JP2017180122A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動時には、内燃機関の回転数の過剰な上昇を抑制する装置を構成する。【解決手段】駆動側回転体と、従動側回転体と、これらを所定の相対回転位相に保持するロック機構とを備えて弁開閉時期制御機構Ａを形成する。吸気弁Ｖａのリフト量を設定する可変動弁機構Ｄを備え、内燃機関Ｅの始動時には、ロック機構のロック状態を維持したまま、可変動弁機構Ｄによるリフト量を、設定リフト値より大きく設定する始動制御部６１を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、吸気弁の吸気タイミングを制御する弁開閉時期制御機構と、吸気弁のリフト量を制御する可変動弁機構とを備えている内燃機関の制御装置に関する。

上記構成の内燃機関の制御装置として特許文献１には、弁開閉時期制御機構（可変バルブタイミング機構）と、可変動弁機構（可変バルブ機構）とを備え、内燃機関の始動後所定時間内にある場合には、可変動弁機構の制御により吸気弁のリフト量を低くし、弁開閉時期制御機構の制御によりバルブタイミングを遅らせる技術が示されている。

この特許文献１では、吸気弁のリフト量を低くして弁の開口面積を小さくすると共に、バルブタイミングを遅らせることにより吸気負圧を高めて吸気流速の高速化を可能にしている。

また、特許文献２には、弁開閉時期制御機構（位相制御機構）と、可変動弁機構（補助可変機構）と、弁開閉時期制御機構の位相を保持する位相保持機構を備え、内燃機関の始動時には、位相保持機構により弁開閉時期制御機構の位相を保持した状態で可変動弁機構によって吸気弁の閉時期を所定量だけ遅角させる技術が示されている。

この特許文献２では、吸気の慣性を利用して体積効率の向上を可能にしつつ、始動時の吸気の逆流による圧縮比の低下を防止している。

特開２００３‐３８７２号公報 特開２０００‐４５７２３号公報

弁開閉時期制御機構として、内燃機関で駆動される油圧ポンプからの作動油によって相対回転位相を制御するものでは、内燃機関の始動時に作動油の油圧不足により相対回転位相が安定しない不都合を解消するため、特許文献２に示されるようにロック機構を備えている。

尚、弁開閉時期制御機構のロック機構をロック状態に維持して内燃機関の暖機を行う場合に、ロック位相においてオーバーラップを維持する構成も採用されている。このオーバーラップとは、排気弁の閉タイミング（ＥＶＣ）より進角側（早いタイミング）に吸気弁の開タイミング（ＩＶＯ）を設定することにより、燃焼ガスの一部を吸気行程で燃焼室に吸引させて燃焼室の温度上昇を促進する位相関係となる。

しかしながら、内燃機関の始動時に、ロック機構により弁開閉時期制御機構の相対回転位相をロック位相に維持する構成において弁のリフト量を固定状態に維持した場合には、吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）によっては燃焼室の実圧縮比が低下することや、トルクが上昇することもあった。

つまり、吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）が下死点（ＢＤＣ）より遅角側（遅いタイミング）にある場合には、圧縮行程に移行した後に吸気の一部が、開放状態の吸気弁から吹き上げるように排出され、実圧縮比の低下を招き燃焼が不安定になることがある。また、吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）が下死点（ＢＤＣ）より進角側（早いタイミング）にある場合には、実圧縮比が上昇し過ぎ、トルクの上昇とともにクランクシャフトの回転数の過剰に上昇することもあった。

このような理由から、内燃機関の始動時には、内燃機関の回転数を安定させ、暖機を継続する場合には内燃機関の回転数の制御を可能にする装置が求められる。

本発明の特徴は、内燃機関の吸気カムシャフトの回転軸芯と同軸芯上に配置され前記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備えられ前記吸気カムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を変更する駆動部と、
前記相対回転位相を所定のロック位相に拘束可能なロック機構とを有する弁開閉時期制御機構を備え、
吸気弁の開タイミングを維持しつつ、前記吸気弁のリフト量の調整が可能な可変動弁機構を備えており、
前記ロック機構が、前記吸気弁の開タイミングを前記内燃機関の排気弁の閉タイミング以前に設定するように前記相対回転位相を拘束し、
前記内燃機関の始動時に、前記ロック機構を拘束状態に維持しつつ、前記可変動弁機構によるリフト量を、設定リフト値より大きい値に設定する始動制御部を備えている点にある。

これによると、内燃機関の始動時には、始動制御部がロック機構により弁開閉時期制御機構の相対回転位相を拘束状態に維持しつつ、可変動弁機構で設定される吸気弁のリフト量を、設定リフト値より大きい値に設定する。つまり、ロック機構が弁開閉時期制御機構の相対回転位相をロック位相に拘束することにより、カム変動トルクの影響を排除して吸気弁の開閉時期を安定させる。また、ロック位相では、吸気弁の開タイミング（ＩＶＯ）が排気弁の閉タイミング（ＥＶＣ）より進角側（早いタイミング）に維持されるため、オーバーラップにより燃焼ガスの一部を燃焼室に吸引して燃焼室の温度上昇を促進する。更に、吸気弁のリフト量を大きくすることにより、吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）をピストンの下死点（ＢＤＣ）より遅角側（遅いタイミング）に離間させることも可能となる。このため、実圧縮比を低下させてトルクを低減し、クランクシャフトの回転数の過剰な上昇を抑制できる。
このように、内燃機関の始動時には、内燃機関の回転数を安定させることが可能な制御装置が構成された。

本発明の特徴は、内燃機関の吸気カムシャフトの回転軸芯と同軸芯上に配置され前記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備えられ前記吸気カムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を変更する駆動部と、
前記相対回転位相を所定のロック位相に拘束可能なロック機構とを有する弁開閉時期制御機構を備え、
吸気弁の開タイミングを維持しつつ、前記吸気弁のリフト量の調整が可能な可変動弁機構を備えており、
前記ロック機構が、前記吸気弁の開タイミングを前記内燃機関の排気弁の閉タイミング以前に設定するように前記相対回転位相を拘束し、
前記内燃機関の始動後に、当該内燃機関の温度が第１設定値を超えた際に、前記ロック機構を拘束状態に維持しつつ、前記可変動弁機構の制御によりリフト量を、設定リフト値より小さい値に設定する暖機制御部を備えている点にある。

これによると、内燃機関の始動後に内燃機関の温度が第１設定値を超えた際には、暖機制御部がロック機構により弁開閉時期制御機構の相対回転位相を拘束状態に維持しつつ、可変動弁機構で設定される吸気弁のリフト量を、設定リフト値より小さい値に設定する。つまり、ロック機構が弁開閉時期制御機構の相対回転位相をロック位相に拘束することにより、カム変動トルクの影響を排除して吸気弁の開閉時期を安定させる。また、ロック位相では、吸気弁の開タイミングが排気弁の閉タイミングより進角側（早いタイミング）に維持されるため、オーバーラップにより燃焼ガスの一部を燃焼室に吸引して燃焼室の温度上昇を促進する。更に、内燃機関の始動後において内燃機関の温度が充分に上昇していない温度として第１設定値を設定した場合には、吸気弁のリフト量を、設定リフト値より小さい値に設定することにより、吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）を、ピストンの下死点（ＢＤＣ）より進角側に設定することも可能となる。このため、実圧縮比が上昇することになるが、リフト量を小さくしているため吸気量が低減し、トルクが上昇する不都合を抑制してクランクシャフトの回転数を安定させる。
このように、内燃機関の始動時に、暖機を継続する場合には内燃機関の回転数の制御を可能にする制御装置が構成された。

本発明は、前記内燃機関の温度が、前記第１設定値より高温となる第２設定値を超える場合に、前記ロック機構による拘束を解除し、前記駆動部の制御により、前記相対回転位相を、前記ロック位相を基準に遅角側に変位させ、前記可変動弁機構によるリフト量を、前記設定リフト値より小さい値に設定する燃焼安定制御部を備えても良い。

これによると、内燃機関の温度が第２設定値を超えた場合には、燃焼安定制御部が弁開閉時期制御機構の相対回転位相を遅角側に変更することにより、例えば、ピストンの上死点（ＴＤＣ）より遅角側に吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）を設定することにより、オーバーラップを解消しつつ、燃焼を安定させることも可能となる。また、吸気弁のリフト量を小さくすることにより、吸気量が低減し、クランクシャフトのトルクの急激な上昇の抑制も可能となる。

本発明は、前記内燃機関が、設定負荷を超える高負荷運転に達した場合に、前記駆動部の制御により、前記相対回転位相を遅角側に変位させ、前記可変動弁機構によるリフト量を前記設定リフト値より小さい値に設定する高負荷制御部を備えても良い。

これによると、内燃機関の負荷が、設定負荷を超える高負荷運転に達した場合には、高負荷制御部が、吸気弁の相対回転位相を遅角側に変位させることにより、吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）が遅角側に変位し、燃焼室の圧力を吸気弁から逃がして圧力の上昇を抑制しノッキングの抑制が可能となる。また、内燃機関が車両に備えられるものであれば良好な加速を得るものとなる。

エンジンの制御装置の構成を示す全体図である。 弁開閉時期制御機構の断面と制御構成とを示す図である。 図２のIII-III線断面図である。 最遅角ロック位相における弁開閉時期制御機構の断面図である。 リフト量を最大に設定した可変動弁機構を示す断面図である。 リフト量を最小に設定した可変動弁機構を示す断面図である。 エンジン始動制御のフローチャートである。 クランキング開始時の吸気弁のリフト量を示すチャートである。 燃焼開始直後の吸気弁のリフト量を示すチャートである。 温度が第１設定値を超えた際の吸気弁のリフト量を示すチャートである。 温度が第２設定値を超えた際の吸気弁のリフト量と位相とを示すチャートである。 別実施形態（ａ）のエンジンの制御装置の構成を示す全体図である。 別実施形態（ａ）でアトキンソンサイクルでの吸気弁と排気弁との位相を示すチャートである。 別実施形態（ａ）で吸気弁と排気弁との位相および吸気弁のリフト量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及び図２に示すように、内燃機関としてのエンジンＥの吸気弁Ｖａの開閉時期（開閉タイミング）を制御するように吸気カムシャフト７ａと同軸芯上に配置される弁開閉時期制御機構Ａと、吸気弁Ｖａのリフト量を制御する可変動弁機構Ｄと、エンジン制御ユニットＢとを備えて内燃機関の制御装置が構成されている。

エンジンＥは、シリンダブロック２の上部にシリンダヘッド３を連結し、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４を収容し、ピストン４をコネクティングロッド５によりクランクシャフト１に連結して構成されている。

シリンダヘッド３には、吸気弁Ｖａと排気弁Ｖｂとが備えられ、吸気弁Ｖａを制御する吸気カムシャフト７ａと排気弁Ｖｂを制御する排気カムシャフト７ｂが備えられている。また、クランクシャフト１の出力スプロケット１Ｓと、弁開閉時期制御機構Ａの外部ロータ２０（駆動側回転体の一例）の駆動スプロケット２２Ｓと、排気カムシャフト７ｂのシャフトスプロケット７Ｓとに亘ってタイミングチェーン６が巻回されている。

シリンダヘッド３には、吸気弁Ｖａを介して燃焼室に空気を供給するインテークマニホールド８と、排気弁Ｖｂを介して燃焼室からの燃焼ガスを送り出すエキゾーストマニホールド９とが連結されている。更に、シリンダヘッド３には、点火プラグ１０と、燃料噴射ノズル１１とが備えられている。エンジンＥの外部にはクランクシャフト１に回転力を作用させるスタータモータ１２が備えられている。

このエンジンＥは、複数のピストン４が吸気行程と圧縮行程と燃焼行程と排気行程とを行う４サイクル式エンジンに構成されている。そして、これらの行程に連係するようにクランクシャフト１の回転力がタイミングチェーン６から吸気カムシャフト７ａと排気カムシャフト７ｂとに伝えられ、吸気弁Ｖａと排気弁Ｖｂとをクランクシャフト１の回転に同期して開閉させる。

なお、このエンジンＥは、排気弁Ｖｂの開閉時期を制御するため排気カムシャフト７ｂに弁開閉時期制御機構Ａを併せて備えても良い。また、弁開閉時期制御機構Ａの外部ロータ２０とクランクシャフト１とをタイミングベルトやギヤトレインにより同期駆動する伝動構成を用いても良い。

エンジンＥは乗用車等の車両に備えられるものを想定しており、エンジンＥと弁開閉時期制御機構Ａと可変動弁機構Ｄとは、ＥＣＵとして構成されるエンジン制御ユニットＢによって制御される。この制御装置では、クランクシャフト１の回転角を検知するクランクセンサ１３を備え、弁開閉時期制御機構Ａの近傍位置には外部ロータ２０と内部ロータ３０との相対回転位相を検知する回転位相センサ１４を備え、エンジンＥには温度を検知する温度センサ１５を備えている。尚、図１には温度センサ１５は、エンジンＥの外壁温を検知するものを示しているが、冷却水の水温を検知するように温度センサ１５を構成しても良い。

〔弁開閉時期制御機構〕
図１〜図４に示すように、弁開閉時期制御機構Ａは、クランクシャフト１と同期回転する駆動側回転体としての外部ロータ２０と、吸気カムシャフト７ａに対して連結ボルト３３により連結する従動側回転体としての内部ロータ３０とを備えている。これらは吸気カムシャフト７ａの回転軸芯Ｘと同軸芯上において、相対回転自在に備えられている。

この弁開閉時期制御機構Ａは、外部ロータ２０と内部ロータ３０との間に形成される進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとの一方を選択して作動油を供給することで外部ロータ２０と内部ロータ３０との相対回転位相（以下、相対回転位相と称する）を変位させる。この相対回転位相の変位により吸気弁Ｖａの開閉時期（開閉タイミング）の制御が実現する。また、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂと、これらに作動油を給排する弁ユニットＶＵにより、外部ロータ２０と内部ロータ３０との相対回転位相を設定する駆動部が構成されている。

外部ロータ２０は、円筒状となるロータ本体２１を有すると共に、回転軸芯Ｘに沿う方向でロータ本体２１の一方の端部に配置されるリヤブロック２２と、他方の端部に配置されるフロントプレート２３とを複数の締結ボルト２４で締結した構造を有している。リヤブロック２２の外周には、駆動スプロケット２２Ｓが形成され、ロータ本体２１には円筒状の内壁面と、回転軸芯Ｘに近接する方向（径方向内側）に突出する複数の突出部２１Ｔとが一体的に形成されている。

複数の突出部２１Ｔの１つに対して回転軸芯Ｘから放射状となる姿勢で一対のガイド溝が形成され、これらのガイド溝にプレート状のロック部材２５を出退自在に支持している。ロータ本体２１の内部にはロック部材２５を回転軸芯Ｘに接近する方向に付勢する付勢手段としてのロックスプリング２６を備えている。この構成から、一方のロック部材２５と、これを突出方向に付勢するロックスプリング２６とで第１ロック機構Ｌ１が構成され、他方のロック部材２５と、これを突出方向に付勢するロックスプリング２６とで第２ロック機構Ｌ２が構成される。

内部ロータ３０の外周には第１ロック機構Ｌ１のロック部材２５と、第２ロック機構Ｌ２のロック部材２５との係合・離脱が可能な中間ロック凹部３７が形成されると共に、第２ロック機構Ｌ２のロック部材２５の係合・離脱が可能な最遅角ロック凹部３８が形成されている。

尚、第１ロック機構Ｌ１と第２ロック機構Ｌ２との上位概念をロック機構Ｌと称しており、ロック部材２５の形状はプレート状に限るものではなく、例えば、ロッド状であっても良い。

内部ロータ３０は、回転軸芯Ｘと同軸芯上でシリンダ内面状を有する孔部３０Ｓが形成されると共に、回転軸芯Ｘを中心とする外周面が形成され、この外周面には外方に突出する複数のベーン３１が嵌め込まれている。この内部ロータ３０のうち回転軸芯Ｘに沿う方向での一方の端部に形成された鍔状部３２の内周の孔部に挿通する連結ボルト３３により内部ロータ３０が吸気カムシャフト７ａに連結されている。

また、内部ロータ３０を外部ロータ２０に嵌め込む（内包する）ことでロータ本体２１の複数の突出部２１Ｔと内部ロータ３０の外周面とで取り囲まれる領域に流体圧室Ｃが形成される。更に、この流体圧室Ｃをベーン３１が仕切ることで進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとが形成される。

内部ロータ３０には進角室Ｃａに連通する進角流路３４と、遅角室Ｃｂに連通する遅角流路３５と、ロック解除流路３６とが形成されている。中間ロック凹部３７にはロック解除流路３６が連通し、最遅角ロック凹部３８には進角流路３４が連通している。

中間ロック凹部３７に第１ロック機構Ｌ１のロック部材２５と、第２ロック機構Ｌ２のロック部材２５とが係合した状態では、図３に示すように、この中間ロック凹部３７の両端部位置に夫々のロック部材２５が当接することで相対回転位相が中間ロック位相Ｔｍに拘束される。尚、中間ロック位相Ｔｍにおいてロック解除流路３６に作動油が供給されることによりロックスプリング２６の付勢力に抗して２つのロック部材２５うちの少なくとも一方の係合が解除されロック解除状態に達する。

特に、中間ロック位相Ｔｍでは、図８、図９に示すように、排気弁Ｖｂの閉タイミングＥＶＣより進角側（同図では左側）に、吸気弁Ｖａの開タイミングＩＶＯを設定して、ラップ量Ｕのオーバーラップを作り出すようにタイミングの関係が設定されている。

第２ロック機構Ｌ２のロック部材２５が最遅角ロック凹部３８に係合した状態では図４に示すように、相対回転位相が最遅角ロック位相Ｔｂで拘束される。この最遅角ロック位相Ｔｂで進角流路３４に作動油が供給されることによりロックスプリング２６の付勢力に抗して第１ロック機構Ｌ１のロック部材２５の係合が解除されロック解除状態に達すると共に、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する。

最遅角位相から中間ロック位相Ｔｍに達するまで付勢力を作用させるトーションスプリング２７を、図２に示すように外部ロータ２０のリヤブロック２２と内部ロータ３０とに亘って備えている。尚、このトーションスプリング２７は、最遅角ロック位相Ｔｂで相対回転位相が拘束される状態で、ロック機構Ｌのロック状態が解除された後に、相対回転位相の進角方向への変位を補助するように機能する。

図３、図４に示すように、弁開閉時期制御機構Ａは、タイミングチェーン６から伝えられる駆動力により外部ロータ２０が駆動回転方向Ｓの方向に回転する。また、外部ロータ２０に対して内部ロータ３０が駆動回転方向Ｓと同方向へ回転する方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向への回転方向を遅角方向Ｓｂと称している。

この弁開閉時期制御機構Ａでは、進角室Ｃａに作動油が供給されることで相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させ、遅角室Ｃｂに作動油が供給されることで相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位させる。また、ベーン３１が進角方向Ｓａの移動端（回転軸芯Ｘを中心にした回動限界）に達した状態での相対回転位相を最進角位相と称し、ベーン３１が遅角方向Ｓｂの移動端（回転軸芯Ｘを中心にした回動限界）に達した状態での相対回転位相を最遅角位相と称している。

この実施形態では最遅角位相において最遅角ロック位相Ｔｂに達し、この位相に拘束されるように構成されている。尚、最遅角位相は遅角側の移動端に限るものではなく、この移動端の近傍を含む概念である。

〔弁ユニット〕
図２に示すように、弁ユニットＶＵは、ユニットケースに対して電磁式に操作される位相制御弁４１と、電磁式に操作されるロック制御弁４２とを収容し、内部に油路を形成した円柱状の流路形成軸部４３を備えており、この流路形成軸部４３を内部ロータ３０の孔部３０Ｓに挿入する形態で配置される。流路形成軸部４３の外周には、位相制御弁４１のポートと連通する周状の溝状部と、ロック制御弁４２のポートと連通する周状の溝状部とが形成され、これらの溝状部を分離するように流路形成軸部４３の外周と、内部ロータ３０の孔部３０Ｓの内周面との間には複数のリング状のシール４４が備えられる。

エンジンＥには、オイルパンのオイルを作動油として供給するようにエンジンＥで駆動される油圧ポンプＰを備えており、この油圧ポンプＰからの作動油を位相制御弁４１とロック制御弁４２とに供給する流路が形成されている。エンジン制御ユニットＢは、位相制御弁４１とロック制御弁４２とを操作することで吸気タイミングの制御を実現する。

〔可変動弁機構〕
図１、図５、図６に示すように、吸気弁Ｖａと排気弁Ｖｂとのバルブステム５０の上端にはラッシュアジャスタ５１を備えており、吸気弁Ｖａと排気弁Ｖｂとはバルブスプリング５２により閉じ方向に付勢されている。また、ラッシュアジャスタ５１は、カムシャフト（吸気カムシャフト７ａ、排気カムシャフト７ｂ）から押圧力が作用した場合に内部の作動油が流動することにより衝撃を吸収するように構成されている。また、吸気弁Ｖａのラッシュアジャスタ５１の上端には当接ローラ５３が回転自在に支持されている。

可変動弁機構Ｄは、回動軸芯Ｑを中心に回動自在な支持アーム５５と、この支持アーム５５に基端部分が揺動軸芯Ｒを中心に揺動自在に支持されるロッカアーム５６とを備えている。各々のロッカアーム５６の先端には当接体５６Ａが形成され、各々のロッカアーム５６の中間には吸気カムシャフト７ａが当接する中間ローラ５６Ｂが回転自在に支持され、当接体５６Ａには、当接ローラ５３に当接する押圧面５６Ｔが形成されている。

可変動弁機構Ｄは、複数の吸気弁Ｖａに対応した数だけ備えられるものであり、支持アーム５５を、回動軸芯Ｑを中心に回動させることで、複数の可変動弁機構Ｄのロッカアーム５６の位置を変更する単一の電動型の回動駆動部５７を備えている。

この可変動弁機構Ｄでは、回動駆動部５７の駆動により支持アーム５５が回動軸芯Ｑを中心に揺動した場合に、この支持アーム５５を支持する位置の揺動軸芯Ｒが変位し、ロッカアーム５６が移動する。この移動では、横方向への移動成分が大きく、この移動により、当接ローラ５３がロッカアーム５６の押圧面５６Ｔに当接する位置と、揺動軸芯Ｒとの間の距離が変化する。この変化の結果として、吸気カムシャフト７ａが１回転した際のロッカアーム５６の揺動量が変化して吸気弁Ｖａのリフト量の調節を実現している。

特に、支持アーム５５が回動軸芯Ｑを中心に揺動し、図５に示すＭｉｎの姿勢から図６に示すＭａｘの姿勢まで揺動する状況を例に挙げると、この揺動によりロッカアーム５６が図面において右横方向に移動する。この移動では、ロッカアーム５６の揺動量が拡大しても、吸気弁Ｖａの開タイミングＩＶＯを維持するように、中間ローラ５６Ｂが吸気カムシャフト７ａの突出面７ｔに当接するタイミングと、押圧面５６Ｔが当接ローラ５３に押圧力を作用させるタイミングとの関係を設定している。

これとは逆に、支持アーム５５がＭａｘの姿勢からＭｉｎの姿勢に向けて揺動した場合にも、前述と同様に吸気弁Ｖａの開タイミングＩＶＯの変動が抑制される。尚、揺動軸芯Ｒの位置を最大位置Ｍａｘに設定することにより吸気弁Ｖａのリフト量を最大値Ｔｍａｘにし、揺動軸芯Ｒの位置を最小位置Ｍｉｎに設定することにより吸気弁Ｖａのリフト量を最小値Ｔｍｉｎにする。また、吸気弁Ｖａの開タイミングＩＶＯは決まったタイミングに維持されることが理想であるが、可変動弁機構Ｄの構造から、開タイミングＩＶＯは僅かに変動することになる。

可変動弁機構Ｄは、図６、図７に示す構成に限るものではなく、例えば、特開２０１４−１３８０５８号公報や、特開２０１４−１３６９８２号公報に示される構成を利用するものでも良い。この実施形態では、可変動弁機構Ｄを吸気弁Ｖａのリフト量だけを調節するために備えているが、排気弁Ｖｂのリフト量も調節するための可変動弁機構Ｄを併せて備えても良い。

〔エンジン制御ユニット〕
図１に示すように、エンジン制御ユニットＢは、マイクロプロセッサやＤＳＰ等を用いて構成されるものであり、ソフトウエアで構成される始動制御部６１と、暖機制御部６２と、燃焼安定制御部６３と、エンジン停止制御部６４とを備えている。これら始動制御部６１と、暖機制御部６２と、燃焼安定制御部６３と、エンジン停止制御部６４とはハードウエアで構成されるものでも良く、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより構成されるものであっても良い。

このエンジン制御ユニットＢは、クランクセンサ１３と、回転位相センサ１４と、温度センサ１５と、始動スイッチ１６とからの情報を取得する入力系を備えている。また、このエンジン制御ユニットＢは、点火プラグ１０と、燃料噴射ノズル１１と、スタータモータ１２と、弁ユニットＶＵの位相制御弁４１及びロック制御弁４２と、可変動弁機構Ｄの回動駆動部５７とに制御情報を出力する出力系を備えている。

始動制御部６１は、始動スイッチ１６から始動情報を取得した場合に、スタータモータ１２の作動によりクランキングを開始すると共に、可変動弁機構Ｄによる吸気弁Ｖａのリフト量を制御し、点火プラグ１０と燃料噴射ノズル１１とを制御する。

暖機制御部６２は、暖機運転時に、温度センサ１５で検知されるエンジンＥの温度に基づいて、可変動弁機構Ｄによる吸気弁Ｖａのリフト量を制御する。燃焼安定制御部６３は、温度センサ１５で検知されるエンジンＥの温度に基づいて、ロック機構Ｌのロックを解除し、可変動弁機構Ｄによる吸気弁Ｖａのリフト量を制御し、相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させる制御を行う。これらの制御形態の概要は後述する。

エンジン停止制御部６４は、エンジンＥの停止時に弁開閉時期制御機構Ａの相対回転位相を所定の位相に設定した後に、点火プラグ１０と燃料噴射ノズル１１とを制御してエンジンＥの停止を行う。

〔制御形態〕
エンジン停止制御部６４は、運転者がブレーキペダルを踏み込み操作した場合にエンジンＥを自動的に停止させるアイドルストップ制御と、運転者が始動スイッチ１６をＯＦＦ操作してエンジンＥを停止させるマニュアル停止制御と実行する。アイドルストップ制御では、弁開閉時期制御機構Ａの相対回転位相を最遅角位相に変化させ、図４に示すように、最遅角ロック位相Ｔｂに移行した後にエンジンＥを停止させる。

また、マニュアル停止制御では、アイドルストップ制御によりエンジンＥが停止した状況であっても、始動スイッチ１６がＯＦＦ操作された場合には、弁開閉時期制御機構Ａの相対回転位相を中間位相に変化させ、図３に示すように中間ロック位相Ｔｍに移行した後にエンジンＥを停止させる。

エンジンＥが停止した状態で始動スイッチ１６がＯＮ操作された場合（始動情報を取得した場合）には図７のフローチャートに従う制御が行われる。前述したようにエンジンＥが停止する際には弁開閉時期制御機構Ａの相対回転位相が中間ロック位相Ｔｍにあるため、このエンジン始動制御が行われる際には図８に示すように排気弁Ｖｂと吸気弁Ｖａとの開閉タイミングが設定される。尚、図では、排気弁Ｖｂのリフト量の変化をＶｂとして示し、吸気弁Ｖａのリフト量の変化をＶａとして示している。以下に説明する図８〜図９では、進角側が各図の左側となり、遅角側が各図の右側となる。

つまり、始動スイッチ１６がＯＮ操作されたことを判定すると、エンジン制御ユニットＢが可変動弁機構Ｄを制御することにより、図８に示すように、吸気弁Ｖａのリフト量を設定リフト値Ｆより低い値の始動リフト値Ｇに設定する。この設定状態でスタータモータ１２を制御してクランキングを開始すると共に、燃料噴射ノズル１１で燃料を噴射し、点火プラグ１０で点火を行うことにより、エンジンＥを始動する（＃１０１〜＃１０３ステップ）。

このようにクランキング時にリフト量を低減する理由は、燃焼室の圧縮比を低減してスタータモータ１２の負荷を軽減する目的からである。また、設定リフト値Ｆは、最大のリフト量より小さい値であれば、任意の値が考えられる。

エンジンＥが始動した後には、暖機制御部６２が可変動弁機構Ｄを制御することで図９に示すように、吸気弁Ｖａのリフト量を設定リフト値Ｆより大きい暖機リフト値Ｈに設定する（＃１０４ステップ）。尚、燃焼の開始の判断は、クランクセンサ１３で検知される回転数の増大に基づいて行われる。

このように、吸気弁Ｖａのリフト量を設定リフト値Ｆより大きくする場合には、図３に示すように、弁開閉時期制御機構Ａの相対回転位相が中間ロック位相Ｔｍに維持される。この状態において、図９に示すように、吸気弁Ｖａの開タイミングＩＶＯが、排気弁Ｖｂの閉タイミングＥＶＣより進角側（同図で左側・早いタイミング）に維持されるため、オーバーラップにより燃焼ガスの一部を燃焼室に吸引して燃焼室の温度上昇を促進する。

更に、吸気弁Ｖａのリフト量を大きくすることにより、吸気弁Ｖａの閉タイミングＩＶＣをピストン４の下死点ＢＤＣから遅角側（同図で右側・遅いタイミング）に離間させることも可能となる。このため実圧縮比を低減させてトルクを低減し、クランクシャフトの回転数の過剰な上昇を抑制できる。尚、図面に示すＴＤＣはピストン４の上死点である。

次に、暖機を継続することにより、温度センサ１５で検知されるエンジンＥの温度が第１設定値を超えたことを判定した場合には、図１０に示すように、暖機制御部６２が可変動弁機構Ｄのリフト量を設定リフト値Ｆより低減する（＃１０５、＃１０６ステップ）。

この制御でも、弁開閉時期制御機構Ａの相対回転位相が中間ロック位相Ｔｍに維持されるため、前述したオーバーラップにより燃焼ガスの一部を燃焼室に吸引して燃焼室の温度上昇を促進する。

更に、エンジンＥの始動後においてエンジンＥの温度が充分に上昇していない温度として第１設定値を設定した場合には、吸気弁Ｖａのリフト量を低減することにより、吸気弁Ｖａの閉タイミングＩＶＣを、下死点ＢＤＣより進角側に設定することや、下死点ＢＤＣに近付けることも可能となる。このため、実圧縮比が上昇することになるが、吸気弁Ｖａのリフト量を小さくしているため吸気量が低減し、トルクが上昇する不都合を抑制してクランクシャフト１の回転数を安定させる。

この後に、温度センサ１５で検知されるエンジンＥの温度が第２設定値を超えた場合には、図１１に示すように、燃焼安定制御部６３がロック機構Ｌによる拘束を解除すると共に、弁開閉時期制御機構Ａの制御により相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させる（＃１０７、＃１０８ステップ）。

これによると、エンジンＥの温度が第２設定値を超えた場合には、相対回転位相が遅角側に変位することにより、吸気弁Ｖａの開閉タイミングが全体的に遅角側（同図で右側）に変位する。また、例えば、上死点ＴＤＣより遅角側に吸気弁Ｖａの閉タイミングＩＶＣを設定することにより、オーバーラップを解消しつつ、燃焼を安定させることも可能となる。更に、吸気弁Ｖａのリフト量を小さくすることにより、吸気量が低減し、クランクシャフトのトルクの急激な上昇の抑制も可能となる。尚、この実施形態では第１設定値より第２設定値の温度を高い値に設定したものを想定している。

〔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（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図１２に示すように、実施形態で説明した吸気弁Ｖａの他に、排気弁Ｖｂにも弁開閉時期制御機構Ａを備え、これに対応して２つの弁ユニットＶＵを備えている。エンジン制御ユニットＢには、実施形態で示した始動制御部６１と、暖機制御部６２と、燃焼安定制御部６３と、エンジン停止制御部６４との他に高負荷制御部６５を備えている。

図面には示していないが、エンジンＥに作用する負荷を検知する負荷センサや、アクセルペダルの踏み込み量からエンジンＥに作用する負荷を検知する負荷検知部等を備えている。また、以下に説明する図１３、図１４では、進角側が各図の左側となり、遅角側が各図の右側となる。

この別実施形態の構成では、実施形態で説明したエンジンＥの始動に続いて、エンジンＥが低回転で中低負荷である場合には、燃焼安定制御部６３が、２つの弁開閉時期制御機構Ａを制御することにより、図１３に示すように、一般的なタイミングと比較して排気弁Ｖｂの開閉時期と、吸気弁Ｖａの開閉時期とを遅角方向Ｓｂ（同図で右側）に変位させ、アトキンソンサイクルに従って吸気を排気とを行う制御を行が行われる。

つまり、排気弁Ｖｂの閉タイミングＥＶＣを上死点ＴＤＣより遅角側に設定しており、吸気弁Ｖａの開タイミングＩＶＯを、排気弁Ｖｂの閉タイミングＥＶＣより僅かに進角側（同図に左側）に設定している。更に、吸気弁Ｖａの閉タイミングＩＶＣを下死点ＢＤＣより大きく遅角側（同図で右側）に位置させている。

このようにアトキンソンサイクルに従って吸気と排気とを行う制御を行う状況において、エンジンＥが低回転で高負荷となる状態に移行した場合には、高負荷制御部６５が排気弁Ｖｂの弁開閉時期制御機構Ａを制御して図１４に示すように、排気弁Ｖｂの開閉時期を進角方向Ｓａ（同図で左側）に変位させる。これと連係して、吸気弁Ｖａの弁開閉時期制御機構Ａを制御して同図に示すように、高負荷制御部６５が可変動弁機構Ｄによりリフト量を設定リフト値Ｆより低減する。

この制御により、排気弁Ｖｂの閉タイミングＥＶＣを上死点ＴＤＣと略一致させ、吸気弁Ｖａの開タイミングＩＶＯを、上死点ＴＤＣより僅かに遅角側に設定する。しかも、吸気弁Ｖａの閉タイミングＩＶＣを進角側に変位させることで上死点ＴＤＣに接近させ、結果として、実圧縮比を確保して出力を高め得るように構成している。

これにより、エンジンＥが低速で回転する場合にはアトキンソンサイクルに従うことで良好な燃費でのエンジンＥの稼動を実現する。また、高負荷制御部６５が、吸気弁Ｖａの相対回転位相を遅角側に変位させることにより、吸気弁Ｖａの閉タイミングＩＶＣが遅角側に変位し、燃焼室の圧力を吸気弁から逃がして圧力の上昇を抑制しノッキングの抑制が可能となる。

（ｂ）前述した別実施形態（ａ）の制御の変形例として、実施形態で説明したエンジンＥの始動に続いて、エンジンＥが低回転で中低負荷である場合に、燃焼安定制御部６３が、２つの弁開閉時期制御機構Ａを制御することにより、排気弁Ｖｂの開閉時期と、吸気弁Ｖａの開閉時期とを設定しても良い。

（ｃ）吸気系にタンブルコントロールバルブを備えても良い。このようにタンブルコントロールバルブを備えることにより、燃焼室にタンブル流を作り出して良好な燃焼を実現する。また、タンブル流を促進するように、燃焼室内に負圧を発生させるように吸気弁Ｖａの開タイミングＩＶＯを、上死点ＴＤＣの後に設定する。更に、実圧縮比を高めるために可変動弁機構Ｄでリフト量を減少させ、吸気弁Ｖａの閉タイミングＩＶＣを下死点ＢＤＣに近付けるようにタイミングを設定しても良い。

（ｄ）前述した実施形態と、別実施形態とでは、弁開閉時期制御機構Ａとして油圧で制御されるものを示していたが、これに代えて電動アクチュエータの駆動により制御されるものを用いても良い。この構成するものでは、ロック機構Ｌを電気式に制御するように構成することも可能である。

尚、吸気弁Ｖａの開閉時期を設定するために油圧により制御される弁開閉時期制御機構Ａを用い、排気弁Ｖｂの開閉時期を設定するために電動アクチュエータの駆動により制御される弁開閉時期制御機構Ａを用いても良い。

本発明は、吸気弁の吸気タイミングを制御する弁開閉時期制御機構と、リフト量を制御する可変動弁機構とを備えている内燃機関の制御装置に利用することができる。

１ クランクシャフト
７ａ 吸気カムシャフト
２０ 駆動側回転体（外部ロータ）
３０ 従動側回転体（内部ロータ）
６１ 始動制御部
６２ 暖機制御部
６３ 燃焼安定制御部
６５ 高負荷制御部
Ｄ 可変動弁機構
Ｅ 内燃機関（エンジン）
Ｆ 設定リフト値
Ｌ ロック機構
Ｘ 回転軸芯

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気カムシャフトの回転軸芯と同軸芯上に配置され前記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備えられ前記吸気カムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
   前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を変更する駆動部と、
   前記相対回転位相を所定のロック位相に拘束可能なロック機構とを有する弁開閉時期制御機構を備え、
   吸気弁の開タイミングを維持しつつ、前記吸気弁のリフト量の調整が可能な可変動弁機構を備えており、
   前記ロック機構が、前記吸気弁の開タイミングを前記内燃機関の排気弁の閉タイミング以前に設定するように前記相対回転位相を拘束し、
   前記内燃機関の始動時に、前記ロック機構を拘束状態に維持しつつ、前記可変動弁機構によるリフト量を、設定リフト値より大きい値に設定する始動制御部を備えている内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の吸気カムシャフトの回転軸芯と同軸芯上に配置され前記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備えられ前記吸気カムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
   前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を変更する駆動部と、
   前記相対回転位相を所定のロック位相に拘束可能なロック機構とを有する弁開閉時期制御機構を備え、
   吸気弁の開タイミングを維持しつつ、前記吸気弁のリフト量の調整が可能な可変動弁機構を備えており、
   前記ロック機構が、前記吸気弁の開タイミングを前記内燃機関の排気弁の閉タイミング以前に設定するように前記相対回転位相を拘束し、
   前記内燃機関の始動後に、当該内燃機関の温度が第１設定値を超えた際に、前記ロック機構を拘束状態に維持しつつ、前記可変動弁機構の制御によりリフト量を、設定リフト値より小さい値に設定する暖機制御部を備えている内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関の温度が、前記第１設定値より高温となる第２設定値を超える場合に、前記ロック機構による拘束を解除し、前記駆動部の制御により、前記相対回転位相を、前記ロック位相を基準に遅角側に変位させ、前記可変動弁機構によるリフト量を、前記設定リフト値より小さい値に設定する燃焼安定制御部を備えている請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関が、設定負荷を超える高負荷運転に達した場合に、前記駆動部の制御により、前記相対回転位相を遅角側に変位させ、前記可変動弁機構によるリフト量を前記設定リフト値より小さい値に設定する高負荷制御部を備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
   

Images