(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブの作動特性を可変にする可変バルブ機構を備えると共に、アクチュエータで開閉駆動される電制スロットルバルブを備えた内燃機関の吸入空気量制御装置であって、目標吸入空気量に基づいて前記吸気バルブの作動特性の目標を設定し、該目標に応じて前記可変バルブ機構を制御する一方、前記目標の作動特性での吸気バルブの総開口面積を求めると共に、該総開口面積をバルブオーバーラップに応じた補正値で補正し、該補正された総開口面積及び前記目標吸入吸気量に基づいて前記スロットルバルブの目標開度を設定し、該目標開度に基づいて前記電制スロットルバルブを制御することを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項２】
前記可変バルブ機構が、少なくとも吸気バルブの開時期とバルブリフト量とを可変にする機構であり、バルブオーバーラップに基づき設定される基本補正値をバルブリフト量に応じて補正して、前記バルブオーバーラップに応じた補正値を設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項３】
前記バルブオーバーラップが所定以下であるときに、前記バルブリフト量に応じた補正をキャンセルすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項４】
前記目標の作動特性での吸気バルブの総開口面積を、前記バルブオーバーラップに応じて補正すると共に、機関回転速度に応じて補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項５】
前記補正された総開口面積を体積流量比に換算し、該体積流量比で目標吸入空気量相当の体積流量比を除算することで、前記スロットルバルブにおける要求体積流量比を求め、該要求体積流量比を前記スロットルバルブの目標開度に変換することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項６】
前記可変バルブ機構が吸気バルブのバルブリフト量を可変にする機構であり、前記補正された総開口面積を、前記バルブリフト量に応じた流量損失係数で補正した後、体積流量比に換算することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項７】
前記可変バルブ機構が、前記吸気バルブのバルブリフト量を可変にする機構と、バルブタイミングを可変にする機構とから構成され、目標吸入空気量に基づいて、目標バルブリフト量及び目標バルブタイミングを作動特性の目標としてそれぞれに設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項８】
前記バルブリフト量を可変する機構が、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、前記駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで前記吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、前記制御軸を回動するアクチュエータとからなり、前記アクチュエータにより前記制御軸を回動制御することにより吸気バルブのバルブリフト量を連続的に変化させる構成であって、前記バルブタイミングを可変にする機構が、クランク軸に対する前記駆動軸の回転位相を連続的に変化させる構成であることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気バルブの作動特性及びスロットルバルブの開度によって目標吸入空気量に制御する構成の内燃機関の吸入空気量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アクセル開度及び機関回転速度から目標トルクを設定し、前記目標トルクに相当する目標吸入空気量が得られるように、吸気バルブの作動特性及び／又はスロットルバルブの開度を変化させる構成の機関が知られている（特開平６−２７２５８０号公報等参照）。
【０００３】
吸気バルブの作動特性とスロットルバルブ開度との協調制御によって目標吸入空気量に制御する場合、吸気バルブの作動特性に応じて得られる吸入空気量の誤差分（過剰分）を、スロットルバルブの絞りで補正するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、目標吸入空気量を得るべく吸気バルブの作動特性を変化させるときに、バルブオーバーラップ（吸排気バルブが共に開いている期間）が同時に変化する構成であると、該オーバーラップ期間が無効開口期間となって実際の吸入空気量に影響を与えることになるため、前記オーバーラップの影響を考慮していない従来制御では、吸気バルブによる吸入空気量制御の誤差分を、スロットルバルブの絞り制御によって精度良く補正することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、目標吸入空気量を得るべく吸気バルブの作動特性を変化させる構成の吸入空気量制御装置において、バルブオーバーラップの変化に対応して、吸気バルブによる空気量制御の誤差分をスロットル制御で精度良く補正することができるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、目標吸入空気量に基づいて吸気バルブの作動特性の目標を設定し、該目標に応じて可変バルブ機構を制御する一方、目標の作動特性での吸気バルブの総開口面積を求めると共に、該総開口面積をバルブオーバーラップに応じた補正値で補正し、該補正された総開口面積及び目標吸入吸気量に基づいてスロットルバルブの目標開度を設定し、該目標開度に基づいて電制スロットルバルブを制御する構成とした。
【０００８】
上記構成によると、目標の作動特性から求められる吸気バルブの総開口面積（開口面積の積算値）のうち、バルブオーバーラップ期間における開口面積は、新気の吸入が行われない無効分となるため、総開口面積をバルブオーバーラップに応じた補正値で補正することで、新気の吸入が行われる総開口面積（有効開口面積）に補正し、吸気バルブで実際に制御される吸入空気量を示す総開口面積と目標吸入空気量とを比較することで、スロットルバルブの目標開度を設定する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、少なくとも吸気バルブの開時期とバルブリフト量とを可変に制御する構成において、バルブオーバーラップに基づき設定される基本補正値をバルブリフト量に応じて補正して、前記バルブオーバーラップに応じた補正値を設定する構成とした。上記構成によると、バルブオーバーラップ期間が同一であっても、バルブリフト量が異なると、バルブオーバーラップ期間における開口面積の総和(積算)が異なるので、総開口面積を補正するための補正値を、バルブオーバーラップ及びバルブリフト量に応じて設定する。
【００１０】
請求項３記載の発明では、バルブオーバーラップが所定以下であるときに、請求項２のバルブリフト量に応じた補正をキャンセルする構成とした。上記構成によると、バルブオーバーラップが所定以下であって、吸気バルブの開き始めの短い期間がバルブオーバーラップ期間であるときには、バルブリフト量の違いが開口面積に大きく影響しないので、バルブリフト量に応じた補正は行わず、バルブオーバーラップ期間のみから補正値を決定する。
【００１１】
請求項４記載の発明では、目標の作動特性での吸気バルブの総開口面積を、バルブオーバーラップに応じて補正すると共に、機関回転速度に応じて補正する構成とした。上記構成によると、例えばバルブリフト量を可変にする可変バルブ機構において、バルブリフト量が機関回転速度による慣性力の影響で変化する場合に、該慣性力によるバルブリフト量の変化に応じて吸気バルブの総開口面積が求められることになる。
【００１２】
請求項５記載の発明では、前記補正された総開口面積を体積流量比に換算し、該体積流量比で目標吸入空気量相当の体積流量比を除算することで、スロットルバルブにおける要求体積流量比を求め、該要求体積流量比をスロットルバルブの目標開度に変換する構成とした。上記構成によると、吸気バルブで得られる体積流量比と目標の体積流量比とから、スロットルバルブにおける要求体積流量比を求め、該要求体積流量比が得られる開度をスロットルバルブの目標開度とする。
【００１３】
請求項６記載の発明では、可変バルブ機構が吸気バルブのバルブリフト量を可変にする構成において、バルブオーバーラップに応じて補正した総開口面積を、バルブリフト量に応じた流量損失係数で補正した後、体積流量比に換算する構成とした。上記構成によると、吸気バルブの総開口面積が同じであっても、バルブリフト量が吸気の流れに影響するので、総開口面積をバルブリフト量に応じた流量損失係数で補正した後、体積流量比に換算する。
【００１４】
請求項７記載の発明では、可変バルブ機構が、吸気バルブのバルブリフト量を可変にする機構と、バルブタイミングを可変にする機構とから構成され、目標吸入空気量に基づいて、目標バルブリフト量及び目標バルブタイミングを作動特性の目標としてそれぞれに設定する構成とした。上記構成によると、吸気バルブのバルブリフト量とバルブタイミングとによって、目標吸入空気量になるように、バルブリフト量の目標とバルブタイミングの目標とがそれぞれに設定される。
【００１５】
請求項８記載の発明では、バルブリフト量を可変する機構が、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、前記駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで前記吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、前記制御軸を回動するアクチュエータとからなり、前記アクチュエータにより前記制御軸を回動制御することにより吸気バルブのバルブリフト量を連続的に変化させる構成であって、前記バルブタイミングを可変にする機構が、クランク軸に対する前記駆動軸の回転位相を連続的に変化させる構成とした。
【００１６】
上記構成によると、目標吸入空気量に応じたバルブリフト量になるように、制御軸の作動角が制御され、また、目標吸入空気量に応じたバルブタイミングになるように、クランク軸に対する駆動軸（カム軸）の回転位相が制御される。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、目標吸入空気量に応じた吸気バルブの総開口面積をバルブオーバーラップによる無効開口面積で補正して、吸気バルブの作動特性によって実際に得られる吸入空気量を推定するから、吸気バルブ制御による誤差分をスロットルバルブの開度によって精度良く補正して、目標吸入空気量に精度良く制御することができるという効果がある。
【００１９】
請求項２記載の発明によると、バルブオーバーラップ期間と共に、バルブリフト量による無効開口面積の違いに対応して、吸気バルブの総開口面積を精度良く補正できるという効果がある。請求項３記載の発明によると、バルブオーバーラップ期間が短く、バルブリフト量の違いがバルブオーバーラップ期間における開口面積に大きく影響しない状態で、誤った補正が施されることを回避できるという効果がある。
【００２０】
請求項４記載の発明によると、例えばバルブリフト量が目標吸入空気量に応じて可変に制御される構成において、機関回転速度（慣性力）によってバルブリフト量が変化することがあっても、吸気バルブで制御される吸入空気量を精度良く推定することができるという効果がある。請求項５記載の発明によると、吸気バルブによる制御吸入空気量の誤差分を補正するためのスロットルバルブの開度を精度良く設定させることができるという効果がある。
【００２１】
請求項６記載の発明によると、バルブリフト量が目標吸入空気量に応じて可変に制御される構成において、バルブリフト量による流量損失を考慮して、吸気バルブで制御される吸入空気量を精度良く推定できるという効果がある。請求項７記載の発明によると、吸気バルブのバルブリフト量及びバルブタイミングを制御することで、機関の吸入空気量を広範囲に制御することができるという効果がある。
【００２２】
請求項８記載の発明によると、アクチュエータによって制御軸を回動制御することで、吸気バルブのバルブリフト量を連続的に変化させる機構、及び、クランク軸に対する駆動軸（カム軸）の回転位相を変化させることで、吸気バルブのバルブタイミングを連続的に変化させる機構を用いて、機関の吸入空気量を広範囲に制御することができるという効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関の構成図であり、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００２４】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保って開閉駆動されるが、吸気バルブ１０５は、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２によってバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変えられると共に、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３によってバルブタイミングが連続的に変えられるようになっている。
【００２５】
尚、吸気バルブ１０５と共に、排気バルブ１０７のバルブ作動特性を変化させる可変機構が設けられる構成であっても良い。
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１１４は、スロットルバルブ１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の作動特性によってアクセル開度に対応する目標吸入空気量が得られるように、アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６で検出されるアクセルペダルの開度ＡＰＯ等に応じて前記電子制御スロットル１０４，可変バルブ機構ＶＥＬ１１２及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を制御する。
【００２６】
前記コントロールユニット１１４には、前記アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６の他、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランク軸１２０から回転信号を取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８，機関１０１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１９等からの検出信号が入力される。
【００２７】
尚、前記クランク角センサ１１７から出力される回転信号に基づいてコントロールユニット１１４において機関回転速度Ｎｅが算出される。
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、前記コントロールユニット１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
【００２８】
図２〜図４は、前記可変バルブ機構ＶＥＬ１１２の構造を詳細に示すものである。
但し、吸気バルブ１０５のバルブリフト量を変化させるための可変バルブ機構ＶＥＬ１１２を、図２〜図４に示す構成のものに限定するものではない。
図２〜図４に示す可変バルブ機構ＶＥＬは、一対の吸気バルブ１０５，１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３（駆動軸）と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５，１５（駆動カム）と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８，１８と、各吸気バルブ１０５，１０５の上端部にバルブリフター１９，１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０，２０とを備えている。
【００２９】
前記偏心カム１５，１５とロッカアーム１８，１８とは、リンクアーム２５，２５によって連係され、ロッカアーム１８，１８と揺動カム２０，２０とは、リンク部材２６，２６によって連係されている。
上記ロッカアーム１８，１８，リンクアーム２５，２５，リンク部材２６，２６が伝達機構を構成する。
【００３０】
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体１５ａの外周面１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００３１】
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自在に支持されている。
また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００３２】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２０は、図２及び図６，図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００３３】
また、揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。
即ち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００３４】
また、前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。
【００３５】
更に、前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ，２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ，２３ａに圧入した各ピン２８，２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ，２６ｄが貫通形成されている。
尚、各ピン２１，２８，２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０，３１，３２が設けられている。
【００３６】
上記構成において、制御軸１６の軸心Ｐ２と制御カム１７の軸心Ｐ１との位置関係によって、図６，７に示すように、バルブリフト量が変化することになり、前記制御軸１６を回転駆動させることで、制御カム１７の軸心Ｐ１に対する制御軸１６の軸心Ｐ２の位置を変化させる。
前記制御軸１６は、図１０に示すような構成により、ＤＣサーボモータ（アクチュエータ）１２１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ１２１で変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。
【００３７】
図１０において、ＤＣサーボモータ１２１は、その回転軸が制御軸１６と平行になるように配置され、回転軸の先端には、かさ歯車１２２が軸支されている。一方、前記制御軸１６の先端に一対のステー１２３ａ，１２３ｂが固定され、一対のステー１２３ａ，１２３ｂの先端部を連結する制御軸１６と平行な軸周りに、ナット１２４が揺動可能に支持される。
【００３８】
前記ナット１２４に噛み合わされるネジ棒１２５の先端には、前記かさ歯車１２２に噛み合わされるかさ歯車１２６が軸支されており、ＤＣサーボモータ１２１の回転によってネジ棒１２５が回転し、該ネジ棒１２５に噛み合うナット１２４の位置が、ネジ棒１２５の軸方向に変位することで、制御軸１６が回転されるようになっている。
【００３９】
ここで、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６に近づける方向が、バルブリフト量が小さくなる方向で、逆に、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６から遠ざける方向が、バルブリフト量が大きくなる方向となっている。
前記制御軸１６の先端には、図１０に示すように、制御軸１６の作動角を検出するポテンショメータ式の作動角センサ１２７が設けられており、該作動角センサ１２７で検出される実際の作動角が目標作動角に一致するように、前記コントロールユニット１１４が前記ＤＣサーボモータ１２１をフィードバック制御する。
【００４０】
次に、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の構成を、図１１に基づいて説明する。
但し、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を、図１１に示したものに限定するものではなく、クランク軸に対するカム軸の回転位相を連続的に変化させる構成のものであれば良い。
【００４１】
本実施形態における可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、ベーン式の可変バルブタイミング機構であり、クランク軸１２０によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、吸気側カム軸１３の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。
【００４２】
前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー，リアカバー（図示省略）とから構成される。
【００４３】
前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。
前記回転部材５３は、吸気側カム軸１４の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。
【００４４】
前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成する。
前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の最大遅角側の回動位置（基準作動状態）において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
【００４５】
前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。
【００４６】
前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送するエンジン駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４ａ，９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。
前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。
【００４７】
前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４ａ，９４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっている。
前記コントロールユニット１１４は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
【００４８】
例えば、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出される。
【００４９】
従って、遅角側油圧室８３の内圧が高、進角側油圧室８２の内圧が低となって、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が遅くなる。
一方、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。
【００５０】
このため、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が早くなる。
次に、前記コントロールユニット１１４による前記電子制御スロットル１０４，可変バルブ機構ＶＥＬ１１２及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の制御を、図１２〜図１５のブロック図に従って説明する。
【００５１】
目標体積流量比演算部３０１では、以下のようにして内燃機関１０１の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（目標吸入空気量）を演算する。
まず、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに対応する要求空気量Ｑ０を算出する一方、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣ（アイドル時要求空気量）を算出する。
【００５２】
そして、前記要求空気量Ｑ０とＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣと合計を、全要求空気量Ｑとして求め（Ｑ＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）、これを、機関回転速度Ｎｅ及び有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で除算することで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（ＴＱＨ０ＳＴ＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を演算する。
ＶＥＬ目標角度演算部３０２では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２における制御軸１６の目標作動角ＴＧＶＥＬ（目標リフト量）を演算する。
【００５３】
前記可変バルブ機構ＶＥＬ１１２は、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいて制御される。
ここで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、機関回転速度Ｎｅが高いほど、リフト量がより大きくなる目標作動角に設定される。
但し、リフト量の最小限界により、低負荷・低回転側では、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに対応する要求値よりも大きなリフト量が設定されるようになっており、この過剰分は、後述するようにスロットルバルブ１０３ｂの絞り制御によって補正される。
【００５４】
尚、本実施形態では、制御軸１６の作動角が大きくなるほど、吸気バルブ１０５のリフト量が大きくなるものとする。
また、ＶＴＣ目標角度演算部３０３では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３における目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）を演算する。
【００５５】
前記可変バルブタイミング機構ＶＥＬ１１３は、前記目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）に基づいて制御される。
ここで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、機関回転速度Ｎｅが高いほど、目標バルブタイミングが遅角されるようになっている。
前記目標作動角ＴＧＶＥＬは、バルブ総開口面積演算部３０４に入力され、ここで、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいて可変バルブ機構ＶＥＬ１１２を制御したときの吸気バルブ１０５の総開口面積に変換される。
【００５６】
前記総開口面積は、吸気バルブ１０５の開期間におけるバルブ開口面積の積分値である。
一方、ＶＴＣ最遅角時ＩＶＯ演算部３０５では、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいて、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいて可変バルブ機構ＶＥＬ１１２を制御し、かつ、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３によりバルブタイミングを最遅角側に制御したと仮定した場合の吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯを演算する。
【００５７】
前記ＶＴＣ最遅角時ＩＶＯ演算部３０５で演算された開時期ＩＶＯには、加算器３０６で目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）が加算され、これにより、目標作動角ＴＧＶＥＬ及び目標位相角ＴＧＶＴＣに基づき吸気バルブ１０５の作動特性が制御されたときの開時期ＴＧＩＶＯが求められる。
前記開時期ＴＧＩＶＯは、Ｏ／Ｌ時基本面積演算部３０７に入力される。
【００５８】
前記Ｏ／Ｌ時基本面積演算部３０７では、排気バルブ１０７の閉時期が固定であることから、前記開時期ＴＧＩＶＯに基づき、吸気バルブ１０５と排気バルブ１０７とのバルブオーバーラップ期間における吸気バルブ１０５の開口面積積分値の基本値を求める。
尚、前記基本値は、バルブリフト量が最も小さい場合に適合して求められるようにしてある。
【００５９】
また、Ｏ／Ｌ時面積ＶＥＬ補正演算部３０８では、リフト量の違いによる開口面積の違いに対応するための補正係数を、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいて設定する。
本実施形態では、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯが変化すると共に、バルブリフト量が変化し、バルブオーバーラップ期間が同じであっても、その間における開口面積が高リフト時ほど大きくなるので（図１６参照）、前記補正係数（≧1.0）は、作動角（リフト量）が大きくなるほど、より大きな値に設定される。
【００６０】
前記Ｏ／Ｌ時面積ＶＥＬ補正演算部３０８で演算された補正係数は切り換え出力部３０９に入力され、該切り換え出力部３０９では、前記開時期ＴＧＩＶＯ（上死点ＴＤＣから開時期ＩＶＯまでの進角値）が所定角度（例えば２０deg）を超えているか否かによって、Ｏ／Ｌ時面積ＶＥＬ補正演算部３０８で演算された補正係数と該補正係数の基準値である1.0とのいずれか一方を選択的に出力する。
【００６１】
前述のように、バルブオーバーラップ期間が同じであっても、リフト量によってバルブオーバーラップ期間における吸気バルブ１０５の開口面積が変化するが、バルブオーバーラップ期間が短い場合には、リフト量の違いによって開口面積に大きな違いが発生しない（図１６参照）。
そこで、前記切り換え出力部３０９では、開時期ＴＧＩＶＯが所定角度以下であってバルブオーバーラップ期間が所定角度以下であるときには、前記補正係数として基準値である1.0を出力するが、開時期ＴＧＩＶＯが所定角度を超えバルブオーバーラップ期間が所定角度よりも大きいときには、Ｏ／Ｌ時面積ＶＥＬ補正演算部３０８で演算された補正係数を出力する。
【００６２】
前記切り換え出力部３０９から出力される補正係数は、乗算器３１０において、前記Ｏ／Ｌ時基本面積演算部３０７で演算されたバルブオーバーラップ期間における吸気バルブ１０５の開口面積積分値の基本値に乗算される。
そして、前記乗算器３１０における乗算演算結果であるバルブオーバーラップ期間における開口面積積分値は、減算器３１１において前記バルブ総開口面積演算部３０４で演算された総開口面積から減算され、バルブオーバーラップ期間を除く吸気バルブ１０５の開期間における開口面積の積分値が求められる。
【００６３】
前記減算器３１１における演算結果は乗算器３１２に出力され、該乗算器３１２では、減算器３１１における演算結果に、ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３で演算された補正係数が乗算され、有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０として出力される。
前記ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３は、機関回転速度Ｎｅが高いときほどより大きな補正係数（≧1.0）を設定する。
【００６４】
本実施形態における可変バルブ機構ＶＥＬ１１２では、機関回転速度Ｎｅが高くなるほど、慣性力によってバルブリフト量が目標よりも大きくなってしまう傾向があり、これによって目標作動角ＴＧＶＥＬ及び目標位相角ＴＧＶＴＣに基づき演算される開口面積と実際の開口面積との間に誤差が生じることになってしまう。
【００６５】
そこで、前記ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３では、機関回転速度Ｎｅが高いときほどバルブリフト量が目標よりも大きくなってしまう傾向に対応して、吸気バルブ１０５の開口面積を増大補正すべく補正係数を設定する。
流量損失補正係数演算部３１４では、前記目標作動角ＴＧＶＥＬ（目標バルブリフト量）に基づいて流量損失係数ＣＤを演算する。
【００６６】
そして、乗算器３１５では、前記有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０に流量損失係数ＣＤを乗算して、バルブリフト量による流量損失の違いに対応した補正を施す。
前記流量損失係数ＣＤによる補正が施された有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０は、除算器３１６，３１７において、有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃及び機関回転速度Ｎｅで除算されることで状態量ＡＡＮＶに変換され、更に、該状態量ＡＡＮＶが、変換部３１８において吸気バルブ１０５の体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに変換される。
【００６７】
尚、前記吸気バルブ１０５の体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、スロットルバルブ１０３ｂの全開状態を前提とする値である。
除算器３１９では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを前記体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬで除算することで、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを得るためにスロットルバルブ１０３ｂに求められる体積流量比ＱＨ０を算出する。
【００６８】
前記スロットルバルブ１０３ｂに求められる体積流量比ＱＨ０は、変換部３２０で状態量ＡＡＮＶに変換され、更に、乗算器３２１，３２２で有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃及び機関回転速度Ｎｅが乗算されることで、スロットルバルブ１０３ｂに求められる開口面積ＡＡに変換される。
そして、前記開口面積ＡＡは、変換部３２３でスロットルバルブ１０３ｂの角度（開度）に変換され、該角度が目標角度ＴＧＴＶＯとして出力され、前記電子制御スロットル１０４が前記目標開度ＴＧＴＶＯに基づいて制御される。
【００６９】
上記のように、吸気バルブ１０５のリフト量及びバルブタイミングで得られる体積流量比を、バルブオーバーラップ期間を考慮して推定し、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに対する過剰分をスロットルバルブ１０３ｂの絞り制御によって補正するので、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに精度良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態における可変バルブ機構を示す断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記可変バルブ機構の側面図。
【図４】上記可変バルブ機構の平面図。
【図５】上記可変バルブ機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記可変バルブ機構の低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記可変バルブ機構の高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記可変バルブ機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図９】上記可変バルブ機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】上記可変バルブ機構における制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】実施の形態における可変バルブタイミング機構を示す縦断面図。
【図１２】実施の形態における吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１３】実施の形態における吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１４】実施の形態における吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１５】実施の形態における吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１６】実施の形態における吸気バルブのリフト特性を示す線図。
【符号の説明】
１３…カム軸
１５…偏心カム
１６…制御軸
１７…制御カム
１８…ロッカアーム
２０…揺動カム
２５…リンクアーム
１０１…内燃機関
１０４…電子制御スロットル
１０５…吸気バルブ
１１２…可変バルブ機構ＶＥＬ
１１３…可変バルブタイミング機構ＶＴＣ
１１４…コントロールユニット
１１５…エアフローメータ
１１６…アクセルペダルセンサ
１１７…クランク角センサ
１１８…スロットルセンサ
１１９…水温センサ
１２０…クランク軸
１２１…ＤＣサーボモータ（アクチュエータ）
１２７…作動角センサ
【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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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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