JP5987756B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸に対する吸気カム軸の相対回転位相を変更することにより吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを変更可能な内燃機関の制御装置に関する。

従来、油圧駆動式の吸気側バルブタイミング変更機構が設けられている内燃機関がある（例えば特許文献１参照）。こうした内燃機関では、バルブタイミング変更機構によってクランク軸に対する吸気カム軸の相対回転位相が変更されることにより、吸気バルブのバルブタイミングが変更される。

また、吸気カム軸の相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の中間位相に機械的に固定する固定機構が設けられている。具体的には、吸気カム軸には複数のベーンを有するベーンロータが一体に設けられており、ベーンの１つには油圧によって出没される固定ピンが設けられている。また、このベーンロータは、タイミングチェーンを介してクランク軸と一体回転するハウジング内部に収容されている。ハウジングには、固定ピンを挿入可能な固定穴と、固定穴から遅角側に向けて延びる溝であって同固定穴よりも底の浅いラチェット溝とが形成されている。

こうした内燃機関の制御装置では、内燃機関の運転停止に際して吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出されると、吸気カム軸の相対回転位相がラチェット溝に対応する所定の位相範囲内に変更されるように吸気カム軸の相対回転位相が制御され、ラチェット溝に固定ピンが挿入される。そして、ラチェット作用によって吸気カム軸が中間位相まで相対回転すると、すなわち固定ピンが固定穴の位置まで相対回転すると、固定ピンが固定穴に挿入されて固定状態になる。このようにして吸気カム軸の相対回転位相が中間位相に機械的に固定されることによって、内燃機関の次の始動に際して吸気カム軸の相対回転位相が機関始動に適した中間位相で保持されることとなる。

特開２０１１―３２９０４号公報

ところで、吸気側と同様にして、クランク軸に対する排気カム軸の相対回転位相を変更することにより排気バルブのバルブタイミングを変更する油圧駆動式の排気側バルブタイミング変更機構が設けられた内燃機関がある。ここで、費用対効果の観点から、吸気側にのみ固定機構を設け、排気側には固定機構を設けないことがある。

ところが、この場合、吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する際に、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、排気カム軸の相対回転位相は、排気バルブと吸気バルブとのバルブオーバラップ量がそのときの機関運転状態に適した大きさとなるように吸気カム軸の相対回転位相に応じて設定される。しかしながら、吸気カム軸を中間位相に向けて相対回転させるとともに、これに追従するように排気カム軸を中間位相に対応した位相に向けて急に相対回転させると、吸気カム軸の相対回転位相は中間位相に固定される一方で、排気カム軸の相対回転位相が同中間位相に応じて設定される位相を超えてオーバーシュートするおそれがある。その結果、吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する際に、機関出力が急に変動するおそれがある。

本発明の目的は、クランク軸に対する吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する際に、機関出力が急に変動することを好適に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するための内燃機関の制御装置は、内燃機関が、クランク軸に対する吸気カム軸の相対回転位相を変更することにより吸気バルブのバルブタイミングを変更する油圧駆動式の吸気側バルブタイミング変更機構と、クランク軸に対する排気カム軸の相対回転位相を変更することにより排気バルブのバルブタイミングを変更する油圧駆動式の排気側バルブタイミング変更機構と、最遅角位相と最進角位相との間の中間位相に吸気カム軸の相対回転位相を機械的に固定する固定機構とを備える。固定機構は、クランク軸及び吸気カム軸の一方と一体回転する第１回転体に設けられた係止部材と、クランク軸及び吸気カム軸の他方と一体回転する第２回転体に設けられ、係止部材を挿入可能な凹部と、同第２回転体に設けられ、前記凹部から進角側或いは遅角側に向けて延びる溝であって同凹部よりも底の浅いラチェット溝とを備え、係止部材が凹部に挿入されることにより中間位相に吸気カム軸の相対回転位相を固定する。また、吸気側バルブタイミング変更機構による吸気カム軸の相対回転位相の変更及び排気側バルブタイミング変更機構による排気カム軸の相対回転位相の変更を制御する制御部を備える。同制御部は、吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出されていない場合には、吸気カム軸の相対回転位相の制御目標値に対して機関運転状態に応じて可変設定される所定値を加算した値に向けて排気カム軸の相対回転位相を変更し、吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出された場合には、吸気カム軸の相対回転位相とは独立して排気カム軸の相対回転位相を吸気カム軸の中間位相に対応する位相に変更する一方で、吸気カム軸の相対回転位相をラチェット溝に対応する所定の位相範囲内に変更した後に、固定機構の係止部材の先端がラチェット溝に挿入された状態で吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に向けて変更する。

同構成によれば、基本的には、吸気カム軸の相対回転位相に応じて排気カム軸の相対回転位相が制御される。すなわち、吸気バルブのバルブタイミングに応じて排気バルブのバルブタイミングが好適に制御される。

一方、吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出された場合には、排気カム軸の相対回転位相は、吸気カム軸の相対回転位相に追従するように制御されるのではなく、吸気カム軸の相対回転位相とは独立して同中間位相に対応する位相に変更されるように制御される。このため、吸気カム軸の相対回転位相が中間位相に固定される一方で排気カム軸の相対回転位相が同中間位相に応じて設定される位相を超えてオーバーシュートすることがなくなる。従って、クランク軸に対する吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する際に、機関出力が急に変動することを好適に抑制することができる。

この場合、固定機構は、クランク軸及び吸気カム軸の一方と一体回転する第１回転体に設けられた係止部材と、クランク軸及び吸気カム軸の他方と一体回転する第２回転体に形成され、係止部材を挿入可能な凹部と、を備え、係止部材が凹部に挿入されることにより中間位相に吸気カム軸の相対回転位相を固定するものであり、第２回転体には同凹部から進角側或いは遅角側に向けて延びる溝であって同凹部よりも底の浅いラチェット溝が形成されており、制御部は、吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出された場合に、吸気カム軸の相対回転位相がラチェット溝に対応する所定の位相範囲内に変更されるように吸気カム軸の相対回転位相を制御する一方、排気カム軸の相対回転位相が中間位相に対応する位相に直接的に変更されるように排気カム軸の相対回転位相を制御する、といった態様が好ましい。

こうした固定機構を備えた内燃機関においては、吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出された場合に、まずは、ラチェット溝に係止部材を挿入すべく吸気カム軸の相対回転位相がラチェット溝の形成位置に対応する所定の位相範囲内に向けて変更され、ラチェット溝に係止部材が挿入される。そして、ラチェット作用によって吸気カム軸が中間位相まで相対回転すると、すなわち係止部材が凹部の位置まで相対回転すると、係止部材が凹部に挿入されて固定状態になる。

このとき、上記構成によれば、排気カム軸の相対回転位相は、吸気カム軸の相対回転位相に追従するように制御されるのではなく、吸気カム軸の相対回転位相とは独立して同中間位相に対応する位相に変更されるように制御される。従って、吸気バルブのバルブタイミングを中間位相に対応したバルブタイミングに固定する際に、機関出力が急に変動することを好適に抑制することができる。

一実施形態の内燃機関の制御装置及びその制御対象である内燃機関の概略構成を示す略図。 同実施形態の吸気側バルブタイミング変更機構の概略構成を示す略図。 （ａ）、（ｂ）は同実施形態の固定機構の断面図。 （ａ）、（ｂ）は、吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出されたときの従来制御における吸気カム軸及び排気カム軸の相対回転位相の推移の一例を示すタイミングチャート。 同実施形態における排気カム軸の相対回転位相の制御目標値を設定する処理の手順を示すフローチャート。 （ａ）、（ｂ）は、吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出されたときの本実施形態における吸気カム軸及び排気カム軸の相対回転位相の推移の一例を示すタイミングチャート。

以下、図１〜図６を参照して、内燃機関の制御装置を車載内燃機関の制御装置として具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の気筒には吸気通路１１及び排気通路１２が接続されている。また内燃機関１０には、吸気通路１１と燃焼室１３との間及び排気通路１２と燃焼室１３との間をそれぞれ連通・遮断する吸気バルブ１４及び排気バルブ１５が設けられている。

気筒にはピストンが往復動可能に設けられ、ピストンにはコネクティングロッドを介してクランク軸１６が連結されている。
また、図示しないタイミングチェーンを介してクランク軸１６の回転が伝達される吸気カム軸１７及び排気カム軸１８が設けられている。吸気カム軸１７及び排気カム軸１８の回転に伴って吸気バルブ１４及び排気バルブ１５がそれぞれ開閉駆動される。

こうした内燃機関１０においては、吸気通路１１を通じて燃焼室１３に吸入された空気と図示しない燃料噴射弁から噴射された燃料とが混合されて混合気となり、この混合気が燃焼される際に生じる燃焼圧によってピストンが往復動される。そして、このピストンを介してクランク軸１６が回転駆動される。また、混合気の燃焼によって生じる排気は排気通路１２を通じて排出される。

内燃機関１０にはクランク軸１６に対する吸気カム軸１７の相対回転位相（以下、単に吸気カム軸１７の相対回転位相と称する。）を変更することにより吸気バルブ１４のバルブタイミングを変更する吸気側バルブタイミング変更機構３０が設けられている。また内燃機関１０には、クランク軸１６に対する排気カム軸１８の相対回転位相（以下、単に排気カム軸１８の相対回転位相と称する。）を変更することにより排気バルブ１５のバルブタイミングを変更する油圧駆動式の排気側バルブタイミング変更機構６０が設けられている。

次に、吸気側バルブタイミング変更機構３０について説明する。
図２に示すように、吸気側バルブタイミング変更機構３０は、吸気カム軸１７に固設されて吸気カム軸１７と一体回転するベーンロータ３１と、このベーンロータ３１を囲むように設けられてタイミングチェーンを介してクランク軸１６の回転が伝達されるハウジング３３とを備えている。

ハウジング３３とベーンロータ３１とは同一軸線上に配設されている。またハウジング３３の内周面には、吸気カム軸１７の軸線Ｌ１に向かって突出する４つの突部３４が周方向において所定の間隔をおいて形成されている。

ベーンロータ３１の外周面には、４つのベーン３２がハウジング３３の互いに隣接する突部３４の間にそれぞれ位置するように形成されている。従って、ハウジング３３の互いに隣接する突部３４の端面、ハウジング３３の内周面、及びベーンロータ３１の外周面によって区画された空間が、ベーン３２によって進角油圧室３５と遅角油圧室３６とに区画されている。

こうした吸気側バルブタイミング変更機構３０において進角油圧室３５にオイルが供給され、遅角油圧室３６からオイルが排出されると、ハウジング３３に対してベーンロータ３１が図２における時計回り方向に相対回転して吸気カム軸１７の相対回転位相が進角側、すなわち回転方向前側に変化する。これにより、吸気バルブ１４のバルブタイミングが進角側に変化する。

また、遅角油圧室３６にオイルが供給され、進角油圧室３５からオイルが排出されると、ハウジング３３に対してベーンロータ３１が図２における反時計回り方向に相対回転して吸気カム軸１７の相対回転位相が遅角側、すなわち回転方向後側に変化する。これにより、吸気バルブ１４のバルブタイミングが遅角側に変化する。

排気側バルブタイミング変更機構６０は吸気側バルブタイミング変更機構３０と基本的に同様な構成を備えている。従って、同機構６０についての重複する説明を省略する。
吸気側バルブタイミング変更機構３０には、内燃機関１０の始動に際して吸気カム軸１７の相対回転を規制する固定機構４０が設けられている。この固定機構４０は吸気側バルブタイミング変更機構３０にのみ設けられており、排気側バルブタイミング変更機構６０には固定機構が設けられていない。

次に、固定機構４０について説明する。
図２及び図３に示すように、固定機構４０はベーンロータ３１のベーン３２の一つに設けられている。

図３に示すように、固定機構４０が設けられているベーン３２には、吸気カム軸１７の軸線Ｌ１と平行に延びる段付きの収容孔４１が形成されている。この収容孔４１の内部には固定ピン４２が出没可能に収容されている。

固定ピン４２の基端には拡径された形状の受圧部４２ａが形成されている。固定ピン４２は、受圧部４２ａの外周面が上記収容孔４１の内周面に摺接した状態で吸気カム軸１７の軸線Ｌ１方向に移動可能とされている。また、固定ピン４２は、その先端が収容孔４１の段部４１ａを通じて外部に脱出する方向にコイルばね４３によって付勢されている。

固定ピン４２の受圧部４２ａと収容孔４１の段部４１ａとの間には環状の空間である解除用圧力室４４が形成されている。
こうした固定機構４０において解除用圧力室４４にオイルが供給されると、同オイルの圧力によって付勢されることにより、固定ピン４２がコイルばね４３の付勢力に抗して収容孔４１内に没入する方向に移動する。また、解除用圧力室４４内のオイルが排出されると、コイルばね４３の付勢力によって固定ピン４２が収容孔４１から脱出する方向に移動する。

また、ハウジング３３には、固定ピン４２の先端を挿入可能な凹部としての固定穴４５が形成されている。この固定穴４５は、吸気カム軸１７の相対回転位相がその制御可能範囲における遅角側の制御限界位相である最遅角位相と、進角側の制御限界位相である最進角位相との間の中間位相に対応した位置に形成されている。尚、この中間位相は、内燃機関１０の始動に適した吸気カム軸１７の相対回転位相である固定位相とされている。

また、図２及び図３に示すように、ハウジング３３には固定穴４５よりも底の浅いラチェット溝４６が形成されている。ラチェット溝４６は固定穴４５からハウジング３３の周方向に沿って遅角側に向けて延びている。

吸気カム軸１７の相対回転位相がラチェット溝４６の形成位置に対応する範囲内にある状態において解除用圧力室４４内のオイルが排出されることにより、固定ピン４２の先端がラチェット溝４６に挿入される。そして、ラチェット作用によって吸気カム軸１７が中間位相まで相対回転すると、すなわち固定ピン４２がハウジング３３の固定穴４５の位置まで相対回転すると、固定ピン４２が固定穴４５に挿入される。このことにより、吸気側バルブタイミング変更機構３０のベーン３２がハウジング３３に機械的に固定される。このことによって、吸気カム軸１７の相対回転位相が中間位相に固定される。

また、このように吸気側バルブタイミング変更機構３０のベーン３２がハウジング３３に機械的に固定されている状態である固定状態において解除用圧力室４４にオイルが供給されると、固定ピン４２が固定穴４５から脱出して固定機構４０が解除状態になる。

図２に示すように、内燃機関１０には、吸気側バルブタイミング変更機構３０及び固定機構４０にオイルを圧送するためのオイルポンプ２０が設けられている。また、吸気側バルブタイミング変更機構３０及び固定機構４０とオイルポンプ２０とを繋ぐ油圧回路にはオイルコントロールバルブ５０が設けられている。そして、このオイルコントロールバルブ５０の作動制御を通じて、吸気側バルブタイミング変更機構３０の進角油圧室３５、遅角油圧室３６、及び固定機構４０の解除用圧力室４４へのオイルの給排態様が制御される。

オイルコントロールバルブ５０は、オイルを貯留するためのオイルパン２１に供給通路５１を介して接続されている。この供給通路５１の途中には上記オイルポンプ２０が設けられている。そして、このオイルポンプ２０によって圧送されたオイルが供給通路５１を通じてオイルコントロールバルブ５０に供給される。また、オイルコントロールバルブ５０は、排出通路５２を介してオイルパン２１に接続されている。この排出通路５２を通じて進角油圧室３５、遅角油圧室３６、或いは固定機構４０内のオイルがオイルパン２１に排出される。

また、オイルコントロールバルブ５０は、進角油路５３及び遅角油路５４を介して吸気側バルブタイミング変更機構３０の進角油圧室３５及び遅角油圧室３６にそれぞれ接続されている。また、オイルコントロールバルブ５０は固定油路５５を介して固定機構４０の解除用圧力室４４に接続されている。

内燃機関１０には、排気側バルブタイミング変更機構６０とオイルポンプ２０とを繋ぐ図示しない油圧回路が設けられている。
すなわち、図１に示すように、排気側バルブタイミング変更機構６０の油圧回路にはオイルコントロールバルブ７０が設けられており、オイルコントロールバルブ７０の作動制御を通じて、排気側バルブタイミング変更機構６０の進角油圧室及び遅角油圧室へのオイルの給排態様が制御される。この油圧回路は吸気側バルブタイミング変更機構３０の油圧回路と基本的に同様な構成を備えている。従って、排気側バルブタイミング変更機構６０の油圧回路についての重複する説明を省略する。

図１に示すように、車両の走行状態や内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが設けられている。
各種センサとしては、例えば車両の走行速度を検出する車速センサ、アクセル開度を検出するためのアクセルセンサ、スロットルバルブの開度を検出するためのスロットルセンサ、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ、及び機関温度を検出する温度センサがある。また、クランク軸１６の回転速度である機関回転速度を検出するためのクランク角センサ、吸気カム軸１７の相対回転位相、すなわち吸気バルブ１４のバルブタイミングを検出するための吸気側カム角センサ、及び排気カム軸１８の相対回転位相、すなわち排気バルブ１５のバルブタイミングを検出するための排気側カム角センサ等がある。

内燃機関１０の各種制御は、例えばマイクロコンピュータを備えて構成される電子制御装置９０によって実行される。電子制御装置９０は、各種センサの検出信号を取り込むとともにそれら検出信号に基づき各種の演算を行い、その演算結果に基づいてスロットルバルブの開度制御であるスロットル制御や、燃料噴射制御、及び点火時期制御を周知の態様にて実行する。また、電子制御装置９０は、バルブタイミング変更機構３０、６０及び固定機構４０の作動制御を実行する制御部９１を備えている。

ここで、スロットル制御は次のように実行される。すなわち、まず、アクセル開度及び機関回転速度に基づいて吸入空気量の制御目標値である要求吸入空気量が算出される。次に、要求吸入空気量及び機関回転速度に基づいてスロットル開度の制御目標値である目標スロットル開度が算出される。そして、この目標スロットル開度と実際のスロットル開度とが一致するようにスロットルバルブを開閉駆動するモータの作動が制御される。

ここで、吸気側バルブタイミング変更機構３０の作動制御、すなわちオイルコントロールバルブ５０の作動制御は以下のように実行される。
内燃機関１０の運転中においては、基本的に、固定機構４０の解除用圧力室４４内部にオイルが供給されるようにオイルコントロールバルブ５０の作動が制御されて同固定機構４０が解除状態にされる。また、上記要求吸入空気量及び機関回転速度に基づいて吸気カム軸１７の相対回転位相の制御目標値、すなわち吸気バルブ１４のバルブタイミングの制御目標値が算出され、この制御目標値と実際の吸気カム軸１７の相対回転位相とが一致するようにオイルコントロールバルブ５０の作動制御が実行される。こうしたオイルコントロールバルブ５０の作動制御は、内燃機関１０の燃焼室１３内に吸入空気を効率よく導入することなどを目的に実行される。

また、排気側バルブタイミング変更機構６０の作動制御、すなわちオイルコントロールバルブ７０の作動制御は以下のように実行される。
排気カム軸１８の相対回転位相の制御目標値、すなわち排気バルブ１５のバルブタイミングの制御目標値は、吸気カム軸１７の相対回転位相の制御目標値と、そのときの機関運転状態に基づいて周知の態様にて算出されるバルブオーバラップ量の制御目標値とから算出される。バルブオーバラップ量は吸気バルブ１４と排気バルブ１５とが共に開弁されている期間である。そして、この排気カム軸１８の相対回転位相の制御目標値と実際の排気カム軸１８の相対回転位相とが一致するようにオイルコントロールバルブ７０の作動制御が実行される。

尚、本実施形態では、要求吸入空気量と機関回転速度とが共に中程度になる中負荷中回転領域において、圧縮比よりも膨張比が大きい燃焼サイクル（所謂、アトキンソンサイクル）での機関運転が実行される。例えば、吸気バルブ１４のバルブタイミングが制御可能範囲における最も遅角側のタイミングである最遅角タイミングに制御されることにより、吸気バルブ１４の閉弁時期が圧縮行程中の所定時期に設定され、アトキンソンサイクルでの機関運転が実現される。このようにしてアトキンソンサイクルでの機関運転が行われることにより、圧縮比と膨張比とが等しい通常の燃焼サイクル（所謂、オットーサイクル）での機関運転と比較して熱効率が高くなるため、燃費性能の向上が図られる。

内燃機関１０の運転停止過程においては、吸気カム軸１７の相対回転位相が中間位相になるように、且つ解除用圧力室４４からオイルが排出されるように、オイルコントロールバルブ５０の作動制御が実行される。このようにして固定機構４０による吸気カム軸１７の相対回転位相が中間位相にて固定される。

従って、内燃機関１０の始動過程に吸気カム軸１７の相対回転位相が機関始動に適した中間位相で保持されるため、同内燃機関１０の始動が適正に行われる。
ところで、従来のオイルコントロールバルブ７０の作動制御の場合、以下の問題が生じるおそれがある。

すなわち、図４に示すように、内燃機関１０の運転停止過程のタイミングｔ１１において吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎは中間位相Ｐｒｏｃｋよりも進角側の第１位相Ｐ１とされている。このとき、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎを中間位相Ｐｒｏｃｋに固定する要求が出されると、まずは、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎがラチェット溝４６の形成位置に対応する所定の位相範囲（Ｐ３≦Ｐｉｎ≦Ｐ２）内に向けて変更される。そして、タイミングｔ１２において吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎが上記所定の位相範囲内になると、解除用圧力室４４内のオイルが排出され、タイミングｔ１３において固定ピン４２の先端がラチェット溝４６に挿入される。そして、タイミングｔ１４において吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎが中間位相Ｐｒｏｃｋに固定される。

このとき従来のオイルコントロールバルブ７０の作動制御においては、排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎに応じて制御される。
すなわち、図４に示すように、タイミングｔ１１において排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘは上記中間位相Ｐｒｏｃｋに対応する位相Ｑｒｏｃｋよりも進角側の第１位相Ｑ１である。この位相Ｑｒｏｃｋは、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎが中間位相Ｐｒｏｃｋであり、排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが同位相Ｑｒｏｃｋであれば、吸気バルブ１４と排気バルブ１５とのバルブオーバラップ量がそのときの機関運転状態に適した大きさとなる位相であり、実験等を通じて予め設定されている。

このタイミングｔ１１からタイミングｔ１４までは、排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎに追従するようにして変更される。
ところが、排気側バルブタイミング変更機構６０には固定機構が設けられていない。そのため、タイミングｔ１３からタイミングｔ１４にかけて吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎが中間位相Ｐｒｏｃｋに向けて急に相対回転すると、タイミングｔ１４において吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎは中間位相Ｐｒｏｃｋに機械的に固定される。しかしながら、排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘは急に進角側に相対回転されることで、上記中間位相Ｐｒｏｃｋに対応する位相Ｑｒｏｃｋを超えてオーバーシュートすることとなる。その結果、機関出力が急に変動し、ひいてはドライバビリティが悪化するといった問題が生じる。

本実施形態は、こうした不都合の発生を抑制すべく、電子制御装置９０を通じて以下のように排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが制御される。すなわち、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎを中間位相Ｐｒｏｃｋに固定する要求が出された場合には、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎとは独立して排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが中間位相Ｐｒｏｃｋに対応する位相Ｑｒｏｃｋに変更されるように排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが制御される。より詳しくは、排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが中間位相Ｐｒｏｃｋに対応する位相Ｑｒｏｃｋに直接的に変更されるように排気カム軸１８の相対回転位相が制御される。

次に、図５を参照して、排気カム軸１８の相対回転位相の制御目標値Ｑｅｘｔｒｇの設定処理の手順について説明する。尚、図５に示す一連の処理は、制御部９１を通じて所定期間毎に繰り返し実行される。

図５に示すように、この一連の処理では、まず、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎを中間位相Ｐｒｏｃｋに固定する要求が出されているか否かが判断される（ステップＳ１）。

ここで、否定判断された場合（ステップＳ１：「ＮＯ」）には、次に、吸気カム軸１７の相対回転位相の制御目標値Ｐｉｎｔｒｇに所定値を加算した値が、排気カム軸１８の相対回転位相の制御目標値Ｑｅｘｔｒｇに設定され（ステップＳ３）、この一連の処理が一旦終了される。ここでの所定値は機関運転状態に応じて可変設定される値であり、こうして設定された排気カム軸１８の相対回転位相の制御目標値Ｑｅｘｔｒｇとなるように実際の排気カム軸１８の相対回転位相が制御されることにより、吸気バルブ１４と排気バルブ１５とのバルブオーバラップ量が機関運転状態に応じた適切な値に設定される。

一方、肯定判断された場合（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）には、次に、中間位相Ｐｒｏｃｋに対応する位相Ｑｒｏｃｋが、排気カム軸１８の相対回転位相の制御目標値Ｑｅｘｔｒｇに設定され（ステップＳ２）、この一連の処理が一旦終了される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
機関運転中において、基本的には、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎに応じて排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが制御される。すなわち、吸気バルブ１４のバルブタイミングに応じて排気バルブ１５のバルブタイミングが好適に制御される。

一方、図６に示すように、タイミングｔ１において吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎを中間位相Ｐｒｏｃｋに固定する要求が出されると、排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘは、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎとは独立して同中間位相Ｐｒｏｃｋに対応する位相Ｑｒｏｃｋに直接的に変更される（タイミングｔ２）。このため、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎが中間位相Ｐｒｏｃｋに固定される一方で排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが同中間位相Ｐｒｏｃｋに応じて設定される位相Ｑｒｏｃｋを超えてオーバーシュートすることがなくなる。従って、吸気バルブ１４のバルブタイミングを中間位相Ｐｒｏｃｋに対応したバルブタイミングに固定する際に、機関出力が急に変動することが抑制される。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）電子制御装置９０は、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎに応じて排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘを制御する。また、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎを中間位相Ｐｒｏｃｋに固定する要求が出された場合には、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎとは独立して排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが中間位相Ｐｒｏｃｋに対応する位相Ｑｒｏｃｋに変更されるように排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘを制御する制御部９１を備える。より詳しくは、制御部９１は、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎを中間位相Ｐｒｏｃｋに固定する要求が出された場合に、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎがラチェット溝４６に対応する所定の位相範囲内（Ｐ３≦Ｐｉｎ≦Ｐ２）に変更されるように吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎを制御する。一方、このとき制御部９１は、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎとは独立に排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが中間位相Ｐｒｏｃｋに対応する位相Ｑｒｏｃｋに変更されるように排気カム軸１８の相対回転位相を制御する。

こうした構成によれば、基本的には、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎに応じて排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが制御されるため、吸気バルブ１４のバルブタイミングに応じて排気バルブ１５のバルブタイミングが好適に制御される。また吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎを中間位相Ｐｒｏｃｋに固定する要求が出された場合には、吸気カム軸１７の相対回転位相Ｐｉｎが中間位相Ｐｒｏｃｋに固定される一方で排気カム軸１８の相対回転位相Ｑｅｘが同中間位相に応じて設定される位相Ｑｒｏｃｋを超えてオーバーシュートすることがなくなる。よって、吸気バルブ１４のバルブタイミングを中間位相Ｐｒｏｃｋに対応したバルブタイミングに固定する際に、機関出力が急に変動することを好適に抑制することができる。

尚、本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・ラチェット溝を固定穴から進角側に向けて延びるものとしてもよい。

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…排気通路、１３…燃焼室、１４…吸気バルブ、１５…排気バルブ、１６…クランク軸、１７…吸気カム軸、１８…排気カム軸、２０…オイルポンプ、２１…オイルパン、３０…吸気側バルブタイミング変更機構、３１…ベーンロータ（第１回転体）、３２…ベーン、３３…ハウジング（第２回転体）、３４…突部、３５…進角側油圧室、３６…遅角側油圧室、４０…固定機構、４１…収容孔、４１ａ…段部、４２…固定ピン（係止部材）、４２ａ…受圧部、４３…コイルばね、４４…解除用圧力室、４５…固定穴（凹部）、４６…ラチェット溝、５０…オイルコントロールバルブ、５１…供給通路、５２…排出通路、５３…進角油路、５４…遅角油路、５５…固定油路、６０…排気側バルブタイミング変更機構、７０…オイルコントロールバルブ、９０…電子制御装置、９１…制御部。

Claims (1)

1. クランク軸に対する吸気カム軸の相対回転位相を変更することにより吸気バルブのバルブタイミングを変更する油圧駆動式の吸気側バルブタイミング変更機構と、
   クランク軸に対する排気カム軸の相対回転位相を変更することにより排気バルブのバルブタイミングを変更する油圧駆動式の排気側バルブタイミング変更機構と、
   最遅角位相と最進角位相との間の中間位相に吸気カム軸の相対回転位相を機械的に固定する固定機構と、
   を備えた内燃機関を制御する制御装置において、
   固定機構は、クランク軸及び吸気カム軸の一方と一体回転する第１回転体に設けられた係止部材と、クランク軸及び吸気カム軸の他方と一体回転する第２回転体に設けられ、係止部材を挿入可能な凹部と、同第２回転体に設けられ、前記凹部から進角側或いは遅角側に向けて延びる溝であって同凹部よりも底の浅いラチェット溝とを備え、係止部材が凹部に挿入されることにより中間位相に吸気カム軸の相対回転位相を固定するものであり、
   吸気側バルブタイミング変更機構による吸気カム軸の相対回転位相の変更及び排気側バルブタイミング変更機構による排気カム軸の相対回転位相の変更を制御する制御部を備え、
   同制御部は、
   吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出されていない場合には、吸気カム軸の相対回転位相の制御目標値に対して機関運転状態に応じて可変設定される所定値を加算した値に向けて排気カム軸の相対回転位相を変更し、
   吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に固定する要求が出された場合には、吸気カム軸の相対回転位相とは独立して排気カム軸の相対回転位相を吸気カム軸の中間位相に対応する位相に変更する一方で、吸気カム軸の相対回転位相をラチェット溝に対応する所定の位相範囲内に変更した後に、固定機構の係止部材の先端がラチェット溝に挿入された状態で吸気カム軸の相対回転位相を中間位相に向けて変更する
   内燃機関の制御装置。