JP2010223097A - 車両用内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備えた車両用内燃機関において、加速後の定常状態におけるバルブタイミングの目標値への収束時期の遅れを低減しつつ、加速運転時におけるトルク応答の低下を抑制する。
【解決手段】車両用エンジン１０１は、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを可変とするＶＴＣ機構１１３ａを備える。エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４は、加速運転時においては、ＶＴＣ機構１１３ａの動作状態に応じて吸気バルブ１０５のバルブタイミングの加速時目標値を設定し、この設定した加速時目標値に基づいてＶＴＣ機構１１３ａを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備えた車両用内燃機関の可変動弁装置に関する。

特許文献１には、加速状態から定常状態に移行する場合に、加速状態においては吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを変更させずに、加速状態が収束してから吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを変更させることが記載されている。

特開２００７−３２５１５号公報

しかし、加速状態においてバルブタイミングを変更させないと、バルブタイミングが移行後の定常状態における目標値に収束するまでに多くの時間を要することになる。
一方、加速状態におけるシリンダ吸入空気量は吸気バルブの閉時期および吸気管圧の影響を受ける。このため、加速状態において吸気バルブのバルブタイミングを変更すると、例えば加速初期の吸気管圧の立ち上がりの遅れ期間に吸気バルブの閉時期が体積効率を低下させる方向に変化して、加速時のトルク応答が低下してしまうおそれがある。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、吸気バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備えた車両用内燃機関において、加速後の定常状態における目標値への収束遅れを低減しつつ、加速運転時におけるトルク応答の低下を抑制することを目的とする。

本発明の一側面によると、吸気バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備えた車両用内燃機関の可変動弁装置は、加速運転時において、前記可変動弁機構の動作状態に応じて前記吸気バルブのバルブタイミングの加速時目標値を設定し、この設定した加速時目標値に基づいて前記可変動弁機構を制御する。

上記車両用内燃機関の可変動弁装置によれば、加速運転時には可変動弁機構の動作状態に応じて加速時目標値を設定して該可変動弁機構を制御するので、例えばトルク応答が低下する方向へのバルブタイミングの変化量を制限しながら吸気バルブのバルブタイミングを変化させることができる。これにより、加速後の定常状態における目標値への収束遅れを低減しつつ、加速運転時のトルク応答の低下を抑制できる。

実施形態による車両用内燃機関のシステム構成図である。 ＶＥＬ機構およびＶＴＣ機構を示す図である。 ＶＥＬ機構の部分断面図である。 ＶＴＣ機構の構造を示す図である。 低回転・低中負荷領域におけるバルブタイミングの例を示す図である。 減速領域におけるバルブタイミングの例を示す図である。 緩加速状態を判定する処理の一例を示す図である。 緩加速状態における吸気側のＶＴＣ機構の制御フローチャートである。 吸気バルブの進角量制限値を設定する処理の一例を示す図である。 吸気バルブの現在のバルブタイミングが進角許容範囲内にあるか否かを判定する処理の一例を示す図である。 図８のステップＳ２における判定結果に基づくステップＳ３およびＳ４における処理を示す図である。 緩加速状態におけるアクセル開度、エンジントルクおよび吸気バルブのバルブタイミングのそれぞれの変化を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態による車両用内燃機関のシステム構成図である。図１において、内燃機関（エンジン）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、この電子制御スロットル１０４および吸気バルブ１０５を介して燃焼室１０６内に空気が吸入される。

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がそれぞれ設けられている。この燃料噴射弁１３１は、後述するＥＣＵ１１４によって開弁駆動され、その開弁時間に比例する量の燃料を噴射する。なお、ここでは吸気ポート１３０に燃料を噴射する構成としているが、燃料噴射弁１３１を各気筒の燃焼室１０６に臨ませて配設し、燃焼室１０６内に燃料を直接噴射する構成としてもよい。

燃料噴射弁１３１から噴射された燃料は、空気と共に燃焼室１０６内に吸引され、図示省略した点火プラグ等による火花点火によって着火し燃焼する。
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排気管１０８に排出され、フロント触媒１０９ａおよびリア触媒１０９ｂで浄化された後、大気中に放出される。

排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に設けられたカム１１１によって開閉駆動される。排気バルブ１０７には、ＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構１１３ｂが設けられており、このＶＴＣ機構１１３ｂによって、その作動角（開弁作用角）およびリフト量（開弁期間中の最大リフト量）を一定に保ったまま、作動角の中心位相が可変とされる。ＶＴＣ機構１１３ｂは、クランク軸１２０に対する排気側カム軸１１０の回転位相を変化させることにより、排気バルブ１０７の作動角の中心位相を連続的に変更できる機構である。

吸気バルブ１０５は、吸気側カム軸３（図２参照）の回転によって開閉駆動される。吸気バルブ１０５には、ＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）機構１１２およびＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構１１３ａが設けられおり、その開特性、すなわち、作動角（開弁作用角）、リフト量（開弁期間中の最大リフト量）および作動角の中心位相が可変とされる。ＶＥＬ機構１１２は、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を保持したまま作動角およびリフト量を連続的に変更できる機構であり、ＶＴＣ機構１１３ａは、クランク軸１２０に対する吸気側カム軸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できる機構である。

なお、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａと排気側のＶＴＣ機構１１３ｂとは同一の構成を有するものである。
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（ＥＣＵ）１１４は、各種センサ等からの信号を入力し、これら入力した信号に基づいて電子制御スロットル１０４、ＶＥＬ機構１１２、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂおよび燃料噴射弁１３１などを制御する。

上記各種センサとして、エンジン１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルセンサ１１６、クランク軸１２０から基準位置信号ＲＥＦおよび単位角度信号ＰＯＳ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（スロットル開度）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ＴＷを検出する水温センサ１１９、吸気側カム軸３から基準位置信号（カム信号）ＣＡＭｉを取り出すカムセンサ１３２、排気側カム軸１１０から基準位置信号（カム信号）ＣＡＭｅを取り出すカムセンサ１３３、ＶＥＬ機構１１２の制御軸１３（図２，３参照）の回転角度θを検出する角度センサ１３４、吸気管圧力（ブースト）ＰＢを検出する吸気管圧センサ１３５などが設けられている。なお、エンジン１０１の回転速度Ｎｅは、例えばクランク角センサ１１７から出力される基準位置信号ＲＥＦの検出間隔（時間間隔）に基づいて算出される。

ここでは、ＥＣＵ１１４がＶＥＬ機構１１２およびＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂを制御しているが、ＥＣＵ１１４とは別に設けたコントロールユニットによってＶＥＬ機構１１２および／またはＶＴＣ機構１１３ａ、１１３ｂを制御するようにしてもよい。

図２は、吸気バルブ１０５側に設けられたＶＥＬ機構１１２およびＶＴＣ機構１１３を示している。本実施形態において、エンジン１０１は、各気筒に一対の吸気バルブ１０５を有しており、これら吸気バルブ１０５の上方に、クランク軸１２０によって回転駆動される吸気側カム軸３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。吸気側カム軸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。

ＶＥＬ機構１１２は、揺動カム４の姿勢を変化させることで吸気バルブ１０５の作動角およびリフト量を変更する。なお、図２においては、一対の吸気バルブ１０５の一方についてＶＥＬ機構１１２を図示することにし、他方についてはこれを省略する。また、ＶＴＣ機構１１３ａは吸気側カム軸３の一端部に配設される。

図３は、ＶＥＬ機構１１２の部分断面図である。図２，３に示すように、ＶＥＬ機構１１２は、吸気側カム軸３に対して偏心して固定された円形の駆動カム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、吸気側カム軸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に対して偏心して固定さ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。

制御軸１３は、モータ等のアクチュエータ１７によってギヤ列１８を介して回転駆動される。制御軸１３の外周には可動側ストッパ１３ａが突出形成されている。制御軸１３が回転して可動側ストッパ１３ａが例えばシリンダヘッドに設けられた固定側ストッパ（図示省略）に当接すると、制御軸１３のそれ以上の回転が制限される。ここで、可動側ストッパ１３ａが固定側ストッパに当接する制御軸１３の回転位置（角度）は、吸気バルブ１０５のリフト量が最も小さくなる回転位置（角度）となっている。なお、吸気バルブ１０５のリフト量が最も大きくなる回転位置（角度）で当接する可動側ストッパおよび固定側ストッパをさらに設けるようにしてもよい。

このような構成により、クランク軸１２０に連動して吸気側カム軸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の軸心回りに揺動し、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、モータ１７を制御して制御軸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は、その作動角の中心位相を略一定としたままで、リフト量（および作動角）が連続的に変化する。

そして、ＥＣＵ１１４は、エンジン運転条件に基づいて制御軸１３の目標角度（吸気バルブ１０５の目標リフト量・目標作動角に相当する）を設定し、角度センサ１３３により検出された制御軸１３の回転角度（吸気バルブ１０５の実際のリフト量および作動角に相当する）θが上記目標角度となるように、アクチュエータ１７に出力する制御信号をしてＶＥＬ機構１１２を制御する。

なお、角度センサ１３３としては、例えば、制御軸１３の端部に装着されるマグネットと、このマグネットの外周面に対向配置される磁電変換手段とを有し、制御軸１３の回転に伴う磁束の変化に基づいて制御軸１３の回転角度θを検出する非接触型の回転角センサを用いることができる。但し、これに限るものではなく、例えばポテンショメータを用いた接触型の回転角センサであってもよい。

図４は、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの構造を示している。
本実施形態では、ベーン式のＶＴＣ機構を採用している。但し、これに限るものではなく、クランク軸１２０に対する吸気側カム軸３または排気側カム軸１１０の回転位相を変化させる構成の種々のＶＴＣ機構を採用することが可能である。

図４において、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂは、クランク軸１２０によって図示しないタイミングチェーンまたはタイミングベルトを介して回転駆動されるカムスプロケット５１と、吸気側カム軸３の端部に固定されカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、この回転部材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、を備える。

カムスプロケット５１は、その外周にタイミングチェーンまた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、回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、カバー部材（図示省略）と、を備える。

ハウジング５６は、略円筒状に形成され、その両端の開口部がカバー部材によってそれぞれ閉塞される。ハウジング５６の内周面には、ハウジング５６の内側に向けて突出する４つ隔壁部６３が周方向に９０°間隔で設けられている。

回転部材５３は、吸気側カム軸３の端部に固定されており、円環状の基部７７と、この基部７７の外周面に９０°間隔で設けられた４つのベーン（第１ベーン７８ａ〜第４ベーン７８ｄ）と、を有する。

回転部材５３の第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれハウジング５６に形成された各隔壁部６３の間に配置される。第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ各隔壁部６３の間に形成される空間を回転方向（周方向）に２つ分けて、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３とを形成する。

油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧の供給・排出を行う第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧の供給・排出を行う第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有している。第１，第２油圧通路９１，９２には、油圧供給通路９３と油圧排出通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ電磁式の通路切換弁９５を介して接続されている。

油圧供給通路９３の上流側には、オイルパン９６内の作動油を圧送するオイルポンプ９７が設けられており、油圧排出通路９４ａ，９４ｂの下流端は、オイルパン９６に接続されている。

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つの分岐通路９１ａ〜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９２ａ〜９２ｄに接続されている。

通路切換弁９５は、内部のスプール弁体によって、第１，第２油圧通路９１，９２と、油圧供給通路９３および油圧排出通路９４ａ，９４ｂとの間の接続を切り換える。
ロック機構６０は、ロックピン８４およびピン孔（図示省略）を有し、回転部材５３の初期位置においてロックピン８４がピン孔に挿入してカムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置をロックして、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂを機械的に固定保持する。なお、本実施形態において、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａの初期位置は、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が最も遅れた位置、すなわち、吸気バルブ１０５のバルブタイミングが最も遅れた時期となる「最遅角位置」とし、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの初期位置は、排気バルブ１０７の作動角の中心位相が最も進んだ位置、すなわち、排気バルブ１０７のバルブタイミングが最も進んだ時期となる「最進角位置」としている。

ＥＣＵ１１４は、通路切換弁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ューティ制御信号に基づいて制御する。
例えば、吸気側の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）が出力されると、オイルポンプ９７から圧送された作動油が第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給され、進角側油圧室８２内の作動油が第１油圧通路９１を通って油圧排出通路９４ａからオイルパン９６に排出される。この場合、遅角側油圧室８３内の圧力が高くなり、進角側油圧室８２内の圧力が低くなるため、回転部材５３は、第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄを介して遅角側へと最大に回転して吸気バルブ１０５のバルブタイミング（作動角の中心位相）が遅くなる。

また、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）が出力されると、オイルポンプ９７から圧送された作動油が第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２に供給され、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２を通って油圧排出通路９４ｂからオイルパン９６に排出される。この場合、進角側油圧室８２内の圧力が高くなり、遅角側油圧室８３内の圧力が低くなるため、回転部材５３は、第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側に最大に回転して吸気バルブ１０５のバルブタイミング（作動角の中心位相）が早くなる。

一方、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂ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）を出力されると、進角側油圧室８２内の圧力が高く、進角側油圧室８３内の圧力が低くなり、回転部材５３が、第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へと最大に回転して排気バルブ１０７のバルブタイミング（作動角の中心位相）が早くなる。

また、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）が出力されると、進角側油圧室８２内の圧力が低く、遅角側油圧室８３内の圧力が高くなり、回転部材５３が、第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄを介して遅角側に最大に回転して排気バルブ１０７のバルブタイミング（作動角の中心位相）が遅くなる。

そして、ＥＣＵ１１４は、エンジン運転条件に基づいて吸気バルブ１０５および排気バルブ１０７についてそれぞれ作動角の中心位相の目標値を設定し、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相（実際値）および排気バルブ１０７の作動角の中心位相（実際値）がそれぞれの目標値となるように電磁アクチュエータ９９をフィードバック制御する。

ここで、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相の目標値は上記「最遅角位置」からの進角値（以下「吸気バルブ１０５の目標進角値」という）として設定され、排気バルブ１０７の作動角の中心位相の目標値は上記「最進角位置」からの遅角値（以下「排気バルブ１０７の目標遅角値」という）として設定される。また、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相（実際値）、すなわち、吸気バルブ１０５の実際（現在）のバルブタイミングは、クランク角センサ１１７から出力される基準位置信号ＲＥＦおよびカムセンサ１３２から出力されるカム信号ＣＡＭｉに基づいて算出される。同様に、排気バルブ１０７の作動角の中心位相（実際値）、すなわち、排気バルブ１０７の実際（現在）のバルブタイミングは、クランク角センサ１１７から出力される基準位置信号ＲＥＦおよびカムセンサ１３３から出力されるカム信号ＣＡＭｅに基づいて算出される。

ＥＣＵ１１４による制御をより具体的に説明すれば、本実施形態において、ＥＣＵ１１４は、エンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷に応じて制御軸１３の目標角度を記憶したマップ、エンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷に応じた吸気バルブ１０５の目標進角値を記憶したマップ、および、エンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷に応じた排気バルブ１０７の目標遅角値を記憶したマップを有している。そして、ＥＣＵ１１４は、エンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷を入力し、入力したエンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷に基づいて各マップを参照してＶＥＬ機構１１２の制御軸１３の目標角度（ＴＲＧ＿θ）、吸気バルブ１０５の目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ）および排気バルブ１０７の目標遅角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｅ）を設定し、これら設定した各目標値に基づいてＶＥＬ機構１１２、ＶＴＣ機構１１３ａおよびＶＴＣ機構１１３ｂを制御する。

ここで、以下の説明においては上記各マップを参照して設定した各目標値を「基本目標値」という場合がある。また、上記エンジン負荷としては、アクセル開度ＡＰＯ、エンジントルク、吸気管圧ＰＢ、吸入空気量Ｑなどを用いることができる。

但し、本実施形態においては、エンジン回転速度Ｎｅおよびアクセル開度ＡＰＯに基づいて目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）を演算し、この目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）およびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて上記各目標値（基本目標値）を設定するものとする。

図５、６は、本実施形態において設定される吸気バルブ１０５および排気バルブ１０７のバルブタイミングの例を示している。
図５は、低回転・低中負荷領域におけるバルブタイミングの例を示し、図６は、減速領域（減速状態）におけるバルブタイミングの例を示している。なお、図５、６において、吸気上死点が０°ＣＡ、吸気下死点が１８０°ＣＡ、排気上死点が３６０°ＣＡ、排気下死点が５４０°ＣＡである。

本実施形態において、低回転・低中負荷領域では、図５に示すように、吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）を上死点またはその近傍に設定すると共に、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を下死点よりも進角側に設定する。また、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）を上死点よりも遅角側に設定する。このような設定とすることにより、低回転・低中負荷領域においては、有効圧縮比を下げてポンプロスを低減させると共に、排気管１０８から燃焼ガスを燃焼室１０６内に導入することで燃料消費率の低減を図っている。吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）を上死点よりも進角側に設定することもできる。このようにすれば、吸気管１０２への吹き返しを生じさせ、この吹き返しガスを燃焼室１０６内に再導入させることができ、さらに燃料消費率の低減を図ることができる。

一方、減速領域（アクセルオフ領域）では、図６に示すように、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を下死点またはその近傍に設定し、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）を上死点またはその近傍に設定する。これにより、スロットルバルブ１０３ｂが閉じられて吸入空気量が減少する減速領域（減速状態）において、例えば比較的低いエンジン回転速度で減速状態に移行して燃料カットが実施されなかった場合に、吸入空気（新気）量を増加させる（体積効率を高める）方向に制御すると共に排気管１０８からの燃焼ガスの導入を抑制するようにして、燃焼室１０６内の燃焼ガスの割合が増大して燃焼が不安定となることを抑制する。

なお、他の運転領域については図示省略するが、基本的には、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）を上死点よりも遅角側に設定し、吸気バルブ１０５については、その開時期（ＩＶＯ）を上死点またはその近傍に設定すると共に、その閉時期（ＩＶＣ）を下死点またはその近傍に設定する。これにより、有効圧縮比を増加させて出力の向上を図る。このとき、適切なバルブオーバーラップを設けることにより、吸気管１０２に吹き返した燃焼ガスの再導入および排気管１０８からの燃焼ガスの導入によって、要求出力を維持しつつ燃料消費率の低減を図ることができる。ここで、高回転領域においては、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を下死点よりも遅角側に設定することも可能である。この場合には、慣性過給効果によってシリンダ充填効率が増大し、出力の向上を図ることができるからである。

ところで、以上のようにバルブタイミングを可変とする本実施形態においては、減速状態にてアクセルがオンされて加速運転となると、吸気バルブ１０５のバルブタイミングの進角要求が発生することになる。これにより、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）は下死点またはその近傍の位置から更に進角側の位置へと変化する。

加速によってスロットルバルブ１０３ｂを開いていくが、吸気管圧ＰＢの立ち上がり等には遅れがあり、上記進角要求に応じて吸気バルブ１０５のバルブタイミングを進角してしまうと、体積効率が低下し、空気（新気）が燃焼室１０６内に吸入されにくくなって所望のトルク応答を得られないおそれがある。

そこで、ＥＣＵ１１４は、減速運転からの加速運転時、特にエンジン運転条件が減速領域から低回転・低中負荷領域へと変化する緩加速状態においては、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）の進角方向の変化量を制限することにより、エンジン運転条件の変化に対する吸気バルブ１０５のバルブタイミングの変化を遅延させて、トルク応答の低下を抑制する。

図７は、上記緩加速状態を判定する処理の一例を示している。この処理は、減速状態にてアクセルが踏み込まれたとき、すなわち、アクセルオフの状態からアクセルオンの状態となったときに実施される。

図７において、目標エンジントルク演算部Ｂ１は、アクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転速度Ｎｅを入力し、これら入力したアクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）を演算する。そして、その演算結果を運転領域判定部Ｂ２に出力する。

運転領域判定部Ｂ２は、目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）およびエンジン回転速度Ｎｅを入力し、これら目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）およびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて目標とする運転領域を演算する。そして、この目標とする運転領域が低回転・低中負荷領域（図中のハッチング部）である場合に緩加速状態であると判定する。但し、これに限るものではなく、簡易には、減速状態にてアクセルが踏み込まれ、そのアクセル開度ＡＰＯが予め設定された所定値（しきい値）以下の場合に緩加速状態であると判定することもできる。

図８は、緩加速状態における吸気側のＶＴＣ機構１１３ａの制御フローチャートであり、図７に示した処理によって緩加速状態であると判定したときに実行される。
図８において、ステップＳ１では、吸気バルブ１０５のバルブタイミングの進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）を設定する。進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）の設定は、例えば図９に示すような処理によって行う。

図９は、進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）を設定する処理の一例を示している。図９において、目標エンジントルク演算部Ｂ１１は、図６の目標エンジントルク演算部Ｂ１と同様、アクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）を演算し、その演算結果を目標体積効率演算部Ｂ１２に出力する。

目標体積効率演算部Ｂ１２は、目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）およびエンジン回転速度Ｎｅを入力し、エンジン回転速度Ｎｅに応じて目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）を体積効率（ＩＴＡＶ）に変換する。そして、その変換結果を目標体積効率（ＴＲＧ＿ＩＴＡＶ）として出力する。

一方、ＢＤＣ体積効率演算部Ｂ１３は、アクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転速度Ｎｅを入力し、これらアクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）が下死点（ＢＤＣ）であるときの体積効率を演算する。そして、その演算結果をＢＤＣ時体積効率（ＩＴＡＶ＿ＢＤＣ）として出力する。

除算部Ｂ１４は、上記目標体積効率（ＴＲＧ＿ＩＴＡＶ）を上記ＢＤＣ時体積効率（ＩＴＡＶ＿ＢＤＣ）で除算し、その結果を目標体積効率比（ＴＲＧ＿ＩＴＡＶＲ＝ＴＲＧ＿ＩＴＡＶ／ＩＴＡＶ＿ＢＤＣ）として出力する。

ＩＶＣ制限値演算部Ｂ１５は、例えば図中に示すような変換テーブルを用いて、入力した目標体積効率比（ＴＲＧ＿ＩＴＡＶＲ）からＩＶＣ制限値（ＩＶＣｉ＿ＬＩＭ）を演算し、その演算結果を出力する。なお、上記変換テーブルは、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）の変化と有効圧縮比の変化との関係から設定することができる。また、演算されたＩＶＣ制限値（ＩＶＣｉ＿ＬＩＭ）は、上記目標体積効率（ＴＲＧ＿ＩＴＡＶ）を実現できる吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）に相当する。更に言えば、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）をＩＶＣ制限値（ＩＶＣｉ＿ＬＩＭ）よりも進角させると、体積効率が上記目標体積効率（ＴＲＧ＿ＩＴＡＶ）を下回り、トルク低下を招くおそれがある。

中心角制限値演算部Ｂ１６は、吸気バルブ１０５の実際の閉時期（ＩＶＣｉ＿Ｒ）が上記ＩＶＣ制限値（ＩＶＣｉ＿ＬＩＭ）となるような吸気バルブ１０５の作動角の中央位置（中心角）を演算し、その演算結果を中心角制限値（ＣＥＮＴｉ＿ＬＩＭ）として出力する。

本実施形態では、吸気バルブ１０５についてはＶＥＬ機構１１２によって作動角の中心位相を保持したまま作動角（およびリフト量）が変更されるようになっており、吸気バルブ１０５の作動角は制御軸１３の回転角度θによって決まる。そして、吸気バルブ１０５の作動角は吸気バルブ１０５の開期間のクランク角度であるから、吸気バルブ１０５の開期間の中央位置から作動角の半分の角度だけ前のクランク角が吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）となり、吸気バルブ１０５の開期間の中央位置から作動角の半分の角度だけ後のクランク角が吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）となる。そこで、中心角制限値演算部Ｂ１６は、制御軸１３の回転角度θ（または目標角度ＴＲＧ＿θ）から吸気バルブ１０５の作動角（開期間のクランク角度）を求め、その半分の角度（図中、ＶＥＬ／２と記す）を上記ＩＶＣ制限値（ＩＶＣｉ＿ＬＩＭ）から減算することで中心角制限値（ＣＥＮＴｉ＿ＬＩＭ）を算出する。

進角量制限値演算部Ｂ１７は、中心角制限値（ＣＥＮＴｉ＿ＬＩＭ）から最遅角時の中心角を減算し、その結果を進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）とする。なお、最遅角時の中心角は、ＶＴＣ機構１１３ａを初期位置（最遅角位置）としたときの吸気バルブ１０５の作動角の中心位置であり、制御軸１３の回転角度θ（または目標角度ＴＲＧ＿θ）から吸気バルブ１０５の作動角（開期間のクランク角度）を求め、この求めた作動角の半分の角度を最遅角値の閉時期（ＩＶＣ）から減算することで算出できる。

図８に戻って、ステップＳ２では、吸気バルブ１０５の現在のバルブタイミング（ＶＴＣｉ＿ＮＯＷ）が進角許容範囲内にあるか否か、すなわち、ＶＴＣ機構１１３ａによるバルブタイミングの進角方向への変更が許容されるか否かを判定する。そして、現在のバルブタイミング（ＶＴＣｉ＿ＮＯＷ）が進角許容範囲内にあればステップＳ３に進み、進角許容範囲内になければステップＳ４に進む。

図１０は、現在のバルブタイミング（ＶＴＣｉ＿ＮＯＷ）が進角許容範囲内にあるか否かを判定する処理の一例を示している。
図１０において、差分演算部Ｂ２１は、進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）と現在のバルブタイミング、すなわち、進角量（ＶＴＣｉ＿ＮＯＷ）との差分ΔＶＴＣｉ（＝ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ−ＶＴＣｉ＿ＮＯＷ）を演算し、その演算結果を比較部Ｂ２２に出力する。

比較部Ｂ２２は、ΔＶＴＣｉと所定値（許容値）Ａとを比較し、ΔＶＴＣｉ＞Ａであれば、現在のバルブタイミングから更に進角側に制御しても進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）を超えないと判断し現在のバルブタイミングが進角許容範囲内にあると判定する。一方、ΔＶＴＣｉ≦Ａであれば、現在のバルブタイミングから更に進角側に制御すると進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）を超えるおそれがあると判断し現在のバルブタイミングが進角許容範囲外にあると判定する。

ここで、比較部Ｂ２２は、現在のバルブタイミングが進角許容範囲外にあると判定したときに出力（判定フラグｆＶＴＣｉ＿ＯＵＴ＿ＬＩＭ）を１（ハイレベル）とし、現在のバルブタイミングが許容範囲内にあると判定したときに出力（判定フラグｆＶＴＣｉ＿ＯＵＴ＿ＬＩＭ）を０（ローレベル）とする。

また、上記判定値（許容値）Ａとしては、例えば一回の操作によってＶＴＣ機構１１３ａが変更可能な進角量（最大進角量）を設定することができる。
ステップＳ３では、既述したように目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）およびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて演算される基本目標値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ）を、緩加速状態における吸気バルブ１０５のバルブタイミングの目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ＿Ａ）として設定する。すなわち、目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ＿Ａ）が新たに設定される（更新される）。

一方、ステップＳ４では、前回設定された緩加速状態における目標進角値、すなわち、ステップＳ３において現在のバルブタイミングが進角許容範囲外にあると判定される前に設定された目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ＿Ａ（前回値））をそのまま保持する。

図１１は、ステップＳ２における判定結果に基づくステップＳ３およびＳ４における処理を示している。図１１において、基本目標値演算部Ｂ３１は、目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）およびエンジン回転速度Ｎｅを入力し、吸気バルブ１０５のバルブタイミングの基本目標値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ）を演算する。

目標進角値設定部Ｂ３２、図１０の比較部Ｂ２２からの出力（ｆＶＴＣｉ＿ＯＵＴ＿ＬＩＭ）に応じて次のように動作する。すなわち、ｆＶＴＣｉ＿ＯＵＴ＿ＬＩＭ＝０であれば、基本目標値演算部Ｂ３１で演算された基本目標値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ）をそのまま緩加速状態における目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ＿Ａ）とする。一方、ｆＶＴＣｉ＿ＯＵＴ＿ＬＩＭ＝１であれば、緩加速状態における目標進角値を前回設定された緩加速状態における目標進角値のままとし、目標進角値を変化させない。

ステップＳ５では、緩加速状態が終了したか否かを判定する。そして、緩加速状態が終了していなければステップＳ１〜Ｓ４の処理を継続し、緩加速状態が終了していれば本フローを終了する。例えば、吸気管圧センサ１３５によって検出された吸気管圧ＰＢが予め設定された所定値（しきい値）以上となったときに緩加速状態が終了したと判定する。この場合において、スロットル開度ＴＶＯやエンジン回転速度Ｎｅに応じて上記所定値（しきい値）を可変とすることができる。

本実施形態において、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａが本発明の「可変動弁機構」に相当し、ＥＣＵ１１４が上記図８に示すフローチャートに従った処理を実行することにより本発明の「制御手段」が実現される。

図１２は、緩加速状態におけるアクセル開度ＡＰＯ、エンジントルクＴＲＱおよび吸気バルブ１０５のバルブタイミングのそれぞれの変化を示すタイムチャートである。
本実施形態において、緩加速状態には、エンジン運転条件と、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（換言すれば、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａの動作状態）とに応じて、吸気バルブ１０５のバルブタイミングの緩加速状態における目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ＿Ａ）が決定される。そして、この緩加速状態における目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ＿Ａ）に基づいてＶＴＣ機構１１３ａを制御することにより、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）がＩＶＣ制限値（ＩＶＣ＿ＬＩＭ）を超えて進角されることが抑制される。

この結果、図１２に示すように、本実施形態（実線）では、単に基本目標値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ）に基づいてＶＴＣ機構１１３ａを制御していた従来（破線）に比べて、吸気バルブ１０５のバルブタイミングの進角方向の変化量が制限され、エンジン運転条件の変化に対する吸気バルブ１０５のバルブタイミングの変化が遅延される。そして、この遅れによって、吸気管圧ＰＢが増大傾向を示すようになってから（シリンダ充填効率が高くなってから）吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を進角変化させることとなり、シリンダ吸入空気量の落ち込みが抑制され、加速のもたつき感を軽減できる。

これにより、本実施形態によれば、シリンダ吸入空気量が落ち込んでエンジントルクの立ち上がり応答が十分に得ることができなかった従来（破線）に比べて、加速運転時におけるエンジントルクの立ち上がり応答が改善され、ほぼリニアなトルク上昇が得ることができる。

なお、上記実施形態では緩加速状態（すなわち、減速状態からの加速運転時）を対象としているが、これに限るものではなく、加速運転時であって前記吸気バルブの閉時期を下死点前で進角方向に変化させる場合に適用することができる。

例えばアイドル運転などの低回転・低負荷領域からの加速時に吸気バルブの閉時期を下死点前の領域で進角方向に変化させる場合には、加速によって吸気管圧ＰＢが低い状態から高い状態へと制御されることになる。ここで、例えば加速初期時の吸気管圧ＰＢの増大変化が鈍い状態で（すなわち、吸気管圧ＰＢの立ち上がりの遅れ期間中に）吸気バルブの閉時期を進角させてしまうと、シリンダ吸入空気量（シリンダ充填効率）が落ち込んで、トルクの立ち上がり応答が遅れて加速のもたつき感を運転者に与えるおそれがある。このような場合においても、上述の制御を適用してエンジン運転条件の変化に対する吸気バルブのバルブタイミングの変化を遅延させることにより、加速のもたつき感を軽減することができる。

また、上記実施形態では吸気バルブ１０５のバルブタイミングが進角許可領域内にあるときには基本目標値（ＴＲＧ_ＶＴＣｉ）をそのまま緩加速状態における目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ＿Ａ）とし、進角許可領域内にないときは前回設定した目標進角値をそのまま今回の目標進角値として用いるようにしている。

しかし、これに限るものではなく、進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）に基づいて緩加速状態における目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ＿Ａ）を設定してもよい。また、基本目標値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ）と進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）とを比較して小さい方を選択し、選択した値に基づいて緩加速状態における目標進角値（ＴＲＧ＿ＶＴＣｉ＿Ａ）を設定してもよい。これらの場合において、進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）に代えて該進角量制限値（ＶＴＣｉ＿ＬＩＭ）に１未満の係数ｋ（例えば、ｋ＝０．７〜０．９）を乗算した値とすることもできる。このようにすれば、緩加速状態において、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）がＩＶＣ制限値（ＩＶＣ＿ＬＩＭ）を超えて進角されることがさらに抑制される。

さらに、本実施形態においては、減速状態にてアクセルがオンされて加速運転となると、排気バルブ１０７のバルブタイミングについては遅角要求が発生し、これにより、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が上死点またはその近傍の位置から更に遅角側の位置へと変化することになる（図５，６参照）。排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が遅角制御されると、排気管１０８から燃焼室１０６に燃焼ガスが導入されて燃焼室１０６内における燃焼ガスの割合が増加して（すなわち、新気の割合が減少して）トルク応答が低下するおそれがある。そこで、排気バルブ１０７のバルブタイミングについても、上記実施形態における吸気バルブ１０５のバルブタイミングについての処理と同様の処理を施し、加速運転時に燃焼室１０６内に導入される燃焼ガス量を調整するようにしてもよい。

この場合、例えばトルク応答が低下する限界燃焼ガス量を予め設定しておき、燃焼室１０６内に導入される燃料ガス量が設定された限界燃焼ガス量を超えないように、排気バルブ１０７のバルブタイミングの遅角方向への変化量を制限する。これにより、エンジン運転条件の変化に対する排気バルブ１０７のバルブタイミングの変化を遅延させる。

燃焼室１０６内に導入される燃焼ガス量は、例えば特開２００１−２２１００５号公報に記載されているように、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯ）、排気バルブ１０７のバルブタイミング（排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣ）およびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて推定できる。よって、上記限界燃焼ガス量となる排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）をＥＶＣ制限値として設定し、上記実施形態と同様の処理を行えばよい。

ここで、上記実施形態およびその変形例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）前記加速運転時は減速状態からの加速運転時である、請求項１〜３のいずれか1つに記載の車両用内燃機関の可変動弁装置。
（ロ）前記加速運転時は減速状態にてアクセルがオンされた場合であってそのアクセル開度が所定値（しきい値）以下のときである、請求項１〜３および（イ）のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の可変動弁装置。

（イ）および（ロ）によれば、例えば加速後の燃費要求などによって減速状態から加速した場合に吸気バルブの閉時期を進角制御する構成において、加速途中に吸気バルブの閉時期が進角されることで空気（新気）が吸入されにくい状態となり、加速がもたつく減少が発生することを抑制できる。
（ハ）吸気管圧を検出する吸気管圧検出手段を備え、
前記制御手段は、前記吸気管圧検出手段によって検出される吸気管圧が所定値（しきい値）に達するまで前記加速時目標値を設定する、請求項１〜３、（イ）および（ロ）のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の可変動弁装置。

（ハ）によれば、緩加速状態にあるときや吸気管圧が十分に立ち上がっていないとき等の加速運転時にトルク応答が低下するおそれのある場合にのみ加速時目標値を設定するので、制御負荷を抑制できる。
（ニ）前記制御手段は、加速運転時の前記可変動弁機構の動作状態に応じて、機関回転速度および機関負荷に基づいて加速時目標値を新たな設定するか、または、前回設定された加速時目標値をそのまま保持するかを決定する、車両用内燃機関の可変動弁装置。

（ニ）によれば、例えば吸気バルブのバルブタイミングを変化させることによってトルク応答性が低下するおそれがあるか否かを可変動弁機構の動作状態によって判定し、そのおそれがある場合に前回設定された加速時目標値をそのまま保持する。これにより、機関運転状態の変化に対する吸気バルブのバルブタイミングの変化を遅延させて、トルク応答性の低下を抑制できる。
（ホ）前記制御手段は、加速運転時に、機関回転速度および機関負荷に基づいて目標体積効率を演算し、この演算した目標体積効率に基づいて前記吸気バルブのバルブタイミングの進角量制限値を演算し、この演算した進角量制限値によって前記吸気バルブのバルブタイミングの進角方向への変化量を制限する、請求項３に記載の車両用内燃機関の可変動弁装置。

（ホ）によれば、吸気バルブのバルブタイミングを変化させることによるトルク低下が抑制され、加速時のトルク応答を改善できる。

３…吸気カム軸、１３…制御軸、１７…モータ、１０１…内燃機関（エンジン）、１０５…吸気バルブ、１１２…ＶＥＬ機構、１１３ａ，１１３ｂ…ＶＴＣ機構、１１４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１１６…アクセルセンサ、１１７…クランク角センサ、１３２，１３３…カムセンサ、１３４…角度センサ、１３５…吸気管圧センサ

Claims (3)

1. 吸気バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構と、
   機関の運転条件に基づいて前記可変動弁機構を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、加速運転時において、前記可変動弁機構の動作状態に応じて前記吸気バルブのバルブタイミングの加速時目標値を設定し、この加速時目標値に基づいて前記可変動弁機構を制御する、車両用内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記制御手段は、前記吸気バルブの閉時期を下死点前で進角方向に変化させる場合に前記加速時目標値を設定する、請求項１に記載の車両用内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記加速時目標値は、機関回転速度および機関負荷に基づいて設定される前記吸気バルブのバルブタイミングの目標値に対して進角方向の変化量を制限するものである、請求項１または２に記載の車両用内燃機関の可変動弁装置。

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