JP2016196830A

JP2016196830A - 内燃機関の制御ユニット

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Publication number: JP2016196830A
Application number: JP2015076055A
Authority: JP
Inventors: 聡藪; Satoshi Yabu; 金子　雅昭; Masaaki Kaneko; 雅昭金子
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: WO2016159090A1; US10578033B2; CN107407211B; CN107407211A; JP6384389B2; EP3279452B1; EP3279452A4; EP3279452A1; US20180045125A1

Abstract

【課題】低回転高負荷時において吸気バルブの開放タイミングを維持したまま吸気量を増大して内燃機関の円滑な稼動を可能にする内燃機関の制御ユニットを構成する。
【解決手段】クランクシャフト６と同期回転する駆動側回転体２１と、吸気カムシャフト１２と一体回転する従動回転体との相対回転位相を駆動により変位させる位相調節機構を備えて弁開閉時期制御装置Ａを構成する。吸気バルブ１０の開放タイミングの後に、相対回転位相を進角方向変位させるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブの開閉時期を設定する弁開閉時期制御装置を備えた内燃機関の制御ユニットに関する。

吸気バルブと排気バルブとの開閉時期を同時に設定する弁開閉時期制御装置（文献では可変バルブタイミング装置）を備え、機関負荷が所定値以下である場合には、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップを一定に維持したまま、吸気バルブと排気バルブとの双方の閉弁時期を遅らせる技術が特許文献１に示されている。

また、吸気バルブの開閉時期を設定する弁開閉時期制御装置（文献では吸気タイミング可変機構）と、排気バルブの開閉時期を設定する弁開閉時期制御装置（文献では排気タイミング可変機構）を備え、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップの中心時期を、負荷によって変更する技術が特許文献２に示されている。

更に、可変リフト機構により吸気バルブのリフト量を変更する技術が特許文献３示されている。この特許文献３では、バルブリフト量を変更した場合には吸気バルブの開閉タイミングも変更される点が記載されている。

特開平５‐２４８２７７号公報特開平１０‐１７６５５８号公報特開２００７‐３２１７６８号公報

低回転高負荷にある内燃機関では、エンジンストールを回避しつつ円滑な回転状態を維持するため燃焼室への吸気量の増大を図り、燃料供給の増大を図ることによりエンジンの出力を増大させることが有効と考えられる。また、吸気カムシャフトに弁開閉時期制御装置を備えた内燃機関では、吸気量の増大を図るために、例えば、特許文献３に示されるようにスロットルバルブによる吸気量の増大に連係して吸気バルブのリフト量を増大することも考えられる。

しかしながら、吸気バルブのリフト量を増大した場合には、吸気バルブでの吸気量の増大が可能になるものの、開放タイミングが早まるため、排気バルブとのオーバーラップが拡大し、結果として高温残留ガスの影響からノッキングを招くことも考えられた。

本発明の目的は、低回転高負荷時には状態を整えることで内燃機関の円滑な稼動を可能にする内燃機関の制御ユニットを構成する点にある。

本発明の特徴は、回転軸芯を中心に内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、
前記回転軸芯と同軸芯上で前記駆動側回転体と相対回転自在に配置され、前記内燃機関の吸気バルブを開閉制御する吸気カムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の相対回転位相を設定する位相調節機構とを備えて弁開閉時期制御装置が構成され、
前記吸気カムシャフトが、複数の気筒の前記吸気バルブを所定の回転角を隔てて開閉動作させるように構成され、
前記吸気バルブの開放タイミングの後に、前記相対回転位相を、当該開放タイミングより進角方向に変位させる進角作動を行い、この後、次に吸気を行う他の気筒の吸気バルブを当初の開放タイミングで開放させるために、前記進角作動を解消する遅角作動の方向に前記相対回転位相を変位させる点にある。

例えば、位相調節機構が、吸気バルブの開放タイミングの後に、弁開閉時期制御装置を進角作動させ、この直後に遅角作動させた場合には、吸気バルブの開放タイミングを変更することなく吸気量の増大による充填率の向上を可能にする。これにより、吸気量が増大することで燃焼室にタンブル流を作り出すことも可能にする。そして、次に吸気バルブの開放作動を行う気筒に影響が出ないように、次の吸気バルブが開放作動を行う以前に弁開閉時期制御装置を遅角作動させ、先の進角作動を解消する。これにより、次に吸気バルブを開放する気筒においても同様に吸気量の増大が可能となる。
従って、低回転高負荷時には吸気バルブの開放タイミングを維持したまま燃焼室への吸気の充填率を増大させ、タンブル流を発生させて内燃機関の円滑な稼動を可能にする内燃機関の制御ユニットが構成された。

本発明は、前記位相調節機構が、電動アクチュエータにより前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の相対回転位相を設定し、
前記電動アクチュエータを制御する制御部を有しても良い。

これによると、例えば、流体圧を利用して相対回転位相を変位させるものと比較すると、電動アクチュエータの駆動力により相対回転位相を変位させる弁開閉時期制御装置は、高速での変位が可能である。このような理由から、制御部が電動アクチュエータを制御して吸気バルブの開放タイミングの後の、弁開閉時期制御装置の進角作動と、この直後の遅角作動とを高速で行える。

本発明は、前記開放タイミングが、前記内燃機関の燃焼室のピストンが上死点を通過した後に設定されても良い。

これによると、ピストンが上死点に達した後にピストンが下降を開始し、燃焼室が負圧状態に移行した後に、開放タイミングに達して吸気バルブが開放を開始するため、燃焼室に対して、より強いタンブル流を作り出し、燃焼室での燃焼状態が改善されてノッキングの解消が可能となる。また、ノッキングを解消できるため、点火進角が可能となり内燃機関の出力向上にも繋がる。

本発明は、前記制御部が、前記遅角作動に要する時間に対して、前記進角作動に要する時間を長く設定しても良い。

内燃機関の稼動時には、吸気カムシャフトに対して遅角方向にカム変動トルクが作用する。従って、遅角作動を行う際に電動アクチュエータを駆動する時間より、進角作動を行う際に電動アクチュエータを駆動する時間を長く設定することにより進角作動による相対回転位相の変位量と、遅角作動による相対回転位相の変位量とを等しくする制御を無理なく行える。

本発明は、前記クランクシャフトの単位時間における回転数を検知する回転速度センサと、前記相対回転位相を検知する位相センサと、前記クランクシャフトからの出力伝動系に作用する負荷を検知する負荷センサとを備えると共に、
前記制御部は、前記回転速度センサの検知結果から前記クランクシャフトの単位時間における回転数が設定値未満であると判定した場合に、前記回転速度センサと、前記位相センサと、前記負荷センサとの検知結果に基づいて前記電動アクチュエータを制御しても良い。

これによると、内燃機関の単位時間における回転数が設定値未満となる状況において、例えば、負荷センサで検知される負荷が、所定値を超える場合にのみ電動アクチュエータを制御して吸気量の増大を図る制御を行うことが可能となる。

エンジンの断面と制御ユニットのブロック回路とを示す図である。吸気側弁開閉時期制御装置の縦断側面図である。図２のIII−III線断面図である。排気側弁開閉時期制御装置の縦断面図である。図４のＶ−Ｖ線断面図である。制御系のブロック回路図である。エンジン制御のフローチャートである。吸気量増大制御のフローチャートである。複数気筒の排気バルブと吸気バルブとのバルブリフトカーブ及び開閉作動の領域とを示すチャートである。排気バルブと吸気バルブとの吸気時期を説明する図である。吸気量増大制御における吸気バルブリフトカーブと吸気側弁開閉時期制御装置の進角作動と遅角作動とのタイミングを示すチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕

図１，２，４に示すように、内燃機関としてのエンジンＥの吸気時期を設定する吸気側弁開閉時期制御装置Ａと、排気時期を設定する排気側弁開閉時期制御装置Ｂと、これらを制御するエンジン制御部Ｃとを備えて内燃機関の制御ユニットが構成されている。

エンジン制御部Ｃは、吸気側弁開閉時期制御装置Ａと排気側弁開閉時期制御装置Ｂとを個別に制御することにより、エンジンＥの稼動状況に応じて吸気タイミング（吸気時期）と排気タイミング（排気時期）とを最適に設定する。これと同時に、低回転高負荷時には吸気側弁開閉時期制御装置Ａの制御により吸気バルブ１０の開放タイミングＩＶＯを維持したまま吸気量の増大を図る。この制御形態の詳細は後述する。

〔エンジン〕
エンジンＥは、４気筒型の４サイクル型に構成されるものであり、シリンダヘッド１、シリンダブロック２、クランクケース３、オイルパン４の夫々を上下に重ね合わせて連結した構造を有している。また、シリンダブロック２に形成された複数のシリンダボアにピストン５が収容され、クランクケース３に回転自在に支持したクランクシャフト６とピストン５とがコネクティングロッド７で連結されている。尚、図２，４には４気筒のエンジンＥを示しているが、エンジンＥは２気筒、３気筒等の複数の気筒数でも良い。

シリンダヘッド１において燃焼室と吸気経路とを結ぶ位置に開閉自在な吸気バルブ１０を備え、燃焼室と排気経路とを結ぶ位置に開閉自在な排気バルブ１１を備えている。これらの上部位置には吸気バルブ１０と排気バルブ１１を独立して開閉作動させるように吸気カムシャフト１２と、排気カムシャフト１３とを備えている。シリンダヘッド１の吸気経路側には燃料噴射ノズル１４を備え、燃焼室には点火プラグ１５を備えている。

シリンダヘッド１の側面には複数の吸気経路に接続するインテークマニホールド１６と、複数の排気経路に接続するエキゾーストマニホールド１７とが連結している。また、インテークマニホールド１６の内部には、スロットルバルブ１８と、タンブルコントロールバルブ１９とを備えている。

このエンジンＥでは、クランクシャフト６に備えた駆動スプロケット６Ｓと、吸気側弁開閉時期制御装置Ａの吸気側スプロケット２１Ｓと、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの排気側スプロケット３１Ｓとに亘ってタイミングチェーン８が巻回している。これによりクランクシャフト６の回転と同期した駆動力を吸気カムシャフト１２と排気カムシャフト１３とに伝え、吸気側弁開閉時期制御装置Ａによる吸気タイミング（吸気時期）と、排気側弁開閉時期制御装置Ｂによる排気タイミング（排気時期）との設定が実現する。

〔吸気側弁開閉時期制御装置〕
吸気側弁開閉時期制御装置Ａは、図２，３に示すように、吸気側ケース２１（駆動側回転体の一例）と、吸気側ロータ２２（従動側回転体の一例）と、電動アクチュエータとしての位相制御モータＭの駆動力により吸気側ケース２１（駆動側回転体の一例）及び吸気側ロータ２２（従動側回転体の一例）の相対回転位相を設定する位相調節機構Ｔとを備えている。特に、位相調節機構Ｔは、電気アクチュエータとしての位相制御モータＭに限らず、油圧等の流体圧により作動するアクチュエータを用いて構成しても良い。

吸気側ケース２１（駆動側回転体の一例）は、吸気カムシャフト１２の回転軸芯と同軸芯となる第１軸芯Ｘ１（回転軸芯の一例）と同軸芯上に配置され、外周に吸気側スプロケット２１Ｓが形成されている。この吸気側ケース２１はフロントケース２１Ａとリヤケース２１Ｂとをボルト２１Ｃで締結した構造を有している。吸気側ロータ２２（従動側回転体の一例）は、第１軸芯Ｘ１と同軸芯上で吸気側ケース２１と相対回転自在に配置され、吸気カムシャフト１２と一体回転するように連結ボルト２２Ａにより当該吸気カムシャフト１２に連結されている。

この吸気側弁開閉時期制御装置Ａでは、タイミングチェーン８からの駆動力により全体が駆動回転方向Ｓに回転する。そして、位相制御モータＭの駆動力により吸気側ケース２１に対する吸気側ロータ２２の相対回転位相が、駆動回転方向Ｓと同方向に変位する方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向への変位を遅角方向Ｓｂと称している。

位相調節機構Ｔは、吸気側ケース２１と一体回転し、複数の内歯部２５Ｔを有するリングギヤ２５と、これに咬合するための複数の外歯部２６Ｔを有するインナギヤ２６と、偏心カム体２７とを備えている。また、吸気側ロータ２２には軸状となる複数の連係部材２３が突設されている。

リングギヤ２５は、所定歯数の内歯部２５Ｔを有する内歯ギヤとして構成されている。インナギヤ２６は、リングギヤ２５の歯数より少ない歯数の外歯部２６Ｔを有する外歯ギヤとして構成され、中央に孔部が形成されている。このインナギヤ２６には、連係部材２３より大径の複数の連係孔部２６Ａが形成されている。連係部材２３が連係孔部２６Ａに挿通することにより軸継手として機能するが、この構成に代えてオルダム継手等を用いても良い。

偏心カム体２７は、第１軸芯Ｘ１と同軸芯に配置される円柱状のカム本体と、このカム本体に対して偏心する偏心軸芯Ｙを中心に円柱状に形成されるカム部２７Ａとが一体形成されている。この吸気側弁開閉時期制御装置Ａは、カム本体が吸気側ケース２１に対して第１軸芯Ｘ１を中心に回転自在に支持されると共に、カム部２７Ａがインナギヤ２６の孔部に対して相対回転自在に嵌め込まれている。

位相制御モータＭは、エンジンＥに支持されると共に、出力軸Ｍａに対して直交姿勢で備えた係合ピン２８を、偏心カム体２７の係合溝２７Ｂに係合している。尚、位相制御モータＭには、ブラシレス直流モータが使用されるが、ステッピングモータ等の同期モータを用いても良い。

これにより、位相制御モータＭの駆動力により、偏心カム体２７が回転した場合には、カム部２７Ａが第１軸芯Ｘ１を中心に回転することにより、インナギヤ２６が第１軸芯Ｘ１を中心に公転を開始する。この公転時には、インナギヤ２６の外歯部２６Ｔとリングギヤ２５の内歯部２５Ｔとの咬合位置がリングギヤ２５の内周沿って変位するためインナギヤ２６は偏心軸芯Ｙを中心に僅かに自転する。

また、インナギヤ２６が１回転だけ公転した場合には、リングギヤ２５の内歯部２５Ｔの歯数と、インナギヤ２６の外歯部２６Ｔの歯数と差（歯数差）に相当する角度だけインナギヤ２６を、リングギヤ２５に対して回転（自転）させるため大きい減速を実現する。このインナギヤ２６の回転は第１軸芯Ｘ１を中心としないものであるが、連係孔部２６Ａに嵌め込まれた連係部材２３を介して吸気側ロータ２２に伝えられる。その結果、吸気側ケース２１に対する吸気側ロータ２２の相対回転位相の変位が実現する。尚、位相調節機構Ｔのギヤ構成は、図２，３に示す構成に限るものではない。

この吸気側弁開閉時期制御装置Ａでは、吸気カムシャフト１２の回転速度と等速度で同じ方向に位相制御モータＭの出力軸Ｍａを駆動回転することにより、相対回転位相が維持される。また、位相制御モータＭの回転速度の増大又は低減により相対回転位相を進角方向Ｓａ又は遅角方向Ｓｂに変位させるように制御形態が設定されている。位相制御モータＭの回転速度の増大と低減とに対する相対回転位相の変位方向（進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂとの何れか）は、位相調節機構Ｔのギヤ構成によって決まる。

特に、位相制御モータＭの駆動力により相対回転位相を変位させるため、油圧により変位を実現するものと比較して高速での作動が可能であり、この相対回転位相の変位を極めて高速で行えるものにしている。

この吸気側弁開閉時期制御装置Ａは、特開２００７−７１０５８号公報、特開２００９−２５７１８６号公報等に開示されている技術と基本的に共通する構成を有している。また、吸気側弁開閉時期制御装置Ａは、電動アクチュエータの駆動力により吸気側ケース２１と吸気側ロータ２２との相対回転位相を変位させる構成であれば実施形態で説明した構成や、公報に示される構成に限るものではない。

〔排気側弁開閉時期制御装置〕
排気側弁開閉時期制御装置Ｂは、図４，５に示すように、排気側ケース３１と、排気側ロータ３２と、油圧により排気側ケース３１と排気側ロータ３２との相対回転位相を設定する油圧作動機構Ｕとを備えている。

排気側ケース３１は、排気カムシャフト１３の回転軸芯と同軸芯となる第２軸芯Ｘ２と同軸芯上に配置され、外周に排気側スプロケット３１Ｓが形成されている。この排気側ケース３１は、フロントプレート３１Ａとリヤプレート３１Ｂとでロータ本体３１Ｃを挟み込み、締結ボルト３１Ｄで締結した構成を有している。排気側ロータ３２は、第２軸芯Ｘ２と同軸芯上で排気側ケース３１と相対回転自在に配置され、排気カムシャフト１３と一体回転するように、排気カムシャフト１３に対して連結ボルト３４により連結している。

排気側ケース３１に対して排気側ロータ３２を内包することにより、夫々の間に複数の圧力室が形成されている。排気側ロータ３２には外方に突出する複数の仕切部３２Ａが形成され、この仕切部３２Ａで圧力室を仕切ることにより進角室３３Ａと遅角室３３Ｂとが形成される。

この排気側弁開閉時期制御装置Ｂでは、タイミングチェーン８からの駆動力により全体が駆動回転方向Ｓに回転する。そして、油圧作動機構Ｕにより排気側ケース３１に対する排気側ロータ３２の相対回転位相が、駆動回転方向Ｓと同方向に変位する方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向への変位を遅角方向Ｓｂと称している。

排気側ロータ３２には、進角室３３Ａに連通する進角流路と、遅角室３３Ｂに連通する遅角流路とが形成されている。エンジンＥには、クランクシャフト６の駆動力により駆動される油圧ポンプＰを備え、この油圧ポンプＰからの作動油を進角流路と遅角流路とに選択して給排する電磁式の位相制御弁４５を備えている。

油圧ポンプＰはオイルパン４の潤滑油を作動油として位相制御弁４５に供給するように構成され、この位相制御弁４５のポジションの設定により、進角室３３Ａに作動油を供給して相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させ、これとは逆に、遅角室３３ｂに作動油を供給して相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させることが可能となる。このように油圧により相対回転位相を変位させる油圧系に油圧作動機構Ｕが構成されている。

この排気側弁開閉時期制御装置Ｂは、特開平１０−１０３０３０号公報、特開平１０−２２７２３６号公報等において開示されている技術と基本的に共通する構成を有するものである。

〔制御構成〕
エンジン制御部Ｃは、エンジンＥの稼動状態を管理するＥＣＵとして機能するものであり、図１及び図６に示すように、クランクシャフトセンサ４１と、吸気タイミングセンサ４２と、排気タイミングセンサ４３と、負荷センサ４４とからの信号が入力する。また、エンジン制御部Ｃは、吸気側弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相の変位を実現する位相制御モータＭと、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの変位を実現する位相制御弁４５と、燃料噴射ノズル１４を制御する燃料制御回路４６と、点火プラグ１５を制御するイグニッション回路４７とに制御信号を出力する。

クランクシャフトセンサ４１は、クランクシャフト６が所定の回転位相に達した際に検知信号を出力するようにピックアップ型等のものが用いられ、検知信号をカウントすることによりクランクシャフト６の回転速度（単位時間あたりの回転数）の検知が可能となる。吸気タイミングセンサ４２は、吸気側ロータ２２が所定の回転位相に達した際に検知信号を出力するようにピックアップ型等のものが用いられている。排気タイミングセンサ４３は、排気側ロータ３２が所定の回転位相に達した際に検知信号を出力するようにピックアップ型等のものが用いられている。負荷センサ４４は、クランクシャフト６に作用するトルクを検知する。尚、負荷センサ４４は、駆動系に作用する負荷を検知する構成に限るものではなく、スロットルバルブ１８の開度を検知するセンサの信号に基づきスロットルバルブ１８の開度が大きいほど負荷が高いと判定するものでも良い。

尚、吸気側弁開閉時期制御装置Ａ（又は排気側弁開閉時期制御装置Ｂ）の相対回転位相を取得する場合には、クランクシャフトセンサ４１の検知タイミングと、吸気タイミングセンサ４２（又は排気タイミングセンサ４３）の検知タイミングとの時間差を演算することや、時間差に基づいてテーブルデータを参照する処理が行われる。

エンジン制御部Ｃは、回転速度判定部５１と、吸気側位相判定部５２と、排気側位相判定部５３と、負荷判定部５４と、燃料制御部５５と、点火制御部５６と、吸気タイミング設定部５７と、排気タイミング設定部５８と、吸気量増大制御部５９とを備えている。これらは、ソフトウエアで構成されるものを想定しているが、ロジック等を有する回路で成るハードウエアで構成しても良く、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせによって構成しても良い。

回転速度判定部５１は、クランクシャフトセンサ４１からの信号をカウントすることによりクランクシャフト６の回転速度（単位時間あたりの回転数）を判定する。吸気側位相判定部５２は、クランクシャフトセンサ４１の信号の検出タイミングと吸気タイミングセンサ４２での信号の検出タイミングとの関係から吸気側弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を判定する。これと同様に排気側位相判定部５３は、クランクシャフトセンサ４１の信号の検出タイミングと排気タイミングセンサ４３での信号の検出タイミングとの関係から排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相を判定する。負荷判定部５４は、負荷センサ４４の検知信号に基づいてエンジンＥに作用する負荷を判定する。

燃料制御部５５は、クランクシャフトセンサ４１と吸気タイミングセンサ４２との検出信号に基づいて燃料の供給タイミングを設定し、燃料制御回路４６を介して燃料噴射ノズル１４からの燃料の噴射を実現する。

点火制御部５６は、クランクシャフトセンサ４１と吸気タイミングセンサ４２との検出信号に基づいて、複数の点火プラグ１５の点火タイミングを設定し、イグニッション回路４７を介して点火プラグ１５を駆動して点火を実現する。

吸気タイミング設定部５７は、エンジンＥの稼動状況に基づいて目標とする相対回転位相を設定し、位相制御モータＭの制御により吸気側弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を設定する。この制御時には、前述したように位相制御モータＭを吸気カムシャフト１２と等速で回転させることにより相対回転位相を維持し、この速度より増速又は減速することにより相対回転位相を進角方向又は遅角方向への変位を実現する。

排気タイミング設定部５８は、エンジンＥの稼動状況に基づいて目標とする相対回転位相を設定し、位相制御弁４５の制御により排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相を設定する。この制御時には油圧ポンプＰからの作動油が進角室３３Ａに供給され、遅角室３３Ｂから作動油を排出することで相対回転位相を進角方向に変位させ、これとは逆に、遅角室３３Ｂに作動油を供給し、進角室３３Ａから作動油を排出することで相対回転位相を遅角方向に変位させることになる。尚、相対回転位相を維持する場合には、位相制御弁４５により作動油の給排が停止される。

吸気量増大制御部５９は、エンジンＥの回転速度が所定値未満で、負荷センサ４４で検知される負荷が所定値を超えた場合に、吸気バルブ１０の開放タイミングを変更することなく吸気量の増大を図る制御を実現する。

〔制御形態〕
エンジン制御部ＣによるエンジンＥの制御形態の概要を、エンジン制御ルーチンとして図７のフローチャートのように示している。この制御では、クランクシャフトセンサ４１の検知結果から回転速度が設定値未満であり、負荷センサ４４の検知結果から負荷が所定値を超えていることを判定した場合に（＃０１〜＃０３ステップ）、吸気量増大制御（＃１００ステップ）に移行する。これとは逆に、負荷が設定値を超えない場合には取得した情報に基づいて吸気側弁開閉時期制御装置Ａによる吸気時期を設定し、排気側弁開閉時期制御装置Ｂによる排気時期を設定する（＃０４ステップ）。

エンジンＥは４気筒型であるため、図９に示すように吸気カムシャフト１２が７２０°回転する（２回転する）間に、４つの気筒において設定された順序で各々の気筒の吸気バルブ１０が開閉する。つまり、第１気筒〜第４気筒を＃１〜＃４として示しており、同図に示す如く第１気筒＃１、第３気筒＃３、第４気筒＃４、第２気筒＃２の順序で、各々の気筒において吸気と、圧縮と、燃焼（膨張）と、排気とが行われる。

また、図９に示すチャートでは、クランク角を横軸に取り、吸気バルブ１０と排気バルブ１１とのリフト量を縦軸に取っており、排気バルブリフトカーブＥＸと吸気バルブリフトカーブＩＮとは、夫々の吸気カムシャフト１２と排気カムシャフト１３とのカムプロフィールを、そのまま反映したものである。

＃０４ステップでの制御の一例として図９のチャートの一部を拡大したものを図１０に示している。つまり、実線で示す吸気バルブリフトカーブＩＮは、吸気バルブ１０の開放タイミングＩＶＯから閉塞タイミングＩＶＣに至る領域に対応するものである。

＃０４ステップでは、例えば、エンジンＥの回転速度が所定値を超える状態で、負荷センサ４４で検知される負荷に基づいて吸気側弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を進角方向に変位させた場合には、図１０に、仮想線で示す如く吸気バルブリフトカーブＩＮが同図において左側にシフトして吸気時期（吸気タイミング）を早める制御等が行われる。また、図面には示していないが吸気側弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を遅角方向に変位させた場合には、吸気バルブリフトカーブＩＮが同図において右側にシフトして吸気時期（吸気タイミング）を遅らせる。このような制御により排気バルブ１１と吸気バルブ１０とが同時に開放するオーバーラップを作り出すことも可能である。このような制御により最適な燃費、あるいは、必要とするトルクでのエンジンＥの稼動を実現する。

吸気量増大制御（＃１００ステップ）は、吸気量増大制御部５９の制御により実現し、全ての気筒での吸気バルブ１０の開放タイミングから、次の気筒での開放タイミングまでの間に、吸気側弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を進角方向と遅角方向とに変位させる作動を行うことにより吸気量の増大が図られる。

つまり図８に示すように、クランクシャフトセンサ４１の検知信号に基づき、進角作動開始タイミングに達した場合には位相制御モータＭの速度の制御により吸気側弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させる進角作動を開始する（＃１０１、＃１０２ステップ）。

図１１において、左側に仮想線で示した吸気バルブリフトカーブＩＮは、第１気筒（＃１）における吸気カムシャフト１２のカムプロフィールを、そのまま反映したものである。また、右側に仮想線で示した吸気バルブリフトカーブＩＮは、第１気筒（＃１）の次に吸気を行う第３気筒（＃３）における吸気カムシャフト１２のカムプロフィールを、そのまま反映したものである。

この制御では、進角作動開始タイミングが吸気バルブ１０の開放タイミングＩＶＯと一致するタイミングに設定されている。また、この吸気バルブ１０の開放タイミングＩＶＯをピストン５の上死点ＴＤＣより少し遅れたタイミングに設定してある。

従って、制御後の吸気バルブ１０の吸気バルブリフトカーブＩＮは、同図に実線で示す如く、開放タイミングに達した後に、相対回転位相が進角方向に変位し、吸気バルブリフトカーブＩＮの前半が進角方向に膨れるように変形し、吸気量の増大が実現する。

尚、この制御では、進角作動開始タイミングを、吸気バルブ１０の開放タイミングＩＶＯと一致させているが、この開放タイミングＩＶＯより少し遅れたタイミングに設定しても良い。

また、進角作動の実行時には、クランクシャフトセンサ４１の検知結果に基づき、燃料供給タイミングに達した場合に、燃料制御部５５の制御により燃料噴射ノズル１４から燃料を供給する（＃１０３ステップ）。

このように燃料を供給する場合には、増大した吸気量に対応して供給される燃料の増加を図り、エンジンＥの出力の増大を実現する。

次に、クランクシャフトセンサ４１の検知信号に基づき、遅角開始タイミングＨに達した場合には、位相制御モータＭの速度の制御により吸気側弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を初期位相に復帰させるため、相対回転位相を遅角作動させる復帰作動が行われる（＃１０４、＃１０５ステップ）。尚、遅角開始タイミングＨは任意のタイミングに設定可能である。

＃１０５ステップの遅角作動を行うことにより、図１１に示すように、吸気バルブリフトカーブＩＮの後半領域は遅角方向に移動するように変形する。これにより、仮想線で示した吸気バルブリフトカーブＩＮと比較して吸気バルブ１０の閉塞タイミングＩＶＣが早まり、燃焼室での圧縮率の向上が可能となる。このように閉塞タイミングＩＶＣを早める作動をＥＩＶＣと称しており、ピストン５の圧縮作動において混合気が吸気バルブ１０から吸気経路側に吹き戻す現象を抑制している。

この制御では、１つの気筒に対応する吸気バルブリフトカーブＩＮには、吸気側弁開閉時期制御装置Ａの進角作動と、遅角作動と、次の気筒のための進角作動の一部の作動が影響する。つまり、この制御では、結果として、吸気バルブリフトカーブＩＮの前半が進角方向に膨れるように変形し、吸気バルブリフトカーブＩＮの後半領域は遅角方向に戻るように移動することで吸気バルブ１０の閉塞タイミングＩＶＣは早まることになる。

次に、圧縮作動に続いて点火制御部５６の制御により点火プラグ１５に通電して混合気の燃焼が行われる（＃１０６ステップ）。この燃焼の後には、排気バルブ１１が開放して排気が行われる。特に、＃１０６ステップでは、点火タイミングを早める点火進角を行うことにより出力の向上が図られている。

尚、エンジンＥの稼動時には、吸気バルブ１０には、吸気カムシャフト１２からカム変動トルクが遅角方向に作用するため、進角方向への変位速度と比較して、遅角方向への変位速度が高速化する。この制御では、位相制御モータＭの進角方向への作動量と、遅角方向への作動量とが等しく設定されるものであるが、カム変動トルクの作用により、位相制御モータＭの進角方向への駆動時間が、遅角方向への駆動時間より長く設定される。尚、位相制御モータＭを進角作動させるための電力を、遅角作動させるための電力より大きくするようにデューティ制御を行っても良い。

〔実施形態の作用・効果〕
電動型の位相制御モータＭを用いた吸気側弁開閉時期制御装置Ａは、エンジンＥが低速回転にある場合に進角方向と遅角方向とへの変位を短いインターバルで交互に行うことが可能である。このような良好な面を利用することにより、エンジンＥが低回転にある状況において、負荷センサ４４で検知される負荷が所定値を超えていることを判定した場合には、吸気バルブ１０の開放タイミングＩＶＯから閉塞タイミングＩＶＣまでの周期の間に、吸気側弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を進角方向に変位させ、これに続いて遅角方向に変位させている。

この制御により、エンジンＥが低回転高負荷の状況にある場合には、燃焼室への吸気量を増大すると共に、燃料の供給を増大することでエンジン出力を増大させて円滑な稼動を実現している。特に、吸気バルブ１０の開放タイミングＩＶＯを、ピストン５の上死点ＴＤＣより少し遅れたタイミングに設定している。これにより、吸気バルブ１０が開放タイミングＩＶＯに達した時点では燃焼室に負圧が作用しており、吸気とともに燃焼室にタンブル流を発生させて吸気と燃料とを良好に混合させ、ノッキングを抑制し得るものにしている。

また、低回転高負荷時において、オーバーラップが長い場合に高温の残留ガスの熱が混合気に作用し異常燃焼のためノッキングを招くこともあった。これに対して、吸気バルブ１０の閉塞タイミングＩＶＣの設定によりオーバーラップを短縮し、残留ガスの熱が混合気に作用する時間を短くしてノッキングの抑制を実現している。更に、点火進角を行うことにより、残留ガスの熱の作用による異常燃焼が発生する前のタイミングでの点火によりノッキングの抑制も実現している。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）排気側弁開閉時期制御装置Ｂとして、吸気側弁開閉時期制御装置Ａと同様に、位相制御モータＭにより相対回転位相の変位を行える構成のものを用いる。このように構成することにより、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相の変位を高速で行えると共に、作動油の給排を行うための流路や、制御弁を必要としないものとなる。

（ｂ）タンブル流を効果的に発生させるために、吸気バルブ１０の開放タイミングＩＶＯの設定だけではなく、タンブルコントロールバルブ１９を併用しても良い。

（ｃ）吸気側弁開閉時期制御装置Ａと排気側弁開閉時期制御装置Ｂとの何れにも、バルブのリフト量を調節する機構を備えたものであっても良い。

本発明は、吸気カムシャフトに弁開閉時期制御装置を備えた内燃機関に利用することができる。

５ピストン
６クランクシャフト
１０吸気バルブ
１２吸気カムシャフト
２１駆動側回転体（吸気側ケース）
２２従動側回転体（吸気側ロータ）
４１回転速度センサ（クランクシャフトセンサ）
４４負荷センサ
Ａ弁開閉時期制御装置（吸気側弁開閉時期制御装置）
Ｃ制御部
Ｅ内燃機関（エンジン）
Ｍ電動アクチュエータ（位相制御モータ）
Ｔ位相調節機構
Ｘ１回転軸芯（第１軸芯）
ＩＶＯ開放タイミング
ＢＤＣ下死点
ＴＤＣ上死点

Claims

回転軸芯を中心に内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、
前記回転軸芯と同軸芯上で前記駆動側回転体と相対回転自在に配置され、前記内燃機関の吸気バルブを開閉制御する吸気カムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の相対回転位相を設定する位相調節機構とを備えて弁開閉時期制御装置が構成され、
前記吸気カムシャフトが、複数の気筒の前記吸気バルブを所定の回転角を隔てて開閉動作させるように構成され、
前記吸気バルブの開放タイミングの後に、前記相対回転位相を、当該開放タイミングより進角方向に変位させる進角作動を行い、この後、次に吸気を行う他の気筒の吸気バルブを当初の開放タイミングで開放させるために、前記進角作動を解消する遅角作動の方向に前記相対回転位相を変位させる内燃機関の制御ユニット。
前記位相調節機構は、電動アクチュエータにより前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の相対回転位相を設定し、
前記電動アクチュエータを制御する制御部を有する請求項１に記載の内燃機関の制御ユニット。
前記開放タイミングが、前記内燃機関の燃焼室のピストンが上死点を通過した後に設定されている請求項１又は２に記載の内燃機関の制御ユニット。
前記制御部が、前記遅角作動に要する時間に対して、前記進角作動に要する時間を長く設定している請求項２に記載の内燃機関の制御ユニット。
前記クランクシャフトの単位時間における回転数を検知する回転速度センサと、前記相対回転位相を検知する位相センサと、前記クランクシャフトからの出力伝動系に作用する負荷を検知する負荷センサとを備えると共に、
前記制御部は、前記回転速度センサの検知結果から前記クランクシャフトの単位時間における回転数が設定値未満であると判定した場合に、前記回転速度センサと、前記位相センサと、前記負荷センサとの検知結果に基づいて前記電動アクチュエータを制御する請求項２又は４に記載の内燃機関の制御ユニット。