(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸、排気弁を備える可変動弁エンジンにおいて、
吸気弁の閉時期を基にシリンダの吸入空気量を制御する空気量制御手段を備え、
該空気量制御手段は、エンジンの運転条件と吸気弁の動作時間に基づいて、吸気弁を吸気行程に閉弁するか、圧縮行程に閉弁するかを決定する決定手段と、
エンジンの運転条件に基づいて、吸気行程における吸気弁の閉時期および圧縮行程における吸気弁の閉時期を設定する閉時期設定手段と、
前記決定に基づき、吸気弁を吸気行程に閉弁するときは前記閉時期設定手段が設定した吸気行程の閉時期に吸気弁を閉弁し、圧縮行程に閉弁するときは前記閉時期設定手段が設定した圧縮行程の閉時期に吸気弁を閉弁する閉制御手段と、を有することを特徴とする可変動弁エンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項２】
前記閉時期設定手段は、吸気弁の開時期あるいは吸気上死点を基準に、吸気行程における吸気弁の閉時期および圧縮行程における吸気弁の閉時期を設定する請求項１に記載の可変動弁エンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項３】
吸、排気弁は電磁駆動式である請求項１に記載の可変動弁エンジンの吸入空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可変動弁エンジンの吸入空気量を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの吸、排気弁をカム駆動に変えて例えば電磁ソレノイドで駆動するものがある。このものは、カムシャフト等の機構を省略することができると共に、バルブタイミングの変更が容易であることから、エンジンの運転状態に合ったバルブタイミングに設定することが可能である（特開平８−２０００２５号公報等）。
【０００３】
また、油圧により吸、排気弁を駆動するものがある（特開平７−３１７５１６号公報等）。これは、オイルポンプにより昇圧されたオイルを、吸気弁や排気弁を駆動するピストンとこのピストンが摺動するシリンダとにより画成された油圧室に、オイルの供給と遮断を行う気筒毎に設定された電磁式スピル弁を介して供給することで、気筒毎に吸気弁や排気弁を所望の開弁時期、閉弁時期に制御するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような可変動弁エンジンは、吸気弁の開弁期間を変えると、シリンダの吸入空気量が変わる。このため、例えば、吸気弁の開時期を所定のクランク角として吸気弁の閉時期を変えることによって、シリンダの吸入空気量を制御することが可能になる。なお、吸気弁の閉時期を変えるようにしても良い。
【０００５】
しかしながら、このように電磁式の吸気弁によってシリンダの吸入空気量を制御する場合、吸気弁の動作時間が決まっており、それほど短くできないため、吸気弁を開弁後、早期に閉弁するのは難しく、要求の時期に閉弁できないことがある。したがって、例えばエンジンの高回転低負荷時や減速時等に吸入空気量を絞れず、トルクコントロールできる幅が限られる懸念がある。
【０００６】
なお、吸気弁の動作時間を短くしようとすると、消費電力の増大を招き、耐久性が悪化する。
【０００７】
この発明は、吸気行程と圧縮行程とでピストンが同位置にある場合、シリンダ内容積が同一になることに着目し、吸気弁を吸気行程で閉弁できないときは圧縮行程で閉弁させることによって、このような問題点を解決することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、吸、排気弁を備える可変動弁エンジンにおいて、吸気弁の閉時期を基にシリンダの吸入空気量を制御する空気量制御手段を備え、該空気量制御手段は、エンジンの運転条件と吸気弁の動作時間に基づいて、吸気弁を吸気行程に閉弁するか、圧縮行程に閉弁するかを決定する決定手段と、エンジンの運転条件に基づいて、吸気行程における吸気弁の閉時期および圧縮行程における吸気弁の閉時期を設定する閉時期設定手段と、前記決定に基づき、吸気弁を吸気行程に閉弁するときは前記閉時期設定手段が設定した吸気行程の閉時期に吸気弁を閉弁し、圧縮行程に閉弁するときは前記閉時期設定手段が設定した圧縮行程の閉時期に吸気弁を閉弁する閉制御手段と、を有する。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記閉時期設定手段は、吸気弁の開時期あるいは吸気上死点を基準に、吸気行程における吸気弁の閉時期および圧縮行程における吸気弁の閉時期を設定する。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、吸、排気弁は電磁駆動式である。
【００１２】
第１〜第３の発明によれば、吸気弁の動作時間によって、吸気弁を吸気行程で閉弁できない場合でも、圧縮行程で閉弁することにより、要求の吸入空気量を得ることができ、吸気弁によってシリンダの吸入空気量を的確に制御することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１に示すように、１はエンジン、２はシリンダ（燃焼室）、３は吸気弁、４は排気弁、５は吸気管、６は排気管、７は点火栓、８は燃料噴射弁、９は排気浄化用触媒である。
【００１５】
吸気弁３、排気弁４を駆動する電磁アクチュエータ１０，１１は、図２のように可動部１２を開弁方向と閉弁方向に付勢する２つのスプリング１３，１４と、可動部１２を開弁方向と閉弁方向に吸引する２つの電磁石１５，１６とが設けられる。
【００１６】
駆動回路１７によって、図２の状態から開弁側の電磁石１５の電磁コイルの電流が遮断されると、閉弁側のスプリング１４のバネ力により、可動部１２は中立位置を通過して閉弁側の電磁石１６に接近すると共に、この際閉弁側の電磁石１６の電磁コイルに通電しておくことで、その電磁吸引力により可動部１２は開弁側のスプリング１３のバネ力に打ち勝って閉弁側の電磁石１６に吸引され、閉弁される。次に、この状態から閉弁側の電磁石１６の電磁コイルの電流が遮断されると、今度は開弁側のスプリング１３のバネ力により、可動部１２は中立位置を通過して開弁側の電磁石１５に接近すると共に、この際開弁側の電磁石１５の電磁コイルに通電しておくことで、その電磁吸引力により可動部１２は閉弁側のスプリング１４のバネ力に打ち勝って開弁側の電磁石１５に吸引され、開弁される。なお、両電磁石１５，１６の電磁コイルに電流が流れていない場合には、可動部１２は両スプリング１３，１４のバネ力により両電磁石１５，１６の吸着面からそれぞれ所定の位置だけ離間した中立位置に保持される。
【００１７】
一方、エンジンの運転条件を検出する手段として、エンジン回転数、クランク角を検出する回転数センサ（クランク角センサ）２１、エンジンの吸入空気量を検出する吸気量センサ２２、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２３、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ２４等が設けられ、これらの信号がコントロールユニット２０に入力される。
【００１８】
これらのセンサ信号に基づいて、コントロールユニット２０によって、吸、排気弁３，４の開閉時期が駆動回路１７を介して制御される。
【００１９】
この吸、排気弁３，４の開閉時期は、アクセル開度、エンジン回転数等を基に基本となる開時期データ、閉時期データを定めたマップから検索され、検索されたデータを基に制御される。
【００２０】
この場合、吸気弁３の開時期は吸気上死点を基準にエンジン回転数が高いときほど進角側に設定される。
【００２１】
吸気弁３の閉時期（ＩＶＣ）はアクセル開度、エンジン回転数等に基づく要求の吸入空気量（目標空気量：トルク）を得る時期に設定されるが、吸気行程における閉時期と圧縮行程における閉時期とがそれぞれ設定される。吸気行程と圧縮行程とでピストンが同位置つまりシリンダ内容積が同一の条件では、吸気行程と圧縮行程とでシリンダ内の空気量がほぼ同等になる。図３に示すように吸気行程から圧縮行程まで吸気弁３を開弁したままにすると、吸気行程と圧縮行程とで吸入空気量が同等になるときがあり、そのため吸気弁３の動作時間によって吸気弁３を吸気行程で閉弁できず要求の吸入空気量が得られないときは、圧縮行程における閉時期が選択される。
【００２２】
図４に吸気弁３の吸気行程における閉時期マップを、図５の吸気弁３の圧縮行程における閉時期マップを示す。これらの閉時期は吸気上死点を基準にあるいは開時期を基準に（開時期が吸気上死点後の場合）設定される。
【００２３】
排気弁４の開時期は膨張行程と排気行程の間のピストン下死点付近に設定され、閉時期は吸気上死点を基準にエンジン回転数が高いときほど遅角側に設定される。
【００２４】
なお、燃料噴射弁８の燃料噴射量は、吸気量センサ２２が検出した吸入空気量とエンジン回転数に基づく基本的な噴射量に種々の補正を行って決定され、制御される。
【００２５】
次に、吸気弁３の閉時期制御を、図６、図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００２６】
図６は目標空気量の演算ルーチンで、まずステップ１ではアクセル開度ＡＰＯを読み込む。
【００２７】
ステップ２では、アクセル開度ＡＰＯからスロットル開口面積ＡＡＰＯを求める。これは、図８のようにアクセル開度ＡＰＯを基に予め設定したマップを検索して求めても良い。ただし、スロットル弁を備えていない場合は、スロットル開口面積相当値として求める。
【００２８】
ステップ３では、スロットル開口面積ＡＰＯをエンジン回転数Ｎｅ、排気量ＶＯＬで除して正規化開口面積ＴＧＡＤＮＶを求め、この正規化開口面積ＴＧＡＤＮＶから目標となる基本体積流量比ＴＱＨＯＳＴ（単位換算流量）を求める。この目標基本体積流量比ＴＱＨＯＳＴは、図９のように正規化開口面積ＴＧＡＤＮＶを基に予め設定したマップを検索して求めることができる。ただし、エンジン回転数Ｎｅが極めて低いときは、図１０のように下限値を設定して正規化開口面積ＴＧＡＤＮＶを求める。
【００２９】
そして、ステップ４では目標基本体積流量比ＴＱＨＯＳＴにそのときのエンジン回転数Ｎｅにおける最大吸入空気量を乗算して目標空気量を求める。
【００３０】
図７は吸気弁３の閉時期の設定ルーチンで、ステップ１１では、エンジン回転数と目標空気量から、吸気行程における閉時期と圧縮行程における閉時期とを演算する。これは図４、図５のマップを検索する。
【００３１】
ステップ１２では、エンジンの回転速度に対する吸気弁３の動作時間（動作クランク角）を演算し、ステップ１３では、その動作クランク角とアクセル開度、エンジン回転数等の運転条件とにより、吸気行程に吸気弁３を閉弁するかどうかを判定する。
【００３２】
この場合、その動作クランク角が目標空気量相当値未満のとき、吸気行程に吸気弁３を閉弁すると判定し、ステップ１４にて吸気行程における閉時期を出力する。
【００３３】
また、その動作クランク角が目標空気量相当値以上のとき、圧縮行程に吸気弁３を閉弁すると判定し、ステップ１５にて圧縮行程における閉時期を出力する。
【００３４】
そして、その出力時期に吸気弁３を閉弁する。
【００３５】
このように、吸気弁３の動作時間によって、吸気弁３を吸気行程で閉弁できない場合、吸気弁３を圧縮行程で閉弁することにより、要求の吸入空気量を得ることができる。
【００３６】
したがって、電動式の吸気弁３によってシリンダ２の吸入空気量を的確に制御することができ、エンジンの高回転低負荷時や減速時等に的確なトルクコントロールを行える。また、吸気弁３を駆動する際の消費電力が増大することはなく、吸気弁３の耐久性を良好に維持できる。
【００３７】
なお、吸気弁３の動作時間が決まっているため、予め図１１のようにエンジンの運転条件によって吸気弁３を吸気行程で閉弁する領域と圧縮行程で閉弁する領域とを定めておいても良い。吸気行程の閉弁領域では吸気行程における設定時期に吸気弁３を閉弁し、圧縮行程の閉弁領域では圧縮行程における設定時期に吸気弁３を閉弁する。このようにすれば、制御が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す構成断面図である。
【図２】電動式の吸、排気弁の構成図である。
【図３】吸入空気量の状態を示す特性図である。
【図４】吸気行程における閉時期マップである。
【図５】圧縮行程における閉時期マップである。
【図６】制御内容を示すフローチャートである。
【図７】制御内容を示すフローチャートである。
【図８】スロットル開口面積変換マップである。
【図９】目標基本体積流量比マップである。
【図１０】エンジン回転数の下限値の設定マップである。
【図１１】吸気行程の閉弁領域と圧縮行程の閉弁領域の設定例を示す特性図である。
【符号の説明】
２  シリンダ
３  吸気弁
４  排気弁
５  吸気管
６  排気管
８  燃料噴射弁
１０，１１  電磁アクチュエータ
１７  駆動回路
２０  コントロールユニット
２１  回転数センサ（クランク角センサ）
２２  吸気量センサ
２３  アクセル開度センサ
２４  水温センサ
【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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