WO2016159089A1 - 内燃機関の制御ユニット - Google Patents

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WO2016159089A1
WO2016159089A1 PCT/JP2016/060405 JP2016060405W WO2016159089A1 WO 2016159089 A1 WO2016159089 A1 WO 2016159089A1 JP 2016060405 W JP2016060405 W JP 2016060405W WO 2016159089 A1 WO2016159089 A1 WO 2016159089A1
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phase
timing
control unit
internal combustion
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藪聡
金子雅昭
Original Assignee
アイシン精機株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine control unit including a valve opening / closing timing control device for setting an opening / closing timing of an exhaust valve of the internal combustion engine.
  • a valve opening / closing timing control device (variable valve timing device in the literature) that simultaneously sets the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve is provided.
  • the intake valve and the exhaust valve overlap.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which control is set to delay the closing timing of both the intake valve and the exhaust valve while maintaining the pressure constant.
  • Patent Document 2 discloses a technique for changing the central timing of the overlap between the valve and the exhaust valve depending on the load.
  • Patent Document 3 discloses a technique for obtaining an internal EGR suitable for the operating state of an internal combustion engine by setting an overlap in which the intake valve and the exhaust valve are simultaneously opened and adjusting the overlap amount. ing. This patent document 3 is characterized in that the overlap amount is set based on a guide value corresponding to the operating state of the internal combustion engine.
  • the air-fuel mixture may spontaneously ignite and cause knocking due to the temperature rise of the air-fuel mixture in the combustion chamber due to internal EGR due to overlap. Further, the temperature of the air-fuel mixture increases as the overlap amount increases.
  • the valve opening / closing timing control device for setting the opening / closing timing of the exhaust valve in the advance direction to reduce the overlap to reduce the influence of the heat of the internal EGR.
  • the exhaust valve opening timing (EVO) is displaced in the advance direction, so that the exhaust valve starts to open before the piston reaches bottom dead center in the combustion (expansion) stroke, and the expansion pressure is sufficient for the piston. It does not act and exhaust loss increases.
  • a feature of the present invention is that a driving side rotating body that rotates synchronously with a crankshaft of an internal combustion engine around a rotation axis, A driven-side rotator that is disposed so as to be rotatable relative to the drive-side rotator on a coaxial core with the rotating shaft, and that rotates integrally with an exhaust camshaft that controls opening and closing of an exhaust valve of the internal combustion engine;
  • a valve opening / closing timing control device comprising a phase adjusting mechanism for setting a relative rotation phase of the driving side rotating body and the driven side rotating body;
  • the exhaust camshaft is configured to open and close the exhaust valves of a plurality of cylinders with a predetermined rotation angle; After the opening timing of the exhaust valve, an advance operation is performed in which the relative rotational phase is displaced in an advance direction from the opening timing, and thereafter, the exhaust valves of other cylinders to be exhausted next are opened at the initial opening timing.
  • the relative rotational phase is displaced in the direction of the retarding operation that
  • the phase adjusting mechanism can advance the valve opening / closing timing control device after the exhaust valve opening timing.
  • the relative rotation phase of the valve timing control device is displaced in the advance direction from the relative rotation phase at the opening timing, and the overlap with the intake valve is shortened.
  • the influence of the previous advance operation is eliminated by operating the valve opening / closing timing control device at a retarded angle.
  • the same control is repeated in the cylinder that next opens the exhaust valve, and the overlap can be shortened. Therefore, a control unit for an internal combustion engine has been constructed that can suppress knocking by reducing the overlap while maintaining the opening timing of the exhaust valve at the time of low rotation and high load.
  • the phase adjusting mechanism sets a relative rotational phase of the driving side rotating body and the driven side rotating body by an electric actuator
  • You may have a control part which controls the said electric actuator.
  • the valve opening / closing timing control device for displacing the relative rotational phase by the driving force of the electric actuator can be displaced at high speed as compared with the one that displaces the relative rotational phase by using fluid pressure. .
  • the controller can control the electric actuator to advance the valve opening / closing timing control device after the exhaust bubble is opened, and to perform the subsequent retard operation at high speed.
  • the internal combustion engine is set so that the exhaust valves of the plurality of cylinders controlled by the exhaust camshaft are not simultaneously opened, and the retarding operation is started from the closing timing of the exhaust valve.
  • the control mode of the control unit may be set.
  • control unit may set the time required for the advance operation longer than the time required for the retard operation.
  • cam fluctuation torque acts on the intake camshaft in the retarded direction. Accordingly, by setting the time for driving the electric actuator to perform the advance operation longer than the time to drive the electric actuator for performing the retard operation, the amount of displacement of the relative rotational phase due to the advance operation and the retardation Control to equalize the displacement amount of the relative rotational phase by the operation can be performed without difficulty.
  • the present invention includes a rotation speed sensor that detects the number of rotations of the crankshaft per unit time, a phase sensor that detects the relative rotation phase, and a load sensor that detects a load acting on an output transmission system from the crankshaft.
  • a rotation speed sensor that detects the number of rotations of the crankshaft per unit time
  • a phase sensor that detects the relative rotation phase
  • a load sensor that detects a load acting on an output transmission system from the crankshaft.
  • the overlap is shortened by controlling the electric actuator only when the load detected by the load sensor exceeds a predetermined value, for example. Control can be performed.
  • control unit may delay the opening timing of the exhaust valve from a predetermined timing by a retarded operation of the valve opening / closing timing control device.
  • the compression ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber is further increased, and the engine output can be improved.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. It is a longitudinal cross-sectional view of an exhaust side valve opening / closing timing control device.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4.
  • It is a block circuit diagram of a control system. It is a flowchart of engine control. It is a flowchart of overlap control. It is a chart which shows the valve lift curve of the exhaust valve of 2 cylinders, and an intake valve, and the field of opening and closing operation. It is a figure explaining the intake timing of an exhaust valve and an intake valve. It is a chart which shows the timing of the advance operation and the retard operation of the exhaust valve opening / closing timing control device in the overlap control.
  • an intake side valve opening / closing timing control device A for setting an intake timing of an engine E as an internal combustion engine
  • an exhaust side valve opening / closing timing control device B for setting an exhaust timing
  • An internal combustion engine control unit is configured including an engine control unit C for control.
  • the engine control unit C individually controls the intake-side valve opening / closing timing control device A and the exhaust-side valve opening / closing timing control device B, so that the intake timing (intake timing) and the exhaust timing ( Exhaust timing) is set optimally. At the same time, the overlap is shortened while maintaining the opening timing EVO of the exhaust valve 11 under the control of the exhaust side valve opening / closing timing control device B at the time of low rotation and high load. Details of this control mode will be described later.
  • the engine E is configured as a two-cylinder four-cycle type, and has a structure in which the cylinder head 1, the cylinder block 2, the crankcase 3, and the oil pan 4 are overlapped and connected to each other. .
  • the piston 5 is housed in a plurality of cylinder bores formed in the cylinder block 2, and the crankshaft 6 and the piston 5 that are rotatably supported by the crankcase 3 are connected by a connecting rod 7.
  • 2 and 4 show a two-cylinder engine E, the engine E may have a plurality of other cylinders such as three cylinders and four cylinders.
  • the cylinder head 1 is provided with an intake valve 10 that can be opened and closed at a position connecting the combustion chamber and the intake path, and an exhaust valve 11 that can be opened and closed at a position connecting the combustion chamber and the exhaust path.
  • an intake camshaft 12 and an exhaust camshaft 13 are provided so as to open and close the intake valve 10 and the exhaust valve 11 independently.
  • a fuel injection nozzle 14 is provided on the intake path side of the cylinder head 1, and a spark plug 15 is provided in the combustion chamber.
  • the intake manifold 16 connected to a plurality of intake paths and the exhaust manifold 17 connected to a plurality of exhaust paths are connected to the side surface of the cylinder head 1.
  • a throttle valve 18 and a tumble control valve 19 are provided inside the intake manifold 16.
  • the timing chain extends over the drive sprocket 6S provided in the crankshaft 6, the intake side sprocket 31S of the intake side valve opening / closing timing control device A, and the exhaust side sprocket 21S of the exhaust side valve opening / closing timing control device B. 8 is winding.
  • the driving force synchronized with the rotation of the crankshaft 6 is transmitted to the intake camshaft 12 and the exhaust camshaft 13, and the intake timing (intake timing) by the intake side valve opening / closing timing control device A and the exhaust side valve opening / closing timing control device.
  • the setting of the exhaust timing (exhaust timing) by B is realized.
  • the intake side valve opening / closing timing control device A sets the relative rotation phase between the intake side case 31, the intake side rotor 32, and the intake side case 31 and the intake side rotor 32 by hydraulic pressure. And a hydraulic operation mechanism U.
  • the intake side case 31 is disposed on the same axis as the first axis X1 that is coaxial with the rotation axis of the intake camshaft 12, and an intake side sprocket 31S is formed on the outer periphery.
  • the intake side case 31 has a configuration in which a rotor body 31C is sandwiched between a front plate 31A and a rear plate 31B and fastened by a fastening bolt 31D.
  • the intake side rotor 32 is disposed on the same axis as the first axis X1 so as to be rotatable relative to the intake side case 31, and is connected to the intake camshaft 12 by a connecting bolt 34 so as to rotate integrally with the intake camshaft 12. It is connected.
  • the intake side rotor 32 By including the intake side rotor 32 in the intake side case 31, a plurality of pressure chambers are formed between them.
  • the intake side rotor 32 is formed with a plurality of outwardly projecting partition portions 32A, and the advance chamber 33A and the retard chamber 33B are formed by partitioning the pressure chambers with the partition portions 32A.
  • this intake side valve opening / closing timing control device A In this intake side valve opening / closing timing control device A, the whole rotates in the driving rotation direction S by the driving force from the timing chain 8.
  • the direction in which the relative rotation phase of the intake side rotor 32 with respect to the intake side case 31 is displaced in the same direction as the drive rotation direction S by the hydraulic operation mechanism U is referred to as an advance direction Sa, and the displacement in the opposite direction is retarded. It is referred to as direction Sb.
  • the intake-side rotor 32 is formed with an advance channel that communicates with the advance chamber 33A and a retard channel that communicates with the retard chamber 33B.
  • the engine E includes a hydraulic pump P that is driven by the driving force of the crankshaft 6, and an electromagnetic type that supplies and discharges hydraulic oil from the hydraulic pump P by selecting an advance channel and a retard channel.
  • a phase control valve 45 is provided.
  • the hydraulic pump P is configured to supply the lubricating oil from the oil pan 4 as hydraulic oil to the phase control valve 45.
  • the phase control valve 45 By setting the position of the phase control valve 45, hydraulic oil is supplied to the advance chamber 33A and relatively rotated. In contrast to this, the phase is displaced in the advance direction Sa, and conversely, the working oil is supplied to the retard chamber 33B, and the relative rotational phase can be displaced in the retard direction Sb.
  • the hydraulic operation mechanism U is configured in a hydraulic system that displaces the relative rotational phase by the hydraulic pressure.
  • the intake-side valve opening / closing timing control device A has a configuration that is basically in common with the techniques disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-103030 and 10-227236. Further, the intake side valve opening / closing timing control device A may include a lock mechanism for holding the displacement of the intake side case 31 and the intake side rotor 32 at a predetermined relative rotational phase.
  • the exhaust side valve opening / closing timing control device B includes an exhaust side case 21 (an example of a driving side rotating body), an exhaust side rotor 22 (an example of a driven side rotating body), and an electric actuator. And a phase adjusting mechanism T for setting the relative rotational phase of the exhaust side case 21 (an example of a driving side rotating body) and the exhaust side rotor 22 (an example of a driven side rotating body) by the driving force of the phase control motor M. .
  • the phase adjustment mechanism T is not limited to the phase control motor M as an electric actuator, and may be configured using an actuator that operates by fluid pressure such as hydraulic pressure.
  • the exhaust-side case 21 (an example of a drive-side rotator) is disposed on the same axis as the second axis X2 (an example of a rotation axis) that is coaxial with the rotation axis of the exhaust camshaft 13, and exhausts to the outer periphery.
  • a side sprocket 21S is formed.
  • the exhaust case 21 has a structure in which a front case 21A and a rear case 21B are fastened with bolts 21C.
  • the exhaust-side rotor 22 (an example of a driven-side rotator) is disposed so as to be rotatable relative to the exhaust-side case 21 on the same axis as the second axis X2, and is connected to the exhaust camshaft 13 by a connecting bolt 22A.
  • the intake camshaft 12 is connected.
  • this exhaust side valve opening / closing timing control device B In this exhaust side valve opening / closing timing control device B, the whole is rotated in the driving rotation direction S by the driving force from the timing chain 8.
  • the direction in which the relative rotation phase of the exhaust-side rotor 22 with respect to the exhaust-side case 21 is displaced in the same direction as the drive rotation direction S by the driving force of the phase control motor M is referred to as the advance angle direction Sa.
  • the phase adjustment mechanism T rotates integrally with the exhaust side case 21, and includes a ring gear 25 having a plurality of internal teeth 25T, an inner gear 26 having a plurality of external teeth 26T for engaging with the ring gear 25, and an eccentric cam body 27. It has. Further, the exhaust-side rotor 22 is provided with a plurality of shaft-like linking members 23 protruding therefrom.
  • the ring gear 25 is configured as an internal gear having a predetermined number of internal teeth 25T.
  • the inner gear 26 is configured as an external gear having an external tooth portion 26T having a smaller number of teeth than the number of teeth of the ring gear 25, and a hole is formed at the center.
  • the inner gear 26 is formed with a plurality of linkage holes 26 ⁇ / b> A having a diameter larger than that of the linkage member 23.
  • the linkage member 23 functions as a shaft joint by being inserted into the linkage hole 26A, but an Oldham joint or the like may be used instead of this configuration.
  • the eccentric cam body 27 includes a columnar cam body disposed coaxially with the second shaft core X2, and a cam portion 27A formed in a columnar shape with an eccentric shaft core Y eccentric with respect to the cam body. Are integrally formed.
  • the cam body is rotatably supported around the second axis X2 with respect to the exhaust-side case 21, and the cam portion 27A is relative to the hole portion of the inner gear 26. It is fitted so that it can rotate freely.
  • the phase control motor M is supported by the engine E and engages an engagement pin 28 provided in an orthogonal posture with respect to the output shaft Ma in an engagement groove 27B of the eccentric cam body 27.
  • a brushless DC motor is used, but a synchronous motor such as a stepping motor may be used.
  • the inner gear 26 When the inner gear 26 revolves only once, the inner gear 26 has an angle corresponding to the difference between the number of teeth of the inner tooth portion 25T of the ring gear 25 and the number of teeth of the outer tooth portion 26T of the inner gear 26 (a difference in the number of teeth). Is rotated (spinned) with respect to the ring gear 25 to achieve a large deceleration.
  • the rotation of the inner gear 26 is not centered on the second axis X2, but is transmitted to the exhaust-side rotor 22 via the linkage member 23 fitted in the linkage hole 26A.
  • the gear configuration of the phase adjustment mechanism T is not limited to the configuration shown in FIGS.
  • the relative rotational phase is maintained by driving and rotating the output shaft Ma of the phase control motor M in the same direction as the rotational speed of the exhaust camshaft 13. Further, the control mode is set so that the relative rotational phase is displaced in the advance angle direction Sa or the retard angle direction Sb by increasing or decreasing the rotation speed of the phase control motor M.
  • the displacement direction of the relative rotational phase with respect to the increase or decrease of the rotational speed of the phase control motor M is determined by the gear configuration of the phase adjustment mechanism T.
  • This exhaust side valve opening / closing timing control device B has a configuration that is basically the same as the technology disclosed in JP 2007-71058 A, JP 2009-257186 A, and the like. Further, the exhaust side valve opening / closing timing control device B can be configured as described in the embodiment or the gazette as long as the relative rotational phase between the exhaust side case 21 and the exhaust side rotor 22 is displaced by the driving force of the electric actuator. The configuration is not limited to the above.
  • the engine control unit C functions as an ECU that manages the operating state of the engine E, and as shown in FIGS. 1 and 6, a crankshaft sensor 41 (an example of a rotational speed sensor) and an intake timing sensor 42 ( Signals from an example of a phase sensor), an exhaust timing sensor 43 (an example of a phase sensor), and a load sensor 44 are input. Further, the engine control unit C includes a phase control motor M that realizes displacement of the relative rotational phase of the exhaust side valve opening / closing timing control device B, a phase control valve 45 that realizes displacement of the intake side valve opening / closing timing control device A, Control signals are output to a fuel control circuit 46 that controls the fuel injection nozzle 14 and an ignition circuit 47 that controls the spark plug 15.
  • the crankshaft sensor 41 is of a pickup type or the like so as to output a detection signal when the crankshaft 6 reaches a predetermined rotation phase, and the rotation speed (unit) of the crankshaft 6 is counted by counting the detection signal. Enables detection of the number of revolutions per hour.
  • a pickup type or the like is used so as to output a detection signal when the intake-side rotor 32 reaches a predetermined rotational phase.
  • As the exhaust timing sensor 43 a pickup type or the like is used so as to output a detection signal when the exhaust-side rotor 22 reaches a predetermined rotational phase.
  • the load sensor 44 detects torque that acts on the crankshaft 6.
  • the load sensor 44 is not limited to a configuration that detects a load acting on the drive system, and the load increases as the opening of the throttle valve 18 increases based on a signal from a sensor that detects the opening of the throttle valve 18. It may be determined.
  • the engine control unit C includes a rotational speed determination unit 51, an intake side phase determination unit 52, an exhaust side phase determination unit 53, a load determination unit 54, a fuel control unit 55, an ignition control unit 56, and an intake timing setting.
  • the rotation speed determination unit 51 determines the rotation speed (the number of rotations per unit time) of the crankshaft 6 by counting the signals from the crankshaft sensor 41.
  • the intake side phase determination unit 52 determines the relative rotational phase of the intake side valve opening / closing timing control device A from the relationship between the signal detection timing of the crankshaft sensor 41 and the signal detection timing of the intake timing sensor 42.
  • the exhaust side phase determination unit 53 determines the relative rotational phase of the exhaust side valve opening / closing timing control device B from the relationship between the signal detection timing of the crankshaft sensor 41 and the signal detection timing of the exhaust timing sensor 43.
  • the load determination unit 54 determines the load acting on the engine E based on the detection signal of the load sensor 44.
  • the fuel control unit 55 sets the fuel supply timing based on detection signals from the crankshaft sensor 41 and the intake timing sensor 42 and injects fuel from the fuel injection nozzle 14 via the fuel control circuit 46.
  • the ignition control unit 56 sets the ignition timings of the plurality of spark plugs 15 based on detection signals from the crankshaft sensor 41 and the intake timing sensor 42, and drives the spark plugs 15 via the ignition circuit 47 to ignite the ignition. Realize.
  • the intake timing setting unit 57 sets a target relative rotation phase based on the operating state of the engine E, and sets the relative rotation phase of the intake side valve opening / closing timing control device A by the control of the phase control valve 45.
  • the hydraulic oil from the hydraulic pump P is supplied to the advance chamber 33A, and the relative rotation phase is displaced in the advance direction by discharging the hydraulic oil from the retard chamber 33B.
  • the phase control valve 45 stops the supply and discharge of the hydraulic oil.
  • the exhaust timing setting unit 58 sets a target relative rotational phase based on the operating state of the engine E, and sets the relative rotational phase of the exhaust side valve opening / closing timing control device B under the control of the phase control motor M.
  • the phase control motor M is rotated at a constant speed with the exhaust camshaft 13 to maintain the relative rotation phase, and by increasing or decelerating from this speed, the relative rotation phase is set in the advance direction or Displacement in the retard direction is realized.
  • the overlap controller 59 does not shift the opening timing of the exhaust valve 11 in the advance direction when the rotational speed of the engine E is less than a predetermined value and the load detected by the load sensor 44 exceeds a predetermined value. Realize control to reduce overlap.
  • step # 04 An example of control in step # 04 is shown in the chart of FIG.
  • the engine E is configured with two cylinders, and the exhaust valves 11 of the respective cylinders open and close in the order set in the two cylinders while the exhaust camshaft 13 rotates (rotates twice) 720 °. That is, intake, compression, combustion (expansion), and exhaust are performed in the first cylinder # 1 and the second cylinder # 2.
  • the end of the exhaust valve lift curve EX overlaps with the top dead center TDC of the piston 5, and the start end of the intake valve lift curve IN also overlaps with the top dead center TDC of the piston 5.
  • the exhaust valve lift curve EX and the intake valve lift curve IN overlap in a region Fp (initial overlap Fp).
  • the intake valve lift curve IN shifts to the left side in the drawing to advance the intake timing (intake timing).
  • the intake valve lift curve IN shifts to the right side in FIG. (Intake timing) is delayed.
  • the overlap control (# 100 step) is realized by the control of the overlap control unit 59, and maintains the exhaust valve 11 opening timing EVO in all (two) cylinders, while the exhaust valve 11 and the intake valve 10 Reduce the overlap.
  • FIG. 10 shows an exhaust valve when the exhaust side valve opening / closing timing control device B and the intake side valve opening / closing timing control device A are opened / closed according to the cam profile in a state where the respective relative rotational phases are held at predetermined phases.
  • the lift curve EX and the intake valve lift curve IN are shown, and the overlapping region is an initial overlap Fp.
  • the exhaust valve lift curve EX that opens and closes according to the cam profile when the relative rotation phase of the exhaust side valve opening / closing timing control device B is maintained at a predetermined phase is indicated by a virtual line (two-dot chain line). Further, in the figure, when the low rotation and high load are reached, the exhaust valve lift curve EX is advanced as indicated by the solid line by displacing the relative rotation phase of the exhaust side valve opening / closing timing control device B in the advance direction. The case where it is displaced to the corner side is shown.
  • the opening timing EVO is maintained by displacing the first half side of the exhaust valve lift curve EX in the retard direction. ing.
  • step # 100 the sensor signal from the crankshaft sensor 41 is acquired, and when the flag is “0”, the exhaust valve 11 opening timing EVO has been reached. Later, the exhaust valve opening / closing timing control device B is advanced by controlling the speed of the phase control motor M. Subsequently, after the exhaust valve 11 reaches the closing timing, the retarding operation is started, and the flag is set to “1” (steps # 101 to # 105).
  • Steps # 101 to # 105 are initial control, and the relative rotational phase of the exhaust side valve opening / closing timing control device B is reflected as it is as the opening timing EVO and the closing timing EVC according to the cam profile of the exhaust camshaft 13.
  • a reference phase in a state is assumed. Therefore, after the exhaust valve 11 reaches the opening timing EVO of the exhaust valve lift curve EX indicated by the phantom line (two-dot chain line) in FIG. 10, the relative rotation phase of the exhaust valve opening / closing timing control device B is set to the advance direction. As a result of the displacement, the region after the opening timing EVO of the exhaust valve lift curve EX is shifted to the advance side. As a result, the overlap can be shortened or eliminated while maintaining the opening timing EVO of the exhaust valve lift curve EX.
  • the exhaust timing of the exhaust valve 11 is reached in the cylinder that performs the next exhaust and the cylinder in which the initial control is performed. At this point, the exhaust valve 11 can be opened at the original timing.
  • the flag is set to “1” after this initial control, after the exhaust valve 11 reaches the opening timing EVO, the relative rotation phase of the exhaust side valve opening / closing timing control device B is advanced from the reference phase. Then, after the exhaust valve 11 reaches the closing timing EVC, the control for returning the retarded operation to the reference phase is repeatedly performed (steps # 106 to # 109).
  • the initial control of steps # 102 to # 105 is performed only once.
  • the operation of displacing the relative rotational phase in the advance direction Sa and the retard angle are performed.
  • the operation of displacing in the direction Sb is performed alternately.
  • cam fluctuation torque from the exhaust camshaft 13 acts on the exhaust valve 11 in the retarding direction, so that the displacement speed in the retarding direction compared with the displacement speed in the advancement direction.
  • the operation amount in the advance direction of the phase control motor M and the operation amount in the retard direction are set to be equal, but the advance angle of the phase control motor M is caused by the action of the cam fluctuation torque.
  • the driving time in the direction is set longer than the driving time in the retard direction. Note that the duty control may be performed so that the power for operating the phase control motor M to advance is larger than the power for operating the retard.
  • the exhaust-side valve opening / closing timing control device B using the electric phase control motor M can perform displacement in the retard direction and the advance direction at short intervals when the engine E is rotating at a low speed. .
  • the exhaust valve 11 is opened.
  • the relative rotation phase of the exhaust side valve opening / closing timing control device B is displaced in the advance direction, and subsequently, is displaced in the retard direction.
  • the same configuration as that of the exhaust side valve opening / closing timing control device B can be used to shift the relative rotational phase by the phase control motor M.
  • the relative rotation phase of the intake side valve opening / closing timing control device A can be displaced at a high speed, and a flow path for supplying and discharging hydraulic oil and a control valve are not required. .
  • the opening timing EVO of the exhaust valve 11 is delayed from the timing shown in FIG. 11 by the control of displacing the relative rotation phase of the intake side valve opening / closing timing control device A in the retarding direction Sb.
  • the control form is set as follows. By setting in this way, the compression rate of the combustion chamber can be further increased and the output of the engine E can be improved.
  • Either the intake side valve opening / closing timing control device A and the exhaust side valve opening / closing timing control device B may be provided with a mechanism for adjusting the lift amount of the valve.
  • a knocked improvement system such as a cooled EGR, a tumble control valve 19 or a 4-2-1 exhaust system may be used in combination. By using in combination, knocking can be more effectively suppressed.
  • the present invention can be used in an internal combustion engine having an exhaust camshaft provided with a valve opening / closing timing control device.

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Abstract

低回転高負荷時において排気バルブの開放タイミングを維持したままオーバーラップを小さくしてノッキングを抑制する内燃機関の制御ユニットを構成する。クランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、排気カムシャフトと一体回転する従動側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を構成する。排気バルブの開放タイミングの後に、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うように構成した。

Description

内燃機関の制御ユニット
　本発明は、内燃機関の排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制御が設定された技術が特許文献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、吸気バルブと排気バルブとが同時に開放状態となるオーバーラップを設定し、このオーバーラップ量を調節することにより、内燃機関の運転状態に適した内部ＥＧＲを得る技術が特許文献３に示されている。この特許文献３では、内燃機関の運転状態に対応したガイド値に基づきオーバーラップ量を設定する点を特徴としている。
特開平５‐２４８２７７号公報 特開平１０‐１７６５５８号公報 特開２００４‐２３９１５１号公報
　低回転高負荷にある内燃機関では、オーバーラップによる内部ＥＧＲにより燃焼室の混合気の温度上昇から、混合気が自然着火しノッキングを招くことがある。また、混合気の温度はオーバーラップ量が大きいほど上昇するものである。
　この現象を改善するため、例えば、排気バルブに開閉時期を設定する弁開閉時期制御装置を進角方向に変位させ、オーバーラップを小さくして内部ＥＧＲの熱の影響を軽減することも考えられる。しかしながら、その場合には排気バルブの開放タイミング（ＥＶＯ）が進角方向に変位するため、燃焼（膨張）行程でピストンが下死点に達する以前に排気バルブが開き始め、膨張圧力がピストンに十分作用せず、排気損失が増大することになる。
　このため、排気バルブの動作制御を行い、低回転高負荷時における性能を向上させる内燃機関の制御ユニットが求められている。
　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、前記内燃機関の排気バルブを開閉制御する排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、
　前記排気カムシャフトが、複数の気筒の前記排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、
　前記排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、次に排気を行う他の気筒の排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、排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ることが可能となる。これにより弁開閉時期制御装置の相対回転位相を、開放タイミングにおける相対回転位相より進角方向に変位させ、吸気バルブとのオーバーラップが短縮される。ただし、次に排気バルブの開放作動を行う気筒の排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ることにより、先の進角作動の影響を解消しておく。これにより、次に排気バルブを開放する気筒においても同様の制御を繰り返してオーバーラップの短縮が可能となる。
　従って、低回転高負荷時において排気バルブの開放タイミングを維持したままオーバーラップを小さくしてノッキングの抑制が可能な内燃機関の制御ユニットが構成された。
　本発明において、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排気バブルの開放の後の、弁開閉時期制御装置を進角作動と、この後の遅角作動とを高速で行える。
　本発明は、前記内燃機関が、前記排気カムシャフトによって制御される複数の気筒の各々の排気バルブが同時に開き状態にならないように設定され、前記遅角作動が、前記排気バルブの閉塞タイミングから開始されるように前記制御部の制御形態が設定されても良い。
　これによると、排気バルブの閉塞タイミングから復帰作動を開始することにより、次の気筒における開放タイミングまでの全ての時間において電動アクチュエータを駆動することが可能となり、排気バルブの閉塞タイミングを最も早めた状態に設定することも可能となる。
　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、遅角作動を行う際の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、負荷センサで検知される負荷が、例えば、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オーバーラップの短縮を図る制御を行うことが可能となる。
　本発明は、前記制御部が、前記弁開閉時期制御装置の遅角作動により前記排気バルブの開放タイミングを、所定タイミングより遅らせても良い。
　このように排気バルブの開放タイミングを、所定タイミングより遅らせることにより、燃焼室における混合気の圧縮率を一層高め、エンジンの出力の向上を可能にする。
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。 オーバーラップ制御のフローチャートである。 ２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。 オーバーラップ制御における排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、実施形態の一つ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排気側弁開閉時期制御装置Ｂの制御により排気バルブ１１の開放タイミングＥＶＯを維持したままオーバーラップの短縮を図る。この制御形態の詳細は後述する。
〔エンジン〕
　エンジンＥは、２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２気筒のエンジンＥを示しているが、エンジンＥは３気筒、４気筒等の他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３１Ｓと、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの排気側スプロケット２１Ｓ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３１と、吸気側ロータ３２と、油圧により吸気側ケース３１と吸気側ロータ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。
　吸気側ケース３１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と同軸芯上に配置され、外周に吸気側スプロケット３１Ｓが形成されている。この吸気側ケース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。吸気側ロータ３２は、第１軸芯Ｘ１と同軸芯上で吸気側ケース３１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、吸気カムシャフト１２に対して連結ボルト３４により連結している。
　吸気側ケース３１に対して吸気側ロータ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。吸気側ロータ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、油圧作動機構Ｕにより吸気側ケース３１に対する吸気側ロータ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。
　吸気側ロータ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。
　この吸気側弁開閉時期制御装置Ａ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。また、吸気側弁開閉時期制御装置Ａは、所定の相対回転位相で吸気側ケース３１と吸気側ロータ３２との変位を保持するためのロック機構を備えたものであっても良い。
〔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２１（駆動側回転体の一例）と、排気側ロータ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の駆動力により排気側ケース２１（駆動側回転体の一例）及び排気側ロータ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、電動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。
　排気側ケース２１（駆動側回転体の一例）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（回転軸芯の一例）と同軸芯上に配置され、外周に排気側スプロケット２１Ｓが形成されている。この排気側ケース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。排気側ロータ２２（従動側回転体の一例）は、第２軸芯Ｘ２と同軸芯上で排気側ケース２１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、位相制御モータＭの駆動力により排気側ケース２１に対する排気側ロータ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、排気側ケース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、排気側ロータ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２軸芯Ｘ２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。この排気側弁開閉時期制御装置Ｂは、カム本体が排気側ケース２１に対して第２軸芯Ｘ２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２軸芯Ｘ２を中心に回転することにより、インナギヤ２６が第２軸芯Ｘ２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２軸芯Ｘ２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を介して排気側ロータ２２に伝えられる。その結果、排気側ケース２１に対する排気側ロータ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４，５に示す構成に限るものではない。
　この排気側弁開閉時期制御装置Ｂでは、排気カムシャフト１３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。
　この排気側弁開閉時期制御装置Ｂは、特開２００７－７１０５８号公報、特開２００９－２５７１８６号公報等において構成が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。また、排気側弁開閉時期制御装置Ｂは、電動アクチュエータの駆動力により排気側ケース２１と排気側ロータ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。
〔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（回転速度センサの一例）と、吸気タイミングセンサ４２（位相センサの一例）と、排気タイミングセンサ４３（位相センサの一例）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、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相の変位を実現する位相制御モータＭと、吸気側弁開閉時期制御装置Ａ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）の検知を可能にする。吸気タイミングセンサ４２は、吸気側ロータ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。排気タイミングセンサ４３は、排気側ロータ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。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、オーバーラップ制御部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から燃料を噴射する。
　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、位相制御弁４５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。
　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、位相制御モータＭ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、前述したように位相制御モータＭを排気カムシャフト１３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。
　オーバーラップ制御部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、排気バルブ１１の開放タイミングを進角方向にシフトさせることなくオーバーラップの短縮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た場合に（＃０１～＃０３ステップ）は、オーバーラップ制御ルーチン（＃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し、フラグに「０」をセットする（＃０４、０５ステップ）。
　＃０４ステップでの制御の一例を図９のチャートに示している。エンジンＥは２気筒に構成され、排気カムシャフト１３が７２０°回転する（２回転する）間に、２つの気筒において設定された順序で各々の気筒の排気バルブ１１が開閉する。つまり、第１気筒＃１と第２気筒＃２とにおいて、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（実線）と吸気バルブリフトカーブＩＮ（破線）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。
　排気バルブリフトカーブＥＸの終端部はピストン５の上死点ＴＤＣに重複しており、吸気バルブリフトカーブＩＮの始端部もピストン５の上死点ＴＤＣに重複する。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とは領域Ｆｐ（初期オーバーラップＦｐ）でオーバーラップする。
　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、仮想線（二点鎖線）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。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。
　オーバーラップ制御（＃１００ステップ）は、オーバーラップ制御部５９の制御により実現し、全ての（２つの）気筒での排気バルブ１１の開放タイミングＥＶＯを維持しつつ、排気バルブ１１と吸気バルブ１０とのオーバーラップを短縮する。
　つまり、図１０には排気側弁開閉時期制御装置Ｂと吸気側弁開閉時期制御装置Ａとが各々の相対回転位相が所定の位相に保持された状態において、カムプロフィールに従って開閉する場合の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とを示すと共に、これらの重複領域を初期オーバーラップＦｐとしている。
　図１０では、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相が所定の位相に保持された場合において、カムプロフィールに従って開閉する排気バルブリフトカーブＥＸを仮想線（二点鎖線）で示している。また、同図には低回転高負荷に達した場合に、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相を進角方向に変位させることにより、排気バルブリフトカーブＥＸを実線に示すように進角側に変位させた場合を示している。
　これは、排気バルブリフトカーブＥＸを進角方向に（同図で左側に）シフトさせることで吸気バルブリフトカーブＩＮに対して極めて小さい領域Ｆｓ（短縮オーバーラップＦｓ）でオーバーラップさせ、内部ＥＧＲの熱の影響を排除してノッキングの抑制を実現するものである。尚、オーバーラップ制御（＃１００ステップ）では、同図に実線で示す排気バルブリフトカーブＥＸは現れない。
　尚、排気バルブリフトカーブＥＸを図１０に実線に示す位置より更に進角方向にシフトさせ、オーバーラップを無くす（ＥＶＣをＩＶＯより進角方向に変位させる）ことも考えられ、このようにオーバーラップを無くした場合には、内部ＥＧＲの熱の影響を一層良好に排除してノッキングの抑制が可能となる。
　しかしながら、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相を進角方向に変位させた場合には、図１０に実線で示すように排気バルブリフトカーブＥＸの全体が進角方向にシフトするため、開放タイミングＥＶＯも進角方向に変位する。これにより、この排気行程の直前の燃焼（膨張）行程においてピストン５が下死点ＢＤＣに達する以前に排気バルブ１１が開放し、燃焼行程の膨張圧力からピストン５に十分に作用せず、排気損失が増大することになる。
　この不都合を解消するため、オーバーラップ制御ルーチン（＃１００ステップ）では、図１１において実線で示すように、排気バルブリフトカーブＥＸの前半側を遅角方向に変位させることで開放タイミングＥＶＯを維持している。
　つまり、図８に示すオーバーラップ制御ルーチン（＃１００ステップ）では、クランクシャフトセンサ４１からのセンサ信号を取得し、フラグが「０」である場合には、排気バルブ１１の開放タイミングＥＶＯに達した後に、位相制御モータＭの速度の制御により排気側弁開閉時期制御装置Ｂの進角作動を行う。これに続いて、排気バルブ１１が閉塞タイミングに達した後に遅角作動を開始し、フラグに「１」をセットする（＃１０１～＃１０５ステップ）。
　この＃１０１～＃１０５ステップは、初期の制御であり、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相が、排気カムシャフト１３のカムプロフィールに従って、開放タイミングＥＶＯと閉塞タイミングＥＶＣとして、そのまま反映する状態にある基準位相のものを想定している。そのため、排気バルブ１１が図１０で仮想線（二点鎖線）で示される排気バルブリフトカーブＥＸの開放タイミングＥＶＯに達した後は、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相を進角方向に変位させることにより、排気バルブリフトカーブＥＸのうち、開放タイミングＥＶＯより後の領域が進角側にシフトすることになる。これにより、排気バルブリフトカーブＥＸの開放タイミングＥＶＯを維持した状態でのオーバーラップの短縮又は解消を実現する。
　また、排気バルブ１１が閉塞タイミングＥＶＣに達した後に遅角作動を開始することにより、次に排気を行う気筒、及び、初期制御が行われた気筒において、排気バルブ１１の開放タイミングＥＶＯに達した時点で、本来のタイミングで排気バルブ１１を開放することを可能にしている。
　この初期の制御の後には、フラグが「１」にセットされるため、排気バルブ１１が開放タイミングＥＶＯに達した後には、排気側弁開閉時期制御装置Ｂの相対回転位相を基準位相より進角方向に変位させ、排気バルブ１１が閉塞タイミングＥＶＣに達した後に遅角作動を基準位相に復帰させる制御が反復して行われる（＃１０６～＃１０９ステップ）。
　つまり、この制御では、＃１０２～＃１０５ステップの初期の制御は１度だけ行われるものであり、この初期の制御の後には、相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させる作動と、遅角方向Ｓｂに変位させる作動とが交互に行われる。このような制御を行うことにより、排気バルブリフトカーブＥＸ（図１１の実線）は、前半が遅角方向に変位し、後半が進角方向に変位する。このため、排気バルブ１１がカムプロフィールに従って開放する場合の排気バルブリフトカーブＥＸに比べて、制御によって設定される排気バルブリフトカーブＥＸのカーブの幅は全体的に細くなる。
　尚、エンジンＥの稼動時には、排気バルブ１１には、排気カムシャフト１３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を用いた排気側弁開閉時期制御装置Ｂは、エンジンＥが低速回転にある場合に遅角方向と進角方向とへの変位を短いインターバルで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、排気バルブ１１の開放タイミングＥＶＯから閉塞タイミングＥＶＣまでの単位周期の間に、排気側弁開閉時期制御装置Ｂ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、オーバーラップを短縮して短縮オーバーラップＦｓを設定することにより、内部ＥＧＲの熱の影響を排除してノッキングの抑制を実現する。しかも、燃焼（膨張）行程では燃焼に伴う圧力をピストン５で無駄なく受け止め排気損失のない稼動を実現する。
〔別実施形態〕
　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）吸気側弁開閉時期制御装置Ａとして、排気側弁開閉時期制御装置Ｂ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、吸気側弁開閉時期制御装置Ａ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）低回転高負荷時の制御として、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Ｓｂに変位させる制御により、排気バルブ１１の開放タイミングＥＶＯを図１１に示すタイミングより遅らせるように制御形態を設定する。このように設定することにより、燃焼室の圧縮率を一層高め、エンジンＥの出力の向上が可能となる。
（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。
（ｄ）ノッキング発生要因の１つである残留ガス量を制御するため、クールドＥＧＲや、タンブルコントロールバルブ１９、あるいは、４－２－１排気システム等のノッキング改善システムを併用しても良い。このように併用することにより、一層良好にノッキングの抑制が可能となる。
　本発明は、排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。
６　　　　　クランクシャフト
１１　　　　排気バルブ
１３　　　　排気カムシャフト
２１　　　　駆動側回転体（排気側ケース）
２２　　　　従動側回転体（排気側ロータ）
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
Ｂ　　　　　弁開閉時期制御装置（排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
Ｘ２　　　　回転軸芯（第２軸芯）
ＥＶＯ　　　開放タイミング
ＥＶＣ　　　閉塞タイミング

Claims (6)

  1. 　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、前記内燃機関の排気バルブを開閉制御する排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、
    　前記排気カムシャフトが、複数の気筒の前記排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、
    　前記排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、次に排気を行う他の気筒の排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。
  2. 　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。
  3. 　前記内燃機関が、前記排気カムシャフトによって制御される複数の気筒の各々の排気バルブが同時に開き状態にならないように設定され、前記遅角作動が、前記排気バルブの閉塞タイミングから開始されるように前記制御部の制御形態が設定されている請求項２に記載の内燃機関の制御ユニット。
  4. 　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又は３に記載の内燃機関の制御ユニット。
  5. 　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２～４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御ユニット。
  6. 　前記制御部が、前記弁開閉時期制御装置の遅角作動により前記排気バルブの開放タイミングを、所定タイミングより遅らせる請求項２～５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御ユニット。
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