特許 7509019 弁開閉時期制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】弁開閉時期制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 13/02 20060101AFI20240625BHJP

   F01L 1/356 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

F02D13/02 G

F01L1/356 D

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020204449

(22)【出願日】2020-12-09

(65)【公開番号】P2022091553

(43)【公開日】2022-06-21

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】小▲崎▼ 友裕

(72)【発明者】

【氏名】永山 佑一

(72)【発明者】

【氏名】藪 聡

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３４２６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２８５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３５５４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４７０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７０００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７８９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２８７４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０３－０８７８２７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－０７９５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２００００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６６３３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １３／０２

Ｆ０１Ｌ １／３５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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で前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を制御する制御部と、
前記内燃機関の気筒の内部圧力を計測する筒内圧センサの圧力値を記憶する記憶部と、備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記圧力値の図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）を演算すると共に、前記ＩＭＥＰの標準偏差を前記ＩＭＥＰの平均値で除して求められる燃焼変動率（ＣＯＶ）を演算し、前記ＣＯＶが第一所定値以下であり、前記ＩＭＥＰが第二所定値以上であれば、前記相対回転位相の変更を許可する弁開閉時期制御装置。

【請求項2】

前記第一所定値又は前記第二所定値は、前記内燃機関の温度に応じて設定される請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。

【請求項3】

前記気筒は、複数設けられており、
前記制御部は、圧縮行程から排気行程までの１サイクルにおける複数の前記気筒の夫々について演算された複数の前記ＩＭＥＰのうちの最小値が前記第二所定値以上であれば、前記相対回転位相の変更を許可する請求項１又は２に記載の弁開閉時期制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、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、回転軸芯と同軸芯で内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を制御する制御部と、を備えた弁開閉時期制御装置が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。

【0003】

特許文献１に記載の弁開閉時期制御装置は、ＳＰＣＣＩ燃焼（Spark Controlled Compression Ignition）が実行される内燃機関において、筒内圧センサで計測された圧力の上昇率等が判定値以上となると、過早着火が生じると判定し、制御部は、排気弁と吸気弁とが同時に開弁しているオーバーラップ期間を短縮するように相対回転位相を制御する。

【0004】

特許文献２に記載の弁開閉時期制御装置は、排気弁のバルブタイミングが進角されるほど筒内圧が高くなるため、制御部は、筒内圧センサで計測された圧力値が所定の上限値を超えぬように、排気弁の開タイミングを制御する。

【0005】

特許文献３に記載の弁開閉時期制御装置は、筒内圧センサで計測された圧力値の図示平均有効圧力を含む燃焼の特性値に基づいて、燃焼噴射システムの操作量や制御部による相対回転位相の制御等を実行する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０２０－９０８９３号公報

【文献】特開２０２０－４１５３４号公報

【文献】特開２００７－１１３４８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、内燃機関の始動時には、燃焼安定性を考慮して、オーバーラップ期間を制限したり、吸気弁のバルブタイミングが遅角し過ぎないように制限したりしている。このため、排ガスの低減や燃費の改善が不十分なものとなっている。特許文献１は、過早着火を防止する技術であり、特許文献２は、筒内圧の過剰な上昇を抑制する技術であるため、排ガスの低減や燃費の改善といった課題を解決するものではない。特許文献３は、図示平均有効圧力を含む燃焼の特性値に基づいて相対回転位相の制御を実行する技術であるが、図示平均有効圧力の具体的な活用形態が開示されていない。

【0008】

そこで、筒内圧センサで計測された圧力値を用いて、排ガスの低減や燃費の改善を促進することが可能な弁開閉時期制御装置が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る弁開閉時期制御装置の特徴構成は、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で前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を制御する制御部と、前記内燃機関の気筒の内部圧力を計測する筒内圧センサの圧力値を記憶する記憶部と、備え、前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記圧力値の図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）を演算すると共に、前記ＩＭＥＰの標準偏差を前記ＩＭＥＰの平均値で除して求められる燃焼変動率（ＣＯＶ）を演算し、前記ＣＯＶが第一所定値以下であり、前記ＩＭＥＰが第二所定値以上であれば、前記相対回転位相の変更を許可する点にある。

【0010】

本構成では、制御部は、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）を演算し、ＩＭＥＰの標準偏差をＩＭＥＰの平均値で除して求められる燃焼変動率（ＣＯＶ）が第一所定値以下であれば、相対回転位相の変更を許可する。この燃焼変動率は、複数サイクルにおける気筒の燃焼安定性を反映したものであるため、相対回転位相の変更制限を解除する指標として最適である。

【0011】

例えば、内燃機関の始動時において、触媒暖気により排ガスを低減したいときには、燃焼変動率が第一所定値以下であれば相対回転位相の変更を許可し、排気弁と吸気弁とが同時に開弁しているオーバーラップ期間をより増加させることができる。また、燃費を改善したいときには、燃焼変動率が第一所定値以下であれば相対回転位相の変更を許可し、より一層進角又は遅角させることができる。その結果、排ガスの低減や燃費の改善を限界まで促進することができる。

【0012】

このように、筒内圧センサで計測された圧力値を用いて、排ガスの低減や燃費の改善を促進することが可能な弁開閉時期制御装置を提供できた。

【0014】

本構成では、燃焼変動率（ＣＯＶ）に加えて、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）が第二所定値以上であれば、相対回転位相の変更を許可する。燃焼が不安定であれば、膨張行程での筒内圧力が高まらず、図示平均有効圧力が小さくなる傾向にある。このため、燃焼変動率に加えて図示平均有効圧力も燃焼安定性の指標とすることで、燃焼安定性を考慮しながら排ガスの低減や燃費の改善を確実に促進することができる。

【0015】

他の特徴構成は、前記第一所定値又は前記第二所定値は、前記内燃機関の温度に応じて設定される点にある。

【0016】

例えば、内燃機関が低温時には、燃焼変動率が悪化し易くなるため、燃焼安定性を損なわない範囲で第一所定値を高く設定することが好ましい。また、内燃機関が低温時には、気筒内摩擦力が大きくなるため、筒内圧力を高めるように第二所定値を高く設定することが好ましい。本構成のように、内燃機関の温度に応じて第一所定値又は第二所定値を設定すれば、燃焼安定性を考慮しながら排ガスの低減や燃費の改善をより促進することができる。

【0017】

他の特徴構成は、前記気筒は、複数設けられており、前記制御部は、圧縮行程から排気行程までの１サイクルにおける複数の前記気筒の夫々について演算された複数の前記ＩＭＥＰのうちの最小値が前記第二所定値以上であれば、前記相対回転位相の変更を許可する点にある。

【0018】

本構成のように、複数の気筒の図示平均有効圧力の最小値を用いれば、燃焼安定性を安全側で担保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】弁開閉時期制御装置の断面図及びブロック図である。

【図2】筒内圧センサで計測された圧力値を示す概念図である。

【図3】ＩＭＥＰ及びＣＯＶの閾値を示す概念図である。

【図4】弁開閉時期制御装置の制御フローを示す図である。

【図5】エンジン始動時における相対回転位相の変更例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、本発明に係る弁開閉時期制御装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、弁開閉時期制御装置の一例として、エンジンＥの吸気側に設けられた弁開閉時期制御装置１００として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

【0021】

図１に示すように、内燃機関としてのエンジンＥのクランクシャフト１と回転軸芯Ｘを中心に同期回転する駆動側回転体Ａと、駆動側回転体Ａの径方向内側に配置され、回転軸芯Ｘを中心にして弁開閉用の吸気カムシャフト２（カムシャフトの一例）と一体回転する従動側回転体Ｂと、駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を設定する電動モータで構成される位相制御モータＭと、制御ユニット１０と、を備えて弁開閉時期制御装置１００が構成されている。以下、電動式の弁開閉時期制御装置１００として「電動ＶＶＴ」と称する場合がある。

【0022】

エンジンＥは、シリンダブロックに形成された複数のシリンダ３（本実施形態では４つ）にピストン４を収容し、そのピストン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に連結した４サイクル型に構成されている。このエンジンＥでは一方の端部から他方の端部に向けて＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒が配置され、＃１気筒と＃４気筒とが同時に上死点に達するときに、＃２気筒と＃３気筒とが同時に下死点に達するように構成されている。これらの気筒には、シリンダ３の内部空間のうちピストン４とシリンダヘッドの間に燃焼室が形成され、この燃焼室には、気筒の内部圧力を計測する筒内圧センサＳｐが設置されている。

【0023】

また、エンジンＥのクランクシャフト１の出力スプロケット１Ｓと、駆動側回転体Ａの駆動スプロケット１１Ｓとに亘ってタイミングチェーン６（タイミングベルト等でも良い）が巻回されている。これにより、エンジンＥのクランクシャフト１の回転が駆動側回転体Ａに伝達される。エンジンＥは、クランクシャフト１の近傍位置に、クランクシャフト１の回転角及び回転速度の検出が可能なクランクセンサＳ１を備え、吸気カムシャフト２の近傍に、吸気カムシャフト２の回転角及び回転速度の検出が可能なカムセンサＳ２を備えている。また、エンジンＥは、ウォータジャケットの冷却水の水温を検出する温度センサＳ３を備えている。この温度センサＳ３は、エンジンＥの駆動時に水温を管理する制御に用いられるものであるが、エンジンＥの始動時においては、周囲の環境温度を検出すると共に、吸気バルブ２Ｂの開閉時期の設定にも利用される。尚、この温度センサＳ３は、エンジンＥの外壁の温度やエンジンオイルの温度を検出するものであっても良い。

【0024】

エンジンＥの駆動は、制御装置としての上位ＥＣＵ５０（エンジンコントロールユニット）により制御される。上位ＥＣＵ５０は、各種処理を実行するＣＰＵやメモリを中核としたソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの協働により構成されている。

【0025】

エンジンＥの駆動時には、弁開閉時期制御装置１００の全体が回転軸芯Ｘを中心に回転する。また、位相制御モータＭの駆動力により後述する位相調節機構Ｃを作動させ駆動側回転体Ａに対して従動側回転体Ｂを回転方向と同方向又は逆方向に相対変位可能となる。この変位により駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を設定し、吸気カムシャフト２のカム部２Ａによる吸気バルブ２Ｂの開閉時期（開閉タイミング）の制御が実現する。

【0026】

尚、従動側回転体Ｂが駆動側回転体Ａの回転方向と同方向に相対回転位相を変位させる作動を進角作動と称し、この進角作動により吸気圧縮比が増大する。また、従動側回転体Ｂが駆動側回転体Ａと逆方向に相対回転位相を変位させる作動を遅角作動と称し、この遅角作動により吸気圧縮比が低減する。

【0027】

〔弁開閉時期制御装置〕
駆動側回転体Ａは、回転軸芯Ｘを中心とする筒状の本体部Ａａと、本体部Ａａと同期回転するオルダム継手Ｃｘおよび入力ギヤ３０とを備えている。本体部Ａａは、外周に駆動スプロケット１１Ｓが形成されたアウタケース１１と、フロントプレート１２と、を複数の締結ボルト１３で締結して構成されている。アウタケース１１は、底部に開口を有する有底筒状型である。駆動側回転体Ａの一部を構成するオルダム継手Ｃｘおよび入力ギヤ３０は、後述する位相調節機構Ｃとしても機能する。オルダム継手Ｃｘを介して入力ギヤ３０は本体部Ａａに連結されている。

【0028】

アウタケース１１の内部空間に中間部材２０（従動側回転体Ｂの一例）と、ハイポサイクロイド型のギヤ減速機構を有した位相調節機構Ｃとが収容されている。また、位相調節機構Ｃは、位相変化を駆動側回転体Ａおよび従動側回転体Ｂに反映するオルダム継手Ｃｘを備えており、このオルダム継手Ｃｘは回転軸芯Ｘ方向において中間部材２０とフロントプレート１２との間に配置されている。フロントプレート１２のうちオルダム継手Ｃｘと対向する面には、回転軸芯Ｘ方向に僅かな隙間となる潤滑凹部１２ａが形成されている。

【0029】

従動側回転体Ｂを構成する中間部材２０は、回転軸芯Ｘに直交する姿勢で吸気カムシャフト２に連結される支持壁部２１と、回転軸芯Ｘを中心とする筒状で吸気カムシャフト２から離間する方向に突出する筒状壁部２２とが一体形成されている。

【0030】

この中間部材２０は、筒状壁部２２の外面がアウタケース１１の内面に接触する状態で相対回転自在に挿入されており、支持壁部２１の中央の貫通孔に挿通する連結ボルト２３により吸気カムシャフト２の端部に固定されている。中間部材２０の支持壁部２１のうち、吸気カムシャフト２に当接する面の一部には偏芯部材２６の内部にオイルを案内する開口部２１ａが形成されている。

【0031】

位相制御モータＭは、その出力軸Ｍａを回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置するように支持フレーム７によりエンジンＥに支持されている。位相制御モータＭの出力軸Ｍａには回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢の一対の係合ピン８が形成されている。

【0032】

位相調節機構Ｃは、位相制御モータＭの駆動力により駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を変更するように複数の部材で構成されている。この位相調節機構Ｃは、中間部材２０と、中間部材２０の筒状壁部２２の内周面に形成される出力ギヤ２５と、偏芯部材２６と、板ばね２７と、第１軸受２８と、第２軸受２９と、固定リング３１と、オルダム継手Ｃｘと、入力ギヤ３０と、を備えている。

【0033】

中間部材２０の筒状壁部２２の内周のうち、回転軸芯Ｘに沿う方向で内側（支持壁部２１に隣接する位置）に回転軸芯Ｘを中心とする支持面２２Ｓが形成され、支持面２２Ｓより回転軸芯Ｘに沿う方向で外側（吸気カムシャフト２より遠い側）に回転軸芯Ｘを中心とする出力ギヤ２５が一体的に形成されている。

【0034】

偏芯部材２６は筒状であり、この偏芯部材２６は、回転軸芯Ｘに沿う方向での内側（吸気カムシャフト２に近い側）に従動側回転体Ｂ（中間部材２０）の径方向内側を支持する第一部分２６Ａと、回転軸芯Ｘに沿う方向での外側（吸気カムシャフト２より遠い側）に駆動側回転体Ａ（入力ギヤ３０）の径方向内側を支持する第二部分２６Ｂと、を有している。第二部分２６Ｂには、回転軸芯Ｘに平行となる姿勢で且つ回転軸芯Ｘに対して所定の偏芯量Ｄｙで偏芯する偏芯軸芯Ｙを中心とする外周面である偏芯支持面２６Ｅが形成されている。この偏芯支持面２６Ｅの外周に形成した凹部２６Ｆに板ばね２７が嵌め込まれている。また、第一部分２６Ａには、この板ばね２７の径方向の外面よりも更に径方向外側に突出させた突出部２６Ｓが形成されている。この突出部２６Ｓの外周面には回転軸芯Ｘを中心とする円周支持面２６Ｓａが形成されている。

【0035】

偏芯部材２６の内周には、位相制御モータＭの一対の係合ピン８の各々が係合可能な一対の係合溝２６Ｔが回転軸芯Ｘと平行姿勢で形成されている。更に、偏芯部材２６の回転軸芯Ｘに沿う方向で内側（支持壁部２１の側）の端部には径方向外側に突出した環状の突起２６ａが形成されている。この突起２６ａは、回転軸芯Ｘに沿う方向で従動側回転体Ｂの支持壁部２１と第１軸受２８との間に挟まれており、偏芯部材２６の抜け止め機能を有している。

【0036】

この位相調節機構Ｃでは、入力ギヤ３０の外歯部３０Ａの歯数が、出力ギヤ２５の内歯部２５Ａの歯数より１歯だけ少なく設定されている。そして、入力ギヤ３０の外歯部３０Ａの一部が出力ギヤ２５の内歯部２５Ａの一部に噛合する。板ばね２７は、入力ギヤ３０の外歯部３０Ａの一部を出力ギヤ２５の内歯部２５Ａの一部に噛み合わせるように、入力ギヤ３０に付勢力を作用させる。この板ばね２７の付勢力により、入力ギヤ３０と出力ギヤ２５との噛み合い部におけるバックラッシュを無くすことができる。

【0037】

固定リング３１はＣ字状の環状部材であり、偏芯部材２６の偏芯支持面２６Ｅよりも回転軸芯Ｘ方向の外側（吸気カムシャフト２より遠い側）に嵌合状態で固定されることにより第２軸受２９の抜け止めが行われる。

【0038】

オルダム継手Ｃｘは、板状の継手部材で構成されており、一対の外部係合アーム（不図示）をアウタケース１１に係合させ、一対の内部係合アーム（不図示）を入力ギヤ３０に係合させている。オルダム継手Ｃｘはアウタケース１１に対して外部係合アームが突出する第１方向に変位可能となり、このオルダム継手Ｃｘに対して内部係合アームの形成方向に沿う第２方向に入力ギヤ３０が変位自在となっている。

【0039】

オイルポンプＰから供給される潤滑油は、吸気カムシャフト２の潤滑油路１５から、中間部材２０の支持壁部２１の開口部２１ａを介して偏芯部材２６の内部空間に供給される。このように供給された潤滑油は、遠心力により偏芯部材２６の突起２６ａと従動側回転体Ｂの支持壁部２１との隙間から第１軸受２８に供給され第１軸受２８を円滑に作動させる。これと同時に、偏芯部材２６の内部空間の潤滑油は遠心力によりオルダム継手Ｃｘに供給されると共に、第２軸受２９に供給され、出力ギヤ２５の内歯部２５Ａと入力ギヤ３０の外歯部３０Ａとの間に供給される。そして、このオルダム継手Ｃｘに供給された潤滑油は、オルダム継手Ｃｘとアウタケース１１との間の隙間から外部に排出される。

【0040】

上記構成により、吸気カムシャフト２の端部に中間部材２０の支持壁部２１が連結ボルト２３により連結されており、吸気カムシャフト２と中間部材２０とが一体回転する。偏芯部材２６は第１軸受２８により中間部材２０に対して回転軸芯Ｘを中心に相対回転自在に支持されている。この偏芯部材２６の偏芯支持面２６Ｅに対し第２軸受２９を介して入力ギヤ３０が支持され、板ばね２７の付勢力により入力ギヤ３０の外歯部３０Ａの一部が出力ギヤ２５の内歯部２５Ａの一部に噛み合っている。また、オルダム継手Ｃｘの外方側にフロントプレート１２が配置されるため、オルダム継手Ｃｘはフロントプレート１２の内面に接触する状態で回転軸芯Ｘに対して直交する方向に移動可能となる。さらに、位相制御モータＭの出力軸Ｍａに形成された一対の係合ピン８が、偏芯部材２６の係合溝２６Ｔに係合している。

【0041】

位相制御モータＭは、制御ユニット１０によって制御される。エンジンＥにはクランクシャフト１と吸気カムシャフト２の回転速度（単位時間あたりの回転数）と、各々の回転位相とを検出可能なクランクセンサＳ１及びカムセンサＳ２が備えられており、これらのセンサの検出信号を上位ＥＣＵ５０に入力するように構成されている。上位ＥＣＵ５０から相対回転位相を維持する位相指令を受けた制御ユニット１０は、エンジンＥの駆動時において位相制御モータＭを吸気カムシャフト２の回転速度と等しい速度で駆動することで相対回転位相を維持する。これに対して、上位ＥＣＵ５０から相対回転位相を変位させる位相指令を受けた制御ユニット１０は、位相制御モータＭの回転速度を吸気カムシャフト２の回転速度より低減することにより進角作動が行われ、これとは逆に回転速度を増大することにより遅角作動が行われる。

【0042】

位相制御モータＭがアウタケース１１と等速（吸気カムシャフト２と等速）で回転する場合には、出力ギヤ２５の内歯部２５Ａに対する入力ギヤ３０の外歯部３０Ａの噛み合い位置が変化しないため、駆動側回転体Ａに対する従動側回転体Ｂの相対回転位相は維持される。

【0043】

これに対してアウタケース１１の回転速度より高速又は低速で位相制御モータＭの出力軸Ｍａを駆動回転することにより、位相調節機構Ｃにおける偏芯軸芯Ｙが回転軸芯Ｘ周りに公転する。この公転により出力ギヤ２５の内歯部２５Ａに対する入力ギヤ３０の外歯部３０Ａに対する噛み合い位置が出力ギヤ２５の内周に沿って変位し、入力ギヤ３０と出力ギヤ２５との間には回転力が作用する。つまり、出力ギヤ２５には回転軸芯Ｘを中心とする回転力が作用し、入力ギヤ３０には偏芯軸芯Ｙを中心に自転させようとする回転力が作用する。

【0044】

前述したように入力ギヤ３０は、オルダム継手Ｃｘの内部係合アームに係合するためアウタケース１１に対して自転することはなく、駆動側回転体Ａの本体部Ａａの回転力が出力ギヤ２５に作用する。この回転力の作用により出力ギヤ２５と共に中間部材２０が、アウタケース１１に対し回転軸芯Ｘを中心に回転する。その結果、駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相が設定され、吸気カムシャフト２による開閉時期の設定が実現される。

【0045】

また、入力ギヤ３０の偏芯軸芯Ｙが回転軸芯Ｘ周りに公転する際には、入力ギヤ３０の変位に伴い、オルダム継手Ｃｘは、アウタケース１１に対して外部係合アームが突出する方向（第１方向）に変位し、入力ギヤ３０は、内部係合アームが突出する方向（第２方向）へ変位する。

【0046】

前述したように入力ギヤ３０の外歯部３０Ａの歯数が、出力ギヤ２５の内歯部２５Ａの歯数より１歯だけ少なく設定されているため、入力ギヤ３０の偏芯軸芯Ｙが回転軸芯Ｘを中心に１回転だけ公転した場合には、１歯分だけ出力ギヤ２５が回転することになり大きい減速を実現している。

【0047】

このように、本実施形態における弁開閉時期制御装置１００は、位相制御モータＭの駆動力で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、エンジンＥの始動時のように油圧が充分でない状況においても、必要とする相対回転位相に迅速に設定することが可能である。

【0048】

〔電動ＶＶＴの制御ユニット〕
制御ユニット１０は、駆動側回転体Ａに対する従動側回転体Ｂの相対回転位相（以下、単に「相対回転位相」と称する場合がある）を変位させるように位相制御モータＭを制御する制御部１０ａと、筒内圧センサＳｐの圧力値を記憶する記憶部１０ｂとを有している。この制御ユニット１０は、エンジンＥの駆動を制御する上位ＥＣＵ５０とケーブル等の有線を介して電気的に接続されている。このため、制御ユニット１０と上位ＥＣＵ５０とは、様々な情報を互いに送受信可能に構成されている。尚、制御ユニット１０と上位ＥＣＵ５０とを、無線通信可能に構成しても良いし、制御ユニット１０の機能を上位ＥＣＵ５０に受け持たせても良い。制御部１０ａは、各種処理を実行するＣＰＵやメモリを中核としたソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの協働により構成されている。記憶部１０ｂは、ハードディスクや不揮発メモリ等から構成されている。

【0049】

上位ＥＣＵ５０では、吸気カムシャフト２の回転位相等を検出したセンサ情報から得られた現在の相対回転位相（実位相）と、エンジンＥの運転状態に応じて設定される最適な相対回転位相である目標位相と、を制御ユニット１０に送信する。具体的には、燃焼室に対して最適な吸気タイミングで空気を吸引するために、上位ＥＣＵ５０は、エンジン始動時には、温度センサＳ３等の各種センサの値に基づいて目標位相を設定し、通常運転時には、エンジンＥに作用する負荷やクランクシャフト１の回転速度等をパラメータとする目標位相マップに基づいて目標位相を設定する。例えば、エンジンＥが始動してクランキングが行われた場合には、相対回転位相を中間位相に設定する制御が行われる。この中間位相はエンジンＥの始動に適した吸気タイミングであるため、燃料の噴射と点火とを開始する際には中間位相への変位が行われる。

【0050】

制御部１０ａは、エンジンＥの駆動を制御する上位ＥＣＵ５０からの位相指令を受信して、現在の相対回転位相が目標位相となるように位相制御モータＭの駆動（出力軸Ｍａの回転速度）を制御し、駆動側回転体Ａに対する従動側回転体Ｂの相対回転位相を設定する。制御部１０ａが位相制御を行う際には、クランクセンサＳ１とカムセンサＳ２との検出結果から弁開閉時期制御装置１００の相対回転位相を取得し、この相対回転位相と目標位相との偏差を小さくするフィードバック制御が実行される。

【0051】

このフィードバック制御に加えて、本実施形態における制御部１０ａは、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）及び燃焼変動率（ＣＯＶ）に基づいて、相対回転位相の変更を許可し、相対回転位相を更に進角方向又は遅角方向に変位させる制御を実行する。

【0052】

例えば、エンジン始動時において燃焼室で燃焼が行われた後には、相対回転位相を進角方向に変位させることによりオーバーラップ期間を増加させ、吸気行程の初期において開放状態にある排気バルブ（不図示）を介して、高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲ）の一部を燃焼室に取り込むことが可能となる。その結果、高温の燃焼ガスをシリンダ３の内壁に接触させて内壁の温度を上昇させ、燃料の液滴化を回避することにより、インジェクタ（不図示）で噴射された燃料の霧化状態を維持し、燃焼の初期から良好な燃焼を可能にして排ガスの低減を図ることができる。

【0053】

また、燃費を改善するタイミングにおいては、相対回転位相を遅角方向に変位させ、吸気圧縮比の低減を行う制御、又は、相対回転位相を進角方向に変位させることによりオーバーラップを確保して、内部ＥＧＲの増加を図る制御が選択される。何れの制御を選択するかは、エンジンＥのスペックや車両の使用環境により異なる。

【0054】

制御部１０ａは、燃焼変動率（ＣＯＶ）が第一所定値以下及び図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）が第二所定値以上であれば、相対回転位相の変更を許可する。図２には、各気筒の筒内圧センサＳｐの圧力値が示されており、記憶部１０ｂには、ａ：吸気行程、ｂ：圧縮行程、ｃ：膨張行程、ｄ：排気行程を１サイクルとして、１～Ｎサイクル分（Ｎは任意の数字）の各気筒の圧力値が記憶されている。制御部１０ａは、記憶部１０ｂに記憶された各気筒の筒内圧センサＳｐの圧力値に基づいて、気筒ごとに１サイクルの図示平均有効圧力を演算する。図示平均有効圧力（単位ｋＰａ）は、１サイクルの圧力値の合計値（１サイクル当たりの仕事量）を行程容積で除した値（以下、「ＩＭＥＰ」と称することがある）である。

【0055】

本実施形態では、第二所定値以上であるか否かを判定するＩＭＥＰとして、１サイクルにおける複数（４つ）の気筒ごとに演算された図示平均有効圧力の最小値を適用する。図２に示す例において、図示平均有効圧力の最小値は、１サイクル目が＃１気筒であり、２サイクル目が＃２気筒であり、Ｎサイクル目が＃４気筒である。

【0056】

燃焼変動率（単位％、以下「ＣＯＶ」と称することがある）は、ＩＭＥＰの標準偏差をＩＭＥＰの平均値で除して求められる。本実施形態では、第一所定値以下であるか否かを判定するＣＯＶとして、１～Ｎサイクルにおける図示平均有効圧力の最小値の標準偏差を、１～Ｎサイクルにおける全ての気筒のＩＭＥＰの平均値で除した割合（ＣＯＶ（％）＝「１サイクルＩＭＥＰ最小値～ＮサイクルＩＭＥＰ最小値の標準偏差」／「１サイクル～ＮサイクルＩＭＥＰ平均値」）により算出する。

【0057】

記憶部１０ｂは、筒内圧センサＳｐの圧力値と判定閾値（第一所定値及び第二所定値）とを記憶している。この第一所定値や第二所定値は、エンジンＥのスペックやエンジンＥを搭載した車両の使用環境等により予め設定されている。尚、これら第一所定値や第二所定値は、ニューラルネットワーク等の機械学習により設定しても良いし、各種実験により設定しても良い。

【0058】

図３には、記憶部１０ｂが記憶している判定閾値の例が示されている。本実施形態における記憶部１０ｂは、エンジンＥの温度に応じて第一所定値及び第二所定値を変化させて記憶している。エンジンＥが低温時には、燃焼変動率が悪化し易くなるため、燃焼安定性を損なわない範囲で第一所定値（ＣＯＶ閾値）を高く設定している。また、エンジンＥが低温時には、気筒内摩擦力が大きくなるため、筒内圧力を高めるように第二所定値（ＩＭＥＰ閾値）を高く設定している。このように、エンジンＥの温度に応じて第一所定値又は第二所定値を設定すれば、燃焼安定性を考慮しながら排ガスの低減や燃費の改善をより促進することができる。

【0059】

以下、本実施形態における制御ユニット１０について、図４～図５を用いて詳述する。

【0060】

図５には、エンジンＥが始動時における相対回転位相のタイムチャートが示されている。図５の破線は、従来の弁開閉時期制御装置の制御形態であり、図５の実線は、本実施形態における弁開閉時期制御装置１００の制御形態である。

【0061】

図４には、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置１００に制御フローが示されている。エンジンＥが駆動しているとき、弁開閉時期制御装置１００の制御部１０ａは、上位ＥＣＵ５０からの位相指令に基づいて、相対回転位相が所定位相となるように制御する（♯４１）。また、イグニションスイッチがオンとなってエンジンＥが始動したときから、記憶部１０ｂは、筒内圧センサＳｐの圧力値を記憶する（♯４２）。そして、Ｎサイクル分の筒内圧センサＳｐの圧力値が累積されたとき、制御部１０ａは、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）及び燃焼変動率（ＣＯＶ）を演算する（♯４３）。尚、制御部１０ａは、（Ｎ＋１）サイクルの筒内圧センサＳｐの圧力値が得られたとき、２サイクル～（Ｎ＋１）サイクルにおけるＩＭＥＰ及びＣＯＶを演算するといった具合に、順に更新する。

【0062】

次いで、制御部１０ａは、ＣＯＶが第一所定値以下であるか否か及びＩＭＥＰが第二所定値以上であるか否かを判定する（♯４４）。制御部１０ａは、ＣＯＶが第一所定値未満又はＩＭＥＰが第二所定値未満であれば（♯４４Ｎо）、相対回転位相を所定位相に維持したまま♯４１～♯４３の制御を実行する。一方、制御部１０ａは、ＣＯＶが第一所定値以下及びＩＭＥＰが第二所定値以上であれば（♯４４Ｙｅｓ）、相対回転位相の変更を許可し、上位ＥＣＵ５０からの指示された相対回転位相よりも進角方向又は遅角方向に所定角度（例えば１ＣＡ）ずつ次第に変更する（♯４５，♯４６）。尚、相対回転位相を所定角度分変更した段階で、再度、♯４３～♯４６の制御を実行する。

【0063】

エンジン始動時における上位ＥＣＵ５０からの位相指令を示す図５の破線では、燃焼室での燃焼が確実に安定するまで中間位相に設定（パターン１）したり、触媒暖機を図るために一時的に進角制御を実行（パターン２）したりする。しかしながら、上位ＥＣＵ５０からの位相指令は、燃焼室で失火が発生しないように安全側で設定されており、排ガスの低減や燃費の改善を図る上で十分ではなかった。

【0064】

本実施形態では、図５の実線に示すように、制御部１０ａは、燃焼変動率（ＣＯＶ）が第一所定値以下及び図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）が第二所定値以上であれば、相対回転位相の変更を許可する。つまり、図５のパターン１では、エンジン始動時の早い段階において、相対回転位相を遅角方向に変位させ、吸気圧縮比の低減を行い、燃費の改善を図る。図５のパターン２では、相対回転位相を更に進角方向に変位させることによりオーバーラップ期間を増加させ、吸気行程の初期において開放状態にある排気バルブを介して、高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲ）の一部を燃焼室に取り込み、排ガスの低減を図る。その結果、排ガスの低減や燃費の改善を限界まで促進することができる。

【0065】

このように、本実施形態における制御部１０ａは、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）を演算し、ＩＭＥＰの標準偏差をＩＭＥＰの平均値で除して求められる燃焼変動率（ＣＯＶ）が第一所定値以下であれば、相対回転位相の変更を許可する。この燃焼変動率は、複数サイクルにおける気筒の燃焼安定性を反映したものであるため、相対回転位相の変更制限を解除する指標として最適である。

【0066】

例えば、内燃機関の始動時において、触媒暖気により排ガスを低減したいときには、燃焼変動率が第一所定値以下であれば相対回転位相の変更を許可し、オーバーラップ期間をより増加することができる。また、燃費を改善したいときには、燃焼変動率が第一所定値以下であれば相対回転位相の変更を許可し、より一層進角又は遅角させることができる。

【0067】

さらに、本実施形態では、燃焼変動率（ＣＯＶ）に加えて、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）が第二所定値以上であれば、相対回転位相の変更を許可する。燃焼が不安定であれば、膨張行程での筒内圧力が高まらず、図示平均有効圧力が小さくなる傾向にある。このため、燃焼変動率に加えて図示平均有効圧力も燃焼安定性の指標とすることで、燃焼安定性を考慮しながら排ガスの低減や燃費の改善を確実に促進することができる。しかも、判定閾値と対比するＩＭＥＰやＣＯＶとして、複数の気筒の図示平均有効圧力の最小値を用いれば、燃焼安定性を安全側で担保することができる。

【0068】

［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態における制御部１０ａは、燃焼変動率（ＣＯＶ）が第一所定値以下及び図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）が第二所定値以上であれば、相対回転位相の変更を許可した。これに代えて、制御部１０ａは、燃焼変動率（ＣＯＶ）のみで判定する形態として、燃焼変動率（ＣＯＶ）が第一所定値以下であれば、相対回転位相の変更を許可しても良い。
（２）上述した実施形態では、判定閾値と対比するＩＭＥＰやＣＯＶとして、１サイクル毎に複数の気筒の図示平均有効圧力の最小値を用いたが、全ての気筒の全てのサイクルの図示平均有効圧力を判定閾値と対比しても良いし、１サイクルにおける複数の気筒の図示平均有効圧力の平均値を用いても良い。

【0069】

（３）上述した実施形態では、吸気側に弁開閉時期制御装置１００を配置したが、排気側に弁開閉時期制御装置１００を配置しても良いし、吸気側と排気側の両方に弁開閉時期制御装置１００を配置しても良い。
（４）電動ＶＶＴとしての弁開閉時期制御装置１００は、上述した実施形態に限定されず、電動アクチュエータで相対回転位相を変位させるものであれば、どのような構成であっても良い。また、弁開閉時期制御装置１００は、油圧により相対回転位相を変位させる形態であっても良い。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明は、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0071】

１ ：クランクシャフト
２ ：吸気カムシャフト（カムシャフト）
１０ａ ：制御部
１０ｂ ：記憶部
１００ ：弁開閉時期制御装置
Ａ ：駆動側回転体
Ｂ ：従動側回転体
Ｅ ：エンジン（内燃機関）
Ｓｐ ：筒内圧センサ
Ｘ ：回転軸芯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】