JP3454082B2

JP3454082B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP3454082B2
Application number: JP14002597A
Authority: JP
Inventors: 衛吉岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2003-10-06
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: JPH10331612A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転状態に応じて
内燃機関の吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ量を
調節するバルブ特性制御装置を備えた内燃機関の燃料噴
射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の回転数、負荷等の
運転状態に応じて吸排気弁の開閉タイミング（バルブタ
イミング）やバルブリフトを変更し、各運転状態におけ
る出力や燃費の向上を図るバルブ特性制御装置が知られ
ている。この種のバルブ特性制御装置では、吸気弁と排
気弁との両方が同時に開弁している期間（以下、この期
間の長さを「バルブオーバラップ量」と称する）を最適
な値に設定することにより、各運転状態における機関性
能を向上させている。

【０００３】この種のバルブ特性制御装置の例として
は、例えば特開平８−２７０４６７号公報に記載された
ものがある。同公報は、機関負荷と回転数に応じてバル
ブタイミングを変更し、バルブオーバラップ量を機関運
転状態に応じて無段階に変更するバルブ特性制御装置を
開示している。また、同公報の装置では、更に、機関の
減速時には強制的にバルブオーバラップ量を最小に設定
する制御を行っている。機関低回転時にバルブオーバラ
ップ量が適正値より大幅に大きくなると、燃焼室から吸
気ポートへの既燃ガスの吹き返しが増大する。このた
め、バルブオーバラップ量が過大な状態では機関低回転
時に失火によるエンジンストール等が生じやすくなる。
上記公報の装置は、機関減速時にバルブオーバラップ特
性制御装置の応答遅れによりバルブオーバラップ量が過
大な状態が生じることを防止するために、機関減速時に
強制的にバルブオーバラップ量を最小値に設定する操作
を行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、バルブオーバ
ラップ量を大きく設定すると排気行程時に排気弁と吸気
弁とが同時に開弁する期間が長くなるため、気筒内の既
燃ガスが吸気ポートに逆流する、いわゆる吸気ポートへ
の既燃ガスの吹き返しが増大する。上記吸気ポートへの
既燃ガスの吹き返しが大きいと、吸気ポートに逆流した
既燃ガスが吸気行程時に再度気筒内に吸入されることに
より、気筒に供給される新気の量が低下する問題（内部
ＥＧＲ量の増大）が生じる他、特に機関温度が低い場合
には吸気ポートに供給された燃料のうち吸気ポート壁面
に付着する燃料（壁面付着燃料）の量が増大するため十
分な量の燃料が気筒に供給されなくなる問題が生じる。

【０００５】すなわち、機関温度が低い場合には、吸気
ポートに供給された燃料は気化しにくいため吸気ポート
内に比較的大きな液体燃料粒子を形成している。この状
態で吸気ポートに既燃ガスが逆流すると、吸気ポート内
の燃料粒子が吹き戻されて壁面に付着してしまう。この
壁面付着燃料の量は、他の条件が同一であれば機関温度
が低い程、すなわち燃料の気化状態が悪い程、またバル
ブオーバラップ量が大きい程（すなわち既燃ガスの吹き
返しが大きい程）多くなる。

【０００６】一般に、バルブオーバラップ量は機関負荷
が大きくなるほど大きな値に設定される。このため、急
加速時等で負荷が急増するとバルブオーバラップ量も急
激に増大することになり、壁面に付着する燃料の量は短
い時間に急激に増大することになる。このように、壁面
に付着する燃料の量が急激に増大すると、機関に供給さ
れた燃料のうち、壁面に付着する燃料量を増大させるた
めに消費される燃料の量が大きくなり、実際に気筒内に
供給される燃料の量が減少してしまう問題が生じる。こ
のため、バルブオーバラップ量が急激に増大する急加速
時等には機関の燃焼空燃比がオーバーリーンとなる問題
が生じる。

【０００７】実際の機関においては、例えば上記加速時
の壁面付着燃料量の増大によるオーバーリーンを防止す
るため、壁面付着燃料量の増大に消費される燃料量に相
当する量だけ機関に供給する燃料量を増大する、いわゆ
る加速増量が行われる。ところが、前述したように壁面
付着燃料量の増大速度はバルブオーバラップ量の増大速
度に応じて変化する。しかも、バルブオーバラップ量の
増大速度、すなわちバルブオーバラップ特性制御装置の
作動速度には製品毎のばらつきがあるのみならず、運転
条件や経年変化等によっても変化する。

【０００８】例えば、油圧駆動のバルブ特性制御装置で
は作動油の粘度により装置作動速度が大きく変化するた
め、同じ装置であっても作動油の種類や劣化状態、運転
温度等に応じて作動速度が大きく変化することになる。
このため、上記加速時のオーバーリーンを防止するため
には、バルブ特性制御装置の製品毎のばらつき、経年変
化、運転条件などを考慮して装置作動速度が最も早くな
る場合に合わせて加速増量の値を設定する必要がある。
ところが、このように最もバルブ特性制御装置の作動速
度が速い状態に適合するように加速増量の値を設定して
いると、作動速度が遅いバルブ特性制御装置では燃料の
加速増量が過大となるため加速時に機関空燃比がオーバ
ーリッチとなってしまい、必要以上の燃費悪化や排気性
状の悪化を生じる問題があった。

【０００９】本発明は上記問題に鑑み、バルブ特性制御
装置作動速度のばらつきによる加速増量の不適合の問題
を解決し、加速時の機関のオーバーリーンやオーバーリ
ッチが生じることを防止可能な内燃機関のバルブ特性制
御装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関のバルブオーバラップ量を機関運転状
態に応じて定まる目標値に調節するバルブ特性変更手段
を有する内燃機関の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御
装置であって、前記バルブ特性変更手段によるバルブオ
ーバラップ量変更時のバルブオーバラップ量変化速度を
検出する変化速度検出手段と、機関負荷に基づいて、機
関への燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、前
記設定された燃料噴射量を、前記機関の温度とバルブオ
ーバラップ量増大速度とに応じて変化する吸気ポート壁
面付着燃料量の増大速度が大きいほど燃料噴射量が増量
されるように補正する噴射量補正手段と、を備えた内燃
機関の燃料噴射制御装置が提供される。

【００１１】すなわち、請求項１の発明では、実際のバ
ルブオーバラップ量変化速度を検出し、機関の燃料噴射
量を、機関の温度とバルブオーバラップ量増大速度とに
応じて変化する吸気ポート壁面付着燃料量の増大速度が
大きいほど増量する。このため、例えばバルブ特性制御
装置の作動速度にばらつきがあるような場合でも実際の
吸気ポート壁面付着燃料量の増大速度に基づいて燃料噴
射が増量され、バルブ特性制御装置作動速度のばらつき
による加速時のオーバーリーンやオーバーリッチが生じ
ない。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
のバルブオーバラップ量を機関運転状態に応じて定まる
目標値に調節するバルブ特性変更手段を有する内燃機関
の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置であって、前
記バルブ特性変更手段によるバルブオーバラップ量変更
時のバルブオーバラップ量変化速度を検出する変化速度
検出手段と、機関負荷に基づいて、機関への燃料噴射量
を設定する燃料噴射量設定手段と、前記変化速度検出手
段により検出されたバルブオーバラップ量変化速度に基
づいて、前記燃料噴射量設定手段により設定された燃料
噴射量を補正する噴射量補正手段と、機関が吸気ポート
壁面付着燃料量の変化が大きい機関運転状態で運転され
ている場合に、前記バルブ特性変更手段によるバルブオ
ーバラップ量変更時のバルブオーバラップ量の変化速度
を機関が吸気ポート壁面付着燃料量の変化が大きい機関
運転状態で運転されていない場合に較べて低い値に抑制
する変化速度制限手段と、を備えた内燃機関の燃料噴射
制御装置が提供される。すなわち、請求項２の発明で
は、機関が例えば機関低温時の加速状態のように吸気ポ
ート壁面付着燃料量の変化が大きい機関運転状態で運転
されている場合には、バルブオーバラップ量変化速度を
強制的に低下させるとともに実際のバルブオーバラップ
量変化速度に応じて燃料噴射量を補正する。これによ
り、バルブオーバラップ量変化速度が強制的に低減さ
れ、壁面付着燃料量の変化が少なくなるため燃料噴射量
の加速増量値が小さく設定され、しかも、この低減され
たバルブオーバラップ量変化速度に応じて加速増量値が
決定されるようになる。このため、バルブ特性制御装置
作動速度のばらつきによる加速時のオーバーリーンやオ
ーバーリッチの発生を防止するとともに、燃料噴射量の
加速増量そのものを低減することが可能となる。また、
請求項３に記載の発明によれば、内燃機関のバルブオー
バラップ量を機関運転状態に応じて定まる目標値に調節
するバルブ特性変更手段を有する内燃機関の燃料噴射量
を制御する燃料噴射制御装置であって、前記バルブ特性
変更手段によるバルブオーバラップ量変更時のバルブオ
ーバラップ量変化速度を検出する変化速度検出手段と、
機関負荷に基づいて、機関への燃料噴射量を設定する燃
料噴射量設定手段と、機関低温時の吸気ポート壁面付着
燃料量の増大に応じて前記燃料噴射量を増量するための
低温増量値を算出する算出手段と機関の加速に応じて前
記燃料噴射量を増量するための加速増量値を算出する手
段と、前記低温増量値を、前記変化速度検出手段により
検出されたバルブオーバラップ量変化速度が大きいほど
燃料噴射量が増量されるように補正する噴射量補正手段
と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置が提供され
る。すなわち、請求項３の発明では、実際のバルブオー
バラップ量変化速度を検出し、この変化速度が大きいほ
ど燃料噴射量が増量されるように機関低温時の吸気ポー
ト壁面付着燃料量の増大に応じて燃料噴射量を増大する
ための低温増量値を補正する。このため、例えばバルブ
特性制御装置の作動速度にばらつきがあるような場合で
も実際のバルブオーバラップ量変化速度に基づいて低温
増量値が設定され、バルブ特性制御装置作動速度のばら
つきによる加速時のオーバーリーンやオーバーリッチが
生じない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施形態について説明する。図１は本発明の燃料噴射制御
装置をバルブ特性制御装置を有する４サイクル機関に適
用した場合の構成の一例を示す図である。本発明では、
バルブ特性制御装置として、例えば吸排気弁の少なくと
も一方のバルブタイミングを変更することによりバルブ
オーバラップ量を調整可能とする形式のもの、あるいは
吸排気弁の少なくとも一方のバルブリフトを変更するこ
とによりバルブオーバラップ量を調整可能とする形式の
もの等が使用可能である。図１の実施形態では上記のう
ち、吸気弁のバルブタイミングのみを変更することによ
りバルブオーバラップ量を調整可能としたバルブ特性制
御装置、すなわちバルブタイミング制御装置が使用され
ている。

【００１４】すなわち、本実施形態においては、吸気弁
と排気弁との駆動用ににそれぞれ別のカムシャフトを有
するダブルオーバヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）型機
関が使用され、バルブタイミングを変更するための可変
バルブタイミング機構が吸気カムシャフトのみに設けら
れている。つまり、本実施形態では排気弁のバルブタイ
ミング変更は行わず、吸気弁のバルブタイミングのみを
運転条件に応じて変更することにより吸気弁と排気弁と
のバルブオーバラップ量を変更する。

【００１５】以下、図１のバルブ特性制御装置の構成に
ついて簡単に説明する。図１において、１はＤＯＨＣ型
機関の吸気弁（図示せず）を開閉駆動する吸気カムシャ
フト、その全体を１０で示すのは吸気カムシャフト端部
に設けられた可変バルブタイミング機構である。可変バ
ルブタイミング機構１０は、円筒状スリーブ１３を有す
るタイミングプーリ１２と、カムシャフト１の端部を覆
うカバー１４とを備えており、タイミングプーリ１２は
円筒状スリーブ１３を介して吸気カムシャフト１の周囲
にカムシャフト１に対して回転可能に装着されている。
また、カバー１４はタイミングプーリ１２にボルト１５
により固定され、プーリ１２と一体に回転するようにな
っている。

【００１６】カバー１４内部にはピストン部材１７が設
けられている。ピストン部材１７は、円環状のピストン
部１９と、ピストン部１９から延びる円筒部２１とを備
えており、ピストン部１９の外周面と内周面とは、カバ
ー１４の内周面とプーリ１２のスリーブ１３の外周面と
にそれぞれ摺接している。また、ピストン部材１７の円
筒部２１の外周面と内周面とには、それぞれ所定の捩じ
れ角を有するアウターヘリカルギヤ２１ａとインナーヘ
リカルギヤ２１ｂとが刻設されており、アウターヘリカ
ルギヤ２１ａはカバー１４内周面に形成された内歯ヘリ
カルギヤ２２ａと、またインナーヘリカルギヤ２１ｂは
カムシャフト１の端面にボルト１ａ、ピン１ｂにより一
体に装着されたリング状の外歯ヘリカルギヤ２２ｂとそ
れぞれ噛合している。

【００１７】本実施形態の可変バルブタイミング機構１
０では、機関のクランク軸（図示せず）の回転は、タイ
ミングベルト１２ａを介してタイミングプーリ１２に伝
えられる。プーリ１２が回転すると、カバー１４がプー
リ１２と一体に回転し、ヘリカルギヤ２２ａ、２１ａを
介してカバー１４に連結されたピストン部材１７がカバ
ー１４と一体に回転する。ピストン部材１７は、ヘリカ
ルギヤ２１ｂ、２２ｂを介して同時にカムシャフト１に
も連結されているため、これによりカムシャフト１がプ
ーリ１２と一体に回転する。

【００１８】すなわち、本実施形態の可変バルブタイミ
ング機構１０では、カムシャフト１の回転駆動力は、ク
ランク軸からタイミングベルト１２ａを介してタイミン
グプーリ１２に伝達され、プーリ１２からカバー１４、
ヘリカルギヤ２２ａ、２１ａ、ピストン部材１７及びヘ
リカルギヤ２１ｂ、２２ｂを経てカムシャフト１に伝達
される。

【００１９】本実施形態の可変バルブタイミング機構１
０は、ピストン部材１７をカムシャフト１軸線方向に移
動させることにより吸気弁のバルブタイミングの変更を
行う。すなわち、ピストン部材１７は、互いに噛合す
る、それぞれ所定の捩じれ角のヘリカルギヤ２２ａ、２
１ａと２１ｂ、２２ｂとによってカバー１４およびカム
シャフト１に連結されている。このため、ピストン部材
１７がカムシャフト軸線方向に移動すると、ヘリカルギ
ヤ２２ａと２１ａ及び２１ｂ、２２ｂの噛合位置はそれ
ぞれの歯筋に沿って軸線方向に移動する。ところが、そ
れぞれのギヤの歯面は、カムシャフト軸線方向に対して
捩じれ角を有するため、噛合位置が軸線方向に移動する
と、カバー１４とピストン部材１７、及びピストン部材
１７とカムシャフト１とはそれぞれヘリカルギヤの歯筋
に沿って円周方向に相対移動する。このため、ピストン
部材１７の軸線方向移動にともなってカバー１４とピス
トン部材１７、及びピストン部材１７とカムシャフト１
とは相対的に回転することになる。従って、機関の運転
中にピストン部材１７をカムシャフト１軸線方向に移動
させることにより、タイミングプーリ１２の回転位相、
すなわちクランク軸の回転位相に対するカムシャフト１
の回転位相を進める（或いは遅らせる）ことが可能とな
り、カムシャフト１に駆動される吸気弁の開閉タイミン
グを進角（或いは遅角）させることができる。

【００２０】上述のように、本実施形態の可変バルブタ
イミング機構１０は吸気カムシャフト１の回転位相のみ
を変化させるものであるため、バルブタイミング変更の
際には吸気弁の開弁時期と閉弁時期とは常に同じ量だけ
変化し、吸気弁の開弁期間自体は一定に維持される。本
実施形態では、機関運転中に、油圧を用いてピストン部
材１７を移動させることによって吸気弁のバルブタイミ
ング変更操作を行う。図１に示すように、カムシャフト
１内には２つの油通路２及び３が軸線方向に沿って穿設
されている。油通路２はカムシャフト１の中心に設けら
れ、油通路２の軸端側はボルト１ａに穿設されたポート
２ａを介してカバー１４内面とピストン１７の軸端側端
面との間に形成される油圧室５に連通している。また、
油通路２のもう一方の端部はカムシャフト１に半径方向
に穿設されたポート２ｂを介して後述するリニアソレノ
イドバルブ２５に接続されている。一方、油通路３の軸
端側端部は前述のリング状外歯ヘリカルギヤ２２ｂによ
り閉塞されている。また、油通路３は半径方向に穿設さ
れたポート３ａを介して、ピストン１７端面とタイミン
グプーリ１２及びカバー１４とで形成される油圧室８に
連通するとともに、別のポート３ｂを介してリニアソレ
ノイドバルブ２５に連通している。

【００２１】リニアソレノイドバルブ２５は、スプール
２６を有するスプール弁であり、前述の油通路２のポー
ト２ｂに配管を介して接続された油圧ポート２６ａと、
油通路３のポート３ｂに配管を介して接続された油圧ポ
ート２６ｂ、機関潤滑油ポンプ等の圧力油供給源２８に
接続されたポート２６ｃ及び２つのドレーンポート２６
ｄ、２６ｅを備えている。バルブ２５のスプール２６は
ポート２６ａと２６ｂのうちのいずれかをポート２６ｃ
に連通し、他方をドレーンポートに接続するように動作
する。

【００２２】すなわち、図１においてスプール２６が左
方向に移動すると、油圧通路２のポート２ｂに連通する
ポート２６ａはポート２６ｃを介して油圧供給源２８に
接続され、ドレーンポート２６ｄは閉鎖される。また、
この時同時に油圧通路３のポート３ｂに接続されたポー
ト２６ｂはドレーンポート２６ｅに連通する。このた
め、可変バルブタイミング機構１０の油圧室５には、機
関の潤滑油ポンプ等の油圧供給源２８から油圧通路２、
ポート２ａを介して潤滑油が流入し、ピストン１９を図
１右方向に押動する。また、この時油圧室８内の潤滑油
はポート３ａから油通路３、ポート３ｂ、リニアソレノ
イドバルブ２５のポート２６ｂ等を通ドレーンポート２
６ｅから排出される。このため、ピストン部材１７は図
１右方向に移動する。

【００２３】また、図１において逆にスプール２６が右
方向に移動すると、ポート２６ｂはポート２６ｃに接続
され、ポート２６ａはドレーンポート２６ｄに接続され
る。これにより、油圧室８には油通路３を通って潤滑油
が流入し、油圧室５からは油通路２を通ってドレーンポ
ート２６ｄに潤滑油が排出されるため、ピストン部材１
７は図１左方向に移動する。

【００２４】なお、本実施形態では、油圧室５に潤滑油
が供給されてピストン部材１７が図１右方向に移動する
と吸気弁バルブタイミングは進角側に変更され、油圧室
８に潤滑油が供給されてピストン部材１７が図１左方向
に移動すると吸気弁バルブタイミングは遅角側に変更さ
れるようにヘリカルギヤ２１ａ、２１ｂ及び２２ａ、２
２ｂの捩じり角が設定されている。

【００２５】また、図１に２５ｂで示すのは、スプール
２６を駆動するリニアソレノイドアクチュエータであ
る。リニアソレノイドアクチュエータ２５ｂは後述する
制御回路３０からの制御信号を入力し、この制御信号の
大きさに比例する量だけスプール２６を移動させること
により、ピストン部材１７の位置、すなわち吸気弁のバ
ルブタイミングを変更する。

【００２６】図１に３０で示すのは、リニアソレノイド
バルブ２５の動作を制御する制御回路である。本実施形
態では、制御回路３０はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）
３２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３３、マイク
ロプロセッサ（ＣＰＵ）３４、入力ポート３５、出力ポ
ート３６を相互に双方向性バス３１で接続した公知の構
成のマイクロコンピュータとして構成される。また、制
御回路３０は、バッテリ等の電源に直結され機関が停止
されても記憶保持が可能なバックアップＲＡＭ３７を備
えている。本実施形態の制御回路３０は、機関運転条件
に応じてリニアソレノイドバルブ２５の動作を制御して
吸気弁のバルブタイミングを調節し、吸排気弁のバルブ
オーバラップ量を制御する。この制御のため、制御回路
３０の入力ポート３５には、機関の吸気通路に設けられ
たエアフローメータ４１（例えば熱線式エアフローメー
タ）から機関吸入空気量（重量流量）に比例する電圧信
号と、機関冷却水通路に設けられた水温センサ４２から
機関冷却水温度ＴＨＷに比例する電圧信号、また機関吸
気通路のスロットル弁（図示せず）近傍に配置されたス
ロットル開度センサ４０からスロットル弁開度ＴＡを表
す電圧信号とが、それぞれＡＤ変換器４３を介して入力
されているほか、機関クランク軸に設けられたクランク
軸回転角センサ４４からクランク軸回転角を表すパルス
信号と、カムシャフトに設けられたカム回転角センサ４
５からカムシャフト１の回転角を表すパルス信号とが入
力されている。

【００２７】エアフローメータ４１で検出した機関吸入
空気量Ｇは、更に機関回転数ＮＥを用いて機関１回転当
たりの吸気重量流量ＧＮ（＝Ｇ／ＮＥ）が一定時間毎に
算出され、制御回路３０のＲＡＭ３３に格納される。ク
ランク軸回転角センサ４４からのパルス信号は、クラン
ク軸回転７２０度毎に発生するクランク軸の基準位置を
示すＮ１信号と、クランク軸回転３０度毎に発生するＮ
Ｅ信号とからなり、カム回転角センサ４５からはカムシ
ャフト回転３６０度毎に、カムシャフトが基準位置に到
達したことを示すＣＮ１パルス信号が発生する。制御回
路３０は一定時間毎にＮＥ信号のパルス間隔から機関回
転数ＮＥを計算するとともに、この機関回転数ＮＥを用
いてＮ１信号とＣＮ１信号との時間間隔からカムシャフ
ト１の実際の回転位相（吸気弁のバルブタイミング）Ｖ
Ｔを演算する。この演算結果はＲＡＭ３３に格納され
る。また、スロットル弁開度ＴＡと冷却水温度ＴＨＷと
は一定時間毎にＡＤ変換され同様にＲＡＭ３３に格納さ
れる。つまり、ＲＡＭ３３に格納されるＮＥ、ＶＴ、Ｇ
Ｎ、ＴＡ、ＴＨＷ等の値は一定時間毎に更新され、常時
最新の値がＲＡＭ３３に格納されている。

【００２８】後述するように、機関回転数ＮＥと機関吸
入空気量ＧＮは機関の負荷条件を表すパラメータとして
使用される。また、冷却水温度ＴＨＷは後述する燃料噴
射量増量値の算出等のために使用される。一方、制御回
路３０の出力ポート３６は、駆動回路４８を介してリニ
アソレノイドバルブ２５のアクチュエータ２５ｂに接続
され、制御信号をアクチュエータ２５ｂに供給してい
る。また、制御回路３０の出力ポート３６は、燃料噴射
回路５０を介して機関の燃料噴射弁５１に接続され、機
関への燃料噴射量を制御している。

【００２９】次に、本実施形態の吸気弁のバルブタイミ
ング設定について図２を用いて説明する。図２は吸気弁
と排気弁との一般的な開閉時期を模式的に示す図であ
る。図２ににおいて、ＴＤＣはピストン行程上死点、Ｂ
ＤＣは下死点を示し、ＩＯ、ＩＣはそれぞれ吸気弁の開
弁時期と閉弁時期、ＥＯ、ＥＣはそれぞれ排気弁の開弁
時期と閉弁時期とを表している。図２に示すように、吸
気弁は排気行程上死点（ＴＤＣ）前から開弁し、吸気行
程下死点（ＢＤＣ）後に閉弁する。また、排気弁は爆発
行程下死点（ＢＤＣ）前から開弁し、排気行程上死点
（ＴＤＣ）後に閉弁する。図２に示すように、排気行程
では排気弁が閉じる（ＥＣ）前に吸気弁が開く（ＩＯ）
ようにバルブタイミングが設定されるため、吸気弁と排
気弁との両方が開弁している期間（図２にＯＬ）で示す
期間が存在する。本実施形態では期間ＯＬの長さ（角
度）をバルブオーバラップ量と称する。本実施形態で
は、後述するように、吸気弁バルブタイミング（開弁時
期）は図２にＩＯ₀で示したタイミング（最遅角タイミ
ング）からＩＯ₁で示したタイミング（最進角タイミン
グ）まで調整することができる。また、本実施形態では
バルブタイミング最遅角位置（ＩＯ₀）から現在の位置
（ＩＯ）までのクランク軸回転角をバルブタイミング値
ＶＴと定義している。図２から判るように、本実施形態
では排気弁の閉弁時期は固定されているため、バルブタ
イミング値ＶＴとバルブオーバラップ量ＯＬとは一対一
に対応する。すなわち、ＶＴが大きい（吸気弁の開弁時
期ＩＯが早い）ことはバルブオーバラップ量ＯＬもそれ
に応じて大きくなっていることを意味し、ＶＴが小さい
（吸気弁の開弁時期ＩＯが遅い）ことは、バルブオーバ
ラップ量ＯＬもそれに応じて小さくなっていることを意
味している。

【００３０】一般に、吸排気弁のバルブオーバラップ量
ＯＬ（吸気弁バルブタイミングＶＴ）の設定が機関性能
に及ぼす影響は以下の通りである。（１）ＶＴを増大さ
せてバルブオーバラップ量ＯＬを大きく設定すると、既
燃ガスの吸気ポートへの吹き返しが大きくなる。これに
より、吸気ポートに吹き返した既燃ガスが燃焼室内に再
吸入される、いわゆる内部ＥＧＲ効果が増大する。この
既燃ガスの吹き返しは、吸気管圧力低い時（低負荷運転
時）には大きく、吸気管圧力が高い高負荷運転時等には
小さくなる。

【００３１】（２）ＶＴを減少させて（吸気弁開弁時期
を遅らせて）バルブオーバラップ量ＯＬを小さく設定す
ると、吸気弁の閉弁時期（図２、ＩＣ）が遅くなるた
め、圧縮行程時（ＢＤＣ後）に吸気弁が開弁している期
間が長くなる。このため、低中速回転領域では気筒内に
吸入された新気が圧縮行程初期に気筒から吸気ポートに
押し戻されるようになり、気筒の新気充填効率が低下す
る。従って、バルブオーバラップ量ＯＬを小さく設定す
ると、気筒の実圧縮比が低下する。

【００３２】一方、高回転領域では吸気の流速が早くな
るため吸気慣性効果が生じ、閉弁時期を遅くするほど充
填効率が向上して実圧縮比が増大する。このため、機関
高回転領域では、バルブオーバラップＯＬを小さく設定
すると、気筒の実圧縮比は増大する。本実施形態では、
上記の機関性能に対するバルブタイミング値の影響を考
慮して、以下に説明するように機関の各運転領域におけ
る吸気弁バルブタイミングを設定している。

【００３３】図３は、本実施形態における暖機完了後の
運転時のバルブタイミング値ＶＴの設定値の一例を示し
ている。以下、この標準状態における、バルブタイミン
グ設定値を基本バルブタイミング値（ｔＶＶＴ）と称す
る。図３においてｔＶＶＴの値は最遅角状態のバルブタ
イミング位置（図２，ＩＯ₀）からの進角量（クランク
軸回転角ＣＡ）で表わしている。前述のように、本実施
形態では、基本バルブタイミングｔＶＶＴの値はバルブ
オーバラップ量ＯＬと１対１の関係を有する。

【００３４】図３の表中、縦軸は機関負荷を表すパラメ
ータとして使用する機関１回転当たりの吸入空気重量Ｇ
Ｎ（グラム／回転）、横軸は機関回転数ＮＥ（ＲＰＭ）
をそれぞれ表している。図３に示すように、基本バルブ
タイミング値ｔＶＶＴは、機関の中回転中負荷運転領域
（図３においてＮＥ≒２４００〜３２００ＲＰＭ、ＧＮ
≒１．０〜１．２５グラム／回転付近の領域）で最大値
をとり（すなわち、バルブオーバラップＯＬも最大とな
り）、この中回転中負荷領域から回転数または負荷が離
れるほど小さな値になり、バルブオーバラップ量ＯＬも
小さくなる。

【００３５】すなわち、本実施形態では低負荷領域（例
えば、ＧＮ＜１．００）では、負荷が低いほど基本バル
ブタイミングｔＶＶＴを小さく（すなわち、バルブオー
バラップ量ＯＬを小さく）設定して、既燃ガスの吹き返
しによる内部ＥＧＲの低減による燃焼の安定を図ってい
る。また、中負荷領域では、内部ＥＧＲ量を大幅に増大
することによりエミッションの改善とポンピングロスの
低減を図ることができるためバルブオーバラップ量ＯＬ
は低負荷または高負荷時より全般的に大きく設定され
る。しかし、中負荷領域においても、低速領域でバルブ
オーバラップ量ＯＬをあまり大きく設定すると燃焼不安
定が生じやすくなるため、また高速中負荷領域ではＯＬ
を大きく設定する吸気慣性を利用できなくなり逆に充填
効率が低下するため、低速領域と高速領域ではＯＬは比
較的小さい値に設定される。このため本実施形態では、
中速中負荷領域でバルブオーバラップＯＬが最大となる
ように基本バルブタイミングｔＶＶＴの値が設定されて
いる。

【００３６】また、高負荷領域では、内部ＥＧＲを低減
して出力を増大する必要があるためＶＴは全般的に小さ
く設定される。特に高速領域ではＶＴを小さくするほど
吸気慣性による新気充填効率の向上効果が大きいため、
低、中速領域よりもＶＴが小さく設定されている。この
ため、本実施形態では、高負荷領域（ＧＮ＞１．２５の
領域）では、負荷が大きくなるほどバルブオーバラップ
量ＯＬは小さくなり、更に同一負荷では低速領域（ＮＥ
＜１６００ＲＰＭ）より高速領域（ＮＥ＞３２００ＲＰ
Ｍ）でバルブオーバラップＯＬが小さくなるように基本
バルブタイミングｔＶＶＴの値が設定されている。

【００３７】次に、機関低温時のバルブオーバラップ量
ＯＬの設定について説明する。上述したように、図３に
示したバルブタイミングｔＶＶＴは、機関が十分に暖機
された後の状態におけるものである。ところが、機関温
度が低い状態では燃料の気化状態が悪いため、吸気ポー
トへの既燃ガスの吹き返しが大きいと、吸気ポートに供
給された気化しないままの燃料粒子が既燃ガスの吹き返
しにより吸気ポート壁面に付着してしまう問題がある。
そこで、本実施形態では、機関冷却水温度ＴＨＷに基づ
いて図３の基本バルブタイミングｔＶＶＴを補正し、機
関温度（機関冷却水温度ＴＨＷ）が低いほど実際のバル
ブオーバラップが小さくなるようにして、機関低温時の
壁面付着燃料量の増大を防止している。

【００３８】図４は、冷却水温度ＴＨＷと、ＴＨＷに基
づくバルブタイミング温度補正量ｔＶＴＨＷとの関係を
示すグラフである。図４に示すように、温度補正量ｔＶ
ＴＨＷの値は、暖機完了後（冷却水温度ＴＨＷが所定値
ＴＨＷ₁以上）では０に設定され、ＴＨＷ＜ＴＨＷ₁の
温度範囲では冷却水温度が低いほど大きな値に設定さ
れ、さらに冷却水温度が所定値ＴＨＷ₀以下の領域では
一定の大きな値に設定される。後述するように、制御回
路３０は冷却水温度ＴＷＨに基づいて、温度補正量ｔＶ
ＴＨＷの値を図４から決定する。そして、機関回転数と
負荷とから決定される基本バルブタイミングｔＶＶＴを
温度補正量ｔＶＴＨＷを用いて補正し、実際の可変バル
ブタイミング機構１０のバルブタイミング制御目標値Ｖ
ＶＴＩを、ＶＶＴＩ＝ｔＶＶＴ−ｔＶＴＨＷ（但しＶＶ
Ｔ≧０）として算出する。

【００３９】ところで、上記のように機関温度に応じて
バルブタイミング制御目標値ＶＶＴＩを補正することに
より定常運転時のバルブオーバラップ量は機関温度に応
じた値に補正される。ところが、機関温度が比較的低い
場合にはバルブオーバラップ量が急激に変化する加速等
の過渡運転時には上記のような温度補正をしても問題が
生じる場合がある。図５は、機関低温時に加速等のよう
にバルブオーバラップ量が増大する運転が行われた場合
を例にとって、バルブオーバラップ変化量、壁面付着燃
料量等の時間変化を示したタイミング図である。図５に
おいて(A) は機関負荷、(B) はバルブオーバラップ量Ｏ
Ｌ、(C) は壁面付着燃料量、(D) は機関の要求燃料量、
(E) は燃料噴射量を(D) の要求燃料量のみに設定した場
合に実際に燃焼室に供給される燃料量（実燃料量）、
(F) は機関の燃焼空燃比、のそれぞれ加速時の変化を示
している。

【００４０】また、図(B) 、(C) 、(E) 、(F) におい
て、実線はバルブオーバラップ量の変化速度が速く、制
御目標値ＶＶＴの変化に実際のバルブオーバラップ量が
追従している場合を、点線はバルブオーバラップ量の変
化速度が遅い場合を示している。図５(A) に示すように
加速期間中に負荷が増大すると、加速中の各時点におい
て図３、図４により目標バルブオーバラップ量ＶＶＴが
設定され、可変バルブタイミング機構１０は目標バルブ
オーバラップ量を得る位置に動作する。この場合、可変
バルブタイミング機構の作動速度が十分に速く目標バル
ブオーバラップ量ＶＶＴの加速中の変化に追従できる場
合には、実際のバルブオーバラップ量ＶＴは図５(B) に
実線に示したように比較的急激に変化する。

【００４１】ところが、この場合にはバルブオーバラッ
プ量の急激な増大に応じて既燃ガスの吹き返し量も急激
に増大するため、機関低温時には図５(C) に示すように
壁面付着燃料量が急激に増大する。一方、図５(D) は加
速時に機関を理論空燃比に維持するために必要とされる
燃料量の変化を示している。いま、図５(D) に示した加
速中に必要とされるだけの量の燃料を加速期間中に機関
に供給した場合について考えると、このうち実際に燃焼
室に供給される燃料の量は図５(E) のようになる。すな
わち、実際に燃焼室に供給される燃料量は、供給された
燃料量（図５(D) ）から壁面付着燃料量（図５(C) ）の
増加量を差し引いた量になる。このため、図５(B) 実線
のようにバルブオーバラップ量ＯＬの変化速度が速く、
壁面付着量が急激に増大する場合（図５(C) 実線）に
は、実際に加速中に燃焼室に供給される燃料量（図５
(E) 実線）は機関が必要とする燃料量（図５(D) ）より
大幅に少なくなってしまう。このため、機関燃焼空燃比
は図５(F) に示すように加速中大幅にリーンとなる。こ
のため、加速中にも空燃比を理論空燃比に維持するため
には、機関が必要とする燃料量（図５(D) ）を供給する
のみでは足りず、図５(E) に斜線で示した量、すなわち
要求燃料量（図５(D) ）と実際に燃焼室に供給される燃
料量との差に相当する量だけ燃料噴射量を増量する必要
がある。この加速増量は壁面付着燃料量の増加速度が大
きい程、すなわちバルブオーバラップ量の変化速度が大
きいほど大きく増量する必要がある。

【００４２】ところが前述のように、実際にはバルブ特
性制御装置の作動速度は製品毎、あるいは同一の装置で
あっても経年変化や運転条件により大きくばらついてい
る。このため、上記加速増量値はあらゆる条件を考慮し
てバルブ特性制御装置の作動速度が最も速くなる場合に
合致するような最大値に設定する必要がある。一方、図
５(A) から(D) の各ダイアグラムに点線で示したのはバ
ルブ特性制御装置の作動速度が遅い場合の変化である。
このように、装置作動速度が遅い場合には、バルブオー
バラップ量変化速度も小さくなり、既燃ガスの吹き返し
量が増大する速度も遅くなることから壁面付着燃料量は
図５(C) に点線で示すように緩やかに増大するようにな
る。このため、実際に燃焼室に到達する燃料量は図５
(E) 点線のように要求燃料量（図５(D) ）に近い値にな
り、機関空燃比も理論空燃比から僅かにリーン側に変化
する程度にとどまる。このため、燃料の加速増量値を図
５(E) の斜線部のように最も装置作動速度が速い場合に
基づいて決定していると、装置作動速度が遅い場合には
加速時に真に必要とされる量以上の燃料が燃焼室に供給
されることになり、加速時に機関空燃比がオーバーリッ
チになる問題が生じるのである。

【００４３】本実施形態では、上記の問題を解決するた
め実際のバルブオーバラップ量変化速度を検出し、実際
のバルブオーバラップ量変化速度に基づいて燃料噴射量
の加速増量値を補正することにより、バルブ特性制御装
置の作動速度のばらつきにかかわらず加速時に真に必要
とされる量の燃料が燃焼室に供給されるようにしてい
る。

【００４４】次に、図６から図１０を用いて本実施形態
の上記燃料噴射制御操作の実際について説明する。本実
施形態では、制御回路３０は、機関運転条件に応じて
バルブタイミングＶＴを調節し（図６）、次に実際の
バルブオーバラップ量変化速度を検出し、回転数補正を
加えて燃料増量補正係数ＫＶＴを算出するための標準バ
ルブオーバラップ量変化速度ΔＶＴＮＥを算出する（図
７）。そして、上記バルブオーバラップ量変化速度に基
づいて機関低温時の燃料噴射量増量係数ＦＷＬの補正
（図８）及び加速増量係数ＫＧＮの補正（図９）を行
い、ＦＷＬ，ＫＧＮを用いて最終的な燃料噴射量を演
算する（図１０）。

【００４５】以下、上記からの操作について順に説
明する。図６は、バルブタイミング制御操作を示すフロ
ーチャートである。本操作は、制御回路３０により一定
時間毎に実行されるルーチンとして行われる。図６にお
いてルーチンがスタートすると、ステップ６０１では、
機関１回転当たりの吸気重量流量ＧＮと機関回転数Ｎ
Ｅ、及び現在の実際のバルブタイミング（バルブオーバ
ラップ量）ＶＴが読み込まれる。次いでステップ６０３
では、このＧＮとＮＥとの値を用いて図３から基本バル
ブタイミングｔＶＶＴが読みだされる。図３の関係は、
予めＧＮとＮＥとを用いた数値マップとして制御回路３
０のＲＯＭ３２に格納されている。

【００４６】基本バルブタイミングｔＶＶＴ算出後、ス
テップ６０５では、現在の冷却水温度ＴＨＷが読み込ま
れ、ステップ６０７では、読み込んだ冷却水温度ＴＨＷ
に基づいて図４の関係から温度補正量ｔＶＴＨＷを決定
する。そして、ステップ６０９で基本バルブタイミング
ｔＶＶＴを温度補正量ｔＶＴＨＷを用いて補正し、バル
ブタイミングの目標値ＶＶＴＩを、ＶＶＴＩ＝ｔＶＶＴ
−ｔＶＴＨＷとして算出する。また、ステップ６１１か
ら６１５では上記により算出されたＶＶＴＩが下限値０
でガードされた後バルブタイミング制御目標値ＶＶＴと
して設定される。さらに、ステップ６１７では、この制
御目標値ＶＶＴと実際のバルブタイミングＶＴとの偏差
ΔＶＶＴを算出し、ステップ６１９では偏差ΔＶＶＴに
基づいて、リニアソレノイドバルブ２５のソレノイドア
クチュエータ２５ｂに出力する駆動信号のデューティ比
ＣＤＵＴＹの値を設定する。

【００４７】本実施形態ではデューティ比ＣＤＵＴＹが
０．５の時ソレノイドアクチュエータ２５ｂはリニアソ
レノイドバルブ２５のスプール２６を中立の位置に維持
し、バルブタイミングは一定値に維持される。また、デ
ューティ比ＣＤＵＴＹが０．５より大きい値のとき、ア
クチュエータ２５ｂはスプールを図１の左方向に移動さ
せる。これにより、ポート２６ａを通じて可変バルブタ
イミング機構１０の油圧通路２に作動油が供給され、可
変バルブタイミング機構１０のピストン１７は駆動信号
のデューティ比ＣＤＵＴＹに応じた速度で図１の右方向
に移動し、バルブタイミングＶＴはデューティ比ＣＤＵ
ＴＹが大きくなるにつれて大きな速度で進角する。ま
た、デューティ比ＣＤＵＴＹが０．５より小さい時には
アクチュエータ２５ｂはスプール２６をＣＤＵＴＹが小
さくなるほど図１左方向に移動させるため、バルブタイ
ミングＶＴはＣＤＵＴＹの値が小さいほど速く遅角す
る。本実施形態では、ΔＶＶＴが正の大きな値をとるほ
どＣＤＵＴＹの値は、ＣＤＵＴＹ＞０．５の範囲で大き
く設定される。また、ΔＶＶＴが負の大きな値を取るほ
どＣＤＵＴＹは、ＣＤＵＴＹ＜０．５の範囲で小さく設
定される。すなわち、本実施形態では偏差｜ΔＶＶＴ｜
が大きくなるほど可変バルブタイミング機構１０の作動
速度は速くなり、バルブオーバーラップ量の変化速度も
速くなる。

【００４８】図７は、バルブタイミングＶＴの変化速度
（バルブオーバラップ量の変化速度）検出操作を示すフ
ローチャートである。本操作は制御回路３０により一定
時間毎に実行されるルーチンとして行われる。図７にお
いてルーチンがスタートすると、ステップ７０１では、
図６の操作で算出された、制御目標値ＶＶＴＩと実バル
ブタイミングＶＴとの偏差ΔＶＶＴが読み込まれ、ステ
ップ７０３では偏差ΔＶＶＴが一定値Ａより大きいか否
かが判定される。また、ΔＶＶＴ≦Ａであった場合に
は、ステップ７１５に進み、バルブオーバラップ量変化
速度に基づく燃料増量値の補正係数ＫＶＴの値を１．０
にセットしてルーチンを終了する。後述するように、補
正係数ＫＶＴの値が１．０にセットされると実質的に燃
料増量値の補正は行われない。ここで、一定値Ａは十分
に小さなバルブタイミング変化速度に相当する値であ
る。すなわち、本実施形態では、前述したように可変バ
ルブタイミング機構１０の作動速度はΔＶＶＴが小さく
なるほど小さくなる。このため、ΔＶＶＴが十分に小さ
い値（すなわちΔＶＶＴ≦Ａ）の場合には可変バルブタ
イミング機構１０の作動速度が小さく、バルブオーバラ
ップ量変化速度も小さいため燃料増量値の補正を行う必
要がない。そこで、本実施形態では、ΔＶＶＴの値が小
さい場合には補正係数ＫＶＴの値を１．０に設定して燃
料増量値の補正を行わないようにしている。

【００４９】一方、ステップ７０３でΔＶＶＴ≧Ａであ
った場合にはステップ７０５に進み、現在のバルブタイ
ミングＶＴと前回ルーチン実行時にＲＡＭ３３に記憶し
たバルブタイミングＶＴ_(i-1)を読み込み、ステップ７
０７でＶＴの前回ルーチン実行時からの変化量ΔＶＴ
を、ΔＶＴ＝ＶＴ−ＶＴ_(i-1)として算出する。本ルー
チンは一定時間毎に実行されるため、ΔＶＴはバルブタ
イミング変化速度、すなわちバルブオーバラップ量変化
速度に比例する値となる。そして、ステップ７０９では
機関回転数ＮＥを読み込み、ステップ７０１ではバルブ
オーバラップ量変化速度の回転数補正係数ＫＮＥを回転
数ＮＥに基づいて算出する。図１１は、回転数ＮＥと補
正係数ＫＮＥとの関係を示す図である。図１１に示すよ
うに、補正係数ＫＮＥの値は回転数ＮＥが所定値ＮＥ₀
（例えばＮＥ₀＝２０００ＲＰＭ程度の一定値）のとき
に１．０となり、ＮＥ＜ＮＥ₀の領域ではＫＮＥ＞１．
０、ＮＥ＞ＮＥ₀の領域ではＫＮＥ＜１．０の範囲でそ
れぞれ回転数に比例した値となる。

【００５０】そして、ステップ７１３では、補正後のバ
ルブオーバラップ量変化速度ΔＶＴＮＥが、ΔＶＴＮＥ
＝ΔＶＴ×ＫＮＥとして算出される。本実施形態のよう
に油圧駆動の可変バルブタイミング機構を使用する場
合、油圧源であるオイルポンプは機関クランク軸により
駆動される。このため、実際には可変バルブタイミング
機構に供給される油圧は機関回転数が高くなる程大きく
なり可変バルブタイミング機構の作動速度、すなわちバ
ルブオーバラップ量変化速度は機関回転数が高い程大き
くなる。また、本実施形態では後述する燃料噴射量の増
量値の補正係数ＫＶＴ、（図１３）、ＫＧＮ（図１４）
は一定の機関回転数（例えばＮＥ＝ＮＥ₀）に基づいて
設定されている。そこで、本実施形態では実際に検出し
たバルブオーバラップ量変化速度を、標準回転数（ＮＥ
₀）の状態の速度ΔＶＴＮＥに換算し、この換算後の変
化速度ΔＶＴＮＥに基づいて補正係数ＫＶＴ、ＫＧＮを
算出するようにしている。なお、各回転数毎に補正係数
ＫＶＴ、ＫＧＮの図１３、図１４と同様なマップを予め
用意し、回転数に応じて異なるマップを用いて実際の変
化速度ＶＴに基づいて補正係数ＫＶＴ、ＫＧＮを算出す
るようにしても良い。

【００５１】図８は機関低温時の燃料増量係数ＦＷＬの
算出操作を示すフローチャートである。本操作は制御回
路３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行
われる。図８において、ステップ８０１では機関冷却水
温度ＴＨＷが読み込まれ、ステップ８０３では低温増量
係数ＦＷＬの値が図１２の関係に基づいて設定される。
低温増量値ＦＷＬは機関低温時の壁面付着燃料増大のた
めに実際に燃焼室に供給される燃料量が低下することを
補償するための増量値である。低温増量値ＦＷＬは、加
速時に限らず機関が低温の間は燃料噴射量を常時増大さ
せるように作用する。低温増量値ＦＷＬは、図１２に示
すように冷却水温度ＴＨＷが低い程大きな値に設定さ
れ、冷却水温度ＴＨＷが高くなるにつれて１．０に近づ
く。

【００５２】次いで、ステップ８０５では図７の操作で
算出された回転数補正後の変化速度ΔＶＴＮＥが読み込
まれ、ステップ８０７では図１３に示した関係に基づい
て補正係数ＫＶＴが算出される。図１３に示すように、
補正係数ＫＶＴは、変化速度が大きいほど大きなＫＶＴ
≧１．０の値に設定される。また、ステップ８０９で
は、低温増量係数ＦＷＬが補正係数ＫＶＴを用いて補正
され、ＦＷＬ＝ＦＷＬ×ＫＶＴとして算出される。これ
により、補正後の低温増量係数ＦＷＬはバルブオーバラ
ップ量変化速度ΔＶＴ（ΔＶＴＮＥ）が大きいほど大き
な値となり、低温燃料増量値は大きくなる。

【００５３】図９は、加速増量係数ＫＧＮの算出操作を
示すフローチャートである。本操作は、制御回路３０に
より一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図９において、ステップ９０１では現在の機関一回転当
たりの吸入空気量ＧＮと、ＲＡＭ３３に記憶した前回ル
ーチン実行時の吸入空気量ＧＮ_(i-1)が読み込まれ、ス
テップ９０３では前回ルーチン実行時からのＧＮの変化
量ΔＧＮが、ΔＧＮ＝ＧＮ−ＧＮ_(i-1)として算出され
る。機関一回転当たりの吸入空気量ＧＮは、機関負荷を
表わすパラメータとして使用される。また、本ルーチン
は一定時間毎に実行されるため、ΔＧＮは負荷の増加速
度、すなわち加速の程度を表す値となる。

【００５４】ステップ９０５では、上記により算出した
ΔＧＮに基づいて、図１４の関係から加速増量係数ＫＧ
Ｎの値が算出される。図１４に示すように、加速増量係
数ＫＧＮは、ΔＧＮが大きい程、すなわち急加速ほど大
きいＫＧＮ≧１．０の値に設定される。また、ステップ
９０７とステップ９０９とでは、図８ステップ８０５、
８０７と同様に、ΔＶＴＮＥの値から補正係数ＫＶＴが
算出され、ステップ９１１では、算出した補正係数ＫＶ
Ｔを用いて加速増量係数ＫＧＮが、ＫＧＮ＝ＫＧＮ×Ｋ
ＶＴとして算出される。これにより、補正後の加速増量
係数ＫＧＮの値はバルブオーバラップ量変化速度ΔＶＴ
（ΔＶＴＮＥ）が大きいほど大きな値となる。すなわ
ち、上記により本実施形態では加速時のバルブオーバラ
ップ量変化速度が大きく、壁面付着燃料の増大速度が大
きくなるほど燃料の加速増量値が増大され、壁面付着燃
料量の増大により実際に燃焼室に供給される燃料量が低
下することが防止される。

【００５５】図１０は、本実施形態の燃料噴射量演算操
作を示すフローチャートである。本操作は、制御回路３
０により機関クランク軸一定回転角度毎に実行されるル
ーチンにより行われる。図１０において、ステップ１０
０１では機関一回転当たりの吸入空気量ＧＮ、及び図
８、図９で算出されたそれぞれ補正後の低温増量係数Ｆ
ＷＬと加速増量係数ＫＧＮとが読み込まれる。そして、
ステップ１００３では、基本燃料噴射量ＴＡＵＰが吸入
空気量ＧＮを用いて、ＴＡＵＰ＝ＧＮ×ＫＳ（ＫＳは一
定値）として算出される。基本燃料噴射量ＴＡＵＰは、
機関燃焼空燃比を理論空燃比にするために必要とされる
燃料量である。

【００５６】そして、ステップ１００５では、実際の燃
料噴射量ＴＡＵが、ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ×ＦＷＬ×ＫＧＮ
として算出される。すなわち、実際の燃料噴射量ＴＡＵ
は、機関低温時（ＦＷＬ）及び加速時（ＫＧＮ）にはそ
れぞれ増量されるが、本実施形態ではこれらの増量値は
他の条件が同一であれば実際のバルブオーバラップ量変
化速度ΔＶＴが大きいほど大きな値に設定されるように
なり、実際のバルブオーバラップ量変化速度に応じた適
切な値となる。

【００５７】次に、本発明の別の実施形態について説明
する。上述の実施形態では、バルブオーバラップ量変化
速度に応じて燃料増量値を設定することにより、機関低
温時の加速等のように壁面付着燃料量の変化が大きい場
合に空燃比がオーバーリーンになったりオーバーリッチ
になることを防止している。しかし、上述の実施形態で
は空燃比のオーバーリーンやオーバーリッチが生じるこ
とは防止できるものの、実際にバルブオーバラップ量変
化速度が大きい場合には、それに応じて燃料増量値も大
きく設定され機関の燃料消費率が増大する場合が生じ
る。そこで、以下の実施形態では上述の実施形態と同様
にバルブオーバラップ量変化速度に応じて燃料増量値を
設定するのに加えて、機関が壁面付着燃料量が増大する
ような条件下で運転されているような場合には、バルブ
オーバラップ量変化速度そのものを低下させるようにし
ている。これにより、前述の図５の各ダイアグラムに点
線で示したように、壁面付着燃料量の増大速度が抑制さ
れるため、加速中に実際に燃焼室に到達する燃料量が増
大する（図５(E) ）。このため、本実施形態によれば、
加速時等の空燃比のオーバーリーンやオーバーリッチが
生じることを防止しつつ、更に燃料増量値を低く設定し
て燃料消費率の増大を抑制することが可能となる。

【００５８】図１５、図１６は本実施形態のバルブタイ
ミング制御操作を示すフローチャートである。本実施形
態では、前述の実施形態の図６の操作に代えて図１５、
図１６の操作を行う。また、本実施形態においても、図
７から図１０に示した実際のバルブオーバラップ量変化
速度に応じた燃料増量値の設定が行われる。図１５、図
１６の操作は制御回路３０により一定時間毎に実行され
るルーチンとして行われる。

【００５９】図１５においてルーチンがスタートする
と、ステップ１５０１からステップ１５０９では、温度
補正後のバルブタイミング制御目標値ＶＶＴＩが算出さ
れる。ステップ１５０１から１５０９の各ステップは、
図６ステップ６０１から６０９と同一の操作であるの
で、ここでは説明を省略する。上記によりＶＶＴＩ算出
後、本実施形態では、次にステップ１５１１で機関冷却
水温度ＴＨＷが所定値ＴＨＷＡより高いか否かが判定さ
れ、ＴＨＷ＞ＴＨＷＡであった場合には図１６ステップ
１５２５に進み、後述するフラグＸＶＶＴ１の値を０に
設定し、ステップ１５２７では上記温度補正後の目標値
ＶＶＴＩを実際の目標値ＶＶＴ₀として設定し、ステッ
プ１５２９に進む。ステップ１５２９以下については後
述する。

【００６０】すなわち、本実施形態では、冷却水温度Ｔ
ＨＷが所定値ＴＨＷＡより高い場合には、壁面付着燃料
の量は少なくバルブオーバラップ量が急激に変化しても
吹き返しによる壁面付着燃料量の増大は小さいため、ス
テップ１５１３以下のバルブオーバラップ量変化速度の
制限を実行しない。上記所定値ＴＨＷＡは、機関の形式
等により異なってくるため実際には実験等により決定す
ることが好ましい。

【００６１】ステップ１５１１で冷却水温度ＴＨＷが所
定値ＴＨＷＡ以下であった場合には、次に、図１５ステ
ップ１５１３で上記により求めた温度補正後の目標値Ｖ
ＶＴＩと現在の実バルブタイミング値ＶＴとの偏差ΔＶ
ＶＴが算出される。そして、図１６ステップ１５１５で
は、上記偏差ΔＶＶＴが正の値の所定値Ｂより大きいか
否かが判定される。また、ステップ１５１５でΔＶＶＴ
≦Ｂであった場合には、前述のステップ１５２５以下を
実行する。ΔＶＶＴは前述のようにバルブタイミングの
目標値と現在の値との偏差を表している。従って、偏差
ΔＶＶＴが大きい場合には可変バルブタイミング機構の
単位時間当たりの作動量（目標作動速度）が大きく設定
され、バルブオーバラップ量の変化速度も大きくなる。
一方、偏差ΔＶＶＴが小さい場合には機構自体の作動速
度がいくら速くてもバルブオーバラップ量の変化速度は
小さくなる。そこで、本実施形態では、上記偏差ΔＶＶ
Ｔが所定値Ｂより小さい場合には、バルブオーバラップ
変化量の変化速度は小さいと判断してバルブオーバラッ
プ量変化速度の制限を行わないようにしている。

【００６２】一方、ステップ１５１５でΔＶＶＴ＞Ｂで
あった場合（すなわち、バルブオーバラップ量の増大速
度が大きい場合）には、ステップ１５１７からステップ
１５２３でバルブオーバラップ量変化速度の制限が実行
される。ステップ１５１７からステップ１５２３では、
まず、前回ルーチン実行時のバルブタイミングの目標値
ＶＶＴＩ_(i-1)に一定値Ｃを加えた値を今回のバルブタ
イミング目標値ＶＶＴ₀として設定する。そして、ステ
ップ１５１５が成立する限り以後のルーチンではステッ
プ１５２３でこのバルブタイミング目標値を一定量Ｃだ
け増大させるようにする。また、図３に示したように、
本実施形態ではバルブタイミング値ＶＴは常に正になる
ように設定されているため、ステップ１５３９では、上
記温度補正後のバルブタイミング目標値ＶＶＴＩに基づ
いてステップ１５１７から１５２３で算出されたバルブ
タイミング目標値ＶＶＴ₀が負の値にならないようにガ
ードされる（ステップ１５２９、ステップ１５３１）。
そして、実際のバルブタイミング制御目標値ＶＶＴは、
上記ガード後のＶＶＴ₀に設定される。なお、ステップ
１５１７、１５１９のＸＶＶＴ１は、ステップ１５１５
が成立した後にステップ１５２１が１回だけ実行される
ようにするためのフラグである。

【００６３】そして、ステップ１５３５では、上記によ
り設定したバルブタイミング制御目標値ＶＶＴと実際の
バルブタイミングＶＴとの偏差ΔＶＶＴ１が算出され、
ステップ１５３７では、この偏差ΔＶＶＴ１に基づいて
リニアソレノイドバルブ２５のアクチュエータ２５ｂに
出力する駆動信号のデューティ比ＣＤＵＴＹを設定する
のは図６の実施形態と同様である。

【００６４】本実施形態では、図１６ステップ１５１７
から１５２３により、バルブオーバラップ量が急激に増
大する運転条件下でも、バルブオーバラップ量はルーチ
ン実行毎に一定量Ｃ（Ｃ＞０）だけしか増加せず、バル
ブオーバラップ量変化速度は一定の低い速度に制限され
るようになる。図１７は、上記ステップ１５１７から１
５２３によるバルブオーバラップ量増大速度制限を説明
するタイミングダイアグラムである。図１７の横軸は時
間、数字０から５はバルブタイミングが変化を開始して
からのルーチン実行回数を示している。すなわち、ルー
チン実行回数０回目から１回目では、バルブタイミング
目標値ＶＶＴＩはＶＶＴＩ₍₀₎からＶＶＴＩ₍₁₎に急激
に増大する。この場合、上記制御によりバルブタイミン
グの制御目標値ＶＶＴは、１回目のルーチン実行時には
ＶＶＴ₍₁₎＝ＶＶＴＩ₍₀₎＋Ｃに、２回目のルーチン実
行時にはＶＶＴ₍₂ ₎＝ＶＶＴ₍₁₎＋Ｃに、３回目のルー
チン実行時には、ＶＶＴ₍₃₎＝ＶＶＴ₍₂₎＋Ｃのよう
に、ルーチン実行毎に一定量Ｃずつ緩やかに増大する。
そして、図１７の例では、５回目のルーチン実行時にΔ
ＶＶＴ≦Ｂとなり、ＶＶＴ₍₅₎＝ＶＶＴＩとなって、目
標値ＶＶＴＩと制御目標値ＶＶＴ₀とが一致する。

【００６５】上述のように、本実施形態によれば、機関
低温時等壁面付着燃料量が急激に変化しやすい条件下で
は、実際のバルブ特性制御装置作動速度とは無関係にバ
ルブオーバラップ量の変化速度が一定の低い値に制限さ
れるため、壁面付着燃料量の変化が少なくなる。これに
より、本実施形態では燃料の加速増量を小さく設定する
ことが可能となる。さらに、本実施形態では、図７から
図１０の操作により、上記制限後のバルブオーバラップ
量変化速度に応じて加速増量等の燃料増量値が設定され
るため、加速時にバルブ特性制御装置作動速度のばらつ
きによる空燃比オーバーリーンやオーバーリッチが生じ
ることが防止される。

【００６６】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、バルブ
特性制御装置作動速度のばらつきによる加速増量の不適
合の問題を解決し、加速時の機関のオーバーリーンやオ
ーバーリッチが生じることを防止することが可能となる
共通の効果が得られる。また、請求項２に記載の発明に
よれば、上記共通の効果に加えて、燃料の加速増量値を
低減し機関燃料消費率の増大を抑制することが可能とな
る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料噴射制御装置の一実施形態の概略
構成を示す断面図である。

【図２】機関バルブタイミング設定の一例を説明する図
である。

【図３】各運転条件における基本バルブタイミングの設
定例を説明する図である。

【図４】基本バルブタイミングの温度補正量を示す図で
ある。

【図５】バルブオーバラップ量の急増による空燃比オー
バーリーン発生を説明するタイミングダイアグラムであ
る。

【図６】バルブタイミング制御操作の一実施形態を示す
フローチャートである。

【図７】バルブオーバラップ量変化速度検出操作の一実
施形態を示すフローチャートである。

【図８】燃料噴射量の低温時増量係数の演算操作を示す
フローチャートである。

【図９】燃料噴射量の加速時増量係数の演算操作を示す
フローチャートである。

【図１０】燃料噴射量演算操作を示すフローチャートで
ある。

【図１１】図７の操作に用いる補正係数の設定を示す図
である。

【図１２】図８の操作に用いる係数の設定を示す図であ
る。

【図１３】図８、図９の操作に用いる補正係数の設定を
示す図である。

【図１４】図９の操作に用いる係数の設定を示す図であ
る。

【図１５】本発明の別の実施形態におけるバルブタイミ
ング制御操作を示すフローチャートの一部である。

【図１６】本発明の別の実施形態におけるバルブタイミ
ング制御操作を示すフローチャートの一部である。

【図１７】図１５、図１６の操作によるバルブタイミン
グ変化を説明するタイミングダイアグラムである。

【符号の説明】

１…カムシャフト１０…可変バルブタイミング機構３０…制御回路５１…燃料噴射弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 43/00 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｚ 45/00 ３６０ 45/00 ３６０Ｂ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関のバルブオーバラップ量を機関
運転状態に応じて定まる目標値に調節するバルブ特性変
更手段を有する内燃機関の燃料噴射量を制御する燃料噴
射制御装置であって、前記バルブ特性変更手段によるバルブオーバラップ量変
更時のバルブオーバラップ量変化速度を検出する変化速
度検出手段と、機関負荷に基づいて、機関への燃料噴射量を設定する燃
料噴射量設定手段と、前記設定された燃料噴射量を、前記機関の温度とバルブ
オーバラップ量増大速度とに応じて変化する吸気ポート
壁面付着燃料量の増大速度が大きいほど燃料噴射量が増
量されるように補正する噴射量補正手段と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】内燃機関のバルブオーバラップ量を機関
運転状態に応じて定まる目標値に調節するバルブ特性変
更手段を有する内燃機関の燃料噴射量を制御する燃料噴
射制御装置であって、前記バルブ特性変更手段によるバルブオーバラップ量変
更時のバルブオーバラップ量変化速度を検出する変化速
度検出手段と、機関負荷に基づいて、機関への燃料噴射量を設定する燃
料噴射量設定手段と、前記変化速度検出手段により検出されたバルブオーバラ
ップ量変化速度に基づいて、前記燃料噴射量設定手段に
より設定された燃料噴射量を補正する噴射量補正手段
と、機関が吸気ポート壁面付着燃料量の変化が大きい機関運
転状態で運転されている場合に、前記バルブ特性変更手
段によるバルブオーバラップ量変更時のバルブオーバラ
ップ量の変化速度を機関が吸気ポート壁面付着燃料量の
変化が大きい機関運転状態で運転されていない場合に較
べて低い値に抑制する変化速度制限手段と、を備えた内
燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】内燃機関のバルブオーバラップ量を機関
運転状態に応じて定まる目標値に調節するバルブ特性変
更手段を有する内燃機関の燃料噴射量を制御する燃料噴
射制御装置であって、前記バルブ特性変更手段によるバルブオーバラップ量変
更時のバルブオーバラップ量変化速度を検出する変化速
度検出手段と、機関負荷に基づいて、機関への燃料噴射量を設定する燃
料噴射量設定手段と、機関低温時の吸気ポート壁面付着燃料量の増大に応じて
前記燃料噴射量を増量するための低温増量値を算出する
算出手段と機関の加速に応じて前記燃料噴射量を増量す
るための加速増量値を算出する手段と、前記低温増量値を、前記変化速度検出手段により検出さ
れたバルブオーバラップ量変化速度が大きいほど燃料噴
射量が増量されるように補正する噴射量補正手段と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置。