(57)【要約】【課題】上死点におけるシリンダヘッドとピストンの相対距離を変化させて圧縮比を変更する内燃機関において、より速やかに適正なバルブタイミングを得ること目的とする。【解決手段】可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、内燃機関が所定の圧縮比であるときに補正されたバルブタイミングを学習値として記憶し、ピストンが所定位置にある所定時期に対して吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングが相対的にずれるときのずれ量分だけ、前記学習値を変更する。圧縮比変更に伴うバルブタイミングのずれを予め補正することができるので速やかに最適なバルブタイミングを得ることができる。【選択図】図５
2006105095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上死点におけるシリンダヘッドとピストンとの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
前記内燃機関が所定の運転状態のときにバルブタイミングが規定の値となるように前記バルブタイミング変更装置によりバルブタイミングの補正を行なうバルブタイミング補正手段と、
前記内燃機関が所定の圧縮比であるときに前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを学習値として記憶するバルブタイミング学習手段と、
前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を変更したときに前記内燃機関のピストンが所定位置にある所定時期に対して吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングが相対的にずれるときのずれ量を推定するずれ量推定手段と、
前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を変更するときに、前記ずれ量推定手段により推定されるずれ量分、前記バルブタイミング学習手段により記憶された学習値を変更する学習値変更手段と、
を備えたことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項２】
上死点におけるシリンダヘッドとピストンとの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
バルブタイミングが規定の値となるように前記バルブタイミング変更装置によりバルブタイミングの補正を行なうバルブタイミング補正手段と、
前記内燃機関の異なる圧縮比において前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを夫々学習値として記憶するバルブタイミング学習手段と、
を備えたことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項３】
前記異なる圧縮比は最高圧縮比および最低圧縮比であって、最高圧縮比および最低圧縮比における夫々の学習値に基づいて最高圧縮比と最低圧縮比との間の圧縮比の学習値を決定することを特徴とする請求項２に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上死点におけるシリンダヘッドとピストンの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
上死点におけるシリンダヘッドとピストンの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更し、内燃機関の熱効率等を向上することができる。そして、クランクケースに対してシリンダブロックをシリンダ軸方向に移動させることにより、圧縮比を変更する内燃機関において、圧縮比変更伴うバルブタイミングのずれをバルブタイミング変更装置により補正する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開平７−２６９８１号公報
【特許文献３】特表平２−５０３８１７号公報
【特許文献４】特開２００３−２０６７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内燃機関の圧縮比を変更すべく、内燃機関の機関要素の一部の配置、大きさ等を変更する場合、該内燃機関のクランクシャフトの回転と燃焼サイクルにおけるピストンの位置との相対関係がずれる場合がある。ここで、吸排気弁がクランクシャフトの動力によって駆動される場合やクランクアングルに基づいて吸排気弁の開閉時期であるバルブタイミングが制御される場合には、ピストンが圧縮行程上死点等の所定位置にある時期に対して吸排気弁のバルブタイミングが本来あるべきタイミングからずれる虞がある。
【０００４】
前記特許文献１によれば、バルブタイミングのずれを補正することができるが、圧縮比が変わる毎にバルブタイミングのずれを補正する必要が生じ、補正が完了するまでに時間を要する。そして、補正をしている間は最適なバルブタイミングを得ることが困難となり、エミッションの悪化や機関出力の低下等が生じ得る。
【０００５】
本発明は上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は上死点におけるシリンダヘッドとピストンの相対距離を変化させて圧縮比を変更する内燃機関において、より速やかに適正なバルブタイミングを得る点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による可変圧縮比機構を備えた内燃機関は、以下のことを特徴とする。すなわち、
上死点におけるシリンダヘッドとピストンとの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
前記内燃機関が所定の運転状態のときにバルブタイミングが規定の値となるように前記バルブタイミング変更装置によりバルブタイミングの補正を行なうバルブタイミング補正手段と、
前記内燃機関が所定の圧縮比であるときに前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを学習値として記憶するバルブタイミング学習手段と、
前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を変更したときに前記内燃機関のピストンが所定位置にある所定時期に対して吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの
駆動弁のバルブタイミングが相対的にずれるときのずれ量を推定するずれ量推定手段と、
前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を変更するときに、前記ずれ量推定手段により推定されるずれ量分、前記バルブタイミング学習手段により記憶された学習値を変更する学習値変更手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、圧縮比の変更に伴いバルブタイミングがずれる場合に、バルブタイミングの学習値を前記ずれ分だけ変更することにより、速やかに最適なバルブタイミングを得ることにある。
【０００８】
上記の内燃機関においては、可変圧縮比機構によってピストン行程や燃焼室容積等、内燃機関の圧縮比に関与する要素を変化せしめることで、圧縮比を変更する。但し、圧縮比と内燃機関の運転状態とは密接な関係があり、圧縮比が内燃機関の運転状態に適した圧縮比から外れると、燃費やエミッション等が悪化する虞がある。そこで、上記の内燃機関においては、圧縮比の変更は、可変圧縮比制御手段によって内燃機関の運転状態に基づいて行われる。これにより、内燃機関の運転状態に応じて圧縮比を変更することで、燃費性能や出力性能の向上を図る。
【０００９】
また、バルブタイミング変更装置は、バルブタイミングを変更するときに所定の角度を基準値とし、この基準値から内燃機関の運転状態に応じてバルブタイミングを進角させることによりバルブタイミングの制御を行う。
【００１０】
このように構成される内燃機関において、バルブタイミングが最適なものとなるように、バルブタイミング補正手段は、例えばフィードバック制御によりバルブタイミングの補正を行なう。しかし、内燃機関を構成する部材の経年変化等によりバルブタイミングの補正が必要な場合には、内燃機関の始動毎にバルブタイミングの補正を一から始めていたのでは時間がかかるため、バルブタイミング学習手段は、内燃機関が所定の圧縮比であるときに前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを学習値として記憶する。この学習値を予め適用して以降のバルブタイミングが制御される。
【００１１】
一方、圧縮比の変更を行うことで、内燃機関の圧縮比に関与する要素に変化が加えられるため、一の伝達ルートを経てクランクシャフトから伝えられる駆動力によって駆動されるピストンと該一の伝達ルートとは異なる他の伝達ルートを得てクランクシャフトからの駆動力によって駆動される駆動弁のバルブタイミングがずれ、もしくは該ピストンとクランクシャフトの回転角に応じてバルブタイミングが制御される駆動弁の該バルブタイミングがずれる虞がある。換言すると、圧縮比の変更に伴い、ピストンが所定の位置にある時期、例えば圧縮上死点にある時期に対する駆動弁のバルブタイミングがずれることで、効率的な吸気の確保や排気の排出が困難となり、内燃機関の出力低下、燃費悪化、エミッション悪化等が生じ、圧縮比変更による効果を十分に享受することが困難となる虞がある。
【００１２】
そこで、上記可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムにおいては、ずれ量推定手段によって、可変圧縮比制御手段による圧縮比の変更が行われるとき、ピストンが所定位置にある所定時期に対する駆動弁のバルブタイミングのずれ（以下、単に「バルブタイミングのずれ」という）を予め推定する。ここで、所定位置とは、内燃機関の出力性能や燃費、エミッション状態に比較的大きく関与するピストン位置であり、例えば圧縮行程上死点や排気行程上死点等が例示できる。このピストンが所定位置にある所定時期に対して駆動弁のバルブタイミングが本来あるべきタイミングからずれると、燃焼室への吸気の確保や燃焼室からの排気の排出が好適に行われない虞がある。
【００１３】
このずれ量推定手段は、圧縮比の変化量もしくは目標となる変化後の圧縮比に基づいて
、バルブタイミングのずれを推定する。そして、ずれ量推定手段によって該バルブタイミングのずれ量が推定されるときは、学習値変更手段によって前記バルブタイミング学習手段により記憶された学習値を該ずれ量分変更する。これにより、圧縮比の変更に伴う学習値の収束を早くすることができる。
【００１４】
このようにして変更された学習値を適用して可変バルブタイミング機構を制御することで、バルブタイミングのずれの発生を可及的に早期に抑制して、圧縮比の変更に伴う内燃機関の出力低下等を回避することができる。
【００１５】
なお、可変バルブタイミング機構は、上述のように所定時期に対するバルブタイミングの相対的な時期的関係を変更可能とする機能を有する。これは、換言すると、内燃機関において、クランクシャフトの回転角、ピストン位置、駆動弁の開閉動作における時期的な相対関係を変更可能とするものであって、その相対関係の変更量をずれ量推定手段によって推定されたずれ量と関連づけることで、内燃機関の圧縮比の変更が行われても、駆動弁のバルブタイミングをより適正なタイミングに維持することが可能となり、以て内燃機関のエミッションや燃費の悪化、機関出力の低下等を抑制し得る。
【００１６】
また、上記課題を達成するために本発明による可変圧縮比機構を備えた内燃機関は、以下のことを特徴としてもよい。すなわち、
上死点におけるシリンダヘッドとピストンとの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
バルブタイミングが規定の値となるように前記バルブタイミング変更装置によりバルブタイミングの補正を行なうバルブタイミング補正手段と、
前記内燃機関の異なる圧縮比において前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを夫々学習値として記憶するバルブタイミング学習手段と、
を備えたことを特徴としてもよい。
【００１７】
すなわち、異なる圧縮比において夫々学習値を記憶しておけば、次回圧縮比を変更するときに以前記憶された学習値を適用することができ、速やかにバルブタイミングのずれを修正することができる。ここで、最低圧縮比から最高圧縮比までを複数のグループに分け、各グループで学習値を記憶してもよい。
【００１８】
このようにして複数記憶された学習値を適用して可変バルブタイミング機構を制御することで、バルブタイミングを速やかに最適なものとすることができ、圧縮比の変更に伴う内燃機関の出力低下等を回避することができる。
【００１９】
また、本発明においては、前記異なる圧縮比は最高圧縮比および最低圧縮比であって、最高圧縮比および最低圧縮比における夫々の学習値に基づいて最高圧縮比と最低圧縮比との間の圧縮比の学習値を決定することができる。
【００２０】
ここで、実際に最高圧縮比および最低圧縮比において夫々得られる学習値を用いて、中間の圧縮比における学習値を得ることにより、学習値をより簡単に得ることができる。例えば、前記中間の圧縮比と、最高圧縮比および最低圧縮比において夫々得られる学習値と、の関係を予め定めておいた計算式に代入することにより該中間の圧縮比における学習値を得るようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関によれば、より速やかに適正なバルブタ
イミングを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。シリンダ２内の燃焼室には、シリンダヘッド１０に設けられた吸気ポート１８を介して吸気管１９が接続されている。シリンダ２への吸気の流入は吸気弁５によって制御される。吸気弁５の開閉は、吸気側カム７の回転駆動によって制御される。また、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート２０を介して、排気管２１が接続されている。シリンダ２外への排気の排出は排気弁６によって制御される。排気弁６の開閉は排気側カム８の回転駆動によって制御される。更に、吸気ポート１８には燃料噴射弁１７が、シリンダ２の頂部には、点火プラグ１６が設けられている。そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、シリンダ２内で往復運動を行う。
【００２４】
ここで、内燃機関１においては、可変圧縮比機構９によって、シリンダブロック３をクランクケース４に対してシリンダ２の軸線方向に相対移動させることで、内燃機関１の圧縮比が変更される。即ち、可変圧縮比機構９が、シリンダブロック３と共にシリンダヘッド１０を、シリンダ２の軸線方向にクランクケース４に対して相対移動させることによって、シリンダブロック３、シリンダヘッド１０およびピストン１５によって構成される燃焼室の容積が変更され、その結果、内燃機関１の圧縮比が可変制御される。例えば、シリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかる方向に相対移動されると、燃焼室容積が増えて圧縮比が低下する。
【００２５】
可変圧縮比機構９は、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能且つカム部９ｂと同じように偏心状態で取り付けられた可動軸受部９ｃと、軸部９ａと同心状に設けられたウォームホイール９ｄと、ウォームホイール９ｄと噛み合うウォーム９ｅと、ウォーム９ｅを回転駆動させるモータ９ｆによって構成される。そして、カム部９ｂはシリンダブロック３に設けられた収納孔内に設置され、可動軸受部９ｃはクランクケース４に設けられた収納孔内に設置される。ここで、モータ９ｆからの駆動力は、ウォーム９ｅとウォームホイール９ｄとを介して軸部９ａに伝えられる。そして、偏心状態にあるカム部９ｂ、可動軸受部９ｃが駆動されることで、シリンダブロック３がクランクケース４に対してシリンダ２の軸線方向に相対移動させられる。
【００２６】
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００２７】
ここで、アクセル開度センサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されており、ＥＣＵ９０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ９１がＥＣＵ９０と電気的に接続されており、ＥＣＵ９０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。
【００２８】
更に、可変圧縮比機構９を構成するモータ９ｆがＥＣＵ９０と電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ９０からの指令によりモータ９ｆが駆動されて、可変圧縮比機構９による内燃機関１の圧縮比の変更が行われる。この内燃機関１の圧縮比の変更は、内燃機関１の運転状態に基づいて行われる。例えば、内燃機関１の運転状態を機関負荷と機関回転速度で表す場合、低機関負荷から高機関負荷になるに従い又は低機関回転速度から高機関回転速度になるに従い、シリンダブロック３をクランクケース４から遠ざける方向にモータ９ｆを駆動して、内燃機関１の圧縮比を高圧縮比から低圧縮比へと移行させる。
【００２９】
次に、内燃機関１における吸気弁５および排気弁６の開閉動作および該開閉動作を行う開閉機構について、図２および図３に基づいて説明する。図２、３は、主に内燃機関１のバルブタイミング制御システムの機構を示す図であり、図２（ａ）はシリンダブロック３がクランクケース４に近づき、内燃機関１の圧縮比が比較的高い圧縮比（以下、単に「高圧縮比」という）となっている状態を示し、図２（ｂ）はシリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかり、内燃機関１の圧縮比が比較的低い圧縮比（以下、単に「低圧縮比」という）となっている状態を示す。図２に示すように、シリンダブロック３がシリンダ２の軸線方向にΔｈ相対移動することで、内燃機関１の圧縮比が変更される。また、図３は、吸気弁５、排気弁６を中心としたシリンダヘッド１０の頂部近傍を概略的に表す図である。
【００３０】
内燃機関１においては、吸気弁５の開閉動作は吸気側カム７によって行われる。この吸気側カム７は吸気側カムシャフト２２に取り付けられ、更に吸気側カムシャフト２２の端部には吸気側プーリ２４が設けられている。更に、吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」という）２３が設けられている。この吸気側ＶＶＴ２３は、ＥＣＵ９０からの指令に従って吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との相対的な回転位相を制御する。更に、吸気側カムシャフト２２の回転角を検出する吸気側カム角センサ９３が設けられ、吸気側カム角センサ９３とＥＣＵ９０が電気的に接続されている。
【００３１】
また、排気弁６の開閉動作は排気側カム８によって行われる。この排気側カム８は排気側カムシャフト２５に取り付けられ、更に排気側カムシャフト２５の端部には排気側プーリ２７が設けられている。更に、排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「排気側ＶＶＴ」という）２６が設けられている。この排気側ＶＶＴ２６は、ＥＣＵ９０からの指令に従って排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との相対的な回転位相を制御する。更に、排気側カムシャフト２５の回転角を検出する排気側カム角センサ９４が設けられ、排気側カム角センサ９４とＥＣＵ９０が電気的に接続されている。
【００３２】
そして、吸気側カムシャフト２２と排気側カムシャフト２５の回転駆動は、クランクシャフト１３の駆動力によって行われる。具体的には、クランクシャフト１３に設けられたクランク側プーリ３２、吸気側プーリ２４、排気側プーリ２７にはタイミングベルト３３が掛けられており、更にタイミングベルト３３は、クランクケース４側に設けられた第一クランクケース側プーリ３０、第二クランクケース側プーリ３１およびシリンダブロック３側に設けられた第一シリンダブロック側プーリ２８、第二シリンダブロック側プーリ２９にも掛かっている。
【００３３】
なお、タイミングベルト３３が掛かる順序は、クランク側プーリ３２を初めとして、第一クランクケース側プーリ３０、第一シリンダブロック側プーリ２８、吸気側プーリ２４、排気側プーリ２７、第二シリンダブロック側プーリ２９、第二クランクケース側プーリ３１の順である。
【００３４】
そして、第一クランクケース側プーリ３０、および第二クランクケース側プーリ３１はタイミングベルト３３の外周面と接しており、それ以外のクランク側プーリ３２、第一シリンダブロック側プーリ２８、吸気側プーリ２４、排気側プーリ２７、第二シリンダブロック側プーリ２９、はタイミングベルト３３の内周面と接している。
【００３５】
このようにして、クランクシャフト１３の駆動力によって吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５が回転駆動されて、以て吸気側カム７および排気側カム８によって、吸気弁５および排気弁６の開閉動作が行われる。
【００３６】
ここで、可変圧縮比機構９によって内燃機関１の圧縮比が変更されるとき、例えば図２（ａ）に示す高圧縮比の状態から図２（ｂ）に示す低圧縮比の状態へと変更されるとき、上述したようにシリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかる方向に相対移動する。従って、圧縮比の変更に合わせて、シリンダブロック３に設けられた第一シリンダブロック側プーリ２８、第二シリンダブロック側プーリ２９も移動する。その結果、第一クランクケース側プーリ３０と第一シリンダブロック側プーリ２８との間に掛かるタイミングベルト３３の長さＬ１、および第二クランクケース側プーリ３１と第二シリンダブロック側プーリ２９との間に掛かるタイミングベルト３３の長さＬ２は、圧縮比の変更に伴って変化する。このような構成により、シリンダブロック３が移動しても、タイミングベルト３３の全長は変化しない。
【００３７】
なお、内燃機関１においては、クランクポジションセンサ９１と吸気側カム角センサ９３、排気側カム角センサ９４とからの信号に基づいて、クランク角と吸排気弁５、６のカム角との関係が適正な関係となるべく、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６によって、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の回転位相がフィードバック制御される。このときに回転位相が補正される量を以下、回転位相補正値という。
【００３８】
また、本実施例においては、ピストン１５の上死点時において、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の位相を最も遅角させた際の回転位相補正値を学習値としてＥＣＵ９０に記憶する。
【００３９】
そして、本実施例においては、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５を最遅角位置から何度回転させるかにより吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６を制御する。すなわち、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５が最も遅角されたときの位置（以下、最遅角位置という。）を基準位置とし、この基準位置から内燃機関１の運転状態に応じて吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の角度が進角される。この基準位置からの進角量は、内燃機関１の運転状態（例えば、機関回転数、機関負荷）と進角量との関係を予めマップ化したものをＥＣＵ９０に記憶させておき、該マップに内燃機関１の運転状態を代入して得ることができる。そして、前記学習値は、この基準位置を適切な値とするために設定されている。
【００４０】
しかし、本実例に係る内燃機関１では、図２（ａ）に示す高圧縮比の状態から図２（ｂ）に示す低圧縮比の状態へと変更されると、タイミングベルト長Ｌ１は短くなり、タイミングベルト長Ｌ２は長くなる。その結果、クランクシャフト１３が特定の回転角にあるときの、換言するとピストン１５の位置が特定の位置である圧縮行程上死点等にあるときの、吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の位相が、図２（ａ）に示す高圧縮比状態と図２（ｂ）に示す低圧縮比状態とでは異なる。すなわち、図２（ａ）に示す高圧縮比状態を基準とすると、図２（ｂ）に示す低圧縮比状態では、吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の回転位相がΔＴｖずれる。
【００４１】
そして、回転位相がΔＴｖずれた状態で前記学習値を得ると、この学習値は回転位相がΔＴｖずれた値となり、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の最遅角位置がずれる。そして、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６の目標値、すなわち吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の進角量にもずれを生じてしまう。
【００４２】
そのため、ピストン位置が圧縮行程上死点にある時期に対する吸気弁５および排気弁６のバルブタイミングが、図２（ａ）に示す高圧縮比状態と図２（ｂ）に示す低圧縮比状態とでは異なってしまい、圧縮比の変更に伴って、バルブタイミングが適正なタイミングからずれる虞がある。即ち、圧縮比の変更の結果、シリンダ２内で行われる燃焼に適したバルブタイミングが得られない虞がある。
【００４３】
ここで、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６によって、吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の回転位相がフィードバック制御されることにより、吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の回転位相のずれが補正されるが、フィードバック制御のみに頼っていると適正なバルブタイミングに収束するまでに時間を要する。
【００４４】
その点、本実施例による内燃機関１のバルブタイミング制御システムでは、圧縮比の変更が行なわれるときの吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の回転位相のずれを圧縮比と関連付けて予め求めておき、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６を制御するときには、前記学習値に予め求めておいたずれ量を加える。これにより、学習値のずれが修正される。この場合、前記ずれ量は負の値にもなり得る。
【００４５】
すなわち、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６の作動量の目標値は、規定値および学習値から決定され、該学習値は、今までの学習により得られた学習値と、吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の回転位相のずれと、から決定される。規定値は、内燃機関１の運転状態から決定される最遅角位置からの吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の進角量であり、内燃機関１の運転状態との関係から予め実験等により求められマップ化されてＥＣＵ９０に記憶されている。また、学習値は、例えば最高圧縮比のときのバルブタイミングの最遅角位置を基準とすると、今までの学習により得られた学習値からバルブタイミングずれ量ΔＴｖを減じて求められる。
【００４６】
そして、吸気側プーリ２４と排気側プーリ２７はタイミングベルト３３を介してクランクシャフト１３と連動しているため、吸気側ＶＶＴ２３と排気側ＶＶＴ２６とによる回転位相の変更によって、クランクシャフト１３の回転角に対する吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の回転角の相対関係が変更されて、ピストン１５のピストン位置に対する吸気弁５、排気弁６のバルブタイミングが適正なタイミングとなる。
【００４７】
ここで、図４は、本実施例による圧縮比を変更するときのバルブタイミングの最遅角位置、バルブタイミング位置、バルブタイミング学習値の推移を示したタイムチャートである。図４では、最低圧縮比から最高圧縮比に変更され、その後、さらに最低圧縮比に変更された場合を示している。
【００４８】
バルブタイミングの最遅角位置とは、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の位相を最も遅角させたときの位置であって、パルブタイミング制御における基準位置を示している。また、バルブタイミング位置とは、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６が目標値からどれだけずれているのかを示している。バルブタイミング学習値とは、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の位相を最も遅角させたときの学習値を示している。
【００４９】
「基準位置（ゼロ点）補正」で示される線は本実施例による学習値の変更を行なって吸
気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６を制御した場合を示し、「フィードバック」で示される破線は、フィードバック制御のみにより吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６を制御した場合を示している。
【００５０】
「バルブタイミングの最遅角位置」は、低圧縮比と高圧縮比とで前記ΔＴｖの差があり、圧縮比の変更に伴って変化する。
また、「バルブタイミング位置」において、「基準位置（ゼロ点）補正」の場合には、圧縮比変更後に基準位置が速やかに変更されるため、バルブタイミング位置が目標値に速やかに収束する。しかし、「フィードバック」の場合には、圧縮比変更後に基準位置が徐々に変化するため、その分をフィードバック補正するのに時間を要し、バルブタイミング位置が目標値に収束するまでに時間を要する。
【００５１】
さらに、「バルブタイミング学習値」において、「基準位置（ゼロ点）補正」の場合には、学習値に吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の回転位相のずれの補正が反映されているので、圧縮比の変更後速やかに値が変化するが、「フィードバック」がなされている場合には、基準位置の補正が順次反映されていくので、圧縮比の変化後に徐々に値が変化する。
【００５２】
図４に示されるように、フィードバック制御による場合ではバルブタイミング学習値が収束するまでに時間を要し、この間に適正なバルブタイミングが得られなくなる虞がある。一方、本実施例による学習値補正を行なった場合には、バルブタイミング学習値が速やかに収束するので、バルブタイミングの変化量が少なく、変化している時間も短いので、速やかに適正なバルブタイミングを得ることができる。
【００５３】
次に、可変圧縮比機構９によって内燃機関１の圧縮比を変更する際に吸気弁５、排気弁６のバルブタイミングを調整するための制御（以下、「圧縮比変更制御」という）について、図５に基づいて説明する。なお、本実施例における圧縮比変更制御は、一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００５４】
先ず、Ｓ１０１では、ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態を検出する。この運転状態は、シリンダ２内での燃焼と関連する運転状態であって、内燃機関１の圧縮比が該燃焼と適しているか否かを判定するために基礎となる項目である。本実施例においては、クランクポジションセンサ９１からの信号に基づいて得られる機関回転速度と、アクセル開度センサ９２からの信号に基づいて得られる機関負荷とによって、内燃機関１の運転状態を検出する。この他に、内燃機関１における吸入空気量や冷却水温度等によって運転状態を検出してもよい。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００５５】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ９０は、Ｓ１０１で検出した内燃機関１の運転状態に基づいて、内燃機関１で行われる燃焼に最も適した圧縮比（以下、「最適圧縮比」という）を算出する。具体的には、機関回転速度と機関負荷で決定される内燃機関１の運転状態と、各運転状態における最適圧縮比との関係を予め実験等で求めておき、該関係を制御マップの形でＥＣＵ９０内に格納する。そして、Ｓ１０２では、該制御マップに内燃機関１の運転状態をパラメータとしてアクセスすることで、最適圧縮比の算出が行われる。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００５６】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ９０は、Ｓ１０２で算出した最適圧縮比に基づいて、可変圧縮比機構により内燃機関１の圧縮比が最適圧縮比になるべく、シリンダブロック３とクランクケース４との相対移動を行なう。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００５７】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ９０は、所定の運転状態において、バルブタイミングずれ量ΔＴ
ｖを読み込む。
このバルブタイミングずれ量ΔＴｖは、上述したように内燃機関１の圧縮比の変更に伴って、タイミングベルト長Ｌ１とタイミングベルト長Ｌ２の長さが変動することによって生じる。本実施例においては可変圧縮比機構９を構成するモータ９ｆが回転駆動することで、シリンダブロック３がクランクケース４に対して相対移動し、内燃機関１の圧縮比が変更されるとともに、タイミングベルト３３と吸気側プーリ２４、排気側プーリ２７との接触状態が変更されて、バルブタイミングずれ量ΔＴｖが発生する。
【００５８】
ここで、図６に、内燃機関１の圧縮比と発生するバルブタイミングずれ量ΔＴｖの関係を示す。図６の横軸は内燃機関１の圧縮比を表し、縦軸はバルブタイミングずれ量ΔＴｖを表す。また、圧縮比εｍｉｎは内燃機関１において達成し得る最も低い圧縮比であり、圧縮比εｍａｘは内燃機関１において達成し得る最も高い圧縮比である。そして、図６に示すバルブタイミングずれ量ΔＴｖは、圧縮比がεｍｉｎであるときを基準としたときのバルブタイミングずれ量である。
【００５９】
図６に示すように、内燃機関１においては、圧縮比の変更量が大きくなるに従い、バルブタイミングずれ量ΔＴｖが大きくなり、より詳細には圧縮比がεｍｉｎ近傍において変更する場合のバルブタイミングずれ量ΔＴｖは、圧縮比がεｍａｘ近傍において変更する場合のバルブタイミングずれ量ΔＴｖより大きくなる。そこで、予め実験等で、内燃機関１の圧縮比と発生するバルブタイミングずれ量ΔＴｖとの関係を求めておき、該関係を制御マップの形でＥＣＵ９０内に格納しておく。そして、Ｓ１０４では、該制御マップに内燃機関１の圧縮比をパラメータとしてアクセスすることで、バルブタイミングずれ量ΔＴｖの推定が行われる。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００６０】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ９０は、バルブタイミングずれ量ΔＴｖをバルブタイミング学習値に加えて新たなバルブタイミング学習値を得る。すなわち、バルブタイミング学習値を変更する。これにより、圧縮比を変更するときにバルブタイミング学習値を速やかに変更することができる。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００６１】
Ｓ１０６では、ＥＣＵ９０は、デューティ制御にてバルブタイミングの制御を行う。ここでは、規定値からＳ１０５で得られたバルブタイミング学習値を減じた値を吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６の作動量として、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６を制御する。
【００６２】
ここで、規定値は、内燃機関１の運転状態から決定される基準位置からの吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の進角量であり、内燃機関１の運転状態との関係から予め実験等により求められマップ化されてＥＣＵ９０に記憶されている。
【００６３】
そして、内燃機関１においては、クランクポジションセンサ９１と吸気側カム角センサ９３、排気側カム角センサ９４とからの信号に基づいて、クランク角と吸排気弁５、６のカム角との関係が適正な関係となるべく、吸気側ＶＶＴ２３、排気側ＶＶＴ２６によって、吸気側カムシャフト２２と排気側カムシャフト２５との回転位相がフィードバック（若しくは、フィードフォワード）制御される。
【００６４】
Ｓ１０６の処理が終了すると、本制御を終了する。
本制御によると、内燃機関１の圧縮比を変更する際に生じ得る吸排気弁５、６のバルブタイミングのずれを可及的に解消又は抑制することで、エミッションや燃費の悪化、機関出力の低下等を抑制することが可能となる。
【００６５】
なお、本制御においては、主にＳ１０４におけるバルブタイミングずれ量ΔＴｖを得る
処理が本発明のずれ量推定手段に該当し、主にＳ１０５における新たなバルブタイミング学習値を得る処理が本発明の学習値変更手段に該当する。
【００６６】
また、本実施例においては、シリンダブロック３がクランクケース４に対して相対移動するタイプの可変圧縮比内燃機関について説明したが、これに限らず、圧縮比の変更に伴いバルブタイミングが適正なタイミングからずれる可変圧縮比内燃機関であれば適用することができる。
【００６７】
さらに、本実施例においては、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６を備えているが、何れか一方のみを備えた内燃機関においても適用することができる。また、電磁駆動弁等によりバルブタイミングを任意に変更可能な機構を備えた内燃機関においても適用することができる。さらに、クランクシャフト１３とクランク側プーリ３２との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構を設けた内燃機関においても適用することができる。
【実施例２】
【００６８】
実施例１においては、図６に基づいて学習値の補正値を得ていたが、本実施例においては、圧縮比が最も高いとき（以下、最高圧縮比という。）と最も低いとき（以下、最低圧縮比という。）とで夫々学習値を持ち、最高圧縮比と最低圧縮比との間の圧縮比のときの学習値は、最高圧縮比および最低圧縮比で夫々得られた学習値に基づいて定める。
【００６９】
例えば、最高圧縮比のときの学習値をＸとし、最低圧縮比のときの学習値をＹとすると、Ｘ＋（Ｙ−Ｘ）・Ｚで表される式に基づいて学習値を得るようにしても良い。ここで、Ｚは、最高圧縮比のときに０となり、最低圧縮比のときに１となり、その間は０より大きく１より小さい値となる圧縮比に応じた値として予め実験等により求めておく。
【００７０】
また、最高圧縮比から最低圧縮比までの間の圧縮比を複数のグループに分けて、グループ毎に学習値を持っていても良い。
以上説明した構成により、内燃機関１の経年変化や、圧縮比の変更に伴うバルブタイミングのずれを速やかに修正することができ、エミッションや燃費の悪化、機関出力の低下等を抑制することが可能となる。
【００７１】
なお、本実施例においては、シリンダブロック３がクランクケース４に対して相対移動するタイプの可変圧縮比内燃機関について説明したが、これに限らず、圧縮比の変更に伴いバルブタイミングが適正なタイミングからずれる可変圧縮比内燃機関であれば適用することができる。
【００７２】
さらに、本実施例においては、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６を備えているが、何れか一方のみを備えた内燃機関においても適用することができる。また、電磁駆動弁等によりバルブタイミングを任意に変更可能な機構を備えた内燃機関においても適用することができる。さらに、クランクシャフト１３とクランク側プーリ３２との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構を設けた内燃機関においても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施例１に係る可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムが適用される可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムの機構を示す第一の図である。
【図３】実施例１に係る可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムの機構を示す第二の図である。
【図４】実施例１による圧縮比を変更するときのバルブタイミングの最遅角位置、バルブタイミング位置、バルブタイミング学習値の推移を示したタイムチャートである。
【図５】実施例１に係る可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムにおいて、圧縮比変更時に行われる圧縮比変更制御の制御フローを示す図である。
【図６】実施例１に係る可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムにおいて、可変圧縮比内燃機関の圧縮比と圧縮比の変更に伴って発生するバルブタイミングずれ量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１     内燃機関
２     シリンダ
３     シリンダブロック
４     クランクケース
５     吸気弁
６     排気弁
７     吸気側カム
８     排気側カム
９     可変圧縮比機構
９ａ   軸部
９ｂ   カム部
９ｃ   可動軸受部
９ｄ   ウォームホイール
９ｅ   ウォーム
９ｆ   モータ
１０   シリンダヘッド
１３   クランクシャフト
１４   コンロッド
１５   ピストン
１６   点火プラグ
１７   燃料噴射弁
１８   吸気ポート
１９   吸気管
２０   排気ポート
２１   排気管
２２   吸気側カムシャフト
２４   吸気側プーリ
２５   排気側カムシャフト
２７   排気側プーリ
２８   第一シリンダブロック側プーリ
２９   第二シリンダブロック側プーリ
３０   第一クランクケース側プーリ
３１   第二クランクケース側プーリ
３２   クランク側プーリ
３３   タイミングベルト
９０   ＥＣＵ
９１   クランクポジションセンサ
９２   アクセル開度センサ
９３   吸気側カム角センサ
９４   排気側カム角センサ
【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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