JP5298932B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対し、バルブタイミング制御とバルブリフト量制御とを独立して行う内燃機関の可変動弁装置に関し、特に、上死点近傍での吸・排気バルブとピストンとの干渉防止に好適な内燃機関の可変動弁装置に関するものである。

従来から内燃機関の運転状態に応じて、吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミング又はバルブリフト量を最適な制御量に制御する可変動弁装置において、上死点近傍での吸・排気バルブとピストンとの干渉を防止する内燃機関の可変動弁装置が提案されている(特許文献１参照)。

これは、吸気側カム軸に吸気バルブのバルブタイミング（開閉タイミング）可変機構とバルブ特性切換機構とを合わせて配設し、吸気バルブのバルブタイミングとバルブリフト量との双方を可変することが可能となっており、機関の回転速度と負荷で定まる運転領域毎に吸気バルブのバルブタイミングとバルブリフト量とを可変制御するようになっている。そして、吸気バルブ側の可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）の目標バルブタイミングを、機関の負荷と回転速度より求める一方、吸気バルブ側の可変バルブリフト機構（ＶＥＬ）の実際のバルブリフト量に応じてＶＴＣの目標バルブタイミング上限値を設定し、負荷と機関回転速度より求まったＶＴＣ目標バルブタイミングが目標バルブタイミング上限値を上回った場合に、目標バルブタイミングをＶＴＣ目標バルブタイミング上限値に制限するようにしている。

特開２００２−２８５８７１号公報

しかしながら、上記従来例では、目標バルブタイミングがバルブタイミング上限値内に制限することにより吸・排気バルブとピストンとの干渉を防止するものであるが、バルブタイミングおよびバルブリフトの応答速度が条件によらず所定の一定値に設定されているため、実際のバルブリフト量を検出して、バルブタイミングをバルブタイミング上限値に制限するまでに時間遅れを伴う場合に、バルブタイミング進角量が大きくなり、吸・排気バルブとピストンとが干渉する虞があり、干渉防止のためにピストンに設けるリセス(窪み)を大きくする必要があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、吸・排気バルブとピストンとの干渉防止に好適な内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。

本発明は、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対して可変制御されるバルブタイミングの作動状態に応じて、対応する吸気バルブ又は排気バルブのバルブリフト量の制御範囲を制限するための限界値を設定するバルブリフト量限界値設定手段と、前記バルブリフト量限界値設定手段で設定された限界値に基づいて、前記バルブリフト制御の制御範囲を制限するバルブリフト制御制限手段と、前記バルブリフト量限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブリフト実際値からバルブリフトの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブリフト量の応答速度を低下させる応答速度制限手段と、を備えるか、若しくは、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対して可変制御されるバルブリフト量の作動状態に応じて、対応する吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングの制御範囲を制限するための限界値を設定するバルブタイミング限界値設定手段と、前記バルブタイミング限界値設定手段で設定された限界値に基づいて、前記バルブタイミング制御の制御範囲を制限するバルブタイミング制御制限手段と、前記バルブタイミング限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブタイミング実際値からバルブタイミングの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブタイミングの応答速度を低下させる応答速度制限手段と、を備える。

したがって、本発明では、バルブリフト量限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブリフト実際値からバルブリフトの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブリフト量の応答速度を低下させる応答速度制限手段、若しくは、バルブタイミング限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブタイミング実際値からバルブタイミングの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブタイミングの応答速度を低下させる応答速度制限手段を備えるため、吸・排気バルブとピストンとが近づく、バルブタイミング、あるいはバルブリフト量では、夫々の応答速度を遅くして、バルブタイミングの作動状態に応じてバルブリフト量を制限、あるいはバルブリフト量の作動状態に応じてバルブタイミングを制限するまでに時間遅れを伴う場合においても、ＩＶＯ進角量、あるいは、バルブリフト増加量を低減して、ピストンリセス低減を図ることができる。

本発明の一実施形態を示す内燃機関の可変動弁装置のシステム構成図。 可変動弁装置の構成図。 可変動弁装置によるバルブリフト特性図。 制御系の構成図。 第１実施例のＥＣＭ側のメイン制御のフローチャート。 第１実施例のＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側のメイン制御のフローチャート。 可変動弁装置の作動特性図。 第２実施例のＥＣＭ側のメイン制御のフローチャート。 第２実施例のＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側のメイン制御のフローチャート。

以下、本発明の内燃機関の可変動弁装置を一実施形態に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態を示すエンジン（直噴火花点火式内燃機関）のシステム図である。エンジン１の吸気通路２には、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＭという）１０により開度制御される電制スロットル弁３が設置されている。前記電制スロットル弁３により制御された空気は、吸気バルブ４を介して、エンジン１の燃焼室５に吸入される。

前記吸気バルブ４は、吸気バルブ４のバルブ作動角（開期間）、詳しくは、バルブ作動角及びリフト量を連続的に変化させることができるバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置；ＶＥＬアクチュエータ４９）と、吸気バルブ４のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を連続的に変化させることができるバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ装置；ＶＴＣアクチュエータ５１）と、を備える可変動弁装置により駆動される。

前記エンジン１の燃焼室５には、点火プラグ６と、燃料噴射弁７とが設置されている。前記燃料噴射弁７は、ＥＣＭ１０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、燃焼室５内に所定圧力に調圧された燃料を噴射する。

前記燃焼室５内に噴射された燃料は、燃焼室に導入された空気と共に混合気を形成し、点火プラグ６によりＥＣＭ１０により決定された点火時期にて点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気バルブ８を介して、排気通路９へ排出される。

前記ＥＣＭ１０には、アクセルペダルセンサ１１により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ１２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータ１３により検出される吸入空気量Ｑａなどのエンジン運転条件としての信号が入力されている。

前記吸気バルブ４の可変動弁装置は、図２に示すように、構成されている。前記吸気バルブ４（１気筒につき２つ設けられる）の端部のバルブリフタ４０の上方には、図外のクランク軸に連動して軸周りに回転駆動されるカム軸４１が気筒列方向に延在している。前記カム軸４１の外周には、吸気バルブ４に対応して揺動カム４２が揺動可能に外装されており、この揺動カム４２がバルブリフタ４０に当接してこれを押圧することにより、吸気バルブ４が図外のバルブスプリングのバネ力に抗して開閉駆動される。

前記カム軸４１と揺動カム４２との間には、両者４１、４２を機械的に連携するリンクの姿勢を変化させて、吸気バルブ４のバルブ作動角（開期間）及びリフト量を連続的に可変制御可能なバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置）が設けられている。

前記ＶＥＬ装置は、カム軸４１に偏心して設けられてカム軸４１と一体的に回転する駆動カム４３と、この駆動カム４３の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク４４と、カム軸４１と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸４５と、この制御軸４５に偏心して設けられて制御軸４５と一体的に回転する制御カム４６と、この制御カム４６の外周に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク４４の先端と相対回転可能に連結されたロッカアーム４７と、このロッカアーム４７の他端と揺動カム４２の先端とに回転可能に連結され、両者４７、４２を機械的に連携するロッド状リンク４８と、を備える。

前記カム軸４１及び制御軸４５は、軸受ブラケットを介してエンジン１のシリンダヘッド側へ回転可能に支持されている。前記制御軸４５の一端にはバルブ作動角及びリフト量変更用のアクチュエータ（ＶＥＬアクチュエータ）４９の出力端が接続され、制御軸４５はＶＥＬアクチュエータ４９によって所定の制御角度範囲内で軸周りに回転駆動され且つ所定の回転位相に保持される。

上記した構成により、クランク軸に連動してカム軸４１が回転すると、駆動カム４３を介してリング状リンク４４をカム軸４１に直交する方向に往復移動するよう作動させ、それによりロッカアーム４７が制御カム４６周りを揺動し、ロッド状リンク４８を介して揺動カム４２を揺動させて、吸気バルブ４を開閉駆動する。

また、ＶＥＬアクチュエータ４９により制御軸４５の回動位置を変化させることにより、ロッカアーム４７の揺動中心となる制御カム４６の中心位置が変化して、各リンク４４、４８等の姿勢が変化し、揺動カム４２の揺動角度範囲が変化する。これにより、バルブ作動角の中心位相が略一定のままで、バルブ作動角及びリフト量が連続的に変化する。例えば、制御軸４５を一方向へ回動することにより、バルブ作動角及びリフト量が増加し、他方向へ回動することによりバルブ作動角及びリフト量が減少するようになる。尚、バルブ作動角が決まれば、バルブリフト量は一義的に定まる。

従って、ＶＥＬアクチュエータ４９の通電量をデューティ制御することで、制御軸４５の回転位置を変更して、吸気バルブ４のバルブ作動角及びリフト量を変更することができ（図３のＡ参照）、これによりバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置）が構成される。

一方、カム軸４１は、クランク軸の回転がタイミングベルトによりスプロケット５０に入力されて駆動されるが、バルブタイミング変更のために、スプロケット５０とカム軸４１との間に、これらの回転位相を制御可能なロータリー式のアクチュエータ（ＶＴＣアクチュエータ）５１が装着されている。

従って、ＶＴＣアクチュエータ５１の通電量をデューティ制御することで、クランク軸とカム軸４１との回転位相を変更して、吸気バルブ４のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を変更することができ（図３のＡ参照）、これによりバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ装置）が構成される。

前記ＶＴＣ装置のＶＴＣアクチュエータ５１は、図４に制御系の構成を示すように、第１コントロールユニットであるＥＣＭ１０により制御するが、ＶＥＬ装置のＶＥＬアクチュエータ４９は、第１コントロールユニットであるＥＣＭ１０とは別の、第２コントロールユニット（以下ＶＥＬ−Ｃ／Ｕという）２０により制御する。

上記各制御のため、ＥＣＭ１０には、ＶＴＣアクチュエータ５１の実位置を検出するＶＴＣ位置センサ５１Ｓの信号を入力して、ＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）を検出する機能を持たせ、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０には、ＶＥＬアクチュエータ４９の実位置を検出するＶＥＬ位置センサ４９Ｓの信号を入力して、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を検出する機能を持たせている。

しかしながら、エンジン運転条件に応じてＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を算出する機能と、エンジン運転条件に応じてＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）を算出する機能とは、エンジン運転条件に関する各種センサの信号が入力されるＥＣＭ１０に集中させている。

ＥＣＭ１０とＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０とは、通信手段（ＣＡＮ）３０により接続し、ＥＣＭ１０からＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０へ、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を送信するようにしている。前記ＣＡＮ（Controller Area Network）は、それぞれのコントロールユニットを通信線でつないでシリアル通信することにより、コントロールユニット間でのデータの送受信を可能としている。

また、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０からＥＣＭ１０へは、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を送信するようにしている。これは、ＥＣＭ１０にて吸入空気量の演算などに実バルブ作動角を用いるためであり、また次のような理由でバルブタイミング制御と関連づけるためである。吸気バルブ４のバルブタイミング制御とバルブ作動角制御（バルブリフト量制御）とは独立に行うものであり、それぞれの制御範囲は、各制御特性によってエンジン性能（運転性能及び排気浄化性能など）を最大限高められるように設定されている。そのため、これらの制御を併用した場合には、例えば図３のＢに示すように、バルブタイミングを進角側に、バルブ作動角を広角側（バルブリフト量を高リフト側）に制御すると、ピストン上死点におけるバルブリフト量が極めて大きくなり、吸気バルブ４とピストンとの間に干渉が生じる恐れがある。

前記ピストン上死点近傍において、バルブリフト量が過度に大きくならないように吸気バルブ４のＶＴＣ装置の最大進角値やＶＥＬ装置の最大作動角（最大リフト量）を制限するため、ストッパ等により機械的に制限するのでは、制御範囲が狭められてしまう。

そこで、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）に応じて、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）に対する進角側限界値を設定し、ＶＴＣ目標値の算出に際し、これが進角側限界値を超えないように、制限している。

このため、ＶＥＬ実際値を検出する機能を有するＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０から、ＶＴＣ目標値を算出する機能を有するＥＣＭ１０へ、ＶＥＬ実際値を送信している。

図５はＥＣＭ１０で実行される第１実施例のメイン制御のフローチャートであり、これについて説明する。

ステップＳ１では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ；Ｋは定数）とに基づいて、マップを参照することにより、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を算出する。算出したＶＥＬ目標値は、通信手段３０により、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０へ送信する。

ステップＳ２では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐとに基づいて、マップを参照することにより、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）を算出する。

ステップＳ３では、ＶＥＬ位置センサを介してＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０により検出された値であって、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０から通信手段３０により受信したＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を読込む。

ステップＳ４では、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）に基づいて、テーブルを参照することにより、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）の限界値（進角側限界値）を算出する。

前記ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）の限界値は、図７に示すように、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）が小〜中の範囲においては、ＶＴＣを最進角値に制御しても、吸気バルブ４とピストンとが干渉する恐れはないため、ＶＴＣ装置のストッパ機構により規制される最進角位置と同じにしている。

一方、吸気バルブ４のバルブ作動角が大の領域になると、バルブタイミングが最進角位置に近づくにつれて、ピストン上死点において吸気バルブ４とピストンとが干渉する恐れを生じるため、ＶＴＣ目標値の限界値を徐々に遅角側へ設定するようになっている。

ステップＳ５では、ＶＴＣ位置センサ５１Ｓの検出信号に基づいて、ＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）を検出する。

ステップＳ６では、ステップＳ５で求めたＶＴＣ実際値とステップＳ４で求めた限界値とを比較し、ＶＴＣ実際値＞限界値の場合（ＶＴＣ実際値が限界値より進角側の場合）は、ステップＳ７へ進んで、ＶＴＣ目標値＝限界値として、ＶＴＣ目標値を制限した後、ステップＳ８へ進む。ＶＴＣ実際値≦限界値の場合（ＶＴＣ実際値が限界値より遅角側の場合）は、そのままステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）とＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）との偏差ＶＴＣＥＲＲを算出する。

ステップＳ９では、ＶＴＣ限界値とＶＴＣ実際値との差分が、予め設定した所定値Ｘ以下か否かを判定する。即ち、ＶＴＣ限界値とＶＴＣ実際値との差分が前記所定値Ｘ以下である場合とは、ＶＴＣ実際値がＶＴＣ限界値に接近している状態である。例えば、図７において、太線で示す限界値に接近して所定値Ｘ(図中破線参照)以内の限界領域にあることを意味している。また、ＶＴＣ限界値とＶＴＣ実際値との差分が前記所定値Ｘを超えている場合とは、ＶＴＣ実際値がＶＴＣ限界値から離れている状態である。例えば、図７において、限界値から離れた図中破線で示す所定値Ｘを超えていない安全領域に存在していることを意味している。

前記ＶＴＣ限界値とＶＴＣ実際値との差分が所定値以下である場合にはステップＳ１０へ進んで、偏差ＶＴＣＥＲＲに１以下の係数を乗算して、偏差ＶＴＣＥＲＲを減算補正して、ステップＳ１１へ進む。これにより、補正偏差ＶＴＣＥＲＲは本来の偏差ＶＴＣＥＲＲより小さくされる。前記１以下の係数は、例えば、０．１〜０．５等の任意に設定した係数であり、予め設定する。前記ＶＴＣ限界値とＶＴＣ実際値との差分が所定値を超える場合には、そのままステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１では、前記偏差ＶＴＣＥＲＲに応じて、ＶＴＣ実際値をＶＴＣ目標値に一致させるように、ＶＴＣアクチュエータに対する制御出力を算出して出力し、フィードバック制御を行い、バルブタイミングを制御する。

具体的には、先ず、前記偏差ＶＴＣＥＲＲと、フィードバックゲインＧｐ（比例分）、Ｇｉ（積分分）、Ｇｄ（微分分）とに基づいて、次式により、比例分制御量ＶＴＣｐ、積分分制御量ＶＴＣｉ、微分分制御量ＶＴＣｄを、次のように、
ＶＴＣｐ＝Ｇｐ・ＶＴＣＥＲＲ
ＶＴＣｉ＝ＶＴＣｉｚ＋Ｇｉ・ＶＴＣＥＲＲ
ＶＴＣｄ＝Ｇｄ・（ＶＴＣＥＲＲ−ＶＴＣＥＲＲｚ）
それぞれ求める。尚、添字のｚは、前回値であることを示す。

次に、基本デューティ値ＢＡＳＤＴＹｖｔｃと制御量ＶＴＣｐ、ＶＴＣｉ、ＶＴＣｄを加算して、ＶＴＣデューティ値ＶＴＣＤＴＹを演算し（次式参照）、
ＶＴＣＤＴＹ＝ＢＡＳＤＴＹｖｔｃ＋ＶＴＣｐ＋ＶＴＣｉ＋ＶＴＣｄ
これを出力信号としてＶＴＣアクチュエータ５１を駆動する。ここでは、ＶＴＣアクチュエータ５１は、ＶＴＣデューティ値ＶＴＣＤＴＹ＝基本デューティ値ＢＡＳＤＴＹｖｔｃ（例えば５０％）のときに、そのときの位置で固定され、偏差の分、プラス側又はマイナス側に設定されることで、駆動され、偏差がなくなれば、ＶＴＣデューティ値ＶＴＣＤＴＹ＝基本デューティ値ＢＡＳＤＴＹｖｔｃとなって、その位置で固定されるものとする。ＶＥＬアクチュエータ４９についても同様である。

図６はＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０で実行される第１実施例のメイン制御のフローチャートであり、これについて説明する。

ステップＳ２１では、ＥＣＭ１０により算出された値であって、ＥＣＭ１０から通信手段３０により受信したＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を読込む。

ステップＳ２２では、ＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）に基づいて、テーブルを参照することにより、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）の限界値（大作動角側限界値）を算出する。

前記ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）の限界値は、図７に示すように、ＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）が進角側において、吸気バルブ４とピストンとが干渉する恐れが大きいため、バルブ作動角限界値が小さくなり、ＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）が遅角側において、吸気バルブ４とピストンとが干渉する恐れが小さくなるため、バルブ作動角限界値が大きくなるように設定されている。

ステップＳ２３では、ＶＥＬ位置センサ４９Ｓの検出信号に基づいて、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を検出する。検出したＶＥＬ実際値は、通信手段３０により、ＥＣＭ１０へ送信する。

ステップＳ２４では、ステップＳ２３で求めたＶＥＬ実際値とステップＳ２２で求めた限界値とを比較し、ＶＥＬ実際値＞限界値の場合（ＶＥＬ目標値が限界値より大作動角側の場合）は、ステップＳ２５へ進んで、ＶＥＬ目標値＝限界値として、ＶＥＬ目標値を制限した後、ステップＳ２６へ進む。ＶＥＬ実際値≦限界値の場合（ＶＥＬ実際値が限界値より小作動角側の場合）は、そのままステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２６では、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）とＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）との偏差ＶＥＬＥＲＲを算出する。

ステップＳ２７では、ＶＥＬ限界値とＶＥＬ実際値との差分が、予め設定した所定値Ｙ以下か否かを判定する。即ち、ＶＥＬ限界値とＶＥＬ実際値との差分が前記所定値Ｙ以下である場合とは、ＶＥＬ実際値がＶＥＬ限界値に接近している状態である。例えば、図７において、太線で示す限界値に接近して所定値Ｙ(図中破線参照)以内の限界領域にあることを意味している。

また、ＶＥＬ限界値とＶＥＬ実際値との差分が前記所定値Ｙを超えている場合とは、ＶＥＬ実際値がＶＥＬ限界値から離れている状態である。例えば、図７において、限界値から離れた図中破線で示す所定値Ｙを超えていない安全領域に存在していることを意味している。

前記ＶＥＬ限界値とＶＥＬ実際値との差分が所定値以下である場合にはステップＳ２８へ進んで、偏差ＶＥＬＥＲＲに１以下の係数を乗算して、偏差ＶＥＬＥＲＲを減算補正して、ステップＳ２９へ進む。これにより、補正偏差ＶＥＬＥＲＲは本来の偏差ＶＥＬＥＲＲより小さくされる。前記１以下の係数は、例えば、０．１〜０．５等の任意に設定した係数であり、予め設定する。前記ＶＥＬ限界値とＶＥＬ実際値との差分が所定値を超える場合には、そのままステップＳ２９へ進む。

ステップＳ２９では、前記偏差ＶＥＬＥＲＲに応じて、ＶＥＬ実際値をＶＥＬ目標値に一致させるように、ＶＥＬアクチュエータ４９に対する制御出力を算出して出力し、フィードバック制御を行い、バルブ作動角を制御する。フィードバック制御の詳細は、ＥＣＭ１０でのＶＴＣアクチュエータ５１に対するフィードバック制御と同様である。

以上に説明した内燃機関の可変動弁装置においては、ＶＥＬ作動角、ＶＴＣ進角位置が夫々限界値に接近した限界領域に存在する場合には、ＶＥＬ装置、ＶＴＣ装置の応答速度を低く変化させるよう構成しているため、ＶＥＬ実際値に応じてバルブタイミングを制限、あるいは、ＶＴＣ実際値に応じてバルブリフト量を制限するまでに時間遅れを伴う場合においても、ＩＶＯ(吸気バルブ４のバルブ開弁)進角量、またはバルブリフト増加量を低減させることができ、干渉回避のためにピストンに設けるリセスの深さを低減することができ、ピストンリセス低減による熱効率向上が図れ、燃費向上、排気性能の向上、及び出力を向上させることができる。

例えば、図７において、ＶＥＬ装置の最大作動角近傍での固着時(図中矢印Ｅ参照)においても、ＶＴＣ装置におけるバルブタイミングの進角側への作動速度を制限するため、バルブタイミングを制限し始めるまでに遅れ時間があっても、バルブ〜ピストンの干渉を回避させることができる。

また、図７において、ＶＴＣ装置の最進角近傍での固着時(図中矢印Ｆ参照)においても、ＶＥＬ装置における大作動角側への作動速度を制限するため、バルブリフト量を制限し始めるまでに遅れ時間があっても、同様に、バルブ〜ピストンの干渉を回避させることができる。

また、図７において、ＰＯＳ信号，ＰＨＡＳＥ信号の誤差によりＶＴＣ装置の進角側への誤進角時(図中矢印Ｇ参照)においても、ＶＴＣ装置における進角側への作動速度を制限するため、バルブタイミングを制限し始めるまでに遅れ時間があっても、同様に、バルブ〜ピストンの干渉を回避させることができる。

図８及び図９は、本発明を適用した内燃機関の可変動弁装置の第２実施例を示し、図８はＥＣＭ１０により実行されるメイン制御のフローチャートの一部であり、図９はＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０側により実行されるメイン制御のフローチャートの一部である。本実施例においては、ＶＴＣ限界値とＶＴＣ実際値との差分、若しくは、ＶＥＬ限界値とＶＥＬ実際値との差分が、予め設定した所定値Ｘ若しくは所定値Ｙより低下した場合に、ＶＴＣ目標値若しくはＶＥＬ目標値が夫々の限界値から離れる方向に設定される場合には、偏差ＶＴＣＥＲＲ若しくは偏差ＶＥＬＥＲＲのその値通りに許容する構成を第１実施例に追加したものである。なお、第１実施例と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

ステップＳ５〜ステップＳ１１を示す図８は、ＥＣＭ１０により実行されるメイン制御のフローチャートであり、図示していないステップＳ１〜ステップＳ４、及び、図示するステップＳ５〜ステップＳ１１は、第１実施例の図５に示すフローチャートと同様に実行される。本実施例においては、ステップＳ９とステップＳ１０との間に、ステップＳ１２を追加している。

また、ステップＳ２３〜ステップＳ２９を示す図９は、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０により実行されるメイン制御のフローチャートであり、図示していないステップＳ２１〜ステップＳ２２、及び、図示するステップＳ２３〜ステップＳ２９は、第１実施例の図６に示すフローチャートと同様に実行される。本実施例においては、ステップＳ２７とステップＳ２８との間に、ステップＳ３０を追加している。その他の構成は、第１実施例と同様である。

本実施例では、ＥＣＭ１０により実行されるメイン制御のフローチャートのステップＳ９において、ＶＴＣ限界値とＶＴＣ実際値との差分が所定値以下である場合にはステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、偏差ＶＴＣＥＲＲがゼロより大きい、即ち、「進角方向」である場合にはステップＳ１０へ進み、偏差ＶＴＣＥＲＲに１以下の係数を乗算して、偏差ＶＴＣＥＲＲを減算補正して、ステップＳ１１へ進む。しかしながら、偏差ＶＴＣＥＲＲがゼロ若しくはゼロより小さい、即ち、「遅角方向」である場合にはステップＳ１０を経由することなくステップＳ１１へ進む。即ち、ＶＴＣ目標値が限界値に近づく方向に設定される場合にのみ、偏差ＶＴＣＥＲＲを減算補正し、ＶＴＣ目標値が限界値から離れる方向に設定される場合には、偏差ＶＴＣＥＲＲをその値通りに許容する。

また、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０により実行されるメイン制御のフローチャートのステップＳ２７において、ＶＥＬ限界値とＶＥＬ実際値との差分が所定値以下である場合にはステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０では、偏差ＶＥＬＥＲＲがゼロより大きい、即ち、「大作動角方向」である場合にはステップＳ２８へ進み、偏差ＶＥＬＥＲＲに１以下の係数を乗算して、偏差ＶＥＬＥＲＲを減算補正して、ステップＳ２９へ進む。しかしながら、偏差ＶＥＬＥＲＲがゼロ若しくはゼロより小さい、即ち、「小作動角方向」である場合にはステップＳ２８を経由することなくステップＳ２９へ進む。即ち、ＶＥＬ目標値が限界値に近づく方向に設定される場合にのみ、偏差ＶＥＬＥＲＲを減算補正し、ＶＥＬ目標値が限界値から離れる方向に設定される場合には、偏差ＶＥＬＥＲＲをその値通りに許容する。

本実施例においては、ＶＴＣ限界値とＶＴＣ実際値との差分、若しくは、ＶＥＬ限界値とＶＥＬ実際値との差分が、予め設定した所定値Ｘ若しくは所定値Ｙより低下した場合に、ＶＴＣ目標値若しくはＶＥＬ目標値が夫々の限界値から離れる方向に設定される場合には、偏差ＶＴＣＥＲＲ若しくは偏差ＶＥＬＥＲＲのその値通りに許容するため、各限界値から離れる方向の目標に対してはその応答速度を制限することがなく、応答性を確保しつつ限界値へ接近を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、バルブリフト量限界値設定手段としてのステップＳ２２で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において前記バルブリフト量の応答速度を低下させる応答速度制限手段としてのステップＳ２７〜Ｓ２８、及び、バルブタイミング限界値設定手段としてのステップＳ４で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において前記バルブタイミングの応答速度を低下させる応答速度制限手段としてのステップＳ９〜Ｓ１０の両方を備えるものについて説明したが、いずれか一方のみを備えるものであってもよい。

また、上記実施形態では、吸気バルブ４側にのみにＶＴＣ装置，ＶＥＬ装置を設けたものに適用したものについて説明したが、排気バルブ８側にＶＴＣ装置，ＶＥＬ装置を設けたものにおいて、排気バルブ８のバルブタイミングの遅角量が大きく、かつ、バルブリフト量が最大リフト量側に設定された場合に排気バルブ８がピストンと干渉するおそれがある場合にも適用でき、前記実施例において吸気バルブ４のバルブタイミングの進角量を、排気バルブ８のバルブタイミングの遅角量に置き換えることで同様に実施できる。

また、例えば、前記実施形態においてはＶＥＬ装置の駆動手段として電動のアクチュエータ４９を用いたが、電動のアクチュエータ４９に代えて、油圧のアクチュエータによる駆動装置としてもよい。また、ＶＴＣ装置もＶＥＬ装置と同様に油圧式のものに代えて、電動式のＶＴＣ装置を用いたものにしてもよい。また、バルブリフト量の可変手段として、バルブリフト量及び作動角を連続的に可変制御するＶＥＬ装置をバルブリフト量可変手段として用いたが、バルブリフト量を数段階に可変制御する構成であってもよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）吸気バルブ４又は排気バルブ８の少なくとも一方に対して可変制御されるバルブタイミングの作動状態に応じて、対応する吸気バルブ４又は排気バルブ８のバルブリフト量の制御範囲を制限するための限界値を設定するバルブリフト量限界値設定手段としてのステップＳ２２と、前記バルブリフト量限界値設定手段で設定された限界値に基づいて、前記バルブリフト制御の制御範囲を制限するバルブリフト制御制限手段としてのステップＳ２４〜Ｓ２５と、前記バルブリフト量限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブリフト実際値からバルブリフトの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブリフト量の応答速度を低下させる応答速度制限手段としてのステップＳ２７〜Ｓ２８と、を備える構成とした場合、即ち、吸気バルブ４又は排気バルブ８の可変制御されるバルブタイミングの作動状態と無関係に機関の運転状態に応じた要求どおりにバルブリフト量を制御する場合に、ピストンと干渉してしまうようなときには、該バルブリフト量の制御の制御範囲の限界値の手前において、その応答速度が低下されることにより、バルブリフト量が限界値を超えてバルブリフト量の制限が開始されるまでに時間遅れを伴う場合においても、該ピストンとの干渉を防止することができる。また、前記バルブタイミングの作動状態と無関係に要求とおりにバルブリフト量を制御しても、ピストンと干渉しないときには、そのまま他方を要求とおりにバルブリフト量を制御することにより、機関性能を最大限高めることができる。例えば、冷間始動時やリーン燃焼時等の運転状態における出力の向上や排気浄化性能を向上することができる。

(イ)吸気バルブ４又は排気バルブ８の少なくとも一方に対して可変制御されるバルブリフト量の作動状態に応じて、対応する吸気バルブ４又は排気バルブ８のバルブタイミングの制御範囲を制限するための限界値を設定するバルブタイミング限界値設定手段としてのステップＳ４と、前記バルブタイミング限界値設定手段で設定された限界値に基づいて、前記バルブタイミング制御の制御範囲を制限するバルブタイミング制御制限手段としてのステップＳ６〜Ｓ７と、前記バルブタイミング限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブタイミング実際値からバルブタイミングの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブタイミングの応答速度を低下させる応答速度制限手段としてのステップＳ９〜Ｓ１０と、を備える構成とした場合、即ち、吸気バルブ４又は排気バルブ８の可変制御されるバルブリフト量の作動状態と無関係に機関の運転状態に応じた要求とおりにバルブタイミングを制御する場合に、ピストンと干渉してしまうようなときには、該バルブタイミングの制御の制御範囲の限界値の手前において、その応答速度が低下されることにより、バルブタイミングが限界値を超えてバルブタイミングの制限が開始されるまでに時間遅れを伴う場合においても、該ピストンとの干渉を防止することができる。また、前記バルブリフト量の作動状態と無関係に要求とおりにバルブタイミングを制御しても、ピストンと干渉しないときには、そのまま他方を要求とおりにバルブタイミングを制御することにより、第１の発明同様に、機関性能を最大限高めることができる。

(ウ)バルブリフト量限界値設定手段としてのステップＳ２２で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブリフト実際値からバルブリフトの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブリフト量の応答速度を低下させる応答速度制限手段としてのステップＳ２７〜Ｓ２８、及び、バルブタイミング限界値設定手段としてのステップＳ４で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブタイミング実際値からバルブタイミングの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブタイミングの応答速度を低下させる応答速度制限手段としてのステップＳ９〜Ｓ１０とを備える場合には、吸・排気バルブとピストンとが近づくバルブタイミング、あるいはバルブリフト量では、夫々の応答速度を遅くして、バルブタイミングの作動状態に応じてバルブリフト量を制限、あるいはバルブリフト量の作動状態に応じてバルブタイミングを制限するまでに時間遅れを伴う場合においても、バルブ〜ピストン干渉回避制御が始まるまでのＩＶＯ進角量、あるいはバルブリフト増加量を低減して、ピストンリセス低減を図ることができる。このため、ピストンリセス低減による熱効率向上が図れ、燃費向上、排気性能の向上、及び出力を向上させることができる。

(エ)バルブリフト量の応答速度及びバルブタイミングの応答速度を低下させる応答速度制限手段としてのステップＳ１２及びＳ３０は、各限界値から離れる方向のバルブリフト量変化若しくはバルブタイミング変化に対しては制限を加えないことにより、各限界値から離れる方向の目標に対してはその応答速度を制限することがなく、応答性を確保しつつ限界値へ接近を抑制することができる。

１ エンジン
４ 吸気バルブ
８ 排気バルブ
１０ ＥＣＭ（第１コントロールユニット）
２０ ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ（第２コントロールユニット）
３０ 通信手段
４９ ＶＥＬアクチュエータ
４９Ｓ ＶＥＬ位置センサ
５１ ＶＴＣアクチュエータ
５１Ｓ ＶＴＣ位置センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対し、バルブリフト量を連続的に変更するようにバルブリフト制御を行う内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対して可変制御されるバルブタイミングの作動状態に応じて、対応する吸気バルブ又は排気バルブのバルブリフト量の制御範囲を制限するための限界値を設定するバルブリフト量限界値設定手段と、
   前記バルブリフト量限界値設定手段で設定された限界値に基づいて、前記バルブリフト制御の制御範囲を制限するバルブリフト制御制限手段と、
   前記バルブリフト量限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブリフト実際値からバルブリフトの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブリフト量の応答速度を低下させる応答速度制限手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対し、バルブタイミングを変更するようにバルブタイミング制御を行う内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対して可変制御されるバルブリフト量の作動状態に応じて、対応する吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングの制御範囲を制限するための限界値を設定するバルブタイミング限界値設定手段と、
   前記バルブタイミング限界値設定手段で設定された限界値に基づいて、前記バルブタイミング制御の制御範囲を制限するバルブタイミング制御制限手段と、
   前記バルブタイミング限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブタイミング実際値からバルブタイミングの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブタイミングの応答速度を低下させる応答速度制限手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
3. 内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対し、バルブリフト量を連続的に変更するために機関運転状態に応じて目標値を設定するバルブリフト量目標値設定手段と、
   実際のバルブリフト作動状態と目標値とに基づいてバルブリフト量を制御するバルブリフト制御手段と、
   前記可変制御されるバルブタイミングの作動状態に応じて、対応する吸気バルブ又は排気バルブのバルブリフト量の制御範囲を制限するための限界値を設定するバルブリフト量限界値設定手段と、
   前記バルブリフト量限界値設定手段で設定された限界値に基づいて、前記バルブリフト制御の制御範囲を制限するバルブリフト制御制限手段と、
   前記吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対し、バルブタイミングを変更するために機関運転状態に応じて目標値を設定するバルブタイミング目標値設定手段と、
   実際のバルブタイミング作動状態と目標値とに基づいてバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御手段と、
   前記吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に対して可変制御されるバルブリフト量の作動状態に応じて、対応する吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングの制御範囲を制限するための限界値を設定するバルブタイミング限界値設定手段と、
   前記バルブタイミング限界値設定手段で設定された限界値に基づいて、前記バルブタイミング制御の制御範囲を制限するバルブタイミング制御制限手段と、を備え、
   前記バルブリフト量限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブリフト実際値からバルブリフトの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブリフト量の応答速度を低下させる応答速度制限手段と、
   前記バルブタイミング限界値設定手段で設定された限界値までの予め設定した所定範囲の領域において、バルブタイミング実際値からバルブタイミングの制御目標値までの偏差を減算補正して、前記バルブタイミングの応答速度を低下させる応答速度制限手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記バルブリフト量の応答速度及びバルブタイミングの応答速度を低下させる応答速度制限手段は、各限界値から離れる方向のバルブリフト量変化若しくはバルブタイミング変化に対しては制限を加えないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関の可変動弁装置。

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