンのフローチャートであり、第２の吸入空気量制御手段に相当する。
ステップ４１では、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点近傍に固定するように、電磁式の吸気弁５を制御する。
【００４３】
ステップ４２では、目標吸入空気量ＴＱＨ０及びエンジン回転数Ｎｅから、目標吸入空気量ＴＱＨ０を得るように、スロットル開度ＴＶＯを算出して、電制スロットル弁９を制御する。
【００４４】
図８は全開近傍領域（スロットル制御）から通常運転領域（可変動弁制御）への切換えのタイムチャートであり、図９は通常運転領域（可変動弁制御）から全開近傍領域（スロットル制御）への切換えのタイムチャートである。
【００４５】
図中、ＡＰＯはアクセル開度、ＴＱＨ０は目標吸入空気量、ＩＶＣは吸気弁閉時期、ＴＶＯはスロットル開度、ＢＯＯＳＴは負圧、Ｑｃｙｌはシリンダ吸入空気量の変化を示している。
【００４６】
全開近傍領域（スロットル制御）から通常運転領域（可変動弁制御）への切換えの場合は、図８に示すように、目標吸入空気量ＴＱＨ０を１次遅れ処理して得た実負圧推定値ＦＱＨ０が目標負圧相当のしきい値をよぎった時点、すなわち、実負圧ＢＯＯＳＴが目標負圧ＴＢＯＯＳＴとなった時点で、スロットル制御から可変動弁制御に切換えられる。
【００４７】
逆に、通常運転領域（可変動弁制御）から全開近傍領域（スロットル制御）への切換えの場合は、図９に示すように、目標吸入空気量ＴＱＨ０を１次遅れ処理して得た実負圧推定値ＦＱＨ０が目標負圧相当のしきい値をよぎった時点、すなわち、実負圧ＢＯＯＳＴが目標負圧ＴＢＯＯＳＴとなった時点で、可変動弁制御からスロットル制御に切換えられる。
【００４８】
以上のように、可変動弁装置による吸入空気量制御と、電制スロットル弁による吸入空気量制御とを切換える際に、切換過渡時の実際の負圧を吸気マニホールドによる１次遅れを用いて算出し、可変動弁装置による吸入空気量制御時の目標負圧と一致した時点で切換えを行うことによって、トルク段差なく切換えを行うことができる。
【００４９】
切換時、実負圧が目標負圧と一致するまで、前回の領域の制御を継続して行うことにより、シリンダ吸入空気量を従来エンジンと同等の応答性でトルク段差なく領域の切換えを行うことができる。
【００５０】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図１０は第２実施形態での可変動弁エンジンのシステム図である。
第２実施形態では、吸気通路７のスロットル弁９下流に、実負圧ＢＯＯＳＴを直接検出する負圧センサ１６が設けられ、その信号がコントロールユニット１１に入力されている。
【００５１】
図１１は第２実施形態でのメインルーチンのフローチャートであり、図４のフローに対し、ステップ３、６、８の処理内容が異なる。
ステップ３では、負圧センサ１６からの信号に基づいて、実負圧ＢＯＯＳＴを検出する。
【００５２】
ステップ６では、前記ステップ３にて検出した実負圧ＢＯＯＳＴを目標負圧ＴＢＯＯＳＴと比較し、実負圧ＢＯＯＳＴ≧目標負圧ＴＢＯＯＳＴとなったか否かを判定する。この結果、可変動弁制御への切換指令後に、実負圧ＢＯＯＳＴ≧目標負圧ＴＢＯＯＳＴとなった場合に、ステップ９へ進んで可変動弁制御に切換える。
【００５３】
ステップ８では、前記ステップ３にて検出した実負圧ＢＯＯＳＴを目標負圧ＴＢＯＯＳＴと比較し、実負圧ＢＯＯＳＴ≦目標負圧ＴＢＯＯＳＴとなったか否かを判定する。この結果、スロットル制御への切換指令後に、実負圧ＢＯＯＳＴ≦目標負圧ＴＢＯＯＳＴとなった場合に、ステップ１１へ進んでスロットル制御に切換える。
【００５４】
この第２実施形態では、負圧センサ１６を必要とすることで、コストは上昇するが、実負圧を直接検出するので、制御精度は向上する。
尚、以上の実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のもの等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】  本発明の第１実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図
【図３】  吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】  メインルーチンのフローチャート
【図５】  実負圧推定サブルーチンのフローチャート
【図６】  可変動弁制御サブルーチンのフローチャート
【図７】  スロットル制御サブルーチンのフローチャート
【図８】  スロットル制御→可変動弁制御の切換えのタイムチャート
【図９】  可変動弁制御→スロットル制御の切換えのタイムチャート
【図１０】  第２実施形態での可変動弁エンジンのシステム図
【図１１】  第２実施形態でのメインルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１  エンジン
４  点火栓
５  電磁駆動式の吸気弁
６  電磁駆動式の排気弁
７  吸気通路
８  排気通路
９  燃料噴射弁
１０  電制スロットル弁
１１  コントロールユニット
１２  クランク角センサ
１３  アクセルペダルセンサ
１４  エアフローメータ
１５  水温センサ
１６  負圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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