JP5312129B2 - 車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関運転条件に応じて吸気バルブの開閉時期（バルブタイミング）および排気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を可変とする車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングが共通の油圧発生源からの油圧によって駆動される２つの可変バルブタイミング機構によって可変とされる構成において、低回転運転域での良好な運転性を確保するため、始動直後、排気側の可変バルブタイミング機構の作動よりも吸気側の可変バルブタイミング機構の作動を先に開始させることが提案されている。

また、吸気バルブおよび排気バルブのうち、機関の特性値を目標特性値へより速く到達させるバルブ特性を有する一方のバルブのバルブ特性を変更する作動機構を、他方のバルブのバルブ特性を変更する作動機構よりも優先的に作動させることが提案されている。

特開２００４−３４００１８号公報 特開平０９−３１７５０４号公報

ところで、吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングをそれぞれ可変とする２つの可変バルブタイミング機構を備え、所定の運転条件において排気バルブの閉時期を上死点よりも遅角側に設定する車両用内燃機関がある。排気バルブの閉時期を上死点よりも遅角側に設定することにより、例えば、排気管から燃焼ガスを筒内に導入し燃料消費率を低減することができる。

このような機関においては、一般に、アクセルがオフされて減速状態となると、吸気バルブのバルブタイミングと排気バルブのバルブタイミングとの両方に対する変更要求が発生し、特に排気バルブのバルブタイミングについては、排気バルブの閉時期が上死点近傍となるように進角要求が発生する。このとき、排気バルブのバルブタイミングの変更が遅くなると、減速に伴う吸入空気量の減少により筒内における燃焼ガスの割合が増大し、燃焼が不安定となるおそれがあった。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、機関運転条件に応じて吸気バルブのバルブタイミングおよび排気バルブのバルブタイミングを可変とする車両用内燃機関において、減速状態に移行するときの燃焼性の悪化を抑制することを目的とする。

本発明によると、車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置は、吸気側可変バルブタイミング機構および排気側可変バルブタイミング機構を備え、減速状態から低回転及び低中負荷領域に移行するときに、前記吸気バルブのバルブタイミングにかかわらず、前記吸気バルブのバルブタイミングの変更よりも前記排気バルブのバルブタイミングを遅角させて該排気バルブの閉時期が上死点から離れる変更を早くさせるように、前記吸気側可変バルブタイミング機構及び前記排気側可変バルブタイミング機構を制御する。

上記車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置によれば、減速状態から低回転及び低中負荷領域への移行中または移行後において、燃焼ガスの燃焼室内への導入を早期に可能にして燃料消費率を低減することができる。

実施形態による車両用内燃機関のシステム構成図である。 吸気側および排気側のＶＴＣ機構の構造を示す図である。 排気側のＶＴＣ機構の作動領域を示す図である。 低回転・低中負荷領域におけるバルブタイミングの一例を示す図である。 低回転・低中負荷領域におけるバルブタイミングの他の例を示す図である。 減速領域におけるバルブタイミングの一例を示す図である。 減速領域におけるバルブタイミングの他の例を示す図である バルブタイミング制御のフローチャートである。 減速状態から緩加速状態への移行を判定する処理の一例を示す図である。 上記バルブタイミング制御のタイミングチャートの一例を示す図である。 低回転・低中負荷領域におけるバルブタイミングのさらに他の例を示す図である。 減速領域におけるバルブタイミングのさらに他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態による車両用内燃機関のシステム構成図である。図１において、内燃機関（エンジン）１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、この電子制御スロットル１０４および吸気バルブ１０５を介して燃焼室１０６内に空気が吸入される。

各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１がそれぞれ設けられている。この燃料噴射弁１３１は、後述するＥＣＵ１１４によって開弁駆動され、その開弁時間に比例する量の燃料を噴射する。なお、ここでは吸気ポート１３０に燃料を噴射する構成としているが、燃料噴射弁１３１を各気筒の燃焼室１０６に臨ませて配設し、燃焼室１０６内に燃料を直接噴射する構成としてもよい。

燃料噴射弁１３１から噴射された燃料は、燃焼室１０６内で着火して燃焼する。
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排気管１０８に排出され、フロント触媒１０９ａおよびリア触媒１０９ｂで浄化された後、大気中に放出される。

吸気バルブ１０５は、吸気側カム軸３に設けられたカム４によって開閉駆動され、ＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構１１３ａによって、その作動角（開弁作用角）の中心位相が可変とされる。また、排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に設けられたカム１１１によって開閉駆動され、吸気バルブ１０５に設けられたＶＴＣ機構１１３ａと同じ構成のＶＴＣ機構１１３ｂによって、その作動角（開弁作用角）の中心位相が可変とされる。

ＶＴＣ機構１１３ａは、クランク軸１２０に対する吸気側カム軸３の回転位相を変化させることによって、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変更できるものであり、これにより吸気バルブ１０５のバルブタイミングが進遅角される。

ＶＴＣ機構１１３ｂは、クランク軸１２０に対する排気側カム軸１１０の回転位相を変化させることによって、排気バルブ１０７の作動角の中心位相を連続的に変更できるものであり、これにより排気バルブ１０７のバルブタイミングが進遅角される。

マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４は、各種センサ等からの信号を入力し、電子制御スロットル１０４、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂおよび燃料噴射弁１３１等を制御する。

上記各種センサとして、エンジン１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルセンサ１１６、クランク軸１２０から基準位置信号ＲＥＦおよび単位角度信号ＰＯＳを取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、エンジン１０１の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ１１９、吸気側カム軸３から基準位置信号（カム信号）ＣＡＭｉを取り出すカムセンサ１３２、排気側カム軸１１０から基準位置信号（カム信号）ＣＡＭｅを取り出すカムセンサ１３３等が設けられている。なお、エンジン１０１の回転速度Ｎｅは、例えばクランク角センサ１１７から出力される基準位置信号ＲＥＦの検出間隔（時間間隔）に基づいて算出される。

図２は、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの構造を示している。
本実施形態では、ベーン式のＶＴＣ機構を採用している。但し、これに限るものではなく、クランク軸１２０に対する吸気側カム軸３または排気側カム軸１１０の回転位相を変化させる構成の種々のＶＴＣ機構を採用することが可能である。

図２において、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂは、クランク軸１２０によって図示しないタイミングチェーンまたはタイミングベルトを介して回転駆動されるカムスプロケット５１と、吸気側カム軸３の端部に固定されカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、この回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０と、を備える。

カムスプロケット５１は、その外周にタイミングチェーンまたはタイミングベルトが噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、カバー部材（図示省略）と、を備える。

ハウジング５６は、略円筒状に形成され、その両端の開口部がカバー部材によってそれぞれ閉塞される。ハウジング５６の内周面には、ハウジング５６の内側に向けて突出する４つ隔壁部６３が周方向に９０°間隔で設けられている。

回転部材５３は、吸気側カム軸３の端部に固定されており、円環状の基部７７と、この基部７７の外周面に９０°間隔で設けられた４つのベーン（第１ベーン７８ａ〜第４ベーン７８ｄ）と、を有する。

回転部材５３の第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれハウジング５６に形成された各隔壁部６３の間に配置される。第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ各隔壁部６３の間に形成される空間を回転方向（周方向）に２つ分けて、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３とを形成する。

油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧の供給・排出を行う第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧の供給・排出を行う第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有している。第１，第２油圧通路９１，９２には、油圧供給通路９３と油圧排出通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ電磁式の通路切換弁９５を介して接続されている。

油圧供給通路９３の上流側には、オイルパン９６内の作動油を圧送するオイルポンプ９７が設けられており、油圧排出通路９４ａ，９４ｂの下流端は、オイルパン９６に接続されている。

第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４つの分岐通路９１ａ〜９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ａ〜９２ｄに接続されている。

通路切換弁９５は、内部のスプール弁体によって、第１，第２油圧通路９１，９２と、油圧供給通路９３および油圧排出通路９４ａ，９４ｂとの間の接続を切り換える。
ロック機構６０は、ロックピン８４およびピン孔（図示省略）を有し、回転部材５３の初期位置においてロックピン８４がピン孔に挿入してカムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置をロックして、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂを機械的に固定保持する。なお、本実施形態において、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａの初期位置は、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が最も遅れた位置、すなわち、吸気バルブ１０５のバルブタイミングが最も遅れた時期となる「最遅角位置」とし、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの初期位置は、排気バルブ１０７の作動角の中心位相が最も進んだ位置、すなわち、排気バルブ１０７のバルブタイミングが最も進んだ時期となる「最進角位置」としている。

ＥＣＵ１１４は、通路切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量をデューティ制御信号に基づいて制御する。
例えば、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａにおいては、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）が出力されると、オイルポンプ９７から圧送された作動油が第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給され、進角側油圧室８２内の作動油が第１油圧通路９１を通って油圧排出通路９４ａからオイルパン９６に排出される。この場合、遅角側油圧室８３内の圧力が高くなり、進角側油圧室８２内の圧力が低くなるため、回転部材５３は、第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄを介して遅角側へと最大に回転して吸気バルブ１０５のバルブタイミング（作動角の中心位相）が遅くなる。

また、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）が出力されると、オイルポンプ９７から圧送された作動油が第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２に供給され、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２を通って油圧排出通路９４ｂからオイルパン９６に排出される。この場合、進角側油圧室８２内の圧力が高くなり、遅角側油圧室８３内の圧力が低くなるため、回転部材５３は、第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側に最大に回転して吸気バルブ１０５のバルブタイミング（作動角の中心位相）が早くなる。

一方、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂにおいては、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力されると、進角側油圧室８２内の圧力が高く、進角側油圧室８３内の圧力が低くなり、回転部材５３が、第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へと最大に回転して排気バルブ１０７のバルブタイミング（作動角の中心位相）が早くなる。

また、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）が出力されると、進角側油圧室８２内の圧力が低く、遅角側油圧室８３内の圧力が高くなり、回転部材５３が、第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄを介して遅角側に最大に回転して排気バルブ１０７のバルブタイミング（作動角の中心位相）が遅くなる。

なお、本実施形態において、オイルポンプ９７は、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａと排気側のＶＴＣ機構１１３ｂに共通して用いられるものである。
そして、ＥＣＵ１１４は、エンジン運転条件に基づいて、吸気バルブ１０５および排気バルブ１０７についてそれぞれ作動角の中心位相の目標値を設定し、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相（実際値）および排気バルブ１０７の作動角の中心位相（実際値）がそれぞれの目標値となるように電磁アクチュエータ９９をフィードバック制御する。

ここで、吸気バルブ１０５についての中心位相の目標値は上記「最遅角位置」からの進角量として設定され、排気バルブ１０７についての中心位相の目標値は上記「最進角位置」からの遅角量として設定される。また、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相（実際値）は、クランク角センサ１１７から出力される基準位置信号ＲＥＦおよびカムセンサ１３２から出力されるカム信号ＣＡＭｉに基づいて算出され、排気バルブ１０７の作動角の中心位相（実際値）は、クランク角センサ１１７から出力される基準位置信号ＲＥＦおよびカムセンサ１３３から出力されるカム信号ＣＡＭｅに基づいて算出される。

図３は、本実施形態における排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの作動領域を示している。
本実施形態における排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）のデフォルト位置は上死点またはその近傍であり、図３に示すように、エンジン始動時および減速領域（減速状態）を除き、ＶＴＣ機構１１３ｂを作動させて排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が上死点よりも遅角側となるようにしている（遅角制御している）。これにより、排気管１０８から燃焼室１０６内に燃焼ガス（排気）を導入することを可能とし、燃料消費率の低減を図っている。ここでは、アイドル時を含む低回転・低中負荷領域における排気バルブ１０７のバルブタイミングの遅角量＞低回転・高負荷領域および中回転領域における排気バルブ１０７のバルブタイミングの遅角量＞高回転領域における排気バルブ１０７のバルブタイミングの遅角量となっている。

特に、低回転・低中負荷領域は、加速性よりも燃料消費率の低減を優先する燃費優先領域としており、この低回転・低中負荷領域においては、排気バルブ１０７のバルブタイミングを遅角させることに加えて、以下のようにＶＴＣ機構１１３ａを制御して燃料消費率の低減を図っている。なお、以下の図４〜７，１１，１２において、吸気上死点が０°ＣＡ、吸気下死点が１８０°ＣＡ、排気上死点が３６０°ＣＡ、排気下死点が５４０°ＣＡである。

図４は、上記低回転・低中負荷領域における吸気バルブ１０５および排気バルブ１０７のバルブタイミングの一例を示している。この例は、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を早くする「早閉じミラーサイクル」を適用することによって燃料消費率の低減を図る場合である。

上述したように、低回転・低中負荷領域においては、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が上死点よりも遅角側となるようにＶＴＣ機構１１３ｂを制御する。また、吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）が上死点よりも進角側となり、閉時期（ＩＶＣ）が下死点よりも進角側となるようにＶＴＣ機構１１３ａを制御する、これにより、排気管１０８から燃焼室１０６内への燃焼ガスの導入を可能としつつ、吸気管１０２へ燃焼ガスの吹き返しを生じさせこの吹き返しガスを燃焼室１０６内に再導入させることによって、燃焼室１０６内に導入する燃焼ガス量を増加させ、併せて、有効圧縮比を低下させてポンプロスを低減して、燃料消費率の低減を図る。

但し、これに限るものではなく、図４に示すバルブタイミングに代えて、図５に示すバルブタイミングとすることもできる。
図５は、低回転・低中負荷領域における吸気バルブ１０５および排気バルブ１０７のバルブタイミングの他の例を示している。この例は、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を遅くする「遅閉じミラーサイクル」を適用することによって燃料消費率の低減を図る場合である。

この例において、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの制御については図４の場合と同じである。一方、吸気側については、吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）が上死点よりも遅角側になり、閉時期（ＩＶＣ）が下死点よりも遅角側となるようにＶＴＣ機構１１３ａを制御する。これにより、排気管１０８から燃焼室１０６への燃焼ガスの導入を可能にすると共に有効圧縮比を低下させてポンプロスを低減し、燃料消費率の低減を図る。

なお、他の運転領域については図示省略するが、基本的には、排気側については図３に示すように、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が上死点よりも遅角側となるようにＶＴＣ１１３機構１１３ｂを制御し、吸気側については、例えば、吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）が上死点近傍となり、閉時期（ＩＶＣ）が下死点近傍となるようにＶＴＣ機構１１３ａを制御する。これにより、有効圧縮比を増加させて出力の向上を図る。また、バルブオーバーラップを適切に設けるようにすれば、吸気管１０２に吹き返した燃焼ガスの再導入および排気管１０８からの燃焼ガスの導入によって、要求出力を維持しつつ燃料消費率の低減を図ることができる。なお、高回転領域においては、吸気側に関して、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を下死点よりも遅角させるようにＶＴＣ機構１１３ａを制御することも可能である。この場合には、慣性過給効果によって充填効率が増大し、出力の向上を図ることができるからである。

一方、減速領域においては、図６および図７に示すように、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）をデフォルト位置（すなわち、上死点またはその近傍）とする。ここで、図６は、低回転・低中負荷領域におけるバルブタイミングを図４（ＩＶＣ早閉じ）としたときのものであり、図７は、低回転・低中負荷領域におけるバルブタイミングを図５（ＩＶＣ遅閉じ）としたときのものである。なお、図示省略したが、本実施形態においては、エンジン始動時においても排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）をデフォルト位置とする。

以上のようにバルブタイミングを可変とする本実施形態においては、減速領域以外の運転領域から減速領域へと移行するとき（減速状態に移行するとき）には、ＥＣＵ１１４がＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂを制御することによって、吸気バルブ１０５のバルブタイミングおよび排気バルブ１０７のバルブタイミングが変更されることになる。特に、排気バルブ１０７のバルブタイミングについては、その閉時期（ＥＶＣ）が上死点となるように進角制御される。

ここで、エンジン回転速度Ｎｅが高い状態で減速状態に移行した場合には、通常、燃料カットが実施される。しかし、比較的低いエンジン回転速度Ｎｅ（例えば、２０００ｒｐｍ）で減速状態に移行した場合には燃料カットが実施されず、燃焼しながら減速することがある。このような減速は、例えば高速ギヤが選択されて比較的低い負荷で走行しているときにアクセルがオフされた場合に生じることがある。

一方、ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂは、共通のオイルポンプ（油圧供給源）９７から供給される作動油によって作動するものであり、両ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂを作動させる場合には油圧が分配されることになるため、作動速度が低下するなど、両ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂが十分に作動できないおそれがある。オイルポンプ９７は、通常、エンジン１０１の回転に応じて作動するため、特に低回転領域から減速領域（減速状態）へと移行する場合には、油圧が不足している場合もある。

上述したように、減速領域以外の運転領域では、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が上死点よりも遅角側に設定され、排気管１０８から燃焼ガスを燃焼室１０６内に導入するようになっている。そして、アクセルがオフされて減速状態となるとスロットルバルブ１０３ｂが閉じられるため、減速領域においては吸入空気量が減少する。この場合に、排気バルブ１０７のバルブタイミングの変更、すなわち、その閉時期（ＥＶＣ）を上死点に向かわせる制御が遅れると、減速に伴う吸入空気量の減少によって燃焼室１０６内の燃焼ガスの割合が増大することとなって燃焼が不安定になるおそれがある。特に、低回転・低中負荷領域において「遅閉じミラーサイクル（図５）」を適用した場合には、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が上死点から大幅に遅角されているため、この低回転・低中付加領域から減速状態に移行する際に燃焼の不安定となり易い。

また、減速領域（減速状態）から上記低回転・低中負荷領域に移行するときにおいても、ＥＣＵ１１４がＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂを制御することによって、吸気バルブ１０５のバルブタイミングおよび排気バルブ１０７のバルブタイミングが変更される。特に、排気バルブ１０７のバルブタイミングについては、その閉時期（ＥＶＣ）が上死点よりも遅角側となるように遅角制御される。この場合、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）の上死点よりも遅角側への変更が遅れると、排気管１０８から燃焼ガスを燃焼室１０６内に導入できるようになる時期が遅れ、その分、燃料消費率の低減効果を得られないことになる。低回転・低中負荷領域への変更の場合には、加速要求が低いと考えるため、加速性よりも燃料消費率の低減を優先させるべきである。

そこで、本実施形態において、ＥＣＵ１１４は、減速状態に移行するときおよび減速状態から低回転・低中負荷領域に移行するときに、吸気バルブ１０５のバルブタイミングの変更よりも排気バルブ１０７のバルブタイミングの変更を優先させてＶＴＣ機構１１３ａ、１１３ｂを制御する。なお、以下の説明においては、減速状態からの低回転・低中負荷領域への移行を「減速状態から緩加速状態への移行」という。

図８は、ＥＣＵ１１４によって実行されるバルブタイミング制御のフローチャートである。図８において、ステップＳ１では、アクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転速度Ｎｅを含むエンジン運転条件を読込む。

ステップＳ２では、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａおよび排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの作動要求があるか否か、すなわち、吸気バルブ１０５および排気バルブ１０７について、その作動角の中心位相の目標値変化があるか否かを判定する。そして、両ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの作動要求があればステップＳ２に進む。両ＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂの作動要求がないとき、または、いずれか一方のみの作動要求であるときは本フローを終了し、エンジン運転条件に基づく通常のバルブタイミング制御を実行する。

ステップＳ３では、減速状態への移行または減速状態から緩加速状態への移行であるか否か、換言すれば、上記ステップＳ２で判定した作動角の中心位相の目標値変化が、減速状態への移行に基づくものであるかまたは減速状態から緩加速状態への移行に基づくものであるか否かを判定する。そして、減速状態への移行または減速状態から緩加速状態への移行であればステップＳ４に進む。具体的には、アクセルがオフされた場合、すなわち、アクセル開度ＡＰＯが開状態から全閉状態（０）となれば減速状態への移行であると判定する。また、図９に示すように、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）を演算し、演算された目標エンジントルク（ＴＲＧ＿ＴＲＱ）とエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、運転領域判定マップを参照して減速状態から緩加速状態への移行であるか否かを判定する。

ここで、減速状態においてアクセルがオンされた場合には、そのアクセル開度ＡＰＯが所定値以下である場合に、減速状態から緩加速状態への移行であると判定することもできる。また、演算された目標エンジントルクが「正」の値から「負」の値となるときに減速状態への移行であると判定し、「負」の値から「正」の値に切り替わった場合であって、その「正」の値が所定値以下のときに減速状態から緩加速状態への移行であると判定することもできる。

なお、上述したように、排気バルブ１０７のバルブタイミングに関し、減速状態に移行するときには、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂにより、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が上死点に向かう方向に排気バルブ１０７のバルブタイミングが進角される。また、減速状態から、加速性よりも燃費性能を優先させる低回転・低中負荷領域に移行するときには、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂにより、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が上死点よりも遅角側となるように、排気バルブ１０７のバルブタイミングが遅角される。

ステップＳ４では、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの作動を吸気側のＶＴＣ機構１１３ａの作動よりも優先させる、排気側ＶＴＣ優先制御を実施する。なお、かかる排気側ＶＴＣ優先制御としては、例えば以下の（１）〜（３）がある。
（１）まず排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを駆動し、この排気側ＶＴＣ機構１１３ｂによる排気バルブ１０７のバルブタイミングの変更が収束するまで吸気側のＶＴＣ機構１１３ａによる吸気バルブ１０５のバルブタイミングの変更を待機させる。この場合においては、例えば、クランク角センサ１１７およびカムセンサ（排気側）１３３の出力信号によって検出される排気バルブ１０７の作動角の中心位相（実際値）がほぼ目標値（例えば、目標値±５％の範囲内）となるまで、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａへの制御信号を変化させずに（移行前の制御信号を維持し）、排気バルブ１０７の作動角の中心位相（実際値）が目標値となってから目標値に対応する制御信号に変化させるようにする。すなわち、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａについての目標値変化を遅延させる。これにより、排気バルブ１０７のバルブタイミングの変更を速やかに行うことができる。
（２）まず排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを駆動し、この排気側のＶＴＣ機構１１３ｂによって排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が所定時期となるまで吸気側のＶＴＣ機構１１３ａによる吸気バルブ１０５のバルブタイミングの変更を待機させる。この場合においては、例えば排気管１０８からの燃焼ガスの導入量が急変する排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）を予め求めておき（所定時期＝「α°ＣＡ ＡＴＤＣ」とする）、排気バルブ１０７の実際の閉時期（ＥＶＣ）が「α°ＣＡ ＡＴＤＣ」となった時点で吸気側のＶＴＣ機構１１３ａによる吸気バルブ１０５のバルブタイミングの変更を開始させる。ここで、所定時期（α°ＣＡ ＡＴＤＣ）は、エンジン回転速度Ｎｅに応じて異なる値とすることもできる。これにより、燃焼の悪化や燃料消費率の低減効果の低下を抑制しつつ、吸気バルブ１０５のバルブタイミングの変更の遅延を抑制することができる。
（３）吸気側のＶＴＣ機構１１３ａに対する作動油の供給量を制限する。換言すれば、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂに対する油圧の分配比率を高くする設定とすることで、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの作動を吸気側のＶＴＣ機構１１３ａの作動よりも優先させる。
例えば、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａに対して、一時的に本来の制御信号（デューティ比）に所定の補正係数（＜１．０）を乗算した値を出力するようにしてもよい。なお、本来の制御信号（デューティ比）とは、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相の実際値をエンジン運転条件に基づいて設定された目標値へと制御するための制御信号のことである。このようにすれば、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａが最大駆動されずに該吸気側のＶＴＣ機構１１３ａへの油圧供給量が抑制される一方、その抑制された油圧を排気側のＶＴＣ機構１１３ｂへと供給することができる。このようにして、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの作動を吸気側のＶＴＣ機構１１３ａの作動よりも優先させることができる。

ここで、減速状態に移行するときの排気側ＶＴＣ優先制御（すなわち、上記（１）〜（３）のいずれか）において、燃焼が不安定となる限界燃焼ガス量を予め設定しておき、燃焼室１０６内に導入される燃焼ガス量が、設定された限界燃焼ガス量を超えないように、排気バルブ１０７のバルブタイミングの変更速度を調整するようにしてもよい。この限界燃焼ガス量には、例えば燃焼の不安定を招くＥＧＲ量（限界ＥＧＲ量）が含まれる。具体的には、次のようにして排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを制御することが考えられる。

すなわち、燃焼室１０６内に実際に導入される燃焼ガス量は、例えば、特開２００１−２２１００５号公報に記載されているように、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯ）、排気バルブ１０７のバルブタイミング（排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣ）およびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて推定することができる。そこで、吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）およびエンジン回転速度Ｎｅから上記限界燃焼ガス量となる排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）を進角限界とし、排気バルブ１０７の実際の閉時期（ＥＶＣ）が上記進角限界を超えないように排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを制御し、これにより、排気バルブ１０７のバルブタイミングの変更速度を調整する（制限する）。このようにすれば、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを最大駆動する必要がなく、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂへの油圧供給量を抑制できるので、油圧供給源としてのオイルポンプ９７の負荷を低減できる。また、抑制された油圧（換言すれば、余剰分の油圧）を吸気側のＶＴＣ機構１１３ａに供給することが可能となり、油圧を効率的に利用することが可能となる。

図１０は、上記バルブタイミング制御のタイミングチャートの一例を示している。ここでは、低回転・低中負荷領域から減速領域に移行するときに、排気側ＶＴＣ優先制御として上記（１）を用いた場合を示している。

アクセル開度ＡＰＯが全閉状態（減速状態）となると、吸気バルブ１０５および排気バルブ１０７についてそれぞれ作動角の中心位相の目標値が変更される。すると、まず排気側のＶＴＣ機構１１３ｂに制御信号が出力されて、該排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの作動が開始される（ｔ１）。そして、排気バルブ１０７の作動角の中心位相（実際値）がほぼ目標値（収束判定値の範囲内）となると、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａに制御信号が出力されて、該吸気側のＶＴＣ機構１１３ａの作動が開始される（ｔ２）。なお、図中の破線は、排気側ＶＴＣ優先制御を実施しなかった場合（従来例）を示しており、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの応答性が改善されることが確認できる。

ここで、図１０に示すように、アクセル開度ＡＰＯが全閉状態となったときに（ｔ１）、まず排気バルブ１０７についてその作動角の中心位相の目標値を設定（変更）し、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂの制御が収束したときに（ｔ２）、吸気バルブ１０５についてその作動角の中心位相の目標値を設定（変更）することができる。この点は、減速状態から緩加速状態への移行のときも同様である。

本実施形態において、ＶＴＣ機構１１３ａが本発明の「吸気側可変バルブタイミング機構」に相当し、ＶＴＣ機構１１３ｂが本発明の「排気側可変バルブタイミング機構」に相当する。また、ＥＣＵ１１４が上記図８に示すフローチャートに従った処理を実行することにより本発明の「制御手段」が実現される。

本実施形態によれば、減速状態に移行するときに、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを吸気側のＶＴＣ機構１１３ａに優先して作動するので、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が速やかに上死点に向かって進角制御される。これにより、減速によって吸入空気量が減少しても、排気管１０８から燃焼室１０６内に導入される燃焼ガス量を速やかに制限することができ、燃焼室１０６内における燃焼ガスの割合およびこれに伴う燃焼の不安定を抑制できる。

また、減速状態から低回転・低中負荷領域に移行するときに、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを吸気側のＶＴＣ機構１１３ａに優先して作動するので、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）が速やかに上死点またはその近傍から遅角制御される。これにより、加速要求が小さい場合に、排気管１０８から燃焼室１０６内への燃焼ガスの導入を速やかに可能にして燃料消費率を低減することができる。好ましくは、減速状態においてアクセルがオンされた場合であってアクセル開度ＡＰＯが所定値以下のときに、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを吸気側のＶＴＣ機構１１３ａに優先して作動する。このようにすれば、加速要求が小さい場合をより簡易に判断しつつ、燃料消費率の低減を図ることができる。なお、アクセル開度ＡＰＯが所定値以下のときに加えてエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以下のときに排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを優先して作動するようにすることもできる。

なお、上記実施形態では油圧駆動式のＶＴＣ機構１１３ａ，１１３ｂを用いているが、これに限るものではなく、電動式のものにも適用することができる。特に、吸気側のＶＴＣ機構と排気側のＶＴＣ機構とを同一の電源（バッテリ、蓄電装置等）から供給される電力によって作動する場合に効果的である。

また、上記実施形態では、減速状態に移行するときおよび減速状態から低回転・低中負荷領域に移行するときに、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを吸気側のＶＴＣ機構１１３ａに優先して作動するようにしているが、低回転・低中負荷領域内において吸気バルブ１０５のバルブタイミングと排気バルブ１０７のバルブタイミングとの両方に対する変更要求が発生し、排気バルブ１０７のバルブタイミングを遅角させる場合に、すなわち、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）を上死点後において遅角させる場合に、排気側のＶＴＣ機構１１３ｂを吸気側のＶＴＣ機構１１３ａに優先して作動するようにしてもよい。このようにすれば、排気管１０８から燃焼室１０６内への燃焼ガスの導入量を速やかに増加して燃料消費率を低減することができる。一方、これとは逆に、排気バルブ１０７のバルブタイミングを進角させる場合、すなわち、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）を上死点後において進角させる場合には、吸気側のＶＴＣ機構１１３ａを排気側のＶＴＣ機構１１３ｂに優先して作動するようにすることもできる。これにより、排気管１０８から燃焼室１０６内への燃焼ガスの導入量が減少するのを遅らせることができる。

さらに、上記実施形態では、吸気バルブ１０５および排気バルブ１０７のそれぞれにＶＴＣ機構を設ける構成としているが、さらに、バルブ作動角および／またはリフト量を連続的に変更できる機構を設けるようにしてもよい。

特に、吸気バルブ１０５側に、該吸気バルブ１０５の作動角およびリフト量を連動して可変とするＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）機構を備えた場合には、ＶＥＬ機構によって吸気バルブ１０５の作動角およびリフト量を変更すると共にＶＴＣ機構１１３ａによって吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を変更することで、吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）および閉時期（ＩＶＣ）が可変とされる。この場合において、低回転・低中負荷領域におけるバルブタイミングを、図４に示すバルブタイミングに代えて図１１に示すようなバルブタイミングとし、減速領域におけるバルブタイミングを、図６に示すバルブタイミングに代えて図１２に示すようなバルブタイミングとすることができる。

すなわち、低回転・低中負荷領域では、図１１に示すように、吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）を上死点またはその近傍に設定すると共に、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を下死点よりも進角側に設定する。また、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）を上死点よりも遅角側に設定する。このような設定とすることにより、低回転・低中負荷領域においては、有効圧縮比を下げてポンプロスを低減させると共に、排気管１０８から燃焼ガスを燃焼室１０６内に導入することで燃料消費率の低減を図っている。ここで、吸気バルブ１０５の開時期（ＩＶＯ）を上死点よりも進角側に設定することもできる。このようにすれば、吸気管１０２への吹き返しを生じさせ、この吹き返しガスを燃焼室１０６内に再導入させることができ、さらに燃料消費率の低減を図ることができる。

一方、減速領域では、図１２に示すように、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を下死点またはその近傍に設定し、排気バルブ１０７の閉時期（ＥＶＣ）を上死点またはその近傍に設定する。これにより、スロットルバルブ１０３ｂが閉じられて吸入空気量が減少する減速領域（減速状態）において、例えば比較的低いエンジン回転速度で減速状態に移行して燃料カットが実施されなかった場合に、燃焼室１０６内の燃焼ガスの割合が増大して燃焼が不安定となることを抑制する。

このようなバルブタイミングとした場合においても、減速状態に移行したときおよび減速状態から低回転・低中負荷領域に移行したときに排気側ＶＴＣ優先制御を実行することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

ここで、上記各実施形態およびその変形例から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）前記制御手段は、前記吸気側可変バルブタイミング機構による前記吸気バルブのバルブタイミングの変更速度よりも前記排気側可変バルブタイミング機構による前記排気バルブのバルブタイミングの変更速度が速くなるように、前記吸気側可変バルブタイミング機構および前記排気側可変バルブタイミング機構を制御する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置。

上記（イ）によれば、減速状態に移行する際の燃焼性の悪化を抑制すると共に、減速状態から低回転・低中負荷領域に移行する際に燃焼ガスの燃焼室内への導入を早期に可能にして燃料消費率の低減を図りつつ、吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを所期のバルブタイミングへと速やかに制御することが可能となる。
（ロ）前記制御手段は、前記排気側可変バルブタイミング機構による前記排気バルブのバルブタイミングの変更が終了するまで、前記吸気側可変バルブタイミング機構による前記吸気バルブのバルブタイミングの変更を待機させる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の制御装置。

上記（ロ）によれば、減速状態に移行するときおよび／または減速状態から低回転・低中負荷領域に移行するときに、排気バルブのバルブタイミングの変更の遅れを効果的に抑制することができる。
（ハ）前記制御手段は、前記排気側可変バルブタイミング機構によって前記排気バルブのバルブタイミングが変更され、該排気バルブの閉時期が所定時期となるまで、前記吸気側可変バルブタイミング機構による前記吸気バルブのバルブタイミングの変更を待機させる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置。

上記（ハ）によれば、排気バルブのバルブタイミングの変更を速やかに行って燃焼性の悪化や燃料消費率の低減効果の低下を抑制しつつ、これに伴う吸気バルブのバルブタイミングの変更遅れを小さくすることができる。
（ニ）前記所定時期がエンジン回転速度に応じて設定される、上記（ハ）に記載の車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置。

上記（ニ）によれば、排気バルブのバルブタイミングの変更を速やかに行って燃焼性の悪化や燃料消費率の低減効果の低下を抑制しつつ、これに伴う吸気バルブのバルブタイミングの変更遅れを可能な限り小さくすることができる。
（ホ）前記制御手段は、前記吸気バルブのバルブタイミング、前記排気バルブのバルブタイミングおよび機関回転速度に基づいて筒内に導入される燃焼ガス量を推定し、この推定した燃焼ガス量が予め設定された限界燃焼ガス量を超えないように、前記排気側可変バルブタイミング機構による前記排気バルブのバルブタイミングの変更速度を調整する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置。

上記（ホ）によれば、排気側可変バルブタイミング機構を最大駆動させる必要がなくなるので、該排気側可変バルブタイミング機構への油圧供給量や電力供給量等を抑制して動力源の負荷を軽減できる。また、余剰分の油圧や電力等を吸気側可変バルブタイミング機構に供給して油圧や電力を効率的に利用することができる。
（ヘ）前記制御手段は、減速状態にてアクセルがオンされた場合であってそのアクセル開度が所定値以下のときに、前記吸気側可変バルブタイミング機構による前記吸気バルブのバルブタイミングの変更よりも前記排気側可変バルブタイミング機構による前記排気バルブのバルブタイミングの変更を優先させる、請求項２に記載の車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置。

上記（ヘ）によれば、減速状態から低回転・低中負荷領域（燃費優先領域）への移行を容易に判定して、排気バルブのバルブタイミングの変更を吸気バルブのバルブタイミングの変更に優先させることができる。
（ト）吸気バルブのバルブタイミングを可変とする吸気側可変バルブタイミング機構と、
排気バルブのバルブタイミングを可変とする排気側可変バルブタイミング機構と、
機関運転状態に応じて前記吸気側可変バルブタイミング機構および前記排気側可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、低回転・低中負荷領域において前記吸気バルブのバルブタイミングと前記排気バルブのバルブタイミングとの変更要求が発生し、前記排気バルブの閉時期が上死点後にて遅角させる場合に、前記吸気側可変バルブタイミング機構による前記吸気バルブのバルブタイミングの変更よりも前記排気側可変バルブタイミング機構による前記排気バルブのバルブタイミングの変更を優先させる、車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置。

上記（ト）によれば、低回転・低中負荷領域において、排気管から燃焼室内への燃焼ガスの導入量を速やかに増加して燃料消費率を低減することができる。

１０１…内燃機関（エンジン）、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１３ａ，１１３ｂ…ＶＴＣ機構、１１４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１１６…アクセルセンサ、１１７…クランク角センサ、１３２，１３３…カムセンサ

Claims (2)

1. 吸気バルブのバルブタイミングを可変とする吸気側可変バルブタイミング機構と、
   排気バルブのバルブタイミングを可変とする排気側可変バルブタイミング機構と、
   機関運転状態に応じて前記吸気側可変バルブタイミング機構および前記排気側可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、減速状態から低回転及び低中負荷領域に移行するときに、前記吸気バルブのバルブタイミングにかかわらず、前記吸気バルブのバルブタイミングの変更よりも前記排気バルブのバルブタイミングを遅角させて該排気バルブの閉時期が上死点から離れる変更を早くさせるように、前記吸気側可変バルブタイミング機構及び前記排気側可変バルブタイミング機構を制御する、車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 前記制御手段は、減速状態に移行するときには、前記吸気バルブのバルブタイミングにかかわらず、前記吸気バルブのバルブタイミングの変更よりも前記排気バルブのバルブタイミングを進角させて該排気バルブの閉時期が上死点に向かう変更を早くさせるように、前記吸気側可変バルブタイミング機構及び前記排気側可変バルブタイミング機構を制御する、請求項１に記載の車両用内燃機関のバルブタイミング制御装置。

Images