JP4396507B2 - 内燃機関のバルブ特性制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のバルブ特性制御装置に関するものである。

機関出力やエミッション等の向上を目的として、吸気バルブや排気バルブといった機関バルブのバルブ特性（バルブタイミングやバルブリフト量等）を変更する可変バルブ機構が知られている。

このような可変バルブ機構は、上記バルブ特性が機関運転状態に基づいて設定される目標値となるように同バルブ特性の実値と目標値との偏差に基づき、フィードバック制御される。ここで、油圧を利用して駆動される可変バルブ機構では、機関低温時（冷間時）などのように油温が低い状況において駆動速度が低下するため、そのような状況でフィードバック制御が行われるとハンチングやオーバシュートが生じやすくなり、可変バルブ機構の制御性が不安定になるおそれがある。

そこで、特許文献１に記載の装置では、機関低温時等における可変バルブ機構の制御態様としてインチング制御を行うようにしている。このインチング制御では可変バルブ機構の強制駆動と駆動休止とが繰り返し行われ、これにより同可変バルブ機構は微動を繰り返しながら目標値に向かうようになる。このインチング制御では、バルブ特性の実値が少しずつ目標値に向かうため、ハンチングやオーバシュートが生じにくく、可変バルブ機構の制御性が安定するようになる。
特開２００３−２５４０１７号公報

ところで、上記インチング制御ではバルブ特性の実値が少しずつ目標値に向かうため、バルブ特性の変化速度は遅くなる。従って、特許文献１に記載の装置のように、バルブ特性の変更に際し、その変更開始から変更完了に至るまでインチング制御を行うようにすると可変バルブ機構の駆動制御についてその応答性が低下するといった不具合が生じてしまう。

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、機関低温時における可変バルブ機構の駆動制御についてその安定性を確保しつつ応答性を向上させ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。

以下、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記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、圧力室への流体の供給に基づいて駆動して機関バルブのバルブ特性を変更する可変バルブ機構について、これを前記バルブ特性の目標値と実値との関係に基づいて制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記バルブ特性の実値が目標値に向けて変更されるときに前記バルブ特性の目標値と実値との偏差が判定値よりも大きいことに基づいて、強制駆動の制御により前記可変バルブ機構を駆動し、前記バルブ特性の実値が目標値に向けて変更されるときに前記バルブ特性の目標値と実値との偏差が前記判定値よりも小さいことに基づいて、強制駆動と駆動休止とを繰り返すインチング制御により前記可変バルブ機構を駆動する強制駆動手段を備えることを要旨としている。

同構成では、バルブ特性の目標値と実値との偏差が判定値以下になるまで可変バルブ機構を強制駆動するようにしているため、バルブ特性の実値は目標値付近にまで速やかに変更される。そのため、上記従来の装置のように、バルブ特性の変更に際してその変更開始から変更完了に至るまでインチング制御を行う場合と比較して、可変バルブ機構の駆動制御についてその応答性を向上させることができるようになる。
そして、バルブ特性の実値が目標値付近にまで変更された後の可変バルブ機構の駆動制御は上述したようなインチング制御に変更されるため、同駆動制御の安定性も確保される。
また、機関低温時などのように流体の温度が低い状況であっても、同構成では、上記偏差が判定値以下になるまで可変バルブ機構は強制駆動され、同偏差が判定値以下になると同可変バルブ機構の駆動制御はインチング制御に変更される。そのため、機関低温時であっても確実にバルブ特性の実値を目標値に変更することができる。
従って、上記構成によれば、機関低温時における可変バルブ機構の駆動制御についてその安定性を確保しつつ応答性を向上させることができるようになる。ちなみに、可変バルブ機構の強制駆動に際しては、バルブ特性の変化速度が最大となるように駆動パラメータを設定することにより、上記応答性を好適に向上させることができる。

ちなみに上記特許文献１に記載されるごとく、バルブ特性の変更開始時における上記偏差の大きさに応じて強制駆動時間（可変バルブ機構を強制駆動させる時間）を予め設定するようにしても、バルブ特性の実値を目標値付近にまで速やかに変更することは可能であるが、この場合には次のような不具合の発生が懸念される。すなわち、強制駆動中のバルブ特性の変化量は様々な要因（偏差に基づいて強制駆動時間を設定するためのマップ適合値と実際の最適値とのずれ、流体の温度変化など）によって変化する可能性がある。そのため、強制駆動時間が予め設定されている場合にあって強制駆動中のバルブ特性の変化量が不足していた場合には、強制駆動完了後の偏差がそれほど小さくなっていない、換言すれば実際の偏差を目標とする偏差（上記判定値に相当する偏差）にすることができないおそれがある。
一方、請求項１に記載の構成では、偏差が判定値以下になるまで可変バルブ機構の強制駆動が行われるため、実際の偏差を確実に且つ速やかに目標とする偏差（上記判定値に相当する偏差）にすることができ、これにより従来の装置よりも応答性の向上を図ることができるようになる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記強制駆動手段は、前記バルブ特性の実値が目標値に向けて変更されるとき且つ前記バルブ特性の実値が目標値を超える前に、前記偏差が前記判定値よりも小さいことに基づいて前記インチング制御により前記可変バルブ機構を駆動することを要旨としている。

（３）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、前記強制駆動手段は、前記インチング制御においての強制駆動及び駆動休止の期間を前記偏差に基づいて可変設定することを要旨としている。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記可変バルブ機構は、前記圧力室への流体の供給量を調整する制御バルブにより制御されるものであり、前記強制駆動手段は、前記偏差が前記判定値以下になるまで前記制御バルブの駆動信号を前記強制駆動に対応した信号に保持し、前記偏差が前記判定値以下となった後に前記駆動信号を前記強制駆動に対応した信号と前記駆動休止に対応した信号とに交互に切り替えることを要旨としている。

同構成によれば、バルブ特性の目標値と実値との偏差が上記判定値以下になるまで上記制御バルブの駆動信号が強制駆動に対応した信号に保持されるため、可変バルブ機構を確実に強制駆動することができるようになる。また、同偏差が上記判定値以下となった後の駆動信号は、強制駆動に対応した信号と駆動休止に対応した信号とに交互に切り替えられる。そのため、可変バルブ機構は微動を繰り返しながら目標値に向かうようになり、確実にインチング動作させることができるようになる。

（５）請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記可変バルブ機構は、排気バルブのバルブタイミングを変更するものであり、前記強制駆動手段は、このバルブタイミングが遅角側に変更されるときに前記強制駆動及び前記インチング制御を行うものであることを要旨としている。

排気バルブのバルブタイミングを遅角側に変更してバルブオーバラップ量を増大させると、排気通路に排出された排気が再び燃焼室に吸入されるようになるため、排気中に含まれる未燃ＨＣ（炭化水素）を次の燃焼行程で燃焼させることができ、もってＨＣの排出量を低減することができる。ここで、可変バルブ機構の応答性が低い場合には、バルブタイミングを速やかに遅角させることができないため、しばらくの間、上述したようなＨＣの低減効果を得ることができない。この点、上記構成によれば、排気バルブのバルブタイミングを速やかに遅角させることができるため、ＨＣの低減効果を速やかに得ることができるようになる。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、機関冷間始動時に前記排気バルブのバルブタイミングを遅角側に変更することを要旨としている。

機関の冷間始動に際しては、ＨＣの排出量が増大する傾向にある。そこで、上記発明によるように、機関の冷間始動に際して、上記バルブタイミングの遅角側への変更を実施するようにすることで、機関の冷間始動時におけるＨＣの排出量を好適に低減することができるようになる。

（７）請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記制御手段は、前記排気バルブのバルブタイミングが遅角側に変更されるとき且つ前記排気バルブのバルブタイミングの目標値として最遅角が設定されるとき、前記可変バルブ機構の強制駆動のみを通じて前記バルブ特性の実値を目標値に近づけるものであり、前記排気バルブのバルブタイミングが遅角側に変更されるとき且つ前記排気バルブのバルブタイミングの目標値として最遅角が設定されていないとき、前記強制駆動及び前記インチング制御を行うものであることを要旨としている。

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一実施形態について、図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施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。

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。また、シリンダヘッド７には、燃焼室８内に燃料を直接噴射するインジェクタ１６や点火プラグ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。

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、それぞれ吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト３２の回転に伴い、吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト３２にそれぞれ設けられたカム（図示略）が回転することによって開閉動作する。吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト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を介して吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト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。

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、吸気カムシャフト３１に近接して吸気側カム角センサ４２ａが設けられており、同吸気側カム角センサ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、排気カムシャフト３２に近接して排気側カム角センサ４２ｂが設けられており、同排気側カム角センサ４２ｂ及びクランク角センサ４１の出力信号に基づいて排気カムシャフト３２の回転位相（カム角）が検出される。

前記点火プラグ１１にはイグナイタ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、吸気通路１４からの吸入空気とインジェクタ１６から噴射された燃料とからなる混合気を点火プラグ１１にて点火し、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、触媒７０にて浄化される。

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が設けられており、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。また、スロットルバルブ５３の近傍には同スロットルバルブ５３の開度を検出するスロットル開度センサ５４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５５が設けられている。

本実施の形態において、吸気カムシャフト３１に設けられたタイミングプーリ３３には可変バルブ機構である吸気バルブタイミング可変機構６０ａが設けられている。また、排気カムシャフト３２に設けられたタイミングプーリ３４にも可変バルブ機構である排気バルブタイミング可変機構６０ｂが設けられている。

この吸気バルブタイミング可変機構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のバルブ特性であるバルブタイミングを連続的に変更する機構である。また、排気バルブタイミング可変機構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のバルブ特性であるバルブタイミングを連続的に変更する機構である。

吸気バルブタイミング可変機構６０ａは、タイミングプーリ３３に対し吸気カムシャフト３１の相対回転位相を進めるための進角側圧力室と、同相対回転位相を遅らせるための遅角側圧力室とを備えており、進角側圧力室には進角側油圧通路Ｐ１ａを通じて、遅角側圧力室には遅角側油圧通路Ｐ２ａを通じて流体である潤滑油がそれぞれ供給される。同様に、排気バルブタイミング可変機構６０ｂは、タイミングプーリ３４に対する排気カムシャフト３２の相対回転位相を進めるための進角側圧力室と、同相対回転位相を遅らせるための遅角側圧力室とを備えており、進角側圧力室には進角側油圧通路Ｐ１ｂを通じて、遅角側圧力室には遅角側油圧通路Ｐ２ｂを通じて潤滑油がそれぞれ供給される。

オイルパン６５に貯留されている潤滑油はオイルポンプ６２によって吸入され、この吸入された潤滑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、スプール弁を備え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への駆動信号を変化させる、より具体的には印加する電圧のデューティ比ＤＲを変化させることにより、潤滑油の供給先や供給量を変更することができるようになっている。

ＯＣＶ６３ａに供給された潤滑油は、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、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に対する吸気カムシャフト３１の相対回転位相が変更され、もって吸気バルブ１７のバルブタイミングが変更される。より具体的には、ＯＣＶ６３ａの駆動信号のデューティ比である吸気側デューティ比ＤＲｉｎが「５０％」近傍のときに進角側油圧通路Ｐ１ａ及び遅角側油圧通路Ｐ２ａは閉鎖され、これにより吸気バルブタイミング可変機構６０ａの駆動は停止されて、吸気バルブ１７のバルブタイミングは現状値に保持される。また、吸気側デューティ比ＤＲｉｎが「５０％」近傍よりも大きくなると、進角側油圧通路Ｐ１ａへの潤滑油供給がなされて、吸気バルブタイミング可変機構６０ａは進角側に駆動され、もって吸気バルブ１７のバルブタイミングは進角側に変更される。このときには吸気側デューティ比ＤＲｉｎが大きくなるほど潤滑油の流量が増大し、吸気バルブタイミング可変機構６０ａの進角側への駆動速度は速くなる。一方、吸気側デューティ比ＤＲｉｎが「５０％」近傍よりも小さくなると、遅角側油圧通路Ｐ２ａへの潤滑油供給がなされて、吸気バルブタイミング可変機構６０ａは遅角側に駆動され、もって吸気バルブ１７のバルブタイミングは遅角側に変更される。このときにも吸気側デューティ比ＤＲｉｎが小さくなるほど潤滑油の流量が増大し、吸気バルブタイミング可変機構６０ａの遅角側への駆動速度は速くなる。

同様に、ＯＣＶ６３ｂに供給された潤滑油は、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、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に対する排気カムシャフト３２の相対回転位相が変更され、もって排気バルブ１８のバルブタイミングが変更される。より具体的には、ＯＣＶ６３ｂの駆動信号のデューティ比である排気側デューティ比ＤＲｅｘが「５０％」近傍のときに進角側油圧通路Ｐ１ｂ及び遅角側油圧通路Ｐ２ｂは閉鎖され、これにより排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動は停止されて、排気バルブ１８のバルブタイミングは現状値に保持される。また、排気側デューティ比ＤＲｅｘが「５０％」近傍よりも大きくなると、遅角側油圧通路Ｐ２ｂへの潤滑油供給がなされて、排気バルブタイミング可変機構６０ｂは遅角側に駆動され、もって排気バルブ１８のバルブタイミングは遅角側に変更される。このときには排気側デューティ比ＤＲｅｘが大きくなるほど潤滑油の流量が増大し、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの遅角側への駆動速度は速くなる。一方、排気側デューティ比ＤＲｅｘが「５０％」近傍よりも小さくなると、進角側油圧通路Ｐ１ｂへの潤滑油供給がなされて、排気バルブタイミング可変機構６０ｂは進角側に駆動され、もって排気バルブ１８のバルブタイミングは進角側に変更される。このときにも排気側デューティ比ＤＲｅｘが小さくなるほど潤滑油の流量が増大し、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの進角側への駆動速度は速くなる。

上記ガソリン機関１の点火時期制御、燃料噴射量制御、あるいは各バルブタイミング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。この制御装置８０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。例えば制御装置８０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。また制御装置８０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、吸気側カム角センサ４２ａ、排気側カム角センサ４２ｂ、冷却水温を検出する水温センサ４３、スロットル開度センサ５４、及びエアフロメータ５５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、５５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。

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、点火プラグ１１用のイグナイタ、ＯＣＶ６３ａ及びＯＣＶ６３ｂ等に接続されている。
そして、制御装置８０は上記各センサ４１〜４３、５４、５５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、上記インジェクタ１６、イグナイタ、ＯＣＶ６３ａ（吸気バルブタイミング可変機構６０ａ）、及びＯＣＶ６３ｂ（排気バルブタイミング可変機構６０ｂ）等を好適に制御する。

上記制御装置８０は、吸気バルブタイミング可変機構６０ａの駆動制御を通じて吸気バルブ１７のバルブタイミング制御を行う。こうした吸気バルブ１７のバルブタイミング制御では、同吸気バルブ１７の実バルブタイミングが機関運転状態に基づいて設定される目標バルブタイミングとなるように吸気バルブタイミング可変機構６０ａが駆動される。ここで、吸気バルブ１７の実バルブタイミングとしては吸気カムシャフト３１の実際の変位角である吸気側実変位角ＶＴｉｎが用いられ、吸気バルブ１７の目標バルブタイミングとしては吸気カムシャフト３１の目標変位角である吸気側目標変位角ＶＴＴｉｎが用いられる。そして、吸気側実変位角ＶＴｉｎと吸気側目標変位角ＶＴＴｉｎとの偏差ΔＶＴｉｎに応じて吸気側デューティ比ＤＲｉｎが可変設定されて吸気バルブタイミング可変機構６０ａの駆動がフィードバック制御されることにより、吸気バルブ１７のバルブタイミングは速やかに目標バルブタイミングに調整される。

同様に、上記制御装置８０は、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御を通じて排気バルブ１８のバルブタイミング制御を行う。こうした排気バルブ１８のバルブタイミング制御では、同排気バルブ１８の実バルブタイミングが機関運転状態に基づいて設定される目標バルブタイミングとなるように排気バルブタイミング可変機構６０ｂが駆動される。ここで、排気バルブ１８の実バルブタイミングとしては排気カムシャフト３２の実際の変位角である排気側実変位角ＶＴｅｘが用いられ、排気バルブ１８の目標バルブタイミングとしては排気カムシャフト３２の目標変位角である排気側目標変位角ＶＴＴｅｘが用いられる。そして、排気側実変位角ＶＴｅｘと排気側目標変位角ＶＴＴｅｘとの偏差ΔＶＴｅｘに応じて排気側デューティ比ＤＲｅｘが可変設定されて排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動がフィードバック制御されることにより、排気バルブ１８のバルブタイミングは速やかに目標バルブタイミングに調整される。

なお、上記の各バルブタイミング制御で用いられる変位角とは、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表す値であって、その変化角度はクランク角度（°ＣＡ）に換算されている。上記吸気側実変位角ＶＴｉｎは、クランク角センサ４１及び吸気側カム角センサ４２ａからの検出信号に基づき求められる。吸気側実変位角ＶＴｉｎは、吸気バルブ１７のバルブタイミングが最大限遅角されているときに「０°ＣＡ」とされるものであり、この最大遅角タイミングから吸気バルブ１７のバルブタイミングがどれだけ進角されているかを表す値となっている。また、上記排気側実変位角ＶＴｅｘは、クランク角センサ４１及び排気側カム角センサ４２ｂからの検出信号に基づき求められる。この排気側実変位角ＶＴｅｘは、排気バルブ１８のバルブタイミングが最大限進角されているときに「０°ＣＡ」とされるものであり、この最大進角タイミングから排気バルブ１８のバルブタイミングがどれだけ遅角されているかを表す値となっている。

他方、本実施形態におけるガソリン機関１では、機関の冷間始動に際して触媒７０の排気浄化性能を早期に発揮させるべく、触媒の急速暖機制御が実施される。この触媒急速暖機制御では、圧縮行程での燃料噴射、吸入空気量の増大による燃料噴射量の増大、及び点火時期の遅角を実施することによって排気温度の上昇を図り、これにより触媒７０を早期に活性化させるようにしている。また、この触媒急速暖機制御が実行されるときには、同時に排気通路に排出されるＨＣの量を減少させるために、混合気の空燃比をリーン化して未燃ＨＣの酸化を促進させるとともに、排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角させるようにしている。このように排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角してバルブオーバラップ量を増大させると、排気通路１５に排出された排気が再び燃焼室８に吸入されるようになるため、排気中に含まれる未燃ＨＣを次の燃焼行程で燃焼させることができ、もってＨＣの排出量を低減することができる。なお、このように触媒急速暖機制御の実行に併せて実施される排気バルブ１８のバルブタイミング遅角に際しては、機関での燃焼状態や排気性状の悪化を抑制することのできる範囲で可能な限り遅角量が大きくなるように、排気側目標変位角ＶＴＴｅｘが機関運転状態に基づき設定される。

ここで、冷間始動時などのように機関温度が低い状態では、油温が低く潤滑油の粘度が高くなるため、ＯＣＶ６３ｂの作動速度が低下したり、潤滑油の流動速度が低下したりする等して排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動速度が低下するようになる。そのため、このような状況で排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動をフィードバック制御すると、ハンチングやオーバシュートが生じやすくなり、同機構の制御性が不安定になるおそれがある。

一方、そのような機関低温時において、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの強制駆動と駆動休止とを繰り返し行うことで同機構を繰り返し微動させる制御、いわゆるインチング制御を実施する場合には、バルブタイミングが少しずつ目標値に向かうため、ハンチングやオーバシュートが生じにくく、同機構の制御性は安定するようになる。ただし、このインチング制御による動作、いわゆるインチング動作では排気バルブ１８のバルブタイミングが少しずつ目標値に向かうため、その変化速度は遅くなる。従って、バルブタイミングの変更に際し、その変更開始から変更完了に至るまでインチング制御を行うようにすると、実値が目標値に到達するまでの時間が長くなり、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御についてその応答性が低下するといった不具合が生じてしまう。このように排気バルブタイミング可変機構６０ｂの応答性が低下すると、排気バルブ１８のバルブタイミングを速やかに遅角させることができなくなり、ＨＣの低減効果を速やかに得ることができないといった不具合も生じるようになる。

そこで本実施形態では、排気バルブタイミング可変機構６０ｂを強制駆動態様を変更する強制駆動手段を備えるようにしており、以下に説明する触媒急速暖機時のデューティ比設定処理を実施することにより、機関低温時における排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御についてその安定性を確保しつつ応答性を向上させるようにしている。そして、この応答性の向上を図ることにより、機関の冷間始動に際して排気バルブ１８のバルブタイミングを速やかに遅角させ、もってＨＣの低減効果を速やかに得るようにしている。

図２は、制御装置８０によって実行される触媒急速暖機時の上記デューティ比設定処理についてその手順を示している。なお、本処理は、機関始動時にあって上記触媒急速暖機制御の実行中に繰り返し実行される。

本処理が開始されるとまず、排気側目標変位角ＶＴＴｅｘが最遅角位置に設定されているか、すなわち排気バルブタイミング可変機構６０ｂの可動範囲内においてその最大遅角位置に相当する変位角に排気側目標変位角ＶＴＴｅｘが設定されているか否かが判断される（Ｓ１００）。そして、排気側目標変位角ＶＴＴｅｘが最遅角位置に設定されている場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、上記排気側デューティ比ＤＲｅｘが「１００％」に設定され（Ｓ１１０）、排気バルブタイミング可変機構６０ｂは最大速度にて遅角側に駆動される。そして本処理は一旦終了される。このときには、排気バルブタイミング可変機構６０ｂがその可動範囲内における最大遅角位置まで駆動されるため、この駆動を通じて排気バルブ１８のバルブタイミングは自ずと最遅角位置に変更される。

一方、排気側目標変位角ＶＴＴｅｘが最遅角位置に設定されていない場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、本処理の実行タイミングにおける排気側目標変位角ＶＴＴｅｘと排気側実変位角ＶＴｅｘとの偏差ΔＶＴｅｘが判定値αを超えているか否かが判断される（Ｓ１２０）。本実施形態では、この判定値αを「５°ＣＡ」に設定しているが、この他の値を適宜設定してもよい。

そして、偏差ΔＶＴｅｘが判定値αを超えている旨判断される場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、同偏差ΔＶＴｅｘが大きいため、このままインチング制御にて排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御を行うと、速やかに排気バルブ１８のバルブタイミングを目標値にまで遅角させることができないおそれがある。すなわちＨＣの低減効果を速やかに得ることができないおそれがある。そこで、このように判断されたときには、排気側デューティ比ＤＲｅｘが「１００％」に設定され（Ｓ１１０）、排気バルブタイミング可変機構６０ｂは最大速度にて遅角側に強制駆動されて、本処理は一旦終了される。そして本処理が繰り返し実行され、偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になるまで、排気側デューティ比ＤＲｅｘは強制駆動信号である「１００％」に保持される。従って、ステップＳ１２０で否定判定されるまで排気バルブタイミング可変機構６０ｂは連続的に強制駆動されつづけることになる。

一方、偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下である旨判断される場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、同偏差ΔＶＴｅｘが十分に小さいため、インチング制御にて排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御を行っても、速やかに排気バルブ１８のバルブタイミングを目標値にまで遅角させることができ、ＨＣの低減効果も速やかに得ることができる。そこで、このように判断されたときには、インチング制御の実行許可を示すインチングフラグＩＮＦが「１」に設定され、インチング制御が実行される（Ｓ１３０）。そして本処理は一旦終了される。

このインチング制御では、駆動休止時間Ｔｒの間、ＯＣＶ６３ｂに駆動休止信号（排気側デューティ比ＤＲｅｘ＝５０％）が入力されて、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動は休止される。そして駆動休止時間Ｔｒが経過すると、強制駆動時間Ｔｃの間、ＯＣＶ６３ｂに強制駆動信号（排気側デューティ比ＤＲｅｘ＝１００％）が入力されて、排気バルブタイミング可変機構６０ｂは強制駆動される。このような強制駆動信号と駆動休止信号とが交互に切り替えられることにより、排気バルブタイミング可変機構６０ｂは断続的に強制駆動され、もって同機構は微動を繰り返しながら目標値に向かうようになる。そして、排気側実変位角ＶＴｅｘが排気側目標変位角ＶＴＴｅｘになると、ＯＣＶ６３ｂには上記駆動休止信号が入力されて排気バルブ１８のバルブタイミングの変更が完了される。

なお、本実施形態では、上記強制駆動時間Ｔｃ及び駆動休止時間Ｔｒを上記デューティ比設定処理の実行タイミングにおける偏差ΔＶＴｅｘに応じて可変設定するようにしているが、それらの値は予め設定された固定値としてもよい。

次に、上記デューティ比設定処理の実行を通じた排気側実変位角ＶＴｅｘの変更態様を、図３を併せ参照して説明する。
機関の冷間始動がなされ、上述したような触媒急速暖機制御が開始されると、これに併せて排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角させるべく、排気側目標変位角ＶＴＴｅｘが遅角側に設定される（時刻ｔ１）。このように排気側目標変位角ＶＴＴｅｘが遅角側に設定されると偏差ΔＶＴｅｘが大きくなるため、ＯＣＶ６３ｂには強制駆動信号（排気側デューティ比ＤＲｅｘ＝１００％）が入力され、同偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になるまで（時刻ｔ２）、この強制駆動信号は保持される。

そして時刻ｔ２においてインチングフラグＩＮＦが「１」に設定されると、インチング制御が開始される。すなわち、駆動休止時間Ｔｒの間、排気側デューティ比ＤＲｅｘは「５０％」に設定されて排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動は休止される。そして駆動休止時間Ｔｒが経過すると、強制駆動時間Ｔｃの間、排気側デューティ比ＤＲｅｘは「１００％」に設定されて排気バルブタイミング可変機構６０ｂは強制駆動される。このような強制駆動信号と駆動休止信号とが交互に切り替えられることにより、排気側実変位角ＶＴｅｘは徐々に排気側目標変位角ＶＴＴｅｘへ向けて変更されていき、排気側実変位角ＶＴｅｘが排気側目標変位角ＶＴＴｅｘに到達すると（時刻ｔ３）、排気側デューティ比ＤＲｅｘは「５０％」に保持される。

そしてその後、触媒急速暖機制御が終了すると（時刻ｔ４）、上記インチングフラグＩＮＦは「０」に設定されるとともに、排気バルブ１８のバルブタイミングはそのときの機関運転状態に応じたタイミングに変更される。

このように本実施形態にかかるデューティ比設定処理では、排気側目標変位角ＶＴＴｅｘと排気側実変位角ＶＴｅｘとの偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になるまで、排気バルブタイミング可変機構６０ｂを強制駆動するようにしているため（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）、排気側実変位角ＶＴｅｘは排気側目標変位角ＶＴＴｅｘの付近にまで速やかに変更される。そのため、上記従来の装置のように、バルブ特性の変更に際してその変更開始から変更完了に至るまでインチング制御を行う場合と比較して、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御についてその応答性が向上するようになる。

そして、排気側実変位角ＶＴｅｘが排気側目標変位角ＶＴＴｅｘの付近にまで変更された後（時刻ｔ２以降）の排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御は、上述したようなインチング制御に変更されるため、同駆動制御の安定性も確保される。

また、機関低温時などのように潤滑油の温度が低い状況であっても、偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になるまで排気バルブタイミング可変機構６０ｂは強制駆動され、同偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になると同機構の駆動制御はインチング制御に変更される。そのため、機関低温時であっても確実に排気側実変位角ＶＴｅｘを排気側目標変位角ＶＴＴｅｘに変更することができる。

また、機関からのＨＣ排出量が増大しやすい同機関の冷間始動に際して、排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角させるときに上記デューティ比設定処理を実行するようにしている。そのため、排気バルブ１８のバルブタイミングが速やかに遅角され、もって機関の冷間始動時におけるＨＣの排出量が十分に低減されるようになる。

なお、上記特許文献１に記載されるごとく、バルブ特性の実値と目標値との偏差であってバルブ特性の変更開始時における偏差の大きさに応じて可変バルブ機構の強制駆動時間を予め設定するようにしても、バルブ特性の実値を目標値付近にまで速やかに変更することは可能であるが、この場合には次のような不具合の発生が懸念される。すなわち、強制駆動中のバルブ特性の変化量は様々な要因（偏差に基づいて強制駆動時間を設定するためのマップ適合値と実際の最適値とのずれ、流体の温度変化など）によって変化する可能性がある。そのため、強制駆動時間が予め設定されている場合にあって強制駆動中のバルブ特性の変化量が不足していた場合には、強制駆動完了後の偏差がそれほど小さくなっていない、換言すれば実際の偏差を目標とする偏差（上記判定値αに相当する偏差）にすることができないおそれがある。

一方、本実施形態では、偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になるまで排気バルブタイミング可変機構６０ｂの強制駆動が行われるため、実際の偏差を確実に且つ速やかに目標とする偏差（上記判定値αに相当する偏差）にすることができ、これにより従来の装置よりも排気バルブタイミング可変機構６０ｂの応答性の向上を図ることができるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）上記デューティ比設定処理では、排気バルブ１８のバルブタイミングを目標値に向けて変更する際、排気側目標変位角ＶＴＴｅｘと排気側実変位角ＶＴｅｘとの偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になるまで排気バルブタイミング可変機構６０ｂを強制駆動するようにしている。そのため、排気側実変位角ＶＴｅｘは排気側目標変位角ＶＴＴｅｘの付近にまで速やかに変更されるようになり、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御についてその応答性を向上させることができるようになる。

また、同デューティ比設定処理では、偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下となった後、すなわち排気側実変位角ＶＴｅｘが排気側目標変位角ＶＴＴｅｘの付近にまで変更された後の排気バルブタイミング可変機構６０ｂの制御態様を、同排気バルブタイミング可変機構６０ｂが強制駆動と駆動休止とを繰り返すインチング制御に変更するようにしている。そのため、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御の安定性も確保される。

また、上述したように偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になるまで排気バルブタイミング可変機構６０ｂを強制駆動し、同偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になると同機構の駆動制御をインチング制御に変更するようにしている。そのため、機関低温時などのように潤滑油の温度が低い状況であっても、確実にバルブ特性の実値を目標値に変更することができる。

従って、上記デューティ比設定処理を実行することによって、機関低温時における排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御についてその安定性を確保しつつ応答性を向上させることができるようになる。

（２）上記排気バルブタイミング可変機構６０ｂは、上記各圧力室への潤滑油供給量を調整するＯＣＶ６３ｂによってその駆動が制御される機構とされている。そして上記デューティ比設定処理では、偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になるまでＯＣＶ６３ｂの駆動信号を、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの強制駆動に対応した信号（上記強制駆動信号）に保持するようにしている。また、偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下となった後は、同駆動信号を上記強制駆動信号と排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動休止に対応した信号（上記駆動休止信号）とに交互に切り替えるようにしている。

従って、排気側目標変位角ＶＴＴｅｘと排気側実変位角ＶＴｅｘとの偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下になるまでＯＣＶ６３ｂの駆動信号は強制駆動信号に保持されるようになり、排気バルブタイミング可変機構６０ｂを確実に強制駆動することができるようになる。また、同偏差ΔＶＴｅｘが判定値α以下となった後の同駆動信号は、強制駆動信号と駆動休止信号とに交互に切り替えられる。そのため、排気バルブタイミング可変機構６０ｂは微動を繰り返しながら目標値に向かうようになり、確実にインチング動作させることができるようになる。

（３）ＨＣの排出量が増大する機関の冷間始動に際して、排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角側に変更するようにしており、そのときの排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動制御について上記デューティ比設定処理を実行するようにしている。従って、排気バルブ１８のバルブタイミングを速やかに遅角させることができ、もってバルブオーバラップ量を増大させることによるＨＣの低減効果を速やかに得ることができるようになる。そしてこれにより機関の冷間始動時におけるＨＣの排出量を好適に低減させることができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・触媒急速暖機制御の実行に併せて上記デューティ比設定処理を実行するようにしたが、少なくとも機関の冷間始動に際して排気バルブ１８のバルブタイミングを遅角側に変更する場合において同デューティ比設定処理を実行するようにすれば、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

・触媒急速暖機制御が実施されるような機関の冷間始動に際して、上記デューティ比設定処理を実行するようにしたが、同処理は機関の冷間運転時や暖機完了後にも実行することができる。この場合にも、上記（１）や（２）に記載の効果を得ることができる。

・強制駆動信号の排気側デューティ比ＤＲｅｘを「１００％」に設定したが、排気バルブタイミング可変機構６０ｂを確実に駆動させることのできるデューティ比であればこれ以外の値を設定することもできる。また、駆動休止信号の排気側デューティ比ＤＲｅｘを「５０％」に設定したが、排気バルブタイミング可変機構６０ｂの駆動を確実に休止させることのできるデューティ比であればこれ以外の値を設定することもできる。

・上記実施形態では、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、排気バルブ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。

・上記デューティ比設定処理は、排気バルブ１８のバルブタイミングを進角側に変更するとき、吸気バルブ１７のバルブタイミングを遅角側に変更するとき、あるいは吸気バルブ１７のバルブタイミングを進角側に変更するとき、といった各位相変更時における可変バルブ機構の駆動制御にも同様な原理を用いて適用することができる。そしてこれらの場合にも上記（１）や（２）に記載した効果と同等な効果を得ることができる。

・上記可変バルブ機構は、吸気バルブや排気バルブといった機関バルブのバルブタイミングを変更する機構であった。しかし、本発明にかかるバルブ特性制御装置の適用対象となる可変バルブ機構は、そのような可変バルブ機構に限定されるものではない。例えば、機関バルブのリフト量及びバルブタイミングを変更する可変バルブ機構や、機関バルブのリフト量のみを変更する可変バルブ機構にも適用可能である。

・上記実施形態では、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、圧力室への流体供給により駆動される機構であって機関バルブのバルブ特性を変更する可変バルブ機構を備える内燃機関であれば、上記実施形態及びその変形例にかかるバルブ特性制御装置は適用可能である。

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。 同実施形態におけるデューティ比設定についてその処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、上記デューティ比設定処理の実行を通じたバルブ特性の変更態様を示すタイミングチャート。

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…吸気カムシャフト、３２…排気カムシャフト、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…吸気側カム角センサ、４２ｂ…排気側カム角センサ、４３…水温センサ、５１…サージタンク、５３…スロットルバルブ、５４…スロットル開度センサ、５５…エアフロメータ、６０ａ…吸気バルブタイミング可変機構、６０ｂ…排気バルブタイミング可変機構、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、７０…触媒、８０……制御装置、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ…進角側油圧通路、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ…遅角側油圧通路。

Claims (7)

1. 圧力室への流体の供給に基づいて駆動して機関バルブのバルブ特性を変更する可変バルブ機構について、これを前記バルブ特性の目標値と実値との関係に基づいて制御する内燃機関のバルブ特性制御装置において、
   前記バルブ特性の実値が目標値に向けて変更されるときに前記バルブ特性の目標値と実値との偏差が判定値よりも大きいことに基づいて、強制駆動の制御により前記可変バルブ機構を駆動し、前記バルブ特性の実値が目標値に向けて変更されるときに前記バルブ特性の目標値と実値との偏差が前記判定値よりも小さいことに基づいて、強制駆動と駆動休止とを繰り返すインチング制御により前記可変バルブ機構を駆動する強制駆動手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、
   前記強制駆動手段は、前記バルブ特性の実値が目標値に向けて変更されるとき且つ前記バルブ特性の実値が目標値を超える前に、前記偏差が前記判定値よりも小さいことに基づいて前記インチング制御により前記可変バルブ機構を駆動する
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
3. 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、
   前記強制駆動手段は、前記インチング制御においての強制駆動及び駆動休止の期間を前記偏差に基づいて可変設定する
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、
   前記可変バルブ機構は、前記圧力室への流体の供給量を調整する制御バルブにより制御されるものであり、
   前記強制駆動手段は、前記偏差が前記判定値以下になるまで前記制御バルブの駆動信号を前記強制駆動に対応した信号に保持し、前記偏差が前記判定値以下となった後に前記駆動信号を前記強制駆動に対応した信号と前記駆動休止に対応した信号とに交互に切り替える
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、
   前記可変バルブ機構は、排気バルブのバルブタイミングを変更するものであり、
   前記強制駆動手段は、このバルブタイミングが遅角側に変更されるときに前記強制駆動及び前記インチング制御を行うものである
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、
   機関冷間始動時に前記排気バルブのバルブタイミングを遅角側に変更する
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
7. 請求項５または６に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、
   前記制御手段は、前記排気バルブのバルブタイミングが遅角側に変更されるとき且つ前記排気バルブのバルブタイミングの目標値として最遅角が設定されるとき、前記可変バルブ機構の強制駆動のみを通じて前記バルブ特性の実値を目標値に近づけるものであり、前記排気バルブのバルブタイミングが遅角側に変更されるとき且つ前記排気バルブのバルブタイミングの目標値として最遅角が設定されていないとき、前記強制駆動及び前記インチング制御を行うものである
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。

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