(57)【特許請求の範囲】
【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、
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。
【請求項２】
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１に記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
更に、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、機関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、
を備えた請求項１に記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記燃料判定手段は、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に基づいて機関の使用燃料の性状を判定する、請求項３に記載のバルブタイミング制御装置。
【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、▲１▼内部ＥＧＲの低減、▲２▼壁面付着燃料の低減、▲３▼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、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。
【００１５】
請求項２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１に記載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、機関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、を備えた請求項１に記載のバルブタイミング制御装置が提供される。
請求項４に記載の発明によれば、前記燃料判定手段は、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に基づいて機関の使用燃料の性状を判定する、請求項３に記載のバルブタイミング制御装置が提供される。
【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。
【００１８】
更に、請求項２の発明では、請求項１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２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。
【００１９】
請求項３の発明では、請求項１において、機関使用燃料が軽質燃料である場合には、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、機関低温時であっても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。
また、請求項４の発明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に基づいて機関使用燃料が判定することにより、燃料の気化傾向が正確に判定される。
【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１４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１０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１０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２２ａ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１７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２６ｄ、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２６ｂ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２ａ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２６ｅ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１７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、２２ｂ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ＣＮ１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ＴＨＷ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、ＮＥ、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ｔＶＶＴ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＞３２００ＲＰＭ）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ｔＶＶＴ（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ＴＨＷ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ｔＶＴＨＷ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ｔＶＶＴから全運転領域にわたって一律に冷却水温度ＴＨＷ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。ＸＦＵＥＬ≠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、▲１▼タンク内燃料残量ＦＬが最小値（ＡＬ）より大きいこと、▲２▼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、▲３▼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▲１▼から▲３▼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▲１▼から▲３▼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▲１▼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▲２▼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▲３▼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、ｔＫＦＵＥＬ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（ΔＦ）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×ｔＫＦＬ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ＸＦＵＥＬ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ＫＦＵＥＬ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１０１１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ＶＴ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−ＶＴi-1 ｜として算出される。ＶＴi-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ＶＴi-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ＶＴ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１２０９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１２０３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ｔＶＶＴＲ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１３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１４０７ではＧＮ、ＮＥに基づく基本バルブタイミングｔＶＶＴの設定と、機関温度に基づく温度補正量ｔＶＴＨＷ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＋ＶＶＴＲ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、ＶＶＴＲ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ＶＶＴＲ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ｔＶＮＥ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１７１３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ＶＶＴＲ0 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１８１１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ｔＶＮＥを乗じた値を用いて求めた値を作動速度補正量ＶＶＴＲ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１７１１、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ＶＶＴＲ0 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
【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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【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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