(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブタイミングを任意に可変制御できる吸気弁の閉時期を制御することによって、エンジンの吸入空気量を制御する装置において、
エンジンの要求空気量を、前記吸気弁閉時期による吸入空気量制御における応答で制御されるべき高応答空気量分と、前記吸気弁閉時期による吸入空気量制御における応答より低応答で制御されるべき低応答空気量分と、に分別し、前記低応答空気量分に対し、該低応答に応じた遅れ処理を施し、該遅れ処理後の低応答空気量分と高応答空気量分とを加算した補正後の要求空気量に基づいて前記吸気弁の閉時期を制御する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】
前記低応答空気量分として、運転者によるアクセル操作量に応じた要求空気量を含む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３】
前記低応答空気量分として、アイドル時におけるエンジン回転速度制御用の空気量のうち、冷却水温度に対する補正分を含む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】
前記高応答空気量分として、変速時の補正分を含む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。
【請求項５】
前記高応答空気量分として、エンジンのトラクション制御分を含むことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項６】
アイドル回転速度制御の要求開口面積に応じた体積流量比を、低負荷時に対して高負荷時では減少させた値として算出し、該体積流量比を用いて前記要求空気量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項５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、電磁駆動式などバルブタイミングを任意に可変制御できるエンジンの吸気弁（可変動弁）の閉時期を制御することにより、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１０−３７７２７号公報参照) 。
【０００３】
この種の吸入空気量制御では、スロットル弁を備えない場合は略大気圧に維持される吸気圧力、またスロットル弁を併用する場合はスロットル弁開度に応じた吸気圧力に対し、吸気弁の閉時期により決定される有効吸気行程に応じたシリンダ吸入空気の体積量を制御することで、要求トルクに応じた目標空気量（要求吸入空気量）を得るように制御することができ、これによって、ポンピングロスの低減による燃費向上を図れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常のスロットルバルブを用いた吸入空気量の制御時には、スロットルバルブ下流側にインテークマニホールドや吸気コレクタがあるため、スロットルバルブの開度変化に対してこれらスロットルバルブ下流側の吸気系容積の時定数相当分シリンダ内の空気量が遅れて変化することになるが、吸気バルブタイミングの制御によってエンジンの吸入空気量を制御する構成の場合には、前記吸気系容積による遅れがない分、吸入空気量が高い応答性を示すことになる。このため、急激なアクセル操作によるトルク変化の応答が高くなり、その結果、パワートレイン系が加振され、運転性，音振等の悪化を招いてしまう可能性があった。
【０００５】
そこで、本願出願人は、吸気バルブのバルブタイミング制御の応答性を強制的に遅らせる処理を行うことにより、急激なトルク変動の発生を防止し、吸入空気量制御の切換時のトルク段差を解消することを提案した。
【０００６】
しかしながら、全要求空気量に対して遅れ処理を施すことは、高応答を要求される制御に対しても、低応答で制御されることになってしまい、吸気バルブにより折角可能である高応答な制御が活かされなくなってしまい、不合理であった。
【０００７】
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、応答性の要求に見合った吸入空気量の制御が行なわれ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。
【０００８】
【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、
バルブタイミングを任意に可変制御できる吸気弁の閉時期を制御することによって、エンジンの吸入空気量を制御する装置において、
エンジンの要求空気量を、前記吸気弁閉時期による吸入空気量制御における応答で制御されるべき高応答空気量分と、前記吸気弁閉時期による吸入空気量制御における応答より低応答で制御されるべき低応答空気量分と、に分別し、前記低応答空気量分に対し、該低応答に応じた遅れ処理を施し、該遅れ処理後の低応答空気量分と高応答空気量分とを加算した補正後の要求空気量に基づいて前記吸気弁の閉時期を制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る発明によると、吸気弁閉時期制御の応答より低応答で制御されるべき低応答空気量分について遅れ処理を施し、吸気弁閉時期制御の応答で制御されるべき高応答空気量分と加算した後の補正後の要求空気量に基づいて吸気弁の閉時期が制御され、吸入空気量が制御される。
【００１１】
このようにすれば、応答性の要求に応じた応答特性で吸入空気量制御を行なうことができ、良好な運転フィーリング性を確保しつつ、変速制御、トラクション制御などについては、高応答な制御を行なうことができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、
前記低応答空気量分として、運転者によるアクセル操作量に応じた要求空気量を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明によると、
急激なアクセル操作時のトルク変化の応答を低くして、スロットル弁制御と同等の運転フィーリングを得られ、音振等の悪化も防止できる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、
前記低応答空気量分として、アイドル時におけるエンジン回転速度制御用の空気量のうち、冷却水温度に対する補正分を含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明によると、
冷却水温度が低温であるときに回転速度を増大するための要求空気量を増大する補正については、高応答な制御を要求されないので、低応答に制御する要求空気量として分別する。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、
前記高応答空気量分として、変速時の補正分を含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明によると、
変速時の変速ショック緩和のためのトルクダウン制御は、高応答な制御が要求される（低応答であると変速ショック緩和効果を発揮できない）ので、変速時の補正分を高応答に制御する要求空気量として分別する。
【００２０】
また、請求項５に係る発明は、
前記高応答空気量分として、エンジンのトラクション制御分を含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項５に係る発明によると、
エンジンのトラクション制御は、エンジン出力を速やかに減少させる高応答な制御が要求されるので、該トラクション制御分を高応答に制御する要求空気量として分別する。
【００２２】
また、請求項６に係る発明は、
アイドル回転速度制御の要求開口面積に応じた体積流量比を、低負荷時に対して高負荷時では減少させた値として算出し、該体積流量比を用いて前記要求空気量を算出することを特徴とする。
【００２３】
請求項６に係る発明によると、
負荷の増大に応じて総吸入空気量が増大するほど、同一開口面積に対応する空気量の割合が減少するため、アイドル回転速度制御の要求開口面積に応じた体積流量比を、低負荷時に対して高負荷時では減少させた値として算出することで、該体積流量比を用いて前記要求空気量を高精度に算出することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す可変動弁の制御装置を備えたエンジンのシステム図である。
【００２９】
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。
【００３０】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（吸・排気弁と共に可変動弁を構成する） 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。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。
【００３１】
そして、エンジン１の始動前にこれら開弁用電磁コイル２５及び閉弁用電磁コイル２６を交互に通電して可動子２２を共振させ、振幅が十分大きくなったところで、いずれかの電磁コイルに可動子２２を吸着保持する。
【００３２】
その後は、閉弁から開弁させる際は、可動子２２を吸着している上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、スプリング２３の付勢力で可動子２２を下方に移動させ、下側の開弁用電磁コイル２５に十分接近したところから該開弁用電磁コイル２５を通電して可動子２２を吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。
【００３３】
逆に、開弁から閉弁させる際は、可動子２２を吸着している下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、スプリング２４の付勢力で可動子２２を上方へ移動させ、上側の閉弁用電磁コイル２６に十分接近したところから該閉弁用電磁コイル２６を通電して、可動子２２を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。
【００３４】
図２に戻って、吸気通路７には、吸入空気量を検出するエアフロメータ１４、開度を電子制御されるスロットル弁１５が設けられ、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁９が設けられている。
【００３５】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、スロットル弁１５、燃料噴射弁９及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１０により制御され、このコントロールユニット１０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エンジン回転速度を検出可能なクランク角センサ１１、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検出するアクセルペダルセンサ１２、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ１６等から、信号が入力されている。
【００３６】
そして、アクセル開度，エンジン回転速度等のエンジンの運転条件に基づいて目標トルクが得られるように吸気弁５の閉時期の制御によって吸入空気量が制御される。
【００３７】
ここで、前記吸入空気量の制御において、応答性に応じて適宜遅れ処理を施した要求空気量に対して吸気弁５の閉時期（ＩＶＣ）が制御される。
以下に、前記本発明に係るＩＶＣ制御について説明する。図４、図５はメインルーチン、サブルーチンの制御ブロック図を示し、図６、図７は、同じくフローチャートを示す。
【００３８】
図６において、ステップ１では、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）における要求空気量のうち、低応答で制御すべき空気量分、具体的には、低水温時の補正分に相当する吸気系の要求開口面積Ａを算出する。
【００３９】
ステップ２では、低応答で制御される空気量として、アクセル開度に応じた要求空気量に相当する要求開口面積Ｂを算出する。
ステップ３では、前記低応答で制御される全空気量に相当する要求開口面積として、要求開口面積Ａと要求開口面積Ｂとを加算する。
【００４０】
ステップ４では、前記加算された低応答制御分相当の要求開口面積（Ａ＋Ｂ）を、排気量（総行程容積）、エンジン回転速度Ｎｅで順次除算して、単位体積流量当たり開口面積に相当する値ＧＡＤＮＶＬを算出する。
【００４１】
ステップ５では、前記ＧＡＤＮＶＬにより、予め設定された図示の特性に基づいて低応答制御分の体積流量比ＱＨ０ＳＴＬを算出する。
ステップ６では、前記ＩＳＣにおける全要求空気量に相当する要求開口面積Ｃを算出する。
【００４２】
ステップ７では、前記アクセル開度相当の開口面積Ｂ、ＩＳＣの全要求空気量相当の開口面積Ｃを加算した要求開口面積（Ｂ＋Ｃ）を算出する。
ステップ８では、前記要求開口面積（Ｂ＋Ｃ）を、排気量（総行程容積）、エンジン回転速度Ｎｅで順次除算して、単位体積流量当たり開口面積に相当する値ＴＧＡＤＮＶ１を算出する。
【００４３】
ステップ９では、前記ＴＧＡＤＮＶ１に対応する体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ１を、予め設定された図示の特性に基づいて算出する。
ステップ１０では、高応答が要求されるトルク制御、例えば変速時やトラクション制御時の要求トルク分（負のトルク）を、係数を乗じて体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ２に変換する。
【００４４】
ステップ１１では、前記ステップ９で算出した体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ１と、前記ステップ１０で算出した体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ２とを加算して、エンジンの全要求空気量ＴＱＨ０ＳＴを算出する。
【００４５】
ステップ１２では、前記ステップ１１で算出した全要求空気量ＴＱＨ０ＳＴと、前記ステップ５で算出した低応答制御分の体積流量比ＱＨ０ＳＴＬとに基づいて、高応答制御分の体積流量比割合ＩＨＧＱＨＲを、次式のように算出する。
【００４６】
ＩＨＧＱＨＲ＝（ＴＱＨ０ＳＴ−ＱＨ０ＳＴＬ）／ＴＱＨ０ＳＴ
ステップ１３では、前記全要求空気量分の体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと、高応答制御分の体積流量比割合ＩＨＧＱＨＲとに基づいて、低応答制御分に応答遅れ処理を施して最終的な吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）制御による要求空気量を算出し、該要求空気量に対応するＩＶＣを設定して、ＩＶＣ制御を行なう。なお、スロットル弁による制御を併用する場合（所定の吸気圧に維持する制御）には、前記全要求空気量分の体積流量比ＴＱＨ０ＳＴとエンジン回転速度Ｎｅ等に基づいてスロットル弁の開度が制御される。
【００４７】
図７は、前記ステップ１３におけるサブルーチンのフローチャートを示す。
ステップ２１では、ＩＶＣ制御の全要求空気量ＴＱＨ０ＳＨを算出する。これは、スロットル弁による制御を併用せず、吸気圧＝大気圧としてＩＶＣ制御する場合には、全要求空気量ＴＱＨ０ＳＨを、前記図５で算出した全要求空気量ＴＱＨ０ＳＴとしてよいが、スロットル弁制御を併用して所定の吸気圧（負圧）に維持する場合には、該吸気圧に応じた補正を行なう（負圧が大きいときは、その分体積吸入空気量を増大補正する必要があるので、それを要求空気量の増大補正によって行なう）。
【００４８】
ステップ２２では、前記ＩＶＣ制御の全要求空気量ＴＱＨ０ＳＨと、図６で算出した高応答制御分の体積流量比割合ＩＨＧＱＨＲとを用いて、低応答制御分の要求空気量ＴＬＧＱＨ０を次式により算出する。
【００４９】
ＴＬＧＱＨ０＝ＴＱＨ０ＳＨ×（１−ＩＨＧＱＨＲ）
ステップ２３では、前記低応答制御分の要求空気量ＴＬＧＱＨ０に対して遅れ処理を施す。例えば、エンジン運転状態（回転速度Ｎｅと負荷等）に基づいてマップから参照した重みＦＬＯＡＤを用いて次式により、加重平均演算処理を行なって、補正値ＦＱＨ０ＬＧを算出する。
【００５０】
ＦＱＨ０ＬＧ＝ＴＬＧＱＨ０×ＦＬＯＡＤ＋ＦＱＨＯＬＤ×（１−ＦＬＯＡＤ）
但し、ＦＱＨＯＬＤは、ＦＱＨ０ＬＧの前回演算値である。
【００５１】
ステップ２４では、次式のように、前記全要求空気量ＴＱＨ０ＳＨに、高応答制御分の体積流量比割合ＩＨＧＱＨＲを乗じて、高応答制御分の要求空気量ＩＨＧＱＨＢを算出する。
【００５２】
ＩＨＧＱＨＢ＝ＴＱＨ０ＳＨ×ＩＨＧＱＨＲ
ステップ２５では、次式のように、高応答制御分の要求空気量ＩＨＧＱＨＢと、前記遅れ処理を施した低応答制御分の要求空気量ＦＱＨ０ＬＧとを加算して、最終的なＩＶＣ制御の全要求空気量ＴＱＨ０ＳＨを算出する。
【００５３】
ＴＱＨ０ＳＨ＝ＩＨＧＱＨＢ＋ＦＱＨ０ＬＧ
ステップ２６では、前記要求空気量ＴＱＨ０ＳＨに応じた吸気弁の目標閉時期（ＩＶＣ）を設定する。
【００５４】
これにより、前記電磁駆動装置によって、吸気弁が前記目標閉時期に閉弁するように制御される。
このようにすれば、アクセル開度やＩＳＣの水温補正分等に対応する低応答制御が好ましい要求空気量分についてのみ遅れ補正処理を行ない、前記以外のＩＳＣ制御分や高応答トルク制御に対応した高応答制御が好ましい要求空気量分については、遅れ補正処理を行なわないようにしたため、図８に示すように、応答性の要求に応じた応答特性で吸入空気量制御を行なうことができ、良好な運転フィーリング性を確保しつつ、変速制御、トラクション制御などについては、高応答な制御を行なうことができる。
【００５５】
なお、上記の演算において、図９に示すように、高応答トルク制御に対応する体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ２は、負荷の変化に係らず要求トルクに見合った一定値であるのに対し、ＩＳＣ制御の要求開口面積に応じた体積流量比は、低負荷時に対して高負荷時では減少する。即ち、負荷の増大に応じて総吸入空気量が増大するほど、同一開口面積に対応する空気量の割合が減少するからである。
【００５６】
また、演算が複雑になるが、ＩＳＣ制御の要求開口面積に応じた体積流量比を負荷の変化に応じてより高精度に算出することもできる。まず、アクセル開度に応じた体積流量比を算出した後、高応答トルク制御に対応する体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ２を加算し、該加算された体積流量比から対応する単位流量当たり開口面積を逆変換して算出し、これにＩＳＣの低応答制御分の単位流量当たり開口面積を加算した合計の単位流量当たり開口面積に対して体積流量比を算出する。この体積流量比から前記アクセル開度と高応答トルク制御の合計分の体積流量比を減算した値を、ＩＳＣの低応答制御分の体積流量比として算出する。そして、アクセル開度に応じた体積流量比とＩＳＣの低応答制御分の体積流量比とを加算して、低応答制御分の総体積流量比を算出する。以下は、前記実施の形態と同様である。
【００５７】
また、上記実施の形態に比較して演算量は増大するが、高応答制御に対応する要求空気量に対しても、低応答制御よりは小さな適度な遅れ処理を施すようにしてもよく、より、細かく応答性に応じた要求空気量に分別し、各応答性に見合った遅れ処理を施すようにしてもよい。
【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】  本発明の一実施形態を示す可変動弁の制御装置を備えた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】  実施の形態におけるメインルーチンの制御ブロック図。
【図５】  実施の形態におけるサブルーチンの制御ブロック図。
【図６】  実施の形態におけるメインルーチンのフローチャート。
【図７】  実施の形態におけるサブルーチンのフローチャート。
【図８】  実施の形態における応答特性を示す図。
【図９】  実施の形態における低負荷時、高負荷時の各要求空気量の体積流量比に占める割合を示す図。
【符号の説明】
１  エンジン
５  吸気弁
９  燃料噴射弁
１０  コントロールユニット
１１  クランク角センサ
１２  アクセルペダルセンサ
１６  水温センサ
【図１】
0003705051.tif 000002
【図２】
0003705051.tif 000003
【図３】
0003705051.tif 000004
【図４】
0003705051.tif 000005
【図５】
0003705051.tif 000006
【図６】
0003705051.tif 000007
【図７】
0003705051.tif 000008
【図８】
0003705051.tif 000009
【図９】
0003705051.tif 000010