JP3972720B2 - 内燃機関のバルブ特性制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸・排気バルブのバルブ特性を可変制御する内燃機関のバルブ特性制御装置、特に内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのそれぞれに対して可変動弁機構を備え、両バルブのバルブ特性をそれぞれ個別に変更可能な内燃機関に適用して好適な制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の出力や排気エミッション等の向上を目的として、バルブタイミング（開閉時期）やバルブリフト量等の吸・排気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構が知られている。特に車載用内燃機関には、例えば、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更することで、吸・排気バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）等が可変動弁機構として広く採用されている。
【０００３】
また、例えば特開平１１−２１８０３５号公報に記載されているように、吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトとに上記ＶＶＴ機構をそれぞれ実装し、吸・排気バルブのバルブタイミングをそれぞれ個別に変更可能な、いわゆるデュアルＶＶＴシステムを搭載した内燃機関も実用されている。
【０００４】
従来、そうしたデュアルＶＶＴシステムの搭載された内燃機関のバルブ特性制御装置では、機関運転状態に応じた最適な吸・排気バルブのバルブタイミングが各ＶＶＴ機構の目標バルブタイミングとしてそれぞれ個別に算出されている。そして、各ＶＶＴ機構の実バルブタイミングを各自の目標バルブタイミングにそれぞれ一致させるように、各ＶＶＴ機構の駆動制御が行われるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなデュアルＶＶＴシステムのバルブ特性制御装置では、上記制御を通じて、吸・排気バルブの双方を機関運転状態に応じた最適なバルブタイミングに設定することができる。しかしながら、上記従来のバルブ特性制御装置では、各ＶＶＴ機構によるバルブタイミングの変更途中に、次のような不具合が生じることがあり、まだ改善の余地がある。
【０００６】
内燃機関のバルブ特性制御装置における目的の一つに、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップ量の調整がある。バルブオーバラップ量を機関運転状態に応じて最適化することで、内部ＥＧＲ量を適宜に調整して、排気エミッションを向上させることができる。
【０００７】
上記従来のバルブ特性制御装置においても、機関運転状態に応じた最適なバルブオーバラップ量が得られるように、各ＶＶＴ機構の目標バルブタイミングをそれぞれ適切に設定しさえすれば、最終的にはバルブオーバラップ量の最適化を図ることはできる。ただし上記従来のバルブ特性制御装置では、目標バルブタイミングを設定した後、各自の目標バルブタイミングへの各ＶＶＴ機構の駆動制御が共に完了するまでは、最適なバルブオーバラップ量を得ることができず、バルブオーバラップ量の調整に関しては十分な応答性を確保することが困難となっている。そのため、特にバルブオーバラップ量の設定が排気エミッション等に与える影響が大きい運転状況においては、各ＶＶＴ機構の実バルブタイミングが目標バルブタイミングと一致するまでの応答遅れの間に、排気エミッションの悪化等の不具合が発生することがあった。
【０００８】
また、両ＶＶＴ機構の応答速度に違いがある場合には、更に次のような問題が生じてしまう。ちなみに吸・排気双方のＶＶＴ機構が全く同一の構成であっても、多くの場合には、両ＶＶＴ機構に対する駆動油圧の供給路長さ等の差違により、各ＶＶＴ機構の応答速度には違いが生じてしまう。以下に、こうした応答速度の違いにより生じる問題について、図７を参照して説明する。
【０００９】
図７は、上記従来のバルブ特性制御装置による吸・排気バルブのバルブタイミング制御態様の一例を示している。同図７の例では、吸気側のＶＶＴ機構の応答速度が排気側のＶＶＴ機構の応答速度よりも低い場合を示している。またここでは、同図に示される時刻Ｔにおける状態から、各ＶＶＴ機構のバルブタイミングを現状よりも遅角側にそれぞれ変更しつつ、バルブオーバラップ量を現状よりも小さく変更するときを例として説明する。
【００１０】
時刻Ｔにおいて、上記のようなバルブタイミングの変更を要求する目標バルブタイミングの算出がなされると、各ＶＶＴ機構により両バルブのバルブタイミングがそれぞれ遅角側に変更され始める。この変更途中では、上記のような各ＶＶＴ機構の応答速度の違いにより、排気バルブのバルブタイミングの変更速度が吸気バルブよりも速くなっている。そのため、バルブオーバラップ量は、時間の経過とともに変更前よりも徐々に増大していくようになる。
【００１１】
そして時刻Ｔ１において、目標バルブタイミングへの排気バルブのバルブタイミングが完了すると、その後は、吸気バルブのバルブタイミングが遅角側へと変更されるのに従って、バルブオーバラップ量は徐々に減少していく。そして目標バルブタイミングへの吸気バルブのバルブタイミングの変更も完了する時刻Ｔ２になって、はじめて機関運転状態に応じたバルブオーバラップ量が確保される。
【００１２】
よって、最終的には所望とするバルブオーバラップ量が確保されるとはいえ、バルブタイミングの変更途中には、最終的にバルブオーバラップ量を変更前よりも小さくしようとしているにもかかわらず、一時的にバルブオーバラップ量が変更前よりも不必要に増大した状態となっている。こうして不必要にバルブオーバラップ量が増大すれば、シリンダ内の内部ＥＧＲ量が過大となり、内燃機関のＨＣ排出量が増大してしまう。また、内部ＥＧＲ量が過大になることにより燃焼温度が不適切に低下してしまったり、吸気通路側から排気通路側への吸気の吹き抜けが生じ過ぎて燃焼状態が不安定になったりしてしまう。そして、最悪の場合には、エンジンストールを誘発してしまうおそれがある。
【００１３】
更に、両ＶＶＴ機構の応答速度に違いがあれば、状況によっては、バルブオーバラップ量を現状よりも増大すべく各バルブのバルブタイミングを変更している途中に、バルブオーバラップ量が変更前よりも不必要に小さくなってしまう事態も同様に生じることがある。こうした場合には、シリンダ内の内部ＥＧＲ量が不必要に減少してしまい、燃焼温度が不適切に上昇したり、ＮＯｘ排出量が増大したりしてしまう。
【００１４】
このように、機関運転状態に応じた各バルブのバルブタイミングを各ＶＶＴ機構の目標バルブタイミングとして設定する従来のバルブ特性制御装置では、バルブオーバラップ量の調整に関しては、必ずしも適切なバルブ特性制御がなされていなかった。なお、ＶＶＴ機構のようにカムシャフトの相対位相を変更してバルブタイミングを変更する方式の可変動弁機構以外にも、吸・排気双方に可変動弁機構を有し、吸・排気バルブのバルブ特性をそれぞれ個別に可変とするバルブ特性制御装置においては、これと概ね共通した問題が生じるおそれがある。
【００１５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、吸・排気側の双方に可変動弁機構を備える内燃機関において、バルブ特性の変更時の機関運転状態を好適に保持することのできる内燃機関のバルブ特性制御装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
【００１９】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブ特性を可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブ特性を可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標制御量をそれぞれ算出し、その算出された目標制御量と実制御量とを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記一方のバルブについて機関運転状態に応じたバルブ特性が得られる前記第１の可変動弁機構の制御量をその目標制御量として算出するとともに、機関運転状態に応じた前記両バルブの目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実制御量と前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標制御量を算出する第１の目標算出手段と、機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブ特性が得られる前記第１及び第２の可変動弁機構の制御量をそれらの目標制御量としてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも小さくなる機関運転状態では、前記第１の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の目標制御量を算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行い、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも大きくなる機関運転状態では、前記第２の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の目標制御量を算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行うことをその要旨とする。
【００２０】
機関運転状態に対するバルブ特性の影響として、バルブオーバラップ量が影響を与える場合と、吸・排気バルブのバルブ特性自体、例えばその開閉時期等が影響を与える場合とがある。
【００２１】
同構成によれば、第１の目標算出手段により、第１の可変動弁機構の実制御量と目標バルブオーバラップ量とに基づいて第２の可変動弁機構の目標制御量が算出される。この第１の目標算出手段によって前記第２の可変動弁機構の目標制御量が算出される場合には、前記第２の可変動弁機構は目標バルブオーバラップ量を確保するべく駆動制御される。そのため、要求されるバルブオーバラップ量の確保は、前記各バルブのバルブ特性の変更が完了するまで必ずしも待つ必要はなくなり、早急にバルブオーバラップ量の調整を行うことができる。更に、バルブ特性を変更している途中のバルブオーバラップ量の変化が、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側となる。このため、バルブ特性変更中のバルブオーバラップ量の不必要な増大や減少を回避でき、バルブ特性変更時の機関運転状態をより好適に制御できる。
【００２２】
一方、第２の目標算出手段では、機関運転状態に応じたバルブ特性が得られる前記第２の可変動弁機構の目標制御量が算出される。この第２の目標算出手段によって前記第２の可変動弁機構の目標制御量が算出される場合には、前記第２の可変動弁機構により可変とされるバルブのバルブ特性は、機関運転状態に応じたバルブ特性に変更される。すなわち、バルブ特性の変更に際して、機関運転状態に応じて要求される各バルブのバルブ特性を速やかに確保することができる。
【００２３】
さらに、同構成では、機関運転状態がいずれの方向へのバルブオーバラップ量の変化を要求しているかに応じて、前記第１の目標算出手段及び第２の目標算出手段を切り替えるようにしている。このため、バルブ特性を変更する際の機関運転状態をより好適に制御することができるようになる。
【００２６】
更に、バルブタイミングを変更している途中のバルブオーバラップ量の変化が、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側となる。このため、前述したようなバルブタイミング変更中のバルブオーバラップ量の不必要な増大や減少を回避でき、バルブタイミング変更時の機関運転状態をより好適に制御できるようになる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブタイミングを可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブタイミングを可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標バルブタイミングをそれぞれ算出し、その算出された目標バルブタイミングと実バルブタイミングとを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、機関運転状態に応じた前記一方のバルブのバルブタイミングを前記第１の可変動弁機構の目標バルブタイミングとして算出するとともに、機関運転状態に応じた目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実バルブタイミングと前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングを算出する第１の目標算出手段と、機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブタイミングを前記第１及び第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングとしてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも小さくなる機関運転状態では、前記第１の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行い、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも大きくなる機関運転状態では、前記第２の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行うことをその要旨とする。
【００２８】
同構成によれば、第１の目標算出手段により、第１の可変動弁機構の実バルブタイミングと目標バルブオーバラップ量とに基づいて第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングが算出される。この第１の目標算出手段によって前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングが算出される場合には、前記第２の可変動弁機構は目標バルブオーバラップ量を確保するべく駆動制御される。そのため、要求されるバルブオーバラップ量の確保は、前記各バルブのバルブタイミングの変更が完了するまで、必ずしも待つ必要はなくなり、早急にバルブオーバラップ量の調整を行うことができる。更に、バルブタイミングを変更している途中のバルブオーバラップ量の変化が、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側となる。このため、バルブタイミング変更中のバルブオーバラップ量の不必要な増大や減少を回避でき、バルブタイミング変更時の機関運転状態をより好適に制御できる。
【００２９】
一方、第２の目標算出手段では、機関運転状態に応じたバルブタイミングが得られる前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングが算出される。この第２の目標算出手段によって前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングが算出される場合には、前記第２の可変動弁機構により可変とされるバルブのバルブタイミングは、機関運転状態に応じたバルブタイミングに変更される。すなわち、バルブタイミングの変更に際して、機関運転状態に応じて要求される各バルブのバルブタイミングを速やかに確保することができる。
【００３０】
さらに、同構成では、機関運転状態がいずれの方向へのバルブオーバラップ量の変化を要求しているかに応じて、前記第１の目標算出手段及び第２の目標算出手段を切り替えるようにしている。このため、バルブ特性、より具体的には上記バルブタイミングを変更する際の機関運転状態をより好適に制御することができるようになる。
【００３３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記各可変動弁機構は、前記各バルブを開閉駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する相対位相を変更することで、該当バルブのバルブタイミングを可変とするものであることをその要旨とする。
【００３４】
同構成によれば、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを確実に変更することができるようになる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、この発明にかかる内燃機関のバルブ特性制御装置を具体化した第１の実施形態について、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本実施の形態にかかる内燃機関のバルブ特性制御装置が適用されるガソリン機関１の概略構成を示している。
ガソリン機関１のシリンダブロック２は複数（図１には１つのみ図示）のシリンダ３を備えている。上記シリンダ３内に設けられたピストン４は、クランクシャフト５にコンロッド６を介して連結されている。このコンロッド６によりピストン４の往復運動がクランクシャフト５の回転運動へと変換されるようになっている。
【００３７】
上記シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド７が取り付けられている。そして、上記シリンダ３においてピストン４の上端とシリンダヘッド７との間には、燃焼室８が形成されている。
【００３８】
上記燃焼室８には点火プラグ１１が設けられている。上記燃焼室８に対応して設けられた吸気ポート１２及び排気ポート１３は、それぞれ吸気通路１４及び排気通路１５に接続されている。また、上記燃焼室８に対応して吸気ポート１２に設けられたインジェクタ１６からは燃料が噴射される。
【００３９】
上記燃焼室８に対応して設けられた吸気バルブ１７及び排気バルブ１８は、前記吸気ポート１２及び排気ポート１３をそれぞれ開閉する。同吸気バルブ１７及び排気バルブ１８は、それぞれ吸気側カムシャフト３１及び排気側カムシャフト３２の回転に伴い、同カムシャフト３１、３２に設けられたカム（図示略）が回転することによって開閉動作する。前記各カムシャフト３１、３２の先端に各々設けられたタイミングプーリ３３、３４は、タイミングベルト３５を介してクランクシャフト５に駆動連結されており、クランクシャフト５が２回転すると各タイミングプーリ３３、３４が１回転するようになっている。そして、ガソリン機関１の運転時には、クランクシャフト５の回転力はタイミングベルト３５及び各タイミングプーリ３３、３４を介して前記吸気側カムシャフト３１及び排気側カムシャフト３２に伝達される。こうして、吸気バルブ１７、及び排気バルブ１８はクランクシャフト５の回転に同期して、すなわち各ピストン４の往復移動に対応して所定のタイミングで開閉駆動される。
【００４０】
また、クランクシャフト５に近接してクランク角センサ４１が設けられている。このクランク角センサ４１は、クランクシャフト５の回転位相（クランク角）を検出しており、またその検出結果に基づいてガソリン機関１（クランクシャフト５）の機関回転速度ＮＥが検出される。また、吸気側カムシャフト３１に近接してカム角センサ４２ａが設けられており、同カム角センサ４２ａ及びクランク角センサ４１の出力信号に基づいて吸気側カムシャフト３１の回転位相（カム角）が検出される。同様に、排気側カムシャフト３２に近接してカム角センサ４２ｂが設けられており、同カム角センサ４２ｂ及びクランク角センサ４１の出力信号に基づいて排気側カムシャフト３２の回転位相（カム角）が検出される。
【００４１】
前記点火プラグ１１にはイグナイタ４６から出力される高電圧が印加される。点火プラグ１１の点火タイミングは、イグナイタ４６からの高電圧出力タイミングにより決定される。そして、ガソリン機関１は点火プラグ１１により、吸気通路１４からの吸入空気とインジェクタ１６から噴射される燃料とからなる混合気を燃焼室８内で爆発させて機関出力を得る。また、このときに発生する燃焼ガスは排気通路１５へ排出される。
【００４２】
前記吸気通路１４の一部には、吸気の脈動を抑えるためのサージタンク５１が設けられている。サージタンク５１の上流側には、アクセルペダル５２の操作に基づいて開度が変更されるスロットルバルブ５３が設けられている。このスロットルバルブ５３の開度を変更することにより燃焼室８内へ吸入される空気量が調節されるようになっている。スロットルバルブ５３の近傍には、その開度を検出するスロットル開度センサ５４と、そのスロットルバルブ５３が全閉状態のときオンとなるアイドルスイッチ５５が取り付けられている。また、上記スロットルバルブ５３の上流側には、ガソリン機関１に吸入される吸入空気量Ｑａに応じた出力が得られるエアフロメータ５６が設けられている。
【００４３】
本実施の形態において、吸気側カムシャフト３１に設けられたタイミングプーリ３３には吸気側可変バルブタイミング機構（以下、ＩＮ−ＶＶＴ機構という）６０ａが設けられている。また、排気側カムシャフト３２に設けられたタイミングプーリ３４には排気側可変バルブタイミング機構（以下、ＥＸ−ＶＶＴ機構という）６０ｂが設けられている。
【００４４】
このＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａは、クランクシャフト５に対するタイミングプーリ３３と吸気側カムシャフト３１との相対回転位相を油圧の作用により変更することで、吸気バルブ１７の開閉タイミングを連続的に変更する機構である。また、ＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂは、クランクシャフト５に対するタイミングプーリ３４と排気側カムシャフト３２との相対回転位相を油圧の作用により変更することで、排気バルブ１８の開閉タイミングを連続的に変更する機構である。このＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａは、タイミングプーリ３３に対し吸気側カムシャフト３１の相対回転位相を進める際に油を供給するための進角側油圧通路Ｐ１ａと、同相対回転位相を遅らす際に油を供給するための遅角側油圧通路Ｐ２ａとを有している。同様に、ＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂは、タイミングプーリ３４に対する排気側カムシャフト３２の相対回転位相を進める際に油を供給するための進角側油圧通路Ｐ１ｂと、同相対回転位相を遅らす際に油を供給するための遅角側油圧通路Ｐ２ｂとを有している。また、オイルパン６５に貯留されている油はオイルポンプ６２によって吸入され、この吸入された油は同オイルポンプ６２によってオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）６３ａ、６３ｂに供給される。これらＯＣＶ６３ａ、６３ｂは、いわゆるリニアソレノイドバルブであって、内蔵された電磁ソレノイドに印加する電圧のデューティ比を変化させることにより、油の供給先、及び油の供給速度を変更することができるようになっている。このようなＯＣＶ６３ａに供給された油は進角側油圧通路Ｐ１ａ、あるいは遅角側油圧通路Ｐ２ａのいずれかに供給される。同様にＯＣＶ６３ｂに供給された油は進角側油圧通路Ｐ１ｂ、あるいは遅角側油圧通路Ｐ２ｂのいずれかに供給される。こうして、各油圧通路に選択的に油が供給されることにより、クランクシャフト５に対する各カムシャフト３１、３２の相対回転位相が変更され、もって吸気バルブ１７及び排気バルブ１８のバルブタイミングが変更される。
【００４５】
上記ガソリン機関１の点火時期制御、燃料噴射量制御、あるいはＶＶＴ機構の位相制御に基づくバルブタイミングの制御等の各種制御は、制御装置（以下、ＥＣＵという）８０によって行われる。このＥＣＵ８０は中央処理制御装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータを中心として構成されている。例えばＥＣＵ８０には、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が設けられている。またＥＣＵ８０には、演算結果や予め記憶されたデータ等を機関停止後も保存するためのバックアップＲＡＭ、入力インターフェース、出力インターフェース等も設けられている。そして、前記クランク角センサ４１、カム角センサ４２ａ、カム角センサ４２ｂ、水温センサ４３、スロットル開度センサ５４、アイドルスイッチ５５及びエアフロメータ５６等からの出力信号が前記入力インターフェースを通じて入力されるようになっている。これら各センサ４１〜４３、５４〜５６等の出力信号により、ガソリン機関１の運転状態が検出される。
【００４６】
一方、出力インターフェースは、各々対応する駆動回路等を介してインジェクタ１６、イグナイタ４６、ＯＣＶ６３ａ及びＯＣＶ６３ｂ等に接続されている。そして、ＥＣＵ８０は上記各センサ４１〜４３、５４〜５６等からの信号に基づき、ＲＯＭ内に格納された制御プログラム及び初期データに従い、これらインジェクタ１６、イグナイタ４６、ＯＣＶ６３ａ（ＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａ）、及びＯＣＶ６３ｂ（ＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂ）等を好適に制御する。
【００４７】
次に、本実施の形態にかかるバルブ特性制御装置により行われるバルブタイミングの制御処理を、図２〜図４に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態では、吸気バルブ１７の実バルブタイミングと目標バルブオーバラップ量とから排気バルブ１８の目標バルブタイミングを算出するようにしている。具体的には、機関運転状態に応じて求められる目標バルブオーバラップ量及び吸気側カムシャフト３１の実変位角に基づいて、排気側カムシャフト３２の目標変位角を算出するようにしている。
【００４８】
なお、前記変位角とは、タイミングプーリに対するカムシャフトの相対回転量を表す値であって、その変化角度はクランク角（°ＣＡ）に換算されている。また、この変位角は、カム角センサ４２ａ、４２ｂ及びクランク角センサ４１の出力信号に基づき、吸気側カムシャフト３１の実際の変位角、及び排気側カムシャフト３２の実際の変位角がそれぞれＥＣＵ８０によって算出される。そして、本実施の形態では、吸気側カムシャフト３１の変位角について、吸気バルブ１７のバルブタイミングが最大限遅角された状態のときの変位角を０°ＣＡとしている。従って、吸気側カムシャフト３１の実変位角は吸気バルブ１７のバルブタイミングがその最遅角タイミングからどれだけ進角されているかを表す値となる。一方、排気側カムシャフト３２の変位角については、排気バルブ１８のバルブタイミングが最大限進角された状態のときの変位角を０°ＣＡとしている。従って、排気側カムシャフト３２の実変位角は排気バルブ１８のバルブタイミングがその最進角タイミングからどれだけ遅角されているかを表す値となる。
【００４９】
次に、図２に示す説明図を参照しながら、変位角とバルブオーバラップ量との関係を説明する。本実施の形態では、吸気側カムシャフト３１の変位角及び排気側カムシャフト３２の変位角がともに０°ＣＡとなっているときのバルブオーバラップ量を初期値ＯＶ0（本実施の形態では−２４°ＣＡ）という。また、排気バルブ１８が閉弁して所定クランク角θＣだけクランクシャフト５が回転してから吸気バルブ１７が開弁する状態を、バルブオーバラップ量＝−θＣとしている。なお、このバルブオーバラップ量もクランク角（°ＣＡ）で表される値である。そして、吸気側カムシャフト３１の実変位角がある値ＩＮＲであって、排気側カムシャフト３２の実変位角がある値ＥＸＲであるときの実バルブオーバラップ量ＯＶＲは、図２からもわかるように次式（１）で表すことができる。
【００５０】
ＯＶＲ＝ＩＮＲ＋ＥＸＲ＋ＯＶ0 …（１）
次に、本実施の形態おける目標バルブタイミングの算出にかかる処理手順を図３に示すフローチャートを併せ参照しながら説明する。このフローチャートに示される一連の処理はＥＣＵ８０によって所定時間毎の割り込みで実行される。
【００５１】
本処理が開始されると、まず、クランク角センサ４１の出力に基づいて算出される機関回転速度ＮＥ、エアフロメータ５６の出力に基づいて算出される吸入空気量Ｑａ、及び吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲが読み込まれる（ステップＳ１１０）。ここで、実変位角ＩＮＲとは、吸気側カムシャフト３１の実際の変位角である。
【００５２】
次に、現在の機関運転状態におけるガソリン機関１の負荷率Ｌが算出される（ステップＳ１２０）。この負荷率Ｌは、次式（２）により算出される。なお、Ｑｗｏｔは機関全負荷時の吸入空気量であり、予め求められた定数値である。
【００５３】
Ｌ＝Ｑａ／Ｑｗｏｔ … （２）
次に、ＥＣＵ８０のＲＯＭ内に記憶されたマップを参照して、機関回転速度ＮＥと負荷率Ｌに基づき、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰが求められる（ステップＳ１３０）。
【００５４】
次に、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと実変位角ＩＮＲに基づき、次式（３）を用いて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される（ステップＳ１４０）。
【００５５】
ＥＸＰ＝ＯＶＰ―（ＩＮＲ＋ＯＶ0） …（３）
この式（３）は、前述した変位角とバルブオーバラップ量との関係式（１）において、実バルブオーバラップ量ＯＶＲを目標バルブオーバラップ量ＯＶＰとし、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲを目標変位角ＥＸＰとして、前記式（１）を変形することにより得られる式である。
【００５６】
以後、ステップＳ１１０〜１４０の処理が所定時間毎に繰り返し実行される。そして、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲが上記処理により求められた目標変位角ＩＮＰとなるようにＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａが制御される。このときの同制御は、実変位角ＩＮＲと目標変位角ＩＮＰとの偏差に応じてＯＣＶ６３ａに印加される電圧のデューティ比を設定し、実変位角ＩＮＲを目標変位角ＩＮＰに収束させることで行われる。同様にして、ＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂも制御される。
【００５７】
次に、上記目標バルブタイミング算出処理に基づく本実施形態のバルブ特性制御装置の動作態様を説明する。
図４（ａ）は、吸気バルブ１７のバルブタイミングを遅角側に、排気バルブ１８のバルブタイミングを進角側に変更して、両バルブ１７、１８のバルブオーバラップ量を減少させるようにバルブタイミング制御を行うときの制御態様の一例を示している。なお同図４において、線Ｌ１は、実変位角ＥＸＲに対応した排気バルブ１８の閉弁時期（クランク角）の推移を、すなわち排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲに応じた排気バルブ１８の閉弁時期の推移を示している。また、線Ｌ２は、吸気バルブ１７の開弁時期（クランク角）の推移をそれぞれ示している。また同図４の線Ｌ３は、目標変位角ＥＸＰに対応した排気バルブ１８の閉弁時期の推移を、すなわち排気側カムシャフト３２が目標変位角ＥＸＰに応じた位相にあるときの排気バルブ１８の閉弁時期の推移を示している。更に、同図４の線Ｌ４は、目標変位角ＩＮＰに対応した吸気バルブ１７の開弁時期の推移を示している。
【００５８】
時刻Ｔにおいて、吸気バルブ１７のバルブタイミングを遅角側に、排気バルブ１８のバルブタイミングを進角側にそれぞれ変更し、両バルブ１７、１８のバルブオーバラップ量を減少させることを最終的な目標とするバルブタイミングの変更要求がなされたものとする。このとき、上記算出処理においては、まず、そのときの実変位角ＩＮＲよりも遅角側の値となるように吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰが算出され、また現状よりも低減されるように目標バルブオーバラップ量ＯＶＰが算出される。
【００５９】
これとともに、その目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと、そのときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲとに基づいて、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される。なお、このときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲは、その目標変位角ＩＮＰよりも進角側になっている。そのため、このとき算出される排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰは、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰ及び目標バルブオーバラップ量ＯＶＰに応じた排気側カムシャフト３２の変位角の最終的な制御目標よりも更に進角側の値になる。
【００６０】
そして算出された目標変位角ＩＮＰ、ＥＸＰに基づきＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａ及びＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂが制御されて、両カムシャフト３１、３２の実変位角ＩＮＲ、ＥＸＲが変更され始める。このときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲは遅角側へと、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲは進角側へと変更されていく。また、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの遅角側への変更に同期して、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰも遅角側へと変更されていく。ここで、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲがその目標変位角ＥＸＰと一致しても、吸気側カムシャフト３１の位相変更が完了していなければ、排気側カムシャフト３２の位相は更に変更され続けることとなる。
【００６１】
こうして排気側カムシャフト３２の進角側への位相変更は、時刻Ｔ１において、実変位角ＥＸＲがその目標変位角ＥＸＰと一致するまで続けられる。これにより、吸気側カムシャフト３１の位相変更の完了に先立って、要求されたバルブオーバラップ量が確保されるようになる。
【００６２】
そしてその後も、実変位角ＩＮＲが目標変位角ＩＮＰと一致する時刻Ｔ２まで、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの遅角側への変更は継続される。一方、それに同期して排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰも遅角側に変更されるため、要求されるバルブオーバラップ量が維持され続ける。
【００６３】
他方、図４（ｂ）は、吸気バルブ１７のバルブタイミングを進角側に、排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角側に変更して、両バルブ１７、１８のバルブオーバラップ量を増大させるようにバルブタイミング制御を行うときの制御態様の一例を示している。この場合には、時刻Ｔにおいて、吸気バルブ１７のバルブタイミングを進角側に、排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角側にそれぞれ変更し、両バルブ１７、１８のバルブオーバラップ量を増大させることを最終的な目標とするバルブタイミングの変更要求がなされたものとする。このとき、上記算出処理においては、まず、そのときの実変位角ＩＮＲよりも進角側の値となるように吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰが算出され、また現状よりも増大されるように目標バルブオーバラップ量ＯＶＰが算出される。
【００６４】
これとともに、その目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと、そのときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲとに基づいて、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される。なお、このときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲは、その目標変位角ＩＮＰよりも遅角側になっている。そのため、このとき算出される排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰは、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰ及び目標バルブオーバラップ量ＯＶＰに応じた排気側カムシャフト３２の変位角の最終的な制御目標よりも更に遅角側の値になる。
【００６５】
そして算出された目標変位角ＩＮＰ、ＥＸＰに基づきＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａ及びＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂが制御されて、両カムシャフト３１、３２の実変位角ＩＮＲ、ＥＸＲが変更され始める。このときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲは進角側へと、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲは遅角側へと変更されていく。また、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの進角側への変更に同期して、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰも進角側へと変更されていく。こうして排気側カムシャフト３２の遅角側への位相変更は、時刻Ｔ１において、実変位角ＥＸＲがその目標変位角ＥＸＰと一致するまで続けられる。これにより、吸気側カムシャフト３１の位相変更の完了に先立って、要求されたバルブオーバラップ量が確保されるようになる。
【００６６】
そしてその後も、実変位角ＩＮＲが目標変位角ＩＮＰと一致する時刻Ｔ２まで、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの進角側への変更は継続される。一方、それに同期して排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰも進角側に変更されるため、要求されるバルブオーバラップ量が維持され続ける。
【００６７】
以上のように、上記目標バルブタイミングの算出処理によれば、吸気バルブ１７のバルブタイミングの変更完了を必ずしも待たずとも、要求されるバルブオーバラップ量を確保し得るようになる。
【００６８】
更に、上記目標バルブタイミングの算出処理によれば、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが常に現状の吸気側カムシャフト３１の変位角に対して要求されるバルブオーバラップ量が得られる変位角に設定される。そのため、位相変更中のバルブオーバラップ量の変化は、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側のみになる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関のバルブ特性制御装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
（１）機関運転状態に基づいて求められる目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲとから、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するようにした。そのため、要求されるバルブオーバラップ量の確保に、両カムシャフト３１、３２の位相変更の完了を必ずしも待つ必要はなくなり、より早急なバルブオーバラップ量の調整が可能になる。
【００７０】
（２）更に、位相変更途中のバルブオーバラップ量の変化が、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側となるため、前述したようなバルブタイミング変更中のバルブオーバラップ量の不必要な増大や減少を回避でき、バルブタイミング変更中の機関運転状態をより好適に制御できる。
【００７１】
（第２の実施形態）
前記第１の実施形態における目標バルブタイミング算出手段によって算出される排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰは、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの変化に伴って随時変更されるものであった。この場合には、位相変更途中のバルブオーバラップ量調整の早期化は達成されるものの、排気側カムシャフト３２の位相変更を完了するには常に吸気側カムシャフト３１の位相変更の完了を待つ必要があり、排気バルブ１８のバルブタイミング変更に遅れが生じることがある。
【００７２】
一方、バルブタイミングが機関運転状態に与える影響には、バルブオーバラップ量の大きさが支配的な因子となるものと、バルブタイミング自身、すなわち吸・排気バルブの開閉時期が支配的な因子となるものとがある。例えば、バルブオーバラップ量はシリンダ内の内部ＥＧＲの量を決定する支配的な因子となる。また、バルブの開閉時期はシリンダ内に導入される気体の充填効率等を決定する支配的な因子となる。例えば、高負荷高回転領域において吸気バルブの閉弁時期を遅くすると、吸気の慣性力により、シリンダ内に導入される気体の充填効率が向上する。また、排気バルブの開閉タイミングと排気系とを好適に設定することで、排気ポート内の圧力を吸気ポート内の圧力よりも小さくすることができ、これによってもシリンダ内に導入される気体の充填効率を向上させることができる。このように、バルブタイミングの変更に際して、機関運転状態によってはバルブオーバラップ量の確保よりも最終的な目標バルブタイミングを早く確保した方が機関運転状態をより好適な状態にすることができる場合がある。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰの算出ロジックとして、上記第１の目標算出手段に対応した第１の算出ロジックと上記第２の目標算出手段に対応した第２の算出ロジックとの二通りのロジックを用意している。そして、それら二つの算出ロジックを機関運転状態に応じて使い分けるようにしている。
【００７４】
まず、第１の算出ロジックは、第１の実施形態と同じく、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲとに基づいて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するものである。すなわち、この第１の算出ロジックにおいては、現状の吸気バルブ１７のバルブタイミングに対して要求されるバルブオーバラップ量の得られるバルブタイミングを、排気バルブ１８の目標バルブタイミングをして設定するようにしている。
【００７５】
また、第２の算出ロジックは、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰとに基づいて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するものである。よって、この第２の算出ロジックでは、当初から排気バルブ１８のバルブタイミングの最終的な制御目標を、すなわち現状の機関運転状態に応じた排気バルブ１８の最適なバルブタイミングを、目標バルブタイミングをして設定するようにしている。
【００７６】
以下、本実施の形態にかかる目標バルブタイミングの算出処理の詳細を図５に示すフローチャートを併せ参照しながら説明する。このフローチャートに示される一連の処理もＥＣＵ８０によって所定時間毎の割り込みで実行される。
【００７７】
本処理が開始されると、まず、クランク角センサ４１の出力に基づいて算出される機関回転速度ＮＥ、エアフロメータ５６の出力に基づいて算出される吸入空気量Ｑａ、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲ、及び排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲが読み込まれる（ステップＳ２１０）。ここで、実変位角ＥＸＲは先に説明した実変位角ＩＮＲと同様な値であって、排気側カムシャフト３２の実際の変位角である。
【００７８】
次に、現在の機関運転状態におけるガソリン機関１の負荷率Ｌが算出される（ステップＳ２２０）。この負荷率Ｌも、前記式（２）に基づいて算出される。
次に、ＥＣＵ８０のＲＯＭ内に記憶されたマップを参照して、機関回転速度ＮＥと負荷率Ｌに基づき、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰが求められる（ステップＳ２３０）。
【００７９】
次に、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲ及び排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲに基づき、前記式（１）を用いて実バルブオーバラップ量ＯＶＲが算出される（ステップＳ２４０）。
【００８０】
次に、式（４）を用いて、実バルブオーバラップ量ＯＶＲと目標バルブオーバラップ量ＯＶＰとの偏差である、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが算出される（ステップＳ２５０）。
【００８１】
ΔＯＶ＝ＯＶＲ―ＯＶＰ … （４）
ここで、機関運転状態の変化に対応してバルブオーバラップ量を減少させようとする場合には、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰが実バルブオーバラップ量ＯＶＲより小さくなるため、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶは正の値となる。一方、バルブオーバラップ量を増大させようとする場合には、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰが実バルブオーバラップ量ＯＶＲより大きくなるため、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶは負の値となる。このように、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶの値は、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと実バルブオーバラップ量ＯＶＲとの差だけではなく、その符号（正、あるいは負）によりバルブオーバラップ量の変更方向についても表す値となっている。
【００８２】
次に、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α以上であるか否かが判定される（ステップＳ２６０）。なお、本実施の形態では、判定値αを「−２（°ＣＡ）」としている。
【００８３】
ΔＯＶ≧判定値α … （５）
このステップＳ２６０において、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α以上であると判定される場合は（ステップＳ２６０でＹＥＳ）、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが正の値であって、バルブオーバラップ量を減少させる場合、或いは同オーバーラップ量の増大量が２°ＣＡ以下となっている場合である。そしてこの場合には、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰ及び吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲに基づき、前記第１の実施形態で説明した式（３）を用いて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される（ステップＳ２７０）。
【００８４】
一方、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α未満であると判定される場合は（ステップＳ２６０でＮＯ）、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが負の方向に大きい値であって、バルブオーバラップ量を増大させる場合である。そしてこの場合には、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰ及び吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰに基づき、次式（６）を用いて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される（ステップＳ２８０）。なお、初期値ＯＶ0は前記第１の実施形態で説明した初期値ＯＶ0と同じ値である。
【００８５】
ＥＸＰ＝ＯＶＰ―（ＩＮＰ＋ＯＶ0） …（６）
この式（６）は、先の式（３）において実変位角ＩＮＲを目標変位角ＩＮＰとすることで得られる式である。
【００８６】
以後、ステップＳ２１０〜２８０の処理が所定時間毎に繰り返し実行される。そして、前記第１の実施形態と同様に、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲが本処理により求められた目標変位角ＩＮＰになるように、また、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲが本処理により求められた目標変位角ＥＸＰになるように、前記各ＶＶＴ機構６０ａ、６０ｂが制御される。
【００８７】
本実施の形態にかかるバルブ特性制御装置によりバルブオーバラップ量を減少させる場合、或いはバルブオーバラップ量の増大量が２°ＣＡ以下の場合における各バルブのバルブタイミング及びバルブオーバラップ量の変化態様は、前記図４（ａ）に例示した変化態様と同様である。すなわち、この場合には、位相変更途中において、速やかにバルブオーバラップ量を確保することができる。例えば、ガソリン機関１が軽負荷状態になり、バルブオーバラップ量を減少させる場合には、その位相変更途中において速やかに軽負荷状態に応じた目標バルブオーバラップ量が確保される。このため、位相変更途中においてバルブオーバラップ量が過大になることはなく、燃焼の不安定化による失火等の発生を抑制することができる。なお、本実施の形態では、バルブオーバラップ量を増大させる場合であってもその増大量が２°ＣＡ以下の場合には、位相変更途中におけるバルブオーバラップ量の確保が優先される。これは、バルブオーバラップ量の増大量が少ない場合には、排気バルブ１８のバルブタイミングの確保を優先しても大きな出力向上は望めないため、出力向上よりも、位相変更途中の不適切なバルブオーバラップ量の変化により生じる不具合の抑制を優先させているためである。
【００８８】
一方、本実施の形態にかかるバルブ特性制御装置によりバルブオーバラップ量を増大させる場合における各バルブのバルブタイミング及びバルブオーバラップ量の変化態様は図６に例示するような変化態様になる。この図６に示す各線Ｌ１〜Ｌ４も、前記の図４に示した各線Ｌ１〜Ｌ４と同一のものである。そして、本実施の形態にかかる第２の算出ロジックでは、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰは、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰの設定と同様に、現状の機関運転状態に応じた位相変更完了時の変位角が設定される。そのため、この図６、及び先の図４（ｂ）に示される線Ｌ１との対比によって明らかなように、排気側カムシャフト３２の位相は、現状の機関運転状態に応じた位相変更完了時の変位角へより早期に収束するようになる。そのため、機関運転状態の変化に対応した排気バルブ１８のバルブタイミングを速やかに確保することができる。すなわち、位相変更途中におけるバルブオーバラップ量の確保よりも、排気バルブ１８のバルブタイミングの確保を優先させることができる。例えば、ガソリン機関１が高負荷状態になり、機関出力を増大させる場合には、排気ポート１３内の圧力を吸気ポート１２内の圧力よりも小さくするのに最適な排気バルブ１８のバルブタイミングが速やかに確保され、気筒の充填効率を向上させることができる。
【００８９】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関のバルブ特性制御装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
（１）排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰの算出手段を機関運転状態に応じて、より厳密には、機関運転状態がいずれの方向へのバルブオーバラップ量の変化を要求しているかに応じて、切り替えるようにしている。このため、バルブタイミングを変更する際の機関運転状態をより好適に制御することができるようになる。
【００９０】
（その他の実施形態）
なお、前記各実施形態は以下のように変更してもよく、その場合でも各実施形態に準じた作用及び効果を得ることができる。
【００９１】
・前記第１の実施形態において、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを機関運転状態から求めるとともに、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰ及び排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲに基づいて、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰを算出するようにしてもよい。また、前記第２の実施形態において、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを機関運転状態から求めるとともに、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰ及び排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰに基づいて、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰを算出するようにしてもよい。これらの場合にも、上記各実施形態に準ずる効果を得ることができる。
【００９２】
・上記各実施形態では、吸気バルブ１７、及び排気バルブ１８のバルブタイミングを表す値として変位角を用いた。しかしながら、これは一例であって、各バルブ１７、１８のバルブタイミングを表す他のパラメータを用いてもよい。
【００９３】
・前記第２の実施形態では、判定値αの値を「−２°ＣＡ」としたが何らこの値に限定するものではなく、この値は第１及び第２の算出手段の切り替えを機関運転状態に応じて好適に実施できるように設定すればよい。
【００９４】
・前記第２の実施形態において、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α未満であるときには第１の算出ロジックにより排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出する。一方、同バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α以上であるときには第２の算出ロジックにより排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するようにしてもよい。この場合には、バルブオーバラップ量を増大させる際に位相変更途中におけるバルブオーバラップ量を確保することができるため、例えば内部ＥＧＲ量を早い時期に増量させることができ、もってＮＯｘの低減が速やかに行われるようになる。一方、バルブオーバラップ量を減少させる際には、バルブタイミングを速やかに確保することができる。
【００９５】
・前記第２の実施形態において、機関運転状態がバルブオーバラップ量の影響を受けやすい運転領域にあるときには第１の算出ロジックにより排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出する。一方、機関運転状態が前記各バルブの開閉時期の影響を受けやすい運転領域にあるときには第２の算出ロジックにより排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するようにしてもよい。この場合には、機関運転状態に応じた最適な態様で、吸気側カムシャフト３１及び排気側カムシャフト３２の位相変更を行うことができるようになる。
【００９６】
・上記各実施形態における可変動弁機構によって可変とされるバルブ特性は、吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期であった。しかしながら、本発明にかかるバルブ特性制御装置の適用対象となるものは、このような可変動弁機構に何ら限定するものではない。例えば、前記各バルブのリフト量と開閉時期とを可変とする可変動弁機構にも適用可能である。また、各バルブのリフト量のみを可変とし、それらの開閉時期は変化させない可変動弁機構でも、リフト量が変化することで内部ＥＧＲ量等は変化するため、前述したような問題の生じるおそれはある。この場合には、上述したバルブ特性に相当する値、例えば各バルブのリフト量等と、バルブオーバラップ量に相当する値、例えばリフト量及び各バルブの開閉時期とから推定されるバルブオーバラップ量等を用い、上記の各実施形態に準じた制御処理を行うことによって、上記各実施形態に準ずる効果を得ることができる。
【００９７】
・上記各実施形態では、ガソリン機関１に本発明にかかるバルブ特性制御装置を適用した。しかしながら、適用対象となる内燃機関はこのガソリン機関１に何ら限定するものではない。要するに、吸気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構と、排気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構とを備える内燃機関であれば、上記各実施形態にかかるバルブ特性制御装置は適用可能である。そして、この場合にも上記各実施形態に準ずる効果を得ることができる。
【００９８】
その他、上記実施形態あるいはその変更例から把握することができる技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブタイミングを可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブタイミングを可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標バルブタイミングをそれぞれ算出し、その算出された目標バルブタイミングと実バルブタイミングとを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、機関運転状態に応じた前記一方のバルブのバルブタイミングを前記第１の可変動弁機構の目標バルブタイミングとして算出するとともに、機関運転状態に応じた目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実バルブタイミングと前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングを算出する第１の目標算出手段と、機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブタイミングを前記第１及び第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングとしてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも大きくなる機関運転状態では前記第１の目標算出手段を用い、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも小さくなる機関運転状態では前記第２の目標算出手段を用いて、前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出することを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
【００９９】
上記構成によれば、バルブオーバラップ量を増大させる際に、位相変更途中のバルブオーバラップ量を確保することができる。一方、バルブオーバラップ量を減少させる際には、バルブタイミングを速やかに確保することができるようになる。
【０１００】
（ロ）内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブタイミングを可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブタイミングを可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標バルブタイミングをそれぞれ算出し、その算出された目標バルブタイミングと実バルブタイミングとを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、機関運転状態に応じた前記一方のバルブのバルブタイミングを前記第１の可変動弁機構の目標バルブタイミングとして算出するとともに、機関運転状態に応じた目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実バルブタイミングと前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングを算出する第１の目標算出手段と、機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブタイミングを前記第１及び第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングとしてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、機関運転状態がバルブオーバラップ量の影響を受けやすい運転領域にあるときには前記第１の目標算出手段を用い、機関運転状態が前記各バルブの開閉時期の影響を受けやすい運転領域にあるときには前記第２の目標算出手段を用いて、前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出することを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
【０１０１】
上記構成によれば、機関運転状態がバルブオーバラップ量の影響を受けやすい運転領域にあるときには、位相変更途中のバルブオーバラップ量を確保することができる。一方、機関運転状態が前記各バルブの開閉時期の影響を受けやすい運転領域にあるときには、機関運転状態に応じた各バルブの開閉時期を速やかに確保することができるようになる。すなわち、機関運転状態に応じた最適な態様で、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを変更することができるようになり、バルブタイミングを変更する際の機関運転状態を好適に制御することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるバルブ特性制御装置が適用されるガソリン機関１の概略構成図。
【図２】吸気バルブ及び排気バルブの各変位角とバルブオーバラップ量との関係を示す図。
【図３】第１の実施形態における目標バルブタイミングの算出にかかる処理手順を示すフローチャート。
【図４】第１の実施形態にかかるバルブ特性制御装置による吸・排気バルブのバルブタイミング制御態様の一例を示す図。
【図５】第２の実施形態における目標バルブタイミングの算出にかかる処理手順を示すフローチャート。
【図６】第２の実施形態にかかるバルブ特性制御装置の第２の算出ロジックによる吸・排気バルブのバルブタイミング制御態様の一例を示す図。
【図７】従来のバルブ特性制御装置による吸・排気バルブのバルブタイミング制御態様の一例を示す図。
【符号の説明】
１…ガソリン機関、２…シリンダブロック、３…シリンダ、４…ピストン、５…クランクシャフト、６…コンロッド、７…シリンダヘッド、８…燃焼室、１１…点火プラグ、１２…吸気ポート、１３…排気ポート、１４…吸気通路、１５…排気通路、１６…インジェクタ、１７…吸気バルブ、１８…排気バルブ、３１…吸気側カムシャフト、３２…排気側カムシャフト、３３、３４…タイミングプーリ、３５…タイミングベルト、４１…クランク角センサ、４２ａ、４２ｂ…カム角センサ、４３…水温センサ、４６…イグナイタ、５１…サージタンク、５２…アクセルペダル、５３…スロットルバルブ、５４…スロットル開度センサ、５５…アイドルスイッチ、５６…エアフロメータ、６０ａ…吸気側可変バルブタイミング機構（ＩＮ−ＶＶＴ機構）、６０ｂ…排気側可変バルブタイミング機構（ＥＸ−ＶＶＴ機構）、６２…オイルポンプ、６３ａ、６３ｂ…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）、６５…オイルパン、８０……制御装置（ＥＣＵ）、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ…進角側油圧通路、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ…遅角側油圧通路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸・排気バルブのバルブ特性を可変制御する内燃機関のバルブ特性制御装置、特に内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのそれぞれに対して可変動弁機構を備え、両バルブのバルブ特性をそれぞれ個別に変更可能な内燃機関に適用して好適な制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の出力や排気エミッション等の向上を目的として、バルブタイミング（開閉時期）やバルブリフト量等の吸・排気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構が知られている。特に車載用内燃機関には、例えば、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更することで、吸・排気バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）等が可変動弁機構として広く採用されている。
【０００３】
また、例えば特開平１１−２１８０３５号公報に記載されているように、吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトとに上記ＶＶＴ機構をそれぞれ実装し、吸・排気バルブのバルブタイミングをそれぞれ個別に変更可能な、いわゆるデュアルＶＶＴシステムを搭載した内燃機関も実用されている。
【０００４】
従来、そうしたデュアルＶＶＴシステムの搭載された内燃機関のバルブ特性制御装置では、機関運転状態に応じた最適な吸・排気バルブのバルブタイミングが各ＶＶＴ機構の目標バルブタイミングとしてそれぞれ個別に算出されている。そして、各ＶＶＴ機構の実バルブタイミングを各自の目標バルブタイミングにそれぞれ一致させるように、各ＶＶＴ機構の駆動制御が行われるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなデュアルＶＶＴシステムのバルブ特性制御装置では、上記制御を通じて、吸・排気バルブの双方を機関運転状態に応じた最適なバルブタイミングに設定することができる。しかしながら、上記従来のバルブ特性制御装置では、各ＶＶＴ機構によるバルブタイミングの変更途中に、次のような不具合が生じることがあり、まだ改善の余地がある。
【０００６】
内燃機関のバルブ特性制御装置における目的の一つに、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップ量の調整がある。バルブオーバラップ量を機関運転状態に応じて最適化することで、内部ＥＧＲ量を適宜に調整して、排気エミッションを向上させることができる。
【０００７】
上記従来のバルブ特性制御装置においても、機関運転状態に応じた最適なバルブオーバラップ量が得られるように、各ＶＶＴ機構の目標バルブタイミングをそれぞれ適切に設定しさえすれば、最終的にはバルブオーバラップ量の最適化を図ることはできる。ただし上記従来のバルブ特性制御装置では、目標バルブタイミングを設定した後、各自の目標バルブタイミングへの各ＶＶＴ機構の駆動制御が共に完了するまでは、最適なバルブオーバラップ量を得ることができず、バルブオーバラップ量の調整に関しては十分な応答性を確保することが困難となっている。そのため、特にバルブオーバラップ量の設定が排気エミッション等に与える影響が大きい運転状況においては、各ＶＶＴ機構の実バルブタイミングが目標バルブタイミングと一致するまでの応答遅れの間に、排気エミッションの悪化等の不具合が発生することがあった。
【０００８】
また、両ＶＶＴ機構の応答速度に違いがある場合には、更に次のような問題が生じてしまう。ちなみに吸・排気双方のＶＶＴ機構が全く同一の構成であっても、多くの場合には、両ＶＶＴ機構に対する駆動油圧の供給路長さ等の差違により、各ＶＶＴ機構の応答速度には違いが生じてしまう。以下に、こうした応答速度の違いにより生じる問題について、図７を参照して説明する。
【０００９】
図７は、上記従来のバルブ特性制御装置による吸・排気バルブのバルブタイミング制御態様の一例を示している。同図７の例では、吸気側のＶＶＴ機構の応答速度が排気側のＶＶＴ機構の応答速度よりも低い場合を示している。またここでは、同図に示される時刻Ｔにおける状態から、各ＶＶＴ機構のバルブタイミングを現状よりも遅角側にそれぞれ変更しつつ、バルブオーバラップ量を現状よりも小さく変更するときを例として説明する。
【００１０】
時刻Ｔにおいて、上記のようなバルブタイミングの変更を要求する目標バルブタイミングの算出がなされると、各ＶＶＴ機構により両バルブのバルブタイミングがそれぞれ遅角側に変更され始める。この変更途中では、上記のような各ＶＶＴ機構の応答速度の違いにより、排気バルブのバルブタイミングの変更速度が吸気バルブよりも速くなっている。そのため、バルブオーバラップ量は、時間の経過とともに変更前よりも徐々に増大していくようになる。
【００１１】
そして時刻Ｔ１において、目標バルブタイミングへの排気バルブのバルブタイミングが完了すると、その後は、吸気バルブのバルブタイミングが遅角側へと変更されるのに従って、バルブオーバラップ量は徐々に減少していく。そして目標バルブタイミングへの吸気バルブのバルブタイミングの変更も完了する時刻Ｔ２になって、はじめて機関運転状態に応じたバルブオーバラップ量が確保される。
【００１２】
よって、最終的には所望とするバルブオーバラップ量が確保されるとはいえ、バルブタイミングの変更途中には、最終的にバルブオーバラップ量を変更前よりも小さくしようとしているにもかかわらず、一時的にバルブオーバラップ量が変更前よりも不必要に増大した状態となっている。こうして不必要にバルブオーバラップ量が増大すれば、シリンダ内の内部ＥＧＲ量が過大となり、内燃機関のＨＣ排出量が増大してしまう。また、内部ＥＧＲ量が過大になることにより燃焼温度が不適切に低下してしまったり、吸気通路側から排気通路側への吸気の吹き抜けが生じ過ぎて燃焼状態が不安定になったりしてしまう。そして、最悪の場合には、エンジンストールを誘発してしまうおそれがある。
【００１３】
更に、両ＶＶＴ機構の応答速度に違いがあれば、状況によっては、バルブオーバラップ量を現状よりも増大すべく各バルブのバルブタイミングを変更している途中に、バルブオーバラップ量が変更前よりも不必要に小さくなってしまう事態も同様に生じることがある。こうした場合には、シリンダ内の内部ＥＧＲ量が不必要に減少してしまい、燃焼温度が不適切に上昇したり、ＮＯｘ排出量が増大したりしてしまう。
【００１４】
このように、機関運転状態に応じた各バルブのバルブタイミングを各ＶＶＴ機構の目標バルブタイミングとして設定する従来のバルブ特性制御装置では、バルブオーバラップ量の調整に関しては、必ずしも適切なバルブ特性制御がなされていなかった。なお、ＶＶＴ機構のようにカムシャフトの相対位相を変更してバルブタイミングを変更する方式の可変動弁機構以外にも、吸・排気双方に可変動弁機構を有し、吸・排気バルブのバルブ特性をそれぞれ個別に可変とするバルブ特性制御装置においては、これと概ね共通した問題が生じるおそれがある。
【００１５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、吸・排気側の双方に可変動弁機構を備える内燃機関において、バルブ特性の変更時の機関運転状態を好適に保持することのできる内燃機関のバルブ特性制御装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
【００１９】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブ特性を可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブ特性を可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標制御量をそれぞれ算出し、その算出された目標制御量と実制御量とを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記一方のバルブについて機関運転状態に応じたバルブ特性が得られる前記第１の可変動弁機構の制御量をその目標制御量として算出するとともに、機関運転状態に応じた前記両バルブの目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実制御量と前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標制御量を算出する第１の目標算出手段と、機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブ特性が得られる前記第１及び第２の可変動弁機構の制御量をそれらの目標制御量としてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも小さくなる機関運転状態では、前記第１の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の目標制御量を算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行い、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも大きくなる機関運転状態では、前記第２の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の目標制御量を算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行うことをその要旨とする。
【００２０】
機関運転状態に対するバルブ特性の影響として、バルブオーバラップ量が影響を与える場合と、吸・排気バルブのバルブ特性自体、例えばその開閉時期等が影響を与える場合とがある。
【００２１】
同構成によれば、第１の目標算出手段により、第１の可変動弁機構の実制御量と目標バルブオーバラップ量とに基づいて第２の可変動弁機構の目標制御量が算出される。この第１の目標算出手段によって前記第２の可変動弁機構の目標制御量が算出される場合には、前記第２の可変動弁機構は目標バルブオーバラップ量を確保するべく駆動制御される。そのため、要求されるバルブオーバラップ量の確保は、前記各バルブのバルブ特性の変更が完了するまで必ずしも待つ必要はなくなり、早急にバルブオーバラップ量の調整を行うことができる。更に、バルブ特性を変更している途中のバルブオーバラップ量の変化が、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側となる。このため、バルブ特性変更中のバルブオーバラップ量の不必要な増大や減少を回避でき、バルブ特性変更時の機関運転状態をより好適に制御できる。
【００２２】
一方、第２の目標算出手段では、機関運転状態に応じたバルブ特性が得られる前記第２の可変動弁機構の目標制御量が算出される。この第２の目標算出手段によって前記第２の可変動弁機構の目標制御量が算出される場合には、前記第２の可変動弁機構により可変とされるバルブのバルブ特性は、機関運転状態に応じたバルブ特性に変更される。すなわち、バルブ特性の変更に際して、機関運転状態に応じて要求される各バルブのバルブ特性を速やかに確保することができる。
【００２３】
さらに、同構成では、機関運転状態がいずれの方向へのバルブオーバラップ量の変化を要求しているかに応じて、前記第１の目標算出手段及び第２の目標算出手段を切り替えるようにしている。このため、バルブ特性を変更する際の機関運転状態をより好適に制御することができるようになる。
【００２６】
更に、バルブタイミングを変更している途中のバルブオーバラップ量の変化が、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側となる。このため、前述したようなバルブタイミング変更中のバルブオーバラップ量の不必要な増大や減少を回避でき、バルブタイミング変更時の機関運転状態をより好適に制御できるようになる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブタイミングを可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブタイミングを可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標バルブタイミングをそれぞれ算出し、その算出された目標バルブタイミングと実バルブタイミングとを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、機関運転状態に応じた前記一方のバルブのバルブタイミングを前記第１の可変動弁機構の目標バルブタイミングとして算出するとともに、機関運転状態に応じた目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実バルブタイミングと前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングを算出する第１の目標算出手段と、機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブタイミングを前記第１及び第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングとしてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも小さくなる機関運転状態では、前記第１の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行い、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも大きくなる機関運転状態では、前記第２の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行うことをその要旨とする。
【００２８】
同構成によれば、第１の目標算出手段により、第１の可変動弁機構の実バルブタイミングと目標バルブオーバラップ量とに基づいて第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングが算出される。この第１の目標算出手段によって前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングが算出される場合には、前記第２の可変動弁機構は目標バルブオーバラップ量を確保するべく駆動制御される。そのため、要求されるバルブオーバラップ量の確保は、前記各バルブのバルブタイミングの変更が完了するまで、必ずしも待つ必要はなくなり、早急にバルブオーバラップ量の調整を行うことができる。更に、バルブタイミングを変更している途中のバルブオーバラップ量の変化が、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側となる。このため、バルブタイミング変更中のバルブオーバラップ量の不必要な増大や減少を回避でき、バルブタイミング変更時の機関運転状態をより好適に制御できる。
【００２９】
一方、第２の目標算出手段では、機関運転状態に応じたバルブタイミングが得られる前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングが算出される。この第２の目標算出手段によって前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングが算出される場合には、前記第２の可変動弁機構により可変とされるバルブのバルブタイミングは、機関運転状態に応じたバルブタイミングに変更される。すなわち、バルブタイミングの変更に際して、機関運転状態に応じて要求される各バルブのバルブタイミングを速やかに確保することができる。
【００３０】
さらに、同構成では、機関運転状態がいずれの方向へのバルブオーバラップ量の変化を要求しているかに応じて、前記第１の目標算出手段及び第２の目標算出手段を切り替えるようにしている。このため、バルブ特性、より具体的には上記バルブタイミングを変更する際の機関運転状態をより好適に制御することができるようになる。
【００３３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記各可変動弁機構は、前記各バルブを開閉駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する相対位相を変更することで、該当バルブのバルブタイミングを可変とするものであることをその要旨とする。
【００３４】
同構成によれば、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを確実に変更することができるようになる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、この発明にかかる内燃機関のバルブ特性制御装置を具体化した第１の実施形態について、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本実施の形態にかかる内燃機関のバルブ特性制御装置が適用されるガソリン機関１の概略構成を示している。
ガソリン機関１のシリンダブロック２は複数（図１には１つのみ図示）のシリンダ３を備えている。上記シリンダ３内に設けられたピストン４は、クランクシャフト５にコンロッド６を介して連結されている。このコンロッド６によりピストン４の往復運動がクランクシャフト５の回転運動へと変換されるようになっている。
【００３７】
上記シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド７が取り付けられている。そして、上記シリンダ３においてピストン４の上端とシリンダヘッド７との間には、燃焼室８が形成されている。
【００３８】
上記燃焼室８には点火プラグ１１が設けられている。上記燃焼室８に対応して設けられた吸気ポート１２及び排気ポート１３は、それぞれ吸気通路１４及び排気通路１５に接続されている。また、上記燃焼室８に対応して吸気ポート１２に設けられたインジェクタ１６からは燃料が噴射される。
【００３９】
上記燃焼室８に対応して設けられた吸気バルブ１７及び排気バルブ１８は、前記吸気ポート１２及び排気ポート１３をそれぞれ開閉する。同吸気バルブ１７及び排気バルブ１８は、それぞれ吸気側カムシャフト３１及び排気側カムシャフト３２の回転に伴い、同カムシャフト３１、３２に設けられたカム（図示略）が回転することによって開閉動作する。前記各カムシャフト３１、３２の先端に各々設けられたタイミングプーリ３３、３４は、タイミングベルト３５を介してクランクシャフト５に駆動連結されており、クランクシャフト５が２回転すると各タイミングプーリ３３、３４が１回転するようになっている。そして、ガソリン機関１の運転時には、クランクシャフト５の回転力はタイミングベルト３５及び各タイミングプーリ３３、３４を介して前記吸気側カムシャフト３１及び排気側カムシャフト３２に伝達される。こうして、吸気バルブ１７、及び排気バルブ１８はクランクシャフト５の回転に同期して、すなわち各ピストン４の往復移動に対応して所定のタイミングで開閉駆動される。
【００４０】
また、クランクシャフト５に近接してクランク角センサ４１が設けられている。このクランク角センサ４１は、クランクシャフト５の回転位相（クランク角）を検出しており、またその検出結果に基づいてガソリン機関１（クランクシャフト５）の機関回転速度ＮＥが検出される。また、吸気側カムシャフト３１に近接してカム角センサ４２ａが設けられており、同カム角センサ４２ａ及びクランク角センサ４１の出力信号に基づいて吸気側カムシャフト３１の回転位相（カム角）が検出される。同様に、排気側カムシャフト３２に近接してカム角センサ４２ｂが設けられており、同カム角センサ４２ｂ及びクランク角センサ４１の出力信号に基づいて排気側カムシャフト３２の回転位相（カム角）が検出される。
【００４１】
前記点火プラグ１１にはイグナイタ４６から出力される高電圧が印加される。点火プラグ１１の点火タイミングは、イグナイタ４６からの高電圧出力タイミングにより決定される。そして、ガソリン機関１は点火プラグ１１により、吸気通路１４からの吸入空気とインジェクタ１６から噴射される燃料とからなる混合気を燃焼室８内で爆発させて機関出力を得る。また、このときに発生する燃焼ガスは排気通路１５へ排出される。
【００４２】
前記吸気通路１４の一部には、吸気の脈動を抑えるためのサージタンク５１が設けられている。サージタンク５１の上流側には、アクセルペダル５２の操作に基づいて開度が変更されるスロットルバルブ５３が設けられている。このスロットルバルブ５３の開度を変更することにより燃焼室８内へ吸入される空気量が調節されるようになっている。スロットルバルブ５３の近傍には、その開度を検出するスロットル開度センサ５４と、そのスロットルバルブ５３が全閉状態のときオンとなるアイドルスイッチ５５が取り付けられている。また、上記スロットルバルブ５３の上流側には、ガソリン機関１に吸入される吸入空気量Ｑａに応じた出力が得られるエアフロメータ５６が設けられている。
【００４３】
本実施の形態において、吸気側カムシャフト３１に設けられたタイミングプーリ３３には吸気側可変バルブタイミング機構（以下、ＩＮ−ＶＶＴ機構という）６０ａが設けられている。また、排気側カムシャフト３２に設けられたタイミングプーリ３４には排気側可変バルブタイミング機構（以下、ＥＸ−ＶＶＴ機構という）６０ｂが設けられている。
【００４４】
このＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａは、クランクシャフト５に対するタイミングプーリ３３と吸気側カムシャフト３１との相対回転位相を油圧の作用により変更することで、吸気バルブ１７の開閉タイミングを連続的に変更する機構である。また、ＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂは、クランクシャフト５に対するタイミングプーリ３４と排気側カムシャフト３２との相対回転位相を油圧の作用により変更することで、排気バルブ１８の開閉タイミングを連続的に変更する機構である。このＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａは、タイミングプーリ３３に対し吸気側カムシャフト３１の相対回転位相を進める際に油を供給するための進角側油圧通路Ｐ１ａと、同相対回転位相を遅らす際に油を供給するための遅角側油圧通路Ｐ２ａとを有している。同様に、ＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂは、タイミングプーリ３４に対する排気側カムシャフト３２の相対回転位相を進める際に油を供給するための進角側油圧通路Ｐ１ｂと、同相対回転位相を遅らす際に油を供給するための遅角側油圧通路Ｐ２ｂとを有している。また、オイルパン６５に貯留されている油はオイルポンプ６２によって吸入され、この吸入された油は同オイルポンプ６２によってオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）６３ａ、６３ｂに供給される。これらＯＣＶ６３ａ、６３ｂは、いわゆるリニアソレノイドバルブであって、内蔵された電磁ソレノイドに印加する電圧のデューティ比を変化させることにより、油の供給先、及び油の供給速度を変更することができるようになっている。このようなＯＣＶ６３ａに供給された油は進角側油圧通路Ｐ１ａ、あるいは遅角側油圧通路Ｐ２ａのいずれかに供給される。同様にＯＣＶ６３ｂに供給された油は進角側油圧通路Ｐ１ｂ、あるいは遅角側油圧通路Ｐ２ｂのいずれかに供給される。こうして、各油圧通路に選択的に油が供給されることにより、クランクシャフト５に対する各カムシャフト３１、３２の相対回転位相が変更され、もって吸気バルブ１７及び排気バルブ１８のバルブタイミングが変更される。
【００４５】
上記ガソリン機関１の点火時期制御、燃料噴射量制御、あるいはＶＶＴ機構の位相制御に基づくバルブタイミングの制御等の各種制御は、制御装置（以下、ＥＣＵという）８０によって行われる。このＥＣＵ８０は中央処理制御装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータを中心として構成されている。例えばＥＣＵ８０には、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が設けられている。またＥＣＵ８０には、演算結果や予め記憶されたデータ等を機関停止後も保存するためのバックアップＲＡＭ、入力インターフェース、出力インターフェース等も設けられている。そして、前記クランク角センサ４１、カム角センサ４２ａ、カム角センサ４２ｂ、水温センサ４３、スロットル開度センサ５４、アイドルスイッチ５５及びエアフロメータ５６等からの出力信号が前記入力インターフェースを通じて入力されるようになっている。これら各センサ４１〜４３、５４〜５６等の出力信号により、ガソリン機関１の運転状態が検出される。
【００４６】
一方、出力インターフェースは、各々対応する駆動回路等を介してインジェクタ１６、イグナイタ４６、ＯＣＶ６３ａ及びＯＣＶ６３ｂ等に接続されている。そして、ＥＣＵ８０は上記各センサ４１〜４３、５４〜５６等からの信号に基づき、ＲＯＭ内に格納された制御プログラム及び初期データに従い、これらインジェクタ１６、イグナイタ４６、ＯＣＶ６３ａ（ＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａ）、及びＯＣＶ６３ｂ（ＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂ）等を好適に制御する。
【００４７】
次に、本実施の形態にかかるバルブ特性制御装置により行われるバルブタイミングの制御処理を、図２〜図４に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態では、吸気バルブ１７の実バルブタイミングと目標バルブオーバラップ量とから排気バルブ１８の目標バルブタイミングを算出するようにしている。具体的には、機関運転状態に応じて求められる目標バルブオーバラップ量及び吸気側カムシャフト３１の実変位角に基づいて、排気側カムシャフト３２の目標変位角を算出するようにしている。
【００４８】
なお、前記変位角とは、タイミングプーリに対するカムシャフトの相対回転量を表す値であって、その変化角度はクランク角（°ＣＡ）に換算されている。また、この変位角は、カム角センサ４２ａ、４２ｂ及びクランク角センサ４１の出力信号に基づき、吸気側カムシャフト３１の実際の変位角、及び排気側カムシャフト３２の実際の変位角がそれぞれＥＣＵ８０によって算出される。そして、本実施の形態では、吸気側カムシャフト３１の変位角について、吸気バルブ１７のバルブタイミングが最大限遅角された状態のときの変位角を０°ＣＡとしている。従って、吸気側カムシャフト３１の実変位角は吸気バルブ１７のバルブタイミングがその最遅角タイミングからどれだけ進角されているかを表す値となる。一方、排気側カムシャフト３２の変位角については、排気バルブ１８のバルブタイミングが最大限進角された状態のときの変位角を０°ＣＡとしている。従って、排気側カムシャフト３２の実変位角は排気バルブ１８のバルブタイミングがその最進角タイミングからどれだけ遅角されているかを表す値となる。
【００４９】
次に、図２に示す説明図を参照しながら、変位角とバルブオーバラップ量との関係を説明する。本実施の形態では、吸気側カムシャフト３１の変位角及び排気側カムシャフト３２の変位角がともに０°ＣＡとなっているときのバルブオーバラップ量を初期値ＯＶ0（本実施の形態では−２４°ＣＡ）という。また、排気バルブ１８が閉弁して所定クランク角θＣだけクランクシャフト５が回転してから吸気バルブ１７が開弁する状態を、バルブオーバラップ量＝−θＣとしている。なお、このバルブオーバラップ量もクランク角（°ＣＡ）で表される値である。そして、吸気側カムシャフト３１の実変位角がある値ＩＮＲであって、排気側カムシャフト３２の実変位角がある値ＥＸＲであるときの実バルブオーバラップ量ＯＶＲは、図２からもわかるように次式（１）で表すことができる。
【００５０】
ＯＶＲ＝ＩＮＲ＋ＥＸＲ＋ＯＶ0 …（１）
次に、本実施の形態おける目標バルブタイミングの算出にかかる処理手順を図３に示すフローチャートを併せ参照しながら説明する。このフローチャートに示される一連の処理はＥＣＵ８０によって所定時間毎の割り込みで実行される。
【００５１】
本処理が開始されると、まず、クランク角センサ４１の出力に基づいて算出される機関回転速度ＮＥ、エアフロメータ５６の出力に基づいて算出される吸入空気量Ｑａ、及び吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲが読み込まれる（ステップＳ１１０）。ここで、実変位角ＩＮＲとは、吸気側カムシャフト３１の実際の変位角である。
【００５２】
次に、現在の機関運転状態におけるガソリン機関１の負荷率Ｌが算出される（ステップＳ１２０）。この負荷率Ｌは、次式（２）により算出される。なお、Ｑｗｏｔは機関全負荷時の吸入空気量であり、予め求められた定数値である。
【００５３】
Ｌ＝Ｑａ／Ｑｗｏｔ … （２）
次に、ＥＣＵ８０のＲＯＭ内に記憶されたマップを参照して、機関回転速度ＮＥと負荷率Ｌに基づき、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰが求められる（ステップＳ１３０）。
【００５４】
次に、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと実変位角ＩＮＲに基づき、次式（３）を用いて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される（ステップＳ１４０）。
【００５５】
ＥＸＰ＝ＯＶＰ―（ＩＮＲ＋ＯＶ0） …（３）
この式（３）は、前述した変位角とバルブオーバラップ量との関係式（１）において、実バルブオーバラップ量ＯＶＲを目標バルブオーバラップ量ＯＶＰとし、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲを目標変位角ＥＸＰとして、前記式（１）を変形することにより得られる式である。
【００５６】
以後、ステップＳ１１０〜１４０の処理が所定時間毎に繰り返し実行される。そして、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲが上記処理により求められた目標変位角ＩＮＰとなるようにＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａが制御される。このときの同制御は、実変位角ＩＮＲと目標変位角ＩＮＰとの偏差に応じてＯＣＶ６３ａに印加される電圧のデューティ比を設定し、実変位角ＩＮＲを目標変位角ＩＮＰに収束させることで行われる。同様にして、ＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂも制御される。
【００５７】
次に、上記目標バルブタイミング算出処理に基づく本実施形態のバルブ特性制御装置の動作態様を説明する。
図４（ａ）は、吸気バルブ１７のバルブタイミングを遅角側に、排気バルブ１８のバルブタイミングを進角側に変更して、両バルブ１７、１８のバルブオーバラップ量を減少させるようにバルブタイミング制御を行うときの制御態様の一例を示している。なお同図４において、線Ｌ１は、実変位角ＥＸＲに対応した排気バルブ１８の閉弁時期（クランク角）の推移を、すなわち排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲに応じた排気バルブ１８の閉弁時期の推移を示している。また、線Ｌ２は、吸気バルブ１７の開弁時期（クランク角）の推移をそれぞれ示している。また同図４の線Ｌ３は、目標変位角ＥＸＰに対応した排気バルブ１８の閉弁時期の推移を、すなわち排気側カムシャフト３２が目標変位角ＥＸＰに応じた位相にあるときの排気バルブ１８の閉弁時期の推移を示している。更に、同図４の線Ｌ４は、目標変位角ＩＮＰに対応した吸気バルブ１７の開弁時期の推移を示している。
【００５８】
時刻Ｔにおいて、吸気バルブ１７のバルブタイミングを遅角側に、排気バルブ１８のバルブタイミングを進角側にそれぞれ変更し、両バルブ１７、１８のバルブオーバラップ量を減少させることを最終的な目標とするバルブタイミングの変更要求がなされたものとする。このとき、上記算出処理においては、まず、そのときの実変位角ＩＮＲよりも遅角側の値となるように吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰが算出され、また現状よりも低減されるように目標バルブオーバラップ量ＯＶＰが算出される。
【００５９】
これとともに、その目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと、そのときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲとに基づいて、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される。なお、このときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲは、その目標変位角ＩＮＰよりも進角側になっている。そのため、このとき算出される排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰは、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰ及び目標バルブオーバラップ量ＯＶＰに応じた排気側カムシャフト３２の変位角の最終的な制御目標よりも更に進角側の値になる。
【００６０】
そして算出された目標変位角ＩＮＰ、ＥＸＰに基づきＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａ及びＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂが制御されて、両カムシャフト３１、３２の実変位角ＩＮＲ、ＥＸＲが変更され始める。このときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲは遅角側へと、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲは進角側へと変更されていく。また、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの遅角側への変更に同期して、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰも遅角側へと変更されていく。ここで、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲがその目標変位角ＥＸＰと一致しても、吸気側カムシャフト３１の位相変更が完了していなければ、排気側カムシャフト３２の位相は更に変更され続けることとなる。
【００６１】
こうして排気側カムシャフト３２の進角側への位相変更は、時刻Ｔ１において、実変位角ＥＸＲがその目標変位角ＥＸＰと一致するまで続けられる。これにより、吸気側カムシャフト３１の位相変更の完了に先立って、要求されたバルブオーバラップ量が確保されるようになる。
【００６２】
そしてその後も、実変位角ＩＮＲが目標変位角ＩＮＰと一致する時刻Ｔ２まで、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの遅角側への変更は継続される。一方、それに同期して排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰも遅角側に変更されるため、要求されるバルブオーバラップ量が維持され続ける。
【００６３】
他方、図４（ｂ）は、吸気バルブ１７のバルブタイミングを進角側に、排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角側に変更して、両バルブ１７、１８のバルブオーバラップ量を増大させるようにバルブタイミング制御を行うときの制御態様の一例を示している。この場合には、時刻Ｔにおいて、吸気バルブ１７のバルブタイミングを進角側に、排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角側にそれぞれ変更し、両バルブ１７、１８のバルブオーバラップ量を増大させることを最終的な目標とするバルブタイミングの変更要求がなされたものとする。このとき、上記算出処理においては、まず、そのときの実変位角ＩＮＲよりも進角側の値となるように吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰが算出され、また現状よりも増大されるように目標バルブオーバラップ量ＯＶＰが算出される。
【００６４】
これとともに、その目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと、そのときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲとに基づいて、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される。なお、このときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲは、その目標変位角ＩＮＰよりも遅角側になっている。そのため、このとき算出される排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰは、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰ及び目標バルブオーバラップ量ＯＶＰに応じた排気側カムシャフト３２の変位角の最終的な制御目標よりも更に遅角側の値になる。
【００６５】
そして算出された目標変位角ＩＮＰ、ＥＸＰに基づきＩＮ−ＶＶＴ機構６０ａ及びＥＸ−ＶＶＴ機構６０ｂが制御されて、両カムシャフト３１、３２の実変位角ＩＮＲ、ＥＸＲが変更され始める。このときの吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲは進角側へと、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲは遅角側へと変更されていく。また、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの進角側への変更に同期して、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰも進角側へと変更されていく。こうして排気側カムシャフト３２の遅角側への位相変更は、時刻Ｔ１において、実変位角ＥＸＲがその目標変位角ＥＸＰと一致するまで続けられる。これにより、吸気側カムシャフト３１の位相変更の完了に先立って、要求されたバルブオーバラップ量が確保されるようになる。
【００６６】
そしてその後も、実変位角ＩＮＲが目標変位角ＩＮＰと一致する時刻Ｔ２まで、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの進角側への変更は継続される。一方、それに同期して排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰも進角側に変更されるため、要求されるバルブオーバラップ量が維持され続ける。
【００６７】
以上のように、上記目標バルブタイミングの算出処理によれば、吸気バルブ１７のバルブタイミングの変更完了を必ずしも待たずとも、要求されるバルブオーバラップ量を確保し得るようになる。
【００６８】
更に、上記目標バルブタイミングの算出処理によれば、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが常に現状の吸気側カムシャフト３１の変位角に対して要求されるバルブオーバラップ量が得られる変位角に設定される。そのため、位相変更中のバルブオーバラップ量の変化は、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側のみになる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関のバルブ特性制御装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
（１）機関運転状態に基づいて求められる目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲとから、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するようにした。そのため、要求されるバルブオーバラップ量の確保に、両カムシャフト３１、３２の位相変更の完了を必ずしも待つ必要はなくなり、より早急なバルブオーバラップ量の調整が可能になる。
【００７０】
（２）更に、位相変更途中のバルブオーバラップ量の変化が、常に目標バルブオーバラップ量に収束する側となるため、前述したようなバルブタイミング変更中のバルブオーバラップ量の不必要な増大や減少を回避でき、バルブタイミング変更中の機関運転状態をより好適に制御できる。
【００７１】
（第２の実施形態）
前記第１の実施形態における目標バルブタイミング算出手段によって算出される排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰは、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲの変化に伴って随時変更されるものであった。この場合には、位相変更途中のバルブオーバラップ量調整の早期化は達成されるものの、排気側カムシャフト３２の位相変更を完了するには常に吸気側カムシャフト３１の位相変更の完了を待つ必要があり、排気バルブ１８のバルブタイミング変更に遅れが生じることがある。
【００７２】
一方、バルブタイミングが機関運転状態に与える影響には、バルブオーバラップ量の大きさが支配的な因子となるものと、バルブタイミング自身、すなわち吸・排気バルブの開閉時期が支配的な因子となるものとがある。例えば、バルブオーバラップ量はシリンダ内の内部ＥＧＲの量を決定する支配的な因子となる。また、バルブの開閉時期はシリンダ内に導入される気体の充填効率等を決定する支配的な因子となる。例えば、高負荷高回転領域において吸気バルブの閉弁時期を遅くすると、吸気の慣性力により、シリンダ内に導入される気体の充填効率が向上する。また、排気バルブの開閉タイミングと排気系とを好適に設定することで、排気ポート内の圧力を吸気ポート内の圧力よりも小さくすることができ、これによってもシリンダ内に導入される気体の充填効率を向上させることができる。このように、バルブタイミングの変更に際して、機関運転状態によってはバルブオーバラップ量の確保よりも最終的な目標バルブタイミングを早く確保した方が機関運転状態をより好適な状態にすることができる場合がある。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰの算出ロジックとして、上記第１の目標算出手段に対応した第１の算出ロジックと上記第２の目標算出手段に対応した第２の算出ロジックとの二通りのロジックを用意している。そして、それら二つの算出ロジックを機関運転状態に応じて使い分けるようにしている。
【００７４】
まず、第１の算出ロジックは、第１の実施形態と同じく、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲとに基づいて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するものである。すなわち、この第１の算出ロジックにおいては、現状の吸気バルブ１７のバルブタイミングに対して要求されるバルブオーバラップ量の得られるバルブタイミングを、排気バルブ１８の目標バルブタイミングをして設定するようにしている。
【００７５】
また、第２の算出ロジックは、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰとに基づいて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するものである。よって、この第２の算出ロジックでは、当初から排気バルブ１８のバルブタイミングの最終的な制御目標を、すなわち現状の機関運転状態に応じた排気バルブ１８の最適なバルブタイミングを、目標バルブタイミングをして設定するようにしている。
【００７６】
以下、本実施の形態にかかる目標バルブタイミングの算出処理の詳細を図５に示すフローチャートを併せ参照しながら説明する。このフローチャートに示される一連の処理もＥＣＵ８０によって所定時間毎の割り込みで実行される。
【００７７】
本処理が開始されると、まず、クランク角センサ４１の出力に基づいて算出される機関回転速度ＮＥ、エアフロメータ５６の出力に基づいて算出される吸入空気量Ｑａ、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲ、及び排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲが読み込まれる（ステップＳ２１０）。ここで、実変位角ＥＸＲは先に説明した実変位角ＩＮＲと同様な値であって、排気側カムシャフト３２の実際の変位角である。
【００７８】
次に、現在の機関運転状態におけるガソリン機関１の負荷率Ｌが算出される（ステップＳ２２０）。この負荷率Ｌも、前記式（２）に基づいて算出される。
次に、ＥＣＵ８０のＲＯＭ内に記憶されたマップを参照して、機関回転速度ＮＥと負荷率Ｌに基づき、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰが求められる（ステップＳ２３０）。
【００７９】
次に、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲ及び排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲに基づき、前記式（１）を用いて実バルブオーバラップ量ＯＶＲが算出される（ステップＳ２４０）。
【００８０】
次に、式（４）を用いて、実バルブオーバラップ量ＯＶＲと目標バルブオーバラップ量ＯＶＰとの偏差である、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが算出される（ステップＳ２５０）。
【００８１】
ΔＯＶ＝ＯＶＲ―ＯＶＰ … （４）
ここで、機関運転状態の変化に対応してバルブオーバラップ量を減少させようとする場合には、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰが実バルブオーバラップ量ＯＶＲより小さくなるため、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶは正の値となる。一方、バルブオーバラップ量を増大させようとする場合には、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰが実バルブオーバラップ量ＯＶＲより大きくなるため、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶは負の値となる。このように、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶの値は、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰと実バルブオーバラップ量ＯＶＲとの差だけではなく、その符号（正、あるいは負）によりバルブオーバラップ量の変更方向についても表す値となっている。
【００８２】
次に、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α以上であるか否かが判定される（ステップＳ２６０）。なお、本実施の形態では、判定値αを「−２（°ＣＡ）」としている。
【００８３】
ΔＯＶ≧判定値α … （５）
このステップＳ２６０において、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α以上であると判定される場合は（ステップＳ２６０でＹＥＳ）、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが正の値であって、バルブオーバラップ量を減少させる場合、或いは同オーバーラップ量の増大量が２°ＣＡ以下となっている場合である。そしてこの場合には、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰ及び吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲに基づき、前記第１の実施形態で説明した式（３）を用いて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される（ステップＳ２７０）。
【００８４】
一方、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α未満であると判定される場合は（ステップＳ２６０でＮＯ）、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが負の方向に大きい値であって、バルブオーバラップ量を増大させる場合である。そしてこの場合には、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰ及び吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰに基づき、次式（６）を用いて排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰが算出される（ステップＳ２８０）。なお、初期値ＯＶ0は前記第１の実施形態で説明した初期値ＯＶ0と同じ値である。
【００８５】
ＥＸＰ＝ＯＶＰ―（ＩＮＰ＋ＯＶ0） …（６）
この式（６）は、先の式（３）において実変位角ＩＮＲを目標変位角ＩＮＰとすることで得られる式である。
【００８６】
以後、ステップＳ２１０〜２８０の処理が所定時間毎に繰り返し実行される。そして、前記第１の実施形態と同様に、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲが本処理により求められた目標変位角ＩＮＰになるように、また、排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲが本処理により求められた目標変位角ＥＸＰになるように、前記各ＶＶＴ機構６０ａ、６０ｂが制御される。
【００８７】
本実施の形態にかかるバルブ特性制御装置によりバルブオーバラップ量を減少させる場合、或いはバルブオーバラップ量の増大量が２°ＣＡ以下の場合における各バルブのバルブタイミング及びバルブオーバラップ量の変化態様は、前記図４（ａ）に例示した変化態様と同様である。すなわち、この場合には、位相変更途中において、速やかにバルブオーバラップ量を確保することができる。例えば、ガソリン機関１が軽負荷状態になり、バルブオーバラップ量を減少させる場合には、その位相変更途中において速やかに軽負荷状態に応じた目標バルブオーバラップ量が確保される。このため、位相変更途中においてバルブオーバラップ量が過大になることはなく、燃焼の不安定化による失火等の発生を抑制することができる。なお、本実施の形態では、バルブオーバラップ量を増大させる場合であってもその増大量が２°ＣＡ以下の場合には、位相変更途中におけるバルブオーバラップ量の確保が優先される。これは、バルブオーバラップ量の増大量が少ない場合には、排気バルブ１８のバルブタイミングの確保を優先しても大きな出力向上は望めないため、出力向上よりも、位相変更途中の不適切なバルブオーバラップ量の変化により生じる不具合の抑制を優先させているためである。
【００８８】
一方、本実施の形態にかかるバルブ特性制御装置によりバルブオーバラップ量を増大させる場合における各バルブのバルブタイミング及びバルブオーバラップ量の変化態様は図６に例示するような変化態様になる。この図６に示す各線Ｌ１〜Ｌ４も、前記の図４に示した各線Ｌ１〜Ｌ４と同一のものである。そして、本実施の形態にかかる第２の算出ロジックでは、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰは、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰの設定と同様に、現状の機関運転状態に応じた位相変更完了時の変位角が設定される。そのため、この図６、及び先の図４（ｂ）に示される線Ｌ１との対比によって明らかなように、排気側カムシャフト３２の位相は、現状の機関運転状態に応じた位相変更完了時の変位角へより早期に収束するようになる。そのため、機関運転状態の変化に対応した排気バルブ１８のバルブタイミングを速やかに確保することができる。すなわち、位相変更途中におけるバルブオーバラップ量の確保よりも、排気バルブ１８のバルブタイミングの確保を優先させることができる。例えば、ガソリン機関１が高負荷状態になり、機関出力を増大させる場合には、排気ポート１３内の圧力を吸気ポート１２内の圧力よりも小さくするのに最適な排気バルブ１８のバルブタイミングが速やかに確保され、気筒の充填効率を向上させることができる。
【００８９】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関のバルブ特性制御装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
（１）排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰの算出手段を機関運転状態に応じて、より厳密には、機関運転状態がいずれの方向へのバルブオーバラップ量の変化を要求しているかに応じて、切り替えるようにしている。このため、バルブタイミングを変更する際の機関運転状態をより好適に制御することができるようになる。
【００９０】
（その他の実施形態）
なお、前記各実施形態は以下のように変更してもよく、その場合でも各実施形態に準じた作用及び効果を得ることができる。
【００９１】
・前記第１の実施形態において、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを機関運転状態から求めるとともに、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰ及び排気側カムシャフト３２の実変位角ＥＸＲに基づいて、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰを算出するようにしてもよい。また、前記第２の実施形態において、排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを機関運転状態から求めるとともに、目標バルブオーバラップ量ＯＶＰ及び排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰに基づいて、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰを算出するようにしてもよい。これらの場合にも、上記各実施形態に準ずる効果を得ることができる。
【００９２】
・上記各実施形態では、吸気バルブ１７、及び排気バルブ１８のバルブタイミングを表す値として変位角を用いた。しかしながら、これは一例であって、各バルブ１７、１８のバルブタイミングを表す他のパラメータを用いてもよい。
【００９３】
・前記第２の実施形態では、判定値αの値を「−２°ＣＡ」としたが何らこの値に限定するものではなく、この値は第１及び第２の算出手段の切り替えを機関運転状態に応じて好適に実施できるように設定すればよい。
【００９４】
・前記第２の実施形態において、バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α未満であるときには第１の算出ロジックにより排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出する。一方、同バルブオーバラップ偏差ΔＯＶが判定値α以上であるときには第２の算出ロジックにより排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するようにしてもよい。この場合には、バルブオーバラップ量を増大させる際に位相変更途中におけるバルブオーバラップ量を確保することができるため、例えば内部ＥＧＲ量を早い時期に増量させることができ、もってＮＯｘの低減が速やかに行われるようになる。一方、バルブオーバラップ量を減少させる際には、バルブタイミングを速やかに確保することができる。
【００９５】
・前記第２の実施形態において、機関運転状態がバルブオーバラップ量の影響を受けやすい運転領域にあるときには第１の算出ロジックにより排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出する。一方、機関運転状態が前記各バルブの開閉時期の影響を受けやすい運転領域にあるときには第２の算出ロジックにより排気側カムシャフト３２の目標変位角ＥＸＰを算出するようにしてもよい。この場合には、機関運転状態に応じた最適な態様で、吸気側カムシャフト３１及び排気側カムシャフト３２の位相変更を行うことができるようになる。
【００９６】
・上記各実施形態における可変動弁機構によって可変とされるバルブ特性は、吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期であった。しかしながら、本発明にかかるバルブ特性制御装置の適用対象となるものは、このような可変動弁機構に何ら限定するものではない。例えば、前記各バルブのリフト量と開閉時期とを可変とする可変動弁機構にも適用可能である。また、各バルブのリフト量のみを可変とし、それらの開閉時期は変化させない可変動弁機構でも、リフト量が変化することで内部ＥＧＲ量等は変化するため、前述したような問題の生じるおそれはある。この場合には、上述したバルブ特性に相当する値、例えば各バルブのリフト量等と、バルブオーバラップ量に相当する値、例えばリフト量及び各バルブの開閉時期とから推定されるバルブオーバラップ量等を用い、上記の各実施形態に準じた制御処理を行うことによって、上記各実施形態に準ずる効果を得ることができる。
【００９７】
・上記各実施形態では、ガソリン機関１に本発明にかかるバルブ特性制御装置を適用した。しかしながら、適用対象となる内燃機関はこのガソリン機関１に何ら限定するものではない。要するに、吸気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構と、排気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構とを備える内燃機関であれば、上記各実施形態にかかるバルブ特性制御装置は適用可能である。そして、この場合にも上記各実施形態に準ずる効果を得ることができる。
【００９８】
その他、上記実施形態あるいはその変更例から把握することができる技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブタイミングを可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブタイミングを可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標バルブタイミングをそれぞれ算出し、その算出された目標バルブタイミングと実バルブタイミングとを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、機関運転状態に応じた前記一方のバルブのバルブタイミングを前記第１の可変動弁機構の目標バルブタイミングとして算出するとともに、機関運転状態に応じた目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実バルブタイミングと前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングを算出する第１の目標算出手段と、機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブタイミングを前記第１及び第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングとしてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも大きくなる機関運転状態では前記第１の目標算出手段を用い、前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも小さくなる機関運転状態では前記第２の目標算出手段を用いて、前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出することを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
【００９９】
上記構成によれば、バルブオーバラップ量を増大させる際に、位相変更途中のバルブオーバラップ量を確保することができる。一方、バルブオーバラップ量を減少させる際には、バルブタイミングを速やかに確保することができるようになる。
【０１００】
（ロ）内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブタイミングを可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブタイミングを可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標バルブタイミングをそれぞれ算出し、その算出された目標バルブタイミングと実バルブタイミングとを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、機関運転状態に応じた前記一方のバルブのバルブタイミングを前記第１の可変動弁機構の目標バルブタイミングとして算出するとともに、機関運転状態に応じた目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実バルブタイミングと前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングを算出する第１の目標算出手段と、機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブタイミングを前記第１及び第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングとしてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、機関運転状態がバルブオーバラップ量の影響を受けやすい運転領域にあるときには前記第１の目標算出手段を用い、機関運転状態が前記各バルブの開閉時期の影響を受けやすい運転領域にあるときには前記第２の目標算出手段を用いて、前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出することを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
【０１０１】
上記構成によれば、機関運転状態がバルブオーバラップ量の影響を受けやすい運転領域にあるときには、位相変更途中のバルブオーバラップ量を確保することができる。一方、機関運転状態が前記各バルブの開閉時期の影響を受けやすい運転領域にあるときには、機関運転状態に応じた各バルブの開閉時期を速やかに確保することができるようになる。すなわち、機関運転状態に応じた最適な態様で、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを変更することができるようになり、バルブタイミングを変更する際の機関運転状態を好適に制御することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるバルブ特性制御装置が適用されるガソリン機関１の概略構成図。
【図２】吸気バルブ及び排気バルブの各変位角とバルブオーバラップ量との関係を示す図。
【図３】第１の実施形態における目標バルブタイミングの算出にかかる処理手順を示すフローチャート。
【図４】第１の実施形態にかかるバルブ特性制御装置による吸・排気バルブのバルブタイミング制御態様の一例を示す図。
【図５】第２の実施形態における目標バルブタイミングの算出にかかる処理手順を示すフローチャート。
【図６】第２の実施形態にかかるバルブ特性制御装置の第２の算出ロジックによる吸・排気バルブのバルブタイミング制御態様の一例を示す図。
【図７】従来のバルブ特性制御装置による吸・排気バルブのバルブタイミング制御態様の一例を示す図。
【符号の説明】
１…ガソリン機関、２…シリンダブロック、３…シリンダ、４…ピストン、５…クランクシャフト、６…コンロッド、７…シリンダヘッド、８…燃焼室、１１…点火プラグ、１２…吸気ポート、１３…排気ポート、１４…吸気通路、１５…排気通路、１６…インジェクタ、１７…吸気バルブ、１８…排気バルブ、３１…吸気側カムシャフト、３２…排気側カムシャフト、３３、３４…タイミングプーリ、３５…タイミングベルト、４１…クランク角センサ、４２ａ、４２ｂ…カム角センサ、４３…水温センサ、４６…イグナイタ、５１…サージタンク、５２…アクセルペダル、５３…スロットルバルブ、５４…スロットル開度センサ、５５…アイドルスイッチ、５６…エアフロメータ、６０ａ…吸気側可変バルブタイミング機構（ＩＮ−ＶＶＴ機構）、６０ｂ…排気側可変バルブタイミング機構（ＥＸ−ＶＶＴ機構）、６２…オイルポンプ、６３ａ、６３ｂ…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）、６５…オイルパン、８０……制御装置（ＥＣＵ）、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ…進角側油圧通路、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ…遅角側油圧通路。
Claims (3)
- 内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブ特性を可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブ特性を可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標制御量をそれぞれ算出し、その算出された目標制御量と実制御量とを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、
前記一方のバルブについて機関運転状態に応じたバルブ特性が得られる前記第１の可変動弁機構の制御量をその目標制御量として算出するとともに、機関運転状態に応じた前記両バルブの目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実制御量と前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標制御量を算出する第１の目標算出手段と、
機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブ特性が得られる前記第１及び第２の可変動弁機構の制御量をそれらの目標制御量としてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、
前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも小さくなる機関運転状態では、前記第１の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の目標制御量を算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行い、
前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも大きくなる機関運転状態では、前記第２の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の目標制御量を算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行う
ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。 - 内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのいずれか一方のバルブタイミングを可変とする第１の可変動弁機構と、他方のバルブタイミングを可変とする第２の可変動弁機構とを備える内燃機関にあって、前記各可変動弁機構の目標バルブタイミングをそれぞれ算出し、その算出された目標バルブタイミングと実バルブタイミングとを一致させるように前記各可変動弁機構をそれぞれ駆動制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、
機関運転状態に応じた前記一方のバルブのバルブタイミングを前記第１の可変動弁機構の目標バルブタイミングとして算出するとともに、機関運転状態に応じた目標バルブオーバラップ量を算出し、前記第１の可変動弁機構の実バルブタイミングと前記目標バルブオーバラップ量とに基づいて前記第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングを算出する第１の目標算出手段と、
機関運転状態に応じた前記各バルブのバルブタイミングを前記第１及び第２の可変動弁機構の目標バルブタイミングとしてそれぞれ算出する第２の目標算出手段とを有し、
前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも小さくなる機関運転状態では、前記第１の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行い、
前記目標バルブオーバラップ量がその現状値よりも大きくなる機関運転状態では、前記第２の目標算出手段を用いて前記各可変動弁機構の駆動制御にかかる目標バルブタイミングを算出して前記各可変動弁機構の駆動制御を行う
ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。 - 前記各可変動弁機構は、前記各バルブを開閉駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する相対位相を変更することで、該当バルブのバルブタイミングを可変とするものである
請求項１または２に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置。
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