JP2014040775A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変動弁機構（可変バルブリフト機構、可変バルブタイミング機構）と圧縮比可変機構とを備えたエンジンにおいて、吸気バルブとピストンとの干渉を防ぎつつ、制御性の低下を抑制する。
【解決手段】基本目標圧縮比演算部２３１は、エンジン運転条件に応じて基本目標圧縮比を演算する。圧縮比上限値演算部２３２は、吸気バルブの実作動角と実位相とに対応する圧縮比上限値を設定する。そして、比較部２３３では、基本目標圧縮比演算部２３１が出力した基本目標圧縮比と、圧縮比上限値演算部２３２が出力した圧縮比上限値とを入力し、両者のうちでより低い圧縮比を選択し、選択した圧縮比を最終的な目標圧縮比として出力し、この最終的な目標圧縮比に基づいて圧縮比可変機構２３を制御させるようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、可変動弁機構と圧縮比可変機構とを備えたエンジンの制御装置に関する。

特許文献１には、吸気バルブの可変動弁機構のアクチュエータ、及び、ピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構のアクチュエータの実作動位置を検出し、検出した実作動位置に基づいて、上死点におけるピストンと吸気バルブとの距離を予測し、この予測距離が閾値よりも短い場合に、前記距離を短くする方向に作動するアクチュエータの作動を停止し、或いは、作動速度を抑制し、或いは、作動方向を反転させることで、吸気バルブとピストンとの干渉を防ぐことが開示されている。

特開２０１０−２０３２６９号公報

しかし、吸気バルブとピストンとの干渉を回避するために、アクチュエータの作動を停止し、或いは、作動速度を抑制し、或いは、作動方向を反転させる構成では、バルブ干渉の発生を対処的に回避することになり、目標値に向けた制御性（応答性、収束性など）が低下してしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、可変動弁機構と圧縮比可変機構とを備えたエンジンにおいて、吸気バルブとピストンとの干渉（以下、ピストン干渉ともいう）を防ぎつつ、制御性の低下を抑制できる、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

そのため、本願発明は、吸気バルブ又は排気バルブの開特性を変更する可変動弁機構と、ピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構と、を備えたエンジンにおいて、前記可変動弁機構及び前記圧縮比可変機構による制御量の検出値に基づいて、前記可変動弁機構と前記圧縮比可変機構との少なくとも一方の作動範囲を変更するようにした。

上記発明によると、可変動弁機構及び圧縮比可変機構の制御性の低下を抑制しつつ、吸気バルブとピストンとの干渉を防ぐことができる。

本願発明の実施形態におけるエンジンのシステム図である。 本願発明の実施形態における吸気バルブの開特性の変化を示す図である。 本願発明の実施形態における運転条件の変化に伴う吸気バルブの開特性及び圧縮比の変化を示す図である。 本願発明の実施形態における目標圧縮比の制限処理を示すブロック図である。 本願発明の実施形態における目標作動角の制限処理を示すブロック図である。 本願発明の実施形態における目標位相の制限処理を示すブロック図である。 本願発明の実施形態における圧縮比上限値の変化速度に応じて圧縮比上限値を変更する処理を示すブロック図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る制御装置を適用するエンジンの一例を示す。
エンジン（内燃機関）１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２内に形成されたシリンダボア３内に設けられたピストン４と、吸気ポート５及び排気ポート６が形成されたシリンダヘッド１０と、吸気ポート５，排気ポート６の開口端を開閉する一気筒当たりそれぞれ一対の吸気バルブ７，７及び排気バルブ８，８と、を備えている。

ピストン４は、クランクシャフト９に対して、ロアリンク１１とアッパリンク１２とからなるコンロッド１３を介して連結されている。
そして、ピストン４の冠面４ａとシリンダヘッド１０の下面との間に、燃焼室１４が形成される。燃焼室１４を形成するシリンダヘッド１０の略中央には、点火栓１５を設けてある。

また、エンジン１は、吸気バルブ７，７のバルブリフト量及び作動角を可変とする可変動弁機構としての可変バルブリフト機構２１と、吸気バルブ７，７の開期間のクランクシャフト９に対する位相を可変とする可変動弁機構としての可変バルブタイミング機構２２と、ピストン４の上死点位置を変更することで、圧縮比を可変とする圧縮比可変機構２３とを備えている。
尚、吸気バルブ７，７の開特性を変更する可変動弁機構として、可変バルブリフト機構２１と可変バルブタイミング機構２２とのいずれか一方を備えるエンジン１とすることができる。

可変バルブリフト機構２１は、例えば、特開２００３−１７２１１２号公報などに開示されるように、電動モータなどのアクチュエータによって制御軸の角度位置を変化させることによって、吸気バルブ７，７の最大バルブリフト量を増減させ、係る最大バルブリフト量の増減に連動して、作動角（開期間の角度）を増減させる機能のものである。

また、可変バルブタイミング機構２２は、クランクシャフト９に対する吸気カムシャフト２４の位相を変更することで、吸気バルブ７，７の作動角を一定としたまま、作動角の中心位相を進角、遅角させる機能のものである。
この可変バルブタイミング機構２２としては、例えば、特開２０１２−１３２４７３号公報などに開示される油圧ベーン式の機構や、歯車を用いてクランクシャフト９に対し吸気カムシャフト２４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、モータや電磁ブレーキなどをアクチュエータとして用いる機構を適宜採用できる。

圧縮比可変機構２３は、例えば、特開２００２−２７６４４６号公報に開示されるような構造によって、ピストン４の上死点位置を変化させることで、エンジン１の圧縮比を可変とする機能のものであり、以下に、圧縮比可変機構２３の構造を説明する。
クランクシャフト９は、複数のジャーナル部９ａとクランクピン部９ｂとを備えており、シリンダブロック２の主軸受に、ジャーナル部９ａが回転自在に支持される。

クランクピン部９ｂは、ジャーナル部９ａから偏心しており、ここにロアリンク１１が回転自在に連結される。
ロアリンク１１は、２分割に構成され、略中央に設けた連結孔にクランクピン部９ｂが嵌合する。
アッパリンク１２は、下端側が連結ピン２５によりロアリンク１１の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン２６によりピストン４に回動可能に連結される。

コントロールリンク２７は、上端側が連結ピン２８によりロアリンク１１の他端に回動可能に連結され、下端側が制御シャフト２９を介してシリンダブロック２の下部に回動可能に連結される。詳しくは、制御シャフト２９は、回転可能にエンジン本体（シリンダブロック２）に支持されていると共に、その回転中心から偏心している偏心カム部２９ａを有し、この偏心カム部２９ａにコントロールリンク２７の下端部が回転可能に嵌合する。
制御シャフト２９は、電動モータを用いた圧縮比制御アクチュエータ３０によって回動位置が制御される。

上記のような複リンク式ピストン−クランク機構を用いた圧縮比可変機構２３においては、制御シャフト２９が圧縮比制御アクチュエータ３０によって回動されると、偏心カム部２９ａの中心位置、つまり、エンジン本体（シリンダブロック２）に対する相対位置が変化する。
これにより、コントロールリンク２７の下端の揺動支持位置が変化し、コントロールリンク２７の揺動支持位置が変化すると、ピストン４の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン４の位置が高くなったり低くなったりして、エンジン１の圧縮比が変更される。

可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３は、コントローラ（コンピュータ）３１から送られる操作量（制御信号）に応じて動作し、吸気バルブ７，７の開特性（最大バルブリフト量、作動角、開期間の中心位相）、及び、圧縮比を変化させる。
コントローラ３１は、可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３それぞれによる制御量の検出値と、エンジン運転条件（例えば、エンジン回転速度、エンジン負荷、エンジン温度など）に応じて演算したそれぞれの目標値とを比較することで操作量（制御信号）を決定し、決定した操作量を、可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３それぞれのアクチュエータに出力する。

可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３それぞれの制御量の検出値とは、可変バルブリフト機構２１においては、吸気バルブ７，７の作動角（最大バルブリフト量）の実際値に相関する状態量の検出値であり、可変バルブタイミング機構２２においては、吸気バルブ７，７の開期間の位相の実際値に相関する状態量の検出値であり、圧縮比可変機構２３においては、ピストン４の上死点位置（圧縮比）の実際値に相関する状態量の検出値である。

コントローラ３１には、エンジン運転条件を検出する各種センサから信号が入力される。エンジン運転条件を検出する各種センサとしては、エンジン回転速度に比例する周波数でパルス信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ３２、エンジン１の吸入空気流量を示す信号ＱＡを出力するエアーフローセンサ３３、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を示す信号ＡＣＣを出力するアクセル開度センサ３４、エンジン１が搭載される車両の走行速度（車速）を示す信号ＶＳＰを出力する車速センサ３５、エンジン１と組み合わされる変速機のギア位置を示す信号ＧＰを出力するギア位置センサ３６、エンジン１の冷却水温度（エンジン温度）を示す信号ＴＷを出力する水温センサ３７などが設けられている。

また、可変バルブリフト機構２１による制御量（実際の最大バルブリフト量、実際の作動角）に相関する状態量として、例えば、アクチュエータで回転駆動される制御軸の角度を検出する角度センサ４１が設けられており、この角度センサ４１が出力する制御軸の角度検出値を示す信号ＣＡが、可変バルブリフト機構２１による実最大バルブリフト量、実作動角を示す信号として、コントローラ３１に入力される。
また、可変バルブタイミング機構２２は、前述のように、クランクシャフト９に対する吸気カムシャフト２４の位相を変更するから、例えば、クランクシャフト９の回転位置の情報と、吸気カムシャフト２４の回転位置の情報とから、制御量（実位相）ＰＨを検出することができる。

そこで、クランクシャフト９の回転位置の情報としてクランク角センサ３２の信号ＰＯＳがコントローラ３１に入力され、吸気カムシャフト２４の回転位置の情報として、カム角センサ４２が所定カム角毎に出力するパルス信号ＣＲＰがコントローラ３１に入力されるようになっており、コントローラ３１は、クランク角センサ３２の信号ＰＯＳ及びカム角センサ４２の信号ＣＲＰに基づいて、可変バルブタイミング機構２２で変更される吸気バルブ７，７の開期間の実位相（制御量）ＰＨを検出する。
また、圧縮比可変機構２３においては、制御シャフト２９の回転に応じて圧縮比が変化するので、圧縮比可変機構２３による制御量（実圧縮比）を示す信号として、例えば、角度センサ４３が出力する制御シャフト２９の角度を示す信号ＣＶＰが、コントローラ３１に入力される。

図２は、可変バルブリフト機構２１によって吸気バルブ７，７の最大バルブリフト量及び作動角が変化する様子、及び、可変バルブリフト機構２１によって吸気バルブ７，７の開期間の位相（中心位相）が変化する様子を、ピストン４の動作と共に示す図である。
この図２に示すように、可変バルブリフト機構２１によって吸気バルブ７，７の最大バルブリフト量及び作動角を増大させると、吸気バルブ７，７の開時期ＩＶＯが進角し、ピストン上死点ＴＤＣにおける吸気バルブ７，７のリフト量が増大する。

また、図２に示す吸気バルブ７，７の開特性は、可変バルブリフト機構２１によって開期間の位相を初期位置の最遅角位置としたときの特性であり、可変バルブリフト機構２１によって開期間の位相を進角させると、ピストン上死点ＴＤＣにおける吸気バルブ７，７のリフト量が増大することになる。
ここで、コントローラ３１がエンジン１の運転条件に応じて演算する、可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３それぞれの目標値は、それぞれの制御量が目標値に収束している状態で、ピストン４と吸気バルブ７，７との干渉が発生しないように予め適合されている。

例えば、図３（Ａ）は、加速前の低負荷状態におけるピストン上死点の目標値及び吸気バルブ７，７の開特性の目標値の一例を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の低負荷状態からアクセルペダルが踏まれて高負荷状態に移行したときのピストン上死点の目標値及び吸気バルブ７，７の開特性の目標値の一例を示し、いずれの運転条件でも、ピストン４と吸気バルブ７，７との干渉は発生しない。
この図３に示す例では、低負荷から高負荷への移行に伴って、圧縮比を低下させ、吸気バルブ７，７の作動角（最大バルブリフト量）を増大させ、吸気バルブ７，７の開期間の位相を遅角変化させるが、可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３が同時並行で動作すれば、図３（Ｃ）に示すように、低負荷から高負荷への移行過程（開特性及び圧縮比の過渡変化状態）においても、ピストン４と吸気バルブ７，７との干渉は発生しない。

しかし、図３（Ｄ）に示すように、低負荷から高負荷への移行に伴う目標値の変化に対して、例えば、可変バルブタイミング機構２２及び圧縮比可変機構２３が動作せずに、可変バルブリフト機構２１のみが作動角を増大させる方向に動作したと仮定すると、圧縮比が高く、吸気バルブ７，７の開期間の位相が進角した状態のまま、作動角が増大することになって、ピストン４と吸気バルブ７，７とが干渉する可能性がある。
そこで、コントローラ３１は、係る過渡状態でのピストン干渉の発生を防ぐために、可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３における現時点での制御量の検出値から、各機構の作動範囲（目標値の可変範囲）を変更（制限）する処理を行う。

例えば、図３（Ｄ）に示す事例の場合には、高い実圧縮比、及び、進角した吸気バルブ７，７の開期間の実位相に基づき、作動角（最大バルブリフト量）の目標値を、バルブ干渉が発生しない上限値以下に制限することで、バルブ干渉が発生しない作動範囲内で作動角の増大制御が行われるようにする。
換言すれば、各機構の作動範囲（目標値の可変範囲）を変更（制限）する処理とは、上死点における吸気バルブ７，７とピストン４との距離を近づける方向への作動である、圧縮比の増大（上死点でのピストン４の位置を高くする）、吸気バルブ７，７の最大バルブリフト量の増大、吸気バルブ７，７の開期間の位相の進角を制限する処理である。

以下では、上記の制限制御を詳細に説明する。
図４は、コントローラ（制御装置）３１における、圧縮比可変機構２３の目標値（目標圧縮比）の制限処理を示す機能ブロック図である。
この図４において、基本目標圧縮比演算部２３１は、エンジン負荷、エンジン回転速度などのエンジン運転条件を示す信号を入力し、エンジン運転条件に応じて基本目標圧縮比を演算する。

一方、圧縮比上限値演算部２３２は、現時点での可変バルブリフト機構２１の制御量、即ち、実作動角の信号、及び、現時点での可変バルブタイミング機構２２の制御量、即ち、開期間の実位相（実進角量）の信号を入力する。
圧縮比上限値演算部２３２には、実作動角と実位相とに対応する圧縮比上限値を記憶するマップが予め備えられている。

前記圧縮比上限値のマップは、実作動角及び実位相に応じて定まる吸気上死点ＴＤＣでの吸気バルブ７，７のバルブリフト量のときに、上死点ＴＤＣでのピストン４の冠面が所定の余裕代（間隙、距離）をもって吸気バルブ７，７と対向することができる、最大圧縮比（許容される最も高いピストン位置）を記憶するものである。
ここで、実作動角（実最大バルブリフト量）が大きいほど、また、実位相が進角側であるほど、吸気上死点ＴＤＣでの吸気バルブ７，７のバルブリフト量が大きくなるので、実作動角が大きいほど、また、実位相が進角側であるほど、圧縮比上限値はより小さい値に設定される。

尚、所定の余裕代は、実作動角や実位相の計測誤差、更には、圧縮比（ピストン４の上死点位置）の制御精度のばらつきなどを考慮し、これらの最大値が積み重なっても、ピストン４と吸気バルブ７，７との干渉を防ぐことができる値として、予め適合されている。
そして、圧縮比上限値演算部２３２では、入力した実作動角（実最大バルブリフト量）と実位相とに対応する圧縮比上限値の信号を、マップから検索して出力する。

比較部２３３では、基本目標圧縮比演算部２３１が出力した基本目標圧縮比と、圧縮比上限値演算部２３２が出力した圧縮比上限値とを入力し、両者のうちでより低い圧縮比を選択し、選択した圧縮比を最終的な目標圧縮比として出力し、この最終的な目標圧縮比に基づいて圧縮比可変機構２３を制御させるようにする。
つまり、基本目標圧縮比演算部２３１がエンジン運転条件に基づいて演算した基本目標圧縮比が、圧縮比上限値を上回る場合には、圧縮比上限値を最終的な目標圧縮比として出力することで、最終的な目標圧縮比を圧縮比上限値以下に制限する。

圧縮比上限値を上回る基本目標圧縮比に従って圧縮比可変機構２３を制御した場合は、吸気上死点ＴＤＣにおける吸気バルブ７，７のバルブリフト量に対して、ピストン４の上死点位置が高過ぎて、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉が生じる可能性がある。
これに対し、圧縮比上限値は、前述のように、そのときの実作動角及び実位相において、ピストン４と吸気バルブ７，７との干渉を防ぐことができる値として設定されるから、この圧縮比上限値を下回る範囲内の圧縮比を最終的な目標圧縮比として圧縮比可変機構２３を制御させることで、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉を未然に防ぐことができる。

ここで、図３に示した低負荷から高負荷への移行とは逆に、高負荷から低負荷への移行時であって、最大バルブリフト量を減少させ、開期間の位相を進角させ、かつ、圧縮比を増大させる方向に制御する場合を例として、目標圧縮比の制限制御の作用を説明する。
高負荷から低負荷への移行時に、例えば、作動角（最大バルブリフト量）の減少が遅れ、開期間の位相の進角と圧縮比の増大とが先行して進んだ場合、即ち、可変バルブリフト機構２１が動作せず、可変バルブタイミング機構２２及び圧縮比可変機構２３が動作した場合、基本目標圧縮比に向けた圧縮比の増大制御を遂行することで、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉が発生する可能性がある。

これに対し、上記のように、そのときの実作動角及び実位相に基づいて圧縮比上限値を設定し、この圧縮比上限値以下に目標圧縮比を制限すれば、作動角（最大バルブリフト量）を減少させる動作が遅れても、係る遅れ状態で許容できる最大の圧縮比以下に制限することになり、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉を防ぐことができる。
そして、作動角（最大バルブリフト量）を減少させる動作が進行し、吸気上死点ＴＤＣでのバルブリフト量が減少変化すれば、これに応じて圧縮比上限値はより高い値に変更され、最終的には、圧縮比上限値が、基本目標圧縮比を上回る値になって、基本目標圧縮比を最終的な目標圧縮比とする制御が行われるようになり、圧縮比は、そのときの運転条件に応じた値に収束することになる。

上記制限制御では、圧縮比可変機構２３の目標値（作動範囲）を一時的に制限するものの、圧縮比可変機構２３による圧縮比の変更動作を停止させたり、変更速度を抑制したりすることはないので、基本目標圧縮比に向けた制御性（応答性、収束性など）の低下を抑制することができる。

図５は、コントローラ（制御装置）３１における、可変バルブリフト機構２１の目標値（目標作動角）の制限処理を示す機能ブロック図である。
この図５において、基本目標作動角演算部２１１は、エンジン負荷、エンジン回転速度などのエンジン運転条件を示す信号を入力し、エンジン運転条件に応じて基本目標作動角を演算する。

一方、作動角上限値演算部２１２は、現時点での圧縮比可変機構２３の制御量、即ち、実圧縮比（ピストン４の実上死点位置）の信号、及び、現時点での可変バルブタイミング機構２２の制御量、即ち、開期間の実位相（実進角量）の信号を入力する。
作動角上限値演算部２１２には、実圧縮比と実位相とに対応する作動角（最大バルブリフト量）の上限値を記憶するマップが予め備えられている。

前記作動角上限値のマップは、実圧縮比に応じて定まる上死点ＴＤＣでのピストン４の冠面４ａの位置と、実位相（実進角量）に応じて定まる吸気バルブ７，７の開期間の中心位相とに対し、上死点ＴＤＣでのピストン４の冠面４ａが所定の余裕代（間隙、距離）をもって吸気バルブ７，７と対向することができる、最大の作動角を記憶するものである。
即ち、実圧縮比から、吸気上死点ＴＤＣで所定の余裕代をもってピストン４と対向することになるバルブリフト量が定まり、係るバルブリフト量を実現できる作動角は、吸気バルブ７，７の開期間の中心位相に応じて定まるので、実圧縮比と実位相とから、吸気上死点ＴＤＣでピストン４の冠面と吸気バルブ７，７とが所定の余裕代をもって対向することになる作動角が定まることになる。

ここで、実圧縮比が高いほど、吸気上死点ＴＤＣでのバルブリフト量の上限は低くなり、また、実位相が進角側であるほど、同じ作動角でも吸気上死点ＴＤＣでのバルブリフト量は高くなるので、実圧縮比が高いほど、また、実位相が進角側であるほど、作動角上限値はより小さい値に設定される。
尚、所定の余裕代は、実圧縮比や実位相の計測誤差、更には、作動角の制御精度のばらつきなどを考慮し、これらの最大値が積み重なっても、ピストン４と吸気バルブ７，７との干渉を防ぐことができる値として、予め適合されている。

そして、作動角上限値演算部２１２では、入力した実圧縮比と実位相とに対応する作動角上限値の信号を、マップから検索して出力する。
比較部２１３では、基本目標作動角演算部２１１が出力した基本目標作動角と、作動角上限値演算部２１２が出力した作動角上限値とを入力し、両者のうちでより小さい作動角を選択し、選択した作動角を最終的な目標作動角として出力し、この最終的な目標作動角に基づいて可変バルブリフト機構２１を制御させるようにする。

つまり、基本目標作動角演算部２１１がエンジン運転条件に基づいて演算した基本目標作動角が、作動角上限値を上回る場合には、作動角上限値を最終的な目標作動角として出力することで、最終的な目標作動角を作動角上限値以下に制限する。
作動角上限値を上回る基本目標作動角に従って可変バルブリフト機構２１を制御した場合は、ピストン４の上死点位置及び吸気バルブ７，７の開期間の中心位相に対して、吸気バルブ７，７の作動角（最大バルブリフト量）が大き過ぎて、上死点ＴＤＣにおいて吸気バルブ７，７とピストン４との干渉が生じる可能性がある。

これに対し、作動角上限値は、前述のように、そのときの実圧縮比（上死点におけるピストン４の実位置）及び実位相において、ピストン４と吸気バルブ７，７との干渉を防ぐことができる値として設定されるから、この作動角上限値を下回る範囲内の作動角を最終的な目標作動角として可変バルブリフト機構２１を制御させることで、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉を防ぐことができる。
ここで、図３に示した低負荷から高負荷への移行時であって、最大バルブリフト量を増大させ、開期間の位相を遅角させ、かつ、圧縮比を減少させる方向に制御する場合を例として、目標作動角の制限制御の作用を説明する。

上記の低負荷から高負荷への移行時に、圧縮比を減少させる制御及び開期間の位相を遅角させる動作が遅れ、作動角（最大バルブリフト量）を増大させる動作が先行した場合、例えば、圧縮比可変機構２３及び可変バルブタイミング機構２２が動作せず、可変バルブリフト機構２１が動作した場合、基本目標作動角に向けた作動角の増大制御を遂行することで、上死点ＴＤＣにおいて吸気バルブ７，７とピストン４との干渉が発生する可能性がある。
これに対し、上記のように、そのときの実圧縮比及び実位相に基づいて作動角上限値を設定し、この作動角上限値以下に目標作動角を制限すれば、圧縮比を減少させる制御及び開期間の位相を遅角させる動作が遅れても、係る遅れ状態で許容できる最大の作動角以下に制限することになり、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉を防ぐことができる。

そして、開期間の位相を遅角させ、圧縮比を減少させる動作が進行すれば、これに応じて作動角上限値はより大きな値に変更され、最終的には、作動角上限値が、基本目標作動角を上回る値になって、基本目標作動角を最終的な目標作動角とする制御が行われるようになり、作動角は、そのときの運転条件に応じた値に収束することになる。
上記制限制御では、可変バルブリフト機構２１の目標値（作動範囲）を制限するものの、可変バルブリフト機構２１による作動角の変更動作を停止させたり、変更速度を抑制したりすることはないので、基本目標作動角に向けた制御性（応答性、収束性など）の低下を抑制することができる。

図６は、コントローラ（制御装置）３１における、可変バルブタイミング機構２２の目標値（目標位相）の制限処理を示す機能ブロック図である。
この図６において、基本目標位相演算部２２１は、エンジン負荷、エンジン回転速度などのエンジン運転条件を示す信号を入力し、エンジン運転条件に応じて基本目標位相（基本目標進角量）を演算する。

一方、位相上限値演算部２２２は、現時点での圧縮比可変機構２３の制御量、即ち、実圧縮比（ピストン４の実上死点位置）の信号、及び、現時点での可変バルブリフト機構２１の制御量、即ち、実作動角（実最大バルブリフト量）の信号を入力する。
位相上限値演算部２２２には、実圧縮比と実作動角とに対応する、吸気バルブ７，７の開期間の中心位相の上限値（進角上限値）を記憶するマップが予め備えられている。
尚、可変バルブタイミング機構２２は、最遅角位置をデフォルト位置とし、係る最遅角位置から開期間の中心位相を進角させる機構であり、目標位相は、最遅角位置からの進角角度として演算され、目標位相の上限値は、最遅角位置からの進角角度の上限として演算される。

前記位相上限値のマップは、実圧縮比に応じて定まる上死点ＴＤＣでのピストン４の冠面４ａの位置と、実作動角に応じて定まる、吸気バルブ７，７の開期間におけるバルブリフト量とに対し、上死点ＴＤＣでのピストン４の冠面４ａが所定の余裕代（間隙、距離）をもって吸気バルブ７，７と対向することができる、最大の位相進角量を記憶するものである。
即ち、実圧縮比から、吸気上死点ＴＤＣで所定の余裕代をもってピストン４と対向することになるバルブリフト量が定まり、係るバルブリフト量を実現できる中心位相は、吸気バルブ７，７の作動角に応じて定まるので、実圧縮比と実作動角とから、吸気上死点ＴＤＣでピストン４の冠面４ａと吸気バルブ７，７とが所定の余裕代をもって対向することになる中心位相（位相進角量）が定まることになる。

ここで、実圧縮比が高いほど、吸気上死点ＴＤＣでのバルブリフト量の上限は低くなり、また、実作動角が大きいほど、同じ中心位相でも吸気上死点ＴＤＣでのバルブリフト量は高くなるので、実圧縮比が高いほど、また、実作動角が大きいほど、位相上限値（位相進角量の上限値）はより小さい値に設定される。
尚、所定の余裕代は、実圧縮比や実作動角の計測誤差、更には、中心位相の制御精度のばらつきなどを考慮し、これらの最大値が積み重なっても、ピストン４と吸気バルブ７，７との干渉を防ぐことができる値として、予め適合されている。

そして、位相上限値演算部２２２では、入力した実圧縮比と実作動角とに対応する位相上限値の信号を、マップから検索して出力する。
比較部２２３では、基本目標位相演算部２２１が出力した基本目標位相（基本目標進角量）と、位相上限値演算部２２２が出力した位相上限値（進角上限値）とを入力し、両者のうちで進角角度としてより小さい位相（より遅角側の位相）を選択し、選択した位相（進角角度）を最終的な目標位相として出力し、この最終的な目標位相（目標進角量）に基づいて可変バルブタイミング機構２２を制御させるようにする。

つまり、基本目標位相演算部２２１がエンジン運転条件に基づいて演算した基本目標位相が位相上限値を上回り、基本目標位相が位相上限値よりも進角側である場合には、位相上限値を最終的な目標位相として出力することで、最終的な目標位相（目標進角量）を位相上限値（進角上限値）以下に、換言すれば、進角限界よりも遅角側に制限する。
位相上限値を上回る基本目標位相に従って可変バルブタイミング機構２２を制御した場合は、ピストン４の上死点位置及び吸気バルブ７，７の作動角に対して、吸気バルブ７，７の開期間の位相が進角し過ぎて、上死点ＴＤＣにおいて吸気バルブ７，７とピストン４との干渉が生じる可能性がある。

これに対し、位相上限値は、前述のように、そのときの実圧縮比（上死点におけるピストン４の実位置）及び実作動角において、ピストン４と吸気バルブ７，７との干渉を防ぐことができる値として設定されるから、この位相上限値（進角上限値）を下回る範囲内の位相（進角量）を最終的な目標位相として可変バルブタイミング機構２２を制御させることで、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉を防ぐことができる。
ここで、図３に示した低負荷から高負荷への移行とは逆に、高負荷から低負荷への移行時であって、最大バルブリフト量を減少させ、開期間の位相を進角させ、かつ、圧縮比を増大させる方向に制御する場合を例として、目標位相の制限制御の作用を説明する。

上記の高負荷から低負荷への移行時に、作動角（最大バルブリフト量）の減少が遅れ、開期間の位相の進角と圧縮比の増大とが先行して進んだ場合、例えば、可変バルブリフト機構２１が動作せず、可変バルブタイミング機構２２及び圧縮比可変機構２３が動作した場合、基本目標位相に向けた中心位相の進角制御を遂行することで、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉が発生する可能性がある。
これに対し、上記のように、そのときの実作動角及び実作動角に基づいて位相上限値を設定し、この位相上限値以下に（位相上限値よりも遅角側に）目標位相を制限すれば、作動角（最大バルブリフト量）を減少させる動作が遅れても、係る遅れ状態で許容できる最大の位相よりも遅角側に制限することになり、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉を防ぐことができる。

そして、作動角（最大バルブリフト量）を減少させる動作が進行し、吸気上死点ＴＤＣでのバルブリフト量が減少変化すれば、これに応じて位相上限値はより進角側に変更され、最終的には、位相上限値が、基本目標位相よりも進角側になって、基本目標位相を目標位相とする制御が行われるようになり、中心位相は、そのときの運転条件に応じた値に収束することになる。
上記制限制御では、可変バルブタイミング機構２２の目標値（作動範囲）を制限するものの、可変バルブタイミング機構２２による位相の変更動作を停止させたり、変更速度を抑制したりすることはないので、基本目標位相に向けた制御性（応答性、収束性など）の低下を抑制することができる。

図４〜図６に示した目標値の制限処理を、同時並行で実施することができる他、図４〜図６に示した制限処理から１つだけ選択して実施したり、図４〜図６に示した制限処理のうちから選択した２つの制限処理を並行実施したり、図４〜図６に示した制限処理のうちの一部の機能を備えるようにすることができる。
例えば、可変バルブタイミング機構２２と可変バルブリフト機構２１とのいずれか一方を備えるエンジン１の場合、図５に示す制限機能と図６に示す制限機能との一方を備えることになる。

また、図４〜図６に示した制限処理の一部を選択して実施する場合、或いは、図４〜図６に示した制限処理のうちの一部の機能を備えるようにする場合、可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３の応答速度の違いに基づき、実施する制限処理を選択することができる。
即ち、上死点における吸気バルブ７，７とピストン４との距離を近づける方向への動作（圧縮比の増大、最大バルブリフト量の増大、位相の進角）が速く、ピストン干渉の要因となる機構の目標値を制限する処理を選択的に実施させることができ、また、ピストン干渉の要因となる機構が、運転条件（各目標値の変化）に応じて異なる場合に、運転条件に応じて実施する制限処理を選択することができる。

また、目標値に制限を加える機構以外の機構の動作速度に応じて上限値を変更することができる。
図７は、可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２の動作速度に応じて、圧縮比可変機構２３における目標圧縮比の上限値を変更する処理を示す。

図７において、基本目標圧縮比演算部２３１は、エンジン運転条件に応じて基本目標圧縮比を演算する。
一方、圧縮比上限値演算部２３２は、現時点での可変バルブリフト機構２１の制御量、即ち、実作動角の信号、及び、現時点での可変バルブタイミング機構２２の制御量、即ち、開期間の実位相（実進角量）の信号を入力し、これらに応じて圧縮比上限値の信号を出力する。

ここで、圧縮比上限値演算部２３２は、実作動角が大きいほど、また、実位相が進角側であるほど、圧縮比上限値をより小さい値に設定する。
圧縮比上限値演算部２３２が出力する圧縮比上限値の信号は、上限値補正部２３４に入力されると共に、補正値演算部２３５に入力される。

補正値演算部２３５では、圧縮比上限値演算部２３２で演算された圧縮比上限値の前回値と今回値との偏差（偏差＝前回値−今回値）、即ち、演算周期間における圧縮比上限値の変化量（変化速度）を演算し、前記偏差に応じて補正値（補正値≧０）を演算する。
前記補正値は、圧縮比上限値演算部２３２で演算される圧縮比上限値が増大変化している場合には零に設定され、圧縮比上限値演算部２３２で演算される圧縮比上限値が減少変化している場合（偏差＞０）には減少速度が速いほど、換言すれば、可変バルブリフト機構２１で制御される作動角の増大及び／又は可変バルブタイミング機構２２で制御される位相の進角変化が速いほど、より大きな値に設定される。

上限値補正部２３４では、圧縮比上限値演算部２３２で演算された基本の圧縮比上限値から、補正値演算部２３５で演算された補正値を減算して、減算結果を最終的な圧縮比上限値として、比較部２３３に出力する。
従って、補正値が大きい程、最終的な圧縮比上限値はより小さい値に変更され、実作動角及び実位相が同一である条件であっても、実作動角の増大速度及び／又は位相の進角速度が速い場合には、圧縮比上限値としてより小さい値が設定されることになる。

換言すれば、可変バルブリフト機構２１の作動角増大方向の動作速度、及び／又は、可変バルブタイミング機構２２の位相の進角方向の動作速度が速く、上死点における吸気バルブ７，７とピストン４との距離が速い速度で減少している場合には、圧縮比上限値がより小さい値に変更される。
比較部２３３では、基本目標圧縮比演算部２３１が出力した基本目標圧縮比と、上限値補正部２３４で補正された圧縮比上限値とを入力し、両者のうちでより低い圧縮比を選択し、選択した圧縮比を最終的な目標圧縮比として出力し、この最終的な目標圧縮比に基づいて圧縮比可変機構２３を制御させるようにする。

上記のようにして圧縮比上限値を補正することで、可変バルブリフト機構２１の動作速度が速く、作動角が速い速度で増大する場合、及び／又は、可変バルブタイミング機構２２の動作速度が速く、位相が速い速度で進角する場合は、よりピストン干渉が発生する可能性が高くなるものと判断して、目標圧縮比の上限をより低くすることで、余裕代を大きくする。
これにより、作動角の増大速度、位相の進角速度が遅い場合には、目標圧縮比の上限をより高くして、圧縮比可変機構２３の作動範囲が制限されることを抑制でき、また、作動角の増大速度、位相の進角速度が速い場合には、目標圧縮比の上限をより低くして、ピストン干渉を防ぐことができる。

尚、図７では、可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２の動作速度に応じて、圧縮比可変機構２３における目標圧縮比の上限値を変更する処理を例示したが、可変バルブリフト機構２１における目標作動角の上限値、可変バルブタイミング機構２２における目標位相（目標進角量）の上限値についても、他の機構の動作速度（上死点における吸気バルブ７，７とピストン４との距離を近づける方向への制御量の変化速度）に応じて上限値を補正して、同様な作用、効果を奏することができる。

また、圧縮比可変機構２３における目標圧縮比の制限を行う一方、可変バルブリフト機構２１と可変バルブタイミング機構２２との少なくとも一方の目標値に制限を加える場合に、並行して制限を実施する他、制限の優先度（先に制限を加える機構）を設定することができる。
例えば、可変バルブリフト機構２１、可変バルブタイミング機構２２及び圧縮比可変機構２３の全てについて、目標値に制限を加える場合には、一例として、制限の優先順が、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３、可変バルブリフト機構２１の順となるように、各上限値マップの設定を行う。

これにより、吸気バルブ７，７とピストン４との干渉が発生する可能性がある状況、換言すれば、上死点における吸気バルブ７，７とピストン４との距離が近くなる方向に変化しているときに、まず、可変バルブタイミング機構２２における目標位相（目標進角値）を上限値以下に制限し、係る制限によっても干渉発生の可能性が解消されないと、更に、圧縮比可変機構２３における目標圧縮比を上限値以下に制限し、これらの制限によっても干渉発生の可能性が解消されないと、最終的に可変バルブリフト機構２１の目標作動角を上限値以下に制限することで、干渉の発生を防ぐようにする。

可変バルブタイミング機構２２によって吸気バルブ７，７の開期間の位相が過進角すると、吸気バルブ７，７の開期間と排気バルブ８，８の開期間との重なり（バルブオーバーラップ）が大きくなって、内部ＥＧＲガス量（残ガス量）が増え、燃焼悪化を招くことになる。
従って、可変バルブタイミング機構２２における目標位相（目標進角値）の制限は、ピストン干渉の防ぐと共に、内部ＥＧＲガス量（残ガス量）の増大による燃焼悪化を抑制する方向に作用するため、制限の優先度として可変バルブタイミング機構２２を最優先とし、干渉を防ぐための目標値の制限が、最初に可変バルブタイミング機構２２について行われるようにする。

一方、可変バルブリフト機構２１によって吸気バルブ７，７の作動角（最大バルブリフト量）を増大させることは、エンジン１の吸入空気量を増大させることになり、目標作動角を上限値に基づいて制限することは、エンジン１の吸入空気量の増大を制限することになって、エンジン１の加速性を損ねることになってしまう。
そこで、制限の優先度として、可変バルブリフト機構２１の優先度を最も低くし、吸入空気量の増大が制限されることをなるべく抑制し、可変バルブタイミング機構２２及び圧縮比可変機構２３の目標値（位相の進角、圧縮比の増大）に制限を加えても、干渉発生の可能性が解消されない場合に、可変バルブリフト機構２１の目標作動角の増大を上限値に基づき制限して、干渉の発生を防ぐ。

上記のような優先度に従って目標値を制限する機構を選択すれば、燃焼性の悪化を抑制し、かつ、加速性の悪化を抑制しつつ、ピストン干渉の発生を防ぐことができる。
また、上記のような制限の優先度の設定は、可変バルブタイミング機構２２を備えず、圧縮比可変機構２３と可変バルブリフト機構２１とを備えるエンジン１においても適用でき、ピストン干渉が発生する可能性がある場合に、まず、圧縮比可変機構２３における目標圧縮比に制限を加え、係る制限によっても干渉発生の可能性が解消されない場合に、可変バルブリフト機構２１の目標作動角に制限を加えることで、干渉の発生を防ぐようにする。

更に、可変バルブリフト機構２１を備えず、圧縮比可変機構２３と可変バルブタイミング機構２２とを備えるエンジン１においては、ピストン干渉が発生する可能性がある場合に、まず、可変バルブタイミング機構２２における目標位相（目標進角値）を上限値以下に制限し、係る制限によっても干渉発生の可能性が解消されない場合に、圧縮比可変機構２３における目標圧縮比を上限値以下に制限することで、干渉の発生を防ぐようにする。
ここで、制限の優先順は、可変バルブタイミング機構２２、圧縮比可変機構２３、可変バルブリフト機構２１の順に限定されるものではなく、例えば、燃焼性が確保できる場合には、可変バルブタイミング機構２２の優先順を下げることができる。

また、制限の優先順は、各機構２１〜２３の応答速度に応じて設定することができ、更に、油圧や電源電圧の変化による応答速度の変化や、劣化や故障による応答速度の変化に応じて優先順を変更することができる。
更に、各機構２１〜２３の応答速度の変化に対して、制限処理における余裕代を変更することができ、例えば、各機構２１〜２３いずれかに応答が遅くなる異常（動作しない異常を含む）が生じた場合に、他の正常動作する機構での制限処理における余裕代を縮小させることができる。

また、エンジン運転条件やエンジン運転領域に応じて制限の優先度を変更することができる。例えば、加速時と減速時とで優先度の設定を変更することとし、加速時には、吸入空気量の増大が制限されることを抑制すべく、可変バルブリフト機構２１の優先度を最も低くして最後に目標制限が実施されるようにし、高負荷、高回転域からの減速時には、高圧縮比への移行を速やかに行わせるように、圧縮比可変機構２３の優先度を最も低くして最後に目標制限が実施されるようにすることができる。

尚、上記実施形態では、吸気バルブ７，７の開特性を変更する可変動弁機構として、可変バルブタイミング機構２２と可変バルブリフト機構２１とを示したが、吸気バルブ７，７を電磁駆動バルブとすることができる。
吸気バルブ７，７として電磁駆動バルブを用いるエンジン１の場合には、電磁駆動バルブの開タイミングの目標値を、圧縮比可変機構２３によって制御される実圧縮比に応じて制限することで、ピストン干渉を防ぐことができる。

また、排気バルブ８，８に可変動弁機構を備えるエンジン１においては、排気バルブ８，８とピストン４との干渉を防ぐために、排気側可変動弁機構の作動範囲に制限を加えることができる。
排気バルブ８，８に可変バルブリフト機構を備えるエンジン１の場合は、係る排気側可変バルブリフト機構における目標作動角の増大方向が、吸気側の可変バルブリフト機構２１と同様に、ピストン干渉を発生させる方向の動作となるので、圧縮比可変機構２３によって制御される実圧縮比などに応じた上限値以下に、排気側可変バルブリフト機構における目標作動角を制限する。

また、排気バルブ８，８の開期間の位相を可変とする可変バルブタイミング機構を備える場合には、位相の遅角方向がピストン干渉を発生させる方向の動作となるので、圧縮比可変機構２３によって制御される実圧縮比などに応じた上限値以下に、位相の遅角量を制限する。

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）前記可変動弁機構として、前記吸気バルブ又は排気バルブの作動角を可変とする可変バルブリフト機構を備え、
前記可変バルブリフト機構で可変とされる作動角の増大を制限する、請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
上記発明によると、作動角の増大に伴い、上死点でのバルブとピストンとの距離が短くなるので、作動角の増大を制限することで、前記距離の減少を抑制する。

（ロ）前記可変動弁機構として、前記吸気バルブ又は排気バルブの開期間の中心位相を可変とする可変バルブタイミング機構を備え、
前記可変バルブリフト機構で可変とされる中心位相が上死点に近づくことを制限する、請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
上記発明によると、中心位相が上死点に近づくことで、上死点におけるバルブリフト量が増大し、これによってバルブとピストンとの距離が短くなるので、中心位相が上死点に近づくこと（吸気バルブの場合は進角、排気バルブの場合は遅角）を制限することで、前記距離の減少を抑制する。

（ハ）前記可変動弁機構として、前記吸気バルブ又は排気バルブの作動角を可変とする可変バルブリフト機構と、前記吸気バルブ又は排気バルブの開期間の中心位相を可変とする可変バルブタイミング機構とを備え、
前記可変バルブタイミング機構を最優先に作動範囲を制限し、次いで、圧縮比可変機構の作動範囲を制限し、最後に前記可変バルブリフト機構の作動範囲を制限する、請求項４記載のエンジンの制御装置。
上記発明によると、可変バルブタイミング機構の作動範囲の制限は、バルブオーバーラップの制限となり、内部ＥＧＲガス量を低減して燃焼性の悪化を抑制することになるので、制限の優先度（先に制限を加える機構）として可変バルブタイミング機構を最優先とする一方、可変バルブリフト機構の作動範囲の制限は、作動角、即ち、エンジンの吸入空気量を制限して加速性を損ねることになるので、制限の優先度を最も低くして、最後に制限が加えられるようにする。

（ニ）前記一方の制御量の検出値に応じて、前記他方の目標値の基本限界値を設定し、かつ、前記基本限界値が前記目標値をより狭く制限する方向に変化する速度が速いほど、前記基本限界値を、前記目標値をより狭く制限する方向に変更して最終的な限界値とし、
前記最終的な限界値を超えないように前記目標値を制限する、請求項１記載のエンジンの制御装置。
上記発明によると、基本限界値が目標値をより狭く制限する方向に変化する速度が速いほど、上死点におけるバルブとピストンとの距離の余裕代をより大きくすべく、限界値を、目標値をより狭く制限する方向に変更して、前記変化速度が遅い場合には、制限が過剰となることを抑制し、前記変化速度が速い場合には、ピストン干渉の発生を確実に防げるようにする。

１…エンジン、４…ピストン、７…吸気バルブ、８…排気バルブ、２１…可変バルブリフト機構（可変動弁機構）、２２…可変バルブタイミング機構、２３…圧縮比可変機構（可変動弁機構）、３１…コントローラ、３２…クランク角センサ、４１…角度センサ、４２…カム角センサ、４３…角度センサ

Claims (4)

1. 吸気バルブ又は排気バルブの開特性を変更する可変動弁機構と、
   ピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構と、
   を備えたエンジンにおいて、
   前記可変動弁機構と前記圧縮比可変機構とのいずれか一方の制御量の検出値に応じて、他方の作動範囲を変更する、エンジンの制御装置。
2. 前記作動範囲の変更が、前記ピストンの上死点位置におけるバルブリフト量の変更と、前記圧縮比の最大値の変更との少なくとも一方である、請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. 前記一方の動作速度に応じて前記作動範囲の変更を異ならせる、請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
4. 前記可変動弁機構の作動範囲の変更と、前記圧縮比可変機構の作動範囲の変更とに優先順位を設ける、請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。