(57)【要約】  【課題】  吸気弁のバルブリフト量及び作動角を同時かつ連続的に変更可能なリフト作動角可変機構では、機関回転数に応じてリフトカーブがばらつくため、吸入空気量の制御精度を低下させるおそれがある。  【解決手段】  要求トルクに応じて算出される目標吸入空気量に基づいて、吸気弁の作動角目標値を算出する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。作動角指令値を算出する際に、機関回転数に基づいて、作動角目標値を補正する（Ｓ１４）。上記の作動角指令値をアクチュエータへ出力してリフト作動角可変機構を制御する（Ｓ１５）。  【選択図】  図４
2005155431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁のバルブリフト量及び作動角を変更可能なリフト作動角可変機構と、
作動角指令値に基づいて上記リフト作動角可変機構を駆動する駆動手段と、
目標吸入空気量に基づいて、吸気弁の作動角目標値を算出する目標値算出手段と、
機関回転数を検出する回転数検出手段と、
上記作動角指令値を算出する際に、上記機関回転数に基づいて、上記作動角目標値を補正する補正手段と、
を有する内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
【請求項２】
上記補正手段は、機関回転数が高いときに作動角目標値を低下側へ補正し、機関回転数が低いときに作動角目標値を増加側へ補正する請求項１に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
【請求項３】
機関温度を検出する機関温度検出手段を有し、
上記補正手段は、この機関温度と上記機関回転数とに基づいて、上記作動角目標値を補正する請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
【請求項４】
上記作動角目標値に基づいて、この補正手段による補正量を変更する補正量変更手段を有する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
【請求項５】
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
この吸入空気量検出手段により検出される吸入空気量と上記目標吸入空気量との偏差に基づいて、上記補正手段による補正の学習制御を行う学習制御手段と、を有する請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
【請求項６】
上記可変動弁機構が、吸気弁を作動させる動弁カムと、クランクシャフトと連動して回転する駆動軸と、これら動弁カムと駆動軸とを連係する複数のリンクと、を備え、吸気弁のバルブリフト量及び作動角の双方を同時かつ連続的に変更する請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、吸気弁のバルブリフト量（最大リフト量）及び作動角を変更可能なリフト作動角可変機構を備えた内燃機関の吸気弁駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１等には、本出願人が以前に提案したリフト作動角可変機構が開示されている。このリフト作動角可変機構は、制御偏心軸部を有する制御軸と、この制御偏心軸部に揺動可能に装着されたロッカアームと、クランクシャフトに連動して回転し、駆動偏心軸部を有する駆動軸と、この駆動軸に揺動可能に支持された動弁カムとしての揺動カムと、駆動偏心軸部とロッカアームの一端とを連係する第１リンクと、ロッカアームの他端と揺動カムとを連係する第２リンクと、を備えている。駆動軸の回転に伴って揺動する揺動カムにより吸気弁が開閉駆動される。そして、アクチュエータにより制御軸（制御偏心軸部）を回転駆動することにより、揺動カムの初期姿勢・揺動範囲が変化して、吸気弁のバルブリフト特性であるリフトカーブ、すなわち吸気弁のバルブリフト量と作動角とが同時かつ連続的に増減変化するように構成されている。このようなリフト作動角可変機構を利用して吸入空気量を調整することにより、例えばガソリンエンジンにおけるスロットル損失を著しく軽減することが可能となる。
【特許文献１】特開２００３−１０６１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなリフト作動角可変機構では、機構的には、制御軸の角度が同じであれば、つまり作動角（の目標値）が同じであれば、機関回転数や機関温度等にかかわらず、そのバルブリフト特性すなわちリフトカーブは同一形状となり、最大リフト量を含めたバルブリフト量が一義的に定まるはずである。つまり、制御軸の角度に応じて所定のリフト特性となるように揺動カムのカムプロフィール等が設計されている。しかしながら、実際には、各リンク部品の撓み変形やリンク間クリアランス等に起因して、同じ制御軸角度（作動角目標値）であっても、機関回転数に応じてリフトカーブが不可避的に異なるものとなる。例えば、吸気弁の作動角が同じであっても、高回転域では主としてバルブジャンプによりバルブリフト量が相対的に大きくなり、低回転域では主としてリンクの撓みによりバルブリフト量が相対的に小さくなる。このようなリフトカーブのばらつきにより、特に要求（負荷）トルクに応じて吸入空気量を制御するガソリンエンジンでは、リフト作動角可変機構を利用した吸入空気量の制御が安定せず、要求トルクに対する出力トルクの偏差・ばらつきが大きくなるといった問題を生じるおそれがある。なお、上記の機関回転数と同様、機関油温や機関水温等の機関温度によっても、無視できないようなリフト特性のばらつきを生じることがある。本発明は、このように独自に知見した課題に鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
吸気弁のバルブリフト量及び作動角を変更可能なリフト作動角可変機構と、作動角指令値に基づいて上記リフト作動角可変機構を駆動する駆動手段と、を備える。目標吸入空気量に基づいて、吸気弁の作動角目標値を算出する。機関回転数を検出する回転数検出手段を備え、上記の作動角指令値を算出する際に、機関回転数に基づいて、上記作動角目標値を補正する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、吸気弁のバルブリフト量及び作動角の双方を変更可能なリフト作動角可変機構に特有の課題である、機関回転数に応じたリフトカーブのばらつきを見越して、機関回転数に基づいて作動角目標値を補正している。従って、機関回転数に応じたリフトカーブのばらつきにかかわらず、リフト作動角可変機構による吸入空気量の制御精度を著しく向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、この発明を、自動車用火花点火式ガソリン機関に適用した一実施例について説明する。図１は、内燃機関の吸気弁に対する可変動弁機構の構成を示す構成説明図である。この可変動弁機構は、吸気弁のバルブリフト量（最大リフト量）及び作動角の双方を同時かつ連続的に変化させるリフト作動角可変機構１と、そのリフトの中心角の位相（図示せぬクランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構２１と、が組み合わされて構成されている。これらの機構１，２１は、上記の特開２００３−１０６１７６号公報にも開示されているように公知となっているので、ここでは概要のみを説明する。
【０００７】
リフト作動角可変機構１は、クランクシャフトに連動して回転駆動される駆動軸２と、この駆動軸２に偏心して設けられた駆動偏心軸部３と、駆動軸２と平行に気筒列方向に延在する制御軸１２と、この制御軸１２に偏心して設けられた制御偏心軸部１８と、この制御偏心軸部１８に揺動自在に支持されたロッカアーム６と、駆動軸２に揺動可能に取り付けられた動弁カムとしての揺動カム９と、を備えている。駆動偏心軸部３とロッカアーム６の一端とは第１リンク４によって連係されており、ロッカアーム６の他端と揺動カム９とは第２リンク８によって連係されている。第１リンク４とロッカアーム６とは連結ピン５により接続されており、第２リンク８は連結ピン７，１７によりロッカアーム６及び揺動カム９にそれぞれ接続されている。駆動軸２が回転すると、駆動偏心軸部３のカム作用によって第１リンク４の姿勢が変化し、これに伴ってロッカアーム６が揺動する。このロッカアーム６の揺動運動が第２リンク８を介して揺動カム９へ伝達され、この揺動カム９が揺動する。この揺動カム９のカム作用によって、タペット１０が押圧され、吸気弁１１が開閉作動する。
【０００８】
制御軸１２の一端には、ウォームギア１５を介して駆動手段としてのリフト作動角制御用アクチュエータ１３が接続されている。このリフト作動角制御用アクチュエータ１３は、制御軸１２を回転駆動するサーボモータ等からなり、エンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御される。なお、制御軸１２の回転角度は、制御軸センサ１４によって検出される。このリフト作動角制御用アクチュエータ１３を介して制御軸１２の角度位置を変更すると、ロッカアーム６の揺動支点となる制御偏心軸部１８の初期位置が変化し、ひいては揺動カム９の揺動範囲・姿勢が変化する。制御偏心軸部１８の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、吸気弁のバルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、吸気弁のバルブリフト量ならびに作動角を、同時かつ連続的に拡大，縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト作動角の大小変化に伴い、吸気弁１１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【０００９】
このようなリフト作動角可変機構１は、構成部品が駆動軸２の周囲に集約して配置されているため、コンパクトで機関搭載性に優れており、かつ、駆動軸２及び揺動カム９が直動型動弁系のカムシャフト及び固定カムの位置に対応しているため、既存の直動型動弁系の内燃機関への適用が容易である。また、リンク構成部品の連結部位の大半が面接触となっており、かつ、リターンスプリング等の付勢手段を敢えて必要としないため、潤滑が容易で耐久性・信頼性に優れている。
【００１０】
位相可変機構２１は、上記の駆動軸２の前端部に設けられたスプロケット２２と、このスプロケット２２と駆動軸２とを所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ２３と、から構成されている。上記スプロケット２２は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動しており、クランクシャフトに同期して回転する。上記位相制御用アクチュエータ２３は、例えば油圧式、電磁式などの回転型アクチュエータからなり、エンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御される。この位相制御用アクチュエータ２３の作用によって、スプロケット２２と駆動軸２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性のリフトカーブ自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この位相可変機構２１の制御状態は、駆動軸２の回転位置に応答する駆動軸センサ１６によって検出される。
【００１１】
なお、リフト作動角可変機構１ならびに位相可変機構２１の制御としては、各センサ１４，１６の検出信号に基づくクローズドループ制御に限らず、運転条件に応じて単にオープンループ制御するようにしても良い。
【００１２】
このような可変動弁機構を吸気弁側に備えた内燃機関は、スロットル弁のみに依存することなく、吸気弁１１の可変制御によっても吸気量を制御することができる。但し、実用機関では、アイドルのように吸気量が極めて少ない状況でも吸気量制御を安定して行うことができるように、あるいはブローバイガスの還流等のために吸気系に若干の負圧を付与するために、吸気通路の上流側には、後述するように、電制式のスロットル弁５５（図２参照）が設けられている。
【００１３】
図２は、この内燃機関における吸気系および排気系の全体的な構成を示している。図示するように、この内燃機関は、例えば直列４気筒機関であって、各シリンダ５１の吸気ポートにそれぞれブランチ通路５２が接続され、かつこの４本のブランチ通路５２の上流端が、コレクタ５３にそれぞれ接続されている。上記コレクタ５３の上流側の端部に吸気入口通路５４が設けられている。この吸気入口通路５４に、電制式のスロットル弁５５が配設されている。このスロットル弁５５は、ＤＣモータあるいはダイヤフラム型アクチュエータなどのアクチュエータ５６によって開閉するバタフライバルブ型の弁体を備え、アクセルペダル開度とは独立して、その開度が制御される。
【００１４】
上記コレクタ５３には、コレクタ５３内部の圧力を検出する圧力センサ５７と、吸気温度を検出する温度センサ５８と、が設けられており、排気マニホルド５９には、排気空燃比を検出する空燃比センサ（リニア型空燃比センサあるいは酸素センサ）６０が設けられている。また、機関回転速度ならびにクランク角位置を検出する回転数検出手段としてのクランク角センサ６１，運転者により操作されるアクセルペダル開度（踏込量）を検出するアクセル開度センサ６２，及び吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段としてのエアフローメータ６３、機関温度としての機関油温を検出する機関温度検出手段としての油温センサ６４等が設けられている。これらの検出信号は、前述したエンジンコントロールユニット１９にそれぞれ入力される。エンジンコントロールユニット１９は、これらの検出信号に基づいて、前述したリフト作動角可変機構１および位相可変機構２１の制御ならびにスロットル弁５５の制御を実行する。
【００１５】
図３は、リフト作動角可変機構１の制御の流れを示すフローチャートである。先ず、Ｓ（ステップ）１１では、主としてアクセル開度センサ６２の検出信号に基づいて要求トルクを算出する。Ｓ１２では、上記の要求トルクとクランク角センサ６１から得られる機関回転数（機関回転速度）に基づいて、目標吸入空気量を算出する。Ｓ１３では、目標吸入空気量に基づいて、リフト作動角可変機構１による吸気弁の作動角の目標値を算出する。
【００１６】
Ｓ１４のサブルーチンでは、Ｓ１３で算出された作動角目標値に対して、後述する補正処理を行い、作動角指令値を算出する。Ｓ１５では、上記の作動角指令値をリフト作動角アクチュエータ１３へ出力する。これにより、リフト作動角可変機構１が指令値へ向けて駆動制御される。なお、ここでは説明していないが、スロットル弁５５の開度の指令値や位相可変機構２１の吸気バルブタイミングの指令値も上記の目標吸入空気量に基づいて算出される。
【００１７】
次に、本実施例の要部をなすＳ１４の処理内容について、図４〜７を参照して詳述する。吸気弁のバルブリフト特性であるリフトカーブは、機構的・構造的には、揺動カム９の揺動範囲、つまり作動角目標値に相当する制御軸１２の角度位置により一義的に定まるはずである。しかしながら、実際には、図５に示すように、制御軸１２の角度位置、つまり作動角目標値が同じであっても、機関回転数によってリフトカーブＬ１〜Ｌ３が異なるものとなる。具体的には、機関回転数が高くなるほど、慣性力が大きくなってバルブジャンプ等を生じるために、バルブリフト量が相対的に大きくなり、機関回転数が低くなるほど、主としてリンクの撓みによりバルブリフト量が相対的に小さくなる傾向にある。つまり、機関回転数に応じて、吸気弁の有効開口面積（リフトカーブ内の面積に相当）のばらつきを生じ、リフト作動角可変機構１による吸入空気量の制御精度が低下するおそれがある。
【００１８】
そこで、Ｓ２２では、Ｓ２１で読み込まれた機関回転数に基づいて、作動角目標値を補正する（補正手段）。具体的には、図６に示すように、作動角目標値に対応する所期の吸気弁有効開口面積となるように、予め設定された制御マップやテーブル（図示省略）等を利用して、機関回転数が高くなるほど作動角目標値を低下側へ補正し、機関回転数が低くなるほど作動角目標値を増加側へ補正する。
【００１９】
同様に、油温センサ６４により検出される機関油温のような機関温度に応じて、各リンク構成部品のフリクションが増減するので、同じ作動角目標値であっても、機関温度に応じてバルブリフト量を含めたバルブリフト特性すなわち吸気弁有効開口面積が増減する。具体的には図７に示すように、機関温度が所定の基準値よりも高い高温領域では、機関温度の増加に伴って有効開口面積が増加し、機関温度が低い低温領域では、機関温度の低下に伴って有効開口面積が増加する傾向にある。従って、このような機関温度による吸気弁有効開口面積の増減を相殺・吸収するように、Ｓ２４では、Ｓ２３で読み込まれた機関温度に応じて作動角目標値を補正する（補正手段）。つまり、予め設定された制御マップやテーブル（図示省略）等を利用して、高温領域では、機関温度が高くなるほど作動角目標値を低下側へ補正し、低温領域では、機関温度が低くなるほど作動角目標値を低下側へ補正する。このようなＳ２２及びＳ２４等の補正処理を経て、作動角指令値が算出される。
【００２０】
作動角目標値自体の大きさによっても、有効開口面積のばらつきを生じるおそれがある。従って、好ましくは、作動角目標値の大きさに応じて、Ｓ２２及びＳ２４での補正処理による補正量を変更する（補正量変更手段）。例えば、図６及び図７に示すように、作動角目標値の大きさに応じて複数の非線形マップ（又はテーブル）を予め設定・記憶しておき、作動角目標値の大きさに応じて適切な非線形マップを選択し、この選択されたマップを参照して、機関回転数や機関温度に基づく補正処理を行えば良い。
【００２１】
Ｓ２５では、上記のエアフローメータ６３により検出される吸入空気量を読み込む。Ｓ２６では、このように検出された実際の吸入空気量に基づいて、Ｓ２２及びＳ２４での補正処理に対する学習制御処理を行う（学習制御手段）。学習制御自体は周知であるので簡単に説明すると、例えば、Ｓ１２で算出された目標吸入空気量と、Ｓ２３で検出・読み込まれた吸入空気量と、の偏差を算出し、この偏差から学習値を算出し、この学習値を次回以降のＳ２２及びＳ２４での補正処理に反映させれば良い。このような学習制御を行うことにより、動弁構成部品の経時的な劣化等に起因するリフトカーブのばらつきにも対応可能であり、長期的に安定した制御を行うことができる。
【００２２】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、有効開口面積のばらつきが大きく現れやすい機関高回転域でのみ、Ｓ２２による機関回転数に基づく作動角目標値の補正処理を行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置におけるリフト作動角可変機構を示す斜視図。
【図２】上記内燃機関の吸気系及び排気系の全体的な構成を示す構成説明図。
【図３】本実施例に係るリフト作動角可変機構の制御の流れを示すフローチャート。
【図４】図３のＳ１４における作動角指令値算出処理を示すサブルーチン。
【図５】機関回転数によるリフトカーブのばらつきを示す説明図。
【図６】機関回転数及び作動角による吸気弁有効開口面積のばらつきを示す説明図。
【図７】機関温度及び作動角による吸気弁有効開口面積のばらつきを示す説明図。
【符号の説明】
【００２４】
１…リフト作動角可変機構
２…駆動軸
９…揺動カム（動弁カム）
１９…エンジンコントロールユニット
６１…クランク角センサ（回転数検出手段）
６３…エアフローメータ（吸入空気量検出手段）
６４…油温センサ（機関温度検出手段）
【図１】
2005155431.tif 000003
【図２】
2005155431.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005155431.tif 000008
【図７】
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