JP7288552B2 - 内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを制御する内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。

自動車の内燃機関（エンジン）は、燃費や排気低減に対応するために、電動化技術が進められている。例えば、アイドルストップ後のエンジンの再始動には、従来のセルスタータに代えて、フルハイブリッド用の主機モータや、マイルドハイブリッド用のＩＳＧ（Integrated Starter Generator,モータ機能付発電機）などを用いて、エンジンの初期駆動を行う。

エンジンの初期駆動においては、エンジンをモータで回すため、筒内における圧縮圧力の変化に伴う振動が生じる。この振動を抑制するためには、筒内における圧縮圧力の変化を小さくする必要がある。ここで、バルブタイミング制御装置により、吸気弁の閉じる時期を下死点から離すことで、筒内へ吸入される空気量（圧縮対象の空気量）を減らす方法が知られている。なお、従来のバルブタイミング制御装置としては、例えば、特許文献１に記載されている。

図１７は、圧縮対象の空気量を減らしたことによるエンジン回転速度の変化への影響を示した測定例である。図１７に示すように、吸気弁を開閉するカムシャフトの作動角を遅角したことで、エンジン回転速度の変化が小さくなっている。このことから、圧縮対象の空気量を減らすことは、振動抑制に効果があると考えられる。

特表２０１６－２０５１９５号公報

図１８は、特許文献１に記載されたバルブタイミング制御装置を用いた制御方法を示すタイミングチャートである。図１８に示すように、エンジンの再始動要求が行われた時点であるｔ５において、吸気バルブタイミングは遅角最大、且つ吸入空気流量はゼロである。そして、エンジン再始動要求と同時に吸気バルブの開弁タイミングが進角し、吸入空気量が増加する。このとき、エンジン再始動の開始直後における吸入空気流量は少ない。そのため、着火に必要な流動が得られず、失火が生じるという問題がある。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、内燃機関（エンジン）の始動時における振動を抑制し、且つ、失火を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転の相対回転位相を変更して、カムシャフトにより開閉される吸気弁のリフト量を可変するバルブタイミング制御装置と、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサとを備える内燃機関を制御する。ここで、吸気弁が開弁を開始するクランク角度を開弁開始角度、吸気弁が閉弁を完了するクランク角度を閉弁完了角度、開弁開始角度と閉弁完了角度との中間を中間角度、開弁開始角度と中間角度との中間を第１中間角度と定義する。内燃機関の制御装置は、バルブタイミング制御装置を制御し、吸気弁が開弁を開始した後、第１中間角度を超えるまで吸気弁のリフト量を抑制し、その後、中間角度に至るタイミングで吸気弁を最大リフト位置に変化させるバルブタイミング制御部を有する。

上記構成の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の始動時における振動を抑制し、且つ、失火を抑制することができる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の基本構成例を示す全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の要部構成を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の各気筒の配列を説明する平面図である。 本発明の一実施形態におけるバルブタイミング制御装置の一部縦断面図である 本発明の一実施形態に係るバルブタイミング制御装置の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るバルブタイミング制御装置の要部拡大図である。 図５に示すＡ－Ａ線断面図である。 図５に示すＢ矢視図である。 本発明の一実施形態に係るバルブタイミング制御装置の電動モータの正面図である。 本発明の一実施形態に係るバルブタイミング制御装置の電動モータの斜視図である。 図５に示すＣ－Ｃ線断面図である。 従来のバルブタイミング制御におけるバルブリフト量の変化について示した図である。 本発明の一実施形態に係るバルブタイミング制御におけるバルブリフト量の変化について示した図である。 従来と本発明の一実施形態に係るバルブタイミング制御における筒内の乱流エネルギーの変化について示した図である。 本発明の一実施形態に係る制御方法を示すタイミングチャートである。 バルブタイミング制御装置により、空気量を減らしたことによるエンジン回転速度の変化への影響を示した測定例を示す図である。 バルブタイミング制御装置を用いた従来の制御方法を示すタイミングチャートである。

１．実施形態
以下、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

［内燃機関システム］
まず、本実施形態によるバルブタイミング制御装置を搭載する内燃機関システムの構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の基本構成例を示す全体構成図である。

図１に示す内燃機関１００は、単気筒でも複数気筒を有するものでもよいが、実施形態では、４気筒を有する内燃機関１００を例示して説明する。図１に示すように、内燃機関１００では、外部から吸引した空気はエアクリーナ１１０、吸気管１１１、吸気マニホールド１１２を通流し、各気筒１５０に流入する。各気筒１５０に流入する空気量は、スロットル弁１１３により調整される。スロットル弁１１３で調整された空気量は、流量センサ１１４により測定される。

スロットル弁１１３には、スロットルの開度を検出するスロットル開度センサ１１３ａが設けられている。スロットル開度センサ１１３ａで検出されたスロットル弁１１３の開度情報は、制御装置（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）１０１に出力される。

本実施形態では、スロットル弁１１３として、電動機で駆動される電子スロットル弁を適用する。しかし、本発明に係るスロットル弁としては、空気の流量を適切に調整できるものであれば、その他の方式によるものを適用してもよい。

各気筒１５０に流入したガスの温度は、吸気温センサ１１５で検出される。

クランクシャフト１２３に取り付けられたリングギア１２０の径方向外側には、クランク角センサ１２１が設けられている。クランク角センサ１２１は、クランクシャフト１２３の回転角度を検出する。本実施形態では、クランク角センサ１２１は、１０°毎及び燃焼周期毎のクランクシャフト１２３の回転角度を検出する。

シリンダヘッドのウォータジャケット（図示せず）には、水温センサ１２２が設けられている。水温センサ１２２は、内燃機関１００の冷却水の温度を検出する。

また、車両には、アクセルペダル１２５の変位量（踏み込み量）を検出するアクセルポジションセンサ（Accelerator Position Sensor：ＡＰＳ）１２６が設けられている。アクセルポジションセンサ１２６は、運転者の要求トルクを検出する。アクセルポジションセンサ１２６で検出された運転者の要求トルクは、後述する制御装置１０１に出力される。制御装置１０１は、この要求トルクに基づいて、スロットル弁１１３を制御する。

燃料タンク１３０に貯留された燃料は、燃料ポンプ１３１によって吸引及び加圧される。燃料ポンプ１３１によって吸引及び加圧された燃料は、燃料配管１３３に設けられたプレッシャレギュレータ１３２で所定の圧力に調整される。そして、所定の圧力に調整された燃料は、燃料噴射装置（インジェクタ）４００から各気筒１５０内に噴射される。

燃料噴射装置４００の制御は、後述する制御装置１０１の燃料噴射制御部３８２の燃料噴射パルス（制御信号）に基づいて行われる。

プレッシャレギュレータ１３２で圧力調整された後の余分な燃料は、戻り配管（図示せず）を介して燃料タンク１３０に戻される。

各気筒１５０には、燃焼後のガス（排気ガス）を、気筒１５０の外側に排出する排気マニホールド１６０が取り付けられている。この排気マニホールド１６０の排気側には、三元触媒１６１が設けられている。三元触媒１６１は、排気ガスを浄化する。三元触媒１６１により浄化された排気ガスは、大気に排出される。

三元触媒１６１の上流側には、上流側空燃比センサ１６２が設けられている。上流側空燃比センサ１６２は、各気筒１５０から排出された排気ガスの空燃比を連続的に検出する。

また、三元触媒１６１の下流側には、下流側空燃比センサ１６３が設けられている。下流側空燃比センサ１６３は、理論空燃比近傍でスイッチ的な検出信号を出力する。本実施形態の下流側空燃比センサ１６３は、Ｏ２センサである。

各気筒１５０の上部には、点火プラグ２００が各々設けられている。点火プラグ２００は、放電（点火）により火花を発生させ、その火花が、気筒１５０内の空気と燃料との混合気に着火する。これにより、気筒１５０内で爆発が起こり、ピストン１７０が押し下げられる。ピストン１７０が押し下げられることにより、クランクシャフト１２３が回転する。

前述したスロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、クランク角センサ１２１、アクセルポジションセンサ１２６、水温センサ１２２、筒内圧センサ１４０等の各種センサからの出力信号は、制御装置１０１に出力される。制御装置１０１は、これら各種センサからの出力信号に基づいて、内燃機関１００の運転状態を検出する。そして、制御装置１０１は、気筒１５０内に送出する空気量、燃料噴射装置４００からの燃料噴射量、点火プラグ２００の点火タイミング等の制御を行う。

［制御装置のハードウェア構成］
次に、制御装置１０１のハードウェアの全体構成を説明する。

図１に示すように、制御装置１０１は、アナログ入力部３１０と、デジタル入力部３２０と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａ）変換部３３０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４０と、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）３５０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３６０と、Ｉ／Ｏ（Input/Output）ポート３７０と、出力回路３８０と、を有する。

アナログ入力部３１０には、スロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、アクセルポジションセンサ１２６、上流側空燃比センサ１６２、下流側空燃比センサ１６３、筒内圧センサ１４０、水温センサ１２２等の各種センサからのアナログ出力信号が入力される。

アナログ入力部３１０には、Ａ／Ｄ変換部３３０が接続されている。アナログ入力部３１０に入力された各種センサからのアナログ出力信号は、ノイズ除去等の信号処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換部３３０でデジタル信号に変換される。そして、Ａ／Ｄ変換部３３０により変換されたデジタル信号は、ＲＡＭ３４０に記憶される。

デジタル入力部３２０には、クランク角センサ１２１からのデジタル出力信号が入力される。

デジタル入力部３２０には、Ｉ／Ｏポート３７０が接続されている。デジタル入力部３２０に入力されたデジタル出力信号は、Ｉ／Ｏポート３７０を介してＲＡＭ３４０に記憶される。

ＲＡＭ３４０に記憶された各出力信号は、ＭＰＵ３５０で演算処理される。

ＭＰＵ３５０は、ＲＯＭ３６０に記憶された制御プログラム（図示せず）を実行することで、ＲＡＭ３４０に記憶された出力信号を、制御プログラムに従って演算処理する。ＭＰＵ３５０は、制御プログラムに従って、内燃機関１００を駆動する各アクチュエータ（例えば、スロットル弁１１３、プレッシャレギュレータ１３２、点火プラグ２００等）の作動量を規定する制御値を算出し、その制御値をＲＡＭ３４０に一時的に記憶する。

ＲＡＭ３４０に記憶されたアクチュエータの作動量を規定する制御値は、Ｉ／Ｏポート３７０を介して出力回路３８０に出力される。

出力回路３８０には、各種センサ（例えば、筒内圧センサ１４０）からの出力信号に基づいて内燃機関の全体制御を行う全体制御部３８１（図２参照）と、燃料噴射装置４００のプランジャロッド（不図示）の駆動を制御する燃料噴射制御部３８２（図２参照）と、点火プラグ２００に印加する電圧を制御する点火制御部３８３（図３参照）の機能などが設けられている。

［制御装置の機能ブロック］
次に、制御装置１０１の機能構成を説明する。

図２は、制御装置１０１の機能構成を説明する機能ブロック図である。

制御装置１０１の各機能は、ＭＰＵ３５０がＲＯＭ３６０記憶された制御プログラムを実行することにより、出力回路３８０における各種機能として実現される。出力回路３８０における各種機能は、例えば、燃料噴射制御部３８２による燃料噴射装置４００の制御や、点火制御部３８３による点火プラグ２００の放電制御がある。

図４に示すように、制御装置１０１の出力回路３８０は、全体制御部３８１と、燃料噴射制御部３８２と、点火制御部３８３と、バルブタイミング制御部３９０とを有する。

［全体制御部］
全体制御部３８１は、アクセルポジションセンサ１２６と、筒内圧センサ１４０（ＣＰＳ）に接続されており、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、筒内圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とを受け付ける。全体制御部３８１は、筒内圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２の所定の補正期間に応じて補正を行う。

全体制御部３８１は、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、筒内圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とに基づいて、燃料噴射制御部３８２と、点火制御部３８３と、バルブタイミング制御部３９０の全体的な制御を行う。

［点火制御部］
点火制御部３８３は、全体制御部３８１のほか、気筒判別部３８４と、角度情報生成部３８５と、回転数情報生成部３８６と、負荷情報生成部３８８と、水温計測部３８９とに接続されており、これらからの各情報を受け付ける。

点火制御部３８３は、受け付けた各情報に基づいて、点火コイル３００の１次側コイルに通電する電流量（通電角）と、通電開始時間と、１次側コイルに通電した電流を遮断する時間（点火時間）を算出する。

点火制御部３８３は、算出した通電量と、通電開始時間と、点火時間とに基づいて、点火コイル３００の１次側コイルに点火信号ＳＡを出力することで、点火プラグ２００による放電制御を行う。

［燃料噴射制御部］
燃料噴射制御部３８２は、内燃機関１００の各気筒１５０を判別する気筒判別部３８４と、クランクシャフト１２３のクランク角を計測する角度情報生成部３８５と、エンジン回転数を計測する回転数情報生成部３８６と、に接続されている。燃料噴射制御部３８２は、気筒判別部３８４からの気筒判別情報Ｓ３と、角度情報生成部３８５からのクランク角度情報Ｓ４と、回転数情報生成部３８６からのエンジン回転数情報Ｓ５と、を受け付ける。

また、燃料噴射制御部３８２は、気筒１５０内に吸気される空気の吸気量を計測する吸気量計測部３８７と、エンジン負荷を計測する負荷情報生成部３８８と、エンジン冷却水の温度を計測する水温計測部３８９と、に接続されている。燃料噴射制御部３８２は、吸気量計測部３８７からの吸気量情報Ｓ６と、負荷情報生成部３８８からのエンジン負荷情報Ｓ７と、水温計測部３８９からの冷却水温度情報Ｓ８と、を受け付ける。

燃料噴射制御部３８２は、受け付けた各情報に基づいて、燃料噴射装置４００から噴射される燃料の噴射量と噴射時間を算出する。そして、燃料噴射制御部３８２は、算出した燃料の噴射量と噴射時間とに基づいて生成した燃料噴射パルスＳ９を燃料噴射装置４００に送信する。

［バルブタイミング制御部］
バルブタイミング制御部３９０は、内燃機関１００の各気筒１５０を判別する気筒判別部３８４と、クランクシャフト１２３のクランク角を計測する角度情報生成部３８５と、エンジン回転数を計測する回転数情報生成部３８６と、に接続されている。バルブタイミング制御部３９０は、気筒判別部３８４からの気筒判別情報Ｓ３と、角度情報生成部３８５からのクランク角度情報Ｓ４と、回転数情報生成部３８６からのエンジン回転数情報Ｓ５と、を受け付ける。

また、バルブタイミング制御部３９０は、気筒１５０内に吸気される空気の吸気量を計測する吸気量計測部３８７と、エンジン負荷を計測する負荷情報生成部３８８と、エンジン冷却水の温度を計測する水温計測部３８９と、に接続されている。バルブタイミング制御部３９０は、吸気量計測部３８７からの吸気量情報Ｓ６と、負荷情報生成部３８８からのエンジン負荷情報Ｓ７と、水温計測部３８９からの冷却水温度情報Ｓ８と、を受け付ける。

バルブタイミング制御部３９０は、受け付けた各情報に基づいて、後述する吸気カムシャフト２の作動角を遅角にするタイミング（遅角タイミング）と進角にするタイミング（進角タイミング）を決定する。そして、燃料噴射制御部３８２は、決定した遅角タイミングや進角タイミングに基づいて生成したモータ駆動電流（制御電流）Ｓ１０を後述するバルブタイミング制御装置５００の電動モータ１２（図５参照）に供給する。

［内燃機関の要部構成］
次に、本実施形態に係る制御装置１０１を適用した内燃機関１００（車両用筒内噴射式４気筒ガソリンエンジン）の要部構成を説明する。

図３は、制御装置１０１を適用した内燃機関１００（車両用筒内噴射式４気筒ガソリンエンジン）の要部構成を説明する模式図である。
図４は、各気筒１５０の配列を説明する平面図である。

図３に示すように、本実施形態の内燃機関１００は、火花点火式燃焼を実施する車両用の直列４気筒ガソリンエンジンである場合を例示して説明する。

内燃機関１００では、第１気筒１５１、第２気筒１５２、第３気筒１５３、第４気筒１５４が、シリンダブロック（図示せず）に直列に設けられている。以下、これら第１気筒１５１～第４気筒１５４を特に区別しない場合、単に気筒１５０と言う。

各気筒１５０の燃焼室１５０ａ内には、点火プラグ２００と、筒内圧センサ１４０と、燃料噴射装置４００とが取り付けられている（図４参照）。内燃機関１００が、直列４気筒の場合、各気筒１５０の燃焼室１５０ａでは、クランクシャフト１２３の回転角度が１８０度周期で、点火プラグ２００による点火と燃焼が行われる。各気筒１５０における燃焼は、第１気筒１５１、第３気筒１５３、第４気筒１５４、第２気筒１５２の順番で行われる。

各気筒１５０に流入する空気の圧力は、吸気マニホールド１１２に設けられた吸気圧センサ１１６により測定される。

各気筒１５０の上方には、シリンダヘッド１８０が設けられている。シリンダヘッド１８０には、吸気カムシャフト２と、排気カムシャフト１０５とが設けられている。吸気カムシャフト２は、気筒１５０内への混合気（空気と燃料との混合気）の吸入量を調整する吸気弁１０６ａを稼働させる。排気カムシャフト１０５は、気筒１５０内から排出する排気ガスの排出量を調整する排気弁１０６ｂを稼働させる。

図３に示すように、吸気カムシャフト２には、バルブタイミング制御装置５００が接続されている。また、バルブタイミング制御装置５００は、制御装置１０１と電気的に接続されている。

図４に示すように、内燃機関１００では、第１気筒１５１～第４気筒１５４に、筒内圧センサ１４０Ａ～１４０Ｄと、対応する燃料噴射装置４００Ａ～４００Ｄとが設けられている。筒内圧センサ１４０Ａ～１４０Ｄと、対応する燃料噴射装置４００Ａ～４００Ｄとは、それぞれ近距離に配置されている。

以下、筒内圧センサ１４０Ａ～１４０Ｄを特に区別しない場合、単に筒内圧センサ１４０と表記する。また、燃料噴射装置４００Ａ～４００Ｄを特に区別しない場合、単に燃料噴射装置４００と表記する。

内燃機関１００では、燃料噴射装置４００Ａ～４００Ｄのプランジャロッドの駆動に伴う振動や歪がシリンダヘッド１８０などの内燃機関１００の構成部品を伝播して筒内圧センサ１４０Ａ～１４０Ｄに伝達される恐れがある。この場合、筒内圧センサ１４０Ａ～１４０Ｄは、プランジャロッド４１０の振動や歪の影響を受け、筒内圧センサ１４０Ａ～１４０Ｄによる振動の検出誤差が大きくなってしまう。

さらに、内燃機関１００では、筒内圧センサ１４０Ａ～１４０Ｄの信号線１４０ａ～１４０ｄ（図６の実線）と、燃料噴射装置４００Ａ～４００Ｄの電力線４００ａ～４００ｄ（図６の破線）と、が共に制御装置１０１に接続されている。このため、電力線４００ａ～４００ｄの電流変化により電磁誘導が発生し、筒内圧センサ１４０Ａ～１４０Ｄの信号線１４０ａ～１４０ｄの出力信号Ｓ２に影響を与える。よって、この電力線４００ａ～４００ｄの電磁誘導もまた、筒内圧センサ１４０Ａ～１４０Ｄによる振動の検出誤差の要因となる。

［バルブタイミング制御装置］
次に、バルブタイミング制御装置５００の構成について説明する。本実施形態では、バルブタイミング制御装置５００を吸気側に適用したものを示している。すなわち、バルブタイミング制御装置５００は、クランクシャフト１２３の回転と吸気カムシャフト２の回転の相対回転位相を変更して、吸気カムシャフト２により開閉される吸気弁１０６ａのリフト量を可変する。しかし、本発明に係るバルブタイミング制御装置としては、排気側に適用することも可能である。

図５は、本実施形態に係るバルブタイミング制御装置を示す一部縦断面図である。図６は、本実施形態に供される主要な構成部材を示す分解図である。図７は、図５に示すバルブタイミング制御装置の要部拡大図である。図８は、図５に示すＡ－Ａ線断面図である。

図１及び図２に示すように、バルブタイミング制御装置５００は、駆動回転体であるタイミングスプロケット１（以下、スプロケット１という。）と、吸気カムシャフト２（以下、カムシャフト２という。）と、スプロケット１とカムシャフト２との間に配置された位相変更機構３と、を備えている。カムシャフト２は、シリンダヘッド１８０上に軸受１８１を介して回転自在に支持されている。位相変更機構３は、内燃機関１００の運転状態に応じて両者１，２の相対回転位相を変更する。

スプロケット１は、全体が金属材である鉄系金属によって環状一体に形成されている。スプロケット１は、円環状のスプロケット本体１ａと、該スプロケット本体１ａの外周に一体に設けられた歯車部１ｂとを備えている。歯車部１ｂには、不図示のタイミングチェーンが巻回されている。歯車部１ｂは、タイミングチェーンを介して、内燃機関１００のクランクシャフト１２３（図１参照）からの回転力を受ける。

なお、スプロケット１の外周には、内燃機関１００のシリンダブロック（不図示）とシリンダヘッド１８０に結合された不図示のチェーンケースが設けられている。

スプロケット本体１ａの前端側には、後述する減速機構１３の一部を構成する円環状の内歯構成部５が一体に設けられている。この内歯構成部５は、スプロケット本体１ａに回転軸方向から一体に結合されている。内歯構成部５の内周には、波形状の複数の内歯５ａが形成されている。

スプロケット本体１ａの内周面と従動回転体である後述する従動部材９の外周面との間には、滑り軸受機構６が設けられている。従動部材９は、カムシャフト２の回転軸方向の一端部２ａに固定されている。滑り軸受機構６は、従動部材９(カムシャフト２)の外周でスプロケット１を相対回転自在に軸受けしている。

さらに、スプロケット本体１ａの内歯構成部５と反対側の後端面には、保持プレート８が固定されている。この保持プレート８は、図５、図６及び図８に示すように、金属材である鉄系金属の板材によって円環状に形成されている。保持プレート８の外径は、スプロケット本体１ａの外径とほぼ同一に設定されている。また、保持プレート８は、中央に形成された中央孔８ａ側の内周部８ｂが滑り軸受機構６の後述する軸受凹部１０のカムシャフト２側の一端開口を覆うように配置されている。この内周部８ｂは、中央孔８ａの孔縁となる部位が、内歯構成部５の内歯５ａの歯底面よりも内側に位置している。

また、保持プレート８は、中央孔８ａの内周縁の所定位置に、径方向内側、つまり中心軸方向に向かって突出したストッパ凸部８ｃが一体に設けられている。このストッパ凸部８ｃは、ほぼ逆台形状に形成されて、先端面が従動部材９の後述する固定端部９ｂのストッパ凹溝９ｆの円弧状内周面に沿った円弧状に形成されている。

図９は、図５に示すＢ矢視図である。

また、スプロケット１の内歯構成部５側の前端面には、フロントプレート１５が設けられている。このフロントプレート１５は、図５、図６及び図９に示すように、例えば鉄系金属板を円環状にプレス成形で打ち抜き形成されたものである。フロントプレート１５の肉厚ｔは、保持プレート８の肉厚ｔ１よりも小さく設定されている。フロントプレート１５は、中央に挿入孔１５ａが貫通形成されている。フロントプレート１５の挿入孔１５ａには、後述する偏心軸２１が挿入される。

内歯構成部５を含むスプロケット本体１ａとフロントプレート１５の各外周部には、６つのボルト挿通孔１ｃ、１５ｂが周方向のほぼ等間隔位置にそれぞれ貫通形成されている。各ボルト挿通孔１ｃ、１５ｂには、ボルト７が挿通する。また、保持プレート８における各ボルト挿通孔１ｃ、１５ｂに対応する位置には、６つの雌ねじ孔８ｄが形成されている。６つの雌ねじ孔８ｄには、各ボルト７の先端部に設けられた雄ねじ部７ａが螺着する。

図６に示すように、スプロケット本体１ａの２つのボルト挿通孔１ｃと保持プレート８の対応する２つの雌ねじ孔８ｄの各側部には、位置決め用の小孔１ｄ、８ｅがそれぞれ設けられている。位置決め用の小孔１ｄ、８ｅには、２つの位置決め用のピン２８ａ、２８ｂが挿入される。これにより、保持プレート８は、スプロケット１に対して周方向及び軸方向で位置決めされる。

カムシャフト２は、外周に吸気弁１０６ａ（図３参照）を開作動させる一気筒当たり２つの駆動カムを有している。また、カムシャフト２において、回転軸方向の位相変更機構３側の一端部２ａには、フランジ部２ｂが一体に設けられている。フランジ部２ｂは、軸受１８１を介してカムシャフト２の軸方向の位置決めを行う。また、カムシャフト２の一端部２ａにおける内部軸心方向には、雌ねじ部２ｃが形成されている。雌ねじ部２ｃには、後述のカムボルト１４が螺着する。カムボルト１４は、カムシャフト２に従動部材９を軸方向から締結固定する。さらに、カムシャフト２の一端部２ａの前端には、従動部材９との回転方向の位置決めを行う位置決め用のピン２ｄが圧入固定されている。

従動部材９は、鉄系金属によって一体に形成されている。図５、図６及び図８に示すように、従動部材９は、円盤状本体９ａと、該円盤状本体９ａの後端側(カムシャフト２側)に有する円環状の固定端部９ｂと、から主として構成されている。

円盤状本体９ａは、外周面に滑り軸受機構６の一部を構成するジャーナル部１１が一体に設けられている。また、円盤状本体９ａは、固定端部９ｂを含む内部軸心方向にカムボルト１４の軸部１４ｂが挿通するボルト挿通孔９ｃが貫通形成されている。このボルト挿通孔９ｃは、内径がカムシャフト２の雌ねじ部２ｃの内径よりも大きく形成されている。

固定端部９ｂは、一定の肉厚を有しており、円盤状本体９ａからカムシャフト２方向へ突出している。また、固定端部９ｂにおけるカムシャフト２側の外側面のほぼ中央(ボルト挿通孔９ｃの外周側)には、円環状の嵌合溝９ｄが形成されている。固定端部９ｂの嵌合溝９ｄには、カムシャフト２の一端部２ａにおける先端部が嵌合する。嵌合溝９ｄの底面には、位置決め用の孔９ｅが形成されている。位置決め用の孔９ｅには、前述したカムシャフト２の位置決め用のピン２ｄが軸方向から挿入される。

また、固定端部９ｂの外周面には、ストッパ凹溝９ｆが円周方向に沿って形成されている。ストッパ凹溝９ｆは、円周方向へ延びる所定長さの円弧状に形成されている。ストッパ凹溝９ｆには、保持プレート８のストッパ凸部８ｃが入り込む。ストッパ凸部８ｃは、ストッパ凹溝９ｆの範囲内で円周方向へ回動する。ストッパ凸部８ｃの２つの側面が、ストッパ凹溝９ｆの対向面にそれぞれ当接することにより、ストッパ凸部８ｃの回動が規制される。このように、本実施形態では、スプロケット１に対するカムシャフト２の最大進角側、あるいは最大遅角側の相対回転位置を機械的に規制するようになっている。

従動部材９は、嵌合溝９ｄにカムシャフト２の一端部２ａの先端部が軸方向から嵌合した状態で、カムボルト１４によってカムシャフト２の一端部２ａに軸方向から固定される。

滑り軸受機構６は、図５及び図６に示すように、スプロケット本体１ａの内周面に形成された円環状の軸受凹部１０と、円盤状本体９ａの外周面に設けられ、軸受凹部１０の内部に配置されたジャーナル部１１と、軸受凹部１０の一端開口を覆う保持プレート８と、を有している。

軸受凹部１０は、スプロケット本体１ａの保持プレート８側の一方側面から内歯構成部５まで延びることなく、カムシャフト２側に寄ったスプロケット本体１ａの内周面側のみに配置形成されている。また、軸受凹部１０は、図５に示すように、スプロケット１の回転軸心から径方向に沿った断面形状がほぼ矩形状に形成されている。そして、軸受凹部１０は、その一部が各歯車部１ｂの形成位置と軸方向でオーバーラップするように配置されている。

さらに、軸受凹部１０の円環状の底面には、滑り軸受面１０ａが形成されている。また、軸受凹部１０は、軸方向で保持プレート８と反対側の他端側に有する内側面１０ｂが滑り軸受面１０ａから径方向へほぼ直角に切欠されている。また、軸受凹部１０は、前述したように、カムシャフト２側の他端部が開口されて外部に解放され、この解放された他端開口が保持プレート８の内周部８ｂの内側面８ｆによって覆われている。

ジャーナル部１１は、円盤状本体９ａの外周面から径方向外側へ突出している。ジャーナル部１１の断面形状は、軸受凹部１０の断面形状とほぼ相似形の矩形状に形成されている。また、ジャーナル部１１は、軸受凹部１０が各歯車部１ｂと軸方向でオーバーラップしていることから、同じく一部がスプロケット１の各歯車部１ｂと軸方向でオーバーラップ配置されている。

さらに、ジャーナル部１１の基部１１ａにおける軸方向両側には、それぞれ円環溝が形成されている。また、ジャーナル部１１の環状の外周面は、軸受凹部１０の滑り軸受面１０ａ全体に摺動可能になっている。各円環溝は、従動部材９の回転時においてジャーナル部が、保持プレート８の内側面８ｆと軸受凹部１０の内側面１０ｂと接触するのを回避するようになっている。

ジャーナル部１１は、軸方向のフロントプレート１５側の一端面が軸受凹部１０の内側面１０ｂに摺動可能になっている。この軸受凹部１０の内側面１０ｂが、スプロケット１の傾動時においてジャーナル部１１の一端面に当接して一方のスラスト移動を規制するようになっている。

また、ジャーナル部１１は、軸方向の保持プレート８側の他端面が保持プレート８の内周部８ｂの内側面８ｆに摺動可能になっている。この保持プレート８の内側面８ｆが、スプロケット１の傾動時においてジャーナル部１１の他端面に当接して他方のスラスト移動を規制するようになっている。

カムボルト１４は、図５及び図７に示すように、ほぼ円柱状の頭部１４ａと、該頭部１４ａに一体に固定された軸部１４ｂと、を有している。

頭部１４ａの先端部には、六角レンチなどの工具が挿入される六角形の工具穴１４ｃが形成されている。また、頭部１４ａの外周面には、ニードルベアリング２５の各ニードルローラ２５ａが転動可能に保持されている。

軸部１４ｂは、頭部１４ａとの結合部に一体に設けられた大径部１４ｄを有する。また、大径部１４ｄよりも先端部側の小径部の外周には、カムシャフト２の雌ねじ部２ｃに螺着する雄ねじ部１４ｅが形成されている。

大径部１４ｄは、従動部材９のボルト挿通孔９ｃに挿入される。大径部１４ｄの軸方向の長さは、ボルト挿通孔９ｃの軸方向の長さとほぼ同一に設定されている。また、大径部１４ｄは、外径がボルト挿通孔９ｃの内径より僅かに小さく設定されている。これにより、大径部１４ｄは、ボルト挿通孔９ｃに微小クリアランスをもって挿入される。

位相変更機構３は、図５及び図６示すように、従動部材９の固定端部９ｂにおける前端側に配置された電動モータ１２と、この電動モータ１２の回転速度を減速してカムシャフト２に伝達する減速機構１３と、から主として構成されている。

図１０は、電動モータ１２の正面図である。図１１は、電動モータ１２の斜視図である。

電動モータ１２は、いわゆるブラシレスの直流型モータである。電動モータ１２は、チェーンケースに固定される有底円筒状のモータハウジング１６と、モータハウジング１６の後端部に設けられて、内部にステータコイルなどが収容されたモータステータと、ステータコイルの内周側に配置されたモータ出力軸１７と、モータ出力軸１７の外周に固定された円筒状の永久磁石と、モータハウジング１６のスプロケット１と反対側の前端部に設けられた給電機構１８と、を有している。

モータハウジング１６は、ほぼカップ状に形成されている。モータハウジング１６の前端部(底壁)におけるほぼ中央には、モータ出力軸１７が挿通する貫通孔（不図示）が形成されている。一方、モータハウジング１６の後端部における外周には、径方向外側に突出したフランジ部１６ａが一体に設けられている。フランジ部１６ａは、円周方向の約１２０°位置に３つのブラケット片１６ｂが一体に設けられている。また、この３つのブラケット片１６ｂには、ボルト挿通孔１６ｃが貫通形成されている。ボルト挿通孔１６ｃには、不図示のチェーンケースに結合されるボルトが挿通される。

さらに、フランジ部１６ａの円周方向の各ブラケット片１６ｂの間には、３つのボルト２９が挿通する３つのボルト挿通孔が形成されている。各ボルト２９は、モータハウジング１６に給電機構１８を結合する。

なお、ボルト挿通孔１６ｃやボルト２９などは、さらに増加することも可能である。

モータステータは、主として合成樹脂材の樹脂部によって一体に形成されている。モータステータの内部には、ステータコイルがモールド固定されている。

給電機構１８は、合成樹脂材によってボックス状に形成されている。この給電機構１８の内部には、電動モータ１２へ給電するバスバーなどの通電回路やモータ出力軸１７の回転位置を検出する回転センサなどが収容されている。また、給電機構１８の外周部には、通電回路に電気的に接続される給電用コネクタ１８ａと、不図示の信号用コネクタが設けられている。

給電用コネクタ１８ａの端子は、雌端子を介して電源であるバッテリーに接続されている。一方、信号用コネクタの端子は、雌端子を介して制御装置１０１（図３参照）に接続されている。上述の回転センサで検出した回転角信号は、信号用コネクタから制御装置１０１へ出力される。

モータ出力軸１７は、金属材によって円柱状に形成されている。モータ出力軸１７における減速機構１３側の先端部１７ａの外面には、接線方向に沿って形成された二面幅部１７ｂ、１７ｃが設けられている。また、先端部１７ａの先端側には、図１０に示すように、二面幅部１７ｂ、１７ｃに対して直交する方向から切り欠かれた一対の嵌着溝１７ｄ、１７ｅが形成されている。嵌着溝１７ｄ、１７ｅには、ストッパ部材１９が径方向から嵌着固定されている。ストッパ部材１９は、後述する中間部材３０のカムボルト１４方向の移動を規制する規制部である。

図７に示すように、モータ出力軸１７は、カムボルト１４に近接配置されている。これにより、モータ出力軸１７の先端部１７ａとカムボルト１４の頭部１４ａとの間には、僅かな隙間Ｃが形成されている。また、先端部１７ａは、ストッパ部材１９を含めた全体が工具穴１４ｃの内部に軸方向から挿入可能になっている。

つまり、先端部１７ａは、回転軸の直角断面が工具穴１４ｃの直角断面の大きさよりも小さく形成されている。換言すれば、先端部１７ａの回転軸の直角断面の回転軸を中心とする径方向距離の最大が、工具穴１４ｃの直角断面の回転軸を中心とする径方向距離の最小よりも小さくなっている。また、隙間Ｃは、内燃機関１００の振動などによってモータ出力軸１７やカムシャフト２（従動部材９）などが回転軸方向へ移動した際に、モータ出力軸１７の先端部１７ａが工具穴１４ｃ内に入ることが可能な大きさになっている。

ストッパ部材１９は、Ｃリング状に形成されている。ストッパ部材１９は、拡径方向及び縮径方向へ弾性変形可能になっている。

また、モータ出力軸１７の先端部１７ａには、中間部材３０が設けられている。中間部材３０は、減速機構１３に接続される継手機構であるオルダム継手２０の一部を構成する。図１０及び図１１に示すように、中間部材３０は、モータ出力軸１７の先端部１７ａに固定される筒状基部３１を有している。筒状基部３１は、円形状の外面の両側、つまり円周方向の１８０°位置に二面幅状の一対の平面部３１ａ、３１ｂを有している。これにより、筒状基部３１の外形は、ほぼ長円状に形成されている。

また、筒状基部３１の中央には、モータ出力軸１７の先端部１７ａが挿通される貫通孔３２が形成されている。

筒状基部３１の貫通孔３２は、円孤状の一対の内周面と、二面幅状の一対の対向面３２ａ、３２ｂとを有している。これにより、貫通孔３２は、筒状基部３１の外形と相似形の径方向に長い長円形状に形成されている。したがって、中間部材３０は、長円状の貫通孔３２を介してモータ出力軸１７の先端部１７ａに対して径方向へ移動可能になっている。

筒状基部３１は、一対の平面部３１ａ、３１ｂの長手方向（図１０の上下方向）のほぼ中央位置に一対の突出部である２つの伝達キー３３ａ、３３ｂが設けられている。各伝達キー３３ａ、３３ｂは、ほぼ矩形板状に形成されている。各伝達キー３３ａ、３３ｂは、筒状基部３１の２つの平面部３１ａ、３１ｂから径方向外側に向かって突出している。

制御装置１０１（図３参照）は、クランク角センサ１２１や流量センサ１１４、水温センサ１２２、スロットル開度センサ１１３ａなど各種のセンサ類からの情報信号に基づいて現在の内燃機関１００の運転状態を検出する。そして、制御装置１０１は、検出した運転状態に基づいて内燃機関１００の制御を行っている。また、制御装置１０１は、各情報信号や回転位置検出機構に基づいて、コイル部に通電してモータ出力軸１７の回転制御を行う。これにより、制御装置１０１は、減速機構１３によってカムシャフト２のスプロケット１に対する相対回転位相を制御する。

減速機構１３は、図５に示すように、電動モータ１２とは軸方向から分離独立して設けられている。減速機構１３の各構成部材は、保持プレート８とフロントプレート１５との間のスプロケット１の内部に収容配置されている。

図１２は、図１に示すＣ－Ｃ線断面図である。

減速機構１３は、図５～図７及び図１２に示すように、スプロケット本体１ａの内部に一部が配置された入力部材である円筒状の偏心軸２１と、偏心軸２１の外周に設けられたボールベアリング２２と、ボールベアリング２２の外周に設けられ、内歯構成部５の各内歯５ａ内に転動自在に保持された伝達部材であるローラ２３と、ローラ２３を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する伝達部(突出部)である保持器２４と、保持器２４と一体の前述した従動部材９と、から主として構成されている。

偏心軸２１は、ニードルベアリング２５の外周に配置された偏心軸部２１ａと、偏心軸部２１ａの電動モータ１２側に設けられた大径円筒部２１ｂと、を有している。ニードルベアリング２５は、カムボルト１４の頭部１４ａの外周に設けられた軸受である。

偏心軸部２１ａは、周方向の肉厚が厚薄変化している。これにより、偏心軸部２１ａの軸心Ｘは、カムボルト１４の軸心Ｙに対して僅かに偏心している。

大径円筒部２１ｂは、偏心軸部２１ａよりも肉厚に形成されている。大径円筒部２１ｂは、中間部材３０と共にオルダム継手２０を構成している。この大径円筒部２１ｂは、スプロケット本体１ａの内部からフロントプレート１５の挿入孔１５ａを介して電動モータ１２方向へ突出している。また、大径円筒部２１ｂは、図９に示すように、二面幅状の嵌合孔２１ｃが形成されている。嵌合孔２１ｃには、中間部材３０の二面幅状の筒状基部３１が軸方向から嵌合可能である。また、大径円筒部２１ｂは、電動モータ１２側の先端面の円周方向の約１８０°の位置に、一対のキー溝２１ｄ、２１ｅが形成されている。一対のキー溝２１ｄ、２１ｅには、２つの伝達キー３３ａ、３３ｂが回転軸方向から嵌合可能である。

ニードルベアリング２５は、複数のニードルローラ２５ａと、円筒状のシェル２５ｂと、を有している。複数のニードルローラ２５ａは、カムボルト１４の頭部１４ａの外周面を転動する。シェル２５ｂは、偏心軸部２１ａの内周面に形成された段差面に固定されている。シェル２５ｂは、内周面にニードルローラ２５ａを転動可能に保持する複数の溝部を有する。

ボールベアリング２２は、図５に示すように、ニードルベアリング２５の径方向位置で全体がほぼオーバーラップする状態に配置されている。また、ボールベアリング２２は、内輪２２ａと、外輪２２ｂ、これら両輪２２ａ、２２ｂとの間に介装されたボール２２ｃと、ボール２２ｃを保持するケージ２２ｄと、から構成されている。

内輪２２ａは、偏心軸部２１ａの外周面に圧入固定されている。外輪２２ｂは、軸方向で固定されることなくフリーな状態になっている。つまり、外輪２２ｂは、軸方向の電動モータ１２側の一端面がフロントプレート１５の内側面に微小クリアランスを介して非接触状態になっている。また、外輪２２ｂの軸方向の他端面は、これに対向する従動部材９の円盤状本体９ａの背面に微小なクリアランスを介して非接触状態になっている。

外輪２２ｂは、外周面に各ローラ２３の外周面が転動可能に当接している。また、外輪２２ｂの外周面と保持器２４の内面との間には、円環状のクリアランスが形成されている。したがって、ボールベアリング２２は、クリアランスを介して全体が偏心軸部２１ａの偏心回転に伴って径方向へ偏心動可能になっている。

保持器２４は、円環板状に形成されている。保持器２４は、円盤状本体９ａの外周部に一体に設けられている。つまり、保持器２４は、円盤状本体９ａのジャーナル部１１の基部１１ａからフロントプレート１５方向へ直線状に突出している。保持器２４の先端面２４ａとフロントプレート１５の内側面１５ｃとの間には、所定のクリアランスが形成されている。

また、保持器２４は、複数のローラ保持孔２４ｂを有している。複数のローラ保持孔２４ｂは、複数のローラ２３をそれぞれ転動自在に保持する。このローラ保持孔２４ｂは、保持器２４の円周方向の等間隔位置に設けられ、先端部側が閉塞されて前後方向に細長い長方形状に形成されている。また、ローラ保持孔２４ｂは、その全体の数(ローラ２３の数)が内歯構成部５の内歯５ａの全体の歯数よりも少なくなっている。これにより、所定の減速比を得ることができる。

各ローラ２３は、鉄系金属によって形成されている。各ローラ２３は、ボールベアリング２２の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ内歯構成部５の内歯５ａに嵌入している。また各ローラ２３は、保持器２４のローラ保持孔２４ｂの両側縁によって周方向にガイドされつつ径方向へ揺動運動する。

また、減速機構１３は、図３に示すように、潤滑油供給通路を介して内部に潤滑油が供給されるようになっている。潤滑油供給通路は、内燃機関１００のメインオイルギャラリーから分岐されてシリンダヘッド１８０内からカムシャフト２の内部に形成された油通路２６と、従動部材９の円盤状本体９ａをカムシャフト２の軸方向に沿って貫通形成された油孔２７と、を有している。

油孔２７は、上流側の大径な一端部２７ａと、下流側の小径な他端部２７ｂを有している。油孔２７の一端部２７ａは、油通路２６と連通している。油孔２７の他端部２７ｂは、ニードルベアリング２５のシェル２５ｂにおける側部付近に開口している。

また、油孔２７から減速機構１３の内部に流入した潤滑油は、ボールベアリング２２の内部や外周側の保持器２４内などを通り、軸受凹部１０とジャーナル部１１との間に流入する。つまり、潤滑油は、ジャーナル部１１の両端面や外周面と軸受凹部１０の内側面１０ｂや滑り軸受面１０ａとの間を通って潤滑に供される。そして、潤滑油は、フロントプレート１５の挿入孔１５ａから外部に排出される。

なお、メインオイルギャラリーには、不図示のオイルポンプの吐出通路から潤滑油が圧送されるようになっている。

［バルブタイミング制御装置の作用］
以下、本実施形態におけるバルブタイミング制御装置５００の作用について説明する。

まず、内燃機関１００のクランクシャフト１２３が回転駆動すると、その回転力がタイミングチェーンを介してスプロケット１に伝達される。これにより、スプロケット１が回転し、この回転力が内歯構成部５に伝達される。内歯構成部５の回転力は、各ローラ２３から保持器２４及び従動部材９を経由してカムシャフト２に伝達される。その結果、カムシャフト２の駆動カムが各吸気弁１０６ａ（図３参照）を開閉作動させる。

内燃機関１００の始動後の所定の機関運転時には、制御装置１０１からの制御電流が電動モータ１２のコイル部に通電される。これにより、モータ出力軸１７が正逆回転駆動される。このモータ出力軸１７の回転力は、偏心軸２１に伝達されて、減速機構１３の作動により減速された回転力がカムシャフト２に伝達される。

これによって、カムシャフト２が、スプロケット１に対して正逆相対回転して相対回転位相が変換される。したがって、各吸気弁１０６ａは、開閉タイミングを進角側あるいは遅角側に変換制御される。

このように、吸気弁１０６ａの開閉タイミングが進角側あるいは遅角側へ連続的に変換されることによって、内燃機関１００の燃費や出力などの性能の向上を図ることができる。

［バルブタイミング制御］
次に、バルブタイミング制御について説明する。本実施形態では、制御装置１０１のバルブタイミング制御部３９０がバルブタイミング制御装置５００の駆動を制御して、吸気弁１０６ａのリフト量を可変する。

図１３は、従来のバルブタイミング制御におけるバルブリフト量の変化について示した図である。図１４は、本実施形態に係るバルブタイミング制御におけるバルブリフト量の変化について示した図である。

図１３に示すように、従来のバルブタイミング制御では、気筒１５０（図１参照）内への吸入空気量を減じるために、カムシャフト２の作動角を遅角とする。この時、カムシャフト２の作動角の変化速度は一定である。このため、吸気弁１０６ａのリフト量が少ない（低リフト）期間は、開弁開始初期の短期間に限られる。

図１４に示すように、本実施形態に係るバルブタイミング制御では、吸気量を減じるようにカムシャフト２の作動角を遅角させる。また、吸気弁１０６ａの開弁中に、クランクシャフト１２３に対するカムシャフト２の位相角を変化させる。カムシャフト２の作動角は、遅角、進角の順に動作し、吸気弁１０６ａの１度の開弁中に遅角と進角の動作を２回繰り返す。また、１回目の遅角と進角の動作が行われる期間と、２回目の遅角と進角の動作が行われる期間が同じである。

ここで、吸気弁１０６ａが開弁を開始するクランク角度を開弁開始角度とする。また、吸気弁１０６ａが閉弁を完了するクランク角度を閉弁完了角度とする。また、開弁開始角度と閉弁完了角度との中間を中間角度とする。さらに、開弁開始角度と中間角度との中間を第１中間角度とする。そして、中間角度と閉弁完了角度との中間を第２中間角度とする。

図１４に示すように、制御装置１０１は、吸気弁が開弁を開始する開弁開始角度から第１中間角度を超えるまで、カムシャフト２の作動角を遅角に動作させて、吸気弁１０６ａのリフト量を抑制する。すなわち、カムシャフト２の作動角を遅角に動作させて、吸気弁１０６ａを低リフト位置に維持する。これにより、本実施形態に係るバルブタイミング制御では、吸気弁１０６ａのリフト量が少ない（低リフト）期間が従来のバルブタイミング制御よりも長くなる。開弁開始角度から第１中間角度を超えるまで、カムシャフト２の作動角を遅角に動作させる制御は、本発明に係る第１制御に対応する。

次に、制御装置１０１は、第１中間角度を超えてから中間角度に至るタイミングでカムシャフト２の作動角を進角に動作させて、吸気弁１０６ａを最大リフト位置に変化させる。開弁開始角度から中間角度まで、カムシャフト２の作動角を遅角と進角の順に動作させる制御は、本発明に係る第１作動角制御に対応する。

次に、制御装置１０１は、吸気弁１０６ａが最大リフト位置に到達した中間角度から第２中間角度を超えるまで、カムシャフト２の作動角を遅角に動作させて、吸気弁１０６ａを最大リフト位置に維持させる。これにより、吸気弁１０６ａの閉弁が完了するまでに気筒１５０内へ適切な量の空気を吸入することができる。その結果、吸入空気量が不足しないようにすることができる。中間角度から第２中間角度を超えるまで、カムシャフト２の作動角を遅角に動作させる制御は、本発明に係る第２制御に対応する。

次に、制御装置１０１は、第２中間角度から閉弁完了角度までカムシャフト２の作動角を進角に動作させる。なお、中間角度から閉弁完了角度まで、カムシャフト２の作動角を遅角と進角の順に動作させる制御は、本発明に係る第２作動角制御に対応する。第１作動角制御を実行する期間と、第２作動角制御を実行する期間は等しい。

図１５は、従来のバルブタイミング制御と本実施形態に係るバルブタイミング制御における筒内の乱流エネルギーの変化について示した図である。なお、乱流エネルギーの算出には、ＣＦＤ（computational fluid dynamics）を用いた。また、開弁時期は、上死点で統一した。

図１５に示すように、クランクシャフト１２３（カムシャフト２）の回転に伴って生じる気筒１５０内の負圧に対して、吸気弁１０６ａのリフト量が少ない（低リフト）期間が長くなると、乱流エネルギーが大きくなる。したがって、本実施形態に係るバルブタイミング制御における乱流エネルギーは、従来のバルブタイミング制御における乱流エネルギーよりも大きい。

乱流エネルギーが増大すると、気筒１５０内の空気と燃料が撹拌され易くなる。これにより、混合ガスが均質化されるため、点火プラグ２００の電極周りのガスが最適となる。その結果、混合ガスの着火性が改善し、失火を防止することができる。

図１６は、本実施形態に係る制御方法を示すタイミングチャートである。

図１６に示すように、エンジン（内燃機関１００）の再始動要求が行われた時点であるｔ５において、吸気弁１０６ａ（吸気バルブ）の開弁タイミングは、遅角が最大である。そして、ｔ５において、気筒１５０内への吸入空気量はゼロである。エンジンの再始動要求と同時に吸気弁１０６ａの開弁タイミングが進角し、吸入空気量が増加する。

エンジンの再始動の開始直後における吸入空気流量は少ない。しかし、本実施形態に係るバルブタイミング制御を実施することにより、カムシャフト２の作動角の変化速度を可変する。これにより、吸気弁１０６ａのリフト量が少ない（低リフト）期間を従来のバルブタイミング制御よりも長くすることができる。その結果、気筒１５０内の乱流エネルギーを従来のバルブタイミング制御よりも大きくして、着火に必要な流動を得ることができる。

２.まとめ
以上説明したように、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御装置（制御装置１０１）は、クランクシャフト（クランクシャフト１２３）の回転とカムシャフト（カムシャフト２）の回転の相対回転位相を変更して、カムシャフトにより開閉される吸気弁（吸気弁１０６ａ）のリフト量を可変するバルブタイミング制御装置（バルブタイミング制御装置５００）と、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサ（クランク角センサ１２１）とを備える内燃機関を制御する。ここで、吸気弁が開弁を開始するクランク角度を開弁開始角度、吸気弁が閉弁を完了するクランク角度を閉弁完了角度、開弁開始角度と閉弁完了角度との中間を中間角度、開弁開始角度と中間角度との中間を第１中間角度と定義する。内燃機関の制御装置は、バルブタイミング制御装置を制御し、吸気弁が開弁を開始した後、第１中間角度を超えるまで吸気弁のリフト量を抑制し、その後、中間角度に至るタイミングで吸気弁を最大リフト位置に変化させるバルブタイミング制御部（バルブタイミング制御部３９０）を有する。

これにより、吸気弁のリフト量が少ない（低リフト）期間を、従来のバルブタイミング制御よりも長くすることができる。その結果、従来のバルブタイミング制御によりも乱流エネルギーを大きくすることができる。したがって、気筒（気筒１５０）内の空気と燃料が撹拌され易くなり、混合ガスが均質化される。そのため、混合ガスの着火性が改善し、失火を防止することができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御装置（制御装置１０１）において、中間角度と閉弁完了角度との中間を第２中間角度と定義する。バルブタイミング制御部（バルブタイミング制御部３９０）は、吸気弁（吸気弁１０６ａ）が最大リフト位置に到達した後、第２中間角度を超えるまで吸気弁を最大リフト位置に維持させる。これにより、吸気弁の閉弁が完了するまでに気筒（気筒１５０）内へ適切な量の空気を吸入することができる。その結果、吸入空気量が不足しないようにすることができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御装置（制御装置１０１）におけるバルブタイミング制御部（バルブタイミング制御部３９０）は、吸気弁（吸気弁１０６ａ）の開弁開始から閉弁完了するまでの期間に、（カムシャフト２）を遅角側に制御する第１制御を実施することにより、吸気弁が開弁開始した後、吸気弁のリフト量を抑制する。これにより、吸気弁のリフト量が少ない（低リフト）期間を、従来のバルブタイミング制御よりも長くすることができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御装置（制御装置１０１）におけるバルブタイミング制御部（バルブタイミング制御部３９０）は、第１制御を実施してから、カムシャフト（カムシャフト２）を進角側に戻す制御を行った後、吸気弁（吸気弁１０６ａ）が最大リフト位置に到達するタイミングで、カムシャフトを遅角側に制御する第２制御を実施することにより、吸気弁を最大リフト位置に維持させる。これにより、吸入空気量が不足しないようにすることができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御装置（制御装置１０１）は、クランクシャフト（クランクシャフト１２３）の回転とカムシャフト（カムシャフト２）の回転の相対回転位相を変更して、カムシャフトにより開閉される吸気弁（吸気弁１０６ａ）のリフト量を可変するバルブタイミング制御装置（バルブタイミング制御装置５００）と、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサ（クランク角センサ１２１）とを備える内燃機関を制御する。内燃機関の制御装置は、バルブタイミング制御装置を制御し、吸気弁が開弁を開始してから閉弁を完了するまでの間に、カムシャフトの作動角を遅角と進角の順に制御する第１作動角制御を実施するバルブタイミング制御部（バルブタイミング制御部３９０）を有する。これにより、従来のバルブタイミング制御によりも乱流エネルギーを大きくすることができる。その結果、混合ガスの着火性を改善して、失火を防止することができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御装置（制御装置１０１）におけるバルブタイミング制御部（バルブタイミング制御部３９０）は、第１作動角制御の後に、カムシャフト（カムシャフト２）の作動角を遅角と進角の順に制御する第２作動角制御を実施する。これにより、吸気弁の閉弁が完了するまでに気筒（気筒１５０）内へ適切な量の空気を吸入することができる。その結果、吸入空気量が不足しないようにすることができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御装置（制御装置１０１）において、第１作動角制御と第２作動角制御の実施期間は等しい。これにより、乱流エネルギーを大きくすることと、吸入空気量が不足しないようにすることの両立を図ることができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御装置（制御装置１０１）において、吸気弁が開弁を開始するクランク角度を開弁開始角度、吸気弁が閉弁を完了するクランク角度を閉弁完了角度、開弁開始角度と閉弁完了角度との中間を中間角度、開弁開始角度と中間角度との中間を第１中間角度と定義する。第１作動角制御は、開弁開始角度から中間角度となる期間に実施する。第２作動角制御は、中間角度から閉弁完了角度となる期間に実施する。これにより、第１作動角制御と第２作動角制御の実施期間を等しくすることができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御装置（制御装置１０１）において、吸気弁（吸気弁１０６ａ）の開弁は、内燃機関の始動時におけるクランクシャフト（クランクシャフト１２３）の回転開始から最初の開弁である。これにより、内燃機関の始動時における気筒（気筒１５０）内の圧縮圧力の変化を小さくすることができる。その結果、内燃機関の始動時における振動を抑制することができる。また、混合ガスの着火性が改善し、失火を防止することができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御方法は、クランクシャフト（クランクシャフト１２３）の回転とカムシャフト（カムシャフト２）の回転の相対回転位相を変更して、カムシャフトにより開閉される吸気弁（吸気弁１０６ａ）のリフト量を可変するバルブタイミング制御装置（バルブタイミング制御装置５００）と、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサ（クランク角センサ１２１）と、を備える内燃機関の制御方法である。ここで、吸気弁が開弁を開始するクランク角度を開弁開始角度、吸気弁が閉弁を完了するクランク角度を閉弁完了角度、開弁開始角度と閉弁完了角度との中間を中間角度、開弁開始角度と中間角度との中間を第１中間角度と定義する。内燃機関の制御方法は、吸気弁が開弁を開始した後、第１中間角度を超えるまで吸気弁のリフト量を抑制し、その後、中間角度に至るタイミングで吸気弁を最大リフト位置に変化させる。これにより、従来のバルブタイミング制御によりも乱流エネルギーを大きくすることができる。その結果、混合ガスの着火性を改善して、失火を防止することができる。

また、上述した実施形態に係る内燃機関（内燃機関１００）の制御方法は、クランクシャフト（クランクシャフト１２３）の回転とカムシャフト（カムシャフト２）の回転の相対回転位相を変更して、カムシャフトにより開閉される吸気弁（吸気弁１０６ａ）のリフト量を可変するバルブタイミング制御装置（バルブタイミング制御装置５００）と、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサ（クランク角センサ１２１）と、を備える内燃機関の制御方法である。この内燃機関の制御方法は、吸気弁が開弁を開始してから閉弁を完了するまでの間に、カムシャフトの作動角を遅角と進角の順に制御する第１作動角制御を実施する。これにより、従来のバルブタイミング制御によりも乱流エネルギーを大きくすることができる。その結果、混合ガスの着火性を改善して、失火を防止することができる。

以上、本発明の内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法の実施形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法は、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

また、上述した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、上述した実施形態では、開弁開始角度から第１中間角度を超えるまで、カムシャフト２の作動角を遅角に動作させる第１制御と、中間角度から第２中間角度を超えるまで、カムシャフト２の作動角を遅角に動作させる第２制御を実施する。しかし、本発明に係るバルブタイミング制御としては、少なくとも第１制御を実施すればよい。第１制御を実施することにより、吸気弁のリフト量が少ない（低リフト）期間を、従来のバルブタイミング制御よりも長くすることができる。その結果、従来のバルブタイミング制御によりも乱流エネルギーを大きくすることができため、混合ガスの着火性が改善し、失火を防止することができる。

また、上述した実施形態では、吸気弁１０６ａの１度の開弁中に遅角と進角の動作を２回繰り返すようにした。しかし、本発明に係るバルブタイミング制御としては、吸気弁の１度の開弁中に遅角と進角の動作を３回以上繰り返すようにしてもよい。

１…タイミングスプロケット（スプロケット）、 ２…吸気カムシャフト（カムシャフト）、 ３…位相変更機構、 ５…内歯構成部、 ６…滑り軸受機構、 ８…保持プレート、 ９…従動部材、 １０…軸受凹部、 １１…ジャーナル部、 １２…電動モータ、 １３…減速機構、 １４…カムボルト、 １５…フロントプレート、 １６…モータハウジング、 １７…モータ出力軸、 １８…給電機構、 １９…ストッパ部材、 ２０…オルダム継手、 ２１…偏心軸、 ２２…ボールベアリング、 ２３…ローラ、 ２４…保持器、 ２５…ニードルベアリング、 ３０…中間部材、 ３１…筒状基部、 ３３ａ…伝達キー、 １００…内燃機関、 １０１…制御装置、 １０５…排気カムシャフト、 １０６ａ…吸気弁、 １０６ｂ…排気弁、 １１１…吸気管、 １１２…吸気マニホールド、 １１３…スロットル弁、 １１３ａ…スロットル開度センサ、 １１４…流量センサ、 １１５…吸気温センサ、 １１６…吸気圧センサ、 １２１…クランク角センサ、 １２２…水温センサ、 １２３…クランクシャフト、 １２６…アクセルポジションセンサ、 １４０…筒内圧センサ、 １５０…気筒、 １６０…排気マニホールド、 １６１…三元触媒、 １６２…上流側空燃比センサ、 １６３…下流側空燃比センサ、 １７０…ピストン、 １８０…シリンダヘッド、 １８１…軸受、 ２００…点火プラグ、 ３１０…アナログ入力部、 ３２０…デジタル入力部、 ３３０…Ａ／Ｄ変換部、 ３４０…ＲＡＭ、 ３５０…ＭＰＵ、 ３６０…ＲＯＭ、 ３７０…Ｉ／Ｏポート、 ３８０…出力回路、 ３８１…全体制御部、 ３８２…燃料噴射制御部、 ３８３…点火制御部、 ３９０…バルブタイミング制御部、 ４００…燃料噴射装置、 ４１０…プランジャロッド、 ５００…バルブタイミング制御装置

Claims (11)

1. クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転の相対回転位相を変更して、前記カムシャフトにより開閉される吸気弁のリフト量を可変するバルブタイミング制御装置と、
   前記クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサと、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、
   前記吸気弁が開弁を開始するクランク角度を開弁開始角度、前記吸気弁が閉弁を完了するクランク角度を閉弁完了角度、前記開弁開始角度と前記閉弁完了角度との中間を中間角度、前記開弁開始角度と前記中間角度との中間を第１中間角度と定義した場合に、
   前記バルブタイミング制御装置を制御し、前記吸気弁が開弁を開始した後、前記第１中間角度を超えるまで前記吸気弁のリフト量を抑制し、その後、前記中間角度に至るタイミングで前記吸気弁を最大リフト位置に変化させるバルブタイミング制御部を有する
   内燃機関の制御装置。
2. 前記中間角度と前記閉弁完了角度との中間を第２中間角度と定義した場合に、
   前記バルブタイミング制御部は、前記吸気弁が最大リフト位置に到達した後、前記第２中間角度を超えるまで前記吸気弁を最大リフト位置に維持させる
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記バルブタイミング制御部は、前記吸気弁の開弁開始から閉弁完了するまでの期間に、前記カムシャフトを遅角側に制御する第１制御を実施することにより、前記吸気弁が開弁開始した後、前記吸気弁のリフト量を抑制する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記バルブタイミング制御部は、前記第１制御を実施してから、前記カムシャフトを進角側に戻す制御を行った後、前記吸気弁が最大リフト位置に到達するタイミングで、前記カムシャフトを遅角側に制御する第２制御を実施することにより、前記吸気弁を最大リフト位置に維持させる
   請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転の相対回転位相を変更して、前記カムシャフトにより開閉される吸気弁のリフト量を可変するバルブタイミング制御装置と、
   前記クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサと、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、
   前記バルブタイミング制御装置を制御し、前記吸気弁が開弁を開始してから閉弁を完了するまでの間に、前記カムシャフトの作動角を遅角と進角の順に制御する第１作動角制御を実施するバルブタイミング制御部を有する
   内燃機関の制御装置。
6. 前記バルブタイミング制御部は、前記第１作動角制御の後に、前記カムシャフトの作動角を遅角と進角の順に制御する第２作動角制御を実施する
   請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記第１作動角制御と前記第２作動角制御の実施期間は等しい
   請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記吸気弁が開弁するクランク角度を開弁開始角度、前記吸気弁が閉弁するクランク角度を閉弁完了角度、前記開弁開始角度と前記閉弁完了角度との中間を中間角度、前記開弁開始角度と前記中間角度との中間を第１中間角度と定義した場合に、
   前記第１作動角制御は、前記開弁開始角度から前記中間角度となる期間に実施し、
   前記第２作動角制御は、前記中間角度から前記閉弁完了角度となる期間に実施する
   請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記吸気弁の開弁は、内燃機関の始動時における前記クランクシャフトの回転開始から最初の開弁である
   請求項１乃至８の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
10. クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転の相対回転位相を変更して、前記カムシャフトにより開閉される吸気弁のリフト量を可変するバルブタイミング制御装置と、
    前記クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサと、を備える内燃機関の制御方法において、
    前記吸気弁が開弁を開始するクランク角度を開弁開始角度、前記吸気弁が閉弁を完了するクランク角度を閉弁完了角度、前記開弁開始角度と前記閉弁完了角度との中間を中間角度、前記開弁開始角度と前記中間角度との中間を第１中間角度と定義した場合に、
    前記吸気弁が開弁を開始した後、前記第１中間角度を超えるまで前記吸気弁のリフト量を抑制し、その後、前記中間角度に至るタイミングで前記吸気弁を最大リフト位置に変化させる
    内燃機関の制御方法。
11. クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転の相対回転位相を変更して、前記カムシャフトにより開閉される吸気弁のリフト量を可変するバルブタイミング制御装置と、
    前記クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサと、を備える内燃機関の制御方法において、
    前記吸気弁が開弁を開始してから閉弁を完了するまでの間に、前記カムシャフトの作動角を遅角と進角の順に制御する第１作動角制御を実施する
    内燃機関の制御方法。

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