(57)【要約】【課題】吸気弁の開弁量を正確に目標作用角とする。【解決手段】吸気弁６の開弁量を変更可能な可変動弁装置の制御装置において、機関運転状態と発生トルクとに基づいて可変動弁装置１６に対する目標制御量を算出する手段と、吸気弁のリフト中におけるカムの回転位相振動を検出する振動検出手段と、上記目標制御量とカムの回転位相振動とに基づいて可変動弁装置に対する制御量を決定する手段とを具備する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するカムによって内燃機関の吸気弁をリフトする可変動弁装置であって、吸気弁の開弁量を変更可能な可変動弁装置の制御装置において、機関運転状態と発生トルクとに基づいて可変動弁装置に対する目標制御量を算出する手段と、吸気弁のリフト中におけるカムの回転位相振動を検出する振動検出手段と、上記目標制御量とカムの回転位相振動とに基づいて可変動弁装置に対する制御量を決定する手段とを具備することを特徴とする可変動弁装置の制御装置。
【請求項２】
回転するカムによって内燃機関の吸気弁をリフトする可変動弁装置であって、吸気弁の開弁量を変更可能な可変動弁装置の制御装置において、機関運転状態と発生トルクとに基づいて可変動弁装置に対する目標制御量を算出する手段と、吸気弁のリフト中におけるカムの回転位相振動を検出する振動検出手段と、該カムの回転位相振動が吸気弁のリフト特性に与える影響度合を考慮して内燃機関の運転制御に関する目標値を算出する手段とを具備することを特徴とする可変動弁装置の制御装置。
【請求項３】
上記振動検出手段が機関運転状態に基づいてカムの回転位相振動を予測することによってカムの回転位相振動を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の可変動弁装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気弁をリフトするための動弁装置であって、吸気弁の作用角を変更可能な動弁装置（以下、可変動弁装置と称す）が、特許文献１に開示されている。この可変動弁装置では、吸気弁の作用角を変更することによって内燃機関の燃焼室内に吸入される空気の量（吸気量）を変更することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−７２０３１号公報
【特許文献２】
特開平２−２６７３０８号公報
【特許文献３】
特開平８−７４５３０号公報
【特許文献４】
特開平１１−３６９０４号公報
【特許文献５】
特開平９−２１７６１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気弁は直接的にはカムによってリフトせしめられる。ところが、単位時間当たりのカムの回転位相の変化割合は必ずしも一定ではなく、所期の一定の変化割合に対して振動する。このため、上述した可変動弁装置において、吸気弁の作用角を目標作用角にしようとしても、実際の作用角は目標作用角からずれてしまう。したがって、上述した可変動弁装置のように吸気弁の作用角を制御することによって吸気量を制御している場合、吸気量が目標吸気量からずれてしまう。
【０００５】
さらに、内燃機関の運転に関する制御パラメータがこの吸気弁の作用角のずれの影響を受ける場合、内燃機関の運転を所望通りに制御することができない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、可変動弁装置において、吸気弁の開弁量を正確に目標開弁量とすることにある。また、２つ目の目的は、内燃機関の運転が所望通りに制御されるように、吸気弁の開弁量のずれの影響を受ける制御パラメータの目標値を算出することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、回転するカムによって内燃機関の吸気弁をリフトする可変動弁装置であって、吸気弁の開弁量を変更可能な可変動弁装置の制御装置において、機関運転状態と発生トルクとに基づいて可変動弁装置に対する目標制御量を算出する手段と、吸気弁のリフト中におけるカムの回転位相振動を検出する振動検出手段と、上記目標制御量とカムの回転位相振動とに基づいて可変動弁装置に対する制御量を決定する手段とを具備する。
上記課題を解決するために、２番目の発明では、回転するカムによって内燃機関の吸気弁をリフトする可変動弁装置であって、吸気弁の開弁量を変更可能な可変動弁装置の制御装置において、機関運転状態と発生トルクとに基づいて可変動弁装置に対する目標制御量を算出する手段と、吸気弁のリフト中におけるカムの回転位相振動を検出する振動検出手段と、該カムの回転位相振動が吸気弁のリフト特性に与える影響度合を考慮して内燃機関の運転制御に関する目標値を算出する手段とを具備する。
３番目の発明では、１または２番目の発明において、上記振動検出手段が機関運転状態に基づいてカムの回転位相振動を予測することによってカムの回転位相振動を検出する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態の動弁装置を備えた内燃機関を示している。図１において、１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３はピストン、４は燃焼室、５は燃料噴射弁、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は吸気管、９は排気弁、１０は排気ポート、１１は排気管である。なお、図示した内燃機関は、点火栓（図示せず）によって燃料に点火する火花点火式の４気筒内燃機関である。
【０００９】
吸気管８はエアクリーナ１２に接続されている。また、吸気管８には、サージタンク１３が形成されている。さらに、吸気管８ないには、その流路を絞るためのスロットル弁１４が配置されている。スロットル弁１４には、ステップモータ１５が接続されており、スロットル１４はこのステップモータ１５によって駆動される。
【００１０】
また、吸気弁６には、吸気弁１６をリフトするための動弁装置１６が接続されている。そして、本実施形態では、動弁装置１６の作動を制御するための指令値を変更することによって、動弁装置１６がリフトする吸気弁６の作用角およびリフト量を変更可能である。すなわち、動弁装置１６に対する指令値が変更されると、動弁装置１６は異なるリフト曲線でもって吸気弁６をリフトする。もちろん、動弁装置１６が、吸気弁６の作用角とリフト量とのいずれか一方のみを変更可能であってもよい。以下の説明では、吸気弁の作用角、および、リフト量、および、これら両方をまとめて、吸気弁の開弁量と称す。
【００１１】
例えば、動弁装置１６は、図２に示したように、リフト曲線ＩＮａ、ＩＮｂ、ＩＮｃでもって吸気弁６をリフトすることができ、リフト曲線ＩＮａでもって吸気弁６がリフトせしめられるときには、吸気弁６の開弁量が最も大きく、リフト曲線ＩＮｂでもって吸気弁６がリフトせしめられるときには、吸気弁６の開弁量は最大開弁量よりも小さく、リフト曲線ＩＮｃでもって吸気弁６がリフトせしめられるときには、吸気弁６の開弁量はさらに小さい。動弁装置１６は吸気弁６の開弁量を最大値と零との間で連続的に変更することができる。そして、開弁量が大きいほど、燃焼室４内に吸入される空気の量（吸気量）が多くなる。なお、図２において、ＥＸは排気弁９のリフト曲線である。
【００１２】
ところで、動弁装置１６は、直接的には、回転するカムによって吸気弁６をリフトせしめる。そして、このカム（以下、吸気カムと称す）は内燃機関の出力によって回転駆動せしめられる。ここで、内燃機関の回転数（機関回転数）が一定であれば、吸気カムの回転位相は一定の変化割合でもって変化するはずである。すなわち、単位時間当たりの吸気カムの回転位相の変化割合（以下、吸気カムの回転位相変化速度と称す）は一定であるはずである。
【００１３】
ところが、様々な理由で、吸気カムの回転位相変化速度はクランク角度に応じて変化し、一定の速度を中心として或る振幅で且つ或る周期でもって振動する。このため、動弁装置１６に対する吸気弁の開弁量に関する指令値または制御量が一定値であっても、図３に実線Ｃｖで示したように、この吸気カムの回転位相（クランク角度に対する吸気カムの位相）がクランク角度ＣＡに対して所定の振幅および周期をもって振動する（以下、吸気カムの回転位相振動と称す）。そして、この吸気カムの回転位相振動の振幅は機関運転状態に応じて変化する。
【００１４】
図４の曲線ＴＱｌは発生トルクが最も大きいときの機関回転数Ｎに応じた吸気カムの回転位相振動の振幅Ａの推移曲線であり、曲線ＴＱｓは発生トルクが最も小さいときの機関回転数Ｎに応じた吸気カムの回転位相振動の振幅Ａの推移曲線である。図４から分かるように、発生トルクが大きいほど振幅Ａは大きく、機関回転数Ｎが大きいほど振幅Ａは大きくなる。
【００１５】
また、吸気カムの回転位相振動の周期も機関回転数に応じて変化する。例示すると、図５に示したように、吸気カムの回転位相振動の周期ＯＣは機関回転数Ｎに応じて変化する。図５において、一点鎖線は周期１８０°を示す線であり、機関回転数Ｎが小さい間は周期ＯＣは１８０°近傍であるが、機関回転数Ｎが大きくなると周期ＯＣは徐々に大きくなり、３６０°となる。そして、機関回転数Ｎがさらに大きくなると、周期ＯＣは徐々に小さくなり、やがて、１８０°よりも小さくなる。図６に、図３に示した吸気カムの回転位相振動の周期よりも周期が長い場合の回転位相振動を示した。
【００１６】
このように吸気カムの回転位相振動が発生し、図３および図６に示したように、第１気筒♯１、第３気筒♯３、第４気筒♯４、第２気筒♯２の順に、燃焼室４内への空気の吸入（吸気）が行われるとした場合、各気筒において吸気が行われるときのカムの位相変化速度Ｖが異なることから、各燃焼室４内に吸入される空気の量（吸気量）が各気筒において異なってしまう。すなわち、気筒間において、吸気量が異なる。
【００１７】
また、気筒ごとに見ても、図７に示したように、例えば、実線Ｃｌで示した実際のリフト曲線が、鎖線Ｒで示した吸気カムのプロフィールから想定されるリフト曲線に対して広がった形になり、吸気弁の開弁量が吸気カムのプロフィールから想定される開弁量（以下、想定開弁量と称す）に対して大きくなったり、逆に、図示してはいないが、実際のリフト曲線が吸気カムのプロフィールから想定されるリフト曲線に対して縮んだ形になり、吸気弁の開弁量が想定開弁量よりも小さくなったりする。こうした場合、各気筒において、実際の吸気量が予定している吸気量よりも多くなったり、少なくなったりする。
【００１８】
例えば、図６に示したように、吸気カムの回転位相振動が発生している場合には、図８に示したように、各気筒♯１〜♯４における吸気量Ｇａは、吸気カムのプロフィールから想定される吸気量Ｇａｒよりも多くなる。また、参考までに、図７に示したように、実際のリフト曲線が吸気カムのプロフィールから想定されるリフト曲線に対して広がった形になっている場合には、図９に示したように、各気筒♯１〜♯４における燃焼室４内の温度（筒内温度）は、実際の曲線が吸気カムのプロフィールから想定されるリフト曲線である場合における筒内温度よりも低くなる。
【００１９】
そこで、第１実施形態では、内燃機関の運転状態（機関運転状態）と内燃機関の発生トルクとに基づいて動弁装置１６に対する吸気弁の開弁量に関する指令値または制御量（以下、一次指令値と称す）を算出し、さらに、吸気カムの回転位相振動を機関運転状態（例えば、機関回転数や発生トルク）に基づいて推定または予測し、この推定または予測された吸気カムの回転位相振動と一次指令値とに基づいて、動弁装置１６に対する最終的な指令値または制御量を決定する。これによれば、吸気弁６は予定通りのリフト曲線でもってリフトせしめられるので、燃焼室４内には、要求通りの量の空気が吸入される。
【００２０】
図１０は、第１実施形態に従って動弁装置に関する吸気弁の開弁量に関する指令値または制御量を決定するためのルーチンの一例を示している。図１０に示したルーチンでは、始めに、ステップ１０において、機関回転数Ｎおよび内燃機関の要求トルクＴＱｒが読み込まれる。次いで、ステップ１１において、吸気弁６の目標開弁量ＴＤが算出される。ここで、吸気弁の目標開弁量ＴＤは、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱｒとの関数でもって予めマップ（または、演算式）の形で記憶されており、ステップ１１では、このマップから、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱｒとに基づいて、吸気弁６の目標開弁量ＴＤが算出される。
【００２１】
次いで、ステップ１２において、吸気カムの回転位相振動の振幅Ａが算出される。ここで、吸気カムの回転位相振動の振幅Ａは、機関回転数Ｎと内燃機関の発生トルクとに応じて変化し、また、そのときの吸気弁の開弁量に応じても変化し、さらに、吸気弁の開弁タイミング、すなわち、吸気弁を開弁するときの吸気カムの位相に応じても変化するので、この吸気カムの回転位相振動の振幅Ａを実験等で求め、これを機関回転数Ｎと発生トルク（ここでは、内燃機関の要求トルクＴＱｒで代用する）と吸気弁の目標開弁量ＴＤと吸気カムの位相との関数でもってマップ（または、演算式）の形で記憶しておき、ステップ１２では、このマップから、機関回転数Ｎ、要求トルクＴＱｒ、吸気弁の目標開弁量ＴＤ、および、吸気カムの位相に基づいて、吸気カムの回転位相振動の振幅Ａが算出される。
【００２２】
次いで、ステップ１３において、吸気カムの回転位相振動の周期ＯＣが算出される。ここで、吸気カムの回転位相振動の周期ＯＣは、機関回転数Ｎと発生トルクとに応じて変化し、また、そのときの吸気弁の開弁量に応じても変化し、さらに、吸気弁の開弁タイミング、すなわち、吸気弁を開弁するときの吸気カムの位相に応じても変化するので、この吸気カムの回転位相振動の周期ＯＣを実験等で予め求め、これを機関回転数Ｎと発生トルク（ここでも、内燃機関の要求トルクＴＱｒで代用する）と吸気弁の目標開弁量ＴＤと吸気カムの位相との関数でもってマップ（または、演算式）の形で記憶しておき、ステップ１３では、このマップから、機関回転数Ｎ、発生トルクＴＱ、吸気弁の目標開弁量ＴＤ、および、吸気カムの位相に基づいて、吸気カムの回転位相振動の周期ＯＣが算出される。
【００２３】
次いで、ステップ１４において、吸気弁の開弁量のずれ量ΔＤが算出される。ここで、吸気弁の開弁量のずれ量ΔＤは、吸気カムの回転位相振動の振幅Ａと周期ＯＣとに応じて変化するので、吸気弁の開弁量のずれ量ΔＤを実験等で予め求め、これを吸気カムの回転位相振動の振幅Ａと周期ＯＣとの関数でもってマップ（または、演算式）の形で記憶しておき、ステップ１４では、このマップから、吸気カムの回転位相振動の振幅Ａと周期ＯＣとに基づいて、吸気弁の開弁量のずれ量ΔＤが算出される。ここで算出されるずれ量ΔＤは、吸気弁の開弁量が吸気カムのプロフィールから想定される開弁量（想定開弁量）よりも多い場合には、正の値であり、逆に、少ない場合には、負の値である。
【００２４】
次いで、ステップ１５において、吸気弁の目標開弁量ＴＤから上記ずれ量ΔＤが減算されることによって、吸気弁の目標開弁量ＴＤが補正される。ここで、吸気弁の補正後の目標開弁量ＴＤは、ずれ量ΔＤが正の値であって吸気弁の開弁量が想定開弁量よりも多くなる場合には、元の目標開弁量ＴＤよりも小さくされ、一方、ずれ量ΔＤが負の値であって吸気弁の開弁量が想定開弁量よりも少なくなる場合には、元の目標開弁量ＴＤよりも大きくされる。
【００２５】
次いで、ステップ１６において吸気弁６の開弁量がステップ１５で補正された目標開弁量ＴＤとなるように、動弁装置１６に対する吸気弁６の開弁量に関する指令値または制御量が決定される。
【００２６】
次に、第２実施形態について説明する。本発明では、吸気量に基づいて、燃料噴射弁５から噴射する燃料の量（燃料噴射量）、および、点火栓によって燃料に点火するタイミング（点火タイミング）が決定される。ここで、吸気量が吸気カムの回転位相振動の影響を受けることから、これら燃料噴射量や点火タイミングも吸気カムの回転位相振動の影響を受ける。広くは、吸気量が吸気カムの回転位相振動の影響を受けることから、内燃機関の運転に関するパラメータも吸気カムの回転位相振動の影響を受ける。
【００２７】
そこで、第２実施形態では、機関運転状態と発生トルクとに基づいて動弁装置２６に対する吸気弁６の開弁量に関する指令値または制御量（一次指令値）を算出し、さらに、吸気カムの回転位相振動を機関運転状態（例えば、機関回転数や発生トルク）に基づいて推定または予測し、この推定または予測された吸気カムの回転位相振動が吸気弁のリフト特性（例えば、開弁量）に与える影響度合を考慮して内燃機関の運転制御に関するパラメータの目標値（例えば、燃料噴射量の目標値や点火タイミングの目標値）を算出する。これによれば、内燃機関が要求通りに運転せしめられる。
【００２８】
図１１は、第２実施形態に従って内燃機関の運転パラメータの目標値を決定するためのルーチンの一例を示している。図１１に示したルーチンでは、始めに、ステップ２０において、機関回転数Ｎおよび内燃機関の要求トルクＴＱｒが読み込まれる。次いで、ステップ２１において、吸気弁６の目標開弁量ＴＤが算出される。ここで、吸気弁の目標開弁量ＴＤは、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱｒとの関数でもって予めマップ（または、演算式）の形で記憶されており、ステップ２１では、このマップから、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱｒとに基づいて、吸気弁６の目標開弁量ＴＤが算出される。
【００２９】
次いで、ステップ２２において、吸気カムの回転位相振動の振幅Ａが算出される。ここでは、図１０のステップ１２と同様にして、吸気カムの回転位相振動の振幅Ａが算出される。次いで、ステップ２３において、吸気カムの回転位相振動の周期ＯＣが算出される。ここでは、図１０のステップ１３と同様にして、吸気カムの回転位相振動の周期ＯＣが算出される。次いで、ステップ２４において、吸気弁の開弁量のずれ量ΔＤが算出される。ここでは、図１０のステップ１４と同様にして、吸気弁の開弁量のずれ量ΔＤが算出される。ここで算出されるずれ量ΔＤは、吸気弁の開弁量が吸気カムのプロフィールから想定される開弁量（想定開弁量）よりも多い場合には、正の値であり、逆に、少ない場合には、負の値である。
【００３０】
次いで、ステップ２５において、吸気弁の想定開弁量から上記ずれ量ΔＤが加算されることによって吸気弁の実際の開弁量Ｄが算出される。ここで、吸気弁の実際の開弁量Ｄは、ずれ量ΔＤが正の値である場合には、吸気弁の想定開弁量よりも多くなり、一方、ずれ量ΔＤが負の値である場合には、吸気弁の想定開弁量よりも少なくなる。
【００３１】
次いで、ステップ２６において、吸気弁の実際の開弁量Ｄに基づいて、予め記憶されているマップ（または、演算式）から、吸気量Ｇａが算出され、次いで、ステップ２７において、吸気量Ｇａに基づいて、空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量の目標値Ｔｑが決定される。
【００３２】
次いで、ステップ２８において、吸気量Ｇａと燃料噴射量の目標値Ｔｑとに基づいて、内燃機関の発生トルクＴＱが算出され、次いで、ステップ２９において、機関回転数Ｎと発生トルクＴＱとの関数でもって予め設定されて記憶されているマップ（または演算式）から、機関回転数Ｎと発生トルクＴＱとに基づいて、点火タイミングの目標値Ｔｉが決定される。ここで、点火タイミングの目標値Ｔｉのマップは、様々な要求（例えば、燃料の熱効率を最大とするという要求など）を考慮して設定されている。
【００３３】
【発明の効果】
１番目の発明によれば、カムの回転位相振動が考慮されて可変動弁装置に対する制御量が決定されるので、吸気弁の開弁量が正確に目標開弁量となる。
２番目の発明によれば、カムの回転位相振動が考慮されて内燃機関の運転制御に関する目標値が算出されるので、所望の結果が得られるように、吸気弁の開弁量のずれの影響を受ける内燃機関の運転制御に関するパラメータ目標値が算出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態の動弁装置を備えた内燃機関を示した図である。
【図２】吸気弁のリフト曲線を示した図である。
【図３】吸気カムの回転位相振動を示した図である。
【図４】吸気カムの回転位相振動の振幅を示した図である。
【図５】吸気カムの回転位相振動の周期を示した図である。
【図６】吸気カムの回転位相振動を示した図である。
【図７】吸気カムの回転位相振動の影響を受けた吸気弁のリフト曲線を示した図である。
【図８】吸気カムの回転位相振動の影響を受けていないときの吸気量と、吸気カムの回転位相振動の影響を受けたときの吸気量とを示した図である。
【図９】吸気カムの回転位相振動の影響を受けていないときの筒内温度と、吸気カムの回転位相振動の影響を受けたときの筒内温度とを示した図である。
【図１０】第１実施形態に従って吸気弁の開弁量に関する指令値を決定するためのルーチンを示した図である。
【図１１】第２実施形態に従って機関運転パラメータの目標値を決定するためのルーチンを示した図である。
【符号の説明】
５…燃料噴射弁
６…吸気弁
８…吸気管
９…排気弁
１１…排気管
１４…スロットル弁
１６…動弁装置
【図１】
2004124881.tif 000003
【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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