JP4816812B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、吸排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することで、吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構を備える内燃機関のバルブタイミング制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、排気圧力脈動により生じる負圧波の排気ポート到達時期が吸排気弁のバルブオーバーラップ期間に合致するように、吸排気弁のバルブタイミングを変更するようにしている。このような制御によれば、吸気弁から筒内に新気が流入し易くなるとともに、吸気弁から流入した新気によって筒内の既燃ガスを排気弁へ確実に追い出すことができる。すなわち、掃気効果を発揮させることができる。その結果、残留ガス量が少なくなり、筒内に吸入される新気量を向上させることができる。つまり、吸気充填効率を向上させることができる。

日本特開平１１−２２４９９号公報

ところで、例えば車両の加速初期などの吸入空気量が比較的少ない状況下においては、生成される排気圧力脈動は比較的弱いものとなる。その結果、十分な掃気効果を利用することができない。そこで、排気圧力脈動が十分に強くなってから掃気効果を得るべく、バルブオーバーラップ期間を設定することが考えられる。しかしながら、掃気効果による新気量（トルク）の急激な上昇に伴って、トルク段差が生じてしまう可能性がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構を備える内燃機関において、トルク段差を抑制しつつ掃気効果を有効利用し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を可変とする可変動弁機構と、
排気圧力脈動による掃気効果を有効利用可能な掃気効果利用条件が成立したか否かを判定する掃気効果判定手段と、
前記掃気効果利用条件が成立した後に、前記可変動弁機構を制御して、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間設定手段とを備え、
前記オーバーラップ期間設定手段は、バルブオーバーラップ期間の設定に伴うトルク指標値の向上代が所定の許容値を超えないように、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限するオーバーラップ期間制限手段を含むことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記排気圧力脈動および吸気圧力脈動のうちの少なくとも前記排気圧力脈動についての脈動波形情報を取得する脈動波形取得手段を更に備え、
前記オーバーラップ期間制限手段は、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、吸気弁の開き時期および排気弁の閉じ時期の何れを調整して行うかを前記脈動波形情報に応じて決定するバルブ制御決定手段を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点よりも前側に多く存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記吸気弁の開き時期を調整して行うようにすることを特徴とする。

また、第４の発明は、第２の発明において、
前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点よりも後側に多く存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記排気弁の閉じ時期を調整して行うようにすることを特徴とする。

また、第５の発明は、第２の発明において、
前記可変動弁機構は、作用角を固定または可変としつつ前記吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、作用角を固定としつつ前記排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含み、
前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に均等に存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記吸気弁の開き時期を調整して行うようにすることを特徴とする。

また、第６の発明は、第２の発明において、
前記可変動弁機構は、作用角を固定としつつ前記吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、作用角を可変としつつ前記排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含み、
前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に均等に存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記排気弁の閉じ時期を調整して行うようにすることを特徴とする。

また、第７の発明は、第２の発明において、
前記可変動弁機構は、作用角とともにリフト量を可変としつつ前記吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、作用角を可変としつつ前記排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含み、
前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に均等に存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記排気弁の閉じ時期を調整して行うようにすることを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の制御装置は、
内燃機関の加速要求の有無を検知する加速要求検知手段と、
内燃機関の排気エネルギによって駆動されるタービンと、当該タービンに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズルとを有するターボ過給機と、
前記可変ノズルの開度を制御するノズル開度制御手段と、
排気圧力脈動が高められたと判断される判断時点、もしくは排気圧力脈動が高められていると予測される予測時点を取得する脈動生成状態取得手段と、
前記加速要求を検知した検知時点から前記判断時点もしくは前記予測時点までの間、バルブオーバーラップ期間を、前記検知時点のバルブオーバーラップ期間よりも短くなるように制御するオーバーラップ期間縮小手段とを備え、
前記ノズル開度制御手段は、
前記検知時点から前記判断時点もしくは前記予測時点までの間、前記可変ノズルの開度を、前記検知時点の当該可変ノズルの開度よりも閉じ側の所定開度に制御するノズル閉じ制御実行手段を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、掃気効果利用条件が成立した場合に、バルブオーバーラップ期間の設定に伴うトルク指標値の向上代が過大とならないように、バルブオーバーラップ期間の設定量が制限される。これにより、バルブオーバーラップ期間の設定時のトルク段差を抑制しつつ、掃気効果を有効利用することが可能となる。

脈動波形が異なると、吸気弁の開き時期の調整によってバルブオーバーラップ期間を調整するか或いは排気弁の閉じ時期の調整によってバルブオーバーラップ期間を調整するかによって、バルブオーバーラップ期間の調整がトルク指標値に与える影響が変化する。第２の発明によれば、バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、吸気弁の開き時期および排気弁の閉じ時期の何れを調整して行うかが脈動波形に応じて決定される。このため、バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、トルク指標値の制御性を向上させることが可能となる。これにより、トルク段差をより軽減することが可能となる。

第３または第４の発明によれば、バルブオーバーラップ期間の調整に対するトルク指標値の制御性に優れた方のバルブ制御を選択して、バルブオーバーラップ期間の調整に対するトルク指標値の変化をより緩やかにすることができるようになる。

脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に均等に存在している場合には、排気弁の閉じ時期の変更に伴う開き時期の変化に起因する排気圧力脈動の位相変化の方が、吸気弁の開き時期の変更に伴う閉じ時期の変化よりも新気量の変化に与える影響が大きくなる。第５の発明によれば、作用角を固定または可変としつつ吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、作用角を固定としつつ排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを備えている場合には、吸気弁の開き時期の調整によって、バルブオーバーラップ期間の設定量の制限が行われるようになる。これにより、バルブオーバーラップ期間の調整に対するトルク指標値の変化をより緩やかにすることができるようになる。

作用角を可変としつつ排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構を備えている場合には、排気弁の開き時期を一定としつつ排気弁の閉じ時期を調整することが可能となる。これにより、開き時期の変化に伴う排気圧力脈動の変化に起因する新気量の変化を防止することができる。また、吸気側でバルブオーバーラップ期間の調整が行われないので、吸気弁の開閉時期の変化に伴う新気量の変化を防止することができる。このため、第６の発明によれば、上記排気可変動弁機構を備えている場合において、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に均等に存在している場合に、バルブオーバーラップ期間の調整に対するトルク指標値の変化をより緩やかにすることができるようになる。

作用角とともにリフト量を可変としつつ吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構を備えている場合には、吸気弁の閉じ時期を一定としつつ開き時期を調整する際に、吸気弁のリフト量の変化が発生してしまう。また、排気可変機構がリフト量の変化を伴う作用角可変機構を備えていたとしても、吸気弁のリフト量の変化が新気量に与える影響は、排気弁のリフト量の変化が新気量に与える影響よりも大きくなる。第７の発明によれば、作用角を可変としつつ排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とともに上記吸気可変動弁機構を備えている場合において、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に均等に存在している場合に、バルブオーバーラップ期間の調整に対するトルク指標値の変化をより緩やかにすることができるようになる。

第８の発明によれば、掃気効果利用開始時のトルク段差を抑制しつつ、加速要求時に掃気効果を早期に有効利用できるようになる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 体積効率向上制御実行中の吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。 排気圧力脈動の強さが上記体積効率向上制御に与える影響を説明するための図である。 加速時の可変ノズルの開度制御とバルブオーバーラップ期間の制御とを実行する順序を説明するためのタイムチャートである。 掃気効果利用開始時の課題とその解決手法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 Ｏ／Ｌ量と新気量Ｇｎの増加予想量との関係を説明するための図である。 排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点（ＴＤＣ）よりも前側（進角側）に多く存在している場合の制御を説明するための図である。 排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点（ＴＤＣ）よりも前側（進角側）に多く存在している場合において、Ｏ／Ｌ量と新気量との関係を吸気側と排気側のそれぞれに分けて表した図である。 排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点（ＴＤＣ）よりも後ろ側（遅角側）に多く存在している場合の制御を説明するための図である。 排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点（ＴＤＣ）よりも後ろ側（遅角側）に多く存在している場合において、Ｏ／Ｌ量と新気量との関係を吸気側と排気側のそれぞれに分けて表した図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合の脈動波形と、バルブオーバーラップ期間とを表した図である。 排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合において、Ｏ／Ｌ量と新気量との関係を吸気側と排気側のそれぞれに分けて表した図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ ディーゼル機関
１２ インジェクタ
１８ 排気マニホールド
２０ 排気通路
２２ ターボ過給機
２２ａ タービン
２２ｂ コンプレッサ
２２ｃ 可変ノズル
２６ 吸気通路
３２ 吸気マニホールド
３６ エアフローメータ
４４ 吸気可変動弁機構
４６ 排気可変動弁機構
５２ アクセル開度センサ
５４ 吸気圧センサ
５６ 排気圧センサ
５８ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６０ クランク角センサ

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼル機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼル機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼル機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、このコモンレール１４から各気筒のインジェクタ１２へ燃料が供給される。各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１８によって集合され、排気通路２０に流入する。

ディーゼル機関１０は、可変ノズル型のターボ過給機２２を備えている。ターボ過給機２２は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２２ａと、タービン２２ａと一体的に連結され、タービン２２ａに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ２２ｂとを有している。更に、ターボ過給機２２は、タービン２２ａに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズル（ＶＮ）２２ｃを有している。

可変ノズル２２ｃは、図示省略するアクチュエータ（例えば、電動モータ）によって開閉動作可能になっている。可変ノズル２２ｃの開度を小さくすると、タービン２２ａの入口面積が小さくなり、タービン２２ａに吹き付けられる排気ガスの流速を速くすることができる。その結果、コンプレッサ２２ｂおよびタービン２２ａの回転数（以下、「ターボ回転数」と称する）が上昇するので、過給圧を上昇させることができる。逆に、可変ノズル２２ｃの開度を大きくすると、タービン２２ａの入口面積が大きくなり、タービン２２ａに吹き付けられる排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下するので、過給圧を低下させることができる。

ターボ過給機２２のタービン２２ａは、排気通路２０の途中に配置されている。タービン２２ａよりも下流側の排気通路２０には、排気ガス中のＰＭ(Particulate Matter：粒子状物質)を捕捉するためのＤＰＦ２４が設置されている。なお、排気通路２０には、ＤＰＦ２４のほかに、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒が設置されていてもよい。あるいは、ＤＰＦ２４に触媒成分が担持されていてもよい。

ディーゼル機関１０の吸気通路２６の入口付近には、エアクリーナ２８が設けられている。エアクリーナ２８を通って吸入された空気は、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ｂで圧縮された後、インタークーラ３０で冷却される。インタークーラ３０を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３２により分配されて、各気筒に流入する。

吸気通路２６におけるインタークーラ３０と吸気マニホールド３２との間には、吸気絞り弁３４が設置されている。また、吸気通路２６におけるエアクリーナ２８の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３６が設置されている。

吸気マニホールド３２の近傍には、ＥＧＲ通路３８の一端が接続されている。ＥＧＲ通路３８の他端は、排気通路２０の排気マニホールド１８に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路３８を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２６に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。

ＥＧＲ通路３８の途中には、ＥＧＲ通路３８を通る排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するためのＥＧＲクーラ４０が設けられている。ＥＧＲ通路３８におけるＥＧＲクーラ４０の下流には、ＥＧＲ弁４２が設けられている。このＥＧＲ弁４２の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路３８を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲガス量を調整することができる。

また、ディーゼル機関１０は、吸気弁（図示省略）の開弁特性を可変とする吸気可変動弁機構４４と、排気弁（図示省略）の開弁特性を可変とする排気可変動弁機構４６とを備えている。より具体的には、これらの可変動弁機構４４、４６は、クランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変化させることにより、作用角を固定としつつ吸気弁や排気弁の開閉時期を連続的に可変とする位相可変機構（ＶＶＴ機構）であるものとする。このような吸気可変動弁機構４４や排気可変動弁機構４６によれば、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間（以下、単に「バルブオーバーラップ期間」という）の長さを変化させることができる。

また、吸気カム軸および排気カム軸の近傍には、それぞれのカム軸の回転角度、すなわち、吸気カム角および排気カム角を検出するための吸気カム角センサ４８および排気カム角センサ５０がそれぞれ配置されている。

また、本実施形態のシステムは、ディーゼル機関１０が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５２と、吸気マニホールド圧力（吸気圧力）を検出する吸気圧センサ５４と、排気マニホールド圧力（排気圧力）を検出する排気圧センサ５６と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５８とを更に備えている。また、ＥＣＵ５８には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータとともに、クランク角を検出するクランク角センサ６０が接続されている。ＥＣＵ５８は、クランク角センサ６０の検出信号に基づいて、エンジン回転数を算出することもできる。更に、ＥＣＵ５８は、上記カム角センサ４８、５０の検出信号に基づいて、吸気弁および排気弁の開閉時期の進角量を算出することができる。ＥＣＵ５８は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関１０の運転状態を制御する。

［排気圧力脈動を利用した体積効率向上制御］
本実施形態のシステムは、上述した吸気可変動弁機構４４および排気可変動弁機構４６を備えることによって、バルブオーバーラップ期間を任意に調整することができる。これにより、本実施形態のシステムでは、所定の運転領域（例えば低回転高負荷領域）において、排気マニホールド圧力の脈動を利用してディーゼル機関１０の体積効率ηＶ（筒内空気量）を向上させる体積効率向上制御が実行可能になっている。図２は、体積効率向上制御実行中の吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。

図２に示すように、吸気マニホールド圧力は、クランク角度に関わらずにほぼ一定となる。これに対し、排気マニホールド圧力は、各気筒の排気弁から排気ガスが間欠的に排出されるのに伴って、大きく脈動（周期的に変動）する。より具体的には、排気弁の開き時期ＥＶＯが遅くなるにつれ、排気ガスが排気マニホールド１８内へ放出されるタイミングが遅くなり、排気マニホールド圧力脈動の波形が、図２中における右側にシフトする。つまり、排気マニホールド圧力脈動の波形は、排気弁の開き時期ＥＶＯを変化させることによって、図２中の左右に移動する。また、排気マニホールド圧力脈動の波形は、エンジン回転数の変化に伴って排気マニホールド内を流れる排気ガスの流速が変化することによっても、変化する。

図２に示す波形は、排気上死点（ＴＤＣ）近傍に存在するバルブオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ期間）に、排気マニホールド圧力脈動の谷の部分が一致するように、エンジン回転数との関係を考慮しつつ排気弁の開き時期が制御された状態を示している。また、図２に示す波形は、ターボ効率が良い状態で過給がなされることにより、排気圧力に対して吸気圧力（過給圧）が高められた状態を示している。このような状態においては、図２中にハッチングを付して表された領域が、すなわち、バルブオーバーラップ期間において排気圧力よりも吸気圧力の方が高くなる領域が、十分に確保されるようになる。その結果、新気が筒内に流入し易くなるとともに、流入した新気によって筒内の既燃ガスを速やかに排気ポートへ追い出す効果（いわゆる、掃気効果）が十分に得られるようになる。

上記のような掃気効果は、図２中にハッチングを付して示す領域が大きくなるほど、大きくなる。従って、当該領域が大きく確保されるように、吸気可変動弁機構４４を用いた吸気弁の開き時期の調整や排気可変動弁機構４６を用いた排気弁の閉じ時期の調整に基づくバルブオーバーラップ期間の調節を行うこととすれば、掃気効果を十分に得ることができるようになる。このようにして、掃気効果を利用する体積効率向上制御を実行することにより、残留ガス量を十分に少なくし、その分、筒内に充填される新気の量を増やすことができる。つまり、体積効率（充填効率）ηＶを増大させることができる。その結果、ディーゼル機関１０のトルクを良好に向上させることができる。

［可変ノズル型のターボ過給機を備えるシステムに対して体積効率向上制御を適用する際の好ましい制御順序］
図３は、排気圧力脈動の強さが上記体積効率向上制御に与える影響を説明するための図である。
図３には、加速初期などの吸入空気量が少なく（言い換えれば、機関負荷が低く）、十分な強さの排気圧力脈動が生成されないケースが示されている。また、図３には、吸入空気量が多くなり（言い換えれば、機関負荷が高くなり）、十分な強さの排気圧力脈動が生成されているとともに、ターボ過給機２２がターボ効率の良い状態で使用されていることで、排気圧力に対して吸気圧力が良好に高められているケースが示されている。より具体的には、図３中の下側に示された波形のように加速初期などの排気圧力脈動の弱い運転条件下から、高負荷側に移行する要求が出されたことで過給を伴ってディーゼル機関１０の負荷が高められていくと、図３中の上側に示された波形のように、排気圧力脈動が強くなっていくとともに、吸気圧力（過給圧）が排気圧力に対して良好に高められていく。

図３中の下側の波形で示されたように、排気圧力脈動が弱い（脈動の振幅が小さい）条件下においては、バルブオーバーラップ期間が設けられている排気上死点付近において、排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が小さくなる。このため、この場合には、掃気効果が小さくなり、上記体積効率向上制御による効果を満足に得られなくなる。

本実施形態のシステムは、既述したように、可変ノズル型のターボ過給機２２を備えている。このようなターボ過給機を備えた従来の内燃機関においては、加速時に内燃機関のトルクを迅速に高めるべく、可変ノズルの開度を全閉付近に制御することで過給圧を高めるようにし、これにより、吸入空気量を増やすという制御が行われていた。しかしながら、本実施形態のシステムは、そのような可変ノズル型のターボ過給機２２に加えて、バルブオーバーラップ期間を調整可能とする可変動弁機構４４、４６を備えている。

上記のような構成を有する本実施形態のシステムにおいて、加速時に可変ノズル２２ｃの開度が全閉付近に制御された状態で、バルブオーバーラップ期間を設けることとすると、加速初期においては、排気圧力脈動が弱いので、上述したように十分な掃気効果を得られなくなる。

また、加速時において、可変ノズル２２ｃの開度が全閉付近に制御された状態でバルブオーバーラップ期間を設けることとすると、可変ノズル２２ｃの開度が全閉付近に制御されていることで、加速中に排気圧力の上昇を招き、掃気効果が得られにくくなるのとともに、バルブオーバーラップ期間が設けられていることで吸気ポート側への排気ガスの吹き返しが生ずることになる。その結果、加速時に可変ノズルの開度を全閉付近に制御しつつバルブオーバーラップ期間が設けられていない場合と比較して、体積効率ηＶが悪化してしまう。

図４は、加速時の可変ノズル２２ｃの開度制御とバルブオーバーラップ期間の制御とを実行する順序を説明するためのタイムチャートである。
本実施形態のシステムでは、可変ノズル型のターボ過給機２２と、バルブオーバーラップ期間を調整可能とする可変動弁機構４４、４６とを備える構成において、強い排気圧力脈動を必要とする要求が出されることとなる加速開始時に、早期に有効な掃気効果を利用できるようにするためには、以下のような制御を行うことが好適である。尚、図４において、実線で表された波形は、本実施形態の制御に対応している。また、破線で表された波形は、バルブオーバーラップ期間の調整機構を有しない内燃機関において、加速時にＶＮ開度が全閉に維持された場合の制御に対応している。更に、一点鎖線で表された波形は、加速当初から、ＶＮ開度が全閉に維持され、かつ、バルブオーバーラップ期間が設けられている場合の制御に対応している。更にまた、二点鎖線で表された波形は、加速当初から、ＶＮ開度が一定量開かれ、かつ、バルブオーバーラップ期間が設けられている場合の制御に対応している。

すなわち、運転者からの加速要求を検知した時点ｔ０において、図４に示すように、ＶＮ開度が全閉となるように可変ノズル２２ｃを制御するとともに、バルブオーバーラップ期間がゼロとなるように可変動弁機構４４、４６を制御する。そして、排気圧力脈動が強くなったと判断できる時点ｔ１に達するまでの間、すなわち、加速初期段階においては、上記のように、ＶＮ開度を全閉とし、バルブオーバーラップ期間をゼロとする制御を継続させる。その結果、ディーゼル機関１０のトルクは、図４に示すように、次第に上昇し始めるようになる。

その後、排気圧力脈動が強くなったと判断できる上記時点ｔ１に達した場合には、ＶＮ開度を所定の中間開度（より具体的には、ターボ効率の良い開度）に向けて、開くようにする。一方のバルブオーバーラップ期間の調整は、その後の時間経過に伴ってターボ効率が向上してきたことで排気圧力に対して吸気圧力が十分に高くなる条件に達したと判断できる時点で開始するようにする。より具体的には、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるように、バルブオーバーラップ期間を拡大させる。

本実施形態の制御は、図４に示す他の制御パターンに対して、以下に示すような優れた効果を奏することができる。
先ず、本実施形態の制御（実線）と破線で表された制御とを比較する。図４に示すように、加速初期段階においては、破線で表された制御は、本実施形態の制御と同じとなるので、両者に差はない。しかしながら、本実施形態の制御では、排気圧力脈動が強くなったと判断された時点ｔ１において、ＶＮ開度が開かれ、かつ、その後にバルブオーバーラップ期間が設定されるのに対し、破線で表された制御では、上記時点ｔ１以降においても、バルブオーバーラップ期間が設けられないままとされる。このため、破線で表された制御では、強くなった排気圧力脈動を利用した掃気効果を利用できない分だけ、本実施形態の制御に対し、トルクの立ち上がりに時間を要する結果となる。

次に、本実施形態の制御（実線）と一点鎖線で表された制御とを比較する。一点鎖線で表された制御では、排気圧力脈動が弱いという理由で排気圧力に対して吸気圧力が高くならない加速初期段階において、バルブオーバーラップ期間が設定されているので、吸気側への排気ガスの吹き返しによって体積効率ηＶが悪化してしまう。また、一点鎖線で表された制御では、排気圧力脈動が強くなってくる加速中期以降においても、ＶＮ開度が全閉に維持されていることで、ターボ効率の悪化を招き、排気圧力に対して吸気圧力を十分に上げられなくなるので、掃気効果が得られにくくなるのとともに、吸気側への排気ガスの吹き返しによって、体積効率ηＶが悪化してしまう。このため、一点鎖線で表された制御についても、本実施形態の制御に対し、トルクの立ち上がりに時間を要するとともに、トルクの大きさ自体も十分に上げられない結果となる。

次に、本実施形態の制御（実線）と二点鎖線で表された制御とを比較する。二点鎖線で表された制御では、加速初期段階において、ＶＮ開度が一定量開かれていることで、本実施形態の制御に対し、排気圧力脈動が強くなるまでに要する時間が長くなってしまう。このため、二点鎖線で表された制御は、そのような排気圧力脈動の生成遅れ時間分だけ、本実施形態の制御に対し、トルクの立ち上がりに時間を要する結果となる。

以上説明したように、本実施形態の制御によれば、加速初期段階においては、ＶＮ開度を全閉となるように絞ることで吸入空気量の増加を促し、これにより、早期に排気圧力脈動を高めることができ、早期に掃気効果を利用できるようになる。更に、加速初期段階においてバルブオーバーラップ期間をゼロとしていることで、吸気側への排気ガスの吹き返しに起因する体積効率ηＶの悪化を良好に防止することができる。

また、本実施形態の制御によれば、排気圧力脈動が強くなってきた加速中期以降においては、ターボ効率の良くなる開度にまでＶＮ２２ｃを開いていくことで、吸気圧力（過給圧）に対して排気圧力を下げることができ、掃気効果を十分に利用できるようになる。また、そのような掃気効果の実現とターボ効率の確保との両立を図ることができる。

更に、本実施形態の制御によれば、加速中期においてバルブオーバーラップ期間を設定するタイミングを、ＶＮ開度の開き動作後としていることで、排気上死点付近において排気圧力に対して吸気圧力が高くなる領域が確実に確保された後に、バルブオーバーラップ期間を設けることができるようになる。このため、吸気側への排気ガスの吹き返しの発生を回避して、掃気効果を十分に利用できるようになる。

［掃気効果利用開始時のトルク段差を抑制させるための手法］
図５は、掃気効果利用開始時の課題とその解決手法を説明するための図である。
以上説明した本実施形態の制御によれば、排気圧力脈動が十分に強くなってから掃気効果を得るべくバルブオーバーラップ期間が設定されるようになる。その結果、掃気効果を利用して、加速時にディーゼル機関１０のトルクを大きく高めることが可能となる。しかしながら、バルブオーバーラップ期間の設定を開始したタイミングにおいて、掃気効果による新気量（トルク）が大きく増加するようになるので、バルブオーバーラップ期間の設定開始に伴って、トルク段差が生じてしまうことが懸念される。

より具体的には、図５（Ｂ）中において細線で表されるように、掃気効果が利用可能になり次第、最速でバルブオーバーラップ期間を設定した場合には、図５（Ａ）中において細線で表されるように、トルク段差が発生してしまう。また、そのようなトルク段差の発生を回避すべく、排気圧力脈動が十分に強くなる前にバルブオーバーラップ期間を設けることとすると、吸気側へのガスの吹き返しによって、加速初期においてトルクの立ち上がりを遅らせてしまう（図４中の一点鎖線で示す波形参照）。

そこで、本実施形態では、掃気効果が利用可能と判断された時点でバルブオーバーラップ期間を設定する際に、バルブオーバーラップ期間の設定に伴う新気量（トルク）の増加を予想し、当該予想結果に基づいて、バルブオーバーラップ期間の設定値を最適化する（少なくする）ようにした。より具体的には、掃気効果が利用可能と判断された場合に、バルブオーバーラップ期間の設定に伴う新気量の向上代が所定の許容値（ＧｎＵＰｍａｘ）を超えないように、バルブオーバーラップ期間の設定量を制限するようにした。

上記の制御を行うこととすれば、掃気効果が利用可能と判断された場合に、図５（Ｂ）中に太線で表されるように、バルブオーバーラップ期間の設定に伴う新気量の向上代が過大とならないように、最速で設定する場合と比べてバルブオーバーラップ期間の設定量が制限されていく。これにより、必要十分なレベルでの掃気効果の利用開始が可能となるので、図５（Ａ）中に太線で表されるように、トルク段差の発生を抑制しつつ、良好な加速特性を得られるようになる。

図６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ５８が実行するルーチンのフローチャートである。
図６に示すルーチンでは、先ず、アクセル開度センサ５２の出力に基づき、運転者からの車両（ディーゼル機関１０）の加速要求があるか否かが判別される（ステップ１００）。その結果、加速要求があると判定された場合には、次いで、可変ノズル（ＶＮ）２２ｃの開度が現時点での開度から全閉となるように制御される（ステップ１０２）とともに、バルブオーバーラップ期間が現時点での期間からゼロとなるように制御される（ステップ１０４）。

次に、吸気圧センサ５４および排気圧センサ５６の出力に基づいて、吸気圧力脈動および排気圧力脈動の脈動波形がそれぞれ取得される（ステップ１０６）。尚、排気圧力脈動は、既述したように、排気弁の開き時期ＥＶＯの変化とエンジン回転数の変化の影響を受け易い。このため、排気圧力脈動についての脈動波形情報は、排気圧センサ５６による実測に代え、排気弁の開き時期ＥＶＯおよびエンジン回転数との間で脈動波形情報を定めたマップ（図示省略）を参照して取得してもよい。

次に、排気圧力と吸気圧力の差圧が所定の判定値以下の値となったか否かが判別される（ステップ１０８）。この判定値は、排気圧力脈動が十分に強くなったか否かを判断するための値として予め設定された値である。その結果、当該ステップ１０８の判定が不成立である間は、ＶＮ開度を全閉とする制御、およびバルブオーバーラップ期間をゼロとする制御がそれぞれ継続されることになる。

一方、上記ステップ１０８における判定が成立することで、排気圧力脈動が十分に強くなったと判断できる場合には、次いで、ターボ効率の優れる中間開度となるように、ＶＮ開度が開かれる（ステップ１１０）。ＥＣＵ５８は、エンジン回転数や吸入空気量などのディーゼル機関１０の運転条件との関係でターボ効率が良いＶＮ開度を定めたマップ（図示省略）を記憶している。本ステップ１１０では、そのようなマップを参照して、加速要求後の運転条件においてターボ効率の良い開度となるように、ＶＮ開度が開かれていく。

次に、現時点での吸気圧力脈動および排気圧力脈動がそれぞれ取得される（ステップ１１２）。次いで、当該ステップ１１２において取得された吸気圧力脈動および排気圧力脈動のそれぞれの脈動波形に基づいて、掃気効果を利用可能な圧力条件が成立したか否かが判別される（ステップ１１４）。具体的には、吸気圧力に対して排気圧力が十分に下がったかどうかが判断される。上記ステップ１１０においてＶＮ開度がターボ効率の良い開度に開かれる制御が実行されたことで、排気圧力は低下し始める。本ステップ１１４における判定値は、上記図２を用いて説明した掃気効果が十分に得られるような条件にまで排気圧力が低下したか否かを判断するための値として予め設定された値である。

その結果、当該ステップ１１４の判定が成立すると判定された場合、すなわち、十分な掃気効果が得られるような圧力条件が満たされたと判断できる場合には、次いで、所定Ｏ／Ｌ量毎の新気量Ｇｎの増加予想量がＯ／Ｌ量と新気量Ｇｎとの関係を定めたマップ（図示省略）もしくはモデル式に基づいて算出される（ステップ１１６）。

次に、新気量Ｇｎの増加予想量と現在の新気量Ｇｎとの差が許容最大値ＧｎＵＰｍａｘ以下となる条件を満足するＯ／Ｌ量が算出される（ステップ１１８）。尚、この許容最大値ＧｎＵＰｍａｘは、ディーゼル機関１０の運転状態（トルクやエンジン回転数など）との関係で予め設定された値である。図７は、Ｏ／Ｌ量と新気量Ｇｎの増加予想量との関係を説明するための図である。図７に示すように、掃気効果が利用可能となった時点で設定されるＯ／Ｌ量が大きくなるほど、現在の新気量Ｇｎに対する新気量Ｇｎの増加予想量が大きくなる。本ステップ１１８の処理によれば、新気量Ｇｎの増加予想量が許容最大値ＧｎＵＰｍａｘを超えない範囲内で最大のＯ／Ｌ量が決定される。次いで、算出されたＯ／Ｌ量に基づいて、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるように、正のバルブオーバーラップ期間が設定される（ステップ１２０）。

以上説明した図６に示すルーチンによれば、掃気効果が利用可能になったと判断された場合に、バルブオーバーラップ期間の設定に伴う新気量Ｇｎの増加予想量が許容最大値ＧｎＵＰｍａｘを超えないように、バルブオーバーラップ期間の設定値が制限される。これにより、必要十分なレベルでの掃気効果の利用開始が可能となるので、トルク段差の発生を抑制しつつ、良好な加速特性を得られるようになる。

また、上記ルーチンによれば、排気圧力脈動を高める要求の一例である加速要求が出された場合には、先ず、加速初期段階においては、ＶＮ開度が全閉に制御されるとともにバルブオーバーラップ期間がゼロに制御される。その後、排気圧力脈動が強くなったと判断できる時点において、ターボ効率の良い開度となるようにＶＮ開度が開かれる。そして、そのようなＶＮ２２ｃの開き動作が行われた後に、十分な掃気効果が得られるような圧力条件になったと判断できる時点において、ＶＮ開度に応じたバルブオーバーラップ期間が設定される。以上の処理によれば、掃気効果利用開始時のトルク段差を抑制しつつ、加速要求時に掃気効果を早期に有効利用できるようになる。

ところで、上述した実施の形態１においては、吸気弁や排気弁の開弁特性を変更可能とする可変動弁機構４４、４６として、位相可変機構が用いられている例について説明を行った。しかしながら、本発明においてバルブオーバーラップ期間を調整するための可変動弁機構は、吸気弁の開き時期ＩＶＯおよび排気弁の閉じ時期ＥＶＣのうちの少なくとも一方を調整可能とする機構であれば、上記の可変動弁機構４４、４６に限定されるものではない。すなわち、例えば、上記位相可変機構以外にも吸気弁や排気弁の作用角（およびリフト量）を連続的に変更可能とする作用角可変機構と上記位相可変機構とを併せ持つ機械式の可変動弁機構（例えば、国際公開番号ＷＯ ２００６／１３２０５９号公報に記載）であってもよく、更には、カムを電気モータで駆動する機構や電磁駆動弁等であってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５８が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「掃気効果判定手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「オーバーラップ期間制限手段」が、上記ステップ１１６および１１８の処理を実行することにより前記第１の発明における「オーバーラップ期間制限手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５８が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第８の発明における「加速要求検知手段」が、図示省略するアクチュエータに指令を与えて可変ノズル２２ｃの開度を制御することにより前記第８の発明における「ノズル開度制御手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第８の発明における「脈動生成状態取得手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第８の発明における「オーバーラップ期間縮小手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第８の発明における「ノズル閉じ制御実行手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図８乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５８に図６に示すルーチンとともに後述する図１２に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

上述した実施の形態１のシステムによれば、掃気効果が利用可能であると判断された場合には、バルブオーバーラップ期間の設定に伴う新気量Ｇｎの向上代が許容最大値ＧｎＵＰｍａｘを超えないように、バルブオーバーラップ期間の設定量が制限されるようになる。ところで、既述したように、排気圧力脈動の位相は、排気弁の開き時期ＥＶＯの変化およびエンジン回転数の変化に伴って変化する。本実施形態のシステムは、バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、吸気弁の開き時期ＩＶＯおよび排気弁の閉じ時期ＥＶＣの何れを優先的に調整するかを排気圧力脈動の波形に応じて決定するという点に特徴を有している。

図８は、排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点（ＴＤＣ）よりも前側（進角側）に多く存在している場合の制御を説明するための図である。より具体的には、図８（Ａ）は、吸排気弁のリフトカーブを示し、図８（Ｂ）は、吸排気圧力脈動の波形を示す図である。尚、図８（Ｂ）に示す脈動波形は、吸気圧力と排気圧力との交点Ｐが吸排気上死点に位置している例を示している。

図８（Ｂ）に示す脈動波形では、吸排気上死点よりも前側に存在する領域（排気圧力＜吸気圧力となる領域）は、掃気に対してプラスに作用する領域であり、一方、吸排気上死点よりも後側に存在する領域（排気圧力＞吸気圧力となる領域）は、掃気に対してマイナスに作用する領域である。

図９は、排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点（ＴＤＣ）よりも前側（進角側）に多く存在している場合において、Ｏ／Ｌ量と新気量との関係を吸気側と排気側のそれぞれに分けて表した図である。尚、図９に示す関係は、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点よりも前側に多く存在している場合であって、交点Ｐが吸排気上死点よりも後側に存在している場合を想定している。

排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸気上死点よりも前側に多く存在している場合において、吸気弁の開き時期ＩＶＯの進角によってＯ／Ｌ量を調整するようにすると、Ｏ／Ｌ量が増えるに従って、排気圧力＜吸気圧力となる領域とバルブオーバーラップ期間とが重なる範囲が広がっていく。このため、図９中に実線で示すように、Ｏ／Ｌ量が増えるに従って、新気量が単調に増えていく。また、位相可変機構とともに作用角可変機構を備えている場合には、吸気弁の閉じ時期ＩＶＣを一定としたままでＯ／Ｌ量を増やすことが可能となるので、当該閉じ時期ＩＶＣの変化に伴う新気量の変化を防止しつつ、Ｏ／Ｌ量を調整することが可能となる。このため、図９に示すように、位相可変機構とともに作用角可変機構を備えている場合（太線）には、位相可変機構のみを備えている場合（細線）と比べ、Ｏ／Ｌ量の変化に対する新気量の変化を少なくすることができる。

一方、排気弁の閉じ時期ＥＶＣの遅角によってＯ／Ｌ量を調整することとした場合には、Ｏ／Ｌ量が増えるに従って、交点Ｐに達するまでは排気圧力＜吸気圧力となる領域とバルブオーバーラップ期間とが重なる範囲が広がっていく。このため、図９中に破線で示すように、Ｏ／Ｌ量が増えるに従って、新気量が増えていく。ところが、交点Ｐを越えてＯ／Ｌ量が増えていくと、排気圧力＞吸気圧力となる領域（つまり、掃気にマイナスに作用する領域）が増えていくので、新気量が減少していく。

以上図９を参照して説明したように、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点よりも前側に多く存在している場合には、排気弁の閉じ時期ＥＶＣを調整する手法は、吸気弁の開き時期ＩＶＯを調整する手法と比べ、Ｏ／Ｌ量の変化に対する新気量の変化が単調でない状況が想定されるため、制御性が良くない（扱いにくい）といえる。

そこで、本実施形態では、図８（Ａ）に示すように、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点よりも前側に多く存在している場合には、吸気弁の開き時期ＩＶＯの調整によってＯ／Ｌ量を調整する手法を選択するようにしている。これにより、Ｏ／Ｌ量の調整による新気量の制御性を向上させることができる。

図１０は、排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点（ＴＤＣ）よりも後ろ側（遅角側）に多く存在している場合の制御を説明するための図である。より具体的には、図１０（Ａ）は、吸排気弁のリフトカーブを示し、図１０（Ｂ）は、吸排気圧力脈動の波形を示す図である。尚、図１０（Ｂ）に示す脈動波形は、吸気圧力と排気圧力との交点Ｐが吸排気上死点に位置している例を示している。

図１０（Ｂ）に示す脈動波形では、吸排気上死点よりも後側に存在する領域（排気圧力＜吸気圧力となる領域）は、掃気に対してプラスに作用する領域であり、一方、吸排気上死点よりも前側に存在する領域（排気圧力＞吸気圧力となる領域）は、掃気に対してマイナスに作用する領域である。

図１１は、排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点（ＴＤＣ）よりも後ろ側（遅角側）に多く存在している場合において、Ｏ／Ｌ量と新気量との関係を吸気側と排気側のそれぞれに分けて表した図である。尚、図１１に示す関係は、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点よりも後側に多く存在している場合であって、交点Ｐが吸排気上死点よりも前側に存在している場合を想定している。

排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点よりも後側に存在している場合において、排気弁の閉じ時期ＥＶＣの遅角によってＯ／Ｌ量を調整するようにすると、Ｏ／Ｌ量が増えるに従って、排気圧力＜吸気圧力となる領域とバルブオーバーラップ期間とが重なる範囲が広がっていく。このため、図１１中に実線で示すように、Ｏ／Ｌ量が増えるに従って、新気量が単調に増えていく。また、位相可変機構とともに作用角可変機構を備えている場合には、排気弁の開き時期ＥＶＯを一定としたままでＯ／Ｌ量を増やすことが可能となるので、当該開き時期ＥＶＯの変化に伴う排気圧力脈動の位相変化に起因する新気量の変化を防止しつつ、Ｏ／Ｌ量を調整することが可能となる。このため、図１１に示すように、位相可変機構とともに作用角可変機構を備えている場合（太線）には、位相可変機構のみを備えている場合（細線）と比べ、Ｏ／Ｌ量の変化に対する新気量の変化を少なくすることができる。

一方、吸気弁の開き時期ＩＶＯの進角によってＯ／Ｌ量を調整することとした場合には、Ｏ／Ｌ量が増えるに従って、交点Ｐに達するまでは排気圧力＜吸気圧力となる領域とバルブオーバーラップ期間とが重なる範囲が広がっていく。このため、図１１中に破線で示すように、Ｏ／Ｌ量が増えるに従って、新気量が増えていく。ところが、交点Ｐを越えてＯ／Ｌ量が増えていくと、排気圧力＞吸気圧力となる領域（つまり、掃気にマイナスに作用する領域）が増えていくので、新気量が減少していく。

以上図１１を参照して説明したように、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点よりも後側に多く存在している場合には、吸気弁の開き時期ＩＶＯを調整する手法は、排気弁の閉じ時期ＥＶＣを調整する手法と比べ、Ｏ／Ｌ量の変化に対する新気量の変化が単調でない状況が想定されるため、制御性が良くない（扱いにくい）といえる。

そこで、本実施形態では、図１０（Ａ）に示すように、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点よりも後側に多く存在している場合には、排気弁の閉じ時期ＥＶＣの調整によってＯ／Ｌ量を調整する手法を選択するようにしている。これにより、Ｏ／Ｌ量の調整による新気量の制御性を向上させることができる。

図１２は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ５８が実行するルーチンのフローチャートである。尚、ここでは、本ルーチンは、上記図６に示すルーチンにおける上記ステップ１１８の処理と上記ステップ１２０の処理との間に実行されるものとする。

図１２に示すルーチンでは、先ず、目標合計Ｏ／Ｌ量が取得される（ステップ２００）。この目標合計Ｏ／Ｌ量は、上記ステップ１１８において算出されたＯ／Ｌ量のことであり、吸気弁の開き時期ＩＶＯの進角分と排気弁の閉じ時期ＥＶＣの遅角分が含まれた値である。

次に、吸気圧力脈動および排気圧力脈動の脈動波形が取得される（ステップ２０２）。本ステップ２０２における脈動波形の取得手法は、上記ステップ１０６における手法と同様である。次いで、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点よりも前側に多く存在しているか否かが、取得された脈動波形を参照して判別される（ステップ２０４）。

その結果、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点よりも前側に多く存在していると判定された場合には、Ｏ／Ｌ量の上記制限を実現するために必要とされる吸気ＩＮ側のＯ／Ｌ量の調整量（吸気弁の開き時期ＩＶＯの進角量）が算出される（ステップ２０６）。上記目標合計Ｏ／Ｌ量は、バルブオーバーラップ期間の設定に伴う新気量Ｇｎの増加予想量が許容最大値ＧｎＵＰｍａｘを超えないように制限されたバルブオーバーラップ期間の設定目標値である。本ステップ２０６が選択される場合には、このような制限を受ける目標合計Ｏ／Ｌ量を吸気側のＯ／Ｌ量の調整によって実現することとされ、そのために必要とされる吸気ＩＮ側のＯ／Ｌ量の調整量（吸気弁の開き時期ＩＶＯの進角量）が算出される。

一方、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点よりも後側に多く存在していると判定された場合には、Ｏ／Ｌ量の上記制限を実現するために必要とされる排気ＥＸ側のＯ／Ｌ量の調整量（排気弁の閉じ時期ＥＶＣの遅角量）が算出される（ステップ２０８）。すなわち、本ステップ２０８が選択される場合には、このような制限を受ける目標合計Ｏ／Ｌ量を排気側のＯ／Ｌ量の調整によって実現することとされ、そのために必要とされる排気ＥＸ側のＯ／Ｌ量の調整量（排気弁の閉じ時期ＥＶＣの遅角量）が算出される。

以上説明した図１２に示すルーチンによれば、脈動波形に基づいて、吸気側と排気側のどちらでＯ／Ｌ量を調整することが、掃気効果の利用開始時の新気量の制御性を良好に確保するうえで好ましいかが判断されるようになる。そして、吸気側と排気側のうちの制御性が好ましいと判断される方が選択されたうえで、トルク段差が生じないようにバルブオーバーラップ期間の設定量が制限されることになる。これにより、Ｏ／Ｌ量の調整による新気量（トルク）の変化を緩やか（スムーズ）にすることができるようになる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５８が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより前記第２の発明における「脈動波形取得手段」が、上記ステップ２０４〜２０８の処理を実行することにより前記第２の発明における「バルブ制御決定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態３．
次に、図１３乃至図１５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５８に図６に示すルーチンとともに後述する図１５に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。尚、本実施形態の吸気可変動弁機構は、上記機構４４（すなわち、作用角可変機構を備えずに位相可変機構のみを備えた機構）であり、排気可変動弁機構は、上記機構４６（すなわち、作用角可変機構を備えずに位相可変機構のみを備えた機構）であるものとする。

図１３は、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合の脈動波形と、バルブオーバーラップ期間とを表した図である。
上述した実施の形態２においては、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前側にあるか後側にあるかに応じて、吸気側のＯ／Ｌ量を調整するか排気側のＯ／Ｌ量を調整するかを選択するようにしている。これに対し、本実施形態では、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在する場合の制御を対象としている。

具体的には、吸気側および排気側の双方に位相可変機構のみを備えている本実施形態のシステムは、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合には、バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、吸気弁の開き時期ＩＶＯの調整を利用するようにしたという点に特徴を有している。

図１４は、排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合において、Ｏ／Ｌ量と新気量との関係を吸気側と排気側のそれぞれに分けて表した図である。
図１４において、破線で表した波形は、位相可変機構のみを備える排気可変動弁機構４６を制御してＯ／Ｌ量を調整した際の新気量の変化を表している。また、一点鎖線で表した波形は、位相可変機構のみを備える吸気可変動弁機構４４を制御してＯ／Ｌ量を調整した際の新気量の変化を表している。両者を比較すると、排気側のＯ／Ｌ量の調整に対する新気量の変化の傾きの方が、吸気側のＯ／Ｌ量の調整に対する新気量の変化の傾きよりも大きいことが判る。これは、位相可変機構による排気弁の閉じ時期ＥＶＣの変更に伴う開き時期ＥＶＯの変化に起因する排気圧力脈動の位相変化の方が、位相可変機構による吸気弁の開き時期ＩＶＯの変更に伴う閉じ時期ＩＶＣの変化よりも新気量の変化に与える影響が大きいからである。

図１５は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてＥＣＵ５８が実行するルーチンのフローチャートである。尚、ここでは、本ルーチンは、上記図６に示すルーチンにおける上記ステップ１１８の処理と上記ステップ１２０の処理との間に実行されるものとする。また、図１５において、実施の形態２における図１２に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１５に示すルーチンでは、上記ステップ２０２において脈動波形が取得された後には、次いで、取得された脈動波形に基づいて、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在するか否かが判別される（ステップ３００）。その結果、当該判定が成立する場合には、上記ステップ２０６と同様の手法で、Ｏ／Ｌ量の上記制限を実現するために必要とされる吸気ＩＮ側のＯ／Ｌ量の調整量（吸気弁の開き時期ＩＶＯの進角量）が算出される（ステップ３０２）。

以上説明した図１５に示すルーチンによれば、吸気側および排気側の双方に位相可変機構のみを備えている本実施形態のシステムにおいて、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合に、吸気側と排気側のうちの制御性が好ましいと判断される方が選択されたうえで、トルク段差が生じないようにバルブオーバーラップ期間の設定量が制限されることになる。これにより、Ｏ／Ｌ量の調整による新気量（トルク）の変化を緩やか（スムーズ）にすることができるようになる。

ところで、上述した実施の形態３においては、吸気側および排気側の双方に位相可変機構のみを備えた構成を例に挙げて説明を行っている。このような構成とは異なり、吸気側に位相可変機構とともに作用角可変機構を備えるようにし、排気側に位相可変機構のみを備えるようにした構成においても、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合には、バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、吸気弁の開き時期ＩＶＯの調整を利用するようにすることが好適である。更に、このように吸気側に位相可変機構に加えて作用角可変機構を備えている場合には、吸気弁の閉じ時期ＩＶＣが一定となるように制御しつつ、開き時期ＩＶＯの調整によってＯ／Ｌ量を調整するようにする。これにより、図１４中に二点鎖線で表されるように、吸気側に位相可変機構のみを備えた構成と比べ、Ｏ／Ｌ量の調整に対する新気量の変化をより緩やかにすることが可能となる。

実施の形態４．
次に、上記図１４とともに図１６を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５８に図６に示すルーチンとともに後述する図１６に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。尚、本実施形態の吸気可変動弁機構は、上記機構４４（すなわち、作用角可変機構を備えずに位相可変機構のみを備えた機構）であるのに対し、排気可変動弁機構は、位相可変機構とともに作用角可変機構を備えているものとする。

本実施形態のシステムにおいても、上述した実施の形態３と同様に、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在する場合の制御を対象としている。そして、吸気側に位相可変機構のみを備え、かつ排気側に位相可変機構とともに作用角可変機構を備えている本実施形態のシステムは、上述した実施の形態３とは異なり、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合においてバルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際には、排気弁の閉じ時期ＥＶＣの調整を利用するようにしたという点に特徴を有している。

上記図１４において、実線で表した波形は、位相可変機構とともに作用角可変機構を備える排気可変動弁機構を制御してＯ／Ｌ量を調整した際の新気量の変化を表している。作用角可変機構をも備えて排気側でＯ／Ｌ量を調整する手法によれば、排気弁の開き時期ＥＶＯを一定としつつ排気弁の閉じ時期ＥＶＣを調整することが可能となる。これにより、開き時期ＥＶＯの変化に伴う排気圧力脈動の変化に起因する新気量の変化を防止することができる。また、吸気側でＯ／Ｌ量の調整が行われないので、吸気弁の開閉時期の変化に伴う新気量の変化を防止することができる。その結果、吸排気弁の開閉時期の変更によってＯ／Ｌ量を調整する場合において、図１４に示すように、Ｏ／Ｌ量の調整に対する新気量の変化を最も緩やか（スムーズ）にすることが可能となる。

図１６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態４においてＥＣＵ５８が実行するルーチンのフローチャートである。尚、ここでは、本ルーチンは、上記図６に示すルーチンにおける上記ステップ１１８の処理と上記ステップ１２０の処理との間に実行されるものとする。また、図１６において、実施の形態２における図１２に示すステップおよび実施の形態３における図１５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１６に示すルーチンでは、上記ステップ２０２において脈動波形が取得された後には、次いで、取得された脈動波形に基づいて、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在するか否かが判別される（ステップ３００）。その結果、当該判定が成立する場合には、上記ステップ２０８と同様の手法で、Ｏ／Ｌ量の上記制限を実現するために必要とされる排気ＥＸ側のＯ／Ｌ量の調整量（排気弁の閉じ時期ＥＶＣの進角量）が算出される（ステップ４００）。尚、この際、排気弁の開き時期ＥＶＯは一定とされる。

以上説明した図１６に示すルーチンによれば、吸気側に位相可変機構のみを備え、かつ排気側に位相可変機構とともに作用角可変機構を備えている本実施形態のシステムにおいて、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合に、吸気側と排気側のうちの制御性が好ましいと判断される方が選択されたうえで、トルク段差が生じないようにバルブオーバーラップ期間の設定量が制限されることになる。これにより、Ｏ／Ｌ量の調整による新気量（トルク）の変化を緩やか（スムーズ）にすることができるようになる。

実施の形態５．
次に、上記図１４および上記図１６を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５８に図６に示すルーチンとともに後述する図１６に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。尚、本実施形態の可変動弁機構は、吸気側に位相可変機構とともにリフト量の変化を伴う作用角可変機構を備え、かつ、排気側に位相可変機構とともに作用角可変機構（リフト量の変化を伴うかどうかは問わない）を備えているものとする。

本実施形態のシステムにおいても、上述した実施の形態３、４と同様に、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在する場合の制御を対象としている。そして、吸気側に位相可変機構とともにリフト量の変化を伴う作用角可変機構を備え、かつ、排気側に位相可変機構とともに作用角可変機構を備えている本実施形態においても、上述した実施の形態４と同様に、排気圧力＜吸気圧力となる領域が吸排気上死点の前後に略均等に存在している場合においてバルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際には、排気弁の閉じ時期ＥＶＣの調整を利用するようにしている。

吸気側に位相可変機構とともにリフト量の変化を伴う作用角可変機構を備え、かつ、排気側に位相可変機構とともに作用角可変機構を備えている場合には、排気弁の開き時期ＥＶＯを一定としつつ閉じ時期ＥＶＣを調整することもできるし、吸気弁の閉じ時期ＩＶＣを一定としつつ開き時期ＩＶＯを調整することもできる。しかしながら、本実施形態のように吸気側の作用角可変機構が作用角の変更時にリフト量の変化を伴うものである場合には、吸気弁の閉じ時期ＩＶＣを一定としつつ開き時期ＩＶＯを調整する際に、吸気弁のリフト量の変化が発生してしまう。また、排気側の作用角可変機構がリフト量の変化を伴う機構であったとしても、吸気弁のリフト量の変化が新気量に与える影響は、排気弁のリフト量の変化が新気量に与える影響よりも大きくなる。

そこで、本実施形態では、排気弁の閉じ時期ＥＶＣの調整を利用するようにしている。このような機能を実現するための具体的な処理は、上記図１６に示すルーチンの処理と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略するものとする。以上説明した本実施形態の手法によれば、図１４に示すように、上述した実施の形態４の手法を実行した場合と同様に、Ｏ／Ｌ量の調整に対する新気量の変化を最も緩やか（スムーズ）にすることが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１乃至５においては、本発明におけるトルク指標値として、新気量を例に挙げて説明を行ったが、このトルク指標値は、内燃機関のトルクの指標となるものであればよく、例えば、新気量以外にも吸気の体積効率や充填効率などであってもよい。

また、上述した実施の形態２乃至５においては、吸気圧力脈動および排気圧力脈動の双方の波形を脈動波形情報として取得して利用する例について説明を行った。しかしながら、既述したように、排気圧力脈動の方が一般に吸気圧力脈動よりも大きくなる。このため、本発明においては、排気圧力脈動および吸気圧力脈動のうちの少なくとも排気圧力脈動についての脈動波形情報を取得して利用するようにしてもよい。

Claims (8)

1. 吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を可変とする可変動弁機構と、
   排気圧力脈動による掃気効果を有効利用可能な掃気効果利用条件が成立したか否かを判定する掃気効果判定手段と、
   前記掃気効果利用条件が成立した後に、前記可変動弁機構を制御して、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間設定手段とを備え、
   前記オーバーラップ期間設定手段は、バルブオーバーラップ期間の設定に伴うトルク指標値の向上代が所定の許容値を超えないように、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限するオーバーラップ期間制限手段を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記排気圧力脈動および吸気圧力脈動のうちの少なくとも前記排気圧力脈動についての脈動波形情報を取得する脈動波形取得手段を更に備え、
   前記オーバーラップ期間制限手段は、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、吸気弁の開き時期および排気弁の閉じ時期の何れを調整して行うかを前記脈動波形情報に応じて決定するバルブ制御決定手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点よりも前側に多く存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記吸気弁の開き時期を調整して行うようにすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点よりも後側に多く存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記排気弁の閉じ時期を調整して行うようにすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記可変動弁機構は、作用角を固定または可変としつつ前記吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、作用角を固定としつつ前記排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含み、
   前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に均等に存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記吸気弁の開き時期を調整して行うようにすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記可変動弁機構は、作用角を固定としつつ前記吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、作用角を可変としつつ前記排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含み、
   前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に均等に存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記排気弁の閉じ時期を調整して行うようにすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記可変動弁機構は、作用角とともにリフト量を可変としつつ前記吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、作用角を可変としつつ前記排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含み、
   前記バルブ制御決定手段は、脈動波形中に排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が吸排気上死点の前後に均等に存在している場合には、前記バルブオーバーラップ期間の設定量を制限する際に、前記排気弁の閉じ時期を調整して行うようにすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記内燃機関の制御装置は、
   内燃機関の加速要求の有無を検知する加速要求検知手段と、
   内燃機関の排気エネルギによって駆動されるタービンと、当該タービンに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズルとを有するターボ過給機と、
   前記可変ノズルの開度を制御するノズル開度制御手段と、
   排気圧力脈動が高められたと判断される判断時点、もしくは排気圧力脈動が高められていると予測される予測時点を取得する脈動生成状態取得手段と、
   前記加速要求を検知した検知時点から前記判断時点もしくは前記予測時点までの間、バルブオーバーラップ期間を、前記検知時点のバルブオーバーラップ期間よりも短くなるように制御するオーバーラップ期間縮小手段とを備え、
   前記ノズル開度制御手段は、
   前記検知時点から前記判断時点もしくは前記予測時点までの間、前記可変ノズルの開度を、前記検知時点の当該可変ノズルの開度よりも閉じ側の所定開度に制御するノズル閉じ制御実行手段を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

Images