(57)【要約】【課題】排気弁の耐久性を確保しつつ排気弁の開弁時期を最大限に進角させる。【解決手段】内燃機関の可変動弁装置は、排気弁の開弁時期を可変とするための可変機構と、可変機構を制御するように構成された制御ユニットとを備える。制御ユニットは、最大筒内圧Ｐｍａｘを取得する第１ステップと、取得した最大筒内圧に基づいて、筒内圧が所定の閾値Ｐｔｈと等しくなる最大進角開弁時期θｔｈを求める第２ステップと、排気弁の開弁時期が、最大進角開弁時期θｔｈと等しいかそれより遅角側となるよう、可変機構を制御する第３ステップと、を実行するように構成されている。【選択図】図４
2019132205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気弁の開弁時期を可変とするための可変機構と、
前記可変機構を制御するように構成された制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、
最大筒内圧を取得する第１ステップと、
取得した最大筒内圧に基づいて、筒内圧が所定の閾値と等しくなる最大進角開弁時期を求める第２ステップと、
前記排気弁の開弁時期が、前記最大進角開弁時期と等しいかそれより遅角側となるよう、前記可変機構を制御する第３ステップと、
を実行するように構成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記制御ユニットは、
前記第３ステップの前に、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記排気弁の目標開弁時期を求める第４ステップを実行し、
前記第３ステップにおいて、前記目標開弁時期と前記最大進角開弁時期とを比較して前記排気弁の開弁時期を決定する
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
前記制御ユニットは、前記第３ステップにおいて、
前記目標開弁時期が前記最大進角開弁時期と等しいかそれより遅角側の値であるとき、前記目標開弁時期を前記排気弁の開弁時期に決定し、
前記目標開弁時期が前記最大進角開弁時期より進角側の値であるとき、前記最大進角開弁時期を前記排気弁の開弁時期に決定する
請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は内燃機関の可変動弁装置に係り、特に、内燃機関の排気弁のバルブタイミングを変更するための可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気弁のバルブタイミングを可変とするための可変機構（排気ＶＶＴという）が公知である（例えば特許文献１参照）。この排気ＶＶＴを備えた内燃機関においては、排気弁の開弁時期が内燃機関の運転状態に応じて適切に制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２５２５７５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５７９０３号公報
【特許文献３】特開２００７−２６３０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、かかる内燃機関にあっては、例えば排気後処理装置の昇温のため、排気弁の開弁時期を、排気行程下死点（排気ＢＤＣという）よりも著しく進角側の時期に制御することがある。
【０００５】
しかし、排気弁の開弁時期を進角し過ぎると、筒内圧が比較的高いタイミングで筒内圧に逆らって排気弁を繰り返し開弁する必要があるため、排気弁に繰り返し大きな負荷が掛かり、排気弁に耐久上の問題が生じる。
【０００６】
そこで本開示は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、排気弁の耐久性を確保しつつ排気弁の開弁時期を最大限に進角させることができる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一の態様によれば、
排気弁の開弁時期を可変とするための可変機構と、
前記可変機構を制御するように構成された制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、
最大筒内圧を取得する第１ステップと、
取得した最大筒内圧に基づいて、筒内圧が所定の閾値と等しくなる最大進角開弁時期を求める第２ステップと、
前記排気弁の開弁時期が、前記最大進角開弁時期と等しいかそれより遅角側となるよう、前記可変機構を制御する第３ステップと、
を実行するように構成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記制御ユニットは、
前記第３ステップの前に、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記排気弁の目標開弁時期を求める第４ステップを実行し、
前記第３ステップにおいて、前記目標開弁時期と前記最大進角開弁時期とを比較して前記排気弁の開弁時期を決定する。
【０００９】
好ましくは、前記制御ユニットは、前記第３ステップにおいて、
前記目標開弁時期が前記最大進角開弁時期と等しいかそれより遅角側の値であるとき、前記目標開弁時期を前記排気弁の開弁時期に決定し、
前記目標開弁時期が前記最大進角開弁時期より進角側の値であるとき、前記最大進角開弁時期を前記排気弁の開弁時期に決定する。
【発明の効果】
【００１０】
上記の態様によれば、排気弁の耐久性を確保しつつ排気弁の開弁時期を最大限に進角させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関を示す概略図である。
【図２】可変機構を示す断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】排気弁バルブタイミングと筒内圧との変化の様子を示すグラフである。
【図５】制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】各種マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。但し本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
【００１３】
図１は、本実施形態の可変動弁装置が適用された内燃機関を示す。内燃機関（エンジンともいう）１は、車両（図示せず）に搭載された多気筒エンジンである。本実施形態において、車両はトラック等の大型車両であり、これに搭載される車両動力源としてのエンジン１は直列４気筒ディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジン１はガソリンエンジンであってもよい。
【００１４】
エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３および排気通路４と、ターボチャージャ１４と、燃料噴射装置５とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。
【００１５】
燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８とを備える。インジェクタ７は、シリンダ９内すなわち燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタである。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。
【００１６】
吸気通路３は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０の上流端に接続された吸気管１１とにより主に画成される。吸気マニホールド１０は、吸気管１１から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管１１には、上流側から順に、エアクリーナ１２、エアフローメータ１３、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｃ、インタークーラ１５、および電子制御式の吸気スロットルバルブ１６が設けられる。エアフローメータ１３は、エンジン１の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出するためのセンサであり、マスエアフロー（ＭＡＦ）センサ等とも称される。
【００１７】
排気通路４は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に接続された排気管２１とにより主に画成される。排気マニホールド２０は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合させる。排気管２１、もしくは排気マニホールド２０と排気管２１の間には、ターボチャージャ１４のタービン１４Ｔが設けられる。タービン１４Ｔより下流側の排気通路４には、上流側から順に、酸化触媒２２、フィルタ２３、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）２４およびアンモニア酸化触媒２６が設けられる。これらは排気後処理を実行する後処理部材をなす。フィルタ２３とＮＯｘ触媒２４の間の排気通路４には、還元剤としての尿素水を添加する添加弁２５が設けられる。
【００１８】
酸化触媒２２は、排気中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。フィルタ２３は、所謂連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタであり、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭとも称す）を捕集すると共に、その捕集したＰＭを貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。フィルタ２３には、ハニカム構造の基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられる。
【００１９】
ＮＯｘ触媒２４は、添加弁２５から添加された尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元浄化する。アンモニア酸化触媒２６は、ＮＯｘ触媒２４から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。なおＮＯｘ触媒２４は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＬＮＴ）であってもよい。
【００２０】
エンジン１はＥＧＲ装置３０をも備える。ＥＧＲ装置３０は、排気通路４内（特に排気マニホールド２０内）の排気ガスの一部（ＥＧＲガスという）を吸気通路３内（特に吸気マニホールド１０内）に還流させるためのＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁３３とを備える。
【００２１】
加えて本実施形態は、排気弁（図示せず）の開弁時期（開弁開始時期をいう）を可変とするための可変機構３６を備える。本実施形態の場合、排気弁の最大リフトおよび作動角を一定に保ったまま、開弁時期および閉弁時期（開弁終了時期をいう）を連続的に可変とするよう、可変機構３６が構成されている。その作動特性については後に詳述する。
【００２２】
また、本実施形態は、それぞれ排気通路４に設けられた電子制御式の排気スロットルバルブ３７と、排気インジェクタ３８とを備える。本実施形態において、これらはタービン１４Ｔと酸化触媒２２の間の排気通路４に設けられ、排気スロットルバルブ３７より下流側に排気インジェクタ３８が配置される。但しこれらの設置位置は変更可能である。排気インジェクタ３８は、排気通路４内に燃料を噴射するためのインジェクタである。
【００２３】
このエンジン１を制御するための制御装置が車両に搭載されている。制御装置は、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（ＥＣＵと称す）１００を有する。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、筒内インジェクタ７、吸気スロットルバルブ１６、添加弁２５、ＥＧＲ弁３３、可変機構３６、排気スロットルバルブ３７および排気インジェクタ３８を制御するように構成され、プログラムされている。なお特に断らない限り、吸気スロットルバルブ１６および排気スロットルバルブ３７は全開に制御されているものとする。
【００２４】
制御装置は、以下のセンサ類も有する。このセンサ類に関して、上述のエアフローメータ１３の他、エンジンの回転速度、具体的には毎分当たりの回転数（ｒｐｍ）を検出するための回転速度センサ４０と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４１とが設けられる。また、酸化触媒２２、フィルタ２３、ＮＯｘ触媒２４およびアンモニア酸化触媒２６の各々の入口部の排気温度（入口ガス温度）を検出するための排気温センサ４２，４３，４４，４６が設けられている。また、フィルタ２３の入口部および出口部の排気圧の差圧を検出するための差圧センサ４５が設けられている。また、運転者により手動操作される手動再生スイッチ４７が設けられている。これらセンサ類の出力信号はＥＣＵ１００に送られる。
【００２５】
図２および図３に可変機構３６の構成を示す。本実施形態のエンジンはＤＯＨＣエンジンであり、吸気弁を駆動するための吸気カムシャフトと、排気弁を駆動するための排気カムシャフト１０２とを備える。本実施形態の可変機構３６は排気カムシャフト１０２に適用され、全気筒の排気弁のバルブタイミングを一律且つ同時に変更するよう構成されている。但し付加的に、別の可変機構が吸気カムシャフトに適用されてもよい。
【００２６】
図２において、排気カムシャフト１０２の中心軸Ｃ１の方向（軸方向）における一端側（図の左側）を前、他端側（図の右側）を後とする。これら前後方向は、エンジンおよび車両の前後方向と一致する（エンジンは縦置きされる）。但し必ずしも一致しなくてもよい。
【００２７】
排気カムシャフト１０２の外周部には管状の軸受部材１２１が回転可能に嵌合されている。軸受部材１２１は、下側のカムキャリア１２３と、上側のシリンダヘッド１２４との間に挟まれてラジアル方向に回転可能に支持される。軸受部材１２１には、カムキャリア２３およびシリンダヘッド１２４を軸方向に挟んで自身をスラスト方向に位置決めするフランジ１２５，１２６が設けられる。
【００２８】
排気カムシャフト１０２の後端部には、クランクシャフトに対する排気カムシャフト１０２の相対的な回転位相を変化させるための可変機構３６が設けられる。可変機構３６は、軸受部材１２１に同軸に固設されたハウジング１３１と、排気カムシャフト１０２に同軸に固設されたロータ１３２とを有する。
【００２９】
図３にも示すように、ハウジング１３１は、軸受部材１２１の後端に形成されたフランジ部１３３と、フランジ部１３３の後面に複数（４本）のボルト１３４により組み付けられ、ドリブンギヤ１０４と共締めされる管状のハウジング本体１３５とを有する。ドリブンギヤ１０４に、図示しないギヤ列からなる動力伝達機構を通じて、クランクシャフトからの回転駆動力が伝達される。ロータ１３２は、排気カムシャフト１０２の後端部にインロー嵌合され、中心軸Ｃ１上のボルト１３６により組み付けられる。１３７は、ドリブンギヤ１０４の中心穴１３８を塞ぐワッシャである。ロータ１３２はハウジング１３１内に相対回転可能に配置される。
【００３０】
図３に示すように、ハウジング１３１には半径方向内側に突出する複数（４つ）のハウジングベーン１４１が周方向等間隔で形成され、これらハウジングベーン１４１の間に油圧室１４２が形成される。他方、ロータ１３２には半径方向外側に突出する複数（４つ）のロータベーン１４３が周方向等間隔で設けられ、これらロータベーン１４３は各油圧室１４２を回転方向（図中矢示）の前後に仕切る。なお図示例ではロータベーン１４３をロータ１３２に一体に形成しているが、ロータベーン１４３をロータ１３２と別体で形成し、ロータ１３２に固定しても構わない。ロータベーン１４３をより単純な板状としてもよい。仕切られた油圧室１４２のうち、回転方向後方に位置するのは進角室１４４であり、回転方向前方に位置するのは遅角室１４５である。進角室１４４の油圧が遅角室１４５の油圧より高くなると、ロータ１３２がハウジング１３１に対し進角され、ひいては排気カムシャフト１０２がクランクシャフトに対し進角される。他方、遅角室１４５の油圧が進角室１４４の油圧より高くなると、ロータ１３２がハウジング１３１に対し遅角され、ひいては排気カムシャフト１０２がクランクシャフトに対し遅角される。
【００３１】
図２に示すように、排気カムシャフト１０２には排気カム１４７が圧入等により固定されている。本実施形態では、１気筒当たりに二つの排気カム１４７が設けられる。他方、図示しないが吸気カムシャフトにおいても、１気筒当たりに二つの吸気カムが設けられ、所謂４バルブエンジンの構成がなされている。これらカムはロッカーアームを介してバルブを駆動する。ここでバルブとは吸気弁および排気弁の総称をいう。
【００３２】
なお、本実施形態では吸気側に可変機構が設けられないので、吸気弁は一定のバルブタイミングで開閉動作を行う。
【００３３】
ロータ１３２の内部には、進角室１４４に連通された進角用第１オイル通路１５１と、遅角室１４５に連通された遅角用第１オイル通路１５２とが形成される。排気カムシャフト１０２の内部には、進角用第１オイル通路１５１に連通された進角用第１内側油穴１５３と、遅角用第１オイル通路１５２に連通された遅角用第１内側油穴１５４とが形成される。これら油穴１５３，１５４の入口部には、それぞれ、排気カムシャフト１０２の外表面部に形成された周溝１５５，１５６が設けられる。軸受部材１２１の内部には、周溝１５５を介して進角用第１内側油穴１５３に連通された進角用第１外側油穴１５７と、周溝１５６を介して遅角用第１内側油穴１５４に連通された遅角用第１外側油穴（図示せず）とが形成される。これら油穴の入口部には、それぞれ、軸受部材１２１の外表面部に形成された周溝１５９，１６０が設けられる。このように排気カムシャフト１０２および軸受部材１２１に形成された進角用および遅角用の油穴等を総称して進角用第１中間通路および遅角用第１中間通路という。
【００３４】
シリンダヘッド１２４の内部には、進角用第１中間通路に連通された進角用第１オイル供給穴１６１が形成される。進角用第１オイル供給穴１６１は周溝１５９に開口している。またカムキャリア１２３の内部には、遅角用第１中間通路に連通された遅角用第１オイル供給穴１６２が形成される。遅角用第１オイル供給穴１６２は周溝１６０に開口している。
【００３５】
進角用第１オイル供給穴１６１および遅角用第１オイル供給穴１６２には、シリンダブロックに形成されたオイルギャラリ１６３内の高圧の油圧が、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶという）１６４を介して選択的に供給される。ＯＣＶ１６４はＥＣＵ１００により制御される。
【００３６】
進角時、ＥＣＵ１００は、進角用第１オイル供給穴１６１に油圧を供給し、進角用第１中間通路および進角用第１オイル通路１５１を通じて進角室１４４に油圧を供給するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。また同時に、ＥＣＵ１００は、遅角用第１オイル供給穴１６２から油圧を排出し、遅角用第１中間通路および遅角用第１オイル通路１５２を通じて遅角室１４５から油圧を排出するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。これにより、進角室１４４の油圧が遅角室１４５の油圧より高くなり、可変機構３６が進角動作される。
【００３７】
他方、遅角時、ＥＣＵ１００は、遅角用第１オイル供給穴１６２に油圧を供給し、遅角用第１中間通路および遅角用第１オイル通路１５２を通じて遅角室１４５に油圧を供給するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。また同時に、ＥＣＵ１００は、進角用第１オイル供給穴１６１から油圧を排出し、進角用第１中間通路および進角用第１オイル通路１５１を通じて進角室１４４から油圧を排出するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。これにより、遅角室１４５の油圧が進角室１４４の油圧より高くなり、可変機構３６が遅角動作される。
【００３８】
また、クランクシャフトに対する排気カムシャフト１０２の相対位相を一定に保持するときには、ＥＣＵ１００は、進角用第１オイル供給穴１６１および遅角用第１オイル供給穴１６２の両方に油圧を供給し、進角室１４４および遅角室１４５の両方に油圧を供給するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。これにより、進角室１４４の油圧と遅角室１４５の油圧とが等しくなり、クランクシャフトに対する排気カムシャフト１０２の相対位相は一定に保持される。
【００３９】
次に、本実施形態の制御について説明する。
【００４０】
図４は、本実施形態における排気弁のバルブタイミングの変化の様子と、筒内圧の変化の様子とを示す。横軸はクランク角θであり、右側が遅角側、左側が進角側である。ＴＤＣおよびＢＤＣは上死点および下死点の略称である。縦軸は、線ａ，ｂについては筒内圧を、線ｃ〜ｄについては排気弁のバルブリフト量を表す。
【００４１】
可変機構３６の動作により、排気弁のバルブタイミングは、線ｃで示す最遅角状態から線ｅで示す最進角状態まで連続的に可変である。ここでは線ｃで示す最遅角状態を基準状態とし、基準状態からバルブタイミングを所定量進角させている。なお前述したように排気弁は、その最大リフトおよび作動角（開弁時期から閉弁時期までの間のクランク角の大きさ）を一定に保ったまま、その開弁時期（開弁開始時期をいう）および閉弁時期（開弁終了時期をいう）が連続的に変化させられる。最遅角状態から最進角状態までの最大進角量は、種々の制約や条件等を考慮して任意に定めることができるが、例えば７０°ＣＡとすることができる。
【００４２】
線ｃの最遅角状態にあるとき、開弁時期および閉弁時期は標準的な時期とされ、開弁時期は排気ＢＤＣの直前、閉弁時期は排気ＴＤＣの直後とされる。なお図示しないが、吸気弁の開弁時期は排気ＴＤＣの直前とされるので、排気ＴＤＣを跨いで吸排気弁のオーバーラップが発生する。
【００４３】
この最遅角状態から可変機構３６を進角動作させることにより、排気弁のバルブタイミングは線ｄ、線ｅのように変化し、排気弁の開弁時期は徐々に進角されていく。そして排気弁の開弁時期は、排気ＢＤＣに対する進角側へと徐々に早まっていき、膨張行程のより早いタイミングで排気弁が開弁するようになる。
【００４４】
このように排気弁の開弁時期を進角させると次のメリットがある。すなわち、膨張行程の途中で排気弁を開弁させるので、より高温の排気ガスを筒内から排出し、下流側の酸化触媒２２等の後処理部材に供給することができる。これにより、後処理部材の昇温、暖機および活性化を促進することができる。また、フィルタ２３に堆積したＰＭを燃焼除去するフィルタ再生制御を実行するとき、排気インジェクタ３８から噴射された追加燃料を酸化触媒２２で燃焼させ、フィルタ２３に供給する排気ガスひいてはフィルタ２３を昇温する。このとき、排気弁の開弁時期を進角させると、より高温の排気ガスを酸化触媒２２に供給できるので、フィルタ２３の昇温を促進できる。このように排気弁の開弁時期進角には昇温促進というメリットがある。このメリットは、開弁時期を進角させるほど大きくなる傾向がある。
【００４５】
しかしながらその一方で、排気弁の開弁時期を進角させると次のデメリットがある。すなわち、排気弁の開弁時期を進角し過ぎると、筒内圧が比較的高いタイミングで筒内圧に逆らって排気弁を開弁する必要がある。この開弁がエンジンサイクル毎に繰り返されるため、排気弁に繰り返し大きな負荷が掛かり、排気弁に耐久上の問題が生じる。なお、膨張行程の途中で排気弁を開弁させるので、燃焼エネルギを十分活用できず、燃費が悪化するというデメリットもある。このように排気弁の開弁時期進角には、耐久性悪化および燃費悪化というデメリットがある。このデメリットは、開弁時期を進角させるほど大きくなる傾向がある。
【００４６】
そこで本実施形態は、排気弁の耐久性を確保しつつ排気弁の開弁時期を最大限に進角すること、言い換えれば、排気弁の開弁時期進角における昇温促進と耐久性確保という相反する要求をバランスさせることを目的として、次の制御を実行することとしている。
【００４７】
概してＥＣＵ１００は、次の第１〜第３ステップを実行するように構成されている。
（１）最大筒内圧を取得する第１ステップ。
（２）取得した最大筒内圧に基づいて、筒内圧が所定の閾値と等しくなる最大進角開弁時期を求める第２ステップ。
（３）排気弁の開弁時期が、最大進角開弁時期と等しいかそれより遅角側となるよう、可変機構３６を制御する第３ステップ。
【００４８】
図４において、線ａ，ｂは、異なるエンジン運転状態のときの筒内圧の変化の様子を示す。線ｂは線ａより高回転、高負荷またはその両方のときのエンジン運転状態である場合を示し、線ａより高圧側にシフトしている。いずれも最大筒内圧Ｐｍａｘは圧縮ＴＤＣ直後のほぼ同一時期に現れる。
【００４９】
ＥＣＵ１００は、第１ステップにおいてこの最大筒内圧Ｐｍａｘを取得する。そして第２ステップにおいて、取得した最大筒内圧Ｐｍａｘに基づき、筒内圧が所定の閾値Ｐｔｈと等しくなる最大進角開弁時期θｔｈを求める。閾値Ｐｔｈは、排気弁の耐久性の観点から排気弁が開弁可能な筒内圧の最大値に等しく設定されている。筒内圧は、クランク角θが増大（遅角）するにつれ徐々に低下していく。従って、閾値Ｐｔｈに対応した最大進角開弁時期θｔｈは、耐久性の観点から排気弁が開弁可能な最も進角側の開弁時期となる。線ａ，ｂの場合を見比べると分かるように、最大進角開弁時期θｔｈは、最大筒内圧Ｐｍａｘが高い程遅角側である。
【００５０】
次いでＥＣＵ１００は、第３ステップにおいて、排気弁の実際の開弁時期が、最大進角開弁時期θｔｈと等しいかそれより遅角側となるよう、可変機構３６を制御する。これにより、排気弁の耐久性を確保しつつ排気弁の開弁時期を最大限に進角することができる。また排気弁の開弁時期進角における昇温促進と耐久性確保という相反する要求を好適にバランスさせることができる。
【００５１】
次に、図５を参照して、本実施形態のより具体的な制御を説明する。図示する制御ルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００５２】
まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、回転速度センサ４０およびアクセル開度センサ４１によりそれぞれ検出されたエンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｃを取得する。
【００５３】
次にステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、取得したエンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｃに対応した目標燃料噴射量Ｑを、図６（Ａ）に示した目標燃料噴射量マップから算出する。
【００５４】
次にステップＳ１０３において、ＥＣＵ１００は、取得したエンジン回転数Ｎｅと、算出した目標燃料噴射量Ｑとに対応した排気弁開弁時期の進角量Δθ（＞０）を、図６（Ｂ）に示した進角量マップから算出する。すなわちここでは、エンジン運転状態、より具体的にはエンジン運転状態を表すエンジンパラメータに基づき、排気弁開弁時期の進角量Δθが算出される。進角量Δθは図４に示すように、最遅角状態（線ｃ）における所定の基準開弁時期θ0からの進角量である。エンジンパラメータはエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷であり、エンジン負荷の指標値として目標燃料噴射量Ｑが用いられる。なお目標燃料噴射量Ｑは周知のように、インジェクタ７から噴射される燃料噴射量の基本目標値である。エンジン負荷の指標値として、他の値、例えばアクセル開度Ａｃや吸気流量を用いてもよい。
【００５５】
次にステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００は、基準開弁時期θ0と進角量Δθに基づき、式：θｔ＝θ0−Δθから、排気弁の目標開弁時期θｔを算出する。すなわち、現在のエンジン運転状態に基本的に適した排気弁の目標開弁時期θｔが算出される。
【００５６】
この目標開弁時期θｔは、原則的には、排気弁の耐久性を確保しつつ排気弁の開弁時期を最大限に進角できるような値に予め定められている。しかし、製品バラツキやエンジンの過渡運転（加速または減速）等に起因して、目標開弁時期θｔの値が実際には不適切になることがあり得る。本実施形態はこうした場合に、耐久性を確保しつつ、最大限進角された排気弁開弁時期を決定するものである。
【００５７】
次にステップＳ１０５において、ＥＣＵ１００は、取得したエンジン回転数Ｎｅと、算出した目標燃料噴射量Ｑとに基づき、図６（Ｃ）に示した最大筒内圧マップから、推定値としての最大筒内圧Ｐｍａｘを算出する。すなわちここではエンジン運転状態に基づき最大筒内圧Ｐｍａｘが推定される。但し、筒内圧センサを設けて最大筒内圧Ｐｍａｘを直接検出することも可能である。これら推定および検出を総称して取得という。
【００５８】
エンジン回転数Ｎｅが高いほど、また目標燃料噴射量Ｑが多いほど、最大筒内圧Ｐｍａｘは大きくなる傾向がある。
【００５９】
次にステップＳ１０６において、ＥＣＵ１００は、推定した最大筒内圧Ｐｍａｘに基づき、筒内圧が所定の閾値Ｐｔｈと等しくなる時のクランク角である最大進角開弁時期θｔｈを求める。これは、断熱膨張時におけるポアソンの法則に基づいた次の関係式を用いて行われる。
Ｐｍａｘ・Ｖ1γ＝Ｐｔｈ・Ｖ2γ
【００６０】
Ｖ1は、筒内圧が最大筒内圧Ｐｍａｘになる時のクランク角における筒内容積である。当該クランク角が略一定であることから、Ｖ1としては、予め定められた一定値がＥＣＵ１００に記憶される。但しＶ1を変数としてもよい。
【００６１】
Ｐｔｈは、前述の観点から実験的に求められた一定値で、ＥＣＵ１００に記憶される。γは比熱比で、定数としてＥＣＵ１００に記憶される。Ｖ2が求めるべき筒内容積である。ＥＣＵ１００は、筒内容積Ｖ2を求めた後、その筒内容積Ｖ2をクランク角θに換算し、その結果を最大進角開弁時期θｔｈとして算出する。
【００６２】
すなわちＥＣＵ１００は、現状の最大筒内圧Ｐｍａｘの大きさや筒内圧減少曲線に見合った最大進角開弁時期θｔｈを、前式を用いて算出する。前述したように、最大筒内圧Ｐｍａｘが大きい程、最大進角開弁時期θｔｈは遅角する傾向にある。
【００６３】
次にステップＳ１０７において、ＥＣＵ１００は、目標開弁時期θｔと最大進角開弁時期θｔｈとを比較する。具体的には、ＥＣＵ１００は、目標開弁時期θｔが最大進角開弁時期θｔｈと等しいかそれより遅角側の値である（θｔｈ≦θｔ）か否かを判断する。
【００６４】
イエスの場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０８に進んで、目標開弁時期θｔを排気弁の最終的な開弁時期θｅｖｏに決定する。他方、ノーの場合（θｔ＜θｔｈ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０９に進んで、最大進角開弁時期θｔｈを排気弁の最終的な開弁時期θｅｖｏに決定する。
【００６５】
その後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０に進んで、排気弁が開弁時期θｅｖｏにおいて実際に開弁するよう、可変機構３６を制御し、今回のルーチンを終える。
【００６６】
図４において、線ａは、ステップＳ１０７の判断がイエスになる筒内圧変化を示す。すなわち、図示例の目標開弁時期θｔは、線ａ上で筒内圧が閾値Ｐｔｈと等しくなる最大進角開弁時期θｔｈより遅角側である。この場合、目標開弁時期θｔにおける筒内圧は閾値Ｐｔｈより低く、目標開弁時期θｔで開弁しても耐久上の問題は生じない。よってこの場合は、原則通り、目標開弁時期θｔで開弁する。
【００６７】
他方、線ｂは、ステップＳ１０７の判断がノーになる筒内圧変化を示す。すなわち、図示例の目標開弁時期θｔは、線ｂ上で筒内圧が閾値Ｐｔｈと等しくなる最大進角開弁時期θｔｈより進角側である。この場合、目標開弁時期θｔにおける筒内圧は閾値Ｐｔｈより高く、目標開弁時期θｔで開弁すると耐久上の問題が生じる。よってこの場合は、目標開弁時期θｔより遅れた最大進角開弁時期θｔｈで開弁する。これにより筒内圧が閾値Ｐｔｈまで下がってから開弁することができ、排気弁の耐久性を確保できる。また同時に、排気弁の開弁時期をできるだけ進角させることができ、昇温に有利である。
【００６８】
なお、以上の説明で分かるように、ＥＣＵ１００は、次の処理も実行する。
（４）第３ステップの前に、エンジン運転状態に基づいて排気弁の目標開弁時期θｔを求める第４ステップを実行する。
（５）第３ステップにおいて、目標開弁時期θｔと最大進角開弁時期θｔｈとを比較して排気弁の開弁時期θｅｖｏを決定する。
（６）第３ステップにおいて、目標開弁時期θｔが最大進角開弁時期θｔｈと等しいかそれより遅角側の値であるとき、目標開弁時期θｔを排気弁の開弁時期θｅｖｏに決定し、目標開弁時期θｔが最大進角開弁時期θｔｈより進角側の値であるとき、最大進角開弁時期θｔｈを排気弁の開弁時期θｅｖｏに決定する。
【００６９】
以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は他にも様々な実施形態が可能である。
【００７０】
（１）可変機構は、排気弁の開弁時期のみならず、排気弁の最大リフトおよび作動角の少なくとも一方を併せて可変にするものであってもよい。
【００７１】
（２）また可変機構の構成も、図２，３に示したものに限らず、公知のものを含め任意の構成を採用できる。例えば排気カムを切り替えることにより排気弁の開弁時期を切り替えるものであってもよい。
【００７２】
（３）排気弁開弁時期の進角量Δθは、必ずしも、最遅角状態（線ｃ）の開弁時期θ0からの進角量である必要はなく、最遅角状態から所定角度進角した状態における開弁時期を基準とした進角量であってもよい。
【００７３】
（４）前記実施形態では、最大進角開弁時期θｔｈを求める際に、ポアソンの法則に基づく関係式を用いたが、これに限らず、他の熱力学に関する公式や関係式を用いることも可能である。
【００７４】
本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  内燃機関（エンジン）
３６  可変機構
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
2019132205.tif 000003
【図２】
2019132205.tif 000004
【図３】
2019132205.tif 000005
【図４】
2019132205.tif 000006
【図５】
2019132205.tif 000007
【図６】
2019132205.tif 000008