JP2018200036A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部ＥＧＲのための新規な可変機構の動作方法を実現する。【解決手段】内燃機関の可変動弁装置は、排気弁の開弁時期を可変とするための可変機構と、可変機構を制御するように構成された制御ユニットとを備える。制御ユニットは、内燃機関の排気行程中に排気弁の開弁時期を進角させて排気行程中の排気弁開弁量を減少するよう、可変機構を進角動作させる。【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の可変動弁装置に係り、特に、内燃機関の排気弁のバルブタイミングを変更するための可変動弁装置に関する。

内燃機関の排気弁のバルブタイミングを可変とするための可変機構（排気ＶＶＴという）が公知である（例えば特許文献１参照）。この排気ＶＶＴを備えた内燃機関においては、排気弁の開弁時期が内燃機関の運転状態に応じて適切に制御される。

特開平１０−２５２５７５号公報 特開２０００−２０４９８４号公報 特開２０１６−０１１５８９号公報

他方、内燃機関において、ＮＯｘ（窒素酸化物）およびＰＭ（排気微粒子：Particulate Matter）の低減を目的として、いわゆる内部ＥＧＲを行うことがある。内部ＥＧＲは、燃焼室内部に残留する排気ガス量を増加するものである。内部ＥＧＲを積極的に行うため、排気弁のバルブタイミングを進角または遅角することがある。内部ＥＧＲは、排気通路から吸気通路へ配管を通じて排気ガスを環流させる外部ＥＧＲとは対照的である。

排気ＶＶＴを内部ＥＧＲのために進角動作させる場合、通常は、あるエンジンサイクルから一乃至複数回後のエンジンサイクルまでの間に、進角動作を行い、その後、その進角状態を保持するという動作方法が一般的である。

これに対し、本発明者は、内部ＥＧＲのための従来と異なる新規な排気ＶＶＴの動作方法を着想するに至った。

そこで本発明は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、内部ＥＧＲのための新規な可変機構の動作方法を実現できる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
排気弁の開弁時期を可変とするための可変機構と、
前記可変機構を制御するように構成された制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、
内燃機関の排気行程中に前記排気弁の開弁時期を進角させて排気行程中の排気弁開弁量を減少するよう、前記可変機構を進角動作させる
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提供される。

好ましくは、前記制御ユニットは、前記可変機構を進角動作させる際、前記可変機構の所定の遅角位置から所定の進角位置まで、前記可変機構を進角動作させる。

好ましくは、前記所定の遅角位置が最遅角位置であり、前記所定の進角位置が最進角位置である。

好ましくは、前記制御ユニットは、前記可変機構を進角動作させる際、前記排気弁がリフト中でかつ最大リフトに達する前に、前記可変機構の進角動作を開始する。

好ましくは、前記制御ユニットは、前記可変機構の進角動作を排気行程中に終了する。

好ましくは、前記制御ユニットは、前記可変機構の進角動作後に前記排気弁が閉弁した後、次の膨張行程前に前記排気弁の開弁時期を進角前の元の時期に戻すよう、前記可変機構を遅角動作させる。

好ましくは、前記可変機構は、クランクシャフトに連結された回転可能なハウジングと、排気カムシャフトに連結され、前記ハウジング内に相対回転可能に配置されたロータとを備える。

本発明によれば、内部ＥＧＲのための新規な可変機構の動作方法を実現できる。

内燃機関を示す概略図である。 可変機構を示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 排気弁バルブタイミングの変化の様子を示すグラフである。 制御ルーチンのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し本発明は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は、本実施形態の可変動弁装置が適用された内燃機関を示す。内燃機関（エンジンともいう）１は、車両（図示せず）に搭載された多気筒エンジンである。本実施形態において、車両はトラック等の大型車両であり、これに搭載される車両動力源としてのエンジン１は直列４気筒ディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジン１はガソリンエンジンであってもよい。

エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３および排気通路４と、ターボチャージャ１４と、燃料噴射装置５とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。

燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８とを備える。インジェクタ７は、シリンダ９内すなわち燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタである。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。

吸気通路３は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０の上流端に接続された吸気管１１とにより主に画成される。吸気マニホールド１０は、吸気管１１から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管１１には、上流側から順に、エアクリーナ１２、エアフローメータ１３、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｃ、インタークーラ１５、および電子制御式の吸気スロットルバルブ１６が設けられる。エアフローメータ１３は、エンジン１の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出するためのセンサであり、マスエアフロー（ＭＡＦ）センサ等とも称される。

排気通路４は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に接続された排気管２１とにより主に画成される。排気マニホールド２０は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合させる。排気管２１、もしくは排気マニホールド２０と排気管２１の間には、ターボチャージャ１４のタービン１４Ｔが設けられる。タービン１４Ｔより下流側の排気通路４には、上流側から順に、酸化触媒２２、フィルタ２３、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）２４およびアンモニア酸化触媒２６が設けられる。これらは排気後処理を実行する後処理部材をなす。フィルタ２３とＮＯｘ触媒２４の間の排気通路４には、還元剤としての尿素水を添加する添加弁２５が設けられる。

酸化触媒２２は、排気中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。フィルタ２３は、所謂連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタであり、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭとも称す）を捕集すると共に、その捕集したＰＭを貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。フィルタ２３には、ハニカム構造の基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられる。

ＮＯｘ触媒２４は、添加弁２５から添加された尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元浄化する。アンモニア酸化触媒２６は、ＮＯｘ触媒２４から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。なおＮＯｘ触媒２４は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＬＮＴ）であってもよい。

エンジン１はＥＧＲ装置３０をも備える。ＥＧＲ装置３０は、排気通路４内（特に排気マニホールド２０内）の排気ガスの一部（ＥＧＲガスという）を吸気通路３内（特に吸気マニホールド１０内）に還流させるためのＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁３３とを備える。ＥＧＲ装置３０は外部ＥＧＲを実行するためのものである。

加えて本実施形態は、排気弁（図示せず）の開弁時期（開弁開始時期をいう）を可変とするための可変機構３６（所謂排気ＶＶＴ）を備える。本実施形態の場合、排気弁の最大リフトおよび作動角を一定に保ったまま、開弁時期および閉弁時期（開弁終了時期をいう）を連続的に可変とするよう、可変機構３６が構成されている。その作動特性については後に詳述する。

また、本実施形態は、それぞれ排気通路４に設けられた電子制御式の排気スロットルバルブ３７と、排気インジェクタ３８とを備える。本実施形態において、これらはタービン１４Ｔと酸化触媒２２の間の排気通路４に設けられ、排気スロットルバルブ３７より下流側に排気インジェクタ３８が配置される。但しこれらの設置位置は変更可能である。排気インジェクタ３８は、排気通路４内に燃料を噴射するためのインジェクタである。

このエンジン１を制御するための制御装置が車両に搭載されている。制御装置は、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（ＥＣＵと称す）１００を有する。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、筒内インジェクタ７、吸気スロットルバルブ１６、添加弁２５、ＥＧＲ弁３３、可変機構３６、排気スロットルバルブ３７および排気インジェクタ３８を制御するように構成され、プログラムされている。なお特に断らない限り、吸気スロットルバルブ１６および排気スロットルバルブ３７は全開に制御されているものとする。

制御装置は、以下のセンサ類も有する。このセンサ類に関して、上述のエアフローメータ１３の他、エンジンの回転速度、具体的には毎分当たりの回転数（ｒｐｍ）を検出するための回転速度センサ４０と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４１とが設けられる。また、酸化触媒２２、フィルタ２３、ＮＯｘ触媒２４およびアンモニア酸化触媒２６の各々の入口部の排気温度（入口ガス温度）を検出するための排気温センサ４２，４３，４４，４６が設けられている。また、フィルタ２３の入口部および出口部の排気圧の差圧を検出するための差圧センサ４５が設けられている。また、運転者により手動操作される手動再生スイッチ４７が設けられている。これらセンサ類の出力信号はＥＣＵ１００に送られる。

図２および図３に可変機構３６の構成を示す。本実施形態のエンジンは４バルブＤＯＨＣエンジンであり、吸気弁を駆動するための吸気カムシャフトと、排気弁を駆動するための排気カムシャフト１０２とを備える。本実施形態の可変機構３６は排気カムシャフト１０２に適用され、全気筒の排気弁のバルブタイミングを一律且つ同時に変更するよう構成されている。但し付加的に、別の可変機構が吸気カムシャフトに適用されてもよい。

図２において、排気カムシャフト１０２の中心軸Ｃ１の方向（軸方向）における一端側（図の左側）を前、他端側（図の右側）を後とする。これら前後方向は、エンジンおよび車両の前後方向と一致する（エンジンは縦置きされる）。但し必ずしも一致しなくてもよい。

排気カムシャフト１０２の外周部には管状の軸受部材１２１が回転可能に嵌合されている。軸受部材１２１は、下側のカムキャリア１２３と、上側のシリンダヘッド１２４との間に挟まれてラジアル方向に回転可能に支持される。軸受部材１２１には、カムキャリア２３およびシリンダヘッド１２４を軸方向に挟んで自身をスラスト方向に位置決めするフランジ１２５，１２６が設けられる。

排気カムシャフト１０２の後端部には、クランクシャフトに対する排気カムシャフト１０２の相対的な回転位相を変化させるための可変機構３６が設けられる。可変機構３６は、軸受部材１２１に同軸に固設されたハウジング１３１と、排気カムシャフト１０２に同軸に固設されたロータ１３２とを有する。

図３にも示すように、ハウジング１３１は、軸受部材１２１の後端に形成されたフランジ部１３３と、フランジ部１３３の後面に複数（４本）のボルト１３４により組み付けられ、ドリブンギヤ１０４と共締めされる管状のハウジング本体１３５とを有する。ドリブンギヤ１０４に、図示しないギヤ列からなる動力伝達機構を通じて、クランクシャフトからの回転駆動力が伝達される。ロータ１３２は、排気カムシャフト１０２の後端部にインロー嵌合され、中心軸Ｃ１上のボルト１３６により組み付けられる。１３７は、ドリブンギヤ１０４の中心穴１３８を塞ぐワッシャである。ロータ１３２はハウジング１３１内に相対回転可能に配置される。

図３に示すように、ハウジング１３１には半径方向内側に突出する複数（４つ）のハウジングベーン１４１が周方向等間隔で形成され、これらハウジングベーン１４１の間に油圧室１４２が形成される。他方、ロータ１３２には半径方向外側に突出する複数（４つ）のロータベーン１４３が周方向等間隔で設けられ、これらロータベーン１４３は各油圧室１４２を回転方向（図中矢示）の前後に仕切る。なお図示例ではロータベーン１４３をロータ１３２に一体に形成しているが、ロータベーン１４３をロータ１３２と別体で形成し、ロータ１３２に固定しても構わない。ロータベーン１４３をより単純な板状としてもよい。仕切られた油圧室１４２のうち、回転方向後方に位置するのは進角室１４４であり、回転方向前方に位置するのは遅角室１４５である。進角室１４４の油圧が遅角室１４５の油圧より高くなると、ロータ１３２がハウジング１３１に対し進角され、ひいては排気カムシャフト１０２がクランクシャフトに対し進角される。他方、遅角室１４５の油圧が進角室１４４の油圧より高くなると、ロータ１３２がハウジング１３１に対し遅角され、ひいては排気カムシャフト１０２がクランクシャフトに対し遅角される。

図２に示すように、排気カムシャフト１０２には排気カム１４７が圧入等により固定されている。本実施形態では、１気筒当たりに二つの排気カム１４７および排気弁が設けられる。他方、図示しないが吸気側においても、１気筒当たりに二つの吸気カムおよび吸気弁が設けられ、所謂４バルブエンジンの構成がなされている。これらカムはロッカーアームを介してバルブを駆動する。ここでバルブとは吸気弁および排気弁の総称をいう。

なお、本実施形態では吸気側に可変機構が設けられないので、吸気弁は一定のバルブタイミングで開閉動作を行う。

ロータ１３２の内部には、進角室１４４に連通された進角用第１オイル通路１５１と、遅角室１４５に連通された遅角用第１オイル通路１５２とが形成される。排気カムシャフト１０２の内部には、進角用第１オイル通路１５１に連通された進角用第１内側油穴１５３と、遅角用第１オイル通路１５２に連通された遅角用第１内側油穴１５４とが形成される。これら油穴１５３，１５４の入口部には、それぞれ、排気カムシャフト１０２の外表面部に形成された周溝１５５，１５６が設けられる。軸受部材１２１の内部には、周溝１５５を介して進角用第１内側油穴１５３に連通された進角用第１外側油穴１５７と、周溝１５６を介して遅角用第１内側油穴１５４に連通された遅角用第１外側油穴（図示せず）とが形成される。これら油穴の入口部には、それぞれ、軸受部材１２１の外表面部に形成された周溝１５９，１６０が設けられる。このように排気カムシャフト１０２および軸受部材１２１に形成された進角用および遅角用の油穴等を総称して進角用第１中間通路および遅角用第１中間通路という。

シリンダヘッド１２４の内部には、進角用第１中間通路に連通された進角用第１オイル供給穴１６１が形成される。進角用第１オイル供給穴１６１は周溝１５９に開口している。またカムキャリア１２３の内部には、遅角用第１中間通路に連通された遅角用第１オイル供給穴１６２が形成される。遅角用第１オイル供給穴１６２は周溝１６０に開口している。

進角用第１オイル供給穴１６１および遅角用第１オイル供給穴１６２には、シリンダブロックに形成されたオイルギャラリ１６３内の高圧の油圧が、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶという）１６４を介して選択的に供給される。ＯＣＶ１６４はＥＣＵ１００により制御される。

進角時、ＥＣＵ１００は、進角用第１オイル供給穴１６１に油圧を供給し、進角用第１中間通路および進角用第１オイル通路１５１を通じて進角室１４４に油圧を供給するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。また同時に、ＥＣＵ１００は、遅角用第１オイル供給穴１６２から油圧を排出し、遅角用第１中間通路および遅角用第１オイル通路１５２を通じて遅角室１４５から油圧を排出するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。これにより、進角室１４４の油圧が遅角室１４５の油圧より高くなり、可変機構３６が進角動作される。

他方、遅角時、ＥＣＵ１００は、遅角用第１オイル供給穴１６２に油圧を供給し、遅角用第１中間通路および遅角用第１オイル通路１５２を通じて遅角室１４５に油圧を供給するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。また同時に、ＥＣＵ１００は、進角用第１オイル供給穴１６１から油圧を排出し、進角用第１中間通路および進角用第１オイル通路１５１を通じて進角室１４４から油圧を排出するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。これにより、遅角室１４５の油圧が進角室１４４の油圧より高くなり、可変機構３６が遅角動作される。

また、クランクシャフトに対する排気カムシャフト１０２の相対位相を一定に保持するときには、ＥＣＵ１００は、進角用第１オイル供給穴１６１および遅角用第１オイル供給穴１６２の両方に油圧を供給し、進角室１４４および遅角室１４５の両方に油圧を供給するよう、ＯＣＶ１６４を制御する。これにより、進角室１４４の油圧と遅角室１４５の油圧とが等しくなり、クランクシャフトに対する排気カムシャフト１０２の相対位相は一定に保持される。

次に、本実施形態の制御について説明する。

図４は、ある１気筒の排気弁のバルブタイミング変化の様子を示す。横軸はクランク角θ（°ＣＡ）、縦軸はバルブリフトＬである。クランク角増大方向である右側が遅角側、クランク角減少方向である左側が進角側である。ＴＤＣおよびＢＤＣは上死点および下死点を意味する。

可変機構３６の動作により、排気弁のバルブタイミングは、線ａで示す最遅角状態から線ｂで示す最進角状態まで連続的に可変である。ここでは線ａで示す最遅角状態を基準状態とし、この基準状態からバルブタイミングを所定量進角させる。なお前述したように排気弁は、その最大リフトおよび作動角（開弁時期から閉弁時期までの間のクランク角の大きさ）を一定に保ったまま、その開弁時期（開弁開始時期をいう）および閉弁時期（開弁終了時期をいう）が連続的に変化させられる。最遅角状態から最進角状態までの最大進角量は、種々の制約や条件等を考慮して任意に定めることができる。図には参考までに吸気弁のバルブリフトカーブも線ｃで示す。

線ａの排気弁の最遅角状態は、可変機構３６が最遅角位置にあるときに実現される。可変機構３６の最遅角位置とは、図３を参照して、ロータ１３２がハウジング１３１に対し矢示回転方向の最も後方（遅角側）に位置され、ロータベーン１４３の回転方向後面がハウジングベーン１４１の回転方向前面に当接した可変機構３６の位置ないし状態をいう。

同様に、線ｂの排気弁の最進角状態は、可変機構３６が最進角位置にあるときに実現される。可変機構３６の最進角位置とは、図３を参照して、ロータ１３２がハウジング１３１に対し矢示回転方向の最も前方（進角側）に位置され、ロータベーン１４３の回転方向前面がハウジングベーン１４１の回転方向後面に当接した可変機構３６の位置ないし状態をいう。

線ａの最遅角状態にあるときの排気弁の開弁時期はＯａ、閉弁時期はＣａである。同様に、線ｂの最進角状態にあるときの排気弁の開弁時期はＯｂ、閉弁時期はＣｂである。線ｃで示すように吸気弁の開弁時期はＯｃ、閉弁時期はＣｃである。

本実施形態において、開弁時期Ｏａ、Ｏｂは共に膨張行程内にある。閉弁時期Ｃａは吸気行程内にあり、吸気弁開弁時期Ｏｃと排気ＴＤＣ（θ＝３６０°ＣＡ）を挟んで対称的な時期にあり、比較的大きな吸排気弁オーバーラップを実現する。閉弁時期Ｃｂも吸気行程内にあるが、排気ＴＤＣに近く、比較的小さな吸排気弁オーバーラップしか実現しない。

なお、これら各弁の開弁時期および閉弁時期はあくまで一例であり、適宜変更可能である。

さて、本実施形態は、基準の最遅角状態（ａ）のときよりも内部ＥＧＲ量を増すため、次の制御を実行する。すなわち、ＥＣＵ１００は、図４に矢印ｄで示すように、エンジンの排気行程中に排気弁の開弁時期を進角させて排気行程中の排気弁開弁量を減少するよう、可変機構３６を進角動作させる。

これについて以下詳述する。排気弁の開弁前、例えば圧縮ＴＤＣ（θ＝０°ＣＡ）の時点において、可変機構３６は最遅角位置に制御されている。その後エンジンの運転により、クランク角θが、最遅角位置に対応する開弁時期Ｏａに達すると、排気弁が開き始める。なおエンジン運転中のクランク角θの値は、クランクシャフトの回転に応じてパルス信号を発生する回転速度センサ４０の出力に基づき、ＥＣＵ１００が常時モニタしている。

次にクランク角θが、排気行程中の進角開始時期ＡＤに達した時、ＥＣＵ１００は、可変機構３６の進角動作を開始する。このときＥＣＵ１００は、図４に矢印ｄで示すように、排気弁の開弁時期を最進角状態の開弁時期Ｏｂに進角させ、排気行程中の排気弁開弁量を減少するよう、可変機構３６を最進角位置に進角動作させる。特にＥＣＵ１００は、排気弁の開弁時期を開弁時期Ｏａから開弁時期Ｏｂに瞬時に進角させるよう、可変機構３６を瞬時に、もしくはハード上許容される最高の動作速度で、進角動作させる。

仮にこうした進角動作が一瞬で行われるなら、排気弁のバルブリフトカーブは実線ｅで示す如くなる。しかし実際には一瞬での動作は不可能なので、できるだけ実線ｅに近いバルブリフトカーブが得られるよう、可変機構３６が瞬時にもしくは最速で進角動作される。

このようにＥＣＵ１００は、可変機構３６を進角動作させる際、可変機構３６を最遅角位置から最進角位置まで進角動作させる。

進角開始時期ＡＤは、最遅角状態のバルブリフトカーブ（ａ）と最進角状態のバルブリフトカーブ（ｂ）とが交差するクランク角に設定されている。より詳細には、進角開始時期ＡＤは、最遅角状態のバルブリフトカーブ（ａ）のリフト増大区間と、最進角状態のバルブリフトカーブ（ｂ）のリフト減少区間との交点が存在するクランク角に設定されている。また進角開始時期ＡＤは排気行程内に設定されている。

従ってＥＣＵ１００は、可変機構３６を進角動作させる際、排気弁がリフト中でかつ最大リフトに達する前に、可変機構３６の進角動作を開始する。

またＥＣＵ１００は、可変機構３６の進角動作を排気行程中に終了する。より詳細には、ＥＣＵ１００は、クランク角θが排気ＴＤＣ（θ＝３６０°ＣＡ）に到達する以前の比較的早い時期に可変機構３６の最進角位置への進角動作を終了させる。

こうした進角動作を行うと、クランク角θが進角開始時期ＡＤに達するまでは、排気弁は最遅角状態のバルブリフトカーブ（ａ）に沿って徐々にリフト量を増大する。またクランク角θが進角開始時期ＡＤに達すると、瞬時的な進角動作が行われるので、排気弁は最進角状態のバルブリフトカーブ（ｂ）に乗り移り、これに沿って徐々にリフト量を減少する。そして閉弁時期Ｃｂで閉弁する。

前述の排気弁開弁量は、排気弁のバルブリフトＬをクランク角θで積分（もしくは積算）して得られるパラメータである。バルブリフトＬが大きいほど、また積分期間が長いほど、排気弁開弁量が大きくなるが、このときには排気弁を通過して排気ガスが燃焼室から排気ポートに流出し易く、内部ＥＧＲ量は減少する傾向にある。逆に、バルブリフトＬが小さいほど、また積分期間が短いほど、排気弁開弁量が小さくなるが、このときには排気弁を通過して排気ガスが燃焼室から排気ポートに流出し難く、内部ＥＧＲ量は増大する傾向にある。従って排気弁開弁量は、内部ＥＧＲ量に相関する好適なパラメータといえる。

線ａと線ｅを比較すれば明らかなように、ピストンが上昇する排気行程中（１８０°ＣＡ≦θ≦３６０°ＣＡ）の排気弁開弁量は、基準の最遅角状態（ａ）より、本実施形態の進角制御を行った場合（ｅ）の方が少ない。よって本実施形態の進角制御を行うことにより、基準の最遅角状態に比べ、内部ＥＧＲ量を増加することができる。そして筒内燃焼室からの排気ガスの流出を抑制すると共にその残留を促進し、次の膨張行程で燃焼される残留ガス量を増大し、ＮＯｘおよびＰＭの低減を図れる。

他方、排気弁の閉弁後は、次のエンジンサイクルで最遅角状態から排気弁の開弁を開始するため、元の最遅角位置に可変機構３６を戻しておく必要がある。よってＥＣＵ１００は、排気弁閉弁後、次の膨張行程前に排気弁の開弁時期を進角前の元の時期に戻すよう、可変機構３６を遅角動作させる。これにより次のエンジンサイクルでの開弁および進角動作を支障なく行うことができる。

このように本実施形態では、可変機構３６の進角動作と遅角動作とがエンジンサイクル毎に繰り返し行われる。

ところで排気行程中の可変機構３６の進角動作は、可変機構３６の所定且つ任意の遅角位置から、可変機構３６の所定且つ任意の進角位置まで行うことができる。本実施形態は当該遅角位置が最遅角位置、当該進角位置が最進角位置の場合であるが、こうすると次の利点がある。すなわち、本実施形態の進角動作は排気行程中の極短い時間内に瞬時に行わなければならないが、進角後の位置を最進角位置とすると、ロータベーン１４３がハウジングベーン１４１にぶつかるまで、進角を行うことができるので、進角速度を高速化してもロータ１３２を容易かつ正確に位置決めできる利点がある。また、元の位置に遅角動作させる場合は、進角動作に比べやや時間的余裕があるが、このときも、ロータベーン１４３がハウジングベーン１４１にぶつかるまで、遅角を行うことができるので、遅角速度を高速化してもロータ１３２を容易かつ正確に位置決めできる利点がある。このように、本実施形態の如くエンジンサイクル毎に進角動作と遅角動作を高速で繰り返す場合には、最遅角位置と最進角位置の間で進角・遅角動作を行うのが有利である。

本実施形態の進角制御は、内部ＥＧＲ量の確保または増大の要請のある任意のエンジン運転領域で行うことができる。例えば、エンジンの常用域（通常頻繁に使用される領域）に、本実施形態の進角制御を行う実行領域を予め定めておき、エンジン運転状態が実行領域になければ通常通り可変機構３６を最遅角位置に保持し、エンジン運転状態が実行領域にあれば本実施形態の進角制御を行うことができる。

このように本実施形態によれば、エンジンの排気行程中に排気弁の開弁時期を進角させて排気行程中の排気弁開弁量を減少するよう、可変機構を進角動作させるので、内部ＥＧＲのための新規な可変機構の動作方法を実現することが可能である。

図５は、本実施形態の進角制御のルーチンを示すフローチャートである。図示するルーチンはＥＣＵ１００により１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）毎に繰り返し実行される。

ルーチンは、可変機構３６が最遅角位置にあり、クランク角θが所定の基準クランク角（本実施形態では圧縮ＴＤＣ（θ＝０°ＣＡ））にある時から開始する。

ステップＳ１０１でＥＣＵ１００は、エンジン運転状態が実行領域にあるか否かを判断する。エンジン運転状態はエンジン回転数と、エンジン負荷を表すパラメータ、例えば目標燃料噴射量とで表される。

ＥＣＵ１００は、回転速度センサ４０およびアクセル開度センサ４１により実際のエンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｃを検出し、これらに基づいて図示しないマップから目標燃料噴射量を算出する。次にＥＣＵ１００は、エンジン回転数Ｎｅおよび目標燃料噴射量で表されるエンジン運転状態が所定の実行領域にあるか否かを図示しない所定のマップを用いて判断する。

ＥＣＵ１００は、実行領域になければ待機し、実行領域にあればステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２でＥＣＵ１００は、回転速度センサ４０により検出された実際のクランク角θが、排気行程中の進角開始時期ＡＤに達したか否かを判断する。達してなければ待機し、達したらステップＳ１０３に進んで可変機構３６を最進角位置まで瞬時に進角動作させる。この進角動作は当然に排気行程中に終了する。

その後、ステップＳ１０４でＥＣＵ１００は、クランク角θが、最進角位置の場合の排気弁閉弁時期Ｃｂに達したか否かを判断する。達してなければ待機し、達したらステップＳ１０５に進んで可変機構３６を最遅角位置まで遅角動作させる。この遅角動作は進角動作と同様に瞬時に行ってもよいし、進角動作よりも遅い速度で行ってもよい。遅角動作は、できるだけ速やかに終了するのが好ましいが、遅くとも次のエンジンサイクルの膨張行程前には終了する。こうしてＥＣＵ１００はルーチンを終える。

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他にも様々な実施形態が可能である。

（１）例えば可変機構は、上記実施形態のようなハウジング１３１とロータ１３２を備えたものに限らず、他の構成の可変機構、例えば気筒毎に個別に排気弁を駆動する電磁アクチュエータまたは流体圧アクチュエータを備えたものであってもよい。

（２）また可変機構は、排気弁の開弁時期のみならず、排気弁の最大リフトおよび作動角の少なくとも一方を併せて可変にするものであってもよい。

（３）可変機構３６の進角動作を開始する進角開始時期ＡＤは、必ずしも、最遅角状態のバルブリフトカーブ（ａ）と最進角状態のバルブリフトカーブ（ｂ）とが交差するクランク角に設定する必要はなく、それよりずらして設定してもよい。進角開始時期ＡＤは、排気行程中の排気弁開弁量を減少する排気行程中の任意の時期に設定できる。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関（エンジン）
３６ 可変機構
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０２ 排気カムシャフト
１３１ ハウジング
１３２ ロータ

Claims (7)

1. 排気弁の開弁時期を可変とするための可変機構と、
   前記可変機構を制御するように構成された制御ユニットと、を備え、
   前記制御ユニットは、
   内燃機関の排気行程中に前記排気弁の開弁時期を進角させて排気行程中の排気弁開弁量を減少するよう、前記可変機構を進角動作させる
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記制御ユニットは、前記可変機構を進角動作させる際、前記可変機構の所定の遅角位置から所定の進角位置まで、前記可変機構を進角動作させる
   請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記所定の遅角位置が最遅角位置であり、前記所定の進角位置が最進角位置である
   請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記制御ユニットは、前記可変機構を進角動作させる際、前記排気弁がリフト中でかつ最大リフトに達する前に、前記可変機構の進角動作を開始する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 前記制御ユニットは、前記可変機構の進角動作を排気行程中に終了する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 前記制御ユニットは、前記可変機構の進角動作後に前記排気弁が閉弁した後、次の膨張行程前に前記排気弁の開弁時期を進角前の元の時期に戻すよう、前記可変機構を遅角動作させる
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
7. 前記可変機構は、クランクシャフトに連結された回転可能なハウジングと、排気カムシャフトに連結され、前記ハウジング内に相対回転可能に配置されたロータとを備える
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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