(57)【要約】【課題】可変動弁機構の制御のみでは目標空気量が得られない制御限界領域において、空気量制御の応答性を向上させることが可能な内燃機関の吸気制御装置を提供する。【解決手段】シリンダ２への吸入空気量が変化するように吸気弁１２の動弁特性を変更可能な可変動弁機構１４Ａと、吸気通路１０に配置され、開度の制御が可能なスロットル弁１６と、目標空気量に応じた動弁特性にて吸気弁１２が動作するように可変動弁機構１４Ａを制御するとともに、可変動弁機構１４Ａの制御のみでは吸入空気量を目標空気量まで絞り込めない制御限界領域ではスロットル弁１６の開度を制御する空気量制御装置としてのＥＣＵ２０とを備えた吸気制御装置において、目標空気量が制御限界領域に設定された状態で内燃機関１に対する要求負荷が増加した場合、スロットル弁１６の開度の制御に同期して、吸気弁１２の作用角が一時的に増加するように可変動弁機構１４Ａを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダへの吸入空気量が変化するように吸気弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構と、吸気通路に配置され、開度の制御が可能なスロットル弁と、目標空気量に応じた動弁特性にて前記吸気弁が動作するように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記可変動弁機構の制御のみでは吸入空気量を目標空気量まで絞り込めない制御限界領域では、前記目標空気量への制御を実現すべく前記スロットル弁の開度を制御する空気量制御手段と、を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
前記内燃機関に対する要求負荷を検出する要求負荷検出手段と、
前記目標空気量が前記制御限界領域に設定された状態で前記要求負荷検出手段が検出する要求負荷が増加した場合、前記スロットル弁の開度の制御に同期して、前記空気量が増加する方向に前記吸気弁の動弁特性が所定期間補正されかつ前記所定期間の経過後は前記空気量が減少する方向に前記吸気弁の動弁特性が戻されるように前記可変動弁機構を制御する動弁特性補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記動弁特性補正手段は、前記要求負荷の増加率が所定値を超えたことを条件として、前記空気量が増加する方向に前記吸気弁の動弁特性が所定期間補正されかつ前記所定期間の経過後は前記空気量が減少する方向に前記吸気弁の動弁特性が戻されるように前記可変動弁機構の動作を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項３】
前記動弁特性補正手段は、前記要求負荷の増加率が大きいときは小さいときよりも前記所定期間が長くなるように前記増加率に基づいて前記所定期間を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸気制御装置。
【請求項４】
前記動弁特性補正手段は、前記動弁特性として前記吸気弁の作用角が変化するように前記可変動弁機構を制御し、前記所定期間では、前記吸気弁の作用角を前記内燃機関の機関回転数に応じて定まる最大作用角に補正する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸気制御装置。
【請求項５】
前記動弁特性補正手段は、前記要求負荷の増加率が大きいときは小さいときよりも前記空気量が増加する方向への前記動弁特性の補正量が大きくなるように、前記増加率に基づいて前記補正量を変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸気制御装置。
【請求項６】
前記動弁特性補正手段は、前記動弁特性として前記吸気弁の作用角が変化するように前記可変動弁機構を制御し、前記所定期間において、前記要求負荷の増加率が大きいときは小さいときよりも前記作用角の補正量が大きくなるように前記増加率に基づいて前記補正量を変化させる、ことを特徴とする請求項５に記載の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変動弁機構とスロットル弁とを併用して吸入空気量を制御する内燃機関の吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変動弁機構を利用して内燃機関のシリンダに吸入される空気量を制御する吸気量制御装置においては、吸気弁の最小作用角の制限から、吸入空気量を目標空気量まで絞り込めない制御限界領域が存在する。すなわち、吸気弁を開閉するには一定以上の時間が必要であり、その時間内に吸入される空気量よりも目標空気量が小さい場合には吸気弁の制御のみでは目標空気量を得ることができない。このような制御限界領域において吸入空気量を目標空気量に制御するため、目標空気量が制御限界領域にある場合に吸気弁の作用角を最大作用角に固定し、スロットル弁の開度を調整して吸入空気量を目標空気量に制御する吸気制御装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２２１０７２号公報
【特許文献２】特開２００５−１８８２８４号公報
【特許文献３】特開２００４−１１６３８５号公報
【特許文献４】特開２００４−０５２６７７号公報
【特許文献５】特開平４−３２１７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スロットル弁を利用して空気量を制御する場合、スロットル弁からシリンダの吸気ポートに至るまでの吸気通路（サージタンク、吸気マニホールド等を含む。）に空気が満たされてからシリンダ内に空気が導入されるため、スロットル弁の開度変化の影響がシリンダへの吸入空気量に現れるまでに応答遅れがある。このため、スロットル弁にて空気量を制御する場合には、可変動弁機構による空気量制御と比較して制御の応答性が低下する。特に、制御限界領域内にて内燃機関に対する要求負荷が急激に増加する場合、応答遅れの影響が顕著に出現し、運転者が意図する加速感が得られないおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は可変動弁機構の制御のみでは目標空気量が得られない制御限界領域において、空気量制御の応答性を向上させることが可能な内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の吸気制御装置は、シリンダへの吸入空気量が変化するように吸気弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構と、吸気通路に配置され、開度の制御が可能なスロットル弁と、目標空気量に応じた動弁特性にて前記吸気弁が動作するように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記可変動弁機構の制御のみでは吸入空気量を目標空気量まで絞り込めない制御限界領域では、前記目標空気量への制御を実現すべく前記スロットル弁の開度を制御する空気量制御手段と、を備えた内燃機関の吸気制御装置において、前記内燃機関に対する要求負荷を検出する要求負荷検出手段と、前記目標空気量が前記制御限界領域に設定された状態で前記要求負荷検出手段が検出する要求負荷が増加した場合、前記スロットル弁の開度の制御に同期して、前記空気量が増加する方向に前記吸気弁の動弁特性が所定期間補正されかつ前記所定期間の経過後は前記空気量が減少する方向に前記吸気弁の動弁特性が戻されるように前記可変動弁機構を制御する動弁特性補正手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の吸気制御装置によれば、制御限界領域内で内燃機関に対する要求負荷が増加した場合、負荷の増加に見合った空気量が得られるように空気量制御手段によりスロットル弁の開度が増量される。このスロットル弁の開度制御に同期して、動弁特性補正手段により、所定期間だけ吸気弁の動弁特性が空気量を増加させる方向に補正される。この動弁特性の補正により、シリンダに流入する空気に対する抵抗が一時的に減少し、その結果、要求負荷が増加した初期の段階で、より多くの空気がシリンダに流入する。このため、空気量が目標空気量へとより迅速に制御され、空気量制御の応答性が向上する。所定期間が経過した後は、空気量が減少する方向へと吸気弁の動弁特性を戻すようにしたので、空気量制御の応答性を向上させるために必要な限度で吸気弁の動弁特性を一時的に変化させた後は、吸入空気量を制御限界領域付近まで絞り込むための手段として吸気弁を機能させることができる。これにより、スロットル弁の開度は、制御限界領域の空気量の上限値と目標空気量との差分に相当する空気量を調整するように制御すればよく、スロットル弁の開度の変化に対する空気量の変動幅が、吸気弁の作用角を最大作用角に固定する従来技術と比較して小さくなる。このため、空気量が絶対的に小さい制御限界領域内において、スロットル弁の開度調整により空気量を微細かつ高精度に制御することが可能となる。
【０００８】
本発明の一形態において、前記動弁特性補正手段は、前記要求負荷の増加率が所定値を超えたことを条件として、前記空気量が増加する方向に前記吸気弁の動弁特性が所定期間補正されかつ前記所定期間の経過後は前記空気量が減少する方向に前記吸気弁の動弁特性が戻されるように前記可変動弁機構の動作を制御してもよい（請求項２）。この形態によれば、要求負荷の増加率が所定値を超えた場合に限って、吸気弁の動弁特性を変化させて応答性を向上させることができる。従って、要求負荷が比較的急激に増加するような場合には吸気弁の動弁特性を一時的に変化させて応答性を向上させ、要求負荷の増加が比較的緩やかで、スロットル弁の開度制御のみで十分な応答性が得られる範囲では、吸気弁の動弁特性を変化させることなく、スロットル弁の開度調整のみで空気量を制御する、といった制御の使い分けが可能となる。
【０００９】
本発明の一形態において、前記動弁特性補正手段は、前記要求負荷の増加率が大きいときは小さいときよりも前記所定期間が長くなるように前記増加率に基づいて前記所定期間を変化させてもよい（請求項３）。この形態によれば、要求負荷の増加率が大きいときは所定期間がより長く設定されることにより、空気量がより迅速に目標空気量へと制御される。従って、制御限界領域内における空気量制御の応答性を要求負荷の増加の程度に合わせて適切に変化させることができる。
【００１０】
本発明の一形態において、前記動弁特性補正手段は、前記動弁特性として前記吸気弁の作用角が変化するように前記可変動弁機構を制御し、前記所定期間では、前記吸気弁の作用角を前記内燃機関の機関回転数に応じて定まる最大作用角に補正してもよい（請求項４）。この形態によれば、要求負荷の増加に対応して吸気弁の作用角を所定期間だけ最大作用角に補正することにより、要求負荷が増加した初期の段階でシリンダに流入する空気の抵抗を最大限に減少させ、それにより空気量制御の応答性を顕著に向上させることができる。
【００１１】
本発明の一形態において、前記動弁特性補正手段は、前記要求負荷の増加率が大きいときは小さいときよりも前記空気量が増加する方向への前記動弁特性の補正量が大きくなるように、前記増加率に基づいて前記補正量を変化させてもよい（請求項５）。この形態によれば、要求負荷の増加率が大きいときは動弁特性の補正量がより大きく設定されることにより、応答性の向上効果が高まり、空気量がより迅速に目標空気量へと制御される。
【００１２】
増加率に応じて動弁特性の補正量を変化させる形態において、前記動弁特性補正手段は、前記動弁特性として前記吸気弁の作用角が変化するように前記可変動弁機構を制御し、前記所定期間において、前記要求負荷の増加率が大きいときは小さいときよりも前記作用角の補正量が大きくなるように前記増加率に基づいて前記補正量を変化させてもよい（請求項６）。この形態によれば、要求負荷の増加に対応して吸気弁の作用角を一時的に増加させることにより、空気量制御の応答性を向上させることができる。しかも、その作用角の補正量を変化させることにより、制御限界領域内における空気量制御の応答性を要求負荷の増加の程度に合わせて適切に変化させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明によれば、制御限界領域内で内燃機関に対する要求負荷が増加した場合において、スロットル弁による空気量制御に同期して、所定期間だけ吸気弁の動弁特性が空気量を増加させる方向に補正するので、要求負荷が増加した初期の段階でより多くの空気をシリンダに流入させ、それにより空気量を目標空気量へとより迅速に制御して空気量制御の応答性を向上させることができる。しかも、所定期間が経過した後は、空気量が減少する方向へと吸気弁の動弁特性を戻すようにしたので、吸入空気量が絶対的に小さい制御限界領域において、スロットル弁の開度調整により空気量を微細かつ高精度に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１の形態］
図１は本発明の内燃機関の吸気制御装置を搭載した内燃機関の一形態の要部を示している。内燃機関１は、自動車に走行用駆動源として搭載される直列４気筒型の火花点火ガソリンエンジンである。内燃機関１において、４つ（図１では１つのみ示す。）のシリンダ２のそれぞれには、コネクティングロッド５を介してクランク軸４に連結されたピストン３が往復運動自在に設けられている。各シリンダ２には燃焼室６が形成され、燃焼室６に臨むようにして点火プラグ７が設けられている。各シリンダ２には吸気通路１０及び排気通路１１が接続されている。吸気通路１０の吸気ポート１０ａとシリンダ２との間は吸気弁１２にて開閉され、排気通路１１の排気ポート１１ａとシリンダ２との間は排気弁１３にて開閉される。吸気弁１２及び各排気弁１３は、互いに同一構成の電磁駆動機構（可変動弁機構）１４Ａ、１４Ｂにて開閉駆動される。電磁駆動機構１４Ａ、１４Ｂは、それぞれ２つの電磁コイル１４ａ、１４ａを備え、これらの電磁コイル１４ａ、１４ａへの励磁電流の印可時期及び大きさをそれぞれ調整することにより、吸気弁１２又は排気弁１３の動弁特性、すなわち開弁開始時期、閉弁終了時期、リフト量、作用角（開弁時間）をそれぞれ独立して制御可能な公知の可変動弁機構である。
【００１５】
吸気弁１２よりも上流側の吸気通路１０には、燃料噴射弁１５が設けられ、吸気通路１０のサージタンク１０ｂよりも上流側にはスロットル弁１６が設けられている。スロットル弁１６は不図示のアクチュエータを備え、所定の制御信号により開度の制御が可能である。エアクリーナ（不図示）で濾過された吸入空気はスロットル弁１６を通過して吸気ポート１０ａに導かれる。吸気ポート１０ａでは、吸入空気に対して燃料噴射弁１５から燃料が噴射されることによって混合気が形成され、その混合気は吸気弁１２の開閉動作に応じて燃焼室６に導かれる。燃焼室６に導かれた混合気は点火プラグ７の火花にて着火されて燃焼し、これによってピストン３が押し下げられてクランク軸４が駆動される。混合気の燃焼後には、排気弁１３が開弁されて排気通路１１へ排気が導かれ、三元触媒等の排気浄化装置１７で有害物質が浄化されてから消音器（不図示）を介して大気に排出される。
【００１６】
点火プラグ７、電磁駆動機構１４Ａ、１４Ｂ、燃料噴射弁１５、及びスロットル弁１６等の内燃機関１の各部の動作はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）２０によって制御される。ＥＣＵ２０はマイクロプロセッサ及びそのマイクロプロセッサの動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を備えた周知のコンピュータユニットとして構成される。ＥＣＵ２０は、各種センサから入力される信号に基づいて内燃機関１の運転状態を判別し、かつ、目標とする運転状態が得られるように点火時期、燃料噴射量等を制御する。ＥＣＵ２０に接続される主なセンサとしては、クランク軸４の位置（角度）に応じた信号を出力するクランク角センサ２１、吸入空気量（流量）に対応した信号を出力するエアフローメータ２２、スロットル弁１６の開度に応じた信号を出力するスロットル開度センサ２３、アクセルペダル２４の開度（踏込量）に応じた信号を出力するアクセル開度センサ２５等が設けられている。その他にも各種のセンサが設けられてＥＣＵ２０に接続されているが、それらの図示は省略する。
【００１７】
内燃機関１を目標の運転状態に制御するための処理の一つとして、ＥＣＵ２０は、電磁駆動機構１４Ａによる吸気弁１２の作用角、及びスロットル弁１６の開度を適宜に変化させることにより、シリンダ２への吸入空気量を目標空気量に制御する。つまり、ＥＣＵ２０は本発明における空気量制御手段として機能する。ここでいう吸入空気量は一回の吸気行程でシリンダ２に吸入される空気量を意味する。吸気弁１２の作用角を変化させて吸入空気量を調整する場合には、シリンダ２の直前にて空気量の調整が行われるため、スロットル弁１６にて吸入空気量を調整する場合と比較して制御の応答遅れが小さい利点がある。そこで、ＥＣＵ２０は、通常、吸気通路１０のスロットル弁１６の開度を全開付近に設定し、シリンダ２への吸入空気量が目標空気量に一致するように電磁駆動機構１４Ａを介して吸気弁１２の作用角を制御する。しかしながら、図２に示したように、吸気弁１２の作用角を最小作用角に制御しても、吸気弁１２のバルブ時間面積（吸気弁１２のリフト量の時間による積分値）を０に設定することはできない。このため、吸入空気量の制御においては、吸気弁１２の作用角の制御のみでは吸入空気量を目標空気量まで絞り込めない制御限界領域が存在する。このような制御限界領域において吸入空気量を調整する必要が生じた場合、ＥＣＵ２０はスロットル弁１６の開度を変化させて吸入空気量を目標空気量に制御する。
【００１８】
図３は、スロットル弁１６の開度が最大値に設定された状態（この状態をＷＯＴと呼ぶことがある。）において、吸気弁１２の作用角の制御によって得られる内燃機関１のトルク（ＷＯＴトルク）と、機関回転数（クランク軸４の回転数）との関係を示している。なお、トルクはシリンダ２への吸入空気量と相関することから、縦軸は吸入空気量と読み替えてもよい。図中の実線Ｔｏｐｔは吸気弁１２の作用角を運転状態に応じた最適値に制御したときに得られる最大のＷＯＴトルクであり、実線Ｔｍｉｎは吸気弁１２の作用角を最小作用角に制御したときに得られる最小のＷＯＴトルクである。吸気弁１２の作用角の制御によって得られるトルクは実線Ｔｏｐｔ、Ｔｍｉｎに挟まれた領域に制限され、実線Ｔｍｉｎよりも下側のトルクは作用角制御のみでは得ることができない。但し、実線Ｔｍｉｎと横軸との交点Ｐ０よりも右側の領域では最小作用角に対応するＷＯＴトルクが負の値であるため、吸気弁１２の作用角を最小作用角よりも増加させることによって目標トルクが得られる。従って、交点Ｐ０よりも左側の領域が、吸気弁１２の作用角制御のみでは目標空気量を実現できない制御限界領域に相当する。その制御限界領域で吸入空気量を制御する必要が生じた場合、ＥＣＵ２０は、スロットル弁１６の開度を調整することにより、吸入空気量を目標トルクに対応した目標空気量へと制御する。例えば、制御限界領域内のＰ１点にて内燃機関１が運転されている状態で、目標とする運転状態が制御限界領域内のＰ２点へと変化した場合、ＥＣＵ２０はＰ２点に対応する目標空気量が得られるようにスロットル弁１６の開度を制御する。
【００１９】
ところで、スロットル弁１６による空入空気量の制御には、吸気弁１２の作用角制御によるそれに比較して応答性が低下するという欠点がある。そこで、ＥＣＵ２０はスロットル弁１６の開度制御に同期して、吸気弁１２の作用角を一時的に増加させることにより、空気量制御の応答性の向上を図る。このような制御は、ＥＣＵ２０が図４に示す吸気弁作用角制御ルーチンを所定の周期で繰り返し実行することによって実現される。
【００２０】
図４の吸気弁作用角制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ２０はまずステップＳ１で、クランク角センサ２１の出力信号から特定される機関回転数、及びアクセル開度センサ２５の出力信号から特定されるアクセル開度とに基づいて、内燃機関１の目標空気量を算出する。ここで、アクセル開度は、内燃機関１に対して要求される負荷を代表する物理量として参照される。つまり、本形態ではアクセル開度センサ２５が要求負荷検出手段として機能する。次のステップＳ２において、ＥＣＵ２０は目標空気量からスロットル弁１６の開度の目標値（目標スロットル開度）を算出する。目標空気量が上述した制御限界領域内の場合、目標スロットル開度はその目標空気量を得るために必要な開度に設定される。一方、目標空気量が上述した制御限界領域外の場合、目標スロットル開度は吸気通路１０の吸気圧を目標値に制御するために必要な開度に設定される。
【００２１】
続くステップＳ３において、ＥＣＵ２０は作用角補正中フラグがオフか否か判断する。オフの場合、ＥＣＵ２０はステップＳ４に進み、目標空気量と機関回転数とに基づいて吸気弁１２の作用角の目標値（目標作用角）を算出する。目標空気量が制御限界領域内の場合は目標作用角が最小作用角に設定され、制御限界領域外の場合は目標空気量を得るために必要な作用角が目標作用角として設定される。次のステップＳ５において、ＥＣＵ２０は目標作用角が最小作用角に一致するか否か判断する。最小作用角に一致している場合、ＥＣＵ２０はステップＳ６に進み、アクセル開度の増加率が所定値を超えているか否か判断する。増加率は、例えばアクセル開度センサ２５の出力信号の微分値に基づいて特定すればよい。あるいは、所定のサンプリング時間内に検出されたアクセル開度の増加量をサンプリング時間で除して増加率を求めてもよい。
【００２２】
ステップＳ６にてアクセル開度の増加率が所定値よりも大きい場合、ＥＣＵ２０はステップＳ７に進み、目標作用角を現在の機関回転数にて許容される最大作用角に補正する。なお、開弁期間の中心位置（図２の縦軸位置）は最小作用角の場合と同一でよい。続くステップＳ８で、ＥＣＵ２０は作用角補正中フラグをオンに設定し、さらにステップＳ９で作用角補正継続時間を計時するためのタイマの値を初期値０にセットし、その初期値からタイマカウントを開始する。続くステップＳ１０にて、ＥＣＵ２０は、タイマの値を参照して、作用角の補正開始後、一定時間が経過したか否か判断する。ここで設定される一定時間は、スロットル弁１６の開度制御のみで吸入空気量を目標空気量まで増加させるために必要な時間よりも短く設定してよい。ステップＳ１０で一定時間が経過している場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１１で作用角補正中フラグをオフし、その後、今回のルーチンを終了する。
【００２３】
ステップＳ３にて作用角補正中フラグがオフではない場合、つまり作用角補正中フラグがオンの場合、ＥＣＵ２０はステップＳ４〜Ｓ９をスキップしてステップＳ１０へ進む。ステップＳ５、Ｓ６又はＳ１０が否定判断された場合、ＥＣＵ２０は以降のステップへ進むことなく今回のルーチンを終了する。以上の手順にて設定された目標作用角及び目標スロットル開度は、ＥＣＵ２０による電磁駆動機構１４Ａ及びスロットル弁１６の動作制御に反映される。これにより、吸気行程における吸気弁１２の開弁期間が目標作用角に制御され、かつスロットル弁１６の開度が目標スロットル開度に制御される。
【００２４】
以上の処理によれば、目標空気量が制御限界領域に設定されている状態でアクセルペダル２４が急激に踏み込まれた場合、ステップＳ５及びＳ６の条件が満たされ、ステップＳ７〜Ｓ１０の処理により目標作用角が一時的に最大作用角に設定される。その結果、アクセル開度の急激な増加が検出されると、それに合わせて吸気弁１２の作用角が一定時間だけ最大作用角に一致するように電磁駆動機構１４Ａの動作が制御される。最大作用角への制御開始から一定時間が経過すると、ステップＳ１１にて作用角補正中フラグがオフとなり、次のルーチンでステップＳ３が肯定判断される。その時点で目標空気量が上述した制御限界領域内であれば、ステップＳ４で目標作用角が最小作用角に設定されて吸気弁１２の作用角が最小作用角へと制御される。この場合、スロットル弁１６による吸入空気量の制御が引き続き行われる。
【００２５】
図５は、図４のルーチンが実行された場合における、アクセル開度、目標空気量、目標スロットル開度、目標作用角及び実空気量（実際に吸入された空気量）の関係の一例を示すタイムチャートである。なお、チャート上の全期間を通じて目標空気量は制御限界領域内である。時刻ｔ０〜ｔ１ではアクセル開度が小さく、そのため目標空気量及び目標スロットル開度も相対的に小さな値に設定される。また、目標作用角は制御限界領域にあるために最小作用角に設定される。この状態から、時刻ｔ１にてアクセル開度が急激に増加すると、それに対応して目標空気量も急激に増加し、それに合わせて目標スロットル開度も増加する。この場合において、仮に吸気弁１２の作用角が最小作用角に維持されるとすれば、実空気量は、図中に想像線で示した比較例のように、スロットル弁１６の開度変化に対する応答遅れの影響で緩やかに目標空気量まで増加する。しかしながら、上記の形態では、目標スロットル開度の増加に同期して、時刻ｔ１〜ｔ２間で目標作用角が最大作用角に設定される。従って、スロットル弁１６の開度の増加に同期して吸気弁１２のバルブ時間面積が増加し、吸気ポート１０ａからシリンダ２へ流入する空気に対する抵抗が減少する。この結果、実空気量は、実線で示された実施例のように比較例よりも速やかに立ち上がり、実空気量が目標空気量へと速やかに制御される。これにより、アクセル開度の急激な増加に対して十分な応答性を確保することができる。
【００２６】
また、時刻ｔ２以降は吸気弁１２の作用角が最小作用角へと戻されるため、制御限界領域では吸気弁１２の作用角が最小作用角に制御されていることを前提として目標スロットル開度を決定すればよい。吸気弁１２の作用角が最小作用角に設定されている場合には、作用角を最大作用角に設定した場合と比較して、吸気弁１２の作用角制御によって制御限界領域の上限値まで吸入空気量が絞り込まれているため、その制御限界領域の上限値と目標空気量との差分に相当する空気量をスロットル弁１６の開度調整によって絞り込めばよく、吸気弁１２の作用角を最大作用角又はその近傍に固定した場合と比較して、スロットル弁１６の開度の調整範囲に対する空気量の変動幅が小さい。つまり、吸気弁１２の作用角を最大作用角又はその近傍に固定した場合にはスロットル弁１６の開度を最大に設定したときの空気量が制御限界領域を大きく超えるが、吸気弁１２の作用角を最小作用角に戻した場合には、スロットル弁１６の開度を最大に設定しても、吸入空気量は制御限界領域における上限値に制限される。従って、本形態によれば、制御限界領域内において、スロットル弁１６の開度調整により、吸入空気量を微細かつ高精度に制御することができる。
【００２７】
［第２の形態］
次に、図６及び図７を参照して本発明の第２の形態に係る吸気制御装置を説明する。本形態は、制御限界領域において吸気弁１２の作用角を最大作用角に補正する時間を可変としたものである。このような操作を実現するため、ＥＣＵ２０は図４に示した吸気弁作用角制御ルーチンに代えて図６の吸気弁作用角制御ルーチンを実行する。なお、吸気制御装置及びこれが搭載される内燃機関１の要部の構成は図１のそれらと同様である。従って、以下では吸気弁作用角制御ルーチンの相違点を中心として説明し、第１の形態との共通部分は説明を省略する。
【００２８】
図６の吸気弁作用角制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ２０はステップＳ１〜Ｓ６までは図４のルーチンと同様の処理を実行する。ステップＳ６にてアクセル開度の増加率が所定値を超えると判断した場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２１に進み、吸気弁１２の作用角を最大作用角に補正する時間（作用角補正時間）をアクセル開度の増加率に基づいて算出する。例えば、アクセル開度の増加率が大きいときは小さいときと比較して作用角補正時間を長く設定する。作用角補正時間の設定においては、さらに機関回転数を考慮してもよい。例えば、機関回転数が高いときは低いときよりも応答性の要求が高いため、アクセル開度の増加率が同一であっても機関回転数が高いほど作用角補正時間をより長く設定することが考えられる。
【００２９】
作用角補正時間の算出後、ＥＣＵ２０は図４のルーチンと同様にステップＳ７〜Ｓ９の処理を実行する。そして、ステップＳ９にてタイマカウント開始した後、又はステップＳ３にて作用角補正フラグがオンと判断した場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２２に進み、タイマの値を参照して、作用角の補正開始後、ステップＳ２１で算出した作用角補正時間が経過したか否か判断する。ステップＳ２２で作用角補正時間が経過している場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１１で作用角補正中フラグをオフし、その後、今回のルーチンを終了する。
【００３０】
図７は、図６の吸気弁作用角制御ルーチンが実行された場合における、アクセル開度、目標空気量、目標スロットル開度、目標作用角及び実空気量の関係の一例を示すタイムチャートである。図７では、アクセル開度の増加率が大きい場合を破線で、小さい場合を実線でそれぞれ示している。但し、いずれの増加率も図６のステップＳ６における所定値を超える値である。アクセル開度は時刻ｔ１で増加し、それに伴って目標作用角も同時刻に最大作用角へと補正されるが、その最大作用角が維持される時間長は、アクセル開度の増加率が小さい場合において時刻ｔ２まで、アクセル開度の増加率が大きい場合において、より遅い時刻ｔ３までとされる。時刻ｔ１〜ｔ２の時間長は増加率が小さい場合の作用角補正時間に相当し、時刻ｔ１〜ｔ３の時間長は増加率が大きい場合の作用角補正時間に相当する。いずれの場合でも、目標作用角が最小作用角に固定される比較例よりも、実空気量が目標空気量へと早期に制御されるが、アクセル開度の増加率が大きい場合には、作用角補正時間が増加することにより、実空気量がより早く目標空気量へと制御される。アクセル開度の増加率は、運転者が意図する加速の程度を反映していると考えられるので、上記のように作用角補正時間を変化させることにより、空気量制御の応答性に対して運転者の意図をより適切に反映させることができる。
【００３１】
［第３の形態］
次に、図８及び図９を参照して本発明の第３の形態に係る吸気制御装置を説明する。本形態は、制御限界領域における吸気弁１２の作用角の増加方向への補正量を可変としたものである。このような操作を実現するため、ＥＣＵ２０は図４に示した吸気弁作用角制御ルーチンに代えて図８の吸気弁作用角制御ルーチンを実行する。なお、吸気制御装置及びこれが搭載される内燃機関１の要部の構成は図１のそれらと同様である。従って、以下では吸気弁作用角制御ルーチンの相違点を中心として説明し、第１の形態との共通部分は説明を省略する。
【００３２】
図８の吸気弁作用角制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ２０はステップＳ１〜Ｓ６までは図４のルーチンと同様の処理を実行する。ステップＳ６にてアクセル開度の増加率が所定値を超えると判断した場合、ＥＣＵ２０はステップＳ３１に進み、吸気弁１２の作用角を増加方向に補正する量（作用角補正量）をアクセル開度の増加率に基づいて算出する。例えば、アクセル開度の増加率が大きいときは小さいときと比較して作用角補正量を大きく設定する。作用角補正量の設定においては、さらに機関回転数を考慮してもよい。例えば、機関回転数が高いときは低いときよりも応答性の要求が高いため、アクセル開度の増加率が同一であっても機関回転数が高いほど作用角補正量をより大きく設定することが考えられる。
【００３３】
作用角補正時間の算出後、ＥＣＵ２０はステップＳ３２に進み、目標作用角をステップＳ４で算出した目標作用角にステップＳ３１で算出した作用角補正量を加えた値に補正する。この後、ＥＣＵ２０は図４のルーチンと同様にステップＳ８以下の処理を続行する。ステップＳ３２で、目標作用角に作用角補正量が加えられることにより、ステップＳ１０が否定判断されるまで目標作用角が増加方向に補正され、その補正後の目標作用角に従って電磁駆動機構１４Ａの動作が制御される。
【００３４】
図９は、図８の吸気弁作用角制御ルーチンが実行された場合における、アクセル開度、目標空気量、目標スロットル開度、目標作用角及び実空気量の関係の一例を示すタイムチャートである。図９では、アクセル開度の増加率が大きい場合を破線で、小さい場合を実線でそれぞれ示している。但し、いずれの増加率も図８のステップＳ６における所定値を超える値である。アクセル開度は時刻ｔ１で増加し、それに伴って目標作用角も時刻ｔ１〜ｔ２間で最小作用角から作用角補正量だけ増加方向に補正されるが、その作用角補正量はアクセル開度の増加率が大きいほどより大きな値となる。作用角が増加方向に補正された場合には、目標作用角が最小作用角に固定される比較例よりも、実空気量が目標空気量へと早期に制御されるが、アクセル開度の増加率が大きい場合には、作用角補正量がより大きな値に設定されることにより、実空気量がより早く目標空気量へと制御される。アクセル開度の増加率は、運転者が意図する加速の程度を反映していると考えられるので、上記のように作用角補正量を変化させることにより、空気量制御の応答性に対して運転者の意図をより適切に反映させることができる。
【００３５】
以上の各形態においては、ＥＣＵ２０が図４、図６又は図８のルーチンを実行することにより本発明の動弁特性補正手段として機能する。但し、本発明は以上の形態に限ることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、第１の形態のステップＳ７において、吸気弁１２の目標作用角は、補正前のそれと比較してより大きな値に設定されていればよく、補正後の目標作用角が必ずしも最大作用角に設定されなくてもよい。第２の形態及び第３の形態を組み合わせて、アクセル開度の増加率に応じて作用角補正時間及び作用角補正量の両者を変化させ、あるいは作用角補正時間の増減と作用角補正量の増減とを適宜に使い分けてもよい。さらに、上記の各形態ではアクセル開度の増加率が所定値を超えた場合に限って作用角を増加させたが、例えば第２の形態において、アクセル開度の増加率が大きいほど作用角補正時間を増加させ、あるいは第３の形態において、アクセル開度の増加率が大きいほど作用角補正量を増加させるようにすれば、ステップＳ６は省略してもよい。内燃機関の要求負荷はアクセル開度センサを利用して検出する例に限らず、各種の手段により要求負荷を検出してよい。要求負荷の検出は、要求負荷に相関するパラメータから要求負荷を推定する場合もその一態様に含む。
【００３６】
上記の形態では吸気弁１２の作用角を増加方向に補正することにより空気量制御の応答性を向上させているが、吸気弁１２のリフト量、開弁時期、閉弁時期といった他の動弁特性を吸入空気量が増加する方向に補正することにより応答性を向上させてもよい。すなわち、空気量制御の応答性を向上させるためには、吸気弁の動弁特性のうち、空気量の増加に寄与する一以上の特性を内燃機関の要求負荷の増加に同期して一時的に変化させればよい。可変動弁機構は電磁駆動機構によるものに限らず、動弁特性を変更可能な各種の機構を用いてよい。例えばカムを機械的に切り替える可変動弁機構、カム軸を電動モータにて駆動する可変動弁機構等を利用することができる。
【００３７】
本発明は、吸気弁の動弁特性の制御のみでは吸入空気量を目標空気量まで絞り込めない制御限界領域でスロットル弁を制御して吸入空気量を調整する限りにおいて、各種の型式の内燃機関に適用することができる。例えば内燃機関の気筒数、燃料の噴射方式、点火方式は上記の形態に限らず、適宜の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の吸気制御装置が適用された内燃機関の一形態を示す図。
【図２】吸気弁の動弁特性の一例を示す図。
【図３】アクセル開度が最大値に設定された状態において、吸気弁の作用角の制御によって得られる内燃機関のトルクと、機関回転数との関係を示す図。
【図４】第１の形態においてＥＣＵが実行する吸気弁作用角制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】図４のルーチンが実行された場合における、アクセル開度、目標空気量、目標スロットル開度、目標作用角及び実空気量（実際に吸入された空気量）の関係の一例を示すタイムチャート。
【図６】第２の形態においてＥＣＵが実行する吸気弁作用角制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】図６のルーチンが実行された場合における、アクセル開度、目標空気量、目標スロットル開度、目標作用角及び実空気量（実際に吸入された空気量）の関係の一例を示すタイムチャート。
【図８】第３の形態においてＥＣＵが実行する吸気弁作用角制御ルーチンを示すフローチャート。
【図９】図８のルーチンが実行された場合における、アクセル開度、目標空気量、目標スロットル開度、目標作用角及び実空気量（実際に吸入された空気量）の関係の一例を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００３９】
１  内燃機関
２  シリンダ
１０  吸気通路
１１  排気通路
１２  吸気弁
１３  排気弁
１４Ａ  電磁駆動機構（可変動弁機構）
１６  スロットル弁
２０  エンジンコントロールユニット（空気量制御手段、動弁特性補正手段）
２５  アクセル開度センサ（要求負荷検出手段）
【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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【図８】
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【図９】
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