JP2015135079A - 内燃機関の過給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の内燃機関の過給制御装置は、エンジンの吸気バルブと排気バルブとをバルブオーバーラップさせているため、実過給圧よりも排気圧が高い場合、気筒内に残留する残留ガスが増加することにより、加速初期に、タービン容量の縮小による排気圧の急上昇で、実過給圧が急上昇するにも関わらず、吸入空気量の上昇が緩やかになるので、エンジン出力、つまりエンジントルクの上昇も緩やかになってしまうという課題があった。
【解決手段】 エンジン制御システムは、加速時に、先ず第１制御を実行した後、実過給圧が所定の過給圧まで上昇したら、第２制御を実行することによって、加速時に、エンジンの運転状態に対応してタービン容量およびバルブオーバーラップ量を最適化することで、オーバーラップ期間中においてスカベンジング効果が排気干渉の影響よりも大きい条件で、エンジンの吸気バルブと排気バルブとをオーバーラップさせることが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の気筒に吸入される空気を、内燃機関の排気圧力を利用して過給し、この過給した圧縮空気を内燃機関の気筒に送り込む過給機と、この過給機のタービン容量を変更可能なタービン容量可変手段と、内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを変更可能な吸気バルブタイミング可変手段と、内燃機関の排気バルブのバルブタイミングを変更可能な排気バルブタイミング可変手段とを備えた内燃機関の過給制御装置に関するものである。

［従来の技術］
従来より、内燃機関（エンジン）の排気圧力を利用して空気を過給する可変容量型のターボ過給機と、このターボ過給機のタービン容量を変更可能な可変ノズルと、エンジンの吸気ポートを開閉する吸気バルブと排気ポートを開閉する排気バルブとの開弁特性を変更する可変動弁機構とを備えた内燃機関の過給制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
可変容量型のターボ過給機は、エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサと、エンジンの排気通路に設けられたタービンと、タービン容量を変更する可変ノズルとを備え、エンジンの気筒の燃焼室内に吸入される吸気を、エンジンの排気通路内に発生する排気圧力（排気圧）を利用して過給し、この過給した圧縮空気をエンジンの気筒の燃焼室内に送り込むターボチャージャである。

ここで、可変容量型のターボ過給機では、可変ノズルがタービンに排気を導くスクロール流路を絞るように制御されている場合、タービンに導くことが可能な排気の流量がより小さく制限される。すなわち、タービン容量が小さくなる。一方、スクロール流路を絞ると、タービンに導く排気の流速を高めることができるので、エンジン回転速度が低速回転領域でも、所定の吸気圧力（実過給圧）を得ることができる。
また、可変容量型のターボ過給機では、可変ノズルがスクロール流路を開放すると、タービン容量が大きくなる。これにより、タービンに導く排気の流量が大きい高速回転領域では、可変ノズルによりスクロール流路を全開にすることで、より大きな実過給圧を得ることができる。

可変動弁機構は、吸気バルブと排気バルブとが同時に開いている期間（バルブオーバーラップ量）を変更するように構成されている。
内燃機関の過給制御装置は、エンジンの加速時に、バルブオーバーラップ量が十分にあるとき、吸気ポート圧（実過給圧）が排気ポート圧（排気背圧、排気圧力）よりも高くなるように可変ノズルの開度を制御して、加速時における過給遅れを改善している。

ところで、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量が、エンジンの運転状態に対応した所定値に設定されていると、新気（吸気）がエンジンの気筒の燃焼室を介して吸気通路から排気通路へ向かって吹き抜けるという現象が発生する。このような吸気の吹き抜けが発生していると、通常であれば燃焼室の隙間容積分は少なくとも存在してしまう気筒の燃焼室内の残留ガスを、吸気通路からの新気を用いて押し出すことによって掃気し、気筒の燃焼室内のガスを新気に置き換えることができる（スカベンジング効果）。これにより、エンジンのトルク向上等の効果を得ることができる。

［従来の技術の不具合］
ところが、従来の内燃機関の過給制御装置においては、エンジンの加速初期に、実過給圧の急上昇を狙い、可変ノズルを閉じることによりタービン容量を縮小し、このタービン容量の縮小による排気圧の急上昇で、タービン出力を迅速に上昇させ、これにより、実過給圧を急上昇させることが可能であるが、タービン容量の縮小幅が大きい場合、排気圧と実過給圧との圧力差が大きくなる。

しかしながら、吸気バルブと排気バルブとをバルブオーバーラップさせているため、実過給圧よりも排気圧が高い場合、排気干渉の影響を受けてエンジンの気筒の燃焼室内に残留する残留ガスが増加する。これにより、エンジンの加速初期に、タービン容量の縮小による排気圧の急上昇で、実過給圧が急上昇するにも関わらず、エンジンの気筒の燃焼室内に吸い込まれる吸入空気量の上昇が緩やかになるので、エンジン出力、つまりエンジンのトルクの上昇も緩やかになってしまうという問題が生じている。

特開２００６−３４８８５３号公報

本発明の目的は、スカベンジング効果が排気干渉の影響よりも大きい条件で、吸気バルブと排気バルブとをオーバーラップすることのできる内燃機関の過給制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明（内燃機関の過給制御装置）によれば、内燃機関の加速時に、先ず、過給機のタービン容量を、加速開始前または加速直前のタービン容量よりも低い第１目標値（ＴＣ１）以下に低減するようにタービン容量可変機構を制御すると共に、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を、加速開始前または加速直前のバルブオーバーラップ量よりも小さい第１所定値（ＯＬ１）以下に縮小するように可変動弁機構を制御する第１制御を実行する（第１制御手段）。
そして、第１制御を実行した後に、吸気圧力センサで検出した内燃機関の吸気圧力、あるいは排気圧力センサで検出した内燃機関の排気圧力が、加速開始前または加速直前の第１圧力値よりも高い第２圧力値まで上昇した段階で、過給機のタービン容量を、内燃機関の運転状態（エンジン運転状況）に対応して設定されるタービン容量で、且つ第１目標値（ＴＣ１）よりも高い第２目標値（ＴＣ２）以上となるまで増加させるようにタービン容量可変機構を制御すると共に、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を、第１所定値（ＯＬ１）よりも大きい第２所定値（ＯＬ２）以上に増加させるように可変動弁機構を制御する第２制御を実行する（第２制御手段）。

これによって、内燃機関の加速初期は、過給機のタービン容量を第１目標値（ＴＣ１）以下に低減する（例えば最小容量とする）ことによる、内燃機関の排気圧力の急上昇により過給機のタービン出力を急上昇させる。これにより、コンプレッサの回転が早くなり、内燃機関の吸気圧力（コンプレッサよりも吸気の流れ方向の下流側の実過給圧）が急上昇する。同時に、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を第１所定値（ＯＬ１）以下に縮小する（例えば最小値とする）ことにより、内燃機関の排気圧力の上昇に伴う排気干渉の影響増大（残留ガス増加）を抑制することができ、且つ内燃機関の気筒に吸入される空気の流量を増大化（例えば最大化）を図ることができる。

その後、内燃機関の加速が進んで加速中期または加速後期または加速末期となって内燃機関の吸気圧力が第２圧力値まで上昇し、スカベンジングが可能な条件になったら、過給機のタービン容量を第２目標値（ＴＣ２）以上となるまで増加することによる、内燃機関の排気圧力の低減と、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を第２所定値（ＯＬ２）以上に増加させる（最大にする）ことにより、内燃機関の気筒内の残留ガスを、吸気通路からの新気を用いて押し出すことによって掃気し、内燃機関の気筒内のガスを新気に置き換えることができる（スカベンジング効果）も活用することができる。
したがって、スカベンジング効果が排気干渉の影響よりも大きい条件で、吸気バルブと排気バルブとをオーバーラップすることができる。
なお、上記の第２圧力値は、過給機のタービン容量を第２目標値（ＴＣ２）以上となるまで増加した場合の、内燃機関の気筒内の残留ガス（量）を随時推定し、この推定した推定残留ガス（量）が所定値以下となる内燃機関の吸気圧力（実過給圧、インマニ圧）、あるいは内燃機関の排気圧力（排気圧、エキマニ圧）とすることが望ましい。

請求項２に記載の発明（内燃機関の過給制御装置）よれば、第２制御を開始してから所定時間が経過した段階で、過給機のタービン容量を、内燃機関の運転状態に対応して設定されるタービン容量で、且つ第２目標値（ＴＣ２）よりも低い第３目標値（ＴＣ３）まで低減させるようにタービン容量可変機構を制御する第３制御を実行する（第３制御手段）。
これによって、内燃機関の吸気圧力が排気圧力よりも高くなり、スカベンジングが可能な条件での、過給機のタービン容量の増加による、内燃機関の排気圧力の低減効果の最大化を実現することができ、且つスカベンジング効果の最大化を図ることができる。
なお、上記の第２圧力値は、過給機のタービン容量を第２目標値（ＴＣ２）以上となるまで増加した場合の、内燃機関の気筒内の残留ガスを随時推定し、この推定した推定残留ガス（量）が所定値以下となる内燃機関の吸気圧力（実過給圧、インマニ圧）、あるいは内燃機関の排気圧力（排気圧、エキマニ圧）とすることが望ましい。

ターボ過給機付き内燃機関の制御装置（エンジン制御システム）を示した模式図である（実施例１）。 スカベンジングのメカニズムを示した説明図である（実施例１）。 エンジンのトルク、タービン容量、バルブオーバーラップ量、ポート圧力、残留ガス割合および吸入空気量の変化を示したタイミングチャートである（実施例１）。 残留ガス割合とサージタンク圧または吸入空気量とエンジン回転数との関係を示した３次元マップ（特性図）である（実施例１）。 残留ガス割合の所定値とエンジン回転数とサージタンク圧または吸入空気量との関係を示した３次元マップ（特性図）である（実施例１）。 （ａ）はタービン容量の変化速度とサージタンク圧または吸入空気量とエンジン回転数との関係を示した３次元マップ（特性図）で、（ｂ）はオーバーラップ量の変化速度とサージタンク圧または吸入空気量とエンジン回転数との関係を示した３次元マップ（特性図）である（実施例１）。 エンジンのトルク、タービン容量、バルブオーバーラップ量、ポート圧力、残留ガス割合および吸入空気量の変化を示したタイミングチャートである（実施例２）。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１の構成］
図１ないし図６は、本発明の内燃機関の過給制御装置を適用したターボ過給機付き内燃機関の制御装置（実施例１）を示したものである。

本実施例のターボ過給機付き内燃機関の制御装置（以下エンジン制御システム）は、例えば自動車等の車両走行用の内燃機関（エンジンＥ）の排出ガス（排気）の圧力（内燃機関の排気圧力：以下排気圧）を利用して、エアクリーナ１を通過した吸入空気（新気）を過給（圧縮）する可変容量型（ツインスクロール型）のターボチャージャ２と、このターボチャージャ２のタービン容量を変更可能なタービン容量可変機構と、エンジンＥの各気筒の吸気バルブ（図示せず）およびエンジンＥの各気筒の排気バルブ（図示せず）の開閉特性を変更可能な可変動弁機構と、エンジンＥの運転状態（状況）に基づいて、タービン容量可変機構のアクチュエータおよび可変動弁機構のアクチュエータを電気的に制御するエンジン制御ユニット（電子制御装置：以下ＥＣＵ３）とを備え、ターボチャージャ２のタービン容量および吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量等を制御する過給制御装置（内燃機関の過給制御装置）として使用される。

エンジンＥは、複数の気筒（第１気筒＃１〜第４気筒＃４）を有し、エアクリーナ１で濾過された清浄な空気（新気）とインジェクタ（燃料噴射弁）から噴射された燃料との混合気を燃焼室内で燃焼して得られる熱エネルギーにより出力を発生する多気筒ガソリンエンジン（直列４気筒エンジン）が採用されている。但し、多気筒ガソリンエンジンに限定されず、多気筒ディーゼルエンジンを適用しても良い。
エンジンＥには、吸気行程、圧縮行程、燃焼（爆発）行程、排気行程の４つの行程（ストローク）を周期（サイクル）として繰り返す４サイクルエンジンが採用されている。

各気筒＃１〜＃４の吸気ポートには、インテークマニホールド４が接続されている。また、各気筒＃１〜＃４の排気ポートには、エキゾーストマニホールド５が接続されている。
インテークマニホールド４の上流端には、内部に吸気通路が形成される吸気管６が接続されている。また、エキゾーストマニホールド５の下流端には、内部に排気通路が形成される排気管７が接続されている。
吸気管６には、エアクリーナ１、ターボチャージャ２の吸気コンプレッサ、インタークーラ１１、スロットルボディ１２およびスロットルバルブ１３等が設置されている。また、排気管７には、ターボチャージャ２の排気タービン、排気浄化装置（触媒）１４およびマフラー１５等が設置されている。

インテークマニホールド４は、スロットルボディ１２を通過した吸気（過給吸気）の圧力変動を低減するサージタンク１６、および気筒配列方向に並列して配置される複数の吸気分岐管１７等を備えている。
複数の吸気分岐管１７には、各気筒＃１〜＃４の吸気ポートに連通する複数の吸気分岐通路が形成されている。また、これらの吸気分岐通路は、インテークマニホールド４の上流端に設けられる吸気分岐部（例えばサージタンク１６）で各気筒＃１〜＃４毎に分岐している。

エキゾーストマニホールド５は、気筒配列方向に並列して配置される複数の排気分岐管１８、およびこれらの排気分岐管１８の下流端に設けられる排気集合部１９等を備えている。
複数の排気分岐管１８には、各気筒＃１〜＃４の排気ポートに連通する複数の排気分岐通路が形成されている。また、エキゾーストマニホールド５の下流部には、各気筒＃１〜＃４からそれぞれ排出される排気を集合させる排気集合部（エキゾーストマニホールド５の下流端に設けられる排気集合部１９）が設けられている。

エンジンＥは、複数の気筒（シリンダ）が気筒配列方向に直列に配置されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの上部に結合されるシリンダヘッドとを備えている。
シリンダブロックの内部には、気筒配列方向に４つの燃焼室（シリンダボア）が形成されている。各シリンダボア内には、コネクティングロッドを介して、クランクシャフト（内燃機関の出力軸）に連結されたピストンがその往復摺動方向に摺動自在にそれぞれ支持されている。

シリンダヘッドには、１つの気筒の燃焼室に対して独立して接続する、少なくとも１つ以上の吸気ポートが設けられている。各気筒＃１〜＃４の吸気ポートの燃焼室側端部には、各気筒＃１〜＃４の吸気ポート開口部をそれぞれ開閉する吸気バルブ（吸気弁：図示せず）が設置されている。
また、シリンダヘッドには、１つの気筒の燃焼室に対して独立して接続する、少なくとも１つ以上の排気ポートが設けられている。各気筒＃１〜＃４の排気ポートの燃焼室側端部には、各気筒＃１〜＃４の排気ポート開口部をそれぞれ開閉する排気バルブ（排気弁：図示せず）が設置されている。

吸気バルブは、シリンダヘッド上に回転可能に支持された吸気カムシャフトに、各気筒の吸気バルブに対応して設けられた吸気カムによって、その開閉動作が制御されるように構成されている。
一方、排気バルブは、シリンダヘッド上に回転可能に支持された排気カムシャフトに、各気筒の排気バルブに対応して設けられた排気カムによって、その開閉動作が制御されるように構成されている。
吸気、排気カムシャフトは、エンジンＥのクランクシャフトと同期して一定方向に回転する。これらの吸気、排気カムシャフトは、クランクシャフトが２回転すると、１回転するようにクランクシャフトに対して駆動連結されている。

また、シリンダヘッドには、各気筒＃１〜＃４の燃焼室内に流入した混合気への点火を行う複数のスパークプラグ、および各気筒＃１〜＃４の吸気ポートに燃料を噴射する複数のインジェクタ（ポート内噴射式の燃料噴射弁）が取り付けられている。なお、気筒内直接噴射式のインジェクタ（燃料噴射弁）の場合には、各気筒＃１〜＃４の燃焼室内に流入した吸気に対して燃料が噴射される。
インタークーラ１１は、ターボチャージャの吸気コンプレッサで過給された過給吸気（過給空気、圧縮空気）を冷却媒体である冷却水（または冷却風）と熱交換させて冷却する冷却用熱交換器である。このインタークーラ１１の出口端は、吸気管６を介して電子スロットルのスロットルボディ１２に接続している。

電子スロットルは、吸気管６の一部を構成するスロットルボディ１２、このスロットルボディ１２の内部に回転可能に収容されて、吸気コンプレッサからエンジンＥの各気筒に送り込まれる吸気の流量を調整（調量）するスロットルバルブ１３、このスロットルバルブ１３を開閉動作させる電動アクチュエータ（図示せず）、およびスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）に対応した信号をＥＣＵ３に出力するスロットル開度センサ（図示せず）を備えている。
なお、電動アクチュエータは、電力の供給を受けるとスロットルバルブ１３を回転駆動する動力（トルク）を発生するスロットルモータ（電動モータ）、およびこのスロットルモータの出力軸（シャフト）の回転を減速してスロットルバルブ１３の回転軸（シャフト）に伝達する減速機構等により構成されている。

ターボチャージャ２は、エアクリーナ１からスロットルボディ１２やインテークマニホールド４のサージタンク１６へ吸気を流す吸気管６の途中に設けられた吸気コンプレッサと、エキゾーストマニホールド５の排気集合部１９から触媒１４へ排気を流す排気管７の途中に設けられた排気タービンとを備えている。
ターボチャージャ２は、排気タービンのホイール（以下タービンインペラ）２１が排気により回転駆動されると、タービンインペラ２１に一体回転可能に連結したタービンシャフト２２および吸気コンプレッサのホイール（以下コンプレッサインペラ）２３も回転し、このコンプレッサインペラ２３が吸気を圧縮して、エンジンＥの各気筒内に送り込むターボ過給機である。

排気タービンは、タービンインペラ２１およびタービンハウジング（以下ハウジング）を備えている。タービンインペラ２１は、円周方向に複数のタービンブレード（翼）を有し、エンジンＥの排気圧により回転駆動される。そして、タービンインペラ２１は、タービンシャフト２２を介して、コンプレッサインペラ２３と直接的に連結してコンプレッサインペラ２３を回転駆動（直結駆動）する。
吸気コンプレッサは、コンプレッサインペラ２３およびコンプレッサハウジング（以下ハウジング）を備えている。コンプレッサインペラ２３は、円周方向に複数のコンプレッサブレード（翼）を有し、タービンシャフト２２を介して、タービンインペラ２１に一体回転可能に連結して回転駆動される。

ところで、排気タービンのハウジングには、タービンインペラ２１の周囲を取り囲むように設置されたシュラウド壁が設けられている。このハウジングの中央部には、タービンインペラ２１を回転可能に収容するインペラ収容空間が形成されている。
タービンインペラ２１およびインペラ収容空間よりも排気流れの方向の上流側には、タービンインペラ２１およびインペラ収容空間を渦巻き状に囲むようにスクロール流路（排気導入経路）が設けられている。
このスクロール流路の上流端は、排気管７を介して、エキゾーストマニホールド５の排気集合部１９に接続している。

排気タービンのハウジングには、スクロール流路を、インペラ収容空間にそれぞれ連通する２つの第１、第２スクロール流路３１、３２に区画形成する隔壁等の区画部（仕切り部）が設けられている。また、ハウジングには、第１スクロール流路３１を流れる排気の流量を開閉動作により制御する流量調整バルブ（スクロールバルブ）３３が搭載されている。
流量調整バルブ３３は、２つの第１、第２スクロール流路３１、３２のうちの少なくとも一方の第２スクロール流路３２を介してタービンインペラ２１およびインペラ収容空間へ導かれる排気の流量を調整（調量）する第１排気流量制御弁の弁体（バルブ本体）である。

タービン容量可変機構は、排気管７の一部を構成するハウジング、このハウジングの内部に回転可能に収容されて、ターボチャージャ２のタービン容量を変更する流量調整バルブ３３、この流量調整バルブ３３を開閉動作させる電動アクチュエータ４１、および流量調整バルブ３３の開度（第１バルブ開度）に対応した信号をＥＣＵ３に出力する第１バルブ開度センサ（図示せず）を備えている。
電動アクチュエータ４１は、電力の供給を受けると流量調整バルブ３３を開閉駆動する動力（トルク）を発生する電動モータ、およびこの電動モータの出力軸（シャフト）の回転を減速してスロットルバルブ１３の回転軸（シャフト）に伝達する減速機構等により構成されている。
ここで、電動アクチュエータ４１の動力源である電動モータは、ＥＣＵ３によって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載された外部電源（バッテリ）に電気的に接続されている。

また、排気タービンのハウジングには、エキゾーストマニホールド５の排気集合部１９から流入した排気を、タービンインペラ２１およびインペラ収容空間より迂回（バイパス）させて、タービンインペラ２１およびインペラ収容空間よりも排気流れの方向の下流側（触媒側）の排気通路へ導く排気バイパス流路（ウェイストゲート流路）３４が設けられている。また、ハウジングには、排気バイパス流路３４を流れる排気の流量を開閉動作により制御するウェイストゲートバルブ３５が搭載されている。このウェイストゲートバルブ３５は、エンジン１の吸気圧力（実過給圧）が設定値を越えた際に開弁して、タービン容量を最小値（吸気コンプレッサの実過給圧を設定値以下）に抑える第２排気流量制御弁の弁体（バルブ本体）である。

タービン容量可変機構は、排気管７の一部を構成するハウジング、このハウジングの内部に回転可能に収容されて、ターボチャージャ２のタービン容量を変更するウェイストゲートバルブ３５、このウェイストゲートバルブ３５を開閉動作させる電動アクチュエータ４２、およびウェイストゲートバルブ３５の開度（第２バルブ開度）に対応した信号をＥＣＵ３に出力する第２バルブ開度センサ（図示せず）を備えている。
電動アクチュエータ４２は、電力の供給を受けるとウェイストゲートバルブ３５を開閉駆動する動力（トルク）を発生する電動モータ、およびこの電動モータの出力軸（シャフト）の回転を減速してウェイストゲートバルブ３５の回転軸（シャフト）に伝達する減速機構等により構成されている。
ここで、電動アクチュエータ４２の動力源である電動モータは、ＥＣＵ３によって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。

本実施例の可変動弁機構は、各気筒の吸気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を変更可能な吸気バルブタイミング可変機構（以下吸気ＶＶＴ）と、この吸気ＶＶＴの作動を油圧制御する吸気油圧回路と、各気筒の排気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を変更可能な排気バルブタイミング可変機構（以下排気ＶＶＴ）と、この排気ＶＶＴの作動を油圧制御する排気油圧回路と、吸気油圧回路に設けられる吸気オイルコントロールバルブ（以下吸気ＯＣＶ）５１、および排気油圧回路に設けられる排気オイルコントロールバルブ（以下排気ＯＣＶ）５２を電気的に制御するＥＣＵ３とから構成されている。

吸気ＶＶＴは、エンジンの吸気カムシャフトに取り付けられて、エンジンの各気筒の燃焼室側端部において吸気ポート開口部を開閉する吸気バルブのバルブタイミングを連続的に可変可能な吸気バルブタイミング可変機構である。
排気ＶＶＴは、エンジンの排気カムシャフトに取り付けられて、エンジンの各気筒の燃焼室側端部において排気ポート開口部を開閉する排気バルブのバルブタイミングを連続的に可変可能な排気バルブタイミング可変機構である。

吸気、排気ＶＶＴは、内周側に凹部が形成されたシューハウジングと、このシューハウジングの凹部を２つの第１、第２圧力室（進角室、遅角室）に区画するベーンを有するベーンロータとをそれぞれ備え、シューハウジングをタイミングベルトに連結した状態で、進角室および遅角室に供給するオイルの圧力（以下油圧）を吸気、排気ＯＣＶ５１、５２によって制御することにより、エンジンＥのクランクシャフトと吸気、排気カムシャフトとの回転位相をずらして吸気、排気バルブのバルブタイミングを連続的または段階的に変化させる機構（バルブタイミング可変手段）である。

吸気、排気ＯＣＶ５１、５２は、吸気、排気ＶＶＴの各シューハウジングに設けられる進角室と遅角室への油圧制御のための油路の切替制御を行うスプールバルブと、このスプールバルブのスプールを軸方向に駆動する電磁アクチュエータ（リニアソレノイド）とをそれぞれ備え、吸気、排気ＯＣＶ５１、５２の各スプールバルブと各リニアソレノイドとを軸方向に結合した電磁油圧制御弁である。
スプールバルブは、リニアソレノイドに結合する基端側から先端側へ向けて軸方向に延びる筒状のスリーブ、およびこのスリーブの内孔内に往復摺動可能に支持されるスプールを有している。スリーブの内孔の先端側には、スプールをその軸線方向の基端側へ付勢するリターンスプリングが収容されている。

スプールバルブは、スリーブの先端側から基端側へ向けて順に、内孔の内部からオイルを排出する進角ドレーンポート、内孔の内部から進角室へ向けてオイルを出力する進角出力ポート、オイルポンプから内孔の内部へオイルが供給される入力ポート、内孔の内部から遅角室へ向けてオイルを出力する遅角出力ポート、内孔の内部からオイルを排出する遅角ドレーンポートが、スリーブの軸方向に所定距離（軸方向距離）を隔てながら開口形成されている。
電磁アクチュエータは、電力の供給を受けてスプールをその軸線方向の先端側へ駆動するソレノイドコイルを備えている。
ここで、電磁アクチュエータの動力源であるソレノイドコイルは、ＥＣＵ３によって電子制御される電磁弁駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。

ここで、電子スロットルの電動アクチュエータ（電動モータ）、流量調整バルブ３３の電動アクチュエータ４１（電動モータ）、ウェイストゲートバルブ３５の電動アクチュエータ４２（電動モータ）、吸気ＯＣＶ５１の電磁アクチュエータ（ソレノイドコイル）および排気ＯＣＶ５２の電磁アクチュエータ（ソレノイドコイル）は、ＥＣＵ３によって通電制御されるように構成されている。
そして、ＥＣＵ３には、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＥＥＰＲＯＭ）、入力回路（入力部）、出力回路（出力部）、電源回路、タイマー回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
なお、ＥＣＵ３は、特許請求の範囲における「第１制御手段」、「第２制御手段」、「第３制御手段」、「演算手段」に相当する。

ＣＰＵは、プログラムによって様々な数値演算処理、情報処理および制御（例えば第１、第２制御または第１〜第３制御）等を行う。
ＲＯＭには、ＣＰＵの様々な数値演算処理、情報処理および制御等に必要なプログラムが予め記憶されている。また、ＲＯＭには、ＣＰＵによる様々な数値演算処理、情報処理および制御等に必要な情報が記憶されている。
ＲＡＭには、ＣＰＵの演算処理による中間情報が一時的に記録され、イグニッションスイッチ（エンジンスイッチ）がＯＦＦとなると記憶された情報は消える。
ＥＥＰＲＯＭには、ＣＰＵによる様々な数値演算処理、情報処理および制御等に必要な情報が記憶されている。

ここで、ＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭには、少なくとも４つの３次元マップ（図４〜６参照）等のデータが予め記憶されている。
所定の過給圧ＰＳ２を決定する際に使用する、エンジンＥの各気筒の燃焼室内に残留する残留ガス割合の推定値（推定残留ガス）は、吸気ポート圧（インマニ圧）であるサージタンク圧（または吸入空気量）と、エンジン回転速度（以下エンジン回転数：ＮＥ）との関係を予め実験等により測定して作成した３次元マップ（図４参照）や演算式を用いて算出することができる。
また、所定の過給圧ＰＳ２を決定する際に使用する、エンジンＥの各気筒の燃焼室内に残留する残留ガス割合の所定値（推定残留ガスの所定値）は、サージタンク圧（または吸入空気量）とエンジン回転数（ＮＥ）との関係を予め実験等により測定して作成した３次元マップ（図５参照）や演算式を用いて算出することができる。

また、エンジンＥの加速判定時におけるタービン容量の変化速度は、サージタンク圧（または吸入空気量）とエンジン回転数（ＮＥ）との関係を予め実験等により測定して作成した３次元マップ（図６（ａ）参照）や演算式を用いて算出することができる。
また、エンジンＥの加速判定時におけるバルブオーバーラップ量の変化速度は、サージタンク圧（または吸入空気量）とエンジン回転数（ＮＥ）との関係を予め実験等により測定して作成した３次元マップ（図６（ｂ）参照）や演算式を用いて算出することができる。

そして、エンジンＥの吸気ポート、あるいはインテークマニホールド４の吸気分岐通路またはサージタンク１６に設置されたサージタンク圧（吸気ポート圧）センサ６１、エンジンＥの排気ポート、あるいはエキゾーストマニホールド５の排気分岐通路または排気集合部１９に設置された排気ポート圧センサ（図示せず）からのセンサ出力信号（アナログ電圧信号）や、クランク角センサ６２、吸気カム角センサ６３、排気カム角センサ６４、排気温センサ６５、エアフローメータ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温センサ、水温センサ、排気ガスセンサ（空燃比センサ、酸素濃度センサ）および車速センサ等の各種センサからのセンサ出力信号（電気信号）は、所定のサンプリング周期（例えば３０°ＣＡ）毎にＡ／Ｄ変換回路によってＡ／Ｄ変換された後に、マイクロコンピュータの入力部に入力されるように構成されている。

ここで、マイクロコンピュータの入力部には、サージタンク圧センサ６１および排気ポート圧センサだけでなく、クランク角センサ６２、吸気カム角センサ６３、排気カム角センサ６４、排気温センサ６５、エアフローメータ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温センサ、水温センサ、排気ガスセンサ（空燃比センサ、酸素濃度センサ）および車速センサ等が接続されている。この車速センサ、つまり自動車等の車両の走行速度を検出する車速センサによって自動車等の車両の走行状態検出手段が構成される。

なお、これらのサージタンク圧センサ６１および排気ポート圧センサだけでなく、クランク角センサ６２、吸気カム角センサ６３、排気カム角センサ６４、排気温センサ６５、エアフローメータ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温センサ、水温センサおよび排気ガスセンサ（空燃比センサ、酸素濃度センサ）等の各種センサによって、エンジンＥの運転状態（エンジン運転状況、エンジン運転条件）を検出する運転状態検出手段が構成される。

サージタンク圧センサ６１は、特許請求の範囲における「吸気圧力センサ」に相当し、エンジンＥの吸気圧力であるサージタンク圧（吸気コンプレッサよりも吸気流れ方向の下流側の吸気圧である実過給圧）を電気信号に変換して圧力検出値（例えばインマニ圧：ＰＩＮ１、ＰＩＮ２等）としてＥＣＵ３に対して出力する吸気圧力検出手段である。
排気ポート圧センサは、特許請求の範囲における「排気圧力センサ」に相当し、エンジンＥの排気圧力である排気ポート圧（排気コンプレッサよりも吸気流れ方向の上流側の排気圧）を電気信号に変換して圧力検出値（例えばエキマニ圧：ＰＥＸ１、ＰＥＸ２等）としてＥＣＵ３に対して出力する排気圧力検出手段である。

クランク角センサ６２は、クランク角度検出手段であって、エンジンＥのクランクシャフトの回転角度（クランク角）を電気信号に変換するピックアップコイルよりなり、例えば１５°または３０°ＣＡ（クランク角）毎にＮＥパルス信号がＥＣＵ３に対して出力される。このクランク角センサ６２は、エンジンＥのクランクシャフトの回転角度（クランク角）に対応した電気信号（センサ出力信号）を、外部回路（ＥＣＵ３等）に対して出力するクランク角度検出手段である。
ここで、ＥＣＵ３は、クランク角センサ６２の出力信号であるＮＥパルス信号の間隔時間を計測することによってエンジン回転数（ＮＥ）を検出するための回転速度検出手段としての機能を有している。

吸気カム角センサ６３は、吸気バルブのバルブタイミングを決めるカム山（吸気カム）を気筒数だけ備えた吸気カムシャフトの回転角度（吸気カム角）に対応した電気信号（センサ出力信号）を、外部回路（ＥＣＵ３等）に対して出力する吸気カム角度検出手段である。
排気カム角センサ６４は、排気バルブのバルブタイミングを決めるカム山（排気カム）を気筒数だけ備えた排気カムシャフトの回転角度（排気カム角）に対応した電気信号（センサ出力信号）を、外部回路（ＥＣＵ３等）に対して出力する排気カム角度検出手段である。
排気温センサ６５、吸気温センサおよび水温センサは、排気温、吸気温および冷却水温に対応した電気信号（センサ出力信号）を、外部回路（ＥＣＵ３等）に対して出力する排気温度検出手段、吸気温度検出手段、冷却水温度検出手段である。

エアフローメータは、吸気管６内の吸気通路を流れる吸気の流量、特にエアクリーナ１を通過した新気（吸気）の流量（吸入空気量）に対応した電気信号（センサ出力信号）を、外部回路（ＥＣＵ３等）に対して出力する空気流量検出手段である。
アクセル開度センサは、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度：ＡＣＣＰ）に対応した電気信号（センサ出力信号）を、外部回路（ＥＣＵ３等）に対して出力するエンジン負荷検出手段である。なお、スロットル開度センサを搭載している場合は、スロットル開度センサをエンジン負荷検出手段として使用しても良い。

ここで、エンジンＥの気筒＃１〜＃４のうちのある気筒の排気行程（ＥＸＨＡＵＳＴ）時および吸気行程（ＩＮＴＡＫＥ）時における排気バルブリフト、吸気バルブリフトと、排気ポート圧、吸気ポート圧とを対応付けした図を図２に示した。
そして、各気筒＃１〜＃４の排気行程では、排気バルブが下死点（ＢＤＣ）またはその前または後で開弁し、また、排気バルブが上死点（ＴＤＣ）またはその前または後で閉弁するようになっている。
また、各気筒＃１〜＃４の吸気行程では、吸気バルブが上死点（ＴＤＣ）またはその前または後で開弁し、また、吸気バルブが下死点（ＢＤＣ）またはその前または後で閉弁するようになっている。

また、本実施例では、各気筒＃１〜＃４の吸気バルブの開弁時期と、各気筒＃１〜＃４の排気バルブの開弁時期とが重なっているオーバーラップ期間（バルブオーバーラップ量）が設けられている。
ここで、バルブオーバーラップ量を変更する場合、排気行程（ＥＸＨＡＵＳＴ）中の気筒（排気気筒）において、吸気バルブタイミング可変機構（吸気ＶＶＴ）の吸気ＯＣＶ５１を通電制御する。これにより、吸気ＶＶＴの運転モードを、吸気ＶＶＴのシューハウジングの進角室へ向けてオイルを出力し、且つ遅角室からオイルを排出する吸気進角モードに設定して、吸気バルブの開弁時期および閉弁時期を進角することで、吸気バルブと排気バルブとの開弁期間をオーバーラップさせる。

あるいは排気行程（ＥＸＨＡＵＳＴ）中の気筒（排気気筒）において、吸気バルブタイミング可変機構（吸気ＶＶＴ）の吸気ＯＣＶ５１を通電制御し、且つ排気バルブタイミング可変機構（排気ＶＶＴ）の排気ＯＣＶ５２を通電制御する。これにより、吸気ＶＶＴの運転モードを、吸気ＶＶＴのシューハウジングの進角室へ向けてオイルを出力し、且つ遅角室からオイルを排出する吸気進角モードに設定して、吸気バルブの開弁時期および閉弁時期を進角する。一方、排気ＶＶＴの運転モードを、排気ＶＶＴのシューハウジングの遅角室へ向けてオイルを出力し、且つ進角室からオイルを排出する排気遅角モードに設定して、排気バルブの開弁時期および閉弁時期を遅角することで、吸気バルブと排気バルブとの開弁期間をオーバーラップさせる。

また、ターボチャージャ２のタービン容量を、図３に示したように、エンジンＥの回転速度が一定の所定速度の時（エンジンＥの定速時）のタービン容量よりも第１目標値（ＴＣ１）以下に低減する（例えば最小容量とする）場合には、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４１を通電制御して流量調整バルブ３３を閉弁（全閉）し、第２スクロール流路３２を閉鎖する最小容量モードに設定する。
これにより、排気の全部が、第２スクロール流路３２を通って排気タービンのタービンインペラ２１およびインペラ収容空間へ導かれるため、タービンインペラ２１に導かれる排気の流量が減るが、タービンインペラ２１に導かれる排気の流速が高まるので、タービンインペラ２１に作用する排気エネルギー（実施例１のエキマニ圧、排気圧）が上昇する。したがって、タービンインペラ２１の回転が増速され、吸気コンプレッサの実過給圧が高まり、エンジンＥのトルクの目標値に向かってトルクが上昇していく。

また、目標過給圧とエンジン回転数に対応して設定されたタービン容量である第２目標値（ＴＣ２）以上に上昇させる場合には、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４１を通電制御して流量調整バルブ３３の開度制御を行い、第２スクロール流路３２を部分開放する第２容量可変モードに設定する（実施例１参照）。
また、目標過給圧とエンジン回転数に対応して設定されたタービン容量である第３目標値（ＴＣ３）以下に低減させる場合には、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４１を通電制御して流量調整バルブ３３の開度制御を行い、第２スクロール流路３２を部分開放する第３容量可変モードに設定する（実施例２参照）。
また、実過給圧と目標過給圧との偏差が予め決められた第１判定値以下の場合には、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４１を通電制御して流量調整バルブ３３を開弁（全開）し、排気バイパス流路３４を開放する最大容量モードに設定することもできる。

また、エンジンＥの高速運転時、つまりエンジン回転速度が例えば２５００ｒｐｍ以上となる高速回転領域の場合、あるいは実過給圧が目標過給圧を予め決められた第２判定値以上に上回った場合には、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４２を通電制御してウェイストゲートバルブ３５を開弁し、排気バイパス流路３４を開放するバイパスモードに設定する。
これにより、排気の一部が、排気タービンのタービンインペラ２１およびインペラ収容空間より迂回（バイパス）するため、タービンインペラ２１に導かれる排気の流量が減るので、タービンインペラ２１に作用する排気エネルギー（実施例１のエキマニ圧、排気圧）が減少する。したがって、タービンインペラ２１の過回転が抑制され、吸気コンプレッサの実過給圧が設定値以下に抑えられる。

［実施例１の制御方法］
次に、本実施例の制御システムの制御方法を図１ないし図６に基づいて簡単に説明する。

ＥＣＵ３は、イグニッションスイッチがＯＮされると、先ず、エンジンＥの運転状態を算出するのに必要な各種センサ出力信号を入力する。この処理は、所定のサンプリング間隔毎に繰り返し実行される。
具体的には、クランク角、吸気カム角、排気カム角、エンジン回転数（ＮＥ）、アクセル開度、スロットル開度、指令噴射量、サージタンク圧（実過給圧）、排気ポート圧、吸気温、排気温および水温等を取り込む。ここで、エンジン回転数（ＮＥ）は、クランク角センサ６２から出力されたＮＥパルス信号の間隔時間を計測することによって検出（測定）される。また、指令噴射量は、エンジン回転数（ＮＥ）とアクセル開度とに対応して設定された基本噴射量に、水温等を考慮した補正量を加味して算出される。

また、エンジンＥの各気筒＃１〜＃４の点火順序、あるいはインジェクタからの燃料噴射の順序は、第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２であり、この順で吸気行程や排気行程が実施される。
また、各気筒＃１〜＃４において、１８０°ＣＡずつずれたタイミングで、例えば各気筒＃１〜＃４の圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）近傍で、各気筒＃１〜＃４に対応して設置されたインジェクタの開弁による燃料噴射が開始されるように構成されている。

先ず、アクセル開度センサの出力信号からアクセル開度の今回値（ＡＣＣＰ（ｎ））を取り込む。次に、メモリ（ＲＡＭまたはＥＥＰＲＯＭ）に記憶されたアクセル開度の前回値（ＡＣＣＰ（ｎ−１））を取り込み、アクセル開度の今回値（ＡＣＣＰ（ｎ））と前回値（ＡＣＣＰ（ｎ−１））との偏差（ΔＡＣＣＰ）を求める。あるいはアクセル開度センサの出力信号からアクセル開度変化率を算出する。ここで、アクセル開度変化率は、アクセル開度センサによって検出したアクセル開度の単位時間当たりの変化量（アクセル開度変化量）から求められる。

次に、運転者（ドライバー）によってエンジンＥの加速要求が成されているか否かを判定するという目的で、ドライバーがアクセルペダルを踏み込み始めたか否かを判定する。具体的には、アクセル開度の今回値（ＡＣＣＰ（ｎ））と前回値（ＡＣＣＰ（ｎ−１））との偏差（ΔＡＣＣＰ）が予め決められた加速判定値以上か否かを判定する。あるいはアクセル開度変化率が予め決められた加速判定値以上か否かを判定する（加速要求判定手段）。

次に、ドライバーによって加速要求が成されている場合には、先ず、エンジン回転数（ＮＥ）と指令噴射量またはアクセル開度とから、目標過給圧を算出する（過給圧決定手段）。
この目標過給圧は、エンジン回転数（ＮＥ）と指令噴射量またはアクセル開度との関係を予め実験等により測定して作成した３次元マップから読み取るようにしても良い。

そして、ＥＣＵ３は、エンジンＥの定速時から加速時へ移行する加速初期時（時刻ｔ１）に、先ず、図３のタイミングチャートに示したように、ターボチャージャ２のタービン容量および吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を、例えばバルブオーバーラップ量の最小容量に相当する第１目標値（ＴＣ１）以下、および例えば最小値に相当する第１所定値（ＯＬ１）に低減するようにタービン容量可変機構のアクチュエータおよび可変動弁機構の吸気ＶＶＴまたは排気ＶＶＴのアクチュエータを電気的に制御する第１制御を実行する（第１制御手段）。
なお、タービン容量の第１目標値（ＴＣ１）およびバルブオーバーラップ量の第１所定値（ＯＬ１）は、予めＲＯＭやＥＥＰＲＯＭに記憶されている。

先ず、ターボチャージャ２のタービン容量を、エンジンＥの定速時（加速開始前または加速直前）のタービン容量よりも低い第１目標値（ＴＣ１）以下に低減する場合には、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４１を通電制御して流量調整バルブ３３を閉弁（全閉）し、第１スクロール流路３１を開放し、且つ第２スクロール流路３２を閉鎖する最小容量モードに設定する。
あるいは上記の最小容量モードに加えて、または単独で、第１制御手段で過給圧を増加させるため、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４２を通電制御してウェイストゲートバルブ３５を閉弁（全閉）し、バイパス流路３４を閉鎖するバイパス（全閉）モードに設定する。

また、バルブオーバーラップ量を、エンジンＥの定速時（加速開始前または加速直前）のバルブオーバーラップ量よりも小さい第１所定値（ＯＬ１）以下に縮小する場合には、吸気ＯＣＶ５１の電磁アクチュエータまたは排気ＯＣＶ５２の電磁アクチュエータを通電制御して、吸気バルブの開弁時期および閉弁時期を所定の回転角度分だけ遅角する。あるいは吸気バルブの開弁時期および閉弁時期を所定の回転角度分だけ遅角し、且つ排気バルブの開弁時期および閉弁時期を所定の回転角度分だけ進角し、最小バルブオーバーラップ量、つまりバルブオーバーラップ量の最小値に設定する。

次に、ＥＣＵ３は、所定の過給圧（インマニ圧）または排気圧（エキマニ圧）を算出する（所定の過給圧または排気圧決定手段）。
この所定の過給圧は、ターボチャージャ２のタービン容量が、ターボチャージャ２のタービン容量を第１目標値（ＴＣ１）以下に低減する第１制御を開始してから、あるいは第１目標値（ＴＣ１）に相当するタービン容量から第２目標値（ＴＣ２）に相当するタービン容量まで増加した場合の残留ガス割合を図４および図５の３次元マップに基づいて随時推定し、この推定した残留ガス割合が所定値（残留ガス割合の所定値）以下となる過給圧（インマニ圧）または排気圧（エキマニ圧）とする。

次に、ＥＣＵ３は、第１制御を実行した後に、吸気ポート圧（過給圧）センサであるサージタンク圧センサ６１によって検出したサージタンク圧（実過給圧）が、所定の過給圧（加速開始前または加速直前の第１圧力値（ＰＩＮ１）よりも高い第２圧力値：ＰＩＮ２）まで上昇した段階（時刻ｔ３）、あるいは排気ポート圧センサによって検出したエキマニ圧（排気圧）が、所定の排気圧（加速開始前または加速直前の第１圧力値（ＰＥＸ１）よりも高い第２圧力値：ＰＥＸ２）まで上昇した段階（時刻ｔ３）で、ターボチャージャ２のタービン容量を、目標過給圧とエンジン回転数（ＮＥ）とに対応して設定されるタービン容量に相当する第２目標値（ＴＣ２）以上まで増加させ、且つバルブオーバーラップ量を例えばバルブオーバーラップ量の最大値に相当する第２所定値（ＯＬ２）以上に増加させるようにタービン容量可変機構のアクチュエータおよび可変動弁機構の吸気ＶＶＴまたは排気ＶＶＴのアクチュエータを電気的に制御する第２制御を実行する（第２制御手段）。

なお、第２圧力値（ＰＩＮ２またはＰＥＸ２）は、その圧力で第２制御を実行した場合の推定残留ガス割合が、所定値以下となる最小圧力（最小値）である。また、タービン容量の第２目標値（ＴＣ２）およびバルブオーバーラップ量の第２所定値（ＯＬ２）は、予めＲＯＭやＥＥＰＲＯＭに記憶されている。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までのタービン容量の変化速度、および時刻ｔ３から時刻ｔ４までのバルブオーバーラップ量の変化速度は、予めＲＯＭやＥＥＰＲＯＭに記憶された３次元マップ（図６（ａ）、（ｂ）参照）や演算式を用いて算出される。すなわち、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間は、サージタンク圧（または吸入空気量）とエンジン回転数（ＮＥ）によって変わる。

先ず、ターボチャージャ２のタービン容量を、第１所定値（ＯＬ１）よりも大きい第２所定値（ＯＬ２）以上に増加させる場合には、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４１を通電制御して流量調整バルブ３３を開弁（全開）し、第１、第２スクロール流路３１、３２を開放する最大容量モードに設定する。あるいはターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４１を通電制御して流量調整バルブ３３の開度制御を行い、第２スクロール流路３２を部分開放する第２容量可変モードに設定する。
あるいは上記の最大容量モードまたは第２容量可変モードに加えて、または単独で、第２制御手段で排気圧力を下げたいので、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４２を通電制御してウェイストゲートバルブ３５を開弁（全開）し、バイパス流路３４を開放するバイパス（全開）モードに設定するか、または第１制御手段のバイパス流路状態を維持する。

また、バルブオーバーラップ量を、第１目標値（ＴＣ１）よりも高い第２目標値（ＴＣ２）以上となるまで増加させる場合には、吸気ＯＣＶ５１の電磁アクチュエータまたは排気ＯＣＶ５２の電磁アクチュエータを通電制御して、吸気バルブの開弁時期および閉弁時期を所定の回転角度分だけ進角する。あるいは吸気バルブの開弁時期および閉弁時期を所定の回転角度分だけ進角し、且つ排気バルブの開弁時期および閉弁時期を所定の回転角度分だけ遅角し、最大バルブオーバーラップ量、つまりバルブオーバーラップ量の最大値に設定する。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例のエンジン制御システムにおいては、エンジンＥの加速時に、先ず第１制御を実行し、そして、実過給圧が、所定の過給圧まで上昇したら、第２制御を実行することによって、エンジンＥの加速初期は、ターボチャージャ２のタービン容量を第１目標値以下に低減する（例えばタービン容量の最小容量とする）ことによる、ターボチャージャ２のタービン容量の縮小による排気圧が急上昇する。このエンジンＥの排気圧の急上昇によりターボチャージャ２のタービン出力を急上昇させることができる。

これによって、コンプレッサインペラ２３の回転が早くなり、コンプレッサインペラ２３よりも吸気の流れ方向の下流側の実過給圧が急上昇する。同時に、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を第１所定値（ＯＬ１）以下に縮小する（例えばバルブオーバーラップ量の最小値とする）ことにより、エンジンＥの排気圧の上昇に伴う排気干渉の影響増大（残留ガス増加）を抑制することができ、且つエンジンＥの各気筒＃１〜＃４の燃焼室内に吸入される過給吸気の流量を増大化（例えば最大化）を図ることができる。すなわち、エンジンＥの各気筒＃１〜＃４の燃焼室内に送り込まれる吸入空気量の上昇が従来と比べて素早くなるので、エンジン出力、つまりエンジントルクの上昇も従来と比べて素早くなる。

その後、エンジンＥの加速が進んで加速中期または加速後期または加速末期となってエンジンＥの吸気圧力が第２圧力値まで上昇し、スカベンジングが可能な条件になったら、ターボチャージャ２のタービン容量を第２目標値（ＴＣ２）以上となるまで増加することによる、エンジンＥの排気圧力の低減と、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を第２所定値（ＯＬ２）以上に増加させる（例えばバルブオーバーラップ量の最大値とする）。
これによって、エンジンＥの各気筒＃１〜＃４の燃焼室内の残留ガスを、吸気管６内の吸気通路やエンジンＥの吸気ポートからの新気を用いて押し出すことによって掃気し、エンジンＥの各気筒＃１〜＃４の燃焼室内のガスを新気に置き換えることができる（スカベンジング効果）も活用することができる。

したがって、エンジンＥの加速時に、エンジンＥの運転状態に対応してターボチャージャ２のタービン容量およびバルブオーバーラップ量を最適化することで、図２に示したように、オーバーラップ期間中において、吸気ポート圧（実過給圧）よりも排気ポート圧（排気圧）が低下するスカベンジング効果が、吸気ポート圧（実過給圧）よりも排気ポート圧（排気圧）が上昇する排気干渉の影響よりも大きい条件で、吸気バルブと排気バルブとの開弁期間をオーバーラップさせることが可能となる。
ここで、排気干渉とは、オーバーラップ期間中において、吸気ポート圧（実過給圧）よりも排気ポート圧（排気圧）が上昇することで、排気行程（ＥＸＨＡＵＳＴ）中の気筒（排気気筒）内の燃焼ガスや排気が吸気ポートに逆流する不具合が発生することである。

また、サージタンク圧（または吸入空気量）とエンジン回転数（ＮＥ）との関係を予め実験等により測定して作成した３次元マップ（図４参照）や演算式を用いて推定残留ガス割合を算出しているので、簡素な構成で、残留ガス割合の推定が可能となる。
また、エンジン回転数（ＮＥ）とサージタンク圧（または吸入空気量）との関係を予め実験等により測定して作成した３次元マップ（図５参照）や演算式を用いて第２圧力値（ＰＳ２）を決定する際に使用する残留ガス割合の所定値を算出しているので、エンジン回転数（ＮＥ）とエンジン負荷とに応じてスカベンジング開始時期を決定することができる。これにより、スカベンジング効果の最大化を図ることができる。

また、サージタンク圧（または吸入空気量）とエンジン回転数（ＮＥ）との関係を予め実験等により測定して作成した３次元マップ（図６（ａ）、（ｂ）参照）や演算式を用いてターボチャージャ２のタービン容量または吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量の変化速度を算出しているので、エンジンＥの運転条件毎に最適な作動条件で、ターボチャージャ２のタービン容量またはバルブオーバーラップ量を作動させることができ、ターボラグの最小化を図ることができる。
また、エンジンＥの加速初期時に、ターボチャージャ２のタービン容量を第１目標値（ＴＣ１）以下に低減するとは、ターボチャージャ２のタービン容量を最小容量とすることである。
すなわち、エンジンＥの加速初期の、ターボチャージャ２のタービン容量を縮小化することによるタービン出力の急上昇の効果の最大化を図ることができる。

また、エンジンＥの加速初期時に、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を第１所定値（ＯＬ１）以下に縮小するとは、バルブオーバーラップ量を最小値とすることである。
すなわち、エンジンＥの加速初期の、排気干渉の影響増大の抑制効果の最大化を図ることができる。
また、エンジンＥの加速（中期、後期、末期）時に、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を第２所定値（ＯＬ２）以上に増加させるとは、バルブオーバーラップ量を最大値とすることにより、実過給圧が排気圧よりも高くなり、スカベンジングが可能な条件での、スカベンジング効果の最大化を図ることができる。

［実施例２の構成］
図７は、本発明の内燃機関の過給制御装置を適用したエンジン制御システム（実施例２）を示したものである。
ここで、実施例１と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。

本実施例のＥＣＵ３は、実施例１の第１、第２制御を実行した後、更に、エンジンＥの加速が進んだ加速後期時に、第２制御を開始してから所定時間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４間の時間）が経過した段階で、ターボチャージャ２のタービン容量を、目標過給圧とエンジン回転数（ＮＥ）とに対応して設定されるタービン容量に相当する第３目標値（ＴＣ３）以下まで低減させるようにタービン容量可変機構のアクチュエータを電気的に制御する第３制御を実行する（第３制御手段）。
なお、タービン容量の第３目標値（ＴＣ３）は、予めＲＯＭやＥＥＰＲＯＭに記憶されている。また、時刻ｔ４から時刻ｔ５までのタービン容量の変化速度は、予めＲＯＭやＥＥＰＲＯＭに記憶された３次元マップ（図６（ａ）参照）や演算式を用いて算出される。すなわち、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間は、サージタンク圧（または吸入空気量）とエンジン回転数（ＮＥ）によって変わる。

ターボチャージャ２のタービン容量を、第２目標値（ＴＣ２）よりも低い第３目標値（ＴＣ３）以下に低減する場合には、ターボチャージャ２の運転モードを、電動アクチュエータ４１を通電制御して流量調整バルブ３３の開度制御を行い、第２スクロール流路３２を部分開放する第３容量可変モードに設定する。
また、本実施例では、エンジンＥのトルクが実施例１よりも目標値まで到達する時刻が早くなる、また、エンジンＥの排気ポート圧であるエキマニ圧（排気圧）が、時刻ｔ４で実施例１よりも低くなる。

したがって、エンジンＥの加速時に、エンジンＥの運転状態に対応してターボチャージャ２のタービン容量およびバルブオーバーラップ量を最適化することで、オーバーラップ期間中において、吸気ポート圧（実過給圧）よりも排気ポート圧（排気圧）が低下するスカベンジングが可能な条件での、ターボチャージャ２のタービン容量の増加による、エンジンＥの排気圧の低減効果の最大化を実現することができ、且つスカベンジング効果の最大化を図ることができる。
以上のように、本実施例のエンジン制御システムにおいては、実施例１と同様な効果を奏する。

［変形例］
本実施例では、過給機として、内燃機関（エンジン）の排気エネルギーを利用して、内燃機関（エンジン）の各気筒毎の燃焼室内に供給される吸入空気を圧縮して過給するターボチャージャ（ターボ過給機）２を採用した例を説明をしたが、過給機として、電動モータの駆動力を利用して、排気タービンと吸気コンプレッサを駆動する電動式（アシスト過給方式）のターボチャージャ（ターボ過給機）を用いても良い。

本実施例では、タービン容量可変機構として、流量調整バルブ３３およびウェイストゲートバルブ３５を採用しているが、タービン容量可変機構として、流量調整バルブ３３またはウェイストゲートバルブ３５のいずれか一方のみを採用しても良い。
また、タービン容量可変機構として、排気タービンのハウジング内に形成されるスクロール流路の開口面積を可変する可変ノズルを採用しても良い。
また、内燃機関（エンジン）として、多気筒ガソリンエンジンだけでなく、多気筒ディーゼルエンジンを用いても良い。また、内燃機関（エンジン）として、多気筒エンジンだけでなく、単気筒エンジンを用いても良い。

本実施例では、ＥＣＵ（制御ユニット）３に、第１制御を実行した後に、吸気圧力センサ６１で検出したインマニ圧（実過給圧、吸気圧力）、あるいは排気ポート圧センサで検出したエキマニ圧（排気圧力）が、加速開始前の第１圧力値（ＰＩＮ１またはＰＥＸ１）よりも高い第２圧力値（ＰＩＮ２またはＰＥＸ２）まで上昇した段階で、上記した第２制御を実行する第２制御手段を採用しているが、ＥＣＵ（制御ユニット）３に、第１制御を実行した後に、吸気圧力センサ６１で検出したインマニ圧（実過給圧、吸気圧力）が、加速開始前の第１圧力値（ＰＩＮ１）よりも高い第２圧力値（ＰＩＮ２）まで上昇した段階で、上記した第２制御を実行する第２制御手段を採用しても良い。
また、ＥＣＵ（制御ユニット）３に、第１制御を実行した後に、排気ポート圧センサで検出したエキマニ圧（排気圧力）が、加速開始前の第１圧力値（ＰＥＸ１）よりも高い第２圧力値（ＰＥＸ２）まで上昇した段階で、上記した第２制御を実行する第２制御手段を採用しても良い。

Ｅ エンジン（内燃機関）
２ ターボチャージャ（過給機）
３ ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）
２１ 排気タービンのタービンインペラ
２３ 吸気コンプレッサのコンプレッサインペラ
３３ 流量調整バルブ（タービン容量可変機構）
３５ ウェイストゲートバルブ（タービン容量可変機構）
５１ 吸気ＯＣＶ（可変動弁機構、吸気バルブタイミング可変手段）
５２ 排気ＯＣＶ（可変動弁機構、排気バルブタイミング可変手段）

Claims (14)

1. （ａ）吸気バルブおよび排気バルブを有する内燃機関（Ｅ）と、
   （ｂ）この内燃機関（Ｅ）の吸気ポートに連通する吸気通路に配置されたコンプレッサ（２３）、およびこのコンプレッサ（２３）と一体回転可能に連結されて、前記内燃機関（Ｅ）の排気ポートに連通する排気通路に配置されたタービン（２１）を有し、
   前記吸気通路を通って前記内燃機関（Ｅ）の燃焼室に吸入される空気を、前記内燃機関（Ｅ）の排気圧力を利用して過給する過給機（２）と、
   （ｃ）この過給機（２）のタービン容量を変更可能なタービン容量可変機構（３１〜３５、４１、４２）と、
   （ｄ）前記吸気バルブと前記排気バルブとのバルブオーバーラップ量を変更可能な可変動弁機構（５１、５２）と、
   （ｅ）前記内燃機関（Ｅ）の吸気圧力を検出する吸気圧力センサ（６１）、あるいは前記内燃機関（Ｅ）の排気圧力を検出する排気圧力センサを有し、
   前記内燃機関（Ｅ）の運転状態を検出する運転状態検出手段（６１〜６５）と、
   （ｆ）前記内燃機関（Ｅ）の運転状態に基づいて、前記可変動弁機構（５１、５２）および前記タービン容量可変機構（３１〜３５、４１、４２）を制御する制御ユニット（３）と
   を備えた内燃機関の過給制御装置において、
   前記制御ユニット（３）は、前記内燃機関（Ｅ）の加速時に、
   先ず、前記タービン容量を、加速開始前または加速直前のタービン容量よりも低い第１目標値（ＴＣ１）以下に低減するように前記タービン容量可変機構（３１〜３５、４１、４２）を制御すると共に、
   前記吸気バルブと前記排気バルブとのバルブオーバーラップ量を、加速開始前または加速直前のバルブオーバーラップ量よりも小さい第１所定値（ＯＬ１）以下に縮小するように前記可変動弁機構（５１、５２）を制御する第１制御を実行する第１制御手段と、
   前記第１制御を実行した後に、前記吸気圧力センサ（６１）で検出した吸気圧力、あるいは前記排気圧力センサで検出した排気圧力が、加速開始前または加速直前の第１圧力値（ＰＩＮ１、ＰＥＸ１）よりも高い第２圧力値（ＰＩＮ２、ＰＥＸ２）まで上昇した段階で、
   前記タービン容量を、前記内燃機関（Ｅ）の運転状態に対応して設定されるタービン容量で、且つ前記第１目標値（ＴＣ１）よりも高い第２目標値（ＴＣ２）以上となるまで増加させるように前記タービン容量可変機構（３１〜３５、４１、４２）を制御すると共に、
   前記バルブオーバーラップ量を前記第１所定値（ＯＬ１）よりも大きい第２所定値（ＯＬ２）以上に増加させるように前記可変動弁機構（５１、５２）を制御する第２制御を実行する第２制御手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の過給制御装置において、
   前記制御ユニット（３）は、
   前記第２制御を開始してから所定時間が経過した段階で、前記タービン容量を、前記内燃機関（Ｅ）の運転状態に対応して設定されるタービン容量で、且つ前記第２目標値（ＴＣ２）よりも低い第３目標値（ＴＣ３）まで低減させるように前記タービン容量可変機構（３１〜３５、４１、４２）を制御する第３制御を実行する第３制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関の過給制御装置において、
   前記内燃機関（Ｅ）は、複数の気筒（＃１〜＃４）を有し、且つこれらの気筒（＃１〜＃４）からそれぞれ排出される排気を集合させる排気集合部（１９）を有していることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
   前記タービン容量可変機構は、前記タービン（２１）へ排気を導くスクロール流路（３１、３２）、およびこのスクロール流路の流路断面積（３１、３２）を変更して前記タービン（２１）へ導入する排気の流速または流量を変更可能なバルブ（３３）を有し、
   前記第１制御手段は、前記第１制御を実行する際に、前記スクロール流路（３１、３２）の流路断面積を縮小または前記スクロール流路（３２）を全閉するように前記バルブ（３３）を制御し、
   前記第２制御手段は、前記第２制御を実行する際に、前記スクロール流路（３１、３２）の流路断面積を拡大または前記スクロール流路（３２）を全開するように前記バルブ（３３）を制御することを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
   前記タービン容量可変機構は、前記タービン（２１）よりも排気の流れ方向の上流側で分岐し、且つ前記タービン（２１）よりも排気の流れ方向の下流側で合流させることで、前記タービン（２１）を迂回させるバイパス流路（３４）、およびこのバイパス流路（３４）を流れる排気の流量を変更可能なバルブ（３５）を有し、
   前記第１制御手段は、前記第１制御を実行する際に、前記バイパス流路（３４）の流路断面積を縮小または前記バイパス流路（３４）を全閉するように前記バルブ（３５）を制御し、
   前記第２制御手段は、前記第２制御を実行する際に、前記バイパス流路（３４）の流路断面積を拡大または前記バイパス流路（３４）を全開する、あるいは前記第１制御手段のバイパス流路状態を維持するように前記バルブ（３５）を制御することを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
   前記制御ユニット（３）は、前記内燃機関（Ｅ）の回転速度と、前記内燃機関（Ｅ）の吸気圧力または前記内燃機関（Ｅ）の吸気流量との３次元マップから、前記タービン容量または前記バルブオーバーラップ量の変化速度を算出する演算手段を有していることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
   前記第２圧力値（ＰＩＮ２、ＰＥＸ２）は、その圧力で前記第２制御を実行した場合の推定残留ガス割合が、所定値以下となる最小圧力であることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
   前記制御ユニット（３）は、前記内燃機関（Ｅ）の回転速度と、前記内燃機関（Ｅ）の吸気圧力または前記内燃機関（Ｅ）の吸気流量との３次元マップから、前記第２圧力値（ＰＩＮ２、ＰＥＸ２）を決定する際に使用する推定残留ガス割合の所定値を算出する演算手段を有していることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
9. 請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
   前記制御ユニット（３）は、前記内燃機関（Ｅ）の回転速度と、前記内燃機関（Ｅ）の吸気圧力または前記内燃機関（Ｅ）の吸気流量との３次元マップから、前記第２圧力値（ＰＩＮ２、ＰＥＸ２）で前記第２制御を実行した場合の推定残留ガス割合を算出する演算手段を有していることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
10. 請求項１ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
    前記第１目標値（ＴＣ１）は、前記タービン容量の最小値に設定されていることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
    前記第１所定値（ＯＬ１）は、前記バルブオーバーラップ量の最小値に設定されていることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
    前記第２所定値（ＯＬ２）は、前記バルブオーバーラップ量の最大値に設定されていることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
13. 請求項１ないし請求項１２のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
    前記制御ユニット（３）は、前記内燃機関（Ｅ）の運転状態に基づいて目標過給圧を設定する過給圧決定手段を有し、
    前記内燃機関（Ｅ）の運転状態に対応して設定されるタービン容量とは、前記目標過給圧および前記内燃機関（Ｅ）の回転速度に対応して設定されるタービン容量のことであることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
14. 請求項１ないし請求項１３のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置において、
    前記可変動弁機構は、前記吸気バルブのバルブタイミングを変更可能な吸気バルブタイミング可変手段（５１）を有し、
    前記可変動弁機構は、前記排気バルブのバルブタイミングを変更可能な排気バルブタイミング可変手段（５２）を有していることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。

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