(57)【要約】【課題】バックファイアの発生を抑制してアトキンソンサイクルによる燃料消費量の低減を実現する内燃機関の制御システム及びその制御装置を提供することにある。【解決手段】内燃機関の負荷が減少するにしたがって、吸気側可変動弁機構によって吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を遅角側に制御し、更に点火時期制御手段によって点火時期(ＩｇＴ)を進角側に制御すると共に、点火時期(ＩｇＴ)を吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側で、しかも吸気閉時期(ＩＶＣ)と点火時期(ＩｇＴ)の間の角度差を常に所定の補正角度(Δθｃｍｐ)以上に維持する構成とした。吸気側可変動弁機構によって吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を大きく遅角してアトキンソンサイクルによる燃料消費量の低減効果を高め、且つ点火時期(ＩｇＴ)を進角して機関トルクの低下を抑制すると共に、点火時期(ＩｇＴ)が吸気閉時期(ＩＶＣ)を超えて進角されないので、バックファイアを抑制することができる。【選択図】図８
2020007959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射手段と、
前記燃焼室内に形成された可燃混合気を点火する点火手段と、
前記燃焼室に配置された吸気バルブの閉弁時期(以下、吸気閉時期(ＩＶＣ)と表記する)を制御する可変動弁機構と、
前記点火手段の点火時期(以下、点火時期(ＩｇＴ)と表記する)を制御する点火時期制御手段、及び前記可変動弁機構を制御する可変動弁制御手段と
を備えた内燃機関の制御システムであって、
前記可変動弁制御手段は、前記内燃機関の負荷が減少するにしたがって、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの前記吸気閉時期(ＩＶＣ)を遅角側に制御し、
前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の負荷が減少するにしたがって、前記点火時期(ＩｇＴ)を進角側に制御すると共に、前記点火時期(ＩｇＴ)を前記吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側で、しかも前記吸気閉時期(ＩＶＣ)と前記点火時期(ＩｇＴ)の間の角度差を所定の補正角度(Δθｃｍｐ)以上に維持する
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御システムにおいて、
前記補正角度(Δθｃｍｐ)は、負荷が減少しても一定値の補正角度(Δθｃｍｐ)に設定されているか、或いは負荷が減少するにしたがって大きくなる補正角度(Δθｃｍｐ)に設定されている
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項３】
請求項1に記載の内燃機関の制御システムにおいて、
前記補正角度(Δθｃｍｐ)は、クランク角で４°〜８°に設定されている
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項４】
請求項1に記載の内燃機関の制御システムにおいて、
前記可変動弁機構が異常を生じた場合、前記点火時期制御手段は、前記可変動弁機構の機械的な最遅角位置での前記吸気閉時期(ＩＶＣ)よりも遅角側に前記点火時期(ＩｇＴ)を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項５】
請求項1に記載の内燃機関の制御システムにおいて、
前記補正角度(Δθｃｍｐ)は、前記内燃機関の回転数が高くなるにしたがって大きくなる補正角度(Δθｃｍｐ)に設定されている
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関の制御システムにおいて、
前記吸気バルブの前記吸気閉時期(ＩＶＣ)は、前記可変動弁機構に設けられた角度センサによって検出されている
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項７】
請求項１に記載の内燃機関の制御システムにおいて、
前記吸気バルブの前記吸気閉時期(ＩＶＣ)は、前記内燃機関に設けられたノックセンサからの前記吸気バルブの着座によって生じる振動信号から検出されている
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項８】
請求項１に記載の内燃機関の制御システムにおいて、
前記内燃機関は、過給器を備えた内燃機関、或いはリーンバーン燃焼式の内燃機関、或いは多量のＥＧＲを行なう内燃機関である
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項９】
内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射手段と、前記燃焼室内に形成された可燃混合気を点火する点火手段と、前記燃焼室に配置された吸気バルブの閉弁時期(以下、吸気閉時期(ＩＶＣ)と表記する)を制御する可変動弁機構を備えた内燃機関に使用され、前記点火手段の点火時期(以下、点火時期(ＩｇＴと表記する)を制御する点火時期制御手段、及び前記可変動弁機構を制御する可変動弁制御手段を有する備えた内燃機関の制御装置であって、
前記可変動弁制御手段は、前記内燃機関の負荷が減少するにしたがって、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの前記吸気閉時期(ＩＶＣ)を遅角側に制御し、
前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の負荷が減少するにしたがって、前記点火時期(ＩｇＴ)を進角側に制御すると共に、前記点火時期(ＩｇＴ)を前記吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側で、しかも前記吸気閉時期(ＩＶＣ)と前記点火時期(ＩｇＴ)の間の角度差を所定の補正角度(Δθｃｍｐ)以上に維持する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記点火時期制御手段は、
前記吸気バルブの前記吸気閉時期(ＩＶＣ)と前記点火手段の前記点火時期(ＩｇＴ)の間の角度差(Δθａｃｔ)が所定の角度差閾値(Δθｓｌｄ)より小さい場合に、前記吸気閉時期(ＩＶＣ)を起点として前記補正角度(Δθｃｍｐ)分だけ遅角側に前記点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記点火時期制御手段は、
前記内燃機関の負荷が所定の負荷より小さいく、前記吸気バルブの前記吸気閉時期(ＩＶＣ)と前記点火手段の前記点火時期(ＩｇＴ)の間の角度差(Δθａｃｔ)が所定の角度差閾値(Δθｓｌｄ)より小さい場合に、前記吸気閉時期(ＩＶＣ)を起点として前記補正角度(Δθｃｍｐ)分だけ遅角側に前記点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記点火時期制御手段は、
前記内燃機関の負荷が所定の負荷より小さい場合に、前記吸気閉時期(ＩＶＣ)を起点として前記補正角度(Δθｃｍｐ)分だけ遅角側に前記点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記補正角度(Δθｃｍｐ)は、負荷が減少しても一定値の補正角度(Δθｃｍｐ)に設定されているか、或いは負荷が減少するにしたがって大きくなる補正角度(Δθｃｍｐ)に設定されている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記補正角度(Δθｃｍｐ)は、クランク角で４°〜８°に設定されている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記可変動弁機構が異常を生じた場合、前記点火時期制御手段は、前記可変動弁機構の機械的な最遅角位置での前記吸気閉時期(ＩＶＣ)よりも遅角側に前記点火時期(ＩｇＴ)を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１６】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記補正角度(Δθｃｍｐ)は、前記内燃機関の回転数が高くなるにしたがって大きくなる補正角度(Δθｃｍｐ)に設定されている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１７】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気バルブの前記吸気閉時期(ＩＶＣ)は、前記可変動弁機構に設けられた角度センサによって検出されている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１８】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気バルブの前記吸気閉時期(ＩＶＣ)は、前記内燃機関に設けられたノックセンサからの前記吸気バルブの着座によって生じる振動信号から検出されている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御システム及びその制御装置に係り、特にアトキンソンサイクルを実施する内燃機関の制御システム及びその制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な内燃機関では、膨張行程の後半において、排気バルブが開弁する前の筒内(燃焼室)の圧力は比較的高く、排気バルブの開弁により筒内の圧力は、排気ポート内の圧力、例えば大気圧レベルにまで低下する。ところが、アトキンソンサイクルとして膨張比を大きくしていくと、膨張行程の後半において筒内の圧力が大気圧以下となり、その後に排気バルブが開弁して排気ポートの圧力によって筒内の圧力が上昇する。
【０００３】
このように膨張比を大きくすると、膨張行程の後半において筒内の圧力が大気圧以下になることによってポンピング損失が発生する。このような問題に対処するために、例えば、特開２００８-１５７１２８号公報（特許文献１）では、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、排気バルブの開弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを備えた内燃機関を提案している。
【０００４】
そして、内燃機関の低負荷運転時には最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされるが、このとき膨張行程の後半において、筒内の圧力が大気圧以下にならないように排気バルブの開弁時期が早められて、ポンピング損失を抑制するようにしている。
【０００５】
更に、上述した特許文献１においては、図１３に示されているように、吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を、吸気下死点(ＢＤＣ)の後のクランク角で９０°を越えて圧縮行程側に大きく遅角して、アトキンソンサイクルによる燃料消費量の低減効果を高める例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８-１５７１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を、吸気下死点(ＢＤＣ)を起点として遅角側(圧縮行程側)に大きく遅角すると、アトキンソンサイクルによる大きな燃料消費量の低減効果が得られる。ところで、最近では自動車の燃料消費量や排気ガス有害成分に関する規制が強化されており、今後もますます厳しくなる傾向にある。特に燃料消費量については、排出される二酸化炭素が地球温暖化へ与える影響が大きいことから、更なる燃料消費量の低減が要請されている。
【０００８】
そして、燃料消費量の低減を推し進めるために、アトキンソンサイクルでの吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を更に遅角させることが提案されている。また、アトキンソンサイクルの実行領域を低負荷側まで拡大すると、運転負荷全体として燃料消費量を低減することができる。一方で、アトキンソンサイクルでは低負荷領域での機関トルクの低下を抑制するため、熱効率を高めるために、点火時期を進角側に制御している。
【０００９】
このため、吸気行程においては、吸気ポート噴射や筒内直接噴射によって燃料が供給されているので、アトキンソンサイクルで吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を圧縮行程側に大きく遅角させると、吸気系側に可燃混合気が逆流することになる。
【００１０】
この状態で、吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)が遅角側へ大きく移行され、逆に点火時期(ＩｇＴ)が進角側に移行されると、点火時期(ＩｇＴ)が吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を超えるように進角されることがある。
【００１１】
したがって、点火プラグの発火によって筒内の可燃混合気に点火され、この点火によって発生した火炎は、吸気バルブがまだ開いているので吸気系側に流れ込み、吸気系側に滞留している可燃混合気を爆発的に燃焼させる、バックファイアという現象を生じる恐れがある。
【００１２】
本発明の目的は、バックファイアの発生を抑制してアトキンソンサイクルによる燃料消費量の低減を実現する内燃機関の制御システム及びその制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の特徴は、内燃機関の負荷が減少するにしたがって、吸気側可変動弁機構によって吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を遅角側に制御し、更に点火時期制御手段によって点火時期(ＩｇＴ)を進角側に制御すると共に、点火時期(ＩｇＴ)を吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側で、しかも吸気閉時期(ＩＶＣ)と点火時期(ＩｇＴ)の間の角度差を所定の補正角度(Δθｃｍｐ)以上に維持する、ところにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、吸気側可変動弁機構によって吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を大きく遅角してアトキンソンサイクルによる燃料消費量の低減効果を高め、且つ点火時期(ＩｇＴ)を進角して機関トルクの低下を抑制すると共に熱効率を高め、点火時期(ＩｇＴ)が吸気閉時期(ＩＶＣ)を超えて進角されないので、バックファイアを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る内燃機関の制御システムの全体概略図である。
【図２】吸気側可変動弁機構と排気側可変動弁機構の外観構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態であって、第４負荷での排気バルブと吸気バルの開閉時期、及び点火時期の関係を説明する説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態であって、第３負荷での排気バルブと吸気バルの開閉時期、及び点火時期の関係を説明する説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態であって、第２負荷での排気バルブと吸気バルの開閉時期、及び点火時期の関係を説明する説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態であって、第１負荷での排気バルブと吸気バルの開閉時期、及び点火時期の関係を説明する説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態であって、回転角の進行に対応した第１負荷から第４負荷までの排気バルブと吸気バルブのリフトと開閉時期、及び点火時期の関係を説明する説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態であって、第１負荷から第４負荷までの排気バルブと吸気バルブの開閉時期の変化、及び点火時期の変化を説明する説明図である。
【図９Ａ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の制御システムでの制御を実行する制御フローの前半を示すフローチャートである。
【図９Ｂ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の制御システムでの制御を実行する制御フローの後半を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態になる制御フローを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態になる制御フローを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第４の実施形態であって、吸気側可変動弁機構に異常が発生した場合の第１負荷から第４負荷までの排気バルブと吸気バルブの開閉時期の変化、及び点火時期の変化を説明する説明図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態であって、内燃機関の回転数と回転補正カウ度の関係を説明する説明図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態であって、第１負荷から第４負荷までの排気バルブと吸気バルブの開閉時期の変化、及び点火時期の変化を説明する説明図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態になる制御フローを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第６の実施形態であって、着座検出信号とノック検出信号の関係を説明する説明図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態になる制御フローを示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第７の実施形態であって、第１負荷から第４負荷までの排気バルブと吸気バルブの開閉時期の変化、及び点火時期の変化を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【実施例１】
【００１７】
本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本発明が適用される内燃機関の制御システムの構成、及び可変動弁機構の構成を簡単に説明する。
【００１８】
図１において、シリンダブロック０１とシリンダヘッド０２との間に、ピストン０３を介して燃焼室０４が形成されていると共に、シリンダヘッド０２のほぼ中央位置に点火プラグ０５が設けられている。ピストン０３は、ピストンピンに一端部が連結されたコネクチングロッド０６を介してクランクシャフト０７に連結されている。
【００１９】
このクランクシャフト０７は、冷機時の通常の始動やアイドリングストップ後の自動的な始動がピニオンギア機構０９を介してスタータモータ０８によって行われるようになっている。尚、クランクシャフト０７は、後述するクランク角センサ０１０によってクランク角及び回転数が検出されるようになっている。
【００２０】
シリンダブロック０１には、ノックの発生を検出するノックセンサ０１５や、ウォータジャケット内の水温を検出する水温センサ０１１が取り付けられていると共に、シリンダヘッド０２には、燃焼室０４内に燃料を噴射する燃料噴射弁０１２が設けられている。
【００２１】
更に、シリンダヘッド０２の内部に形成された吸気ポート０１３や排気ポート０１４を開閉する１気筒当たりそれぞれ２つの吸気バルブ４及び排気バルブ５がそれぞれ摺動自在に設けられていると共に、吸気バルブ４側と排気バルブ５側には可変動弁機構が設けられている。
【００２２】
吸気バルブ側には吸気側バルブタイミング制御機構(以下、吸気側ＶＴＣ機構と表記する)３が設けられ、排気バルブ側には排気側バルブリフト制御機構(以下、排気側ＶＥＬ機構と表記する)１、及び排気側バルブタイミング制御機構(以下、排気側ＶＴＣ機構と表記する)２が設けられる。制御手段(コントローラ)２２には図示したようなセンサ信号が入力され、また制御要素の駆動信号が出力されている。
【００２３】
図１にあるスタータモータ０８は、バッテリを動力源とするモ−タ本体と、フライホイ−ルの外周にはめこまれたリングギヤに噛み合い動力を伝達するピニオンギア機構０９などから成る一般的なものである。始動時、或いは再始動時のスタータモータ０８への通電時のみ、ピニオンギア機構０９のピニオンギアが前進し、内燃機関のリングギヤに噛み合ってスタータモ−タ０８の回転を周知のリングギヤに伝えクランキングが行なわれる。尚、内燃機関が始動に成功してスタータモータ０８への通電を停止すると、ピニオンギアは押し戻され、リングギヤとの噛み合いは離脱されるようになっている。
【００２４】
ここで、本実施形態は後述するように排気バルブ５を所定の開閉時期に制御し、また、吸気バルブ４を所定の開閉時期に制御することを対象としているので、スタータの方式は限定されず、ピニオンギアとリングギヤが常時噛み合っているスタータや、ハイブリッド車用モ−タ等を用いてベルト駆動でクランクプ−リを回転させるものであっても差し支えない。
【００２５】
可変動弁機構は、図２に示すように、内燃機関の排気バルブ５のバルブリフト及び作動角（開期間）を制御する排気側ＶＥＬ機構１と、排気バルブ５の開閉時期(バルブタイミング)を制御する排気側ＶＴＣ機構２と、吸気バルブ４の開閉時期を制御する吸気側ＶＴＣ機構３とを備えている。また、排気側ＶＥＬ機構１と排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３は、制御手段２２によって機関運転状態に応じてそれぞれの作動が制御されるようになっている。
【００２６】
排気側ＶＥＬ機構１は、本出願人が先に出願した、例えば特開２００３−１７２１１２号公報(吸気バルブ側に適用)に記載されたものと同様の構成であるで、詳細はこの公報を参照されたい。また、吸気側ＶＴＣ機構３も本出願人が先に出願した、例えば特開２０１２−１２７２１９号公報に記載されたものと同様の構成であるで、詳細はこの公報を参照されたい。尚、排気側ＶＴＣ機構２も吸気側ＶＴＣ機構３と実質的に同じ構成である。
【００２７】
排気側ＶＥＬ機構１について図２に基づいて簡単に説明すると、シリンダヘッド０２の上部に有する軸受に回転自在に支持された中空状の駆動軸６と、駆動軸６の外周面に圧入等により固設された回転カム７と、駆動軸６の外周面に揺動自在に支持されて、排気バルブ５の上端部に配設されたバルブリフター８の上面に摺接して排気バルブ５を開作動させる２つの揺動カム９と、回転カム７と揺動カム９との間に介装されて、回転カム７の回転力を揺動運動に変換して揺動カム９に揺動力として伝達する伝達機構とを備えている。
【００２８】
駆動軸６(排気側)は、一端部に設けられたタイミングスプロケット３１Ａを介してクランクシャフト０７からタイミングチェーンによって回転力が伝達されており、この回転方向は図２で時計方向(矢印方向)に設定されている。尚、駆動軸６とタイミングスプロケット３１Ａとの位相は変化しないシステムとしても良い。その場合、排気側ＶＴＣ機構２は装着されているものの使用されず位相変換は行われない。したがって、排気側ＶＴＣ機構２は省略し、固定のタイミングスプロケット３１Ａとしても良い。
【００２９】
排気側の回転カム７はほぼリング状を呈し、内部軸方向に形成された駆動軸挿通孔を介して駆動軸６に貫通固定されていると共に、カム本体の軸心が駆動軸６の軸心から径方向へ所定量だけオフセットしている。
【００３０】
揺動カム９は円筒状のカムシャフト１０の両端部に一体的に設けられていると共に、カムシャフト１０が内周面を介して駆動軸６に回転自在に支持されている。また、下面にベースサークル面やランプ面及びリフト面からなるカム面が形成されており、ベースサークル面とランプ面及びリフト面が、揺動カム９の揺動位置に応じて各バルブリフター８の上面の所定位置に当接するようになっている。
【００３１】
伝達機構は、駆動軸６の上方に配置されたロッカアーム１１と、ロッカアーム１１の一端部１１ａと回転カム７とを連係するリンクアーム１２と、ロッカアーム１１の他端部１１ｂと揺動カム９とを連係するリンクロッド１３とを備えている。ロッカアーム１１は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カムに回転自在に支持されていると共に、一端部１１ａがピン１４によってリンクアーム１２に回転自在に連結されている一方、他端部１１ｂがリンクロッド１３の一端部１３ａにピン１５を介して回転自在に連結されている。
【００３２】
リンクアーム１２は、円環状の基端部１２ａの中央位置に有する嵌合孔に回転カム７のカム本体が回転自在に嵌合している一方、基端部１２ａから突出した突出端１２ｂがピン１４によってロッカアーム一端部１１ａに連結されている。リンクロッド１３は、他端部がピン１６を介して揺動カム９のカムノーズ部に回転自在に連結されている。
【００３３】
また、駆動軸６の上方位置に同じ軸受部材に制御軸１７が回転自在に支持されていると共に、制御軸１７の外周にロッカアーム１１の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム１１の揺動支点となる制御カム１８が固定されている。制御軸１７は、駆動軸６と並行に機関前後方向に配設されていると共に、駆動機構１９によって回転制御されている。一方、制御カム１８は、円筒状を呈し、軸心位置が制御軸１７の軸心から所定分だけ偏倚している。
【００３４】
駆動機構１９は、ケーシングの一端部に固定された電動モータ２０、電動モータ２０の回転駆動力を制御軸１７に伝達するボール螺子伝達手段２１とから構成されている。電動モ−タ２０は、比例型のＤＣモータによって構成され、機関運転状態を検出する制御手段２２からの制御信号によって駆動するようになっている。
【００３５】
ボール螺子伝達手段２１は、電動モータ２０の駆動シャフトとほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸２３と、ボール螺子軸２３の外周に螺合する移動部材であるボールナットと、制御軸１７の一端部に直径方向に沿って連結された連係アーム２５と、連係アーム２５とボールナット２４とを連係するリンク部材２６とから主として構成されている。
【００３６】
ボール螺子軸２３は、両端部を除く外周面全体に所定幅のボール循環溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、一端部にモータ駆動軸を介して連結され電動モータ２０によって回転駆動されるようになっている。
【００３７】
ボールナット２４は、ほぼ円筒状に形成され、内周面にボール循環溝と共同して複数のボールを転動自在に保持するガイド溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、各ボールを介してボール螺子軸２３の回転運動をボールナット２４の直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。
【００３８】
また、このボールナット２４は、付勢手段であるコイルスプリング３０のばね力によって電動モータ２０側（最小リフト側）に付勢されている。したがって、機関停止時には、かかるボールナット２４が、コイルスプリング３０のばね力によってボール螺子軸２３の軸方向に沿って最小リフト側に移動するようになっている。
【００３９】
次に、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３についてであるが、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３は、いわゆるベーンタイプのものであって、上述した特開２０１２−１２７２１９号公報に記載されたものと同様の構成であるので、ここでは説明は省略する。尚、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３は「最進角位置」がデフォルト位置になっている。ここで、デフォルト位置とは、非作動時、つまり、油圧が作用しない場合に機械的に安定する位置のことである。
【００４０】
以上に説明したように、排気バルブ５は、排気側ＶＥＬ機構１と排気側ＶＴＣ機構２の動作に対応して、排気バルブ５のリフトと作動角、及び開閉時期が制御される。一方、吸気バルブ４は、吸気側ＶＴＣ機構３の動作に対応して開閉時期が制御されが、吸気バルブ４のリフトと作動角は変化しない。この吸気バルブのリフト／作動角は、図５に示す第２負荷領域における排気側ＶＥＬ機構１によるにリフト／作動角と略同じに設定されている。
【００４１】
次に、制御手段２２は、コントロールユニット(ＥＣＵ)の内部に組み込まれており、クランク角を検出するクランク角センサ０１０からの検出信号、アクセル開度センサからの検出信号、車速センサからの検出信号、ギア位置センサからの検出信号、ブレーキ踏込みセンサからの検出信号、水温センサ０１１からの検出信号、ノックセンサ０１５からの検出信号等から現在の機関運転状態や自動車の運転状態を検出している。
【００４２】
また、駆動軸６の回転角度を検出する駆動軸角度センサ２８からの検出信号や、制御軸１７の回転位置を検出するポテンショメータ２９からの検出信号を入力して、駆動軸６のクランク角に対する相対回転角度や排気バルブ５のバルブリフト量や作動角を検出するようになっている。
【００４３】
制御手段２２は、マイクロコンピュータを主たる構成要素とするものであり、このマイクロコンピュータは、制御プログラムにしたがって演算処理を実行する演算部と、制御プログラムや演算に使用する定数等を記憶したＲＯＭ領域部と、プログラムの実行過程で必要なデータを一時的に記憶するワークエリアとしてのＲＡＭ領域部を備えている。更にセンサ信号を取り込むと共に排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、吸気側ＶＴＣ機構３等の駆動アクチュエータに駆動信号を供給するＩ/ＯＬＳＩ等を備えている。
【００４４】
マイクロコンピュータは制御プログラムによって、排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、吸気側ＶＴＣ機構３等で実行される制御に関する種々の演算処理を行っているが、その演算は所定の制御機能を実行するためのものであり、本実施形態では演算によって実行される処理を機能として捉えるものとする。更に、マイクロコンピュータは点火プラグ０５の点火時期を制御する点火時期制御機能や、燃料噴射弁０１２の噴射量や噴射時期を制御する燃料噴射制御機能等が設けられている。
【００４５】
ここで、本実施形態になる制御手段２２は、以下に述べる少なくとも２つの形態のいずれかに構成されている。
【００４６】
１つは、排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、吸気側ＶＴＣ機構３を制御する可変動弁機構制御手段と、点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御手段(燃料噴射制御手段を含む場合もある)とを別々の制御手段として構成する形態である。
【００４７】
この場合は、可変動弁機構制御手段と点火時期制御手段とは通信線を介して接続されており、夫々の制御情報が通信によって送受信されて、後述する制御フローが実行される。
【００４８】
もう１つは、排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、吸気側ＶＴＣ機構３を制御する可変動弁機構制御手段と、点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御手段(燃料噴射制御手段を含む場合もある)とを一体的に制御手段として構成する形態である。この場合は、可変動弁機構制御手段と点火時期制御手段とは相互に関連付けられて、後述する制御フローが実行される。
【００４９】
また、本実施形態では、特に点火時期を制御するものであるので、点火時期制御について簡単に説明する。点火時期は、回転数と負荷によって定まる基本点火時期を求め、これに種々の補正点火時期を加算、或いは減算して最終点火時期を求めている。補正点火時期としては、水温補正、加速補正、減速補正、ノックフィードバック補正といった補正点火時期が用いられる。
【００５０】
更に、本実施形態では、アトキンソンサイクルの実行を行なう場合は、負荷テーブルに負荷が減少するにつれて進角する進角側の補正点火時期を記憶させておき、このテーブルから負荷に対応した補正点火時期を読み出し、基本点火時期に加算して最終点火時期の演算を行なうことができる。尚、基本点火時期が記憶されている基本点火時期マップに負荷テーブルの補正点火時期を反映させておくこともできる。
【００５１】
このような動作を行う排気ＶＥＬ１機構、排気ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３を併用して、本実施例では以下に示すようなアトキンソンサイクルを実行している。
【００５２】
図３は負荷率が１００％の第４負荷(全負荷)の吸気／排気バルブの開閉時期と点火時期を示し、図４は負荷率が５０％の第３負荷(中負荷)の吸気／排気バルブの開閉時期と点火時期を示し、図５は負荷率が２０％の第２負荷(低負荷)の吸気／排気バルブの開閉時期と点火時期を示し、図６は負荷率が０％の第１負荷(アイドル、軽負荷負荷)の吸気／排気バルブの開閉時期と点火時期を示している。
【００５３】
また、図７は、上述した負荷での回転角の進行に対応した、排気バルブ５と吸気バルブ４のバルブリフトと開弁状態、及び点火時期を示し、図８は第１負荷から第４負荷までの排気バルブと吸気バルブの開閉時期の変化、及び点火時期の変化を示している。
【００５４】
尚、図３〜図６においては、４ストロークエンジンの、排気行程〜吸入行程〜圧縮行程〜膨張行程〜排気行程（戻り）に至る１サイクル／エンジン２回転の過程を示しているので、上死点(ＴＤＣ)としては、排気（吸気）上死点（ＴＤＣ）、圧縮上死点(ＴＤＣ)があり、下死点(ＢＤＣ)としては、排気（膨張）下死点(ＢＤＣ)、吸気下死点(ＢＤＣ)があるので、これらは動作行程に合せて区別して説明する。
≪第４負荷(全負荷)≫
図３、図７に示す第４負荷(全負荷：負荷率１００％)、及び図８において、全負荷である第４負荷では、吸気バルブ４の開弁時期（ＩＶＯ：以下、吸気開時期と表記する)は、吸気（排気）上死点(ＴＤＣ)より大きく排気行程側に進角された吸気開時期(ＩＶＯ４)に設定され、また、吸気バルブ４の閉弁時期(ＩＶＣ：以下、吸気閉時期と表記する)は、吸気下死点(ＢＤＣ)付近、ここでは吸気下死点(ＢＤＣ)より少し圧縮行程側に遅角された吸気閉時期(ＩＶＣ４)に設定されている。
【００５５】
一方、排気バルブ５の開弁時期(ＥＶＯ：以下、排気開時期と表記する)は、排気（膨張）下死点(ＢＤＣ)より少し進角された排気開時期(ＥＶＯ４)に設定され、排気バルブ５の閉弁時期(ＥＶＣ：以下、排気閉時期と表記する)は、吸気バルブ４の吸気開時期(ＩＶＯ４)と同じ角度である排気閉時期(ＥＶＣ４)に設定されている。このように、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ４)と排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ４)は同じ角度となって、ゼロオーバーラップが形成される。これによって、内部ＥＧＲによる燃焼速度の低下を抑制して、熱効率を向上することができる。
【００５６】
また、第４負荷の点火時期(ＩｇＴ)は、圧縮上死点(ＴＤＣ)より進角側で点火時期(ＩｇＴ４)に設定されている。この点火時期(ＩｇＴ４)は後述する第１負荷〜第３負荷の中で、最も遅角側であり圧縮上死点(ＴＤＣ)に近接し、圧縮上死点(ＴＤＣ)より少し進角側に設定されている。
【００５７】
このように、第４負荷では、吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ４)は、吸気下死点(ＢＤＣ)に近い位置に設定されているので、充填効率を高くすることができ、充分な機関トルクを得ることができる。
≪第３負荷(中負荷)≫
図４、図７に示す第３負荷(中負荷：負荷率５０％)、及び図８において、中負荷である第３負荷では、第４負荷に比べて吸気バルブ４の吸気時期(ＩＶＯ３)は、遅角側に移行されて吸気（排気）上死点(ＴＤＣ)と一致する吸気開時期(ＩＶＯ３)に設定され、また、吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)も遅角側に移行されて、吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)の中間点である吸気閉時期(ＩＶＣ３)に設定されている。
【００５８】
一方、排気バルブ５は排気側ＶＥＬ機構１によってリフトと作動角がやや増大されるので、排気バルブ５の排気開時期(ＥＶＯ)は、第４負荷に比べて進角側に移行されて排気開時期(ＥＶＯ３)に設定され、逆に排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)は、第４負荷に比べて遅角側に移行されて排気閉時期(ＥＶＣ３)に設定されている。
【００５９】
また、第３負荷の点火時期(ＩｇＴ)は、第４負荷の点火時期(ＩｇＴ４)に比べて進角側の点火時期(ＩｇＴ３)に設定されている。
【００６０】
この第３負荷では、第４負荷の吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ４)に比べて吸気閉時期(ＩＶＣ３)が遅角されているので、ポンプ損失を抑制することができる。更に、排気バルブ５の排気開時期(ＥＶＯ３)が進角されるので、第４負荷に比べて負荷の低下に伴い、膨張行程で筒内圧が大気圧まで低下するタイミングが早まるが、排気バルブ５を排気開時期(ＥＶＯ３)で開くことで、いわゆる膨張行程のポンプ損失を抑制して、中負荷での燃費を低減することができる。
【００６１】
また、吸気バルブ４の吸気開時期(ＩＶＯ３)の遅角に合せて、排気バルブ５の排気閉時期(ＥＶＣ３)も同じ角度だけ遅角しているので、ゼロバルブオーバーラップを維持することができる。これによって、内部ＥＧＲによる燃焼速度の低下を抑制して、熱効率の向上を図れ、結果的に燃料消費量を低減することができる。
【００６２】
ここで、点火時期(ＩｇＴ３)は第４負荷に比べて進角側に設定しているが、これは第３負荷では、吸気閉時期(ＩＶＣ３)が吸気下死点(ＢＤＣ)から大きく離間して有効圧縮比が低下し、また、混合ガスが減少して燃焼速度が遅くなるため、点火時期(ＩｇＴ３)を、第４負荷の点火時期(ＩｇＴ４)より進角することで、ピーク燃焼圧が生じる時期を高熱効率が得られる時期に合せるためである。
【００６３】
このように、アトキンソンサイクルにおいては、第４負荷から第３負荷に移行するように負荷を減少させていくと、吸気閉時期(ＩＶＣ)を遅角する方向に移行することになる。吸気閉時期(ＩＶＣ)を遅角側に制御すると、ポンプ損失を抑制できるので燃料消費量を低減することができる。
【００６４】
ところが、吸気閉時期(ＩＶＣ)を負荷の減少に対応させて遅角させていくと、有効圧縮比が低下していき、圧縮上死点(ＴＤＣ)で混合ガスの温度が低下し、更に充填混合気ガス量の減少とも相俟って、混合気の燃焼速度が遅くなって熱効率が低下する。
【００６５】
この場合、熱効率を高めるには点火時期(ＩｇＴ)を進角することがもっと効果的である。つまり、ピーク燃焼圧の発生時期を熱効率の高くなる、例えば圧縮上死点(ＴＤＣ)の後の１０〜１５°付近に合わせるためには、低下した燃焼速度に合せて点火時期(ＩｇＴ)を進角してやれば良い。
≪第２負荷(低負荷)≫
図５、図７に示す第２負荷(低負荷：負荷率２０％)、及び図８において、低負荷である第２負荷では、第３負荷に比べて吸気バルブ４の吸気開時期(ＩＶＯ２)は、吸気（排気）上死点(ＴＤＣ)より遅角側に移行されて吸気開時期(ＩＶＯ２)に設定され、また、吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)もさらに遅角側に移行されて、吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)の中間点より遅角されて吸気閉時期(ＩＶＣ２)に設定されている。
【００６６】
一方、排気バルブ５は排気側ＶＥＬ機構１によってリフトと作動角が増大されるので、排気バルブ５の排気開時期(ＥＶＯ)は、第３負荷に比べて進角側に移行されて排気開時期(ＥＶＯ３)に設定され、逆に排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)は、第３負荷に比べて、排気上死点(ＴＤＣ)を超える遅角側に移行されて、排気閉時期(ＥＶＣ３)に設定されている。
【００６７】
また、第２負荷の点火時期(ＩｇＴ)は、第３負荷の点火時期(ＩｇＴ３)に比べて、更に進角側の点火時期に(ＩｇＴ２)に設定されている。
【００６８】
この第２負荷では、第３負荷の吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ３)に比べて吸気閉時期(ＩＶＣ２)が遅角されているので、さらにポンプ損失を抑制することができる。更に、排気バルブ５の排気開時期(ＥＶＯ２)が進角されるので、第３負荷に比べて負荷の低下に伴い膨張行程で筒内圧が大気圧まで低下するタイミングが早まるが、排気バルブ５を排気開時期(ＥＶＯ２)で開くことで、いわゆる膨張行程のポンプ損失を抑制して、低負荷での燃費を低減することができる。
【００６９】
また吸気バルブ４の吸気開時期(ＩＶＯ２)の遅角に合せて、排気バルブ５の排気閉時期(ＥＶＣ２)も同じ角度だけ遅角しているので、ゼロバルブオーバーラップを維持することができる。これによって、内部ＥＧＲによる燃焼速度の低下を抑制して、熱効率の向上を図れ、結果的に燃料消費量を低減することができる。
【００７０】
ここで、点火時期(ＩｇＴ２)は第３負荷に比べて進角側に設定しているが、これは第２負荷では吸気閉時期(ＩＶＣ２)が吸気下死点(ＢＤＣ)から大きく離間して有効圧縮比が低下し、また、混合ガスが減少して燃焼速度が遅くなるため、点火時期(ＩｇＴ２)を、第３負荷の点火時期(ＩｇＴ３)より進角することで、ピーク燃焼圧が生じる時期を高熱効率が得られる時期に合せるためである。
【００７１】
ところで、上述したように、吸気閉時期(ＩＶＣ２)は遅角側に大きく移行され、逆に点火時期(ＩｇＴ２)は大きく進角されていくので、吸気閉時期(ＩＶＣ２)と点火時期(ＩｇＴ２)が接近し、その実角度差Δθａｃｔ(＝ＩＶＣ−ＩｇＴ)が小さくなり、場合によっては、点火時期(ＩｇＴ２)が吸気閉時期(ＩＶＣ２)より進角されることがある。
【００７２】
この状態で、アトキンソンサイクルで吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ２)が圧縮行程側に大きく遅角されると、吸気系側に可燃混合気が逆流する。したがって、点火時期(ＩｇＴ２)が吸気閉時期(ＩＶＣ２)を超える位置に進角されて可燃混合気に点火されると、この点火によって発生した火炎は、吸気バルブがまだ開いているので吸気系側に流れ込み、吸気系側に滞留している可燃混合気を爆発的に燃焼させる、バックファイアという現象を生じる。
【００７３】
このような課題に対応するために、本実施形態では吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)と点火時期(ＩｇＴ)の実角度差(Δθａｃｔ（＝ＩＶＣ−ＩｇＴ）)を求め、実角度差(Δθａｃｔ)が予め定めた所定の角度差閾値(Δθｓｌｄ)より小さくならないように、吸気閉時期(ＩＶＣ)、或いは点火時期(ＩｇＴ)、或いは吸気閉時期(ＩＶＣ)と点火時期(ＩｇＴ)の両方を制御することができる。
本実施形態では、点火時期(ＩｇＴ)を制御することで吸気閉時期(ＩＶＣ)に対して常に遅角側で点火する形態としている。
【００７４】
仮に吸気閉時期(ＩＶＣ２)が遅角側に大きく移行され、逆に点火時期(ＩｇＴ２)が大きく進角されて、点火時期(ＩｇＴ２)が吸気閉時期(ＩＶＣ２)に角度差閾値(Δθｓｌｄ)を超えて接近した、或いは点火時期(ＩｇＴ２)が吸気閉時期(ＩＶＣ２)を超えて進角されたと想定した場合、図５及び図７の第２負荷に示すように、点火時期(ＩｇＴ２)は、吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ２)を起点として、遅角側で所定の補正角度(Δθｃｍｐ)を有する新たな点火時期(ＩｇＴ２ｎｅｗ)に設定される。
【００７５】
ここで、補正角度(Δθｃｍｐ)は、角度差閾値(Δθｓｌｄ)と同じ値に設定されているが、これに限らず、補正角度(Δθｃｍｐ)を角度差閾値(Δθｓｌｄ)より大きい値に設定することも可能である。
【００７６】
例えば、現時点で演算された点火時期(ＩｇＴ２)が、吸気閉時期(ＩＶＣ２)を超えて進角されていると判断されると、現時点で演算された吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ２)を起点として所定の補正角度(Δθｃｍｐ)だけを遅角した値を、新たな点火時期(ＩｇＴ２ｎｅｗ)と再設定すれば良い。これによって、点火時期(ＩｇＴ)は吸気閉時期(ＩＶＣ)を常に超えることなく、混合ガスに点火することができる。
≪第１負荷(アイドル／軽負荷))≫
図６、図７に示す第１負荷(アイドル／軽負荷：負荷率０％)、及び図８において、アイドルや軽負荷である第１負荷では、第２負荷に比べて、吸気バルブ４の吸気時期(ＩＶＯ１)は、遅角側に移行されて吸気上死点(ＴＤＣ)より更に遅角側に移行されて、吸気上死点(ＴＤＣ)と吸気下死点(ＢＤＣ)の中間点に近づく吸気開時期(ＩＶＯ１)に設定され、また、吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)も遅角側に移行されて、吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)の中間点より遅角されて吸気閉時期(ＩＶＣ１)に設定されている。
【００７７】
一方、排気バルブ５は排気側ＶＥＬ機構１によってリフトと作動角が更に増大されるので、排気バルブ５の排気開時期(ＥＶＯ)は、第２負荷に比べて進角側に移行されて排気開時期(ＥＶＯ１)に設定され、逆に排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)は、第２負荷に比べて遅角側に移行されて排気閉時期(ＥＶＣ１)に設定されている。
【００７８】
また、第１負荷の点火時期(ＩｇＴ)は、第２負荷の点火時期(ＩｇＴ２)と同じ点火時期に設定されている。
【００７９】
この第１負荷では、第２負荷の吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ２)に比べて吸気閉時期(ＩＶＣ１)が遅角されているので、ポンプ損失を更に抑制することができる。また、排気バルブの排気開時期(ＥＶＯ１)が進角されるので、第２負荷に比べて負荷の低下に伴い膨張行程で筒内圧が大気圧まで低下するタイミングが早まるが、排気バルブを排気開時期(ＥＶＯ１)で開くことで、いわゆる膨張行程のポンプ損失を抑制して、部分負荷での燃費を低減することができる。
【００８０】
また、吸気バルブ４の吸気開時期(ＩＶＯ１)の遅角に合せて、排気バルブ５の排気閉時期(ＥＶＣ１)も同じ角度だけ遅角しているので、ゼロバルブオーバーラップを維持することができる。これによって、内部ＥＧＲによる燃焼速度の低下を抑制して、熱効率の向上を図れ、結果的に燃料消費量を低減することができる。
【００８１】
ここで、点火時期(ＩｇＴ１)は、第１負荷では吸気閉時期(ＩＶＣ１)が吸気下死点(ＢＤＣ)から大きく離間して有効圧縮比が低下し、また、混合ガスが減少して燃焼速度が遅くなるため、点火時期(ＩｇＴ１)を第２負荷の点火時期(ＩｇＴ２)と同じように進角させることで、ピーク燃焼圧が生じる時期を高熱効率が得られる時期に合せている。
【００８２】
第２負荷の項で説明したように、吸気閉時期(ＩＶＣ１)は遅角側に大きく移行され、逆に点火時期(ＩｇＴ１)は大きく進角されていくので、吸気閉時期(ＩＶＣ１)と点火時期(ＩｇＴ１)が接近し、その実角度差(Δθａｃｔ(＝ＩＶＣ−ＩｇＴ))が小さくなり、場合によっては点火時期(ＩｇＴ１)が吸気閉時期(ＩＶＣ１)より進角されることがある。したがって、点火時期(ＩｇＴ１)が吸気閉時期(ＩＶＣ１)を超える位置に進角されて可燃混合気が点火されると、この点火によって発生した火炎は、吸気バルブがまだ開いているので吸気系側に流れ込み、吸気系側に滞留している可燃混合気を爆発的に燃焼させる、バックファイアという現象を生じる。
【００８３】
このため、第１負荷の場合も吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)と点火時期(ＩｇＴ)の実角度差(Δθａｃｔ(＝ＩＶＣ−ＩｇＴ))を求め、実角度差(Δθａｃｔ)が予め定めた所定の角度差閾値(Δθｓｌｄ)より小さくならないように、点火時期(ＩｇＴ)を制御している。
【００８４】
したがって、点火時期(ＩｇＴ１)が、吸気閉時期(ＩＶＣ１)に角度差閾値(Δθｓｌｄ)を超えて接近した、或いは点火時期(ＩｇＴ１)が吸気閉時期(ＩＶＣ１)を超えて進角された場合、図６及び図７の第１負荷に示すように、点火時期(ＩｇＴ１)は、吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ１)を起点として、所定の補正角度(Δθｃｍｐ)だけ遅角された点火時期(ＩｇＴ１ｎｅｗ)に設定される。
【００８５】
この場合も第２負荷と同様に、現時点で演算された点火時期(ＩｇＴ１)が、吸気閉時期(ＩＶＣ１)を超えて進角されていると判断されると、現時点で演算された吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ１)を起点として、所定の補正角度(Δθｃｍｐ)だけ遅角した値を、新たな点火時期(ＩｇＴ１ｎｅｗ)と再設定すれば良い。これによって、点火時期(ＩｇＴ)は吸気閉時期(ＩＶＣ)を常に超えることなく、混合ガスに点火することができる。
【００８６】
ここで、点火時期(ＩｇＴ１)の遅角補正によりピーク燃焼圧の発生時期も遅角して熱効率もその分だけ低下するが、その遅角量(補正角度Δθｃｍｐ)はバックファイアの発生を防止するだけの僅かな量に抑制されるので、第１負荷での燃料消費量の低減効果の目減りを可及的に小さくすることができる。一方、この点火時期(ＩｇＴ１)の遅角により、排気ガスの温度が上昇し、アイドル時や軽負荷時で問題となる排気ガス浄化用触媒の温度の低下による排気有害成分の増加を抑制できる。
【００８７】
ここで、補正角度(Δθｃｍｐ)は、クランク角で４°〜８°に設定されている。これによれば、吸気側ＶＴＣ機構３により吸気閉時期(ＩＶＣ)が変動した場合であっても、バックファイアを確実に防止しつつ、点火時期(ＩｇＴ)の過度な遅角を抑制して燃料消費量の増大を抑制することができる。
【００８８】
すなわち、一般的な吸気側ＶＴＣ機構３では、回転変動等による吸気閉時期(ＩＶＣ)の変動はクランク角で±２°〜±４°程度である。したがって、補正角度(Δθｃｍｐ)を４°以上とすることが望ましい。一方で、補正角度(Δθｃｍｐ)をむやみに増加させると、その分だけ点火時期(ＩｇＴ)が遅角していくので、燃料消費量の増大を招く。
【００８９】
そこで、種々の内燃機関毎の最大ばらつきを考慮し、更に安全率を想定してクランク角で８°の範囲に抑えている。このように、補正角度(Δθｃｍｐ)をクランク角で４°〜８°に設定すると、回転変動等による吸気閉時期(ＩＶＣ)の変動を考慮し、且つ点火時期(ＩｇＴ)の遅角による燃料消費量の増大をできるだけ抑制することができる。
【００９０】
次に、上述した本実施形態になるバルブタイミング特性を実行するための制御フローについて説明するが、この制御フローは制御手段２２によって、所定時間の経過毎に実行されるものである。図９Ａ、図９Ｂに基づき内燃機関の運転を開始する場合の制御フローから説明する。尚、この制御フローは、全ての運転負荷状態に亘って、点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)に接近するか、或いは、点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)を超えているかどうかを判断するものである。
【００９１】
≪ステップＳ１０≫
まず図９Ａにおいて、ステップＳ１０においては、内燃機関を始動する機関始動情報や、内燃機関の運転状態情報を読み込む。内燃機機関を始動する機関始動情報としては、代表的にはキーオン信号、或いはスタータ起動信号があり、また、内燃機関の運転状態情報を示す信号としては数多くあるが、本実施形態では、内燃機関の回転数情報、吸気量情報、水温情報、要求負荷情報(アクセル開度)等があり、更に排気側ＶＴＣ機構１Ｂや吸気側ＶＴＣ機構１Ａの実位置情報等がある。このステップＳ１０で各種情報を読み込むとステップＳ１１に移行する。
【００９２】
≪ステップＳ１１≫
ステップＳ１１においては、機関始動条件かどうかを判断する。この判断は、例えば、スタータ起動信号を監視しておけばよく、スタータ起動信号が入力されないとリターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、スタータ起動信号が入力されると、機関始動条件と判断してステップＳ１２に移行する。
【００９３】
≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１２においては、スタータ起動信号を受けてスタータモータによる内燃機関のクランキングを開始する。そして、クランキングが開始されるや否やステップＳ１３に移行する。
【００９４】
≪ステップＳ１３≫
ステップＳ１３においては、排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３にデフォルト位置に移行するように、少なくとも排気バルブ５の排気開閉閉時期(ＥＶＯ)、(ＥＶＣ)、及び吸気バルブ４の吸気開閉時期(ＩＶＯ)、(ＩＶＣ)の変換制御信号を、排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３に出力する。そして、変換制御信号を排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３に出力するとステップＳ１４に移行する。
【００９５】
≪ステップＳ１４≫
ステップ１４においては、排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３の実位置情報から、排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３がデフォルト位置に移行したかどうかが判断される。
【００９６】
そして、排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３がデフォルト位置に移行していないと判断されると、再びステップＳ１３に戻り、排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３がデフォルト位置に設定されていると判断されるとステップＳ１５に移行する。
【００９７】
≪ステップＳ１５≫
ステップＳ１５においては、スタータモータの回転に合せて内燃機関を始動するため燃料噴射弁や点火装置へ出力制御信号を供給する。これによって内燃機関の回転数が増加していき、これに伴って油圧ポンプの作動油の油圧が上昇することになる。燃料噴射弁や点火装置へ出力制御信号を供給するとステップＳ１６に移行する。
【００９８】
なお、ここで、前述のように、吸気側ＶＴＣ機構３はデフォルト位置である「最進角位置」、すなわち具体的には図4（高負荷）に示す下死点に近い吸気閉時期(ＩＶＣ４)になっているので、吸気充填効率を高め、機関フリクションの大きい冷機時において、燃焼トルクを高め、機関フリクションに打ち勝つ良好な始動燃焼を得ることができる。
【００９９】
また、前述のように、排気側ＶＥＬ機構１はデフォルト位置である「最小リフト・最小作動角位置」に、 排気側ＶＴＣ機構２はデフォルト位置である「最進角位置」になっており、具体的には、図4（高負荷）に示すように下死点に近い排気開時期(ＥＶＯ４)になっているので、排気弁が開くのを遅らせて充分機関本体を燃焼ガスで暖めることで、冷機時における機関本体の暖機性を向上している。
【０１００】
また、図４（高負荷）に示すように上死点前の排気閉時期(ＥＶＣ４)になっているので、同じく上死点前の吸気開時期(ＩＶＯ４)とほぼ一致することで、ゼロバルブオーバーラップを実現して、不活性のＥＧＲガスを減らして良好な冷機燃焼も実現できる。ここで、始動前から、これらの可変動弁機構１〜３は機械的安定位置であるデフォルト位置付近に元々位置することから、始動の初期段階から上記冷機時効果を遅れなく得ることができる。
【０１０１】
≪ステップＳ１６≫
ステップＳ１６においては、内燃機関の機関温度(冷却水温度)を検出して所定温度を超えたかどうかを判断する。所定温度を超えていなければ冷機状態と判断してリターンに抜けて次の起動タイミングを待つ、或いは別の制御フローを実行することになる。一方、所定温度を超えていれば冷機状態から暖機完了したと判断して、ステップＳ１７に移行する。尚、ステップＳ１７より以降は図９Ｂに示している。
【０１０２】
≪ステップＳ１７≫
ステップＳ１７においては、ステップＳ１０で検出された運転状態情報に基づいて排気バルブ５の開閉時期(ＥＶＯ)、(ＥＶＣ)、及び吸気バルブ４の開閉時期(ＩＶＯ)、(ＩＶＣ)を演算する。この演算は基本的には回転数と負荷によってマッピングされた、排気バルブ５の開閉時期マップ、及び吸気バルブ４の開閉時期マップから求められている。
【０１０３】
そして、マップから演算された排気バルブ５の開閉時期(ＥＶＯ)、(ＥＶＣ)、及び吸気バルブ４の開閉時期(ＩＶＯ)、(ＩＶＣ)は、対応する排気側ＶＥＬ機構１、排気側ＶＴＣ機構２、及び吸気側ＶＴＣ機構３に送られて、排気バルブ５と吸気バルブ４を駆動、制御する。ステップＳ１７の処理を完了するとステップＳ１８に移行する。
【０１０４】
≪ステップＳ１８≫
ステップＳ１８においては、ステップＳ１０で検出された運転状態情報に基づいて点火時期(ＩｇＴ)を演算する。この点火時期(ＩｇＴ)は、まず回転数と負荷によってマッピングされた基本点火時期マップから求められる。マップから検索された基本点火時期は、種々の補正点火時期が加算、減算されて最終的な点火時期(ＩｇＴ)が求められる。
【０１０５】
このとき、アトキンソンサイクルを実行する場合は、点火時期(ＩｇＴ)を進角する必要があるので、負荷の減少に対応して進角側に補正される補正テーブルから補正点火時期が読み出されて、基本点火時期に反映されている。点火時期(ＩｇＴ)が求まるとステップＳ１９に移行する。
【０１０６】
≪ステップＳ１９≫
ステップＳ１９においては、ステップＳ１７の演算で求めた吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)と、ステップＳ１８の演算で求めた点火時期(ＩｇＴ)の実角度差(Δθａｃｔ)を求める。通常は、吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)の方が点火時期(ＩｇＴ)より進角側に位置するため、演算式は(Δθａｃｔ)＝(ＩＶＣ)−(ＩｇＴ)とされている。
【０１０７】
したがって、実角度差(Δθａｃｔ)にマイナス(−)の符号が付けば、点火時期(ＩｇＴ)の方が吸気閉時期(ＩＶＣ)より進角側に設定されていることが判定できる。この判定は次のステップＳ２０で実行される。
【０１０８】
尚、吸気側ＶＴＣ機構３に角度センサを取り付けて、実際の吸気閉時期(ＩＶＣ)を実測して、吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)とすることもできる。これによれば、吸気閉時期(ＩＶＣ)の実閉時期を高精度に検出できるので、バックファイアを確実に回避する制御を実行できる。また、後述する補正角度(Δθｃｍｐ)を小さくすることができ、この分だけ燃料消費量を低減できる。
【０１０９】
≪ステップＳ２０≫
ステップＳ２０においては、先ずステップ１９で求めた実角度差(Δθａｃｔ)が、予め定めた所定の角度差閾値(Δθｓｌｄ)より小さいかどうかを判断している。実角度差(Δθａｃｔ)がプラス(＋)の符号が付けば、吸気閉時期(ＩＶＣ)の方が点火時期(ＩｇＴ)より進角側に設定されることが判定できる。この場合、実角度差(Δθａｃｔ)が角度差閾値(Δθｓｌｄ)より大きければ、バックファイアの恐れはないと判定される。しかしながら、実角度差(Δθａｃｔ)が角度差閾値(Δθｓｌｄ)より小さければ、点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)に接近してバックファイアの恐れが高いと判定される。
【０１１０】
更に、このステップＳ２０においては、上述した判定動作の他に、実角度差(Δθａｃｔ)を求める演算結果が、マイナス(−)の符号が付いているかどうかも併せ判断されている。したがって、実角度差(Δθａｃｔ)にマイナス(−)の符号が付いていると、点火時期(ＩｇＴ)の方が吸気比時期(ＩＶＣ)より進角側に設定されているので、バックファイアの恐れがかなり高いと判定される。
【０１１１】
このように、実角度差(Δθａｃｔ)がプラス(＋)の符号が付き、実角度差(Δθａｃｔ)が角度差閾値(Δθｓｌｄ)より大きければ、ステップＳ２１に移行する。一方、実角度差(Δθａｃｔ)がプラス(＋)の符号が付き、実角度差(Δθａｃｔ)が角度差閾値(Δθｓｌｄ)より小さい場合、及び、実角度差(Δθａｃｔ)にマイナス(−)の符号が付いている場合は、ステップＳ２２に移行する。
【０１１２】
≪ステップＳ２１≫
ステップＳ２０においては、実角度差(Δθａｃｔ)がプラス(＋)の符号が付き、実角度差(Δθａｃｔ)が角度差閾値(Δθｓｌｄ)より大きいと判断され、バックファイアの恐れはないと見做されている。
【０１１３】
このため、ステップＳ２１においては、ステップＳ１８で演算された点火時期(ＩｇＴ)がそのまま使用される。この点火時期(ＩｇＴ)は、マイクロコンピュータのＩ/ＯＬＳＩの点火用レジスタにセットされ、所定のタイミングで点火動作が実行される。
【０１１４】
≪ステップＳ２２≫
ステップＳ２０においては、実角度差(Δθａｃｔ)がプラス(＋)の符号が付き、実角度差(Δθａｃｔ)が角度差閾値(Δθｓｌｄ)より小さいと判断されるか、実角度差(Δθａｃｔ)がマイナス(−)の符号が付いているので、バックファイアの恐れがあると見做されている。
【０１１５】
このため、ステップＳ２２においては、ステップＳ１８で演算された点火時期(ＩｇＴ)はそのまま使用されず、点火時期(ＩｇＴ)が吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側で、しかも吸気閉時期(ＩＶＣ)から所定の補正角度(Δθｃｍｐ)だけ遅角された点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)が新たに設定される。新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)は、例えば、(ＩｇＴｎｅｗ)＝(ＩＶＣ)−(Δθｃｍｐ)の演算式で求めることができる。更に、補正角度(Δθｃｍｐ)は角度差閾値(Δθｓｌｄ)と同じ値とすることができる。
【０１１６】
この演算によって、新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)は、常に吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側に設定されるので、バックファイアを生じる恐れを抑制することができる。この新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)は、マイクロコンピュータのＩ/ＯＬＳＩの点火用レジスタにセットされ、所定のタイミングで点火動作が実行される。
【０１１７】
以上の通り、本実施形態によれば、内燃機関の負荷が減少するにしたがって、吸気側可変動弁機構によって吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を遅角側に制御し、更に点火時期制御手段によって点火時期(ＩｇＴ)を進角側に制御すると共に、点火時期(ＩｇＴ)を吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側で、しかも吸気閉時期(ＩＶＣ)と点火時期(ＩｇＴ)の間の角度差を常に所定の補正角度(Δθｃｍｐ)以上に維持している。
【０１１８】
これによれば、吸気側可変動弁機構によって吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を大きく遅角してアトキンソンサイクルによる燃料消費量の低減効果を高め、且つ点火時期(ＩｇＴ)を進角して機関トルクの低下を抑制すると共に、点火時期(ＩｇＴ)が吸気閉時期(ＩＶＣ)を超えて進角されないので、バックファイアを抑制することができる。
【実施例２】
【０１１９】
次に、本発明の第２の実施形態を図１０に基づき説明する。上述した第１の実施形態は全ての運転負荷状態に亘って、点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)に接近するか、或いは点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)超えているかどうかを判断している。一方、以下に説明する第２の実施形態は、点火時期(ＩｇＴ)が吸気閉時期(ＩＶＣ)に接近する負荷は、所定の負荷より小さい負荷と判明しているので、所定負荷以下に限ってステップ１９〜ステップＳ２２を実行する形態としている。
【０１２０】
尚、参照番号が図９Ｂと同一の制御ステップは、制御内容が同じであるので詳細な説明は省略する。ここで、ステップＳ２６、Ｓ２７は故障時の対応を示しており、これについては後述する。
【０１２１】
≪ステップＳ２３≫
図１０において、ステップＳ１８とステップＳ１９の間には、ステップＳ２３が新たに設けられている。このステップＳ２３は、ステップＳ１０で検出された運転状態情報に基づいて現在の負荷を判別しており、負荷が第２負荷より大きいと判定されるとステップＳ２４に移行し、負荷が第２負荷より小さいと判定されるとステップＳ１９に移行する。
【０１２２】
尚、ステップＳ１９からステップＳ２２の処理は、図９Ｂに示す処理と同じなので、ここでは説明を省略する。
【０１２３】
≪ステップＳ２４≫
ステップＳ２４においては、負荷が第２負荷より大きい第４負荷、及び第３負荷では、点火時期(ＩｇＴ)は吸気閉時期(ＩＶＣ)に接近する状態にならないので、ステップＳ１８で演算された点火時期(ＩｇＴ)がそのまま使用される。この点火時期(ＩｇＴ)は、マイクロコンピュータのＩ/ＯＬＳＩの点火用レジスタにセットされ、所定のタイミングで点火動作が実行される。
【０１２４】
このように、この実施形態では所定負荷、例えば第２負荷より小さい負荷に限って、点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)に接近するか、或いは点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)を超えているかどうかを判断しているので、マイクロコンピュータの演算負荷を軽減できる。
【実施例３】
【０１２５】
次に、本発明の第３の実施形態を図１１に基づき説明する。上述した第１及び第２の実施形態では、点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)に接近するか、或いは点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)を超えているかどうかを判断している。一方、以下に説明する第３の実施形態は、点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)に接近するか、或いは進角側に超えているかどうかを判断する制御ステップを省略したものである。尚、参照番号が図１０と同一の制御ステップは、制御内容が同じであるので詳細な説明は省略する。
【０１２６】
≪ステップＳ２５≫
図１１において、ステップＳ２３は、ステップＳ１０で検出された運転状態情報に基づいて現在の負荷を判別しており、負荷が第２負荷より大きいと判定されるとステップＳ２４に移行し、負荷が第２負荷より小さいと判定されるとステップＳ２５に移行する。
【０１２７】
ステップＳ２５においては、第２負荷より小さい負荷では、点火時期(ＩｇＴ)は吸気閉時期(ＩＶＣ)に接近する、或いは、点火時期(ＩｇＴ)が、吸気閉時期(ＩＶＣ)を超える恐れがあると見做して、ステップＳ１７で求められた吸気閉時期(ＩＶＣ)に対して、一律に所定の補正角度(Δθｃｍｐ)を減算して新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)としている。
【０１２８】
したがって、第２負荷、及び第１負荷では、ステップＳ１８で演算された点火時期(ＩｇＴ)は使用されず、吸気閉時期(ＩＶＣ)を基に補正角度(Δθｃｍｐ)で遅角側に補正された新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)が使用される。この新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗ)は、マイクロコンピュータのＩ/ＯＬＳＩの点火用レジスタにセットされ、所定のタイミングで点火動作が実行される。
【０１２９】
このように、この実施形態においては、所定負荷、例えば第１負荷と第２負荷に限って、一律に吸気閉時期(ＩＶＣ)に所定の補正角度(Δθｃｍｐ)を減算するだけなので、マイクロコンピュータの演算負荷を更に軽減できる。
【実施例４】
【０１３０】
次に、本発明の第４の実施形態を、図１０、図１２に基づき説明する。この実施形態は、吸気側ＶＴＣ機構３に異常が生じて、点火時期(ＩｇＴ)が正常な値を得られなくなる場合の対応方法を示している。
【０１３１】
図１２に示している通り、吸気側ＶＴＣ機構３は何らかの異常があった場合には、吸気閉時期(ＩＶＣ)の最遅角ストッパ位置と最進角ストッパ位置の間で、非制御状態で駆動される。このため、点火時期(ＩｇＴ)も正確な点火時期とはならない恐れがある。場合によっては点火時期(ＩｇＴ)が、非制御状態の吸気閉時期(ＩＶＣ)より進角してしまう場合がある。このため、図１０の破線で示すステップＳ２６、Ｓ２７が実行される。
【０１３２】
≪ステップＳ２６≫
図１０の破線で示すステップＳ２６においては、吸気側ＶＴＣ機構３の異常状態を判断している。そして、異常が発生していないと判断されるとステップＳ１８に移行し、吸気側ＶＴＣ機構３に異常が発生していると判断されるとステップＳ２７に移行する。
【０１３３】
≪ステップＳ２７≫
ステップＳ２７においては、吸気側ＶＴＣ機構３が異常状態となっているので、吸気側ＶＴＣ機構３の最遅角ストッパ位置より遅角側の固定点火時期(ＩｇＴｍ)を設定する。この場合では圧縮上死点(ＴＤＣ)より遅角側に固定点火時期(ＩｇＴｍ)が設定されている。したがって、吸気側ＶＴＣ機構３の異常によって、吸気閉時期(ＩＶＣ)の最遅角ストッパ位置と最進角ストッパ位置の間で、非制御状態で駆動されても、固定点火時期(ＩｇＴｍ)が最遅角ストッパ位置の吸気閉時期(ＩＶＣ)を超えて進角されないので、バックファイアを抑制することができる。
【０１３４】
ここで、ステップＳ２６、Ｓ２７は図１０に示す第２の実施形態で説明したが、第１の実施形態の図９Ｂ、及び第３の実施形態の図１１に示すステップＳ１７の後で実行できることはもちろんである。
【実施例５】
【０１３５】
次に、本発明の第５の実施形態を、図１３、図１４、及び図１５に基づき説明する。この実施形態は、高回転域で吸気バルブ４の実際の吸気閉時期(ＩＶＣ)が変動して、点火時期(ＩｇＴ)が吸気閉時期(ＩＶＣ)を超える現象が発生する場合の対応方法を示している。
【０１３６】
実際の内燃機関の動作においては、高回転域で吸気バルブ４がバルブシートに着座すると動的なバウンス現象が発生して、最終的に着座するタイミングが僅かに遅れる可能性がある。このため、制御上は点火時期(ＩｇＴ)を吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側に設定していたとしても、バウンス現象によって吸気バルブ４が開いている時に点火が実行されるとバックファイアが発生する恐れがある。
【０１３７】
このような課題に対応するため、本実施形態では、回転数の増加に対応して、補正角度(Δθｃｍｐ)を大きく設定することを特徴としている。例えば、図１３は横軸に回転数(Ｎ)、縦軸に回転補正角度(ΔθｃｍｐＮ)を設定した補正角度テーブルの値を示している。そして、例えば、３０００ｒｐｍを境として、低回転側では破線で示す一定値の回転補正角度(ΔθｃｍｐＮＬ)が設定してあり、高回転側では実線で示す漸増する回転補正角度(ΔθｃｍｐＮＨ)が設定してある。
【０１３８】
このため、図１４にある通り、３０００ｒｐｍ以下の低回転側では、回転補正角度(ΔθｃｍｐＮＬ)を使用して、破線で示す新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗＮＬ)が求められ、３０００ｒｐｍ以上の高回転側では、回転補正角度(ΔθｃｍｐＨ)を使用して、実線で示す新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗＮＨ)が求められる。
【０１３９】
図１５は、図１４に示す特性を実現するための制御フローを示している。この制御フローは、図９Ｂ、図１０に示すステップＳ２０の「ＹＥＳ」判定の後で実行され、また、図１１に示すステップＳ２３の「ＹＥＳ」判定の後で実行される。
【０１４０】
≪ステップＳ２８≫
ステップＳ２８においては、ステップＳ１０で検出された回転数(Ｎ)に基づいて、図１３に示す特性が記憶された補正角度テーブルから回転補正角度(ΔθｃｍｐＮ)を読み出す。この読み出された回転補正角度(ΔθｃｍｐＮ)は、次のステップＳ２９の演算に使用される。
【０１４１】
≪ステップＳ２９≫
ステップＳ２９においては、ステップＳ１８で演算された点火時期(ＩｇＴ)はそのまま使用されず、点火時期(ＩｇＴ)が吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側で、しかも吸気閉時期(ＩＶＣ)から回転補正角度(ΔθｃｍｐＮ)だけ遅角された点火時期(ＩｇＴｎｅｗＮ)が新たに設定される。新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗＮ)は、例えば、(ＩｇＴｎｅｗ)＝(ＩＶＣ)−(ΔθｃｍｐＮ)の演算式で求めることができる。この新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗＮ)は、マイクロコンピュータのＩ/ＯＬＳＩの点火用レジスタにセットされ、所定のタイミングで点火動作が実行される。
【０１４２】
このような演算によって、新たな点火時期(ＩｇＴｎｅｗＮ)は、常に吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側に設定されるので、バックファイアを生じる恐れを抑制することができる。更には、回転数(Ｎ)が高くなるほど回転補正角度(ΔθｃｍｐＮ)は大きく設定されているため、バウンス現象によって吸気バルブ４が開いている時にも点火が実行されることがないので、バックファイアが発生する恐れを更に抑制することができる。
【０１４３】
つまり、回転上昇とともに吸気バルブ４の挙動に不整状態が発生した場合であっても、バックファイアを確実に防止できる。すなわち、回転上昇とともに、動弁系が弾性変形してバルブジャンプやバルブバウンス（跳ね返り）が発生し、実際の吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)が、吸気側ＶＴＣ機構３の制御に基づく吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅れてしまう場合がある。これに対して、本実施形態では点火時期(ＩｇＴ)が更に遅れる方向に補正されるので、点火時期(ＩｇＴ)が吸気閉時期(ＩＶＣ)より常に遅角側となるので、バックファイアを確実に防止できる。
【実施例６】
【０１４４】
次に、本発明の第６の実施形態を、図１６に基づき説明する。今まで説明した実施形態では、吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)を、吸気バルブ４の開閉時期マップによる吸気閉時期(ＩＶＣ)、或いは角度センサによる実吸気閉時期(ＩＶＣ)から求めているが、本実施形態ではノックセンサによって吸気閉時期(ＩＶＣ)を求めるものである。
【０１４５】
ノックセンサを使用する場合においては、吸気バルブ４の着座判定ウインドウを設定し、この着座判定ウインドウ内で検出された実際の吸気バルブ４の着座信号(振動信号)から、吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)を検出することができる。つまり、図１６にあるように、ノックセンサの振動信号が、着座判定ウインドウ内の着座判定レベルより高いと判定されると、吸気バルブ４がバルブシートに着座して、吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)が発生したと判断できる。
【０１４６】
このように、ノックセンサの着座信号を用いると、高回転域でのバウンス現象が生じても、高精度で吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)を検出できるので、確実に点火時期(ＩｇＴ)を吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側に設定できる。このため、バックファイアを防止できると共に、点火時期(ＩｇＴ)を吸気閉時期(ＩＶＣ)に向けて可能な限り進角側に近づけることができるので、更に燃料消費量の低減が可能となる。
【０１４７】
更に、動弁系におけるバルブクリアランス(カム−リフタ間のクリアランス)が、経時変化した場合にも着座位置は変化するが、この着座位置の変化も反映した吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)を検出できる。
【０１４８】
ノックセンサは、従来から使用されているノックセンサを使用することができる。図１６に示すように、ノック振動が発生する区間(ノック判定ウインドウに対応)と、吸気バルブの着座振動が発生する区間(着座判定ウインドウに対応)とが、時間的にずれているため、ノック発生の判定と吸気閉時期(ＩＶＣ)の判定の両方が可能である。
【０１４９】
つまり、ノック判定ウインドウで、ノック判定レベルを超えたらノック発生と判断でき、かつ、着座判定ウインドウで、着座判定レベルを超えたら吸気閉時期(ＩＶＣ)と判断できる。尚、ノックセンサの装着位置は、シリンダブロックの吸気バルブ側のシリンダブロックの側面に取り付ければ、排気バルブの着座振動を検出し難いので有利である。
【０１５０】
図１７は、ノックセンサによる吸気閉時期(ＩＶＣ)の検出方法の制御フローを示している。この制御フローは、図９Ｂ、図１０、及び図１１に示すステップＳ１８の後で実行される。
【０１５１】
≪ステップＳ３０≫
ステップＳ３０においては、着座検出ウインドウ内で、ノックセンサによって検出された振動信号が着座判定レベルを超えたかどうかが判定される。そして、ノックセンサの振動信号が着座判定レベルを超えないと判定されると、再びステップＳ３０に戻って同様の判定動作を実行する。一方、ノックセンサの振動信号が着座判定レベルを超えたと判定されると、ステップＳ３１に移行する。
【０１５２】
≪ステップＳ３１≫
ステップＳ３１においては、ステップＳ３０で判定した振動信号の発生時刻に対応したクランク角を、吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)と見做して設定する。この後は図９Ｂ、図１０のステップＳ１９、Ｓ２０や、図１１のステップＳ２５の演算に使用される。
【０１５３】
このように、ノックセンサの着座信号を用いると、高回転域でのバウンス現象が生じても、高精度で吸気バルブ４の吸気閉時期(ＩＶＣ)を検出できるので、確実に点火時期(ＩｇＴ)を吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側に設定できる。
なお、本実施例では、吸気バルブ4の実吸気閉時期（ＩＶＣ）検出をノックセンサで兼用させる例を示したが、ノックセンサとは別に、実吸気閉時期（ＩＶＣ）センサを設けても構わない。そうすると、振動レベル検出頻度を抑えられ、センサへの負担が軽減される。
【実施例７】
【０１５４】
次に、本発明の第７の実施形態を、図１８に基づき説明する。第１の実施形態においては、第２負荷から第１負荷まで補正角度(Δθｃｍｐ)は一定の値であったが、本実施形態では負荷が小さくなるにしたがって、補正角度(Δθｃｍｐ)を大きく設定するものである。
【０１５５】
図１８に示す通り第２負荷においては、補正角度(Δθｃｍｐ)は補正角度(Δθｃｍｐ２)に設定されている。この補正角度(Δθｃｍｐ２)は、第１の実施形態にある補正角度(Δθｃｍｐ)と同じ値に設定されている。一方、第１負荷では補正角度(Δθｃｍｐ)は大きく設定されて補正角度(Δθｃｍｐ１)に設定されている。そして、(Δθｃｍｐ１)＞(Δθｃｍｐ２)の関係を有している。尚、負荷が小さくなるにつれて、補正角度(Δθｃｍｐ)は、補正角度(Δθｃｍｐ２)から漸増して補正角度(Δθｃｍｐ１)に至る値に設定されている。
【０１５６】
これによれば、第１負荷での点火時期(ＩｇＴ１)が大きく遅角されるので排気ガスの温度が上昇する。このため、排気ガス浄化用触媒が温まり難い極低負荷において、排気ガス浄化用触媒を暖機することができ、排気ガス有害成分の発生を抑制することができる。特に、自動車の走行中に内燃機関の停止動作が頻繁に行われる、ハイブリッド車やアイドルストップ車では、排気ガス温度が低下し易いので、本実施形態を採用すると有利になる。
【０１５７】
以上説明した実施形態においては、排気側ＶＴＣ機構２、吸気側ＶＴＣ機構３は油圧駆動式を示したが、油圧に限らず電動駆動式のＶＴＣ機構であっても差し支えない。本発明の主旨を満足するものであれば、可変動弁機構の具体的形態や構成等は限定されない。
【０１５８】
また、適用される内燃機関の形態も限定されない。例えば、ターボチャージャのような過給器を備えた内燃機関に適用しても良い。その場合、過給による充填効率向上効果によって、自然吸気方式の内燃機関と同一負荷での吸気閉時期(ＩＶＣ)が一層遅角されるので、自然吸気方式の内燃機関に比較して熱効率を高められるようになる。
【０１５９】
その際、この吸気閉時期(ＩＶＣ)の更なる遅角により、点火時期(ＩｇＴ)と吸気閉時期(ＩＶＣ)が接近してバックファイアが発生し易くなるが、本発明を使用すればバックファイアを有効的に抑制することができる。
【０１６０】
更に、リーンバーン式の内燃機関や、多量のＥＧＲを行なう内燃機関にも適用することができる。リーンバーン燃焼や、多量のＥＧＲによる低温燃焼によって、燃焼温度を低くして冷却損失を低減することで燃料消費量を低減することが可能である。
【０１６１】
ところが、低温燃焼により燃焼速度が低下するので、点火時期(ＩｇＴ)を進角する必要がでてくる。この点火時期(ＩｇＴ)の進角により、点火時期(ＩｇＴ)と吸気閉時期(ＩＶＣ)が接近してバックファイアが発生し易くなるが、本発明を使用すればバックファイアを有効的に抑制することができる。
【０１６２】
以上述べた通り、本発明によれば、内燃機関の負荷が減少するにしたがって、吸気側可変動弁機構によって吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を遅角側に制御し、更に点火時期制御手段によって点火時期(ＩｇＴ)を進角側に制御すると共に、点火時期(ＩｇＴ)を吸気閉時期(ＩＶＣ)より遅角側で、しかも吸気閉時期(ＩＶＣ)と点火時期(ＩｇＴ)の間の角度差を所定の補正角度(Δθｃｍｐ)以上に維持する、構成とした。
【０１６３】
これによれば、吸気側可変動弁機構によって吸気バルブの吸気閉時期(ＩＶＣ)を大きく遅角してアトキンソンサイクルによる燃料消費量の低減効果を高め、且つ点火時期(ＩｇＴ)を進角して機関トルクの低下を抑制すると共に、点火時期(ＩｇＴ)が吸気閉時期(ＩＶＣ)を超えて進角されないので、バックファイアを抑制することができる。
【０１６４】
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１６５】
０８…スタータ、０１２…燃料噴射弁、１…リフト制御機構（排気ＶＥＬ）、２…バルブタイミング制御機構（排気ＶＴＣ）、３…バルブタイミング制御機構（吸気ＶＴＣ）、４…吸気バルブ、５…排気バルブ、２２…制御手段、ＩｇＴ…点火時期、ＩＶＯ…吸気開時期、ＩＶＣ…吸気閉時期、ＥＶＯ…排気開時期、ＥＶＣ…排気閉時期。
【図１】
2020007959.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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