JP2008163862A

JP2008163862A - 内燃機関の可変動弁制御装置

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Publication number: JP2008163862A
Application number: JP2006355151A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Yoshizawa; 秀和吉澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】過渡的にバルブオーバーラップが過大となり、燃焼安定性が悪化することを防止しつつ、機関バルブの開特性を応答良く変化させる。
【解決手段】リフト・作動角を可変とするＶＥＬ機構を吸気バルブ側に備える一方、作動角の中心位相を可変とする機構であって、前記ＶＥＬ機構よりも時定数が大きなＶＴＣ機構を吸気バルブ側及び排気バルブ側にそれぞれ備えた内燃機関において、吸気バルブの開時期が目標に対して所定以上に進角していて、かつ、排気バルブの閉時期が目標に対して所定以上に遅角している場合に、両ＶＴＣ機構を最大速度で制御して、吸気バルブの開時期を最大速度で遅角変化させ、かつ、排気バルブの閉時期を最大速度で進角変化させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、機関バルブの開特性を可変とする可変動弁機構として、時定数の異なる複数種の可変動弁機構を備えた内燃機関の可変動弁制御装置に関する。

特許文献１には、吸気バルブの作動角及びリフトを連続的に変化させるリフト・作動角可変機構と、前記吸気バルブの作動角の中心位相を連続的に変化させる中心位相可変機構と、を備えた内燃機関において、リフト・作動角及び中心位相の変更量がそれぞれ所定の閾値を超えている場合に、リフト・作動角可変機構と中心位相可変機構との一方を先に駆動した後、他方を駆動することが記載されている。
特開２００１−２８０１６７号公報

ところで、上記のリフト・作動角可変機構及び中心位相可変機構を備える機関では、両機構の時定数（応答性）の違いによって、同時にそれぞれの目標に向けて制御しても、リフト・作動角と中心位相との一方が先行して変化し、他方が遅れて変化する場合がある。
例えば、加速に伴って、吸気バルブの中心位相の遅角指令と吸気バルブのリフト・作動角の増大指令が同時に発生し、このとき、中心位相の遅角変化の応答がリフト・作動角変化の応答に比べて遅いと、作動角の増大によって吸気バルブの開時期が過渡的に大幅に進角変化してしまうことがある。

そして、吸気バルブの開時期が大幅に進角されると、バルブオーバーラップが大きくなってシリンダ内の残留ガスが増大し、燃焼が不安定になってしまう。
ここで、応答の遅い中心位相の変化を優先して実行させ、リフト・作動角の増大制御を強制的に遅らせるようにすれば、バルブオーバーラップが過大になることを防止できるものの、加速要求に対してリフトの増大変化が遅れ、吸入空気量の増大変化が遅れるため、加速性が低下するという問題が生じる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、機関バルブの開特性の変更に伴って過渡的にバルブオーバーラップが過大となり、燃焼安定性が悪化することを防止しつつ、機関バルブの開特性を応答良く変化させることが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。

そのため請求項１記載に係る発明は、バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態であるときに、機関バルブの開特性を可変とする複数種の可変動弁機構のうち時定数が大きい側の可変動弁機構の制御速度を強制的に高めることを特徴とする。
上記発明によると、時定数の異なる複数種の可変動弁機構を同時に動作させて、機関バルブの開特性を目標に変化させるが、時定数の違いによって過渡的にバルブオーバーラップが目標よりも大きくなると、時定数が大きく応答の遅い可変動弁機構の制御速度を強制的に高めて、目標に向けて速やかに到達させるようにする。

従って、時定数の違いによってバルブオーバーラップが目標よりも大きくなることを抑制し、かつ、速やかに収束させることができ、機関バルブの開特性の変更に伴って、シリンダ内の残留ガスが一時的に増大し、燃焼が不安定になってしまうことを防止できると共に、機関バルブの開特性を応答良く変化させることができる。
請求項２記載の発明では、前記複数種の可変動弁機構それぞれの操作量が、制御量の値と目標値との偏差に基づいてフィードバック制御され、前記バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態であるときに、前記複数種の可変動弁機構のうち時定数が大きい側の可変動弁機構の操作量を所定値に固定することを特徴とする。

上記発明によると、可変動弁機構の間での時定数の違いによって、バルブオーバーラップが過渡的に目標よりも大きくなると、時定数が大きく応答の遅い可変動弁機構の操作量を、制御偏差に基づいてフィードバック制御される値から、所定値に切り替えて固定する。
従って、応答の遅い可変動弁機構の制御量を目標に近づく方向により速い応答で変化させことが可能となり、過渡的に拡大したバルブオーバーラップを目標に向けて速やかに収束させることができる。

請求項３記載の発明では、前記複数種の可変動弁機構それぞれの操作量が、制御量の値と目標値との偏差に基づいてフィードバック制御され、前記バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態であるときに、前記複数種の可変動弁機構のうち時定数が大きい側の可変動弁機構の目標値を、バルブオーバーラップを最小にする目標値に設定することを特徴とする。

上記発明によると、可変動弁機構の間での時定数の違いによって、バルブオーバーラップが過渡的に目標よりも大きくなると、時定数が大きく応答の遅い可変動弁機構の目標値を、バルブオーバーラップを最小にする目標値に設定し、この目標値に向けてフィードバック制御させる。
従って、例えば吸気バルブの開時期であれば、該開時期を最遅角位置とする目標が設定され、例えば排気バルブの閉時期であれば、該閉時期を最進角位置とする目標が設定されることになり、これによって、過渡的に拡大したバルブオーバーラップを目標に向けて速やかに収束させることができる。

請求項４記載の発明では、吸気バルブの開時期及び／又は排気バルブの閉時期が、前記可変動弁機構の目標値から算出される目標時期よりも、バルブオーバーラップを拡大させる方向に所定値以上ずれている状態を、バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態として判断することを特徴とする。
上記発明によると、可変動弁機構の目標値から吸気バルブの目標開時期及び／又は排気バルブの目標閉時期を算出し、吸気バルブの実際の開時期が目標開時期よりも所定以上に進角している状態、及び／又は、排気バルブの実際の閉時期が目標閉時期よりも所定以上に遅角している状態を、バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態として判断する。

従って、バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態を、精度良く判断でき、バルブオーバーラップが過大になることによる燃焼安定性の悪化を確実に防止できる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における車両用エンジンのシステム構成図である。
図１において、エンジン（ガソリン内燃機関）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。

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、後述するエンジンコントロールユニット１１４から送られる噴射パルス信号の噴射パルス幅に比例する量の燃料（ガソリン）を噴射する。
そして、燃焼室１０６内に吸引された燃料は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。

尚、燃焼室内に直接燃料を噴射させるエンジンであっても良い。
燃焼室１０６内の燃焼排気は、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、排気側カムシャフト１１０に軸支されるカム１１１によって開閉駆動されるが、クランクシャフト１２０に対する前記排気側カムシャフト１１０の回転位相を変化させるＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構１１３ｂが設けられており、該ＶＴＣ機構１１３ｂによって、排気バルブ１０７は、一定のバルブリフト量，バルブ作動角のまま、作動角の中心位相が連続的に可変制御される。

一方、前記吸気バルブ１０５は、排気側に設けられるものと同じ機構であるＶＴＣ機構１１３ａによって、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト３の回転位相が変更されることで、作動角の中心位相が連続的に可変制御されると共に、ＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）機構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可変制御される。

上記ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂ及びＶＥＬ機構１１２が、本実施形態において機関バルブの開特性を可変とする２種類の可変動弁機構である。
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１１４は、予め記憶されたプログラムに従った演算処理によって、燃料噴射量，点火時期，目標トルク，目標マニホールド圧を設定すると共に、これらに基づいて燃料噴射弁１３１，点火コイル用のパワートランジスタ，電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂに制御信号を出力する。

前記エンジンコントロールユニット１１４には、エンジン１０１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１１５、車両の運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルペダルセンサ１１６、クランクシャフト１２０の基準回転位置毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ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、エンジン１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト３の基準回転位置毎にカム信号を出力する吸気側カムセンサ１３２、前記排気側カムシャフト１１０の基準回転位置毎にカム信号を出力する排気側カムセンサ１３３などからの検出信号が入力される。

図２は、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角を可変とするＶＥＬ機構１１２の構造を示す斜視図である。
本実施形態のエンジン１０１では、各気筒に一対の吸気バルブ１０５が設けられており、これら吸気バルブ１０５の上方に、前記クランクシャフト１２０によって回転駆動される吸気側カムシャフト３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。

前記吸気側カムシャフト３には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ１０５ａに当接して吸気バルブ１０５を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気側カムシャフト３と揺動カム４との間には、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更するためのＶＥＬ機構１１２が設けられている。
また、前記吸気側カムシャフト３の一端部には、クランクシャフト１２０に対する前記吸気側カムシャフト３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変更するＶＴＣ機構１１３が配設されている。

前記ＶＥＬ機構１１２は、図２及び図３に示すように、吸気側カムシャフト３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気側カムシャフト３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。

前記制御軸１３は、モータ１７によりギヤ列１８を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。
上記の構成により、クランクシャフト１２０に連動して吸気側カムシャフト３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動すると共に、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開閉駆動される。

また、前記モータ１７を駆動制御して制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。
これにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。

エンジンコントロールユニット１１４には、前記制御軸１３の回転角を検出する角度センサ１３４からの検出信号が入力され、目標のリフト量に対応する目標角度位置に前記制御軸１３を回動させるべく、前記角度センサ１３４の検出結果に基づいて前記モータ１７をフィードバック制御する。
尚、前記制御軸１３を回転駆動するアクチュエータとして、モータ１７に代えて油圧アクチュエータを用いることができる。

図４は、吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７の作動角の中心位相を可変とする前記ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの構造を示す。
前記ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂは、クランクシャフト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、前記吸気側カムシャフト３又は排気側カムシャフト１１０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。

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。
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。

前記回転部材５３は、吸気側カムシャフト３又は排気側カムシャフト１１０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。
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。

前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の初期位置において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
尚、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａの初期位置は最遅角位置であり、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの初期位置は最進角位置に設定される。
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。

前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送するエンジン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。
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。

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。
前記エンジンコントロールユニット１１４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（制御量）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。

吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を可変とするＶＴＣ機構１１３ａにおいては、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内に排出されるようにしてある。

従って、ＶＴＣ機構１１３ａにおいては、デューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、遅角側油圧室８３の内圧が高くなる一方で、進角側油圧室８２の内圧が低くなり、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（バルブ作動角の中心位相）が遅くなる。
一方、排気バルブ１０７の作動角の中心位相を可変とするＶＴＣ機構１１３ｂにおいては、デューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、遅角側油圧室８３の内圧が低くなる一方で、進角側油圧室８２の内圧が高くなり、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大進角側に回転し、この結果、排気バルブ１０７の開期間（バルブ作動角の中心位相）が早くなるようになっている。

また、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を可変とするＶＴＣ機構１１３ａにおいて、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。

このため、ＶＴＣ機構１１３ａにおいて、デューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、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（バルブ作動角の中心位相）が早くなる。
一方、排気バルブ１０７の作動角の中心位相を可変とするＶＴＣ機構１１３ｂにおいては、デューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、排気バルブ１０７の開期間（バルブ作動角の中心位相）が遅くなるようになっている。

尚、吸気バルブ１０５の作動角・リフト量を連続的に可変とするための機構、吸気バルブ１０５・排気バルブ１０７のバルブ作動角の中心位相を連続的に可変とする機構は、上記の図２〜４に示したものに限定されない。
例えば、バルブ作動角の中心位相を連続的に可変とする機構としては、上記のベーン式の他、歯車を用いてクランクシャフト１２０に対し前記吸気側カムシャフト３や排気側カムシャフト１１０を相対回転させる機構などを用いることができ、更に、油圧アクチュエータの他、電磁ブレーキをアクチュエータとして用いる機構を採用できる。

前記エンジンコントロールユニット１１４は、機関運転条件に基づいて、前記吸気バルブ１０５の作動角・リフトの目標値に相当する制御軸１３の目標回転角を演算し、角度センサ１３４で検出される制御軸１３の実際の回転角が前記目標回転角に近づくように、前記モータ１７をフィードバック制御する。
また、前記エンジンコントロールユニット１１４は、機関運転条件に基づいて作動角の中心位相の目標値を、前記吸気バルブ１０５・排気バルブ１０７についてそれぞれに演算し、クランク角センサ１１７及びカムセンサ１３２，１３３で検出される実際の中心位相が、前記目標値に近づくように、各電磁アクチュエータ９９に出力する制御信号のデューティ比をフィードバック制御する。

尚、前述のように、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａにおいては、電磁アクチュエータ９９をオフすることで最遅角位置に戻り、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂにおいては、電磁アクチュエータ９９をオフすることで最進角位置に戻るようになっているため、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａについては、中心位相の目標が最遅角位置からの進角量として設定され、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂについては、中心位相の目標が最進角位置からの遅角量として設定されるようになっている。

図５は、ＶＴＣ機構１１３ａ及びＶＥＬ機構１１２による吸気バルブ１０５の開特性の変化を示す。
同図に示すように、ＶＥＬ機構１１２を駆動した場合、矢印（イ）に示すように、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフトの双方が連続的に増減する。

一方、ＶＴＣ機構１１３ａを駆動すると、矢印（ロ）に示すように、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフトが一定のままで、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が進角又は遅角側へ移動する。
ところで、上記のＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂを同時に駆動制御して吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７の開特性を変化させるときに、両機構１１２，１１３の時定数（応答特性）の差によって、吸気バルブ１２の開時期ＩＶＯが過渡的に大きく進角されると同時に、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣの進角が遅れ、これによってバルブオーバーラップが過渡的に過大になって燃焼性が悪化する可能性がある。

例えば、図６に示す例は、ＶＴＣ機構１１３の時定数がＶＥＬ機構１１２の時定数よりも大きい場合に、排気バルブ１０７のバルブタイミングを進角する要求と同時に、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを遅角しかつリフトを増大させる要求が発生した場合を示す。
ここで、ＶＴＣ機構１１３の時定数がＶＥＬ機構１１２の時定数よりも大きいと、吸気バルブ１０５のバルブタイミングの遅角及び排気バルブ１０７のバルブタイミングの進角に対して、吸気バルブ１０５のリフト量の増大が先行して進むことになる。

その結果、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯの目標は、変更前よりも遅角側であるのに、リフトの増大に伴って一旦変更前よりも進角した後に、ＶＴＣ機構１１３ａによる中心位相の遅角によって本来の目標開時期まで遅角されることになる。
更に、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣは進角制御されるが、この進角も、吸気バルブ１０５のリフト量の増大に対して遅れるため、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯがリフトの増大に伴って変更後の目標よりも進角するときに、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣの進角は充分に進行していないことになる。

従って、本来は、吸気バルブ１０５のリフト量を増大させると同時に、バルブオーバーラップを減少させる目標変化時であるのに、過渡的にバルブオーバーラップが変更前よりも大きくなり、シリンダ内の残留ガスが増大して燃焼が不安定になってしまう。
そこで、本実施形態では、前記エンジンコントロールユニット１１４が、図７のフローチャートに示すように、時定数が大きい側であるＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの制御速度を補正することで、過渡的なバルブオーバーラップの拡大を抑止するようになっている。

図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１では、吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されているか否かを判断する。
前記目標開時期ＴＩＶＯは、吸気バルブ１０５の目標リフト量と中心位相の目標進角値とから求められ、前記実際の開時期ＩＶＯは、実リフト量（制御軸１３の回転角）と吸気側カムシャフト３とクランクシャフト１２０との実位相差とから求められる。

前記ステップＳ１０１で、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていると判断されると、ステップＳ１０２へ進み、排気バルブ１０７の実際の閉時期ＥＶＣが目標閉時期ＴＥＶＣよりも所定値β以上に遅角されているか否かを判断する。
前記目標閉時期ＴＥＶＣは、排気バルブ１０７の中心位相の目標遅角値から求められ、実際の閉時期ＥＶＣは、排気側カムシャフト１１０とクランクシャフト１２０との実位相差から求められる。

そして、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていて、かつ、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣが目標閉時期ＴＥＶＣよりも所定値β以上に遅角されている場合には、バルブオーバーラップが過渡的に目標よりも大きくなっていると判断し、ステップＳ１０３へ進む。
ステップＳ１０３では、ＶＴＣ機構１１３ａ及びＶＴＣ機構１１３ｂそれぞれの制御信号のデューティ比（制御量）を０％（オフ）に固定する。

ＶＴＣ機構１１３ａにおけるデューティ０％は、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を遅角方向に変化させる作動油の給排を、最大流量で行わせる状態に相当し、最大制御速度で吸気バルブ１０５の中心位相（開時期ＩＶＯ）を遅角させることになる。
一方、ＶＴＣ機構１１３ｂにおけるデューティ０％は、排気バルブ１０５の作動角の中心位相を進角方向に変化させる作動油の給排を、最大流量で行わせる状態に相当し、最大制御速度で排気バルブ１０７の中心位相（閉時期ＥＶＣ）を進角させることになる。

従って、ＶＴＣ機構１１３ａ及びＶＴＣ機構１１３ｂそれぞれの制御信号のデューティ比を強制的に０％に固定すれば、最大速度で吸気バルブ１０５の中心位相を遅角させ、同時に、最大速度で排気バルブ１０７の中心位相を進角させることができ、時定数の違いによるバルブオーバーラップの拡大を抑止し、バルブオーバーラップを目標に向けて応答良く収束させることができる。

吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていない場合、及び／又は、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣが目標閉時期ＴＥＶＣよりも所定値β以上に遅角されていない場合には、ステップＳ１０４へ進み、通常に、吸気バルブ１０５の中心位相の実進角値と目標進角値との偏差、排気バルブ１０７の中心位相の実遅角値と目標遅角値との偏差に基づくフィードバック制御を行わせる。

尚、デューティを固定させる際の値は０％に限定されるものではなく、例えば０％を超える値（例えば数％）に設定しても良いが、０％とすることが最も簡便でかつ効果が大きい。
更に、オーバーシュートの発生を抑止するために、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯの目標に対する進角量、及び／又は、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣの目標に対する遅角量に応じて、デューティの固定値を可変に設定させることができる。

図８のフローチャートは、過渡的なバルブオーバーラップの拡大を抑止するための処理の第２実施形態を示す。
まず、ステップＳ２０１では、排気バルブ１０７の実際の閉時期ＥＶＣと吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯとの位相差として求められる実際のバルブオーバーラップ量が、運転条件（機関負荷・機関回転速度など）に応じて設定される閾値ＳＬ（基準バルブオーバーラップ量）よりも大きいか否かを判断する。

そして、そのときのバルブオーバーラップ量が閾値ＳＬよりも大きい場合には、ステップＳ２０２へ進んで、ＶＴＣ機構１１３ａ及びＶＴＣ機構１１３ｂそれぞれの制御信号のデューティ比を０％（オフ）に固定する。
一方、そのときのバルブオーバーラップ量が閾値ＳＬ以下であれば、ステップＳ２０３へ進んで、通常に、吸気バルブ１０５の中心位相の実進角値と目標進角値との偏差、排気バルブ１０７の中心位相の実遅角値と目標遅角値との偏差に基づくフィードバック制御を行わせる。

上記実施形態においても、時定数の違いによるバルブオーバーラップの拡大を抑止し、バルブオーバーラップを目標に向けて応答良く収束させることができる。
図９のフローチャートは、過渡的なバルブオーバーラップの拡大を抑止するための処理の第３実施形態を示す。
まず、ステップＳ３０１では、吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されているか否かを判断する。

ここで、吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていれば、ステップＳ３０２へ進み、ＶＴＣ機構１１３ａ及びＶＴＣ機構１１３ｂそれぞれの制御信号のデューティを０％（オフ）に固定する。
一方、吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていない場合には、ステップＳ３０３へ進み、通常に、吸気バルブ１０５の中心位相の実進角値と目標進角値との偏差、排気バルブ１０７の中心位相の実遅角値と目標遅角値との偏差に基づくフィードバック制御を行わせる。

即ち、上記第３実施形態は、吸気バルブ１０５における中心位相の遅角制御の遅れのみから、過渡的なバルブオーバーラップの拡大を判断し、ＶＴＣ機構１１３ａ及びＶＴＣ機構１１３ｂの制御速度を速めるものである。
従って、ステップＳ３０２の処理を、ＶＴＣ機構１１３ａのみの制御信号のデューティを０％（オフ）に固定することに置き換えれば、排気バルブ１０７が一定のリフト・作動角・中心位相を保って開閉駆動される場合にも適用できることになる。

尚、前記所定値α，βを、そのときの運転条件（機関負荷・機関回転速度など）に基づいて可変に設定させることができる。
また、ＶＴＣ機構１１３が例えば電磁ブレーキ式の機構であれば、バルブオーバーラップが過渡的に目標よりも大きくなっているときに、電磁ブレーキに印加する電圧を、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯが遅角する方向の限界値とし、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣが進角する方向の限界値とすればよい。

図１０のフローチャートは、過渡的なバルブオーバーラップの拡大を抑止するための処理の第４実施形態を示す。
この第４実施形態は、図７のフローチャートに示した第１実施形態に対して、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの制御速度を速めるための処理のみが異なる。
即ち、ステップＳ４０１では、吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されているか否かを判断し、開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていれば、ステップＳ４０２へ進む。

ステップＳ４０２では、排気バルブ１０７の実際の閉時期ＥＶＣが目標閉時期ＴＥＶＣよりも所定値β以上に遅角されているか否かを判断する。
そして、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていて、かつ、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣが目標閉時期ＴＥＶＣよりも所定値β以上に遅角されている場合には、バルブオーバーラップが過渡的に目標よりも大きくなっていると判断し、ステップＳ４０３へ進む。

ステップＳ４０３では、前記ＶＴＣ機構１１３ａにおける目標進角値を０（最遅角位置）とし、ＶＴＣ機構１１３ｂにおける目標遅角値を０（最進角位置）とし、これらの目標値に基づいてＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂをフィードバック制御させることで、最大制御速度で吸気バルブ１０５の中心位相（開時期ＩＶＯ）を遅角させ、最大制御速度で排気バルブ１０７の中心位相（閉時期ＥＶＣ）を進角させる。

即ち、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの制御目標として、バルブオーバーラップ量が最小となる目標を与えることで、制御速度を強制的に高め、バルブオーバーラップの速やかな収束を図るものである。
吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていない場合、及び／又は、排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣが目標閉時期ＴＥＶＣよりも所定値β以上に遅角されていない場合には、ステップＳ４０４へ進み、通常に、吸気バルブ１０５の中心位相の実進角値と運転条件に応じた目標進角値との偏差、排気バルブ１０７の中心位相の実遅角値と運転条件に応じた目標遅角値との偏差に基づくフィードバック制御を行わせる。

図１１のフローチャートは、過渡的なバルブオーバーラップの拡大を抑止するための処理の第５実施形態を示す。
この第５実施形態は、図８のフローチャートに示した第２実施形態に対して、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの制御速度を速めるための処理を、第４実施形態と同様に、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの目標値の切り替え処理とするものである。

まず、ステップＳ５０１では、排気バルブ１０７の実際の閉時期ＥＶＣと吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯとの位相差として求められる実際のバルブオーバーラップ量が閾値ＳＬよりも大きいか否かを判断する。
そして、そのときのバルブオーバーラップ量が閾値ＳＬよりも大きい場合には、ステップＳ５０２へ進んで、前記ＶＴＣ機構１１３ａにおける目標進角値を０（最遅角位置）とし、ＶＴＣ機構１１３ｂにおける目標遅角値を０（最進角位置）とし、これらの目標に基づいてＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂをフィードバック制御させることで、最大制御速度で吸気バルブ１０５の中心位相（開時期ＩＶＯ）を遅角させ、最大制御速度で排気バルブ１０７の中心位相（閉時期ＥＶＣ）を進角させる。

一方、そのときのバルブオーバーラップ量が閾値ＳＬ以下であれば、ステップＳ５０３へ進んで、通常に、吸気バルブ１０５の中心位相の実進角値と運転条件に応じた目標進角値との偏差、排気バルブ１０７の中心位相の実遅角値と運転条件に応じた目標遅角値との偏差に基づくフィードバック制御を行わせる。
図１２のフローチャートは、過渡的なバルブオーバーラップの拡大を抑止するための処理の第６実施形態を示す。

この第６実施形態は、図９のフローチャートに示した第３実施形態に対して、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの制御速度を速めるための処理を、第４実施形態と同様に、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの目標値の切り替え処理とするものである。
まず、ステップＳ６０１では、吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されているか否かを判断する。

ここで、吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていれば、ステップＳ６０２へ進み、前記ＶＴＣ機構１１３ａにおける目標進角値を０（最遅角位置）とし、ＶＴＣ機構１１３ｂにおける目標遅角値を０（最進角位置）とし、これらの目標に基づいてＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂをフィードバック制御させることで、最大制御速度で吸気バルブ１０５の中心位相（開時期ＩＶＯ）を遅角させ、最大制御速度で排気バルブ１０７の中心位相（閉時期ＥＶＣ）を進角させる。

一方、吸気バルブ１０５の実際の開時期ＩＶＯが目標開時期ＴＩＶＯよりも所定値α以上に進角されていない場合には、ステップＳ６０３へ進み、通常に、吸気バルブ１０５の中心位相の実進角値と運転条件に応じた目標進角値との偏差、排気バルブ１０７の中心位相の実遅角値と運転条件に応じた目標遅角値との偏差に基づくフィードバック制御を行わせる。

尚、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの制御速度を速めるための処理としては、上記の他、フィードバックゲインを高くして、デューティ比を０％付近に張り付かせるようにする方法や、制御偏差を求めるために用いる吸気バルブ１０５の中心位相の進角値を実際よりも進角側に補正し、制御偏差を求めるために用いる排気バルブ１０７の中心位相の遅角値を実際よりも遅角側に補正する方法などがある。

また、上記実施形態では、ＶＥＬ機構１１２よりもＶＴＣ機構１１３の時定数が大きく、リフトの変化に対して中心位相の進遅角変化が遅れる場合を例としたが、適用される機構によっては、ＶＴＣ機構１１３よりもＶＥＬ機構１１２の時定数が大きい場合もあり得る。
ＶＴＣ機構１１３よりもＶＥＬ機構１１２の時定数が大きいことで、過渡的のバルブオーバーラップが大きくなる場合には、ＶＥＬ機構１１２の制御速度を、操作量の固定、目標値の置き換え、フィードバックゲインの変更などによって速めることで、バルブオーバーラップの速やかな収束を図ることができる。

更に、相互に可変とする開特性が異なり、かつ、相互に時定数の異なる３種類以上の可変動弁機構を備える場合には、少なくとも時定数が最も大きい可変動弁機構の制御速度を、バルブオーバーラップが目標よりも大きな過渡状態で高めるようにすることで、バルブオーバーラップの速やかな収束を図れる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に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、
前記固定する操作量の所定値が、バルブオーバーラップを減少させる方向の限界値であることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。

上記発明によると、例えば、バルブオーバーラップが過渡的に大きくなったときに、バルブオーバーラップを減少させる方向の限界値に操作量を固定することで、最大速度でバルブオーバーラップの収束を図ることができる。
（ロ）請求項１〜４のいずれか１つの記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
前記機関バルブの開特性を可変とする複数種の可変動弁機構が、機関バルブのリフト及び作動角を可変する第１の可変動弁機構と、機関バルブの作動角の中心位相を可変とする第２の可変動弁機構とからなることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。

上記発明によると、例えば、第１の可変動弁機構に対して第２の可変動弁機構の時定数が大きく、吸気バルブのリフト・作動角の増大変化に対して、吸気バルブの作動角の中心位相の遅角が遅れることで、バルブオーバーラップが過渡的に大きくなってしまうことを、中心位相を遅角させる制御速度を速めることで抑止できる。
（ハ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
吸気バルブの開時期と排気バルブの閉時期とから算出されるバルブオーバーラップ量が、運転条件に応じて設定される閾値よりも大きい状態を、バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態として判断することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。

上記発明によると、燃焼安定性を低下させることになるバルブオーバーラップの拡大状態を的確に判断して、時定数が大きく応答の遅い可変動弁機構の制御速度を適切に高めることができる。
（ニ）請求項４記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
前記所定値を運転条件に応じて可変に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。

上記発明によると、運転条件に応じて許容できる遅れを判断させることができ、制御速度を強制的に高める必要がある遅れ状態を適切に判断できる。

実施形態における車両用エンジンのシステム図。実施形態における吸気バルブの可変動弁機構を示す斜視図。実施形態におけるＶＥＬ機構を示す図。実施形態におけるＶＴＣ機構を示す図。実施形態における吸気バルブのリフト・作動角・作動角の中心位相の変化特性を示す線図。前記ＶＥＬ機構とＶＴＣ機構との時定数の違いに基づく、バルブオーバーラップの拡大変化の様子を示す線図。バルブオーバーラップ拡大の抑制制御の第１実施形態を示すフローチャート。バルブオーバーラップ拡大の抑制制御の第２実施形態を示すフローチャート。バルブオーバーラップ拡大の抑制制御の第３実施形態を示すフローチャート。バルブオーバーラップ拡大の抑制制御の第４実施形態を示すフローチャート。バルブオーバーラップ拡大の抑制制御の第５実施形態を示すフローチャート。バルブオーバーラップ拡大の抑制制御の第６実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

３…吸気側カムシャフト、１３…制御軸、９９…電磁アクチュエータ、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、１１３ａ，１１３ｂ…ＶＴＣ機構、１１４…エンジンコントロールユニット、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…吸気側カムセンサ、１３３…排気側カムセンサ、１３４…角度センサ

Claims

機関バルブの開特性を可変とする可変動弁機構として、時定数の異なる複数種の可変動弁機構を備えた内燃機関において、
バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態であるときに、前記複数種の可変動弁機構のうち時定数が大きい側の可変動弁機構の制御速度を強制的に高めることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
前記複数種の可変動弁機構それぞれの操作量が、制御量の値と目標値との偏差に基づいてフィードバック制御され、前記バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態であるときに、前記複数種の可変動弁機構のうち時定数が大きい側の可変動弁機構の操作量を所定値に固定す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。
前記複数種の可変動弁機構それぞれの操作量が、制御量の値と目標値との偏差に基づいてフィードバック制御され、前記バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態であるときに、前記複数種の可変動弁機構のうち時定数が大きい側の可変動弁機構の目標値を、バルブオーバーラップを最小にする目標値に設定す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。
吸気バルブの開時期及び／又は排気バルブの閉時期が、前記可変動弁機構の目標値から算出される目標時期よりも、バルブオーバーラップを拡大させる方向に所定値以上ずれている状態を、バルブオーバーラップが目標よりも大きい過渡状態として判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。