CN101542079A - 可变动气门机构的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可变动气门机构的控制装置，该控制装置通过凸轮轴旋转惯性转矩减小气门升程中的弹簧反力，由此能够减小电动机的消耗电力以及额定功率。在气门升程开始前，使凸轮轴旋转惯性力为规定值以上。从升程开始到最大升程为止，使用气门弹簧的弹簧反力作为凸轮轴旋转惯性力的减速转矩。从最大升程到升程结束为止，使用弹簧反力作为凸轮轴旋转惯性力的加速转矩。弹簧反力通过凸轮轴旋转惯性力被抵消，气门升程中的电动机转矩仅为抗摩擦转矩。

Description

可变动气门机构的控制装置

技术领域

本发明涉及带电动机的可变动气门机构的控制装置，特别涉及电动机的驱动控制。

背景技术

已知有带电动机的可变动气门机构的控制装置(例如，参照专利文献1)。该专利文献1的控制装置考虑到在进气门和排气门的开闭动作中产生的气门弹簧转矩、惯性转矩、缸内压缩转矩，具有赋予与上述转矩相反的转矩的转矩减小机构。据此，因为能够减小负载在电动机上的转矩，所以能够减小电动机的额定功率。

专利文献1：日本特开2005-171786号公报

专利文献2：日本特开2005-171937号公报

但是，根据上述专利文献1的控制装置，因为追加了被称作转矩减小机构的新机构，所以导致成本上升。并且，因为设置了转矩减小机构，所以存在凸轮和气门之间的摩擦转矩增大的可能性。

发明内容

本发明是用于解决上述课题的装置，其目的是提供一种可变动气门机构的控制装置，该装置通过凸轮轴旋转惯性转矩减小气门升程中的弹簧反力，由此能够减小电动机的消耗电力以及额定功率。

为了实现上述目的，第1发明是一种可变动气门机构的控制装置，该可变动气门机构设置在内燃机中，其特征在于，具有：

设置有凸轮的凸轮轴，该凸轮驱动由气门弹簧弹压的气门，

驱动上述凸轮轴旋转的电动机，

以及执行上述电动机的驱动控制的控制机构，

上述控制机构以上述气门弹簧的弹簧反力由上述凸轮轴的旋转惯性力抵消的方式，在上述气门升程开始时将上述旋转惯性力控制在规定值以上。

并且，第2发明在第1发明中，其特征在于：上述控制机构以下述方式控制上述电动机的旋转位置，即，通过从气门升程开始时到最大升程位置期间的上述弹簧反力使上述凸轮轴的旋转速度减小，并且，通过从该最大升程位置到气门升程结束时的期间的上述弹簧反力使上述凸轮轴的旋转速度加速。

并且，第3发明在第1发明中，其特征在于：上述控制机构将从上述气门升程开始时到最大升程位置的期间的上述弹簧反力作为上述旋转惯性力的减速转矩而使用，并且将从上述最大升程位置到气门升程结束时的期间的上述弹簧反力作为上述旋转惯性力的加速转矩而使用。

并且，第4发明在第1发明中，其特征在于：上述控制机构在上述气门升程结束时的上述旋转惯性力未达到上述规定值的情况下，将使上述旋转惯性力达到规定值以上的转矩在凸轮基圆滑动中负载在上述电动机上。

并且，第5发明在第1发明中，其特征在于：上述控制机构在气门升程期间，禁止将抵抗上述弹簧反力的转矩负载在上述电动机上，并且仅将与上述凸轮和上述气门的摩擦相抵抗的转矩负载在上述电动机上。

并且，第6发明在第1发明到第5发明的任意一个发明中，其特征在于：还具有发动机转速变更机构，该机构在发动机转速为规定值以下的低旋转域、且发动机输出要求值为规定值以上的情况下，使该发动机转速提高到规定值以上。

并且，第7发明在第1发明到第5发明的任意一个发明中，其特征在于：还具有惯性力增大部件，该惯性力增大部件设置在具有上述凸轮轴与上述电动机的凸轮驱动系中，并使上述凸轮轴旋转惯性力增大，

上述惯性力增大部件，调整发动机转速为规定值以下的低旋转域中的实际作用角的扩大幅度。

并且，第8发明在第1发明到第5发明的任意一个发明中，其特征在于：还具有惯性力可变机构，该惯性力可变机构在发动机转速为规定值以下的低旋转域、且变更上述气门的作用角时，能够变更上述凸轮轴旋转惯性力。

并且，第9发明在第1发明中，其特征在于：在从停止上述凸轮的状态开始驱动的情况下，上述控制机构在到气门升程开始时为止的凸轮基圆滑动中，在电动机上负载使上述旋转惯性力达到规定值以上的转矩。

并且，第10发明在第1发明中，其特征在于：在从停止上述凸轮的状态开始进行驱动的情况下，上述控制机构在到气门升程开始时为止的凸轮基圆滑动中，在电动机上负载使上述旋转惯性力达到初期规定值的转矩，然后，在电动机上负载如下的转矩，该转矩使上述旋转惯性力在气门升程结束时达到比该初期规定值更大的规定值。

并且，第11发明在第1发明中，其特征在于：在上述凸轮进行正转驱动的情况下，上述控制机构以使上述凸轮轴的旋转与曲轴的旋转同步的方式，使凸轮基圆滑动时的上述凸轮轴的旋转速度能够对应发动机转速而变化。

并且，第12发明是一种可变动气门机构的控制装置，该可变动气门机构设置在内燃机中，其特征在于，具有：凸轮轴，该凸轮轴设置有驱动通过气门弹簧而被弹压的气门的凸轮；

驱动上述凸轮轴旋转的电动机；

以及执行上述电动机的驱动控制的控制机构，

上述控制机构以以下方式控制上述电动机的旋转位置，即，气门升程中的凸轮旋转速度小于等于凸轮基圆滑动中的凸轮旋转速度。

并且，第13发明在第1发明中，其特征在于：上述控制机构通过在凸轮基圆滑动中施加上述电动机的转矩并驱动上述凸轮摆动，从而使上述旋转惯性力增加到上述规定值以上，然后，使上述凸轮轴的旋转与曲轴的旋转同步。

并且，第14发明在第13发明中，其特征在于：具有取得上述内燃机的起动要求的起动要求取得机构，

上述控制机构对应于上述起动要求取得机构所取得的起动要求，对驱动上述凸轮摆动而使上述旋转惯性力增加的期间进行变更。

并且，第15发明在第14发明中，其特征在于：上述控制机构具有判定上述起动要求的加速要求度的判定机构，在该加速要求度小于规定值的情况下，仅在凸轮基圆滑动中施加上述电动机的转矩，在该加速要求度为规定值以上的情况下，在气门升程中也施加上述电动机的转矩。

根据第1发明，弹簧反力通过凸轮轴旋转惯性力被抵消。据此，因为气门升程中的弹簧反力通过凸轮轴旋转惯性力被减小，所以能够减小在气门升程中由电动机产生的转矩。因此，能够减小电动机的消耗电力和额定功率。

根据第2发明，控制电动机的旋转位置，以便凸轮轴旋转速度通过从气门升程开始时到最大升程位置期间的弹簧反力而减小，并且通过从该最大升程位置到气门升程结束时的期间的弹簧反力而加速。据此，通过凸轮轴旋转惯性力能够减小气门升程中的弹簧反力。

根据第3发明，将从气门升程开始时到最大升程位置期间的弹簧反力作为凸轮轴旋转惯性力的减速转矩而使用，并且将从最大升程位置到气门升程结束时的期间的弹簧反力作为凸轮轴旋转惯性力的加速转矩而使用。据此，能够通过凸轮轴旋转惯性力减小气门升程中的弹簧反力。

根据第4发明，在气门升程结束时的凸轮轴旋转惯性力未达到规定值的情况下，将使凸轮轴旋转惯性力达到规定值以上的转矩在凸轮基圆滑动中负载在电动机上。与气门升程中相比，凸轮基圆滑动中的方式能够减小负载在电动机上的转矩。因此，能够防止电动机的消耗电力和额定功率的增大。

根据第5发明，在气门升程中，不将抵抗弹簧反力的转矩负载在电动机上，而仅将抵抗摩擦的转矩负载在电动机上。据此，能够减小气门升程期间负载在电动机上的转矩。因此，能够仅通过考虑抗摩擦转矩而决定电动机的额定功率，所以能够减小电动机的额定功率。

根据第6发明，在低旋转域并且在发动机输出要求值为规定值以上的情况下，通过发动机转速变更机构使发动机转速提高到规定值以上。这里，凸轮轴旋转惯性力在低旋转域比在高旋转域小，因此实际作用角的扩大幅度变大。因为在大作用角时变为阿特金森循环，所以不能够确保足够的转矩，存在不能够达到发动机输出要求值的可能性。根据第6发明，通过变更到高旋转侧，能够抑制实际作用角的扩大幅度。据此，能够确保足够的转矩，并且能够达到发动机输出要求值。

根据第7发明，通过惯性力增大部使凸轮轴旋转惯性力增大，由此调整低旋转域中的实际作用角的扩大幅度。据此，能够实现燃料费和转矩的目标值。

根据第8发明，在低旋转域并且在变更气门作用角时，通过惯性力可变机构能够变更凸轮轴旋转惯性力。即，通过变更凸轮轴旋转惯性力，能够变更实际作用角的扩大幅度，由此能够变更到所期望的气门作用角。

根据第9发明，在从停止状态驱动凸轮的情况下，在到气门升程开始时为止的凸轮基圆滑动过程中，在电动机上负载使凸轮轴旋转惯性力达到规定值以上的转矩。通过到气门升程开始为止提高的凸轮轴旋转惯性力，能够抵销气门升程中的弹簧反力。并且，在凸轮基圆滑动过程中，因为弹簧反力不作用在凸轮轴上，所以即使负载在电动机上的转矩较小，也能够提高凸轮轴旋转惯性力。因此，能够减少从停止状态开始驱动凸轮的情况下的电动机的消耗电力。因此，能够减小电动机的额定功率。

根据第10发明，在从停止状态驱动凸轮的情况下，在到气门升程开始时为止的凸轮基圆滑动过程中，在电动机上负载使凸轮旋转惯性力达到初始规定值的转矩。然后，在电动机上负载如下的转矩，该转矩使上述旋转惯性力在气门升程结束时达到比该初始规定值更大的规定值。通过将向电动机施加的转矩负荷分开，能够抑制到气门升程开始为止负载在电动机上的转矩。因此，与第9发明相比，能够进一步减小电动机的额定功率。

根据第11发明，通过使凸轮基圆滑动时的凸轮轴旋转速度对应于发动机转速而变化，能够使凸轮轴的旋转与曲轴的旋转同步。

根据第12发明，以气门升程中的凸轮旋转速度小于等于凸轮基圆滑动中的凸轮旋转速度的方式控制电动机的旋转位置。据此，能够使气门升程中负载在电动机上的转矩最小。

根据第13发明，通过在凸轮基圆滑动中施加电动机的转矩并摆动驱动凸轮，使凸轮轴的旋转惯性力增加到正转驱动所必需的规定值以上。之后，对凸轮进行正转驱动并使凸轮轴的旋转与曲轴的旋转同步。因为并不是使凸轮轴的旋转惯性力一口气地增加到规定值以上，而是在反复进行摆动驱动的同时增加旋转惯性力，所以能够减小电动机的转矩，因此能够减小电动机的额定功率。

根据第14发明，对应于内燃机的起动要求，摆动驱动凸轮并变更使上述旋转惯性力增加的期间。这样，能够在对应内燃机的起动要求的最合适的时刻使凸轮从摆动驱动过渡到正转驱动。

根据第15发明，在内燃机的起动要求的加速要求度小于规定值的情况下，仅在凸轮基圆滑动中施加电动机的转矩。据此，摆动驱动凸轮并增加凸轮轴旋转惯性力的期间变长。另一方面，在加速要求度为规定值以上的情况下，不仅在凸轮基圆滑动中，在气门升程中也施加上述电动机的转矩。据此，能够在短时间内增加凸轮轴旋转惯性力，并能够在短时间内从摆动驱动凸轮过渡到正转驱动。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的可变动气门机构10的结构的立体图。

图2是从其轴方向看图1所示的第1凸轮轴18的图。

图3是用于说明搭载图1所示的可变动气门机构10的发动机1的结构的图。

图4是用于说明本发明的实施方式1的混合动力车辆系统的结构的图。

图5是表示图4所示的混合动力车辆系统的驱动机构的主要部分结构的立体图。

图6A和图6B是用于说明气门升程中作用在凸轮轴上的弹簧反力的图。

图7是用于说明在凸轮旋转速度为一定的情况下所产生的电动机转矩的图。

图8A至图8C是表示在本发明的实施方式1中作用在凸轮轴上的弹簧反力对凸轮速度所施加的影响的图。

图9是表示本发明的实施方式1中的凸轮轴旋转惯性力的变化的图。

图10A至图10E是表示在本发明的实施方式1中各个发动机转速时的气门升程特性和凸轮旋转速度变化的图。

图11是用于说明本发明的实施方式1的第1变形例的图。

图12是用于说明本发明的实施方式1的第2变形例的图。

图13A至图13C是表示在本发明的实施方式2中作用在凸轮轴上的弹簧反力对凸轮速度所施加的影响的图。

图14是表示确定凸轮基圆滑动时的凸轮旋转速度的目标值的图。

图15是表示本发明的实施方式2中的凸轮轴旋转惯性力的变化的图。

图16是表示本发明的实施方式2中的凸轮旋转速度的变化的图。

图17是表示本发明的实施方式3中的发动机转速NE与实际作用角的关系的图。

图18是用于说明使发动机转速NE变换到高旋转侧的情况下的动力分配机构51的分配变更动作的共线图。

图19是表示本发明的实施方式4中的设置在凸轮驱动系中的惯性力增大部的图。

图20是表示本发明的实施方式4的变形例中的设置在凸轮驱动系中的惯性增大部的图。

图21是表示本发明的实施方式5中的惯性力可变机构的图。

图22是表示本发明的实施方式6中的凸轮旋转速度变化和电动机转矩的图。

图23是表示本发明的实施方式7中的凸轮旋转速度变化和电动机转矩的图。

图24A和图24B是表示本发明的实施方式8中的凸轮相位变化和气门升程的图。

图25A至图25C是表示在本发明的实施方式9中、在具有基于催化剂预热要求的发动机起动要求的情况下被施加的电动机转矩的一个例子的图。

图26A至图26C是表示在本发明的实施方式9中、在具有基于加速要求的发动机起动要求的情况下被施加的电动机转矩的一个例子的图。

图27是表示本发明的实施方式9的ECU30所执行的程序的流程图。

符号说明

1发动机

3曲轴

10可变动气门机构

14、15、16、17凸轮

18、19凸轮轴

20、21、23、24、25齿轮

22、26电动机

27锤

30ECU

44变速器

51动力分配机构

52发电机

54电动机

60电池

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，各图中共通的元件赋予相同的符号并省略重复的说明。

实施方式1

可变动气门机构的结构

图1是表示本发明的实施方式1的可变动气门机构10的结构的立体图。如图1所示，可变动气门机构10被设置在发动机1的进气门11侧。可变动气门机构10能够变更进气门11的作用角/升程量。

发动机1例如为直列4缸的汽油发动机。在图1中，#1～#4分别表示发动机1的第1～第4气缸。发动机1的做功顺序与一般的发动机相同，为#1→#3→#4→#2。

各个气缸2上设置的2个进气门11通过气门弹簧12的弹簧反力被向气门挺杆13侧弹压。在各气门挺杆13的上部，设置有与各气缸2相对应的凸轮14、15、16、17。

对应于第1气缸#1的凸轮14和对应于第4气缸#4的凸轮17被固定在第1凸轮轴18上。并且，对应于第2气缸#2的凸轮15和对应于第3气缸#3的凸轮16被固定在第2凸轮轴19上。这些凸轮轴18、19同轴地设置，能够相互旋转。

在第1凸轮轴18上，第1从动齿轮20被同轴地固定。在第1从动齿轮20上啮合有第1输出齿轮21。第1输出齿轮21被固定在与第一电动机22的输出轴相同的轴上。根据这样的构成，能够经由这些齿轮20、21将第1电动机22的转矩传递到第1凸轮轴18。即，第1电动机22直接驱动凸轮14、17而与后述的曲轴3无关，由此控制第1气缸#1和第4气缸#4的进气门开阀特性。

另一方面，在第2凸轮轴19上同轴地固定有第2从动齿轮23。在第2从动齿轮23上，经由中间齿轮24啮合有第2输出齿轮25。第2输出齿轮25被固定在与第2电动机26的输出轴相同的轴上。根据这样的构成，能够将第2电动机26的转矩经由这些齿轮23、24、25传递到第2凸轮轴19。即，第2电动机26直接驱动凸轮15、16而与曲轴3无关，由此可控制第2气缸#2和第3气缸#3的进气门开阀特性。

上述可变动气门机构10的动作通过作为控制装置的ECU(电子控制单元)30控制。即，ECU30基于各种传感器的输出，将驱动指令发送给第1电动机22以及第2电动机26，进而控制这些电动机22、26的旋转位置。

图2是从第1凸轮轴18的轴方向看图1所示的第1凸轮轴18的图。如图2所示，设置在第1凸轮轴18上的2个凸轮14、17以各自的凸轮凸部14a、17a在凸轮轴18的圆周方向上相互错开180°的方式进行设置。2个凸轮14、17的形状相同，具有相对于通过凸轮中心和凸轮凸部的直线呈对称形的凸轮形状。

在凸轮14、17的驱动模式中有正转驱动模式和摆动驱动模式。所谓的正转驱动模式，是通过使第1电动机22向一个方向连续旋转而使凸轮14、17向正转方向连续旋转的模式。另一方面，所谓的摆动驱动模式，是通过在进气门11的升程中途切换第1电动机22的旋转方向而使凸轮14、17往复运动的模式。

另外，虽然省略了图示和说明，但是设置于第2凸轮轴19上的2个凸轮15、16也以各自的凸轮凸部15a、16a在凸轮轴19的周方向上错开180°的方式进行设置。另外，通过第2电动机26的驱动控制也能够对这些凸轮14、17执行正转驱动模式和摆动驱动模式。

发动机的结构

图3是用于说明搭载图1所示的可变动气门机构10的发动机1的结构的图。发动机1具有气缸体6，在该气缸体6内部具有活塞5。活塞5经由曲柄机构与曲轴3相连接。在曲轴3的附近设置有检测曲轴3的旋转角度的曲柄角传感器4。

在气缸体6的上部安装有气缸盖7。在气缸盖7中设置有对燃烧室8内的混和气点火的火花塞9。气缸盖7具有与燃烧室8相连通的吸气口31。在吸气口31与燃烧室8的连接部上设置有上述进气门11。在该进气门11上连接有上述可变动气门机构10。在吸气口31的附近设置有向其附近喷射燃料的喷油器32。

在吸气口31上连接有吸气通路32。在吸气通路32的中途设置有节气门33。节气门33具有通过节气门电动机34而被驱动的电子控制式的阀门。节气门33是基于通过油门踏板开度传感器36检测出的油门踏板开度AA而被驱动的装置。在节气门33的附近设置有检测节气门开度TA的节气门开度传感器35。在节气门33的上游，设置有空气流量计37。空气流量计37检测吸入空气量Ga。

并且，气缸盖7具有与燃烧室8相连通的排气口38。在排气口38和燃烧室8的连接部设置有排气门39。在排气门39上连接着可变动气门机构40，该可变动气门机构40具有与上述可变动气门机构10相同的结构。在排气口38上连接着排气通路41。在排气通路41中设置有净化排气的催化剂42。在催化剂42的上游设置有检测排气空燃比的空燃比传感器43。在催化剂42上设置有检测催化剂床温的催化剂床温传感器45。

在ECU30的输出侧，除了连接有上述电动机22、26之外，还连接有火花塞9、喷油器32、节气门电动机34、变速器44等。变速器44可以是自动变速器，也可以是无级变速器。并且，在ECU30的输入侧连接有曲柄角传感器4、节气门开度传感器35、油门踏板开度传感器36、空气流量计37、空燃比传感器43、以及催化剂床温传感器45等。ECU30基于曲柄角传感器4的输出计算出发动机转速(以下称为“发动机转速”。)NE。

混和动力车辆系统的结构

为了驱动上述电动机22、26，可以使用混合动力车辆系统的电源基础构造。图4是用于说明本发明的实施方式1的混合动力车辆系统的结构的图。图4所示的混合动力车辆系统除了具有作为一个驱动源的上述发动机1之外，还具有作为其它驱动源的电动发电机(以下称为“发电机”)52和电动发电机(以下称为“电动机”。)54。

如图4所示，混合动力车辆系统具有3轴式的动力分配机构51。动力分配机构51为后述的行星齿轮机构。在动力分配机构51中除了上述发动机1的曲轴3之外，还连接有发电机52和电动机54。并且，在动力分配机构51上连接有减速器53。在减速器53上连接有驱动轮55的旋转轴57。在驱动轮55上设置有车轮速度传感器56。车轮速度传感器56检测驱动轮55的转速和旋转速度。

发电机52和电动机54连接在共通的逆变器58上。逆变器58与升压变换器59相连接，升压变换器59与电池60相连接。升压变换器59是将电池60的电压(例如，DC201.6V)变换成高电压(例如，DC500V)

的装置。发电机52和电动机54经由逆变器58和升压变换器59与电池60进行电力的交换。

如图4所示，ECU30上除了连接有上述发动机1之外，还连接有动力分配机构51、发电机52、减速器53、电动机54、车轮速度传感器56、逆变器58、升压变换器59以及电池60等。ECU30对发电机52以及电动机54的驱动量或发电量进行控制。并且，ECU30取得电池60的充电状态SOC(充电状态)。

驱动机构的主要部分结构

图5是表示图4所示的混合动力车辆系统的驱动机构的主要部分的结构的立体图。

如图5所示，动力分配机构51具有太阳齿轮61、齿圈62、多个小齿轮63以及托架64。太阳齿轮61是外齿齿轮，被固定在中空的太阳齿轮轴65上。发动机1的曲轴3贯通该太阳齿轮轴65的中空部分。齿圈62是内齿齿轮，被设置在太阳齿轮61的同心圆上。多个小齿轮63被设置成与太阳齿轮61和齿圈62双方相啮合。多个小齿轮63通过托架64被能够自由旋转地保持。托架64与曲轴3相连接。即，动力分配机构51是以太阳齿轮61、齿圈62以及小齿轮63为旋转要素而进行差动作用的行星齿轮机构。

减速器53具有取出动力用的动力取出齿轮66。该动力取出齿轮66与动力分配机构51的上述齿圈62相连接。并且，动力取出齿轮66经由链67与动力传递齿轮68相连接。动力传递齿轮68经由旋转轴69与齿轮70相连接。齿轮70与差速齿轮(没有图示)相连接，该差速齿轮使驱动轮55的旋转轴57旋转。

发电机52具有转子71和定子72。转子71被设置在与太阳齿轮61一体地旋转的太阳齿轮轴65上。发电机52能够作为使转子71旋转的电动机而驱动，同时也能够作为通过转子71的旋转而产生电力的发电机进行驱动。并且，发电机52是在发动机起动时作为起动机工作的装置。

电动机54具有转子73和定子74。转子73被设置在与齿圈62一体地旋转的齿圈轴75上。电动机54能够作为使转子73旋转的电动机而动作，同时也能够作为通过转子73的旋转而产生电力的发电机进行驱动。并且，电动机54也可以作为通过转子73的旋转而产生电力的发电机进行驱动。

动力分配机构51能够将从托架64输入的发动机1的动力，与太阳齿轮61和齿圈62的齿轮比相对应地分配给太阳齿轮61和齿圈62，所述太阳齿轮61与发电机52相连接，所述齿圈62与旋转轴57相连接。并且，动力分配机构51能够整合从托架64输入的发动机1的动力和从太阳齿轮61输入的发电机52的动力，并将整合后的动力输出到齿圈62。另外，动力分配机构51能够整合从太阳齿轮61输入的发电机52的动力和从齿圈62输入的动力，并将整合后的动力输出到托架64。

ECU30基于通过车轮速度传感器56检测出的驱动轮55的旋转速度和通过油门踏板开度传感器36检测出的油门踏板开度AA，计算出车辆整体的要求转矩。为了确保该车辆整体的要求转矩，ECU30在考虑电池60的充电状态SOC的同时，在发动机1、发电机52和电动机54之间分配驱动力。即，计算出发动机1的要求转矩(以下称为“发动机要求转矩”)、发电机52和电动机54的要求转矩。

ECU30通过在减速时、制动时或低旋转时(例如，未满1000rpm)停止发动机1，能够提升燃费比。

实施方式1的特征

根据上述可变动气门机构10，使用电动机22、26驱动凸轮轴18、19旋转。以满足施加在电动机上的负荷的方式决定电动机额定功率。作为施加在该电动机上的负荷，例如有气门弹簧的弹簧反力、凸轮轴的旋转惯性力、以及摩擦转矩。其中，尤其是弹簧反力对电动机的尺寸和额定功率具有很大影响。

图6A和图6B是用于说明在气门升程中作用在凸轮轴上的弹簧反力的图。具体来说，图6A和图6B分别是表示气门升程时起作用的弹簧反力和气门下降时起作用的弹簧反力的图。以下，为了使说明简略化，省略设置在凸轮轴18上的凸轮17的图示以及说明。

如图6A所示，在气门升程时(开阀时)，通过凸轮14将气门弹簧向下推。因此，与凸轮14的旋转方向(以下称为“凸轮旋转方向”)方向相反的弹簧反力作用在凸轮轴18上。

另一方面，如图6B所示，在气门下降时(闭阀时)，凸轮14通过气门弹簧12的弹簧反力而被推动。因此，与凸轮旋转方向相同的弹簧反力作用在凸轮轴18上。

另外，通过电动机22、26进行凸轮的相位控制。即，凸轮的旋转与曲轴的旋转同步。以往，凸轮旋转速度被控制为一定(发动机转速NE的1/2)。

图7是用于说明凸轮旋转速度为一定的情况下所产生的电动机转矩的图。如图7所示，在凸轮旋转速度被控制为一定的情况下，需要由电动机产生对上述弹簧反力的转矩(以下称为“抗弹簧反力转矩”)。在该情况下，电动机转矩成为抗弹簧反力转矩和摩擦转矩的总合。在由电动机产生该抗弹簧反力转矩的情况下，电动机的消耗电力变大，需要大的电动机额定功率。

根据上述专利文献1，通过设置转矩减小机构，弹簧转矩(弹簧反力)减小。但是，追加该转矩减小机构引起成本的上升。并且，因为设置转矩减小机构而增大了摩擦转矩。

因此，在本实施方式1中，如以下所详述那样，到气门升程开始为止提高凸轮轴18的旋转惯性力(以下称为“凸轮轴旋转惯性力”)。而且，通过该凸轮轴旋转惯性力抵消(消除)气门弹簧12的弹簧反力。

图8A至图8C是表示在本实施方式1中作用在凸轮轴上的弹簧反力对凸轮速度施加的影响的图。图9是表示本实施方式1中的凸轮轴旋转惯性力的变化的图。

首先，如图9所示，在升程开始前，使凸轮轴旋转惯性力达到规定值(例如2Nm)以上。该规定值是即使在气门升程中没有由电动机产生抗弹簧反力转矩也能够执行气门升程的凸轮轴旋转惯性力。

而且，在气门升程时(升程开始～最大升程)，如图8A所示，与凸轮旋转方向相反的弹簧反力作用在凸轮轴18上，此时，不将抗弹簧反力转矩负载在电动机上。即，不通过电动机产生抗弹簧反力转矩。这样，通过该弹簧反力，凸轮旋转速度减小。即，弹簧反力作为凸轮轴旋转惯性力的减速转矩而起作用。其结果是，如图9所示，凸轮轴旋转惯性力从上述规定值渐渐减少。

之后，在气门下降时(最大升程～升程结束)，如图8B所示，与凸轮旋转方向相同的弹簧反力作用在凸轮轴18上。此时，与上述气门升程时一样，没有将抗弹簧反力转矩负载在电动机上。这样，通过该弹簧反力，凸轮旋转速度增加。即，弹簧反力作为凸轮轴旋转惯性力的加速转矩而起作用。其结果是，如图9所示，凸轮轴旋转惯性力逐渐增大，在升程结束时再次达到上述规定值。

之后，在凸轮基圆滑动时，如图8C所示，为了使凸轮旋转相位与曲轴3的旋转同步，凸轮旋转速度被控制为发动机转速NE×1/2+修正项α。并且，在凸轮基圆滑动时，因为凸轮14不与气门挺杆13相接触，所以弹簧反力不作用在凸轮轴18上。因此，此时，抗弹簧反力转矩也不负载在电动机上。其结果是，如图9所示，凸轮轴旋转惯性力维持一定。

这样，在本实施方式1中，弹簧反力通过凸轮轴旋转惯性力被抵消。因此，从升程开始到升程结束的期间内，如图9所示，通过电动机仅产生抗摩擦转矩即可。据此，能够减小电动机消耗电力以及额定功率。

图10A至图10E是表示本实施方式1中的各发动机转速的气门升程特性和凸轮旋转速度变化的图。具体来说，图10A是表示发动机转速NE为1000rpm的情况下的气门升程特性和凸轮旋转速度变化的图，图10B是表示发动机转速NE为2000rpm的情况下的气门升程特性和凸轮旋转速度变化的图，图10C是表示发动机转速NE为3000rpm的情况下的气门升程特性和凸轮旋转速度变化的图，图10D是表示发动机转速NE为4000rpm的情况下的气门升程特性和凸轮旋转速度变化的图，图10E是表示发动机转速NE为5000rpm的情况下的气门升程特性和凸轮旋转速度变化的图。另外，在图10A至图10E中，以将凸轮旋转速度控制为发动机转速NE的2分之1的情况作为“以往例”且一并表示出来。

如图10A上段所示，在发动机转速NE为1000rpm的情况下(即，低旋转时)，凸轮旋转速度和凸轮轴旋转速度比高旋转时慢。因此，与高旋转时相比，凸轮轴旋转惯性力也变小，基于弹簧反力的凸轮旋转速度的变化量变大。其结果是，与以往相比，作用角变大，并且升程曲线的形状歪斜。

在本实施方式1中，为了得到该升程曲线而进行电动机的位置控制。具体为，对应发动机转速NE预先做成图10A至图10E的上段所示的升程曲线图。而且以气门升程量随着与发动机转速NE相对应的升程曲线图而变化的方式进行电动机的位置控制。该升程曲线是电动机转矩最小时的升程曲线，即弹簧反力被凸轮轴旋转惯性力完全抵消时的升程曲线。

当以得到如图10A上段所示的升程曲线的方式驱动电动机时，如图10A下段所示，凸轮旋转速度变化。气门升程开始前的凸轮基圆滑动时的凸轮旋转速度大约为900rpm。因此，图8C所示的修正项α为900rpm-500rpm＝400rpm。并且，最大升程时的凸轮旋转速度为100rpm。

并且，随着发动机转速NE的上升，以往例和本发明的升程曲线的差变小，并且凸轮旋转速度的修正项α也变小。

如上述说明，根据本实施方式1，因为弹簧反力通过凸轮轴旋转惯性力而被抵消，所以能够减小从升程开始到升程结束期间的弹簧反力。据此，在气门升程期间，能够仅将抗摩擦转矩作为电动机转矩。因此，能够减小电动机的消耗电力和额定功率。进而，能够不使用混合动力系统的电源基础构造，而仅使用通常的发动机系统的电源来驱动电动机。

另外，根据本实施方式1，能够不设置上述专利文献1那样的转矩减小机构，并且能够减小电动机的消耗电力以及额定功率。因此，能够实现低成本化，并防止摩擦转矩的增大。

(变形例)

接下来，参照图11对本实施方式1的第1变形例进行说明。

在实施方式1中，在凸轮基圆滑动过程中，因为凸轮旋转速度一定(参照图10A至图10E)，所以凸轮轴旋转惯性力也一定。但是，在凸轮基圆滑动过程中也可以使凸轮轴旋转惯性力增大。

图11是用于说明本实施方式1的第1变形例的图。具体来说，图11是表示在凸轮基圆滑动过程中、使凸轮轴旋转惯性力增大的情况的图。如图11所示，在升程开始时，凸轮轴旋转惯性力为规定值，而在升程结束时，凸轮轴旋转惯性力没有达到规定值。

在本第1变形例中，为了使电动机的消耗电力和额定功率进一步变小，在升程结束后的凸轮基圆滑动过程中，产生使凸轮轴旋转惯性力达到规定值的电动机转矩。在凸轮基圆滑动过程中，因为弹簧反力不作用在凸轮轴上，所以通过小的电动机转矩能够使凸轮轴旋转惯性力提高到规定值。因此，能够减小电动机额定功率。

另外，为了在升程结束时使凸轮轴旋转惯性力达到规定值，在升程期间，也要考虑在电动机上负载转矩。这样，与以往一样，在升程期间，由电动机产生抗弹簧反力转矩。因此，与以往相比，能够减小负载在电动机上的抗弹簧反力转矩。因此，与以往相比，能够减小电动机的消耗电力和额定功率。

图12是用于说明本实施方式1的第2变形例的图。

在实施方式1中，弹簧反力和凸轮轴旋转惯性力完全抵消。

本第2变形例中，气门升程开始前的凸轮轴旋转惯性力的值(规定值)被设定得比图9所示的情况低。因此，通过凸轮轴旋转惯性力不能完全抵消弹簧反力，而是凸轮轴旋转惯性力的一部分被抵消。而且，与没有被抵消的弹簧反力相对的抗弹簧反力转矩负载在电动机上。因此，如图12所示，第2变形例的电动机转矩是该抗弹簧反力转矩与摩擦转矩的总合。根据本第2变形例，如图12所示，与以往的电动机转矩相比能够减小电动机转矩。因此，与以往相比，能够减小电动机的消耗电力和额定功率。

另外，在本实施方式1和变形例中，发动机1相当于第1发明中的“内燃机”，可变动气门机构10相当于第1发明的“可变动气门机构”，ECU30相当于第1～第5、第9～第12发明中的“控制机构”。并且，在本实施方式1以及变形例中，气门弹簧12相当于第1发明的“气门弹簧”，气门11相当于第1发明的“气门”，凸轮14～17相当于第1发明的“凸轮”，凸轮轴18、19相当于第1发明的“凸轮轴”，电动机22、26相当于第1发明的“电动机”。

实施方式2

接下来，参照图13～图16对本发明的实施方式2进行说明。

作为本实施方式2的系统，可以使用图1至图5所示的硬件。

实施方式2的特征

在上述实施方式1中，对正转驱动凸轮14～17的模式的情况进行了说明。对此，在本实施方式2中，对摆动驱动凸轮14～17的模式的情况进行说明。如参照图2所说明的那样，可以使用上述系统并执行摆动驱动模式。

图13A至图13C是表示在本实施方式2中作用在凸轮轴上的弹簧反力对凸轮速度所施加的影响的图。图14是表示确定凸轮基圆滑动时的凸轮旋转速度的目标值的图表的图。图15是表示本实施方式2的凸轮轴旋转惯性力的变化的图。图16是表示本实施方式2的凸轮旋转速度的变化的图。

在如图13A所示的凸轮基圆滑动时，即，在到凸轮14与气门挺杆13相接触为止，使凸轮旋转速度提高到目标值。参照图14所示的图表，该目标值根据作用角和发动机转速NE而决定。这样，如图15所示，与上述实施方式1相同，在升程开始前使凸轮轴旋转惯性力达到规定值以上。

之后，如图13B所示，在气门升程时(升程开始～最大升程)，与凸轮旋转方向相反的方向的弹簧反力作用在凸轮轴18上。此时，不通过电动机产生抗弹簧反力转矩。这样，如图16所示，通过该弹簧反力，凸轮旋转速度减小。即，弹簧反力作为凸轮轴旋转惯性力的减速转矩而起作用。其结果是，如图15所示，凸轮轴旋转惯性力从上述规定值渐渐减少。

之后，如图13所示，在气门下降时(最大升程～升程结束)，与凸轮旋转方向相同的弹簧反力作用在凸轮轴18上。在本实施方式2中，因为凸轮14被摆动驱动，因此此时的凸轮旋转方向与图13B所示的凸轮旋转方向相反。此时，与上述气门升程时一样，不通过电动机产生抗弹簧反力转矩。这样，通过该弹簧反力，如图16所示，凸轮旋转速度增加。图16表示与凸轮旋转方向相对的凸轮旋转速度。因为弹簧反力作为凸轮轴旋转惯性力的加速转矩而起作用，所以凸轮轴旋转惯性力逐渐增大。

这样，在本实施方式2中，弹簧反力被凸轮轴旋转惯性力抵消。因此，在升程开始到升程结束的期间，如图15所示，通过电动机仅产生抗摩擦转矩即可。据此，能够减小电动机消耗电力以及额定功率。

如上述说明，根据本实施方式2，在摆动驱动模式中，由于弹簧反力被凸轮轴旋转惯性力抵消，所以能够减小从升程开始到升程结束期间的弹簧反力。因此，能够得到与上述实施方式1同样的效果。

实施方式3

接下来，参照图17和图18，对本发明的实施方式3进行说明。

作为本实施方式3的系统，可以使用图1至图5所示的硬件。

实施方式3的特征

例如，在发动机转速NE为2000rpm以下的低旋转域，凸轮轴旋转惯性力比高旋转域小。因此，如本发明那样，在弹簧反力被凸轮轴旋转惯性力抵消的情况下，基于弹簧反力的凸轮轴旋转惯性力的变化量变大。这样，如图10A至10E以及图17所示，在低旋转域，与高旋转域相比实际作用角扩大。图17是表示本实施方式3中的发动机转速NE和实际作用角的关系的图。在图17所示的例子中使用这样的凸轮，在以一定速度驱动该凸轮旋转的情况下，该凸轮具有作用角为210°的基圆。在图17所示的例子中，在发动机转速NE为1000rpm时，实际作用角扩大到280°。

图17中的实线表示在图4所示的混合动力车的发动机1上搭载可变动气门机构10的情况下的实际作用角的变化。另一方面，图17中的点划线表示在不具有发动机以外的驱动源的普通发动机上搭载可变动气门机构10的情况下的实际作用角的变化。如图17所示，在普通发动机上搭载可变动气门机构10的情况下，使空转时(200rpm)能够使混合气体点火的最大实际作用角不超过270°。

另外，当实际作用角变大时，因为形成阿特金森循环，所以在提高燃费比的同时转矩降低。这样，在该低旋转域中要求高驱动力的情况下，有可能不能实现与驱动力要求相对应的驱动力。

因此，在本实施方式3中，在低旋转域，并且在驱动力要求为规定值以上的情况下，将发动机转速NE变换到高旋转侧。图18是用于说明将发动机转速NE变换到高旋转侧的情况下的动力分配机构51的分配变更动作的共线图。如图18所示，通过增加向发电机52的通电量，可提高太阳齿轮61的转速。据此，能够使发动机转速NE变换到高旋转侧。

通过使发动机转速NE变换到高旋转侧，能够使实际作用角比低旋转域小。因此，能够提高实际压缩比，能够提高转矩。因此，即使在驱动力要求高的情况下，也能够实现与驱动力要求相对应的驱动力。

(变形例)

在本实施方式3中，通过动力分配机构51使发动机转速NE变换到高旋转侧，但是也可以通过控制减速器44的减速比使发动机转速NE变换到高旋转侧。通过基于ECU30的减速比控制，也能够提高实际压缩比，因此能够获得与上述实施方式3相同的效果。

另外，在本实施方式3以及变形例中，动力分配机构51以及变速器44相当于第6发明的“发动机转速变更机构”。

实施方式4

接下来，参照图19对本发明的实施方式4进行说明。

图19是表示本实施方式4中的设置在凸轮驱动系中的惯性力增大部的图。如图18所示，凸轮驱动系包括凸轮轴18、齿轮23、24、25、以及电动机26。在本实施方式4中，如图18所示，在凸轮轴18的端部上设置有锤27。

实施方式4的特征

如上述实施方式3中说明的那样，如本发明所述，在弹簧反力被凸轮轴旋转惯性力抵消的情况下，低旋转域中的凸轮轴旋转惯性力的变化量变大。其结果是，低旋转域中的实际作用角的扩大幅度比高旋转域大。

这里，在低旋转域重视燃费比效果的发动机中，为了实现阿特金森循环，即使实际作用角的扩大副度大也不会特别地引起问题。与此相对，在低旋转域重视转矩的发动机中，为了确保实际压缩比，优选尽可能小地抑制实际作用角的扩大幅度。

另外，如果能够使凸轮轴旋转惯性力变大，则气门升程中的基于弹簧反力的凸轮轴旋转惯性力的变化量变小。其结果是，能够将实际作用角的扩大幅度抑制得较小。

在本实施方式4中，在凸轮轴18的端部设置有锤27。通过设置该锤27，与没有锤27的情况相比能够增大凸轮轴旋转惯性力。因此，与没有锤27的情况相比，能够将低旋转域的实际作用角的扩大幅度抑制得较小。因此，即使在低旋转域也能确保实际压缩比，并能够确保转矩。

并且，锤27越重，凸轮轴旋转惯性力的变化量越小，低旋转域的实际作用角的扩大幅度越小。因此，通过调整锤27的重量，能够在低旋转域中确保所期望的(符合设计值的)转矩。

(变形例)

在本实施方式4中，在凸轮轴18的端部设置有锤27，但是也可以如图20所示将锤27设置在电动机驱动轴26A的端部。图20是表示本实施方式4的变形例中的、设置在凸轮驱动系中的惯性力增大部的图。并且，也可以在齿轮23、24、25上设置锤27。在这些情况下，由于能够抑制气门升程中的凸轮轴旋转惯性力的变化量，所以能够得到与上述实施方式4相同的效果。

并且，存在气门弹簧12的弹性系数比设计值大的情况。在该情况下，即使以能够得到图10A至图10E的上段那样的上升曲线的方式进行电动机控制，也存在不能使电动机的转矩变得最小的可能性。即，由于实际的弹簧反力比基于设计值而算出的弹簧反力大，所以存在不能通过凸轮轴旋转惯性力完全抵消的可能性。这样，在气门升程中，需要由电动机产生抗弹簧反力转矩。因此，在弹性系数比设计值大的情况下，通过安装锤27可增大凸轮轴旋转惯性力，由此能够使电动机转矩变得最小。

另外，在本实施方式4及其变形例中，凸轮轴18、齿轮23、24、25以及电动机26相当于第7发明中的“凸轮驱动系”，锤27相当于第7发明的“惯性力增大部”。

实施方式5

接下来，参照图21对本发明的实施方式5进行说明。

图21是表示本实施方式5的惯性力可变机构的图。如图21所示，在凸轮轴18的外周上设置有惯性力可变机构28。惯性力可变机构28具有与凸轮轴18内的油路18A连通的油路28A。在该油路28A内设置有锤28。另外，在该油路28A内设置有将锤28B向凸轮轴18内侧(中心方向)弹压的弹簧28C。

在经由油路18A而施加在油路28A上的油压比弹簧28C的弹压力小的情况下，锤28B被向凸轮轴18内侧弹压。另一方面，在施加在油路28A上的油压大于弹簧28C的弹压力的情况下，锤28B向外侧移动。

实施方式5的特征

如上所述，由凸轮轴旋转惯性力抵消弹簧反力，由此能够减小电动机的消耗电力和额定功率。

另外，由于能够与曲轴3无关地控制凸轮轴旋转速度，所以图1所示的可变动气门机构10能够变更作用角。

但是，当电动机额定功率变小时，就没有了多余的电动机转矩，存在特别是在低旋转域无法变更作用角的可能性。并且，如果想要确保多余的电动机转矩，则与以往一样、电动机额定功率将变大。

因此，在本实施方式5中，在想要在低旋转域使作用角变小的情况下，通过向油路28A施加发动机油压，使锤28B向外侧移动。据此，由于能够使凸轮轴旋转惯性力变大，所以能够将上述实际作用角的扩大幅度抑制得较小，并且能够变更为小作用角。

另一方面，在低旋转域中要使作用角变大的情况下，不向油路28A施加发动机油压，使锤28B向内侧移动。据此，由于能够使凸轮轴旋转惯性力变小，所以能够使上述实际作用角的扩大幅度变大，并且能够变更为大作用角。

因此，根据本实施方式5，即使在电动机额定功率小的情况下，通过变更锤28B的位置，也能够变更凸轮轴旋转惯性力，并且能够变更其结果作用角。

另外，在本实施方式5中，惯性力可变机构28相当于第8发明的“惯性力可变机构”。

实施方式6

接下来，参照图22对本发明的实施方式6进行说明。

作为本实施方式6的系统，可以使用图1至图5所示的硬件。

实施方式6的特征

在上述实施方式1、2中，对从凸轮和凸轮轴旋转的状态开始的电动机驱动控制进行了说明。

在本实施方式6中，对从凸轮和凸轮轴停止的状态开始的电动机驱动控制进行说明。图22是表示本实施方式6中的凸轮旋转速度的变化和电动机转矩的图。

如图22所示，在起动开始以前，凸轮停止在基圆上。因此，凸轮旋转速度(以及凸轮轴旋转速度)为零，并且凸轮轴旋转惯性力也为零。

之后，在从起动开始到升程开始前的凸轮基圆滑动过程中，凸轮旋转速度加速到目标值。据此，凸轮轴旋转惯性力达到规定值。此时，因为弹簧反力没有作用在凸轮轴上，所以与气门升程中加速的情况相比，能够通过小的电动机转矩而加速。在电动机转矩有富余的情况下，在升程开始时，为了使凸轮旋转速度达到目标值而缓慢地加速。与急加速的情况相比，能够抑制马达消耗电力。

之后，从升程开始到最大升程为止，只在电动机上负载抗摩擦转矩，而不在电动机上负载抗弹簧反力转矩。因此，通过弹簧反力而减小凸轮旋转速度，由此凸轮轴旋转惯性力逐渐地减小。

而且，从最大升程到气门升程结束为止也只在电动机上负载抗摩擦转矩，而不在电动机上负载抗弹簧反力转矩。因此，凸轮旋转速度通过弹簧反力而加快，由此凸轮轴旋转惯性力逐渐增大。在气门升程结束时，因为凸轮旋转速度再次达到上述目标值，因此凸轮轴旋转惯性力再次达到规定值。

这样，在本实施方式6中，在升程开始之前使凸轮旋转速度加快并使凸轮轴旋转惯性力达到规定值以上，由此使弹簧反力通过凸轮轴旋转惯性力而抵消。因此，在气门升程中，如图22所示，通过电动机只产生抗摩擦转矩即可。并且，在到升程开始为止的凸轮基圆滑动中，通过比较小的电动机转矩就能够使凸轮旋转速度加快。即，凸轮旋转速度加快时的电动机转矩比抗弹簧反力转矩小。因此，能够减小电动机消耗电力和额定功率。

另外，在本实施方式6中，ECU30相当于第9发明中的“控制机构”。

实施方式7

接下来，参照图23对本发明的实施方式7进行说明。

作为本实施方式7的系统，可以使用图1至图5所示的硬件。

实施方式7的特征

在上述实施方式6中，升程开始前的凸轮旋转速度加速时的电动机转矩比气门升程中的电动机转矩大。这样，通过凸轮驱动开始时的电动机转矩决定电动机消耗电力和额定功率。

因此，对在本实施方式7中减小凸轮驱动开始时(即，升程开始前的凸轮旋转速度加速时)的电动机转矩的方法进行说明。图23是表示本实施方式7的凸轮旋转速度的变化和电动机转矩的图。

如图23所示，在从起动开始到升程开始前为止的凸轮基圆滑动过程中，凸轮旋转速度加速到初始目标值。该初始目标值是比上述实施方式6的目标值低的值。因此，加速到第2目标值所需要的电动机转矩比加速到上述目标值所需要的电动机转矩小。

之后，从升程开始到最大升程为止，在电动机上仅负载抗摩擦转矩，而不在电动机上负载抗弹簧反力转矩。因此，凸轮旋转速度通过弹簧反力转矩而减小，由此凸轮轴旋转惯性力逐渐减小。

这里，因为升程开始前仅加速到初始目标值，所以在该状态下凸轮旋转速度在升程结束时不能达到目标值。因此，从最大升程到气门升程结束期间，在电动机上负载使凸轮旋转速度加快的转矩。此时的电动机转矩与升程开始前的电动机转矩相等或比其小。通过产生该电动机转矩，能够在升程结束时使凸轮旋转速度达到目标值。

这样，在本实施方式7中，使凸轮旋转速度在升程开始之前加速到比目标值低的初始目标值，并且通过在凸轮上升过程中产生电动机转矩而在升程结束时达到目标值。因此，与上述实施方式6相比，因为能够使凸轮驱动开始时的电动机转矩变小，所以能够减小电动机消耗电力和额定功率。

另外，在本实施方式7中，ECU30相当于第10发明的“控制机构”。

实施方式8

接下来，参照图24A以及图24B，对本发明的实施方式8进行说明。

作为本实施方式8的系统，可以使用图1至图5所示的硬件。

实施方式8的特征

在发动机起动时，没有凸轮轴旋转惯性力。如果凸轮轴旋转惯性力达不到图7所示的最大转矩Tp以上，则不能够越过凸轮凸部，并且不能够驱动凸轮正转。

在上述实施方式7中，在发动机起动开始后、在气门升程开始前的凸轮基圆滑动过程中，在凸轮轴上施加电动机转矩，由此使凸轮旋转速度加速到初始目标值。之后，通过在从最大升程到气门升程结束期间施加电动机转矩，使凸轮旋转速度达到最终目标值。通过这样地以两个阶段施加电动机转矩，能够减小电动机额定功率，并能使凸轮轴旋转惯性力增加到最大转矩Tp以上。

在本实施方式8中，对与上述实施方式7相比能够进一步减小电动机额定功率的方式进行说明。图24A以及图24B是表示本实施方式8的凸轮相位的变化和气门升程的图。详细来说，图24A是表示凸轮相位的变化的图，图24B是表示第1和第4气缸#1、#4的气门升程的图。

在图24A和图24B所示的时刻t0，发动机开始起动。该发动机起动包括发动机再起动的情况。在从时刻t0到第1气缸#1的气门升程开始时刻t1之间，即，在从发动机起动开始到气门升程开始前的凸轮基圆滑动过程中，在凸轮轴上施加电动机转矩。据此，凸轮旋转速度加快，凸轮轴旋转惯性力增加。从该时刻t0到时刻t1之间所施加的电动机转矩可以比实施方式7中在升程开始之前所施加的电动机转矩小。因此，能够减小电动机额定功率。

接下来，在从时刻t1到时刻t2的气门升程中，在凸轮轴上不施加电动机转矩。而且，在从第1气缸#1的气门升程结束时刻t2到第4气缸#4的气门升程开始时刻t3之间，在凸轮轴上施加与时刻t0～t1方向相反的电动机转矩。据此，时刻t3的凸轮旋转速度比时刻t1的凸轮旋转速度快。其结果是，时刻t3的凸轮轴旋转惯性力比时刻t1的凸轮轴旋转惯性力大。这样，凸轮的相位增加，并且凸轮的摆动幅度增加。

之后，在从第4气缸#4的气门升程结束时刻t4到第1气缸#1的气门开始时刻t5之间，在凸轮轴上施加与时刻t2～t3方向相反的电动机转矩。据此，时刻t5的凸轮旋转速度比时刻t3的凸轮旋转速度快。其结果是，时刻t5的凸轮轴旋转惯性力比时刻t3的凸轮轴旋转惯性力大。这样，凸轮的相位进一步增加，并且凸轮的摆动幅度进一步增加。

之后，通过与上述相同的方法，在凸轮基圆滑动过程中、即在时刻t6～t7、时刻t8～t9、时刻t10～t11之间，分别在凸轮轴上施加电动机转矩。这样，当经过时刻t7、t9、t11时，凸轮旋转速度加快，并且凸轮轴旋转惯性力逐渐增大。其结果是，凸轮相位逐渐增加，并且凸轮的摆动幅度逐渐增加，另外，气门升程量逐渐增加。

而且，当在时刻t11达到驱动凸轮正转所必需的凸轮轴旋转惯性力时，从时刻t12开始切换为正转驱动凸轮。即，在时刻t12以后，使凸轮的正转驱动与曲轴的旋转同步。

这样，在本实施方式8中，在发动机起动开始后，通过在凸轮基圆滑动过程中在凸轮轴上施加电动机转矩并驱动凸轮摆动，可使凸轮旋转速度逐渐加快。其结果是，凸轮相位逐渐增加，并且凸轮轴旋转惯性力逐渐增大。而且，当凸轮轴旋转惯性力达到正转驱动所必需的规定值时，凸轮的正转驱动与曲轴的旋转同步。这样，通过在驱动凸轮摆动的同时逐渐蓄积凸轮轴旋转惯性力，即使用小额定功率的电动机也能够实现正转驱动所必需的规定值(最大转矩)。因此，与上述实施方式7相比，能够进一步减低电动机阻力。

实施方式9

接下来，参照图25～图27对本发明的实施方式9进行说明。

作为本实施方式9的系统，可以使用图1至图5所示的硬件。

实施方式9的特征

在上述实施方式8中，在发动机起动时逐渐增加凸轮的摆动幅度(相位)并增加凸轮旋转速度以及凸轮轴旋转惯性力，然后，从驱动凸轮轴摆动转移到正转驱动。但是，在上述实施方式8中，在气门升程中不在凸轮轴上施加电动机转矩。这是为了减小气门升程中的电动机消耗电力。

另外，在发动机起动要求中，除了基于车辆驾驶者的加速操作而产生的加速要求的起动要求之外，还有基于催化剂床温度降低时的催化剂预热要求的发动机起动要求。这里，在发动机停止期间在催化剂床温度为规定值以下时，ECU30判定为具有基于催化剂预热要求的发动机起动要求。催化剂床温度可以通过图3所示的催化剂床温度传感器45检测。并且，在发动机停止期间踩踏油门踏板时，ECU30判定为具有基于加速要求的发动机起动要求。油门踏板的踩踏可以通过图3所示的油门踏板开度传感器36检测。

在存在基于加速要求的发动机起动要求的情况下，需要在短时间内起动发动机。为了在短时间内起动发动机，最好在短时间内从驱动凸轮摆动转移到正转驱动凸轮。这是因为正转驱动凸轮的情况与摆动驱动的情况相比，时间面积大并且能够得到高吸气性能。

另一方面，在存在基于催化剂预热要求的发动机起动要求的情况下，与存在基于上述加速要求的发动机起动要求的情况不同，不需要在短时间内起动发动机。

并且，即使存在基于加速要求的发动机启动要求，在油门踏板开度很小的情况下，也没有必要一定要在短时间内起动发动机。

因此，在本实施方式9中，与发动机起动要求的加速要求度相对应地决定在气门升程中是否在凸轮轴上施加电动机转矩。即，使电动机的助力方式能够对应发动机起动要求而变化。

详细地说，在存在基于催化剂预热要求的发动机起动要求的情况下，加速要求度低。因此，在该情况下，如图25A至25C所示，在气门升程中不在凸轮轴上施加电动机转矩。图25A至图25C是表示在本实施方式9中、在存在基于催化剂预热要求的发动机起动要求的情况下施加的电动机转矩的一个例子的图。详细来说，图25A、25B、25C分别是表示气门升程、电动机角速度、以及电动机转矩(控制指示值)的图。电动机角速度与凸轮轴旋转速度相关(正比关系)。

当取得基于催化剂预热要求的发动机启动要求时，在图25A至图25C的时刻t20发动机开始起动。在时刻t20，如图25B所示，电动机角速度为零。在从时刻t20到第1气缸#1的气门升程开始时刻t21之间的凸轮基圆滑动过程中，在凸轮轴上施加电动机转矩。这样，电动机角速度以及凸轮轴旋转速度增加。之后，在从时刻t21到时刻t23的气门升程中，在凸轮轴上不施加电动机转矩。因此，在达到最大升程的时刻t22之前，电动机角速度以及凸轮轴旋转速度通过与凸轮轴旋转方向方向相反的弹簧反力而减少。另外，在时刻t22之后凸轮轴旋转方向反转，电动机角速度与凸轮轴旋转速度、通过与反转后的凸轮轴旋转方向相同方向的弹簧反力而上升。

之后，从气门升程结束时刻t23到第4气缸#4的气门升程开始时刻t24之间的凸轮基圆滑动过程中，施加与凸轮轴旋转方向相同方向的电动机转矩。其结果是，与时刻t21的电动机角速度(绝对值)相比，时刻t24的电动机角速度(绝对值)变得更大。

之后，与时刻t21～时刻t23相同，从时刻t24到时刻t26的气门升程中，在凸轮轴上不施加电动机转矩。因此，在达到最大升程的时刻t25之前，电动机角速度以及凸轮轴旋转速度通过与凸轮轴旋转方向相反方向的弹簧反力而减小。另外，在时刻t25之后，凸轮轴旋转方向反转，电动机角速度与凸轮轴旋转速度通过与凸轮轴旋转方向相同方向的弹簧反力而上升。

之后，在气门升程结束时刻t26以后的凸轮轴基圆滑动过程中，施加与凸轮轴旋转方向相同方向的电动机转矩。其结果是，在时刻t27，因为达到能够正转驱动的电动机角速度以及凸轮轴旋转速度，所以电动机转矩仅变更为摩擦转矩。在该时刻t27之后，变化到正转驱动，同时，实施与曲轴的同步控制。其结果是，从时刻t28到时刻t30，通过对凸轮轴进行正转驱动而进行第1气缸#1的气门升程。因此，能够对第1气缸#1进行点火。

另一方面，当取得基于加速要求的发动机启动要求时，如图26A至图26C所示，在气门升程中在凸轮轴上施加电动机转矩。图26A至26C是表示本实施方式9中、在存在基于加速要求的发动机起动要求的情况下所施加的电动机转矩的一个例子的图。详细来说，图26A、26B、26C分别是表示气门升程、电动机角速度、以及电动机转矩(控制指示值)的图。

当取得基于加速要求的发动机启动要求时，在图26A至图26C的时刻t40发动机开始起动。在时刻t40，如图26B所示，电动机角速度为零。在从时刻t40到第4气缸#4的气门升程开始时刻t41之间的凸轮基圆滑动过程中，在凸轮轴上施加电动机转矩。这样，电动机角速度以及凸轮轴旋转速度增加。

之后，与图25A至图25C所示的例子不同，在从时刻t41到时刻t43的气门升程中，在凸轮轴上施加电动机转矩。详细来说，在从气门升程开始时刻t41到达到最大升程的时刻t42之间，施加与时刻t41以前相同的电动机转矩。而且，在从时刻t42到升程结束时刻t43之间，施加相反方向的电动机转矩。据此，气门升程结束时刻t43的电动机角速度(绝对值)，比气门升程开始时刻41的电动机角速度(绝对值)变得更大。

之后，在气门升程结束时刻t43之后的凸轮基圆滑动过程中施加与时刻t42～时刻t43相同的电动机转矩。其结果是，在时刻t44，由于达到能够正转驱动的电动机角速度以及凸轮轴旋转速度，所以电动机转矩仅变更为摩擦转矩。这里，从时刻t40到时刻t44的时间，比图25A至图25C所示的例子中的从时刻t20到时刻t27的时间短。即，在图26A至图26C所示的例子中，与图25A至25C所示的例子相比能够以更短的时间转移到正转驱动。

在该时刻t44之后，转移到正转驱动，同时，实施与曲轴的同步控制。其结果是，从时刻t45到时刻t47，进行第1气缸#1的气门升程。因此，能够对第1气缸#1点火。

实施方式9的具体处理

图27是表示本实施方式9中的ECU30执行的程序的流程图。本程序在如EV行驶中那样的发动机停止期间，每隔规定的间隔而起动。

根据图27所示的程序，首先，判别是否有发动机起动要求(步骤100)。在该步骤100中，在催化剂床温度为规定值以下的情况下，判定为存在基于催化剂预热要求的发动机起动要求。并且，在车辆驾驶者进行加速操作(踩踏油门踏板操作)的情况下，判定为具有基于加速要求的发动机起动要求。在上述步骤100中判定为没有发动机起动要求的情况下，结束本程序。

在上述步骤100中判定为有发动机起动要求的情况下，取得发动机起动要求(步骤102)。接下来，判定上述步骤102中所取得的发动机起动要求的加速要求度是否为规定值以上(步骤104)。在该步骤104中，判定是否要求在短时间内起动发动机。具体来说，判定油门踏板开度是否为规定值以上。

在上述步骤104中判定加速要求度未达到规定值的情况下，例如，在油门踏板仅仅被踏入一点的情况下，或者在如催化剂预热要求时那样、几乎不踩踏油门踏板的情况下，判定为没有短时间内起动发动机的要求。在该情况下，只在凸轮基圆滑动过程中在凸轮轴上施加电动机转矩(步骤106)。在该步骤106中，执行例如图25A至图25B所示的电动机转矩控制。

另一方面，在上述步骤104中判定为加速要求度为规定值以上的情况下，例如，在大幅度踩踏油门踏板的情况下，判断为要求短时间内起动发动机。即，判断为需要在短时间内正转驱动凸轮。在该情况下，不仅在凸轮基圆滑动过程中，在气门升程中也在凸轮轴上施加电动机转矩(步骤108)。在该步骤108中，执行例如图26A至图26C所示的电动机转矩的控制。

在上述步骤106或108之后，判定凸轮轴旋转惯性力是否为规定值以上(步骤110)。该规定值(即，最大转矩)是凸轮正转驱动所必需的凸轮轴旋转惯性力，是判别是否能够从摆动驱动转移到正转驱动的基准值。在该步骤110中判定凸轮轴旋转惯性力未达到规定值的情况下，再次返回到步骤110处理。另一方面，在上述步骤110中判定凸轮轴旋转惯性力为规定值以上的情况下，过渡到正转驱动，并且执行与曲轴的旋转同步的控制(步骤112)。之后，结束本程序。

如以上说明，在本实施方式9中，在发动机起动要求的加速要求度高的情况下，不仅在凸轮基圆滑动过程中，而且在气门升程中也施加电动机转矩。据此，能够在短时间内使凸轮轴旋转惯性力增加，因此能够在短时间内从摆动驱动转移到正转驱动。因此，能够实现高加速要求度。并且，在发动机起动要求的加速要求低的情况下，仅在凸轮基圆滑动过程中施加电动机转矩。据此，虽然以比较长的时间从摆动驱动转移到正转驱动，但能够减小电动机消耗电力。因此，根据本实施方式9，能够减小电动机额定功率，并且能够在与加速要求度对应的最合适的时刻从摆动驱动转移到正转驱动。

另外，在本实施方式9中，ECU30通过执行步骤108、110、112的处理实现第13发明的“控制机构”，通过执行步骤102的处理实现第14发明的“起动要求取得机构”，通过执行步骤104、106、108的处理实现第14发明的“控制机构”，通过执行步骤104的处理实现第15发明的“判定机构”，通过执行步骤106、108的处理实现第15发明的“控制机构”。

Claims (15)

1.一种可变动气门机构的控制装置，该可变动气门机构设置在内燃机中，其特征在于，具有：

设置有凸轮的凸轮轴，该凸轮驱动由气门弹簧弹压的气门，

驱动上述凸轮轴旋转的电动机，

以及执行上述电动机的驱动控制的控制机构，

上述控制机构以上述气门弹簧的弹簧反力由上述凸轮轴的旋转惯性力抵消的方式，在上述气门升程开始时将上述旋转惯性力控制在规定值以上。

2.如权利要求1所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：上述控制机构以下述方式控制上述电动机的旋转位置，即，通过从气门升程开始时到最大升程位置期间的上述弹簧反力使上述凸轮轴的旋转速度减小，并且，通过从该最大升程位置到气门升程结束时的期间的上述弹簧反力使上述凸轮轴的旋转速度加速。

3.如权利要求1所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：上述控制机构将从上述气门升程开始时到最大升程位置的期间的上述弹簧反力作为上述旋转惯性力的减速转矩而使用，并且将从上述最大升程位置到气门升程结束时的期间的上述弹簧反力作为上述旋转惯性力的加速转矩而使用。

4.如权利要求1所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：上述控制机构在上述气门升程结束时的上述旋转惯性力未达到上述规定值的情况下，将使上述旋转惯性力达到规定值以上的转矩在凸轮基圆滑动中负载在上述电动机上。

5.如权利要求1所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：上述控制机构在气门升程期间，禁止将抵抗上述弹簧反力的转矩负载在上述电动机上，并且仅将与上述凸轮和上述气门的摩擦相抵抗的转矩负载在上述电动机上。

6.如权利要求1至权利要求5中的任意一项所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：还具有发动机转速变更机构，该机构在发动机转速为规定值以下的低旋转域、且发动机输出要求值为规定值以上的情况下，使该发动机转速提高到规定值以上。

7.如权利要求1至权利要求5中的任意一项所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：还具有惯性力增大部件，该惯性力增大部件设置在具有上述凸轮轴与上述电动机的凸轮驱动系中，并使上述凸轮轴旋转惯性力增大，

上述惯性力增大部件，调整发动机转速为规定值以下的低旋转域中的实际作用角的扩大幅度。

8.如权利要求1至权利要求5中的任意一项所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：还具有惯性力可变机构，该惯性力可变机构在发动机转速为规定值以下的低旋转域、且变更上述气门的作用角时，能够变更上述凸轮轴旋转惯性力。

9.如权利要求1所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：在从停止上述凸轮的状态开始驱动的情况下，上述控制机构在到气门升程开始时为止的凸轮基圆滑动中，在电动机上负载使上述旋转惯性力达到规定值以上的转矩。

10.如权利要求1所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：在从停止上述凸轮的状态开始进行驱动的情况下，上述控制机构在到气门升程开始时为止的凸轮基圆滑动中，在电动机上负载使上述旋转惯性力达到初期规定值的转矩，然后，在电动机上负载如下的转矩，该转矩使上述旋转惯性力在气门升程结束时达到比该初期规定值更大的规定值。

11.如权利要求1所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：在上述凸轮进行正转驱动的情况下，上述控制机构以使上述凸轮轴的旋转与曲轴的旋转同步的方式，使凸轮基圆滑动时的上述凸轮轴的旋转速度能够对应发动机转速而变化。

12.一种可变动气门机构的控制装置，该可变动气门机构设置在内燃机中，其特征在于，具有：凸轮轴，该凸轮轴设置有驱动通过气门弹簧而被弹压的气门的凸轮；

驱动上述凸轮轴旋转的电动机；

以及执行上述电动机的驱动控制的控制机构，

上述控制机构以以下方式控制上述电动机的旋转位置，即，气门升程中的凸轮旋转速度小于等于凸轮基圆滑动中的凸轮旋转速度。

13.如权利要求1所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：上述控制机构通过在凸轮基圆滑动中施加上述电动机的转矩并驱动上述凸轮摆动，从而使上述旋转惯性力增加到上述规定值以上，然后，使上述凸轮轴的旋转与曲轴的旋转同步。

14.如权利要求13所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：具有取得上述内燃机的起动要求的起动要求取得机构，

上述控制机构对应于上述起动要求取得机构所取得的起动要求，对驱动上述凸轮摆动而使上述旋转惯性力增加的期间进行变更。

15.如权利要求14所述的可变动气门机构的控制装置，其特征在于：上述控制机构具有判定上述起动要求的加速要求度的判定机构，在该加速要求度小于规定值的情况下，仅在凸轮基圆滑动中施加上述电动机的转矩，在该加速要求度为规定值以上的情况下，在气门升程中也施加上述电动机的转矩。

Images