(57)【要約】      （修正有）【課題】バルブとピストンとの干渉を確実に回避しつつ、バルブとピストンの最接近時の距離を可及的に短くする。【解決手段】排気バルブの作動特性を変更可能な可変動弁機構（ＶＴＣ）と、ピストン上死点位置を変更可能な可変圧縮比機構（ＶＣＲ）と、を備える。ＶＴＣの目標中心角位相ｔＶＴＣとＶＣＲの目標上死点位置ｔＶＣＲとに基づいて、排気バルブとピストンの最接近時の実距離ｒＬを求める（ステップＳ６）。ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣとＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲとに基づいて、バルブとピストンとの干渉回避に必要な限界距離ｓＬを求める（ステップＳ５）。実距離ｒＬが限界距離ｓＬよりも小さい場合に、実距離ｒＬを増大するように、目標中心角位相ｔＶＴＣと目標上死点位置ｔＶＣＲの少なくとも一方を補正する（ステップＳ７，Ｓ８）。【選択図】図２
2014037782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの上死点位置を変更可能なピストン上死点位置可変手段と、
吸気バルブまたは排気バルブの少なくとも一方のバルブの作動特性を変更可能なバルブ作動特性可変手段と、
上記ピストン上死点位置可変手段の実作動状態を検出する第１検出手段と、
上記バルブ作動特性可変手段の実作動状態を検出する第２検出手段と、
上記ピストン上死点位置可変手段の作動速度を推定する第１作動速度推定手段と、
上記バルブ作動特性可変手段の作動速度を推定する第２作動速度推定手段と、
上記ピストン上死点位置可変手段の実作動状態と上記バルブ作動特性可変手段の実作動状態とに基づいて、バルブとピストンの最接近時の実距離を算出する実距離算出手段と、
上記ピストン上死点位置可変手段の作動速度と上記バルブ作動特性可変手段の作動速度の少なくとも一方に基づいて、バルブとピストンとの干渉を回避するために必要なバルブとピストンの最接近時の距離である限界距離を設定する限界距離設定手段と、
上記実距離が上記限界距離より小さくなると判定したとき、バルブとピストンの最接近時の距離を増大させるように、上記ピストン上死点位置可変手段と上記バルブ作動特性可変手段の少なくとも一方を駆動制御する距離増大手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記限界距離設定手段は、上記バルブ作動特性可変手段の作動速度が第１所定値以上のとき、上記バルブ作動特性可変手段の作動速度が上記第１所定値より小さいときと比較して、上記限界距離を大きく設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記限界距離設定手段は、上記バルブ作動特性可変手段の作動速度が第２所定値以下のとき、上記バルブ作動特性可変手段の作動速度が上記第２所定値より大きいときと比較して、上記限界距離を大きく設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記限界距離設定手段は、上記ピストン上死点位置可変手段の作動速度が第３所定値以上のとき、上記ピストン上死点位置可変手段の作動速度が上記第３所定値より小さいときと比較して、上記限界距離を大きく設定することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記限界距離設定手段は、上記ピストン上死点位置可変手段の作動速度が第４所定値以下のとき、上記ピストン上死点位置可変手段の作動速度が上記第４所定値より大きいときと比較して、上記限界距離を大きく設定することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
上記限界距離設定手段は、上記ピストン上死点位置が最も高いときに、上記限界距離を最大に設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記限界距離設定手段は、上記ピストン上死点位置が中間位置にあるときに、上記限界距離を最大に設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
上記限界距離設定手段は、上記ピストン上死点位置が最も低いときに、上記限界距離を最大に設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の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、内燃機関の制御装置に関し、特に、ピストンと吸気バルブや排気バルブとの干渉を回避する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１等に記載のように、ピストン上死点位置を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気バルブや排気バルブの作動特性を変更可能な可変動弁機構と、の双方を備える内燃機関では、バルブとピストンが万が一にも干渉しないように、バルブとピストンの様々な挙動を考慮して、バルブとピストンとが最も接近する最接近時の両者間の最短距離（クリアランス）を大きく確保する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バルブ・ピストン間の最短距離（クリアランス）を必要以上に大きく確保すると、有効圧縮比が低下して燃費やトルク・出力の低下を招くとともに、機関寸法が増大する、という問題がある。また、バルブ・ピストン間の最短距離を大きく確保するために、ピストン冠面に凹設されるバルブ干渉回避用のバルブリセスの深さを増大すると、燃焼室のＳ／Ｖ比が悪化し、燃費が悪化するとともに、熱効率の低下によりトルク・出力が低下し、また、燃焼室の表面積増大により未燃燃料が増大して排気エミッションが悪化する、という問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ピストン上死点位置を変更可能な装置とバルブ作動特性を変更可能な装置の双方を具備する内燃機関において、バルブとピストンとの干渉を確実に回避しつつ、バルブとピストンの最接近時の距離を可及的に小さくして、燃費性能や出力性能の向上や内燃機関のコンパクト化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ピストンの上死点位置を変更可能なピストン上死点位置可変手段と、吸気バルブまたは排気バルブの少なくとも一方のバルブの作動特性を変更可能なバルブ作動特性可変手段と、上記ピストン上死点位置可変手段の実作動状態を検出する第１検出手段と、上記バルブ作動特性可変手段の実作動状態を検出する第２検出手段と、上記ピストン上死点位置可変手段の作動速度を推定する第１作動速度推定手段と、上記バルブ作動特性可変手段の作動速度を推定する第２作動速度推定手段と、を有する。
【０００７】
上記ピストン上死点位置可変手段の実作動状態と上記バルブ作動特性可変手段の実作動状態とに基づいて、バルブとピストンの最接近時の実距離を算出する。また、上記ピストン上死点位置可変手段の作動速度と上記バルブ作動特性可変手段の作動速度の少なくとも一方に基づいて、バルブとピストンとの干渉を回避するために必要なバルブとピストンの最接近時の距離である限界距離を設定する。そして、上記実距離が上記限界距離より小さくなると判定したとき、バルブとピストンの最接近時の距離を増大させるように、上記ピストン上死点位置可変手段または上記バルブ作動特性可変手段の少なくとも一方を駆動制御する。
【０００８】
上記の「限界距離」は、ピストン上死点位置可変手段とバルブ作動特性可変手段の一方が何らかの異常により予期せぬ方向へ最大の作動速度で作動する、いわゆる暴走時にも、バルブとピストンとの干渉を回避可能な、バルブとピストンの最接近時の最小の距離に相当する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ピストン上死点位置を変更可能な装置とバルブ作動特性を変更可能な装置の一方が制御不能となり、最大の作動速度で予期せぬ方向へ作動したような場合であっても、バルブとピストンとの干渉を確実に回避することができるとともに、このようにバルブとピストンとの干渉を確実に回避可能な範囲内で、バルブとピストンとの最接近時の距離を可及的に小さくして、燃費・出力性能の向上や内燃機関のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を示す構成図。
【図２】本実施例に係るバルブとピストンの干渉回避の制御の流れを示すフローチャート。
【図３】排気バルブとピストンの干渉回避の補正時におけるピストン上死点位置（Ｂ）及びバルブ作動特性（Ｃ）の作動方向を示す説明図。
【図４】（Ａ）が排気バルブとピストンの干渉回避のための補正時のピストン上死点位置及びバルブ作動特性の作動方向を示す説明図で、（Ｂ）が吸気バルブとピストンの干渉回避のための補正時のピストン上死点位置及びバルブ作動特性の作動方向を示す説明図。
【図５】可変動弁機構の作動速度に対する限界距離の設定を示す説明図。
【図６】可変動弁機構の作動速度が第１所定値以上の場合に、（Ｂ）が限界距離を大きくしない比較例，（Ｃ）が限界距離を大きく設定する実施例の挙動を示す説明図。
【図７】可変動弁機構の作動速度が第２所定値以下の場合に、（Ｂ）が限界距離を大きくしない比較例，（Ｃ）が限界距離を大きく設定する実施例の挙動を示す説明図。
【図８】可変圧縮比機構の作動速度が第３所定値以上の場合に、（Ｂ）が限界距離を大きくしない比較例，（Ｃ）が限界距離を大きく設定する実施例の挙動を示す説明図。
【図９】可変圧縮比機構の作動速度が第４所定値以下の場合に、（Ｂ）が限界距離を大きくしない比較例，（Ｃ）が限界距離を大きく設定する実施例の挙動を示す説明図。
【図１０】圧縮比（ピストン上死点位置）が高くなるほど限界距離を大きく設定する例を示す説明図。
【図１１】中間圧縮比（中間のピストン上死点位置）のときに限界距離を最大に設定する例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図示実施例により本発明を説明する。図１は、本発明を火花点火式のガソリン内燃機関に適用した一実施例を示すシステム構成図である。内燃機関は、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とにより大略構成されており、ピストン３の上方に画成される燃焼室４内の混合気を火花点火する点火プラグ９と、吸気ポート７を開閉する吸気バルブ５と、排気ポート８を開閉する排気バルブ６と、吸気ポート７に燃料を噴射する燃料噴射弁１０と、が設けられている。
【００１２】
また、ピストン３の上死点位置を変更可能な装置（ピストン上死点位置可変手段）として、ピストン上死点位置の変化を伴って機関圧縮比を連続的に変更可能な可変圧縮比機構２０（以下、「ＶＣＲ」とも呼ぶ）と、吸気バルブ５または排気バルブ６の少なくとも一方のバルブの作動特性を変更可能な装置（バルブ作動特性可変手段）として、排気バルブ６の作動特性を変更可能な可変動弁機構６Ａ（以下、「ＶＴＣ」とも呼ぶ）と、が設けられている。
【００１３】
ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータシステムであり、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１２，機関水温を検出する水温センサ１３，エンジン回転速度を検出するクランク角センサ１４，ノッキングの有無を検出するノックセンサ１５，排気カムシャフト６Ｂの回転角度を検出するカム角センサ１６，及び可変圧縮比機構２０の制御軸の角度位置を検出する角度センサ１７等の各種センサからの検出信号に基づいて、燃料噴射弁１０，点火プラグ９，可変圧縮比機構２０のアクチュエータである電動モータ２１，及び可変動弁機構６Ａのアクチュエータ等へ制御信号を出力して、燃料噴射量，燃料噴射時期，点火時期，スロットル開度，機関圧縮比（ピストン上死点位置）及び排気バルブ６のバルブ作動特性等を統括的に制御する。
【００１４】
可変圧縮比機構２０は、上記特開２００５−２９３１号公報にも記載のように公知であるので、簡単に説明すると、クランクシャフト２２のクランクピン２３に回転可能に装着されたロアリンク２４と、このロアリンク２４とピストン３とを連結するアッパリンク２５と、一端（上端）がロアリンク２４に連結されたコントロールリンク２６と、を有している。コントロールリンク２６の他端は制御軸（図示省略）の偏心軸部に回転可能に取り付けられており、上記の電動モータ２１により制御軸の回転位置を変更することにより、コントロールリンク２６の他端の支持位置が変化し、このコントロールリンク２６によるロアリンク２４の運動拘束条件が変化して、ピストン３の上死点位置の変化を伴って、機関圧縮比が連続的に変化する。
【００１５】
可変動弁機構６Ａは、公知のように、クランクシャフト２２のクランク角に対する排気側カムシャフト６Ｂの中心角位相を進角側もしくは遅角側に変化させることによって、排気バルブ６の開閉時期を連続的に変更可能なものである。なお、可変動弁機構６Ａとしては、これに限らず、バルブの作動角及びバルブリフト量を連続的に変更可能なリフト作動角変更機構等であっても良い。
【００１６】
ここで、本実施例においては、可変圧縮比機構２０を駆動するアクチュエータには、応答性に優れた電動モータ２１が用いられる一方、可変動弁機構６Ａのアクチュエータには、応答性の低い油圧機構（図示省略）が用いられている。従って、可変圧縮比機構２０が可変動弁機構６Ａに比して応答性に優れたものとなっている。なお、アクチュエータの組み合わせはこれに限らず、例えば本実施例とは逆に可変圧縮比機構２０側を油圧駆動機構とし、可変動弁機構６Ａ側に電動モータを用いるようにしても良い。あるいは、可変圧縮比機構２０と可変動弁機構６Ａの双方を電動式、あるいは油圧駆動式としても良い。
【００１７】
図２は、本実施例の制御の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは、上記のＥＣＵ１１により記憶及び所定期間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。なお、図中の参照符号の定義は以下の通りである。
・ｔＴｅは、目標エンジントルクであり、上記のアクセル開度センサ１２により検出されるアクセル開度等に応じて設定される。
・Ｎｅは、エンジン回転速度であり、上記のクランク角センサ１４により検出される。
・Ｐは、可変動弁機構６Ａの油圧駆動機構へ供給されるエンジン油圧であり、油圧センサ（図示省略）により検出され、あるいは上記のエンジン回転速度Ｎｅ等に基づいて推定される。
・Ｖは、車両に搭載されるバッテリの電圧である。このバッテリから供給される電力によって可変圧縮比機構２０の電動モータ２１が作動する。
・ｒＶＴＣは、排気バルブ６の実中心角位相（実作動状態）であり、クランク角センサ１４及びカム角センサ１６の検出信号に基づいて求められる（第２検出手段）。
・ｒＶＣＲは、ピストン３の実上死点位置であり、例えば可変圧縮比機構２０の制御軸の角度位置を検出する角度センサ１７の検出信号に基づいて求められる（第１検出手段）。あるいは、ポジションセンサを用いてピストン３の上死点位置を直接的に検出するようにしても良い。
・ｔＶＴＣは、排気バルブ６の目標中心角位相であり、後述するように、エンジン回転速度Ｎｅや目標エンジントルクｔＴｅ等に基づいて設定される。
・ｔＶＣＲは、ピストン３の目標上死点位置であり、エンジン回転速度Ｎｅや目標エンジントルクｔＴに応じて設定される。なお、実際には、エンジン回転速度Ｎｅや目標エンジントルクｔＴｅに応じて目標圧縮比が設定され、この目標圧縮比によってピストン３の目標上死点位置ｔＶＣＲが一義的に定まる。
・ｓＶＴＣは、可変動弁機構６Ａ（ＶＴＣ）の最大の作動速度（以下、「ＶＴＣ作動速度」とも呼ぶ）であり、エンジン油圧とエンジン油温の少なくとも一方に基づいて算出される。なお、可変動弁機構６Ａ（ＶＴＣ）が電動式の場合には、バッテリ電圧Ｖ等を用いてＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣが求められる。
・ｓＶＣＲは、電動モータ２１による可変圧縮比機構２０（ＶＣＲ）の最大の作動速度（以下、「ＶＣＲ作動速度」とも呼ぶ）であり、上記のバッテリ電圧Ｖ等に基づいて算出される。なお、可変圧縮比機構２０が油圧駆動式の場合には、エンジン油圧とエンジン油温の少なくとも一方に基づいてＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲが算出される。また、油圧駆動機構が油圧室の電磁弁開閉によるものである場合には、エンジントルク等を用いてＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲが算出される。
・ｒＬは、ピストン３と排気バルブ６が最も接近する最接近時のピストン３と排気バルブ６との間の実最短距離（以下、「実距離」と呼ぶ）であり、上記の実中心角位相ｒＶＴＣ及び実上死点位置ｒＶＣＲに基づいて求められる。
・ｓＬは、排気バルブ６とピストン３との干渉を回避するために必要な排気バルブ６とピストン３の最接近時の距離（以下、「限界距離」と呼ぶ）であり、上記のｓＶＴＣとｓＶＣＲの少なくとも一方に基づいて設定される。
【００１８】
図２を参照して、ステップＳ１では、上記の目標エンジントルクｔＴｅ，エンジン回転速度Ｎｅ，エンジン油圧Ｐ，バッテリ電圧Ｖ，実中心角位相ｒＶＴＣ，及び実上死点位置ｒＶＣＲを読み込む。ステップＳ２では、目標エンジントルクｔＴｅとエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、目標中心角位相ｔＶＴＣ及びピストン３の目標上死点位置ｔＶＣＲ（目標圧縮比）を算出する。
【００１９】
ステップＳ３では、エンジン油圧Ｐに基づいて、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣを算出する。エンジン油圧Ｐが高いほど、可変動弁機構６Ａの応答性が向上するために、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣは高くなる。また、エンジン油温を用いてＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣを算出するようにしても良い。この場合、エンジン油温が高くなるほど、油粘度減少により可変動弁機構６Ａの応答性が向上するために、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣは高くなる。
【００２０】
ステップＳ４では、バッテリ電圧Ｖに基づいて、ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲを算出する。バッテリ電圧Ｖが高いほど、可変圧縮比機構２０の応答性が向上するために、ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲは高くなり、バッテリ電圧Ｖが低いほど、可変圧縮比機構２０の応答性が低下するために、ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲは低くなる。また、エンジン油温を用いてＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲを算出するようにしても良い。この場合、エンジン油温が高くなるほど、油粘度減少により可変圧縮比機構２０の応答性が向上するために、ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲは高くなる。
【００２１】
ステップＳ５では、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣとＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲとに基づいて、限界距離ｓＬを算出する（限界距離算出手段）。この限界距離ｓＬは、排気バルブ６とピストン３との干渉を回避するために必要な排気バルブ６とピストン３の最接近時の距離であり、言い換えると、可変動弁機構６Ａと可変圧縮比機構２０の一方が何らかの異常により制御不能となり、最大の作動速度（ｓＶＴＣもしくはｓＶＣＲ）で予期せぬ方向へ作動（暴走）した場合であっても、排気バルブ６とピストン３との干渉を確実に回避することが可能なバルブ・ピストン間の最接近時の最短距離に相当する。ステップＳ６では、上記の実中心角位相ｒＶＴＣ及び実上死点位置ｒＶＣＲに基づいて、実距離ｒＬを算出する（実距離算出手段）。
【００２２】
ステップＳ７では、実距離ｒＬが限界距離ｓＬよりも小さいか否かを判定する。実距離ｒＬが限界距離ｓＬよりも小さいと判定されるときには、排気バルブ６とピストン３とが干渉する可能性があると判断して、ステップＳ８へ進み、排気バルブ６とピストン３の最接近時の距離（ｒＬ）を増大させるように、目標中心角位相ｔＶＴＣと目標上死点位置ｔＶＣＲの少なくとも一方を補正する。つまり、実距離ｒＬが限界距離ｓＬ以上となるように、目標中心角位相ｔＶＴＣと目標上死点位置ｔＶＣＲの少なくとも一方を補正する（距離増大手段）。なお、実距離ｒＬが限界距離ｓＬ以上である場合には、ステップＳ８の補正を行うことなく、ステップＳ７からステップＳ９へ進む。
【００２３】
ステップＳ９では、上記の目標中心角位相ｔＶＴＣに基づいて可変動弁機構６Ａ（ＶＴＣ）を駆動制御するとともに、上記の目標上死点位置ｔＶＣＲに基づいて可変圧縮比機構２０（ＶＣＲ）を駆動制御する。
【００２４】
図３及び図４を参照して、上記ステップＳ８での目標中心角位相ｔＶＴＣ，目標上死点位置ｔＶＣＲの補正について更に説明する。図３（Ａ）に示すように、ピストン３の冠面には、吸気バルブ５や排気バルブ６との干渉を回避するためのバルブリセス３Ａが凹設されている。この図３（Ａ）は、排気バルブ６とピストン３とが最も接近する状況を示しており、ｒＬはバルブ・ピストン間の最短の実距離を、ｓＬは上記の限界距離を表している。
【００２５】
ピストン上死点位置が低くなると実距離ｒＬが増大することから、上記のステップＳ８で目標上死点位置ｔＶＣＲを補正する場合、図３（Ｂ）及び図４（Ａ）の矢印Ｙ１に示すように、実距離ｒＬを増大するように、目標上死点位置ｔＶＣＲが低下側に補正される。また、排気バルブ６の中心角位相を進角すると実距離ｒＬが増大することから、上記のステップＳ８で目標中心角位相ｔＶＴＣを補正する場合、図３（Ｃ）及び図４（Ａ）の矢印Ｙ２に示すように、実距離ｒＬを増大するように、目標中心角位相ｔＶＴＣが進角側に補正される。
【００２６】
なお、吸気バルブ５に可変動弁機構を適用した場合には、吸気バルブ５の中心角位相を遅角すると実距離ｒＬが増大することから、ステップＳ８での補正の際には、図４（Ｂ）の矢印Ｙ３に示すように、実距離ｒＬを増大するように、吸気バルブ５の目標中心角位相が遅角側に補正される。
【００２７】
また、図示していないが、ＶＴＣとＶＣＲの一方が何らかの異常により制御不能となり、暴走する可能性がある場合には、フェールセーフモードとなり、正常である他方のＶＴＣもしくはＶＣＲが、バルブとピストンの干渉を回避するように駆動制御される。つまり、排気側の可変動弁機構６Ａが進角側に駆動制御され、あるいはピストン上死点位置が低くなるように可変圧縮比機構２０が低圧縮比側に駆動制御される。
【００２８】
［１］以上のように本実施例では、ＶＴＣ及びＶＣＲの実作動状態を表す目標中心角位相ｔＶＴＣと目標上死点位置ｔＶＣＲとに基づいて、排気バルブ６とピストン３とが最も接近する最接近時の実距離ｒＬを求めるとともに、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣとＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲの双方（もしくは一方）に基づいて、ＶＴＣ及びＶＣＲの応答性を考慮した上での排気バルブ６とピストン３との干渉回避に必要な限界距離ｓＬを求め、実距離ｒＬが限界距離ｓＬよりも小さい場合に、実距離ｒＬが限界距離ｓＬ以上に増大するように、目標中心角位相ｔＶＴＣと目標上死点位置ｔＶＣＲの少なくとも一方を補正して、ＶＴＣ及びＶＣＲの少なくとも一方を駆動制御している（距離増大手段）。
【００２９】
これによって、ＶＴＣとＶＣＲの一方が何らかの異常により暴走し、最大の作動速度で予期せぬ方向へ作動したような場合であっても、予め実距離ｒＬが限界距離ｓＬ以上に増大されているために、バルブとピストンとの干渉を確実に回避することができ、かつ、このようにバルブとピストンとの干渉を確実に回避可能な範囲内で、バルブとピストンとの最接近時の距離を可及的に小さくして、燃費・出力性能の向上や内燃機関のコンパクト化を図ることができる。
【００３０】
［２］次に、作動速度ｓＶＴＣ，ｓＶＣＲに応じた限界距離ｓＬの具体的な設定について、図５〜図９を参照して説明する。図５に示すように、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣが第１所定値ｓＶＴＣ１以上のとき、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣが第１所定値ｓＶＴＣ１より小さいときと比較して、限界距離ｓＬを大きく設定している。図６を参照して、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣが第１所定値ｓＶＴＣ１以上の場合、ＶＴＣ暴走時の作動速度が速いために、図６（Ｂ）に示す比較例のように限界距離ｓＬを大きく設定しない場合には、ＶＣＲによるピストン上死点位置の低下により回避しきれずに、符号α１に示すように、ピストンとバルブとが干渉するおそれがある。これに対して図６（Ｃ）に示す本実施例では、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣが第１所定値ｓＶＴＣ１以上の場合に、限界距離ｓＬを予め大きく設定しているために、実距離ｒＬが大きく確保される形となり、符号α２に示すように、ＶＴＣ暴走時にもバルブとピストンの干渉を確実に回避することができる。
【００３１】
［３］図５に示すように、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣが、上記の第１所定値ｓＶＴＣ１よりも小さい第２所定値ｓＶＴＣ２以下のとき、ＶＴＣ作動速度ｓＶＴＣが第２所定値ｓＶＴＣ２より大きい（かつ、第１所定値ｓＶＴＣより小さい）ときと比較して、限界距離ｓＬを大きく設定している。図７を参照して、ＶＴＣの作動速度ｓＶＴＣが第２所定値ｓＶＴＣ２以下と小さく、その応答性が低い場合に、図７（Ｂ）に示す比較例のように限界距離ｓＬを大きく設定しない場合には、ＶＣＲの暴走時に、応答性の低いＶＴＣによる排気バルブの進角化により干渉を回避しきれずに、符号α３に示すように、ピストンとバルブとが干渉するおそれがある。これに対して、図７（Ｃ）に示す本実施例では、ＶＴＣの作動速度ｓＶＴＣが第２所定値ｓＶＴＣ２以下の場合に、限界距離ｓＬを大きく設定しているために、予め実距離ｒＬが大きく確保される形となり、符号α４に示すように、仮にＶＣＲが最大の作動速度でピストン上死点位置が高くなる方向に作動したとしても、バルブとピストンの干渉を確実に回避することが可能となる。
【００３２】
［４］図８を参照して、図８（Ｃ）に示す本実施例では、ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲが第３所定値ｓＶＣＲ３以上のとき、ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲが第３所定値ｓＶＣＲ３より小さいときと比較して、限界距離ｓＬを大きく設定している。ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲが第３所定値ｓＶＣＲ３よりも大きい状態で、図８（Ｂ）に示す比較例のように限界距離ｓＬを大きくしていない場合、作動速度の速いＶＣＲの暴走時に、ＶＴＣによる排気バルブの進角化によって干渉を回避しきれず、符号α５に示すように、バルブとピストンの干渉を招くおそれがあるが、図８（Ｃ）に示す本実施例のように限界距離ｓＬを大きく設定することで、予め実距離ｒＬが大きく確保される形となり、作動速度の速いＶＴＣの暴走時にも、バルブとピストンの干渉を確実に回避することが可能となる。
【００３３】
［５］図９を参照して、図９（Ｃ）に示す本実施例では、ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲが、上記第３所定値ｓＶＣＲ３よりも小さい第４所定値ｓＶＣＲ４以下のとき、ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲが第４所定値ｓＶＣＲ４より大きい（かつ第３所定値ｓＶＣＲ３より小さい）ときと比較して、限界距離ｓＬを大きく設定している。ＶＣＲ作動速度ｓＶＣＲが第４所定値ｓＶＣＲ４よりも小さい状態で、図９（Ｂ）に示す比較例のように限界距離ｓＬを大きくしていない場合、ＶＴＣ暴走時に、作動速度の遅いＶＣＲによるピストン上死点位置の低下によって干渉を回避しきれず、符号α７に示すように、バルブとピストンの干渉を招くおそれがあるが、図９（Ｃ）に示す本実施例のように限界距離ｓＬを大きく設定することで、予め実距離ｒＬが大きく確保される形となり、作動速度の遅いＶＣＲであっても、バルブとピストンの干渉を確実に回避することが可能となる。
【００３４】
［６］図１０は、ピストン上死点位置（機関圧縮比）に対する限界距離ｓＬの設定の一例を示している。図１０（Ｂ）に示すように、ピストン上死点位置が高い高圧縮比の設定時εＨｉｇｈでは、ピストン上死点位置が低い低圧縮比の設定時εＬｏｗに比して、ＶＴＣの単位作動量当たりのバルブ・ピストン間の最接近時の距離の変化量が大きい。従って、ピストン上死点位置が高くなる高圧縮比側ほど、ＶＴＣ暴走時にバルブとピストンとが干渉するおそれが高い。そこで、図１０（Ａ）に示す例では、機関圧縮比が高くなるほど、つまりピストン上死点位置が高くなるほど、限界距離ｓＬを大きく設定し、ピストン上死点位置が最も高くなる最高圧縮比の設定時εｍａｘに、限界距離ｓＬが最大となるように設定している。これによって、高圧縮比側の設定状態でＶＴＣが暴走したとしても、バルブとピストンとの干渉を確実に回避することができる。
【００３５】
［７］図１１は、ピストン上死点位置（機関圧縮比）に対する限界距離ｓＬの設定の他の例を示している。図１１（Ｂ）に示すように、ピストン上死点位置の低い低圧縮比の設定時εＬｏｗでは、ピストン上死点位置が高い高圧縮比の設定時εＨｉｇｈに比して、ＶＣＲによりピストン位置が単位量だけ高圧縮比側、つまりピストン位置が高い側に変化したときに、干渉回避に必要なＶＴＣの作動量、つまり中心角位相の変化量が大きくなる。従って、ピストン上死点位置の低い低圧縮比側では、ピストン上死点位置の高い高圧縮比側に比して、ＶＣＲ暴走時に、バルブとピストンとの干渉回避に必要な実距離ｓＬを大きく確保する必要がある。そこで、図１１（Ｂ）に示す例では、ピストン上死点位置が所定の中間位置となる中間圧縮比εｍｉｄよりも圧縮比の高い領域では、ピストン上死点位置（圧縮比）が低くなるほど、限界距離ｓＬを増大しており、上記中間圧縮比εｍｉｄのときに、限界距離ｓＬが最大となるように設定している。
【００３６】
また、バルブ・ピストン間の距離が比較的大きく設定されている内燃機関の場合、中間圧縮比εｍｉｄよりも圧縮比の低い領域では、ピストン上死点位置が低くなることから、バルブとピストンとの最接近時の距離が十分に大きくなり、上述したような干渉回避のための補正が不要となる。従って、図１１（Ａ）に示す例では、中間圧縮比εｍｉｄよりも圧縮比が低くなるほど、上記の限界距離ｓＬが小さくなるように設定している。
【００３７】
［８］一方、バルブ・ピストン間の距離が比較的小さく設定されている内燃機関の場合、機関圧縮比が低くなるほど、つまりピストン上死点位置が低くなるほど、ＶＴＣ暴走時にバルブとピストンとが干渉する危険性が高くなる。従って、この場合には、図１１（Ａ）の一点鎖線の特性で示すように、機関圧縮比が低くなるほど、限界距離ｓＬを大きく設定し、ピストン上死点位置が最も低くなる最低圧縮比εｍｉｎのときに、限界距離ｓＬが最大となるように設定すれば良い。これによって、ピストン上死点位置が低い低圧縮比の設定状態では、予め限界距離ｓＬが大きく設定されるために、ＶＴＣが不用意に暴走したときにも、バルブとピストンとの干渉を確実に回避することができる。
【符号の説明】
【００３８】
３…ピストン
５…吸気バルブ
６…排気バルブ
６Ａ…可変動弁機構（バルブ作動特性可変手段）
１１…エンジンコントロールユニット
１６…カム角センサ（第２検出手段）
１７…角度センサ（第１検出手段）
２０…可変圧縮比機構（ピストン上死点位置可変手段）
【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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