JPH10176557A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関低温時の機関出力不足と冷間ヘジテーシ
ョンの発生とを同時に、防止する。 【解決手段】 可変バルブタイミング装置１０により、
吸気カムシャフトの回転位相を変えて、吸気弁と排気弁
とのバルブオーバラップ量を機関負荷と回転数とに応じ
て設定する。制御回路３０は、設定されたバルブオーバ
ラップ量を、燃料性状が軽質である場合には燃料性状が
重質である場合に較べて大きくなるようにバルブタイミ
ングを補正する。これにより、軽質燃料使用時には、機
関低温時の冷間ヘジテーションと機関出力不足とが同時
に解消される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の運転状
態に応じて機関のバルブタイミングを変更し、機関の吸
気弁と排気弁とのバルブオーバラップ量を制御するバル
ブタイミング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の回転数、負荷等の
運転状態に応じて吸排気弁の開閉タイミング（バルブタ
イミング）を変更し、各運転状態における出力や燃費の
向上を図るバルブタイミング制御装置が知られている。
この種のバルブタイミング制御装置では、バルブタイミ
ングを変更することにより吸気弁と排気弁との両方が同
時に開弁している期間（以下、この期間の長さを「バル
ブオーバラップ量」と称する）を最適値に設定し、各運
転状態における機関性能を向上させている。

【０００３】この種のバルブタイミング制御装置の例と
しては、例えば特開平４−１９４３３１号公報に記載さ
れたものがある。同公報の装置は、機関運転状態に応じ
てバルブタイミングの切換を行い、低回転低負荷運転時
にはバルブオーバラップ量を小さく設定し、更に機関温
度が低い冷間運転時には全運転領域でバルブオーバラッ
プ量を小さく設定するようにしたものである。

【０００４】一般に、バルブオーバラップ量を大きく設
定すると排気行程時に排気弁とともに吸気弁が開弁して
いる期間が長くなり、気筒内の既燃ガスが吸気ポートに
逆流する、いわゆる既燃ガスの吹き返しが生じやすくな
る。特に、機関の低負荷運転時にはスロットル弁開度が
小さく吸気ポート負圧が大きく（すなわち吸気ポート内
の絶対圧力が低く）なっているため、バルブオーバラッ
プがあると既燃ガスの吹き返しが生じやすくなる。

【０００５】吸気ポートへの既燃ガスの吹き返しの量が
大きいと、吸気ポートに逆流した既燃ガスが吸気行程時
に気筒内に再吸入されることにより、気筒に供給される
新気の量が低下する問題（内部ＥＧＲ量の増大）が生じ
る他、特に機関温度が低い場合には吸気ポートに供給さ
れた燃料のうち吸気ポート壁面に付着する燃料（壁面付
着燃料）の量が増大するため十分な量の燃料が気筒に供
給されなくなる問題が生じる。

【０００６】すなわち、機関温度が低い場合には、吸気
ポートに供給された燃料は蒸発しにくいため、吸気ポー
ト内に比較的大きな液体燃料粒子を形成している。この
状態で吸気ポートに既燃ガスが逆流すると、吸気ポート
内の燃料粒子が吹き戻されて壁面に付着してしまう。ま
た、機関温度が低い程、すなわち燃料の気化状態が悪い
程壁面に付着する燃料の量は増大するようになる。この
ため、低温時に既燃ガスの吹き返しが生じると燃料の壁
面付着のため気筒に十分な燃料が供給されず、冷間ヘジ
テーション（いわゆる低温加速時のもたつき）が生じた
り、内部ＥＧＲ量の増大により燃焼が不安定になったり
する問題がある。

【０００７】上記特開平４−１９４３３１号公報では、
吸気ポート負圧が大きく吹き返しが生じやすい低回転低
負荷運転時には、バルブオーバラップ量を小さくして既
燃ガスの吹き返しを低減し、内部ＥＧＲ量の増大による
燃焼の悪化を防止するとともに、更に、機関温度が低い
冷間運転時には全運転領域でバルブオーバラップ量を小
さくし、既燃ガスの吹き返しによる壁面付着燃料の量を
低減するようにしている。

【０００８】上述のように、上記公報の装置では、低温
時の内部ＥＧＲ量の低減による燃焼の安定及び、低温時
の壁面付着燃料の低減による冷間ヘジテーションの防止
のために機関低温時には高温時に較べてバルブオーバラ
ップ量を小さく設定している。また、上記以外にも、機
関低温時にはバルブタイミングを変更する可変バルブタ
イミング機構の作動速度が低下し、運転条件の変化によ
っては機関の失火等が生じやすくなる問題がある。すな
わち、低温時には各部のフリクションの増大や作動油の
粘性増大のため可変バルブタイミング機構の作動速度は
遅くなる。このため、機関低温時にはバルブオーバラッ
プ量を運転条件に適した大きさに変更するのに要する時
間が長くなり。最適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一時的に差が生じるようにな
る。この場合、最適値よりもバルブオーバラップ量が小
さい場合には機関出力が低下する問題はあるものの機関
の運転上大きな問題は生じない。しかし、最適値に対し
てバルブオーバラップが過度に大きい場合には失火が生
じてしまい、極端な場合には機関の運転が不可能になる
場合がある。このため、通常は機関低温時にはバルブオ
ーバラップ量を高温時よりも小さく設定して、可変バル
ブタイミング機構の作動速度が低下しても実際のバルブ
オーバラップ量が最適値より過度に大きくなることがな
いようにして、低温時の失火を防止することがおこなわ
れている。

【０００９】すなわち、従来、内部ＥＧＲの低減、
壁面付着燃料の低減、可変バルブタイミング機構の作
動速度の遅れによる失火の防止、を目的として機関低温
時にはバルブオーバラップ量を機関高温時より小さく設
定することが行われていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、バルブタイ
ミングを変更することにより気筒のバルブオーバラップ
量を変更するバルブタイミング制御装置で上記公報の装
置のように機関低温時に一律にバルブオーバラップを小
さくする制御を行うと、低温時に機関性能が大きく低下
する問題がある。バルブタイミングを変更することによ
りバルブオーバラップ量を変更する場合には、通常バル
ブの開弁期間は一定に維持される。すなわち、吸気弁の
開閉タイミングを変更してバルブオーバラップを制御す
る場合を例にとって考えると、吸気弁の開閉タイミング
を早くする（進角させる）程バルブオーバラップ量は増
大し、遅くする程（遅角させる程）バルブオーバラップ
は減少する。このため、バルブタイミングを制御してバ
ルブオーバラップ量を変更する場合には、バルブオーバ
ラップ量を小さく設定すると吸気弁の閉弁タイミングも
同時に遅くなり、吸気弁が気筒の吸気行程終了後圧縮行
程中に閉弁するようになってしまう。このように、吸気
弁の閉弁時期が圧縮行程にかかるようになると、一旦気
筒内に吸入された吸気が圧縮行程時に吸気弁から吸気ポ
ートに押し戻されるようになり気筒の吸気体積効率が低
下してしまう問題が生じる。特に、機関低回転時には、
吸気慣性による過給効果が殆ど得られないため吸気弁の
閉弁時期が遅くなると吸気体積効率の低下による機関出
力の減少も大きくなる。

【００１１】一方、例えば、壁面付着燃料について考え
ると、機関低温時においても、燃料の気化状態が良好で
あれば多少バルブオーバラップによる既燃ガスの吹き返
しがあっても燃料の壁面付着は生じにくい。このため、
機関低温時であっても、気化状態の良好な軽質燃料を使
用している場合には、気化状態の悪い重質燃料を使用す
る場合に較べてバルブオーバラップ量を増大することが
できるはずである。

【００１２】また、可変バルブタイミング機構のフリク
ションが少ない場合や、作動油として粘性の低い油を使
用する等により、低温であっても可変バルブタイミング
機構の作動速度が高い場合には、作動速度が低い場合に
較べて低温時のバルブオーバラップを大きく設定しても
失火等が生じることはないはずである。このため、前記
特開平４−１９４３３１号公報の装置のように、機関低
温時に一律にバルブオーバラップ量を小さく設定してい
たのでは、運転条件によっては本来必要がないにもかか
わらずバルブオーバラップ量を小さく設定し、機関出力
を低下させた運転を行うことになる場合がある。

【００１３】本発明は上記問題に鑑み、バルブタイミン
グを変更することによりバルブオーバラップ量を調節す
る場合に、機関低温時であってもバルブオーバラップ量
の低減を最小限にとどめ、従来機関出力の低下を生じて
いた条件での機関出力を向上させることが可能なバルブ
タイミング制御装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関のバルブタイミングを変更することに
より、内燃機関の運転状態に応じて機関のバルブオーバ
ラップ量を調節し、機関低温時に機関高温時に較べて機
関のバルブオーバラップ量を小さく設定するバルブタイ
ミング制御装置において、機関の使用燃料の性状を判定
する燃料判定手段と、該燃料判定手段により、機関使用
燃料が軽質燃料であると判断されたときには、機関低温
時のバルブオーバラップ量を機関使用燃料が重質燃料で
あると判定された場合に較べて大きくなるように補正す
る燃料補正手段と、を備えた内燃機関のバルブタイミン
グ制御装置が提供される。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
のバルブタイミングを変更することにより、内燃機関の
運転状態に応じて機関のバルブオーバラップ量を調節
し、機関低温時に機関高温時に較べて機関のバルブオー
バラップ量を小さく設定するバルブタイミング制御装置
において、バルブタイミング変更時のバルブタイミング
変化速度を検出する作動速度検出手段と、機関低温時の
バルブオーバラップ量を、前記バルブタイミング変化速
度が大きいときに前記バルブタイミング変化速度が小さ
いときより大きくなるように補正する作動速度補正手段
と、を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置が提
供される。

【００１６】請求項３に記載の発明によれば、更に、機
関回転数を検出する回転数検出手段を備え、機関低温時
のバルブオーバラップ量を、機関回転数が高いときに機
関回転数が低いときより大きくなるように補正する回転
数補正手段を備えた請求項２に記載のバルブタイミング
制御装置が提供される。以下、各請求項の発明の作用に
ついて説明する。

【００１７】請求項１の発明では、機関低温時にはバル
ブオーバラップ量は機関高温時に較べて小さな値に設定
される。しかし、機関使用燃料が軽質燃料である場合に
は、機関低温時であってもバルブオーバラップ量は機関
使用燃料が重質燃料である場合に較べて大きくなるよう
に補正される。このため、機関低温時には使用燃料の気
化のしやすさに応じてバルブオーバラップ量が補正さ
れ、燃料の気化が良好で壁面付着が生じにくいような場
合にはバルブオーバラップ量が大きな値に設定される。

【００１８】また、請求項２の発明では、機関低温時に
はバルブオーバラップ量は機関高温時に較べて小さな値
に設定されるが、バルブタイミングの変化速度（可変バ
ルブタイミング機構の作動速度）が速い場合には、低温
時であってもバルブタイミング変化速度が低い場合に較
べてバルブオーバラップ量が大きな値に補正される。こ
のため、機関低温時であっても可変バルブタイミング機
構の応答速度が早く、最適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差が大きくならないような
場合にはバルブオーバラップ量が大きな値に設定され
る。

【００１９】更に、請求項３の発明では、請求項２にお
いて、機関回転数に応じたバルブオーバラップ量の補正
が行われる。すなわち、機関高回転時には可変バルブタ
イミング機構作動油ポンプの吐出圧や吐出流量が増大す
るため、可変バルブタイミング機構の作動速度は機関低
回転時より速くなる。従って、機関低回転時に作動速度
検出手段が検出した可変バルブタイミング機構作動速度
に基づいてバルブオーバラップを制御すると、機関高回
転時のバルブオーバラップ量が必ずしも適切にならない
おそれがある。請求項３の発明では、回転数補正手段は
作動速度補正手段により補正されたバルブオーバラップ
量を機関回転数に応じて補正する。これにより、可変バ
ルブタイミング機構作動速度の機関回転数による変化が
補正される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施形態について説明する。図１は本発明のバルブタイミ
ング制御装置を４サイクル機関の吸気弁に適用した場合
の概略構成を示す図である。本実施形態においては、吸
気弁と排気弁との駆動用ににそれぞれ別のカムシャフト
を有するダブルオーバヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）
型機関が使用され、可変バルブタイミング機構は吸気カ
ムシャフトのみに設けられている。すなわち、本実施形
態では排気弁のバルブタイミング変更は行わず、吸気弁
のバルブタイミングのみを運転条件に応じて変更するこ
とにより吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップを変更
するようにしている。なお、本発明はこの実施形態に限
定されるものではなく、排気弁のみのバルブタイミング
変更を行うもの、或いは吸気弁と排気弁との両方のバル
ブタイミング変更を行うものについても適用可能であ
る。

【００２１】図１において、１はＤＯＨＣ型機関の吸気
弁（図示せず）を開閉駆動する吸気カムシャフト、その
全体を１０で示すのは吸気カムシャフト端部に設けられ
た可変バルブタイミング機構である。可変バルブタイミ
ング機構１０は、円筒状スリーブ１３を有するタイミン
グプーリ１２と、カムシャフト１の端部を覆うカバー１
４とを備えており、タイミングプーリ１２は円筒状スリ
ーブ１３を介して吸気カムシャフト１の周囲にカムシャ
フト１に対して回転可能に装着されている。また、カバ
ー１４はタイミングプーリ１２にボルト１５により固定
され、プーリ１２と一体に回転するようになっている。

【００２２】カバー１４内部にはピストン部材１７が設
けられている。ピストン部材１７は、円環状のピストン
部１９と、ピストン部１９から延びる円筒部２１とを備
えており、ピストン部１９の外周面と内周面とは、カバ
ー１４の内周面とプーリ１２のスリーブ１３の外周面と
にそれぞれ摺接している。また、ピストン部材１７の円
筒部２１の外周面と内周面とには、それぞれ所定の捩じ
れ角を有するアウターヘリカルギヤ２１ａとインナーヘ
リカルギヤ２１ｂとが刻設されており、アウターヘリカ
ルギヤ２１ａはカバー１４内周面に形成された内歯ヘリ
カルギヤ２２ａと、またインナーヘリカルギヤ２１ｂは
カムシャフト１の端面にボルト１ａ、ピン１ｂにより一
体に装着されたリング状の外歯ヘリカルギヤ２２ｂとそ
れぞれ噛合している。

【００２３】本実施形態の可変バルブタイミング機構１
０では、機関のクランク軸（図示せず）の回転は、タイ
ミングベルト１２ａを介してタイミングプーリ１２に伝
えられる。プーリ１２が回転すると、カバー１４がプー
リ１２と一体に回転し、ヘリカルギヤ２２ａ、２１ａを
介してカバー１４に連結されたピストン部材１７がカバ
ー１４と一体に回転する。ピストン部材１７は、ヘリカ
ルギヤ２１ｂ、２２ｂを介して同時にカムシャフト１に
も連結されているため、これによりカムシャフト１がプ
ーリ１２と一体に回転する。

【００２４】すなわち、本実施形態の可変バルブタイミ
ング機構１０では、カムシャフト１の回転駆動力は、ク
ランク軸からタイミングベルト１２ａを介してタイミン
グプーリ１２に伝達され、プーリ１２からカバー１４、
ヘリカルギヤ２２ａ、２１ａ、ピストン部材１７及びヘ
リカルギヤ２１ｂ、２２ｂを経てカムシャフト１に伝達
される。

【００２５】本実施形態の可変バルブタイミング機構１
０は、ピストン部材１７をカムシャフト１軸線方向に移
動させることにより吸気弁のバルブタイミングの変更を
行う。すなわち、ピストン部材１７は、互いに噛合する
それぞれ所定の捩じれ角のヘリカルギヤ２２ａ、２１ａ
と２１ｂ、２２ｂとによってカバー１４およびカムシャ
フト１に連結されている。このため、ピストン部材１７
がカムシャフト軸線方向に移動するとヘリカルギヤ２２
ａと２１ａ及び２１ｂ、２２ｂの噛合位置はそれぞれの
歯筋に沿って軸線方向に移動する。ところが、それぞれ
のギヤの歯面は、カムシャフト軸線方向に対して捩じれ
角を有するため、噛合位置が軸線方向に移動すると、カ
バー１４とピストン部材１７、及びピストン部材１７と
カムシャフト１とはそれぞれヘリカルギヤの歯筋に沿っ
て円周方向に相対移動する。このため、ピストン部材１
７の軸線方向移動にともなってカバー１４とピストン部
材１７、及びピストン部材１７とカムシャフト１とは相
対的に回転することになる。従って、機関の運転中にピ
ストン部材１７をカムシャフト１軸線方向に移動させる
ことにより、タイミングプーリ１２の回転位相、すなわ
ちクランク軸の回転位相に対するカムシャフト１の回転
位相を進める（或いは遅らせる）ことが可能となり、カ
ムシャフト１に駆動される吸気弁の開閉タイミングを進
角（或いは遅角）させることができる。

【００２６】上述のように、本実施形態の可変バルブタ
イミング機構１０は吸気カムシャフト１の回転位相のみ
を変化させるものであるため、バルブタイミング変更の
際には吸気弁の開弁時期と閉弁時期とは常に同じ量だけ
変化し、吸気弁の開弁期間自体は一定に維持される。本
実施形態では、機関運転中に、油圧を用いてピストン部
材１７を移動させることによって吸気弁のバルブタイミ
ング変更操作を行う。図１に示すように、カムシャフト
１内には２つの油通路２及び３が軸線方向に沿って穿設
されている。油通路２はカムシャフト１の中心に設けら
れ、油通路２の軸端側はボルト１ａに穿設されたポート
２ａを介してカバー１４内面とピストン部材１７の軸端
側端面との間に形成される油圧室５に連通している。ま
た、油通路２のもう一方の端部はカムシャフト１に半径
方向に穿設されたポート２ｂを介して後述するリニアソ
レノイドバルブ２５に接続されている。一方、油通路３
の軸端側端部は前述のリング状外歯ヘリカルギヤ２２ｂ
により閉塞されている。また、油通路３は半径方向に穿
設されたポート３ａを介して、ピストン部材１７端面と
タイミングプーリ１２及びカバー１４とで形成される油
圧室８に連通するとともに、別のポート３ｂを介してリ
ニアソレノイドバルブ２５に連通している。

【００２７】リニアソレノイドバルブ２５は、スプール
２６を有するスプール弁であり、前述の油通路２のポー
ト２ｂに配管を介して接続された油圧ポート２６ａと、
油通路３のポート３ｂに配管を介して接続された油圧ポ
ート２６ｂ、機関潤滑油ポンプ等の油圧供給源２８に接
続されたポート２６ｃ及び２つのドレーンポート２６
ｄ、２６ｅを備えている。バルブ２５のスプール２６は
ポート２６ａと２６ｂのうちのいずれか一方を選択的に
ポート２６ｃに連通し、他方をドレーンポートに接続す
るように動作する。

【００２８】すなわち、図１においてスプール２６が左
方向に移動すると、油通路２のポート２ｂに連通するポ
ート２６ａはポート２６ｃを介して油圧供給源２８に接
続され、ドレーンポート２６ｄは閉鎖される。また、こ
の時同時に油通路３のポート３ｂに接続されたポート２
６ｂはドレーンポート２６ｅに連通する。このため、可
変バルブタイミング機構１０の油圧室５には、機関の潤
滑油ポンプ等の油圧供給源２８から油通路２、ポート２
ａを介して潤滑油が流入し、ピストン部材１７を図１右
方向に押動する。また、この時油圧室８内の潤滑油はポ
ート３ａから油通路３、ポート３ｂ、リニアソレノイド
バルブ２５のポート２６ｂ等を通ってドレーンポート２
６ｅから排出される。このため、ピストン部材１７は図
１右方向に移動する。

【００２９】また、図１において逆にスプール２６が右
方向に移動すると、ポート２６ｂはポート２６ｃに接続
され、ポート２６ａはドレーンポート２６ｄに接続され
る。これにより、油圧室８には油通路３を通って潤滑油
が流入し、油圧室５からは油通路２を通ってドレーンポ
ート２６ｄに潤滑油が排出されるため、ピストン部材１
７は図１左方向に移動する。

【００３０】なお、本実施形態では、油圧室５に潤滑油
が供給されてピストン部材１７が図１右方向に移動する
と吸気弁バルブタイミングは進角側に変更され、油圧室
８に潤滑油が供給されてピストン部材１７が図１左方向
に移動すると吸気弁バルブタイミングは遅角側に変更さ
れるようにヘリカルギヤ２１ａ、２１ｂ及び２２ａ、２
２ｂの捩じり角が設定されている。

【００３１】また、図１に２５ｂで示すのは、スプール
２６を駆動するリニアソレノイドアクチュエータであ
る。リニアソレノイドアクチュエータ２５ｂは後述する
制御回路３０からの制御信号を入力し、この制御信号の
大きさに比例する量だけスプール２６を移動させること
により、ピストン部材１７の位置、すなわち吸気弁のバ
ルブタイミングを変更する。

【００３２】図１に３０で示すのは、リニアソレノイド
バルブ２５の作動を制御する制御回路である。本実施形
態では、制御回路３０はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）
３２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３３、マイク
ロプロセッサ（ＣＰＵ）３４、入力ポート３５、出力ポ
ート３６を相互に双方向性バス３１で接続した公知の構
成のディジタルコンピュータとして構成される。また、
制御回路３０はバッテリ等の電源に直結され、機関が停
止されても記憶保持が可能なバックアップＲＡＭ３７を
備えている。本実施形態の制御回路３０は、機関運転条
件に応じてリニアソレノイドバルブ２５の作動を制御し
て吸気弁のバルブタイミングを調節し、吸排気弁のバル
ブオーバラップ量を制御する。この制御のため、制御回
路３０の入力ポート３５には、機関の吸気通路に設けら
れたエアフローメータ４１から機関吸入空気量（体積流
量）に比例する電圧信号と、機関冷却水通路に設けられ
た水温センサ４２から機関冷却水温度ＴＨＷに比例する
電圧信号とが、それぞれＡＤ変換器４３を介して入力さ
れているほか、機関クランク軸に設けられたクランク軸
回転角センサ４４からクランク軸回転角ＣＡを表すパル
ス信号と、カムシャフトに設けられたカム回転角センサ
４５からカムシャフト１の回転角ＣＭＡを表すパルス信
号とが入力されている。

【００３３】また、本実施形態では機関の燃料タンク
（図示せず）には、タンク内の燃料温度を検出する燃料
温度センサ４７と燃料タンク内圧を検出する燃料タンク
圧力センサ４９とが設けられており、センサ４７からの
燃料温度ＦＴに比例する電圧信号とセンサ４９からのタ
ンク内圧ＦＰに比例する電圧信号とが、それぞれＡＤ変
換器４３を介して制御回路３０の入力ポート３５に入力
されている。

【００３４】エアフローメータ４１で検出した機関吸入
空気量は、公知の方法で重量流量Ｇに換算され、更に機
関回転数ＮＥを用いて機関１回転当たりの吸気重量流量
ＧＮ（＝Ｇ／ＮＥ）が一定時間毎に算出され、制御回路
３０のＲＡＭ３３に格納される。クランク軸回転角セン
サ４４からのパルス信号は、クランク軸回転７２０度毎
に発生するクランク軸の基準位置を示すＮ１信号と、ク
ランク軸回転３０度毎に発生するＮＥ信号とからなり、
カム回転角センサ４５からはカムシャフト回転３６０度
毎にカムシャフトが基準位置に到達したことを示すＣＮ
１パルス信号が発生する。制御回路３０は一定時間毎に
ＮＥ信号のパルス間隔から機関回転数ＮＥを計算すると
ともに、この機関回転数ＮＥを用いてＮ１信号とＣＮ１
信号との時間間隔からカムシャフト１の回転位相（吸気
弁の実際のバルブタイミング）ＶＴを演算する。この演
算結果はＲＡＭ３３に格納される。また、冷却水温度Ｔ
ＨＷは一定時間毎にＡＤ変換され同様にＲＡＭ３３に格
納される。つまり、ＲＡＭ３３に格納されるＧＮ、Ｎ
Ｅ、ＶＴ、ＴＨＷ及びＦＴ、ＦＰ等の各検出値は一定時
間毎に更新され、常時最新の値がＲＡＭ３３に格納され
ている。

【００３５】後述するように、機関回転数ＮＥと機関吸
入空気量ＧＮとは機関の負荷条件を表すパラメータとし
て使用される。また、冷却水温度ＴＨＷは後述するバル
ブタイミングの機関温度に基づく補正のために使用され
る。また、タンク内燃料温度ＦＴとタンク内圧力ＦＰと
は、機関燃料の性状の判定に使用される。一方制御回路
３０の出力ポート３６は、駆動回路４８を介してリニア
ソレノイドバルブ２５のアクチュエータ２５ｂに接続さ
れ、制御信号をアクチュエータ２５ｂに供給している。

【００３６】本実施形態では、制御回路３０は、燃料温
度センサ４７、燃料タンク圧力センサ４９とともに、燃
料性状を判定する燃料性状判定手段、及び機関低温時に
バルブオーバラップ量を燃料性状に応じて補正する燃料
補正手段として機能する。次に、本実施形態の吸気弁の
バルブタイミング設定について図２を用いて説明する。

【００３７】図２は吸気弁と排気弁との一般的な開閉時
期を模式的に示す図である。図２において、ＴＤＣはピ
ストン行程上死点、ＢＤＣは下死点を示し、ＩＯ、ＩＣ
はそれぞれ吸気弁の開弁時期と閉弁時期、ＥＯ、ＥＣは
それぞれ排気弁の開弁時期と閉弁時期とを表している。
図２に示すように、吸気弁は排気行程上死点（ＴＤＣ）
前から開弁し、吸気行程下死点（ＢＤＣ）後に閉弁す
る。また、排気弁は爆発行程下死点（ＢＤＣ）前から開
弁し、排気行程上死点（ＴＤＣ）後に閉弁する。図２に
示すように、排気行程では排気弁が閉じる（ＥＣ）前に
吸気弁が開く（ＩＯ）ようにバルブタイミングが設定さ
れるため、吸気弁と排気弁との両方が開弁している期間
（図２にＯＬで示す期間）が存在する。本実施形態では
期間ＯＬの長さ（角度）をバルブオーバラップ量と称す
る。また、本実施形態では吸気弁開弁時期から上死点ま
での角度をバルブタイミング値ＶＴと定義している。図
２から判るように、本実施形態では排気弁の閉弁時期は
固定されているため、バルブタイミング値ＶＴとバルブ
オーバラップ量ＯＬとは一対一に対応する。すなわち、
ＶＴが大きい（吸気弁の開弁時期ＩＯが早い）ことはバ
ルブオーバラップ量ＯＬもそれに応じて大きくなってい
ることを意味し、ＶＴが小さい（吸気弁の開弁時期ＩＯ
が遅い）ことは、バルブオーバラップ量ＯＬもそれに応
じて小さくなっていることを意味している。

【００３８】一般に、吸気弁のバルブタイミングＶＴ
（バルブオーバラップＯＬ）の設定が機関性能に及ぼす
影響は以下の通りである。 （１）ＶＴを増大させてバルブオーバラップ量ＯＬを大
きく設定すると、吸気管負圧が増大（吸気ポート絶対圧
力が低下）する低負荷時には、既燃ガスの吸気ポートへ
の吹き返しが大きくなる。また、吸気ポートに吹き返し
た既燃ガスが燃焼室内に再吸入されるため燃焼室内の残
留既燃ガス量が大きくなる、いわゆる内部ＥＧＲ効果が
増大する。一方、負荷が増大するにつれてスロットル弁
開度が増大し吸気負圧は減少するため、高負荷時にはバ
ルブオーバラップ量ＯＬを大きく設定しても既燃ガスの
吹き返しは小さくなる。

【００３９】（２）ＶＴを減少させてバルブオーバラッ
プ量ＯＬを小さく設定すると、吸気弁の開弁時期と閉弁
時期とはバルブオーバラップ量ＯＬが大きい場合に較べ
て遅くなる（図２、ＩＯ′、ＩＣ′はバルブオーバラッ
プ量を小さく設定したときの吸気弁の開弁時期と閉弁時
期とを示す）。この場合、圧縮行程時に吸気弁が開弁し
ている期間（図２にＩＢで示す期間）が長くなるため、
低中速回転領域では気筒内に吸入された新気が圧縮行程
初期に気筒から吸気ポートに押し戻されるようになり、
気筒の充填効率が低下する。従って、バルブオーバラッ
プ量ＯＬを小さく設定すると、気筒の実圧縮比が低下す
る。

【００４０】一方、高回転領域では吸気の流速が早くな
るため吸気慣性効果が生じ、閉弁時期を遅くするほど充
填効率が向上して実圧縮比が増大する。このため、機関
高回転領域では、バルブオーバラップ量ＯＬを小さく設
定すると、気筒の実圧縮比は増大する。本実施形態で
は、上記の機関性能に対するバルブタイミング値の影響
を考慮して、以下に説明するように機関の各運転領域に
おける吸気弁バルブタイミングを設定している。

【００４１】図３は、本実施形態における標準状態にお
ける運転時、すなわち機関の暖機完了後の運転時のバル
ブタイミング値ＶＴの設定値の一例を示している。以
下、この標準状態における、バルブタイミング設定値を
基本バルブタイミング値（ｔＶＶＴ）と称する。図３の
表中、縦軸は機関負荷を表すパラメータとして使用する
機関１回転当たりの吸入空気重量ＧＮ（グラム／回
転）、横軸は機関回転数ＮＥ（ＲＰＭ）を表しており、
基本バルブタイミング値ｔＶＶＴはクランク軸の回転角
度（°ＣＡ）で表してある。

【００４２】図３に示すように、基本バルブタイミング
値ｔＶＶＴは、機関の中回転中負荷運転領域（図３にお
いてＮＥ≒２４００〜３２００ＲＰＭ、ＧＮ≒１．０〜
１．２５グラム／回転付近の領域）で最大値をとり（す
なわち、バルブオーバラップ量ＯＬも最大となり）、こ
の中回転中負荷領域から回転数または負荷が離れるほど
小さな値になり、バルブオーバラップ量ＯＬも小さくな
る。

【００４３】すなわち、本実施形態では低負荷領域（例
えば、ＧＮ＜１．００）では、負荷が低いほど基本バル
ブタイミング値ｔＶＶＴ（すなわち、バルブオーバラッ
プ量ＯＬ）を小さく設定して、既燃ガスの吹き返しによ
る内部ＥＧＲの低減による燃焼の安定を図っている。ま
た、中負荷領域では、内部ＥＧＲ量を大幅に増大するこ
とによりエミッションの改善とポンピングロスの低減を
図ることができるためバルブオーバラップ量ＯＬ（基本
バルブタイミング値ｔＶＶＴ）は低負荷または高負荷時
より全般的に大きく設定される。しかし、中負荷領域に
おいても、低速領域でバルブオーバラップ量ＯＬをあま
り大きく設定すると燃焼不安定が生じやすくなるため、
また高速中負荷領域ではバルブオーバラップ量ＯＬを大
きく設定すると吸気慣性を利用できなくなり逆に充填効
率が低下するため、低速領域と高速領域ではバルブオー
バラップ量ＯＬは比較的小さい値に設定される。このた
め本実施形態では、中速中負荷領域でバルブオーバラッ
プ量ＯＬが最大となるように基本バルブタイミング値ｔ
ＶＶＴの値が設定されている。

【００４４】また、高負荷領域では、内部ＥＧＲを低減
して出力を増大する必要があるためＶＴは全般的に小さ
く設定される。特に高速領域ではＶＴを小さくするほど
吸気慣性による新気充填効率の向上効果が大きいため、
低、中速領域よりもＶＴが小さく設定されている。この
ため、本実施形態では、高負荷領域（ＧＮ＞１．２５の
領域）では、負荷が大きくなるほどバルブオーバラップ
量ＯＬは小さくなり、更に同一負荷では低速領域（ＮＥ
＜１６００ＲＰＭ）より高速領域（ＮＥ＞３２００ＲＰ
Ｍ）でバルブオーバラップ量ＯＬが小さくなるように基
本バルブタイミング値ｔＶＶＴが設定されている。

【００４５】次に、本実施形態の機関低温時における基
本バルブタイミング値ｔＶＶＴの補正について説明す
る。上述したように、図３に示したバルブタイミングｔ
ＶＶＴ（バルブオーバラップ量）は、機関が十分に暖機
された後の標準状態におけるものである。ところが、機
関温度が低い状態では燃料の気化状態が悪いため、吸気
ポートへの既燃ガスの吹き返しが大きいと、吸気ポート
に供給された液状のままの燃料粒子が既燃ガスの吹き返
しにより吸気ポート壁面に付着してしまう問題がある。
機関低温時には吸気ポート壁面温度も低く、吸気ポート
壁面に付着した燃料は気化しにくいため、機関低温時に
燃料の壁面付着が生じると気筒内に実際に供給される燃
料の量が減少してしまい、低温運転時の機関回転数上昇
のもたつき（いわゆる冷間ヘジテーション）などの問題
が生じる。そこで、本実施形態では、機関冷却水温度Ｔ
ＨＷに基づいて図３の基本バルブタイミング値ｔＶＶＴ
を補正し、機関温度（機関冷却水温度ＴＨＷ）が低いほ
ど実際のバルブオーバラップ量が小さくなるようにし
て、冷間ヘジテーションの発生を防止している。

【００４６】図４は、冷却水温度ＴＨＷと、ＴＨＷに基
づくバルブタイミング温度補正量ｔＶＴＨＷとの関係を
示すグラフである。図４に示すように、温度補正量ｔＶ
ＴＨＷの値は、暖機完了後（冷却水温度ＴＨＷが所定値
ＴＨＷ₁ 以上）では０に設定され、ＴＨＷ＜ＴＨＷ₁ の
温度範囲では冷却水温度ＴＨＷが低いほど大きな値に設
定され、さらに冷却水温度ＴＨＷが所定値ＴＨＷ₀ 以下
の領域では一定の大きな値に設定される。後述するよう
に、制御回路３０は冷却水温度ＴＷＨに基づいて、温度
補正量ｔＶＴＨＷの値を図４から決定し、機関回転数と
負荷とから決定される基本バルブタイミング値ｔＶＶＴ
を温度補正量ｔＶＴＨＷを用いて補正し、実際の可変バ
ルブタイミング機構１０のバルブタイミング制御目標値
ＶＶＴを、ＶＶＴ＝ｔＶＶＴ−ｔＶＴＨＷ（但しＶＶＴ
≧０）として算出する。

【００４７】この結果、温度補正後のバルブタイミング
制御目標値ＶＶＴは、図３の基本バルブタイミング値ｔ
ＶＶＴから全運転領域にわたって一律に冷却水温度ＴＨ
Ｗに応じた補正量ｔＶＴＨＷだけ小さく設定されること
になる。ところが、このように機関低温時に全部の負荷
領域においてバルブオーバラップ量が小さくなるような
温度補正をすると、前述したように吸気弁の閉弁時期の
遅延により、特に吸気慣性による過給効果が得られない
低中速運転領域では機関実圧縮比の低下による機関の出
力低下が大きくなる問題がある。

【００４８】ところで、上記バルブオーバラップ量の機
関温度による補正は、機関低温時に既燃ガスの吸気ポー
トへの吹き返しにより燃料がポート壁面に付着すること
を防止することを主たる目的としている。しかし、機関
低温時でも吸気ポートに供給された燃料粒子が気化また
は十分に微粒化していれば、既燃ガスの吸気ポートへの
吹き返しがあっても燃料の壁面付着は少なくなる。一
方、燃料の気化傾向は燃料の組成により大きく異なって
おり、軽質成分を多く含む燃料（軽質燃料）では、機関
低温時でも気化状態は良好である。このため、機関低温
時であっても気化状態が良好な軽質燃料を使用している
場合には燃料の壁面付着は生じにくくなっており、バル
ブオーバラップ量を多少大きく設定しても冷間ヘジテー
ション等の問題は生じない。

【００４９】すなわち、機関低温時には一律にバルブオ
ーバラップ量を小さく設定していたのでは、本来もっと
バルブオーバラップ量を大きく設定して機関出力を増大
可能な軽質燃料使用時にも、バルブオーバラップ量が小
さく設定されてしまい、不必要に機関出力の低下を生じ
させることになる。そこで、本実施形態では、前述の温
度補正を行った後のバルブタイミング設定値を更に機関
の使用燃料の性状に応じて補正し、使用燃料が軽質であ
るほどバルブオーバラップ量を増大するようにしてい
る。これにより、機関低温時には真に必要な場合にのみ
バルブオーバラップ量が低減され、不必要な機関出力の
低下が防止される。

【００５０】上記のように、使用燃料の性状に応じて機
関低温時のバルブオーバラップ量を補正するためには、
現在機関で使用している燃料の気化傾向を正確に判定す
る必要がある。本実施形態では、機関始動後の燃料タン
ク内の燃料温度の変化と燃料タンク内圧力の変化とを計
測することにより、以下の方法で燃料性状を判定するよ
うにしている。

【００５１】図５は燃料タンク内の圧力（燃料蒸気圧
力）とタンク内の燃料温度との関係を説明する図であ
る。図５の横軸は燃料温度を、縦軸はタンク内圧力をそ
れぞれ示しており、図中のカーブＡは軽質成分を多く含
む燃料（軽質燃料）の場合を、カーブＢは重質成分を多
く含む燃料（重質燃料）の場合をそれぞれ示している。
燃料タンク内の圧力は燃料温度が上昇すると燃料蒸気圧
の上昇とともに増大する。このとき、図５に示すように
気化しやすい軽質燃料（カーブＡ）では、温度が同一で
あっても気化しにくい重質燃料（カーブＢ）より蒸気圧
が高くなるため、燃料タンク内の圧力は大きくなる。ま
た、図５に示すように軽質燃料の場合のタンク内圧と重
質燃料の場合のタンク内圧との差は燃料温度が高くなる
ほど大きくなる。すなわち、燃料温度が一定量上昇する
間のタンク内圧増加は、燃料が軽質であるほど（気化し
やすいほど）大きくなっている。そこで、本実施形態で
は、燃料温度が所定の温度幅（図５、ΔＦ）だけ上昇す
る間のタンク内圧力上昇（図５、ΔＦＰ）を計測するこ
とにより、燃料の気化傾向を判定している。

【００５２】図６、図７は、上記燃料性状を判定するた
めの判定ルーチンを説明するフローチャートである。本
ルーチンは制御回路３０により一定時間毎に実行され
る。本ルーチンでは、機関始動毎に燃料性状の判定を行
うようにしている。図６においてルーチンがスタートす
ると、ステップ６０１では機関始動が完了したか否かが
判定され、機関始動が完了していない場合（始動操作中
の場合）には、ステップ６０３とステップ６０５でフラ
グＸＦＵＥＬ、ＸＤＴの値がそれぞれ初期値１に設定さ
れる。機関始動完了の有無は、例えば機関回転数が所定
値以上（例えば４００ＲＰＭ以上）に上昇したか否かに
基づいて判定される。また、ＸＦＵＥＬは、機関燃料性
状の判定を機関始動毎に１回のみ実行するためのフラグ
であり、フラグＸＦＵＥＬの値は燃料性状の判定が完了
した後ステップ６３３（図７）で０にセットされる。更
に、フラグＸＤＴは計測開始時の燃料温度ＦＴ０とタン
ク内圧ＦＰ０とを記憶するためのフラグであり、ＸＤＴ
の値はＦＴ０とＦＰ０とを記憶後にステップ６２１で０
にセットされる。

【００５３】ステップ６０１で機関始動が完了していた
場合には、ステップ６０７に進み、フラグＸＦＵＥＬの
値が１にセットされているか否かを判定する。ＸＦＵＥ
Ｌ≠１の場合（すなわち、燃料性状判定が既に終了して
いる場合）には、ステップ６０９以下は実行せずに直ち
にルーチンを終了する。ステップ６０７で、ＸＦＵＥＬ
＝１であった場合には、ステップ６０９に進み、燃料タ
ンク内の燃料残量ＦＬ、燃料タンク内圧ＦＰ及び燃料温
度ＦＴを読み込み、ステップ６１１からステップ６１５
でこれらの値に基づいて、燃料性状判定のための前提条
件が成立しているか否かを判定する。

【００５４】ステップ６１１からステップ６１５で判定
される前提条件は、タンク内燃料残量ＦＬが最小値
（ＡＬ）より大きいこと、タンク内燃料温度ＦＴが所
定の温度範囲内（Ｂ＜ＦＴ＜Ｃ）にあること、タンク
内圧ＦＰが所定の圧力範囲内（Ｄ＜ＦＰ＜Ｅ）にあるこ
と、であり上記からの前提条件のいずれか一つでも
成立しない場合には、本ルーチンは燃料性状の判定を行
うことなく直ちに終了する。

【００５５】ここで、燃料性状判定の際に条件から
を要求するのは、後述するように本実施形態では、燃料
タンク内の温度、圧力の上昇により燃料性状を判定する
ため、温度と圧力の上昇が安定した範囲で計測を行う必
要があるためである。すなわち、条件を要求するの
は、タンク内の燃料残量が所定の最小値以上でない場合
にはタンク内圧力上昇が小さくなり、計測誤差が生じや
すいためであり、条件を要求するのは、温度上昇に対
するタンク内圧力の上昇がある程度大きい範囲（図５参
照）で計測を行うためである。また、条件を要求する
のは、燃料タンクには通常、タンク内圧が一定の範囲内
になるように制御する圧力制御弁が設けられているた
め、この圧力制御弁が作動しない圧力範囲で計測を行う
必要があるからである。

【００５６】ステップ６１１からステップ６１５の条件
が全て成立すると、ステップ６１７から６２１では、条
件が成立した時点のタンク内圧ＦＰと燃料温度ＦＴと
を、それぞれ計測開始時の圧力ＦＰ０、温度ＦＴ０とし
て記憶する。ステップ６１７及びステップ６２１は、ス
テップ６１９を１回だけ実行するために設けられてい
る。

【００５７】次いで、ルーチンは図７ステップ６２３に
進む。図７、ステップ６２３では、現在の燃料温度ＦＴ
が計測開始時の温度ＦＴ０（ステップ６１９）から所定
の温度幅ΔＦだけ上昇したか否かが判定され、上昇幅が
ΔＦより小さい場合にはステップ６２５以下を実行せず
にルーチンを終了する。また、計測開始時からΔＦだけ
燃料温度が上昇していた場合には、ステップ６２５で計
測開始時からの燃料タンク内圧力上昇幅ΔＦＰ（＝ＦＰ
−ＦＰ０）が算出される。そして、ステップ６２７では
燃料性状基本学習値ｔＫＦＵＥＬの値がステップ６２５
で算出したΔＦＰに基づいて決定される。

【００５８】図８は、ΔＦＰとｔＫＦＵＥＬとの関係を
示す図である。図８に示すように本実施形態では、ｔＫ
ＦＵＥＬの値はΔＦＰの値が大きいほど大きな値に設定
される。図５で説明したように、所定の温度上昇幅（Δ
Ｆ）に対するタンク内圧力の上昇幅（ΔＦＰ）は、燃料
の揮発性（気化傾向）が大きいほど、すなわち燃料が軽
質であるほど大きくなる。従って、本実施形態では燃料
性状基本学習値ｔＫＦＵＥＬの値は、燃料が軽質である
ほど大きな値に設定されるようになる。

【００５９】ステップ６２９、ステップ６３１はステッ
プ６２７で求めた燃料性状基本学習値ｔＫＦＵＥＬの値
のタンク内燃料残量に応じた補正を行うステップであ
る。タンク内の燃料残量が少ない（すなわち、タンク内
燃料油面上部空間の容積が大きい）と、燃料温度上昇に
対するタンク内圧力の上昇が小さくなる。従って、現在
のタンク内燃料残量が少ないほどステップ６２７で求め
たｔＫＦＵＥＬの値は真の値より小さくなっていると考
えられる。そこで、本実施形態では、ステップ６０９で
読み込んだ燃料残量ＦＬの値に応じて、燃料残量補正係
数ｔＫＦＬを決定し（ステップ６２９）、真の燃料性状
学習値ＫＦＵＥＬを、ＫＦＵＥＬ＝ｔＫＦＵＥＬ×ｔＫ
ＦＬとして算出している。

【００６０】図９は、燃料残量補正係数ｔＫＦＬと燃料
残量ＦＬとの関係を示す図である。図９に示すように、
ｔＫＦＬの値は燃料残量ＦＬの値が小さいほど大きな値
に設定される。以上により、燃料性状学習値ＫＦＵＥＬ
を算出後、ステップ６３３では算出したＫＦＵＥＬの値
を制御回路３０のバックアップＲＡＭ３７に格納し、ス
テップ６３５でフラグＸＦＵＥＬの値を０にセットした
後ルーチンを終了する。前述のように、フラグＸＦＵＥ
Ｌの値が０にセットされると、その後は燃料性状の判定
（ステップ６０９からステップ６３３）は実行されなく
なる。

【００６１】なお、燃料性状学習値ＫＦＵＥＬの算出に
用いた図８、図９の関係は予め実際の燃料タンクと燃料
性状とに基づいて実験等により決定し、制御回路３０の
ＲＯＭ３２に格納してある。次に、上記燃料性状学習値
ＫＦＵＥＬを用いた本実施形態のバルブタイミング制御
について説明する。図１０は、本実施形態のバルブタイ
ミング制御ルーチンを示すフローチャートである。本ル
ーチンでは、機関運転条件に応じてバルブタイミングを
設定するとともに、上記に説明したように機関冷却水温
度と燃料性状とに基づいてバルブタイミング設定値を補
正する。このルーチンは、制御回路３０により一定時間
毎に実行される。

【００６２】図１０においてルーチンがスタートする
と、ステップ１００１では、機関１回転当たりの吸気重
量流量ＧＮと機関回転数ＮＥが読み込まれる。次いでス
テップ１００３では、このＧＮとＮＥとの値を用いて前
述の図３の関係から基本バルブタイミングｔＶＶＴが読
みだされる。図３の関係は、予めＧＮとＮＥとを用いた
数値マップとして制御回路３０のＲＯＭ３２に格納され
ている。

【００６３】基本バルブタイミングｔＶＶＴ算出後、ス
テップ１００５では、現在の冷却水温度ＴＨＷが読み込
まれ、ステップ１００７では、この冷却水温度ＴＨＷか
ら図４の関係を用いて温度補正量ｔＶＴＨＷが決定され
る。ここで、図４の関係も予めＴＨＷの値を用いた数値
マップの形で制御回路３０のＲＯＭ３２に格納されてい
る。

【００６４】次いで、ステップ１００９では、図６のル
ーチンで算出した燃料性状学習値ＫＦＵＥＬの値がバッ
クアップＲＡＭ３７から読みだされる。そして、ステッ
プ１０１１では、ＫＦＵＥＬの値に基づいて燃料性状補
正量ｔＶＦＵＥＬが決定される。図１１は、燃料性状学
習値ＫＦＵＥＬと燃料性状補正量ｔＶＦＵＥＬとの関係
を示すグラフである。図１１に示すように、本実施形態
では、燃料性状補正量ｔＶＦＵＥＬの値は、学習値ＫＦ
ＵＥＬが大きな値であるほど、すなわち燃料が軽質であ
るほど小さな値に設定される。

【００６５】ステップ１０１３では、上記により求めた
温度補正量ｔＶＴＨＷと燃料性状補正量ｔＶＦＵＥＬと
を用いて、基本バルブタイミングｔＶＶＴが補正され、
バルブタイミングの設定値ＶＶＴが、ＶＶＴ＝ｔＶＶＴ
−ｔＶＴＨＷ−ｔＶＦＵＥＬとして算出される。次い
で、ステップ１０１５、１０１７では、ステップ１０１
１で補正したバルブタイミング設定値ＶＶＴが負の値に
なっている場合にはＶＶＴ＝０に再設定され、バルブタ
イミング設定値ＶＶＴが常にＶＶＴ≧０になるように制
限する。

【００６６】そして、ステップ１０１９では、カム軸回
転角センサ４５で検出した実際のバルブタイミングＶＴ
が設定値ＶＶＴに一致するようにリニアソレノイドバル
ブ２５を制御してルーチンを終了する。この制御は、例
えばＶＶＴとＶＴとの偏差に基づくＰＤＩ（比例微分積
分）制御とされる。上記補正を行うことにより、バルブ
タイミングは他の条件が同じであれば、機関温度が低い
ほど小さな値に設定され、機関温度が低いほどバルブオ
ーバラップ量が小さくなる。また、バルブタイミングＶ
Ｔは使用燃料の性状によっても補正され、他の条件が同
一であれば使用燃料が軽質であるほどバルブタイミング
ＶＴは大きな値になるように補正され、バルブオーバラ
ップ量は大きな値になる。このため、機関温度が低い場
合でも使用燃料が軽質である場合には重質燃料使用時に
較べてバルブオーバラップは大きな値に設定されるよう
になり、機関低温時に本来必要のない機関出力低下が生
じることが防止される。

【００６７】次に、本発明バルブタイミング制御の別の
実施形態について説明する。前述の実施形態では、燃料
性状に応じてバルブタイミングを補正することにより、
機関低温時であってもバルブオーバラップを小さく設定
する必要のない軽質燃料使用時には、バルブオーバラッ
プ量を増大して機関出力の低下を防止していた。これに
対して、本実施形態では燃料性状の代わりに可変バルブ
タイミング機構１０の作動速度に応じてバルブオーバラ
ップ量を補正する。

【００６８】前述したように、一般に機関低温時には可
変バルブタイミング機構作動油の粘性増大や各作動部の
フリクション増大等により可変バルブタイミング機構作
動速度は低下する。このため、機関負荷状態が変化して
バルブタイミング制御目標値（最適バルブタイミング
値）が減少した場合には、実際のバルブタイミングが制
御目標値に到達するまでに比較的長い時間を要するよう
になり、一時的に実際のバルブタイミングが最適バルブ
タイミング値より大きい状態が続くことになる。

【００６９】この場合、バルブオーバラップ量も最適値
より大きい状態となるため、実際のバルブオーバラップ
量が最適値に較べて非常に大きい場合には機関の失火を
生じることになる。そこで、一般的には機関低温時で可
変バルブタイミング機構の作動速度が低下した場合で
も、実際のバルブオーバラップ量が最適値に較べて過度
に大きくなることがないように、機関低温時にはバルブ
オーバラップ量を極めて小さく設定することが行われて
いる。すなわち、通常の低温時のバルブオーバラップ量
の設定値は、可変バルブタイミング機構の作動速度が大
幅に低下した場合を考慮して設定されている。

【００７０】ところが、実際には機関低温時であっても
一律に可変バルブタイミング機構の作動速度が低下する
わけではない。例えば、作動油として低温時の粘性が低
いものを使用した場合などは機関低温時であっても可変
バルブタイミング機構の作動速度はそれほど低下しな
い。また、機構各部のクリアランスには公差の範囲内で
ばらつきがあるため、製品によっては各部のクリアラン
スが大きく、低温時のフリクションが小さいために作動
速度が低温時でもそれほど低下しないものも存在する。
このような場合には、低温時のバルブオーバラップ量を
比較的大きな値に設定しても失火が生じるおそれはな
い。このため、低温時のバルブオーバラップ量を一律に
小さな値に設定したのでは、低温時の作動速度がそれほ
ど低下しない場合には不必要に機関出力を低下させる結
果になる。

【００７１】そこで、本実施形態では機関運転中に可変
バルブタイミング機構１０の作動速度を実際に検出し、
検出した作動速度に応じてバルブタイミングの設定値を
補正するようにしている。図１２は、可変バルブタイミ
ング機構の作動速度を検出し、作動速度に応じてバルブ
タイミングの作動速度補正量ｔＶＶＴＲを算出する補正
量算出ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチ
ンは、制御回路３０により一定時間毎（例えば１００ミ
リ秒程度毎）に実行される。

【００７２】図１２においてルーチンがスタートする
と、ステップ１２０１では、現在の実際のバルブタイミ
ングの値ＶＴと、後述するバルブタイミング制御ルーチ
ン（図１４）で算出されるバルブタイミング設定値（制
御目標値）ＶＶＴとが読み込まれ、ステップ１２０３で
は前回ルーチン実行時からのバルブタイミング値ＶＴの
変化量ΔＶＴが、ΔＶＴ＝｜ＶＴ−ＶＴ_i-1 ｜として算
出される。ＶＴ_i-1 は、前回ルーチン実行時のバルブタ
イミング値である。本ルーチンは一定時間間隔で実行さ
れるため、この変化量ΔＶＴは現在の可変バルブタイミ
ング機構の実際の作動速度を表すことになる。そして、
ステップ１２０５では、次回のルーチン実行に備えてＶ
Ｔ_i-1 の値を更新する。

【００７３】次いで、ステップ１２０７では、バルブタ
イミング制御目標値ＶＶＴと現在のバルブタイミング値
ＶＴとの偏差｜ＶＶＴ−ＶＴ｜が所定値Ａより大きいか
否かが判定され、｜ＶＶＴ−ＶＴ｜＞Ａの場合にのみス
テップ１２０９から１２１５の作動速度補正量の算出ス
テップを実行する。偏差｜ＶＶＴ−ＶＴ｜が所定値Ａよ
り大きい場合にのみ作動速度補正量を算出するようにし
たのは、制御目標値ＶＶＴと実際のバルブタイミングＶ
Ｔとの偏差がある程度大きく、可変バルブタイミング機
構１０の作動速度が十分に大きくなっている状態で計測
したバルブタイミング値変化量ΔＶＴを作動速度として
採用するようにするためである。すなわち、制御目標値
と実際のバルブタイミング値との偏差がある程度大きい
状態では、可変バルブタイミング機構の作動速度も大き
くなっており、作動速度のばらつきも少なくなってい
る。このため、この状態で計測した変化量ΔＶＴに基づ
いて作動速度補正量を算出することにより、信頼性の高
い作動速度補正を行うことができるためである。

【００７４】ステップ１２０７で、偏差｜ＶＶＴ−ＶＴ
｜が所定値Ａより大きい場合には、ついでステップ１２
０９で、制御目標値ＶＶＴが実際のバルブタイミング値
ＶＴより大きいか否か、すなわち現在可変バルブタイミ
ング機構がバルブタイミングの進角動作中（バルブタイ
ミングを増大中）か遅角動作中（バルブタイミングを低
減中）かを判定する。そして、進角中（ＶＶＴ＞ＶＴ）
であった場合にはステップ１２１１に進み、ステップ１
２０３で算出したバルブタイミング変化量（変化速度）
ΔＶＴを用いて、図１３にカーブＡで示した関係から作
動速度補正係数ｔＶＶＴＲを決定する。また、遅角中
（ＶＶＴ≦ＶＴ）であった場合には、ステップ１２１３
に進み、ΔＶＴを用いて、同様に図１３にカーブＢで示
した関係から作動速度補正係数ｔＶＶＴＲを決定する。
そして、ステップ１２１５では、ステップ１２１１また
はステップ１２１３で決定した作動速度補正係数ｔＶＶ
ＴＲを、実際に使用する作動速度補正量ＶＶＴＲとして
記憶してルーチンを終了する。

【００７５】図１３は、作動速度補正係数ｔＶＶＴＲと
可変バルブタイミング機構作動速度ΔＶＴとの関係を示
す図である。通常、可変バルブタイミング機構はカム軸
から進角側または遅角側のいずれかの方向に反力を受け
ているため、他の条件が同一であっても進角動作中と遅
角動作中とでは作動速度ΔＶＴが異なってくる。そこ
で、本実施形態では進角動作中か遅角動作中かにかかわ
らず同一の作動速度補正係数ｔＶＶＴＲが得られるよう
に、進角動作中（カーブＡ）と遅角動作中（カーブＢ）
との２つのカーブを準備し、計測したΔＶＴが進角中か
遅角中かに応じて選択するようにしている。なお、図１
３は可変バルブタイミング機構がカム軸からバルブタイ
ミング遅角方向に反力を受ける場合（遅角動作の作動速
度が進角動作の作動速度より速い場合）を示している。

【００７６】図１４は上記の作動速度補正量ＶＶＴＲを
用いた可変バルブタイミング機構の作動速度に応じた補
正を行う、本実施形態のバルブタイミング制御ルーチン
のフローチャートである。本ルーチンは制御回路３０に
より一定時間毎に実行される。図１４において、ルーチ
ンがスタートすると、ステップ１４０１からステップ１
４０７ではＧＮ、ＮＥに基づく基本バルブタイミングｔ
ＶＶＴの設定と、機関温度に基づく温度補正量ｔＶＴＨ
Ｗの決定とが行われる。ステップ１４０１からステップ
１４０７の各ステップは、図１０のステップ１００１か
ら１００７と同一であるので、ここでは説明は省略す
る。

【００７７】ステップ１４０７を終了すると、本ルーチ
ンではステップ１４０９以下の可変バルブタイミング機
構作動速度に基づくバルブタイミングの補正が行われ
る。すなわち、ステップ１４０９では図１２のルーチン
で算出した作動速度補正量ＶＶＴＲを読み込み、ステッ
プ１４１１では、ステップ１４０７で算出した温度補正
量ｔＶＴＨＷと作動速度補正量ＶＶＴＲとを用いて、基
本バルブタイミングｔＶＶＴを補正し、バルブタイミン
グ設定値ＶＶＴを、ＶＶＴ＝ｔＶＶＴ−ｔＶＴＨＷ＋Ｖ
ＶＴＲとして設定する。すなわち、バルブタイミングは
作動速度補正量ＶＶＴＲが大きい程進角され、バルブオ
ーバラップが増大することになる。前述のように作動速
度補正量ＶＶＴＲは、可変バルブタイミング機構作動速
度が大きいほど大きな値に設定される（図１３）ため、
本実施形態では機関低温時であってもバルブオーバラッ
プ量は可変バルブタイミング機構作動速度が大きいほど
大きな値に設定されることになる。

【００７８】上記によりバルブタイミングＶＶＴを設定
後、ステップ１４１３からステップ１４１９ではバルブ
タイミング設定値ＶＶＴが正の値であり、且つ基本バル
ブタイミングｔＶＶＴを越えないように制限し、ステッ
プ１４２１では制限後のＶＶＴに基づいて可変バルブタ
イミング機構１０を制御する。本実施形態では、上記ル
ーチン実行により機関低温時であっても可変バルブタイ
ミング機構作動速度が大きく、バルブオーバラップ量を
小さく設定する必要がない場合にはバルブオーバラップ
量が可変バルブタイミング機構作動速度に応じて増大補
正されるので、機関低温時であっても本来必要のない機
関出力低下が生じることを防止できる。

【００７９】次に、可変バルブタイミング機構作動速度
に基づく補正量ＶＶＴＲの算出の、図１２とは別の実施
形態について説明する。図１２の実施形態では、バルブ
タイミングの設定値ＶＶＴと実際のバルブタイミング値
ＶＴとの差が大きい場合のバルブタイミング値の変化速
度ΔＶＴに基づいて補正量ＶＶＴＲを算出している。し
かし、実際には可変バルブタイミング機構の作動速度は
機関回転数によって変化する。例えば、機関低回転時に
は機関駆動の油圧ポンプの回転数も低くなる。このた
め、可変バルブタイミング機構作動油の油圧が低下し、
可変バルブタイミング機構の作動速度も低下する。ま
た、逆に機関高回転時には油圧ポンプの回転数が上昇
し、作動油油圧が上昇するため可変バルブタイミング機
構作動速度は大きくなる。

【００８０】一方、前述のように図１２のルーチンで
は、設定値ＶＶＴと実際のバルブタイミング値ＶＴとの
偏差が大きい場合にのみ作動速度補正量ＶＶＴＲを算出
しているため、ＶＶＴＲの算出頻度は比較的少なくな
る。このため、ＶＶＴＲ算出時の機関回転数と、ＶＶＴ
Ｒを用いてバルブタイミングを補正する時の機関回転数
とが異なっていると、実際の可変バルブタイミング機構
作動速度と補正量ＶＶＴＲとが対応しなくなるおそれが
ある。すなわち、機関低回転時に算出したＶＶＴＲを用
いて、機関高回転時にバルブタイミング補正を行うと実
際には可変バルブタイミング機構作動速度は大きいにも
かかわらずバルブオーバラップの増大量は小さく設定さ
れてしまう（図１４、ステップ１４１１）。また、逆に
機関高回転時に算出したＶＶＴＲを用いて機関低回転時
に図１４ステップ１４１１の補正を行うと、実際には可
変バルブタイミング機構の作動速度が低下しているにも
かかわらず、バルブオーバラップが大きく設定されてし
まうおそれがある。

【００８１】そこで、本実施形態では作動速度補正量Ｖ
ＶＴＲの算出時とＶＶＴＲに基づくバルブタイミング補
正時とにそれぞれ機関回転数に基づいて補正を行うこと
により、回転数差により生じる作動速度の差を補正して
いる。図１５は機関回転数による可変バルブタイミング
機構作動速度変化の一例を示している。図１５(A) は、
機関駆動の油圧ポンプの吐出圧力の機関回転数による変
化を示している。図１５(A) に示すように、ポンプ吐出
圧力は機関回転数が上昇するにつれて高くなる。また、
図１５(B) は図１５(A) の油圧変化による可変バルブタ
イミング機構作動速度の変化を示す。図１５(B) に示す
ように可変バルブタイミング機構作動速度は、油圧ポン
プの吐出圧力と略同一の変化を示す。

【００８２】本実施形態では、図１５の特性に基づいて
回転数に応じて決定される回転数補正係数ｔＶＮＥを導
入し、作動速度補正量ＶＶＴＲを補正する。図１６は、
回転数補正係数ｔＶＮＥと機関回転数ＮＥとの関係を示
す図である。図１６に示すように、回転数補正係数ｔＶ
ＮＥは、図１５(B) と同一の特性になるように設定され
ている。

【００８３】図１７は、上記補正係数ｔＶＮＥを用いた
作動速度補正量ＶＶＴＲ算出ルーチンを示すフローチャ
ートである。図１７、ステップ１７０１からステップ１
７１３は、バルブタイミング値の変化量ΔＶＴから作動
速度補正係数ｔＶＶＴＲを算出するステップであり、図
１２のステップ１２０１からステップ１２１３と同一で
あるので、ここでは説明を省略する。本実施形態では、
上記により作動速度補正係数ｔＶＶＴＲを算出した後、
ステップ１７１５で現在の機関回転数ＮＥを読み込ん
で、ステップ１７１７でこの回転数ＮＥを用いて図１６
の関係から回転数補正係数ｔＶＮＥを算出する。そし
て、ステップ１７１９では、ｔＶＶＴＲをｔＶＮＥで除
した値を基本作動速度補正量ＶＶＴＲ₀ として記憶す
る。

【００８４】図１８は、上記により記憶した補正量ＶＶ
ＴＲ₀ と回転数補正係数ｔＶＮＥとを用いた本実施形態
のバルブタイミング制御ルーチンを示すフローチャート
である。図１８のルーチンは、図１４のルーチンのステ
ップ１４０９と１４１１との間にステップ１８１０とス
テップ１８１０ａとが追加されている点のみが相違し、
ステップ１８０１からステップ１８０９は図１４のステ
ップ１４０１からステップ１４０９と、ステップ１８１
１からステップ１８２１は図１４のステップ１４１１か
らステップ１４２１と、それぞれ同一の操作となってい
る。

【００８５】図１８では、ステップ１８０９で、図１７
で設定した基本作動速度補正量ＶＶＴＲ₀ を読み込むと
ともに、ステップ１８１０では図１６に基づいて現在の
機関回転数ＮＥに応じた回転数補正係数ｔＶＮＥを算出
する。そして、この現在の機関回転数に基づく回転数補
正係数ｔＶＮＥを用いて、基本補正量ＶＶＴＲ₀ の値を
再度補正する。すなわち、ＶＶＴＲ₀ に補正係数ｔＶＮ
Ｅを乗じた値を用いて求めた値を作動速度補正量ＶＶＴ
Ｒとしてステップ１８１１以下のバルブタイミング補正
を行う。

【００８６】このように、補正量ＶＶＴＲ₀ 算出時とバ
ルブタイミング補正時とに、それぞれ機関回転数を用い
て補正を行うようにしたことにより、機関回転数の変化
にかかわらず正確に可変バルブタイミング機構作動速度
に基づく補正を行うことが可能となる。例えば、機関高
回転時に算出したｔＶＶＴＲ（図１７ステップ１７１
１、１７１３）の値は、高回転時の比較的大きな回転数
補正係数ｔＶＮＥ（図１６）により除した値がＶＶＴＲ
₀ として記憶され、機関低回転時にバルブタイミング補
正（図１８、ステップ１８１１）を行う場合には、この
ＶＶＴＲ₀ に低回転時の比較的小さな補正係数ｔＶＮＥ
を乗じた値ＶＶＴＲを制御に使用する（図１８、ステッ
プ１８１０ａ）ことになる。このため、バルブタイミン
グ補正に使用するＶＶＴＲは比較的小さな値となり、現
在の機関回転数に対応したバルブタイミング補正を行う
ことができる。

【００８７】このように、本実施形態によれば、検出し
た可変バルブタイミング機構の作動速度を機関の回転数
に応じて補正することにより、より正確にバルブオーバ
ラップ量の補正を行うことが可能となる。

【００８８】

【発明の効果】各請求項記載の発明によれば、機関低温
時に真に必要な場合にのみバルブオーバラップ量を低減
することが可能となり、不必要な機関出力の低下を防止
することができるという共通の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバルブタイミング制御装置を４サイク
ルエンジンの吸気弁に適用した実施例の概略構成を示す
図である。

【図２】吸気弁と排気弁との一般的な開閉時期を模式的
に示す図である。

【図３】機関の暖機完了後の基本バルブタイミング値の
設定例を示す図である。

【図４】バルブタイミングの温度補正量と機関冷却水温
度との関係を示す図である。

【図５】燃料温度変化によるタンク内圧力の変化を説明
する図である。

【図６】燃料性状判定ルーチンを示すフローチャートの
一部である。

【図７】燃料性状判定ルーチンを示すフローチャートの
一部である。

【図８】燃料性状基本学習値とタンク内圧力変化との関
係を示すグラフである。

【図９】燃料学習補正係数の燃料残量による補正を示す
グラフである。

【図１０】バルブタイミング制御ルーチンの一実施形態
のフローチャートである。

【図１１】燃料性状補正量の設定を示すグラフである。

【図１２】可変バルブタイミング機構作動速度に基づく
補正量の算出ルーチンの一実施形態を示すフローチャー
トである。

【図１３】作動速度補正量の設定を示すグラフである。

【図１４】バルブタイミング制御ルーチンの一実施形態
を示すフローチャートである。

【図１５】機関回転数による可変バルブタイミング機構
作動速度の変化を説明する図である。

【図１６】機関回転数と回転数補正係数との関係を示す
グラフである。

【図１７】機関回転数を考慮した作動速度補正量の算出
ルーチンを示すフローチャートである。

【図１８】バルブタイミング制御ルーチンの一実施形態
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…カムシャフト １０…可変バルブタイミング装置 ３０…制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２０ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２０ 45/00 ３６４ 45/00 ３６４Ｋ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のバルブタイミングを変更する
   ことにより、内燃機関の運転状態に応じて機関のバルブ
   オーバラップ量を調節し、機関低温時に機関高温時に較
   べて機関のバルブオーバラップ量を小さく設定するバル
   ブタイミング制御装置において、 機関の使用燃料の性状を判定する燃料判定手段と、 該燃料判定手段により、機関使用燃料が軽質燃料である
   と判断されたときには、機関低温時のバルブオーバラッ
   プ量を機関使用燃料が重質燃料であると判定された場合
   に較べて大きくなるように補正する燃料補正手段と、 を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 【請求項２】 内燃機関のバルブタイミングを変更する
   ことにより、内燃機関の運転状態に応じて機関のバルブ
   オーバラップ量を調節し、機関低温時に機関高温時に較
   べて機関のバルブオーバラップ量を小さく設定するバル
   ブタイミング制御装置において、 バルブタイミング変更時のバルブタイミング変化速度を
   検出する作動速度検出手段と、 機関低温時のバルブオーバラップ量を、前記バルブタイ
   ミング変化速度が大きいときに前記バルブタイミング変
   化速度が小さいときより大きくなるように補正する作動
   速度補正手段と、 を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 【請求項３】 更に、機関回転数を検出する回転数検出
   手段を備え、機関低温時のバルブオーバラップ量を、機
   関回転数が高いときに機関回転数が低いときより大きく
   なるように補正する回転数補正手段を備えた請求項２に
   記載のバルブタイミング制御装置。