JP2004162663A

JP2004162663A - 内燃機関の可変動弁制御装置

Info

Publication number: JP2004162663A
Application number: JP2002331714A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Machida; 憲一町田
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】吸気バルブのバルブリフトを作動角と共に変化させる第１の可変動弁機構と、吸気バルブの作動角の中心位相を変化させる第２の可変動弁機構とを備えた機関において、両可変動弁機構の応答速度の差によって、吸気バルブの開閉タイミングが進角限界を超えることを抑止する。
【解決手段】開タイミングを進角限界にするバルブタイミングの進角要求と、閉タイミングを進角限界にするバルブタイミングの進角要求と、機関運転状態に応じたバルブタイミングの進角要求とのうちの最小値を、第２の可変動弁機構の制御目標とする。また、開タイミングを進角限界にする作動角要求と機関運転状態に応じた作動角要求との小さい方を選択し、更に、閉タイミングを進角限界にする作動角要求と機関運転状態に応じた作動角要求との大きい方を選択し、該選択結果を第１の可変動弁機構の制御目標とする。
【選択図】図１２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁制御装置に関し、詳しくは、機関バルブの作動特性の過渡時における可変動弁機構の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機関バルブ（吸気バルブ，排気バルブ）のバルブリフト及び作動角を、低速カムと高速カムとの切り換えによって変化させるバルブリフト調整機構（第１の可変動弁機構）と、クランクシャフトに対してカムシャフトを相対的に回動させることにより、前記作動角の中心位相を変化させるバルブタイミング調整機構（第２の可変動弁機構）とを備えた内燃機関が、特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０８−１７７４３４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような２つの可変動弁機構における応答速度は、各可変動弁機構におけるアクチュエータの違いなどによって、大きく異なる場合がある。
【０００５】
このため、２つの可変動弁機構を同時に作動させ、作動角（バルブリフト量）の変化に対応させて作動角の中心位相を変化させる場合に、機関バルブの閉タイミングや開タイミングが過渡的に本来の目標タイミングから大きく逸脱して燃焼が悪化し、出力トルクの低下や排気ガス性能の悪化が発生することがあるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、２つの可変動弁機構における応答速度に差異があっても、機関バルブの閉タイミングや開タイミングが過渡的に本来の目標タイミングから大きく逸脱してしまうことを回避できる内燃機関の可変動弁制御装置を提供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、第１の可変動弁機構と第２の可変動弁機構とが同時に作動するときに、少なくとも一方の作動に制限を加える構成とした。
【０００８】
上記構成によると、一方の可変動弁機構による機関バルブの作動特性の変化に対して、他方の可変動弁機構による機関バルブの作動特性の変化が追従できずに、閉タイミングや開タイミングが目標から大きく逸脱することがないように、作動特性の変化に制限を加える。
【０００９】
従って、２つの可変動弁機構に応答速度の差があっても、機関バルブの開又は閉タイミングが目標から大きく逸脱することがなく、これにより、過渡的に燃焼性を悪化させてしまうことがなく、出力トルクの低下や排気ガス性能の悪化を回避できる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、機関バルブの実際の開弁タイミング及び／又は閉弁タイミングと限界値との偏差に基づいて、前記第１の可変動弁機構と第２の可変動弁機構との少なくとも一方の作動に制限を加える構成とした。
【００１１】
上記構成によると、機関バルブの実際の開弁タイミング又は閉弁タイミングと限界値との偏差から、可変動弁機構の作動に制限を加えるべきであるか否かを判断する。
【００１２】
従って、第１の可変動弁機構と第２の可変動弁機構とが同時に作動するときでも、開弁タイミング又は閉弁タイミングが限界値を超えないときに、可変動弁機構の作動が無用に制限されることがない。
【００１３】
請求項３記載の発明では、第１の可変動弁機構と第２の可変動弁機構との少なくとも一方の制御目標及び／又は動作速度に制限を加える構成とした。
上記構成によると、第１の可変動弁機構と第２の可変動弁機構との少なくとも一方の制御目標、即ち、目標バルブリフト又は目標作動角と目標中心位相との少なくとも一方を本来の要求値とは異なる値に制限するか、又は、第１の可変動弁機構と第２の可変動弁機構との少なくとも一方の動作速度を抑制する。
【００１４】
従って、２つの可変動弁機構に応答速度の差があっても、制御目標及び／又は動作速度を制限することで、遅い方の応答速度に合わせるように、他方の可変動弁機構による機関バルブの作動特性の変更を行わせることができ、機関バルブの開又は閉タイミングが目標から大きく逸脱することを回避できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る可変動弁制御装置を含んでなる車両用内燃機関のシステム構成図である。
【００１６】
図１において、内燃機関１０１の吸気管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、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。
【００１７】
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、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、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（バルブタイミング）を保って開閉駆動される。
【００１８】
一方、吸気バルブ１０５には、バルブリフト量を作動角と共に連続的に可変制御するＶＥＬ（ＶａｒｉａｂｌｅｖａｌｖｅＥｖｅｎｔａｎｄＬｉｆｔ）機構１１２（第１の可変動弁機構）、及び、クランク軸に対する吸気側カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に可変制御するＶＴＣ（ＶａｒｉａｂｌｅｖａｌｖｅＴｉｍｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌ）機構１１３（第２の可変動弁機構）が設けられる。
【００１９】
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４は、アクセル開度に対応する目標吸入空気量が得られるように、前記電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３を制御する。
【００２０】
前記ＥＣＵ１１４には、内燃機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６、クランク軸１２０から回転信号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、内燃機関１０１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１９等からの検出信号が入力される。
【００２１】
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、前記ＥＣＵ１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料を噴射する。
【００２２】
図２〜図４は、前記ＶＥＬ機構１１２の構造を詳細に示すものである。
但し、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及び作動角を連続的に可変制御する可変動弁機構の構造を、図２〜図４に示したものに限定するものではない。
【００２３】
図２〜図４に示すＶＥＬ機構１１２は、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（駆動軸）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（駆動カム）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。
【００２５】
上記ロッカアーム１８，１８，リンクアーム２５，２５，リンク部材２６，２６が伝達機構を構成する。
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。
【００２６】
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。
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に回転自在に支持されている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
即ち、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、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
尚、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。
【００３５】
上記構成において、制御軸１６の軸心Ｐ２と制御カム１７の軸心Ｐ１との位置関係によって、図６，７に示すように、バルブリフト量が変化することになり、前記制御軸１６を回転駆動させることで、制御カム１７の軸心Ｐ１に対する制御軸１６の軸心Ｐ２の位置を変化させる。
【００３６】
前記制御軸１６は、図１０に示すような構成により、ＤＣサーボモータ（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の角度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）。
【００３７】
図１０において、ＤＣサーボモータ１２１は、その回転軸が制御軸１６と平行になるように配置され、回転軸の先端には、かさ歯車１２２が軸支されている。一方、前記制御軸１６の先端に一対のステー１２３ａ，１２３ｂが固定され、一対のステー１２３ａ，１２３ｂの先端部を連結する制御軸１６と平行な軸周りに、ナット１２４が揺動可能に支持される。
【００３８】
前記ナット１２４に噛み合わされるネジ棒１２５の先端には、前記かさ歯車１２２に噛み合わされるかさ歯車１２６が軸支されており、ＤＣサーボモータ１２１の回転によってネジ棒１２５が回転し、該ネジ棒１２５に噛み合うナット１２４の位置が、ネジ棒１２５の軸方向に変位することで、制御軸１６が回転されるようになっている。
【００３９】
ここで、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６に近づける方向が、バルブリフト量が小さくなる方向で、逆に、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６から遠ざける方向が、バルブリフト量が大きくなる方向となっている。
【００４０】
前記制御軸１６の先端には、図１０に示すように、制御軸１６の角度を検出するポテンショメータ式の角度センサ１２７が設けられており、該角度センサ１２７で検出される実際の角度が目標角度に一致するように、前記ＥＣＵ１１４が前記ＤＣサーボモータ１２１をフィードバック制御する。
【００４１】
次に、前記ＶＴＣ機構１１３の構成を、図１１に基づいて説明する。
但し、ＶＴＣ機構１１３を、図１１に示したものに限定するものではなく、クランク軸に対するカム軸の回転位相を連続的に変化させる構成のものであれば良い。
【００４２】
本実施形態におけるＶＴＣ機構１１３は、ベーン式の可変バルブタイミング機構であり、クランク軸１２０によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、吸気側カム軸１３の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。
【００４３】
前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー，リアカバー（図示省略）とから構成される。
【００４４】
前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。
【００４５】
前記回転部材５３は、吸気側カム軸１４の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。
【００４６】
前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成する。
【００４７】
前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の最大遅角側の回動位置（基準作動状態）において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
【００４８】
前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。
【００４９】
前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送する機関駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４ａ，９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。
【００５０】
前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。
【００５１】
前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４ａ，９４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっている。
【００５２】
前記ＥＣＵ１１４は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
【００５３】
例えば、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出される。
【００５４】
従って、遅角側油圧室８３の内圧が高、進角側油圧室８２の内圧が低となって、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が遅くなる。
【００５５】
一方、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。
【００５６】
このため、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が早くなる。
【００５７】
尚、可変バルブタイミング機構は、上記のベーン式のものに限定されず、例えば、特開２００１−０４１０１３号公報や特開２００１−１６４９５１号公報に開示されるように、電磁クラッチ（電磁ブレーキ）の摩擦制動によってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成の可変バルブタイミング機構や、特開平９−１９５８４０号公報に開示される油圧によってヘリカルギヤを作動させる方式の可変バルブタイミング機構であっても良い。
【００５８】
前記ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３は、前述のように、前記ＥＣＵ１１４により例えば目標吸入空気量が得られるように制御されるが、ＶＥＬ機構１１２がＤＣサーボモータ１２１により直接駆動されるのに対し、ＶＴＣ機構１１３が油圧で駆動される構成であるために、両者には大きな応答速度の違いがある。
【００５９】
そのため、例えばバルブリフト量を増大させつつ、作動角の中心位相を遅角させるような場合、バルブリフトの増大変化に対して作動角の中心位相を遅角させる制御が遅れ、過渡的に吸気バルブ１０５の開タイミングが目標よりも進角し過ぎてしまい、燃焼性を一時的に悪化させる可能性がある。
【００６０】
そこで、前記ＥＣＵ１１４は、図１２及び図１３のブロック図に示す制御を行って、前記過渡的なバルブタイミングのずれの発生を抑制するようにしている。図１２のブロック図において、Ｂ−１部では、ＶＥＬ機構１１２における制御軸１６の実際の角度ＲＥＶＥＬを、吸気バルブ１０５の作動角ＲＥＶＥＮＴに変換する。
【００６１】
Ｂ−２部では、前記作動角ＲＥＶＥＮＴにゲイン（＝１／２）を乗算し、実際の作動角ＲＥＶＥＮＴの半分の作動角ＲＥＶＥＮＴ／２を求める。
Ｂ−３部では、ＶＴＣ機構１１３により最遅角に制御されるときの作動角の中心位置である４７０ｄｅｇから前記ＲＥＶＥＮＴ／２を減算することで、ＶＴＣ機構１１３により最遅角に制御されている場合（ＶＴＣＮＯＷ＝０）の実開タイミングＲＥＩＶＯ’を求める。
【００６２】
尚、本実施形態では、吸気ＴＤＣを３６０ｄｅｇとして示すので、前記中心位置は、ＡＴＤＣ１１０ｄｅｇに相当する。
一方、Ｂ−４部では、前記中心位置４７０ｄｅｇに前記ＲＥＶＥＮＴ／２を加算することで、ＶＴＣ機構１１３により最遅角に制御されている場合の実閉タイミングＲＥＩＶＣ’を求める。
【００６３】
Ｂ−５部では、前記実開タイミングＲＥＩＶＯ’からＶＴＣ機構１１３による実際の進角値ＶＴＣＮＯＷを減算することで、前記ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３で制御されているそのときの実際の開タイミングＲＥＩＶＯを求める。
【００６４】
また、Ｂ−６部では、前記実閉タイミングＲＥＩＶＣ’からＶＴＣ機構１１３による実際の進角値ＶＴＣＮＯＷを減算することで、前記ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３で制御されているそのときの実際の閉タイミングＲＥＩＶＣを求める。
【００６５】
Ｂ−７部では、前記実開タイミングＲＥＩＶＯから吸気バルブ１０５の開タイミングの進角限界値ＩＶＯＬＴを減算し（ＤＬＴＩＶＯ＝ＲＥＩＶＯ−ＩＶＯＬＴ）、Ｂ−８部では、前記Ｂ−７部における減算結果ＤＬＴＩＶＯを、ＶＴＣ機構１１３におけるそのときの目標進角値ＴＧＶＴＣ０に加算することで、吸気バルブ１０５の開タイミングを進角限界値ＩＶＯＬＴとするための目標進角値ＴＧＶＴＣＯＬＴを求める。
【００６６】
例えば、ＤＬＴＩＶＯ＝ＲＥＩＶＯ−ＩＶＯＬＴがマイナスで、実開タイミングＲＥＩＶＯが進角限界よりも進角している場合には、目標進角値ＴＧＶＴＣ０がマイナス補正（遅角補正）されることになる。
【００６７】
尚、前記進角限界値ＩＶＯＬＴは、後述する閉タイミングの進角限界ＩＶＣＬＴと共に、図１３のブロック図に従って機関における実発生トルクと機関回転速度とに応じて設定される。
【００６８】
Ｂ−９部では、前記実閉タイミングＲＥＩＶＣから吸気バルブ１０５の閉タイミングの進角限界値ＩＶＣＬＴを減算し（ＤＬＴＩＶＣ＝ＲＥＩＶＣ−ＩＶＯＬＴ）、Ｂ−１０部では、前記Ｂ−９部における減算結果ＤＬＴＩＶＣを、ＶＴＣ機構１１３におけるそのときの目標進角値ＴＧＶＴＣ０に加算することで、吸気バルブ１０５の閉タイミングを進角限界値ＩＶＣＬＴとするための目標進角値ＴＧＶＴＣＣＬＴを求める。
【００６９】
例えば、ＤＬＴＩＶＣ＝ＲＥＩＶＣ−ＩＶＯＬＴがマイナスで、実閉タイミングＲＥＩＶＣが進角限界よりも進角している場合には、目標進角値ＴＧＶＴＣ０がマイナス補正（遅角補正）されることになる。
【００７０】
Ｂ−１１部では、前記開タイミングを進角限界値ＩＶＯＬＴとするための目標進角値ＴＧＶＴＣＯＬＴと、閉タイミングを進角限界値ＩＶＣＬＴとするための目標進角値ＴＧＶＴＣＣＬＴと、機関運転条件から設定される基本の目標進角値ＴＧＶＴＣ０との中の最小値を選択し、それをＶＴＣ機構１１３における最終的な目標進角値ＴＧＶＴＣとする。
【００７１】
これにより、吸気バルブ１０５の開タイミングＩＶＯ及び閉タイミングＩＶＣがそれぞれ進角限界を超えることのない値に、目標進角値ＴＧＶＴＣが修正されることになる。
【００７２】
従って、バルブリフトの増大又は減少変化に対する、ＶＴＣ機構１１３による中心位相の制御の遅れによって、開タイミングＩＶＯ又は閉タイミングＩＶＣが進角限界を超えることを抑止できる。
【００７３】
また、同時に、ＶＥＬ機構１１２における制御目標の修正が行われるようになっている。
Ｂ−１２部では、ＶＥＬ機構１１２における制御軸１６の機関運転状態に応じた目標角度ＴＧＶＥＬ０を、吸気バルブ１０５の作動角ＴＧＥＶＥＮＴに変換する。
【００７４】
Ｂ−１３部では、前記Ｂ−７部における減算結果、即ち、実開タイミングＲＥＩＶＯと進角限界値ＩＶＯＬＴとの偏差ＤＬＴＩＶＯを、前記作動角ＴＧＥＶＥＮＴに加算した結果を、進角限界値ＩＶＯＬＴにするための作動角ＴＧＥＶＥＮＴＯＬＴとする。
【００７５】
ここで、実開タイミングＲＥＩＶＯが進角限界値ＩＶＯＬＴを超えて進角しているときには、前記作動角ＴＧＥＶＥＮＴが減少補正された結果が、作動角ＴＧＥＶＥＮＴＯＬＴとなる。
【００７６】
そして、Ｂ−１４部では、前記Ｂ−１３部で求めた作動角ＴＧＥＶＥＮＴＯＬＴと作動角ＴＧＥＶＥＮＴとの小さい方を選択する。
従って、実開タイミングＲＥＩＶＯが進角限界値ＩＶＯＬＴを超えて進角しているときには、超えている分だけ減少補正された結果が選択され、進角限界値ＩＶＯＬＴを超えていない場合には、作動角ＴＧＥＶＥＮＴがそのまま選択されることになる。
【００７７】
一方、Ｂ−１５部では、前記Ｂ−９部における減算結果、即ち、実閉タイミングＲＥＩＶＣと進角限界値ＩＶＣＬＴとの偏差ＤＬＴＩＶＣを、前記作動角ＴＧＥＶＥＮＴから減算した結果を、進角限界値ＩＶＣＬＴにするための作動角ＴＧＥＶＥＮＴＣＬＴとする。
【００７８】
ここで、前記偏差は、実閉タイミングＲＥＩＶＣが進角限界値ＩＶＣＬＴを超えて進角しているときにマイナスの値として算出されるから、実閉タイミングＲＥＩＶＣが進角限界値ＩＶＣＬＴを超えて進角している場合には、前記作動角ＴＧＥＶＥＮＴが増大補正された結果が、作動角ＴＧＥＶＥＮＴＣＬＴとなる。
【００７９】
Ｂ−１６部では、前記Ｂ−１５部で求めた作動角ＴＧＥＶＥＮＴＣＬＴと作動角ＴＧＥＶＥＮＴとの大きい方を選択する。
従って、実閉タイミングＲＥＩＶＣが進角限界値ＩＶＣＬＴを超えて進角しているときには、超えている分だけ増大補正された結果が選択され、進角限界値ＩＶＣＬＴを超えていない場合には、作動角ＴＧＥＶＥＮＴがそのまま選択されることになる。
【００８０】
Ｂ−１７部では、前記作動角ＴＧＥＶＥＮＴＯＬＴが作動角ＴＧＥＶＥＮＴよりも小さいか否か、換言すれば、Ｂ−１４部で作動角ＴＧＥＶＥＮＴＯＬＴが選択される状態であるか否かを判別する。
【００８１】
そして、前記作動角ＴＧＥＶＥＮＴＯＬＴが作動角ＴＧＥＶＥＮＴよりも小さいときには、Ｂ−１８部に対して、Ｂ−１４部における選択結果を最終的な目標作動角ＴＧＥＶＥＮＴとして出力させる指令を出し、前記作動角ＴＧＥＶＥＮＴＯＬＴが作動角ＴＧＥＶＥＮＴ以上であるときには、Ｂ−１６部における選択結果を最終的な目標作動角ＴＧＥＶＥＮＴとして出力させる指令を出す。
【００８２】
そして、Ｂ−１９部では、前記目標作動角ＴＧＥＶＥＮＴを、ＶＥＬ機構１１２における制御軸１６の目標角度ＴＧＶＥＬに変換し、該目標角度ＴＧＶＥＬに従ってＶＥＬ機構１１２を制御させる。
【００８３】
上記目標角度ＴＧＶＥＬの設定によって、開タイミングＩＶＯが限界を超えて進角するときには、作動角を減らすように目標角度ＴＧＶＥＬが修正され、閉タイミングＩＶＣが限界を超えて進角するときには、逆に作動角を増やすように目標角度ＴＧＶＥＬが修正される。
【００８４】
以上のように、開タイミングＩＶＯが限界を超えて進角するときには、ＶＴＣ機構１１３における目標進角値が減少補正されると共に、ＶＥＬ機構１１２における吸気バルブ１０５の目標作動角が減少補正される一方、閉タイミングＩＶＣが限界を超えて進角するときには、ＶＴＣ機構１１３における目標進角値が減少補正されると共に、ＶＥＬ機構１１２における吸気バルブ１０５の目標作動角が増大補正され、開タイミングＩＶＯ及び閉タイミングＩＶＣが限界を超えて進角することが抑止される。
【００８５】
従って、ＶＥＬ機構１１２とＶＴＣ機構１１３との応答速度に差があっても、吸気バルブ１０５の開タイミングＩＶＯ及び閉タイミングＩＶＣが進角限界を超えることを抑止でき、過渡的に燃焼性が悪化することを回避できる。
【００８６】
上記実施形態では、ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３の制御目標を制限することで、吸気バルブ１０５の開タイミングＩＶＯ，閉タイミングＩＶＣが過渡的に燃焼性を悪化させるほど進角されてしまうことがないようにしたが、係る制御目標の制限に代えて、又は、制御目標の制限と共に、制御ゲイン（動作速度）に制限を加えることで、過渡的な燃焼性の悪化を回避することができる。
【００８７】
図１４のブロック図は、前記制御ゲイン（動作速度）に制限を加える制御を示すものである。
図１４において、Ｂ−２１部では、前記Ｂ−７部で演算される実開タイミングＲＥＩＶＯと進角限界値ＩＶＯＬＴとの偏差ＤＬＴＩＶＯ（ＤＬＴＩＶＯ＝ＲＥＩＶＯ−ＩＶＯＬＴ）と、予め記憶された閾値ＤＩＶＯＬＯＷとを比較し、偏差ＤＬＴＩＶＯが閾値ＤＩＶＯＬＯＷ以下であれば１を出力し、偏差ＤＬＴＩＶＯが閾値ＤＩＶＯＬＯＷよりも大きければ０を出力する。
【００８８】
即ち、実開タイミングＲＥＩＶＯが進角限界値ＩＶＯＬＴに近づいている場合、又は、実開タイミングＲＥＩＶＯが進角限界値ＩＶＯＬＴを超えてしまっている場合に、１が出力される。
【００８９】
また、Ｂ−２２部では、前記Ｂ−９部で演算される実閉タイミングＲＥＩＶＣと進角限界値ＩＶＣＬＴとの偏差ＤＬＴＩＶＣ（ＤＬＴＩＶＣ＝ＲＥＩＶＣ−ＩＶＣＬＴ）と、予め記憶された閾値ＤＩＶＣＬＯＷとを比較し、偏差ＤＬＴＩＶＣが閾値ＤＩＶＣＬＯＷ以下のときに１を出力し、偏差ＤＬＴＩＶＣが閾値ＤＩＶＣＬＯＷよりも大きければ０を出力する。
【００９０】
即ち、実閉タイミングＲＥＩＶＣが進角限界値ＩＶＣＬＴに近づいている場合、又は、実閉タイミングＲＥＩＶＣが進角限界値ＩＶＣＬＴを超えてしまっている場合に、１が出力される。
【００９１】
Ｂ−２３部では、前記Ｂ−２１部の出力とＢ−２２部の出力との論理和（ＯＲ）演算を行う。
従って、Ｂ−２３部の出力は、実開タイミングＲＥＩＶＯと実閉タイミングＲＥＩＶＣとの少なくとも一方が進角限界に近づいているか又は進角限界を超えている場合に、１となる。
【００９２】
また、Ｂ−２４部では、前記Ｂ−２３部の論理和演算の結果を反転させる否定（ＮＯＴ）演算を行う。
そして、比例・積分・微分制御に用いる比例ゲインＰＧａｉｎ，積分ゲインＩＧａｉｎ，微分ゲインＤＧａｉｎを選択的に出力するＢ−２５部，Ｂ−２６部，Ｂ−２７部に、前記Ｂ−２４部の出力が入力される。
【００９３】
前記Ｂ−２５部，Ｂ−２６部，Ｂ−２７部は、入力が１であるときに、通常の比例ゲインＰＧａｉｎ０，積分ゲインＩＧａｉｎ０，微分ゲインＤＧａｉｎ０を最終的な制御ゲインとして出力し、入力が０であるときに、前記通常のゲインよりも小さい比例ゲインＰＬｏｗ，積分ゲインＩＬｏｗ，微分ゲインＤＬｏｗを最終的な制御ゲインとして出力する。
【００９４】
従って、実開タイミングＲＥＩＶＯと実閉タイミングＲＥＩＶＣとの少なくとも一方が進角限界に近づいているか又は進角限界を超えている場合に、制御ゲインとして、通常よりも小さい比例ゲインＰＬｏｗ，積分ゲインＩＬｏｗ，微分ゲインＤＬｏｗを最終的な制御ゲインを用いるようになる。
【００９５】
上記図１４のブロック図で設定される比例ゲインＰＧａｉｎ，積分ゲインＩＧａｉｎ，微分ゲインＤＧａｉｎは、前記ＶＥＬ機構１１２において制御軸の角度を目標に一致させるためのフィードバック制御に用いられる。
【００９６】
本実施形態においては、前記ＶＥＬ機構１１２がアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いるのに対し、ＶＴＣ機構１１３が油圧で駆動される構成であるために、前記ＶＥＬ機構１１２側の応答速度が相対的に速い。
【００９７】
そこで、吸気バルブ１０５の開タイミングＩＶＯ，閉タイミングが進角限界を超えるのは、前記ＶＥＬ機構１１２によるバルブリフト量制御に対するＶＴＣ機構１１３によるバルブタイミング制御の遅れが原因であると考えられる。
【００９８】
ここで、吸気バルブ１０５の開タイミングＩＶＯ，閉タイミングが進角限界を超えそうなときに、前記ＶＥＬ機構１１２の動作速度を制限すれば、前記遅れが相対的に抑制される結果、バルブリフト量の変化に対応してＶＴＣ機構１１３により吸気バルブ１０５の開タイミングＩＶＯ，閉タイミングを目標に速やかに変化させることが可能となり、開タイミングＩＶＯ，閉タイミングが進角限界を超えることを未然に回避できる。
【００９９】
尚、上記図１４のブロック図で設定される比例ゲインＰＧａｉｎ，積分ゲインＩＧａｉｎ，微分ゲインＤＧａｉｎを、ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３の双方で用いるようにしても、開タイミングＩＶＯ，閉タイミングが進角限界を超えることを抑止する効果を発揮する。
【０１００】
但し、本実施形態のように、応答速度が速い側の可変動弁機構が予め分かっている場合には、前述のように、応答速度の遅い側の動作速度をそのままにしておいて、応答速度の速い方の動作速度を遅くすることで、より効果的に開タイミングＩＶＯ，閉タイミングが進角限界を超えることを抑止できる。
【０１０１】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項２記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
前記第１の可変動弁機構及び第２の可変動弁機構が、吸気バルブの作動特性を可変に制御する構成であり、
前記吸気バルブの開タイミングを進角限界値にするための要求の中心位相と、前記吸気バルブの閉タイミングを進角限界値にするための要求の中心位相と、機関運転状態に応じた要求の中心位相とのうちの最も遅角側の中心位相を、前記第２の可変動弁機構における制御目標とすることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
【０１０２】
上記構成によると、吸気バルブの開タイミング及び閉タイミングが共に進角限界を超えない範囲内に、前記第２の可変動弁機構における制御目標が制限されることになる。
【０１０３】
従って、吸気バルブの開タイミング及び閉タイミングが進角限界を過渡的に超えることによる燃焼性の悪化を回避できる。
（ロ）請求項２記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
前記第１の可変動弁機構及び第２の可変動弁機構が、吸気バルブの作動特性を可変に制御する構成であり、
前記吸気バルブの開タイミングを進角限界値にするための作動角と、機関運転状態に応じた要求の作動角との小さい方の作動角を、前記第１の可変動弁機構における制御目標とすることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
【０１０４】
上記構成によると、吸気バルブの開タイミングが進角限界を超えない作動角（バルブリフト量）に、前記第１の可変動弁機構における制御目標が制限されることになる。
【０１０５】
従って、吸気バルブの開タイミングが進角限界を過渡的に超えることによる燃焼性の悪化を回避できる。
（ハ）請求項２記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
前記第１の可変動弁機構及び第２の可変動弁機構が、吸気バルブの作動特性を可変に制御する構成であり、
前記吸気バルブの閉タイミングを進角限界値にするための作動角と、機関運転状態に応じた要求の作動角との大きい方の作動角を、前記第１の可変動弁機構における制御目標とすることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
【０１０６】
上記構成によると、吸気バルブの閉タイミングが進角限界を超えない作動角（バルブリフト量）に、前記第１の可変動弁機構における制御目標が制限されることになる。
【０１０７】
従って、吸気バルブの閉タイミングが進角限界を過渡的に超えることによる燃焼性の悪化を回避できる。
（ニ）請求項２記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、前記限界値を、機関運転条件に応じて設定することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
【０１０８】
上記構成によると、前記機関バルブの開弁タイミング又は閉弁タイミングの限界値が、機関運転状態に応じて異なる値に設定される。
従って、機関運転状態で異なる限界に対応でき、燃焼性の悪化を確実に回避しつつ、機関運転状態から要求されるバルブ作動特性を極力実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】ＶＥＬ機構（第１の可変動弁機構）を示す断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記ＶＥＬ機構の側面図。
【図４】上記ＶＥＬ機構の平面図。
【図５】上記ＶＥＬ機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記ＶＥＬ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ＶＥＬ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ＶＥＬ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ＶＥＬ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ＶＥＬ機構における制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】ＶＴＣ機構（第２の可変動弁機構）を示す縦断面図。
【図１２】実施形態における制御目標の制限制御を示すブロック図。
【図１３】実施形態における開タイミング，閉タイミングの限界値の設定制御を示すブロック図。
【図１４】実施形態における制御ゲインの設定制御（動作速度の制限制御）を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１…エンジン、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１２…ＶＥＬ機構（第１の可変動弁機構）、１１３…ＶＴＣ機構（第２の可変動弁機構）、１１４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１１５…エアフローメータ、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１１８…スロットルセンサ、１１９…水温センサ、１２０…クランク軸

Claims

機関バルブのバルブリフトと共に作動角を可変に制御する第１の可変動弁機構と、前記機関バルブの作動角の中心位相を可変に制御する第２の可変動弁機構とを備えた内燃機関の可変動弁制御装置であって、
前記第１の可変動弁機構と第２の可変動弁機構とが同時に作動するときに、少なくとも一方の作動に制限を加えることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
前記機関バルブの実際の開弁タイミング及び／又は閉弁タイミングと限界値との偏差に基づいて、前記第１の可変動弁機構と第２の可変動弁機構との少なくとも一方の作動に制限を加えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
前記第１の可変動弁機構と第２の可変動弁機構との少なくとも一方の制御目標及び／又は動作速度に制限を加えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁制御装置。