CN1701170A - 用于控制内燃机的气门致动的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置。根据内燃机操作状态，选择关联过程控制或离散过程控制以进行气门正时控制。在关联过程控制中，根据内燃机操作状态计算进气门凸轮轴(22)的目标位移角INP，并且使该凸轮轴(22)的实际位移角INR接近该目标位移角INP。此外，依照根据内燃机操作状态计算出的目标气门重叠量OVP和实际位移角INR，计算排气门凸轮轴(23)的目标位移角EXP，并使该凸轮轴(23)的实际位移角EXR接近该目标位移角EXP。在离散过程控制中，根据内燃机操作状态计算目标位移角INP、EXP，并使实际位移角INR、EXR接近这些目标位移角。

Description

用于控制内燃机的气门致动的装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制内燃机的气门致动(驱动)的装置。

背景技术

在车载内燃机中，已知一些内燃机具有一可变气门致动机构，该机构可改变内燃机气门，例如进气门和排气门的性能，包括正时(打开和关闭)和升程，以用于提高内燃机的功率输出或改善内燃机的排放物的清洁度。在这种内燃机中，根据内燃机的操作状态控制该可变气门致动机构，并且针对给定的内燃机的操作状态，将该内燃机气门的致动调节为最优。这种调节用于提高内燃机的功率输出或改善内燃机的排放物的清洁度。

例如，当要求内燃机提供高输出时，可调节内燃机气门的致动以便提高该内燃机的进气效率。通过这样调节内燃机气门的致动来提高进气效率，可在其中燃烧室充满最大可能体积的混合气体的状态下完成燃烧，从而可提高内燃机的功率输出。

当内燃机的功率需求不高时，可调节内燃机气门的致动以使内部EGR(排气再循环)量在一个不会对燃烧产生负面影响的范围内最大。因此，因为该内部EGR量根据气门重叠量的变化而变化，所以可将内燃机气门的致动调节成实现一定的气门重叠量，该气门重叠量可使该内部EGR量在上述范围内最大。通过这样将内部EGR量增大到可实现的最大值，即使燃烧温度降低，仍可抑制氧化氮(NOx)的生成，从而可改进内燃机的与NOx有关的排放物含量。

另外，在另一种其气门的致动可变的内燃机中，分别改变进气门和排气门的致动以便更有效地调节内部EGR量，以提高进气效率并改善排放物的清洁度。例如，日本公开专利文献No.11-218035公开了一种配置，其中提供一用于改变进气门的正时的可变气门致动机构和一用于改变排气门的正时的可变气门致动机构，可通过分别控制这些可变气门致动机构来改变进气门和排气门的气门正时(配气正时)。

在这种内燃机中，根据内燃机的操作状态(运转状态)分别计算进气门和排气门的目标气门正时。然后，控制这两个可变气门致动机构的驱动以使进气门和排气门的气门正时达到被分别计算出的各自的目标气门正时。通过这样调节进气门和排气门的气门正时，可以更有效地调节内部EGR量以便提高进气效率并改善排放物的清洁度，以增大内燃机的输出。

当要控制气门重叠量以达到对应于内燃机操作状态的最优量时，将进气门和排气门的气门正时、进气门和排气门的目标气门正时设定为可使气门重叠量达到上述最优量的值。然后，将进气门和排气门的气门正时改变成它们各自的目标气门正时。进气门和排气门的气门正时中的这种改变最终将使得气门重叠量收敛于其最优值(下文中被称为目标气门重叠量)，以使得该气门重叠量达到其最优值。

但是，在使进气门和排气门的气门正时变化到它们各自的目标气门正时的过程中，响应该变化的延时将使气门重叠的量偏离目标气门重叠量。例如，可设想从其中进气门和排气门的气门正时收敛于它们各自的目标气门正时的状态开始，该目标气门重叠量因为内燃机的操作状态的变化或任何原因而改变，为了获得改变后的目标气门重叠量，改变这两个气门各自的目标气门正时。在此情况下，从进气门和排气门的气门正时开始朝它们各自的目标气门正时改变的时刻，直到该气门正时收敛于该目标气门正时，气门重叠量偏离目标气门重叠量。

还会出现这样一种情况，即当根据内燃机的操作状态在提前方向或延迟方向上改变进气门和排气门的气门正时的同时，将气门重叠量调节为目标气门重叠量。在此情况下，在改变进气门的气门正时时的响应速度和在改变排气门的气门正时时的响应速度之间的差会使得气门重叠量过大或过小。进气门和排气门的气门正时的变化之间的响应速度的不同是由环境造成的，即，即使在进气门侧和排气门侧使用同样的可变气门致动机构，但不可避免的是用于驱动这两个机构的供油路径的长度不同，该长度的不同将导致上述响应速度的不同。

如果当进气门和排气门的气门正时将相对于目标气门正时提前或延迟时，对这两个气门的气门正时中的变化的响应速度出现任何不同，则气门重叠量就会一度偏离目标气门重叠量。因此，下面相对于在〔I〕到〔IV〕中所述的每种情况，说明气门重叠量远离目标气门重叠量的变化。

〔I〕当进气门和排气门的气门正时将提前到目标气门正时，并且气门重叠量将朝目标气门重叠减小时。

在此情况下，进气门的气门正时在使气门重叠量增大的方向上移动(提前)，而排气门的气门正时在使气门重叠量减小的方向上移动(提前)，从而使气门重叠量接近目标气门重叠量。但是，如果对使进气门的气门正时提前(在使气门重叠量增大的方向上)的响应速度比对使排气门的气门正时提前(在使气门重叠量减小的方向上)的响应速度快，则气门重叠量将一度增大并在远离目标气门重叠量的方向上变化。结果，在改变气门正时的过程中，气门重叠量将大大偏离目标气门重叠量。

〔II〕当进气门和排气门的气门正时将提前到目标气门正时，并且气门重叠量将朝目标气门重叠增大时。

在此情况下，如〔I〕中所述改变进气门和排气门的气门正时。但是，如果对使进气门的气门正时提前(在使气门重叠量增大的方向上)的响应速度比对使排气门的气门正时提前(在使气门重叠量减小的方向上)的响应速度慢时，气门重叠量将一度减小并在远离目标气门重叠量的方向上变化。结果，在改变气门正时的过程中，气门重叠量将大大偏离目标气门重叠量。

〔III〕当进气门和排气门的气门正时将延迟到目标气门正时，并且气门重叠量将朝目标气门重叠减小时。

在此情况下，进气门的气门正时在使气门重叠量减小的方向上变化(延迟)，而排气门的气门正时在使气门重叠量增大的方向上变化(延迟)，从而使气门重叠量接近目标气门重叠量。但是，如果对使进气门的气门正时延迟(在使气门重叠量减小的方向上)的响应速度比对使排气门的气门正时延迟(在使气门重叠量增大的方向上)的响应速度慢时，气门重叠量将一度增大并在远离目标气门重叠量的方向上变化。结果，在改变气门正时的过程中，气门重叠量将大大偏离目标气门重叠量。

〔IV〕当进气门和排气门的气门正时将延迟到目标气门正时，并且气门重叠量将朝目标气门重叠增大时。

在此情况下，如〔III〕中所述改变进气门和排气门的气门正时。但是，如果对使进气门的气门正时延迟(在使气门重叠量减小的方向上)的响应速度比对使排气门的气门正时延迟(在使气门重叠量增大的方向上)的响应速度快时，气门重叠量将一度减小并在远离目标气门重叠量的方向上变化。结果，在改变气门正时的过程中，气门重叠量将大大偏离目标气门重叠量。

如上所述，如果在朝目标气门正时改变进气门和排气门的气门正时的过程中气门重叠量偏离目标气门重叠，则内燃机的操作状态将出现以下问题。

如果气门重叠量在增大方向上偏离目标气门重叠量，则内部EGR量将变得很大并过分降低燃烧温度，或者从进气通道向排气通道的漏气将增加从而使燃烧不稳定。此外，如果内部EGR量过大，则在燃烧过程中在燃烧室的气体中的对燃烧没有贡献的气体会过分增加，而氧气体积相应地减小，导致在氧气不足的条件下燃烧，从而会使得内燃机的HC排放物增加。

另一方面，如果气门重叠量在减小方向上偏离目标气门重叠量，则内部EGR量将变得很小。结果，由内部EGR导致的燃烧温度的降低使温度不足以抑制NOx的生成，这样会使内燃机的NOx排放物增加。此外，气门重叠量在减小方向上偏离目标气门重叠量将使内燃机的燃料效率降低。

此外，由于气门重叠量偏离目标气门重叠量而导致的上述内燃机操作状态的问题，通常对于以下类型的内燃机来说也存在：其中不是通过改变气门的气门正时，而是通过单独改变其它气门致动(方式)，例如进气门和排气门的升程，来调节气门重叠量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于内燃机的气门致动控制的装置，该内燃机的进气门和排气门的致动是可变的，从而在内燃机的气门的致动改变时仍可令人满意地保持内燃机的操作状态。

为了实现本发明的上述目的和其它目的，提供一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置。该装置控制进气门的气门致动和排气门的气门致动各自成为相应的预定目标气门致动。该装置包括第一计算装置、第二计算装置和选择装置。根据内燃机的操作状态，第一计算装置计算第一气门的目标气门致动和这些气门的目标气门重叠量。该第一气门是进气门和排气门之一。根据计算出的目标气门重叠量和该第一气门的实际气门致动，第一计算装置计算第二气门的目标气门致动。该第二气门是进气门和排气门中的另一个。根据内燃机的操作状态，该第二计算装置计算进气门的目标气门致动和排气门的目标气门致动。该选择装置根据内燃机的操作状态选择第一计算装置的计算结果和第二计算装置的计算结果之一，作为进气门的目标气门致动和排气门的目标气门致动。当内燃机的负荷不小于一预定值时，该选择装置选择第二计算装置的计算结果。

本发明提供另一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置。该装置控制进气门的气门致动和排气门的气门致动各自成为相应的预定目标气门致动。该装置包括第一计算装置、第二计算装置和选择装置。根据内燃机的操作状态，第一计算装置计算第一气门的目标气门致动和这些气门的目标气门重叠量。该第一气门是进气门和排气门之一。根据计算出的目标气门重叠量和该第一气门的实际气门致动，第一计算装置计算第二气门的目标气门致动。该第二气门是进气门和排气门中的另一个。根据内燃机的操作状态，该第二计算装置计算进气门的目标气门致动和排气门的目标气门致动。该选择装置根据内燃机的操作状态选择第一计算装置的计算结果和第二计算装置的计算结果之一，作为进气门的目标气门致动和排气门的目标气门致动。当进气门的气门致动和排气门的气门致动已各自收敛于对应的目标气门致动，并且这些气门的气门重叠量已收敛于目标气门重叠量时，该选择装置选择第一计算装置的计算结果。

此外，本发明提供一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置。该装置控制进气门的气门致动和排气门的气门致动各自成为相应的预定目标气门致动。该装置包括第一计算装置、第二计算装置和选择装置。根据内燃机的操作状态，第一计算装置计算第一气门的目标气门致动和这些气门的目标气门重叠量。该第一气门是进气门和排气门之一。根据计算出的目标气门重叠量和该第一气门的实际气门致动，第一计算装置计算第二气门的目标气门致动。该第二气门是进气门和排气门中的另一个。根据内燃机的操作状态，该第二计算装置计算进气门的目标气门致动和排气门的目标气门致动。该选择装置根据内燃机的操作状态选择第一计算装置的计算结果和第二计算装置的计算结果之一，作为进气门的目标气门致动和排气门的目标气门致动。当进气门和排气门的气门致动均改变以增加或减小气门重叠量时，该选择装置选择第二计算装置的计算结果。

在本发明的另一方面，提供一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置。该装置控制进气门的气门致动和排气门的气门致动各自成为相应的预定目标气门致动。该装置包括第一过程控制装置和第二过程控制装置。该第一过程控制装置根据内燃机的操作状态计算第一气门的目标气门致动。该第一气门是进气门和排气门之一。该第一过程控制装置控制该第一气门的气门致动成为该计算出的气门致动。第二过程控制装置根据这些气门的目标气门重叠量以及该第一气门的实际气门致动计算第二气门的目标气门致动，该目标气门重叠量是根据内燃机的操作状态计算出的。该第二气门是进气门和排气门中的另一个。该第二过程控制装置控制该第二气门的气门致动成为该计算出的气门致动。当进气门的气门致动和排气门的气门致动之一改变以增大气门重叠量而另一个气门致动改变以减小气门重叠量时，该第一过程控制装置和第二过程控制装置通过将与气门重叠量的减小有关的气门设定为第一气门，并将与气门重叠量的增大有关的气门设定为第二气门，来执行气门致动控制。

在本发明的又一方面，提供一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置。该装置控制进气门的气门正时和排气门的气门正时各自成为相应的预定目标气门正时。该装置包括第一过程控制装置和第二过程控制装置。该第一过程控制装置根据内燃机的操作状态计算第一气门的目标气门正时。该第一气门是进气门和排气门之一。该第一过程控制装置控制该第一气门的气门正时成为该计算出的气门正时。第二过程控制装置根据这些气门的目标气门重叠量以及该第一气门的实际气门正时计算第二气门的气门正时，该目标气门重叠量是根据内燃机的操作状态计算出的。该第二气门是进气门和排气门中的另一个。该第二过程控制装置控制该第二气门的气门正时成为该计算出的气门正时。当进气门的气门正时和排气门的气门正时都提前时，该第一过程控制装置和第二过程控制装置通过将排气门设定为第一气门并将进气门设定为第二气门，来执行气门正时控制。当进气门的气门正时和排气门的气门正时都延迟时，该第一过程控制装置和第二过程控制装置通过将进气门设定为第一气门并将排气门设定为第二气门，来执行气门正时控制。

附图说明

图1是具有根据本发明的一个实施例的气门致动控制装置的整个内燃机的示意图；

图2示出进气门凸轮轴和排气门凸轮轴的位移角与气门重叠量之间的关系；

图3(a)到3(c)示出这样的状态，其中进气门凸轮轴的实际位移角INR和排气门凸轮轴的实际位移角EXR已收敛于各自的目标位移角INP和EXP，并且气门重叠量OVR已收敛于目标气门重叠量OVP；

图4(a)到4(c)示出这样的状态，其中进气门凸轮轴的实际位移角INR和排气门凸轮轴的实际位移角EXR已收敛于各自的目标位移角INP和EXP，并且气门重叠量OVR已收敛于目标气门重叠量OVP；

图5(a)到5(c)示出这样的状态，其中进气门凸轮轴的实际位移角INR和排气门凸轮轴的实际位移角EXR已收敛于各自的目标位移角INP和EXP，并且气门重叠量OVR已收敛于目标气门重叠量OVP；

图6是示出控制进气门和排气门的气门正时的过程的流程图；

图7是示出控制进气门和排气门的气门正时的过程的流程图；

图8是示出控制进气门和排气门的气门正时的过程的流程图；

图9(a)到9(c)构成一时间图，其示出当在气门重叠量增加时执行第一关联过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR、目标位移角EXP和实际位移角EXR，以及实际气门重叠量OVR和目标气门重叠量OVP的变化；

图10(a)到10(c)构成一时间图，其示出当在气门重叠量增加时执行第二关联过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR、目标位移角EXP和实际位移角EXR，以及实际气门重叠量OVR和目标气门重叠量OVP的变化。

图11(a)到11(c)构成一时间图，其示出当在气门重叠量减小时执行第一关联过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR、目标位移角EXP和实际位移角EXR，以及实际气门重叠量OVR和目标气门重叠量OVP的变化；

图12(a)到12(c)构成一时间图，其示出当在气门重叠量减小时执行第二关联过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR、目标位移角EXP和实际位移角EXR，以及实际气门重叠量OVR和目标气门重叠量OVP的变化；

图13(a)和13(b)构成一时间图，其示出当在气门重叠量增加时执行离散过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR、目标位移角EXP和实际位移角EXR，以及实际气门重叠量OVR和目标气门重叠量OVP的变化；

图14(a)和14(b)构成一时间图，其示出当在气门重叠量减小时执行离散过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR、目标位移角EXP和实际位移角EXR，以及实际气门重叠量OVR和目标气门重叠量OVP的变化；

图15(a)和15(b)构成一时间图，其示出在进气门和排气门的气门正时均提前并且执行第一关联过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR，以及目标位移角EXP和实际位移角EXR的变化；

图16(a)和16(b)构成一时间图，其示出在进气门和排气门的气门正时均提前并且执行第二关联过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR，以及目标位移角EXP和实际位移角EXR的变化；

图17(a)和17(b)构成一时间图，其示出在进气门和排气门的气门正时均延迟并且执行第一关联过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR，以及目标位移角EXP和实际位移角EXR的变化；以及

图18(a)和18(b)构成一时间图，其示出在进气门和排气门的气门正时均延迟并且执行第二关联过程控制的情况下，目标位移角INP和实际位移角INR，以及目标位移角EXP和实际位移角EXR的变化。

具体实施方式

下面将参照图1到18(b)说明本发明的一个实施例。

在图1所示的内燃机1中，燃烧室3内充满混合气体，该混合气体由流经进气通道2的空气和由燃料喷射阀4喷射的燃料组成，并且该混合气体被火花塞5点燃。当这一点燃(操作)使燃烧室3内的混合气体燃烧时，所产生的燃烧能使活塞6往复运动。活塞6的往复运动被连杆8转换成曲轴9的旋转运动，该曲轴是内燃机1的输出轴。另一方面，由该燃烧生成的气体作为废气从燃烧室3排出到排气通道7。

在内燃机1中，通过打开或关闭进气门20来建立或切断进气通道2和燃烧室3之间的连通，并通过打开或关闭排气门21来建立或切断排气通道7和燃烧室3之间的连通。进气门20和排气门21随着进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的旋转而打开或关闭，并分别被凸轮轴22和23的进气门凸轮和排气门凸轮所推压，曲轴9的旋转运动传递给该进气门凸轮轴和排气门凸轮轴。

进气门凸轮轴22具有一进气侧可变气门正时机构25，该机构可通过改变进气门凸轮轴22相对于曲轴9的旋转运动的旋转相位，来改变作为进气门20的致动(方式)的气门正时(打开/关闭定时)。通过液压驱动该进气侧可变气门正时机构25并提前或延迟进气门20的打开时间，来改变进气门20的打开时间和关闭时间。

同样，进气门凸轮轴23具有一排气侧可变气门正时机构31，该机构可通过改变排气门凸轮轴23相对于曲轴9的旋转运动的旋转相位，来改变作为排气门21的致动(方式)的气门正时(打开/关闭定时)。通过液压驱动该排气侧可变气门正时机构31并提前或延迟排气门21的打开时间，来改变排气门21的打开时间和关闭时间。

下面将说明内燃机1的气门致动控制装置的电结构。

在内燃机1中，进气侧可变气门正时机构25和排气侧可变气门正时机构31的液压驱动由安装在汽车上以控制内燃机1的操作的电子控制单元35控制。向电子控制单元35输入来自下列各个传感器的检测信号。

用于提供对应于曲轴9的旋转运动的信号的曲柄位置传感器10。

用于检测进气门凸轮轴22的旋转位置的进气侧凸轮位置传感器24。

用于检测排气门凸轮轴23的旋转位置的排气侧凸轮位置传感器32。

用于检测被车辆的驾驶员踩踏的加速器踏板13的压下度(加速器踏板压下度)的加速器位置传感器14。

用于检测节气门11的孔径的节气门位置传感器15，该节气门设置在进气通道2上并被打开或关闭以改变通道2的空气流量面积。

用于检测位于进气通道2中节气门11下游的部分的压力(吸入压力)的真空(度)传感器12。

电子控制单元35通过控制进气侧可变气门正时机构25的致动来控制进气门20的气门正时。在这一进气门20的气门正时控制中，驱动该进气侧可变气门正时机构25以使气门20的实际气门正时接近目标气门正时。这里，将进气门凸轮轴22的实际位移角用作进气门20的实际气门正时，将进气门凸轮轴22的目标位移角用作进气门20的目标气门正时。

同样，电子控制单元35通过控制排气侧可变气门正时机构31的致动来控制排气门21的气门正时。在这一排气门21的气门正时控制中，驱动该排气侧可变气门正时机构31以使排气门21的实际气门正时接近目标气门正时。这里，将排气门凸轮轴23的实际位移角用作排气门21的实际气门正时，将排气门凸轮轴23的目标位移角用作排气门21的目标气门正时。

此外，用于气门正时控制的位移角表示凸轮轴相对于曲轴的旋转相位，其变化的角度转换成曲柄角(℃A)。

从曲柄位置传感器10和进气侧凸轮位置传感器24的检测信号来计算出进气门凸轮轴22的实际位移角。该实际位移角表示进气门20的气门正时比其最大的延迟正时提前多少，假定当进气门20的气门正时延迟到最大时该实际位移角为0℃A。同样，从曲柄位置传感器10和排气侧凸轮位置传感器32的检测信号来计算出排气门凸轮轴23的实际位移角。该实际位移角表示排气门21的气门正时比其最大的提前正时延迟多少，假定当排气门21的气门正时提前到最大时该实际位移角为0℃A。

下面，将参照图2的时间图说明进气门20和排气门21中的位移角和气门重叠量之间的关系，该时间图示出相对于曲柄角的变化进气门20和排气门21的气门正时的变化。

气门重叠量是一个对应于从排气门21关闭到进气门20打开的期间内曲柄角的变化量的值。例如，如果从排气侧21关闭时起曲柄角已开始改变θ之后进气门20打开，则气门重叠量的值为-θ。例如，当如图2中的虚线所示进气门凸轮轴22的实际位移角和排气门凸轮轴23的实际位移角为0℃A时，该气门重叠量为初始值OV0(例如在此实施例中为-24℃A)。因此，可使用进气门凸轮轴22的实际位移角INR、排气门凸轮轴23的实际位移角EXR，以及初始值OV0，用下面的等式(1)表示实际气门重叠量OVR。

OVR＝INR+EXR+OV0               (1)

OVR：实际气门重叠量

INR：进气门凸轮轴的实际位移角

EXR：排气门凸轮轴的实际位移角

OV0：气门重叠量的初始值

下面将简述进气门20和排气门21的气门正时控制。

在此实施例中，根据内燃机的操作状态，对进气门20和排气门21应用三种气门正时控制方法，包括离散过程控制、第一关联过程控制和第二关联过程控制。离散过程控制是这样一种气门正时控制方法，其优先考虑使进气门20和排气门21的气门正时本身(实际位移角INR和EXR)迅速变化到基于内燃机的操作状态的最优值。第一和第二关联过程控制是这样的控制进气门20和排气门21的气门正时的方法，其优先考虑保持气门重叠量OVR为对应于内燃机的操作状态的最优值。

下面将分别详细说明离散过程控制、第一关联过程控制和第二关联过程控制。

〔离散过程控制〕

这种气门正时控制方法使用进气门凸轮轴22的目标位移角INP和排气门凸轮轴23的目标位移角EXP。

进气门凸轮轴22的目标位移角INP是表示与当时与内燃机的操作状态相对应的进气门凸轮轴22的最优位移角INP(下文中被称为绝对目标位移角)的值，可参照根据内燃机转速和内燃机负荷预先确定的图来计算该目标位移角。这里，内燃机转速是根据曲柄位置传感器10的检测信号计算出的，内燃机负荷是根据与内燃机1的转速和进气量有关的参数计算出的。用于此目的的参数包括内燃机1的吸入压力、节气门的孔径、加速器踏板的压下度等。

另一方面，可根据目标气门重叠量OVP和上述的进气门凸轮轴22的目标位移角INP，使用下面的等式(2)计算排气门凸轮轴23的目标位移角EXP，该目标气门重叠量是参照根据内燃机转速和内燃机负荷预先确定的图计算出的。

EXP＝OVP-(INP+OV0)                  (2)

EXP：排气门凸轮轴的目标位移角

OVP：目标气门重叠量

INP：进气门凸轮轴的目标位移角

OV0：气门重叠量的初始值

等式(2)是通过用目标气门重叠量OVP代替气门重叠量OVR，以及用目标位移角EXP代替排气门凸轮轴23的实际位移角EXR，来修改上述的表示位移角和气门重叠量之间的关系的等式(1)而得到的。此外，目标气门重叠量OVP是对应于内燃机当时的操作状态的最优气门重叠量的理论值。因此，用等式(2)计算出的排气门凸轮轴23的目标位移角EXP表示对应于内燃机当时的操作状态的排气门凸轮轴23的最优位移角(下文中被称为绝对目标位移角)。

如上所述，在离散过程控制中，分别计算作为与内燃机操作状态相对应的最优值的进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的目标位移角INP和EXP。在此离散过程控制中目标位移角INP和EXP的计算逻辑对应于第二计算装置，并且在下文中将被称为离散过程控制计算逻辑。在此离散过程控制中，控制进气侧可变气门正时机构25和排气侧可变气门正时机构31的驱动，以使实际位移角INR和EXR接近通过离散过程控制计算逻辑计算出的目标位移角INP和EXP。

在此离散过程控制中，如果实际位移角INR和EXR总是与目标位移角INP和EXP(绝对目标位移角)一致地改变，则意味着在保持目标气门重叠量OVP的同时，实际位移角INR和EXR将迅速变化到目标位移角INP和EXP。但是，因为实际位移角INR和EXR的变化落后于目标位移角INP和EXP的变化，所以尽管实际位移角INR和EXR可迅速变化到目标位移角INP和EXP，仍然难以在该延迟时间内保持该目标气门重叠量OVP。因此，在离散过程控制中，气门正时控制使实际位移角INR和EXR朝目标位移角INP和EXP迅速变化的优先性高于保持目标气门重叠量OVP。

此外，在离散过程控制中，对进气门20的气门正时的控制以及对排气门21的气门正时的控制对应于离散过程控制装置进行的气门致动控制。

〔第一关联过程控制〕

这种气门正时控制方法也使用进气门凸轮轴22的目标位移角INP和排气门凸轮轴23的目标位移角EXP。与离散过程控制一样，参照根据内燃机转速和内燃机负荷预先确定的图计算进气门凸轮轴22的目标位移角INP。另一方面，根据目标气门重叠量OVP和进气门凸轮轴22的实际位移角INR，使用下面的等式(3)计算排气门凸轮轴23的目标位移角EXP。

EXP＝OVP-(INR+OV0)               (3)

EXP：排气门凸轮轴的目标位移角

OVP：目标气门重叠量

INR：进气门凸轮轴的实际位移角

OV0：气门重叠量的初始值

该等式(3)是通过用进气门凸轮轴22的实际位移角INR代替其目标位移角INP来修改上述等式(2)而得到的。为此，使用等式(3)计算的排气门凸轮轴23的目标位移角EXP表示对应于内燃机当时的工作状态的最优气门重叠量，即表示可保持目标气门重叠量OVP的进气门凸轮轴23的位移角的值。因此，通过等式(3)计算的目标位移角EXP不总是与内燃机当时的工作状态相对应的最优值(绝对目标位移角)。

如上所述，在该第一关联过程控制中，计算作为对应于内燃机工作状态的最优值的进气门凸轮轴22的目标位移角INP，并计算排气门凸轮轴23的目标位移角EXP以便保持目标气门重叠量OVP与朝该目标位移角INP变化的实际位移角INR相对应。在此第一关联过程控制中，目标位移角INP和EXP的计算逻辑对应于第一计算装置，并且在下文中将被称为第一关联过程控制计算逻辑。控制进气侧可变气门正时机构25和排气侧可变气门正时机构31的驱动，以使实际位移角INR和EXR接近由该第一关联过程控制的计算逻辑计算的目标位移角INP和EXP。

此外，在第一关联过程控制中，进气门20的气门正时的控制对应于由第一过程控制装置进行的气门致动控制，而排气门21的气门正时的控制对应于由第二过程控制装置进行的气门致动控制。因此，在第一关联过程控制中，第一过程控制装置进行的气门致动控制应用于进气门20，第二过程控制装置进行的气门致动控制应用于排气门21。

在第一关联过程控制中，在保持目标气门重叠量OVP的同时，可改变进气门20和排气门21的气门正时，即进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的位移角。此外，即使改变进气门凸轮轴22的位移角和排气门凸轮轴23的位移角的响应速度不同，也可保持由响应速度的差别导致的气门重叠量OVR偏离目标气门重叠量OVP的量较小。因此，通过执行第一关联过程控制即进气门20和排气门21的气门正时控制，可抑制在改变气门正时时由气门重叠量OVR偏离目标气门重叠量OVP导致的内燃机操作状态的恶化，这样可令人满意地保持内燃机的操作状态。

但是，因为在第一关联过程控制中，改变排气门凸轮轴23的位移角以便始终保持目标气门重叠量OVP，所以排气门凸轮轴23的位移角在到达与内燃机操作状态相对应的最优值(绝对目标位移角)时发生相应地延迟。因此，在第一关联过程控制中，气门正时控制使保持目标气门重叠量OVP的优先性高于使实际位移角INR和EXR迅速变化到与内燃机操作状态对应的最优值(绝对目标位移角)。

〔第二关联过程控制〕

这种气门正时控制方法也使用进气门凸轮轴22的目标位移角INP和排气门凸轮轴23的目标位移角EXP。但是，与第一关联过程控制不同，使用离散过程控制中的等式(2)计算作为对应于内燃机操作状态的最优值(绝对目标位移角)的排气门凸轮23的目标位移角EXP。另一方面，根据目标气门重叠量OVP和排气门凸轮轴23的实际位移角EXR，使用下面的等式(4)计算进气门凸轮轴22的目标位移角INP。

INP＝OVP-(EXR+OV0)            (4)

INP：进气门凸轮轴的目标位移角

OVP：目标气门重叠量

EXR：排气门凸轮轴的实际位移角

OV0：气门重叠量的初始值

该等式(4)是通过修改上述位移角和气门重叠量之间的关系的等式(1)而得到的，其中用目标气门重叠量OVP代替气门重叠量OVR，并用目标位移角INP代替进气门凸轮轴22的实际位移角INR。使用等式(4)计算的进气门凸轮轴22的目标位移角INP是这样一个值，它可使要被保持的目标气门重叠量OVP与朝目标位移角EXP(绝对目标位移角)变化的排气门凸轮轴23的实际位移角EXR相对应。为此，使用等式(4)计算的目标位移角INP不总是对应于内燃机当时的操作状态的最优值(绝对目标位移角)。

在第二关联过程控制中，目标位移角INP和EXP的计算逻辑对应于第一计算装置，并且在下文中将被称为第二关联过程控制计算逻辑。控制进气侧可变气门正时机构25和排气侧可变气门正时机构31的驱动，以使实际位移角INR和EXR接近由该第二关联过程控制的计算逻辑计算的目标位移角INP和EXP。

此外，在第二关联过程控制中，排气门21的气门正时的控制对应于由第一过程控制装置进行的气门致动控制，而进气门20的气门正时的控制对应于由第二过程控制装置进行的气门致动控制。因此，在第二关联过程控制中，第一过程控制装置进行的气门致动控制应用于排气门21，第二过程控制装置进行的气门致动控制应用于进气门20。

同样，在第二关联过程控制中，在保持目标气门重叠量OVP的同时，可改变进气门20和排气门21的气门正时，即进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的位移角。此外，即使改变进气门凸轮轴22的位移角和排气门凸轮轴23的位移角的响应速度不同，也可保持由响应速度的差别导致的气门重叠量OVR偏离目标气门重叠量OVP的量较小。因此，通过执行第二关联过程控制即进气门20和排气门21的气门正时控制，可抑制在改变气门正时时由气门重叠量OVR偏离目标气门重叠量OVP导致的内燃机操作状态的恶化，这样可令人满意地保持内燃机的操作状态。

但是，因为在第二关联过程控制中，改变进气门凸轮轴22的位移角以便始终保持目标气门重叠量OVP，所以进气门凸轮轴22的位移角在到达与内燃机操作状态相对应的最优值(绝对目标位移角)发生相应地延迟。因此，在第二关联过程控制中，气门正时控制使保持目标气门重叠量OVP的优先性高于使实际位移角INR和EXR迅速变化到与内燃机操作状态对应的最优值(绝对目标位移角)。

下面将参照图6到8说明如何根据内燃机的操作状态分别使用上述离散过程控制、第一关联过程控制和第二关联过程控制。另外，这些附图是示出用于控制进气门20和排气门21的气门正时的气门正时控制程序的流程图。例如，该气门正时控制程序可通过电子控制单元35在每个预定曲柄角处的角中断来执行。

进气门20和排气门21的气门正时对内燃机操作状态的影响，即进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23各自的实际位移角INR和EXR对内燃机操作状态的影响，是来自于气门重叠量OVR或实际位移角INR和EXR本身。内燃机操作状态是受气门重叠量OVR影响还是受实际位移角INR和EXR本身影响，是随着内燃机当时的操作状态而改变的。应充分考虑这一因素，并且根据内燃机的操作状态，选择执行优先考虑保持目标气门重叠量OVP的第一或第二关联过程控制，或执行优先考虑使实际位移角INR和EXR迅速变化到对应于内燃机操作状态的最优值(绝对位移角)的离散过程控制。

因此，当内燃机处于受实际位移角INR和EXR本身影响很大的操作状态时，选择离散过程控制。在该离散过程控制中，通过离散过程控制的计算逻辑计算进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的目标位移角INP和EXP。当内燃机处于受气门重叠量OVR影响很大的操作状态时，选择第一或第二关联过程控制。在该第一关联过程控制中，通过第一关联过程控制的计算逻辑计算进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的目标位移角INP和EXP。在该第二关联过程控制中，通过第二关联过程控制的计算逻辑计算进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的目标位移角INP和EXP。

下面将说明根据内燃机操作状态分别使用离散过程控制、第一关联过程控制和第二关联过程控制的具体示例。

内燃机操作状态受实际位移角INR和EXR本身影响很大的情况是例如内燃机负荷很大的情况。当内燃机上的负荷很大时，要求内燃机1提供高输出，因而通过调整实际位移角INR和EXR本身来提高内燃机的功率输出的优先性高于通过调整气门重叠量OVR来提高废气的清洁度。而且，因为在内燃机上的负荷很大时，进气量增加并且在燃烧时燃烧室3中的氧气量也相应地较大，所以即使气门重叠量OVR(内部EGR量)有些变化，燃烧状态也变化很小并且不会影响内燃机操作。如果在内燃机的负荷很大时执行第一或第二关联过程控制，则保持目标气门重叠量OVP的优先性要高于使实际位移角INR和EXR迅速变化到目标位移角INP和EXP(绝对目标位移角)，这样不能实现所需的内燃机输出，反而会使内燃机1的性能恶化。

考虑到上述情况，在气门正时控制程序中，如果确定内燃机负荷处于或高于一预定水平α，这意味着内燃机上的负荷很大(图6中的S101：是)，则执行离散过程控制(S102)，并且使实际位移角INR和EXR迅速变化到目标位移角INP和EXP(绝对目标位移角)。因此，如上所述，当内燃机的负荷很大时可抑制内燃机1的性能的恶化。另一方面，如果在步骤S102确定内燃机负荷低于该预定水平α，则控制程序将执行步骤S103以及随后的步骤。

此外，当气门重叠量OVR将根据目标气门重叠量OVP的变化而变化时，可根据气门重叠量OVR将大于或小于其当前值而在第一或第二关联过程控制和离散过程控制之间转换气门正时控制。通过执行这种转换，可根据气门重叠量OVR是将大于还是小于其当前值来选择更优选的气门正时控制。

例如，如果气门重叠量OVR小于其当前值，则可执行第一或第二关联过程控制，而如果气门重叠量OVR大于其当前值，则可执行离散过程控制。此外，当执行第一或第二关联过程控制时，用可适用的第一或第二关联过程控制的计算逻辑计算目标位移角INP和EXP。当执行离散过程控制时，用离散过程控制的计算逻辑计算目标位移角INP和EXP。但是，当气门正时控制这样转换时，在实际位移角INR和EXR分别收敛于目标位移角INP和EXP，并且气门重叠量OVR收敛于目标气门重叠量OVP的情况下，气门重叠量OVR的值稍小于该目标值。

另一方面，相反地，如果气门重叠量OVR小于其当前值，则可执行离散过程控制，而如果气门重叠量OVR大于其当前值，则可执行第一或第二关联过程控制。但是，当气门正时控制这样转换时，在实际位移角INR和EXR分别收敛于目标位移角INP和EXP，并且气门重叠量OVR收敛于目标气门重叠量OVP的情况下，气门重叠量OVR的值稍大于该目标值。

因此，考虑这样一种情况，其中仅在离散过程控制下，实际位移角INR和EXR分别收敛于目标位移角INP和EXP，并且气门重叠量OVR收敛于目标气门重叠量OVP。尽管实际位移角INR和EXR分别收敛于目标位移角INP和EXP，但是如图3(a)和3(b)所示，实际位移角INR和EXR与目标位移角INP和EXP并不完全相同，而是轻微地波动、反复交替地逼近和偏离目标位移角INP和EXP。此外，当实际位移角INR和EXR如上所述波动时，气门重叠量OVR也如图3(c)所示随之反复交替地逼近和偏离目标气门重叠量OVP。

在这样的情况下，如果仅在气门重叠量OVR大于或小于其当前值时执行关联过程控制，则会出现上述问题，即气门重叠量OVR变得稍大于或小于目标气门重叠量OVP。

因此，如果仅在气门重叠量OVR小于其当前值时执行关联过程控制，则实际位移角INR和EXR更趋向于在目标位移角INP和EXP之外的减小该气门重叠量的方向上变化，而在目标位移角INP和EXP之外的增大气门重叠量的方向上几乎没有变化。当实际位移角INR和EXR在目标位移角INP和EXP之外的减小气门重叠量的方向上变化时，保持目标气门重叠量OVP的优先性高于使实际位移角INR和EXR快速改变到该绝对目标位移角。因此，允许在目标位移角INP和EXP之外的减小气门重叠量的方向上改变各个实际位移角INR和EXR。相反，当实际位移角INR和EXR在目标位移角INP和EXP之外的增大气门重叠量的方向上变化时，应优先使实际位移角INR和EXR快速改变到目标位移角INP和EXP。因此，禁止在目标位移角INP和EXP之外的增大气门重叠量的方向上改变各个实际位移角INR和EXR。

因此，如图4(a)和4(b)所示，尽管实际位移角INR和EXR收敛于目标位移角INP和EXP，但实际位移角INR和EXR均在减小气门重叠量的方向上变化。结果，如图4(c)所示气门重叠量OVR的值稍小于目标气门重叠量OVP。因此，无疑该内部EGR量会相应地不足并对节约燃料造成不利影响，从而阻碍清洁NOx排放物方面的废气，并阻碍燃料效率的提高。

另一方面，如果仅在气门重叠量大于其当前值时执行关联过程控制，则实际位移角INR和EXR更趋向于在目标位移角INP和EXP之外的增大该气门重叠量的方向上变化，而在目标位移角INP和EXP之外的减小气门重叠量的方向上几乎没有变化。当实际位移角INR和EXR在增大气门重叠量的方向上变化时，保持目标气门重叠量OVP的优先性高于使实际位移角INR和EXR快速改变到该绝对目标位移角。因此，允许在目标位移角INP和EXP之外的增大气门重叠量的方向上改变各个实际位移角INR和EXR。相反，当实际位移角INR和EXR在目标位移角INP和EXP之外的减小气门重叠量的方向上变化时，应优先使实际位移角INR和EXR快速改变到目标位移角INP和EXP。因此，禁止在目标位移角INP和EXP之外的减小气门重叠量的方向上改变各个实际位移角INR和EXR。

因此，如图5(a)和5(b)所示，尽管实际位移角INR和EXR分别收敛于目标位移角INP和EXP，但实际位移角INR和EXR均在增大气门重叠量的方向上变化。结果，如图5(c)所示气门重叠量OVR的值稍大于目标气门重叠量OVP。因此，无疑该内部EGR量会相应地过量，并且燃烧不稳定，从而对限制HC排放物的增加以及使燃烧稳定造成阻碍。

为了解决上述问题，在图6到8所示的气门正时控制程序中，执行步骤S103到S105(图6)。因此，在步骤S103，判断实际位移角INR和EXR是否分别收敛于目标位移角INP和EXP，并在步骤S104判断气门重叠量OVR是否收敛于目标气门重叠量OVP。如果在步骤S103和S104的判断均是肯定的，则不管气门重叠量OVR是变得大于其当前值还是小于其当前值，都将执行第一或第二关联过程控制(S105)。

结果，因为不管气门重叠量OVR是大于其当前值还是小于其当前值，都将执行关联过程控制，所以可抑制由于气门重叠量OVR稍微偏离目标气门重叠量OVP而导致的问题，例如阻碍清洁NOx排放物方面的废气，以及阻碍提高燃料效率，或者对限制HC排放物的增加以及使燃烧稳定造成阻碍。另一方面，如果在步骤S103或S104的判断均是否定的，则该控制将执行步骤S106及以后的步骤(图7)。

此外，对于进气门20，提前气门正时意味着在增大气门重叠量的方向上改变气门正时，而延迟气门正时意味着在减小气门重叠量的方向上改变气门正时。另一方面，对于排气门21，提前气门正时意味着在减小气门重叠量的方向上改变气门正时，而延迟气门正时意味着在增大气门重叠量的方向上改变气门正时。

因此，如果提前进气门20的气门正时和延迟排气门21的气门正时同时进行，则进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的实际位移角INR和EXR将在增大气门重叠量的方向上改变。如果延迟进气门20的气门正时和提前排气门21的气门正时同时进行，则该实际位移角INR和EXR将在减小气门重叠量的方向上改变。在这些情况中，如果执行第一或第二关联过程控制，则由于保持目标气门重叠量OVP的优先性高于使实际位移角INR和EXR快速改变到目标位移角INP和EXP(绝对目标位移角)，会导致出现以下问题。

首先考虑进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的实际位移角INR和EXR在增大气门重叠量的方向上变化的情况。当目标气门重叠量OVP增加时，即当进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的目标位移角INP和EXP在增大气门重叠量的方向上变化时，会出现这样的情况。

如果在此情况下执行第一关联过程控制，则首先，如图9(a)中的虚线所示，进气门凸轮轴22的实际位移角INR将在增大气门重叠量的方向上朝目标位移角INP改变。但是，实际位移角INR朝目标位移角INP的这种改变只是逐渐进行。因此，如图9(b)中的实线所示，排气门凸轮轴23的目标位移角EXP在增大气门重叠量的方向上显著变化，该目标位移角EXP是根据进气门凸轮轴22的实际位移角INR计算出的，以便保持目标气门重叠量OVP。然后，如图9(b)中的虚线所示，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR将朝该目标位移角EXP改变。与此相反，随着如图9(a)中的虚线所示进气门凸轮轴22的实际位移角INR在增大气门重叠量的方向上改变，如图9(b)中的实线所示相关的目标位移角EXP在减小气门重叠量的方向上改变。结果，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR(图9(b)中的虚线)在目标位移角EXP(图9(b)中的实线)之外的增大气门重叠量的方向上改变，而由图9(c)中的虚线所示的目标气门重叠量OVR超过由同一图中的实线所示的气门重叠量OVP。

如果在此情况下执行第二关联控制，则首先，如图10(b)中的虚线所示，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在增大气门重叠量的方向上朝目标位移角EXP改变。但是，实际位移角EXR朝目标位移角EXP的这种改变只是逐渐进行。因此，如图10(a)中的实线所示，进气门凸轮轴22的目标位移角INP在增大气门重叠量的方向上显著变化，该目标位移角INP是根据排气门凸轮轴23的实际位移角EXR计算出的，以便保持目标气门重叠量OVP。如图10(a)中的虚线所示，进气门凸轮轴22的实际位移角INR将朝该目标位移角INP改变。与此相反，随着如图10(b)中的虚线所示排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在增大气门重叠量的方向上改变，如图10(a)中的实线所示相关的目标位移角INP在减小气门重叠量的方向上改变。结果，进气门凸轮轴22的实际位移角INR(图10(a)中的虚线)在目标位移角INP(实线)之外的增大气门重叠量的方向上改变，而由图10(c)中的虚线所示的气门重叠量OVR超过由同一图中的实线所示的目标气门重叠量OVP。

如果如上所述，当进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的实际位移角INR和EXR均在增大气门重叠量的方向上变化时，执行第一或第二关联过程控制，则气门重叠量OVR将超过目标气门重叠量OVP。结果，气门重叠量OVR朝目标气门重叠量OVP的收敛延迟，并且内部EGR量的过量使得内燃机的HC排放物增加并且燃烧不稳定。

然后，将考虑进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的实际位移角INR和EXR在减小气门重叠量的方向上改变的情况。

当目标气门重叠量OVP减小时，即当进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的目标位移角INP和EXP在减小气门重叠量的方向上变化时，会出现这样的情况。

如果在此情况下执行第一关联过程控制，则首先，如图11(a)中的虚线所示，进气门凸轮轴22的实际位移角INR在减小气门重叠量的方向上朝目标位移角INP改变。但是，实际位移角INR朝目标位移角INP的这种改变只是逐渐进行。因此，如图11(b)中的实线所示，排气门凸轮轴23的目标位移角EXP在减小气门重叠量的方向上显著变化，该目标位移角EXP是根据进气门凸轮轴22的实际位移角INR计算出的，以便保持目标气门重叠量OVP。如图11(b)中的虚线所示，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR将朝该目标位移角EXP改变。与此相反，随着如图11(a)中的虚线所示进气门凸轮轴22的实际位移角INR在减小气门重叠量的方向上改变，如图11(b)中的实线所示相关的目标位移角EXP在增大气门重叠量的方向上改变。结果，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR(图11(b)中的虚线)在目标位移角EXP(实线)之外的减小气门重叠量的方向上改变，而由图11(c)中的虚线所示的气门重叠量OVR低于该图中实线所示的目标气门重叠量OVP。

如果在此情况下执行第二关联控制，则首先，如图12(b)中的虚线所示，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在减小气门重叠量的方向上朝目标位移角EXP改变。但是，实际位移角EXR朝目标位移角EXP的这种改变只是逐渐进行。因此，如图12(a)中的实线所示，进气门凸轮轴22的目标位移角INP在减小气门重叠量的方向上显著变化，该目标位移角INP是根据排气门凸轮轴23的实际位移角EXR计算出的，以便保持目标气门重叠量OVP。如图12(a)中的虚线所示，进气门凸轮轴22的实际位移角INR将朝该目标位移角INP改变。与此相反，随着如图12(b)中的虚线所示排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在减小气门重叠量的方向上改变，如图12(a)中的实线所示相关的目标位移角INP在增大气门重叠量的方向上改变。结果，进气门凸轮轴22的实际位移角INR(图12(a)中的虚线)在目标位移角INP(实线)之外的增大气门重叠量的方向上改变，而由图12(c)中的虚线所示的气门重叠量OVR低于由实线所示的目标气门重叠量OVP。

如果如上所述，当进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的实际位移角INR和EXR在减小气门重叠量的方向上变化时执行第一或第二关联过程控制，则气门重叠量OVR将低于目标气门重叠量OVP。结果，气门重叠量OVR朝目标气门重叠量OVP的收敛延迟，并且内部EGR量的不足将阻碍清洁内燃机的与NOx排放物有关的废气，并阻碍提高燃料效率。

为了解决上述问题，在图6到8所示的气门正时控制程序中，执行步骤S106到S108(图7)。

因此在步骤S106，判断是否指令进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的实际位移角INR和EXR在增大气门重叠量的方向上变化。该判断是根据例如是否满足下面两个条件做出的：

进气门凸轮轴22的目标位移角INP(绝对目标位移角)减去实际位移角INR所得的余额是一正值，即指令提前进气门20的气门正时。

排气门凸轮轴23的目标位移角EXP(绝对目标位移角)减去实际位移角EXR所得的余额是一正值，即指令延迟排气门21的气门正时。

如果满足这两个条件，则在步骤S106的判断是肯定的，并且程序转到步骤S108。

然后在步骤S107，判断是否给出一个指令以在减小气门重叠量的方向上改变进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的实际位移角INR和EXR。该判断是根据例如是否满足下面两个条件做出的：

进气门凸轮轴22的目标位移角INP(绝对目标位移角)减去实际位移角INR所得的余额是一负值，即指令延迟进气门20的气门正时。

排气门凸轮轴23的目标位移角EXP(绝对目标位移角)减去实际位移角EXR所得的余额是一负值，即指令提前排气门21的气门正时。

如果这两个条件都满足，则在步骤S107的判断是肯定的，程序转到步骤S108。另一方面，如果在步骤S106和S107的判断是否定的，则该控制程序将执行步骤S109及以后的步骤(图8)。

如果程序转到步骤S108，则将执行优先考虑使实际位移角INR和EXR快速变化到目标位移角INP和EXP(绝对目标位移角)的离散过程控制。当执行离散过程控制时，不管实际位移角INR和EXR是在增大气门重叠量的方向上改变还是在减小气门重叠量的方向上改变，上述的超出或低于(目标气门重叠量的情况)都不会发生。

因此，当实际位移角INR和EXR都在增大气门重叠量的方向上改变时，在离散过程控制下，如图13(a)和13(b)中的实线所示，目标位移角INP和EXP在增大气门重叠量的方向上朝对应于内燃机操作状态的最优值(绝对目标位移角)改变。如图13(a)和13(b)中的虚线所示，进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的实际位移角INR和EXR分别在增大气门重叠量的方向上朝目标位移角INP和EXP改变。因为实际位移角INR和EXR这样分别变化到接近目标位移角INP和EXP(绝对目标位移角)，所以可抑制气门重叠量OVR超过目标气门重叠量OVP以及由此引起的任何问题。

当实际位移角INR和EXR都在减小气门重叠量的方向上改变时，在离散过程控制下，如图14(a)和14(b)中的实线所示，目标位移角INP和EXP在减小气门重叠量的方向上朝对应于内燃机操作状态的最优值(绝对目标位移角)改变。如图14(a)和14(b)中的虚线所示，进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的实际位移角INR和EXR分别在减小气门重叠量的方向上朝目标位移角INP和EXP改变。因为实际位移角INR和EXR这样分别变化到接近目标位移角INP和EXP(绝对目标位移角)，所以可抑制气门重叠量OVR低于目标气门重叠量OVP以及由此引起的任何问题。

此外，会存在这样的情况，其中进气门20和排气门21的气门正时被提前或延迟，使得气门重叠量的增大方向和减小方向之间不一致。

因此，〔1〕当这两个气门的气门正时均提前时，进气门20的气门正时在增大气门重叠量的方向上改变(提前)，而排气门21的气门正时在减小气门重叠量的方向上改变(提前)。在此情况下，进气门凸轮轴22的目标位移角INP在增大气门重叠量的方向上改变，排气门凸轮轴23的目标位移角EXP在减小气门重叠量的方向上改变。

同样，〔2〕当这两个气门的气门正时均延迟时，进气门20的气门正时在减小气门重叠量的方向上改变(延迟)，而排气门21的气门正时在增大气门重叠量的方向上改变(延迟)。在此情况下，进气门凸轮轴22的目标位移角INP在减小气门重叠量的方向上改变，排气门凸轮轴23的目标位移角EXP在增大气门重叠量的方向上改变。

已经确定，如果在此情况下执行第一或第二关联过程控制，则会出现以下现象。现在，将分别说明当在上述情况〔1〕和〔2〕中执行第一关联过程控制时将出现的现象，以及当在上述情况〔1〕和〔2〕中执行第二关联过程控制时将出现的现象。

在情况〔1〕中，当执行第一关联过程控制时：

在此情况下，在开始改变气门正时时，首先，如图15(a)中的实线所示进气门凸轮轴22的目标位移角INP开始在增大气门重叠量的方向上改变。如图15(a)的虚线所示，进气门凸轮轴22的实际位移角INR开始在增大气门重叠量的方向上朝该目标位移角INP改变。如图15(b)中的实线所示，排气门凸轮轴23的目标位移角EXP在减小气门重叠量的方向上变化，该目标位移角EXP是根据相关的实际位移角INR计算出的，以便保持目标气门重叠量OVP。如图15(b)的虚线所示，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在减小气门重叠量的方向上朝该目标位移角EXP变化。

响应进气门凸轮轴22的实际位移角INR在增大气门重叠量的方向上的改变，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在减小气门重叠量的方向上改变。为此，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR变化的起点相对于进气门凸轮轴22的实际位移角INR变化的起点延迟了一个预定的时间长度Δt1，并且对应于该延时，气门重叠量OVR暂时大于目标气门重叠量OVP。

在情况〔1〕中，当执行第二关联过程控制时：

在此情况下，在开始改变气门正时时，首先，如图16(b)中的实线所示，排气门凸轮轴23的目标位移角EXP开始在减小气门重叠量的方向上变化。如图16(b)的虚线所示，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR开始在减小气门重叠量的方向上朝该目标位移角EXP改变。如图16(a)中的实线所示，进气门凸轮轴22的目标位移角INP在增大气门重叠量的方向上变化，该目标位移角INP是根据相关的实际位移角EXR计算出的，以便保持目标气门重叠量OVP。如图16(a)的虚线所示，进气门凸轮轴22的实际位移角INR在增大气门重叠量的方向上朝该目标位移角INP改变。

响应排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在减小气门重叠量的方向上的改变，进气门凸轮轴22的实际位移角INR在增大气门重叠量的方向上变化。为此，进气门凸轮轴22的实际位移角INR变化的起点相对于排气门凸轮轴23的实际位移角EXR变化的起点延迟了一个预定的时间长度Δt2，并且对应于该延时，气门重叠量OVR暂时小于目标气门重叠量OVP。

在情况〔2〕中，当执行第一关联过程控制时：

在此情况下，在开始改变气门正时时，首先，如图17(a)中的实线所示进气门凸轮轴22的目标位移角INP开始在减小气门重叠量的方向上改变。如图17(a)的虚线所示，进气门凸轮轴22的实际位移角INR开始在减小气门重叠量的方向上朝该目标位移角INP改变。如图17(b)中的实线所示，排气门凸轮轴23的目标位移角EXP在增大气门重叠量的方向上变化，该目标位移角EXP是根据相关的实际位移角INR计算出的，以便保持目标气门重叠量OVP。如图17(b)的虚线所示，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在增大气门重叠量的方向上朝该目标位移角EXP改变。

响应进气门凸轮轴22的实际位移角INR在减小气门重叠量的方向上的改变，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在增大气门重叠量的方向上改变。为此，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR变化的起点相对于进气门凸轮轴22的实际位移角INR变化的起点延迟了一个预定的时间长度Δt3，并且对应于该延时，气门重叠量OVR暂时小于目标气门重叠量OVP。

在情况〔2〕中，当执行第二关联过程控制时：

在此情况下，在开始改变气门正时时，首先，如图18(b)中的实线所示排气门凸轮轴23的目标位移角EXP开始在增大气门重叠量的方向上变化。如图18(b)的虚线所示，排气门凸轮轴23的实际位移角EXR开始在增大气门重叠量的方向上朝该目标位移角EXP改变。如图18(a)中的实线所示，进气门凸轮轴22的目标位移角INP在减小气门重叠量的方向上变化，该目标位移角INP是根据相关的实际位移角EXR计算出的，以便保持目标气门重叠量OVP。如图18(a)的虚线所示，实际位移角INR在减小气门重叠量的方向上朝该目标位移角INP改变。

响应排气门凸轮轴23的实际位移角EXR在增大气门重叠量的方向上的改变，进气门凸轮轴22的实际位移角INR在减小气门重叠量的方向上变化。为此，进气门凸轮轴22的实际位移角INR变化的起点相对于排气门凸轮轴23的实际位移角EXR变化的起点延迟了一个预定的时间长度Δt4，并且对应于该延时，气门重叠量OVR暂时大于目标气门重叠量OVP。

现在，将讨论气门重叠量OVR在目标气门重叠量OVP之外增大和减小对内燃机1的影响。

当气门重叠量OVR在目标气门重叠量OVP之外增大时，内部EGR量过大，这不仅使得内燃机1的HC排放物增加，而且使燃烧不稳定，最坏情况下会导致熄火，进而导致失速。另一方面，当气门重叠量OVR在目标气门重叠量OVP之外减小时，内部EGR量过小，这会使得内燃机1的NOx排放物增加，并使燃料效率下降，但是负面影响不会像引起内燃机1失速那样严重。为此，从提高内燃机性能的可靠性方面考虑，即使存在气门重叠量OVR降低到目标气门重叠量OVP之下的危险，但优选地要尽一切办法防止气门重叠量OVR在目标气门重叠量OVP之外增大。

考虑到上述情况，在图6到8所示的气门正时控制程序中执行步骤S109到S114(图8)。

在步骤S109和S110，判断是否是上面的〔1〕中所述的情况。

因此，首先判断是否指令在增大气门重叠量的方向上改变进气门凸轮轴22的实际位移角INR(S109)。该判断是根据例如进气门凸轮轴22的目标位移角INP(绝对目标位移角)减去实际位移角INR所得的差额是否是一正值，换句话说是否指令提前进气门20的气门正时，而做出的。

然后，判断是否指令在减小气门重叠量的方向上改变排气门凸轮轴23的实际位移角EXR(S110)。该判断是根据例如排气门凸轮轴23的目标位移角EXP(绝对目标位移角)减去实际位移角EXR所得的差额是否是一负值，换句话说是否指令提前排气门21的气门正时，而做出的。

如果在步骤S109和S110的判断都是肯定的，则可判定情况是上面的〔1〕中所述的情况，并将执行第二关联过程控制(S111)。在此情况下，因为在上面的〔1〕中所述的情况下执行第二关联过程控制，所以在情况〔1〕下可防止气门重叠量OVR超过目标气门重叠量OVP，以及防止对内燃机操作所带来的不利影响。另一方面，如果在步骤S109和S110中的任何一个步骤的判断是否定的，则控制程序将转到步骤S112及以后的步骤。

在步骤S112和S113，判断情况是否是上面的〔2〕中所述的情况。

因此，首先判断是否指令在减小气门重叠量的方向上改变进气门凸轮轴22的实际位移角INR(S112)。该判断是根据例如进气门凸轮轴22的目标位移角INP(绝对目标位移角)减去实际位移角INR所得的差额是否是一负值，换句话说是否指令延迟进气门20的气门正时，而做出的。

然后，判断是否指令在增大气门重叠量的方向上改变排气门凸轮轴23的实际位移角EXR(S113)。该判断是根据例如排气门凸轮轴23的目标位移角EXP(绝对目标位移角)减去实际位移角EXR所得的差额是否是一正值，换句话说是否指令延迟排气门21的气门正时，而做出的。

如果在步骤S112和S113的判断都是肯定的，则可判定情况是上面的〔2〕中所述的情况，并将执行第一关联过程控制(S114)。在此情况下，因为在上面的〔2〕中所述的情况下执行第一关联过程控制，所以在情况〔2〕下可防止气门重叠量OVR超过目标气门重叠量OVP，以及防止对内燃机操作所带来的不利影响。

在上文中详细说明的根据本发明的实施例具有以下优点。

(1)在第一或第二关联过程控制中，可在保持目标气门重叠量OVP的同时，改变进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的位移角。而且，即使改变进气门凸轮轴22的位移角和改变排气门凸轮轴23的位移角的响应速度之间存在差别，仍可使得由该响应速度的差别导致的气门重叠量OVR偏离目标气门重叠量OVP的量最小。因此，当改变进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的位移角时，执行任何一个该关联过程控制都可防止气门重叠量OVR偏离目标气门重叠量OVP而对内燃机操作状态产生不利影响，这样可令人满意地保持内燃机的操作状态。

(2)当实际位移角INR和EXR影响内燃机的操作状态时，气门重叠量OVR或者实际位移角INR和EXR本身可能影响内燃机的操作状态。是气门重叠量OVR影响内燃机的操作状态还是实际位移角INR和EXR本身影响内燃机的操作状态，这取决于内燃机当时的操作状态。例如，如果当内燃机的负荷很大时执行优先考虑保持目标气门重叠量OVP的第一或第二关联过程控制，则不能实现所需的内燃机输出并且内燃机1的性能将下降。但是，当内燃机的负荷不小于预定水平α时，将执行优先考虑使实际位移角INR和EXR迅速变化到目标位移角INP和EXP(绝对目标位移角)的离散过程控制，因此可抑制上述的内燃机1的性能下降。

(3)如果根据气门重叠量OVR向高于还是低于其当前值改变，气门正时控制采取不同的离散过程控制和任何一个关联过程控制，则在内燃机的一些操作状态中会出现问题。例如，当实际位移角INR和EXR收敛于目标位移角INP和EXP，并且气门重叠量OVR收敛于目标气门重叠量OVP时，会出现任何这样的问题。在此情况下，气门重叠量OVR的值可能稍大于或小于目标气门重叠量OVP，并且这会对内燃机操作造成负面影响。但是，在这样的情况下，不管气门重叠量OVR是大于还是小于其当前值，都执行第一或第二关联过程控制。因此，可抑制上述的气门重叠量OVR稍微偏离目标气门重叠量OVP，并且可防止该偏离对内燃机的操作状态造成不利影响。

(4)当进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的目标位移角INP和EXP(实际位移角INR和EXR)均在增大或减小气门重叠量的方向上改变时，如果执行第一或第二关联过程控制则会出现问题。因此，当它们在增大气门重叠量的方向上改变时，气门重叠量OVR超过目标气门重叠量OVP。当它们在减小气门重叠量的方向上改变时，气门重叠量OVR低于目标气门重叠量OVP。但是，由于在这种情况下执行离散过程控制，所以可抑制超出或低于目标气门重叠量的情况发生，并且可抑制可能出现的任何问题。

(5)当进气门凸轮轴22和排气门凸轮轴23的目标位移角INP和EXP(实际位移角INR和EXR)在增大和减小气门重叠量的不同方向上改变时，根据执行第一或第二关联过程控制的方式，对内燃机的操作的负面影响可能很严重。

例如，当提前进气门20和排气门21的气门正时时，进气门凸轮轴22的位移角在增大气门重叠量的方向上改变，而排气门凸轮轴23的位移角在减小气门重叠量的方向上改变。例如，如果执行第一关联过程控制，则气门重叠量OVR将大于目标气门重叠量OVP，这样会对内燃机的操作造成严重的负面影响。但是，因为在这样的情况下执行第二关联过程控制，所以将抑制上述对内燃机操作的不利影响，并且使得出现最坏情况，例如内燃机失速的危险最小以提高内燃机操作的可靠性。

当延迟进气门20和排气门21的气门正时时，进气门凸轮轴22的位移角在减小气门重叠量的方向上改变，而排气门凸轮轴23的位移角在增大气门重叠量的方向上改变。例如，如果执行第二关联过程控制，则气门重叠量OVR将大于目标气门重叠量OVP，这样会对内燃机的操作造成严重的负面影响。但是，因为在这样的情况下执行第一关联过程控制，所以将抑制上述对内燃机操作的不利影响，并且使得出现最坏情况，例如内燃机失速的危险最小以提高内燃机操作的可靠性。

此外，例如，上述的根据本发明的实施例可进行如下所述的变型。

尽管该预定水平α可以是任何值——可对照该预定水平估计内燃机负荷的相对等级——但是优选地使用一代表内燃机上的重负荷的值。

在确定作为对应于内燃机操作状态的最优值(绝对目标位移角)的排气门凸轮轴23的目标位移角EXP时，参照一基于内燃机转速和内燃机负荷的图进行计算。然后，在确定作为对应于内燃机操作状态的最优值(绝对目标位移角)的进气门凸轮轴22的目标位移角INP时，同样可使用下面的等式(5)进行计算。

INP＝OVP-(EXP+OV0)          (5)

INP：进气门凸轮轴的目标位移角

EXP：排气门凸轮轴的目标位移角

OVP：目标气门重叠量

OV0：气门重叠量的初始值

该等式(5)是通过用目标气门重叠量OVP代替气门重叠量OVR，并用排气门凸轮轴23的目标位移角EXP代替实际位移角EXR来修改上述等式(1)而得到的，该等式(1)是位移角与气门重叠量之间的关系式。

上述的由图计算出排气门凸轮轴23的目标位移角EXP，并用等式计算出进气门凸轮轴22的目标位移角INP的方法不仅可应用于离散过程控制，而且还可应用于第一和第二关联过程控制，通过该方法计算出的目标位移角INP和EXP为绝对目标位移角。

尽管上面使用位移角作为代表进气门20和排气门21的气门正时的值，但是也可使用一些其它代表气门20和21的气门正时的参数来代替。

尽管本发明应用于内燃机1，其气门正时随着进气门20和排气门21的操作致动的改变，但是本发明也可应用于在进气侧和排气侧设置有可变气门升程机构的内燃机，以使其变化趋势随着进气门20和排气门21的操作致动而改变。在此情况下，控制进气侧和排气侧的可变气门升程机构的驱动以调节气门重叠量。

尽管本发明应用于火花点火式的内燃机1，但是也可用于某些其它类型的内燃机，该内燃机具有用于进气门和排气门的可变气门致动机构以改变它们的致动，例如狄赛尔内燃机(柴油机)。

Claims (7)

1.一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置，其中该装置控制该进气门的气门致动和该排气门的气门致动各自成为相应的预定目标气门致动，该装置的特征在于包括：

第一计算装置，其中，根据该内燃机的操作状态，该第一计算装置计算第一气门的目标气门致动和这些气门的目标气门重叠量，该第一气门是该进气门和该排气门之一，并且根据计算出的该目标气门重叠量和该第一气门的实际气门致动，该第一计算装置计算第二气门的目标气门致动，该第二气门是该进气门和该排气门中的另一个；

第二计算装置，其中，根据该内燃机的操作状态，该第二计算装置计算该进气门的目标气门致动和该排气门的目标气门致动；以及

选择装置，该选择装置根据该内燃机的操作状态，选择该第一计算装置的计算结果和该第二计算装置的计算结果之一作为该进气门的目标气门致动和该排气门的目标气门致动，并且当该内燃机的负荷不小于一预定值时，该选择装置选择该第二计算装置的计算结果。

2.一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置，其中该装置控制该进气门的气门致动和该排气门的气门致动各自成为相应的预定目标气门致动，该装置的特征在于包括：

第一计算装置，其中，根据该内燃机的操作状态，该第一计算装置计算第一气门的目标气门致动和这些气门的目标气门重叠量，该第一气门是该进气门和该排气门之一，并且根据所计算出的目标气门重叠量和该第一气门的实际气门致动，该第一计算装置计算第二气门的目标气门致动，该第二气门是该进气门和该排气门中的另一个；

第二计算装置，其中，根据该内燃机的操作状态，该第二计算装置计算该进气门的目标气门致动和该排气门的目标气门致动；以及

选择装置，该选择装置根据该内燃机的操作状态，选择该第一计算装置的计算结果和该第二计算装置的计算结果之一作为该进气门的目标气门致动和该排气门的目标气门致动，并且当该进气门的气门致动和该排气门的气门致动各自已收敛于该相应的目标气门致动，且这些气门的气门重叠量已收敛于该目标气门重叠量时，该选择装置选择该第一计算装置的计算结果。

3.根据权利要求2的装置，其特征在于，

在使该气门重叠量小于其当前值的情况下和在使该气门重叠量大于其当前值的情况下，该选择装置选择不同计算装置的计算结果，并且

其中，当该进气门的气门致动和该排气门的气门致动各自已收敛于该相应的目标气门致动，且这些气门的气门重叠量已收敛于该目标气门重叠量时，不管是使该气门重叠量小于还是大于其当前值，该选择装置都选择该第一计算装置的计算结果。

4.一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置，其中，该装置控制该进气门的气门致动和该排气门的气门致动各自成为相应的预定目标气门致动，该装置的特征在于包括：

第一计算装置，其中，根据该内燃机的操作状态，该第一计算装置计算第一气门的目标气门致动和这些气门的目标气门重叠量，该第一气门是该进气门和该排气门之一，并且根据所计算出的目标气门重叠量和该第一气门的实际气门致动，该第一计算装置计算第二气门的目标气门致动，该第二气门是该进气门和该排气门中的另一个；

第二计算装置，其中，根据该内燃机的操作状态，该第二计算装置计算该进气门的目标气门致动和该排气门的目标气门致动；以及

选择装置，该选择装置根据该内燃机的操作状态，选择该第一计算装置的计算结果和该第二计算装置的计算结果之一作为该进气门的目标气门致动和该排气门的目标气门致动，并且当该进气门的气门致动和该排气门的气门致动两者均改变以增大或减小该气门重叠量时，该选择装置选择该第二计算装置的计算结果。

5.一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置，该装置控制该进气门的气门致动和该排气门的气门致动各自成为相应的预定目标气门致动，该装置的特征在于包括：

第一过程控制装置，其中，该第一过程控制装置根据该内燃机的操作状态计算第一气门的目标气门致动，该第一气门是该进气门和该排气门之一，并且该第一过程控制装置控制该第一气门的气门致动成为该计算出的气门致动；以及

第二过程控制装置，其中，该第二过程控制装置根据这些气门的目标气门重叠量和该第一气门的实际气门致动计算第二气门的目标气门致动，该目标气门重叠量是根据该内燃机的操作状态计算出的，该第二气门是该进气门和该排气门中的另一个，并且该第二过程控制装置控制该第二气门的气门致动成为该计算出的气门致动；

其中，当该进气门的气门致动和该排气门的气门致动之一改变以增大该气门重叠量，而另一个气门致动改变以减小该气门重叠量时，该第一过程控制装置和该第二过程控制装置通过将与该气门重叠量的减小有关的气门设定为该第一气门并将与该气门重叠量的增大有关的气门设定为该第二气门，来执行该气门致动控制。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于包括：

离散过程控制装置，其中该离散过程控制装置根据该内燃机的操作状态计算该进气门的目标气门致动和该排气门的目标气门致动，并且该离散过程控制装置控制各个气门的气门致动成为该相应的目标气门致动，并且

其中，根据该内燃机的操作状态，选择性地执行该第一过程控制装置和该第二过程控制装置的气门致动控制，以及该离散过程控制装置的气门致动控制。

7.一种用于控制具有进气门和排气门的内燃机的气门致动的装置，其中，该装置控制该进气门的气门正时和该排气门的气门正时各自成为相应的预定目标气门正时，该装置的特征在于包括：

第一过程控制装置，其中，该第一过程控制装置根据该内燃机的操作状态计算第一气门的目标气门正时，该第一气门是该进气门和该排气门之一，并且该第一过程控制装置控制该第一气门的气门正时成为该计算出的气门正时；以及

第二过程控制装置，其中，该第二过程控制装置根据这些气门的目标气门重叠量和该第一气门的实际气门正时计算第二气门的目标气门正时，该目标气门重叠量是根据该内燃机的操作状态计算出的，该第二气门是该进气门和该排气门中的另一个，并且该第二过程控制装置控制该第二气门的气门正时成为该计算出的气门正时；

其中，当该进气门的气门正时和该排气门的气门正时两者都提前时，该第一过程控制装置和该第二过程控制装置通过将该排气门设定为该第一气门并将该进气门设定为该第二气门，来执行该气门正时控制，

其中，当该进气门的气门正时和该排气门的气门正时两者都延迟时，该第一过程控制装置和该第二过程控制装置通过将该进气门设定为该第一气门并将该排气门设定为该第二气门，来执行该气门正时控制。

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