(57)【要約】【課題】ノッキングの抑制をより効率的に行うことのできるエンジンのバルブ特性制御装置を提供する。【解決手段】バルブ特性制御装置は、ノッキングを抑制するための点火時期の遅角制御を行うエンジンに適用され、吸気バルブのバルブ特性をエンジン運転状況に応じて可変制御する。バルブ特性制御装置は、遅角制御による点火時期遅角量が所定値よりも大きくなるときには燃焼室内の圧縮端温度が低くなる側へ制御目標を補正する（ステップ１６０，１７０）。この補正は、同補正を行わない状況での遅角制御による点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代が、バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代を上回ると予測されるとき（ステップ１６０：ＹＥＳ）に限り行われる。【選択図】      図４
2006037812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノッキングを抑制するための点火時期の遅角制御を行うエンジンに適用され、吸気バルブのバルブ特性をエンジン運転状況に応じて可変制御するエンジンのバルブ特性制御装置において、
現在のエンジン運転状況に応じた制御目標に前記吸気バルブのバルブ特性を設定したときの前記遅角制御による点火時期遅角量が所定値よりも大きくなるときには、燃焼室内の圧縮端温度が低くなる側に前記制御目標を補正する補正手段を備える
ことを特徴とするエンジンのバルブ特性制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、当該補正手段による補正前の前記制御目標における前記吸気バルブの閉弁時期が吸気下死点近傍にあるとき、該閉弁時期が遅角されるように前記補正を行う請求項１に記載のエンジンのバルブ特性制御装置。
【請求項３】
前記補正手段は、当該補正手段による補正前の前記制御目標における前記吸気バルブの開弁時期が排気上死点よりも遅角側にあるとき、該開弁時期が排気上死点に近づくように前記補正を行う請求項１又は２に記載のエンジンのバルブ特性制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、当該補正手段による前記バルブ特性の制御目標の補正を行わない状況での前記遅角制御による点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代と、前記バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代とを予測し、それらの予測結果に基づき前記バルブ特性の制御目標の補正量を決定する請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンのバルブ特性制御装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代が、前記バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代を上回ると予測されるときに限り、前記バルブ特性の制御目標の補正を行う請求項４に記載のエンジンのバルブ特性制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのバルブ特性制御装置に係り、詳しくはノッキング抑制に係る制御の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バルブタイミングやバルブリフトといった機関バルブ（吸・排気バルブ）のバルブ特性を可変とすることで、異なった運転条件における性能のトレードオフを低減し、エンジン性能を向上する技術が実用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６３０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、高温・高負荷等の厳しい運転条件下では、燃焼室内の圧縮端温度が高くなり、ノッキングが発生しやすくなる。一般にそうした場合には、点火時期を遅角させて、燃焼速度を低下させることで、ノッキングを抑制するようにしている。
【０００４】
ところが、点火時期の遅角によって燃焼速度を低下させると排気温度は上昇するため、点火時期が大きく遅角されたときには、排気浄化触媒の過昇温防止のために燃料噴射量を増量しなければならなくなる。そのため、点火時期の遅角のみに頼ってノッキングを抑制すれば、上記燃料噴射増量に伴う燃費の悪化は避けられない。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ノッキングの抑制をより効率的に行うことのできるエンジンのバルブ特性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】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、ノッキングを抑制するための点火時期の遅角制御を行うエンジンに適用され、吸気バルブのバルブ特性をエンジン運転状況に応じて可変制御するエンジンのバルブ特性制御装置において、現在のエンジン運転状況に応じた制御目標に前記吸気バルブのバルブ特性を設定したときの前記遅角制御による点火時期遅角量が所定値よりも大きくなるときには、燃焼室内の圧縮端温度が低くなる側に前記制御目標を補正する補正手段を備えている。
【０００７】
上記の構成によれば、エンジンの運転中には、ノッキングを抑制するための点火時期の遅角制御が行われるとともに、吸気バルブの作用角、最大リフト量等といったバルブ特性がエンジンの運転状況に応じて可変制御される。そして、バルブ特性の制御目標が現在のエンジンの運転状況に応じたものに設定されたときの遅角制御による点火時期遅角量と所定値とが比較される。点火時期遅角量が所定値よりも大きくなるときには、上記制御目標が、補正手段により燃焼室内の圧縮端温度が低くなる側に補正される。この補正により燃焼室内の圧縮端温度が低くされることから、ノッキング抑制のための点火時期の遅角量を少なくすることができる。その結果、一般的なエンジンでは、ノッキング抑制のために点火時期が大きく遅角される際、排気浄化触媒の過昇温防止を目的として燃料噴射量が増量されるが、請求項１に記載の発明ではこうした増量が少なくてすみ、燃費の悪化を抑制することが可能となる。このようにして、点火時期の遅角のみに頼ってノッキングを抑制する場合に比べ、ノッキングの抑制をより効率的に行うことができるようになる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記補正手段は、当該補正手段による補正前の前記制御目標における前記吸気バルブの閉弁時期が吸気下死点近傍にあるとき、該閉弁時期が遅角されるように前記補正を行うものであるとする。
【０００９】
上記の構成によれば、バルブ特性の制御目標が補正手段によって補正される前に吸気バルブの閉弁時期が吸気下死点近傍にある場合には、その閉弁時期が遅角されるように制御目標の補正が行われる。この補正により閉弁時期が吸気下死点よりも遅くされると、吸気行程の次の行程である圧縮行程で圧縮される空気の量が少なくなる。燃焼室内の圧縮端圧力が低くなり、これに伴い圧縮端温度が低くなるため、請求項１に記載の発明の効果が確実に得られるようになる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記補正手段は、当該補正手段による補正前の前記制御目標における前記吸気バルブの開弁時期が排気上死点よりも遅角側にあるとき、該開弁時期が排気上死点に近づくように前記補正を行うものであるとする。
【００１１】
上記の構成によれば、バルブ特性の制御目標が補正手段によって補正される前に吸気バルブの開弁時期が排気上死点よりも遅角側にある場合には、その開弁時期が排気上死点に近づくように制御目標の補正が行われる。この補正により開弁時期が排気上死点に近づくと圧縮端温度が低くなる。こうした現象は、例えば次の理由により起ると考えられる。
【００１２】
吸気バルブの開弁時期が排気上死点よりも遅くなるほど、吸気行程において、吸気バルブが閉弁した状態でピストンが下降する期間が長くなって筒内が大きく減圧される。この状態で吸気バルブが開弁されると、吸気通路内の空気が吸気バルブ周りの狭い空間を通って急激に筒内に吸入され、摩擦熱が多く発生して筒内の温度が高くなる。この状態で圧縮行程が行われるとさらに筒内の温度が上昇し、結果として圧縮端温度が高くなりやすい。
【００１３】
これに対し、上述したように、吸気バルブの開弁時期が排気上死点に近づくように制御目標が補正されると、吸気バルブが閉弁した状態でピストンが下降する期間が短くなる。摩擦熱の発生量が少なくなり、上述した排気上死点よりも遅く開弁する場合に比べて圧縮端温度が低くなる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記補正手段は、当該補正手段による前記バルブ特性の制御目標の補正を行わない状況での前記遅角制御による点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代と、前記バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代とを予測し、それらの予測結果に基づき前記バルブ特性の制御目標の補正量を決定するものであるとする。
【００１５】
上記の構成によれば、バルブ特性の制御目標の補正に先立ち、補正手段では、エンジン性能の２種類の悪化代が予測される。一つは、補正手段によるバルブ特性の制御目標の補正を行わずに遅角制御による点火時期の遅角を行った場合に、その遅角に伴い生ずるエンジン性能の悪化代である。もう一つは、バルブ特性の制御目標を補正した場合に、その補正に伴い生ずるエンジン性能の悪化代である。そして、両悪化代に基づき、バルブ特性の制御目標の補正量が決定される。このため、エンジン性能の悪化代が少なくなるように補正量を決定し、その補正量に基づきバルブ特性を制御することで、エンジン性能の悪化代を少なくしながらノッキングを抑制することが可能になる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記補正手段は、前記点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代が、前記バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代を上回ると予測されるときに限り、前記バルブ特性の制御目標の補正を行うものであるとする。
【００１７】
上記の構成によれば、バルブ特性の制御目標の補正量を決定するに際し、補正手段では、点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代と、バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代とが比較される。そして、比較の結果、点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代が、バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代よりも小さい場合には、点火時期が遅角される。この遅角により、バルブ特性の制御目標を補正する場合よりもエンジン性能を悪化させることなくノッキングが抑制される。また、点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代が、バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代を上回る場合には、バルブ特性の制御目標が補正される。この補正により、点火遅角による場合よりもエンジン性能を悪化させることなくノッキングが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、車両には、内燃機関として筒内噴射式のガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）１１が搭載されている。エンジン１１は、ピストン１３が往復動可能に収容された複数の気筒（シリンダ）１２を有している。各ピストン１３は、コネクティングロッド１５を介し、エンジン１１の出力軸であるクランクシャフト１６に連結されている。各ピストン１３の往復運動は、コネクティングロッド１５によって回転運動に変換された後、クランクシャフト１６に伝達される。
【００１９】
気筒１２毎の燃焼室１７には、スロットルバルブ１８、サージタンク１９、吸気マニホルド２１等を有する吸気通路２２が接続されている。エンジン１１の外部の空気は、吸気通路２２の各部を順に通過して燃焼室１７に吸入される。スロットルバルブ１８は吸気通路２２の途中に回動可能に設けられており、電動モータ等からなるアクチュエータ２３に駆動連結されている。アクチュエータ２３は、運転者によるアクセルペダル２４の踏込み操作等に応じて作動し、スロットルバルブ１８を回動させる。吸気通路２２を流れる空気の量（吸入空気量）は、スロットルバルブ１８の回動角度（スロットル開度）等に応じて変化する。
【００２０】
また、燃焼室１７には、排気マニホルド２５、排気浄化触媒２０Ａが収容された触媒コンバータ２０等を有する排気通路２６が接続されている。燃焼室１７で生じた燃焼ガスは、排気通路２６の各部を順に通ってエンジン１１の外部へ排出される。
【００２１】
エンジン１１には、吸気通路２２の燃焼室１７との接続部分を開閉する吸気バルブ２７と、排気通路２６の燃焼室１７との接続部分を開閉する排気バルブ２８とが気筒１２毎に設けられている。これらの吸・排気バルブ２７，２８は、バルブスプリング（図示略）によって、吸・排気通路２２，２６と燃焼室１７との連通を遮断する方向（閉弁方向、図１の略上方）へ付勢されている。吸気バルブ２７の略上方には、吸気カム３１Ａを有する吸気カムシャフト３１が設けられ、また排気バルブ２８の略上方には、排気カム３２Ａを有する排気カムシャフト３２が設けられている。これらの吸・排気カムシャフト３１，３２は、クランクシャフト１６の回転が伝達されて回転する。この回転に伴い吸・排気カムシャフト３１，３２は、上記バルブスプリングに抗して吸・排気バルブ２７，２８を押下げる。この押下げにより、吸・排気通路２２，２６が燃焼室１７に連通された状態（開弁状態）になる。このようにして、吸・排気カムシャフト３１，３２の回転に伴い吸・排気バルブ２７，２８が開弁及び閉弁される。
【００２２】
エンジン１１には、電磁式の燃料噴射弁３３が気筒１２毎に取付けられている。各燃料噴射弁３３は開閉制御されることにより、対応する燃焼室１７に高圧燃料を直接噴射供給する。燃料噴射弁３３から噴射された燃料は、燃焼室１７内の空気と混ざり合って混合気となる。
【００２３】
エンジン１１には、点火プラグ３４が気筒１２毎に取付けられている。各点火プラグ３４は、イグナイタ３５からの点火信号に基づいて作動する。点火プラグ３４には、点火コイル３６から出力される高電圧が印加される。そして、前記混合気は点火プラグ３４の火花放電によって着火され、爆発・燃焼する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１３が往復動され、クランクシャフト１６が回転されてエンジン１１の駆動力（出力トルク）が得られる。
【００２４】
上記エンジン１１では、空気が燃焼室１７内に吸入されて燃焼ガスが排出されるまでの期間、すなわち１サイクルの間に、ピストン１３が２往復してクランクシャフト１６が２回転する。このサイクルは、周知のように、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の４つの行程からなる。吸気行程では、ピストン１３の下降により燃焼室１７内に負圧（大気圧を基準としてそれよりも低い圧力）が発生し、この負圧により燃焼室１７内に空気が吸入される。圧縮行程では、ピストン１３が上昇して上記空気と、燃料噴射弁３３から噴射された燃料との混合気が圧縮される。膨張行程では、圧縮された混合気の爆発・燃焼によって発生する圧力によりピストン１３が押下げられる。排気行程では、押下げられたピストン１３が再び上昇して燃焼ガスが燃焼室１７の外へ排出される。
【００２５】
エンジン１１には、吸気バルブ２７のバルブ特性を可変とする可変動弁機構として、バルブタイミング可変機構４１及び作用角可変機構４２が設けられている。
バルブタイミング可変機構４１は、クランクシャフト１６に対する吸気カムシャフト３１の相対回転位相を変化させることにより、吸気バルブ２７のバルブタイミングをクランク角（クランクシャフト１６の回転角）に対して連続的に変更するための機構であり、例えば油圧により駆動される。吸気バルブ２７のバルブタイミングは、例えば、図２に示すように吸気バルブ２７の開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣで表すことができる。バルブタイミングは、吸気バルブ２７の開弁期間（開弁時期ＩＶＯから閉弁時期ＩＶＣまでの期間）が一定に保持された状態で進角又は遅角させられる。なお、図２中のＥＶＯ，ＥＶＣは排気バルブ２８の開弁時期及び閉弁時期である。そして、図２において二点鎖線で示すようにバルブタイミングが変化すると、吸気バルブ２７及び排気バルブ２８がともに開弁している期間、すなわち両バルブ２７，２８の開弁期間についてのオーバラップ（吸気バルブ２７の開弁時期ＩＶＯから排気バルブ２８の閉弁時期ＥＶＣまでの期間、以下、バルブオーバラップＯ／Ｌという）が変化する。仮に、排気バルブ２８のバルブタイミングを一定とすると、バルブオーバラップＯ／Ｌは吸気バルブ２７のバルブタイミングを最も遅角させたときに最小となり、同バルブタイミングを進角させるほど大きくなる。
【００２６】
また、作用角可変機構４２は、吸気バルブ２７の作用角を連続的に可変とする機構であり、電動モータ等のアクチュエータ４３によって駆動される。ここで、作用角は、図３に示すように、吸気カム３１Ａの回転（図３ではクランク角で表現）について、吸気バルブ２７の開弁時期ＩＶＯから閉弁時期ＩＶＣまでの角度範囲である。本実施形態では作用角可変機構４２により吸気バルブ２７の最大リフト量も連続的に変更される。最大リフト量は、吸気バルブ２７が最も下方まで移動（リフト）したときの吸気バルブ２７の移動量である。これらの作用角及び最大リフト量は、作用角可変機構４２によって互いに同期して変化させられ、例えば、作用角が小さくなるほど最大リフト量も小さくなる。作用角が小さくなるに従い、吸気バルブ２７の開弁時期ＩＶＯと閉弁時期ＩＶＣとが互いに近寄り、開弁期間が短くなり、気筒１２当りの吸入空気量が少なくなる。
【００２７】
さらに、図１に示すように、車両には、各部の状態を検出するセンサが種々取付けられている。これらのセンサとしては、例えばクランク角センサ５１、カム角センサ５２、回転角センサ５３、ノックセンサ５４、エアフロメータ５５、スロットルセンサ５６、アクセルセンサ５７等が用いられている。
【００２８】
クランク角センサ５１はクランクシャフト１６が一定角度回転する毎にパルス状の信号を発生する。この信号は、クランクシャフト１６の回転角度であるクランク角や、単位時間当りのクランクシャフト１６の回転速度であるエンジン回転速度の算出等に用いられる。カム角センサ５２は、吸気カムシャフト３１の近傍に設けられて同カムシャフト３１の回転角度（カム角）を検出する。回転角センサ５３は、吸気バルブ２７のバルブ特性（作用角及び最大リフト量）を検出すべく、アクチュエータ４３の回転角度を検出する。
【００２９】
ノックセンサ５４は、燃焼室１７からシリンダブロック等に伝わる振動を検出する。このノックセンサ５４の検出結果は、ノッキングの発生の有無を判定する際に用いられる。ここで、ノッキングは、気筒１２内の末端ガスの自己着火により燃焼室１７内で発生する圧力振動であり、点火プラグ３４の電極やピストン１３の過熱・溶損等の原因となり得る。特に、高温・高負荷等の厳しい運転条件では圧縮端温度及び圧縮端圧力（圧縮上死点ＴＤＣにおける筒内温度・圧力）が高くなるために、ノッキングが発生しやすくなる。
【００３０】
エアフロメータ５５は、吸気通路２２を流れる空気の量（吸入空気量）を検出し、スロットルセンサ５６はスロットル開度を検出し、アクセルセンサ５７は運転者によるアクセルペダル２４の踏込み量を検出する。
【００３１】
車両には、前記各種信号に基づいて、エンジン１１等の各部を制御する電子制御装置６１が設けられている。電子制御装置６１はマイクロコンピュータを中心として構成されており、中央処理装置（ＣＰＵ）が、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラム、初期データ、制御マップ等に従って演算処理を行い、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。ＣＰＵによる演算結果は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）において一時的に記憶される。
【００３２】
電子制御装置６１が行う制御の一部として、エンジン１１の点火時期制御、燃料噴射制御、及び吸気バルブ２７のバルブ特性に関する制御（バルブタイミング制御及び作用角制御）が挙げられる。
【００３３】
点火時期制御では、基本点火時期及び点火時期の要求遅角量がそれぞれ求められ、基本点火時期から要求遅角量を減算することにより最終点火時期が算出される。
基本点火時期は、ノッキング等による影響を考慮せずにエンジン出力が最大となるように設定された点火時期であり、エンジン１１のそのときの運転状況に基づき算出される。
【００３４】
要求遅角量は、最大遅角量、ノッキング学習量及びノッキング制御量に基づいて算出される。最大遅角量は、基本点火時期について、これをノッキングの発生が確実に抑制できる遅角側の時期に補正するための補正量であり、エンジン１１の運転状況に基づき算出される。ノッキング学習量は、上記基本点火時期を最大遅角量だけ遅角させた時期をノッキングの発生状況に応じて進角補正するためのものであり、ノッキングが頻繁に発生する傾向がある場合には徐々に小さい値に更新され、逆にノッキングの発生頻度が小さい場合には徐々に大きな値に更新される。ノッキング制御量は、現在のノッキングの発生頻度に応じて点火時期を遅角側の時期に補正するためのものであり、ノッキングが発生していないときには所定量減算され、ノッキングが発生しているときには所定量加算される。
【００３５】
そして、クランク角センサ５１の信号に基づき算出したクランク角が上記最終点火時期になると、イグナイタ３５に点火信号が出力される。イグナイタ３５は、点火信号に基づき点火コイル３６の一次電流を断続する。この断続により、点火コイル３６の二次コイルに高電圧が発生し、点火プラグ３４に点火する。そして、前記混合気は点火プラグ３４の点火に伴う火花放電によって着火されて燃焼する。
【００３６】
燃料噴射制御では、エンジン回転速度及びエンジン負荷といったエンジン１１の運転状況に基づき、混合気の空燃比を所定の値とするための燃料の噴射量が基本噴射量（基本噴射時間）として算出される。エンジン負荷は、例えばエンジン１１の吸入空気量、又はそれに関係するパラメータ（例えば、スロットル開度、アクセル踏込み量等）に基づき求められる。こうした求められた基本噴射量に対し、各センサからの信号に基づき補正が行われることにより、空燃比がエンジン１１の運転状況に応じた値にされる。そして、補正後の噴射量に対応する時間、燃料噴射弁３３に通電される。この通電により燃料噴射弁３３が開弁して、上記補正後の噴射量の燃料が噴射される。
【００３７】
ところで、上記点火時期制御においてノッキング抑制のために最終点火時期が大きく遅角された場合には、燃焼速度が低下して排気温度が上昇する傾向にある。そのため、点火時期が大きく遅角された場合には、触媒コンバータ２０内の排気浄化触媒２０Ａが過昇温するおそれがある。そこで、上記燃料噴射制御では、こうした排気浄化触媒２０Ａの過昇温を抑制することを目的として、上記点火時期制御において最終点火時期が大きく遅角された場合には、その遅角量に応じて燃料噴射量を増量補正することが行われる。
【００３８】
また、吸気バルブ２７のバルブタイミング制御では、エンジン１１の運転状況、例えばエンジン回転速度、エンジン負荷等に基づいて、吸気バルブ２７のバルブタイミングについての制御目標として目標バルブタイミングが算出される。そして、クランク角センサ５１及びカム角センサ５２の検出結果に基づき把握される吸気バルブ２７の実際のバルブタイミングが上記目標バルブタイミングとなるように、バルブタイミング可変機構４１が制御される。この制御により、吸気バルブ２７のバルブタイミングが、エンジン１１の運転状況に応じて適切なタイミングに制御される。
【００３９】
さらに、吸気バルブ２７の作用角制御では、エンジン回転速度、エンジン負荷等のエンジン１１の運転状況に関するパラメータに基づいて、吸気バルブ２７の作用角についての制御目標として目標作用角が算出される。一方で、回転角センサ５３によって検出された回転角に基づき、その回転角に対応する吸気バルブ２７の実作用角が算出される。そして、この実作用角が上記目標作用角となるようにアクチュエータ４３に対する通電が制御される。こうした通電制御により、吸気バルブ２７の作用角（最大リフト量）がエンジン１１の運転状況に適した値に調整される。
【００４０】
例えば、エンジン回転速度一定のもと、エンジン負荷が大となるほどエンジン１１の吸入空気量を確保しやすくするべく、吸気バルブ２７の作用角が大きくされる。これは、エンジン負荷が大となるほど大きなエンジン出力が要求されていることになり、その出力を得るために必要とされる吸入空気量も多くなるからである。
【００４１】
また、エンジン負荷が小さくなるほど必要とされる吸入吸気量が少なくなることから、吸気バルブ２７の作用角が小さくされて吸入空気量が低減される。そのため、スロットルバルブ１８を閉じ側に制御して吸入空気量を低減しなくてもよくなり、スロットルバルブ１８を開き側の所定開度に保持することが可能となる。このため、上記のようにスロットルバルブ１８を閉じ側に制御することに伴う不具合、例えばポンピング損失の増大や燃費の低下等が抑制される。
【００４２】
上記バルブタイミング制御及び作用角制御を行うことで、開弁時期ＩＶＯや閉弁時期ＩＶＣを互いに独立して変更することが可能である。例えば、閉弁時期ＩＶＣ（又は開弁時期ＩＶＯ）を保持した状態で開弁時期ＩＶＯ（又は閉弁時期ＩＶＣ）を進角させたり遅角させたりすることができる。また、開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣをそれぞれ進角させたり遅角させたりすることができる。
【００４３】
ところで、上記点火時期制御では、ノッキングが発生した場合、上述したように点火時期を本来最も出力の発生する要求値よりも遅角側に補正している。この遅角補正によりノッキングを抑制することができる。しかし、点火時期を上記本来の要求値となるように制御する場合に比べ、遅角補正によりエンジン出力が低下する。また、上述したように、遅角による排気浄化触媒２０Ａの過昇温を防止するために燃料噴射量が増量されるため、この増量が燃費の悪化を招く。一方、バルブ特性を適切に変更することで、ノッキングとの間に密接な関係を有する圧縮端温度及び圧縮端圧力を変化させることが可能である（これについては後述する）。そこで、本実施形態では、点火時期の遅角だけでなくバルブ特性を変更することで、上記の不具合を解消してノッキングの抑制をより効率的に行うようにしている。
【００４４】
次に、電子制御装置６１によるノッキング抑制処理について、図４のフローチャートに示す「ノッキング抑制制御ルーチン」を参照して説明する。
このルーチンが開始されると、電子制御装置６１は、まずステップ１１０において、そのときのエンジン１１の運転状況がノッキング発生領域にあるかどうかを判定する。この判定に際しては、例えば、エンジン回転速度とエンジン負荷とによって示されるエンジンの運転状況について、ノッキングが発生すると予測される領域（例えば、高負荷・高回転の領域）をノッキング発生領域として予め規定しておき、そのときのエンジン回転速度及びエンジン負荷がそのノッキング発生領域にあるかどうかを判定する。上記判定条件が満たされているとステップ１２０へ移行し、満たされていないと、ノッキング抑制制御ルーチンを終了する。
【００４５】
ステップ１２０では点火時期の要求遅角量を算出する。この要求遅角量としては、例えば、上述した点火時期制御に際し、最終点火時期を算出する際に用いられた要求遅角量を用いることができる。この要求遅角量は、吸気バルブ２７のバルブ特性の制御目標を現在のエンジン運転状況に応じた値に設定した場合に、ノッキングを抑制するために必要とされる点火時期の遅角量に相当する。上述したように、ノッキングは圧縮端温度や圧縮端圧力が高くなることによって発生しやすくなる。一方で、圧縮端温度及び圧縮端圧力と点火時期との間には密接な関係があり、一般には、点火時期を遅らせると圧縮端温度及び圧縮端圧力が低下する傾向にある。これに伴いノッキングが発生しにくくなる。そのため、ここでの要求遅角量は、現在の圧縮端温度及び圧縮端圧力を、ノッキングが発生しない値まで低下させるのに必要な点火時期の遅角量に相当する。
【００４６】
次に、ステップ１３０において、現在の最終点火時期を上記ステップ１２０の要求遅角量に応じて遅角補正した場合に生ずるエンジン性能の悪化代ΔＡを予測する。ここでの悪化代ΔＡとは、燃費の悪化量、及びエンジン出力の低下量の少なくともいずれか一方である。この悪化代ΔＡの予測に際しては、例えば、遅角補正を行わずに現在の最終点火時期を維持し、その最終点火時期にて点火を行った場合のエンジン性能Ａ１を求める。一方で、上記要求遅角量を用いて遅角補正した最終点火時期にて点火を行った場合のエンジン性能Ａ２を求める。そして、両エンジン性能Ａ１，Ａ２の偏差を求め、これをエンジン性能の悪化代ΔＡとしてもよい。また、要求遅角量とエンジン性能の悪化代との関係を、予め実験等によりエンジン運転状況毎に求めておき、その関係から、そのときのエンジン１１の運転状況と要求遅角量とに対応するエンジン性能の悪化代を求めてもよい。
【００４７】
続いて、ステップ１４０において、上記ステップ１２０での要求遅角量に相当するバルブ特性の変化量を算出する。すなわち、ノック制御が、点火時期の遅角によって圧縮端温度及び圧縮端圧力を低下させることでノッキングを抑制する技術であることについては既に説明したが、吸気バルブ２７の開弁時期ＩＶＯや閉弁時期ＩＶＣを変化させることによって同様の作用（圧縮端温度及び圧縮端圧力の低下）を得ることも可能である。
【００４８】
例えば、図５及び図６において破線で示すように、吸気バルブ２７の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点ＢＤＣよりも遅い場合には、同吸気下死点ＢＤＣの近傍にある場合（図５の実線及び図６の太線参照）に比べて圧縮端圧力が低くなる。これは、吸気行程の次の行程である圧縮行程で圧縮される空気の量が少なくなり、またピストン１３の上昇期間が短くなるためである。
【００４９】
また、吸気バルブ２７の開弁時期ＩＶＯが図７及び図８において破線で示すように排気上死点ＴＤＣに近い場合には、それよりも遅い場合（図７の実線及び図８の太線参照）に比べて圧縮端温度が低くなる。こうした現象は、例えば次の理由により起ると考えられる。開弁時期ＩＶＯが排気上死点ＴＤＣよりも遅くなるほど、吸気行程において、吸気バルブ２７が閉弁した状態でピストン１３が下降する期間が長くなって筒内が大きく減圧される。この状態で吸気バルブ２７が開弁されると、吸気通路２２内の空気が吸気ポートと吸気バルブ２７の傘部との狭い空間等を通って急激に筒内に吸入され、摩擦熱が多く発生して筒内の温度が高くなる。この状態で圧縮行程が行われるとさらに筒内の温度が上昇し、結果として圧縮端温度が高くなりやすい。
【００５０】
この点、開弁時期ＩＶＯが排気上死点ＴＤＣに近づくほど、吸気バルブ２７が閉弁した状態でピストン１３が下降する期間が短くなる。摩擦熱の発生量が少なくなり、上述した排気上死点ＴＤＣよりも遅く開弁する場合に比べ圧縮端温度が低くなる。そして、これらの閉弁時期ＩＶＣ、開弁時期ＩＶＯの変更に伴いバルブオーバラップＯ／Ｌも変化する。
【００５１】
このように、吸気バルブ２７のバルブ特性の要素である開弁時期ＩＶＯ、閉弁時期ＩＶＣ、バルブオーバラップＯ／Ｌ等を変化させることで、最終点火時期を上記要求遅角量分遅角させなくても圧縮端温度及び圧縮端圧力を低下させてノッキングを抑制することが可能である。このことから、例えば、バルブ特性の変化量と圧縮端温度等の変化量との関係、点火時期の遅角量と圧縮端温度等の変化量との関係を予め実験等により求めておく。そして、これらの関係から、圧縮端温度等について、上記ステップ１２０での要求遅角量による場合と同じ量だけ低下させるのに必要なバルブ特性の変化量を算出する。
【００５２】
次に、図４のステップ１５０において、上記ステップ１４０で算出した量、バルブ特性を変化させた場合に生ずるエンジン性能の悪化代ΔＢを予測する。この予測に際しては、例えばバルブ特性を保持した場合のエンジン性能Ｂ１を求める。一方で、バルブタイミング及び作用角を調整することにより、吸気バルブ２７のバルブ特性（開弁時期ＩＶＯ、閉弁時期ＩＶＣ等）を上記ステップ１４０で算出した量変化させた場合のエンジン性能Ｂ２を求める。そして、両エンジン性能Ｂ１，Ｂ２の偏差（＝Ｂ１−Ｂ２）を求め、これをエンジン性能の悪化代ΔＢとしてもよい。また、バルブ特性の変化量とエンジン性能の悪化代との関係を予め実験等によりエンジン運転状況毎に求めておき、その関係から、そのときのエンジン運転状況と要求遅角量とに対応するエンジン性能の悪化代を求めてもよい。
【００５３】
続いて、ステップ１６０において、上記ステップ１３０で算出したエンジン性能の悪化代ΔＡが、上記ステップ１５０で算出したエンジン性能の悪化代ΔＢよりも大きいかどうかを判定する。そして、この判定条件が満たされている（ΔＡ＞ΔＢ）とステップ１７０へ移行し、満たされていない（ΔＡ≦ΔＢ）と、ステップ１８０へ移行する。
【００５４】
ステップ１７０では、上記ステップ１４０で算出した変化量だけバルブ特性を変化させるために目標バルブタイミング及び目標作用角をそれぞれ補正する。そして、吸気バルブ２７の実際のバルブタイミングが補正後の目標バルブタイミングとなるようにバルブタイミング可変機構４１を制御するとともに、同吸気バルブ２７の実際の作用角が補正後の目標作用角となるようにアクチュエータ４３に対する通電を制御する。これらの制御によりバルブ特性が変化して、圧縮端温度及び圧縮端圧力が低下し、ノッキングが発生しにくくなる。そのため、ノッキング抑制のための点火時期の遅角量が少なく（０を含む）なる。また、このときのバルブ特性の変更に伴うエンジン性能の悪化代は、点火時期の遅角補正のみによってノッキングを抑制する場合よりも少ない。
【００５５】
一方、ステップ１８０では、上記ステップ１２０で算出した要求遅角量を最終点火時期の算出に反映させ、この反映後の最終点火時期に基づいてイグナイタ３５を制御する。この制御により点火時期が遅角されてノッキングが抑制される。このときの点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代は、バルブ特性の変更のみによってノッキングを抑制する場合よりも少ない。
【００５６】
そして、ステップ１７０又は１８０の処理を経た後にノッキング抑制制御ルーチンの一連の処理を終了する。
上記ノッキング抑制制御ルーチンによると、エンジン１１の運転状況がノッキング発生領域にあるとき（ステップ１１０：ＹＥＳ）、点火時期の要求遅角量が算出される（ステップ１２０）。この要求遅角量分だけ点火時期を遅角させた場合に生ずるエンジン性能の悪化代ΔＡが予測される（ステップ１３０）。また、上記要求遅角量に相当するバルブ特性の変化量が算出される（ステップ１４０）。バルブタイミング可変機構４１及び作用角可変機構４２の各制御目標（目標バルブタイミング、目標作用角）を補正することによって、バルブ特性を上記変化量変化させた場合のエンジン性能の悪化代ΔＢが予測される（ステップ１５０）。そして、両エンジン性能の悪化代ΔＡ，ΔＢが比較される（ステップ１６０）。点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代ΔＡが、バルブ特性の変更に伴うエンジン性能の悪化代ΔＢを上回ると予測される場合に限り、上記補正後の制御目標に基づきバルブタイミング可変機構４１及び作用角可変機構４２が制御されて、バルブ特性が変更される（ステップ１７０）。
【００５７】
上記バルブ特性の変更の一態様として、変更前の吸気バルブ２７の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点ＢＤＣ近傍にある場合（図５及び図６）には、その閉弁時期ＩＶＣが遅角されるように上記制御目標が補正される。また、変更前の吸気バルブ２７の開弁時期ＩＶＯが排気上死点ＴＤＣよりも遅角側にある場合（図７及び図８）には、その開弁時期ＩＶＯが排気上死点に近づくように制御目標が補正される。前者の場合には、圧縮行程で圧縮される空気の量が少なくなって、燃焼室１７内の圧縮端温度及び圧縮端圧力が低くなる。後者の場合には、開弁時期ＩＶＯが排気上死点ＴＤＣに近づくほど、吸気バルブ２７が閉弁した状態でピストン１３が下降する期間が短くなって摩擦熱の発生量が少なくなり、排気上死点ＴＤＣよりも遅く開弁する場合に比べて圧縮端温度及び圧縮端圧力が低くなる。このように、いずれの場合にも、補正後の制御目標に基づいてバルブ特性が可変制御されることで、圧縮端温度及び圧縮端圧力が補正前に比べて低くなる。
【００５８】
このことから、ノッキング抑制のために要求される点火時期の遅角量が少なくなったり、点火時期の遅角が不要となる。これに伴い、点火時期を本来の要求値（最も大きな出力を発生させるために要求される値）よりも遅角することによる不具合が抑制される。すなわち、エンジン出力の低下が抑制され、また、排気浄化触媒２０Ａの過昇温防止のための燃料噴射量増量における増量分が少なくなり、燃費の悪化が抑制される。
【００５９】
上述したノッキング抑制制御ルーチンのステップ１２０において要求遅角量を算出する処理は、現在のエンジン運転状況に応じた制御目標に吸気バルブ２７のバルブ特性を設定したときの遅角制御による点火時期遅角量を算出する処理に相当する。また、ステップ１６０において、エンジン性能の悪化代ΔＡが悪化代ΔＢよりも大きいかどうかを判定する処理は、上記点火時期遅角量が所定値よりも大きいかどうかを判定する処理に相当する。さらに、ステップ１７０において、バルブ特性を変化させるために、制御目標（目標バルブタイミング、目標作用角）を補正する処理は、上記点火時期遅角量が上記所定値よりも大きくなるときに、燃焼室１７内の圧縮端温度が低くなる側にバルブ特性の制御目標を補正する処理（補正手段）に相当する。
【００６０】
以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）ノッキング抑制のための点火時期の遅角制御による点火時期遅角量が大きくなるときには、バルブ特性の制御目標（目標バルブタイミング及び目標作用角）を、燃焼室１７内の圧縮端温度及び圧縮端圧力が低くなる側に補正するようにしている。この補正により圧縮端温度及び圧縮端圧力が低くなることから、ノッキング抑制のための点火時期の遅角量を少なくする（０を含む）ことができる。その結果、点火遅角による排気浄化触媒２０Ａの過昇温防止のための燃料噴射量の増量を少なくし、燃費の悪化を抑制することができる。また、点火時期を大きく遅角することで生ずるエンジン出力の低下を抑制することができる。このようにして、燃費の悪化、エンジン出力の低下といったエンジン性能の悪化を抑制しつつノッキングを抑制することが可能となるため、ノッキングの抑制をより効率的に行うことができるようになる。
【００６１】
（２）バルブ特性の制御目標が補正される前に吸気バルブ２７の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点ＢＤＣ近傍にある場合に、その閉弁時期ＩＶＣが遅角されるように制御目標を補正するようにしている。この補正により、圧縮行程で圧縮される空気の量を少なくして圧縮端温度及び圧縮端圧力を低くすることができる。
【００６２】
（３）バルブ特性の制御目標が補正される前に吸気バルブ２７の開弁時期ＩＶＯが排気上死点ＴＤＣよりも遅角側にある場合に、その開弁時期ＩＶＯが排気上死点に近づくように制御目標を補正するようにしている。この補正により、開弁時期ＩＶＯが排気上死点に近づくほど、吸気バルブ２７が閉弁した状態でピストン１３が下降する期間を短くし、摩擦熱の発生量を少なくして圧縮端温度を低くすることができる。
【００６３】
（４）バルブ特性の制御目標の補正に先立ち、同制御目標の補正を行わずに遅角制御による点火時期の遅角を行った場合に、その遅角に伴い生ずるエンジン性能の悪化代ΔＡを予測する。また、バルブ特性の制御目標を補正した場合に、その補正に伴い生ずるエンジン性能の悪化代ΔＢを予測する。そして、両悪化代ΔＡ，ΔＢに基づき、バルブ特性の制御目標の補正量を決定するようにしている。このため、エンジン性能の悪化代が少なくなるようにバルブ特性を制御することで、エンジン性能を大きく悪化させることなくノッキングを抑制することができるようになる。
【００６４】
（５）上記（４）に関連して、点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代ΔＡが、バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代ΔＢよりも小さい場合には、点火時期を遅角するようにしている。この遅角により、バルブ特性の制御目標の補正による場合よりもエンジン性能を悪化させることなく、ノッキングを抑制することができる。
【００６５】
また、点火時期の遅角に伴うエンジン性能の悪化代ΔＡが、バルブ特性の制御目標の補正に伴うエンジン性能の悪化代ΔＢを上回る場合には、バルブ特性の制御目標を補正するようにしている。この補正により、点火遅角による場合よりもエンジン性能を悪化させることなく、ノッキングを抑制することができる。
【００６６】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・吸気バルブ２７のバルブ特性の制御目標を圧縮端温度及び圧縮端圧力が低くなる側へ補正する際の条件として、「同制御目標を現在のエンジン運転状況に応じた制御目標に設定したときの点火時期遅角量が所定値よりも大きいこと」としてもよい。
【００６７】
・バルブ特性制御装置は、吸気バルブ２７の最大リフト量及び作用角のうち作用角のみをバルブ特性として変更するものであってもよい。
・本発明は、吸気バルブ２７に加えて、排気バルブ２８の作用角を変更するようにした内燃機関にも適用可能である。
【００６８】
・作用角可変機構として、前記実施形態で用いたものとは異なるタイプを用いてもよい。例えば、吸気カムシャフトの吸気カムを軸方向にプロフィールが変化する三次元カムとし、この吸気カムシャフトをアクチュエータで軸方向に変位させることにより、作用角をエンジン運転状況に応じて変化させるようにしたものを、作用角可変機構として用いてもよい。要は、吸気バルブ２７の作用角をエンジン運転状況に応じて可変制御できるものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明のバルブ特性制御装置を具体化した一実施形態についてその構成を示す略図。
【図２】バルブタイミング可変機構による吸気バルブのバルブタイミングの変化態様を示す特性図。
【図３】作用角可変機構による吸気バルブの作用角の変化態様を示す特性図。
【図４】ノッキング抑制処理の手順を示すフローチャート。
【図５】バルブ特性の制御目標を圧縮端温度が低くなる側へ補正する場合のクランク角と吸気バルブのバルブ特性との関係を示す特性図。
【図６】図５における吸気バルブの開弁期間等を示すダイヤグラム。
【図７】バルブ特性の制御目標を圧縮端温度が低くなる側へ補正する場合のクランク角と吸気バルブのバルブ特性との関係を示す特性図。
【図８】図７における吸気バルブの開弁期間等を示すダイヤグラム。
【符号の説明】
【００７０】
１１…ガソリンエンジン、１７…燃焼室、２７…吸気バルブ、６１…電子制御装置（補正手段）、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２…エンジン性能、ΔＡ，ΔＢ…エンジン性能の悪化代、ＢＤＣ…下死点、ＩＶＣ…吸気バルブの閉弁時期、ＩＶＯ…吸気バルブの開弁時期、ＴＤＣ…上死点。
【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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