JP2007315362A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブの動作状態を詳細に検知する。
【解決手段】ＥＣＵは、ノックセンサ３０４により検知される振動の強度に基づいて、吸気バルブ１１８が実際に閉じるタイミングを検知するステップ（Ｓ３００）と、検知されたタイミングとＶＶＴＬ機構における制御上のタイミングとの差であるズレ量を、各気筒について検知するステップ（Ｓ４００）と、気筒間におけるズレ量の差を算出するステップ（Ｓ５００）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関で発生する振動に基づいて吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが閉じるタイミングを検知する技術に関する。

従来より、吸気バルブもしくは排気バルブの位相を変更可能なＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構が知られている。また、吸気バルブもしくは排気バルブのリフト量や作用角を変更可能なＶＶＬ（Variable Valve Lift）機構も知られている。ＶＶＴ機構やＶＶＬ機構が制御通りに動作しなければ、内燃機関を所望の運転状態にすることができない。そのため、制御通りにＶＶＴ機構やＶＶＬ機構が動作しているか否かを診断する必要がある。

特開平１０−２８８０１７号公報（特許文献１）は、吸・排気バルブの開閉時期を運転条件に応じて切り換える可変バルブ機構の動作を診断する動作診断装置を開示する。特許文献１に記載の動作診断装置は、低速および高速各運転時でのバルブの閉弁時期近傍において検出した機関振動波形の中から、バルブ着座音の周波数成分を、内燃機関の各気筒毎に抽出する周波数成分抽出部と、抽出したバルブ着座音の周波数成分より、動作機関振動波形の状態に応じて、積分比較、微分比較およびピーク比較の内少なくとも一つ、またはこれらの組み合わせを選択的に使用することにより、複数の閉弁時期を識別して動作診断を行なう動作診断部とを含む。

この公報に記載の動作診断装置によれば、抽出したバルブ着座音の波形の状態に応じて最適な処理方法を選択することができる。そのため、診断精度を向上させることができる。
特開平１０−２８８０１７号公報

ところで、複数の気筒が設けられた内燃機関においては、カムやバルブ等の個体差があるため、吸気バルブや排気バルブの位相、リフト量、作用角等が同じになるように制御しても、実際に同じになるとは限らない。たとえば、ＡＴＤＣ（After Top Dead Center）１００°ＣＡ（Crank Angle）で吸気バルブが閉じるように制御されている場合であっても、実際には、１００°ＣＡよりも遅角側で閉じる気筒があったり、進角側で閉じる気筒があったりする。しかしながら、特開平１０−２８８０１７号公報に記載の動作診断装置においては、実際にバルブが閉じるタイミングと制御上のタイミングとのズレに関しては何等考慮されていない。そのため、バルブの動作を詳細に検知するという観点においては、さらなる改善の余地がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、バルブの動作を詳細に検知することができる内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の気筒と、各気筒に設けられた吸気バルブおよび排気バルブと、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが閉じるタイミングを変更可能な変更機構とが設けられた内燃機関を制御する。この制御装置は、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが予め定められたタイミングで閉じるように、変更機構を制御するための制御手段と、内燃機関において発生する振動を検知するための第１の検知手段と、検知された振動に基づいて、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが閉じるタイミングを検知するための第２の検知手段と、予め定められたタイミングと検知されたタイミングとの差を、各気筒について検知するための第３の検知手段とを含む。

第１の発明によると、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが予め定められたタイミング（クランク角）で閉じるように、変更機構が制御される。各バルブが閉じるタイミングは、内燃機関において発生する振動に基づいて検知される。予め定められたタイミングと検知されたタイミングとの差が、各気筒について検知される。これにより、予め定められたタイミングと検知されたタイミングとの差を気筒間で比較して、バルブが閉じるタイミングについての気筒間のばらつきを検知することができる。そのため、バルブ単体の動作状態のみならず、バルブの相対的な動作状態を検知することができる。その結果、バルブの動作を詳細に検知することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明の構成に加え、第１の検知手段により検知された振動に基づいて、点火時期を制御するための点火制御手段をさらに含む。

第２の発明によると、バルブが閉じるタイミングを抽出するために検知された振動に基づいて、点火時期が制御される。これにより、バルブが閉じるタイミングを検知するために用いられるセンサと、たとえば振動からノックの有無を判定し、点火時期の進角や遅角を行なうために用いられるセンサ（ノックセンサ）とを共通にすることができる。そのため、コストを抑制することができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２の発明の構成に加え、点火制御手段は、第１の期間において検知された振動に基づいて、点火時期を制御するための手段を含む。第２の検知手段は、第１の期間とは異なる第２の期間において検知された振動に基づいて、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが閉じるタイミングを検知するための手段を含む。

第３の発明によると、第１の期間において検知された振動に基づいて、点火時期が制御される。第１の期間とは異なる第２の期間において検知された振動に基づいて、バルブが閉じるタイミングが検知される。これにより、たとえば、ノックが発生し得る期間（クランク角）に設定される第１の期間とは異なる第２の期間において検知された振動に基づいて、バルブが閉じるタイミングを検知することができる。そのため、ノックの発生により検知された振動を、バルブの着座により発生する振動であるとして誤って検知することを抑制することができる。そのため、バルブの動作状態を精度よく検知することができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加え、予め定められたタイミングと検知されたタイミングとの差に基づいて、内燃機関の出力トルクの変動を抑制するように、変更機構、点火時期および燃料噴射量の少なくともいずれか一つを制御するための手段をさらに含む。

第４の発明によると、予め定められたタイミングと検知されたタイミングとの差に基づいて、内燃機関の出力トルクの変動が抑制される。これにより、出力トルクの変動に伴い内燃機関において発生する振動や騒音を抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジンについて説明する。本実施の形態に係る制御装置は、たとえば図１に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００が実行するプログラムにより実現される。なお、本実施の形態においては、直列４気筒エンジンを用いて説明するが、複数の気筒を有していれば、その他の形式のエンジンを用いるようにしてもよい。

エンジン１００には、エアクリーナ１０２から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０４により調整される。スロットルバルブ１０４はモータにより駆動される電子制御式スロットルバルブである。

空気は、気筒（シリンダ）１０６（燃焼室）において燃料と混合される。気筒１０６には、インジェクタ１０８から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０８の噴射孔は気筒１０６内に設けられている。燃料は、気筒１０６の吸気側（空気が導入される側）から噴射される。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０８の噴射孔が気筒１０６内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０８に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

気筒１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１１４が押し下げられ、クランクシャフト１１６が回転する。

気筒１０６の頭頂部には、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０が設けられる。気筒１０６に導入される空気の量および時期は吸気バルブ１１８により制御される。気筒１０６から排出される排気ガスの量および時期は排気バルブ１２０により制御される。吸気バルブ１１８はカム１２２により駆動される。排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。

吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０は、ＶＶＴＬ（Variable Valve Timing and Lift）機構１２６により、位相、リフト量および作用角が制御される。なお、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０のうちのいずれか一方の位相、リフト量および作用角を制御するようにしてもよい。また、リフト量のみを制御するようにしてもよい。

ここで、ＶＶＴＬ機構１２６とは、位相を制御するＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構に、リフト量と作用角とを制御するＶＶＬ（Variable Valve Lift）機構を組み合わせたものである。

本実施の形態においては、カム１２２がＶＶＴ機構により回転されることにより、吸気バルブ１１８の位相が制御される。カム１２４がＶＶＴ機構により回転されることにより、排気バルブ１２０の位相が制御される。なお、位相を制御する方法はこれに限らない。また、ＶＶＴ機構には、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。ＶＶＬ機構については後述する。

ＥＣＵ２００は、エンジン１００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、給排気バルブの動作状態（位相、リフト量、作用角等）を制御する。ＥＣＵ２００には、カム角センサ３００、クランク角センサ３０２、ノックセンサ３０４、スロットル開度センサ３０６、アクセル開度センサ３０８およびナビゲーションシステム３１０から信号が入力される。

カム角センサ３００は、カムの位置を表す信号を出力する。クランク角センサ３０２は、クランクシャフト１１６の回転数（エンジン回転数）およびクランクシャフト１１６の回転角度を表す信号を出力する。ノックセンサ３０４は、エンジン１００の振動の強度を表す信号を出力する。スロットル開度センサ３０６は、スロットル開度を表す信号を出力する。

アクセル開度センサ３０８は、アクセルペダルの開度（アクセルペダルの踏み込み量）を表す信号を出力する。ナビゲーションシステム３１０は、車両の現在地、道路の渋滞、道路の勾配、カーブの半径等の情報を表す信号を出力する。

ＥＣＵ２００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１００を制御する。

本実施の形態において、ＥＣＵ２００は、予め定められたノック検出ゲート（たとえばＡＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ９０°ＣＡまでの間）において、ノックセンサ３０４を用いて検知されたエンジン１００の振動の強度に基づいてノックの有無を判定し、点火時期を遅角したり進角したりする。ここで、ノック検出ゲートは、ノックが発生すると考えられるクランク角に設定される。なお、ノックの有無に基づく点火時期の制御方法については、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

また、ＥＣＵ２００は、吸気バルブ１１８の着座により発生する振動を、ノックセンサ３０４を用いて検知することで、吸気バルブ１１８が閉じるタイミング（クランク角）を検知する。

ＥＣＵ２００は、図２に示すように、制御上における閉じタイミングを基準として予め定められる範囲内において、振動の強度が最も大きくなるタイミングを、吸気バルブ１１８が閉じるタイミングとして検知する。ここで、制御上における閉じタイミングとは、ＶＶＴＬ機構１２６の動作量から求められるタイミング、すなわち、吸気バルブ１１８の位相や作用角から求められるタイミングをいう。なお、吸気バルブ１１８が閉じるタイミングを検知する方法は、これに限らない。

図３を参照して、吸気バルブ１１８のリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構４００についてさらに説明する。なお、排気バルブ１２０のリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構は、吸気バルブ１１８のリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構４００と同様の機構であるため、ここでは吸気バルブ１１８のリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構４００のみについて説明する。

ＶＶＬ機構４００は、一方向に延びる駆動軸４１０と、駆動軸４１０の外周面を覆う支持パイプ４２０と、支持パイプ４２０の外周面上で駆動軸４１０の軸方向に並んで配置された入力アーム４３０および揺動カム４４０とを備える。駆動軸４１０の先端には、駆動軸４１０を直線運動させるアクチュエータが接続される。

ＶＶＬ機構４００には、各気筒に設けられた１つのカム１２２に対応して、１つの入力アーム４３０が設けられる。入力アーム４３０の両側には、各気筒に設けられた一対の吸気バルブ１１８のそれぞれに対応して、２つの揺動カム４４０が設けられる。

支持パイプ４２０は、中空円筒状に形成されており、カムシャフト１３０に対して平行に配置される。支持パイプ４２０は、軸方向へ移動したり、回転したりしないようにシリンダヘッドに固定される。

支持パイプ４２０の内部には、その軸方向に摺動可能なように駆動軸４１０が挿入される。支持パイプ４２０の外周面上には、駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動可能で、かつ、その軸方向には移動しないように、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０が設けられる。

入力アーム４３０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出するアーム部４３２と、アーム部４３２の先端に回転可能に接続されたローラ部４３４とを有する。入力アーム４３０は、ローラ部４３４がカム１２２に当接可能な位置に配置されるように設けられる。

揺動カム４４０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出する略三角形状のノーズ部４４２を有する。ノーズ部４４２の一辺（図３中の下方側の辺）には、凹状に湾曲したカム面４４４が形成される。吸気バルブ１１８に設けられたバルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム１２８に回転可能に取り付けられたローラがカム面４４４に押し付けられる。

入力アーム４３０および揺動カム４４０は、一体となって駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動する。このため、カムシャフト１３０が回転すると、カム１２２に当接された入力アーム４３０が揺動し、この入力アーム４３０の動きに連動して揺動カム４４０も揺動する。この揺動カム４４０の動きが、ロッカアーム１２８を介して吸気バルブ１１８に伝わり、吸気バルブ１１８が開閉される。

ＶＶＬ機構４００は、さらに、支持パイプ４２０の軸芯周りにおいて、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差を変更する機構を備える。相対位相差を変更する機構によって、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が適宜変更される。

つまり、両者の相対位相差を拡大すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が拡大され、吸気バルブ１１８のリフト量およ
び作用角が増大される。

また、両者の相対位相差を縮小すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が縮小され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が小さくされる。

図４を参照して、ＶＶＬ機構４００についてさらに詳細に説明する。図４は、図３中のＶＶＬ機構を部分的に示す斜視図である。図４中では、内部構造が明確に把握できるように一部が破断されて表わされる。

入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０と、支持パイプ４２０の外周面との間に規定された空間には、支持パイプ４２０に対して、回転可能で、かつ軸方向に摺動可能に支持されたスライダギヤ４５０が収容される。スライダギヤ４５０は、支持パイプ４２０上を軸方向に摺動可能に設けられる。

スライダギヤ４５０には、その軸方向の中央部に位置して、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５２が設けられる。また、スライダギヤ４５０には、ヘリカルギヤ４５２の両側に位置して、ヘリカルギヤ４５２とは逆に左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５４がそれぞれ設けられる。

一方、スライダギヤ４５０を収容する空間を規定する入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０の内周面には、ヘリカルギヤ４５２および４５４に対応したヘリカルスプラインがそれぞれ形成される。つまり、入力アーム４３０には、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５２に噛み合っている。また、揺動カム４４０には、左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５４に噛み合っている。

スライダギヤ４５０には、一方のヘリカルギヤ４５４とヘリカルギヤ４５２との間に位置して、周方向に延びる長穴４５６が形成される。また、図示しないが、支持パイプ４２０には、長穴４５６の一部と重なるように、軸方向に延びる長穴が形成される。支持パイプ４２０の内部に挿通された駆動軸４１０には、これら２つの長穴４５６および４５８の重なった部分を通じて突出する係止ピン４１２が一体に設けられる。

駆動軸４１０がその軸方向に移動すると、スライダギヤ４５０が係止ピン４１２により押され、ヘリカルギヤ４５２および４５４が同時に駆動軸４１０の軸方向に移動する。このようなヘリカルギヤ４５２および４５４の移動に対して、これらにスプライン係合された入力アーム４３０および揺動カム４４０は、軸方向に移動しない。そのため、ヘリカルスプラインの噛み合いを通じて駆動軸４１０の軸芯周りに回動する。

このとき、入力アーム４３０と揺動カム４４０とでは、形成されたヘリカルスプラインの向きが逆である。そのため、回動方向が互いに逆方向となる。これにより、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差が変化し、既に説明したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。なお、ＶＶＬ機構は、このような形式のものに限られない。

図５を参照して、ＶＶＬ機構４００の駆動軸４１０を軸方向に直線移動させるアクチュエータ５００について説明する。アクチュエータ５００は、空間５１２を規定するハウジング５１０と、空間５１２に配置され、回転運動を直線運動に変換する差動ローラギヤ６００と、差動ローラギヤ６００に対して回転運動を入力するモータ７００とを備える。ハウジング５１０には、ＶＶＬ機構４００が設けられたシリンダヘッドに向かって開口する
開口部５１４が形成される。

差動ローラギヤ６００は、軸８００上に延びるサンシャフト６１０と、サンシャフト６１０の外周面６１２上で軸８００と平行に延び、軸８００を中心とした周方向に並んで配設された複数のプラネタリシャフト６２０と、複数のプラネタリシャフト６２０を取り囲むように設けられ、軸８００を中心に筒状に延びるナット６３０とを含む。

サンシャフト６１０は、軸８００上で駆動軸４１０と並ぶように配置される。サンシャフト６１０は、空間５１２から開口部５１４を通じてハウジング５１０の外側に突出するように設けられる。サンシャフト６１０は、図示しないカップリング等により駆動軸４１０と接続される。

サンシャフト６１０は、スプラインが形成されたスプライン部６１４と、雄ねじが形成されたねじ部６１６とを有する。空間５１２内におけるサンシャフト６１０の端部には、リング状のサンギヤ６４０が嵌め合わされる。サンギヤ６４０の外周面には、軸８００を中心とした周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成される。

スプライン部６１４を取り囲む位置には、周り止めカラー５１６が固定される。周り止めカラー５１６の内周面には、スプラインが形成される。周り止めカラー５１６とスプライン部６１４とが係合することにより、軸８００を中心とするサンシャフト６１０の回転運動が規制される。

プラネタリシャフト６２０の両側には、軸８００を中心に環状に延びるリテーナ９００および９１０がそれぞれ配設される。プラネタリシャフト６２０の両端は、リテーナ９００および９１０によって回転自在に支持される。リテーナ９００とリテーナ９１０とは、軸８００を中心とした周方向に所定の間隔を空けて設けられ、プラネタリシャフト６２０と平行に延びる支柱によって互いに結合される。

プラネタリシャフト６２０は、ねじ部６２２と、ねじ部６２２の両側にそれぞれ形成されたギヤ部６２４および６２６とを有する。

プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２には、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじと、ナット６３０の内周面に形成された雌ねじとに螺合する雄ねじが形成される。プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２に形成される雄ねじは、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじとは逆向きであり、ナット６３０の内周面に形成された雌ねじとは同じ向きである。

プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２４には、サンギヤ６４０の外周面に形成された平歯ギヤと、後述するリングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとに噛み合う平歯ギヤが形成される。同様に、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２６には、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤと噛み合う平歯ギヤが形成される。

ナット６３０は、ハウジング５１０に固定されたベアリングによって、軸８００を中心に回転自在に支持される。ナット６３０の内周面には、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじとは逆向きの雌ねじが形成される。

ナット６３０には、雌ねじが形成された内周面の両側に位置して、リングギヤ６５０が固定される。リングギヤ６５０の内周面には、軸８００を中心とした周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成される。

サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじ、プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２に形成された雄ねじおよびナット６３０の内周面に形成された雌ねじは、いずれも同一のピッチを有する多条ねじである。サンシャフト６１０の雄ねじ、プラネタリシャフト６２０の雄ねじおよびナット６３０の雌ねじのピッチ円直径を、それぞれ、Ｄｓ、ＤｐおよびＤｎとし、各ねじの条数を、それぞれ、Ｎｓ、ＮｐおよびＮｎとする。本実施の形態では、サンシャフト６１０を軸８００方向にストロークさせるため、たとえば、Ｎｓ：Ｎｐ：Ｎｎ＝（Ｄｓ＋１）：Ｄｐ：Ｄｎの関係を満たすように各ねじの条数が決定される。なお、各ねじのピッチ円直径と条数とは、これ以外の関係も採り得る。

モータ７００は、ロータ７２０とステータ７３０とから構成される。ロータ７２０は、焼嵌め、圧入または接着剤等の手段を用いて、ナット６３０の外周面に固定される。ハウジング５１０には、コイル７４０が巻回されたステータ７３０が同様の手段により固定される。

ステータ７３０は、ロータ７２０の周りを取り囲むように、軸８００を中心に環状に延びて形成される。ロータ７２０は、軸８００を中心とした周方向に沿って、ステータ７３０との間に所定の大きさの隙間を設けるように位置決めされる。ロータ７２０のステータ７３０に向い合う位置には、軸８００を中心として所定の角度ごとに並ぶ永久磁石７５０が配設される。コイル７４０に通電することにより、ロータ７２０とステータ７３０との間に磁界が発生する。これにより、ロータ７２０がナット６３０とともに軸８００を中心に回転する。

ナット６３０が回転すると、その回転運動は、ナット６３０およびプラネタリシャフト６２０に形成されたねじの噛み合いにより、プラネタリシャフト６２０に伝わる。このとき、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２４に形成された平歯ギヤと、サンギヤ６４０の外周面およびリングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとが噛み合っている。また、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２６に形成された平歯ギヤと、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとが噛み合っている。

そのため、プラネタリシャフト６２０は、軸８００方向に静止したまま、自転しながら軸８００を中心に公転する。また同時に、プラネタリシャフト６２０は、これら平歯ギヤの噛み合いにより、軸８００と平行な姿勢に保持される。

プラネタリシャフト６２０の回転運動は、プラネタリシャフト６２０およびサンシャフト６１０に形成されたねじの噛み合いにより、サンシャフト６１０に伝わる。サンシャフト６１０の回転運動は周り止めカラー５１６により規制されているので、サンシャフト６１０は、軸８００方向のみに移動する。これにより、駆動軸４１０が直線移動され、上述したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。

モータ７００（ロータ７２０）の動作量（回転数もしくは回転角度）はセンサ１０００により検知される。検知結果を表す信号は、ＥＣＵ２００に送信される。本実施の形態において、ＥＣＵ２００は、モータ７００の動作量と吸気バルブ１１８のリフト量や作用角とを関連付けたマップを用いて、モータ７００の動作量から吸気バルブ１１８のリフト量や作用角を間接的に検知する。

図６を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは、予め定められた周期で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ２００は、エンジン１００の運転状態が、ノックが発生し得ない状態にあるか否かを判別する。ノックが発生し得ない状態にあるか否かは、エンジン回転数、負荷率、エンジン１００の冷却水の温度等をパラメータとして、実験等により予め得られたデータを用いて判別される。エンジン１００の運転状態が、ノックが発生し得ない状態にあると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ７００に移される。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ２００は、吸気バルブ１１８の位相が最も遅角側の状態で、かつ作用角（リフト量）が変化しない状態（一定である状態）が予め定められた時間以上継続したか否かを判別する。吸気バルブ１１８の位相が最も遅角側の状態で、かつ作用角（リフト量）が変化しない状態が予め定められた時間以上継続すると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００に移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ７００に移される。なお、吸気バルブ１１８が閉じるタイミングが安定するのであれば、位相が最も遅角側である状態の代わりに、最も進角側である状態等、その他の状態が予め定められた時間以上継続したか否かを判別するようにしてもよい。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ２００は、ノックセンサ３０４により検知される振動の強度に基づいて、吸気バルブ１１８が実際に閉じるタイミングを検知する。Ｓ４００にて、ＥＣＵ２００は、検知されたタイミングと制御上のタイミングとの差であるズレ量を、各気筒について検知する。Ｓ５００にて、ＥＣＵ２００は、気筒間におけるズレ量の差を算出する。

Ｓ６００にて、ＥＣＵ２００は、各気筒におけるズレ量および気筒間におけるズレ量の差をメモリに記憶（更新）する。ズレ量およびズレ量の差は、制御上の作用角やエンジン１００の水温毎に区別されて記憶される。

Ｓ７００にて、ＥＣＵ２００は、メモリに記憶されていた各気筒におけるズレ量および気筒間におけるズレ量の差を維持する。各気筒におけるズレ量および気筒間におけるズレ量の差が一度も算出されていない場合は、これらの初期値が維持される。

Ｓ８００にて、ＥＣＵ２００は、気筒間におけるズレ量の差に応じた作用角（リフト量）になるようにＶＶＬ機構４００を制御する。たとえば、ズレ量が最も小さい気筒と最も大きい気筒間におけるズレ量の差がしきい値よりも大きい（ズレ量の幅が大きい）と、作用角が大きくなるように（最大になるように）、ＶＶＬ機構４００が制御される。これは、作用角（リフト量）が小さい状態では、気筒に吸入される空気量が小さいために、空気量のばらつきによる影響が大きいのに対し、リフト量が大きい状態では、気筒に吸入される空気量が大きいために、空気量のばらつきによる影響が小さいからである。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。

エンジン１００の運転状態が、ノックが発生し得ない状態にあると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、ノックセンサ３０４による検知される振動には、ノックによる振動が含まれ難い状態であるといえる。したがって、ノックセンサ３０４により振動を検知することにより、吸気バルブ１１８の着座による振動のみを精度よく検知できる状態であるといえる。

吸気バルブ１１８の位相が最も遅角側の状態で、かつ作用角（リフト量）が変化しない状態が予め定められた時間以上継続すると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、吸気バルブ１１８の動作が安定し、吸気バルブ１１８の着座による振動を精度よく検知できる状態であるといえる。

したがって、ノックセンサ３０４により検知される振動の強度に基づいて、吸気バルブ１１８が実際に閉じるタイミングが検知され（Ｓ３００）、検知されたタイミングと制御上のタイミングとの差であるズレ量が、各気筒について算出される（Ｓ４００）。

また、気筒間におけるズレ量の差が算出される（Ｓ５００）。これにより、吸気バルブ１１８が閉じるタイミングについての気筒間のばらつきを検知することができる。そのため、吸気バルブ１１８単体の動作状態のみならず、吸気バルブ１１８の相対的な動作状態を検知することができる。その結果、吸気バルブ１１８の動作を詳細に検知することができる。

算出されたズレ量およびズレ量の差は、制御上の作用角やエンジン１００の水温毎に区別されて記憶される（Ｓ６００）。気筒間のズレ量の差が大きい場合、それだけ、気筒間における空気量のばらつきが大きいといえる。空気量のばらつきが大きいと、出力トルクの変動が大きく、結果として、エンジン１００で発生する振動や騒音が大きくなる。

このような空気量のばらつきを抑制するため、気筒間におけるズレ量の差に応じた作用角（リフト量）になるようにＶＶＬ機構４００が制御される（Ｓ８００）。これにより、出力トルクの変動を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵによれば、ノックセンサにより検知された振動の強度に基づいて、吸気バルブの着座による振動が発生するタイミング、すなわち吸気バルブが閉じるタイミングが各気筒について検知される。検知されたタイミングと制御上のタイミングとの差であるズレ量が各気筒について算出される。これにより、各気筒のズレ量を比較して、吸気バルブが閉じるタイミングについての気筒間のばらつきを検知することができる。そのため、吸気バルブ単体の動作状態のみならず、吸気バルブの相対的な動作状態を検知することができる。その結果、吸気バルブの動作を詳細に検知することができる。

なお、ノック検出ゲートとは異なるゲート（たとえばＡＴＤＣ１００°ＣＡからＡＢＤＣ（After Bottom Dead Center）１１０°ＣＡまでの間）において、ノックセンサ３０４を用いて検知されたエンジン１００の振動の強度に基づいて吸気バルブ１１８が閉じるタイミング（クランク角）を検知するようにしてもよい。このようにすれば、ノックにより発生した振動を吸気バルブ１１８の着座により発生した振動であると誤判定することを抑制することができる。そのため、吸気バルブ１１８が閉じるタイミングを精度よく検知することができる。

また、本実施の形態においては、吸気バルブ１１８が閉じるタイミングを検知していたが、吸気バルブ１１８の代わりにもしくは加えて、排気バルブ１２０が閉じるタイミングを検知するようにしてもよい。

さらに、作用角を大きくして出力トルクの変動を抑制する代わりにもしくは加えて、ＶＶＴ機構により吸気バルブ１１８の位相を変更したり、各気筒の燃料噴射量を補正したりして、出力トルクの変動を抑制するようにしてもよい。

さらに、ＶＶＴ機構やＶＶＬ機構４００をクランク角に応じて制御することにより、吸気バルブ１１８が閉じるタイミングが全ての気筒で同じになるように、位相や作用角を制御するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る制御装置が搭載された車両のエンジンを示す概略構成図である。 ノックセンサにより検知された振動の強度を示す図である。 ＶＶＬ機構を示す正面図である。 ＶＶＬ機構を示す斜視図である。 ＶＶＬ機構のアクチュエータを示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ エンジン、１１８ 吸気バルブ、１２０ 排気バルブ、１２２，１２４ カム、１２６ ＶＶＴＬ機構、１２８ ロッカアーム、１３０ カムシャフト、２００ ＥＣＵ、３００ カム角センサ、３０２ クランク角センサ、３０４ ノックセンサ、３０６ スロットル開度センサ、３０８ アクセル開度センサ、４００ ＶＶＬ機構、７００ モータ、１０００ センサ。

Claims (4)

1. 複数の気筒と、各前記気筒に設けられた吸気バルブおよび排気バルブと、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが閉じるタイミングを変更可能な変更機構とが設けられた内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが予め定められたタイミングで閉じるように、前記変更機構を制御するための制御手段と、
   前記内燃機関において発生する振動を検知するための第１の検知手段と、
   検知された振動に基づいて、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが閉じるタイミングを検知するための第２の検知手段と、
   前記予め定められたタイミングと検知されたタイミングとの差を、各前記気筒について検知するための第３の検知手段とを含む、内燃機関の制御装置。
2. 前記制御装置は、前記第１の検知手段により検知された振動に基づいて、点火時期を制御するための点火制御手段をさらに含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記点火制御手段は、第１の期間において検知された振動に基づいて、点火時期を制御するための手段を含み、
   前記第２の検知手段は、前記第１の期間とは異なる第２の期間において検知された振動に基づいて、前記吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブが閉じるタイミングを検知するための手段を含む、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御装置は、
   前記予め定められたタイミングと前記検知されたタイミングとの差に基づいて、前記内燃機関の出力トルクの変動を抑制するように、前記変更機構、点火時期および燃料噴射量の少なくともいずれか一つを制御するための手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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