(57)【要約】【課題】筒内空気の状態をより精密に制御して異常燃焼が発生する可能性を確実に抑制しつつ、内燃機関の運転効率を最大限に高めることを可能にする手段を提供する。【解決手段】吸気弁２１の位相を変更する位相可変機構（ＶＶＴ機構）３２と、リフト量を変更するリフト量可変機構（ＶＶＬ）３３とを有するエンジン１は、制御モードとして、早閉じモードと遅閉じモードと遷移モードとを備えている。早閉じモードは目標気筒空気量が所定空気量よりも小さいときの制御モードであり、遅閉じモードは所定空気量よりも大きいときの制御モードである。遷移モードでは、吸気弁２１の閉弁タイミングが早閉じと遅閉じとの間で変化するように位相可変機構３２とリフト量可変機構３３とを駆動するとともに、吸気通路の圧力を一時的に低下させ、かつ、吸気弁２１のリフト量をエンジン１の運転状態ないしは外界条件に応じて変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトにより駆動され該クランクシャフトの回転に同期して往復動作を行って吸気通路と燃焼室との間の連通部を開閉する吸気弁と、上記吸気弁の位相を変更する位相可変機構と、上記吸気弁のリフト量を変更するリフト量可変機構とを有する内燃機関を制御する方法であって、
上記内燃機関の制御モードとして、
目標気筒空気量が所定空気量よりも小さいときに、上記吸気弁を第１閉弁時期で閉じる第１モードと、
目標気筒空気量が所定空気量よりも大きいときに、上記吸気弁を上記第１閉弁時期よりも遅角した第２閉弁時期で閉じる第２モードと、
目標気筒空気量が上記所定空気量を越えて増加方向又は減少方向に変化するときに、上記吸気弁の閉弁時期が上記第１閉弁時期と上記第２閉弁時期との間で変化するように上記位相可変機構と上記リフト量可変機構とを駆動するとともに、上記吸気通路の圧力を一時的に低下させる遷移モードとを備えていて、
上記遷移モードでは、上記吸気弁のリフト量を該内燃機関の運転状態に応じて変更することを特徴とする内燃機関を制御する方法。
【請求項２】
予想される目標気筒空気量の変化が大きいほど、上記遷移モードにおける上記吸気弁のリフト量を大きくすることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関を制御する方法。
【請求項３】
予想される目標気筒空気量の変化が大きいほど、上記遷移モードにおける上記吸気通路の圧力の低下量を小さくすることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関を制御する方法。
【請求項４】
上記位相可変機構の応答性が低下するほど、上記遷移モードにおける上記吸気弁のリフト量を大きくすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関を制御する方法。
【請求項５】
上記位相可変機構の応答性が低下するほど、上記遷移モードにおける上記吸気通路の圧力の低下量を小さくすることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関を制御する方法。
【請求項６】
クランクシャフトにより駆動され該クランクシャフトの回転に同期して往復動作を行って吸気通路と燃焼室との間の連通部を開閉する吸気弁と、上記吸気弁の位相を変更する位相可変機構と、上記吸気弁のリフト量を変更するリフト量可変機構と、上記吸気通路に配置されたスロットル弁とを有する内燃機関と、
上記内燃機関を制御する制御器とを備えている内燃機関システムであって、
上記制御器は、
目標気筒空気量が所定空気量よりも小さいときに、上記吸気弁が第１閉弁時期で閉じるように上記位相可変機構及び上記リフト量可変機構を制御し、
目標気筒空気量が所定空気量よりも大きいときに、上記吸気弁が上記第１閉弁時期よりも遅角した第２閉弁時期で閉じるように上記位相可変機構及び上記リフト量可変機構を制御し、
目標気筒空気量が上記所定空気量を越えて増加方向又は減少方向に変化するときに、上記吸気弁の閉弁時期が上記第１閉弁時期と上記第２閉弁時期との間で変化するように上記位相可変機構と上記リフト量可変機構とを制御するとともに、上記吸気通路の圧力が低下するように上記スロットル弁を制御し、
かつ、上記吸気弁の閉弁時期の変化時における上記吸気弁のリフト量を、上記内燃機関の運転状態に応じて変更することを特徴とする内燃機関システム。
【請求項７】
上記内燃機関が搭載された車両のドライバによる操作が可能であり、かつ、予想される目標気筒空気量の変化の大きさを表す信号を出力することが可能なスイッチをさらに備えていて、
上記制御器は、上記スイッチから出力された信号が表す上記目標気筒空気量の変化が大きいほど、上記吸気弁の閉弁時期の変化時における上記吸気弁のリフト量が大きくなるように、上記リフト量可変機構を制御することを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変バルブ装置を有する内燃機関を制御する方法と、可変バルブ装置を有する内燃機関を備えている内燃機関システムとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火花点火式の内燃機関（エンジン）では、吸気通路に配設されたスロットル弁を開閉することにより燃焼室への空気の供給量、ひいては内燃機関の出力トルクを制御するようにしている。また、かかる内燃機関では、吸気弁が開かれる吸気行程で燃焼室内に空気が吸入されるが、吸気弁の変位特性、例えば該吸気弁のリフト量、閉弁時期あるいは開弁時期を変えることにより、燃焼室に吸入される空気の量を制御することができる。
【０００３】
そこで、スロットル弁の開度を制御するとともに、吸気弁の変位特性を制御することにより、燃焼室内に吸入される空気の量、ひいては出力トルクを制御するようにした内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして、特許文献１に開示された内燃機関では、要求気筒空気量の増加に伴って、吸気弁の閉弁時期を遅角させるとともに、吸気弁のリフト量を増加させるといった制御を行うようにしている。この制御によれば、吸気通路内の圧力を高く保持しつつ気筒空気量を制御することができるので、ポンプ損失を低減して内燃機関の運転効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００６−９７６４７号公報                                            （段落［００３３］、段落［００３８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで一方、内燃機関の膨張比を高めると、内燃機関の運転効率を向上させることができる。しかしながら、このようにすると、内燃機関の幾何学的圧縮比が高くなり、異常燃焼が起こる可能性が高くなる。これに対して、例えば吸気弁の変位特性を調整することにより、気筒空気量又は有効圧縮比を異常燃焼が起こる限界値以下に制限するといった対応が考えられる。なお、異常燃焼が起こる可能性は、内燃機関の回転速度が高いほど小さくなるので、気筒空気量の制限は、内燃機関の回転速度の上昇に伴って緩くなる。
【０００５】
吸気弁の変位特性のうち、気筒空気量を決定する最も大きな要因は吸気弁の閉弁時期であるが、吸気弁の閉弁時期をある進角状態（早閉じ）から遅角させてゆくと気筒空気量は増加し、あるタイミングで極大となり、さらに遅角させると減少してゆく。そして、吸気弁の閉弁時期を調整することにより気筒空気量を上記限界値以下に制限しようとした場合、異常燃焼が起こる可能性の高い高負荷・低回転領域では、内燃機関の回転速度の上昇率が大きいので、回転速度の上昇に伴って気筒空気量が極大となるタイミングが急速に変化してゆく。このため、吸気弁の位相（タイミング）あるいはリフト量を変更する機構に応答遅れが生じ、気筒空気量を上記限界値以下に制限することができず、異常燃焼が起こるおそれがあるといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、筒内空気の状態をより精密に制御して異常燃焼が発生する可能性を確実に抑制しつつ、内燃機関の運転効率を最大限に高めることを可能にする手段を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る、クランクシャフトにより駆動され該クランクシャフトの回転に同期して往復動作を行って吸気通路と燃焼室との間の連通部を開閉する吸気弁と、吸気弁の位相を変更する位相可変機構（タイミング可変機構）と、吸気弁のリフト量を変更するリフト量可変機構とを有する内燃機関を制御する方法（以下「内燃機関制御方法」という。）は、内燃機関の制御モードとして、第１モード（第１工程）と第２モード（第２工程）と遷移モード（遷移工程）とを備えている。
【０００８】
この内燃機関制御方法において、第１モードは、目標気筒空気量が第１モード用の所定空気量よりも小さいときの制御モードであり、吸気弁を第１閉弁時期で閉じる（早閉じ運転モード）。第２モードは、目標気筒空気量が第２モード用の所定空気量よりも大きいときの制御モードであり、吸気弁を第１閉弁時期よりも遅角した第２閉弁時期で閉じる（遅閉じ運転モード）。遷移モードは、目標気筒空気量が上記所定空気量を越えて増加方向又は減少方向に変化するときの制御モードであり（早閉じ運転モードから遅閉じ運転モードへの遷移時又は遅閉じ運転モードから早閉じ運転モードへの遷移時）、吸気弁の閉弁時期が第１閉弁時期と第２閉弁時期との間で変化するように位相可変機構とリフト量可変機構とを駆動するとともに、吸気通路の圧力を一時的に低下させる。この遷移モードでは、吸気弁のリフト量を内燃機関の運転状態ないしは運転条件に応じて変更する。なお、第１モード用の所定空気量と第２モード用の所定空気量は、同一にしてもよく（すなわち、１つの共通な所定空気量を設定する）、また第１モード用の所定空気量を第２モード用の所定空気量より大きくしてもよい（すなわち、個別に所定空気量を設定する）。
【０００９】
本発明に係る内燃機関制御方法においては、予想される目標気筒空気量の変化が大きいほど遷移モードにおける吸気弁のリフト量を大きくするのが好ましく、また、予想される目標気筒空気量の変化が大きいほど遷移モードにおける吸気通路の圧力の低下量を小さくするのも好ましい。また、本発明に係る内燃機関制御方法においては、位相可変機構の応答性が低下するほど遷移モードにおける吸気弁のリフト量を大きくするのが好ましく、また、位相可変機構の応答性が低下するほど遷移モードにおける吸気通路の圧力の低下量を小さくするのも好ましい。
【００１０】
本発明に係る内燃機関システムは、内燃機関と、該内燃機関を制御する制御器とを備えている。ここで、内燃機関は、クランクシャフトにより駆動され該クランクシャフトの回転に同期して往復動作を行って吸気通路と燃焼室との間の連通部を開閉する吸気弁と、吸気弁の位相を変更する位相可変機構と、吸気弁のリフト量を変更するリフト量可変機構と、吸気通路に配置されたスロットル弁とを有する。
【００１１】
制御器は、目標気筒空気量が早閉じ運転時用の所定空気量よりも小さいときには、吸気弁が第１閉弁時期で閉じるように位相可変機構及び上記リフト量可変機構を制御する（早閉じ運転）。他方、目標気筒空気量が遅閉じ運転時用の所定空気量よりも大きいときには、吸気弁が第１閉弁時期よりも遅角した第２閉弁時期で閉じるように位相可変機構及び上記リフト量可変機構を制御する（遅閉じ運転）。また、制御器は、目標気筒空気量が上記所定空気量を越えて増加方向又は減少方向に変化するときには（早閉じ運転から遅閉じ運転への変化時又は遅閉じ運転から早閉じ運転への変化時）、吸気弁の閉弁時期が第１閉弁時期と第２閉弁時期との間で変化するように位相可変機構とリフト量可変機構とを制御するとともに、吸気通路の圧力が低下するようにスロットル弁を制御する。かつ、制御器は、吸気弁の閉弁時期の変化時における吸気弁のリフト量を、内燃機関の運転状態ないしは運転条件に応じて変更する。なお、早閉じ運転時用の所定空気量と遅閉じ運転時用の所定空気量は、同一にしてもよく（すなわち、１つの共通な所定空気量を設定する）、また早閉じ運転時用の所定空気量を遅閉じ運転時用の所定空気量より大きくしてもよい（すなわち、個別に所定空気量を設定する）。
【００１２】
本発明に係る内燃機関システムは、内燃機関が搭載された車両のドライバによる操作が可能であり、かつ、予想される目標気筒空気量の変化の大きさを表す信号を出力することが可能なスイッチをさらに備えているのが好ましい。この場合、制御器は、スイッチから出力された信号が表す目標気筒空気量の変化が大きいほど、吸気弁の閉弁時期の変化時における吸気弁のリフト量が大きくなるようにリフト量可変機構を制御するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る内燃機関制御方法又は内燃機関システムによれば、所定の低負荷側の運転領域では、吸気弁が早閉じとされるので、吸気圧力を高く保った状態で気筒空気量を目標値に制御することができ、ポンプ損失を低減することができる。他方、所定の高負荷側の運転領域では、吸気弁が遅閉じとされるので、プリイグニッション等の異常燃焼を回避しつつ、必要な気筒空気量を確保することができる。
【００１４】
また、目標気筒空気量が所定空気量を越えるとき、すなわち早閉じ運転から遅閉じ運転への遷移時又は遅閉じ運転から早閉じ運転への遷移時には、吸気弁の閉弁時期は充填効率が最大となるタイミングを通過するが、この遷移時には吸気圧力が一時的に低下させられるので、気筒空気量が過大になって異常燃焼が起こるのを防止することができる。さらに、遷移時には、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁のリフト量が変更され、これにより吸気弁の開弁時期が好ましく変更されるので、筒内空気の状態をより精密に制御して、異常燃焼が発生する可能性を確実に抑制することができ、ひいては内燃機関の運転効率を最大限に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態（発明を実施するための最良の形態）を具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、内燃機関システムＳは、エンジン１（内燃機関）と、エンジン１に付設された種々のアクチュエータと、種々のセンサと、これらのセンサからの信号に基づいて各アクチュエータを制御するエンジン制御ユニット１００（制御器）とを備えている。
【００１６】
エンジン１は、例えば、ガソリン、エタノール、ＬＰＧ又は水素等を燃料とする火花点火式の４サイクル４気筒エンジンであって、図示していないが、第１〜第４の４つの気筒１１（シリンダ）を有する。なお、本発明において、エンジン１は４気筒エンジンに限定されるものではなく、いかなる数の気筒を有するものであってもよい。エンジン１は、自動車等の車両に搭載され、そのクランクシャフト１４は、変速機（図示せず）を介して駆動輪（図示せず）に連結され、車両を推進する。エンジン１の幾何学的圧縮比は１３以上であるのが好ましく、１４以上かつ１６以下であるのがとくに好ましい。
【００１７】
エンジン１は、その幾何学的圧縮比が大きいほど膨張比が大きくなり、機関効率は高くなる。そこで、このエンジン１では、幾何学的圧縮比を１３以上に設定し、点火時期のリタード等によりノッキングの発生を回避しつつ高トルクと燃費の大幅な低減とを図るようにしている。また、幾何学的圧縮比が高いほどプリイグニッションやノッキングなどの異常燃焼が発生する可能性が高くなるので、有効圧縮比を小さくして充填効率を低下させることも必要である。しかしながら、有効圧縮比を小さくすると、気筒１１の単位容積当たりの出力が低下し、内燃機関システムＳの重量比で見たときの効率は低下する。さらに、エンジン１を車両に搭載する際に、エンジンルーム内でのレイアウト性ないしは搭載性に問題が生じる。このような諸般の事情を考慮すれば、幾何学的圧縮比の上限は１６とするのが好ましい。
【００１８】
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に配置されたシリンダヘッド１３とを備えており、これらの内部に４つの気筒１１が形成されている。シリンダブロック１２内には、クランクシャフト１４が回転自在に支持されている。クランクシャフト１４は、各気筒１１のピストン１５に、それぞれのコネクティングロッド１６等からなる連結機構を介して連結されている。
【００１９】
各気筒１１において、ピストン１５は該気筒１１内に摺動自在に嵌挿され、燃焼室１７を画成している。シリンダヘッド１３には、吸気ポート１８及び排気ポート１９が気筒１１毎に２つずつ（図１中では１つずつ図示）形成されている。両ポート１８、１９は、それぞれ燃焼室１７と連通している。吸気ポート１８及び排気ポート１９に対して、それぞれ、これらのポート１８、１９と燃焼室１７との間の連通部を遮断又は遮閉することができる吸気弁２１及び排気弁２２が配設されている。吸気弁２１及び排気弁２２は、それぞれ、吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０により駆動され、所定のタイミングで往復動作を行って、吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉する。
【００２０】
吸気弁駆動機構３０は吸気カムシャフト３１を有し、他方排気弁駆動機構４０は排気カムシャフト４１を有している。両カムシャフト３１、４１は、それぞれ、周知のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介して、クランクシャフト１４によって回転駆動される。このエンジン１の動力伝達機構は、クランクシャフト１４が２回転する間に両カムシャフト３１、４１が１回転するように構成されている。吸気カムシャフト３１の位相角は、カム位相センサ７０によって検出され、その検出信号θＶＶＴ Ａがエンジン制御ユニット１００に入力される。また、吸気弁２１のリフト量θＶＶＬ Ａもエンジン制御ユニット１００に入力される。
【００２１】
点火プラグ５１は、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火システム５２は、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＳＡを受けて、点火プラグ５１に、所望の点火タイミングで火花が発生するよう通電する。燃料噴射弁５３は、シリンダヘッド１３の一方の側面（吸気側）に取り付けられている。燃料噴射弁５３の先端部は、上下方向に関して２つの吸気ポート１８の下方に位置する一方、水平方向に関して２つの吸気ポート１８の中間部に位置し、その噴射孔は燃焼室１７内に臨んでいる。
【００２２】
燃料供給システム５４は、図示していないが、燃料を昇圧して燃料噴射弁５３に供給する高圧ポンプと、燃料タンク内の燃料を高圧ポンプに供給する配管及びホース等と、燃料噴射弁５３を駆動する電気回路とを備えている。この電気回路は、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＦＰを受けて燃料噴射弁５３のソレノイドを作動させ、所定のタイミングで燃料噴射弁５３に所定量の燃料を噴射させる。
【００２３】
吸気ポート１８は、吸気マニホールド５５内の吸気通路５５ｂを介して、吸入空気（燃料燃焼用の空気）の流れを安定させるサージタンク５５ａに接続されている。エアクリーナ（図示せず）からの吸入空気は、スロットルボデー５６を通ってサージタンク５５ａに供給される。スロットルボデー５６内にはスロットル弁５７が配置されている。スロットル弁５７は、サージタンク５５ａに向かう吸入空気を絞ってその流量を制御又は調整する。スロットルアクチュエータ５８は、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＴＶＯを受けて、スロットル弁５７の開度を制御又は調整する。
【００２４】
排気ポート１９は、排気マニホールド６０内の排気通路を介して排気管内の排気通路と連通している。排気マニホールド６０よりも下流側の排気通路には、１つ又は複数の触媒コンバータ６１を有する排気ガス浄化システムが配設されている。触媒コンバータ６１には、三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、酸化触媒等の排気ガス浄化触媒が用いられている。なお、排気ガス浄化の目的に合致するものであれば、これらの触媒以外のいかなるタイプの触媒を用いてもよい。
【００２５】
吸気マニホールド５５と排気マニホールド６０とは、ＥＧＲパイプ６２を介して互いに連通し、これにより排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系に還流させられる。ＥＧＲパイプ６２には、該ＥＧＲパイプ６２を通って吸気系に還流するＥＧＲガスの流量を制御又は調整するためのＥＧＲバルブ６３が設けられている。ＥＧＲバルブ６３は、ＥＧＲバルブアクチュエータ６４によって駆動される。ＥＧＲバルブアクチュエータ６４は、ＥＧＲバルブ６３の開度が、エンジン制御ユニット１００によって算出されたＥＧＲ開度ＥＧＲＯＰＥＮとなるようにＥＧＲバルブ６３を駆動する。これにより、ＥＧＲガスの流量が適切に制御又は調整される。
【００２６】
エンジン制御ユニット１００は、コンピュータ又はマイクロコンピュータを備えた内燃機関システムＳないしはエンジン１の総合的な制御器であって、プログラムに従って演算等の処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を有しプログラム及びデータを格納するメモリと、エンジン制御ユニット１００への電気信号の入出力経路となる入出力バス（Ｉ／Ｏバス）とを備えている。
【００２７】
エンジン制御ユニット１００には、制御情報として、カム位相センサ７０によって検出される吸気カムシャフト３１のバルブ位相角θＶＶＴ Ａ、吸気弁２１のリフト量θＶＶＬ Ａ、エアフローセンサ７１によって検出される吸入空気流量ＡＦ、吸気圧センサ７２によって検出される吸気マニホールド圧ＭＡＰ（吸気圧）、クランク角センサ７３によって検出されるクランク角パルス信号等の各種信号が入力される。
【００２８】
そして、エンジン制御ユニット１００は、例えば、クランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転速度ＮＥＮＧを算出する。さらに、エンジン制御ユニット１００には、酸素濃度センサ７４（例えば、リニア酸素濃度センサ）によって検出される排気ガスの酸素濃度ＥＧＯ（ひいては空燃比）と、アクセルペダル６９の踏み込み量すなわちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ７５から出力されるアクセル制御信号αと、変速機の出力軸（図示せず）の回転速度ひいては車速を検出する車速センサ７６から出力される車速信号ＶＳＰとが入力される。
【００２９】
エンジン制御ユニット１００は、これに入力された上記種々の制御情報に基づいて、エンジン１の種々の制御パラメータを算出する。例えば、適切なスロットル開度ＴＶＯ、燃料噴射量ＦＰ、点火タイミングＳＡ、バルブ位相角θＶＶＴ、バルブリフト量θＶＶＬ等を算出する。そして、これらの制御パラメータに基づいて、これらに対応する制御信号として、スロットル制御信号ＴＶＯ、燃料噴射パルス信号ＦＰ、点火パルス信号ＳＡ、バルブ位相角信号θＶＶＴ、バルブリフト量信号θＶＶＬ等を、それぞれ、スロットルアクチュエータ５８、燃料供給システム５４、点火システム５２、吸気カムシャフト３１の位相可変機構３２、リフト量可変機構３３等に出力する。
【００３０】
次に、図２及び図３（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ、吸気弁駆動機構３０を詳細に説明する。図２は、図１に示す内燃機関システムＳのエンジン１の吸気弁駆動機構３０の具体的な構成を示す斜視図である。また、図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図２に示す吸気弁駆動機構３０の要部を示す断面図である。なお、図３（ａ）は大リフト量制御状態において吸気弁２１のリフト量が０の状態を示し、図３（ｂ）は大リフト量制御状態において吸気弁２１のリフト量が最大の状態を示し、図３（ｃ）は小リフト量制御状態において吸気弁２１のリフト量が０の状態を示し、図３（ｄ）は小リフト量制御状態において吸気弁２１のリフト量が最大の状態を示している。
【００３１】
図２及び図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、吸気弁駆動機構３０は、吸気弁２１の変位特性を調整する変位調整機構を備えている。この変位調整機構は、クランクシャフト１４に対する吸気カムシャフト３１の回転位相を変更することができる位相可変機構３２（以下「ＶＶＴ機構３２」という。）と、吸気弁２１のリフト量（バルブリフト量）を連続的に変更することができるリフト量可変機構３３（以下「ＶＶＬ機構３３」という。）とで構成されている。ＶＶＴ機構３２は、チェーンドライブ機構によってクランクシャフト１４に駆動連結されている。チェーンドライブ機構は、図示していないが、ドリブンスプロケット１０４の他に、クランクシャフト１４のドライブスプロケットと、これらの両スプロケットに巻き掛けられたチェーンとを備えている。
【００３２】
ＶＶＴ機構３２は、ドリブンスプロケット１０４に固定され該ドリブンスプロケット１０４と一体回転するケースと、このケースに収容されるとともにインナシャフト１０５に固定され該インナシャフト１０５と一体回転するロータとを有している。詳しくは図示していないが、ケースとロータとの間に複数の液圧室が設けられ、これらの液圧室は中心軸Ｘのまわりに、周方向に並んで形成されている。そして、ポンプにより加圧された液体（例えば、エンジンオイル）が各液圧室に選択的に供給され、互いに対向する液圧室の間に圧力差が形成される。なお、このＶＶＴ機構３２は液圧式であるが、電磁式又は機械式のＶＶＴ機構を用いてもよい。
【００３３】
エンジン制御ユニット１００はＶＶＴ機構３２の電磁バルブ３２ａにバルブ位相角信号θＶＶＴ（制御信号）を出力し、電磁バルブ３２ａはこのバルブ位相角信号θＶＶＴを受けて液圧のデューティ制御を行い、液圧室に供給する液体の流量、圧力等を制御又は調整する。かくして、ドリブンスプロケット１０４とインナシャフト１０５との間の実際の位相差が変更され、これによりインナシャフト１０５の所望の回転位相が達成される。なお、エンジン制御ユニット１００と別体の、ＶＶＴ機構３２を制御するためのＶＶＴ制御ユニットを設けてもよい。
【００３４】
ＶＶＬ機構３３は、各気筒１１に対応してインナシャフト１０５に設けられたディスク形状の偏心カム１０６を有している。これらの偏心カム１０６は、インナシャフト１０５の軸芯に対して偏心して設けられ、ＶＶＴ機構３２により決定される位相で回転する。この偏心カム１０６の外周には、リング状アーム１０７が回転自在に嵌合されている。ここで、インナシャフト１０５がその中心軸Ｘのまわりに回転すると、リング状アーム１０７は、中心軸Ｘのまわりを公転しながら、偏心カム１０６の中心のまわりで回動する。
【００３５】
また、インナシャフト１０５には、気筒１１毎にロッカーコネクタ１１０が配設されている。ロッカーコネクタ１１０は円筒状であり、インナシャフト１０５に外挿されて同軸に軸支されている。換言すれば、ロッカーコネクタ１１０は、その中心軸Ｘのまわりに回動可能に支持される一方、該ロッカーコネクタ１１０の外周面はベアリングジャーナルとされ、シリンダヘッド１３に配設されたベアリングキャップ（図示せず）によって回転可能に支持されている。
【００３６】
ロッカーコネクタ１１０には、第１及び第２のロッカーカム１１１、１１２が一体的に設けられている。両ロッカーカム１１１、１１２の構成は同一であるので、図３（ａ）〜（ｄ）では、第１のロッカーカム１１１のみを示し、第２のロッカーカム１１２の図示は省略している。第１のロッカーカム１１１は、カム面１１１ａと円周状のベース面１１１ｂとを有し（図３（ｄ）参照）、カム面１１１ａ及びベース面１１１ｂは、いずれもタペット１１５の上面に摺接するようになっている。第１のロッカーカム１１１は、連続的には回転せず、揺動運動することを除いては、一般的な吸気弁駆動機構のカムと同様にタペット１１５を押圧して吸気弁２１を開くものである。タペット１１５は、バルブスプリング１１６によって支持されている。バルブスプリング１１６は、２つの保持器１１７、１１８（図３（ｂ）参照）の間に支持されている。
【００３７】
インナシャフト１０５とロッカーコネクタ１１０と両ロッカーカム１１１、１１２とからなる組立体と並行して、該組立体の上方に、コントロールシャフト１２０が配設されている。このコントロールシャフト１２０は、ベアリング（図示せず）によって回転可能に支持され、その長手方向の中央付近には、外周面から突出する同軸状のウォームギヤ１２１が一体的に設けられている。
【００３８】
ウォームギヤ１２１はウォーム１２２と噛み合っている。このウォーム１２２は、ＶＶＬ機構３３のアクチュエータであるステッピングモータ１２３の出力軸に固定されている。このため、エンジン制御ユニット１００からリフト量信号θＶＶＬ）（制御信号）を受けたステッピングモータ１２３の作動により、コントロールシャフト１２０を所望の位置に回動させることができる。このように回動されるコントロールシャフト１２０には、気筒１１毎のコントロールアーム１３１が取り付けられ、これらコントロールアーム１３１は、コントロールシャフト１２０の回動に伴って一体的に回動させられる。
【００３９】
また、コントロールアーム１３１は、コントロールリンク１３２を介してリング状アーム１０７に連結されている。すなわち、コントロールリンク１３２の一方の端部は、コントロールピボット１３３によってコントロールアーム１３１の先端部に回転自在に連結されている。また、コントロールリンク１３２の他方の端部は、コモンピボット１３４によって、リング状アーム１０７に回転自在に連結されている。
【００４０】
ここで、コモンピボット１３４は、前記のとおりコントロールリンク１３２の前記他方の端部をリング状アーム１０７に連結するとともに、このリング状アーム１０７を貫通してこれをロッカーリンク１３５の一方の端部にも回転自在に連結している。そして、ロッカーリンク１３５の他方の端部は、ロッカーピボット１３６によって第１のロッカーカム１１１に回転自在に連結されている。これにより、リング状アーム１０７の回転がロッカーカム１１１に伝達される。
【００４１】
具体的には、インナシャフト１０５が回転して、これと一体に偏心カム１０６が回転するときに、図３（ａ）、（ｃ）に示すように偏心カム１０６が下側に位置すれば、リング状アーム１０７も下側に位置する。他方、図３（ｂ）、（ｄ）に示すように、偏心カム１０６が上側に位置すれば、リング状アーム１０７も上側に位置する。その際、リング状アーム１０７とコントロールリンク１３２とを連結するコモンピボット１３４の位置は、コントロールピボット１３３の位置と、偏心カム１０６及びリング状アーム１０７の共通中心位置との、３者相互の位置関係によって決定される。したがって、コントロールピボット１３３の位置が変化しない場合、すなわちコントロールシャフト１２０が回動しない場合は、コモンピボット１３４は、偏心カム１０６及びリング状アーム１０７の共通中心のまわりの回転のみに対応して、おおむね上下に往復動作を行う。
【００４２】
このようなコモンピボット１３４の往復動作は、ロッカーリンク１３５によって第１のロッカーカム１１１に伝達される。これにより、第１のロッカーカム１１１は、ロッカーコネクタ１１０で連結された第２のロッカーカム１１２とともに、中心軸Ｘのまわりに揺動する。かくして、揺動するロッカーカム１１１は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、カム面１１１ａがタペット１１５の上面に接触する間は、このタペット１１５をバルブスプリング１１６のばね力に抗して押し下げる。これにより、タペット１１５が吸気弁２１を押し下げ、その結果吸気ポート１８が開かれる。
【００４３】
他方、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、ロッカーカム１１１のベース面１１１ｂがタペット１１５の上面に接触する場合、タペット１１５は押し下げられない。これは、中心軸Ｘを中心とするロッカーカム１１１のベース面１１１ｂの半径が、その中心軸Ｘとタペット１１５の上面との間隔以下に設定されているからである。このようなコントロールピボット１３３と、コモンピボット１３４と、偏心カム１０６及びリング状アーム１０７の共通中心との間の相互の位置関係において、コントロールピボット１３３の位置が変化すれば、これにより３者相互の位置関係に変化が生じ、コモンピボット１３４は前記とは異なる軌跡を描いて往復動作を行うようになる。
【００４４】
したがって、ステッピングモータ１２３の作動によりコントロールシャフト１２０及びコントロールアーム１３１を回転させて、コントロールピボット１３３の位置を変えることにより、両ロッカーカム１１１、１１２の揺動範囲を変更することができる。例えば、コントロールアーム１３１を、図３における位置関係において時計回りに回動させ、コントロールピボット１３３を図３（ａ）に示す位置から図３（ｃ）に示すように左斜め上側にずらせると、ロッカーカム１１１の揺動範囲は、相対的にベース面１１１ｂがタペット１１５の上面に接触する傾向の強いものとなる。
【００４５】
図４は、内燃機関システムＳないしはエンジン１の吸気弁駆動機構３０における吸気弁２１の変位特性ないしは動作特性（吸気弁２１のリフト量及び開閉タイミング）の設定例を示す図である。図４に示すように、吸気弁駆動機構３０及びこれに関連する各部品により、吸気弁２１のリフト量θＶＶＬは、例えばθＶＶＬ ｍｉｎからθＶＶＬ ｍａｘまでの範囲で、目標気筒空気量（各気筒１１に充填される空気量の目標値）の増加に応じて増加するように制御される。他方、吸気弁２１の閉弁タイミングθＶＶＴは、リフト量θＶＶＬの増加に応じてθＶＶＴ ｍｉｎからθＶＶＴ ｍａｘの範囲で遅角させられる。具体的には、この内燃機関システムＳでは、例えばエンジン回転速度ＮＥＮＧが１５００ｒｐｍの場合、吸気行程において吸気弁２１を開閉する際、吸気弁２１の開弁タイミングについては、ほとんどの運転領域で排気上死点直前から開弁を開始し、要求トルクに応じて閉弁タイミングを変更するようにしている。
【００４６】
また、この内燃機関システムＳでは、吸気弁２１の閉弁タイミングに関して、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣ（第１モード）と遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣ（第２モード）とを設けている。ここで、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣは、気筒空気量（気筒に充填される空気量）が少ない低負荷時に選択されるモードであり、遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣは、気筒空気量が多い高負荷時に選択されるモードである。早閉じ運転モードＭＥＩＶＣでは、時々刻々のエンジン回転速度ＮＥＮＧにおいて充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ１ｓｔで吸気弁２１が閉じられる。他方、遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣでは、エンジン回転速度ＮＥＮＧにおいて充填効率が最大となる閉弁タイミングよりも遅角側に閉弁タイミングが設定され、かつ、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ１ｓｔから離間した第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ２ｎｄで吸気弁２１が閉じられる。
【００４７】
図４から明らかなとおり、遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣが設定される第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ２ｎｄは、早閉じ運転モードが設定される第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ１ｓｔよりも遅角し、かつ離間している。したがって、両閉弁タイミング範囲ＩＶＣ１ｓｔ、ＩＶＣ２ｎｄ間には、定常運転時であれば吸気弁２１が閉じることのない中間閉弁タイミング範囲（異常燃焼懸念範囲）ＩＶＣＩＭが存在する。この中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣＩＭの中の下死点ＢＤＣ付近に、充填効率が最大となる吸気弁２１の閉弁タイミングが存在する。
【００４８】
なお、このような運転モードを設定する理由は、およそ次のとおりである。すなわち、吸気弁２１を早閉じにした場合、図３（ｃ）、（ｄ）から明らかなように、ロッカーカム１１１の揺動量は小さくなり、バルブスプリング１１６の抵抗も小さくなるので、このような運転は低負荷側では好ましい。しかし、要求負荷の増加に伴って吸気弁２１の閉弁タイミングを吸気下死点付近まで遅角させると、高圧縮比のエンジン１ではプリイグニション、ノッキング等の異常燃焼が生じる可能性が高まる。また、異常燃焼が懸念される運転領域を単純に回避して吸気弁２１を早閉じにした場合、要求負荷が高いときには気筒空気量を確保することができず、必要な出力を得ることができない。
【００４９】
他方、吸気弁２１を遅閉じにした場合、ピストン１５が下死点に移動するまで気筒１１内に空気を導入することができるので、有効圧縮比が低くなるところで吸気弁２１を閉じても充分な気筒空気量を確保することができる。他面、図３（ａ）、（ｂ）から明らかなように、低速低負荷時の目標気筒空気量が小さい運転領域では、吸気弁２１のリフト量ないしはリフト範囲を最大値近傍まで大きく設定する必要があるので、機械的損失が大きくなるなどといった不具合が生じる。
【００５０】
このため、この内燃機関システムＳでは、連続的な運転領域で可及的に膨張比を高めつつ、異常燃焼を回避するとともに、ポンプ損失の低減、目標気筒空気量が小さい運転領域での機械的損失の低減、目標気筒空気量が大きい運転領域での出力確保等を図るため、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ１ｓｔと第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ２ｎｄとを設定している。また、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣから遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣへの移行、あるいは遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣから早閉じ運転モードＭＥＩＶＣへの移行が行われるときには、吸気弁２１の閉弁タイミングが中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣＩＭを通る。そこで、後で詳しく説明するように、このときには一時的に吸気圧力を低くすることにより空気過剰になる傾向を抑制するとともに、吸気弁２１のリフト量をエンジン１の運転状態ないしは外界条件に応じて変更するようにしている。
【００５１】
図５は、運転モードを設定するための運転領域の例を示す特性図である。図５に示すように、この内燃機関システムＳでは、高負荷側の特性Ｌ１より高負荷側である運転領域ＲＬＩＶＣでは遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣが設定され、低負荷側の特性Ｌ２より低負荷側である運転領域ＲＥＩＶＣでは、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣが設定される。図５中において、特性Ｌ１と特性Ｌ２の間の運転領域ＲＴＲは、ヒステリシスを設けて運転モードの切換に用いられる領域である。このため、運転領域ＲＥＩＶＣから要求負荷が高くなっても、特性Ｌ１を越えるまでは、運転モードは早閉じ運転モードＭＥＩＶＣが維持される。他方、運転領域ＲＬＩＶＣから要求負荷が低くなっても、特性Ｌ２を越えるまでは、運転モードは運転領域ＲＬＩＶＣが維持される。
【００５２】
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、運転モードが早閉じ運転モードＭＥＩＶＣである場合における、吸気弁２１の閉弁タイミングＩＶＣ及びスロットル開度ＴＶＯの制御例を示している。すなわち、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣの場合の吸気弁２１の閉弁タイミングＩＶＣの制御としては、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ１ｓｔの範囲内で、図６（ａ）に示すように、エンジン回転速度ＮＥＮＧが高くなるほど、吸気弁２１の閉弁タイミングは遅角する。また、目標気筒空気量が増加するほど、吸気弁２１の閉弁タイミングは遅角する。その結果、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ１ｓｔで運転される場合は、吸気弁２１の閉弁タイミングを遅角させることにより、充填効率を増加させ、要求トルクに見合うトルクを出力することができる。
【００５３】
早閉じ運転モードＭＥＩＶＣの場合のスロットル開度ＴＶＯの制御としては、図６（ｂ）に示すように、特性Ｌ１と平行にエンジン回転速度ＮＥＮＧに比例する特性Ｌ３が低負荷側に設定される。そして、この特性Ｌ３よりも低負荷側の運転領域では、スロットル開度ＴＶＯは、全開又は全開相当になっており、気筒空気量すなわち気筒に充填される空気量は、吸気弁２１の閉弁タイミングのみにより制御される。このため、気筒空気量を調整しつつ、ポンプ損失が生じないように制御することができる。
【００５４】
他方、特性Ｌ１から特性Ｌ３までの間では、要求負荷が高まるのに伴って、あるいはエンジン回転速度ＮＥＮＧが減少するのに伴って、スロットル開度ＴＶＯを小さくするように制御される。このため、運転状態が、中高速・低中負荷運転領域から運転モードを遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣに設定する必要のある低速・高負荷運転領域に近づくのに伴って、気筒空気量を低減することができる。したがって、高圧縮比エンジンを採用したエンジン１において、運転モードの切り換え点に近い不安定な運転領域であっても、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、気筒空気量を調整することができる。なお、特性Ｌ３は、図５の特性Ｌ２よりも低負荷側であってもよく、また特性Ｌ２より高負荷側であってもよい。
【００５５】
図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、運転モードが遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣである場合における、吸気弁２１の閉弁タイミングＩＶＣ及びスロットル開度ＴＶＯの制御例を示している。すなわち、遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣの場合の吸気弁２１の閉弁タイミングＩＶＣの制御としては、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ２ｎｄの範囲内で、図７（ａ）に示すように、エンジン回転速度ＮＥＮＧが高くなるほど、吸気弁２１の閉弁タイミングは遅角する。また、目標気筒空気量が増加するほど吸気弁２１の閉弁タイミングは進角する。一方、スロットル開度ＴＶＯの制御としては、図７（ｂ）に示すように、目標気筒空気量の変化に対してはスロットル開度ＴＶＯを一定とし、エンジン回転速度ＮＥＮＧが増加するのに伴ってスロットル開度ＴＶＯが大きくなるようにしている。かくして、遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣでは、遅閉じ運転によりノッキングを抑制しつつ、所要の気筒空気量を確保することができる。
【００５６】
前記のとおり、エンジン制御ユニット１００は、内燃機関システムＳないしはエンジン１の総合的な制御装置であって、各センサ７０〜７６等によって検出される各種制御情報に基づいて、ＶＶＴ機構３２（電磁バルブ３２ａ）、ＶＶＬ機構３３、点火プラグ５１（点火システム５２）、燃料噴射弁５３（燃料供給システム５４）、スロットル弁５３（スロットルアクチュエータ５４）、ＥＧＲバルブ６３等を制御ないしは駆動することにより、燃料噴射制御、点火時期制御、ＥＧＲ制御等の普通のエンジン制御を行うようになっている。
【００５７】
さらに、エンジン制御ユニット１００は、目標気筒空気量に応じて吸気弁２１の閉弁タイミングを切り換えるとともに、閉弁タイミングの切り換え時に吸気通路５５ｂの圧力を一時的に低下させ、かつ吸気弁２１のリフト量をエンジン１の運転状態ないしは外界条件に応じて変更するといった本発明に係る格別のエンジン制御（以下「リフト量変更制御」という。）を行うようになっている。しかしながら、普通のエンジン制御については、その制御手法は当業者にはよく知られており、またこのような普通のエンジン制御は本発明の要旨とするところでもないのでその説明を省略し、以下では主として本発明に係るリフト量変更制御を説明する。
【００５８】
まず、本発明に係るリフト量変更制御の概要を説明する。前記のとおり、内燃機関システムＳでは、制御モードとして、目標気筒空気量が所定空気量より小さい運転領域のための第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ１ｓｔと、目標気筒空気量が所定空気量より大きい運転領域のための第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ２ｎｄと、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣから遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣへの移行、又は遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣから早閉じ運転モードＭＥＩＶＣへの移行が行われるとき（モード移行時）のための中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣＩＭ（遷移モード）とを設定している。そして、このリフト量変更制御では、モード移行時には、吸気弁２１の閉弁タイミングが第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ１ｓｔと第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ２ｎｄとの間で変化するようにＶＶＴ機構３２とＶＶＬ機構３３とを駆動するとともに、一時的にスロットル弁５７を絞って吸気圧力を低くすることにより空気過剰になる傾向を抑制し、かつ吸気弁２１のリフト量をエンジン１の運転状態ないしは外界条件に応じて変更するようにしている。
【００５９】
このリフト量変更制御によれば、目標気筒空気量が所定空気量より小さい運転領域では、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣが設定されるので、吸気圧力を高く保った状態で気筒空気量を目標値に制御することができ、ポンプ損失を低減することができ、かつ機械損失を低減することができ、ひいては燃費性を高めることができる。他方、目標気筒空気量が所定空気量より大きい運転領域では、遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣが設定されるので、プリイグニッション等の異常燃焼を回避しつつ、必要な気筒空気量を確保することができる。
【００６０】
また、モード移行時には、吸気弁２１の閉弁タイミングは充填効率が最大となるタイミングを通過するが、このとき吸気圧力が一時的に低下させられるので、気筒空気量が過大になって異常燃焼が起こるのを防止することができる。さらに、モード移行時には、エンジン１の運転状態ないしは外界条件に応じて吸気弁２１のリフト量が変更され、これにより吸気弁２１の開弁時期が好ましく変更されるので、気筒１１内の空気の状態をより精密に制御して、異常燃焼が発生する可能性を確実に抑制することができ、ひいてはエンジン１の運転効率を最大限に高めることができる。
【００６１】
このリフト量変更制御においては、予想される目標気筒空気量の変化が大きいほどモード移行時における吸気弁２１のリフト量を大きくするのが好ましく、また、予想される目標気筒空気量の変化が大きいほどモード移行時における吸気圧力の低下量を小さくするのが好ましい。また、ＶＶＴ機構３２の応答性が低下するほどモード移行時における吸気弁２１のリフト量を大きくするのが好ましく、また、ＶＶＴ機構３２の応答性が低下するほどモード移行時における吸気圧力の低下量を小さくするのも好ましい。なお、内燃機関システムＳに、車両のドライバによる操作が可能であり、かつ、予想される目標気筒空気量の変化の大きさを表す信号を出力することが可能なスイッチを設け、スイッチから出力された信号が表す目標気筒空気量の変化が大きいほど、吸気弁２１の閉弁タイミングの変化時における吸気弁２１のリフト量が大きくなるように、ＶＶＬ機構３３を制御するようにしてもよい。
【００６２】
以下、本発明に係るリフト量変更制御の制御機構ないしは制御手法を詳しく説明する。
図８及び図９は、エンジン制御ユニット１００によるリフト量変更制御の制御アルゴリズムを示すブロック図である。図８に示すように、エンジン制御ユニット１００は、機能的にみれば、目標トルク演算部Ｂ０と、目標図示平均有効圧力演算部Ｂ１（以下「目標Ｐｉ演算部Ｂ２」という。）と、制御モード判定部Ｂ２と、目標空気充填量演算部Ｂ３（以下「目標ＣＥ演算部Ｂ３」という。）と、目標ブースト演算部Ｂ４と、目標吸気弁閉弁タイミング範囲演算部Ｂ５（以下「目標ＩＶＣ演算部Ｂ５」という。）と、サージタンク５５ａ内の体積効率を演算する目標充填効率演算部Ｂ６（以下「目標ηｖｐ演算部Ｂ６」という。）と、目標スロットル開度演算部Ｂ７（以下「目標ＴＶＯ演算部Ｂ７」という。）と、目標リフト量演算部Ｂ８（以下「目標ＶＶＬ演算部Ｂ８」という。）と、目標吸気弁閉弁タイミング演算部Ｂ９（以下「目標ＶＶＴ演算部Ｂ９」という。）とで構成されている。
【００６３】
目標トルク演算部Ｂ０は、アクセル開度（アクセル制御信号α）とエンジン回転数（エンジン回転速度信号ＮＥＮＧ）とに基づいてエンジン１の目標トルクを算出する。目標Ｐｉ演算部Ｂ１は、目標トルク演算部Ｂ０によって算出された目標トルクと、エンジン１の機械抵抗及びポンプ損失とに基づいて目標図示平均有効圧力（目標Ｐｉ）を算出する。具体的には、目標トルクとトルク損失となる機械抵抗及びポンプ損失との和（合計）である実際にエンジン１が生成すべき目標燃焼トルク（目標気筒空気量）に対応する目標図示平均有効圧力を算出する。
【００６４】
制御モード判定部Ｂ２は、例えば図５に示す特性図に対応する制御マップを用いて、目標Ｐｉ演算部Ｂ１によって算出された目標図示平均有効圧力と、エンジン回転数とに基づいて、エンジン１の運転状態に対応する制御モードが早閉じ運転モードＭＥＩＶＣであるか、遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣであるか、それとも遷移モードＭＩＭであるかを判定する。なお、遷移モードＭＩＭは、エンジン１の運転状態が、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣから遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣに移行した時点、又は遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣから早閉じ運転モードＭＥＩＶＣに移行した時点から所定期間実行される、吸気弁２１を早閉じ状態から遅閉じ状態に切り換え、又は遅閉じ状態から早閉じ状態に切り換える際の過渡的な制御モードである。
【００６５】
目標ＣＥ演算部Ｂ３は、目標Ｐｉ演算部Ｂ１によって算出された目標図示平均有効圧力と、エンジン回転数とに基づいて目標空気充填量（目標ＣＥ）を算出する。目標ブースト演算部Ｂ４は、目標Ｐｉ演算部Ｂ１によって算出された目標図示平均有効圧力と、制御モード判定部Ｂ２によって判定された制御モード（ＭＥＩＶＣ、ＭＬＩＶＣ又はＭＩＭ）と、エンジン回転数と、外界条件ないしはエンジン１の運転状態とに基づいて目標ブーストを算出する。なお、目標ブースト演算部Ｂ４における遷移モードＭＩＭの実行時の目標ブーストの算出手法は、後で図９を参照しつつ詳しく説明する。
【００６６】
目標ＩＶＣ演算部Ｂ５は、目標Ｐｉ演算部Ｂ１によって算出された目標図示平均有効圧力と、制御モード判定部Ｂ２によって判定された制御モード（ＭＥＩＶＣ、ＭＬＩＶＣ又はＭＩＭ）と、エンジン回転数と、外界条件ないしはエンジン１の運転状態とに基づいて吸気弁２１の目標閉弁タイミング範囲（目標ＩＶＣ）を算出する。なお、目標ＩＶＣ演算部Ｂ５における遷移モードＭＩＭの実行時の目標ＩＶＣの算出手法は、後で図９を参照しつつ詳しく説明する。目標ηｖｐ演算部Ｂ６は、目標ＣＥ演算部Ｂ３によって算出された目標空気充填量と、目標ブースト演算部Ｂ４によって算出された目標ブーストとに基づいて目標充填効率又は目標体積効率（目標ηｖｐ）を算出する。
【００６７】
目標ＴＶＯ演算部Ｂ７は、目標ＣＥ演算部Ｂ３によって算出された目標空気充填量と、目標ηｖｐ演算部Ｂ６によって算出された目標充填効率又は目標体積効率と、エンジン回転数とに基づいて目標スロットル開度（目標ＴＶＯ）を算出する。目標ＶＶＬ演算部Ｂ８は、目標ＩＶＣ演算部Ｂ５によって算出された吸気弁２１の目標閉弁タイミング範囲と、目標ηｖｐ演算部Ｂ６によって算出された目標充填効率又は目標体積効率と、エンジン回転数とに基づいて目標リフト量（目標ＣＶＶＬリフト量）を算出する。目標ＶＶＴ演算部Ｂ９は、目標ＩＶＣ演算部Ｂ５によって算出された目標閉弁タイミング範囲と、目標ＶＶＬ演算部Ｂ８によって算出された目標リフト量とに基づいて目標吸気弁閉弁タイミング位相角（目標ＶＶＴ位相角）を算出する。
【００６８】
以下、図９を参照しつつ、目標ブースト演算部Ｂ４における遷移モードＭＩＭの実行時の目標ブーストの算出手法と、目標ＩＶＣ演算部Ｂ５における遷移モードＭＩＭの実行時の目標ＩＶＣの算出手法とを説明する。なお、図９に示す制御手法を、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣ又は遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣの実行時に応用してもよい。
【００６９】
図９に示すように、目標ブースト演算部Ｂ４は、遷移モードＭＩＭの実行時には、基本的には、目標ブーストを演算するためのルックアップテーブル（以下「目標ブーストテーブル」という。）を用いて、目標図示平均有効圧力（目標Ｐｉ）とエンジン回転数とに基づいて目標ブーストを算出する。ここで、目標ブーストテーブルとしては、ＢＤＣ（下死点）付近でプリイグニッション等の異常燃焼が発生しにくいように目標ブーストを設定する第１目標ブーストテーブルＭ１と、ＢＤＣ付近で出力トルクが最大となるように目標ブーストを設定する第２目標ブーストテーブルＭ２とが択一的に用いられる。
【００７０】
そして、実際に用いる目標ブーストテーブルは、運転モード選択部Ｃ１によって外界条件ないしはエンジン１の運転状態に応じて選択され、この選択結果に従って第１スイッチＷ１によって切り換えられる。具体的には、外界条件ないしはエンジン１の運転状態が、プリイグニッション等の異常燃焼が発生しやすい状況にある場合、例えばトルク変動が大きい場合、あるいは学習制御の学習が十分でない場合は、第１目標ブーストテーブルＭ１が選択される。他方、外界条件ないしはエンジン１の運転状態が、高い出力トルクを必要とする状況、あるいは燃費性を重視する状況にある場合は、第２目標ブーストテーブルＭ２が選択される。
【００７１】
目標ＩＶＣ演算部Ｂ５は、遷移モードＭＩＭの実行時には、基本的には、目標ＩＶＣを演算するためのルックアップテーブル（以下「目標ＩＶＣテーブル」という。）を用いて、目標図示平均有効圧力（目標Ｐｉ）とエンジン回転数とに基づいて目標ＩＶＣを算出する。ここで、目標ＩＶＣテーブルとしては、ＢＤＣ（下死点）付近でプリイグニッション等の異常燃焼が発生しにくいように吸気弁２１の閉弁タイミングＩＶＣを設定する第１目標ＩＶＣテーブルＮ１と、ＢＤＣ付近で出力トルクが最大となるように吸気弁２１の閉弁タイミングＩＶＣを設定する第２目標ＩＶＣテーブルＮ２とが択一的に用いられる。
【００７２】
そして、実際に用いる目標ＩＶＣテーブルは、運転モード選択部Ｃ１によって外界条件ないしはエンジン１の運転状態に応じて選択され、この選択結果に従って第２スイッチＷ２によって切り換えられる。具体的には、外界条件ないしはエンジン１の運転状態が、プリイグニッション等の異常燃焼が発生しやすい状況にある場合、例えばトルク変動が大きい場合、あるいは学習制御の学習が十分でない場合は、第１目標ＩＶＣテーブルＮ１が選択される。他方、外界条件ないしはエンジン１の運転状態が、高い出力トルクを必要とする状況、あるいは燃費性を重視する状況にある場合は、第２目標ＩＶＣテーブルＮ２が選択される。
【００７３】
なお、運転モード選択部Ｃ１は、目標ブースト演算部Ｂ４及び目標ＩＶＣ演算部Ｂ５に対して共通であるので、目標ブースト演算部Ｂ４で第１目標ブーストテーブルＭ１が選択される場合は、目標ＩＶＣ演算部Ｂ５で第１目標ＩＶＣテーブルＮ１が選択されることになる。また、目標ブースト演算部Ｂ４で第２目標ブーストテーブルＭ２が選択される場合は、目標ＩＶＣ演算部Ｂ５で第２目標ＩＶＣテーブルＮ２が選択されることになる。
【００７４】
このように、目標ＩＶＣ演算部Ｂ５では、外界条件ないしはエンジン１の運転状態に応じて選択された目標ＩＶＣテーブルＮ１、Ｎ２に従って目標閉弁タイミング（目標ＩＶＣ）が算出される。他方、前記のとおり、目標ＶＶＬ演算部Ｂ８では、目標ＩＶＣ演算部Ｂ５によって算出された吸気弁２１の目標閉弁タイミングに基づいて目標リフト量（目標ＣＶＶＬリフト量）が算出される。したがって、目標ＶＶＬ演算部Ｂ８における目標リフト量の算出には、運転モード選択部Ｃ１による運転モードの選択が反映される。すなわち、目標ＶＶＬ演算部Ｂ８は、遷移モードＭＩＭの実行時には、目標ＩＶＣ演算部Ｂ５で第１目標ＩＶＣテーブルＮ１が選択されたかそれとも第２目標ＩＶＣテーブルＮ２が選択されたかに応じて、それぞれ、目標リフト量を、互いに異なる第１目標リフト量又は第２目標リフト量に設定する。なお、この設定手法を、早閉じ運転モードＭＥＩＶＣ又は遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣの実行時に応用してもよい。
【００７５】
つまり、目標ＶＶＬ演算部Ｂ８は、外界条件ないしはエンジン１の運転状態が、プリイグニッション等の異常燃焼が発生しやすい状況にある場合、例えばトルク変動が大きい場合、あるいは学習制御の学習が十分でない場合は、第１目標リフト量を設定することになる。他方、外界条件ないしはエンジン１の運転状態が、高い出力トルクを必要とする状況、又は燃費性を重視する状況にある場合は、第２目標リフト量を設定することになる。
【００７６】
以下、目標ＶＶＬ演算部Ｂ８における、第１目標リフト量及び第２目標リフト量の設定手法の一例を説明する。図１１（ａ）は、ブースト及びバルブリフト量を種々変化させ、各場合について、プリイグニッションが発生するか否かを実験により確認した結果を示すグラフである。また、図１１（ｂ）は、平均有効圧（Ｐｅ）及びバルブリフト量を種々変化させ、各場合について、プリイグニッションが発生するか否かを実験により確認した結果を示すグラフである。
【００７７】
図１１（ａ）に示すように、ブーストを基準にしてプリイグニッションの発生の有無について考察すれば、あるリフト量（リフト最適値）で、プリイグニッションが発生するブーストが最も高くなっている（おおむね−１５ｋＰａ）。すなわち、リフト量をこのリフト最適値に設定すれば、プリイグニッションが最も発生しにくい状態となり、したがってプリイグニッションが発生する限界値はおおむね−１５ｋＰａとなる。また、リフト量がリフト最適値から外れている場合でも、プリイグニッションが発生するブーストは、さほど変化（低下）しない。したがって、ブーストを基準にしてプリイグニッションが発生する限界値を設定した場合、たとえリフト量が変化しても、プリイグニッションが発生する可能性は小さい。すなわち、エンジン１の運転状態ないしはトルク変動に対するプリイグニッションの発生を低減ないしは防止することができ、エンジン１を安定した状態で動作させることができる。
【００７８】
他方、図１１（ｂ）に示すように、平均有効圧すなわち出力トルクを基準にしてプリイグニッションの発生の有無について考察すれば、あるリフト量（リフト最適値）で、プリイグニッションが発生する平均有効圧が最も高くなっている（おおむね６５０ｋＰａ）。すなわち、リフト量をこのリフト最適値に設定すれば、プリイグニッションが最も発生しにくい状態となり、したがってプリイグニッションが発生する限界値はおおむね６５０ｋＰａとなる。この場合、出力トルクを最大限に高めることができ、また早閉じ運転を行う期間が最大限に長くなるので、燃費性を最大限に高めることができる。しかし、リフト量がリフト最適値から外れていた場合、プリイグニッションが発生する平均有効圧は、急激に低下する。したがって、平均有効圧を基準にしてプリイグニッションが発生する限界値を設定した場合、リフト量が変化ないしは変動すると、プリイグニッションが発生する可能性は高くなる。
【００７９】
そこで、この内燃機関システムＳでは、遷移モード時において、外界条件ないしはエンジン１の運転状態が、プリイグニッション等の異常燃焼が発生しやすい状況にある場合は、リフト量を、第１目標リフト量、例えば図１１（ａ）に示すようなブーストを基準とする最適リフト量Ｌ１に設定した上で、吸気圧力ないしは限界値を、最適リフト量に対応するブースト（例えば、−１５ｋＰａ）に基づいて設定し、エンジン１を安定した状態で動作させるようにしている。
【００８０】
他方、遷移モード時において、外界条件ないしはエンジン１の運転状態が、高い出力トルクを必要としている状況ないしは燃費性を重視している状況にある場合は、リフト量を、第２目標リフト量、例えば図１１（ｂ）に示すような平均有効圧を基準とする最適リフト量Ｌ２（＜Ｌ１）に設定した上で、吸気圧力ないしは限界値を、最適リフト量に対応する平均有効圧（例えば、６５０ｋＰａ）に基づいて設定し、エンジン１を出力トルクが高い状態又は燃費性の良い状態で動作させるようにしている。
【００８１】
なお、第１目標リフト量と第２目標リフト量の切り換えは、具体的には、例えば次のように行うことができる。
すなわち、トルク応答性を重視するときは第１目標リフト量を選択し、燃費性を重視するときは第２目標リフト量を選択する。例えば、運転履歴から判定した目標最大トルクの傾きが大きいとき、ＡＴ車においてスポーツモード又はマニュアルモードを使用しているとき、あるいはエンジン制御切換スイッチのスポーツモードを使用しているときは、第１目標リフト量を選択する。他方、運転履歴から判定した目標最大トルクの傾きが小さいとき、ＡＴ車においてＤレンジを使用しているとき、あるいはエンジン制御切換スイッチの燃費モードを使用しているときは、第２目標リフト量を選択する。
【００８２】
また、デバイスの故障時あるいは応答性低下時は第１目標リフト量を選択し、その他の場合は第２目標リフト量を選択する。例えば、ＶＶＴ機構３２の故障後のＶＶＬ機構３３のリフト量固定（最大値）モードへの移行時、ＶＶＬ機構３３又はＶＶＴ機構３２の応答性低下時、ＥＴＢリンプホーム移行時は、第１目標リフト量を選択する。
【００８３】
ノッキング時は第１目標リフト量を選択し、その他の場合は第２目標リフト量を選択する。例えば、ノッキング判定後あるいはノッキング学習後は、第１目標リフト量を選択する。ＰＣＭメモリクリア後は、第１目標リフト量を選択する（各種制御の学習完了前は、プリイグニッションの回避についての信頼性が低いと判断される）。また、運転支援機能使用時、例えばクルーズコントロール使用時は、第２目標リフト量を選択する。なお、吸気温度が高いときには、第２目標リフト量の設定を禁止する。
【００８４】
以下、図１０に示すフローチャートを参照しつつ、エンジン制御ユニット１００によって実行されるリフト量変更制御の制御手法の一例を説明する。図１０に示すように、このリフト量変更制御においては、制御が開始されると（スタート）、まずステップＳ１で各種信号が制御情報として読み込まれる。例えば、各センサ７０〜７６等によって検出される吸気カムシャフト位相角、吸入空気流量、吸気マニホールド圧、クランク角パルス信号、排気ガスの酸素濃度、アクセル開度、車速等に対応する各信号（図１参照）と、エンジン制御ユニット１００自体によって生成又は算出されるエンジン回転数等に対応する各信号とが読み込まれる。
【００８５】
続いて、ステップＳ２で、アクセル開度（アクセル制御信号α）とエンジン回転数（エンジン回転速度信号ＮＥＮＧ）とに基づいてエンジン１の目標トルクが算出される。なお、この目標トルクとエンジン回転数とに基づいて、燃料噴射弁５３の燃料噴射量及び点火プラグ５１の点火時期が設定される。そして、ステップＳ３で、ステップＳ２で算出された目標トルクと、機械抵抗及びポンプ損失に起因する損失トルクとの和である、エンジン１が実際に生成すべき目標燃焼トルクに対応する目標図示平均有効圧力（目標Ｐｉ）が算出される。
【００８６】
次に、ステップＳ４で、例えば図５に示す特性図に対応する制御マップを用いて、ステップＳ３で算出された目標図示平均有効圧力と、エンジン回転数とに基づいて、エンジン１の運転状態に対応する制御モードが早閉じ運転モードＭＥＩＶＣであるか、遅閉じ運転モードＭＬＩＶＣであるか、それとも遷移モードＭＩＭであるかが判定される。さらに、ステップＳ５で、ステップＳ３で算出された目標図示平均有効圧力と、ステップＳ４で判定された制御モードと、エンジン回転数とに基づいて、目標空気充填量（目標ＣＥ）が算出される。
【００８７】
さらに、ステップＳ６で、ステップＳ３で算出された目標図示平均有効圧力と、ステップＳ４で判定された制御モードと、エンジン回転数と、外界条件ないしはエンジン１の運転状態とに基づいて、制御モードに応じた目標ブーストが算出される。続いて、ステップＳ７で、ステップＳ３で算出された目標図示平均有効圧力と、ステップＳ４で判定された制御モードと、エンジン回転数と、外界条件ないしはエンジン１の運転状態とに基づいて、制御モードに応じた吸気弁２１の目標閉弁タイミング範囲（目標ＩＶＣ）が算出される。
【００８８】
次に、ステップＳ８で、ステップＳ５で算出された目標空気充填量と、ステップＳ６で算出された目標ブーストとに基づいて、目標充填効率又は目標体積効率（目標ηｖｐ）が算出される。続いて、ステップＳ９で、ステップＳ５で算出された目標空気充填量と、ステップＳ８で算出された目標充填効率又は目標体積効率と、エンジン回転数とに基づいて、目標スロットル開度（目標ＴＶＯ）が算出される。
【００８９】
さらに、ステップＳ１０で、ステップＳ７で算出された吸気弁２１の目標閉弁タイミング範囲（目標ＩＶＣ）と、ステップＳ８で算出された目標充填効率又は目標体積効率（目標ηｖｐ）と、エンジン回転数とに基づいて、制御モードに応じた目標リフト量（目標ＣＶＶＬリフト量）が算出される。続いて、ステップＳ１１で、ステップＳ７で算出された目標閉弁タイミング範囲と、ステップＳ１０で算出された目標リフト量とに基づいて、目標吸気弁閉弁タイミング位相角（目標ＶＶＴ位相角）が算出される。
【００９０】
この後、ステップＳ１２で、ステップＳ９で算出された目標スロットル開度と、ステップＳ１０で算出された目標リフト量と、ステップＳ１１で算出された目標吸気弁閉弁タイミング位相角とに基づいて、該目標値が実現されるよう、スロットルアクチュエータ５８と、ＶＶＴ機構３２（電磁バルブ３２ａ）と、ＶＶＬ機構３３とが駆動される。
【００９１】
具体的には、信号θＶＶＴがＶＶＴ機構３２に出力され、吸気カムシャフト３１のクランクシャフト１４に対する位相が信号θＶＶＴに対応した値となるように、ＶＶＴ機構３２が動作する。そして、信号θＶＶＬがＶＶＬ機構３３に出力され、吸気弁２１のリフト量が信号θＶＶＬに対応した値となるように、ＶＶＬ機構３３が動作する。また、信号ＴＶＯがスロットルアクチュエータ５８に出力され、スロットル弁５７の開度ＴＶＯが信号ＴＶＯに対応した値となるように、スロットルアクチュエータ５８が動作する。
【００９２】
なお、燃料噴射量信号ＦＰが燃料システム５４に出力され、１気筒サイクル当りＦＰに対応した量の燃料が燃料噴射弁５３から噴射される。また、点火時期信号ＳＡが点火システム５２に出力され、気筒サイクル中の信号ＳＡに対応した時期に、点火プラグ５１が火花を生成して、燃焼室１７内の混合気に点火する。これにより、必要とされる量の空気、燃料からなる混合気が、適切な時期に着火して燃焼させられ、目標トルクがエンジン１から出力される。
【００９３】
以上、本発明に係るリフト量変更制御によれば、エンジン１の気筒１１内の空気の状態をより精密に制御して、異常燃焼が発生する可能性を確実に抑制しつつ、エンジン１の運転効率を最大限に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る内燃機関システムの構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す内燃機関システムのエンジンの吸気弁駆動機構の構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図２に示す吸気弁駆動機構の一部断面立面図である。
【図４】図１に示す内燃機関システムのエンジンの吸気弁駆動機構における吸気弁の変位特性の設定例を示すグラフである。
【図５】エンジン回転速度と目標気筒空気量とをパラメータとする、早閉じモードが設定される領域と遅閉じモードが設定される領域とを示す図である。
【図６】（ａ）は早閉じ運転モードでの吸気弁の閉弁タイミングの制御例を示す図であり、（ｂ）は早閉じ運転モードでのスロットル開度の制御例を示す図である。
【図７】（ａ）は遅閉じ運転モードでの吸気弁の閉弁タイミングの制御例を示す図であり、（ｂ）は遅閉じ運転モードでのスロットル開度の制御例を示す図である。
【図８】図１に示す内燃機関システムのエンジン制御ユニットの制御アルゴリズムを示すブロック図である。
【図９】図１に示す内燃機関システムのエンジン制御ユニットの制御アルゴリズムを示すブロック図である。
【図１０】エンジン制御ユニットによるリフト量変更制御の制御手法を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）はブーストに基づく吸気弁のリフト量の最適値を示すグラフであり、（ｂ）は筒内有効圧力に基づく吸気弁のリフト量の最適値を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９５】
Ｓ  内燃機関システム、１  エンジン、１１  気筒、１２  シリンダブロック、１３  シリンダヘッド、１４  クランクシャフト、１５  ピストン、１６  コネクティングロッド、１７  燃焼室、１８  吸気ポート、１９  排気ポート、２１  吸気弁、２２  排気弁、３０  吸気弁駆動機構、３１  カムシャフト、３２  位相可変機構（ＶＶＴ機構）、３３  リフト量可変機構（ＶＶＬ機構）、４０  排気弁駆動機構、５６  スロットルボデー、５７  スロットル弁、１００  エンジン制御ユニット。
【図１】
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【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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