JP4924486B2 - 車両用内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、吸気弁のバルブリフト特性の可変制御によって内燃機関のシリンダ内に吸入される吸入空気量の制御を達成するようにした吸気制御装置に関し、特に、車両用内燃機関における減速時の制御に関する。

ガソリン機関においては、一般に吸気通路中に設けたスロットル弁の開度制御によって吸気量を制御しているが、良く知られているように、この種の方式では、特にスロットル弁開度の小さな中低負荷時におけるポンピングロスが大きい、という問題がある。これに対し、吸気弁の開閉時期やリフト量を変化させることで、スロットル弁に依存せずに吸気量を制御しようとする試みが以前からなされており、この技術を利用して、ディーゼル機関と同様に吸気系にスロットル弁を具備しないいわゆるスロットルレスの構成を実現することが提案されている。

特許文献１は、本出願人が先に提案したものであって、吸気弁の作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構とその中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構とを備え、作動角と中心角とから定まる吸気弁のバルブリフト特性の可変制御によって機関の吸入空気量を制御する技術が開示されている。なお、この特許文献１では、実用機関として必要な負圧を生成するために、いわゆる電子制御スロットル弁と同様の負圧制御弁を備えている。

このように２つの可変動弁機構を備えた吸気制御装置では、機関運転条件に応じて、それぞれの最適な目標値が与えられ、これに沿って各可変動弁機構が制御されることになる。ここで、運転条件に応じた必要なトルクを発生する作動角と中心角との組み合わせは無数に存在するが、いくつかの観点、例えば、燃費が最良となるように、機関の負荷（あるいはアクセル開度）と機関回転速度とをパラメータとして、作動角および中心角の最適な目標値が予め定められている。

従って、ある運転条件の下で運転されている状態から運転条件が急激に変化したときに、作動角および中心角の各目標値がステップ的に変化し、これに追従するように第１，第２可変動弁機構が個々に独立して作動するため、過渡の変化の途中で、上死点付近でのピストンと吸気弁との最小クリアランスが過度に小さくなり、両者の干渉の懸念が生じることがある。つまり、現在の（つまり過渡変化直前の目標値である）作動角と中心角との組み合わせ、および過渡変化後の目標値の作動角と中心角との組み合わせ、は、いずれも当然のことながら、ピストンと吸気弁との干渉が生じない設定となっているが、最終的な目標値に変化するまでの過渡の途中では、第１，第２可変動弁機構が独立して動いて作動角および中心角が個々に変化するので、一時的に実際の作動角と中心角との組み合わせが、上記最小クリアランスが過度に小さくなるような好ましくない特性となることがあり得る。

特許文献２では、作動角および中心角の制御可能範囲を大きく確保するために、例えば実際の作動角を検出して、ピストンとの干渉が生じ得る限界の中心角を求め、目標中心角がこれよりも進角しないように制限することを開示している。
特開２００２−２５６９０５号公報 特開２００６−３１２９４３号公報

例えば運転者がアクセル開度を全閉として車両を減速（あるいはコースティング）し、その後、急激に再加速する状況を考えると、アクセル全閉中は、機関負荷が小さいことから、一般に、作動角が小さく、かつ中心角は比較的進角した位置にあり、その後の再加速の際に、作動角が拡大し、かつ中心角が遅角する。つまり過渡時の目標値の変化としては、作動角は拡大方向に、中心角は遅角方向に、それぞれ変化する。ここで、機械的に動作する第１，第２可変動弁機構の応答速度は各々異なり、換言すれば、作動角が現在値から過渡後の目標作動角に変化するまでの所要時間と、中心角が現在値から過渡後の目標中心角に変化するまでの所要時間と、は一般に異なる。そして、中心角変化（遅角側への変化）の応答速度に比べて作動角変化（拡大変化）の応答速度が相対的に高い場合、つまり作動角が先に過渡後の目標作動角に達する場合には、中心角が十分に遅角する前に作動角が拡大することとなり、ピストン上死点付近におけるピストンと吸気弁との間の最小クリアランスが、一時的に縮小する。

従って、極端な場合には、ピストンと吸気弁とが干渉する懸念があるが、上記特許文献２の技術は、このような応答速度の相違による一時的なクリアランスの減少を考慮したものではない。また、上記のような状況において、ピストンと吸気弁との干渉を回避するために、例えば干渉が生じない範囲に第１可変動弁機構の応答速度（つまり作動角の変化速度）を制限すると、上記の干渉は確実に回避できるものの、再加速時のトルクの立ち上がりが緩慢となり、加速性が低下する。

この発明は、吸気弁の作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、これらの可変動弁機構によって実現される吸気弁のバルブリフト特性によって機関の吸入空気量を制御する車両用内燃機関の吸気制御装置を前提としている。この吸気制御装置は、現在の機関運転条件に基づき、この機関運転条件に対応した作動角および中心角の第１目標値を求める第１目標値算出手段を備え、基本的に、この第１目標値を制御目標値として各可変動弁機構が制御される。なお、上記第１目標値は、例えば燃費が最良となるように選択される。

そして、再加速時想定値算出手段は、アクセル開度が全閉となったときに、再加速時に想定される所定の負荷および現在の機関回転速度に対応した作動角および中心角を再加速時想定値として求める。これは、再加速として、例えば、アクセル開度が全開となったとき、あるいは３／４開度、１／２開度、等となったときの要求負荷を想定したものである。なお、そのときの車速や所謂ロードロード等を考慮して再加速時に想定される負荷を見積もってもよい。また上記の再加速時想定値となる作動角および中心角は、実際に再加速が行われた場合には上記第１目標値となり得る値であり、従って、例えば想定される負荷および機関回転速度に対し燃費が最良となるように選択される。

また、このように想定される再加速時想定値について、上記第１目標値から上記再加速時想定値へのステップ的な変化の過程で吸気弁とピストンとの最小クリアランスが許容値未満となるか否かを判定するクリアランス判定手段を備えており、ここで上記最小クリアランスが許容値未満となると判定したときには、目標値設定手段は、第２目標値算出手段により求められる第２目標値を制御目標値として用いる。この第２目標値は、上記第１目標値と等トルクとなるとともに上記再加速時想定値へのステップ的な変化の過程で上記最小クリアランスが許容値以上となる作動角および中心角である。

つまり、再加速時想定値についての最小クリアランスが許容値未満であるということは、実際に再加速が行われて現在の第１目標値から過渡後の目標値（これは再加速時想定値近傍となる）への再加速が行われたときに、過渡的に最小クリアランスが過度に小さくなり得ることを意味するので、現在の第１目標値とトルクが変化せず、かつ再加速時想定値へ過渡変化する際に最小クリアランスが許容値以上となる点（作動角と中心角との組み合わせ）を第２目標値として求めて、予め、この第２目標値へ作動角および中心角を変化させるのである。

従って、その後、実際に再加速が実行されたときには、第１，第２可変動弁機構は、その時点の第２目標値から再加速時想定値近傍の過渡後の目標値へ向かって動くことになり、最小クリアランスの過度の縮小が回避される。また、結果として、各可変動弁機構の応答速度の制限が不必要となり、トルクの立ち上がりが速やかとなる。

また請求項７に係る発明では、第２目標値設定手段は、上記クリアランス判定手段が上記最小クリアランスが許容値未満となると判定したときに、制御目標値として、中心角が上記第１目標値の中心角よりも遅角側となり、かつ上記第１目標値と等トルクとなる作動角および中心角の第２目標値を設定する。つまり、実際の再加速に先だって、第２可変動弁機構が予め遅角側へ動き、ピストンと吸気弁とのクリアランスの余裕が拡大する。従って、実際の再加速が行われた際の、ピストンと吸気弁との間のクリアランスの減少が抑制される。

この発明によれば、アクセル開度が全閉の間に予め再加速の際に想定される作動角および中心角の値を評価し、最小クリアランスが過度に小さくなる虞がある場合にはクリアランスの余裕を拡大するように作動角および中心角を予め変更するので、その後、実際に再加速が実行されたときの最小クリアランスの過度の縮小が回避され、かつ各可変動弁機構の動きを制限する必要がなくなって、トルクの立ち上がりが速やかとなる。

図１は、この発明に係る内燃機関の吸気制御装置のシステム構成を示す構成説明図であって、内燃機関１は、吸気弁３と排気弁４とを有し、かつ吸気弁３の動弁機構として、吸気弁３のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構（ＶＥＬ）５および作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構（ＶＴＣ）６を備えている。また、吸気通路７には、モータ等のアクチュエータにより開度が制御されるいわゆる電子制御スロットル弁と同様の負圧制御弁２が設けられている。ここで、上記負圧制御弁２は、吸気通路７内に、ブローバイガスの処理などのために必要な僅かな負圧（例えば−５０ｍｍＨｇ）を発生させるためだけに用いられており、吸入空気量の調整は、基本的に、上記第１，第２可変動弁機構５，６により吸気弁３のバルブリフト特性を変更することで行われる。すなわち、吸入空気量の調整をスロットル弁開度に依存しない実質的なスロットルレス運転が実現される。これらの第１，第２可変動弁機構５，６および負圧制御弁２は、コントロールユニット１０によって制御されている。

また、燃料噴射弁８が吸気通路７に配設されており、上記のように吸気弁３により調整された吸入空気量に応じた量の燃料が、この燃料噴射弁８から噴射される。従って、内燃機関１の出力は、第１，第２可変動弁機構５，６により吸入空気量を調整することによって制御される。

上記のコントロールユニット１０は、運転者により操作されるアクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ１１からのアクセル開度信号ＡＰＯと、エンジン回転速度センサ１２からの回転速度信号Ｎｅと、吸入空気量センサ１３からの吸入空気量信号と、を受け取り、これらの信号に基づいて、燃料噴射量、点火時期、負圧制御弁目標開度、第１可変動弁機構目標角度（作動角目標値）、第２可変動弁機構目標角度（中心角目標値）をそれぞれ演算する。そして、要求の燃料噴射量および点火時期を実現するように燃料噴射弁８および点火プラグ９を制御するとともに、負圧制御弁目標開度、第１可変動弁機構目標角度、第２可変動弁機構目標角度を実現するための制御信号を、負圧制御弁２のアクチュエータ、第１可変動弁機構５のアクチュエータおよび第２可変動弁機構６のアクチュエータへ、それぞれ出力する。なお、上記第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６は、その機械的な構成は公知であり、例えば上述した特許文献１に記載の装置と同様の構成を有している。従って、その詳細な説明は省略する。また上記第１，第２可変動弁機構５，６は、特許文献１に開示されているように、それぞれ実際の作動角および中心角を検出するためのセンサを含んでいる。

さらに、このシステムは、車速ＶＳＰを検出する車速センサ１４と、運転者により操作される車両のブレーキ踏込量を検出するブレーキセンサ１５と、を備えている。そして、よく知られているように、アクセル開度ＡＰＯが０つまりアクセル全閉となった減速時には、車速ＶＳＰが所定値以上、機関回転速度Ｎｅが所定値以上、暖機完了後、等のいくつかの条件を満たすことを条件として、燃料供給の停止、いわゆる燃料カットを実行するようになっている。

図２は、この発明に係る減速時の処理を含む吸気制御の流れを示すフローチャートであって、このルーチンは、機関の運転中、繰り返し実行される。まずステップ１では、そのときの運転条件つまりアクセル開度ＡＰＯや機関回転速度Ｎｅ等を読み込むとともに、実際の作動角および中心角の値を読み込み、かつ可変動弁機構のアクチュエータの状態（可変動弁機構の応答速度に影響する油圧やモータの温度等）を読み込む。ステップ２では、そのときの運転条件に応じて、燃費等の観点から最適な作動角および中心角の値を、第１目標値として求める。これは、例えば、アクセル開度ＡＰＯから定まる要求負荷と機関回転速度Ｎｅとをパラメータとした所定の制御マップから求められる。

そして、ステップ３では、アクセル開度ＡＰＯが全閉（つまり０）でかつ燃料カット中であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップ４以降へ進み、ＮＯであればステップ１０へ進む。

ステップ１０では、第１，第２可変動弁機構５，６の制御目標値として、ステップ２の第１目標値が設定される。従って、アクセル開度ＡＰＯが０でない運転中およびアクセル開度ＡＰＯが０であっても燃料カットが行われていないとき（燃料リカバー後を含む）は、基本的に第１目標値に沿って作動角および中心角が制御される。

アクセル全閉でかつ燃料カット中であれば、ステップ４で、ブレーキ操作がなされていないか判定する。ＮＯ（ブレーキペダルが踏み込まれている）であれば、運転者は停止する意図があり、直ちに再加速することはないので、やはりステップ１０へ進んで第１目標値に沿った制御を行う。

ブレーキ操作がなされていない場合には、ステップ５へ進み、再加速時に想定される要求負荷を決定する。これは、例えば、再加速時にアクセル開度ＡＰＯが一定開度（例えば、全開、３／４開度あるいは１／２開度等）まで急激に開かれるものと仮定して、現在の機関回転速度Ｎｅに対応した要求負荷を求める。なお、そのときの車速や所謂ロードロード等を考慮して再加速時に想定される負荷を見積もってもよい。そして、ステップ６において、この想定される要求負荷および現在の機関回転速度Ｎｅに対し最適となる作動角および中心角を再加速時想定値として求める。つまり、第１目標値と同じ制御マップを用いて再加速時に想定される作動角および中心角を予め決定する。なお、実際に再加速された際には、この再加速時想定値が実際に用いられる訳ではなく、実際の運転条件に対応した第１目標値に沿って制御されるので、この再加速時想定値の予測的な算出にはそれほど厳密な精度は要求されない。

次に、ステップ７で、第１目標値（現在の作動角および中心角に概ね相当する。代替としてセンサが検出した実作動角および実中心角を用いることもできる）から上記再加速時想定値へ制御目標値がステップ的に変化した場合に、上死点付近でのピストンと吸気弁との間の最小クリアランスが許容値よりも小さいか否かを判定する。これは、特に、第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６の各々の応答速度を考慮して判定される。すなわち、図４は、作動角および中心角と上記最小クリアランスとの関係を示した特性図であって、吸気弁の場合、作動角が大きいほどピストンとの間の最小クリアランスは小さくなり、かつ中心角が進角（上死点に近づく）するほど上記最小クリアランスは小さくなるので、図示するように、作動角および中心角をパラメータとして、最小クリアランスの値を等高線状に描くことができ、図の右上ほど最小クリアランスが小となる。ここで、例えばＢ点を現在の作動角および中心角（換言すれば第１目標値）とし、Ａ点を過渡変化後の作動角および中心角の目標値（換言すれば再加速時想定値）とすると、作動角の変化と中心角の変化とがうまく同調すればＢ点からＡ点へと直線的に向かうように変化することになるが、実際には、各々の応答速度が互いに異なる。

仮に、中心角の応答速度が相対的に低いとすると、中心角があまり遅角しないまま作動角が先に過渡変化後の目標の作動角まで拡大してしまい、その後、中心角が目標の中心角まで遅角するので、破線Ｌ１，Ｌ２で示すような変化の軌跡となる。従って、過渡変化の途中で、一時的に最小クリアランスが０を下回ることになり、この過渡変化中にある気筒のクランク角が吸気上死点となると、ピストンと吸気弁との干渉が発生する。なお、このようなピストンと吸気弁との万一の干渉を回避するために、上記実施例のシステムは、センサにより検出される実作動角および実中心角に応じて、最小クリアランスが０より小さくなる右上の領域に入らないように第１可変動弁機構５の応答速度を低く制限する機能を有しており、従って、仮に破線Ｌ１，Ｌ２のように変化しようとする場合にも、実際には、実線Ｌ３のように最小クリアランスが０となる線に沿って（厳密には、この線よりも僅かに左下側の領域を通って）変化することとなるが、ステップ７の判別は、この応答速度の制限は考慮せず、破線Ｌ１，Ｌ２のような本来の特性の最小クリアランスが許容値（例えば０ｍｍに僅かな余裕を加えた値）以上であるか判定する。

破線Ｌ１，Ｌ２のようなＢ点からＡ点への過渡変化の軌跡は、２つの点Ａ，Ｂが決まれば既知であるから、現在の第１目標値（Ｂ点）とその時点の再加速時想定値（Ａ点）とが求まれば、最小クリアランスが許容値（例えば０ｍｍ＋α）未満となるか否かが判別できる。また、第１，第２可変動弁機構５，６の応答速度は、油圧アクチュエータの駆動源となる油圧や電動モータの温度等によって影響を受けるので、これらのアクチュエータの状態に基づき、最小クリアランスが許容値以上となるか否かの判定に補正を加えることが可能である。なお、図４では、中心角の応答速度が相対的に低い例を説明したが、本発明が課題とするアクセル全閉状態からの再加速では、殆どのケースで、作動角が拡大する変化に比べて中心角が遅角する変化の方が相対的に遅れ、破線Ｌ１，Ｌ２として示したような特性となる。逆に作動角の拡大が相対的に遅い場合には、ピストンと吸気弁との最小クリアランスは拡大する方向となるので、特に問題とならない。

ステップ７において、最小クリアランスが十分であると判定した場合には、ステップ１０へ進み、前述したように、第１目標値に沿って作動角および中心角を制御する。つまり、この場合は、燃料カットを伴う減速中も第１目標値に沿って通常の制御が行われ、仮に、その後再加速が行われた際には、そのときの第１目標値に対応する作動角および中心角から変化していくことになる。

これに対し、ステップ７において、最小クリアランスが許容値未満となると判定した場合には、ステップ８へ進み、第１目標値の代替となる第２目標値（作動角と中心角の組み合わせ）を求める。この第２目標値は、第１目標値の作動角および中心角と等トルクとなるとともに、第２目標値から上記再加速時想定値へ制御目標値がステップ的に変化した場合に、上死点付近でのピストンと吸気弁との間の最小クリアランスが許容値以上となる値（作動角と中心角の組み合わせ）である。すなわち、図３は、作動角と中心角とをパラメータとして、発生するトルクを等高線状に示した特性図であり、図示するように、現在の第１目標値（Ｂ点）と等トルクとなる作動角と中心角の組み合わせは無数にあるが、Ｂ点はその中で基本的に燃費が最良となる点として決定されている。そして、等トルクとなる作動角と中心角の組み合わせの中で、Ｂ点よりも中心角が遅角側にある点では、作動角の拡大を伴わない限り、上述した最小クリアランスがＢ点よりも増大する。ステップ８では、等トルクとなる多数の組み合わせの中で、Ｂ点に最も近い点から、各々の点についてステップ７と同様に最小クリアランスが許容値以上であるか順次判定して行き、最小クリアランスが許容値以上となる点（作動角と中心角の組み合わせ）を、第２目標値として決定する。つまり、このようにして決定された第２目標値（例えば図３のＣ点）は、再加速時想定値へステップ的に変化しても最小クリアランスが許容値以上となり、かつ本来の第１目標値（Ｂ点）に最も近い点となる。

なお、ステップ８の処理の簡略化を図るために、等トルクとなる多数の組み合わせの中で、中心角がＢ点よりも遅角側となる適当な点、例えばＢ点から一定角度だけ遅角側となる点の作動角および中心角を第２目標値とする、なども可能である。

そして、ステップ９へ進み、第１，第２可変動弁機構５，６の制御目標値として、ステップ８の第２目標値を設定する。従って、この段階で、爾後の再加速（実際に再加速されるか否かは不明であるが）に備えて、図３のＣ点へと作動角および中心角が変化することとなる。但し、第２目標値のＣ点は第１目標値のＢ点と等トルクとなる点であるので、トルク変化は実質的に生じない。

図２のルーチンは繰り返し実行されるので、例えば、その後、運転者がアクセルペダルを踏み込めば、ステップ３からステップ１０へ進み、第１目標値が制御目標値となる。また、アクセルペダルもブレーキ操作もない場合には、一定車速あるいは一定回転速度に低下した段階で燃料カットが解除（燃料リカバー）されるので、やはり第１目標値が制御目標値となる。

ここで、実際に運転者がアクセルペダルを急激に開いて再加速した場合には、第２目標値であるＣ点から再加速時想定値（Ａ点）近傍の作動角および中心角へと急激に変化することになるが、図４に示すように、Ｃ点（第２目標値）はＢ点（第１目標値）よりも遅角側にあり、最小クリアランスの余裕が大となっているので、仮にＡ点まで実線Ｌ４のように中心角変化の遅れを伴って変化したとしても、基本的に、最小クリアランスが許容値よりも小さくなることがない。なお、図４の実線Ｌ４では、種々の条件により実際の過渡変化の軌跡が最小クリアランスの限界に達し、前述したように、ピストンと吸気弁との干渉を回避するために、ごく僅かな期間だけ作動角の応答速度が低く制限された状態を例示しているが、このように仮に作動角の応答速度の制限が行われたとしても、ごく短期間ないし低レベルのものとなり、全体の過渡応答は非常に高いものとなる。

次に、実際の減速から再加速へ至る際の作用の一例をタイムチャートに基づいて説明する。初めに、図６に基づいて、本発明のように第２目標値への切換を行わずに第１目標値のまま運転を継続した場合の比較例について説明する。最上段のアクセル開度ＡＰＯの変化に示すように、これは、車両走行中に車速ＶＳＰを低下させるべくアクセル全閉として減速し、時間ｔ１の時点で再加速を行った場合の挙動を示しており、図中の「Eng_trq」はエンジントルクであり、「ＶＥＬ」は作動角を、「ＶＴＣ」は中心角を、それぞれ意味している。なお、この例では、減速時に燃料カットが行われており、従って、減速中に、作動角および中心角から定まる吸入空気量は正の値を示すが、エンジントルクとしては、負の値を示す。時間ｔ１の時点では、作動角は小さく、かつ中心角は大きく進角している。これは、例えば図４のＢ点に相当する。そして、アクセル開度ＡＰＯの急激な増加に伴って作動角の目標値は点線のように急激に増加し、かつ中心角の目標値は破線のように急激に進角する。これは、例えば図４のＡ点に相当する。これらの目標値に追従するように実作動角および実中心角が実線のように変化するが、前述したように、このままではピストンと吸気弁との干渉が生じ得るので、これを避けるために、作動角の目標値が破線のように制限され、これに沿って実作動角が変化する。このため、吸入空気量の増加は、点線で示す目標値に対し実線で示す実値が大きく遅れ、エンジントルクや車速の立ち上がりも、目標値（点線）に比較して実値（実線）の立ち上がりが遅くなる。換言すれば、実作動角および実中心角の双方が加速後の目標値に収束するまでの所要時間（ｔ２−ｔ１）が長く、それだけ加速応答性が悪化する。

図５は、本発明の場合の挙動を示しており、前述したように繰り返し実行される図２の処理に従って、減速途中の時間Ｔ１の時点で、そのときの第１目標値と再加速時想定値とに基づく最小クリアランスが許容値を下回ると判定され、作動角および中心角の制御目標値が破線で示すように第２目標値に切り換えられる。実作動角および実中心角は、これに追従するように変化する。第２目標値は、第１目標値に対し中心角が大きく遅角しているので、例えば時間Ｔ２の時点で実中心角が目標値に追いつく。なお、第２目標値は第１目標値と等トルクとなる点であるので、この間、吸入空気量およびエンジントルクは、実質的に変動しない。特に、燃料カットを伴う減速中であるので、仮に吸入空気量の多少の変動があっても運転者には何ら違和感を与えることがない。なお、上記第２目標値は、例えば図４のＣ点に相当する。

その後、時間Ｔ３の時点で実際に再加速が行われ、破線で示す作動角および中心角の目標値が例えば図４のＡ点に変化する。このとき、作動角の目標値は大きく増加するが、中心角の目標値は既に遅角しているので、殆ど変化しない。従って、実作動角および実中心角の双方が時間Ｔ４において目標値に収束し、その所要時間（Ｔ４−Ｔ３）が短い。そのため、吸入空気量およびエンジントルクの立ち上がりが目標値に沿った応答性の高い特性となる。

なお、上述した図２のフローチャートでは、最小クリアランスが許容値を下回る場合にのみ第２目標値の算出を行うようになっているが、当業者には容易に理解できるように、所定の条件を満たす減速中は常に第１目標値とともに第２目標値を求めておき、最小クリアランスが許容値以上であるか否かによっていずれかを選択するようにすることもできる。

また、上記実施例では作動角とともに弁のリフトが増減変化する可変動弁機構に適用した例を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、特開平９−１８４４０６号公報や特開平９−２６８９０６号公報等に開示された作動角のみが変化する形式の可変動弁機構にも同様に適用できる。

本発明に係る内燃機関の吸気制御装置のシステム構成を示す構成説明図。 吸気制御の流れを示すフローチャート。 作動角および中心角とトルクとの関係を示す特性図。 作動角および中心角と最小クリアランスとの関係を示す特性図。 減速から再加速した際の動作を説明するタイムチャート。 目標値の切換を行わない比較例の場合のタイムチャート。

符号の説明

３…吸気弁
５…第１可変動弁機構
６…第２可変動弁機構
１０…コントロールユニット
１１…アクセル開度センサ
１４…車速センサ
１５…ブレーキセンサ

Claims (10)

1. 吸気弁の作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、これらの可変動弁機構によって実現される吸気弁のバルブリフト特性によって機関の吸入空気量を制御する車両用内燃機関の吸気制御装置において、
   現在の機関運転条件に基づき、この機関運転条件に対応した作動角および中心角を第１目標値として求める第１目標値算出手段と、
   アクセル開度が全閉となったときに、再加速時に想定される所定の負荷および現在の機関回転速度に対応した作動角および中心角を再加速時想定値として求める再加速時想定値算出手段と、
   上記第１目標値から上記再加速時想定値へのステップ的な変化の過程で吸気弁とピストンとの最小クリアランスが許容値未満となるか否かを判定するクリアランス判定手段と、
   上記第１目標値と等トルクとなるとともに上記再加速時想定値へのステップ的な変化の過程で上記最小クリアランスが許容値以上となる作動角および中心角を第２目標値として求める第２目標値算出手段と、
   制御目標値として上記第１目標値を設定するとともに、上記クリアランス判定手段が上記最小クリアランスが許容値未満となると判定したときに制御目標値を上記第２目標値へ切り換える目標値設定手段と、
   を備えてなる車両用内燃機関の吸気制御装置。
2. 上記第２目標値算出手段は、上記最小クリアランスが許容値以上となりかつ上記第１目標値と等トルクとなる多数の作動角および中心角の組み合わせの中から、作動角と中心角とをパラメータとした等トルク線上において該等トルク線に沿って上記第１目標値に最も近い作動角および中心角の組み合わせを第２目標値として選択することを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の吸気制御装置。
3. 所定の条件を満たすアクセル全閉時に内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット手段をさらに備え、上記目標値設定手段は、アクセル全閉でかつ燃料カット中であることを条件として上記第２目標値の選択を許可することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用内燃機関の吸気制御装置。
4. 上記第２目標値算出手段は、上記クリアランス判定手段が許容値未満であると判定した場合に第２目標値の算出を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機関の吸気制御装置。
5. ブレーキ操作の有無を判定するブレーキ操作検出手段をさらに備え、ブレーキ操作時には、上記目標値設定手段は上記第１目標値を維持することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用内燃機関の吸気制御装置。
6. 吸気弁の作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、これらの可変動弁機構によって実現される吸気弁のバルブリフト特性によって機関の吸入空気量を制御する車両用内燃機関の吸気制御装置において、
   現在の機関運転条件に基づき、この機関運転条件に対応した作動角および中心角の第１目標値を制御目標値として設定する第１目標値設定手段と、
   アクセル開度が全閉となったときに、再加速時に想定される所定の負荷および現在の機関回転速度に対応した作動角および中心角を再加速時想定値として求める再加速時想定値算出手段と、
   上記第１目標値から上記再加速時想定値へのステップ的な変化の過程で吸気弁とピストンとの最小クリアランスが許容値未満となるか否かを判定するクリアランス判定手段と、
   上記クリアランス判定手段が上記最小クリアランスが許容値未満となると判定したときに、制御目標値として、上記第１目標値と等トルクとなるとともに上記再加速時想定値へのステップ的な変化の過程で上記最小クリアランスが許容値以上となる作動角および中心角の第２目標値を設定する第２目標値設定手段と、
   を備えてなる車両用内燃機関の吸気制御装置。
7. 吸気弁の作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、これらの可変動弁機構によって実現される吸気弁のバルブリフト特性によって機関の吸入空気量を制御する車両用内燃機関の吸気制御装置において、
   現在の機関運転条件に基づき、この機関運転条件に対応した作動角および中心角の第１目標値を制御目標値として設定する第１目標値設定手段と、
   アクセル開度が全閉となったときに、再加速時に想定される所定の負荷および現在の機関回転速度に対応した作動角および中心角を再加速時想定値として求める再加速時想定値算出手段と、
   上記第１目標値から上記再加速時想定値へのステップ的な変化の過程で吸気弁とピストンとの最小クリアランスが許容値未満となるか否かを判定するクリアランス判定手段と、
   上記クリアランス判定手段が上記最小クリアランスが許容値未満となると判定したときに、制御目標値として、中心角が上記第１目標値の中心角よりも遅角側となり、かつ上記第１目標値と等トルクとなる作動角および中心角の第２目標値を設定する第２目標値設定手段と、
   を備えてなる車両用内燃機関の吸気制御装置。
8. 上記クリアランス判定手段は、上記第１可変動弁機構および上記第２可変動弁機構の各々の応答速度を考慮して上記最小クリアランスが許容値未満となるか否かを判定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の車両用内燃機関の吸気制御装置。
9. 実作動角および実中心角を検出する手段と、
   運転条件が変化した過渡時に、吸気弁とピストンとの最小クリアランスが許容値未満とならないように実作動角および実中心角に応じて第１可変動弁機構の応答速度を制限する第１可変動弁機構速度制限手段と、
   をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の車両用内燃機関の吸気制御装置。
10. 上記第１目標値と上記再加速時想定値とが、同じ特性の制御マップからそれぞれ算出されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の車両用内燃機関の吸気制御装置。

Images