JP3577929B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバルブの開閉特性を可変制御するバルブ特性制御装置を有する内燃機関、特に吸気バルブと排気バルブの両方のバルブ特性制御装置を有する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気バルブと排気バルブのそれぞれについて、その開閉特性を制御するバルブ特性制御装置を備えオーバーラップを変更するようにした内燃機関が公知である（特開平９−７９０５６号公報参照）。
ところで、排気バルブと吸気バルブが共に開弁しているオーバーラップ期間を増大すると体積効率が向上するのでオーバーラップの増大は出力の要求度が高い負荷が増大された場合である。ところが、この様に負荷が高められた場合は他の制御パラメータ、例えば、燃料量も増量され出力を高めようとする。それに、オーバーラップの増大による体積効率の向上が重なると出力が急激に増大することになりショックを生じるおそれがある。
【０００３】
特に、上記公報の装置のように吸気バルブと排気バルブのそれぞれについて、バルブ特性制御装置を備えた場合には、オーバーラップを大きくすることが多く上記の問題に配慮が必要である。しかしながら、上記の問題に配慮したものはない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑み、吸気バルブと排気バルブのそれぞれについて、バルブ特性制御装置を備えた内燃機関においてオーバーラップを増大するときにショックが発生しないようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、
運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段と、
吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バルブ特性制御装置と、
排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、
目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉タイミングは、
第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、
負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更し、
負荷が軽負荷から高負荷に急激に増大される場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第１タイミングから吸気第２タイミングへの変更が全変更量に対して所定の割合に達した後に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第１タイミングから排気第２タイミングへ変更を開始するようにされた内燃機関が提供される。
【０００８】
この様に構成された内燃機関では、負荷が軽負荷から高負荷に急激に増大される場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第１タイミングから吸気第２タイミングへの変更が全変更量に対して所定の割合に達した後に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第１タイミングから排気第２タイミングへ変更を開始され、吸気バルブの開閉タイミングと排気バルブの開閉タイミングの同時変更が回避されオーバーラップが急増しない。
【０００９】
請求項２の発明によれば、運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、
運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段と、
吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バルブ特性制御装置と、
排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、
目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉タイミングは、
第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、
負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更し、
負荷が高負荷から軽負荷に急激に減少される場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第２タイミングから吸気第１タイミングへの変更と、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第２タイミングから排気第１タイミングへの変更とを同時に開始するようにされた内燃機関が提供される。
【００１０】
この様に構成された内燃機関では、負荷が高負荷から軽負荷に急激に減少される場合は、吸気バルブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオーバーラップ無しになるように変更され、負荷の急減による燃焼の不安定化が抑制される。
【００１１】
請求項３の発明によれば、運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、
運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段と、
吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バルブ特性制御装置と、
排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、
目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉タイミングは、
第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、
負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更し、
負荷が高負荷から中負荷に減少された場合に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第２タイミングから排気第１タイミングへの変更に加えて、
吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第２タイミングから吸気第１タイミングへの変更を同時におこない、その後、吸気バルブ特性制御装置により吸気バルブの開閉タイミングを吸気第１タイミングから吸気第２タイミングへ変更するようにされた内燃機関が提供される。
【００１２】
この様に構成された内燃機関では、負荷が高負荷から中負荷に減少された場合に吸気バルブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオーバーラップ無しに一旦戻され、その後、吸気バルブの開閉タイミングが変更されるので、負荷の減少による燃焼の不安定化が抑制される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の全体の構造を示す図である。
エンジン１の吸気ポート（図示せず）には、吸気管２、サージタンク３、吸気マニホールド４を介して吸入空気が供給される。吸気管２にはエアクリーナ５とエアフローメータ２１１と電子スロットル２５１が配設されている。吸気マニホールド４には各気筒毎に燃料噴射弁２５２が取り付けられている。
【００１６】
電子スロットル２５１は、アクセルペダル（図示しない）の踏み込み量に応じてスロットル開度を変化せしめるが、また、スロットル開度センサとしての機能も有する。
【００１７】
一方、エンジン１の排気ポート（図示しない）には排気マニホールド６が取り付けられている。ここで、このエンジンの点火の順序は＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順であるが、これに対して、図示される様に、排気マニホールド６は、＃１気筒と＃４気筒が、＃２気筒と＃３気筒が、それぞれ等長的に一旦集合され、それがさらに１本に集合されている。そして、オーバーラップ期間中に排気ポートが負圧になるよう長さが最適にされている。
【００１８】
排気マニホールド６の下流に接続された排気管７内には触媒８が配設されている。触媒８の上流には空燃比センサ２１５が配設されていて、空燃比センサ２１５の信号をもとに、触媒８が最適に浄化作用をおこなうように燃料噴射弁２５２の燃料噴射量がフィードバック制御される。また、エンジン１の各気筒に対してイグナイタ一体式の点火栓２５３が配設されている。
【００１９】
また、エンジン１には、特に、本発明に係わるものとして、前述した、エアフローメータ２１１の他に、クランクシャフトの角度位置を検出するクランクポジションセンサ２１２、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ２１３、吸気カムシャフト５０、排気カムシャフト５０’の位相を検出するカム角センサ２１４、２１４’等のセンサが配設されていて、これらのセンサからの信号は電子制御ユニット（ＥＣＵ）２００に送られる。
【００２０】
エアフローメータ２１１は負荷としての吸気管通過空気量に応じた信号電圧を発生する。
クランクポジションセンサ２１２は構造の詳細は省略するが、例えば、クランクシャフトに取り付けられた信号発生円板の突起に近接して電磁ピックアップが配され、この電磁ピックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生する。信号発生円板の突起は１０°毎に設けられているが、２つ欠歯しているので３４個ある。欠歯箇所は例えば１番気筒の上死点に対して所定の角度位置に設けられているので、欠歯箇所が発した信号から上死点を正確に求めるもとができる。そして、１０°おきに発生される信号はさらに分周され計測時点の上死点からのクランク角度を精確にもとめることができる。
【００２１】
エンジン水温センサ２１３はエンジン１の冷却水温ＴＷに対応した信号を発生する。
吸気カム角センサ２１４と排気カム角センサ２１４’は、カムシャフトの適切な場所に設けられた信号発生突起に近接して電磁ピックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生するというものである。この突起は、カムシャフトの１回転につき１回、すなわちクランクシャフト２回転につき１回信号を発生する。この突起は、例えば、第１気筒のカム山の最大リフト時に信号を発生する様に設けられている。
【００２２】
ＥＣＵ２００は相互に連結された入力インターフェイス２１０、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２２０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３０、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２４０、出力インターフェイス２５０から成るデジタルコンピュータである。
ＥＣＵ２００のＣＰＵ２２０は、入力インターフェイス２１０に入力された各センサの信号、ＲＯＭ２４０に記憶されたデータ等、から後述する本発明にかかわる演算をおこない出力インターフェイス２５０を介して、電子スロットル２５１、点火栓２５３や後述のバルブ特性制御装置１００、１００’に出力して本発明の制御を実行するが、その他、空燃比のフィードバック制御、点火時期の制御等をおこなう。
【００２３】
そして、吸気バルブ（図示しない）の開弁期間の位相、および、排気バルブ（図示しない）の開弁期間の位相を変えてオーバーラップ期間を変更するために、同じ構造のベーンタイプのバルブ特性制御装置１００と１００’が、吸気カムシャフト５０、排気カムシャフト５０’に取り付けられている。
そこで、以下、吸気カムシャフト５０に取り付けられたバルブ特性制御装置１００を例にして説明する。
【００２４】
なお、同じ番号で“’”が付されたのは排気用のものである。
【００２５】
図２は吸気カムシャフト５０に取り付けられたこのベーンタイプのバルブ特性制御装置１００を吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘを通る平面で切った断面図である。
図２を参照すると、クランクシャフト（図示しない）によりチェーン（図示しない）を介して１／２の回転比で駆動されるギア１０に、ギア１０と共働して進角油室１１０と遅角油室１２０を形成するハウジング２０とサイドカバ−３０がＢ１（４本の内１本のみ図示）により固定されている。ハウジング２０の内側にはロータ４０が所定角度回動自在に配設されている。ロータ４０は吸気カムシャフト５０にボルトＢ２で固定されている。
【００２６】
図３はサイドカバー３０とボルトＢ１、ボルトＢ２を除去した状態でバルブ特性制御装置１を軸端側（図１の左側）から見た図である。
図３に示されるようにハウジング２０は外周部２１と４つの内側突起部２２からなる。内側突起部２２の内周側にはシール部材２３が配設されている。２４はボルトＢ１が通る穴である。図２においては、ハウジング２０は吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも上側では外周部２１と内側突起部２２が一体でシール部材２３と共に示され、吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも下側ではハウジング２０は外周部２１が示されており、破線２０ａは外周部２１と内側突起部２２の境目である。
【００２７】
また、図３に示されるように、ロータ４０はボス４１とそこから放射状に外側に突き出た４つのベーン４２から成る。各ベーン４０の外周側にはシール部材４３が配設されている。図２においては、ロータ４０は、吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも上側ではボス４１のみが示され、吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも下側ではボス４１とベーン４２が一体でシール部材４３と共に示されており、破線４０ａはボス４１とベーン４２の境目である。
【００２８】
ロータ４０のボス４１には進角時にカムシャフト内進角油路５５を通って来た作動油をボス４１の中央部のボルトＢ２の周りに形成される中央油室４４に導く２本の傾斜油路４５と、中央油室４４から、ロータ４０のベーン４２とハウジング２０の内側突起部２２の間に形成される、進角油室１１０に作動油を導入する４本の分配油路４６が形成されている。
【００２９】
図２に戻り吸気カムシャフト５０に注目すると、吸気カムシャフト５０は外側フランジ５１と内側フランジ５２の間で、半割りの上側メタルベアリング６０Ａ、下側メタルベアリング６０Ｂを介して、シリンダヘッド７０とカムキャップ８０により回転自在に支持されている。そして、外側フランジ５１と内側フランジ５２の間で、内側フランジ５２に近い方に環状進角油路５３が、外側フランジ５２に近い方に環状遅角油路５４が形成されている。
【００３０】
環状進角油路５３は中心軸線Ｘに平行に形成されたカムシャフト内進角油路５５と短い油路５５ａを介して連通している。そしてカムシャフト内進角油路５５はロータ４０の傾斜油路４５に連通している。
環状遅角油路５４は中心軸線Ｘに平行に形成されたカムシャフト内遅角油路５６と短い油路５６ａを介して連通している。カムシャフト内進角油路５６は外側フランジ５１よりも軸端側に設けられている軸端側環状遅角油路５７に連通している。
【００３１】
軸端側環状遅角油路５７は、ギヤ１０の内周側に設けられたギヤ内環状油路１１とギヤ内分配油路１２を介して、遅角油室１２０に連通している。
【００３２】
一方、シリンダヘッド７０には各油室への作動油の供給を制御するオイルコントロールバルブ９０が嵌入されている。
図４にオイルコントロールバルブ９０の詳細を示す。図４に示されているようにオイルコントロールバルブ９０はスリーブ９１内で電磁ソレノイド９２のプランジャ９３とスプリング９４によってスプール弁９５を移動して作動油の流れ方向を切り換える。
【００３３】
スリーブ９１は進角ポート９１ａ、遅角ポート９１ｂ、供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１ｄ、９１ｅを有している。一方、スプール弁９５は、４つのランド９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄと、３つの溝通路９５ｅ、９５ｅ、９５ｆを有する。
そして電磁ソレノイド９２は電子コントロールユニット（以下ＥＣＵ）２００からの信号によりデューテイ制御で励磁されるがそのデューティ比を変えることによりスプール弁９５の位置が変化させて作動油の進角油室１１０、遅角油室１２０への給排を制御する。
【００３４】
例えば、デューティ比１００％で励磁されるとスプール弁９５は最も左側まで移動し進角ポート９１ａは全開で供給ポート９１ｃと連通され、遅角ポート９１ｂが全開でドレインポート９１ｅと連通され、バルブ特性制御装置１００の進角油室１１０に向けて作動油が最大能力で供給され、遅角油室１２０から作動油が最大能力で排出され、吸気カムシャフト５０はクランクシャフトに対して最大速度で進角方向に移動する。
【００３５】
また、デューテイ比０％（励磁されない）の場合は、スプール弁９５は最も右側まで移動し供給ポート９１ｃと遅角ポート９１ｂが全開で連通され、進角ポート９１ａがドレインポート９１ｄと全開で連通され、バルブ特性制御装置１００の遅角油室１２０に向けて作動油が最大能力で供給され、進角油室１１０から作動油が最大能力で排出され、吸気カムシャフト５０はクランクシャフトに対して最大速度で遅角方向に移動する。
【００３６】
図４はこの供給ポート９１ｃと遅角ポート９１ｂが全開で連通された状態を示している。
【００３７】
一方、エンジン１は前述のように吸気カムシャフト５０のクランクシャフトに対する位相差を検出する吸気カム角センサ２１４を有していて（図１参照）、吸気カムシャフト５０のクランクシャフトに対する位相差が予め定めた位相差になると、電磁ソレノイド９２は中間のデューテイ比で励磁されスプール弁９５はランド９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄによって、進角ポート９１ａと供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１ｄとの連通をそれぞれ遮断し、遅角ポート９１ｂと供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１ｄとの連通をそれぞれ遮断する位置で停止し、吸気カムシャフト５０はクランクシャフトに対してその位相差を保つ。
【００３８】
図２において、７１で示されるのはオイルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａと吸気カムシャフト５０に形成された環状進角油路５３を連通するためのシリンダヘッド内進角油路である。また、７２で示されるのはオイルコントロールバルブ９０の遅角ポート９１ｂと吸気カムシャフト５０に形成された環状遅角油路５４を連通するためのシリンダヘッド内遅角油路である。
【００３９】
同じく、図２において７３で示されるのはオイルコントロールバルブ９０の供給ポート９１ｃとオイルポンプ（図示しない）を連通するための供給油路であり、７４で示されるのはオイルコントロールバルブ９０のドレーンポート９１ｄ、９１ｅとオイルパンを連通するためのドレーン油路である。
【００４０】
図５は図２の４−４線に沿って見た断面図であって、環状進角油路５３とシリンダヘッド内進角油路７１との連通、および、環状遅角油路５４とシリンダヘッド内遅角油路７２との連通を示している。
図４に示されるように、シリンダヘッド内進角油路７１はオイルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカムキャップ８０に向かって上方に延伸しシリンダヘッド７０の上面７６に突き抜けている。
【００４１】
このシリンダヘッド内進角油路７１と上側ベアリングメタル６０Ａの外側を結ぶようにカムキャップ８０の下面８１に溝８２が形成されている。一方、上側ベアリングメタル６０Ａには穴６１が形成されていて、穴６１の径は環状進角油路５３の幅よりも大きく設定されている。そして、この穴６１とカムキャップ８０の下面８１に溝８２を連通するように傾斜油路８３が形成されている。
【００４２】
一方、シリンダヘッド内遅角油路７２はオイルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカムキャップ８０に向かって上方に延伸するが途中で斜めに曲がって下側ベアリングメタル６０Ｂの外側の開口７２ａに達している。
上記の開口７２ａの径よりも幅の大きな断面三日月状の溝７８が、この開口７２ａから軸端方向に向かって、下側ベアリングメタル６０Ｂを受けるシリンダヘッド７０に形成されている。
【００４３】
一方、下側ベアリングメタル６０Ｂには、そのフランジ部６０Ｆが立ち上がる角部に切り欠き６２が形成されている。切り欠きを軸方向から見た大きさは少なくとも溝７８の三日月状の断面よりも大きく、切り欠きを軸に直角な方向から見た時の幅は、この部分に内接する吸気カムシャフト５０の環状遅角油路５４の幅よりも大きい。
【００４４】
したがって、進角用の作動油はオイルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａから、シリンダヘッド内油路７１、カムキャップ８０の溝８２、傾斜油路８３、上側ベアリングメタル６０Ａの穴６１を通って、吸気カムシャフト５０の環状進角油路５３に達する。環状進角油路５３からは短い連絡油路５５ａを通ってカムシャフト内進角油路５５に入って軸端方向に進み、ロータ４０の傾斜油路４５を通って中央油室４４に達し、そこから分配油路４６を通って各進角油室１１０に分配される。
【００４５】
また、遅角用の作動油はオイルコントロールバルブ９０の遅角ポート９１ｂからシリンダヘッド内油路７２から、断面三日月状の溝７８と下側ベアリングメタル６０Ｂの背面の間に形成される油路７９に入って軸端方向に進み、下側ベアリングメタル６０Ｂの軸端のフランジ部６０Ｆが立ち上がる角部に形成された切り欠き６２を通って吸気カムシャフト５０の環状遅角油路５４に達する。環状遅角油路５４からは短い連絡油路５６ａを通ってカムシャフト内遅角油路５６に入って軸端方向に進み、短い連絡油路５６ｂを通って軸端側環状遅角油路５７に達する。そこからは、軸端側環状遅角油路５７に対向してギヤ１０に形成された環状油路１１を経て傾斜分配油路１２に入り、各遅角油室１２０に分配される。
【００４６】
次に、排気マニホールド６の長さの最適化について説明する。前述したように、このエンジンは排気マニホールド６の長さが最適にされてオーバーラップの期間に排気ポートの圧力Ｐｅが負圧になるようにされている。
したがって、スロットル開度が大きくなると排気ポートの圧力よりも吸気ポートＰｉの圧力が高くなり吸気が排気ポートへ吹き抜ける。図６はその説明図である。
【００４７】
以下、上記の様に構成された、本発明の実施の形態における制御について説明する。
この制御は、図７に示すように負荷に応じてオーバーラップの量が設定されていて、負荷の変化にともないオーバーラップの量を変える時にショックが発生しないようにするものである。
【００４８】
図８はオーバーラップ無し、中、大の時の吸気カム５０および排気カム５０’の位相を示したものであって、以下のように設定されている。
＜オーバーラップ量が無しの場合＞
吸気カム５０の位相 ：遅れ側のＩＮＲＥＴ
排気カム５０’の位相：進み側のＥＸＡＤＶ
＜オーバーラップ量が中の場合＞
吸気カム５０の位相 ：進み側のＩＮＡＤＶ
排気カム５０’の位相：進み側のＥＸＡＤＶ
＜オーバーラップ量が大の場合＞
吸気カム５０の位相 ：進み側のＩＮＲＥＴ
排気カム５０’の位相：進み側のＥＸＡＤＶ
【００４９】
図９はオーバーラップ無し、中、大の時の排気バルブと吸気バルブの開き始め位置と開き終わり（閉じ）位置の例を示したものであって、
（ａ）はオーバーラップ無しの場合、
（ｂ）はオーバーラップ中の場合、
（ｃ）はオーバーラップ大の場合である。
【００５０】
図１０〜図１３が制御を実行するためのフローチャートである。
図１０のステップ１０１から１０６までは、各パラメータを読み込むステップである。ステップ１０７では負荷、例えばスロットル開度ＴＨＡ、の今回の値と、前回の値を比較することによって、加速（一定速を含む）か、減速かを判定し、加速の場合は図１１のステップ１０８に進み、減速の場合は図１２のステップ１１９に進む。
【００５１】
先ず、加速と判定された場合について説明する。加速には次の様なケースが想定される。
（１）図７のオーバーラップ無し（軽負荷）の領域からオーバーラップ大（高負荷）の領域への急加速。
（２）図７のオーバーラップ無し（軽負荷）の領域からオーバーラップ中（中負荷）の領域への加速。
（３）図７のオーバーラップ中（中負荷）の領域からオーバーラップ大（高負荷）の領域への加速。
（４）各領域内での小さな加速。
【００５２】
本実施例では、上記の各ケースの内、（４）のケースはオーバーラップの変更の必要がないので何もしないようにする。（１）〜（３）のケースの内、（１）のケースは本発明の特徴としてショックをさけるために吸気カムシャフト５０の位相変更が要求される位相変更量に対して予め定めた割合に達してから排気カムシャフト５０’の位相変更してからおこなう。
【００５３】
ステップ１０８の判定は吸気カムシャフト５０の現在の位相ＩＮＡＣＴがマップから求めた目標値ＩＮＭＡＰに一致していないか否かの判定であるので、図８より、上記（１）、（２）のケースでは肯定判定され、（３）、（４）のケースでは否定判定される。
（１）、（２）のケースでは、上記のようにステップ１０８で肯定判定された後、ステップ１１０、１１１において吸気カムシャフト５０のセット値（指令値）ＩＮＳＥＴをオーバーラップ大にするための値ＩＮＲＥＴにしてステップ１１２に進む。
【００５４】
ステップ１１２では排気カムシャフト５０’の現在の位相ＥＸＡＣＴがマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰに一致していないか否かの判定をおこなう。
（２）のケースでは排気カムシャフト５０’の位相は変わらないから否定判定されそのままリターンする。
（１）のケースでは肯定判定されステップ１１３に進む。
【００５５】
ステップ１１３では吸気カムシャフト５０の位相変更が要求される位相変更量に対して予め定めた割合に達していないか否かを判定する。
ステップ１１３で肯定判定された場合はステップ１１４で排気カムシャフト５０’の位相のセット値を現在の値にして、すなわちマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにするのを中止して、リターンする。
【００５６】
やがて、吸気カムシャフト５０の位相変更が要求される位相変更量に対して予め定めた割合に達すると、ステップ１１３で否定判定される。
吸気カムシャフト５０の位相変更が要求される位相変更量に対して予め定めた割合に達すると排気カムシャフト５０’の位相のセット値をマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにするが、その前にステップ１１５、１１６で噴射時期の変更を完了せしめる。この噴射時期の変更については後述する。
【００５７】
そして、噴射時期の変更が完了した後、ステップ１１７、１１８で排気カムシャフト５０’の位相のセット値をマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにしてリターンする。
【００５８】
一方、（３）、（４）のケースの場合はステップ１０８で否定判定されステップ１０９に進む。
ステップ１０９では排気カムシャフト５０’の現在の位相ＥＸＡＣＴがマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰに一致していないか否かの判定がされるので（４）のケースの場合は否定判定され、そのまま何もせずにリターンする。（３）のケースの場合はステップ１０９で肯定判定され、その後、（１）のケースの場合と同様に、ステップ１１５、１１６で噴射時期の変更を完了せしめてから、ステップ１１７、１１８で排気カムシャフト５０’のセット値をマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにしてリターンする。
【００５９】
次に、減速と判定された場合について説明する。減速には次の様なケースが想定される。
（５）図７のオーバーラップ大（高負荷）の領域からオーバーラップ無し（軽負荷）の領域への減速。
（６）図７のオーバーラップ大（高負荷）の領域からオーバーラップ中（中負荷）の領域への減速。
（７）図７のオーバーラップ中（中負荷）の領域からオーバーラップ無し（軽負荷）の領域への減速。
（８）各領域内での小さな減速。
【００６０】
本実施例では、上記の各ケースの内、（８）のケースはオーバーラップの変更の必要がないので何もしないようにする。（５）〜（８）のケースの内、（６）のケースは最終的にはオーバーラップを中にするものであるが、減速にともなう燃焼の不安定を回避するために、この場合も一旦オーバーラップ無しにしてからオーバーラップ中に戻すようにする。
【００６１】
ステップ１１９の判定は排気カムシャフト５０’の現在の位相ＥＸＡＣＴがマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰに一致していないか否かの判定であるので、図８より、上記（５）、（６）のケースでは肯定判定され、（７）、（８）のケースでは否定判定される。
（５）、（６）のケースでは、上記のようにステップ１１９で肯定判定された後、ステップ１２０、１２１において排気カムシャフト５０’のセット値ＥＸＳＥＴをオーバーラップ無しにするための値ＥＸＡＤＶにする。
【００６２】
その後、ステップ１２２、１２３において噴射時期の変更を完了せしめてからステップ１２４、１２５において吸気カムシャフト５０のセット値ＩＮＳＥＴをオーバーラップ無しにするための値ＩＮＲＥＴにする。
【００６３】
上述したように、（６）のケースでは吸気カムシャフト５０の位相をＩＮＲＥＴにした後に再びＩＮＡＤＶに戻す必要がある。
そこで、ステップ１２６において吸気カムシャフト５０のセット値ＩＮＳＥＴがＩＮＡＤＶであるかどうかの判定をおこなう。（６）のケースでは肯定判定されるが、（５）のケースでは否定判定される。
【００６４】
（５）のケースで否定判定された場合はそのままリターンする。そして、（６）のケースで肯定判定された場合はステップ１２７に進み、吸気カムシャフト５０の現在の位相ＩＮＡＣＴが前回の位相ＩＮＡＣＴＯＬＤ より遅れ側にあるか否かを判定する。
ステップ１２７で肯定判定されるということはこれは吸気カムシャフト５０の位相がＩＮＲＥＴに変更中であって、すなわちＩＮＲＥＴに達していないことを意味するので、この場合は、何もせずにリターンする。
【００６５】
逆にステップ１２７で否定判定された場合は、吸気カムシャフト５０の位相がＩＮＲＥＴに達したことを意味するのでその場合はステップ１２８、１２９において目標位相ＩＮＳＥＴをＩＮＭＡＰにしてリターンする。
【００６６】
次に前述の（７）のケースの場合を考える。この場合は図８の表から排気カムシャフト５０’は目標位相ＥＸＳＥＴが変わらないのでステップ１１９で否定判定されステップ１３０に進む。
ステップ１３０では吸気カムシャフト５０の現在の位相が目標位相ＩＮＭＡＰと異なるか否かを判定する。したがって、（７）のケースの場合は肯定判定されてステップ１３１、１３２で目標位相ＩＮＭＡＰをセットしてリターンする。
【００６７】
なお、（８）のケースの場合はステップ１３０で否定判定され何もせずにリターンする。
【００６８】
次に、上記のようにおこなわれるオーバーラップ量の変更について説明する。オーバーラップを拡大する場合について以下説明する。オーバーラップの拡大は、指令値に従って吸気バルブの開弁期間を進角側にずらすこと、および、または、排気バルブの開弁期間を遅角側にずらすことにより行われる。
これらは、吸気カムシャフト５０と排気カムシャフト５０’の回転位相をそれぞれ、進角側と遅角側に移動することにより達成される。このカムシャフトの移動は、クランクポジションセンサ２１２と吸気カム角センサ２１４と排気カム角センサ２１４’で、吸気カムシャフト５０と排気カムシャフト５０’の位相を検出しながら以下のようにしてフィードバック制御でおこなう。
【００６９】
現在の吸気カムシャフト５０、排気カムシャフト５０’の位相はクランクポジションセンサ２１２からの信号と、吸気カム角センサ２１４、排気カム角センサ２１４’からの信号に基づいてもとめる。この位相をあらわすパラメータとして＃１気筒の圧縮上死点から吸気カム角センサ２１４、排気カム角センサ２１４’が信号を発生する時点、すなわち＃１気筒のカムの最大リフト時点、までのクランク角を計算する。なお、圧縮上死点は前述のようにクランクポジションセンサ２１２が欠歯部の信号を発生してから所定のクランク角を過ぎた点としてもとめる。
【００７０】
吸気バルブと排気バルブを、例えば、図９の（ｃ）に示すように開閉せしめるための位相は図８に示されていて、図８にはＥＸＲＥＴ、ＩＮＡＤＶで示されているが、実際には前述のカムシャフトの位相の測定に用いたのと同じパラメータで、すなわち、＃１気筒の圧縮上死点から吸気カム角センサ２１４、排気カム角センサ２１４’が信号を発生する時点、すなわち＃１気筒のカムの最大リフト時点、までのクランク角で、記憶されている。
【００７１】
そして、マップからもとめたカムシャフトの目標位相値に対して、実測したカムシャフトの位相が遅れていた場合は、例えば、吸気カムシャフト５０の位相を変える場合は、オイルコントロールバルブ９０の電磁ソレノイド９２にデューテイ比１００％の励磁電流を送る指令を出し、バルブタイミング制御装置１００の進角油室１１０に作動油が流れるようにして、カムシャフトの位相を進めて目標の位相に近づける。逆に、マップからもとめたカムシャフトの目標位相値に対して、実測したカムシャフトの位相が進んでいた場合は、オイルコントロールバルブ９０の電磁ソレノイド９２を消磁する指令を出して、バルブタイミング制御装置１００の遅角油室１２０に作動油が流れるようにして、カムシャフトの位相を遅らせ目標の位相に近づける。そして、カムシャフトの位相が目標値と一致したら中間のデューテイ比の励磁電流を送り、その位相を保持する。
【００７２】
図１４、１５は、それぞれ、吸気カムシャフト５０の位相を最も進角する場合、排気カムシャフト５０’の位相を最も遅角する場合のバルブ特性制御装置１００、１００’のバルブハウジング２０、２０’の内側突起部２２、２２’とロータ４０、４０’のベーン４２、４２’の相対位置関係を示している。
なお、各図において、ハウジング２０、２０’ロータ４０、４０’は図中矢印の様に時計周りに回転する。また各図においては見やすくするために最小限の符号しか示していない。
【００７３】
まず、図１４の様に吸気カムシャフト５０の位相を最も進角する場合は、オイルコントロールバルブ９０の電磁ソレノイド９２をデューテイ比１００％で励磁し太い破線の矢印で示されるように導入された作動油で進角油室１１０を満たし、逆に遅角油室１２０の作動油をすべて排出し、その後、デューテイ比を中間の値にしてその状態を保持する。
【００７４】
一方、図１５の様に吸気カムシャフト５０’の位相を最も遅角する場合は、オイルコントロールバルブ９０’の電磁ソレノイド９２’を消磁し、太い破線の矢印で示されるように導入された作動油で遅角油室１２０’を満たし、逆に進角油室１１０’の作動油をすべて排出し、その後、デューテイ比を中間の値にしてその状態を保持する。
【００７５】
なお、オイルコントロールバルブ９０、９０’は電磁ソレノイド９２、９２’をデューテイ比を１００％に励磁してはじめて進角ポート９１ａ、９１ａ’が開く、また、０％（消磁）ではじめて遅角ポート９１ｂ、９１ｂ’が開く，というものではなく、１００％よりも低い、あるいは０％よりも大きい、デューテイ比から徐々に開き始め、１００％、０％（消磁）で最大開度に達するというものであり、常に、１００％、０％にする必要はない。むしろ、常に、１００％、０％で制御しようとすると、オーバーシュートが発生し目標位相に到達するのに時間がかかるので望ましくない。そこで、この実施の形態においては、目標位相との差に応じてデューテイ比を変更するようにされているが詳細は省略する。
【００７６】
次に、図１１のフローチャートのステップ１１５、１１６および図１２のフローチャートのステップ１２２、１２３における噴射時期の変更について説明する。
この実施の形態において、燃料噴射時期は回転数と負荷に基づき予め定めたマップにしたがって決定するのが基本であって、燃料噴射フラグＦＩＮＪ＝０の時に、この決定方法にしたがって燃料噴射時期が決定される。そして、公知の様に、吸気弁の開弁前に噴射が完了するようにした方が燃料の霧化が良くなる。したがって、マップはその様に設定されている。
【００７７】
ところが、本実施の形態の内燃機関では、負荷が大きいところでは前述のように排気ポート負圧が吸気ポート負圧より大きくなり、上述のように燃料噴射時期を設定していると気筒内に導入された燃料の一部が空気とともに排気ポートに吹き抜けてしまい未燃のＨＣ（ハイドロカーボン）の排出量が増大する。
そこで、この実施の形態においては高負荷への移行にともなう排気カムシャフト５０’の位相の変更の前に燃料噴射がオーバーラップ終了後の排気バルブ閉、吸気バルブ開の状態でおこなわれるようにする。燃料噴射フラグＦＩＮＪ＝１の時にこの様な燃料噴射時期とされる。
【００７８】
図１５に示すのがそのフローチャートであって、フラグＦＩＮＪが１になった場合（ステップ１５０２で肯定判定された場合）には、図８のマップから排気バルブの閉じ時期ＴＥＸＶＣを計算し（ステップ１５０３）、排気バルブの閉じ時期ＴＥＸＶＣに予め定めた適切な時間ＴＡＳを加算して燃料噴射弁の開弁時期ＴＩＢＧＮを決定し（ステップ１５０４）、燃料噴射弁の開弁時期ＴＩＢＧＮに別途計算される燃料噴射時間ＴＡＵを加算して燃料噴射弁の閉弁時期ＴＩＦＩＮを決定する（ステップ１５０６）。図１４のフローチャートのルーチンの実行において空気量決定方法フラグＦＯＬＧが０の場合（ステップ１５０２で否定判定された場合）にはステップ１５０５で通常のマップ（図示せず）からＴＩＢＧＮを決定する。
【００７９】
このようにして決定されたタイミングで燃料を噴射することにより燃料は排気ポートに吹き抜けることなく気筒内に流入することができ、気筒内に残留する空気とともに適切な空燃比の混合気を形成し燃焼の悪化等の問題の発生が防止される。
【００８０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、吸気バルブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオーバーラップ増大方向に変更されることがなくオーバーラップの急増が防止されショックの発生が防止される。
特に請求項２のようにすれば負荷が高負荷から軽負荷に急激に減少される場合は、吸気バルブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオーバーラップ無しになるように変更され、負荷の急減による燃焼の不安定化が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体の構成を示す図である。
【図２】バルブタイミング制御装置の構造をカム中心軸を通る平面で切った断面図である。
【図３】図１の装置を軸方向から見た図である。
【図４】オイルコントロールバルブ９０の構造を示す図である。
【図５】図１の４−４線に沿って見たオイルコントロールバルブ９０とカムシャフト５０内の油路の連通を示す断面図である。
【図６】排気管長の最適化による排気ポート圧力の低下を説明する図である。
【図７】機関回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨＡに対するオーバーラップの量の変化を示すマップである。
【図８】各オーバーラップ量に対する排気カムと吸気カムの位相を示す図表である。
【図９】オーバーラップ大、中、無しの時の排気バルブと吸気バルブの開弁期間、オーバーラップ期間を示す図であって、
（ａ）オーバーラップ無しの場合、
（ｂ）オーバーラップ中の場合、
（ｃ）オーバーラップ大の場合、である。
【図１０】オーバーラップ制御のルーチンのフローチャートである。
【図１１】オーバーラップ制御のルーチンのフローチャートである。
【図１２】オーバーラップ制御のルーチンのフローチャートである。
【図１３】吸気カムシャフトの位相を、最も進角する場合のバルブ特性制御装置１００のバルブハウジング２０とロータ４０の相対位置関係を示している。
【図１４】排気カムシャフトの位相を、最も遅角する場合のバルブ特性制御装置１００’のバルブハウジング２０’とロータ４０’の相対位置関係を示している。
【図１５】噴射タイミングの演算のフローチャートである。
【符号の説明】
２…吸気管
３…サージタンク
４…吸気マニホールド
５…エアクリーナ
６…排気マニホールド
７…排気管
１０…ギヤ
２０、２０’…ハウジング
２２、２２’…内側突出部
３０…サイドカバー
４０、４０’…ロータ
４２、４２’…ベーン
５０、５０’…カムシャフト
７０…シリンダヘッド
８０…カムキャップ
９０…オイルコントロールバルブ
１００、１００’…バルブ特性制御装置
２００…ＥＣＵ
２１１…エアフローメータ
２１２…クランクポジションセンサ
２１３…冷却水温センサ
２１４、２１４’…カム角センサ
２１５…Ｏ２ センサ
２５１…電子スロットル
２５３…点火栓
【発明の属する技術分野】
本発明はバルブの開閉特性を可変制御するバルブ特性制御装置を有する内燃機関、特に吸気バルブと排気バルブの両方のバルブ特性制御装置を有する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気バルブと排気バルブのそれぞれについて、その開閉特性を制御するバルブ特性制御装置を備えオーバーラップを変更するようにした内燃機関が公知である（特開平９−７９０５６号公報参照）。
ところで、排気バルブと吸気バルブが共に開弁しているオーバーラップ期間を増大すると体積効率が向上するのでオーバーラップの増大は出力の要求度が高い負荷が増大された場合である。ところが、この様に負荷が高められた場合は他の制御パラメータ、例えば、燃料量も増量され出力を高めようとする。それに、オーバーラップの増大による体積効率の向上が重なると出力が急激に増大することになりショックを生じるおそれがある。
【０００３】
特に、上記公報の装置のように吸気バルブと排気バルブのそれぞれについて、バルブ特性制御装置を備えた場合には、オーバーラップを大きくすることが多く上記の問題に配慮が必要である。しかしながら、上記の問題に配慮したものはない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑み、吸気バルブと排気バルブのそれぞれについて、バルブ特性制御装置を備えた内燃機関においてオーバーラップを増大するときにショックが発生しないようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、
運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段と、
吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バルブ特性制御装置と、
排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、
目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉タイミングは、
第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、
負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更し、
負荷が軽負荷から高負荷に急激に増大される場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第１タイミングから吸気第２タイミングへの変更が全変更量に対して所定の割合に達した後に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第１タイミングから排気第２タイミングへ変更を開始するようにされた内燃機関が提供される。
【０００８】
この様に構成された内燃機関では、負荷が軽負荷から高負荷に急激に増大される場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第１タイミングから吸気第２タイミングへの変更が全変更量に対して所定の割合に達した後に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第１タイミングから排気第２タイミングへ変更を開始され、吸気バルブの開閉タイミングと排気バルブの開閉タイミングの同時変更が回避されオーバーラップが急増しない。
【０００９】
請求項２の発明によれば、運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、
運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段と、
吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バルブ特性制御装置と、
排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、
目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉タイミングは、
第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、
負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更し、
負荷が高負荷から軽負荷に急激に減少される場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第２タイミングから吸気第１タイミングへの変更と、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第２タイミングから排気第１タイミングへの変更とを同時に開始するようにされた内燃機関が提供される。
【００１０】
この様に構成された内燃機関では、負荷が高負荷から軽負荷に急激に減少される場合は、吸気バルブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオーバーラップ無しになるように変更され、負荷の急減による燃焼の不安定化が抑制される。
【００１１】
請求項３の発明によれば、運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、
運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段と、
吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バルブ特性制御装置と、
排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、
目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉タイミングは、
第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、
負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更し、
負荷が高負荷から中負荷に減少された場合に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第２タイミングから排気第１タイミングへの変更に加えて、
吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第２タイミングから吸気第１タイミングへの変更を同時におこない、その後、吸気バルブ特性制御装置により吸気バルブの開閉タイミングを吸気第１タイミングから吸気第２タイミングへ変更するようにされた内燃機関が提供される。
【００１２】
この様に構成された内燃機関では、負荷が高負荷から中負荷に減少された場合に吸気バルブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオーバーラップ無しに一旦戻され、その後、吸気バルブの開閉タイミングが変更されるので、負荷の減少による燃焼の不安定化が抑制される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の全体の構造を示す図である。
エンジン１の吸気ポート（図示せず）には、吸気管２、サージタンク３、吸気マニホールド４を介して吸入空気が供給される。吸気管２にはエアクリーナ５とエアフローメータ２１１と電子スロットル２５１が配設されている。吸気マニホールド４には各気筒毎に燃料噴射弁２５２が取り付けられている。
【００１６】
電子スロットル２５１は、アクセルペダル（図示しない）の踏み込み量に応じてスロットル開度を変化せしめるが、また、スロットル開度センサとしての機能も有する。
【００１７】
一方、エンジン１の排気ポート（図示しない）には排気マニホールド６が取り付けられている。ここで、このエンジンの点火の順序は＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順であるが、これに対して、図示される様に、排気マニホールド６は、＃１気筒と＃４気筒が、＃２気筒と＃３気筒が、それぞれ等長的に一旦集合され、それがさらに１本に集合されている。そして、オーバーラップ期間中に排気ポートが負圧になるよう長さが最適にされている。
【００１８】
排気マニホールド６の下流に接続された排気管７内には触媒８が配設されている。触媒８の上流には空燃比センサ２１５が配設されていて、空燃比センサ２１５の信号をもとに、触媒８が最適に浄化作用をおこなうように燃料噴射弁２５２の燃料噴射量がフィードバック制御される。また、エンジン１の各気筒に対してイグナイタ一体式の点火栓２５３が配設されている。
【００１９】
また、エンジン１には、特に、本発明に係わるものとして、前述した、エアフローメータ２１１の他に、クランクシャフトの角度位置を検出するクランクポジションセンサ２１２、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ２１３、吸気カムシャフト５０、排気カムシャフト５０’の位相を検出するカム角センサ２１４、２１４’等のセンサが配設されていて、これらのセンサからの信号は電子制御ユニット（ＥＣＵ）２００に送られる。
【００２０】
エアフローメータ２１１は負荷としての吸気管通過空気量に応じた信号電圧を発生する。
クランクポジションセンサ２１２は構造の詳細は省略するが、例えば、クランクシャフトに取り付けられた信号発生円板の突起に近接して電磁ピックアップが配され、この電磁ピックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生する。信号発生円板の突起は１０°毎に設けられているが、２つ欠歯しているので３４個ある。欠歯箇所は例えば１番気筒の上死点に対して所定の角度位置に設けられているので、欠歯箇所が発した信号から上死点を正確に求めるもとができる。そして、１０°おきに発生される信号はさらに分周され計測時点の上死点からのクランク角度を精確にもとめることができる。
【００２１】
エンジン水温センサ２１３はエンジン１の冷却水温ＴＷに対応した信号を発生する。
吸気カム角センサ２１４と排気カム角センサ２１４’は、カムシャフトの適切な場所に設けられた信号発生突起に近接して電磁ピックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生するというものである。この突起は、カムシャフトの１回転につき１回、すなわちクランクシャフト２回転につき１回信号を発生する。この突起は、例えば、第１気筒のカム山の最大リフト時に信号を発生する様に設けられている。
【００２２】
ＥＣＵ２００は相互に連結された入力インターフェイス２１０、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２２０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３０、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２４０、出力インターフェイス２５０から成るデジタルコンピュータである。
ＥＣＵ２００のＣＰＵ２２０は、入力インターフェイス２１０に入力された各センサの信号、ＲＯＭ２４０に記憶されたデータ等、から後述する本発明にかかわる演算をおこない出力インターフェイス２５０を介して、電子スロットル２５１、点火栓２５３や後述のバルブ特性制御装置１００、１００’に出力して本発明の制御を実行するが、その他、空燃比のフィードバック制御、点火時期の制御等をおこなう。
【００２３】
そして、吸気バルブ（図示しない）の開弁期間の位相、および、排気バルブ（図示しない）の開弁期間の位相を変えてオーバーラップ期間を変更するために、同じ構造のベーンタイプのバルブ特性制御装置１００と１００’が、吸気カムシャフト５０、排気カムシャフト５０’に取り付けられている。
そこで、以下、吸気カムシャフト５０に取り付けられたバルブ特性制御装置１００を例にして説明する。
【００２４】
なお、同じ番号で“’”が付されたのは排気用のものである。
【００２５】
図２は吸気カムシャフト５０に取り付けられたこのベーンタイプのバルブ特性制御装置１００を吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘを通る平面で切った断面図である。
図２を参照すると、クランクシャフト（図示しない）によりチェーン（図示しない）を介して１／２の回転比で駆動されるギア１０に、ギア１０と共働して進角油室１１０と遅角油室１２０を形成するハウジング２０とサイドカバ−３０がＢ１（４本の内１本のみ図示）により固定されている。ハウジング２０の内側にはロータ４０が所定角度回動自在に配設されている。ロータ４０は吸気カムシャフト５０にボルトＢ２で固定されている。
【００２６】
図３はサイドカバー３０とボルトＢ１、ボルトＢ２を除去した状態でバルブ特性制御装置１を軸端側（図１の左側）から見た図である。
図３に示されるようにハウジング２０は外周部２１と４つの内側突起部２２からなる。内側突起部２２の内周側にはシール部材２３が配設されている。２４はボルトＢ１が通る穴である。図２においては、ハウジング２０は吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも上側では外周部２１と内側突起部２２が一体でシール部材２３と共に示され、吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも下側ではハウジング２０は外周部２１が示されており、破線２０ａは外周部２１と内側突起部２２の境目である。
【００２７】
また、図３に示されるように、ロータ４０はボス４１とそこから放射状に外側に突き出た４つのベーン４２から成る。各ベーン４０の外周側にはシール部材４３が配設されている。図２においては、ロータ４０は、吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも上側ではボス４１のみが示され、吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも下側ではボス４１とベーン４２が一体でシール部材４３と共に示されており、破線４０ａはボス４１とベーン４２の境目である。
【００２８】
ロータ４０のボス４１には進角時にカムシャフト内進角油路５５を通って来た作動油をボス４１の中央部のボルトＢ２の周りに形成される中央油室４４に導く２本の傾斜油路４５と、中央油室４４から、ロータ４０のベーン４２とハウジング２０の内側突起部２２の間に形成される、進角油室１１０に作動油を導入する４本の分配油路４６が形成されている。
【００２９】
図２に戻り吸気カムシャフト５０に注目すると、吸気カムシャフト５０は外側フランジ５１と内側フランジ５２の間で、半割りの上側メタルベアリング６０Ａ、下側メタルベアリング６０Ｂを介して、シリンダヘッド７０とカムキャップ８０により回転自在に支持されている。そして、外側フランジ５１と内側フランジ５２の間で、内側フランジ５２に近い方に環状進角油路５３が、外側フランジ５２に近い方に環状遅角油路５４が形成されている。
【００３０】
環状進角油路５３は中心軸線Ｘに平行に形成されたカムシャフト内進角油路５５と短い油路５５ａを介して連通している。そしてカムシャフト内進角油路５５はロータ４０の傾斜油路４５に連通している。
環状遅角油路５４は中心軸線Ｘに平行に形成されたカムシャフト内遅角油路５６と短い油路５６ａを介して連通している。カムシャフト内進角油路５６は外側フランジ５１よりも軸端側に設けられている軸端側環状遅角油路５７に連通している。
【００３１】
軸端側環状遅角油路５７は、ギヤ１０の内周側に設けられたギヤ内環状油路１１とギヤ内分配油路１２を介して、遅角油室１２０に連通している。
【００３２】
一方、シリンダヘッド７０には各油室への作動油の供給を制御するオイルコントロールバルブ９０が嵌入されている。
図４にオイルコントロールバルブ９０の詳細を示す。図４に示されているようにオイルコントロールバルブ９０はスリーブ９１内で電磁ソレノイド９２のプランジャ９３とスプリング９４によってスプール弁９５を移動して作動油の流れ方向を切り換える。
【００３３】
スリーブ９１は進角ポート９１ａ、遅角ポート９１ｂ、供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１ｄ、９１ｅを有している。一方、スプール弁９５は、４つのランド９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄと、３つの溝通路９５ｅ、９５ｅ、９５ｆを有する。
そして電磁ソレノイド９２は電子コントロールユニット（以下ＥＣＵ）２００からの信号によりデューテイ制御で励磁されるがそのデューティ比を変えることによりスプール弁９５の位置が変化させて作動油の進角油室１１０、遅角油室１２０への給排を制御する。
【００３４】
例えば、デューティ比１００％で励磁されるとスプール弁９５は最も左側まで移動し進角ポート９１ａは全開で供給ポート９１ｃと連通され、遅角ポート９１ｂが全開でドレインポート９１ｅと連通され、バルブ特性制御装置１００の進角油室１１０に向けて作動油が最大能力で供給され、遅角油室１２０から作動油が最大能力で排出され、吸気カムシャフト５０はクランクシャフトに対して最大速度で進角方向に移動する。
【００３５】
また、デューテイ比０％（励磁されない）の場合は、スプール弁９５は最も右側まで移動し供給ポート９１ｃと遅角ポート９１ｂが全開で連通され、進角ポート９１ａがドレインポート９１ｄと全開で連通され、バルブ特性制御装置１００の遅角油室１２０に向けて作動油が最大能力で供給され、進角油室１１０から作動油が最大能力で排出され、吸気カムシャフト５０はクランクシャフトに対して最大速度で遅角方向に移動する。
【００３６】
図４はこの供給ポート９１ｃと遅角ポート９１ｂが全開で連通された状態を示している。
【００３７】
一方、エンジン１は前述のように吸気カムシャフト５０のクランクシャフトに対する位相差を検出する吸気カム角センサ２１４を有していて（図１参照）、吸気カムシャフト５０のクランクシャフトに対する位相差が予め定めた位相差になると、電磁ソレノイド９２は中間のデューテイ比で励磁されスプール弁９５はランド９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄによって、進角ポート９１ａと供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１ｄとの連通をそれぞれ遮断し、遅角ポート９１ｂと供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１ｄとの連通をそれぞれ遮断する位置で停止し、吸気カムシャフト５０はクランクシャフトに対してその位相差を保つ。
【００３８】
図２において、７１で示されるのはオイルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａと吸気カムシャフト５０に形成された環状進角油路５３を連通するためのシリンダヘッド内進角油路である。また、７２で示されるのはオイルコントロールバルブ９０の遅角ポート９１ｂと吸気カムシャフト５０に形成された環状遅角油路５４を連通するためのシリンダヘッド内遅角油路である。
【００３９】
同じく、図２において７３で示されるのはオイルコントロールバルブ９０の供給ポート９１ｃとオイルポンプ（図示しない）を連通するための供給油路であり、７４で示されるのはオイルコントロールバルブ９０のドレーンポート９１ｄ、９１ｅとオイルパンを連通するためのドレーン油路である。
【００４０】
図５は図２の４−４線に沿って見た断面図であって、環状進角油路５３とシリンダヘッド内進角油路７１との連通、および、環状遅角油路５４とシリンダヘッド内遅角油路７２との連通を示している。
図４に示されるように、シリンダヘッド内進角油路７１はオイルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカムキャップ８０に向かって上方に延伸しシリンダヘッド７０の上面７６に突き抜けている。
【００４１】
このシリンダヘッド内進角油路７１と上側ベアリングメタル６０Ａの外側を結ぶようにカムキャップ８０の下面８１に溝８２が形成されている。一方、上側ベアリングメタル６０Ａには穴６１が形成されていて、穴６１の径は環状進角油路５３の幅よりも大きく設定されている。そして、この穴６１とカムキャップ８０の下面８１に溝８２を連通するように傾斜油路８３が形成されている。
【００４２】
一方、シリンダヘッド内遅角油路７２はオイルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカムキャップ８０に向かって上方に延伸するが途中で斜めに曲がって下側ベアリングメタル６０Ｂの外側の開口７２ａに達している。
上記の開口７２ａの径よりも幅の大きな断面三日月状の溝７８が、この開口７２ａから軸端方向に向かって、下側ベアリングメタル６０Ｂを受けるシリンダヘッド７０に形成されている。
【００４３】
一方、下側ベアリングメタル６０Ｂには、そのフランジ部６０Ｆが立ち上がる角部に切り欠き６２が形成されている。切り欠きを軸方向から見た大きさは少なくとも溝７８の三日月状の断面よりも大きく、切り欠きを軸に直角な方向から見た時の幅は、この部分に内接する吸気カムシャフト５０の環状遅角油路５４の幅よりも大きい。
【００４４】
したがって、進角用の作動油はオイルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａから、シリンダヘッド内油路７１、カムキャップ８０の溝８２、傾斜油路８３、上側ベアリングメタル６０Ａの穴６１を通って、吸気カムシャフト５０の環状進角油路５３に達する。環状進角油路５３からは短い連絡油路５５ａを通ってカムシャフト内進角油路５５に入って軸端方向に進み、ロータ４０の傾斜油路４５を通って中央油室４４に達し、そこから分配油路４６を通って各進角油室１１０に分配される。
【００４５】
また、遅角用の作動油はオイルコントロールバルブ９０の遅角ポート９１ｂからシリンダヘッド内油路７２から、断面三日月状の溝７８と下側ベアリングメタル６０Ｂの背面の間に形成される油路７９に入って軸端方向に進み、下側ベアリングメタル６０Ｂの軸端のフランジ部６０Ｆが立ち上がる角部に形成された切り欠き６２を通って吸気カムシャフト５０の環状遅角油路５４に達する。環状遅角油路５４からは短い連絡油路５６ａを通ってカムシャフト内遅角油路５６に入って軸端方向に進み、短い連絡油路５６ｂを通って軸端側環状遅角油路５７に達する。そこからは、軸端側環状遅角油路５７に対向してギヤ１０に形成された環状油路１１を経て傾斜分配油路１２に入り、各遅角油室１２０に分配される。
【００４６】
次に、排気マニホールド６の長さの最適化について説明する。前述したように、このエンジンは排気マニホールド６の長さが最適にされてオーバーラップの期間に排気ポートの圧力Ｐｅが負圧になるようにされている。
したがって、スロットル開度が大きくなると排気ポートの圧力よりも吸気ポートＰｉの圧力が高くなり吸気が排気ポートへ吹き抜ける。図６はその説明図である。
【００４７】
以下、上記の様に構成された、本発明の実施の形態における制御について説明する。
この制御は、図７に示すように負荷に応じてオーバーラップの量が設定されていて、負荷の変化にともないオーバーラップの量を変える時にショックが発生しないようにするものである。
【００４８】
図８はオーバーラップ無し、中、大の時の吸気カム５０および排気カム５０’の位相を示したものであって、以下のように設定されている。
＜オーバーラップ量が無しの場合＞
吸気カム５０の位相 ：遅れ側のＩＮＲＥＴ
排気カム５０’の位相：進み側のＥＸＡＤＶ
＜オーバーラップ量が中の場合＞
吸気カム５０の位相 ：進み側のＩＮＡＤＶ
排気カム５０’の位相：進み側のＥＸＡＤＶ
＜オーバーラップ量が大の場合＞
吸気カム５０の位相 ：進み側のＩＮＲＥＴ
排気カム５０’の位相：進み側のＥＸＡＤＶ
【００４９】
図９はオーバーラップ無し、中、大の時の排気バルブと吸気バルブの開き始め位置と開き終わり（閉じ）位置の例を示したものであって、
（ａ）はオーバーラップ無しの場合、
（ｂ）はオーバーラップ中の場合、
（ｃ）はオーバーラップ大の場合である。
【００５０】
図１０〜図１３が制御を実行するためのフローチャートである。
図１０のステップ１０１から１０６までは、各パラメータを読み込むステップである。ステップ１０７では負荷、例えばスロットル開度ＴＨＡ、の今回の値と、前回の値を比較することによって、加速（一定速を含む）か、減速かを判定し、加速の場合は図１１のステップ１０８に進み、減速の場合は図１２のステップ１１９に進む。
【００５１】
先ず、加速と判定された場合について説明する。加速には次の様なケースが想定される。
（１）図７のオーバーラップ無し（軽負荷）の領域からオーバーラップ大（高負荷）の領域への急加速。
（２）図７のオーバーラップ無し（軽負荷）の領域からオーバーラップ中（中負荷）の領域への加速。
（３）図７のオーバーラップ中（中負荷）の領域からオーバーラップ大（高負荷）の領域への加速。
（４）各領域内での小さな加速。
【００５２】
本実施例では、上記の各ケースの内、（４）のケースはオーバーラップの変更の必要がないので何もしないようにする。（１）〜（３）のケースの内、（１）のケースは本発明の特徴としてショックをさけるために吸気カムシャフト５０の位相変更が要求される位相変更量に対して予め定めた割合に達してから排気カムシャフト５０’の位相変更してからおこなう。
【００５３】
ステップ１０８の判定は吸気カムシャフト５０の現在の位相ＩＮＡＣＴがマップから求めた目標値ＩＮＭＡＰに一致していないか否かの判定であるので、図８より、上記（１）、（２）のケースでは肯定判定され、（３）、（４）のケースでは否定判定される。
（１）、（２）のケースでは、上記のようにステップ１０８で肯定判定された後、ステップ１１０、１１１において吸気カムシャフト５０のセット値（指令値）ＩＮＳＥＴをオーバーラップ大にするための値ＩＮＲＥＴにしてステップ１１２に進む。
【００５４】
ステップ１１２では排気カムシャフト５０’の現在の位相ＥＸＡＣＴがマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰに一致していないか否かの判定をおこなう。
（２）のケースでは排気カムシャフト５０’の位相は変わらないから否定判定されそのままリターンする。
（１）のケースでは肯定判定されステップ１１３に進む。
【００５５】
ステップ１１３では吸気カムシャフト５０の位相変更が要求される位相変更量に対して予め定めた割合に達していないか否かを判定する。
ステップ１１３で肯定判定された場合はステップ１１４で排気カムシャフト５０’の位相のセット値を現在の値にして、すなわちマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにするのを中止して、リターンする。
【００５６】
やがて、吸気カムシャフト５０の位相変更が要求される位相変更量に対して予め定めた割合に達すると、ステップ１１３で否定判定される。
吸気カムシャフト５０の位相変更が要求される位相変更量に対して予め定めた割合に達すると排気カムシャフト５０’の位相のセット値をマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにするが、その前にステップ１１５、１１６で噴射時期の変更を完了せしめる。この噴射時期の変更については後述する。
【００５７】
そして、噴射時期の変更が完了した後、ステップ１１７、１１８で排気カムシャフト５０’の位相のセット値をマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにしてリターンする。
【００５８】
一方、（３）、（４）のケースの場合はステップ１０８で否定判定されステップ１０９に進む。
ステップ１０９では排気カムシャフト５０’の現在の位相ＥＸＡＣＴがマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰに一致していないか否かの判定がされるので（４）のケースの場合は否定判定され、そのまま何もせずにリターンする。（３）のケースの場合はステップ１０９で肯定判定され、その後、（１）のケースの場合と同様に、ステップ１１５、１１６で噴射時期の変更を完了せしめてから、ステップ１１７、１１８で排気カムシャフト５０’のセット値をマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにしてリターンする。
【００５９】
次に、減速と判定された場合について説明する。減速には次の様なケースが想定される。
（５）図７のオーバーラップ大（高負荷）の領域からオーバーラップ無し（軽負荷）の領域への減速。
（６）図７のオーバーラップ大（高負荷）の領域からオーバーラップ中（中負荷）の領域への減速。
（７）図７のオーバーラップ中（中負荷）の領域からオーバーラップ無し（軽負荷）の領域への減速。
（８）各領域内での小さな減速。
【００６０】
本実施例では、上記の各ケースの内、（８）のケースはオーバーラップの変更の必要がないので何もしないようにする。（５）〜（８）のケースの内、（６）のケースは最終的にはオーバーラップを中にするものであるが、減速にともなう燃焼の不安定を回避するために、この場合も一旦オーバーラップ無しにしてからオーバーラップ中に戻すようにする。
【００６１】
ステップ１１９の判定は排気カムシャフト５０’の現在の位相ＥＸＡＣＴがマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰに一致していないか否かの判定であるので、図８より、上記（５）、（６）のケースでは肯定判定され、（７）、（８）のケースでは否定判定される。
（５）、（６）のケースでは、上記のようにステップ１１９で肯定判定された後、ステップ１２０、１２１において排気カムシャフト５０’のセット値ＥＸＳＥＴをオーバーラップ無しにするための値ＥＸＡＤＶにする。
【００６２】
その後、ステップ１２２、１２３において噴射時期の変更を完了せしめてからステップ１２４、１２５において吸気カムシャフト５０のセット値ＩＮＳＥＴをオーバーラップ無しにするための値ＩＮＲＥＴにする。
【００６３】
上述したように、（６）のケースでは吸気カムシャフト５０の位相をＩＮＲＥＴにした後に再びＩＮＡＤＶに戻す必要がある。
そこで、ステップ１２６において吸気カムシャフト５０のセット値ＩＮＳＥＴがＩＮＡＤＶであるかどうかの判定をおこなう。（６）のケースでは肯定判定されるが、（５）のケースでは否定判定される。
【００６４】
（５）のケースで否定判定された場合はそのままリターンする。そして、（６）のケースで肯定判定された場合はステップ１２７に進み、吸気カムシャフト５０の現在の位相ＩＮＡＣＴが前回の位相ＩＮＡＣＴＯＬＤ より遅れ側にあるか否かを判定する。
ステップ１２７で肯定判定されるということはこれは吸気カムシャフト５０の位相がＩＮＲＥＴに変更中であって、すなわちＩＮＲＥＴに達していないことを意味するので、この場合は、何もせずにリターンする。
【００６５】
逆にステップ１２７で否定判定された場合は、吸気カムシャフト５０の位相がＩＮＲＥＴに達したことを意味するのでその場合はステップ１２８、１２９において目標位相ＩＮＳＥＴをＩＮＭＡＰにしてリターンする。
【００６６】
次に前述の（７）のケースの場合を考える。この場合は図８の表から排気カムシャフト５０’は目標位相ＥＸＳＥＴが変わらないのでステップ１１９で否定判定されステップ１３０に進む。
ステップ１３０では吸気カムシャフト５０の現在の位相が目標位相ＩＮＭＡＰと異なるか否かを判定する。したがって、（７）のケースの場合は肯定判定されてステップ１３１、１３２で目標位相ＩＮＭＡＰをセットしてリターンする。
【００６７】
なお、（８）のケースの場合はステップ１３０で否定判定され何もせずにリターンする。
【００６８】
次に、上記のようにおこなわれるオーバーラップ量の変更について説明する。オーバーラップを拡大する場合について以下説明する。オーバーラップの拡大は、指令値に従って吸気バルブの開弁期間を進角側にずらすこと、および、または、排気バルブの開弁期間を遅角側にずらすことにより行われる。
これらは、吸気カムシャフト５０と排気カムシャフト５０’の回転位相をそれぞれ、進角側と遅角側に移動することにより達成される。このカムシャフトの移動は、クランクポジションセンサ２１２と吸気カム角センサ２１４と排気カム角センサ２１４’で、吸気カムシャフト５０と排気カムシャフト５０’の位相を検出しながら以下のようにしてフィードバック制御でおこなう。
【００６９】
現在の吸気カムシャフト５０、排気カムシャフト５０’の位相はクランクポジションセンサ２１２からの信号と、吸気カム角センサ２１４、排気カム角センサ２１４’からの信号に基づいてもとめる。この位相をあらわすパラメータとして＃１気筒の圧縮上死点から吸気カム角センサ２１４、排気カム角センサ２１４’が信号を発生する時点、すなわち＃１気筒のカムの最大リフト時点、までのクランク角を計算する。なお、圧縮上死点は前述のようにクランクポジションセンサ２１２が欠歯部の信号を発生してから所定のクランク角を過ぎた点としてもとめる。
【００７０】
吸気バルブと排気バルブを、例えば、図９の（ｃ）に示すように開閉せしめるための位相は図８に示されていて、図８にはＥＸＲＥＴ、ＩＮＡＤＶで示されているが、実際には前述のカムシャフトの位相の測定に用いたのと同じパラメータで、すなわち、＃１気筒の圧縮上死点から吸気カム角センサ２１４、排気カム角センサ２１４’が信号を発生する時点、すなわち＃１気筒のカムの最大リフト時点、までのクランク角で、記憶されている。
【００７１】
そして、マップからもとめたカムシャフトの目標位相値に対して、実測したカムシャフトの位相が遅れていた場合は、例えば、吸気カムシャフト５０の位相を変える場合は、オイルコントロールバルブ９０の電磁ソレノイド９２にデューテイ比１００％の励磁電流を送る指令を出し、バルブタイミング制御装置１００の進角油室１１０に作動油が流れるようにして、カムシャフトの位相を進めて目標の位相に近づける。逆に、マップからもとめたカムシャフトの目標位相値に対して、実測したカムシャフトの位相が進んでいた場合は、オイルコントロールバルブ９０の電磁ソレノイド９２を消磁する指令を出して、バルブタイミング制御装置１００の遅角油室１２０に作動油が流れるようにして、カムシャフトの位相を遅らせ目標の位相に近づける。そして、カムシャフトの位相が目標値と一致したら中間のデューテイ比の励磁電流を送り、その位相を保持する。
【００７２】
図１４、１５は、それぞれ、吸気カムシャフト５０の位相を最も進角する場合、排気カムシャフト５０’の位相を最も遅角する場合のバルブ特性制御装置１００、１００’のバルブハウジング２０、２０’の内側突起部２２、２２’とロータ４０、４０’のベーン４２、４２’の相対位置関係を示している。
なお、各図において、ハウジング２０、２０’ロータ４０、４０’は図中矢印の様に時計周りに回転する。また各図においては見やすくするために最小限の符号しか示していない。
【００７３】
まず、図１４の様に吸気カムシャフト５０の位相を最も進角する場合は、オイルコントロールバルブ９０の電磁ソレノイド９２をデューテイ比１００％で励磁し太い破線の矢印で示されるように導入された作動油で進角油室１１０を満たし、逆に遅角油室１２０の作動油をすべて排出し、その後、デューテイ比を中間の値にしてその状態を保持する。
【００７４】
一方、図１５の様に吸気カムシャフト５０’の位相を最も遅角する場合は、オイルコントロールバルブ９０’の電磁ソレノイド９２’を消磁し、太い破線の矢印で示されるように導入された作動油で遅角油室１２０’を満たし、逆に進角油室１１０’の作動油をすべて排出し、その後、デューテイ比を中間の値にしてその状態を保持する。
【００７５】
なお、オイルコントロールバルブ９０、９０’は電磁ソレノイド９２、９２’をデューテイ比を１００％に励磁してはじめて進角ポート９１ａ、９１ａ’が開く、また、０％（消磁）ではじめて遅角ポート９１ｂ、９１ｂ’が開く，というものではなく、１００％よりも低い、あるいは０％よりも大きい、デューテイ比から徐々に開き始め、１００％、０％（消磁）で最大開度に達するというものであり、常に、１００％、０％にする必要はない。むしろ、常に、１００％、０％で制御しようとすると、オーバーシュートが発生し目標位相に到達するのに時間がかかるので望ましくない。そこで、この実施の形態においては、目標位相との差に応じてデューテイ比を変更するようにされているが詳細は省略する。
【００７６】
次に、図１１のフローチャートのステップ１１５、１１６および図１２のフローチャートのステップ１２２、１２３における噴射時期の変更について説明する。
この実施の形態において、燃料噴射時期は回転数と負荷に基づき予め定めたマップにしたがって決定するのが基本であって、燃料噴射フラグＦＩＮＪ＝０の時に、この決定方法にしたがって燃料噴射時期が決定される。そして、公知の様に、吸気弁の開弁前に噴射が完了するようにした方が燃料の霧化が良くなる。したがって、マップはその様に設定されている。
【００７７】
ところが、本実施の形態の内燃機関では、負荷が大きいところでは前述のように排気ポート負圧が吸気ポート負圧より大きくなり、上述のように燃料噴射時期を設定していると気筒内に導入された燃料の一部が空気とともに排気ポートに吹き抜けてしまい未燃のＨＣ（ハイドロカーボン）の排出量が増大する。
そこで、この実施の形態においては高負荷への移行にともなう排気カムシャフト５０’の位相の変更の前に燃料噴射がオーバーラップ終了後の排気バルブ閉、吸気バルブ開の状態でおこなわれるようにする。燃料噴射フラグＦＩＮＪ＝１の時にこの様な燃料噴射時期とされる。
【００７８】
図１５に示すのがそのフローチャートであって、フラグＦＩＮＪが１になった場合（ステップ１５０２で肯定判定された場合）には、図８のマップから排気バルブの閉じ時期ＴＥＸＶＣを計算し（ステップ１５０３）、排気バルブの閉じ時期ＴＥＸＶＣに予め定めた適切な時間ＴＡＳを加算して燃料噴射弁の開弁時期ＴＩＢＧＮを決定し（ステップ１５０４）、燃料噴射弁の開弁時期ＴＩＢＧＮに別途計算される燃料噴射時間ＴＡＵを加算して燃料噴射弁の閉弁時期ＴＩＦＩＮを決定する（ステップ１５０６）。図１４のフローチャートのルーチンの実行において空気量決定方法フラグＦＯＬＧが０の場合（ステップ１５０２で否定判定された場合）にはステップ１５０５で通常のマップ（図示せず）からＴＩＢＧＮを決定する。
【００７９】
このようにして決定されたタイミングで燃料を噴射することにより燃料は排気ポートに吹き抜けることなく気筒内に流入することができ、気筒内に残留する空気とともに適切な空燃比の混合気を形成し燃焼の悪化等の問題の発生が防止される。
【００８０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、吸気バルブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオーバーラップ増大方向に変更されることがなくオーバーラップの急増が防止されショックの発生が防止される。
特に請求項２のようにすれば負荷が高負荷から軽負荷に急激に減少される場合は、吸気バルブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオーバーラップ無しになるように変更され、負荷の急減による燃焼の不安定化が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体の構成を示す図である。
【図２】バルブタイミング制御装置の構造をカム中心軸を通る平面で切った断面図である。
【図３】図１の装置を軸方向から見た図である。
【図４】オイルコントロールバルブ９０の構造を示す図である。
【図５】図１の４−４線に沿って見たオイルコントロールバルブ９０とカムシャフト５０内の油路の連通を示す断面図である。
【図６】排気管長の最適化による排気ポート圧力の低下を説明する図である。
【図７】機関回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨＡに対するオーバーラップの量の変化を示すマップである。
【図８】各オーバーラップ量に対する排気カムと吸気カムの位相を示す図表である。
【図９】オーバーラップ大、中、無しの時の排気バルブと吸気バルブの開弁期間、オーバーラップ期間を示す図であって、
（ａ）オーバーラップ無しの場合、
（ｂ）オーバーラップ中の場合、
（ｃ）オーバーラップ大の場合、である。
【図１０】オーバーラップ制御のルーチンのフローチャートである。
【図１１】オーバーラップ制御のルーチンのフローチャートである。
【図１２】オーバーラップ制御のルーチンのフローチャートである。
【図１３】吸気カムシャフトの位相を、最も進角する場合のバルブ特性制御装置１００のバルブハウジング２０とロータ４０の相対位置関係を示している。
【図１４】排気カムシャフトの位相を、最も遅角する場合のバルブ特性制御装置１００’のバルブハウジング２０’とロータ４０’の相対位置関係を示している。
【図１５】噴射タイミングの演算のフローチャートである。
【符号の説明】
２…吸気管
３…サージタンク
４…吸気マニホールド
５…エアクリーナ
６…排気マニホールド
７…排気管
１０…ギヤ
２０、２０’…ハウジング
２２、２２’…内側突出部
３０…サイドカバー
４０、４０’…ロータ
４２、４２’…ベーン
５０、５０’…カムシャフト
７０…シリンダヘッド
８０…カムキャップ
９０…オイルコントロールバルブ
１００、１００’…バルブ特性制御装置
２００…ＥＣＵ
２１１…エアフローメータ
２１２…クランクポジションセンサ
２１３…冷却水温センサ
２１４、２１４’…カム角センサ
２１５…Ｏ２ センサ
２５１…電子スロットル
２５３…点火栓
Claims (3)
- 運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、
運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段と、
吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バルブ特性制御装置と、
排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、
目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉タイミングは、
第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、
負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更し、
負荷が軽負荷から高負荷に急激に増大される場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第１タイミングから吸気第２タイミングへの変更が全変更量に対して所定の割合に達した後に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第１タイミングから排気第２タイミングへ変更を開始する、ことを特徴とする内燃機関。 - 運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、
運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段と、
吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バルブ特性制御装置と、
排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、
目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉タイミングは、
第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、
負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更し、
負荷が高負荷から軽負荷に急激に減少される場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第２タイミングから吸気第１タイミングへの変更と、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第２タイミングから排気第１タイミングへの変更とを同時に開始することを特徴とする内燃機関。 - 運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、
運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段と、
吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バルブ特性制御装置と、
排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、
目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉タイミングは、
第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、
第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、
負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更し、
負荷が高負荷から中負荷に減少された場合に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第２タイミングから排気第１タイミングへの変更に加えて、
吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸気第２タイミングから吸気第１タイミングへの変更を同時におこない、その後、吸気バルブ特性制御装置により吸気バルブの開閉タイミングを吸気第１タイミングから吸気第２タイミングへ変更することを特徴とする内燃機関。
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