JP4529713B2 - 内燃機関の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁、排気弁の各バルブタイミング、及び前記吸気弁の作用角を機関運転状態に基づき制御する内燃機関の制御方法にかかり、詳しくは過渡運転時における内燃機関の制御方法に関するものである。

車両用の内燃機関にあっては、機関出力の向上や排気性状の改善等を図るために、機関運転状態に基づいて吸気弁や排気弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構を備えたものがある。同機構は、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転角を変更する等して吸気弁や排気弁のバルブタイミングを変更するものである。

また近年、吸気弁の作用角（開弁されてから閉弁されるまでのクランク角）を機関運転状態に応じて変更する作用角変更機構が提案されている（例えば特許文献１参照）。同機構を備える内燃機関では、吸気弁の作用角を変更することにより機関燃焼室に吸入される空気量を調節することができる。そして、このように吸気弁の作用角を変更して吸入空気量を調節することにより、吸気絞り弁の開度を極力大きく設定することができるようになり、ポンピング損失の低減を図ることができるようになる。

また、このように吸・排気弁のバルブタイミングや吸気弁の作用角が機関運転状態に応じて制御されることにより、吸・排気弁のバルブオーバラップ量についてもこれを機関運転状態に応じて適切な大きさに設定することができるようになる。因みに、このバルブオーバラップ量が変化すると内部ＥＧＲ量、ポンピング損失、或いは機関燃焼状態が大きく変化するため、機関運転に際してはこれを適切に制御するのが望ましい。
特開平２００１−２６３０１５号公報

ところで、バルブタイミング変更機構や作用角変更機構の動作には所定の応答遅れが存在するため、それら各機構の制御目標値と実際値との間に一時的な乖離が生じるのは避けられない。したがって、各機構の制御目標値と実際値とが一致した定常運転状態において、機関運転状態の変化に合わせて制御目標値が変更されると、内燃機関は上記各機構の制御目標値と実際値とが乖離した過渡運転状態となり、所定期間が経過した後に再び定常運転状態に移行するようになる。ここで、吸・排気弁のバルブタイミング及び吸気弁の作用角をそれぞれ制御する場合、上述したような過渡運転時において以下のような問題が生じ得る。

すなわち、内燃機関が定常運転状態から過渡運転状態に移行したとき、吸・排気弁のバルブタイミング及び吸気弁の作用角はいずれもその制御目標値と実際値とが一致するように制御されるが、その際にバルブオーバラップ量が過渡時の機関運転状態からみて不適切な大きさに制御されてしまうことがある。具体的には、図７に示すように、例えばバルブオーバラップ量を極力小さく設定しておくのが望ましい状態（同図（ａ））から異なる状態（同図（ｃ））へと機関運転状態が移行する場合に、その移行に伴って吸・排気弁のバルブタイミング及び吸気弁の作用角が制御されると、バルブオーバラップ量が一時的に増大することがある（同図（ｂ））。こうした予期しないバルブオーバラップ量の増大が生じると、過度な内部ＥＧＲが行われて機関燃焼の悪化を招くこととなる。このように、過渡運転時にはバルブオーバラップ量がそのときどきの機関運転状態からみて適切とはいえない大きさに制御されてしまうことがあり、一時的とはいえ機関運転に悪影響を及ぼすこととなる。

また、これを避けるために、例えば吸・排気弁のバルブタイミングや吸気弁の作用角をバルブオーバラップ量が過渡運転時において不適切な大きさにならないように制御するといった方法を採用することが考えられる。しかしながら、こうした方法を採用した場合には、確かにバルブオーバラップ量については適切に制御できるようにはなるものの、吸・排気弁のバルブタイミングや吸気弁の作用角についてそれらの実際値と制御目標値との乖離を速やかに解消することができなくなる。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の過渡運転時において、機関運転状態に即した適切な手法をもって吸・排気弁のバルブタイミングや吸気弁の作用角を制御することのできる内燃機関の制御方法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説明する。
請求項１に記載の発明は、機関運転状態に基づく作動制御を通じて吸入空気量を調節するための吸気絞り弁を備えた内燃機関に適用されて、吸気弁、排気弁の各バルブタイミング、及び前記吸気弁の作用角を内燃機関の運転状態に基づいて設定される各目標値と一致するように制御する内燃機関の制御方法において、機関負荷が低負荷領域にあるときには、前記各バルブタイミング及び前記作用角のうちのいずれかの目標値とその実際値との偏差に基づいて他の目標値を補正する補正項であって前記各目標値により定まる目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量とを一致させるための補正項を算出するとともに同補正項により前記他の実際値の目標値を補正した上で、前記各バルブタイミング及び前記作用角の各実際値がそれらの各目標値と一致するように制御するとの相対値制御を実行し、同相対値制御を実行する際に、機関負荷が前記低負荷領域の更に低負荷域であるときには、前記補正項として、前記排気弁のバルブタイミングの目標値と実際値との偏差に基づいて前記作用角についての補正項を算出し、機関負荷が高負荷領域にあるときには、前記補正項の算出と同補正項による補正とを行うことなく、前記各バルブタイミング及び前記作用角の各実際値がそれらの各目標値と一致するように制御する絶対値制御を実行することをその要旨とする。

上記制御方法によれば、機関負荷が低負荷領域にあるときには、相対値制御が実行される。すなわち、吸気弁、排気弁の各バルブタイミング、及び吸気弁の作用角の各実際値とそれらの目標値との乖離が過渡的に大きくなるような場合であっても、吸気弁及び排気弁のバルブオーバラップ量をその目標バルブオーバラップ量と一致させるように、吸気弁、排気弁の各バルブタイミング、吸気弁の作用角がそれぞれ制御される。したがって、バルブオーバラップ量についてはその目標バルブオーバラップ量との乖離を確実に小さくすることができるようになる。

ここで、機関負荷が低負荷領域にあるときには、吸入空気の流速が低いため、内部ＥＧＲが発生し易い。そして、この内部ＥＧＲ量を適切に管理することにより、排気の清浄化や燃費の向上、加えてアイドル運転時における機関燃焼の安定化が図られることとなる。

上記制御方法では、機関低負荷時において、こうした内部ＥＧＲ量に大きな影響を及ぼす上記バルブオーバラップ量にかかる制御（相対値制御）を実行するようにしているため、適切に内部ＥＧＲ量を管理することができ、排気の清浄化、燃費の向上、更にはアイドル運転時の燃焼安定性についてその向上を図ることができるようになる。

一方、機関負荷が高負荷領域にあるときには、絶対値制御が実行される。すなわち、バルブオーバラップ量とその目標バルブオーバラップ量との乖離が過渡的に大きくなるような場合であっても、吸気弁、排気弁のバルブタイミング及び吸気弁の作用角の各実際値が目標値と一致するように制御される。したがって、吸気弁、排気弁のバルブタイミング及び吸気弁の作用角の実際値と目標値との乖離についてはそれらを確実に小さくすることができるようになる。

ここで、機関負荷が高負荷領域にあるときには、吸入空気の流速が高く、内部ＥＧＲがそもそも発生し難いため、上記バルブオーバラップ量が変化してもそれによって排気性状や燃費、或いはアイドル運転時の燃焼安定性が大きく変化することが少ない。寧ろこの場合には、バルブオーバラップ量が目標バルブオーバラップ量と一致するようにこれを正確に制御するよりも、吸気弁、排気弁の各バルブタイミング、及び吸気弁の作用角をそれらの目標値に一致させるほうが機関出力を向上させる上で望ましい。上記制御方法では、こうした機関高負荷時において、絶対値制御を実行するようにしているため、機関出力の向上を好適に図ることができるようになる。
また、機関アイドル時等、機関負荷が極めて低いときには、吸気絞り弁が大きく絞られるため、同吸気絞り弁を通過する吸入空気の流速が音速に近づいた状態、いわゆる臨界圧状態に近づく。臨界圧状態では、吸入空気量が吸気弁の作用角に関係なく吸気絞り弁の開度によって決定されるようになる。このため、こうした臨界圧状態に近づいた場合には、吸入空気量を調節することを目的として吸気弁の作用角を制御する必要性は低くなる。また、こうした低負荷域において内部ＥＧＲが増大すると、機関燃焼状態が不安定になりやすい。
こうした点に鑑み、上記制御方法では、そうした低負荷域において上記バルブオーバラップ量が目標バルブオーバラップ量と一致するように吸気弁の作用角についての目標値を補正するようにしている。これにより、吸入空気量の不要な変化を抑えつつ、低負荷域において上記バルブオーバラップ量が過度に大きくなって内部ＥＧＲが増大することに起因する機関燃焼状態の不安定化を抑制することができるようになる。
請求項２に記載の発明は、機関運転状態に基づく作動制御を通じて吸入空気量を調節するための吸気絞り弁を備えた内燃機関に適用されて、吸気弁、排気弁の各バルブタイミング、及び前記吸気弁の作用角を機関運転状態に基づいて設定される各目標値と一致するように制御する内燃機関の制御方法において、機関負荷が低負荷領域にあるときには、前記吸気弁のバルブタイミング及び作用角の少なくとも一方の目標値とその実際値との偏差に基づいて前記排気弁のバルブタイミングの目標値を補正する補正項であって前記各目標値により定まる目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量とを一致させるための第１補正項を算出するとともに同第１補正項により前記排気弁のバルブタイミングの目標値を補正した上で、前記各バルブタイミング及び前記作用角の各実際値がそれらの各目標値と一致するように制御するとの相対値制御を実行し、同相対値制御を実行する際に、機関負荷が前記低負荷領域の更に低負荷域にあるときには、前記第１補正項の算出及び同第１補正項による補正を行うことに併せて、前記排気弁のバルブタイミングの目標値と実際値との偏差に基づいて前記作用角の目標値を補正する補正項であって前記目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量とを一致させるための第２補正項の算出と同第２補正項による前記作用角の目標値の補正とを行い、機関負荷が高負荷領域にあるときには、前記第１補正項及び前記第２補正項の算出とそれら補正項による補正とを行うことなく、前記各バルブタイミング及び前記作用角の各実際値がそれらの各目標値と一致するように制御する絶対値制御を実行することをその要旨とする。
上記制御方法によれば、機関負荷が低負荷領域にあるときに相対値制御を実行するようにしているため、適切に内部ＥＧＲ量を管理することができ、排気の清浄化、燃費の向上、更にはアイドル運転時の燃焼安定性についてその向上を図ることができるようになる。しかも、機関負荷が高負荷領域にあるときに絶対値制御を実行するようにしているため、機関出力の向上を好適に図ることができるようになる。
ここで、機関低負荷領域では、排気弁のバルブタイミングを変更しても吸入空気量は殆ど変化しない。この点をふまえて上記制御方法では、そうした低負荷領域における相対値制御の実行に際して、上記バルブオーバラップ量と目標バルブオーバラップ量とを一致させるための補正項として、排気弁のバルブタイミングの目標値についての第１補正項を算出するようにしている。これにより、吸入空気量の不要な変化を抑えつつ、上記バルブオーバラップ量、ひいては内部ＥＧＲ量を適切に管理することができるようになる。
また、機関アイドル時等、機関負荷が極めて低いときには、吸気絞り弁が大きく絞られるため、同吸気絞り弁を通過する吸入空気の流速が音速に近づいた状態、いわゆる臨界圧状態に近づく。臨界圧状態では、吸入空気量が吸気弁の作用角に関係なく吸気絞り弁の開度によって決定されるようになる。このため、こうした臨界圧状態に近づいた場合には、吸入空気量を調節することを目的として吸気弁の作用角を制御する必要性は低くなる。また、こうした低負荷域において内部ＥＧＲが増大すると、機関燃焼状態が不安定になりやすい。こうした点に鑑み、上記制御方法では、そうした低負荷域における相対値制御の実行に際して、上記バルブオーバラップ量と目標バルブオーバラップ量とを一致させるための補正項として、上記第１補正項を算出することに併せて、吸気弁の作用角の目標値についての第２補正項を算出するようにしている。これにより、吸入空気量の不要な変化を抑えつつ、上記バルブオーバラップ量と目標バルブオーバラップ量との乖離を速やかに解消することができるようになり、内部ＥＧＲ量の増大に起因する機関運転状態の不安定化を極力抑制することができるようになる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、前記目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量との間に所定量以上の乖離があるときに限り、前記第２補正項の算出と同第２補正項による補正とを行うことをその要旨とする。
上記制御方法によれば、目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量との乖離が燃焼状態の不安定化を招く可能性が高い程度に大きくなっていることを判定し、このとき排気弁のバルブタイミングの目標値を補正することに併せて吸気弁の作用角の目標値を補正することにより、上記乖離を速やかに解消することができるようになる。

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制御方法において、機関負荷が高負荷領域にあって前記絶対値制御が実行されているときから前記内燃機関が減速状態に移行したときであり、且つ前記作用角の変更より前記各バルブタイミングの変更が遅れるときには、前記吸気弁の作用角が小さくなるようにこれを変更する際の変更速度を通常時よりも低下させることをその要旨とする。

機関負荷が高負荷領域にあるときには、機関出力を確保すべく充填効率が高くなるように吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの目標値が設定される。また、吸気弁の作用角についても、より多くの吸入空気を燃焼室に供給すべく、これが比較的大きく設定される。ここで、内燃機関がこうした高負荷状態にあるときから減速状態に移行すると、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの目標値はその減速状態に見合った値に変更され、吸気弁の作用角はより小さくなるように変更される。この際、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの変更が遅れ、その変更よりも先に吸気弁の作用角が小さくなるように変更されると、吸気弁及び排気弁の作用角についてそのバルブオーバラップ量が必要以上に小さくなり、機関燃焼室に大きな負圧が発生してしまう可能性がある。その結果、機関燃焼室の外に存在する潤滑油の一部がその負圧によって機関燃焼室に浸入し、その消費量の増大や燃料による希釈を招いてしまうことがある。

この点に鑑み、請求項４に記載の制御方法では、こうした機関減速時において吸気弁の作用角を小さく変更する際の変更速度を通常時よりも低下させるようにしている。その結果、上述したような負圧の発生を抑制することができ、それに起因する潤滑油の消費量増大や希釈化を好適に抑制することができるようになる。

なお、このように機関減速時において、吸気弁の作用角の変更速度を低下させることにより、機関燃焼室に大きな負圧が発生することによる悪影響については、その発生を抑制することができるようになる。しかしながら、その一方で、吸気弁の作用角の変更速度を低下させることにより、吸気弁の作用角が本来の目標値よりも大きい状態が継続するようになる結果、十分な減速感が得られなくなることが懸念される。

そこで、請求項５記載の発明によるように、このように吸気弁の作用角の変更速度を低下させる際には、併せて機関吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度を低下させることによって減速感を確保することができるようになる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。
図１に、本実施の形態にかかる制御方法が適用される内燃機関の概略構成を示す。
同図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２には、スロットル機構１４が設けられている。このスロットル機構１４は、スロットル弁１６とスロットルモータ１８とを備えている。そして、このスロットルモータ１８の駆動制御を通じてスロットル弁１６の開度（スロットル開度ＴＡ）が調節され、これにより吸気通路１２を通じて燃焼室２０内に吸入される空気の量が調節される。また、上記吸気通路１２にはインジェクタ２２が設けられている。このインジェクタ２２は吸気通路１２内に燃料を噴射する。

内燃機関１０の燃焼室２０では、吸入空気と噴射燃料とからなる混合気が点火されて燃焼する。この燃焼によってピストン２４が往復移動し、クランクシャフト２６が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として燃焼室２０から排気通路２８に送り出される。

内燃機関１０において、吸気通路１２と燃焼室２０との間は吸気弁３０の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室２０と排気通路２８との間は排気弁３２の開閉動作によって連通・遮断される。また、吸気弁３０はクランクシャフト２６の回転が伝達される吸気カムシャフト３４の回転に伴って開閉動作し、排気弁３２は同じくクランクシャフト２６の回転が伝達される排気カムシャフト３６の回転に伴い開閉動作する。

吸気カムシャフト３４には吸気側バルブタイミング可変機構３８が設けられている。この吸気側バルブタイミング可変機構３８は、クランクシャフト２６の回転角（クランク角）に対する吸気カムシャフト３４の相対回転角を調節して、吸気弁３０のバルブタイミングＶＴｉを進角または遅角させるものである。なお、この吸気側バルブタイミング可変機構３８は、例えば油圧制御弁などのアクチュエータ４０を通じて同機構３８に作用する油圧を制御することにより作動される。図２は、吸気側バルブタイミング可変機構３８の作動による吸気弁３０のバルブタイミングの変更態様を示している。同図２から分かるように、このバルブタイミングＶＴｉの変更では、吸気弁３０の作用角ＶＬｉ（開弁されてから閉弁されるまでのクランク角）を一定に保持した状態で同吸気弁３０の開弁時期及び閉弁時期が共に進角または遅角される。

排気カムシャフト３６には排気側バルブタイミング可変機構４２が設けられている。この排気側バルブタイミング可変機構４２は、クランク角に対する排気カムシャフト３６の相対回転角を調節して、排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅを進角または遅角させるものである。なお、この排気側バルブタイミング可変機構４２は、例えば油圧制御弁などのアクチュエータ４４を通じて同機構４２に作用する油圧を制御することにより作動される。また、排気側バルブタイミング可変機構４２の作動による排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅの変更では、上述した吸気弁３０の変更態様と同様に、排気弁３２の作用角ＶＬｉを一定に保持した状態で同排気弁３２の開弁時期及び閉弁時期が共に進角または遅角される。

吸気カムシャフト３４と吸気弁３０との間には作用角可変機構４６が設けられている。この作用角可変機構４６は、吸気弁３０の作用角ＶＬｉを機関運転状態に応じて可変設定するものであり、電動モータ等のアクチュエータ４８の駆動制御を通じて作動する。この作用角可変機構４６の作動による吸気弁３０の作用角ＶＬｉの変更態様を図３に示す。同図３から分かるように、作用角可変機構４６の作動によって、吸気弁３０の作用角ＶＬｉはリフト量に同期して変化し、例えば作用角ＶＬｉが小さくなるほどリフト量も小さくなる。この作用角ＶＬｉが大きくなるということは、吸気弁３０の開弁時期と閉弁時期とが互いに遠ざかるということであり、吸気弁３０の開弁期間が長くなるということを意味する。

内燃機関１０は、例えばマイクロコンピュータを有して構成される電子制御装置５０を備えている。電子制御装置５０には、内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサ類の検出信号が取り込まれている。そうした各種センサ類としては、例えばクランクシャフト２６の回転速度（機関回転速度）を検出するためのクランクセンサや、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量を検出するためのアクセルセンサ、吸気通路１２を流れる吸入空気の量を検出するための吸入空気量センサが設けられている。また、吸気弁３０のバルブタイミングＶＴｉを検出するための位置センサや、排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅを検出するための位置センサ、作用角可変機構４６によって設定されている吸気弁３０の作用角を検出するための作用角センサ等も設けられている。

電子制御装置５０は、各種センサ類の検出信号をもとに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて吸気側バルブタイミング可変機構３８、排気側バルブタイミング可変機構４２及び作用角可変機構４６の作動制御等といった機関制御を実行する。

なお、内燃機関１０にあってはスロットル開度ＴＡが大きいほど、また吸気弁３０の作用角ＶＬｉが大きいほど吸入空気量は多くなる。そのため本実施の形態の機関制御では、基本的に、目標とする吸入空気量の多い高負荷領域ほどスロットル開度ＴＡが大きくなるように、また吸気弁３０の作用角ＶＬｉが大きくなるようにスロットル機構及び作用角可変機構４６の作動制御が実行される。

また、図４に吸気弁３０及び排気弁３２の変位態様の一例を示すように、本実施の形態の機関制御では、吸気弁３０の作用角ＶＬｉの小さい低負荷領域ほど吸気弁３０のバルブタイミングＶＴｉが進角側になるように吸気側バルブタイミング可変機構３８及び作用角可変機構４６の作動制御が実行される。これは以下のような理由による。

吸気弁３０のバルブタイミングＶＴｉを変更せずにその作用角ＶＬｉのみを小さくすると、同吸気弁３０の開弁時期が遅角側に変化してしまう（図３参照）。また、吸気弁３０の開弁時期が上死点よりも遅角側になる場合、ピストン２４が上死点を超えてから吸気弁３０が開弁されるまでの期間において、吸気弁３０及び排気弁３２が閉弁された状態でピストン２４が下降することとなり、損失が生じるようになる。そのため、上記機関制御では、そうした損失の発生或いは増大を極力抑えることの可能なように吸気弁３０の開弁時期を設定するべく、吸気弁３０の作用角ＶＬｉが小さいときほどバルブタイミングＶＴｉを進角側に設定するようにしている。

さて、本実施の形態では、複数の機関運転領域を定め、それら領域毎に異なる態様をもってスロットル機構１４、吸気側バルブタイミング可変機構３８、排気側バルブタイミング可変機構４２、及び作用角可変機構４６の作動を制御するようにしている。なお、複数の領域としては、図５に示すように、それぞれ機関回転速度と後述する目標吸入空気量Ｔｇａとにより定められる領域であって、「領域Ａ」高負荷領域、「領域Ｂ」高回転低負荷領域、「領域Ｃ」低回転低負荷領域、「領域Ｄ」低回転低負荷領域の更に低負荷域、といった４つの領域が定められている。

以下、各機構１４，３８，４２，４６の作動制御にかかる処理について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
なお、図６のフローチャートに示す一連の処理は、スロットル開度ＴＡ、各バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ及び作用角ＶＬｉについての目標値を算出する処理の具体的な処理手順を示しており、所定周期毎の処理として電子制御装置５０により実行される。

ここでは先ず、「領域Ａ」での上記作動制御にかかる処理について説明する。
機関負荷が高負荷状態にあるときには、吸入空気の流速が高く、排気行程中に燃焼室２０や排気通路２８に残存する排気が吸気通路１２に戻される、いわゆる内部ＥＧＲがそもそも発生し難い。そのため、吸気弁３０及び排気弁３２のバルブオーバラップ量が変化してもそれによって排気性状や燃費が大きく変化することはない。したがってこの場合、バルブオーバラップ量がその目標値と一致するようにこれを正確に制御するよりも、各バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ及び作用角ＶＬｉをそれらの目標値に一致させるほうが機関出力を向上させる上では好ましい。

この点をふまえ、高負荷領域である「領域Ａ」にあっては、各バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ及び作用角ＶＬｉとそれらの目標値とを一致させるための制御（絶対値制御）を実行するようにしている。

以下、「領域Ａ」において各目標値を算出する処理の具体的な処理手順について説明する。
図６に示すように、この処理では先ず、アクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度に基づいて吸入空気量についての目標値（目標吸入空気量Ｔｇａ）が算出される。そして、この目標吸入空気量Ｔｇａに基づいて、スロットル開度ＴＡ、各バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ及び作用角ＶＬｉについての目標値（目標スロットル開度Ｔｔａ、目標バルブタイミングＴｖｔｉ，Ｔｖｔｅ、目標作用角Ｔｖｌｉ）がそれぞれ算出される（ステップＳ１００）。なお、このステップＳ１００の処理では、各目標値として、内燃機関１０の運転状態が殆ど変化しない状態（定常運転状態）であるときに同内燃機関１０を適正に運転することの可能な値が算出される。

そして、このとき目標吸入空気量Ｔｇａ及び機関回転速度により定まる機関運転領域が「領域Ａ」であることから（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、本処理は一旦終了される。
したがって、この「領域Ａ」では、上記ステップＳ１００で算出された各目標値をもとに、各機構１４，３８，４２，４６の作動が制御されて、スロットル開度ＴＡ、バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ、作用角ＶＬｉが制御される。そのため、内燃機関１０の過渡運転状態になった場合には、スロットル開度ＴＡ、各バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ及び作用角ＶＬｉとそれらの各目標値（目標スロットル開度Ｔｔａ、目標バルブタイミングＴｖｔｉ，Ｔｖｔｅ、目標作用角Ｔｖｌｉ）との乖離の速やかな解消が図られるようになり、機関出力の向上が図られるようになる。

次に、前記「領域Ｂ」での前記作動制御にかかる処理について説明する。
機関負荷が高負荷状態にあるときには、機関出力を確保すべく充填効率が高くなるように上記目標バルブタイミングＴｖｔｉ及び目標バルブタイミングＴｖｔｅが設定される。また、吸気弁３０の作用角ＶＬｉについても、より多くの吸入空気を燃焼室２０に供給すべく、これが比較的大きく設定される。

ここで、そうした高負荷状態から減速状態に移行すると、上記目標バルブタイミングＴｖｔｉが徐々に進角側になるように変更され、吸気弁３０の作用角ＶＬｉがより小さくなるように変更される。内燃機関１０の運転領域は、そのように高負荷状態から減速状態になったときに「領域Ｂ」となる。

この際、バルブタイミングＶＴｉの変更が遅れ、その変更よりも先に吸気弁３０の作用角ＶＬｉが小さくなるように変更されると、バルブオーバラップ量が必要以上に小さくなり、燃焼室２０に大きな負圧が発生するようになる。その結果、燃焼室２０の外に存在する潤滑油の一部がその負圧によって燃焼室２０内部に浸入することとなり、その消費量の増大や燃料による希釈を招くこととなる。また、このときバルブタイミングＶＴｉの変更が遅れる分だけ吸気弁３０の開弁時期が遅角側になるために、燃焼室２０に流れ込む吸入空気の流速が高くなって、同燃焼室２０内の吸気温度が高くなり、これがノッキングを誘発してしまうおそれもある。

この点をふまえ、「領域Ｂ」では、吸気弁３０の作用角ＶＬｉが小さくなるようにこれを変更する際の変更速度を通常時（具体的には、前記絶対値制御の実行時）より低下させるようにしている。これにより、バルブオーバラップ量が必要以上に小さくなることや上記吸気弁３０の開弁時期が通常時よりも遅角側になることが抑制され、潤滑油の消費量増大や希釈化、或いはノッキングの発生が抑制されるようになる。

なお、吸気弁３０の作用角ＶＬｉの変更速度を低下させると、上述した負圧発生などによる悪影響についてはこれを抑制することができるようになる。しかしながら、その一方で、通常時よりも作用角ＶＬｉの大きい状態が継続されるようになるために、その分だけポンピング損失が小さくなって十分な減速感が得られなくなるといった懸念がある。そのため、本実施の形態では、作用角ＶＬｉの変更速度を低下させる際には、併せてスロットル開度ＴＡを低下させるようにしている。これにより、ポンピング損失が増大し、減速感が確保されるようになる。また、吸気弁３０の作用角ＶＬｉが通常時よりも大きくなる分だけ吸入空気量の減少速度が遅くなることも懸念されるが、これもスロットル開度ＴＡを低下させることによって抑制されるようになる。

以下、「領域Ｂ」において各目標値を算出する処理の具体的な処理手順について説明する。
図６に示すように、各目標値を算出する処理では先ず、目標スロットル開度Ｔｔａ、目標バルブタイミングＴｖｔｉ，Ｔｖｔｅ、目標作用角Ｔｖｌｉがそれぞれ算出される（ステップＳ１００）。

その後、「領域Ｂ」では（ステップＳ２００：ＮＯ、Ｓ３００：ＹＥＳ）、目標バルブタイミングＴｖｔｉとバルブタイミングＶＴｉとの偏差ΔＶＴｉに基づくマップ演算により、目標作用角Ｔｖｌｉについての補正項Ｋｖｌｉ及び目標スロットル開度Ｔｔａについての補正項Ｋｔａがそれぞれ算出される（ステップＳ３０２）。

なお、上記補正項Ｋｖｌｉとしては、目標バルブタイミングＴｖｔｉに対してバルブタイミングＶＴｉが遅角側になるほど大きい値、換言すれば目標作用角Ｔｖｌｉをより大きくして作用角ＶＬｉの変更速度を低下させる値が算出される。補正項Ｋｖｌｉ用の演算マップには、バルブオーバラップ量を適正な大きさにすることの可能な補正項Ｋｖｌｉと上記偏差ΔＶＴｉとの関係が実験結果などから求められ、設定されている。また、補正項Ｋｔａとしては、目標バルブタイミングＴｖｔｉに対してバルブタイミングＶＴｉが遅角側になるほど大きい値、換言すれば目標スロットル開度Ｔｔａを小さくする値が算出される。補正項Ｋｔａ用の演算マップには、十分な減速感が得られるようになる補正項Ｋｔａと上記偏差ΔＶＴｉとの関係が実験結果などから求められ、設定されている。

そして、目標作用角Ｔｖｌｉに補正項Ｋｖｌｉを加算した値が新たな目標作用角Ｔｖｌｉとして設定され（ステップＳ３０４）、目標スロットル開度Ｔｔａから補正項Ｋｔａを減算した値が新たな目標スロットル開度Ｔｔａとして設定された後（ステップＳ３０６）、本処理は一旦終了される。

次に、前記「領域Ｃ」での前記作動制御にかかる処理について説明する。
機関負荷が比較的低い運転領域にあるときには、吸入空気の流速が低いために、いわゆる内部ＥＧＲが発生し易い。そして、この内部ＥＧＲの量を適切に管理することにより、排気の清浄化や燃費の向上を図ることが可能になる。

そこで、機関負荷が比較的低い「領域Ｃ」においては、上記バルブオーバラップ量をその目標値と一致させるための制御（相対値制御）を実行することにより、内部ＥＧＲ量を調節するようにしている。

ここで、吸気弁３０のバルブタイミングＶＴｉ及び作用角ＶＬｉ、並びに排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅの少なくとも一つを変更することにより、バルブオーバラップ量は調節可能である。ただし、排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅを変更しても吸入空気量は殆ど変化しないのに対し、吸気弁３０のバルブタイミングＶＴｉや作用角ＶＬｉを変更すると吸入空気量が変化してしまう。そのため「領域Ｃ」では、吸入空気量の変化を招くことのない排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅを変更することにより、バルブオーバラップ量を調節するようにしている。

以下、「領域Ｃ」において各目標値を算出する処理の具体的な処理手順について説明する。
図６に示すように、各目標値を算出する処理では先ず、目標スロットル開度Ｔｔａ、目標バルブタイミングＴｖｔｉ，Ｔｖｔｅ、目標作用角Ｔｖｌｉがそれぞれ算出される（ステップＳ１００）。

その後、「領域Ｃ」では（ステップＳ２００：ＮＯ、Ｓ３００：ＮＯ）、目標バルブタイミングＴｖｔｉ及びバルブタイミングＶＴｉの偏差ΔＶＴｉと、目標作用角Ｔｖｌｉ及び作用角ＶＬｉの偏差ΔＶＬｉとに基づくマップ演算により、目標バルブタイミングＴｖｔｅについての補正項Ｋｖｔｅが算出される（ステップＳ４０２）。

なお、上記補正項Ｋｖｔｅとしては、目標作用角Ｔｖｌｉに対して作用角ＶＬｉが小さいときほど、また目標バルブタイミングＴｖｔｉに対してバルブタイミングＶＴｉが遅角側であるほど大きい値、換言すれば排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅを遅角させる値が算出される。補正項Ｋｖｔｅ用の演算マップには、バルブオーバラップ量を適切な大きさに調節することの可能な補正項Ｋｖｔｅと各偏差ΔＶＴｉ，ΔＶＬｉとの関係が実験結果などから求められ、設定されている。上記「適切な大きさ」とは、前記ステップＳ１００で求められる各目標値（各目標バルブタイミングＴｖｔｉ，Ｔｖｔｅ及び目標作用角Ｔｖｌｉ）により定まるバルブオーバラップ量（目標バルブオーバラップ量）である。

そして、目標バルブタイミングＴｖｔｅに補正項Ｋｖｔｅを加算した値が新たな目標バルブタイミングＴｖｔｅとして設定された後（ステップＳ４０４）、このとき機関運転領域が「領域Ｃ」であることから（ステップＳ５００：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。

このように、「領域Ｃ」では相対値制御が実行される。この相対値制御にあっては、前述した絶対値制御を実行する場合と比べて、各バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ、作用角ＶＬｉとそれらの目標値Ｔｖｔｉ，Ｔｖｔｅ，Ｔｖｌｉとの乖離が大きくなることもあり得る。しかしながら、バルブオーバラップ量、ひいては内部ＥＧＲ量についてはこれを適切に管理することができるようになるために、排気の清浄化や燃費の向上を図ることができるようになる。

次に、前記「領域Ｄ」での前記作動制御にかかる処理について説明する。
この「領域Ｄ」では、基本的に、前述した「領域Ｃ」における相対値制御と同様の制御が実行される。すなわち、前記目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量とを一致させるべく、前記各偏差ΔＶＴｉ，ΔＶＬｉに応じて排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅが変更される。

ただし、「領域Ｄ」における相対値制御では、目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量との間に所定量以上の乖離がある場合には、上記バルブタイミングＶＴｅを変更することに併せて、吸気弁３０の作用角ＶＬｉを変更するようにしている。

このように吸気弁３０の作用角ＶＬｉを変更するようにしたのは、以下の理由による。
スロットル弁１６を通過する吸入空気の量は、基本的に、同スロットル弁１６の上流側と下流側との差圧が大きいほど多くなる。ただし、スロットル開度ＴＡ一定の条件下においてスロットル弁１６の下流側の圧力を低下させた場合、上流側と下流側との圧力比（下流側圧力／上流側圧力）が臨界圧力比よりも低くなると、同スロットル弁１６を通過する吸入空気の量がそれ以上増えなくなる。なお、上記臨界圧力比は、スロットル弁１６を通過する吸入空気の流速が音速に達するようになる圧力比である。

上記圧力比が臨界圧力比よりも低くなるといった状況はスロットル開度ＴＡの小さいときになりやすく、本実施の形態では、低負荷領域の中でも特に機関負荷の低い領域（低負荷域）である「領域Ｄ」においてそうした状況になる。したがって、この「領域Ｄ」では、上記「領域Ｃ」とは異なり、吸気弁３０の作用角ＶＬｉを変更しても吸入空気量は殆ど変化しない。そのため、吸入空気量を調節することを目的として吸気弁３０の作用角ＶＬｉが調節されることはなく、また仮に作用角ＶＬｉを変更したとしても機関回転速度の変化を招くことはない。

また「領域Ｄ」はそもそも機関負荷が低い運転領域であり、内部ＥＧＲ量が増大した場合に燃焼状態の不安定化を招きやすい運転領域であることから、バルブオーバラップ量の不要な増大を極力回避したいといった実情もある。

こうした実情をふまえ、「領域Ｄ」では、その相対値制御として、排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅを変更することに加え、吸気弁３０の作用角ＶＬｉを変更するようにしている。これにより、前記各偏差ΔＶＴｉ，ΔＶＬｉに応じて排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅを変更したとしてもバルブオーバラップ量の不要な増大を招いてしまうような場合に、これを速やかに低減することができるようになる。

以下、「領域Ｄ」において各目標値を算出する処理の具体的な処理手順について説明する。
図６に示すように、各目標値を算出する処理では先ず、目標スロットル開度Ｔｔａ、目標バルブタイミングＴｖｔｉ，Ｔｖｔｅ、目標作用角Ｔｖｌｉがそれぞれ算出される（ステップＳ１００）。その後、「領域Ｄ」であるとして（ステップＳ２００：ＮＯ、Ｓ３００：ＮＯ）、目標バルブタイミングＴｖｔｅの補正項Ｋｖｔｅが算出されるとともに（ステップＳ４０２）、この補正項Ｋｖｔｅを目標バルブタイミングＴｖｔｅに加算した値が新たな目標バルブタイミングＴｖｔｅとして設定される（ステップＳ４０４）。

そして、「領域Ｄ」では（ステップＳ５００：ＹＥＳ）、前記目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量との偏差Δｏｖが所定値以上であることを条件に（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）、吸気弁３０の作用角ＶＬｉを変更する処理（変更処理）が実行される。なお、実際のバルブオーバラップ量は、その時々における各バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ及び作用角ＶＬｉから求められる。また、上記所定値は、燃焼状態が不安定化する可能性の有無を上記偏差Δｏｖとの比較を通じて的確に判断することのできる値であり、実験結果などに基づき求められ、設定されている。

上記変更処理にあっては、具体的には、目標バルブタイミングＴｖｔｅとバルブタイミングＶＴｅとの偏差ΔＶＴｅに基づくマップ演算を通じて補正項Ｋｖｌｉが算出されるとともに（ステップＳ５０４）、この補正項Ｋｖｌｉを目標作用角Ｔｖｌｉから減算した値が新たな目標作用角Ｔｖｌｉとして設定される（ステップＳ５０６）。なお、上記補正項Ｋｖｌｉとしては、目標バルブタイミングＴｖｔｅに対してバルブタイミングＶＴｅが遅角側になるほど大きい値、換言すれば吸気弁３０の作用角ＶＬｉを小さくする値が算出される。補正項Ｋｖｌｉ用の演算マップには、バルブオーバラップ量及び前記目標バルブオーバラップ量を一致させることの可能な補正項Ｋｖｌｉと上記偏差ΔＶＴｅとの関係が実験結果などから求められ、設定されている。

このように「領域Ｄ」の相対値制御では吸気弁３０の作用角ＶＬｉの変更が併せて実行されるために、これが実行されない「領域Ｃ」と比べて目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量との乖離が速やかに解消されるようになり、内部ＥＧＲ量の増大に起因する機関運転状態の不安定化が極力抑制されるようになる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）機関負荷が低負荷領域にあるときには、相対値制御が実行されるために、バルブオーバラップ量と目標バルブオーバラップ量との乖離を小さくして内部ＥＧＲ量を適切に管理することができるようになり、排気の清浄化、燃費の向上、更にはアイドル運転時の燃焼安定性についてその向上を図ることができるようになる。しかも、機関負荷が高負荷領域にあるときには、絶対値制御が実行されるために、各バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ、作用角ＶＬｉとそれらの各目標値（Ｔｖｔｉ，Ｔｖｔｅ，Ｔｖｌｉ）との乖離についてはそれらを確実に小さくすることができるようになり、機関出力の向上を好適に図ることができるようになる。

（２）内燃機関１０が高負荷状態から減速状態に移行したときに、吸気弁３０の作用角ＶＬｉが小さくなるようにこれを変更する際の変更速度を通常時よりも低下させるようにした。これにより、バルブオーバラップ量が必要以上に小さくなることが抑制され、潤滑油の消費量増大や希釈化が抑制されるようになる。

（３）また、作用角ＶＬｉの変更速度を低下させる際に、併せてスロットル開度ＴＡを低下させることによって減速感を確保することができるようになる。
（４）機関負荷が低負荷領域の更に低負荷域にあり、且つバルブオーバラップ量と目標バルブオーバラップ量との偏差Δｏｖが所定値以上であるときには、排気弁３２のバルブタイミングＶＴｅを変更することに併せて、吸気弁３０の作用角ＶＬｉを変更するといったように相対値制御を実行するようにした。そのため、低負荷域においてバルブオーバラップ量が過度に大きくなって内部ＥＧＲが増大することに起因する機関燃焼状態の不安定化を極力抑制することができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・「領域Ｂ」において、スロットル開度ＴＡを低下させる処理、具体的には、前記偏差ΔＶＴｉに基づいて補正項Ｋｔａを算出する処理（ステップＳ３０２の一部）及び同補正項Ｋｔａに基づき目標スロットル開度Ｔｔａを補正する処理（ステップＳ３０６）を省略するようにしてもよい。

・また、「領域Ｂ」において、吸気弁３０の作用角ＶＬｉの変更速度を通常時よりも低下させる処理、具体的には、前記偏差ΔＶＴｉに基づいて補正項Ｋｖｌｉを算出する処理（ステップＳ３０２の一部）及び同補正項Ｋｖｌｉに基づき目標作用角Ｔｖｌｉを補正する処理（ステップＳ３０４）を省略することも可能である。この場合には先ず、機関運転領域を、機関回転速度によらず前記目標吸入空気量Ｔｇａにより定められる領域であって、「高負荷領域」、「低負荷領域」、及び「低負荷領域の更に低負荷域」といった３つの領域に分ける。そして、各機構１４，３８，４２，４６の作動制御を、高負荷領域では前記「領域Ａ」と同様の態様で、低負荷領域では「領域Ｃ」と同様の態様で、低負荷領域の更に低負荷域では「領域Ｄ」と同様の態様でそれぞれ実行するようにすればよい。

・「領域Ｃ」における相対値制御は、吸入空気量の変化やその変化に起因する悪影響を的確に抑制することができるのであれば、適宜変更可能である。例えばバルブタイミングＶＴｅを変更することに代えてバルブタイミングＶＴｉ或いは作用角ＶＬｉを変更することや、各バルブタイミングＶＴｉ，ＶＴｅ、作用角ＶＬｉのうちの２つを変更すること等といった制御方法を採用することが可能である。

・「領域Ｄ」において、作用角ＶＬｉを変更する処理（ステップＳ５０２〜Ｓ５０６）を省略してもよい。この場合には、「領域Ｃ」に「領域Ｄ」を加えた領域において前記「領域Ｃ」と同様の態様で各機構１４，３８，４２，４６の作動制御を実行するようにすればよい。

本発明の一実施の形態が適用される内燃機関の概略構成図。 吸気側バルブタイミング可変機構の作動に基づく吸気弁のバルブタイミングの変化態様を示すグラフ。 作動角可変機構の作動に基づく吸気弁の作用角の変化態様を示すグラフ。 吸気弁及び排気弁の変位態様の一例を示すグラフ。 内燃機関の各運転領域を示す略図。 目標値算出処理の具体的な処理手順を示すフローチャート。 従来の制御方法における吸気弁及び排気弁の変位態様の一例を示すグラフ。

符号の説明

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットル機構、１６…吸気絞り弁としてのスロットル弁、１８…スロットルモータ、２０…燃焼室、２２…インジェクタ、２４…ピストン、２６…クランクシャフト、２８…排気通路、３０…吸気弁、３２…排気弁、３４…吸気カムシャフト、３６…排気カムシャフト、３８…吸気側バルブタイミング可変機構、４０，４４，４８…アクチュエータ、４２…排気側バルブタイミング可変機構、４６…作動角可変機構、５０…電子制御装置。

Claims (5)

1. 機関運転状態に基づく作動制御を通じて吸入空気量を調節するための吸気絞り弁を備えた内燃機関に適用されて、吸気弁、排気弁の各バルブタイミング、及び前記吸気弁の作用角を内燃機関の運転状態に基づいて設定される各目標値と一致するように制御する内燃機関の制御方法において、
   機関負荷が低負荷領域にあるときには、前記各バルブタイミング及び前記作用角のうちのいずれかの目標値とその実際値との偏差に基づいて他の目標値を補正する補正項であって前記各目標値により定まる目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量とを一致させるための補正項を算出するとともに同補正項により前記他の実際値の目標値を補正した上で、前記各バルブタイミング及び前記作用角の各実際値がそれらの各目標値と一致するように制御するとの相対値制御を実行し、
   同相対値制御を実行する際に、機関負荷が前記低負荷領域の更に低負荷域であるときには、前記補正項として、前記排気弁のバルブタイミングの目標値と実際値との偏差に基づいて前記作用角についての補正項を算出し、
   機関負荷が高負荷領域にあるときには、前記補正項の算出と同補正項による補正とを行うことなく、前記各バルブタイミング及び前記作用角の各実際値がそれらの各目標値と一致するように制御する絶対値制御を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
2. 機関運転状態に基づく作動制御を通じて吸入空気量を調節するための吸気絞り弁を備えた内燃機関に適用されて、吸気弁、排気弁の各バルブタイミング、及び前記吸気弁の作用角を機関運転状態に基づいて設定される各目標値と一致するように制御する内燃機関の制御方法において、
   機関負荷が低負荷領域にあるときには、前記吸気弁のバルブタイミング及び作用角の少なくとも一方の目標値とその実際値との偏差に基づいて前記排気弁のバルブタイミングの目標値を補正する補正項であって前記各目標値により定まる目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量とを一致させるための第１補正項を算出するとともに同第１補正項により前記排気弁のバルブタイミングの目標値を補正した上で、前記各バルブタイミング及び前記作用角の各実際値がそれらの各目標値と一致するように制御するとの相対値制御を実行し、
   同相対値制御を実行する際に、機関負荷が前記低負荷領域の更に低負荷域にあるときには、前記第１補正項の算出及び同第１補正項による補正を行うことに併せて、前記排気弁のバルブタイミングの目標値と実際値との偏差に基づいて前記作用角の目標値を補正する補正項であって前記目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量とを一致させるための第２補正項の算出と同第２補正項による前記作用角の目標値の補正とを行い、
   機関負荷が高負荷領域にあるときには、前記第１補正項及び前記第２補正項の算出とそれら補正項による補正とを行うことなく、前記各バルブタイミング及び前記作用角の各実際値がそれらの各目標値と一致するように制御する絶対値制御を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、
   前記目標バルブオーバラップ量と実際のバルブオーバラップ量との間に所定量以上の乖離があるときに限り、前記第２補正項の算出と同第２補正項による補正とを行う
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法において、
   機関負荷が高負荷領域にあって前記絶対値制御が実行されているときから前記内燃機関が減速状態に移行したときであり、且つ前記作用角の変更より前記各バルブタイミングの変更が遅れるときには、前記吸気弁の作用角が小さくなるようにこれを変更する際の変更速度を通常時よりも低下させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御方法において、
   前記吸気弁の作用角の変更速度を低下させる際には、併せて機関吸気通路に設けられた前記吸気絞り弁の開度を低下させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。

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