JP2009281343A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作動角の可変に伴って作動角の中心位相が変化する作動角可変機構と、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする可変バルブタイミング機構とを備えた内燃機関において、目標の中心位相に精度良く制御できるようにする。
【解決手段】機関運転状態に基づいて目標作動角及び目標進角量を演算する一方、前記目標作動角に基づいて前記目標進角量を補正するための補正値を設定する。そして、前記目標進角量を前記補正値で補正した値に基づいて、前記可変バルブタイミング機構を制御させる。これにより、作動角の変化に伴って中心位相が変化することを加味して、可変バルブタイミング機構における位相の進遅角量が設定されることになり、作動角が異なっても、作動角の中心位相を目標に精度良く制御することができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、カムシャフトの回転に応じて開閉される機関バルブの作動角を可変とする作動角可変機構と、前記カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする可変バルブタイミング機構と、を備えた内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、吸気バルブの作動角を可変とする作動角可変機構として、吸気バルブの作動角の減少変化に伴ってバルブリフト量が減少変化すると共に、作動角の中心位相が進角変化する作動角可変機構が開示されている。
特開２００５−２９１０１４号公報

ところで、上記のように、作動角の可変に伴って作動角の中心位相が変化する作動角可変機構と、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする可変バルブタイミング機構とを組み合わせた場合、可変バルブタイミング機構による位相の進角・遅角量が同じでも、前記作動角の中心位相は、そのときの作動角によって異なることになってしまう。

従って、運転条件から要求される目標中心位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御しても、そのときの作動角によって実際の中心位相が目標からずれてしまうという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、作動角の可変に伴って作動角の中心位相が変化する作動角可変機構と、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする可変バルブタイミング機構とを備えた内燃機関において、目標の中心位相に精度良く制御できるようにすることを目的とする。

そのため、本発明では、作動角可変機構で可変とされる作動角に応じて可変バルブタイミング機構における位相の進遅角量を変更し、前記作動角の中心位相を目標に制御するようにした。

上記発明によると、作動角の変化に伴って中心位相が変化することを加味して、可変バルブタイミング機構における位相の進遅角量を設定するので、作動角が異なっても、作動角の中心位相を目標に精度良く制御することができるようになり、運転条件から要求されるバルブタイミングに制御して機関性能を高く維持できる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関のシステム構成図である。
図１において、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の開度を変化させる電子制御スロットル１０４が介装される。
燃焼室１０６内には、前記電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、空気が吸入される。

また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、燃料噴射弁１３１が設けられる。
前記燃料噴射弁１３１には、所定圧に調整された燃料が供給され、ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）１１４から送られる噴射パルス信号の噴射パルス幅に比例する量の燃料を噴射し、前記燃焼室１０６内に混合気を形成する。

そして、燃焼室１０６内の燃料は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
尚、燃料噴射弁１３１が燃焼室１０６内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関とすることができ、また、火花点火式内燃機関に代えて圧縮自己着火式内燃機関とすることができる。

燃焼室１０６内の燃焼排気は、排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒コンバータ１０８及びリア触媒コンバータ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、排気カムシャフト１１０に設けられたカム１１１によって一定の最大バルブリフト量，バルブ作動角及びバルブタイミングを保って開動作する。
一方、吸気バルブ１０５のリフト特性は、作動角可変機構（ＶＥＬ）１１２及び可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１３によって可変とされる
前記作動角可変機構１１２は、吸気バルブ１０５のバルブ作動角を最大バルブリフト量と共に連続的に可変とする機構であって、バルブ作動角を増大（減少）変化させると、これに伴って最大バルブリフト量も同時に増大（減少）変化する機構である。

また、可変バルブタイミング機構１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気カムシャフト１３の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角のクランクシャフト１２０に対する位相を連続的に進遅角変化させる機構である。
マイクロコンピュータを内蔵するＥＣＭ１１４は、予め記憶されたプログラムに従った演算処理によって、燃料噴射量（噴射パルス幅），点火時期，目標吸入空気量，目標吸気管負圧などを設定すると共に、これらに基づいて燃料噴射弁１３１，点火コイル用のパワートランジスタ（図示省略），電子制御スロットル１０４，作動角可変機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３などに制御信号を出力する。

前記ＥＣＭ１１４には、各種センサからの検出信号が入力される。
前記各種センサとしては、内燃機関１０１の吸入空気量を検出するエアフローセンサ１１５、車両の運転者が操作するアクセルペダル１３９の開度を検出するアクセル開度センサ１１６、クランクシャフト１２０に支持させたシグナルプレートに設けた被検出部を検出することで、単位クランク角毎に単位クランク角信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ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、エンジン１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、後述する吸気カムシャフト１３に支持されたシグナルプレートに設けた被検出部を検出することで、前記吸気カムシャフト１３の基準回転位置毎にカム信号を出力するカムセンサ１３２、前記作動角可変機構１１２を構成する制御軸３０の回転角度を検出する角度センサ１３３、大気圧を検出する大気圧センサ１３５、スロットルバルブ１０３ｂ下流の吸気管内圧を検出する吸気圧センサ１３６、前記フロント触媒コンバータ１０８の上流側に配置され、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ１３７などが設けられている。

前記単位クランク角信号ＰＯＳは、内燃機関１０１の気筒間における行程位相差（点火間隔）に相当するクランク角度（４気筒で１８０°ＣＡ）毎に、１個乃至２個程度の欠落を生じるように、シグナルプレート上の前記被検出部が設定されており、前記単位クランク角信号ＰＯＳの欠落位置を、単位クランク角信号ＰＯＳの出力周期に基づいて検出することで、前記行程位相差毎の基準クランク角位置ＲＥＦを検出することができるようになっている。

そして、前記カムセンサ１３２からのカム信号と、前記基準クランク角位置ＲＥＦとの位相差から、前記可変バルブタイミング機構１１３によるバルブタイミングの進角量が検出される。
また、内燃機関１０１の回転速度ＮＥは、基準クランク角位置ＲＥＦの検出間隔時間に基づいて算出される。

次に、図２〜図６に従って、前記作動角可変機構１１２を詳細に説明する。
前記作動角可変機構１１２は、シリンダヘッド１１に摺動自在に設けられた一対の吸気バルブ１０５，１０５と、シリンダヘッド１１上部に回転自在に支持された中空状の吸気カムシャフト１３と、該吸気カムシャフト１３に圧入等により固設された駆動カム１５と、前記駆動カム１５と同軸上に設けられて、バルブリフタ１６，１６を介して各吸気バルブ１０５，１０５を押圧開動させる一対の揺動カム１７，１７と、一端部１８ａが前記駆動カム１５にリンクアーム１９を介して連係し、他端部１８ｂがリンク部材２０を介して前記揺動カム１７，１７に連係したロッカアーム１８と、基端部２１ａが吸気カムシャフト１３に回転自在に支持され、先端部２１ｂがロッカアーム１８の揺動支点に連結されたサポートアーム２１と、該サポートアーム２１を所定角度範囲で傾動させる駆動手段２２とを備えている。

前記吸気カムシャフト１３は、一端部に設けられたカムスプロケット及び該カムスプロケットに巻装されたタイミングチェーンを介して、クランクシャフト１２０から回転力が伝達される。
前記駆動カム１５は、図４に示すように、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筒状部１５ｂとからなり、内部軸方向にシャフト挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘが吸気カムシャフト１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけオフセットしている。

また、前記駆動カム１５は、吸気カムシャフト１３に対し、シャフト挿通孔１５ｃを介して圧入固定されている。
また、前記リンクアーム１９は、基部１９ａと、該基部１９ａの外周面に突設された突出端１９ｂとを備え、基部１９ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔１９ｃが形成されている一方、突出端１９ｂには、ロッカアーム１８と連係するためのピン２３が回転自在に挿通されるピン孔１９ｄが貫通形成されている。

前記揺動カム１７，１７は、図３及び図４に示すように、円筒状の基部１７ａの両端それぞれに設けられ、前記基部１７ａには、吸気カムシャフト１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔１７ｂが貫通形成されている。
また、一方の揺動カム１７の端部２４に、ピン孔２４ａが貫通形成されている。
また、各揺動カム１７，１７の下面（カムフェース）には、基円面２５ａと、該基円面２５ａから端部２３側に円弧状に延びるカム面２５ｂとが形成されており、該基円面２５ａとカム面２５ｂとが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフタ１６の上面に当接する。

尚、揺動カム１７，１７は、基端円２５ａからカム面２５ｂの端縁までのリフト立ち上がり時における回動方向が吸気カムシャフト１３の回転方向と逆方向に設定されている。
前記軸受１４は、揺動カム１７，１７間の基部１７ａを支持するメインブラケット１４ａと、後述する制御軸３０を回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上方から共締め固定されている。

前記ロッカアーム１８は、図２に示すように、中央に有する基部１８ｃにサポートアーム２１の先端部２１ｂがピン２６を介して回転自在に連結していると共に、一端部１８ａが前記ピン２３を介してリンクアーム１９の突出端１９ｂに回転自在に連結されている一方、他端部１８ｂがピン２７を介してリンク部材２０の一端部２０ａに回転自在に連結されている。

前記リンク部材２０は、図２に示すように、その両端部２０ａ，２０ｂが、前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム１７の端部２４とに、ピン２７，２８を介して回転自在に連結している。
そして、図２に示すように、揺動カム１７の回転中心点から該揺動カム１７とリンク部材２０の連結中心点を結ぶ直線Ｚ１と、該連結中心点からリンク部材２０の軸心を通る直線Ｚ２とが所定の角度θで交差するように配置している。

前記サポートアーム２１は、図２及び図４に示すように、基端部２１ａが該基端部２１ａ内に形成されたシャフト挿通孔２１ｃを介して吸気カムシャフト１３の外周面に回転自在に支持されていると共に、先端部２１ｂが前述のようにピン２６を介してロッカアーム１８の基部１８ｃのピン孔１８ｄに揺動支点となるように連結されている。
また、このサポートアーム２１は、基端部２１ａが駆動カム１５と揺動カム１７との間に挾持された形で配置されている。

さらに、このサポートアーム２１は、駆動手段２２によって上下方向へ回動して吸気バルブ１０５，１０５の最大バルブリフト量を可変にするが、最大バルブリフト量の減少制御時における回動方向が吸気カムシャフト１３の回転方向（矢印）と同一方向の下方へ回動するように設定されている。
前記駆動手段２２は、前記軸受１４のメインブラケット１４ａとサブブラケット１４ｂとの間に軸受された制御軸３０と、該制御軸３０の外周に一体に固定された制御カム３１と、該制御カム３１とサポートアーム２１とを連係した制御リンク３２と、前記制御軸３０を回転駆動する図外のアクチュエータ（モータ等）とから構成されている。

前記各制御カム３１は、制御軸３０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３０の軸心Ｐからαだけずれている。
また、制御リンク３２は、一端部３２ａが、円形孔３２ｃを介して制御カム３１の外周面に回転自在に支持されていると共に、他端部３２ｂがピン３３を介してサポートアーム２１の長手方向の略中央位置に回転自在に連結されている。

前記制御軸３０は、最小バルブリフト量・最小バルブ作動角に相当する角度位置から、最大バルブリフト量・最大バルブ作動角に相当する角度位置までの角度範囲内で回転が許容されるように、ストッパによって回転範囲が制限されており、一端部に設けられた前記アクチュエータによって、前記回転範囲内で回転駆動され、前記アクチュエータは、前記ＥＣＭ１１４からの制御信号によって動作する。

以下では、上記構成の作動角可変機構１１２の作用を説明する。
まず、吸気バルブ１０５の最大バルブリフト量を小さくする場合には、図２に示すように、制御カム３１の軸心Ｐ１が制御軸３０の軸心Ｐ２から左下方に位置し、厚肉部３１ａが吸気カムシャフト１３方向へ接近するように、制御軸３０の角度位置を制御する。
このとき、サポートアーム２１は、図示のように基端部２１ａを中心として下方へ回動して略水平状態位置に保持される。

従って、ロッカアーム１８は、全体が下方向へ移動し、各揺動カム１７は、リンク部材２０を介して端部２４が強制的に若干引き上げられて全体が左方向（反時計方向）へ回動する。
このため、駆動カム１５の回転によりリンクアーム１９を介してロッカアーム１８の一端部１８ｂを押し上げあるいは押し下げるとロッカアーム１８がサポートアーム２１の先端部２１ｂを支点として揺動し、他端部１８ｂからその揺動力がリンク部材２０を介して揺動カム１７及びバルブリフタ１６に伝達されるが、そのリフト量Ｌ１は図５に示すように比較的小さくなる。

よって、図７の破線で示すように、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を小さくすると、バルブ作動角の中心角位置のクランクシャフト１２０に対する位相（中心位相）は、最大バルブリフト量及びバルブ作動角が大きいときに比べて遅角方向に変化する。
一方、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を大きくする場合には、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、制御カム３１を図２及び図５に示す位置から時計方向に約１８０°回転させ、軸心Ｐ１（厚肉部３１ａ）を上方向へ移動させるように、制御軸３０を回転駆動する。

このとき、サポートアーム２１は、基端部２１ａを中心に上方へ回動して所定角度の回動位置に保持され、ロッカアーム１８は、全体が上方向に移動して他端部１８ｂが揺動カム１７の上端部２４を、リンク部材２０を介して図中右方向へ押圧して、揺動カム１７全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
従って、図６（Ａ）に示すように、揺動カム１７のカム面２５ｂはバルブリフタ１６上面に接近した状態になり、回転してロッカアーム１８の一端部１８ａを駆動カム１７がリンクアーム１９を介して押し上げると、バルブリフタ１６に対するそのリフト量Ｌ２は図６（Ｂ）に示すように大きくなる。

即ち、図７の実線で示すように、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を大きくすると、バルブ作動角の中心角位置のクランクシャフト１２０に対する位相（中心位相）は、最大バルブリフト量及びバルブ作動角が小さいときに比べて進角方向に変化する。
上記のように、前記作動角可変機構１１２では、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を小さく変更する場合には、サポートアーム２１が図６（Ａ），（Ｂ）に示す上方回動位置から図２，図５に示す水平回動位置へ回動するが、この回動方向が、吸気カムシャフト１３の回転方向と同一であり、かつ揺動カム１７のリフト立ち上がり時の回動方向とは逆回転方向になっているため、吸気バルブ１０５，１０５のバルブ作動角の中心位相が図７に示すように遅角される。

即ち、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を小さく変更する際には、前述のように、まず制御カム３１の下方回動に伴いサポートアーム２１が下方向へ回動するが、このとき駆動カム１５も同方向に回転しているため、上死点後からリフト開始（立ち上がり）までの時間的な長さが長くなり、ロッカアーム１８の揺動開始時期も遅くなる。
一方、かかるサポートアーム２１の回動方向とリフト立ち上がり時の揺動カム１７の回動方向が逆になっているので、ロッカアーム１８の揺動開始時期の遅れに起因して揺動カム１７のリフト立ち上がり時期にも遅れが生じ、図７に示すように、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を小さく変更する場合には、バルブ作動角の中心位相が遅角変化する。

尚、上記では、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を小さく変更する場合に、バルブ作動角の中心位相が遅角変化する構造としたが、逆に、中心位相が進角変化する特性とすることが可能である。
図８は、最大バルブリフト量及びバルブ作動角の変化に対する中心位相の変化特性が、上記図２〜図６に示した機構とは逆となる、作動角可変機構１１２の構造を示す。

図８に示す作動角可変機構１１２の構造は、基本的には、図２〜図６に示したものと同一であるが、吸気カムシャフト１３の回転方向に対して、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を小さく変更する場合におけるサポートアーム２１の回動方向を逆方向に設定すると共に、揺動カム１７を逆向きに配置し、リフト立ち上がり時の揺動カム１７の回動方向を、吸気カムシャフト１３の回転方向（駆動カムの回転方向）同方向となるように設定したものである。

即ち、リフト立ち上がり時の揺動カム１７の回動方向は、サポートアーム２１の回動方向と逆方向となるように設定したものである。
従って、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を小さく変更する場合に、まずサポートアーム２１が駆動手段２２によって上方向へ回動すると共に、ロッカアーム１８もそれに伴って上動するが、駆動カム１５は逆方向に回転しているため、ロッカアーム１８の揺動タイミングが早くなる。

このため、揺動カム１７は、リフト立ち上がり方向の回動が早くなり、吸気バルブ１０５，１０５のリフト特性が、図９に示すように、最大バルブリフト量及びバルブ作動角を小さく変更すると、同時に、バルブ作動角の中心位相が進角変化する。
前記ＥＣＭ１１４には、前記制御軸３０の回転角を検出する角度センサ１３３からの検出信号が入力され、目標バルブ作動角・目標バルブリフト量に対応する目標角度位置に前記制御軸３０を回動させるべく、前記角度センサ１３３の検出結果に基づいて制御軸３０を回動させるアクチュエータの操作量がフィードバック制御される。

次に、前記可変バルブタイミング機構１１３の構造を、図１０に基づいて説明する。
本実施形態では、可変バルブタイミング機構１１３として、ベーン式の可変バルブタイミング機構を採用するが、ベーン式に限定されるものではなく、電動式の機構のものや、電磁リターダを用いたものなど公知の種々の機構を採用できる。
前記ベーン式の可変バルブタイミング機構１１３は、クランクシャフト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、吸気カムシャフト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。

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。
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、横断面台形状を呈する４つの隔壁部６３が、それぞれハウジング５６の周方向に沿って９０°間隔で突設されている。

前記回転部材５３は、吸気カムシャフト１３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。
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。
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。

前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送する機関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。

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モジュール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、デューティ制御信号に基づいて制御する。
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。

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の開期間のクランクシャフト１２０に対する位相（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。

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の開期間のクランクシャフト１２０に対する位相（開時期及び閉時期）が早くなる。
このように、ベーン７８ａ〜７８ｄがハウジング５６内で相対回転できる範囲で、吸気カムシャフト１３のクランクシャフト１２０に対する位相が最遅角位置から最進角位置までの間で連続的に変化し、吸気バルブ１０５の開期間の位相が連続的に変化するものである。

以下では、前記ＥＣＭ１１４による作動角可変機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３の制御を、図１１のフローチャートに従って詳細に説明する。
図１１のフローチャートに示すルーチンは、一定周期毎（例えば、１０msec毎）に実行される。
ステップＳ５０１では、アクセル開度センサ１１６で検出されたアクセル開度、及び、クランク角センサ１１７からの信号に基づいて算出された機関回転速度ＮＥに基づいて、目標トルクを算出する。

前記目標トルクは、図１２に示すように、予めアクセル開度と機関回転速度ＮＥとを変数とするマップ上に記憶されており、アクセル開度が高いほど、また、機関回転速度ＮＥが高いほど、より大きな値に算出されるようになっている。
次のステップＳ５０２では、作動角可変機構１１２で可変とされるバルブ作動角の目標値（目標作動角）と、可変バルブタイミング機構１１３における目標進角量（基準位置である最遅角位置からの進角量の目標）を、前記目標トルクと機関回転速度ＮＥとからそれぞれに算出する。

前記目標作動角（目標バルブリフト量）は、図１３に示すように、予め目標トルクと機関回転速度ＮＥとを変数とするマップ上に記憶されており、目標トルクが高いほど、また、機関回転速度ＮＥが高いほど、より大きな作動角・バルブリフト量に算出されるようになっている。
また、目標進角量は、図１４に示すように、予め目標トルクと機関回転速度ＮＥとを変数とするマップ上に記憶されており、低回転域では、基準運転領域で最も進角され、目標トルク・機関回転速度ＮＥの増大に応じて遅角され、高回転域では、機関回転速度ＮＥが高くなるほどより遅角されるようになっている。

尚、目標作動角及び目標進角量の設定は、機関運転状態に基づいて行われるものであれば良く、目標トルクと機関回転速度ＮＥとに基づいて算出される構成に限定されるものではない。
前記目標進角量は、作動角の中心位相の目標として算出されるものであり、この中心位相の目標としての目標進角量と目標作動角とから、吸気バルブ１０５の開閉時期が特定され、目標トルクに見合った新気量に制御できることになる。

しかし、本願で用いる作動角可変機構１１２は、前述のように、作動角の増減に伴って作動角の中心位相が変化する機構であり、例えば、前記目標進角量が最遅角位置（基準位置）でも、そのときの作動角によって実際の作動角中心は異なり、作動角可変機構１１２によって中心位相が変化したそのときの作動角によって要求の中心位相（例えばステップＳ５０２で要求される中心位相）を実現できなくなってしまう。

そこで、次のステップＳ５０３では、作動角可変機構１１２による作動角の可変に伴う中心位相の変化分に基づき、前記目標進角量を補正するための補正値を設定する。
予め目標作動角に応じて前記補正値を記憶したテーブルが備えられており、ステップＳ５０３では、そのときの目標作動角に対応する補正値を前記テーブルから検索する。
ここで、図７に示すように、作動角の減少変化に伴って中心位相が遅角変化する（作動角が増加変化する場合は、作動角の増大変化に伴って中心位相が進角変化する）作動角可変機構１１２を用いる場合には、最小作動角を基準とすると、作動角が増大するほどより中心位相が進角してしまう。

そこで、作動角の増大に伴う中心位相の進角変化を相殺して、最小作動角（基準作動角）での中心位相と同じにするために、補正値としては、図１５に点線で示すように、そのときの目標作動角が大きいほど絶対値が大きくなるマイナスの値であって、目標作動角が大きいほどより大きく遅角補正する補正値を設定する。
一方、図９に示すように、作動角の減少変化に伴って中心位相が進角変化する作動角可変機構１１２を用いる場合には、最小作動角を基準とすると、作動角が増大するほどより中心位相が遅角してしまう。

そこで、作動角の増大に伴う中心位相の遅角変化を相殺して、最小作動角（基準作動角）での中心位相と同じにするために、補正値としては、図１５に実線で示すように、そのときの目標作動角が大きいほど絶対値が大きくなるプラスの値であって、目標作動角が大きいほどより大きく進角補正する補正値を設定する。
ステップＳ５０４では、ステップＳ５０２で設定した目標進角量に前記ステップＳ５０３で設定した補正値を加算し、その結果を最終的な目標進角量とする。

上記補正値によって補正した目標進角量に制御すれば、作動角可変機構１１２によって中心位相が変化することによりそのときの目標作動角が異なっても、そのときの目標トルク及び機関回転速度ＮＥから要求される中心位相に制御できることになる。
ステップＳ５０５では、ステップＳ５０２で設定した目標作動角に基づいて前記作動角可変機構１１２をフィードバック制御し、また、ステップＳ５０４で補正した目標進角量に基づいて可変バルブタイミング機構１１３をフィードバック制御する。

前記フィードバック制御としては、センサで検出される実際値と目標値との偏差に基づき比例操作量、積分操作量、微分操作量を設定するＰＩＤ制御や、軌範モデル制御、スライディングモード制御等の制御手法を用いることができる。
上記図１１のフローチャートに示す第１実施形態では、目標進角量を補正するための補正値を、目標作動角に基づきテーブルから検索して求めるようにしたが、作動角による中心位相の進遅角変化分をそのときの目標作動角から演算して、前記補正値を設定させることができ、係る構成とした第２実施形態を、図１６のフローチャートに従って説明する。

ステップＳ６０１及びステップＳ６０２では、前記ステップＳ５０１及びステップＳ５０２と同様に、目標トルク、目標作動角、目標進角量を算出する。
ステップＳ６０３では、そのときの目標作動角での中心位相と、基準作動角（最小作動角）であるときの中心位相との偏差を算出し、該偏差に基づいて補正値を設定する。
具体的には、まず、そのときの目標作動角でかつ可変バルブタイミング機構１１３を基準の進角量に制御した場合の吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣを、下式に従って算出する。

ＩＶＯ＝デフォルトＩＶＯ−（目標作動角−デフォルト作動角）×ＩＶＯ比
ＩＶＣ＝デフォルトＩＶＣ＋（目標作動角−デフォルト作動角）×（１−ＩＶＯ比）
尚、吸気バルブの開閉時期は、上死点後の角度（ＡＴＤＣ）、即ち、上死点からの遅角角度で示すものとする。
上記演算式において、デフォルト作動角（基準作動角）は例えば最小作動角であり、また、デフォルトＩＶＯ（基準開時期），デフォルトＩＶＣ（基準閉時期）とは、デフォルト作動角でかつ可変バルブタイミング機構１１３を基準の進角量（例えば最遅角）に制御した場合の開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣであり、前記デフォルトＩＶＯ，デフォルトＩＶＣについては予め記憶させておくものとする。

更に、ＩＶＯ比とは、作動角可変機構１１２によってバルブ作動角を変化させることで変化する開弁時期ＩＶＯの進遅角変化量と閉弁時期ＩＶＣの進遅角変化量との比率（ＩＶＯ／ＩＶＣ比）のうち、開弁時期ＩＶＯの進遅角変化量の比率を示し、（１−ＩＶＯ比）は、閉弁時期ＩＶＣの進遅角変化量の比率（ＩＶＣ比）を示す。
例えば、作動角可変機構１１２によってバルブ作動角を変化させても中心位相が変化しない場合には、前記比率（ＩＶＯ／ＩＶＣ比）は５：５であり、前記ＩＶＯ比は５０％であり、ＩＶＣ比も５０％となる。

換言すれば、バルブ作動角の増大変化分のうち、半分の角度だけ開時期ＩＶＯが進角変化し、残りの半分の角度だけ（開時期ＩＶＯの角度変化と同じ角度だけ）閉時期ＩＶＣが遅角変化する場合、同様に、作動角の減少変化分のうち、半分の角度だけ開時期ＩＶＯが遅角変化し、残りの半分の角度だけ（開時期ＩＶＯの角度変化と同じ角度だけ）閉時期ＩＶＣが進角変化する場合を、ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝５：５と示す。

一方、本願における作動角可変機構１１２のように、バルブ作動角を変化させることで同時に中心位相が変化する機構の場合で、図９に示すように、作動角の増大に対して中心位相が遅角変化する場合は、作動角の変化に対する閉弁時期ＩＶＣの進遅角変化量が開弁時期ＩＶＯの進遅角変化量よりも大きく、前記ＩＶＯ比は５０％未満となる。
換言すれば、作動角の変化分の半分の角度よりも少ない角度だけ開時期ＩＶＯが変化し、半分を超える角度だけ閉時期ＩＶＣが変化する場合が、作動角の増大に対して中心位相が遅角変化することになり、このときの前記ＩＶＯ比は０≦ＩＶＯ比＜５０であり、ＩＶＯ比＝０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝０：１０）は、開時期ＩＶＯが変化することなく固定で、閉時期ＩＶＣが変化することでバルブ作動角が変化する特性を示す。

例えば、バルブ作動角の増大変化分のうち、３割の角度だけ開時期ＩＶＯが進角変化し、残りの７割の角度だけ閉時期ＩＶＣが遅角変化する場合、同様に、作動角の減少変化分のうち、３割の角度だけ開時期ＩＶＯが遅角変化し、残りの７割の角度だけ閉時期ＩＶＣが進角変化する場合は、ＩＶＯ比＝３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）と示す。
一方、図７に示すように、作動角の増大に対して中心位相が進角変化する場合は、作動角の変化に対する閉弁時期ＩＶＣの進遅角変化量が開弁時期ＩＶＯの進遅角変化量よりも小さく、前記ＩＶＯ比は５０％を超える値となり、ＩＶＯ比＝１００％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝１０：０）は、閉時期ＩＶＣが固定で開時期ＩＶＯのみが変化して作動角が変化する特性を示す。

上記ＩＶＯ比（ＩＶＯ／ＩＶＣ比）は、作動角可変機構１１２の構造・仕様によって決定される一定値であるので、予めＩＶＯ比の値を記憶させておくものとする。
「目標作動角−デフォルト作動角」は、デフォルト作動角（基準作動角）に対する現時点での目標作動角の偏差であり、前記ＩＶＯ／ＩＶＣ比が５：５（ＩＶＯ比＝５０％）であって、かつ、目標作動角＞デフォルト作動角であるとすると、デフォルトＩＶＯに対し前記偏差の５０％のだけ開時期ＩＶＯが進角し、デフォルトＩＶＣに対し前記偏差の５０％のだけ閉時期ＩＶＣが遅角することになる。

従って、「デフォルトＩＶＯ−（目標作動角−デフォルト作動角）×ＩＶＯ比」は、可変バルブタイミング機構１１３を基準の進角量（最遅角）に固定した状態で、目標作動角とした場合の開時期ＩＶＯを示し、「デフォルトＩＶＣ＋（目標作動角−デフォルト作動角）×（１−ＩＶＯ比）」は、可変バルブタイミング機構１１３を基準の進角量（最遅角）に固定した状態で、目標作動角とした場合の閉時期ＩＶＣを示す。

上記のようにして、目標作動角としたときの開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣを求めると、下式に基づいて、目標進角量を補正するための補正値を算出する。
補正値＝（ＩＶＯ＋ＩＶＣ）／２−デフォルト中心位相
上式において、（ＩＶＯ＋ＩＶＣ）／２は、目標作動角にしたときの中心位相（ＡＴＤＣ）であり、デフォルト中心位相は、デフォルト作動角での中心位相（ＡＴＤＣ）であり、いずれも可変バルブタイミング機構１１３を基準の進角量（最遅角）に固定した状態での値である。

従って、前記補正値によって目標進角量を補正すれば、作動角の変化に対して中心位相が変化しない作動角可変機構１１２の場合と同じ目標進角量を基本として、作動角の変化に伴う中心位相の変化があっても、目標の中心位相に制御できることになる。
例えば、図９に示すように、目標作動角が大きくなるに従って、中心位相が遅角変化する作動角可変機構１１２の場合、デフォルト作動角（基準作動角）が最小作動角であれば、（ＩＶＯ＋ＩＶＣ）／２≧デフォルト中心位相であり、前記図１５に実線で示した特性と同様に、目標作動角が大きくなるほど絶対値が大きなプラスの補正値が設定されることになる。

一方、図７に示すように、目標作動角が大きくなるに従って、中心位相が進角変化する場合、デフォルト作動角（基準作動角）が最小作動角であれば、（ＩＶＯ＋ＩＶＣ）／２≦デフォルト中心位相であり、前記図１５に点線で示した特性と同様に、目標作動角が大きくなるほど絶対値が大きなマイナスの補正値が設定されることになる。
上記のようにして、補正値を算出すると、次のステップＳ６０４では、ステップＳ６０２で求めた目標進角量を前記補正値で補正して、その結果を最終的な目標進角量とする。

そして、次のステップＳ６０５では、ステップＳ５０２で設定した目標作動角に基づいて前記作動角可変機構１１２をフィードバック制御し、また、ステップＳ６０４で補正した目標進角量に基づいて可変バルブタイミング機構１１３をフィードバック制御する。
以下では、ステップＳ６０３における補正値の算出を、図１７を参照してより具体的に説明する。

図１７は、吸気バルブ１０５の開特性が、デフォルト状態から、燃費が要求される中負荷走行（例えば車速４０km/hの定速走行）時のバルブ特性に変更される場合を示している。
作動角可変機構１１２のデフォルト状態は、前述の通りに最小作動角（基準作動角）の状態であり、また、可変バルブタイミング機構１１３のデフォルト状態は最遅角（基準進角量）の状態であり、前記最小作動角、前記最遅角での中心位相（ＡＴＤＣ）、前記最小作動角及び最遅角位置での開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣが予め記憶されている。

ここでは、デフォルト状態（基準状態）が、作動角＝６８deg、ＩＶＯ＝ATDC８４deg、ＩＶＣ＝ATDC１５２deg、中心位相＝ATDC１１８degであるものとする。
そして、燃費要求による可変バルブタイミング機構１１３の目標進角量を５２degとし、目標作動角を１００degとし、１００degの作動角で中心位相としてATDC６６degを実現させる場合を例とする。

即ち、目標進角量とは、デフォルト状態での中心位相からの進角目標である。
ここで、作動角可変機構１１２が、中心位相を変化させることなくバルブ作動角を可変とするものであれば、目標進角量＝５２degに基づいて可変バルブタイミング機構１１３を制御することで、中心位相＝ATDC６６degを実現できる。
しかし、例えば、図９に示すように、バルブ作動角の増大に伴って中心位相が遅角変化する作動角可変機構１１２では、係る作動角可変機構１１２による中心位相の変化分だけ目標進角量を補正しないと、作動角可変機構１１２による中心位相の変化分だけ中心位相が目標からずれてしまうため、前述したように、下式によって補正値を算出する。

ＩＶＯ＝デフォルトＩＶＯ−（目標作動角−デフォルト作動角）×ＩＶＯ比
ＩＶＣ＝デフォルトＩＶＣ＋（目標作動角−デフォルト作動角）×（１−ＩＶＯ比）
補正値＝（ＩＶＯ＋ＩＶＣ）／２−デフォルト中心位相
前記図１７の事例における、前記開時期ＩＶＯ，閉時期ＩＶＣ，補正値を算出すると、以下のようになる。尚、ここでは、ＩＶＯ比を３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）とする。

ＩＶＯ＝デフォルトＩＶＯ−（目標作動角−デフォルト作動角）×ＩＶＯ比
＝８４deg−（１００deg−６８deg）×３０％
＝７４．４deg（ＡＴＤＣ）
ＩＶＣ＝デフォルトＩＶＣ＋（目標作動角−デフォルト作動角）×（１−ＩＶＯ比）
＝１５２deg＋（１００deg−６８deg）×（１００％−３０％）
＝１７４．４deg（ＡＴＤＣ）
補正値＝（ＩＶＯ＋ＩＶＣ）／２−デフォルト中心位相
＝（７４．４deg＋１７４．４deg）／２−１１８deg
＝６．４deg
上記補正値の演算に用いる（７４．４deg＋１７４．４deg）／２は、可変バルブタイミング機構１１３を最遅角状態（基準進角量）に保持したまま、作動角を最小（基準）の６８degから１００degに上げることによって変化した中心位相であり、この中心位相とデフォルト中心位相との差である補正値は、作動角可変機構１１２によって作動角を最小値（＝６８deg）から１００degに変更した場合の中心位相の遅角変化分を示す。

一方、前記目標進角量＝５２degは、作動角が変化しても中心位相が変化しないと仮定した場合の目標値であるから、目標作動角＝１００degとすることで、中心位相が６．４degだけ遅角するとすれば、進角させる出発点がより遅角位置であることと同義であり、目標進角量＝５２degよりも６．４degだけ余分に進角させる必要が生じるものである。
そして、目標進角量＝５２deg＋６．４degとすることで、目標の中心位相＝ＡＴＤＣ６６degを実現できることになる。

図１８は、前記目標作動角＝１００deg及び目標の中心位相＝ＡＴＤＣ６６degの運転状態（中負荷走行）からアクセルを全開（ＷＯＴ）にした場合の吸気バルブ１０５の開特性の変化を示す。
ここで、アクセルの全開（ＷＯＴ）に伴い、目標中心位相はＡＴＤＣ６６degからＡＴＤＣ９８degに変更され、これに対応して、可変バルブタイミング機構１１３の目標進角量は５２degから２０degに変更されるものとし、アクセル全開（ＷＯＴ）における目標作動角は２４０degに設定されるものとする。

前記目標作動角＝２４０degにおける、前記開時期ＩＶＯ，閉時期ＩＶＣ，補正値を算出すると、以下のようになる。
ＩＶＯ＝デフォルトＩＶＯ−（目標作動角−デフォルト作動角）×ＩＶＯ比
＝８４deg−（２４０deg−６８deg）×３０％
＝３２．４deg（ＡＴＤＣ）
ＩＶＣ＝デフォルトＩＶＣ＋（目標作動角−デフォルト作動角）×（１−ＩＶＯ比）
＝１５２deg＋（２４０deg−６８deg）×（１００％−３０％）
＝２７２．４deg（ＡＴＤＣ）
補正値＝（ＩＶＯ＋ＩＶＣ）／２−デフォルト中心位相
＝（３２．４deg＋２７２．４deg）／２−１１８deg
＝３４．４deg
従って、目標作動角＝１００deg及び目標の中心位相＝ＡＴＤＣ６６degの運転状態（中負荷走行）からアクセルを全開（ＷＯＴ）にする場合には、目標進角量を２０degから、２０deg＋３４．４deg＝５４．４degに補正することで、目標中心位相＝ＡＴＤＣ９８degを実現できることになる。

従って、前記補正値を用いれば、目標トルク及び機関回転速度に応じて設定される目標進角量を、デフォルト中心位相からの中心位相の進角目標として設定し、作動角可変機構１１２によるバルブ作動角の変更に伴って中心位相が進遅角変化しても、目標中心位相に精度良く制御することができる。
図１９のフローチャートは、図１１又は図１６のフローチャートに示すようにして、目標進角量を補正しつつ、作動角可変機構１１２に異常が発生した場合にフェイルセーフを実行する第３実施形態を示す。

図１９のフローチャートにおいて、ステップＳ７０１では、作動角可変機構１１２の故障（異常）診断を行う。
故障診断は、図示しない別のプログラム（ルーチン）により実行され、異常が発生した時は異常判定フラグを１にセットする一方、正常であるときは前記異常判定フラグを０にセットすることで、異常状態を前記フラグに基づいて識別できるようにし、前記ステップＳ７０１では、前記異常判定フラグの判別を行うことで、異常・正常の判別を行う。

作動角可変機構１１２の故障状態としては、電源ラインや駆動信号ラインの断線やショートによる作動異常、駆動部分に異物が噛み込むことによる固着などがある。
特に、高作動角・高リフト状態で固着する異常が作動角可変機構１１２に生じている状態で、可変バルブタイミング機構１１３が進角すると、上死点付近でのバルブリフト量が異常に大きくなることで、吸気バルブ１０５とピストンとが干渉してしまう可能性がある。

そこで、ステップＳ７０１で作動角可変機構１１２の故障（異常）が判別されると、上記ピストン干渉などの発生を回避すべく、ステップＳ７０２へ進む。
尚、ピストン干渉の回避を主な目的とし、ステップＳ７０１での故障判定を、高作動角・高リフト状態での固着異常又は目標よりも高リフトに制御される異常に限定しても良い。

ステップＳ７０２では、可変バルブタイミング機構１１３の目標進角量を、強制的に（そのときの目標トルク・機関回転速度ＮＥとは無関係に）最遅角に設定し、次のステップＳ７０３では、可変バルブタイミング機構１１３のフィードバック制御におけるゲインを、作動角可変機構１１２が正常である場合での通常ゲインよりも大きな値に切り替え、前記最遅角の目標に向けて応答良く収束するようにする。

尚、前記フィードバック制御が、例えば、制御エラーに基づく比例・積分動作によって行われる場合には、前記ゲインは比例ゲイン・積分ゲインであり、作動角可変機構１１２の故障（異常）が判別されると、前記比例ゲイン・積分ゲインを、正常時よりもより大きな値に変更する。
従って、仮に、高作動角・高リフト状態で固着する異常が作動角可変機構１１２に生じたとしても、吸気バルブ１０５の中心位相を速やかに遅角させることで、上死点付近でのバルブリフト量を低くでき、吸気バルブ１０５とピストンの干渉を回避することができる。

一方、作動角可変機構１１２が正常であると、ステップＳ７０１で判定されると、ステップＳ７０４〜ステップＳ７０７へ進み、前記ステップＳ５０１〜ステップＳ５０４と同様にして、目標作動角及び目標進角量を決定する。
尚、ステップＳ７０６での補正値の設定処理は、前記ステップＳ５０３に示したように、目標作動角に基づくテーブル検索によって補正値を設定する処理であっても良いし、また、ステップＳ６０３に示したように、目標作動角での開閉時期に基づく演算処理で補正値を求める処理であっても良い。

ステップＳ７０８では、アクセル開度ＡＰＯの時間微分値ΔＡＰＯ（単位時間当たりのアクセル開度ＡＰＯの変化量）などの内燃機関１０１の負荷変化を示す値を演算し、内燃機関１０１が過渡判定を行う。
ステップＳ７０９では、前記アクセル開度ＡＰＯの時間微分値ΔＡＰＯなどの機関負荷の変化を示す値から、可変バルブタイミング機構１１３のフィードバックゲインを設定する。

ここで、前記時間微分値ΔＡＰＯ（機関負荷変化量）の絶対値が大きく、急加速・急減速である時（機関負荷変化が急である時）には、フィードバックゲインをより大きくする。
これにより、過渡運転時に、吸気バルブ１０５の閉弁時期ＩＶＣを目標に応答良く収束させて、吸入空気量制御の応答を高めることができ、エンジンレスポンスが向上する。

ステップＳ７１０では、設定した各目標値、制御ゲインによって作動角可変機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３をフィードバック制御する。
上記の各実施形態に示したように、本願発明は、作動角の増大に伴って中心位相が進角変化するタイプと遅角変化するタイプのいずれの作動角可変機構１１２にも適用でき、更には、排気バルブの作動角を変化させる場合にも適用できるものであることは明らかである。

但し、吸気バルブ１０５のバルブ作動角を変更させる作動角可変機構１１２においては、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の増大に対して中心位相が遅角変化する特性（図９参照）とすることが好ましく、更には、図２０に示すように、前記ＩＶＯ比を３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）に設定することがより好ましい。
前記ＩＶＯ比＝３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）とすれば、過渡レスポンスの向上、過渡運転時の燃費向上、冷機時及び減速時（アクセルオフ時）の耐エンスト性の確保を、同時に高い次元で実現できる。

以下では、ＩＶＯ比＝３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）に設定することによる効果を、詳細に説明する。
「過渡レスポンス向上について」
図２１に示すように、車両が例えば速度４０km/hで一定走行する場合は、燃費向上を図るべく、排気バルブ１０７と吸気バルブ１０５とのバルブオーバラップ量を確保しつつ、新気量及び燃料噴射量を減らすように、吸気バルブ１０５の開弁時期ＩＶＯを上死点後にまで遅角させると共に、早閉じミラーサイクル化してポンピンロスを低減するように、吸気バルブ１０５の閉弁時期ＩＶＣを吸気下死点前に進角させるように作動角可変機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３を制御することが好ましい。

一方、ドライバの加速要求が生じた場合には、吸気バルブ１０５のバルブリフト量・バルブ作動角を増大させて吸入空気量を増大させると共に、吸気バルブ１０５の閉弁時期ＩＶＣを吸気下死点より遅角させ、慣性過給効果によってシリンダ内の充填効率を向上させて出力の向上を図ることが好ましい。
このように、定常状態から加速するシーンにおいては、吸気バルブ１０５と排気バルブ１０７とのバルブオーバラップ量の制御応答もさることながら、特に、吸気バルブ１０５の閉弁時期ＩＶＣの制御応答性を向上させることが重要となる。

ここで、図２０に示すように、吸気バルブ１０５の作動角・バルブリフト量の増大変化に対して中心位相が遅角変化する特性とした作動角可変機構１１２を用いれば、加速要求に伴って吸気バルブ１０５の作動角を増大させる操作に伴って中心位相が遅角変化することになり、更に、可変バルブタイミング機構１１３を遅角変化方向に操作することになる。

従って、作動角・バルブリフト量の増大変化に対して中心位相が遅角変化する特性とした作動角可変機構１１２を用いることで、加速時における閉弁時期ＩＶＣの遅角変化応答が速くなり、短時間で吸気下死点後の目標となる閉弁時期ＩＶＣまで変化させて、慣性過給の効果を速やかに得て、過渡時のエンジンレスポンスを向上させることができる。
図２２は、前記ＩＶＯ比＝５０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝５：５）であって、作動角の増減変化に対して中心位相が変化しない作動角可変機構１１２を用いる機関で、中負荷・一定速走行から全開加速を行った場合において、作動角可変機構１１２による作動角変化、可変バルブタイミング機構１１３による進角量の変化、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯ・閉時期ＩＶＣの変化を示す。

また、図２３は、前記ＩＶＯ比＝３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）であって、作動角の増大変化に対して中心位相が遅角変化する作動角可変機構１１２を用いる機関で、中負荷・一定速走行から全開加速を行った場合において、作動角可変機構１１２による作動角変化、可変バルブタイミング機構１１３による進角量の変化、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯ・閉時期ＩＶＣの変化を示す。

図２２（Ａ）に示すように、ＩＶＯ比＝５０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝５：５）では、時間経過に対して開時期ＩＶＯと閉時期ＩＶＣが同じ比率で変化し、この時、可変バルブタイミング機構１１３では、中心位相を目標にまで変化させるために、図２２（Ｂ）に示すように、３２ｄｅｇの遅角操作を行っている。
従って、作動角可変機構１１２が目標作動角に到達しても、可変バルブタイミング機構１１３が３２ｄｅｇの遅角操作を完了するまでは、最終的に目標の閉時期ＩＶＣを得ることができず、この例では、目標の閉時期ＩＶＣに到達するのに、０．１７secを要している（図２２（Ｃ）参照）。

これに対し、ＩＶＯ比＝３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）では、図２３（Ａ）に示すように、バルブ作動角の増大に伴って中心位相が遅角変化し、その分だけ可変バルブタイミング機構１１３に要求される遅角操作量が小さくなり、図２３（Ｂ）に示す例では、４degだけ遅角操作を行うことで、目標の閉時期ＩＶＣに到達することになる。
このため、図２３（Ｃ）に示すように、可変バルブタイミング機構１１３の応答遅れで目標の閉時期ＩＶＣへの到達が遅れることがなく、目標の閉時期ＩＶＣへの到達が、ＩＶＯ比＝５０％の場合に比べて速い０．１４secで完了する。

従って、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の増大に伴って中心位相が遅角変化する、即ち、ＩＶＯ比＜５０％の作動角可変機構１１２を用いれば、目標の閉時期ＩＶＣへの到達が早まって、慣性過給の効果を早く得られるため、過渡時の出力レスポンスを向上させることができる。
図２４は、ＩＶＯ比と吸気応答時間（過渡レスポンス）との関係を示した図であり、横軸左端のＩＶＯ／ＩＶＣ比＝０：１０（ＩＶＯ比＝０％）は、作動角可変機構１１２によって作動角を変更するときに、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯが固定で、閉時期ＩＶＣのみが進角・遅角変化することで、吸気バルブ１０５の作動角が変化することを示し、横軸右端のＩＶＯ／ＩＶＣ比＝５：５（ＩＶＯ比＝５０％）は、作動角可変機構１１２によって作動角を変更しても中心位相が変化しない特性を示す。

この図２４に点線で示す特性と実線で示す特性とは、可変バルブタイミング機構１１３の応答速度の違いによる吸気応答時間の違いを示し、点線で示す特性が、応答速度が比較的遅い方の特性であり、本実施形態で用いたベーン式可変バルブタイミング機構の特性を示す。
ＩＶＯ比が５０％に近づくほど、可変バルブタイミング機構１１３に要求される遅角操作量が大きくなり、図２４に点線で示すように、可変バルブタイミング機構１１３の応答速度が遅い場合には、ＩＶＯ比が４０％を超えると、作動角の可変に要する時間よりも、可変バルブタイミング機構１１３が、要求される角度だけ遅角させるのに要する時間が長くなって、結果的に、閉時期ＩＶＣの目標への到達遅れを生じさせ、吸気応答時間が長くなってしまう。

従って、本実施形態の作動角可変機構１１２と可変バルブタイミング機構１１３との組み合わせにおいて、吸気応答時間を短く抑え、過渡レスポンスの向上効果を得るためには、ＩＶＯ比を０％〜４０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝０：１０〜４：６）の範囲内とすることが好ましいことになる。
「過渡運転時の燃費向上について」
過渡運転時の燃費性能を検証するに当たって、走行シーンとして、アクセルを踏んで加速している状態からアクセルを戻し定速走行に移行する減速の場合、即ち、図２１の逆パターンを想定する。

上記のようなシーンでは、吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣを、下死点後から下死点前に素早く進角させることで、早閉じミラーサイクル化による燃費向上を図ることができるが、この場合も、バルブ作動角の増大に伴って中心位相が遅角変化するタイプの作動角可変機構１１２を用いることで、バルブ作動角の減少に伴い中心位相が進角変化するから、閉時期ＩＶＣを素早く進角させることができ、燃費向上を図ることができる。

図２５及び図２６は、アクセルを戻す減速運転時における、作動角可変機構１１２による作動角変化、可変バルブタイミング機構１１３による進角量の変化、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯ・閉時期ＩＶＣの変化を、図２５はＩＶＯ比＝５０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝５：５）、図２６はＩＶＯ比＝３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）の場合についてそれぞれに示すものである。

中心位相が変化しないＩＶＯ比＝５０％の作動角可変機構１１２の場合、図２５（Ｂ）に示すように、可変バルブタイミング機構１１３が３２degだけ進角操作する必要があり、この３２degだけ進角操作に要する時間が、閉時期ＩＶＣが目標に到達する時間を律速し、閉時期ＩＶＣが目標時期までに進角するのに０．２５secを要している。
これに対し、作動角の増大に対して中心位相が遅角変化するＩＶＯ比＝３０％の作動角可変機構１１２の場合、作動角の減少に対して中心位相が進角変化することになるため、可変バルブタイミング機構１１３は８degだけ進角操作すればよく（図２６（Ｂ）参照）、これにより、閉時期ＩＶＣは０．１２secで目標時期までに進角する。

従って、作動角の増大に対して中心位相が遅角変化する作動角可変機構１１２を用いれば、閉時期ＩＶＣが目標にまで進角変化する時間が短くなって、アクセルを戻す減速運転時（過渡時）において燃費を向上させることができる。
図２７は、前記ＩＶＯ比と燃費改善効果との相関を示すものであり、ＩＶＯ比が３０％を超えた時点から燃費改善効果が急激な落ち込みを示しており、このことから、ＩＶＯ比を０％〜３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝０：１０〜３：７）の範囲内とすることが好ましい。

換言すれば、ＩＶＯ比が３０％を超えると、可変バルブタイミング機構１１３が要求される角度だけ進角操作するのに要する時間が、作動角の減少変化に要する時間を上回り、その分だけ閉時期ＩＶＣが目標にまで進角変化するのが遅れる。
一方、ＩＶＯ比が３０％以下であれば、可変バルブタイミング機構１１３が要求される角度だけ進角操作するのに要する時間が、作動角の減少変化に要する時間を下回り、閉時期ＩＶＣを目標にまで応答良く進角変化させて、早閉じミラーサイクル化による燃費向上を図ることができる。

尚、図２７の縦軸の燃費効果は、数値が高くなるほど、燃料消費量が少なくなることを示す。
「耐エンスト性について」
図２８は、冷機時において、車両が例えば速度４０km/hで一定走行（Ｒ／Ｌ）している場合とアイドル運転をしている場合の吸気バルブ１０５の要求開期間の違いを示している。

アイドル運転時は、燃焼安定性を確保すべく、排気バルブ１０７と吸気バルブ１０５とのバルブオーバラップ量を小さくして筒内の残留ガス量を低減させ、新気を多く導入するようにすると共に、吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣを下死点付近に設定することで有効圧縮比を向上させるように、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣを設定することが好ましい。

従って、定速走行からアクセルを全閉に戻してアイドル運転に変更されるシーンでは、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯを素早く遅角させ、バルブオーバラップ量を速やかに減らすことが、耐エンスト性を維持する上で必要である。
これに対し、作動角の増大に対して中心位相が遅角変化する作動角可変機構１１２の場合、アクセル戻しによる作動角の減少変化に伴って中心位相が進角するから、開弁時期ＩＶＯを素早く遅角させたいのに、作動角可変機構１１２は、開時期ＩＶＯを進角させる方向に動作し、開弁時期ＩＶＯの遅角変化を妨げることになる。

図２９及び図３０は、アクセルを全閉に戻してアイドル運転に移行するシーンにおける、作動角可変機構１１２による作動角変化、可変バルブタイミング機構１１３による遅角量の変化、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯ・閉時期ＩＶＣの変化を、図２９はＩＶＯ比＝５０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝５：５）、図３０はＩＶＯ比＝０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝０：１０）の場合についてそれぞれに示すものである。

図２９に示すように、中心位相が変化しないＩＶＯ比＝５０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝５：５）の場合は、可変バルブタイミング機構１１３を３０degだけ遅角させれば、開時期ＩＶＯを目標時期まで遅角できるが、開時期ＩＶＯが作動角変化に伴って変化せず、閉時期ＩＶＣが進角変化することで作動角が減少変化するＩＶＯ比＝０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝０：１０）の場合は、可変バルブタイミング機構１１３を４０degだけ遅角させる必要が生じる。

そして、前記可変バルブタイミング機構１１３に要求される遅角操作量の違いによって、ＩＶＯ比＝５０％の場合は０．１６secで目標開時期ＩＶＯに到達するのに対し、ＩＶＯ比＝０％の場合は０．２２secを要し、耐エンスト性の面からは、ＩＶＯ比を極端に小さくすることは望ましくない。
ここで、ＩＶＯ応答時間が許容範囲内になるのは、図３１に示すように、ＩＶＯ比が２０％〜５０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝２：８〜５：５）の範囲内である。

以上のように、開時期固定のＩＶＯ比＝０％から中心位相固定のＩＶＯ比＝５０％に近づくほど、過渡時レスポンス・過渡燃費は悪化する一方、逆にＩＶＯ比が０％に近づくほど、耐エンストは悪化することになる。
そして、過渡時レスポンス、過渡燃費、耐エンスト性の全てを略満足させることが可能なのは、ＩＶＯ比が２０％〜４０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝２：８〜４：６）の範囲内であり、より好ましくは、ＩＶＯ比＝３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）である。

そこで、本願においても、ＩＶＯ比＝３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）に設定した作動角可変機構１１２を用いることで、過渡時レスポンス、過渡燃費、耐エンスト性を高い次元で両立させることができるようにしている。

本願発明の実施形態における内燃機関のシステム図。 本願発明の実施形態における作動角可変機構を示す断面図。 本願発明の実施形態における作動角可変機構を示す側面図。 本願発明の実施形態における作動角可変機構を示す分解斜視図。 本願発明の実施形態における作動角可変機構の低リフト状態を示す断面図。 本願発明の実施形態における作動角可変機構の高リフト状態を示す断面図。 本願発明の実施形態における作動角可変機構の作動角及び最大バルブリフト量の変化特性を示す線図。 本願発明の実施形態における作動角可変機構であって、作動角及び最大バルブリフト量の変化特性が異なる機構を示す断面図。 図８に示した作動角可変機構における作動角及び最大バルブリフト量の変化特性を示す線図。 本願発明の実施形態における可変バルブタイミング機構を示す断面図。 本願発明の実施形態における目標進角量の補正制御を示すフローチャート。 本願発明の実施形態におけるアクセル開度・機関回転速度と目標トルクとの相関を示す線図。 本願発明の実施形態における目標トルク・機関回転速度と目標作動角との相関を示す線図。 本願発明の実施形態における目標トルク・機関回転速度と目標進角量との相関を示す線図。 本願発明の実施形態における目標作動角と目標進角量を補正するための補正値との相関を示す線図。 本願発明の実施形態における目標進角量の補正制御を示すフローチャート。 本願発明の実施形態においてデフォルト状態から中負荷走行に移行する場合の進角要求量を説明するための図。 本願発明の実施形態において中負荷走行から全開走行に移行する場合の進角要求量を説明するための図。 本願発明の実施形態における目標進角量の補正制御及びフェイルセーフ制御を示すフローチャート。 本願発明の実施形態におけるＩＶＯ比＝３０％（ＩＶＯ／ＩＶＣ比＝３：７）での作動角及び最大バルブリフト量の変化特性を示す線図。 本願発明の実施形態において中負荷走行から全開走行に移行する場合の吸気バルブの開期間の変化を示す図。 本願発明の実施形態において中負荷走行から全開走行への移行に伴う吸気バルブの開期間の変化をＩＶＯ比＝５０％の特性で行わせた場合の過渡応答を示すタイムチャート。 本願発明の実施形態において中負荷走行から全開走行への移行に伴う吸気バルブの開期間の変化をＩＶＯ比＝３０％の特性で行わせた場合の過渡応答を示すタイムチャート。 本願発明の実施形態におけるＩＶＯ比と吸気応答時間との相関を示す線図。 本願発明の実施形態において加速状態から定速走行への移行に伴う吸気バルブの開期間の変化をＩＶＯ比＝５０％の特性で行わせた場合の過渡応答を示すタイムチャート。 本願発明の実施形態において加速状態から定速走行への移行に伴う吸気バルブの開期間の変化をＩＶＯ比＝３０％の特性で行わせた場合の過渡応答を示すタイムチャート。 本願発明の実施形態におけるＩＶＯ比と燃費効果との相関を示す線図。 本願発明の実施形態において中負荷走行からアイドルに移行する場合の吸気バルブの開期間の変化を示す図。 本願発明の実施形態において中負荷走行からアイドルへの移行に伴う吸気バルブの開期間の変化をＩＶＯ比＝５０％の特性で行わせた場合の過渡応答を示すタイムチャート。 本願発明の実施形態において中負荷走行からアイドルへの移行に伴う吸気バルブの開期間の変化をＩＶＯ比＝３０％の特性で行わせた場合の過渡応答を示すタイムチャート。 本願発明の実施形態におけるＩＶＯ比とＩＶＯ応答時間との相関を示す線図。

符号の説明

１３…吸気カムシャフト、１０１…内燃機関、１０４…電子制御スロットル装置、１０５…吸気バルブ、１１２…作動角可変機構、１１３…可変バルブタイミング機構、１１４…ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）、１１５…エアフローセンサ、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３３…角度センサ

Claims (6)

1. カムシャフトの回転に応じて開閉される機関バルブの作動角を可変とする機構であって、前記作動角の増減に伴って前記作動角の中心位相が変化する作動角可変機構と、
   前記カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする可変バルブタイミング機構と、
   を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記作動角可変機構で可変とされる作動角に応じて前記可変バルブタイミング機構における位相の進遅角量を変更し、前記作動角の中心位相を目標に制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 運転条件に基づいて、前記作動角可変機構における目標作動角を演算すると共に、作動角が基準値であるときに対応する前記可変バルブタイミング機構における目標進遅角量を演算する一方、前記目標作動角に応じて前記目標進遅角量を補正するための補正値を演算し、前記補正値で補正した前記目標進遅角量に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記補正値が、前記目標作動角が前記基準値から離れるほど絶対値が大きくなる値であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記作動角が前記基準値であり、かつ、前記進遅角量が基準進遅角量であるときの作動角の中心位相と、前記進遅角量が基準進遅角量であり、かつ、前記作動角が目標作動角であるときの中心位相との偏差に基づいて、前記補正値を算出することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記作動角可変機構で可変とされる作動角の異常を診断し、異常発生時に、前記可変バルブタイミング機構を、作動角の中心位相が上死点から離れる方向に向け、正常時よりも速い応答で強制的に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制御装置。
6. 前記作動角可変機構及び前記可変バルブタイミング機構の制御応答を、機関負荷の変化が急であるほど、より高くする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制御装置。

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