(57)【要約】【課題】内燃機関の動作時に例えばタイミングベルト等の伝達手段に生じる張力を効率的且つ効果的に制御する。【解決手段】エンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００はバルブタイミング制御処理を実行する。係る処理において、ＥＣＵ１００は、クランクシャフト２１９と一体に回転するクランクプーリ２２０にタイミングベルト２２２の有効張力Ｔｅの変化に応じて発生する歪みの量を歪みセンサ２２１から取得し、係る有効張力のピーク値Ｔｅｐを取得する。ＥＣＵ１００は、この有効張力のピーク値Ｔｅｐが、予め設定された閾値Ｔｅｐｔｈよりも大きい場合に、吸気側ＶＶＴコントローラ３００及び排気側ＶＶＴコントローラ４００を夫々制御し、吸気バルブ２０３及び排気バルブ２０６のバルブオーバラップ量を増加せしめ、タイミングベルト２２２に作用する有効張力のピーク値Ｔｅｐを低減させる。【選択図】図５
2008025383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の燃焼に伴い回転する駆動軸、吸気カム軸、該吸気カム軸に固定される吸気カム、前記吸気カム軸の回転に伴い該吸気カムにより駆動され開閉する吸気弁、排気カム軸、該排気カム軸に固定される排気カム、前記排気カム軸の回転に伴い該排気カムにより駆動され開閉する排気弁、前記吸気及び排気カム軸が夫々前記駆動軸の回転に同期して回転するように前記駆動軸の動力を前記吸気及び排気カム軸のうち少なくとも一方の軸に伝達する伝達手段、並びに前記吸気及び排気弁のうち少なくとも一方の弁の開閉時期を変化させることが可能な可変動弁手段を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の動作時に前記伝達手段に生じる張力から前記内燃機関の停止時に前記伝達手段に生じる張力を差し引いた有効張力に対応する指標値を特定する特定手段と、
前記特定された指標値に基づいて前記有効張力が変化するように前記可変動弁手段を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記伝達手段は、タイミングベルト又はタイミングチェーンを含む
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】
前記伝達手段は、前記駆動軸と一体に回転可能な駆動軸側回転補助部材に巻回されており、
前記特定手段は、前記指標値の少なくとも一部として、前記内燃機関の動作時に前記有効張力に応じて前記駆動軸側回転補助部材に生じる歪みの量を特定する
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】
前記特定手段は更に、前記特定された歪みの量に基づいて、前記指標値の少なくとも一部として前記有効張力を特定する
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記特定された指標値に基づいて前記有効張力が所定種類の上限値よりも大きいか否かを判別する判別手段を更に具備し、
前記制御手段は、前記有効張力が前記上限値よりも大きいと判別された場合に、前記有効張力が低下するように前記可変動弁手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記有効張力を変化させるべく前記可変動弁手段が制御された場合の前記可変動弁手段に関する所定種類の制御量を、前記内燃機関において前記有効張力に関連するものとして規定された動作条件に対応付けて学習する学習手段を更に具備し、
前記制御手段は、前記学習された制御量に基づいて前記可変動弁手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記有効張力が所定種類の上限値よりも大きくなる、前記内燃機関において前記有効張力に関連するものとして規定された動作条件を記憶する記憶手段を更に具備し、
前記制御手段は、前記動作条件が前記記憶された動作条件に該当する場合に前記有効張力が低下するように前記可変動弁手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記有効張力を低下させる場合に、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複する期間を表すオーバラップ量が増加するように前記可変動弁手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項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、例えばＶＶＴ（Variable Valve Timing：可変バルブタイミング機構）等の可変動弁装置を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における、タイミングベルトの張力を制御する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたエンジンにおける無端伝導帯の張力調整装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、回転状態検出手段により検出されたカムプーリの回転状態から回転角振動変位量を算出し、この回転角振動変位量が所定の範囲内に納まるようにテンショナを制御することによって、タイミングベルトの静的張力を適切な値に制御することが可能であるとされている。
【０００３】
また、エンジン回転数に応じてテンショナの当接部位を変えて、振動周波数を共振域外にする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２７４０５２号公報
【特許文献２】特開平５−１８４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静的張力と異なり、内燃機関の動作中におけるタイミングベルトの張力は、例えば内燃機関の各工程間で変化する。従って、単にテンショナによってタイミングベルトの張力を一律に増減させた場合には、ある工程における張力が上限値を超える、或いは、ある工程において張力が下限値を下回るといった不具合が生じかねない。即ち、従来の技術には、内燃機関の動作時において、例えばタイミングベルト等の伝達手段の張力を適切に制御し難いという技術的な問題点がある。
【０００６】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の動作時に伝達手段に生じる張力を効率的且つ効果的に制御し得る内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料の燃焼に伴い回転する駆動軸、吸気カム軸、該吸気カム軸に固定される吸気カム、前記吸気カム軸の回転に伴い該吸気カムにより駆動され開閉する吸気弁、排気カム軸、該排気カム軸に固定される排気カム、前記排気カム軸の回転に伴い該排気カムにより駆動され開閉する排気弁、前記吸気及び排気カム軸が夫々前記駆動軸の回転に同期して回転するように前記駆動軸の動力を前記吸気及び排気カム軸のうち少なくとも一方の軸に伝達する伝達手段、並びに前記吸気及び排気弁のうち少なくとも一方の弁の開閉時期を変化させることが可能な可変動弁手段を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の動作時に前記伝達手段に生じる張力から前記内燃機関の停止時に前記伝達手段に生じる張力を差し引いた有効張力に対応する指標値を特定する特定手段と、前記特定された指標値に基づいて前記有効張力が変化するように前記可変動弁手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明における「内燃機関」とは、例えば複数の気筒を有し、当該複数の気筒各々の燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料を含む混合気を燃焼せしめた際に発生する爆発力を、例えばピストン及びコネクティングロッド等を介し、例えばクランク軸等の形態を採り得る駆動軸の回転に変換して取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念であり、例えば自動車用の２サイクル或いは４サイクルレシプロエンジン等を指す。
【０００９】
本発明における内燃機関には、気筒内に吸入される吸入空気に係る吸入空気量を規定する吸気弁と、例えば燃焼済みガスや未燃燃料等を含む排気を気筒外へ排出するための排気弁が備わり、夫々吸気カムと排気カムとにより、例えば夫々のカムのカムプロフィールに応じて例えば夫々の弁に対応するバルブリフタやロッカーアーム等が駆動されることにより開閉駆動される。吸気及び排気カムは夫々吸気及び排気カム軸に、例えば機械的、物理的、機構的又は電気的に固定され、吸気及び排気カム軸の回転に応じて回転可能に構成される。
【００１０】
吸気及び排気カム軸は、夫々駆動軸の回転に同期して回転するように構成される。ここで、「同期して」とは、駆動軸の回転と、吸気及び排気カム軸の回転との間に幾らかなり相関が存在する状態を包括する概念であり、必ずしも駆動軸の回転に係る、例えば回転速度、回転周期又は回転位相等の各種特性と、吸気及び排気カム軸の回転に係る、回転速度、回転周期又は回転位相等の各種特性とが、予め設定又は推定される関係に維持固定されずともよい趣旨である。吸気及び排気カム軸のこのような回転は、例えば、タイミングベルト或いはタイミングチェーン等の各種形態を採り得る伝達手段により、駆動軸の動力（即ち、回転に係る駆動力）が吸気及び排気カム軸の少なくとも一方の軸に伝達されることにより実現される。
【００１１】
尚、「少なくとも一方の軸」とあるように、伝達手段は、駆動軸の動力を、吸気及び排気カムの双方に伝達せしめてもよいし、吸気カム軸又は排気カム軸に伝達してもよい。一方の軸にのみ伝達される場合には、駆動軸の動力は、係る動力が伝達された一方の軸から、更に例えば物理的、機械的、機構的又は電気的な各種手段を介して他方の軸に伝達せしめられてもよい。このような場合も無論、吸気及び排気カム軸の各々が駆動軸の回転に同期して回転する態様の範疇である。吸気及び排気カム軸が駆動軸の回転に同期して回転することに鑑みれば、吸気及び排気カム軸に夫々固定される吸気及び排気カムにより開閉駆動される吸気及び排気弁もまた、駆動軸の回転に同期して開閉することになる。
【００１２】
本発明における内燃機関には、例えばＶＶＴ或いはそれに準じる各種装置等の可変動弁手段が備わり、吸気及び排気弁のうち少なくとも一方の弁の開閉時期を変化させることが可能に構成される。このような可変動弁手段の機械的、物理的、機構的又は電気的な構成は、少なくとも一方の弁の開閉時期を変化させ得る限りにおいて自由であってよく、例えば、吸気及び排気弁が、吸気及び排気カム軸に固定された吸気及び排気カムにより駆動開閉される点に鑑みれば、駆動軸の回転位相に対するカム軸の相対的な回転位相を、例えばカム軸に固定されたベーンロータを作動液の液圧又は電気的な駆動力等に応じて進角又は遅角せしめることにより、或いは、例えばカム軸に固定されたインナーヘリカルギアにヘリカルスプラインを介して接するピストンを作動液の液圧又は電気的な駆動力に応じてカム軸方向に移動させることにより、変化させる構成を有していてもよい。無論、カム軸に固定されたカムに対し直接的に又は間接的に、例えば電気的な駆動力を作用させてもよい。
【００１３】
ここで、内燃機関の動作時において、駆動軸の動力が伝達手段を介して少なくとも一方の軸に伝達せしめられることに鑑みれば、内燃機関の動作時に伝達手段に生じる張力（以下、適宜「動作時張力」或いは「伝達手段の動作時張力」と称する）は、適切な範囲に収まっている必要がある。より具体的には、動作時張力は、少なくともカム軸を問題なく回転駆動し得る程度に大きい値を担保しつつ、伝達手段の損傷若しくは損壊又はそれに準じる物理的若しくは機械的な不具合、或いは過剰な振動等が発生しない程度に小さいのが好適である。
【００１４】
一方、内燃機関の動作時には、気筒毎に吸入、圧縮、膨張（爆発）及び排気等といった各種工程が存在し、これら各工程相互間で、或いはこれら各工程内において動作時張力は変化する。例えば、吸気及び排気弁の開弁期間（即ち、開弁時期から閉弁時期までに相当する期間）においては、例えばカムによってバルブリフタやロッカーアーム等を物理的に駆動する（例えば、押し下げる）必要があるため、他の期間よりも相対的に張力が必要となり易く、必然的に動作時張力は増加傾向となり易い。また、係る開弁期間について言えば、基本的に弁の最大リフト時において動作時張力は最大となる。
【００１５】
他方、内燃機関を構成する各種部品及び部材の形状、長さ、質量及び三次元的な配置態様等、各種要因に応じて定まる共振条件が満たされた場合、伝達手段には共振が発生し、動作時張力が大きく変化することがある。この種の共振発生時には、或いはこの種の共振発生時に更に吸気又は排気弁の開弁期間等が重なった場合等には、伝達手段の動作時張力を速やかに低下せしめる必要がある。
【００１６】
ここで特に、伝達手段に生じる張力を一律にしか変化させ得ない、且つ伝達手段を直接の制御対象とする、例えばベルトテンショナ等の手段では、動作時張力を例えば過度に大きくならぬように緩和させた場合に、例えば工程の切り替わり時や、共振条件等から外れた時点等において動作時張力が逆に不足する事態が生じ得る。また、動作時張力がリアルタイムに変化し得ることや、場合によってはテンショナを介して得られる張力の変化速度を動作時張力の変化速度に対し追従させ難いこと等に鑑みれば、少なくとも運転者に違和感が生じる程度に不自然な張力変化が発生する可能性が高い。また、このような手段で、内燃機関の一サイクル中に動作時張力を精細に制御しようとしても、例えばベルトテンショナを駆動する駆動系或いは係る駆動系を制御する制御系への負担が過大となり易く、またシステム構成の肥大化が避けられない。より実践的にみれば、そのようにリアルタイムに動作時張力を制御すること自体に非常な困難が伴う。即ち、伝達手段の動作時張力を適切に維持することは、技術的にみて困難を伴う。
【００１７】
そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下の如くにして伝達手段の動作時張力が効率的且つ効果的に制御される。即ち、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、その動作時には、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る特定手段の作用によって、内燃機関の動作時に伝達手段に生じる有効張力に対応する指標値が特定される。
【００１８】
ここで、本発明に係る「有効張力」とは、内燃機関が動作することに起因して生じる張力であり、内燃機関の動作時に伝達手段に生じる張力、即ち動作時張力から、内燃機関の静止時に伝達手段に作用する（即ち、内燃機関の動作の有無によらず伝達手段に生じる）張力（以下、適宜「静止時張力」或いは「伝達手段の静止時張力」と称する）を差し引いた値である。
【００１９】
また、本発明に係る「有効張力に対応する指標値」とは、有効張力そのもの、或いはその変化が有効張力の変化と一対一、多対一、一対多又は多対多に対応する単数又は複数の指標値等、有効張力と幾らかなり対応関係にある指標値を包括する概念である。従って、有効張力に対応する指標値とは、静止時張力が予め判明している場合や、例えばテンショナ等静止時張力を変化させ得る手段の制御量等に基づいて静止時張力がリアルタイムに取得可能である場合等には、動作時張力、或いはその変化が動作時張力の変化と一対一、多対一、一対多又は多対多に対応する単数又は複数の指標値であってもよい。尚、本発明の特定手段に係る特定動作は単一種の動作プロセスを有していても、また複数種の動作プロセスを有していてもよい。例えば、特定手段は、有効張力そのものを特定してもよいし、有効張力以外の各種指標値の特定を経た後、係る特定された指標値に基づいて最終的に有効張力を特定してもよい。
【００２０】
尚、本発明における「特定」とは、例えば、何らかの検出手段を介して直接的に又は間接的に物理的数値又は物理的数値に対応する電気信号等として検出すること、予め然るべき記憶手段等に記憶されたマップ等から該当する数値を選択又は推定すること、それら検出された物理的数値若しくは電気信号又は選択若しくは推定された数値等から、予め設定されたアルゴリズムや計算式等に従って導出すること、或いはこのように検出、選択、推定又は導出された値等を単に電気信号等として取得すること等を包括する広い概念である。
【００２１】
特定手段によって、有効張力に対応する指標値が特定されると、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の各種態様を採り得る制御手段により、この特定された指標値に基づいて有効張力が変化するように可変動弁手段が制御される。
【００２２】
有効張力の定義に鑑みれば、内燃機関の各工程相互間或いは各工程内における前述した伝達手段の動作時張力の変化は、有効張力の変化により顕著にもたらされる。また、上述したように、動作時張力の変化特性は、吸気及び排気弁の開弁期間と密接な関係がある。従って、このように可変動弁手段の制御を介して有効張力の変動要因となり得る開弁期間を規定する開閉時期を変化させることにより伝達手段自体を直接の制御対象とすることなく有効張力を変化させた場合には、伝達手段の動作時張力を、伝達手段自体を制御対象とする場合と較べて精細に且つ迅速に制御することが可能となる。また、有効張力の定義に鑑みれば、有効張力の変化は静止時張力に影響を与えないから、例えば静止時張力を予め最適化しておくことが可能である。或いは、静止時張力をテンショナ等によってリアルタイムに最適化し得る場合等には、有効張力を変化させるに際し、少なくとも一方の軸を駆動軸の回転に同期させて回転駆動するのに要する張力は担保される。即ち、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、伝達手段の動作時張力を効率的且つ効果的に制御することが可能となるのである。
【００２３】
尚、有効張力に対応する値に基づいた可変動弁手段の制御態様は、伝達手段の有効張力の制御によってもたらされる伝達手段の動作時張力の変化が、伝達手段の機械的、物理的又は電気的な状態に少なくとも悪影響を与えない、好適にはこれらの状態を幾らかなりとも改善し得る限りにおいて、或いは伝達手段の動作時張力に起因して生じる内燃機関の機械的、物理的、電気的若しくは化学的、又は感覚的若しくは感性的な状態に少なくとも実践上無視し得ない程度の悪影響を与えない限りにおいて何ら限定されず、例えば、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、例えば動作時張力が所定の範囲に収まるように、又は動作時張力の最大値が所定値を超えないように決定されていてもよい。
【００２４】
また、内燃機関又はそれを搭載する車両における他の要請から言えば、吸気及び排気弁の開弁時期は、予め内燃機関の動作条件に応じて最適化されていることが多く、このような動作時張力に基づいた開閉時期の制御は、伝達手段の状態は改善し得ても、場合によってはトルクの低下やドライバビリティの悪化等を招き得る。従って、開閉時期の制御は、これら他の要件を考慮した上で、実践上何らかの不具合が生じないように、或いは不具合の度合いが実践的にみて許容し得る程度に抑制されるようになされてもよい。
【００２５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記伝達手段は、タイミングベルト又はタイミングチェーンを含む。
【００２６】
伝達手段の態様は、少なくとも一方の軸が駆動軸の回転に同期するように駆動軸の動力を少なくとも一方の軸に伝達せしめ得る限りにおいて限定されないが、タイミングベルト又はタイミングチェーンの形態を採る場合には、駆動軸の動力を少なくとも一方の軸に効果的に伝達することが可能であり好適である。
【００２７】
尚、伝達手段がこのようにタイミングチェーン又はタイミングチェーンの形態を採る場合には、伝達手段は、駆動軸側において、駆動軸と一体に回転する例えばプーリ又はスプロケット等に巻回され、カム軸側において、カム軸と一体に回転する例えばプーリ又はスプロケット等に巻回されていてもよい。
【００２８】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記伝達手段は、前記駆動軸と一体に回転可能な駆動軸側回転補助部材に巻回されており、前記特定手段は、前記指標値の少なくとも一部として、前記内燃機関の動作時に前記有効張力に応じて前記駆動軸側回転補助部材に生じる歪みの量を特定する。
【００２９】
この態様によれば、伝達手段は、例えばクランクプーリ或いはクランクスプロケット等の形態を採り得る駆動軸側回転補助部材に巻回されており、更に、好適には、少なくとも一方の軸に対応して設けられた、例えばカムプーリ或いはタイミングスプロケット等の形態を採り得るカム軸側回転補助部材にも巻回される。特定手段は、この駆動軸側回転補助部材に生じる歪みの量を特定する。駆動軸側回転補助部材には、駆動軸の回転を伝達手段に伝達する過程で有効張力に応じた歪みが発生し、その量は、例えば有効張力の大小に応じて増加又は減少する。従って、係る歪みの量は、有効張力を特定する上での、或いは有効張力を変化させる上での判断基準に供されて好適である。
【００３０】
尚、「巻回される」とは、巻回対象（例えば、駆動軸側回転補助部材）の回転と同期した伝達手段の動作を促すべく、巻回対象の回転方向に沿って少なくとも一部が当接している状態を包括する概念であり、例えば巻回対象を一周していない状態も含む趣旨である。
【００３１】
尚、この特定された歪みの量に基づいた制御手段の制御態様は、有効張力の変化を介して動作時張力を効率的且つ効果的に変化せしめ得る限りにおいて何ら限定されず、例えば、歪みの量と可変動弁手段の制御量とが相互に一対一、多対一、一対多又は多対多に対応付けられている場合には、特定された歪みの量に対応する制御量に基づいて可変動弁手段が制御されてもよいし、制御手段がその都度内燃機関の動作状態等を考慮して、歪みの量に基づいて個別具体的に可変動弁手段の制御量を決定してもよい。或いは、特定された歪みの量は、例えば有効張力を変化させるか否か、好適には低下させるか否かに係る判断基準としてのみ利用され、可変動弁手段の制御は、例えば一定又は不定のフィードバックゲインに基づいたフィードバック制御に従って行われ、有効張力が所定の条件を満たすまで徐々に変化せしめられてもよい。
【００３２】
尚、この態様では、前記特定手段は更に、前記特定された歪みの量に基づいて、前記指標値の少なくとも一部として前記有効張力を特定してもよい。
【００３３】
この場合、特定手段が、複数種の特定段階を経て最終的に有効張力を特定するため、制御手段は、例えば有効張力が所望の値に、所望の範囲に収まるように、或いは上限値を超えないように、より正確に可変動弁手段を制御することが可能となる。
【００３４】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記特定された指標値に基づいて前記有効張力が所定種類の上限値よりも大きいか否かを判別する判別手段を更に具備し、前記制御手段は、前記有効張力が前記上限値よりも大きいと判別された場合に、前記有効張力が低下するように前記可変動弁手段を制御する。
【００３５】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の各種態様を採り得る判別手段によって、有効張力が上限値よりも大きいか否かが判別される。制御手段は、有効張力が上限値よりも大きいと判別された場合に、有効張力が低下するように可変動弁手段を制御する。吸気及び排気弁の開閉時期は、有効張力のみならず、内燃機関の動力性能及びエミッション量や燃費等の環境性能にも影響を与え得るから、制御頻度が高い場合には、これら他の要件が満たされなくなる可能性もある。
【００３６】
従って、このように、有効張力が上限値よりも大きい場合に有効張力を低下せしめる目的から可変動弁手段が制御された場合には、動力性能や環境性能への影響を、実践上問題が生じない程度に抑制しつつ伝達手段の動作時張力を所望の値に或いは所望の範囲に収まるように制御することが可能となり、極めて有益である。
【００３７】
尚、「所定種類の上限値」とは、例えば動作時張力に起因して伝達手段に加わる物理的又は機械的な負荷が、伝達手段に物理的又は機械的な不具合を即座に又は近未来的に招きかねない程度に大きい状態にあると判定又は推定し得る有効張力の値、或いは動作時張力に起因した内燃機関の振動が運転者に違和感として伝達されかねない程度に大きい状態にあると判定又は推定し得る有効張力の値等を含み、有効張力を低下させるべきものとして規定される合理的な理由が存在する値を包括する概念である。
【００３８】
このような有効張力の上限値は、例えば予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、有効張力と、伝達手段に生じる上述した不具合等との相関が判明している又は推定し得る場合には、そのような相関に基づいて事前に設定された、単数又は複数の固定値であってもよいし、その都度、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の各種態様を採り得る設定手段等によって、その時点の内燃機関や伝達手段の状態に基づいて然るべきアルゴリズムや算出式等に基づいて個別具体的に設定される不定の値であってもよい。
【００３９】
また、例えば伝達手段に不具合が生じ得る動作時張力が固定値であれば、必然的に静止時張力に応じて有効張力の上限値が変化し得る。従って、このような場合には、有効張力の上限値は、静止時張力をパラメータとして複数設定されていてもよい。この場合、静止時張力は固定値として予め把握されていてもよいし、静止時張力がテンショナ等によってその都度適切な値に維持される場合には、テンショナの制御量等に基づいて把握されてもよい。
【００４０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記有効張力を変化させるべく前記可変動弁手段が制御された場合の前記可変動弁手段に関する所定種類の制御量を、前記内燃機関において前記有効張力に関連するものとして規定された動作条件に対応付けて学習する学習手段を更に具備し、前記制御手段は、前記学習された制御量に基づいて前記可変動弁手段を制御する。
【００４１】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の各種態様を採り得る学習手段によって、有効張力を、例えば低下させる等して変化させた場合の可変動弁手段の制御量、例えば、少なくとも一方の弁の開閉時期の目標値（例えば、目標角度）、その時点における開閉時期の値と目標値との変位量等が、内燃機関の動作条件に対応付けて学習される。制御手段は、係る学習された制御量に基づいて可変動弁手段を制御する。尚、このような制御量は、少なくとも一方の弁の開閉時期と何らかの対応関係にある限りにおいて何ら限定されない。
【００４２】
ここで、「学習する」とは、然るべき記憶手段に、対応値を一時的に或いは恒久的に且つ更新可能に記憶すると共に、一定又は不定の更新タイミングで、或いは一定の条件が満たされた場合等に、係る対応値を更新することを表す概念である。従って、本態様において学習手段によりなされる学習とは、例えば有効張力を低下させるべきタイミングにおいて可変動弁手段の制御を介して少なくとも一方の弁の開閉時期を変化させた際に、例えば係るタイミングにおける機関回転数等の動作条件と例えば可変動弁手段に係る最終的な制御量等を相互に対応付けて記憶すると共に適宜更新を行うこと等を含む趣旨である。
【００４３】
尚、学習に係る内燃機関の動作条件とは、有効張力に関連する動作条件を包括する概念であり、例えば内燃機関の機関回転数等を指す。前述したように、有効張力を比較的大きく変化させ得る共振の発生条件は、機関回転数によって規定することが可能であり、この場合、このような学習によって、共振が発生することを事前に察知することも可能となる。また、共振に限らず、伝達手段に、有効張力の変化が生じる他の要因がある場合であっても同様に、内燃機関の動作条件からその発生を事前に察知することが可能となる。
【００４４】
従って、この態様によれば、例えば、内燃機関の動作条件が、共振又はその他有効張力の変化、好適には過度に大きい変化を招き得る動作条件を満たした場合に、或いは近未来的に満たすと推定される場合等に、過去に学習された制御量を用いて速やかに可変動弁手段を制御することが可能となり、有効張力の変化量或いは有効張力が望ましくない範囲にある期間等を、例えば予め設定された初期値及びフィードバックゲイン等に従って有効張力が所定値に収束するように開閉時期をフィードバック制御する場合等と較べて減少せしめることが可能となる。このような学習に係る効果は、例えば、内燃機関が過渡期間にあって、通常の開閉時期制御では有効張力の制御が追従しきれない場合等には顕著に効果的である。
【００４５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記有効張力が所定種類の上限値よりも大きくなる、前記内燃機関において前記有効張力に関連するものとして規定された動作条件を記憶する記憶手段を更に具備し、前記制御手段は、前記動作条件が前記記憶された動作条件に該当する場合に前記有効張力が低下するように前記可変動弁手段を制御する。
【００４６】
例えば内燃機関が正常に動作している状態における動作時張力（実質的には有効張力と等価である）は、予め、例えば内燃機関の各種動作条件に応じて動作時張力が如何なる変化態様を示すのかを明らかにすべく行われる実験やシミュレーション等によって事前に取得することが可能であり、また、伝達手段が内燃機関の如何なる動作条件の下に共振するかについても同様に、例えば内燃機関の各種動作条件に対する共振の発生の有無やその度合いを明らかにすべく行われる実験やシミュレーション等によって事前に取得することが可能である。このような場合には、有効張力が上限値よりも大きくなるか否かについて、事前にある程度予測することができる。
【００４７】
この態様によれば、記憶手段に有効張力が上限値を超える内燃機関の動作条件（前述した、例えば機関回転数等の動作条件でもよい）が記憶され、制御手段は、内燃機関の動作条件がこの記憶された動作条件に該当する場合に有効張力を低下させるべく可変動弁手段を制御する。尚、「該当する」とは、その時点でのリアルタイムな動作条件が一致することに限定されず、近未来的に動作条件が一致する可能性が高い場合等を含む広い概念である。例えば、ある機関回転数が共振条件として既知である場合に、内燃機関の機関回転数が係る機関回転数未満の領域から急激に上昇を開始した場合（例えば、過渡期間等）には、明らかに係る機関回転数を通過するとみなし得る。このような場合も、本態様に係る「該当する」範疇となる。
【００４８】
この態様によれば、予め有効張力を低下させるべき動作条件の少なくとも一部が既知であり、何らこの種の記憶がなされない場合と較べて、有効張力を所望の値に、或いは所望の範囲に収束させるための時間を短縮し得る。即ち、動作時張力を効率的且つ効果的に制御することが可能となる。
【００４９】
尚、この態様に係る概念は、前述した学習に係る概念と相反するものではなく、相互に協調的に実行され得るものである。即ち、例えば、前述した学習手段による学習に係る初期値の少なくとも一部として、本態様に係る記憶された動作条件を用いることが可能であり、内燃機関の物理的又は機械的な構成が、或いは内燃機関を取り巻く環境条件が、夫々適合時から経時的に変化した場合等には特に、係る学習によって高い信頼性が担保されるため好適である。
【００５０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記有効張力を低下させる場合に、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複する期間を表すオーバラップ量が増加するように前記可変動弁手段を制御する。
【００５１】
例えば、４気筒以上の内燃機関では、一の気筒が吸気工程を迎えるタイミングで排気工程を迎える気筒が存在することが多い。この場合、伝達手段の有効張力の観点から見れば、有効張力を増加せしめる条件が重複することになる。また、常に一定の周期でいずれかの気筒が吸気工程を迎える可能性も高いから、必然的に各工程に対応する期間毎に周期的に有効張力は増加減少を繰り返すことになり、また弁の最大リフト時においてピーク値を迎えることになる。
【００５２】
この態様によれば、有効張力を低下させる場合には、吸気及び排気弁のオーバラップ量が増加せしめられる。オーバラップ量を増加させる場合、吸気弁の開弁時期が進角せしめられるか、排気弁の閉弁時期が遅角せしめられる。或いは、吸気弁の開弁時期が進角せしめられ、且つ排気弁の閉弁時期が遅角せしめられる。従って、内燃機関全体としてみた場合に、吸気工程を迎えた気筒と排気工程を迎えた気筒との間で、最大リフト時期のずれ量が増加することとなる。
【００５３】
従って、最大リフト時期と重なる有効張力のピーク値、或いはピーク値に準じる比較的大きな値同士が重複することが回避され、有効張力全体としてピーク値が減少する。この際、有効張力の変化特性に鑑みれば、例えばオーバラップ量がゼロである場合と較べて最小値が高く、且つ最大値が低くなり、全体としてよりフラットな変化特性を描く。即ち、内燃機関の動作時における有効張力の変化の度合いが小さくなり、伝達手段に発生し得る各種不具合或いは内燃機関に発生し得る振動等が効果的に抑制される。
【００５４】
尚、オーバラップ量を増加せしめる際の、オーバラップ量或いはオーバラップ量に対応する可変動弁手段の制御量と有効張力の変化量とは、相互に対応付けられ、予め然るべき記憶手段に記憶されていてもよいし、少なくともオーバラップ量が増加する限りにおいて、実際のオーバラップ量は、その都度特定される有効張力に基づいてフィードバック的に導かれてもよい。また、オーバラップ量が増加し得る限りにおいて、吸気弁及び排気弁各々の進角量及び遅角量並びに両者の制御比率等は何ら限定されない。
【００５５】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
＜実施形態＞
以下、適宜図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００５７】
＜１：第１実施形態＞
＜１−１：実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０のブロック図である。
【００５８】
図１において、エンジンシステム１０は、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００５９】
ＥＣＵ１００は、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジンシステム１０の動作全体を制御すると共に、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例として機能するように構成されている。尚、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述するバルブタイミング制御処理を実行することが可能に構成されている。
【００６０】
エンジン２００は、不図示の車両の動力源として機能するように構成された、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンである。また、図示するように、エンジン２００は、シリンダブロック２０１内にシリンダ２０２が４本直列に配置されてなる直列４気筒エンジンである。エンジン２００は、各シリンダ内部において空気と燃料との混合気が燃焼するに際して生じる不図示のピストンの往復運動を、コネクティングロッド（不図示）及びクランクシャフト２１９（本発明に係る「駆動軸」の一例であり、図１では不図示）を介して回転運動に変換することが可能に構成されている。以下に、エンジン２００の要分構成を、その動作の概略と共に説明する。尚、説明の煩雑化を防ぐ目的から、以下の説明では、特に断りのない限り一のシリンダについてのみ説明を行うこととする。
【００６１】
シリンダ２０２内の燃焼室には、吸気マニホールド２１６を介して供給される空気と、吸気マニホールド２１６に連通する不図示の吸気ポートにおいて不図示のインジェクタから噴射供給される燃料との混合気が、二個の吸気バルブ２０３（即ち、本発明に係る「吸気弁」の一例）を介して吸入される。この際、係る混合気は、吸気バルブ２０３の開弁期間に燃焼室内へ供給される構成となっている。
【００６２】
シリンダ内部では、燃焼工程において点火プラグ２０５による点火動作により混合気が燃焼する。燃焼済みの混合気は、不図示の排気ポートに連通する二個の排気バルブ２０６の開弁期間に、排気として係る排気ポートに排出される。係る排気は、排気ポートに連通する排気マニホールド２０８を介して排気管２１０に排出される。尚、排気管２１０には、例えば、ＨＣ吸着筒、三元触媒、酸化触媒又はＮＯｘ吸蔵還元触媒等の触媒装置２０９が設置されており、排気マニホールド２０８を介して排出された排気が浄化される構成となっている。
【００６３】
吸気管２１１は、前述の吸気マニホールド２１６に連通する管状部材である。吸気管２１１を介して吸気マニホールド２１６に導かれる吸入空気は、吸気管２１１上に設置されたエアクリーナ２１２を通過する過程で濾過される構成となっている。
【００６４】
また、エアクリーナ２１２の後段（シリンダ側）には、エアフローメータ２１３が設置されている。エアフローメータ２１３は、吸入空気の質量流量を検出可能に構成されており、検出された質量流量は、エアフローメータ２１３と電気的に接続されたＥＣＵ１００によって常に把握される構成となっている。
【００６５】
吸気管２１１にはスロットルバルブ２１４が設置されている。スロットルバルブ２１４は、電子制御式のバルブであり、その開閉動作が不図示のスロットルバルブモータによって制御されるように構成されている。スロットルバルブモータは、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その駆動力がＥＣＵ１００によって制御されている。ＥＣＵ１００は、不図示のアクセルペダルの開度たるアクセル開度や車速或いは内燃機関の機関回転数等に応じて係るスロットルバルブモータを駆動制御し、スロットルバルブ２１４の開閉状態を制御することが可能に構成されている。尚、スロットルバルブ２１４は、アクセルペダルと機械的に連結されている訳ではないため、ＥＣＵ１００は、運転者のアクセルペダル操作とは無関係にスロットルバルブ２１４の開閉状態を制御することも可能である。また、スロットルバルブ２１４の開度（スロットル開度）は、スロットルバルブ２１４近傍に設けられたスロットル開度センサ２１５によって検出される構成となっており、スロットル開度センサ２１５と電気的に接続されたＥＣＵ１００によって常に把握される構成となっている。
【００６６】
吸気バルブ２０３は、吸気カムシャフト２１７（本発明に係る「吸気カム軸」の一例）に固定された吸気カム２０４によってその開閉動作が制御される。吸気カムシャフト２１７は、シリンダブロック２０１上部に配置されたシリンダヘッドとベアリングキャップにより回転可能に支持されている。吸気カムシャフト２１７の一方端には、吸気側ＶＶＴコントローラ３００が設けられている。吸気側ＶＶＴコントローラ３００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、その動作がＥＣＵ１００によって上位に制御される構成を有しており、ＥＣＵ１００の制御により、クランクシャフト２１９の回転角に対応付けられた吸気カム２０４のバルブタイミング（即ち、本発明に係る「開閉時期」の一例）を変化させることが可能に構成されている。即ち、吸気側ＶＶＴコントローラ３００は、本発明に係る「可変動弁手段」の一例を構成している。尚、吸気側ＶＶＴコントローラ３００の一部には、吸気側タイミングプーリ２２５が固定されている。吸気側タイミングプーリ２２５及び吸気側ＶＶＴコントローラ３００については後述する。
【００６７】
排気バルブ２０６は、排気カムシャフト２１８（本発明に係る「排気カム軸」の一例）に固定された排気カム２０７によってその開閉動作が制御される。排気カムシャフト２１８は、シリンダブロック２０１上部に配置されたシリンダヘッドとベアリングキャップにより回転可能に支持されている。排気カムシャフト２１８の一方端には、排気側ＶＶＴコントローラ４００が設けられている。排気側ＶＶＴコントローラ４００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、その動作がＥＣＵ１００によって上位に制御される構成を有しており、ＥＣＵ１００の制御により、クランクシャフト２１９の回転角に対応付けられた排気カム２０７のバルブタイミング（即ち、本発明に係る「開閉時期」の一例）を変化させることが可能に構成されている。即ち、排気側ＶＶＴコントローラ４００は、本発明に係る「可変動弁手段」の他の一例を構成している。尚、排気側ＶＶＴコントローラ４００の一部には、排気側タイミングプーリ２２６が固定されている。排気側タイミングプーリ２２６及び排気側ＶＶＴコントローラ４００については後述する。
【００６８】
ここで、図２を参照して、エンジン２００、吸気側ＶＶＴコントローラ３００及び排気側ＶＶＴコントローラ４００の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、図１においてＶＶＴコントローラ側から吸気及び排気カムシャフトの伸張方向にシリンダブロックを見たエンジン２００の模式断面図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００６９】
図２において、紙面と垂直な方向に伸張するクランクシャフト２１９の端部には、クランクプーリ２２０が固定されている。クランクプーリ２２０は、クランクシャフト２１９と一体に回転することが可能に構成された、本発明に係る「駆動軸側回転補助部材」の一例である。クランクプーリ２２０の近傍には、クランクプーリ２２０上に設定された検出対象部位に生じる物理的な歪みの量を検出することが可能に構成された歪みセンサ２２１が配設されている。歪みセンサ２２１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたクランクプーリ２２０の歪みの量は、ＥＣＵ１００により、後述するバルブタイミング制御処理に供される構成となっている。
【００７０】
クランクプーリ２２０には、本発明に係る「伝達手段」の一例たるタイミングベルト２２２が巻回されている。タイミングベルト２２２におけるクランクプーリ２２０に接する側の面には、複数のギア歯（不図示）が形成されており、このギア歯は、タイミングベルト２２２がクランクプーリ２２０に巻回された状態におけるクランクプーリ２２０との当接部位において、クランクプーリ２２０の外周面に形成されたギア歯（不図示）と嵌合している。従って、タイミングベルト２２２は、クランクシャフト２１９の回転に伴うクランクプーリ２２０の回転に伴い、一定方向へ送出される構成となっている。
【００７１】
タイミングベルト２２２は、クランクプーリ２２０と同様に回転可能な補助プーリ２２３及び２２４によって適度な張力を維持された状態で、吸気側タイミングプーリ２２５及び排気側タイミングプーリ２２６に順次巻回される。吸気側タイミングプーリ２２５及び排気側タイミングプーリ２２６の各々の外周部には、クランクプーリ２２０と同様に複数のギア歯（不図示）が形成されており、タイミングベルト２２２の上述したギア歯と嵌合している。従って、吸気側タイミングプーリ２２５及び排気側タイミングプーリ２２６は、夫々タイミングベルト２２２が送出されるのに伴って一定方向に回転することが可能である。
【００７２】
次に、同じく図２を参照して、吸気側ＶＶＴコントローラ３００及び排気側ＶＶＴコントローラ４００の構成について説明する。吸気側ＶＶＴコントローラ３００は、ハウジング３１０、ベーンロータ３２０及び液室３３０を備える。また、排気側ＶＶＴコントローラ４００は、ハウジング４１０、ベーンロータ４２０及び液室４３０を備える。
【００７３】
ハウジング３１０は、吸気側タイミングプーリ２２５に、例えばボルト等で固定された回転体である。ハウジング３１０は、吸気側タイミングプーリ２２５が回転するのに伴って、吸気側タイミングプーリ２２５と一体に回転することが可能に構成されている。
【００７４】
ベーンロータ３２０は、吸気側カムシャフト２１７の一方の端部に、ストッパを介してボルトで締め付けられることにより固定された回転体であり、ハウジング３１０内に回動可能に収容されている。ベーンロータ３２０は、吸気側カムシャフト２１７と一体に回転することが可能に構成されている。
【００７５】
液室３３０はハウジング３１０の内部に複数（図２では３室）形成され、作動液を充填することが可能に構成されている。複数の液室３３０の各々は、ベーンロータ３２０の外周部に形成された複数（図２では３個）のベーンによって、進角室及び遅角室（各々符号は省略する。尚、図示液室３３０に係る引き出し線は遅角室を示している）に区画されている。進角室及び遅角室には、夫々不図示の流路を含む作動液供給系（不図示）を介して作動液が供給される構成となっている。
【００７６】
ハウジング４１０は、排気側タイミングプーリ２２６に、例えばボルト等で固定された回転体である。ハウジング４１０は、排気側タイミングプーリ２２６が回転するのに伴って、排気側タイミングプーリ２２６と一体に回転することが可能に構成されている。
【００７７】
ベーンロータ４２０は、排気側カムシャフト２１８の一方の端部に、ストッパを介してボルトで締め付けられることにより固定された回転体であり、ハウジング４１０内に回動可能に収容されている。ベーンロータ４２０は、排気側カムシャフト２１８と一体に回転することが可能に構成されている。
【００７８】
液室４３０はハウジング４１０の内部に複数（図２では３室）形成され、作動液を充填することが可能に構成されている。複数の液室４３０各々は、ベーンロータ４２０の外周部に形成された複数（図２では３個）のベーンによって、進角室及び遅角室（各々符号は省略する。尚、図示液室４３０に係る引き出し線は遅角室を示している）に区画されている。進角室及び遅角室には、夫々不図示の流路を含む作動液供給系（不図示）を介して作動液が供給される構成となっている。
【００７９】
尚、図２では図示を省略するが、吸気側ＶＶＴコントローラ３００及び排気側ＶＶＴコントローラ４００における上述した作動液供給系は、概ね以下の如く構成されている。尚、作動液供給系は、吸気側ＶＶＴコントローラ３００及び排気側ＶＶＴコントローラ４００の各々に対し相互に独立して設けられていてもよいし、少なくとも一部が共有されていてもよい。
【００８０】
作動液供給系は、進角室に作動液を供給するための流路を含む進角室側デリバリ、遅角室に作動液を供給するための流路を含む遅角室側デリバリ、作動液をこれらデリバリに循環供給するためのポンプ、及び作動液の供給形態を切り替えるためのＯＣＶ（Oil Control Valve）等の液圧制御弁、液圧制御弁の弁体を駆動する、例えばソレノイド等電磁的な駆動手段の形態を採り得る弁体駆動手段、及び作動液供給系の駆動状態を制御する制御系等から構成される。また、係る制御系はＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００８１】
ポンプ及び弁体駆動手段は、制御系の一部たる、例えばモータやアクチュエータ等の駆動系により駆動される。作動液供給系では、係る駆動系により駆動される液圧制御弁の弁体位置に応じて、複数の液室各々における進角室及び遅角室の各々に作動液を供給することが可能となっている。
【００８２】
＜１−２：実施形態の動作＞
＜１−２−１：ＶＶＴコントローラによるバルブタイミング制御＞
吸気側ＶＶＴコントローラ３００及び排気側ＶＶＴコントローラ４００では、ＥＣＵ１００の制御による上述した作動液供給系の作用によって、主として以下に説明する二種類の制御モードに従ってバルブタイミング制御が実行される。尚、吸気側ＶＶＴコントローラ３００と排気側ＶＶＴコントローラ４００とでは、バルブタイミング制御に係る動作は同等であるので、説明の煩雑化を防ぐ目的から、以下の説明では、吸気側ＶＶＴコントローラ３００に関して説明することとする。
【００８３】
＜１−２−１−１：保持モード＞
図２において、液室３３０の進角室及び遅角室に作動液供給系を介して所定値以上の液圧が加えられた状態で、液圧制御弁の弁体が所定の保持位置に制御されると、保持モードが作動する。保持モードでは、進角室及び遅角室における液圧が保持されるため、進角室及び遅角室双方の液圧によってベーンロータ３２０がハウジング３１０に対し固定される。従って、クランクシャフト２１９の回転に伴うハウジング３１０の回転が作動液を介してベーンロータ３２０に伝達され、ベーンロータ３２０がクランクシャフト２１９と同期して回転する。この際、ベーンロータ３２０は吸気側クランクシャフト２１７に固定されているため、保持モードでは、吸気カムシャフト２１７が、クランクシャフト２１９の回転位相と一定の回転位相差を保った状態でベーンロータ３２０と一体に回転駆動される。即ち、保持モードでは、吸気バルブ２０３のバルブタイミングが保持される。
【００８４】
＜１−２−１−２：フィードバックモード＞
進角室及び遅角室における液圧を変化させた場合、ベーンロータ３２０は所定の可動範囲内で双方の液圧の度合いに応じて進角方向及び遅角方向に回動する。この際、吸気カムシャフト２１７の回転位相は、クランクシャフト２１９の回転位相に対し必然的に進角側又は遅角側に変化し、吸気カムシャフト２１７に固定された吸気カム２０４によって規定される吸気バルブ２０３のバルブタイミングが変化する。
【００８５】
ＥＣＵ１００は、フィードバックモード（以下、適宜「Ｆ／Ｂモード」と称する）において、予めＲＯＭに記憶されたマップを参照し、その時点のエンジン２００の運転条件に応じた最適なバルブタイミングを取得すると共に、現時点の吸気バルブ２０３のバルブタイミングとの差分に対応する目標変位角を演算し、弁体駆動手段を駆動する駆動系に対しフィードバック電流値に相当する信号を供給して弁体駆動手段を制御する。その結果、Ｆ／Ｂモードでは、吸気カムシャフト２１７とクランクシャフト２１９との回転位相差が、係る目標変位角に対応する値にフィードバック的に収束し、バルブタイミングが目標値に収束する。
【００８６】
＜１−２−２：タイミングベルトの有効張力＞
タイミングベルト２２２は、エンジン２００の静止時には、図２では不図示のテンショナにより、その張力（即ち、静止時張力）が一定値（或いは一定範囲）に維持されている。一方、エンジン２００の動作期間では、タイミングベルト２２２には、このような静止時張力に加え、更にエンジン２００の構造及び動作に起因する有効張力が作用する。有効張力は、静止時張力とは異なり、エンジン２００の動作状態に応じて変化する。従って、静止時張力に有効張力を加えた動作時張力もエンジン２００の動作状態に応じて変化する。
【００８７】
ここで、図３を参照して、タイミングベルト２２２に作用する有効張力の変化について説明する。ここに、図３は、エンジン２００におけるタイミングベルト２２２の有効張力の変化特性をシリンダ毎に表した模式図である。
【００８８】
図３において、縦軸に有効張力Ｔｅ、横軸にクランク角が表された特性図が縦方向に４種類配列している。これらは、４本のシリンダ２０２（ここでは、便宜的に第１、第２、第３及び第４シリンダと表現する）の各々に対応しており、上段から順次、第１シリンダ（図示「＃１」）、第４シリンダ（図示「＃４」）、第２シリンダ（図示「＃２」）及び第３シリンダ（図示「＃３」）に対応している。また、図３では、クランク角が０°の時点（以下、適宜「基準点」と表現する）において、第１シリンダにおけるピストンが膨張ＢＤＣ（Bottom Death Center：下死点）にあり、排気工程を迎える様子が示されている。エンジン２００では、各シリンダが、クランク角にして１８０°位相がずれた状態で順次各工程を迎える構成となっている。従って、基準点において、第４、第２及び第３シリンダは夫々膨張、圧縮及び吸気工程を迎えている。
【００８９】
図３は、吸気バルブ２０３及び排気バルブ２０６が夫々吸気工程及び排気工程の開始と同時に開弁し、終了と同時に閉弁するように、吸気及び排気バルブのバルブタイミングが設定されている、即ち、吸気バルブ２０３と排気バルブ２０６とのバルブオーバラップ量がゼロである場合を示したものである。
【００９０】
エンジン２００では、既に述べたように、タイミングベルト２２２によって吸気側タイミングプーリ２２５及び排気側タイミングプーリ２２６を回転駆動させている。また、各プーリは、夫々に対応するカムシャフトに間接的に（即ち、前述したハウジング、作動液及びベーンロータ等を介して）固定されている。一方、カムシャフトに固定されたカムに加わる負荷は、吸気及び排気バルブが駆動される際に変化する。従って、各タイミングプーリに巻回されたタイミングベルト２２２に作用する有効張力Ｔｅは、各バルブの駆動状態に応じて変化する。より具体的には、図示の通り、有効張力Ｔｅは、吸気工程及び排気工程において変化し、且つ吸気及び排気バルブの最大リフト時においてピーク値Ｔｅ１を採る。
【００９１】
尚、有効張力Ｔｅは、吸気及び排気工程以外の工程（即ち、主として圧縮及び膨張工程）でも発生するが、有効張力が顕著に増大するのは吸気及び排気工程であり、本実施形態では、説明の煩雑化を防ぐ目的から、吸気及び排気バルブが駆動される期間以外（図３では、吸気及び排気工程と一致する）において、タイミングベルト２２２には有効張力の定常値Ｔｅ０（Ｔｅ０＜＜Ｔｅ１）が作用しているものとする。
【００９２】
次に、図４を参照して、タイミングベルト２２２に作用する有効張力について更に説明する。ここに、図４は、タイミングベルト２２２に生じる有効張力の合力の変化特性を表す模式図である。尚、図４において、図３と重複する個所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００９３】
図４において、縦軸及び横軸は、夫々図３と同様に有効張力Ｔｅ及びクランク角である。図３で示したように、基準点からクランク角１８０°までに相当する期間において、第１シリンダは排気工程を迎え、且つ第３シリンダが吸気工程を迎えており、夫々の期間の中間にあるクランク角９０°の時点で、各々のバルブのリフト量は最大となる。従って、タイミングベルト２２２に作用する有効張力Ｔｅのピーク値は、クランク角９０°に相当する時点で、各シリンダについてのピーク値Ｔｅ１と定常値Ｔｅ０とを合算した「２Ｔｅ１＋２Ｔｅ０」に相当する図示Ｔｅ２となる。
【００９４】
ここで、エンジン２００ではクランク角にして１８０°位相がずれた状態で順次いずれかのシリンダが吸気及び排気工程を迎えるため、結局、有効張力Ｔｅは、基準点から（９０＋１８０×ｊ）°（但し、ｊ＝０，１，２，・・・ｎ）離れたクランク角においてピーク値Ｔｅ２を採る。一方、有効張力Ｔｅは、基準点から（１８０×ｋ）°（但し、ｋ＝０，１，２，・・・ｎ）離れたクランク角において最低値を採り、その値は、各シリンダについて定常値Ｔｅ０を合算した４Ｔｅ０に相当する図示Ｔｅ３となる。
【００９５】
一方、有効張力の変化を引き起こす要因は、このような吸気及び排気バルブの駆動に伴うものだけではない。例えば、エンジン２００を構成する部品部材の形状、材質及び配置態様等によって定まる共振条件が満たされた場合には、タイミングベルト２２２が共振することがある。例えば、このような共振時に前述した変化特性で推移する有効張力のピークが重なると、有効張力の値が過大となり、静止時張力の変化量がゼロ又は一定若しくは一定とみなし得る程度に小さいものと考えれば、必然的に動作時張力の値が過大となる。
【００９６】
動作時張力が過大である場合、タイミングベルト２２２の損傷若しくは損壊の発生又は磨耗の促進等諸問題が発生する可能性が高くなるため、タイミングベルト２２２に作用する動作時張力は、少なくともこの種の不具合が発生しない程度に制御される必要がある。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１００が、バルブタイミング制御処理を実行することによりタイミングベルト２２２の有効張力を制御することによって、動作時張力を効率的且つ効果的に制御している。
【００９７】
ここで、図５を参照して、バルブタイミング制御処理の詳細について説明する。ここに、図５は、バルブタイミング制御処理のフローチャートである。
【００９８】
図５において、ＥＣＵ１００は、基本バルブタイミングを取得する（ステップＡ１０）。ここで、基本バルブタイミングは、予めエンジン２００の動作条件（例えば、機関回転数、アクセル開度或いは要求出力等）に対応付けられ、マップとしてＲＯＭに格納されており、ＥＣＵ１００は、その時点における基本バルブタイミングを係るマップから取得する。また、ＥＣＵ１００は、吸気バルブ２０３及び排気バルブ２０６のバルブタイミングが、係る基本バルブタイミングとなるように、上述した如く吸気側ＶＶＴコントローラ３００及び排気側ＶＶＴコントローラ４００を制御する（即ち、Ｆ／Ｂモード及び保持モードを適宜切り替える）。
【００９９】
バルブタイミングを基本バルブタイミングに制御すると、ＥＣＵ１００は、歪みセンサ２２１の出力値からクランクプーリ２２０の歪み量を取得する（ステップＡ１１）。クランクプーリ２２０の歪み量を取得すると、ＥＣＵ１００は更に、タイミングベルト２２２の有効張力Ｔｅのピーク値Ｔｅｐを取得する（ステップＡ１２）。
【０１００】
ここで、クランクプーリ２２０に生じる歪みの量は、クランクプーリ２２０に巻回されたタイミングベルト２２２の有効張力に応じて変化する。ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭに、係る歪み量と有効張力との対応関係を規定するマップを保持しており、ステップＡ１２に係る処理では、係るマップを参照し、取得された歪み量に対応する有効張力Ｔｅを取得すると共に、一定の期間について連続的に係る取得された有効張力Ｔｅをモニタすることによって、ピーク値Ｔｅｐを取得する。
【０１０１】
有効張力のピーク値Ｔｅｐを取得すると、ＥＣＵ１００は、係るピーク値Ｔｅｐが、予め設定された閾値Ｔｅｐｔｈよりも大きいか否かを判別する（ステップＡ１３）。ここで、閾値Ｔｅｐｔｈは、予めタイミングベルト２２２に上述した各種不具合を発生させかねないものとして規定された値であり、有効張力とタイミングベルトの不具合の発生状態とを相関付け得る実験或いはシミュレーション等によって、例えば係る不具合の発生限界に相当する値、又は発生限界未満のある程度マージンをもたせた値等に設定されている。
【０１０２】
尚、エンジン２００の動作時にタイミングベルト２２２に作用する張力は、動作時張力であり、タイミングベルト２２２に何らかの不具合が発生する場合、係る動作時張力が顕著に影響する。然るに、静止時張力は通常固定値であり、また可変であるとしてもタイミングベルト２２２の不具合に繋がる程度に大きい範囲では変化させないのが普通であり、実質的には、動作時張力がタイミングベルト２２２の不具合を招きかねない程度に大きいか否かは、静止時張力とは無関係に、有効張力によって十分に規定することができる。但し、閾値の決定態様は、本実施形態のものに限定されるものではなく、例えば、静止時張力の値に応じて可変であってもよい。
【０１０３】
係る判別の結果、有効張力のピーク値Ｔｅｐが閾値Ｔｅｐｔｈ以下である場合（ステップＡ１３：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、バルブタイミングをその時点におけるバルブタイミング（この時点では、即ち基本バルブタイミング）に決定し（ステップＡ１５）、バルブタイミングの変更を行わない。
【０１０４】
一方、有効張力のピーク値Ｔｅｐが閾値Ｔｅｐｔｈより大きい場合（ステップＡ１３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、吸気バルブ２０３と排気バルブ２０６とのバルブオーバラップ量を増加させる（ステップＡ１４）。ここで、図６を参照して、バルブオーバラップ量と有効張力との関係について説明する。ここに、図６は、有効張力のピーク値とバルブオーバラップ量との相関を表す模式図である。
【０１０５】
図６において、縦軸及び横軸には夫々有効張力Ｔｅのピーク値Ｔｅｐ及びバルブオーバラップ量ＶＯＬが表される。図示するように、ピーク値Ｔｅｐは、バルブオーバラップ量ＶＯＬが増加する程減少する傾向を採り、有効張力Ｔｅは、例えば図示ＶＯＬａにおいてＴｅａ、また図示ＶＯＬｂ（ＶＯＬａ＜ＶＯＬｂ）においてＴｅｂ（Ｔｅｂ＜Ｔｅａ）を採る。
【０１０６】
ここで更に、図７を参照して、バルブオーバラップ量と有効張力との関係について説明する。ここに、図７は、バルブオーバラップ量が増加された場合における、エンジン２００のタイミングベルト２２２における有効張力の変化特性をシリンダ毎に表した模式図である。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１０７】
図７において、吸気バルブ２０３のバルブタイミングは、図３に例示したものと較べて４５度進角側に変更され（図示太破線参照）、排気バルブ２０６のバルブタイミングも同じく４５度遅角側に変更されている（図示太破線参照）。従って、両者のバルブオーバラップ量は９０°となっている。尚、図７に係るバルブオーバラップ量は、有効張力の変化を明確に例示するための模式図であり、実際に制御対象とされるバルブオーバラップ量は、これに限定されない。
【０１０８】
図示するように、各シリンダについて有効張力Ｔｅのピーク値Ｔｅｐを見ると、バルブオーバラップ量が増加された分（図３との比較で言えば、バルブオーバラップ量が存在する分）、前述のピーク値Ｔｅ１よりも増加し、図示Ｔｅ４となる。然るに、このように吸気及び排気バルブのバルブオーバラップ量を増加せしめたことにより、第１乃至第４シリンダ相互間においてピーク値Ｔｅ１が重複する事態が回避されるため、実際にタイミングベルト２２２に作用する有効張力のピーク値Ｔｅｐは、図４に係るＴｅ２よりも減少する。
【０１０９】
ここで、このことについて、図８を参照して説明する。ここに、図８は、タイミングベルト２２２に生じる有効張力の合力の変化特性を表す他の模式図である。尚、図８において、図４と重複する個所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１１０】
図４に示すように、バルブオーバラップ量の増加によってシリンダ相互間のピーク時期がずらされるため、タイミングベルト２２２に作用する有効張力のピーク値Ｔｅｐは、図７で示したＴｅ４となる。但し、係るバルブオーバラップ量の増加に伴って、ピーク時期は増え、ピーク時期に相当するクランク角は、基準点から（９０＋９０×ｌ）°（但し、ｌ＝０，１，２，・・・ｎ）離れたクランク角となる。一方、有効張力の最小値は、「Ｔｅ１＋３Ｔｅ０」に相当する図示Ｔｅ５となり、基準点から（４５＋９０×ｍ）°（但し、ｍ＝０，１，２，・・・ｎ）離れたクランク角において生じることとなる。このように、バルブオーバラップ量を増加させることによって、相異なるシリンダにおける有効張力のピーク時期をずらすことが可能となるため、タイミングベルト２２２に作用する有効張力のピーク値を減少させることが可能となる。
【０１１１】
図５に戻り、ステップＡ１４に係る処理において、バルブオーバラップ量が増加するように各ＶＶＴコントローラを制御すると、ＥＣＵ１００は、処理をステップＡ１１に戻し、クランクプーリ２２０に生じる歪みの量を取得して、有効張力のピーク値Ｔｅｐの比較に係る一連の処理を繰り返す。このようなループ処理の過程において、ピーク値Ｔｅｐが閾値Ｔｅｐｔｈ以下に低下した場合（ステップＡ１３：ＮＯ）、処理はステップＡ１５に移行する。
【０１１２】
ここで、バルブオーバラップ量は、基本的に上述したＦ／Ｂモードによるバルブタイミング制御により徐変される。例えば、ＥＣＵ１００は現時点のバルブタイミングに基づいて、バルブタイミングの目標変位角を設定し、係る目標変位角が得られるように各ＶＶＴコントローラを制御することによって、吸気及び排気バルブを夫々徐々に進角及び遅角させる。この目標変位角に対応するバルブタイミング各々においてピーク値Ｔｅｐと閾値Ｔｅｐｔｈとの比較がなされ、最終的にはバルブタイミングが、有効張力のピーク値Ｔｅｐが閾値Ｔｅｐｔｈ以下となる目標変位角に対応する値に決定される。また、例えば予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、ピーク値と閾値との差分と、実現すべきオーバラップ量との対応関係が、有効張力の変化を最小限に抑えつつ且つピーク値が閾値を超えないようなものとして設定されている場合等には、係る対応関係に基づいてバルブタイミングの目標変位量がより適切に設定されてもよい。即ち、最終的にバルブオーバラップ量を増加せしめることによって有効張力のピーク値を減少せしめ得る限りにおいて、各ＶＶＴコントローラの制御態様並びに吸気及び排気バルブのバルブタイミングの制御比率等は何ら限定されない。
【０１１３】
ステップＡ１５に係る処理によって、吸気及び排気バルブに係るバルブタイミングが、タイミングベルト２２２の有効張力のピーク値Ｔｅｐを閾値Ｔｅｐｔｈ以下に低下せしめ得る値に設定されると、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の運転条件が変更されたか否かを判別する（ステップＡ１６）。有効張力のピーク値Ｔｅｐの不測の変化は、主として共振によって生じるため、例えば、機関回転数等、共振の発生に対応付けられた運転条件が変化した場合には、有効張力Ｔｅが増加又は減少する等、変化することが考えられる。従って、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の運転条件が変化していない場合（ステップＡ１６：ＮＯ）には、ステップＡ１６に係る処理を繰り返し実行して、実質的に処理を待機すると共に、エンジン２００の運転条件が変化した場合には（ステップＡ１６：ＹＥＳ）、処理をステップＡ１０に戻し、バルブタイミングを一旦基本バルブタイミングに戻して一連の処理を繰り返す。
【０１１４】
このように、本実施形態に係るバルブタイミング制御処理によれば、タイミングベルト２２２に作用する有効張力をリアルタイムに取得し、係る有効張力のピーク値が、タイミングベルト２２２に物理的又は機械的な何らかの不具合を発生させる、或いはエンジン２００の振動状態を許容値以上に悪化させ得る程度に大きいと判断される場合に、吸気バルブ２０３及び排気バルブ２０６のバルブオーバラップ量を増加せしめ、もって有効張力Ｔｅのピーク値を減少せしめることが可能となる。この際、有効張力の変化は静止時張力に影響を与えることはないから、タイミングベルト２２２の動作時張力が、各カムシャフトを駆動せしめるのに要する要求値を下回ることはない。即ち、タイミングベルト２２２の動作時張力を効率的且つ効果的に制御することが可能となるのである。
【０１１５】
＜２：第２実施形態＞
第１実施形態では、バルブタイミング制御処理において、ＥＣＵ１００が一定又は不定の周期で有効張力のピーク値Ｔｅｐを取得し、閾値Ｔｅｐｔｈとの比較に供する構成となっているが、タイミングベルト２２２の共振条件は、エンジン２００における部品及び部材の形状、質量及び空間的な配置等により固有である。また、タイミングベルト２２２の有効張力のピーク値Ｔｅｐが前述した閾値を超え得るのは、主としてタイミングベルト２２２の共振時であり、従って、予め共振条件を然るべき記憶手段に記憶させておくことにより、効率的なバルブタイミング制御が可能となる。ここで、図９を参照して、このような趣旨に基づいた本発明の第２実施形態について説明する。ここに、図９は、バルブタイミング制御処理の他のフローチャートである。尚、同図において、図５と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１１６】
図９において、基本バルブタイミングを取得すると、ＥＣＵ１００は、学習値の有無を判別する（ステップＢ１０）。本実施形態において、ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭに、共振条件として、共振が生じ得るエンジン２００の機関回転数の値を記憶しており、また、それとは別に、書換え可能な例えばＲＡＭ等の記憶手段に、過去に有効張力を低減させるべくバルブタイミングが変更された（即ち、第１実施形態と同等な処理が実行された）際の機関回転数を、その際の各ＶＶＴコントローラの制御量、例えば、吸気バルブ２０３のバルブタイミング（或いは基本バルブタイミングからの変位量）、及び排気バルブ２０６のバルブタイミング（或いは基本バルブタイミングからの変位量）等に対応付けて更新可能に記憶している。即ち、ＥＣＵ１００は、有効張力のピーク値低減に関する諸条件を絶えず学習している。
【０１１７】
ステップＢ１０に係る処理において、ＥＣＵ１００は、その時点における機関回転数が、過去に学習された条件であるか、或いは既に予めＲＯＭに格納された共振条件であるか否かを判別することにより、学習値の有無を判別する。尚、ＲＯＭに格納された共振条件には、予めバルブタイミングの初期値が設定されている。
【０１１８】
学習値が存在しない場合（ステップＢ１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＡ１１に移行し、第１実施形態と同様にクランクプーリ２２０の歪み量に基づいて有効張力のピーク値Ｔｅｐが閾値Ｔｅｐｔｈを超えないように吸気バルブ２０３及び排気バルブ２０６のバルブタイミングを制御する（即ち、バルブオーバラップ量を適宜増加させる）。一方、学習値が存在する場合（ステップＢ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、学習値を反映させる（ステップＢ１１）。
【０１１９】
ここで、「学習値を反映させる」とは、過去に実行された制御により実現された吸気及び排気バルブの最終的なバルブタイミング或いは上述した共振条件に対応付けられた初期値等を制御目標として設定し、各ＶＶＴコントローラの制御を介して、係るバルブタイミングを実現すること等を指す。即ち、このように学習値を反映させることにより、タイミングベルト２２２の有効張力Ｔｅは、理想的には閾値Ｔｅｐｔｈ以下且つ閾値Ｔｅｐｔｈ近傍の適切な値に収束する。
【０１２０】
しかしながら、実際の有効張力の変化は、必ずしもこのような学習値又は適合値と一致しない場合があるため、このように学習値を反映させた後、ＥＣＵ１００は、ステップＡ１１以降の処理を実行し、学習値を反映させることによって有効張力のピーク値Ｔｅｐが適切な値になっているか否かを判別する。無論、適切な値に収束していない場合には、第１実施形態と同様に各ＶＶＴコントローラのＦ／Ｂモードに係る制御によって、ピーク値が低減せしめられる。
【０１２１】
最終的に、ステップＡ１５に係る処理によってバルブタイミングが決定されると、ＥＣＵ１００は、学習値の更新条件であるか否かを判別する（ステップＢ１２）。学習値の更新条件とは、即ち、学習値を更新する必要がある条件であり、例えば、過去に学習されていない機関回転数で有効張力の低減処理がなされた場合や、学習値が適切でなかった場合等を指す。学習値の更新条件ではない場合（ステップＢ１２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＡ１６に係る処理を実行すると共に、学習値の更新条件である場合（ステップＢ１２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は学習値を更新する（ステップＢ１３）。学習値が更新されると、処理はステップＡ１６に移行する。
【０１２２】
このように、第２実施形態に係るバルブタイミング制御処理によれば、共振条件が予め記憶され、且つ過去に有効張力の低減に係るバルブオーバラップ量の調整制御がなされた場合における吸気及び排気バルブのバルブタイミングが学習されるため、有効張力に基づいた所望のバルブタイミングに至るまでの動作時間を短縮することができる。
【０１２３】
従って、例えば、過渡期間等、バルブタイミングの上述したフィードバック制御を機関運転条件の変化に追従させることが困難となる期間においても、速やかに有効張力を低減せしめ、タイミングベルト２２２の物理的又は機械的な不具合や、エンジン２００の過度な振動等の発生が抑制される。即ち、有効張力をより効率的且つ効果的に制御することにより、動作時張力をより効率的且つ効果的に制御することが可能になるのである。
【０１２４】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。
【図２】図１においてＶＶＴコントローラ側から吸気及び排気カムシャフトの伸張方向にシリンダブロックを見たエンジンの模式断面図である。
【図３】タイミングベルトの有効張力の変化特性をシリンダ毎に表す模式図である。
【図４】タイミングベルトに生じる有効張力の合力の変化特性を表す模式図である。
【図５】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵが実行するバルブタイミング制御処理のフローチャートである。
【図６】有効張力のピーク値とバルブオーバラップ量との相関を表す模式図である。
【図７】バルブオーバラップ量が増加された場合における、タイミングベルトの有効張力の変化特性をシリンダ毎に表す模式図である。
【図８】タイミングベルトに生じる有効張力の合力の変化特性を表す他の模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るバルブタイミング制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０３…吸気バルブ、２０６…排気バルブ、２１７…吸気カムシャフト、２１８…排気カムシャフト、２１９…クランクシャフト、２２０…クランクプーリ、２２１歪みセンサ、２２２…タイミングベルト、２２５…吸気側タイミングプーリ、２２６…排気側タイミングプーリ、３００…吸気側ＶＶＴコントローラ、３１０…ハウジング、３２０…ベーンロータ、４００…排気側ＶＶＴコントローラ、４１０…ハウジング、４２０…ベーンロータ。
【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】
2008025383.tif 000008
【図７】
2008025383.tif 000009
【図８】
2008025383.tif 000010
【図９】
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