(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルバルブの開度を略固定し、吸気バルブのバルブタイミングを可変に制御してエンジンの吸入空気量を制御する運転領域と、前記吸気バルブの作動角を最小作動角に固定し、前記スロットルバルブの開度を可変に制御して前記エンジンの吸入空気量を制御する運転領域とに分けて、前記エンジンの吸入空気量を制御するよう構成されたエンジンの吸入空気量制御装置であって、
前記バルブタイミングによる吸入空気量制御における目標吸入空気量に対する実際の吸入空気量の応答性が、前記スロットルバルブの開度を制御することによって前記エンジンの吸入空気量を制御する場合の目標吸入空気量に対する実際の吸入空気量の応答性と略同等になるように、前記バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答性を強制的に鈍らす処理を行うよう構成された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】
前記目標吸入空気量に基づいて演算された目標バルブタイミングに応答を遅らせる補正を施し、該補正後の目標バルブタイミングに基づいてバルブタイミングを制御することで、前記バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答性を強制的に鈍らすことを特徴とする請求項１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】
本発明は吸気バルブのバルブタイミング制御によって、エンジンの吸入空気量を制御する構成のエンジンの吸入空気量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、閉弁用電磁コイルと開弁用電磁コイルとを備え、吸気バルブや排気バルブを、前記電磁コイルによる電磁力で開閉駆動する構成の電磁駆動式バルブが知られている（特開平８−２０００２５号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記電磁駆動式のバルブであれば、バルブタイミングを連続的かつ広範囲に制御でき、吸気バルブとして前記電磁駆動式のものを用い、該吸気バルブの閉時期を目標吸入空気量に応じて例えば早める制御（早閉じ制御）をすれば、吸気を大気圧状態で取り入れつつ、吸入空気量（シリンダ吸入空気量）を制御することが可能となり、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】
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、前記インテークマニホールドや吸気コレクタ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】
また、吸気バルブタイミングによる吸入空気量の制御と、スロットルバルブによる吸入空気量の制御とを、運転領域によって使い分ける構成とした場合、吸気バルブタイミングの制御時における空気量の応答性と、スロットル制御時における空気量の応答性とが異なるため、制御の切り換え時にトルク段差が発生してしまう可能性があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気バルブのバルブタイミングによってエンジンの吸入空気量を制御する吸入空気量制御装置において、急激なアクセル操作が行われても、急激なトルク変動の発生を招くことがなく、また、吸気バルブのバルブタイミングによる空気量制御とスロットルの開度による空気量制御との切り換え時にトルク段差が生じることを回避できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、スロットルバルブの開度を略固定し、吸気バルブのバルブタイミングを可変に制御してエンジンの吸入空気量を制御する運転領域と、前記吸気バルブの作動角を最小作動角に固定し、前記スロットルバルブの開度を可変に制御して前記エンジンの吸入空気量を制御する運転領域とに分けて、前記エンジンの吸入空気量を制御するよう構成されたエンジンの吸入空気量制御装置であって、前記バルブタイミングによる吸入空気量制御における目標吸入空気量に対する実際の吸入空気量の応答性が、前記スロットルバルブの開度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場合の目標吸入空気量に対する実際の吸入空気量の応答性と略同等になるように、前記バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答性を強制的に鈍らす処理を行う構成した。
【０００９】
かかる構成によると、スロットルバルブによる吸入空気量制御よりも、バルブタイミングによる吸入空気量制御の方が、インテークマニホールドや吸気コレクタによる遅れがない分だけ本来的には高い応答性を示すが、バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答性を鈍らすことで、スロットルバルブによる吸入空気量制御の応答性と略同等になるようにするので、スロットルバルブの開度を制御する領域と、バルブタイミングを制御する領域との間での切り換え時に、空気量制御の応答性が大きく変化することがない。
【００１２】
請求項２記載の発明では、前記目標吸入空気量に基づいて演算された目標バルブタイミングに応答を遅らせる補正を施し、該補正後の目標バルブタイミングに基づいてバルブタイミングを制御することで、前記バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答性を強制的に鈍らすよう構成した。
【００１３】
かかる構成によると、目標吸入空気量に対するバルブタイミングの応答が遅れ、結果的に、バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答が鈍ることになる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、バルブタイミングによる吸入空気量制御時に、スロットル開度による吸入空気量の制御時と略同等の応答性が得られ、パワートレイン系への加振及び運転性への影響を防止できると共に、スロットルバルブの開度を制御する領域と、バルブタイミングを制御する領域との間での切り換え時に、吸入空気量の応答性が大きく変化することがなく、以って、前記切り換え時にトルク段差が生じることを防止できるという効果がある。
【００１７】
請求項２記載の発明によると、目標吸入空気量に基づいて演算された目標バルブタイミングに応答を遅らせる補正を施すことで、バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答が目標吸入空気量の変化に対して遅れ、目標吸入空気量が急激に変化しても、パワートレイン系への加振を抑制できるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態の全体構成を示す図１において、車両用の４サイクルガソリンエンジン１には、電磁動弁機構２により開閉時期が電子制御される吸気バルブ３及び排気バルブ４が各気筒に装着されている。
【００１９】
各気筒の吸気バルブ３上流側の吸気ポート５には、インジェクター６が装着され、燃焼室７には点火栓８が装着されている。また、前記点火栓８毎に点火コイル９が設けられている。
【００２０】
エンジン１の本体には、各気筒の基準ピストン位置で基準信号を出力すると共に、単位クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ10、吸入空気流量を検出するエアフローメータ11、冷却水温度を検出する水温センサ12が装着される。この他、図示しない車両のアクセルペダルの開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ13や車速センサ14等が配設されている。
【００２１】
前記各種センサ類の検出信号はコントロールユニット15に出力され、コントロールユニット15は、これらの検出信号に基づいて前記インジェクター６に噴射パルス信号を出力して燃料噴射量・燃料噴射時期の制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火時期の制御を行い、更に、前記電磁動弁機構２に弁駆動信号を出力して吸気バルブ３及び排気バルブ４のバルブタイミングを制御する。
【００２２】
また、吸気ポート５上流側にはスロットルバルブ16が介装され、このスロットルバルブ16はアクチュエータとしてのモータ17によって開閉駆動されるようになっている。
【００２３】
前記電磁動弁機構２の構成を図２に示す。
図２において電磁動弁機構２は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング21と、吸気バルブ３（又は排気バルブ４、以下吸気バルブ３で代表する) のステム31に一体に設けられてハウジング21内に移動自由に収納されるアーマチュア22と、該アーマチュア22を吸引して吸気バルブ３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア22の上面に対向する位置でハウジング21内に固定配置される閉弁用電磁石23と、該アーマチュア22を吸引して吸気バルブ３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア22の下面に対向する位置でハウジング21内に固定配置される開弁用電磁石24と、吸気バルブ３の閉弁方向に向けてアーマチュア22を付勢する閉弁側戻しバネ25と、吸気バルブ３の開弁方向に向けてアーマチュア22を付勢する開弁側戻しバネ26と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石23と開弁用電磁石24とを共に消磁したときに、吸気バルブ３は全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻しバネ25と開弁側戻しバネ26とのバネ力が設定され、閉弁用電磁石23のみを励磁したときに吸気バルブ３は閉弁し、開弁用電磁石24のみを励磁したときに吸気バルブ３は開弁するように駆動される。
【００２４】
前記電磁動弁機構２による吸気バルブ３及び排気バルブ４のバルブタイミングは、エンジン１の運転条件に基づいて設定された目標バルブタイミングとなるように制御されるが、特に、吸気バルブ３の閉時期ＩＶＣを、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて設定された目標吸入空気量（目標シリンダ吸入空気量：目標トルク）に基づいて早閉じ方向に可変制御してシリンダ吸入空気量を各気筒毎に制御するようになっている。
【００２５】
尚、前記閉時期ＩＶＣが吸気下死点前に制御されることで、所謂早閉じミラーサイクル運転が行われることになる。
上記のように、吸気バルブ３の閉時期ＩＶＣを早閉じ制御して吸入空気量を目標吸入空気量に制御するが、図３に示すように、前記早閉じ制御のみでは、低負荷・高回転領域（図３斜線示の領域）が目標吸入空気量（目標トルク）に制御できない領域となる。
【００２６】
即ち、上記電磁動弁機構２では、エンジン回転速度とは無関係にバルブ駆動速度が一定であって、一定の最小動作時間が必要であるため、高回転領域では最小作動角が大きくなる（閉時期がクランク角で遅くなる）。このため、スロットルバルブ16を全開に保持した状態で、電磁動弁機構２により吸気バルブ３を最小動作時間付近で開駆動させたときに得られる吸入空気量（図３に示すバルブタイミング制御領域とスロットル制御領域との境界の空気量）は高回転時ほど多くなり、高回転域では、吸気バルブ３を最小動作時間付近で開駆動させても目標吸入空気量に制御できない領域が発生するものである。
【００２７】
そこで、本実施の形態では、前記早閉じ制御によって吸入空気量を目標吸入空気量に制御できる領域（図３に示すバルブタイミング制御領域）では、スロットルバルブ16を略全開に保持し、目標吸入空気量に応じて吸気バルブ３の閉時期ＩＶＣを可変に制御する一方、吸気バルブ３を最小作動角にしても目標吸入空気量に制御することができない領域（図３に示すスロットル制御領域）では、吸気バルブ３を略最小作動角で開駆動する状態に保持する一方、スロットルバルブ16の開度を目標吸入空気量に応じて可変に制御するようにしてある。
【００２８】
具体的には、前記コントロールユニット15が、図４の制御ブロック図に示すようにして、吸気バルブ３のバルブタイミング制御とスロットルバルブ16の開度制御との協調制御を行う。
【００２９】
図４において、目標吸入空気量演算部101 では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに応じて予め目標吸入空気量を記憶したマップ（図５参照）から、そのときのアクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅに対応する目標吸入空気量を検索する。
【００３０】
尚、上記のようにアクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに応じて求められた目標吸入空気量に、アイドル運転に必要な空気量を付加し、これを最終的な目標吸入空気量とすることが好ましい。
【００３１】
前記目標吸入空気量演算部101 で演算された目標吸入空気量は、目標スロットル開度演算部102 と目標吸気バルブタイミング演算部103 とにそれぞれ出力される。また、前記目標スロットル開度演算部102 及び目標吸気バルブタイミング演算部103 には、前記目標吸入空気量の他、エンジン回転速度Ｎｅの信号が入力されるようになっている。
【００３２】
前記目標スロットル開度演算部102 では、図３に示すようなテーブルから、そのときのエンジン回転速度Ｎｅにおけるバルブタイミング制御領域とスロットル制御領域との境界の空気量（しきい値）を検索し、該検索したしきい値と前記目標吸入空気量とを比較することで、バルブタイミング制御領域とスロットル制御領域とのいずれであるかを判断する。また、前記しきい値を前記目標吸気バルブタイミング演算部103 に出力する。
【００３３】
ここで、バルブタイミング制御領域であれば、目標スロットル開度を略全開に固定し、スロットル制御領域であれば、前記目標吸入空気量及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて目標吸入空気量を得るための目標開口面積を求め、次いで、前記目標開口面積を目標スロットル開度に変換する。そして、スロットルバルブ16を、前記目標スロットル開度に駆動すべく、モータ17に開閉駆動信号を出力する。
【００３４】
一方、目標吸気バルブタイミング演算部103 では、前記目標スロットル開度演算部102 から出力されたしきい値と前記目標吸入空気量とを比較して、バルブタイミング制御領域とスロットル制御領域とのいずれであるかを判断する。
【００３５】
ここで、バルブタイミング制御領域であれば、前記目標吸入空気量に応じて吸気バルブ３の閉時期ＩＶＣを記憶したテーブル（図６参照）を検索し、そのときの目標吸入空気量に対応する閉時期ＩＶＣを求める。一方、スロットル制御領域であれば、一定の最小動作時間で吸気バルブ３を開駆動させるべく、前記一定の最小動作時間に対応する閉時期ＩＶＣを目標値としてエンジン回転速度Ｎｅに応じて設定し、各回転毎に最小作動角で吸気バルブ３が開駆動されるようにする。
【００３６】
前記目標吸気バルブタイミング演算部103 で演算された目標バルブタイミング（目標閉時期ＩＶＣ）は、応答性補正部104 に出力される。
前記応答性補正部104 では、スロットルバルブ16の開度によって吸入空気量を制御する場合と略同等の応答性とすべく、前記目標バルブタイミングに遅れ補正を施して、バルブタイミングによる吸入空気量制御の応答性を強制的に鈍らす処理を行う。
【００３７】
即ち、スロットルバルブ16によって吸入空気量を制御する場合に、スロットルバルブ16とシリンダとの間のインテークマニホールドが、スロットル開度変化に対する吸入空気量変化の遅れ要因となるので、前記インテークマニホールドによる遅れ時定数に相当する遅れ補正（例えば一次遅れ補正）を、前記目標バルブタイミングに対して施すことで、スロットルバルブ16の開度によって吸入空気量を制御する場合と略同等の応答性で吸入空気量が制御されるようにするものである。
【００３８】
そして、前記応答性補正部104 は、前記遅れ補正を施した前記閉時期において吸気バルブ３を閉じるべく、前記電磁動弁機構２に制御信号を出力する。尚、吸気バルブ３の開時期は、排気上死点付近に固定されるものとする。
【００３９】
吸気バルブ３のバルブタイミングによって吸入空気量を制御する場合には、図７に示すように、インテークマニホールドなどが介在しない分だけアクセル開度（目標吸入空気量）の変化に対して実際の吸入空気量が高い応答で変化することになるが、スロットルバルブ16の開度によって吸入空気量を制御する場合には、インテークマニホールドの分だけ応答が遅れる。このため、前記応答性補正部104 による遅れ補正を施さない場合には、急激なアクセル操作に対して急激にトルクが変化し、その結果、パワートレイン系が加振されて、運転性，音振の悪化を招く一方、バルブタイミング制御領域とスロットル制御領域との間での切り換え時にトルク段差が生じてしまう。
【００４０】
そこで、前記応答性補正部104 で目標バルブタイミングに遅れ補正を施すことで、バルブタイミング制御領域とスロットル制御領域とのいずれであっても略同等の応答性で吸入空気量が変化するようにし、以て、バルブタイミング制御領域での運転性，音振の悪化を防止すると共に、制御領域の切り換え時にトルク段差が発生することを防止するようにしてある。
【００４１】
図８のフローチャートは、バルブタイミング制御の様子（目標吸入空気量演算部101 ，目標バルブタイミング演算部103 ，応答性補正部104 の作用）を示すフローチャートである。
【００４２】
Ｓ１でアクセル開度を読み込み、Ｓ２でエンジン回転速度を読み込むと、Ｓ３では、前記アクセル開度及びエンジン回転速度に基づいて目標吸入空気量を演算する。
【００４３】
Ｓ４では、エンジン回転速度を読み込み、Ｓ５では、前記目標吸入空気量及びエンジン回転速度に基づいて目標バルブタイミング（目標閉時期）を演算する。上記目標バルブタイミング（目標閉時期）の演算には、バルブタイミング制御領域，スロットル制御領域の判別、該判別結果に応じた目標バルブタイミング（目標閉時期）の演算が含まれる。
【００４４】
Ｓ６では、前記演算された目標バルブタイミング（目標閉時期）に対して、インテークマニホールドによる遅れ時定数に相当する遅れ補正を施して、Ｓ７では、前記遅れ補正が施された目標バルブタイミング（目標閉時期）を出力する。
【００４６】
尚、上記実施の形態では、目標バルブタイミングに遅れ補正を施す構成としたが、目標バルブタイミングの演算に用いる目標吸入空気量に遅れ補正を施しても良いし、更に、目標吸入空気量の演算に用いるアクセル開度に遅れ補正を施して、この遅れ補正が施されたアクセル開度を用いて演算された目標吸入空気量に基づいて目標バルブタイミングを演算させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるエンジンのシステム図。
【図２】電磁動弁機構の詳細を示す断面図。
【図３】吸入空気量の制御特性を示す線図。
【図４】吸入空気量の制御ブロック図。
【図５】目標吸入空気量のマップを示す線図。
【図６】吸気バルブの閉時期のテーブルを示す線図。
【図７】遅れ補正の有無による応答性の変化を示すタイミングチャート。
【図８】バルブタイミングによる吸入空気量制御の様子を示すフローチャート。
【符号の説明】
１      エンジン
２      電磁動弁機構
３      吸気バルブ
４      排気バルブ
６      インジェクター
７      燃焼室
８      点火栓
10      クランク角センサ
11      エアフローメータ
12      水温センサ
13      アクセル開度センサ
15      コントロールユニット
16      スロットルバルブ
17      モータ
【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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