JP2004239151A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキング抑制のための点火時期の遅角補正が行われる際、内部ＥＧＲ量の過多を抑制しつつ、バルブオーバラップ量が必要以上に小さくされるのを抑制する。
【解決手段】バルブオーバラップ量の上限ガードに用いられるガード値は、ノッキング抑制のための点火時期の遅角補正に用いられるＫＣＳ学習値、及びエンジン負荷に応じて設定される。このため、ガード値を、点火時期の遅角補正時に内部ＥＧＲ量が過多になることのない値以下にバルブオーバラップ量を上限ガードすることの可能な値とすることができる。同ガード値に基づきバルブオーバラップ量の上限ガードを行うことで、点火時期の遅角補正に伴いバルブオーバラップ量が最適値から増大側にずれた状態になるときには当該ずれが抑制され、バルブオーバラップ量が最適値からずれた状態にならずにガード値を下回る場合にはバルブオーバラップ量が小さくされることはなくなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両に搭載されるエンジンにおいては、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブ特性を可変とするバルブ特性可変機構を備えたものが実用化されている。このエンジンでは、エンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジン運転状態に基づきバルブ特性可変機構を駆動して吸排気バルブのバルブオーバラップ量を調整し、そのときのエンジン運転状態に適した内部ＥＧＲ量を得るようにしている。即ち、内部ＥＧＲ量は、上記バルブオーバラップ量の調整を通じ、エンジン運転状態に応じて例えばエンジン出力を重視した値に調整されたり、或いは排気エミッションや燃費を重視した値に調整されたりする。
【０００３】
また、車両に搭載される火花点火式エンジンにおいては、ノッキングの有無に応じて増減する補正量に基づき点火時期を遅角補正し、これにより燃焼室の温度上昇を抑制してノッキングを抑制することが行われる。上記のように点火時期の遅角補正によって燃焼室内の温度上昇を抑制できるのは、点火時期の遅角によって燃焼室内での混合気の燃焼期間が遅角側にずれることから、混合気がその燃焼温度の高いまま排気として排出通路に送り出され、混合気の燃焼時の熱が燃焼室に伝達されにくくなるためである。
【０００４】
しかし、ノッキング抑制のために点火時期が遅角補正されると、エンジン運転状態によっては、上記点火時期遅角に伴いバルブオーバラップ量（内部ＥＧＲ量）の最適値が減少側に変化する場合がある。このような最適値の変化は、例えば排気エミッションや燃費を重視すべきエンジン運転状態にあって、ノッキング抑制のための点火時期の遅角補正が行われる際に生じる。この運転状態では、実際の内部ＥＧＲ量が排気エミッションや燃費の改善のために最大限の値に調整されることとなるが、この最大限の値は上記点火時期遅角に伴い減少側に変化する。従って、内部ＥＧＲ量を制御するためのパラメータであるバルブオーバラップ量を小さくする必要があり、点火時期の遅角補正に伴いバルブオーバラップ量の最適値が減少側に変化するのは、このためである。
【０００５】
上記のようにバルブオーバラップ量の最適値が減少側に変化すると、バルブオーバラップ量が最適値から増大側にずれた状態となり、エンジンの内部ＥＧＲ量が過多となって燃費やトルク変動の面で悪影響を及ぼすことになる。この内部ＥＧＲ量の過多に伴う悪影響を抑制すべく、点火時期の遅角補正に用いられる補正量に基づき、バルブオーバラップ量を小さくすることが提案されている（特許文献１参照）。このときのバルブオーバラップ量の減少量は、エンジン回転速度、及び燃料噴射量に応じて区分された運転領域毎に異なる値に設定される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１２５１２６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにバルブオーバラップを小さくすることで、ノッキングを抑制するための点火時期の遅角補正に伴い、内部ＥＧＲ量が過多になって燃費やトルク変動の面で悪影響を及ぼすのを抑制することはできる。ただし、ノッキング抑制のために点火時期が上記補正量に対応した分だけ遅角補正されたとき、エンジン運転状態によっては、バルブオーバラップ量の最適値があまり変化しない場合もあり、この場合にバルブオーバラップ量が小さくされると内部ＥＧＲ量が必要以上に小さくされることになる。
【０００８】
例えば、エンジン出力を重視すべきエンジン運転状態にあっては、バルブオーバラップ量の最適値として、そのときのエンジン運転状態で内部ＥＧＲ量を最大限に確保する値よりも小さい値が設定される。これば内部ＥＧＲ量が増えるほど燃焼時の燃焼室内に存在する燃焼に寄与しないガス（排気）の量が多くなり、内部ＥＧＲ量を最大限の値にすると、エンジン出力の低下を招くおそれがあるためである。また、エンジン出力を重視すべきエンジン運転状態であって、特にスロットルバルブが全開付近にあるときには、内部ＥＧＲ量を確保することよりも吸入空気量を可能な限り多くすることが重視され、バルブオーバラップ量の最適値として、吸入空気量を最大限に確保することの可能な値が設定される。このときのバルブオーバラップ量の最適値は、内部ＥＧＲ量を最大限に確保する値よりも小さい値となる。
【０００９】
上述したような最適値にバルブオーバラップ量を調整している場合、上記点火時期の遅角補正が行われても、実際の内部ＥＧＲ量が既に最大限の値よりも小さい値になっていることから、点火時期の遅角補正に伴い内部ＥＧＲ量が過多になることはない。従って、内部ＥＧＲ量を制御するパラメータであるバルブオーバラップ量を小さくする必要もなく、点火時期の遅角補正に伴いバルブオーバラップ量の最適値が変化しない。
【００１０】
このような場合に、点火時期の遅角補正に用いられる補正量に基づきバルブオーバラップ量が小さくされると、バルブオーバラップ量が最適値に対し過度に小さくされ、内部ＥＧＲ量が必要以上に少なくされることとなる。特許文献１においては、このときのバルブオーバラップ量の減少量が運転領域毎に異なる値に設定されるが、バルブオーバラップ量が小さくされることに変わりはないため、内部ＥＧＲ量が必要以上に少なくされるという問題は避けられない。
【００１１】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ノッキング抑制のための点火時期の遅角補正が行われる際、内部ＥＧＲ量の過多を抑制しつつ、バルブオーバラップ量が必要以上に小さくされるのを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、ノッキングの有無に応じて増減される補正量に基づき点火時期を遅角補正してノッキングを抑制するとともに、吸排気バルブのバルブオーバラップ量を機関運転状態に適した値に制御する内燃機関の制御装置において、前記バルブオーバラップ量を前記補正量の大きさ及び機関運転状態に応じて設定したガード値に基づき上限ガードするガード手段を備えた。
【００１３】
バルブオーバラップ量は、機関運転状態に応じて例えば機関出力を重視した値、或いは排気エミッションや燃費を重視した値を最適値として、その最適値となるよう調整される。このため、ノッキング抑制のために補正量に対応した分の点火時期の遅角補正が行われる際、機関運転状態によっては、上記遅角補正に伴いバルブオーバラップ量の最適値が減少側に大きく変化する場合もあれば、同最適値があまり大きく変化しない場合もある。上記構成によれば、オーバラップ量の上限ガードに用いられるガード値を、上記補正量及び機関運転状態に応じて設定することで、上記点火時期の遅角補正が行われたときに内部ＥＧＲ量が過多になることのない値以下にバルブオーバラップ量を上限ガードすることの可能な値とすることができる。上記点火時期の遅角補正時にバルブオーバラップ量の最適値が減少側に大きく変化してバルブオーバラップ量が最適値に対し増大側にずれる機関運転状態であれば、当該遅角補正に伴いバルブオーバラップ量が上記のように設定されるガード値よりも大きい値となる。なお、上記のような機関運転状態としては、例えば排気エミッションや燃費を重視すべき機関運転状態があげられる。この場合、バルブオーバラップ量がガード値に基づき上限ガードされ、内部ＥＧＲ量の過多が抑制されるようになる。一方、上記点火時期の遅角補正に伴いバルブオーバラップ量の最適値があまり大きく変化せずバルブオーバラップ量が最適値に対して過度にずれることのない機関運転状態であれば、当該遅角補正が行われたとしても、最適値付近の値をとるバルブオーバラップ量が上記のように設定されたガード値を下回る場合がある。上記のような機関運転状態としては、例えばエンジン出力を重視すべき機関運転状態があげられる。この場合、ガード値に基づく上限ガードによってバルブオーバラップ量が小さくされることはないため、同バルブオーバラップ量が内部ＥＧＲ量過多の抑制に必要とされる以上に小さくされることはない。
【００１４】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記ガード手段は、前記補正量が点火時期を遅角させる側の値になるほど前記ガード値を小さく設定するものとした。
【００１５】
上記構成によれば、点火時期の遅角補正のための補正量に応じて、ガード値を連続的に変化させることができる。そして、バルブオーバラップ量がガード値に基づき上限ガードされた状態にあって上記のようにガード値が変化するとき、バルブオーバラップ量を滑らかに変化させることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記ガード手段は、前記補正量が点火時期を所定レベル以上に遅角補正する値になるまでは、前記ガード値に基づくバルブオーバラップ量の上限ガードを行わないものとした。
【００１７】
ノッキング抑制のための点火時期の遅角補正が小であるときには、当該点火時期の遅角補正によるバルブオーバラップ量の最適値のずれは小さいものとなり、このときのバルブーバラップ量の最適値に対するずれが問題になることはない。上記構成によれば、こうした状況下でバルブオーバラップ量の上限ガードが行われることはなく、同上限ガードによってバルブオーバラップ量が無駄に小さくされ、内部ＥＧＲ量が必要以上に少なくされるのを抑制することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記ガード手段は、前記ガード値の最小値を機関運転状態に応じて設定するものとした。
【００１９】
上記構成によれば、ガード値の最小値が機関運転状態に応じて設定されるため、同ガード値が必要以上に小さくされることはない。従って、ガード値に基づきバルブオーバラップ量が上限ガードされるとき、バルブオーバラップ量が必要以上に小さくなるのを抑制することができる。
【００２０】
請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記ガード手段は、機関出力を優先する機関高負荷運転時には前記ガード値に基づくバルブオーバラップ量の上限ガードを行わないものとした。
【００２１】
機関出力を優先する機関高負荷領域においては、内燃機関に必要とされる吸入空気量が大となり、この要求される吸入空気量が得られるようなバルブオーバラップ量に調整される。仮に、このときバルブオーバラップ量がガード値に基づき上限ガードされて小さい値に制限されると、必要な吸入空気量が得られずに内燃機関の出力性能が低下するおそれがある。また、上記のように内燃機関の吸入空気量が多いときにはバルブオーバラップ量に基づく内部ＥＧＲ量が少なくなるため、点火時期の遅角補正に伴う内部ＥＧＲ量の過多を抑制すべくバルブオーバラップ量を上限ガードによって小さく制限する必要もない。上記構成によれば、機関出力を優先する機関高負荷運転時にはバルブオーバラップ量の上限ガードが行われないため、このときにバルブオーバラップ量が無駄に小さく制限され、内燃機関の出力性能が低下するのを抑制することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記ガード手段は、バルブオーバラップ量を前記ガード値に基づき上限ガードする際、それに伴うバルブオーバラップ量の減少を吸気バルブの遅角及び排気バルブの進角によって実現させるとともに、前記吸気バルブの遅角量と前記排気バルブの進角量との比率を機関運転状態に応じて可変とするものとした。
【００２３】
上記構成によれば、バルブオーバラップ量を上限ガードによって小さく制限する際、バルブオーバラップ量の減少を実現するのに必要な吸気バルブの遅角量と排気バルブの進角量との比率を、機関運転状態に応じて最適なものに設定することが可能になる。従って、上記バルブオーバラップ量の減少を機関運転状態に応じて適切に行い、その減少に伴う燃費やトルク変動の悪化を最小限に抑えることができる。
【００２４】
請求項７記載の発明では、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記ガード手段は、前記ガード値による上限ガードによってバルブオーバラップ量を減少させる際の減少速度を機関運転状態に応じて可変とするものとした。
【００２５】
上記構成によれば、バルブオーバラップ量を上限ガードによって小さく制限する際、バルブオーバラップ量の減少速度を機関運転状態に応じて最適なものに設定することが可能となる。従って、上記バルブオーバラップ量の減少を機関運転状態に応じて適切に行うことができる。
【００２６】
請求項８記載の発明では、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記ガード手段は、機関負荷及び前記補正量に基づきマップを参照して前記ガード値を設定するものとした。
【００２７】
機関高負荷時のガード値がそのときの機関運転状態に適したバルブオーバラップ量に対応した値となるようにマップを設定することで、機関高負荷時にバルブオーバラップ量の上限ガードが実行されないようにすることができる。また、上記補正量が点火時期を所定レベル以上に遅角補正する値になるまでは、ガード値がそのときの機関運転状態に適したバルブオーバラップ量に対応した値となるようにマップを設定することで、上記の状況下においてバルブオーバラップ量の上限ガードが実行されないようにすることができる。更に、補正量が点火時期を遅角させる側の値になるほどガード値が小さくなるようにマップを設定することにより、上記補正量の変化に対応してガード値を連続的に変化させることができる。従って、機関負荷及び補正量に応じて上述したガード値が求められるようマップを設定することにより、一つのマップを用いるだけで上述した各状況に適したガード値を得ることができるようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車載エンジンの制御装置に具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
【００２９】
図１に示されるエンジン１においては、吸気通路２を流れる空気、及び燃料噴射弁４から噴射される燃料からなる混合気が燃焼室３に充填され、この混合気に対して点火プラグ５による点火が行われる。そして、この点火により燃焼室３内の混合気が燃焼すると、そのときの燃焼エネルギによりピストン６が往復移動する。このピストン６の往復移動は、コネクティングロッド８によってエンジン１の出力軸であるクランクシャフト９の回転へと変換される。一方、燃焼後の混合気は、排気として燃焼室３から排気通路７に送り出される。
【００３０】
エンジン１において、吸気通路２と燃焼室３との間は吸気バルブ２０の開閉動作によって連通・遮断され、排気通路７と燃焼室３との間は排気バルブ２１の開閉動作によって連通・遮断される。そして、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１は、クランクシャフト９の回転が伝達される吸気カムシャフト２２及び排気カムシャフト２３の回転に伴い、それらカムシャフト２２，２３の吸気カム及び排気カムに押されて開閉動作する。
【００３１】
吸気カムシャフト２２には、クランクシャフト９の回転に対する吸気カムシャフト２２の相対回転位相を変更することで、吸気バルブ２０のバルブ特性としてバルブタイミング（開閉タイミング）を変更する吸気側バルブタイミング可変機構２５が設けられている。そして、この吸気側バルブタイミング可変機構２５を作動させ、吸気バルブ２０の開弁期間を進角側又は遅角側に移行させることにより、吸気バルブ２０の開弁時期及び閉弁時期が変化するようになる。
【００３２】
また、排気カムシャフト２３には、クランクシャフト９の回転に対する排気カムシャフト２３の相対回転位相を変更することで、排気バルブ２１のバルブ特性としてバルブタイミング（開閉タイミング）を変更する排気側バルブタイミング可変機構３１が設けられている。そして、この排気側バルブタイミング可変機構３１を作動させ、排気バルブ２１の開弁期間を進角側又は遅角側に移行させることにより、排気バルブ２１の開弁時期及び閉弁時期が変化するようになる。
【００３３】
吸気バルブ２０及び排気バルブ２１のバルブタイミングを変更すると、それらのバルブオーバラップ量が変化することから、エンジン１の内部ＥＧＲ量も変化するようになる。吸気側バルブタイミング可変機構２５、及び排気側バルブタイミング可変機構３１は、バルブオーバラップ量（内部ＥＧＲ量）がエンジン運転状態に適した値となるよう駆動制御される。これにより、バルブオーバラップ量（内部ＥＧＲ量）は、エンジン運転状態に応じて、例えばエンジン出力を重視した値に調整されたり、或いは排気エミッションや燃費を重視した値に調整されたりする。
【００３４】
次に、エンジン１の制御装置の電気的構成について説明する。
エンジン１において、点火プラグ５の点火時期、吸気側バルブタイミング可変機構２５、排気側バルブタイミング可変機構３１の作動は、エンジン１を運転制御すべく自動車に搭載された電子制御装置３５を通じて制御される。また、電子制御装置３５には、以下に示される各種センサからの検出信号が入力される。
【００３５】
・クランクシャフト９の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ１０。
・吸気カムシャフト２２の回転位置を検出するための吸気側カムポジションセンサ２４。
【００３６】
・排気カムシャフト２３の回転位置を検出するための排気側カムポジションセンサ３２。
・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダル１３の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ１４。
【００３７】
・吸気通路２に設けられて同通路２の空気流通面積を変更すべく開閉動作するスロットルバルブ１１の開度を検出するスロットルポジションセンサ１５。
・吸気通路２におけるスロットルバルブ１１よりも下流側の圧力（吸気圧）を検出するバキュームセンサ１２。
【００３８】
・エンジン１でのノッキング発生の有無に対応した信号を出力するノックセンサ３６。
ここで、電子制御装置３５を通じて行われる点火時期制御、並びに、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１のバルブタイミング制御について、各制御毎に詳しく説明する。
【００３９】
［点火時期制御］
エンジン１の点火時期は、電子制御装置３５を通じて、点火時期指令値ＳＴに基づき制御される。この点火時期指令値ＳＴは、以下の式（１）に基づき算出される。
【００４０】
ＳＴ＝ＳＲ＋Ｆ＋ＡＧ …（１）
ＳＴ：点火時期指令値
ＳＲ：最遅角点火時期
Ｆ ：フィードバック補正値
ＡＧ：ＫＣＳ学習値
式（１）において、最遅角点火時期ＳＲは、点火時期をノッキングが発生する限界まで進角させたときの状態（ノック限界）から所定の遅角余裕代だけ遅角させたときの点火時期であって、エンジン回転速度及びエンジン負荷といったエンジン運転状態に応じて変化する値である。
【００４１】
なお、エンジン回転速度はクランクポジションセンサ１０からの検出信号に基づき求められる。また、エンジン負荷は、エンジン１の吸入空気量に対応するパラメータとエンジン回転速度とから算出される。吸入空気量に対応するパラメータとしては、バキュームセンサ１２の検出信号に基づき求められる吸気圧、スロットルポジションセンサ１５からの検出信号に基づき求められるスロットル開度、及びアクセルポジションセンサ１４に基づき求められるアクセル踏込量等があげられる。ここで、バキュームセンサ１２に代えてエアフローメータを設け、エンジン１の吸入空気量をエアフローメータによって直接検出して上記パラメータとして用いてもよい。
【００４２】
また、式（１）において、フィードバック補正値Ｆ及びＫＣＳ学習値ＡＧは、ノッキングの発生に応じて同ノッキングを抑制すべく点火時期を遅角補正する補正量であって、ノッキングの悪化状態（有無）に応じて増減する値である。
【００４３】
上記フィードバック補正値Ｆは、ノッキング発生有りのときには点火時期指令値ＳＴを遅角側に移行させるように変更され、ノッキング発生無しのときには点火時期指令値ＳＴを進角側に移行させるように変更される。
【００４４】
一方、ＫＣＳ学習値ＡＧは、上記フィードバック補正値Ｆが予め定められた所定範囲内に収束するように変更される。このＫＣＳ学習値ＡＧとしては、例えば、エンジン１の負荷領域全体でフィードバック補正値Ｆが上記所定範囲内に収束するよう増減するノック補正学習値と、エンジン１の低負荷領域でフィードバック補正値Ｆが上記所定範囲内に収束するよう増減する軽負荷学習値とを合わせた値が採用される。
【００４５】
そして、フィードバック補正値Ｆが上記所定範囲に対し点火時期指令値ＳＴを遅角させる側に外れていれば、ＫＣＳ学習値ＡＧは点火時期指令値ＳＴを遅角側に移行させるように変更される。また、フィードバック補正値Ｆが上記所定範囲に対し点火時期指令値ＳＴを進角させる側に外れていれば、ＫＣＳ学習値ＡＧは点火時期指令値ＳＴを進角側に移行させるように変更される。以上のようなＫＣＳ学習値ＡＧの変更は、エンジン１の低負荷領域では上記ノック補正学習値と上記軽負荷学習値との両方の増減によって実現され、それ以外のエンジン運転領域では上記ノック補正学習値の増減によって実現される。
【００４６】
［バルブタイミング制御］
吸気バルブ２０のバルブタイミングは、実際の吸気カムシャフト２２の回転位置、及び吸気バルブ２０のバルブタイミングの目標変位角ＶＴＴｉｎに基づき、吸気側バルブタイミング可変機構２５を駆動することによって制御される。吸気カムシャフト２２の回転位置は吸気側カムポジションセンサ２４の検出信号に基づき求められ、目標変位角ＶＴＴｉｎはエンジン回転速度及びエンジン負荷といったエンジン運転状態に応じて算出される。
【００４７】
また、排気バルブ２１のバルブタイミングは、実際の排気カムシャフト２３の回転位置、及び排気バルブ２１のバルブタイミングの目標変位角ＶＴＴｅｘに基づき、排気側バルブタイミング可変機構３１を駆動することによって制御される。排気カムシャフト２３の回転位置は排気側カムポジションセンサ３２の検出信号に基づき求められ、目標変位角ＶＴＴｅｘは吸気バルブ２０のバルブタイミングについての実際の変位角、及びバルブオーバラップ量の要求値に応じて算出される。
【００４８】
そして、上記目標変位角ＶＴＴｉｎ，ＶＴＴｅｘ等に基づき吸気バルブ２０及び排気バルブ２１のバルブタイミングを制御することで、それらバルブタイミングがエンジン運転状態に適したものとされる。また、このバルブタイミング制御によって吸排気バルブのバルブオーバラップ量（内部ＥＧＲ量）もエンジン運転状態に適した値（要求値）に制御されることとなる。
【００４９】
ところで、バルブオーバラップ量（内部ＥＧＲ量）は、エンジン運転状態に応じて、例えばエンジン出力を重視した値、或いは排気エミッションや燃費を重視した値を最適値として、その最適値となるよう調整される。このため、ノッキング抑制のために点火時期が遅角補正される際、エンジン運転状態によっては、バルブオーバラップ量の最適値が減少側に大きく変化する場合もあれば、同最適値があまり変化しない場合もある。ここで、最適値が減少側に大きく変化する［エンジン運転状態１］、及び、最適値があまり変化しない［エンジン運転状態２］について以下で個別に説明する。
【００５０】
［エンジン運転状態１］
このエンジン運転状態としては、例えば排気エミッションや燃費を重視すべきエンジン運転状態があげられ、同エンジン運転状態はエンジン１の低負荷運転領域等で生じる。排気エミッションや燃費を重視すべきエンジン運転状態では、実際の内部ＥＧＲ量が排気エミッションや燃費の改善のために最大限の値に調整されることとなるが、この最大限の値はノッキング抑制のために点火時期が遅角補正されることに伴い減少側に変化する。従って、内部ＥＧＲ量を制御するためのパラメータであるバルブオーバラップ量を小さくする必要があり、点火時期の遅角補正に伴いバルブオーバラップ量の最適値が減少側に変化するのである。こうした最適値の変化が生じると、バルブオーバラップ量が最適値から増大側にずれた状態となり、エンジンの内部ＥＧＲ量が過多となって燃費やトルク変動の面で悪影響を及ぼすこととなる。
【００５１】
［エンジン運転状態２］
このエンジン運転状態としては、例えばエンジン出力を重視すべきエンジン運転状態があげられ、同エンジン運転状態はエンジン１の高負荷運転領域等で生じる。エンジン出力を重視するエンジン運転状態では、バルブオーバラップ量の最適値が、そのときのエンジン運転状態で内部ＥＧＲ量を最大限に確保する値よりも小さい値となる。これは内部ＥＧＲ量が増えるほど燃焼時の燃焼室３内に燃焼に寄与しないガス（排気）が多く存在し、内部ＥＧＲ量を最大限の値にすると、エンジン出力の低下を招くおそれがあるためである。また、エンジン出力を重視すべきエンジン運転状態であって、特にスロットルバルブ１１が全開付近にあるときには、内部ＥＧＲ量を確保することよりも吸入空気量を可能な限り多くすることが重視され、バルブオーバラップ量の最適値として、吸入空気量を最大限に確保することの可能な値が設定される。このときのバルブオーバラップ量の最適値は、内部ＥＧＲ量を最大限に確保する値よりも小さい値となる。
【００５２】
以上のような最適値にバルブオーバラップ量が調整されている場合、上記点火時期の遅角補正が行われても、実際の内部ＥＧＲ量が既に最大限の値よりも小さい値になっていることから、点火時期の遅角補正に伴い内部ＥＧＲ量が過多になることはない。従って、内部ＥＧＲ量を制御するパラメータであるバルブオーバラップ量を小さくする必要もなく、点火時期の遅角補正に伴いバルブオーバラップ量の最適値が大きく変化することはないのである。
【００５３】
上述した［エンジン運転状態１］の欄で示したように、ノッキング抑制のために点火時期を遅角補正する際には、それに伴いバルブオーバラップ量が最適値よりも増大側にずれた状態となり、内部ＥＧＲ量の過多を招くことがある。このため、点火時期を遅角補正するための補正量、例えばＫＣＳ学習値ＡＧに基づきバルブオーバラップ量を小さくすることも考えられる。この場合、［エンジン運転状態１］にあっては、点火時期の遅角補正に伴う内部ＥＧＲ量の過多を抑制して燃費やトルク変動の面での悪影響を抑制することができる。しかし、［エンジン運転状態２］にあっては、バルブオーバラップ量が最適値よりも小さくされ、内部ＥＧＲ量が必要以上に少なくされてしまう。
【００５４】
そこで、本実施形態では、ＫＣＳ学習値ＡＧ及びエンジン負荷に応じて設定されるガード値Ｇに基づきバルブオーバラップ量を上限ガードする。このガード値Ｇについては、ＫＣＳ学習値ＡＧ及びエンジン負荷に応じて設定されるため、点火時期の遅角補正時に内部ＥＧＲ量が過多になることのない値以下にバルブオーバラップ量を上限ガードすることの可能な値とすることができる。
【００５５】
このように設定されたガード値Ｇは、［エンジン運転状態１］が生じる得るエンジン１の低負荷運転領域においては、ＫＣＳ学習値ＡＧの大きさに応じて例えば図２（ｂ）に示されるように推移する。同図から分かるように、［エンジン運転状態１］でのガード値Ｇは、ＫＣＳ学習値ＡＧの値によっては比較的小さい値をとるようになる。また、上記のように設定されたガード値Ｇは、［エンジン運転状態２］が生じ得るエンジン１の高負荷運転領域においては、ＫＣＳ学習値ＡＧの大きさに応じて例えば図２（ａ）に示されるように推移する。同図から分かるように、［エンジン運転状態２］でのガード値Ｇは、ＫＣＳ学習値ＡＧの大きさに関係なく比較的大きい値をとるようになる。
【００５６】
従って、［エンジン運転状態１］にあって、ノッキング発生に伴いＫＣＳ学習値ＡＧが所定の値になり、バルブオーバラップ量の最適値が減少側に変化してバルブオーバラップ量が最適値に対して増大側にずれた状態になると、ガード値Ｇよりもバルブオーバラップ量が大きい状態となる。この場合、点火時期の遅角補正に伴いバルブオーバラップ量の最適値が減少側に変化したとしても、バルブオーバラップ量がガード値Ｇに基づき上限ガードされて小さくなるため、当該遅角補正に伴う内部ＥＧＲ量の過多を抑制することができる。
【００５７】
一方、［エンジン運転状態２］にあっては、ノッキング発生に伴いＫＣＳ学習値ＡＧが変化しても、バルブオーバラップ量の最適値があまり変化することはなく、同最適値の変化に伴いバルブオーバラップ量が増大側にずれた状態になることはない。この状態にないとき、ＫＣＳ学習値ＡＧの値によってはバルブオーバラップ量が上記のように設定されたガード値Ｇを下回る場合があり、この場合は上限ガードによってバルブオーバラップ量が小さくされることはなくなる。従って、バルブオーバラップ量が内部ＥＧＲ量過多の抑制に必要される以上に小さくされることもない。
【００５８】
次に、バルブオーバラップ量を制御するのに用いられる目標変位角ＶＴＴｉｎ，ＶＴＴｅｘの算出手順について、目標変位角算出ルーチンを示す図４のフローチャートを参照して説明する。目標変位角算出ルーチンは、電子制御装置３５を通じて例えば所定クランク角毎の角度割り込みにて実行される。
【００５９】
この目標変位角算出ルーチンにおいて、吸気バルブ２０用の目標変位角ＶＴＴｉｎは、以下の式（２）を用いて算出される（Ｓ１０７）。
ＶＴＴｉｎ＝ＶＴｉｎｂ−（ＯＲＴ−ＯＲＧ）・Ｋ＋Ａ …（２）
ＶＴＴｉｎ：吸気バルブのバルブタイミングの目標変位角
ＶＴｉｎｂ：ベース値
ＯＲＴ ：目標バルブオーバラップ量
ＯＲＧ ：ガード後オーバラップ量
Ｋ ：振り分け係数
Ａ ：その他の補正値
式（２）において、ベース値ＶＴｉｎｂはステップＳ１０１の処理でエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき算出され、目標バルブオーバラップ量ＯＲＴはステップＳ１０２の処理でエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき算出される。この目標バルブオーバラップ量ＯＲＴは、ノッキング悪化していないときのエンジン回転速度及びエンジン負荷といったエンジン運転状態に応じたバルブオーバラップ量の最適値（要求値）であって、エンジン運転状態に応じてエンジン出力を重視した値、或いは排気エミッションや燃費を重視した値とされる。
【００６０】
また、式（２）のガード後オーバラップ量ＯＲＧは、目標バルブオーバラップ量ＯＲＴと上述したガード値Ｇとの小さい方を選択して得られる値である。このガード値Ｇは、ステップＳ１０３の処理でＫＣＳ学習値ＡＧ及びエンジン負荷に基づき図３のマップを参照して算出され、その後にステップＳ１０４の処理でエンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジン運転状態に応じて可変設定される最小値によって下限ガードされた値である。そして、ステップＳ１０５の処理で、目標バルブオーバラップ量ＯＲＴとガード値Ｇとの小さい方がガード後オーバラップ量ＯＲＧとして設定される。
【００６１】
ガード値Ｇが目標バルブオーバラップ量ＯＲＴよりも小さい場合、ガード値Ｇがガード後オーバラップ量ＯＲＧとされるため、式（２）から算出される目標変位角ＶＴＴｉｎが「（ＯＲＴ−ＯＲＧ）・Ｋ」という項の分だけ小さい値（進角側の値）になる。この場合、目標変位角ＶＴＴｉｎに基づき制御される吸気バルブ２０のバルブタイミングが進角側に変化させられ、バルブオーバラップ量が小さくされる。従って、この場合はガード値Ｇによるバルブオーバラップ量の上限ガードにより、同バルブオーバラップ量が小さくされることとなる。
【００６２】
また、ガード値Ｇが目標バルブオーバラップ量ＯＲＴよりも大きい場合には、目標バルブオーバラップ量ＯＲＴがガード後オーバラップ量ＯＲＧとされるため、式（２）における「（ＯＲＴ−ＯＲＧ）・Ｋ」という項は「０」とされる。この場合、目標変位角ＶＴＴｉｎに基づき制御される吸気バルブ２０のバルブタイミングが上記のように進角側に変化させられることはない。従って、この場合はガード値Ｇによるバルブオーバラップ量の上限ガードにより、同バルブオーバラップ量が小さくされることはない。
【００６３】
なお、「（ＯＲＴ−ＯＲＧ）・Ｋ」という項において、振り分け係数Ｋは、「０」よりも大きく「１．０」よりも小さい値であって、バルブオーバラップ量の減少を実現させるに当たり、吸気バルブ２０の遅角と排気バルブ２１の進角とをどのように配分する（振り分ける）かを決定するためのものである。この振り分け係数Ｋは、ステップＳ１０６の処理でエンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジン運転状態に基づき、「０」から「１．０」の間の値に設定される。振り分け係数Ｋが「１．０」に近くなるほど、ガード値Ｇに基づく上限ガードによってバルブオーバラップ量を小さくする際、それを実現する上での吸気バルブ２０のバルブタイミング進角による分担分が増え、排気バルブ２１のバルブタイミング遅角による分担分が減ることとなる。
【００６４】
排気バルブ２１のバルブタイミング制御に用いられる排気バルブ２１用の目標変位角ＶＴＴｅｘは、以下の式（３）を用いて算出される（Ｓ１０８）。
ＶＴＴｅｘ＝ＯＲＧ−（ＶＴｉｎ＋Ｘ）＋Ｂ …（３）
ＶＴＴｅｘ：排気バルブのバルブタイミングの目標変位角
ＯＲＧ ：ガード後オーバラップ量
ＶＴｉｎ ：吸気バルブのバルブタイミングの実変位角
Ｘ ：構造上のバルブオーバラップ量の最小値
Ｂ ：その他の補正値
式（３）において、実変位角ＶＴｉｎは、クランクポジションセンサ１０及び吸気側カムポジションセンサ２４からの検出信号に基づき求められる。この式（３）から分かるように、目標変位角ＶＴＴｅｘは、吸気バルブ２０のバルブタイミングの実変位角ＶＴｉｎ に対し、ガード後オーバラップ量ＯＲＧが得られるように排気バルブ２１のバルブタイミングを制御するための値である。
【００６５】
次に、ステップＳ１０３でガード値Ｇの算出に用いられるマップについて、図３を参照して説明する。
このマップにおいて、ＫＣＳ学習値ＡＧが所定値ａよりも点火時期を遅角させない側（ノック悪化側と反対側）となる領域Ｅ１では、ガード値Ｇが目標バルブオーバラップ量ＯＲＴと等しい値として算出されるよう設定されている。このようにガード値Ｇが目標バルブオーバラップ量ＯＲＴと等しい値になるときには、ガード後オーバラップ量ＯＲＧが目標バルブオーバラップ量ＯＲＴと等しい値になる。従って、ＫＣＳ学習値ＡＧが点火時期を所定レベル以上に遅角補正する値、即ち所定値ａよりもノック悪化側の値になるまでは、式（２）の「（ＯＲＴ−ＯＲＧ）・Ｋ」という項が常に「０」になり、バルブオーバラップ量の上限ガードが行われることはなくなる。
【００６６】
また、マップにおいて、エンジン負荷が所定値ｂよりも高い領域Ｅ３でも、ガード値Ｇが目標バルブオーバラップ量ＯＲＴと等しい値として算出されるよう設定されている。従って、エンジン負荷が所定値ｂよりも高いエンジン高負荷運転時には、上記と同じく式（２）の「（ＯＲＴ−ＯＲＧ）・Ｋ」という項が常に「０」になり、バルブオーバラップ量の上限ガードが行われることはなくなる。
【００６７】
更に、マップにおいて、領域Ｅ１，Ｅ３以外の領域Ｅ２では、ＫＣＳ学習値ＡＧが点火時期を遅角させる側（ノック悪化側）の値となるほどガード値Ｇが小さい値として算出されるよう設定されている。従って、領域Ｅ２においては、ＫＣＳ学習値ＡＧに応じてガード値Ｇを連続的に変化させることが可能になる。
【００６８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）バルブオーバラップ量は、ＫＣＳ学習値ＡＧ及びエンジン負荷に応じて設定されるガード値Ｇに基づき上限ガードされる。このガード値Ｇについては、ＫＣＳ学習値ＡＧ及びエンジン負荷に応じて設定されるため、ノッキング抑制のための点火時期の遅角補正時に内部ＥＧＲ量が過多になることのない値以下にバルブオーバラップ量を上限ガードすることの可能な値とすることができる。このようにガード値Ｇを設定することで、上述した［エンジン運転状態１］にあっては、点火時期の遅角補正に伴いバルブオーバラップ量がガード値Ｇよりも大きくなる。この場合、ガード値Ｇに基づく上限ガードによりバルブオーバラップ量が小さくされる。従って、点火時期の遅角補正にともないバルブオーバラップ量が最適値から増大側にずれた状態にあっても、そのずれを抑制して内部ＥＧＲ量の過多を抑制することができる。一方、上述した［エンジン運転状態２］にあっては、点火時期の遅角補正時であってもバルブオーバラップ量がガード値Ｇを下回る場合がある。この場合、ガード値Ｇに基づく上限ガードによりバルブオーバラップ量が小さくなることはない。従って、点火時期の遅角補正に伴う内部ＥＧＲ量の過多を抑制する際、上限ガードによって必要以上にバルブオーバラップ量が小さくされるのを抑制することができる。
【００６９】
（２）エンジン運転状態が図３のマップの領域Ｅ２にあるときには、ＫＣＳ学習値ＡＧが点火時期を遅角させる値（ノック悪化側の値）になるほど、ガード値Ｇが小さい値として算出されるようになる。この場合には、ＫＣＳ学習値ＡＧに応じてガード値Ｇを連続的に変化させることが可能になる。そして、バルブオーバラップ量がガード値Ｇに基づき上限ガードされた状態にあっては上記のようにガード値Ｇを変化させることで、バルブオーバラップ量を滑らかに変化させることができるようになる。
【００７０】
（３）エンジン運転状態が上記マップの領域Ｅ１にあるとき、即ちノッキング抑制のための点火時期の遅角補正が小であるときには、当該点火時期の遅角補正によるバルブオーバラップ量の最適値のずれは小さいものとなり、このときのバルブオーバラップ量の最適値に対するずれが問題になることはない。こうした状況下では、ガード値Ｇが目標バルブオーバラップ量ＯＲＴと等しい値に設定され、式（２）の「（ＯＲＴ−ＯＲＧ）・Ｋ」という項が常に「０」になる。このため、バルブオーバラップ量の上限ガードが行われることはなくなり、バルブオーバラップ量が無駄に小さくされ、内部ＥＧＲ量が必要以上に少なくされるのを抑制することができる。
【００７１】
（４）マップを参照して算出されたガード値Ｇは、エンジン運転状態に応じて可変設定される最小値で下限ガードされるため、ガード値Ｇの最小値がエンジン運転状態に応じて可変設定されることになる。従って、ガード値Ｇが必要以上に小さくされることはなく、ガード値Ｇに基づきバルブオーバラップ量が上限ガードされるとき、バルブオーバラップ量が必要以上に小さくなるのを抑制することができる。
【００７２】
（５）エンジン運転状態が上記マップの領域Ｅ３にあるとき、即ちエンジン高負荷運転時には、エンジン１に必要とされる吸入空気量が大となり、この要求される吸入空気量が得られるようバルブオーバラップ量が比較的大きい値に調整される。仮に、このときバルブオーバラップ量がガード値に基づき上限ガードされて小さい値に制限されると、必要な吸入空気量が得られずにエンジン１の出力性能が低下するおそれがある。また、上記のようにエンジン１の吸入空気量が多いときにはバルブオーバラップ量に起因する内部ＥＧＲ量が少ないため、内部ＥＧＲ量の過多を抑制する必要もない。エンジン運転状態が領域Ｅ３にあるようなエンジン高負荷運転時には、ガード値Ｇが目標バルブオーバラップ量ＯＲＴと等しい値に設定され、式（２）の「（ＯＲＴ−ＯＲＧ）・Ｋ」という項が常に「０」になる。このため、バルブオーバラップ量の上限ガードが行われることはなくなり、バルブオーバラップ量が無駄に小さく制限され、エンジン１の出力性能が低下するのを抑制することができる。
【００７３】
（６）バルブオーバラップ量をガード値Ｇに基づき上限ガードして小さく制限する際、そのバルブオーバラップ量の減少は吸気バルブ２０のバルブタイミング進角と排気バルブ２１のバルブタイミング遅角によって実現される。このときの吸気バルブ２０のバルブタイミング進角量と、排気バルブ２１のバルブタイミング遅角量との比率は、エンジン運転状態に応じて設定される振り分け係数Ｋによって可変とされる。従って、上記比率をエンジン運転状態に応じて適切なものとすることが可能になり、バルブオーバラップ量の減少をエンジン運転状態に応じて適切に行うことができる。
【００７４】
（７）ガード値Ｇの算出に上記マップを用いることで、領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３に適したガード値Ｇを、一つのマップを用いるだけで得ることができるようになる。
【００７５】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・エンジン負荷及びノッキングのよる点火時期の遅角補正量に基づきマップを参照して算出したガード値Ｇに対し、エンジン回転速度やその他のエンジン運転条件による補正・調整を追加してもよい。
【００７６】
・マップを参照してガード値Ｇを算出する代わりに、計算式を用いてガード値Ｇを算出してもよい。
・ガード値Ｇに基づく上限ガードによってバルブオーバラップ量を減少させるとき、その減少速度をエンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジン運転状態に応じて可変としてもよい。この場合、上記バルブオーバラップ量の減少速度をエンジン運転状態に応じて最適なものに設定することが可能になり、バルブオーバラップ量の減少をエンジン運転状態に応じて適切に行うことができる。
【００７７】
・バルブオーバラップ量の上限ガードによる減少を、吸気バルブ２０のバルブタイミング進角と排気バルブ２１のバルブタイミング遅角とによって実現したが、いずれか一方のみによって実現してもよい。
【００７８】
・吸気側バルブタイミング可変機構２５と排気側バルブタイミング可変機構３１との一方のみが設けられたエンジンに本発明を適用してもよい。吸気側バルブタイミング可変機構２５のみが設けられる場合には、吸気バルブ２０のバルブタイミング制御のみによってバルブオーバラップ量が調整される。また、排気側バルブタイミング可変機構３１のみが設けられる場合には、排気バルブ２１のバルブタイミング制御のみによってバルブオーバラップ量が調整される。
【００７９】
・エンジン運転状態が上記マップの領域Ｅ２にあるときには、ガード値ＧをＫＣＳ学習値ＡＧの大きさに応じて連続的に変化させたが、これに代えてガード値ＧをＫＣＳ学習値ＡＧの大きさに応じて段階的に変化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、エンジンの高負荷運転時及び低負荷運転時におけるＫＣＳ学習値の変化に対するガード値の推移を示すグラフ。
【図３】ガード値の算出に用いられるマップ。
【図４】目標変位角の算出手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、２…吸気通路、３…燃焼室、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…ピストン、７…排気通路、８…コネクティングロッド、９…クランクシャフト、１０…クランクポジションセンサ、１１…スロットルバルブ、１２…バキュームセンサ、１３…アクセルペダル、１４…アクセルポジションセンサ、１５…スロットルポジションセンサ、２０…吸気バルブ、２１…排気バルブ、２２…吸気カムシャフト、２３…排気カムシャフト、２４…吸気側カムポジションセンサ、２５…吸気側バルブタイミング可変機構、３１…排気側バルブタイミング可変機構、３２…排気側カムポジションセンサ、３５…電子制御装置（ガード手段）、３６…ノックセンサ。

Claims (8)

1. ノッキングの有無に応じて増減される補正量に基づき点火時期を遅角補正してノッキングを抑制するとともに、吸排気バルブのバルブオーバラップ量を機関運転状態に適した値に制御する内燃機関の制御装置において、
   前記バルブオーバラップ量を前記補正量の大きさ及び機関運転状態に応じて設定したガード値に基づき上限ガードするガード手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ガード手段は、前記補正量が点火時期を遅角させる側の値になるほど前記ガード値を小さく設定する
   請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記ガード手段は、前記補正量が点火時期を所定レベル以上に遅角補正する値になるまでは、前記ガード値に基づくバルブオーバラップ量の上限ガードを行わない
   請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ガード手段は、前記ガード値の最小値を機関運転状態に応じて設定する
   請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記ガード手段は、機関出力を優先する機関高負荷運転時には前記ガード値に基づくバルブオーバラップ量の上限ガードを行わない
   請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記ガード手段は、バルブオーバラップ量を前記ガード値に基づき上限ガードする際、それに伴うバルブオーバラップ量の減少を吸気バルブの遅角及び排気バルブの進角によって実現させるとともに、前記吸気バルブの遅角量と前記排気バルブの進角量との比率を機関運転状態に応じて可変とする
   請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記ガード手段は、前記ガード値による上限ガードによってバルブオーバラップ量を減少させる際の減少速度を機関運転状態に応じて可変とする
   請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記ガード手段は、機関負荷及び前記補正量に基づきマップを参照して前記ガード値を設定する
   請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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