(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吸気側可変バルブ機構と、排気バルブの作動特性を可変にする排気側可変バルブ機構とを相互に独立に備えてなり、前記排気側可変バルブ機構が、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を可変にする機構と共に、前記排気バルブの開期間の中心位相を可変にする機構を含んで構成される内燃機関の可変バルブ制御装置において、
前記吸気側可変バルブ機構によって可変とされる前記吸気バルブの開時期に基づいて、前記排気バルブの閉時期の遅角限界値を演算し、該遅角限界値とそのときの前記排気バルブの開期間の中心位相とから、前記排気バルブの閉時期が前記遅角限界値となる遅角限界バルブリフト量を演算し、前記排気バルブのバルブリフト量を前記遅角限界バルブリフト量以下に制限することを特徴とする内燃機関の可変バルブ制御装置。
【請求項２】
前記遅角限界バルブリフト量が所定の最小バルブリフト量よりも小さい値に算出されたときに、前記排気バルブの開期間の中心位相を進角制御することで、前記遅角限界バルブリフト量が前記最小バルブリフト量以上に変更されるようにし、前記排気バルブのバルブリフト量を、前記最小バルブリフト量以上とされた前記遅角限界バルブリフト量以下で、かつ、前記所定の最小バルブリフト量以上に制限することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
【請求項３】
前記所定の最小バルブリフト量が、機関回転速度に応じて設定されることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
【請求項４】
前記所定の最小バルブリフト量が、機関の目標吸入空気量に応じて設定されることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
【請求項５】
機関の目標吸入空気量に応じて吸気バルブの目標作動特性を設定し、該目標作動特性に基づいて前記吸気側可変バルブ機構を制御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可変バルブ制御装置。
【請求項６】
前記吸気側可変バルブ機構及び排気側可変バルブ機構が、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、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を連続的に変化させる機構を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
【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を可変にする吸気側可変バルブ機構と、排気バルブの作動特性を可変にする排気側可変バルブ機構とを相互に独立に備えてなる内燃機関の可変バルブ制御装置に関する。
【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号公報参照）。
また、吸気バルブ・排気バルブのバルブリフト量を、バルブ作動角の変化を伴って連続的に可変にする構成の可変バルブ機構が知られている（特開２００１−０１２２６２号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、目標吸入空気量が得られるように、可変バルブ機構によって吸気バルブの作動特性（バルブリフト量及び／又はバルブタイミング）を可変に制御する場合、吸気バルブの作動特性を広範囲に変化させる必要が生じ、これによって吸気バルブと排気バルブとの干渉が発生したり、バルブオーバーラップ量の変化によって燃焼性が悪化してしまう可能性があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気バルブの作動特性を要求に応じて変化させつつ、排気バルブの作動特性の制御によってバルブ干渉や燃焼性の悪化を回避することができる内燃機関の可変バルブ制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、吸気側可変バルブ機構と、排気側可変バルブ機構とを相互に独立に備えてなり、前記排気側可変バルブ機構が、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を可変にする機構と共に、前記排気バルブの開期間の中心位相を可変にする機構を含んで構成される内燃機関の可変バルブ制御装置において、前記吸気側可変バルブ機構によって可変とされる前記吸気バルブの開時期に基づいて、前記排気バルブの閉時期の遅角限界値を演算し、該遅角限界値とそのときの前記排気バルブの開期間の中心位相とから、前記排気バルブの閉時期が前記遅角限界値となる遅角限界バルブリフト量を演算し、前記排気バルブのバルブリフト量を前記遅角限界バルブリフト量以下に制限するようにした。
【０００６】
上記構成によると、遅角限界バルブリフト量は、そのときの中心位相で排気バルブの閉時期が遅角側限界値となるバルブリフト量であり、遅角限界バルブリフト量以下に制限すれば、排気バルブの閉時期が遅角側限界値よりも遅角側になることがない。
【０００９】
請求項２記載の発明では、前記遅角限界バルブリフト量が所定の最小バルブリフト量よりも小さい値に算出されたときに、前記排気バルブの開期間の中心位相を進角制御することで、前記遅角限界バルブリフト量が前記最小バルブリフト量以上に変更されるようにし、前記排気バルブのバルブリフト量を、前記最小バルブリフト量以上とされた前記遅角限界バルブリフト量以下で、かつ、前記所定の最小バルブリフト量以上に制限するようにした。
【００１０】
上記構成によると、排気バルブの開期間の中心位相を進角すれば、排気バルブの開期間の中心から吸気バルブの開時期までの角度が拡大され、排気バルブの閉時期を遅角限界値とする遅角限界バルブリフト量をより大きくでき、遅角限界バルブリフト量を所定の最小バルブリフト量以上にできる。
【００１１】
請求項３記載の発明では、前記所定の最小バルブリフト量を、機関回転速度に応じて設定する構成とした。上記構成によると、機関回転速度に応じて排気バルブの最小バルブリフト量が設定され、機関回転速度に応じた最小バルブリフト量以上になるように、排気バルブのバルブリフト量を制限する。
【００１２】
請求項４記載の発明では、前記所定の最小バルブリフト量を、機関の目標吸入空気量に応じて設定する構成とした。上記構成によると、機関の目標吸入空気量に見合った最小バルブリフト量以上になるように、排気バルブのバルブリフト量を制限する。請求項５記載の発明では、機関の目標吸入空気量に応じて吸気バルブの目標作動特性を設定し、該目標作動特性に基づいて吸気側可変バルブ機構を制御する構成とした。
【００１３】
上記構成によると、吸気バルブの作動特性が目標吸入空気量に応じて制御され、係る目標吸入空気量に応じた吸気バルブの開時期の変化に応じて、排気バルブのバルブリフト量に制限を加える。請求項６記載の発明では、吸気側可変バルブ機構及び排気側可変バルブ機構が、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、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を連続的に変化させる機構を含む構成とした。
【００１４】
上記構成によると、アクチュエータにより制御軸を回動制御することにより、バルブ作動角の変化を伴って吸排気バルブのバルブリフト量が連続的に変化し、吸気バルブ側のバルブリフト量の変化に伴って、排気バルブ側のバルブリフト量に制限が加えられる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、遅角限界バルブリフト量以下に排気バルブのバルブリフト量を制限することで、排気バルブの閉時期が遅角側限界値よりも遅角側になることがなく、これによってバルブオーバーラップ量が許容値内に制限され、バルブ干渉や燃焼性の悪化が回避される。
【００１７】
請求項２記載の発明によると、バルブオーバーラップ量を制限しつつ、常に最小バルブリフト量以上に制御することができるという効果がある。請求項３記載の発明によると、例えば高回転・低バルブリフトでの運転のような可変バルブ機構を破損させる惧れのある条件での運転を回避することができるという効果がある。
【００１８】
請求項４記載の発明によると、排気バルブのバルブリフト量を、機関の目標吸入空気量におけるガス交換に必要とされる最小バルブリフト量以上に制限できる。請求項５記載の発明によると、吸気バルブの作動特性によって機関の吸入空気量を目標に制御しつつ、バルブの干渉や燃焼性の悪化を回避することができるという効果がある。
【００１９】
請求項６記載の発明によると、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を連続的に変化させる可変バルブ機構によって、吸気バルブのバルブリフト量を要求量に制御しつつ、該吸気バルブのバルブリフトの変化に応じて、排気バルブのバルブリフトを変化させて、バルブの干渉や燃焼性の悪化を回避することができるという効果がある。
【００２０】
【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。
【００２１】
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。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ａ，１１２ｂ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ＶＴＣ１１３ａ，１１３ｂによってバルブ開期間の位相が連続的に変えられるようになっている。
【００２２】
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）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ＶＥＬ１１２ａ及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ａを制御する一方、吸気バルブ１０５の作動特性に応じて排気バルブ１０７の可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ｂ及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ｂを制御する。
【００２３】
前記エンジン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。
【００２４】
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エンジン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、前記エンジン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。
【００２５】
図２〜図４は、前記可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ａ，１１２ｂの構造を詳細に示すものである。
尚、吸気バルブ１０５側の可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ａと排気バルブ１０７側の可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ｂとは同一構造であるため、以下では、吸気バルブ１０５側の可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ａについて説明し、排気バルブ１０７側の可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ｂについての説明は省略する。
【００２６】
但し、吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７のバルブリフト量を変化させるための可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ａ，１１２ｂ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吸気側カム軸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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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）。
【００３５】
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。
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、前記エンジン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。
【００３８】
次に、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ａ，１１３ｂの構成を、図１１に基づいて説明する。
尚、吸気バルブ１０５側の可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ａと排気バルブ１０７側の可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ｂとは同一構造である。
但し、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ａ，１１３ｂ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。
【００３９】
本実施形態における可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ａ，１１３ｂ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、カム軸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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
前記エンジン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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、バルブ開期間がクランク軸の回転位相角に対して遅くなる。
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。
【００４８】
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、バルブ開期間がクランク軸の回転位相角に対して早くなる。
次に、前記エンジン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ＶＥＬ１１２ａ，１１２ｂ及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ａ，１１３ｂの制御を、図１２〜図１４のブロック図に従って説明する。
【００４９】
図１２に示すように、エンジンコントロールユニット１１４は、目標体積流量比演算部Ａ，吸気ＶＥＬ制御部Ｂ，スロットル制御部Ｃ及び排気ＶＥＬ制御部Ｄを含んで構成される。
前記目標体積流量比演算部Ａ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。
【００５０】
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。
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。
【００５１】
前記吸気ＶＥＬ制御部Ｂでは、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを、吸入負圧に応じて補正し、該補正後の目標体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬと、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３によって制御されるバルブタイミングによる補正値とから、吸気側の可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ａにおける制御軸１６の目標作動角ＴＧＶＥＬ（吸気側目標バルブリフト量）を演算する。
【００５２】
そして、前記吸気側目標作動角ＴＧＶＥＬ（吸気側目標バルブリフト量）に実際の作動角が一致するように、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ａにおけるＤＣサーボモータ１２１をフィードバック制御する。
前記スロットル制御部Ｃでは、一定の吸入負圧に制御するためにスロットルバルブ１０３ｂに要求される体積流量比が演算される。
【００５３】
また、前記吸気側目標作動角ＴＧＶＥＬの演算において可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ａにおける制御可能な最小リフト量（最小作動角）の制約によって、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ相当よりも大きな吸気側目標作動角ＴＧＶＥＬ（吸気側目標バルブリフト量）が設定されたときに、スロットルバルブ１０３ｂの絞りによって前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを得るための体積流量比が演算される。
【００５４】
ここで、一定の吸入負圧に制御するための体積流量比と、吸気バルブ１０５で制御される体積流量比の過剰分を補うための体積流量比との小さい方を選択し、該選択された体積流量比を、スロットルバルブ１０３ｂの目標角度ＴＧＴＶＯに変換する。
そして、前記目標角度ＴＧＴＶＯにスロットルバルブ１０３の角度(開度)が一致するように、前記スロットルモータ１０３ａをフィードバック制御する。
【００５５】
図１３のブロック図は、前記吸気ＶＥＬ制御部Ｂの詳細を示すものであり、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴは、吸入負圧（バルブ上流圧）に応じた補正値ＫＭＮＩＱＨ０で補正され、該補正後の目標体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬ０と、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２によるバルブリフト量制御で制御可能な最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴとの大きい方を選択して、目標体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬとして出力する。
【００５６】
ここで、最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴが選択されたときには、前記スロットル制御部Ｃにおいて、目標体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬを得るためのスロットルバルブ１０３ｂの絞り量が設定され、吸気バルブ１０５のバルブリフト量の制御とスロットルバルブ１０３ｂの絞り量制御との協調制御によって目標体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに制御されることになる。
【００５７】
前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、状態量ＶＡＡＣＤＮＶに変換され、該状態量ＶＡＡＣＤＮＶに、機関回転速度Ｎｅ及び排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃を乗算することで、吸気バルブ１０５に求められる総開口面積ＴＶＬＡＡＣＤに変換される。
前記総開口面積ＴＶＥＬＡＡＣＤは、バルブリフト量ＶＥＬＣＯＭ及びバルブタイミングに応じた流量損失係数Ｃｄ，ＫＡＶＴＣにより補正されて、要求開口面積ＴＶＥＬＡＡとして出力され、該要求開口面積ＴＶＥＬＡＡが目標作動角ＴＧＶＥＬに変換される。
【００５８】
前記目標作動角ＴＧＶＥＬは、図１４に示すように、更に、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ａによるバルブタイミングＶＴＣＮＯＷに応じた制限を加えられ、該制限を加えられた最終的な目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいて、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ａにおけるＤＣサーボモータ１２１がフィードバック制御される。
【００５９】
また、制御結果としての実際の作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬと、バルブタイミングＶＴＣＮＯＷとから、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯＲＥＡＬが演算され、該開時期ＩＶＯＲＥＡＬが前記排気ＶＥＬ制御部Ｄに出力されるようになっている。
尚、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ａ，１１３ｂは、機関負荷（目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ）及び機関回転速度に応じて制御される。
【００６０】
図１４のブロック図は、前記排気ＶＥＬ制御部Ｄの詳細を示すものであり、該排気ＶＥＬ制御部Ｄによって排気側の可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ｂ及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３ｂが制御される。
図１４のブロック図において、ＬＯＷ側リミッタ設定部では、機関回転速度Ｎｅに応じて第１最小バルブリフト量ＴＧＥＶＬＬＬ０を設定すると共に、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに基づいて第２最小バルブリフト量ＴＧＥＶＬＬＬ１を設定し、前記第１最小バルブリフト量ＴＧＥＶＬＬＬ０と第２最小バルブリフト量ＴＧＥＶＬＬＬ１との大きい方を、排気バルブ１０７の最小バルブリフト量（最小作動角）ＴＧＥＶＬＬＬとして出力する。
【００６１】
前記第１最小バルブリフト量ＴＧＥＶＬＬＬ０は、機関回転速度Ｎｅが高いときほど大きな値として設定される。
本実施形態における可変バルブ機構ＶＥＬ１１２は、バルブリフト量が低いときほど許容される回転速度が低く、バルブリフト量が低い状態で高回転運転されると機構の故障が生じる惧れがあるので、前記第１最小バルブリフト量ＴＧＥＶＬＬＬ０によって、機関回転速度Ｎｅに対して耐性を有する最小バルブリフト量以上に制限する。
【００６２】
また、前記第２最小バルブリフト量ＴＧＥＶＬＬＬ１は、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴにおけるガス交換に必要とされる最小バルブリフト量である。
一方、Ｈｉｇｈ側リミッタ設定部では、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯに基づいて、排気バルブ１０７の最大バルブリフト量（最大作動角）を設定する。
具体的には、まず、前記吸気ＶＥＬ制御部Ｂから出力される吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯＲＥＡＬに基づいて、排気バルブ１０７のバルブタイミングが最遅角側に制御されている場合における排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣの遅角側限界値ＥＶＣＬＩＭ０（図１５参照）を演算する。
【００６３】
そして、そのときの排気バルブ１０７におけるバルブタイミングの進角量ＥＶＴＣＮＯＷと、前記遅角側限界値ＥＶＣＬＩＭ０とから、排気バルブ１０７の最大バルブリフト量（最大作動角）ＴＧＥＶＥＬＬＨを設定する。ここで、最大バルブリフト量（最大作動角）ＴＧＥＶＥＬＬＨは、そのときのバルブタイミングで排気バルブ１０７の閉時期ＥＶＣが遅角側限界値ＥＶＣＬＩＭ０となる遅角限界バルブリフト量であり、バルブタイミングが進角されているときほど大きな値となる（図１５参照）。
【００６４】
前記最大バルブリフト量（最大作動角）ＴＧＥＶＥＬＬＨ以下に実際の閉時期ＥＶＣを制限すれば、閉時期ＥＶＣが遅角側限界値ＥＶＣＬＩＭ０よりも遅角側になることがなく、これによってバルブオーバーラップ量が許容値内に制限され、バルブ干渉や燃焼性の悪化が回避される。
排気ＶＥＬリミッタ制御部には、前記要求開口面積ＴＶＥＬＡＡを変換して得られる排気バルブ１０７の目標作動角ＴＧＥＶＥＬ０、前記最小バルブリフト量（最小作動角）ＴＧＥＶＬＬＬ、及び、前記最大バルブリフト量（最大作動角）ＴＧＥＶＥＬＬＨが入力される。
【００６５】
排気ＶＥＬリミッタ制御部は、前記目標作動角ＴＧＥＶＥＬ０が前記最小バルブリフト量（最小作動角）ＴＧＥＶＬＬＬを下回る場合には、最小バルブリフト量（最小作動角）ＴＧＥＶＬＬＬを目標作動角ＴＧＥＶＥＬとして出力し、前記目標作動角ＴＧＥＶＥＬ０が前記最大バルブリフト量（最大作動角）ＴＧＥＶＥＬＬＨを上回る場合には、最大バルブリフト量（最大作動角）ＴＧＥＶＥＬＬＨを目標作動角ＴＧＥＶＥＬとして出力し、更に、目標作動角ＴＧＥＶＥＬ０が最小バルブリフト量（最小作動角）ＴＧＥＶＬＬＬよりも大きくかつ最大バルブリフト量（最大作動角）ＴＧＥＶＥＬＬＨよりも小さいときには、目標作動角ＴＧＥＶＥＬ０をそのまま目標作動角ＴＧＥＶＥＬとして出力する。
【００６６】
そして、前記目標作動角ＴＧＥＶＥＬに基づいて、排気側可変バルブ機構ＶＥＬ１１２ｂにおけるＤＣサーボモータ１２１がフィードバック制御される。
ここで、ＴＧＥＶＬＬＬ＞ＴＧＥＶＥＬＬＨであった場合には、目標作動角ＴＧＥＶＥＬを最小バルブリフト量（最小作動角）ＴＧＥＶＬＬＬによって制限すると、バルブオーバーラップ量が過剰となってバルブ干渉や燃焼性の悪化を招くことになり、また、目標作動角ＴＧＥＶＥＬを最大バルブリフト量（最大作動角）ＴＧＥＶＥＬＬＨによって制限すると、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに見合う排気バルブ１０７の開口面積が得られず、また、可変バルブ機構１１２ｂの故障を招く可能性が生じる。
【００６７】
そこで、ＴＧＥＶＬＬＬ＞ＴＧＥＶＥＬＬＨであった場合には、排気側可変バルブタイミング機構１１３ｂによる排気バルブ１０７のバルブタイミングを強制的に進角補正することで、ＴＧＥＶＬＬＬ＝ＴＧＥＶＥＬＬＨ（又はＴＧＥＶＬＬＬ＜ＴＧＥＶＥＬＬＨ）となるようにする。
排気バルブ１０７のバルブタイミングを進角補正すると、排気バルブ１０７の開期間の中心位置が進角されることで、開期間の中心位置から遅角側限界値ＥＶＣＬＩＭ０までの角度が大きくなり、遅角側限界値ＥＶＣＬＩＭ０を閉時期ＥＶＣとする最大バルブリフト量（最大作動角）ＴＧＥＶＥＬＬＨがより大きな値に設定されることになる（図１５参照）。
【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全体構成を示すブロック図。
【図１３】実施の形態における吸気ＶＥＬ制御部の詳細を示すブロック図。
【図１４】実施の形態における排気ＶＥＬ制御部の詳細を示すブロック図。
【図１５】実施の形態における排気バルブのバルブタイミングと最大バルブリフト量との相関を示す線図。
【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
１０７…排気バルブ
１１２ａ，１１２ｂ…可変バルブ機構ＶＥＬ
１１３ａ，１１３ｂ…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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