JP4074082B2 - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関の吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸気バルブ・排気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変える構成の可変バルブ機構が知られている（特開２００１−０１２２６２号公報参照）。
この可変バルブ機構は、カム軸と略平行に配設された制御軸と、該制御軸の外周に偏心して固定された制御カムと、該制御カムに揺動自在に軸支されたロッカアームと、前記カム軸の回転に応じて前記ロッカアームの一端部を揺動駆動するリンクアーム・偏心カムと、前記ロッカアームの他端部に連係して揺動して吸・排気バルブを開動作させる揺動カムと、前記制御軸を回転駆動するＤＣサーボモータと、を備える。
【０００３】
そして、作動角センサで検出される前記制御軸の実際の作動角を、要求のバルブ開特性に対応する目標作動角に一致させるべく、前記ＤＣサーボモータをフィードバック制御するよう構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記可変バルブ機構によりバルブリフト量及びバルブ作動角を可変とすることで、スロットルバルブによらず吸入空気量を制御することが考えられる（スロットルレス制御）。
しかし、このように、吸気バルブの作動特性によって吸入空気量を制御する場合、吸気バルブに付着するデポジット（堆積物）が増大すると、バルブリフト量、バルブ作動角に対して有効開口面積が減少するため、高精度な制御を維持することができなくなることがあった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、デポジット等によるバルブ作動特性と有効開口面積の特性変化に対応して、吸入空気量の制御精度を良好に維持できるようにした可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、
内燃機関の吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備え、吸気バルブの目標吸入空気量相当の目標バルブ作動特性を設定し、吸気バルブの実際のバルブ作動特性を検出しつつ該バルブ作動特性を前記目標バルブ作動特性に収束させるようにフィードバック制御する可変動弁機構の制御装置であって、
所定の定常運転状態での学習条件成立時に、実際の吸入空気量を検出すると共に、前記吸気バルブのバルブ作動特性のフィードバック制御を行いつつ、該バルブ作動特性の検出値から期待される吸入空気量の期待値を算出し、
前記吸入空気量の検出値と前記吸入空気量の期待値とを比較しつつ両者のずれに応じて吸気バルブのバルブ作動特性の学習値を算出し、
該学習値によって前記吸気バルブの目標バルブ作動特性を補正する学習を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項1に係る発明によると、
吸気バルブに付着するデポジットが増大するなどにより、バルブ作動特性に対する有効開口面積が減少すると、該バルブ作動特性の検出値から期待される吸入空気量の期待値に対して実際の吸入空気量の検出値が減少してくるため、両者のずれに応じてバルブ作動特性の制御を補正することにより、所望の吸入空気量を得ることができ、バルブ作動特性の制御による吸入空気量制御を高精度に維持することができる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、
内燃機関の吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備え、
前記機関の運転状態に応じて、目標トルク相当の目標吸入空気量を設定し、
前記設定した目標吸入空気量を吸気バルブの要求開口面積に換算し、
前記換算された要求開口面積に基づいて吸気バルブの目標バルブ作動特性を設定し、
吸気バルブの実際のバルブ作動特性を検出しつつ該バルブ作動特性を前記目標バルブ作動特性に収束させるようにフィードバック制御する可変動弁機構の制御装置であって、
所定の定常運転状態での学習条件成立時に、実際の吸入空気量を検出すると共に、前記吸気バルブのバルブ作動特性のフィードバック制御を行いつつ、該バルブ作動特性の検出値から期待される吸入空気量の期待値を算出し、
前記吸入空気量の検出値と前記吸入空気量の期待値とを比較しつつ両者のずれに応じて、前記目標吸入空気量、要求開口面積または吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかの学習値を算出し、
該学習値によって前記目標吸入空気量、要求開口面積または吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかを補正する学習を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項2に係る発明によると、
機関の運転状態に応じて、所望とする目標トルクに相当する目標吸入空気量を設定し、設定した目標吸入空気量を得られるような目標バルブ作動特性を設定する。そして、実際のバルブ作動特性が前記目標バルブ作動特性に収束するように可変動弁機構を制御するよう構成したので、スロットルバルブによらず、可変動弁機構による吸入空気量制御（トルク制御）が可能となる。
【００１０】
そして、前記目標吸入空気量、要求開口面積または吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかを補正することにより、バルブ作動特性と実吸入空気量とのずれを容易に補正することができる。
また、請求項3に係る発明は、
目標トルク相当の目標体積流量を吸気バルブの要求開口面積に変換し、該要求開口面積に基づいて、前記吸気バルブの目標バルブ作動特性を設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項3に係る発明によると、
目標トルク相当の目標体積流量をバルブの要求開口面積に変換し、該要求開口面積に基づきバルブ作動特性を設定するので、所望とする目標トルクに応じたバルブ作動特性を直ちに設定できる。従って、目標トルクの変化に対しても精度よく対応することができ、可変動弁機構によるトルクリニアリティを確保したトルク制御が可能となる。
【００１２】
また、請求項4に係る発明は、
前記吸入空気量の期待値は、該バルブ作動特性と、機関回転速度と、吸気バルブ上流に介装されたスロットルバルブの開度とに基づいて算出することを特徴とする。
請求項4に係る発明によると、
前記バルブ作動特性によって定まる吸気バルブの有効開口面積と機関回転速度とに基づいて、スロットルバルブ全開時における吸気バルブ通過部分の基本体積流量が求められ、一方、スロットルバルブ開度と機関回転速度とに基づいてスロットルバルブ通過部分の体積流量比（スロットルバルブ全開時の最大体積流量に対する実スロットル開度での体積流量の割合）が求まるので、前記基本体積流量に対し、前記体積流量比による補正を行って、吸入空気量の期待値を精度良く算出できる。
【００１３】
また、請求項5に係る発明は、
前記吸入空気量の期待値は、大気圧および吸気温度により補正されることを特徴とする。
請求項5に係る発明によると、
大気圧および吸気温度により補正して質量流量として吸入空気量の期待値を算出することにより、質量流量として検出した実吸入空気量と比較したときに、高精度な比較を行うことができ、補正精度が向上する。
【００１４】
また、請求項6に係る発明は、
前記吸入空気量の期待値の算出および前記バルブ作動特性の制御の補正を、アイドル時または全気筒フューエルカット制御中に行うことを特徴とする。
請求項6に係る発明によると、
アイドル時または全気筒フューエルカット制御中は、吸入空気量が小さく吸気バルブの有効開口面積に対して吸入空気量が比例する特性を有するため吸入空気量の期待値を精度良く算出でき、また、デポジット付着量に対する実吸入空気量の変化割合が大きくなるので、吸入空気量のずれを高精度に検出でき、ひいては制御の補正精度が向上する。
【００１５】
また、請求項7に係る発明は、
アクセル開度と機関回転速度に基づいて、前記目標吸入空気量を設定することを特徴とする。
請求項7に係る発明によると、
前記目標吸入空気量は、アクセル開度と機関回転速度に基づいて設定されるので、スロットルレス制御においても、例えば運転者が要求するトルクに対応したトルク制御が可能となる。
【００１６】
また、請求項8に係る発明は、
前記可変動弁機構は、
クランク軸に同期して回転する駆動軸と、
該駆動軸の固定された駆動カムと、
揺動することでバルブを開閉作動する揺動カムと、
一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、
該制御軸を回動するアクチュエータと、を含んで構成され、
前記アクチュエータによって前記制御軸を回動制御することによりバルブ作動特性を可変することを特徴とする。
【００１７】
請求項8に係る発明によると、
アクチュエータによって制御軸の作動角を変化させることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変動弁機構により、トルク制御が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、車両用内燃機関の構成図である。
図１において、内燃機関１０１の吸気通路１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装されており、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１９】
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、排気浄化触媒１０８により浄化された後、マフラー１０９を介して大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保ったまま駆動されるが、吸気バルブ１０５は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によってバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変えられるようになっている。
【００２０】
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１３は、スロットルバルブ１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の開特性によって、アクセル開度に対応する吸入空気量が得られるように、アクセル開度センサＡＰＳ１１５で検出されるアクセル開度ＡＰＯに応じて前記電子制御スロットル１０４及び可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の駆動を制御する。
【００２１】
具体的には、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のバルブリフト量（及びバルブ作動角）を制御することで吸入空気量を制御しつつ、キャニスタパージ及びブローバイガスの処理のために一定の負圧（目標Ｂｏｏｓｔ：例えば−１００ｍｍＨｇ）を発生させるようスロットルバルブ１０３ｂの開度を制御する。
但し、吸気負圧が要求ない運転条件では、スロットルバルブ１０３ｂを全開に保持して、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のみで吸入空気量を制御する、いわゆるスロットルレス制御を行う。
【００２２】
また、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１４には、前記アクセル開度センサＡＰＳ１１５の他に、吸入空気量（質量流量）Ｑａを検出するエアフローメータ１１６、クランク軸から回転信号Ｎｅを取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８等からの各種検出信号が入力される。
【００２３】
ここで、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の構造について説明する。
可変バルブ機構（ＶＥＬ）は、図２〜図４に示すように、一対の吸気バルブ１０５、１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５、１５と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８、１８と、各吸気バルブ１０５、１０５の上端部にバルブリフター１９、１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０、２０とを備えている。
【００２４】
前記偏心カム１５、１５とロッカアーム１８、１８とは、リンクアーム２５、２５によって連係され、ロッカアーム１８、１８と揺動カム２０、２０とは、リンク部材２６、２６によって連係されている。
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
【００２５】
また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体１５ａの外周面１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自存に支持されている。
【００２６】
また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００２７】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２０は、図２及び図６、図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００２８】
また、揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。
すなわち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、また、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００２９】
また、前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。
【００３０】
なお、前記リンクアーム２５と偏心カム１５とによって揺動駆動部材が構成される。
更に、前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ、２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ、２３ａに圧入した各ピン２８、２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ、２６ｄが貫通形成されている。
【００３１】
なお、各ピン２１、２８、２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０、３１、３２が設けられている。
また、前記制御軸１６は、図１０に示すように、一端部に設けられたＤＣサーボモータ等のアクチュエータ１２１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ１２１で変化させることで、吸気バルブ１０５、１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。
【００３２】
すなわち、図１０において、アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）１２１の回転は、伝達部材１２２を介してネジ切り加工が施された軸１２３に伝達され、該軸１２３が通されたナット１２４の軸方向位置が変化する。
そして、制御軸１６の先端の取り付けられ、その一端が前記ナット１２４に固定された一対のステー部材１２５ａ、１２５ｂにより制御軸１６が回転する。
【００３３】
なお、本実施形態では、図に示すように、ナット１２４の位置を前記伝達部材１２２に近づけることでバルブリフト量を小さくし、逆に、ナット１２４の位置を前記伝達部材１２２から遠ざけることでバルブリフト量を大きくする。
また、前記制御軸１６の先端には、該制御軸１６の作動角（ＶＥＬ作動角）ＶＥＬＣＯＭを検出するポテンショメータ式の作動角センサ１２６（調整位置センサ）が設けられており、該作動角センサ１２６で検出される実際のＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭが、目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬに一致するように、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１４が前記アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）１２１をフィードバック制御する。
【００３４】
次に、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１４による可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の駆動制御について説明する。
図１１に示すように、本実施形態におけるコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１４は、目標体積流量演算部Ａ、ＶＥＬ目標作動角演算部Ｂ及び目標スロットル開度演算部Ｃを含んで構成される。
【００３５】
目標体積流量演算部Ａは、以下のようにして目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを算出する。
まず、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに対応する（あるいは、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに基づき設定される目標トルクが得られるような）要求空気量（機関要求空気量）Ｑ０を算出する一方、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣを算出する。
【００３６】
そして、前記機関要求空気量Ｑ０にＩＳＣ要求空気量ＱＳＩＳＣを加算して全要求空気量（吸入空気量）Ｑ（＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）を算出し、これを機関回転速度Ｎｅ、排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で順次除算することにより、機関の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を算出する。
ＶＥＬ目標作動角演算部Ｂは、以下のようにして目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを算出する。
【００３７】
前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに対してＢＯＯＳＴ補正（バルブ上流圧補正）を行った後、目標体積流量比をバルブ開口面積に変換する。そして、該バルブ開口面積に基づきＶＥＬ目標作動角を算出する。
なお、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２と共に、クランク角に対するカム軸の回転位相を変化させることでバルブ開閉タイミングを可変するバルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）が設けられている場合には、前記変換したバルブ開口面積に、バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）による位相変化分のＶＴＣ補正を行い、かつ、吸気バルブへのデポジット等によるバルブ作動特性−バルブ開口面積の特性変化を学習補正した後のバルブ開口面積に基づきＶＥＬ目標作動角を算出する。
【００３８】
具体的な制御ブロック図を図１２に示す。
図１２において、まず、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴにバルブ上流圧補正を行うことにより、発生負圧を考慮した吸気バルブ１０５通過部分における体積流量比（該上流圧下で吸気バルブ１０５を最大リフトとしたときの最大体積流量に対する割合。以下、ＶＥＬ要求体積流量比という）ＴＱＨ０ＶＥＬ０に変換する（図１２のａ部）。
【００３９】
かかる変換は、具体的には前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴをバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＱＨ０で除算することにより行うが、該バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＱＨ０は、スロットルバルブ１０３ｂの開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃で除算して得られる状態量ＡＡＤＮＶに基づき、図に示すようなテーブルＴＱＨ０を検索して求める。
【００４０】
次に、前記ＶＥＬ要求体積流量比ＴＨＱ０ＶＥＬ０と最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴとのうち大きい方を選択（セレクトハイ）し、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２で実現すべき体積流量比（以下、ＶＥＬ実現体積流量比という）ＴＱＨ０ＶＥＬを設定する（図１２のｂ部）。
ここで、前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴは、ＶＥＬ最小作動角において可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２により実現できる体積流量比としてあらかじめ設定されたものである。
【００４１】
なお、前記ＶＥＬ要求体積流量比ＴＨＱ０ＶＥＬ０が、前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴを下回る場合は、該最小体積流量比ＱＨＯＬＭＴが選択されることになるが、この場合、前記可変バルブ機構ＶＥＬ１１２のみでは目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに制御できず（すなわち、トルク制御できず）、スロットルバルブ１０３ｂの開度制御を併用することになる（後述する目標スロットルバルブ演算部Ｃの説明参照）。
【００４２】
次に、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬを、以下のようにしてＡＡ・Ｃｄ／ＮＶ特性に変換してＶＡＡＣＤＮＶを求める（図１２のｃ部）。
まず、吸気バルブ１０５を通過する空気流量（すなわち、シリンダ吸入空気量）Ｑｃ（ｋｇ／ｓｅｃ）は、圧縮性流体の一次元定常流れの式より次式（１）、（２）のように表すことができる。
【００４３】
【数１】
なお、Ｒ：気体定数（＝２８７）、γ：比熱比（＝１．４）、Ｃｄ：バルブ流量損失係数、ＶＡ：バルブ開口面積（ｍ2）、Ｐ０：バルブ上流圧（例えば、吸気マニホールド部の圧力Ｐｍ）（Ｐａ）、Ｐｃ：シリンダ内圧（Ｐａ）、Ｔ０：バルブ上流温度（例えば、吸気マニホールド部の温度Ｔｍ）（Ｋ）である。
【００４４】
前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、吸気バルブ１０５を通過させる空気量を機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃で除算したものであるから、同様にして次式（３）、（４）のように表すことができる。
【００４５】
【数２】
従って、バルブ上流温度Ｔ０、バルブ上流圧Ｐ０及びシリンダ内圧Ｐｃを検出して、Ｃｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）を算出できる。この算出したＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）をＡＡ・Ｃｄ／ＮＶ特性とする。
【００４６】
但し、本実施形態では、図に示すようなテーブルＴＶＡＡＣＤＮＶをあらかじめ作成しておき、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに基づいてテーブル検索によりＡＡ・Ｃｄ／ＮＶ特性への変換を行うようにしている。
なお、前記テーブルＴＡＡＣＤＮＶは、例えば以下のようにして作成する。
すなわち、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、非チョーク時においては、上記式（３）よりＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）及びバルブ前後差圧比（Ｐｃ／Ｐ０）に応じた値として、チョーク時においては、上記式（４）よりＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）に比例した値となることが判るので、シミュレーション等によりＴＱＨ０ＶＥＬとＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）との相関を求めることで作成する。
【００４７】
次に、ＶＡＡＣＤＮＶに機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃を乗算してＣｄ・ＶＡを算出、すなわち、ＡＡ・ＣＤ特性（流量特性）ＴＶＥＬＡＡＣＤに変換する（図１２のｄ部、ｅ部）。
次に、ＴＶＥＬＡＡＣＤをバルブ流量損失係数Ｃｄで除算してＶＡを算出、すなわち、基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０に変換する（図１２のｆ部）。
【００４８】
ここで、前記バルブ流量損失係数Ｃｄは、バルブリフト量により異なるため、図に示すように、検出したＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭに基づき、あらかじめ設定したテーブルＴＣＤを検索することにより設定する。
なお、ここではＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭのみにより前記バルブ流量損失係数Ｃｄを設定しているが、さらに機関回転速度Ｎｅをパラメータに含むマップを作成し、該マップを参照してＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭ及び機関回転速度Ｎｅに応じてバルブ流量損失係数Ｃｄを設定するよう構成してもよい。
【００４９】
次に、前記基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０にＶＴＣ補正を行って、バルブ要求開口面積ＴＶＥＬＡＡに変換する（図１２のｇ部）。
すなわち、前記基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０は、バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）の駆動を考慮しない場合（すなわち、ＶＴＣ基準位置：ＶＴＣ作動角＝０ｄｅｇ）に要求されるバルブ開口面積であるため、バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）の駆動によって変化するバルブタイミングに応じた補正を行う必要がある。具体的には、バルブタイミングの最大遅角位置（初期位置）に合わせて設定した排気量ＶＯＬ＃に対し、バルブタイミングが進角制御されると吸気バルブの閉時期が下死点に近づいて、有効排気量ＶＯＬ＃が増大する。これにより、同一の体積流量を得るための前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬが要求値より大きめに設定され、該ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに基づいて算出された基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０も要求値より大きめに算出されることとなる。そこで、有効排気量ＶＯＬ＃の増大に応じて基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０を減少補正する。この補正により、正確な要求バルブ開口面積、すなわち、バルブ要求開口面積ＴＶＥＬＡＡを設定できる。なお、有効排気量ＶＯＬ＃は、機関回転速度の増大に応じて慣性により下死点より遅角側で最大となるので、機関回転速度も考慮して補正するのがよい。
【００５０】
そして、該バルブ要求開口面積ＴＶＥＬＡＡに基づき、図に示すようなテーブルＴＴＧＶＥＬを検索して基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０を設定する（図１２のｈ部）。すなわち、バルブ開口面積からＶＥＬ作動角は一義的に求めることが可能であるので、このようなテーブルをあらかじめ設定しておく。これにより、容易に基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０を設定できる。
【００５１】
前記基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０を、バルブオフセット学習によるオフセット学習値ＬＲＮＶＥＬにより補正して最終的な目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを算出する。
前記バルブオフセット学習は、吸気バルブのデポジット（堆積物）等によるバルブ作動特性−実吸入空気量の特性変化に対する補正するためのもので以下のように行われる。
【００５２】
本学習は、以下に列挙する複数の条件が全て満たされたときに実行する。
ａ．エアフローメータ及びスロットルセンサが故障と判定されていないこと。
ｂ．アイドルスイッチがＯＮのアイドル状態で、かつ、全気筒フューエルカット中であること。
ｃ．エアフローメータで検出される吸入空気量の変動量が所定値以下、アイドル回転速度制御で目標開度に対する実回転速度の偏差が所定値以下、スロットル開度の変化量が所定値以下の各条件が全て満たされていること。
【００５３】
上記学習条件の成立時に、吸気バルブの現在のバルブ作動特性と機関運転状態とに基づいて吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬを算出し、この期待値をエアフローメータで検出された実際の吸入空気量ＴＰと比較して学習を行う。
前記吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬは、以下のように算出される。
図１３を参照して、スロットルセンサ１１８で検出した実スロットル開度ＴＰＯを図示テーブルによってスロットル開口面積ＡＡに変換し、機関回転速度ＮＥと排気量ＶＯＬ＃で除算して実際の状態量ＡＡＤＮＶを算出する。なお、排気量ＶＯＬ＃は、吸入空気量制御時と同様のＶＴＣ補正を行った有効排気量を用いることでより精度が向上する。
【００５４】
前記実状態量ＡＡＤＮＶを、図示の体積流量比変換テーブルを用いて、スロットルバルブ通過部の体積流量比ＱＨ０に変換する。
一方、スロットルバルブ全開条件で、作動角センサ１２６によって検出される吸気バルブの作動角ＡＤＩＮ−ＡＮと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬ００を図示テーブルから検索する。
【００５５】
該吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬ００に、前記体積流量比ＱＨ０を乗じて実際のスロットルバルブ開度に応じた補正を行い、さらに、大気圧補正係数（＝大気圧検出値ＡＬＴ／基準大気圧ＢＡＳＥＡＬＴ＃）を乗じて大気圧補正を行い、吸気温度補正係数[＝基準吸気温度ＢＡＳＥＴＡＦ＃／（吸気温度検出値ＴＡＦ＋２７３）]を乗じて吸気温度補正を行い、質量流量に換算しＴＰＶＥＬとする。
【００５６】
前記吸入空気量の吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬを、前記エアフローメータで検出した吸入空気量の検出値ＴＰと比較する。
｜ＴＰＶＥＬ−ＴＰ｜≦所定値（不感帯）のときは、オフセット学習値ＬＲＮＶＥＬを前回値ＬＲＮＶＥＬ(-1)に維持する。
｜ＴＰＶＥＬ−ＴＰ｜＞所定値のときは、次式にしたがってオフセット学習値ＬＲＮＶＥＬを更新する。
【００５７】
ＬＲＮＶＥＬ＝ＬＲＮＶＥＬ(-1)＋ＶＥＬＧＡＩＮ＃×（ＴＰＶＥＬ−ＴＰ）
ＶＥＬＧＡＩＮ＃：係数
但し、ＴＶＥＬＭＩＮ＃≦ＬＲＮＶＥＬ≦ＴＶＥＬＭＡＸ＃を満たすように下限値ＴＶＥＬＭＩＮ＃と上限値ＴＶＥＬＭＡＸ＃とで規制する。
このようにして学習更新されたオフセット学習値ＬＲＮＶＥＬを、前記基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０に加算して、最終的な目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを算出する（図１２のｉ部）。
【００５８】
このようにオフセット学習を行うことで、吸気バルブのデポジット（堆積物）等によりバルブ作動特性−実吸入空気量の特性が経時変化しても、該特性変化に見合ったバルブ作動特性の学習補正を行うことにより、高精度な吸入空気量制御を維持できる。
次に、目標スロットル開度演算部Ｃについて説明する。目標スロットル開度演算部Ｃは、負圧が要求されないとき目標スロットル開度を全開とし、一定の負圧（目標Ｂｏｏｓｔ）が要求されるときは目標Ｂｏｏｓｔを確保する目標スロットル開度を設定する。また、前記ＶＥＬ目標作動角演算部Ｂにおいて最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴが選択されたとき（すなわち、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のみでトルク制御ができないとき）は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２と協調して前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを実現する目標スロットル開度を演算する。
【００５９】
そして、電子制御スロットル１０４は、前記目標スロットル開度となるようにスロットルバルブ１０３ｂの開度を制御する。
なお、前記可変バルブ機構は、上述した構成のものに限定するものではなく、他の構成によるものであってもよい。
また、吸気バルブ１０５のバルブ作動特性を可変するものに限られず、排気バルブ１０７のバルブ作動特性を吸気バルブ１０５と共に、あるいは、単独で可変するものであってもよい。
【００６０】
さらに、本実施形態では、バルブオフセット学習で目標バルブ特性を学習補正するものを示したが、それより前段側で目標吸入空気量や要求開口面積を学習補正するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における機関の構成図。
【図２】本発明の実施形態における可変動弁機構の断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記可変動弁機構の側面図。
【図４】上記可変動弁機構の平面図。
【図５】上記可変動弁機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記可変動弁機構の低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記可変動弁機構の高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記可変動弁機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図９】上記可変動弁機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】上記可変動弁機構における制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】上記可変動弁機構によるトルク制御を示す全体ブロック図。
【図１２】ＶＥＬ目標作動角の演算を示す制御ブロック図。
【図１３】吸入空気量の期待値を算出するブロック図。
【符号の説明】
１３ カム軸
１５ 偏心カム（揺動駆動部材）
１６ 制御軸
１７ 制御カム
１８ ロッカアーム
２０ 揺動カム
２５ リンクアーム（揺動駆動部材）
１０１ 内燃機関
１０４ 電子制御スロットル
１０５ 吸気バルブ
１１２ 可変バルブ機構（ＶＥＬ）
１１４ コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）
１１５ アクセル開度センサ
１１６ エアフローメータ
１１７ クランク角センサ
１１８ スロットルセンサ
１２１ アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）
１２６ 作動角センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関の吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸気バルブ・排気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変える構成の可変バルブ機構が知られている（特開２００１−０１２２６２号公報参照）。
この可変バルブ機構は、カム軸と略平行に配設された制御軸と、該制御軸の外周に偏心して固定された制御カムと、該制御カムに揺動自在に軸支されたロッカアームと、前記カム軸の回転に応じて前記ロッカアームの一端部を揺動駆動するリンクアーム・偏心カムと、前記ロッカアームの他端部に連係して揺動して吸・排気バルブを開動作させる揺動カムと、前記制御軸を回転駆動するＤＣサーボモータと、を備える。
【０００３】
そして、作動角センサで検出される前記制御軸の実際の作動角を、要求のバルブ開特性に対応する目標作動角に一致させるべく、前記ＤＣサーボモータをフィードバック制御するよう構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記可変バルブ機構によりバルブリフト量及びバルブ作動角を可変とすることで、スロットルバルブによらず吸入空気量を制御することが考えられる（スロットルレス制御）。
しかし、このように、吸気バルブの作動特性によって吸入空気量を制御する場合、吸気バルブに付着するデポジット（堆積物）が増大すると、バルブリフト量、バルブ作動角に対して有効開口面積が減少するため、高精度な制御を維持することができなくなることがあった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、デポジット等によるバルブ作動特性と有効開口面積の特性変化に対応して、吸入空気量の制御精度を良好に維持できるようにした可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、
内燃機関の吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備え、吸気バルブの目標吸入空気量相当の目標バルブ作動特性を設定し、吸気バルブの実際のバルブ作動特性を検出しつつ該バルブ作動特性を前記目標バルブ作動特性に収束させるようにフィードバック制御する可変動弁機構の制御装置であって、
所定の定常運転状態での学習条件成立時に、実際の吸入空気量を検出すると共に、前記吸気バルブのバルブ作動特性のフィードバック制御を行いつつ、該バルブ作動特性の検出値から期待される吸入空気量の期待値を算出し、
前記吸入空気量の検出値と前記吸入空気量の期待値とを比較しつつ両者のずれに応じて吸気バルブのバルブ作動特性の学習値を算出し、
該学習値によって前記吸気バルブの目標バルブ作動特性を補正する学習を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項1に係る発明によると、
吸気バルブに付着するデポジットが増大するなどにより、バルブ作動特性に対する有効開口面積が減少すると、該バルブ作動特性の検出値から期待される吸入空気量の期待値に対して実際の吸入空気量の検出値が減少してくるため、両者のずれに応じてバルブ作動特性の制御を補正することにより、所望の吸入空気量を得ることができ、バルブ作動特性の制御による吸入空気量制御を高精度に維持することができる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、
内燃機関の吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備え、
前記機関の運転状態に応じて、目標トルク相当の目標吸入空気量を設定し、
前記設定した目標吸入空気量を吸気バルブの要求開口面積に換算し、
前記換算された要求開口面積に基づいて吸気バルブの目標バルブ作動特性を設定し、
吸気バルブの実際のバルブ作動特性を検出しつつ該バルブ作動特性を前記目標バルブ作動特性に収束させるようにフィードバック制御する可変動弁機構の制御装置であって、
所定の定常運転状態での学習条件成立時に、実際の吸入空気量を検出すると共に、前記吸気バルブのバルブ作動特性のフィードバック制御を行いつつ、該バルブ作動特性の検出値から期待される吸入空気量の期待値を算出し、
前記吸入空気量の検出値と前記吸入空気量の期待値とを比較しつつ両者のずれに応じて、前記目標吸入空気量、要求開口面積または吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかの学習値を算出し、
該学習値によって前記目標吸入空気量、要求開口面積または吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかを補正する学習を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項2に係る発明によると、
機関の運転状態に応じて、所望とする目標トルクに相当する目標吸入空気量を設定し、設定した目標吸入空気量を得られるような目標バルブ作動特性を設定する。そして、実際のバルブ作動特性が前記目標バルブ作動特性に収束するように可変動弁機構を制御するよう構成したので、スロットルバルブによらず、可変動弁機構による吸入空気量制御（トルク制御）が可能となる。
【００１０】
そして、前記目標吸入空気量、要求開口面積または吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかを補正することにより、バルブ作動特性と実吸入空気量とのずれを容易に補正することができる。
また、請求項3に係る発明は、
目標トルク相当の目標体積流量を吸気バルブの要求開口面積に変換し、該要求開口面積に基づいて、前記吸気バルブの目標バルブ作動特性を設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項3に係る発明によると、
目標トルク相当の目標体積流量をバルブの要求開口面積に変換し、該要求開口面積に基づきバルブ作動特性を設定するので、所望とする目標トルクに応じたバルブ作動特性を直ちに設定できる。従って、目標トルクの変化に対しても精度よく対応することができ、可変動弁機構によるトルクリニアリティを確保したトルク制御が可能となる。
【００１２】
また、請求項4に係る発明は、
前記吸入空気量の期待値は、該バルブ作動特性と、機関回転速度と、吸気バルブ上流に介装されたスロットルバルブの開度とに基づいて算出することを特徴とする。
請求項4に係る発明によると、
前記バルブ作動特性によって定まる吸気バルブの有効開口面積と機関回転速度とに基づいて、スロットルバルブ全開時における吸気バルブ通過部分の基本体積流量が求められ、一方、スロットルバルブ開度と機関回転速度とに基づいてスロットルバルブ通過部分の体積流量比（スロットルバルブ全開時の最大体積流量に対する実スロットル開度での体積流量の割合）が求まるので、前記基本体積流量に対し、前記体積流量比による補正を行って、吸入空気量の期待値を精度良く算出できる。
【００１３】
また、請求項5に係る発明は、
前記吸入空気量の期待値は、大気圧および吸気温度により補正されることを特徴とする。
請求項5に係る発明によると、
大気圧および吸気温度により補正して質量流量として吸入空気量の期待値を算出することにより、質量流量として検出した実吸入空気量と比較したときに、高精度な比較を行うことができ、補正精度が向上する。
【００１４】
また、請求項6に係る発明は、
前記吸入空気量の期待値の算出および前記バルブ作動特性の制御の補正を、アイドル時または全気筒フューエルカット制御中に行うことを特徴とする。
請求項6に係る発明によると、
アイドル時または全気筒フューエルカット制御中は、吸入空気量が小さく吸気バルブの有効開口面積に対して吸入空気量が比例する特性を有するため吸入空気量の期待値を精度良く算出でき、また、デポジット付着量に対する実吸入空気量の変化割合が大きくなるので、吸入空気量のずれを高精度に検出でき、ひいては制御の補正精度が向上する。
【００１５】
また、請求項7に係る発明は、
アクセル開度と機関回転速度に基づいて、前記目標吸入空気量を設定することを特徴とする。
請求項7に係る発明によると、
前記目標吸入空気量は、アクセル開度と機関回転速度に基づいて設定されるので、スロットルレス制御においても、例えば運転者が要求するトルクに対応したトルク制御が可能となる。
【００１６】
また、請求項8に係る発明は、
前記可変動弁機構は、
クランク軸に同期して回転する駆動軸と、
該駆動軸の固定された駆動カムと、
揺動することでバルブを開閉作動する揺動カムと、
一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、
該制御軸を回動するアクチュエータと、を含んで構成され、
前記アクチュエータによって前記制御軸を回動制御することによりバルブ作動特性を可変することを特徴とする。
【００１７】
請求項8に係る発明によると、
アクチュエータによって制御軸の作動角を変化させることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変動弁機構により、トルク制御が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、車両用内燃機関の構成図である。
図１において、内燃機関１０１の吸気通路１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装されており、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１９】
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、排気浄化触媒１０８により浄化された後、マフラー１０９を介して大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保ったまま駆動されるが、吸気バルブ１０５は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によってバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変えられるようになっている。
【００２０】
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１３は、スロットルバルブ１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の開特性によって、アクセル開度に対応する吸入空気量が得られるように、アクセル開度センサＡＰＳ１１５で検出されるアクセル開度ＡＰＯに応じて前記電子制御スロットル１０４及び可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の駆動を制御する。
【００２１】
具体的には、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のバルブリフト量（及びバルブ作動角）を制御することで吸入空気量を制御しつつ、キャニスタパージ及びブローバイガスの処理のために一定の負圧（目標Ｂｏｏｓｔ：例えば−１００ｍｍＨｇ）を発生させるようスロットルバルブ１０３ｂの開度を制御する。
但し、吸気負圧が要求ない運転条件では、スロットルバルブ１０３ｂを全開に保持して、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のみで吸入空気量を制御する、いわゆるスロットルレス制御を行う。
【００２２】
また、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１４には、前記アクセル開度センサＡＰＳ１１５の他に、吸入空気量（質量流量）Ｑａを検出するエアフローメータ１１６、クランク軸から回転信号Ｎｅを取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８等からの各種検出信号が入力される。
【００２３】
ここで、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の構造について説明する。
可変バルブ機構（ＶＥＬ）は、図２〜図４に示すように、一対の吸気バルブ１０５、１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５、１５と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８、１８と、各吸気バルブ１０５、１０５の上端部にバルブリフター１９、１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０、２０とを備えている。
【００２４】
前記偏心カム１５、１５とロッカアーム１８、１８とは、リンクアーム２５、２５によって連係され、ロッカアーム１８、１８と揺動カム２０、２０とは、リンク部材２６、２６によって連係されている。
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
【００２５】
また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体１５ａの外周面１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自存に支持されている。
【００２６】
また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００２７】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２０は、図２及び図６、図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００２８】
また、揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。
すなわち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、また、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００２９】
また、前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。
【００３０】
なお、前記リンクアーム２５と偏心カム１５とによって揺動駆動部材が構成される。
更に、前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ、２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ、２３ａに圧入した各ピン２８、２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ、２６ｄが貫通形成されている。
【００３１】
なお、各ピン２１、２８、２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０、３１、３２が設けられている。
また、前記制御軸１６は、図１０に示すように、一端部に設けられたＤＣサーボモータ等のアクチュエータ１２１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ１２１で変化させることで、吸気バルブ１０５、１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。
【００３２】
すなわち、図１０において、アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）１２１の回転は、伝達部材１２２を介してネジ切り加工が施された軸１２３に伝達され、該軸１２３が通されたナット１２４の軸方向位置が変化する。
そして、制御軸１６の先端の取り付けられ、その一端が前記ナット１２４に固定された一対のステー部材１２５ａ、１２５ｂにより制御軸１６が回転する。
【００３３】
なお、本実施形態では、図に示すように、ナット１２４の位置を前記伝達部材１２２に近づけることでバルブリフト量を小さくし、逆に、ナット１２４の位置を前記伝達部材１２２から遠ざけることでバルブリフト量を大きくする。
また、前記制御軸１６の先端には、該制御軸１６の作動角（ＶＥＬ作動角）ＶＥＬＣＯＭを検出するポテンショメータ式の作動角センサ１２６（調整位置センサ）が設けられており、該作動角センサ１２６で検出される実際のＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭが、目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬに一致するように、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１４が前記アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）１２１をフィードバック制御する。
【００３４】
次に、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１４による可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の駆動制御について説明する。
図１１に示すように、本実施形態におけるコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１４は、目標体積流量演算部Ａ、ＶＥＬ目標作動角演算部Ｂ及び目標スロットル開度演算部Ｃを含んで構成される。
【００３５】
目標体積流量演算部Ａは、以下のようにして目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを算出する。
まず、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに対応する（あるいは、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに基づき設定される目標トルクが得られるような）要求空気量（機関要求空気量）Ｑ０を算出する一方、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣを算出する。
【００３６】
そして、前記機関要求空気量Ｑ０にＩＳＣ要求空気量ＱＳＩＳＣを加算して全要求空気量（吸入空気量）Ｑ（＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）を算出し、これを機関回転速度Ｎｅ、排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で順次除算することにより、機関の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を算出する。
ＶＥＬ目標作動角演算部Ｂは、以下のようにして目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを算出する。
【００３７】
前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに対してＢＯＯＳＴ補正（バルブ上流圧補正）を行った後、目標体積流量比をバルブ開口面積に変換する。そして、該バルブ開口面積に基づきＶＥＬ目標作動角を算出する。
なお、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２と共に、クランク角に対するカム軸の回転位相を変化させることでバルブ開閉タイミングを可変するバルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）が設けられている場合には、前記変換したバルブ開口面積に、バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）による位相変化分のＶＴＣ補正を行い、かつ、吸気バルブへのデポジット等によるバルブ作動特性−バルブ開口面積の特性変化を学習補正した後のバルブ開口面積に基づきＶＥＬ目標作動角を算出する。
【００３８】
具体的な制御ブロック図を図１２に示す。
図１２において、まず、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴにバルブ上流圧補正を行うことにより、発生負圧を考慮した吸気バルブ１０５通過部分における体積流量比（該上流圧下で吸気バルブ１０５を最大リフトとしたときの最大体積流量に対する割合。以下、ＶＥＬ要求体積流量比という）ＴＱＨ０ＶＥＬ０に変換する（図１２のａ部）。
【００３９】
かかる変換は、具体的には前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴをバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＱＨ０で除算することにより行うが、該バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＱＨ０は、スロットルバルブ１０３ｂの開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃で除算して得られる状態量ＡＡＤＮＶに基づき、図に示すようなテーブルＴＱＨ０を検索して求める。
【００４０】
次に、前記ＶＥＬ要求体積流量比ＴＨＱ０ＶＥＬ０と最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴとのうち大きい方を選択（セレクトハイ）し、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２で実現すべき体積流量比（以下、ＶＥＬ実現体積流量比という）ＴＱＨ０ＶＥＬを設定する（図１２のｂ部）。
ここで、前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴは、ＶＥＬ最小作動角において可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２により実現できる体積流量比としてあらかじめ設定されたものである。
【００４１】
なお、前記ＶＥＬ要求体積流量比ＴＨＱ０ＶＥＬ０が、前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴを下回る場合は、該最小体積流量比ＱＨＯＬＭＴが選択されることになるが、この場合、前記可変バルブ機構ＶＥＬ１１２のみでは目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに制御できず（すなわち、トルク制御できず）、スロットルバルブ１０３ｂの開度制御を併用することになる（後述する目標スロットルバルブ演算部Ｃの説明参照）。
【００４２】
次に、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬを、以下のようにしてＡＡ・Ｃｄ／ＮＶ特性に変換してＶＡＡＣＤＮＶを求める（図１２のｃ部）。
まず、吸気バルブ１０５を通過する空気流量（すなわち、シリンダ吸入空気量）Ｑｃ（ｋｇ／ｓｅｃ）は、圧縮性流体の一次元定常流れの式より次式（１）、（２）のように表すことができる。
【００４３】
【数１】
【００４４】
前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、吸気バルブ１０５を通過させる空気量を機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃で除算したものであるから、同様にして次式（３）、（４）のように表すことができる。
【００４５】
【数２】
【００４６】
但し、本実施形態では、図に示すようなテーブルＴＶＡＡＣＤＮＶをあらかじめ作成しておき、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに基づいてテーブル検索によりＡＡ・Ｃｄ／ＮＶ特性への変換を行うようにしている。
なお、前記テーブルＴＡＡＣＤＮＶは、例えば以下のようにして作成する。
すなわち、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、非チョーク時においては、上記式（３）よりＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）及びバルブ前後差圧比（Ｐｃ／Ｐ０）に応じた値として、チョーク時においては、上記式（４）よりＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）に比例した値となることが判るので、シミュレーション等によりＴＱＨ０ＶＥＬとＣｄ・ＶＡ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）との相関を求めることで作成する。
【００４７】
次に、ＶＡＡＣＤＮＶに機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃を乗算してＣｄ・ＶＡを算出、すなわち、ＡＡ・ＣＤ特性（流量特性）ＴＶＥＬＡＡＣＤに変換する（図１２のｄ部、ｅ部）。
次に、ＴＶＥＬＡＡＣＤをバルブ流量損失係数Ｃｄで除算してＶＡを算出、すなわち、基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０に変換する（図１２のｆ部）。
【００４８】
ここで、前記バルブ流量損失係数Ｃｄは、バルブリフト量により異なるため、図に示すように、検出したＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭに基づき、あらかじめ設定したテーブルＴＣＤを検索することにより設定する。
なお、ここではＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭのみにより前記バルブ流量損失係数Ｃｄを設定しているが、さらに機関回転速度Ｎｅをパラメータに含むマップを作成し、該マップを参照してＶＥＬ作動角ＶＥＬＣＯＭ及び機関回転速度Ｎｅに応じてバルブ流量損失係数Ｃｄを設定するよう構成してもよい。
【００４９】
次に、前記基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０にＶＴＣ補正を行って、バルブ要求開口面積ＴＶＥＬＡＡに変換する（図１２のｇ部）。
すなわち、前記基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０は、バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）の駆動を考慮しない場合（すなわち、ＶＴＣ基準位置：ＶＴＣ作動角＝０ｄｅｇ）に要求されるバルブ開口面積であるため、バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）の駆動によって変化するバルブタイミングに応じた補正を行う必要がある。具体的には、バルブタイミングの最大遅角位置（初期位置）に合わせて設定した排気量ＶＯＬ＃に対し、バルブタイミングが進角制御されると吸気バルブの閉時期が下死点に近づいて、有効排気量ＶＯＬ＃が増大する。これにより、同一の体積流量を得るための前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬが要求値より大きめに設定され、該ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに基づいて算出された基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０も要求値より大きめに算出されることとなる。そこで、有効排気量ＶＯＬ＃の増大に応じて基本バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０を減少補正する。この補正により、正確な要求バルブ開口面積、すなわち、バルブ要求開口面積ＴＶＥＬＡＡを設定できる。なお、有効排気量ＶＯＬ＃は、機関回転速度の増大に応じて慣性により下死点より遅角側で最大となるので、機関回転速度も考慮して補正するのがよい。
【００５０】
そして、該バルブ要求開口面積ＴＶＥＬＡＡに基づき、図に示すようなテーブルＴＴＧＶＥＬを検索して基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０を設定する（図１２のｈ部）。すなわち、バルブ開口面積からＶＥＬ作動角は一義的に求めることが可能であるので、このようなテーブルをあらかじめ設定しておく。これにより、容易に基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０を設定できる。
【００５１】
前記基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０を、バルブオフセット学習によるオフセット学習値ＬＲＮＶＥＬにより補正して最終的な目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを算出する。
前記バルブオフセット学習は、吸気バルブのデポジット（堆積物）等によるバルブ作動特性−実吸入空気量の特性変化に対する補正するためのもので以下のように行われる。
【００５２】
本学習は、以下に列挙する複数の条件が全て満たされたときに実行する。
ａ．エアフローメータ及びスロットルセンサが故障と判定されていないこと。
ｂ．アイドルスイッチがＯＮのアイドル状態で、かつ、全気筒フューエルカット中であること。
ｃ．エアフローメータで検出される吸入空気量の変動量が所定値以下、アイドル回転速度制御で目標開度に対する実回転速度の偏差が所定値以下、スロットル開度の変化量が所定値以下の各条件が全て満たされていること。
【００５３】
上記学習条件の成立時に、吸気バルブの現在のバルブ作動特性と機関運転状態とに基づいて吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬを算出し、この期待値をエアフローメータで検出された実際の吸入空気量ＴＰと比較して学習を行う。
前記吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬは、以下のように算出される。
図１３を参照して、スロットルセンサ１１８で検出した実スロットル開度ＴＰＯを図示テーブルによってスロットル開口面積ＡＡに変換し、機関回転速度ＮＥと排気量ＶＯＬ＃で除算して実際の状態量ＡＡＤＮＶを算出する。なお、排気量ＶＯＬ＃は、吸入空気量制御時と同様のＶＴＣ補正を行った有効排気量を用いることでより精度が向上する。
【００５４】
前記実状態量ＡＡＤＮＶを、図示の体積流量比変換テーブルを用いて、スロットルバルブ通過部の体積流量比ＱＨ０に変換する。
一方、スロットルバルブ全開条件で、作動角センサ１２６によって検出される吸気バルブの作動角ＡＤＩＮ−ＡＮと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬ００を図示テーブルから検索する。
【００５５】
該吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬ００に、前記体積流量比ＱＨ０を乗じて実際のスロットルバルブ開度に応じた補正を行い、さらに、大気圧補正係数（＝大気圧検出値ＡＬＴ／基準大気圧ＢＡＳＥＡＬＴ＃）を乗じて大気圧補正を行い、吸気温度補正係数[＝基準吸気温度ＢＡＳＥＴＡＦ＃／（吸気温度検出値ＴＡＦ＋２７３）]を乗じて吸気温度補正を行い、質量流量に換算しＴＰＶＥＬとする。
【００５６】
前記吸入空気量の吸入空気量の期待値ＴＰＶＥＬを、前記エアフローメータで検出した吸入空気量の検出値ＴＰと比較する。
｜ＴＰＶＥＬ−ＴＰ｜≦所定値（不感帯）のときは、オフセット学習値ＬＲＮＶＥＬを前回値ＬＲＮＶＥＬ(-1)に維持する。
｜ＴＰＶＥＬ−ＴＰ｜＞所定値のときは、次式にしたがってオフセット学習値ＬＲＮＶＥＬを更新する。
【００５７】
ＬＲＮＶＥＬ＝ＬＲＮＶＥＬ(-1)＋ＶＥＬＧＡＩＮ＃×（ＴＰＶＥＬ−ＴＰ）
ＶＥＬＧＡＩＮ＃：係数
但し、ＴＶＥＬＭＩＮ＃≦ＬＲＮＶＥＬ≦ＴＶＥＬＭＡＸ＃を満たすように下限値ＴＶＥＬＭＩＮ＃と上限値ＴＶＥＬＭＡＸ＃とで規制する。
このようにして学習更新されたオフセット学習値ＬＲＮＶＥＬを、前記基本目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０に加算して、最終的な目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを算出する（図１２のｉ部）。
【００５８】
このようにオフセット学習を行うことで、吸気バルブのデポジット（堆積物）等によりバルブ作動特性−実吸入空気量の特性が経時変化しても、該特性変化に見合ったバルブ作動特性の学習補正を行うことにより、高精度な吸入空気量制御を維持できる。
次に、目標スロットル開度演算部Ｃについて説明する。目標スロットル開度演算部Ｃは、負圧が要求されないとき目標スロットル開度を全開とし、一定の負圧（目標Ｂｏｏｓｔ）が要求されるときは目標Ｂｏｏｓｔを確保する目標スロットル開度を設定する。また、前記ＶＥＬ目標作動角演算部Ｂにおいて最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴが選択されたとき（すなわち、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のみでトルク制御ができないとき）は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２と協調して前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを実現する目標スロットル開度を演算する。
【００５９】
そして、電子制御スロットル１０４は、前記目標スロットル開度となるようにスロットルバルブ１０３ｂの開度を制御する。
なお、前記可変バルブ機構は、上述した構成のものに限定するものではなく、他の構成によるものであってもよい。
また、吸気バルブ１０５のバルブ作動特性を可変するものに限られず、排気バルブ１０７のバルブ作動特性を吸気バルブ１０５と共に、あるいは、単独で可変するものであってもよい。
【００６０】
さらに、本実施形態では、バルブオフセット学習で目標バルブ特性を学習補正するものを示したが、それより前段側で目標吸入空気量や要求開口面積を学習補正するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における機関の構成図。
【図２】本発明の実施形態における可変動弁機構の断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記可変動弁機構の側面図。
【図４】上記可変動弁機構の平面図。
【図５】上記可変動弁機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記可変動弁機構の低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記可変動弁機構の高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記可変動弁機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図９】上記可変動弁機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】上記可変動弁機構における制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】上記可変動弁機構によるトルク制御を示す全体ブロック図。
【図１２】ＶＥＬ目標作動角の演算を示す制御ブロック図。
【図１３】吸入空気量の期待値を算出するブロック図。
【符号の説明】
１３ カム軸
１５ 偏心カム（揺動駆動部材）
１６ 制御軸
１７ 制御カム
１８ ロッカアーム
２０ 揺動カム
２５ リンクアーム（揺動駆動部材）
１０１ 内燃機関
１０４ 電子制御スロットル
１０５ 吸気バルブ
１１２ 可変バルブ機構（ＶＥＬ）
１１４ コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）
１１５ アクセル開度センサ
１１６ エアフローメータ
１１７ クランク角センサ
１１８ スロットルセンサ
１２１ アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）
１２６ 作動角センサ
Claims (8)
- 内燃機関の吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備え、吸気バルブの目標吸入空気量相当の目標バルブ作動特性を設定し、吸気バルブの実際のバルブ作動特性を検出しつつ該バルブ作動特性を前記目標バルブ作動特性に収束させるようにフィードバック制御する可変動弁機構の制御装置であって、
所定の定常運転状態での学習条件成立時に、実際の吸入空気量を検出すると共に、前記吸気バルブのバルブ作動特性のフィードバック制御を行いつつ、該バルブ作動特性の検出値から期待される吸入空気量の期待値を算出し、
前記吸入空気量の検出値と前記吸入空気量の期待値とを比較し両者のずれに応じて吸気バルブのバルブ作動特性の学習値を算出しつつ更新し、
該学習値によって前記吸気バルブの目標バルブ作動特性を補正する学習を行うことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。 - 内燃機関の吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備え、
前記機関の運転状態に応じて、目標トルク相当の目標吸入空気量を設定し、
前記設定した目標吸入空気量を吸気バルブの要求開口面積に換算し、
前記換算された要求開口面積に基づいて吸気バルブの目標バルブ作動特性を設定し、
吸気バルブの実際のバルブ作動特性を検出しつつ該バルブ作動特性を前記目標バルブ作動特性に収束させるようにフィードバック制御する可変動弁機構の制御装置であって、
所定の定常運転状態での学習条件成立時に、実際の吸入空気量を検出すると共に、前記吸気バルブのバルブ作動特性のフィードバック制御を行いつつ、該バルブ作動特性の検出値から期待される吸入空気量の期待値を算出し、
前記吸入空気量の検出値と前記吸入空気量の期待値とを比較し、両者のずれに応じて前記目標吸入空気量、要求開口面積または吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかの学習値を算出しつつ更新し、
該学習値によって前記目標吸入空気量、要求開口面積または吸気バルブの目標バルブ作動特性のいずれかを補正する学習を行うことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。 - 目標トルク相当の目標体積流量を吸気バルブの要求開口面積に変換し、該要求開口面積に基づいて、前記吸気バルブの目標バルブ作動特性を設定することを特徴とする請求項２に記載の可変動弁機構の制御装置。
- 前記吸入空気量の期待値は、該バルブ作動特性と、機関回転速度と、吸気バルブ上流に介装されたスロットルバルブの開度とに基づいて算出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
- 前記吸入空気量の期待値は、大気圧および吸気温度により補正されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
- 前記吸入空気量の期待値の算出および前記バルブ作動特性の制御の補正を、アイドル時または全気筒フューエルカット制御中に行うことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
- アクセル開度と機関回転速度に基づいて、前記目標吸入空気量を設定することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
- 前記可変動弁機構は、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、該駆動軸の固定された駆動カムと、揺動することでバルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するアクチュエータと、を含んで構成され、前記アクチュエータによって前記制御軸を回動制御することによりバルブ作動特性を可変することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
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