(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に介装され任意の開度に可変制御できるスロットル弁と、
任意の開閉時期に可変制御できる可変動弁と、
前記スロットル弁の開度を全開近傍とし、主として開閉時期により吸入空気量を制御する第１の制御方式と、前記可変動弁の開閉時期の変化量を小さくし、主として前記スロットル弁の開度により吸入空気量を制御する第２の制御方式とを、エンジン運転条件に応じて切り換える制御方式切換手段と、
前記第１の制御方式における吸入空気量の目標値を算出すると共に、前記第２の制御方式における吸入空気量の目標値を、前記第１の制御方式における吸入空気量の目標値に対し、ポンピングロス分を増加補正してトルク一定に維持できるように算出することにより、２つの制御方式により同一エンジン運転条件で同一軸トルクを発生するために必要な吸入空気量の相違を補正制御する吸入空気量補正制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とするエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項２】
前記第２の制御方式における吸入空気量の増加方向の補正制御は、前記スロットル弁の開度増大補正制御のみで行なうことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項３】
前記可変動弁の開閉時期制御と前記スロットル弁の開度制御とにより、前記吸入空気量の相違を補正制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項４】
前記第１の制御方式と第２の制御方式との切換時に前記可変動弁の開閉時期制御の切換に遅れを持たせたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の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】
本発明は、任意の開度に可変制御できる電子制御式などのスロットル弁と、電磁駆動式など開閉時期を任意に可変制御できる吸・排気弁（可変動弁）を備えたエンジンにおいて、吸入空気量を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般のエンジンでは、スロットル弁の開度によって吸入空気量を制御するが、近年、電磁駆動式の吸・排気弁を備え、主として吸気弁の開閉時期（特に閉時期）の制御によって吸入空気量を制御するようにしたものが提案されている（特開平８−２０００２５号公報参照）  。
【０００３】
即ち、この種の可変動弁を備えたエンジンにおいては、通常スロットル弁は無いか、あるいは補助的に装着され、空気量の制御は主として吸気弁の開閉時期を制御することにより行なわれる。このとき、一般に吸気通路内は微小負圧になるように制御され、ポンピングロスの低下等で正味熱効率は向上する。
【０００４】
しかし、例えば高速時には電磁駆動される吸気弁の駆動速度の制限から、吸気弁の開閉時期の制御のみによっては吸入空気量を目標値に制御することが難しいことなどにより、運転条件に応じて通常の吸気弁の開閉時期の変化量を小さくしつつ主としてスロットル弁の開度で吸入空気量を制御するように切り換えるようにすることが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにエンジン運転条件に応じて吸入空気量の制御方式を切り換える構成とした場合、前記主としてスロットル弁の開度で吸入空気量を制御する制御方式では、スロットル弁を絞ることによるポンピングロス等があり、同一空気量で制御すると、主として吸気弁の開閉時期で吸入空気量を制御する制御方式に比較して、軸トルクが低下するため、制御方式の切換時に段差がつき運転性が損なわれる。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、前記２つの吸入空気量制御方式の切換が滑らかに行なわれてトルク段差の発生を抑制できるようにしたエンジンの吸入空気量制御装置を提供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に係る発明は、図１に示すように、
吸気通路に介装され任意の開度に可変制御できるスロットル弁と、
任意の開閉時期に可変制御できる可変動弁と、
前記スロットル弁の開度を全開近傍とし、主として開閉時期により吸入空気量を制御する第１の制御方式と、前記可変動弁の開閉時期の変化量を小さくし、主として前記スロットル弁の開度により吸入空気量を制御する第２の制御方式とを、エンジン運転条件に応じて切り換える制御方式切換手段と、
前記第１の制御方式における吸入空気量の目標値を算出すると共に、前記第２の制御方式における吸入空気量の目標値を、前記第１の制御方式における吸入空気量の目標値に対し、ポンピングロス分を増加補正してトルク一定に維持できるように算出することにより、２つの制御方式により同一エンジン運転条件で同一軸トルクを発生するために必要な吸入空気量の相違を補正制御する吸入空気量補正制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００９】
前記請求項１に係る発明によると、制御方式切換手段によって、前記主として可変動弁（吸・排気弁）の開閉時期（特に吸気弁の閉時期）によって吸入空気量を制御する第１の制御方式と、主としてスロットル弁の開度によって吸入空気量を制御する第２の制御方式とをエンジン運転条件に応じて切り換えつつ、吸入空気量補正制御手段によって、該切り換えに応じて各制御方式で同一エンジン運転条件（エンジンの負荷、回転速度が同一）では同一軸トルクを発生させるために必要な吸入空気量の相違を補正制御する。
【００１０】
即ち、前記第１の制御方式と第２の制御方式とを比較すると、第２の制御方式はスロットル弁による絞りで吸気負圧を生成することによるポンピングロスがあるのに対し、第１の制御方式では、スロットル弁を全開近傍として大気圧に近い状態で吸気を行なうため前記ポンピングロスを無視できる分、同一吸入空気量では軸トルクが小さい。
【００１１】
そこで、同一エンジン運転条件では同一軸トルクを発生するように、第２の制御方式における吸入空気量の目標値を、前記第１の制御方式における吸入空気量の目標値に対し、ポンピングロス分を増加補正してトルク一定に維持できるように算出して、制御方式間で吸入空気量を補正することにより、制御方式切換時のトルク段差の発生が抑制され運転性が向上する。
【００１８】
また、請求項２に係る発明は、
前記第２の制御方式における吸入空気量の増加方向の補正制御は、前記スロットル弁の開度増大補正制御のみで行なうことを特徴とする。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、
第２の制御方式における吸入空気量の増加方向の補正制御を、可変動弁の開閉時期制御は補正せず、つまり、第１の制御方式における基準の吸入空気量に応じた開閉時期制御とし、該吸入空気量の増加補正分がスロットル弁開度の増大補正のみで賄われる。
【００２０】
このようにすれば、スロットル弁のみで補正制御を行なうことができる。
また、請求項３に係る発明は、
前記可変動弁の開閉時期制御と前記スロットル弁の開度制御とにより、前記吸入空気量の相違を補正制御することを特徴とする。
【００２１】
請求項３に係る発明によると、
第２の制御方式における吸入空気量の増加方向の補正制御が、可変動弁の開閉時期制御補正とスロットル弁開度の増大補正とで行なわれる。
【００２２】
また、請求項４に係る発明は、
前記第１の制御方式と第２の制御方式との切換時に前記可変動弁の開閉時期制御の切換に遅れを持たせたことを特徴とする。
【００２３】
請求項４に係る発明によると、
第１の制御方式と第２の制御方式を切り換える場合、可変動弁の開閉時期の切換後の目標値に遅れを有して収束するように制御される。
【００２４】
即ち、第１の制御方式と第２の制御方式との切り換え時にスロットル弁の開度変化による吸気圧変化が燃焼室へ伝達されるのに遅れを生じるのに対し、可変動弁の切換によるシリンダ吸入体積空気量の変化には殆ど遅れが無い。したがって、第１（第２）の制御方式から第２（第１）の制御方式への切り換え時には、スロットル弁開度が全開近傍（切換前の制御開度）から切換後の目標開度（全開近傍）まで減少（増大）制御されることによる吸気圧の減少（増加）の遅れに対し、可変動弁の開閉時期の切換によるシリンダ吸入体積空気量の増加（減少）は応答よく切り換えられるため、シリンダ吸入質量空気量は一旦目標値より増加（減少）してから目標値に収束することとなる。
【００２５】
そこで、可変動弁の開閉時期制御の切換に遅れを持たせることにより、吸気圧変化の遅れに対してシリンダ吸入体積空気量の変化にも遅れにも遅れを持たせることでシリンダ吸入質量空気量の目標値からのずれを抑制して、制御方式切換時のトルク変化をより確実に吸収することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態の全体構成を示す図２において、車両用の４サイクルガソリンエンジン１には、電磁動弁機構２により開閉時期が電子制御される吸気弁３及び排気弁４（可変動弁）が各気筒に装着されている。
【００２７】
各気筒の吸気弁３上流側の吸気ポート５には、インジェクター６が装着され、燃焼室７には点火栓８が装着されている。また、前記点火栓８毎に点火コイル９が設けられている。
【００２８】
エンジン１の本体には、各気筒の基準ピストン位置で基準信号を出力すると共に、単位クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ１０、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１、冷却水温度を検出する水温センサ１２が装着される。この他、図示しない車両のアクセルペダルの開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ１３や車速センサ１４等が配設されている。
【００２９】
前記各種センサ類の検出信号はコントロールユニット１５に出力され、コントロールユニット１５は、これらの検出信号に基づいて前記インジェクター６に噴射パルス信号を出力して燃料噴射量・燃料噴射時期の制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火時期の制御を行い、更に、前記電磁動弁機構２に弁駆動信号を出力して吸気弁３及び排気弁４の開閉時期を制御する。
【００３０】
また、吸気ポート５上流側にはスロットル弁１６が介装され、このスロットル弁１６はアクチュエータとしてのモータ１７によって開閉駆動されるようになっている。
【００３１】
前記電磁動弁機構３の構成を図３に示す。
図３において電磁動弁機構２は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング２１と、吸気弁３（又は排気弁４、以下吸気弁３で代表する）  のステム３１に一体に設けられてハウジング２１内に移動自由に収納されるアーマチュア２２と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の上面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される閉弁用電磁石２３と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の下面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される開弁用電磁石２４と、吸気弁３の閉弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する閉弁側戻しバネ２５と、吸気弁３の開弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する開弁側戻しバネ２６と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石２３と開弁用電磁石２４とを共に消磁したときに、吸気弁３は全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻しバネ２５と開弁側戻しバネ２６とのバネ力が設定され、閉弁用電磁石２３のみを励磁したときに吸気弁３は閉弁し、開弁用電磁石２４のみを励磁したときに吸気弁３は開弁するように駆動される。
【００３２】
前記電磁動弁機構２による吸気弁３及び排気弁４の開閉時期は、エンジン１の運転条件に基づいて設定された目標開閉時期となるように制御されるが、特に、吸気弁３の閉時期ＩＶＣを、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて設定された目標吸入空気量（目標シリンダ吸入空気量：目標トルク）に基づいて早閉じ方向に可変制御してシリンダ吸入空気量を各気筒毎に制御するようになっている。なお、吸気下死点より遅れて遅閉じ方向に可変制御する方式であってもよい（理論的には、早閉じの場合と同一ピストン位置で同一シリンダ吸入空気量となる）。また、上記のように目標吸入空気量への制御では、特に吸気行程終了時のピストン位置で有効吸気行程を決定する吸気弁の閉時期が最も大きく関与するが、それ以外の吸・排気弁の開閉時期、即ち、バルブオーバーラップ量を決定する吸気弁の開時期ＩＶＯ及び排気弁の閉時期ＥＶＯ、更には排気効率に関与する排気弁の開時期ＥＶＯなども内部ＥＧＲ量に関与し、それによって吸入空気量（シリンダ吸入新気量）に関与する。したがって、本発明で吸入空気量を制御する可変動弁の開閉時期制御とは、少なくとも吸気弁の閉時期の制御を有するが、それ以外の吸・排気弁の各開閉時期を含めた制御であってもよい。
【００３３】
上記のように、基本的には、主として可変動弁の開閉時期の制御（特に吸気弁３の閉時期ＩＶＣの早閉じ制御若しくは遅閉じ制御）により吸入空気量を目標吸入空気量に制御する第１の制御方式によって制御するが、例えば既述したように低負荷・高回転領域では、該制御方式では目標吸入空気量を精度よく制御することが難しい。この他、同一のエンジン回転速度、負荷領域であっても、水温等でスロットル弁を主とした制御のほうが好ましい場合もある。
【００３４】
そこで、このような運転領域では、吸・排気弁の開閉時期の変化量は小さくし、スロットル弁１６の開度を目標吸入空気量に応じて可変に制御する第２の制御方式に切り換える。
【００３５】
そして、上記第１の制御方式と第２の制御方式とを切り換えるときに同一吸入空気量とした場合に生じる軸トルクの段差（第２の制御方式の方が軸トルクが小さくなる）を抑制するため、吸入空気量を補正制御する。
【００３６】
以下に、本発明に係る制御方式切換時の吸入空気量の補正制御を、図示のフローチャートにしたがって説明する。
図４は、前記吸入空気量の補正制御の第１の実施の形態を示す。
【００３７】
ステップ（図ではＳと記す。以下同様）  １では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅ等に応じて目標トルクが得られるような目標吸入空気量Ｑを算出する。ここで、該目標吸入空気量Ｑは、主として可変動弁の開閉時期制御で吸入空気量を制御する第１の制御方式により、前記目標トルクが得られるような値を算出する。具体的には、予め目標吸入空気量Ｑを記憶したマップ（図５参照）から、そのときのアクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅに対応する目標吸入空気量を検索する。
【００３８】
尚、上記のようにアクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに応じて求められた目標吸入空気量に、アイドル運転に必要な空気量を付加し、これを最終的な目標吸入空気量とすることが好ましい。
【００３９】
ステップ２では、エンジン運転条件に基づいて前記主として可変動弁の開閉時期制御で吸入空気量を制御する第１の制御方式、又は、主としてスロットル弁の開度制御で吸入空気量を制御する第２の制御方式のいずれかを選択する。例えば、既述したようにアクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅ等に基づいて検出される所定の低負荷高速領域では、第２の制御方式を選択し、それ以外の領域では第１の制御方式を選択したり、水温等に基づいて同一の運転領域でも制御方式を切り換えたりする。
【００４０】
そして、ステップ２で第１の制御方式を選択した場合には、前記ステップ１で算出した目標吸入空気量Ｑが、前記第１の制御方式で得られるように、ステップ３で吸・排気弁の目標開閉時期（少なくとも吸気弁３の閉時期）を算出して前記電磁動弁機構に出力し、ステップ４でスロットル弁１６の開度を全開又は全開に近い値として算出し、前記モータ１７に出力する。これにより、スロットル弁１６を全開近傍に維持しつつ吸・排気弁の開閉時期の制御によって、吸入空気量が目標吸入空気量Ｑとなるように制御される。
【００４１】
一方、ステップ２で第２の制御方式を選択した場合は、ステップ５へ進んで熱効率分補正値ｘを算出する。即ち、第２の制御方式は第１の制御方式に比較して前記ポンピングロス等による軸トルク損失がある（熱効率が低下する）ので、これを補うように目標吸入空気量Ｑを増量補正するための熱効率分補正値ｘを算出する。前記熱効率の低下に最も大きく関与するポンピングロスは、主として吸気圧乃至シリンダ吸入空気量により決定されるので、別途算出されるシリンダ吸入空気量相当の基本燃料噴射量Ｔｐや吸気圧センサを備えている場合には、検出された吸気圧Ｐｂ等を用いて概略算出できる。また、エンジン回転速度によって変化する吸気流動によっても燃焼性が変化して熱効率に影響を与えるので、前記基本燃料噴射量Ｔｐや吸気圧Ｐｂと、エンジン回転速度Ｎとをパラメータとして熱効率分補正値ｘを設定したマップを設け、該マップから検索するようにすれば、より高精度に算出できる。
【００４２】
ステップ６では、ステップ１で算出した目標吸入空気量Ｑに前記ステップ５で算出した熱効率分補正値ｘを乗じることにより、補正された目標吸入空気量Ｑ’を算出する。
【００４３】
そして、ステップ７では、前記補正された目標吸入空気量Ｑ’が、前記第２の制御方式で得られるように、吸・排気弁の目標開閉時期を算出して前記電磁動弁機構に出力し、ステップ８でスロットル弁１６の目標開度を算出し、前記モータ１７に出力する。ここで、吸・排気弁の目標開閉時期は、通常のスロットル弁開度制御による場合と同様、運転状態変化による変化幅が小さく設定され、また、スロットル弁１６の目標開度は、これによって主として吸入空気量が制御されるように、運転状態変化による変化幅が大きく設定される。
【００４４】
これにより、吸・排気弁の開閉時期を略固定的に制御しつつスロットル弁１６の開度制御によって、吸入空気量が補正された目標吸入空気量Ｑ’となるように制御され、第１の制御方式で補正されない目標吸入空気量Ｑに制御した場合と同一の軸トルクが得られるように制御される。
【００４５】
したがって、これら吸入空気量の制御方式を切り換えたときに同一軸トルクを発生するように目標吸入空気量を切り換えることによって、トルク段差が生じるのを抑制でき運転性を改善できる。
【００４６】
図６は、前記吸入空気量の補正制御の第２の実施の形態を示す。
ステップ１で、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅ等に応じて目標吸入空気量Ｑを算出し、ステップ２で、エンジン運転条件に基づいて前記第１の制御方式と第２の制御方式のいずれかを選択し、第１の制御方式が選択されたときにステップ３、ステップ４でそれぞれ吸・排気弁の目標開閉時期、スロットル弁１６の目標開度を算出して出力し、スロットル弁１６を全開近傍に維持しつつ吸・排気弁の開閉時期の制御によって、吸入空気量が目標吸入空気量Ｑとなるように制御することは、前記第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
一方、ステップ２で第２の制御方式が選択されたときは、ステップ１１で前記補正されないままの目標吸入空気量Ｑに応じて吸・排気弁の目標開閉時期が算出され、次いでステップ１２で前記同様に熱効率ｘを算出し、ステップ１３で該熱効率ｘによって目標吸入空気量Ｑを補正して目標吸入空気量Ｑ’を算出し、ステップ１４で該補正された目標吸入空気量Ｑ’に応じたスロットル弁１６の目標開度を算出し、モータ１７に出力する。
【００４８】
ここで、前記ステップ１４での目標吸入空気量Ｑ’に応じたスロットル弁１６の目標開度の算出は、前記第１の実施の形態におけるステップ８での目標吸入空気量Ｑ’に応じたスロットル弁１６の目標開度の算出とは異なる。即ち、本第２の実施の形態では、吸・排気弁の目標開閉時期は補正されない目標吸入空気量Ｑに応じて算出され、目標吸入空気量Ｑ’の増大補正分が吸・排気弁の開閉時期制御によっては賄われずスロットル弁１６の開度増大補正のみによって賄われるため、第１の実施の形態の場合より少し大きめの値に算出されることとなる。作用効果については、第１の実施の形態と同様であるが、スロットル弁のみを開度補正すればよいため、設定のマッチングを容易に行なえる。
【００４９】
図７は、前記吸入空気量の補正制御の第３の実施の形態を示す。このものでは、第１の制御方式と第２の制御方式を切り換えるときに、可変動弁の開閉時期の切換後の目標値に遅れを有して収束するように制御する。図において、ステップ３’、ステップ１１’での目標吸入空気量Ｑに基づいた吸・排気弁の目標開閉時期の算出を、加重平均演算等により遅れを持たせて算出する。該遅れ量は、例えば、スロットル弁の目標開度の変化量に基づいて、該変化量が大きいときほど吸・排気弁の目標開閉時期の遅れ量が大きくなるように設定する。これらステップ３’、ステップ１１’以外のステップは前記図６に示したのと同様である。
【００５０】
このようにすれば、第１（第２）の制御方式から第２（第１）の制御方式への切り換え時には、スロットル弁開度が全開近傍（切換前の制御開度）から切換後の目標開度（全開近傍）まで減少（増大）制御されることによる吸気圧の減少（増加）の遅れに見合って、可変動弁の開閉時期の切換後の目標値への変化に遅れを持たせることができるため、シリンダ吸入質量空気量の目標値からのずれが抑制され、制御方式切換時のトルク変化をより確実に吸収することができる。
【００５１】
なお、図４のステップ３、７での目標吸入空気量Ｑ又はＱ’に基づいた吸・排気弁の目標開閉時期の算出を、前記同様に遅れを持たせて算出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】実施の形態におけるエンジンのシステム図。
【図３】電磁動弁機構の詳細を示す断面図。
【図４】吸入空気量の補正制御の第１の実施の形態を示すフローチャート。
【図５】同上制御に使用される熱効率分補正値ｘのマップを示す線図。
【図６】吸入空気量の補正制御の第２の実施の形態を示すフローチャート。
【図７】吸入空気量の補正制御の第３の実施の形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１      エンジン
２      電磁動弁機構
３      吸気弁
４      排気弁
７      燃焼室
１０      クランク角センサ
１１      エアフローメータ
１２      水温センサ
１３      アクセル開度センサ
１５      コントロールユニット
１６      スロットル弁
１７      モータ
【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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