(57)【要約】【課題】内燃機関の吸気弁の作動角・リフト量によって吸気量を制御する装置において、ブレーキの真空倍力装置の負圧源に必要な吸気負圧を確保する。【解決手段】  アイドルスイッチＯＮのアクセル開放時に、吸気弁の作動角・リフト量を連続的に変更可能な可変動弁機構により制御される吸気弁の作動角が、通常制御時の下限作動角より減少したときは、電制スロットル弁５９の目標スロットル開度を、上限スロットル開度以下に制限し、必要な吸気負圧を確保する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の有効開度を連続的に変更可能な可変動弁機構と、吸気スロットル弁の開度を任意に変更可能なスロットル機構と、これら可変動弁機構およびスロットル機構を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
前記吸気弁の有効開度が所定開度より減少したときに、前記吸気スロットル弁の開度を、吸気負圧確保用に設定した上限スロットル開度以下とするように制限することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記所定開度は、通常制御用の下限開度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
前記吸気スロットル弁の開度を上限スロットル開度以下とする制限は、アクセル開放時に行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
前記上限スロットル開度は、機関運転状態に基づいて吸気スロットル弁下流で吸気弁上流側に所定の吸気負圧を確保する値に設定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
前記上限スロットル開度を、機関回転速度と機関水温とに基づいて設定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
前記可変動弁機構の異常を診断したときに、吸気弁の有効開度を前記所定開度より低下させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項７】
前記可変動弁機構は、吸気弁の作動角とリフト量を同時に変更して有効開度を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気弁の有効開度を連続的に変更可能な可変動弁機構と、吸気スロットル弁の開度を任意に変更可能なスロットル機構と、を備えた内燃機関の吸気制御装置に関し、特に、吸気負圧を確保する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な内燃機関（ガソリンエンジン）では、スロットル弁によって吸入空気量を制御しているが、特許文献１には、スロットル弁による絞り損失を小さくし、燃費向上を図るため、特許文献１には、吸気弁の作動角（およびリフト量）を可変制御することによって、吸気量を制御するものが開示してある。
【０００３】
特許文献１では、小吸気量領域でスロットル弁の絞り制御も併用している。
【特許文献１】特開平９−２５８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、吸気弁の作動角やリフト量で定まる有効開度によって吸気量を制御する装置では、該装置の診断を行ってＮＧと診断されたときに、吸気弁の有効開度を必要最小限の開度に絞ったり、あるいは、吸気弁の有効開度が所定以下の小開度に固着したようなときは、吸気量が大きく減少されることにより、吸気弁上流の吸気負圧が小さくなって、ブレーキ踏力を軽減する真空倍力装置の負圧源やパージガス、ブローバイガスを吸気系に吸引するための吸気負圧の要求を満たしにくくなる。
【０００５】
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、吸気弁の有効開度が小さくなりすぎても、必要な吸気負圧を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため本発明は、
可変動弁機構で制御される吸気弁の有効開度が所定開度より減少したときに、制御手段が、スロットル機構によって吸気スロットル弁の開度を、吸気負圧確保用に設定した上限スロットル開度以下とするように制限する構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
吸気弁の有効開度が所定開度より減少して吸気量が通常より大きく減少したときには、吸気スロットル弁の開度が上限スロットル開度以下に制限されるので、該吸気スロットル弁と吸気弁との間に、必要な吸気負圧を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、エンジン（内燃機関）の構成図である。
【００１０】
エンジン１の各気筒のピストン５１により画成される燃焼室５２には、点火栓５３を囲むように、吸気弁５４及び排気弁５５を備えている。吸気は吸気通路５６を通って吸気弁５４から燃焼室５２内に吸入され、該吸気通路５６の途中にマニホールド部（吸気マニホールド）５７が配設されている。燃焼室５２内の排気は、排気弁５５から排気通路５８を通って排出される。
【００１１】
吸気弁５４は、バルブ作動特性を可変な可変動弁機構により制御される。前記可変動弁機構は、後述するように吸気弁５４の作動角及びリフト量を連続的に変更する第１可変動弁機構１０と、吸気弁５４の作動角の中心位相を連続的に変更する第２可変動弁機構２０とで構成される。排気弁５５については、本実施形態では弁特性を固定とするが、吸気弁同様に可変動弁機構によって弁特性を可変な構成としてもよい。
【００１２】
吸気通路５６には、マニホールド部５７の上流に、電制スロットル弁５９が設けられている。電制スロットル弁５９は、吸気スロットル弁と、これを駆動するアクチュエータからなるスロットル機構で構成される。吸気通路５６にはまた、気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁６０が設けられている。
【００１３】
ここにおいて、点火栓５３、第１可変動弁機構１０、第２可変動弁機構２０、電制スロットル弁５９および燃料噴射弁６０の作動は、コントロールユニット（ＥＣＵ）６１により制御される。すなわち、ＥＣＵ６１は、吸気弁２の有効開度を連続的に変更する可変動弁機構（第１可変動弁機構１０）と、吸気スロットル弁の開度を任意に変更可能なスロットル機構（電制スロットル弁５９）とを制御する制御手段を構成する。
【００１４】
このＥＣＵ６１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力することによりクランク角位置θと共にエンジン回転速度Ｎｅを検出可能なクランク角センサ６２、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６３、アクセル開度所定値以下でアクセル開放（アイドル）状態を検出するアイドルスイッチ６４、吸気通路５６のスロットル弁５９上流にてマニホールド部５７へ流入する空気流量を計測する熱線式のエアフローメータ６５、マニホールド部５７内の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサ６６、エンジン水温を検出する水温センサ６７、後述する吸気弁５４の作動角検出する作動角センサ３１、吸気弁５４の作動角中心位相を検出する中心位相センサ３２等からの信号が入力される。
【００１５】
燃料噴射弁６０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、後述のごとく制御されるシリンダ吸入空気量に対し、所望の空燃比となるように制御する。
【００１６】
点火栓５３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。
図２は、上記第１可変動弁機構１０を示している。各気筒には一対の吸気弁５４が設けられ、これら吸気弁５４の上方には中空状の吸気駆動軸３が気筒列方向に延在している。吸気駆動軸３には、吸気弁５４のバルブリフタ５４ａに当接して吸気弁５４を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌している。
【００１７】
吸気駆動軸３と揺動カム４との間に、吸気弁５４の作動角及びリフト量を連続的に変更する電動式の第１可変動弁機構１０が設けられる。本実施形態では、吸気弁５４の作動角およびリフト量によって、吸気弁開期間における平均的な開度に相当する有効開度が定まる。なお、上記のように作動角とリフト量とが同時に変更され、一方を検出して制御することで、他方も同時に制御されるから、以下では、作動角のみの制御で説明する。有効開度を可変な可変動弁機構としては、作動角とリフト量のいずれか一方を連続的に変更するものであってもよい。
【００１８】
吸気駆動軸３の一端部には、図外のクランクシャフトに対する吸気駆動軸３の位相を変化させることにより、上記吸気作動角の中心位相である吸気中心位相を連続的に変更する第２可変動弁機構２０が配設されている。
【００１９】
第１可変動弁機構１０は、図２及び図３に示すように、吸気駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌するとともに、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。制御軸１３は、電動アクチュエータ１７によりギヤ列１８を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。
【００２０】
上記の構成により、クランクシャフトに連動して吸気駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気弁２が開閉駆動される。
【００２１】
また、制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。これにより、吸気中心位相が略一定のままで、吸気作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
【００２２】
前記制御軸１３の回転角を検出することによって、吸気弁５４の作動角を検出する作動角センサ３１が設けられる。
【００２３】
吸気弁５４の作動角中心位相を変更する第２可変動弁機構２０については、詳細な説明を省略するが、油圧式、摩擦制動式、電磁制動式等の周知の機構を用いればよい。なお、図２に示すように、吸気駆動軸３の回転位相を検出することによって、吸気弁５４の作動角中心位相（バルブタイミング）を検出する中心位相センサ３３が設けられる。
図４は、上記ＥＣＵ６１においてなされる可変動弁機構１０と電制スロットル弁５９の制御ブロック図を示す。
【００２４】
目標シリンダ空気量算出部は、アクセルペダルセンサ６３によって検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ６２によって検出されるエンジン回転速度Ｎｅ等に基づいて、要求トルクに見合った目標シリンダ空気量を算出する。
【００２５】
目標作動角算出部は、前記目標シリンダ空気量に応じて吸気弁２の目標作動角を算出し、該目標作動角を出力して第１可変動弁機構１０を介して吸気弁５４の作動角を制御する。
【００２６】
シリンダ実効容積算出部は、機関１の運転状態および前記吸気弁５４の作動特性、特に作動角と作動角中心位相で決まる開時期と閉時期とによって、シリンダの吸気行程相当のシリンダ実効容積を算出する。
【００２７】
目標スロットル開度算出部は、前記吸気温度センサ６６で検出される吸気温度の検出値も考慮して、前記シリンダ実効容積で目標シリンダ空気量を得るのに必要な目標吸気圧を、目標とする応答（規範応答）で得られる目標スロットル開度を算出し、電制スロットル弁５９の開度を制御する。
【００２８】
上記各部によって吸気弁５４および電制スロットル５９の基本的な制御を行いつつ、吸気負圧を確保する制御を行うため、以下の構成を備える。
【００２９】
診断・フェールセーフ部は、第１可変動弁機構１０の異常の有無を診断し、異常の可能性があると診断された時には、通電を遮断し、駆動反力によって吸気弁５４を通常制御時の下限作動角を下回る最小作動角に維持させるフェールセーフを行う。
【００３０】
比較部は、前記作動角センサ３１によって検出される吸気弁５４の実作動角を、通常制御用の下限作動角と比較し、実作動角が下限作動角を下回るときにＯＮとなる。
【００３１】
ＡＮＤ部は、前記比較部からの出力と、前記アイドルスイッチ６４の出力を入力し、前記比較部の出力と、アイドルスイッチ６４の出力が共にＯＮのとき、つまり、アクセル開放時に、吸気弁５４の作動角が下限作動角を下回る状態が検出されているときにＯＮとなる。
【００３２】
上限ＴＶＯ算出部は、上記吸気弁５４の作動角が前記下限作動角を下回ったときに、前記ブレーキの真空倍力装置などに必要な吸気負圧を確保できる上限スロットル開度（上限ＴＶＯ）を算出する。なお、診断・フェールセーフ部によってフェールセーフを行うときは、吸気弁５４が最小作動角になるので、最小作動角でも必要な吸気負圧を確保するように上限スロットル開度を算出する。
【００３３】
ここで、エンジン回転速度Ｎｅが高いときは、同一のスロットル開度でも吸気負圧が増大するため、上限スロットル開度を大きめに設定できる。また、エンジンストールを生じない吸気負圧以下とする必要があるが、エンジン水温が低いときは、エンジンフリクションが大きくエンジンストール発生傾向が大きい。
【００３４】
そこで、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン水温Ｔｗとに基づいて、エンジンストールを抑制しつつ吸気負圧を確保できる上限スロットル開度を、テーブルからの検索等で設定する。
【００３５】
セレクトロー部は、前記目標スロットル開度算出部で算出された目標スロットル開度と、上限スロットル開度設定部で設定された上限スロットル開度とのうち、小さい方を最終的な目標スロットル開度として選択し、出力する。つまり、目標スロットル開度を上限スロットル開度以下とするように制限する。
【００３６】
目標スロットル開度切換部は、前記ＡＮＤ部からの信号に基づいて、ＡＮＤ部がＯＮとなるアクセル開放時に、吸気弁５４の作動角が下限作動角を下回る状態が検出されたときは、上記前記セレクトロー部を経た上限スロットル開度以上に制限された目標スロットル開度を選択し、ＡＮＤ部がＯＦＦの通常制御時は、目標スロットル開度算出部で算出された目標スロットル開度をそのまま選択して、電制スロットル弁５９に出力する。
このようにすれば、吸気弁５４の作動角が所定開度より小さくなって吸気負圧を確保しにくい状況になったときには、目標スロットル開度が上限スロットル開度以下に制限されることにより、ブレーキの真空倍力装置の負圧源として必要な吸気負圧を確保することができ、ブレーキ踏力軽減効果を確保することができ、また、パージガス、ブローバイガスへの吸気系に吸引量を確保することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、前記所定開度を通常制御時の下限作動角とすることで、フェールセーフ制御や固着等によって通常制御時の下限作動角より減少したとなったときだけ、上記制御を行い、通常制御に影響を与えずに済む。
【００３８】
さらに、本実施形態では、アクセル開放毎に目標スロットル開度の制限を行って吸気負圧を確保することにより、以下の効果が得られる。
【００３９】
ブレーキ操作はアクセル開放操作に伴って行われるから、リアルタイムで必要な吸気負圧を確保できる。
【００４０】
ブレーキ操作毎に真空倍力装置の負圧源から負圧が供給されて負圧源内の負圧が弱められるが、アクセル開放毎に吸気負圧を大きくして負圧源に負圧を供給しておくことで、効率よく負圧源内の負圧を確保できる。
【００４１】
アクセル開放時以外は、目標スロットル開度の制限を行わず、要求トルクに応じた吸気弁５４作動角との協調制御を行うことで、燃費も良好に維持できる。
【００４２】
また、上記実施形態のように目標スロットル開度と上限スロットル開度とを比較して小さい方を選択することで、容易に制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関（エンジン）の構成を示す図である。
【図２】同上エンジンに備えられる可変動弁機構を示す斜視図である。
【図３】同上可変動弁機構の一部拡大側面図である。
【図４】同上実施形態の第１可変動弁機構と電制スロットル弁の制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    エンジン（内燃機関）
１０  第１可変動弁機構
２０  第２可変動弁機構
３１  作動角センサ
５４  吸気弁
５７  マニホールド部
５９  電動スロットル弁
６１  ＥＣＵ
６２  クランク角センサ
６３  アクセルペダルセンサ
６４  アイドルスイッチ
６５  エアフローメータ
６６  吸気温度センサ
６７  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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