(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、原動機の要求トルクが上限値を超えるような場合であっても、吸気バルブおよび／または排気バルブの動作態様を所望の態様に近似させることができる技術の提供を課題する。【解決手段】本発明は、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、原動機に対して要求されるトルクとしての要求トルクが上限値を超える場合に、前記要求トルクより大きな振幅のトルク指令値によって電動機を制御することにより、原動機のトルク不足を補償するようにした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と独立した原動機により駆動されるカムがバルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、
前記バルブの開弁開始から閉弁終了までの期間に前記原動機が発生すべきトルクである要求トルクが上限値を超える場合に、前記要求トルクより大きな振幅のトルク指令値によって前記原動機を作動させる制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の動弁システム。
【請求項２】
請求項１において、前記制御手段は、要求トルクの積算値とトルク指令値の積算値とが等しくなるように前記トルク指令値を決定することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記制御手段は、トルク指令値を積分して得られる波形の極値の位相と要求トルクを積分して得られる波形の極値の位相とが等しくなるように、トルク指令値を決定することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムが提案されている。例えば、内燃機関と独立した原動機として電動モータを利用した動弁システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００７−１５４８４８号公報
【特許文献２】特開２００５−１８０２３８号公報
【特許文献３】特開２００７−２９２０４５号公報
【特許文献４】特許第３６９０８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記した従来の動弁システムの作動時において、内燃機関の運転状態によっては原動機の要求トルクが上限値を超える場合がある。そのような場合は、吸気バルブ又は排気バルブを所望の態様（タイミングや速度）で動作させることができない可能性がある。
【０００４】
これに対し、原動機の定格を大きくする方法が考えられるが、動弁システムのサイズや重量が増大し、車載性が悪化するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、原動機の要求トルクが上限値を超えるような場合であっても、吸気バルブおよび／または排気バルブの動作態様を所望の態様に近似させることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、原動機の要求トルクが上限値より大きくなる場合に、前記要求トルクより大きな振幅のトルク指令値に従って原動機を制御するようにした。
【０００７】
詳細には、本発明は、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、
前記原動機に対して要求されるトルクとしての要求トルクが上限値を超える場合に、前記要求トルクより大きな振幅のトルク指令値によって前記電動機を制御する制御手段を備えるようにした。
【０００８】
尚、ここでいう「上限値」とは、原動機が発生し得る最大のトルクに相当する。また、「要求トルクが上限値を超える」とは、バルブの開弁開始から閉弁終了までの期間（以下、「バルブ作動期間」と称する）に必要となるトルク（要求トルク）の波形において、少なくとも一部の要求トルクが上限値を超えることを指す。
【０００９】
要求トルクが上限値を超えた場合は、バルブ作動期間のうち、要求トルクが上限値を上回る期間において、原動機の発生トルクが不足する。そのため、カムの回転速度が目標値
より低くなり、バルブの開閉タイミングや作用角が目標値からかけ離れる可能性がある。その結果、内燃機関が所望の性能を発揮することができなくなる可能性や、排気エミッションが悪化する可能性がある。
【００１０】
これに対し、要求トルクより振幅の大きなトルク指令値により原動機が作動させられると、要求トルクに従って原動機が作動した場合と同様に、原動機の発生トルクの最大値は上限値に制限される。しかしながら、原動機の発生トルクが上限値に到達するタイミングは、原動機が要求トルクに従って作動させられた場合より早くなる。すなわち、原動機の発生トルクの増加率は、原動機が要求トルクに従って作動させられた場合より大きくなる。その結果、カムの回転慣性力が増加するため、バルブの開閉タイミングや作用角が目標値に近似する。
【００１１】
本発明において、制御手段は、要求トルクの積算値とトルク指令値の積算値とが等しくなるように原動機を制御してもよい。言い換えれば、制御手段は、要求トルクの積算値とトルク指令値の積算値とが等しくなるようにトルク指令値を決定してもよい。その場合、トルク指令値に従って原動機が作動した場合のカムの角速度は、原動機が要求トルクと同等のトルクを発生し得た場合（原動機の発生トルクが上限値に制限されないと仮定した場合）のカムの角速度に近似する。その結果、カムの回転位置（クランク角度を基準としたカムの実際の位相）が目標回転位置（クランク角度を基準としたカムの目標位相）からかけ離れることが抑制される。
【００１２】
また、本発明において、制御手段は、トルク指令値を積分して得られる波形の極値の位相と要求トルクを積分して得られる波形の極値の位相とが等しくなるように、トルク指令値を決定してもよい。
【００１３】
言い換えれば、制御手段は、トルク指令値を積分して得られる波形が極値を示すタイミング（クランク角度を基準としたタイミング）と要求トルクを積分して得られる波形が極値を示すタイミング（クランク角度を基準としたタイミング）とが等しくなるように、トルク指令値を定めてもよい。
【００１４】
このようにトルク指令値が定められると、バルブ作動期間におけるカムの回転位置（クランク角度を基準としたカムの実際の位相）が目標回転位置（クランク角度を基準としたカムの目標位相）からかけ離れることが抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、原動機の要求トルクが上限値を超えるような場合であっても、吸気バルブおよび／または排気バルブの動作態様を所望の態様に近似させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１７】
＜実施例１＞
図１は、本発明を適用する内燃機関の動弁システムの概略構成を示す図である。
【００１８】
図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介してクランクシャフト
５と連結されている。
【００１９】
気筒２の内部は、吸気ポート６及び排気ポート７と連通している。気筒２内における吸気ポート６の開口端は、吸気バルブ８により開閉される。気筒２内における排気ポート７の開口端は、排気バルブ９により開閉される。吸気バルブ８と排気バルブ９は、吸気側駆動機構１０と排気側駆動機構１１とにより各々開閉駆動される。
【００２０】
前記吸気ポート６は、吸気通路６０と連通している。吸気通路６０を流れる吸気は、吸気ポート６へ導かれる。吸気ポート６へ導かれた吸気は、吸気バルブ８の開弁時に気筒２内へ吸入される。その際、吸気通路６０に取り付けられた燃料噴射弁１２が吸気ポート６へ向けて燃料を噴射すると、該燃料も吸気とともに気筒２内へ吸入される。
【００２１】
気筒２内に導かれた燃料及び吸気（混合気）は、点火プラグ１３が発生する火花を火種として燃焼される。気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気バルブ９の開弁時に排気ポート７へ排出される。排気ポート７は排気通路７０と連通しており、前記した既燃ガスが排気ポート７から排気通路７０を介して大気中へ排出される。
【００２２】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１４が併設されている。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ１４には、クランクポジションセンサ１５、水温センサ１６、イグニッションスイッチ１７等の各種センサと電気的に接続されている。
【００２３】
クランクポジションセンサ１５は、クランクシャフト５の回転位置に応じた信号を出力するセンサである。水温センサ１６は、内燃機関１を循環する冷却水の温度に応じた信号を出力するセンサである。
【００２４】
ＥＣＵ１４は、前記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁１２、点火プラグ１３、吸気側駆動機構１０、及び排気側駆動機構１１を電気的に制御する。
【００２５】
ここで、図２に基づいて吸気側駆動機構１０の構成を説明する。図２中の＃１〜♯４は、内燃機関１の１番気筒〜４番気筒を各々表している。尚、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の燃焼順序は、１番気筒（＃１）→３番気筒（＃３）→４番気筒（＃４）→２番気筒（＃２）である。
【００２６】
１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の各々には、２つの吸気バルブ８が設けられている。吸気バルブ８のステム基端には、バルブリフタ８０が取り付けられている。吸気バルブ８は吸気側バルブスプリング８７によって閉弁方向へ付勢されており、その付勢力によってバルブリフタ８０が第１吸気カム８１又は第２吸気カム８２に押し付けられている。
【００２７】
第１吸気カム８１は、１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）の吸気バルブ８を開閉駆動させるカムであり、第１吸気カムシャフト８３に固定されている。第２吸気カム８２は、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）の吸気バルブ８を開閉駆動するカムであり、第２吸気カムシャフト８４に固定されている。すなわち、本実施例では、燃焼時期が３６０度異なる２つの気筒が１本の吸気カムシャフトを共用するように構成されている。
【００２８】
第１吸気カムシャフト８３と第２吸気カムシャフト８４は、同軸に配置されるとともに、互いに独立して周方向へ回転或いは揺動可能に内燃機関１に支持されている。
【００２９】
第１吸気カムシャフト８３の一端には、第１ドリブンギヤ８５が固定されている。第１ドリブンギヤ８５は、第１モータ１８の出力軸に固定された第１出力ギア１９と噛合して
いる。以下では、第１ドリブンギヤ８５及び第１出力ギア１９を第１減速機構と総称する。
【００３０】
この場合、第１モータ１８の回転トルクは、第１減速機構を介して第１吸気カムシャフト８３へ伝達される。よって、第１モータ１８は、第１減速機構を介して第１吸気カムシャフト８３を周方向へ回転又は揺動させることができる。
【００３１】
第２吸気カムシャフト８４の外周面の一部には、第２ドリブンギヤ８６が同軸に固定されている。第２ドリブンギヤ８６は、第２モータ２１の出力軸に固定された第２出力ギア２２と噛合している。以下では、第２ドリブンギヤ８６及び第２出力ギア２２を第２減速機構と総称する。第２減速機構による減速比は、前述した第１減速機構と同等であるものとする。
【００３２】
この場合、第２モータ２１の回転トルクは、第２減速機構を介して第２吸気カムシャフト８４へ伝達される。よって、第２モータ２１は、第２減速機構を介して第２吸気カムシャフト８４を周方向へ回転又は揺動させることができる。
【００３３】
尚、第１吸気カムシャフト８３には、該第１吸気カムシャフト８３の回転位置を検出する第１カムポジションセンサ３０が取り付けられている。第２吸気カムシャフト８４には、該第２吸気カムシャフト８４の回転位置を検出する第２カムポジションセンサ３１が取り付けられている。これら第１カムポジションセンサ３０及び第２カムポジションセンサ３１の検出信号は、ＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。
【００３４】
また、第１モータ１８は、出力軸の回転角度（位相）を検出する第１レゾルバ２０を備えており、第１レゾルバ２０の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。第２モータ２１は、出力軸の回転角度を検出する第２レゾルバ２３を備えており、第２レゾルバ２３の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。
【００３５】
排気側駆動機構１１の構成については説明を省略するが、吸気側駆動機構１０と同様にモータとカムシャフトが各々２つ設けられるように構成されてもよく、又は、モータとカムシャフトが各々１つ設けられるように構成されてもよい。
【００３６】
このように構成された動弁系では、ＥＣＵ１４がクランクシャフト５の回転に同期したタイミングで各モータを回転動作又は揺動動作させることにより、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の吸気バルブ８及び排気バルブ９がクランクシャフト５の回転に同期したタイミング（すなわち、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の燃焼サイクルに同期したタイミング）で開閉可能となる。
【００３７】
ところで、吸気バルブ８が開弁し始めてから閉弁し終わるまでの期間（バルブ作動期間）において各モータ１８，２１に要求されるトルクが上限値（モータ１８，２１が発生可能なトルクの最大値）を上回ると、吸気カム８１，８２の回転速度が目標値より低くなる可能性がある。その場合は、吸気バルブ８の開閉タイミングや作用角が目標値からかけ離れる可能性がある。
【００３８】
図３は、バルブ作動期間にモータ１８，２１へ入力されるトルク指令値（要求トルク）を示す図である。尚、図３において、吸気カム８１，８２及びモータ１８，２１は、一方向へ連続回転するモード（正転モード）で動作しているものとする。
【００３９】
トルク指令値が上限値（モータ１８，２１が発生可能なトルクの最大値）Ｔｍｍａｘ以下であれば、モータ１８，２１が実際に発生するトルク（以下、「実トルク」と称する）
は図３に示したトルク指令値と略同等の波形となる。
【００４０】
これに対し、トルク指令値が上限値Ｔｍｍａｘを上回る場合は、図４に示すように、トルク指令値（図４中の破線）が上限値Ｔｍｍａｘを上回る期間（以下、「トルク不足期間」と称する）Ｐにおいて、モータの実トルク（図４中の実線）が上限値Ｔｍｍａｘに制限される。その結果、トルク不足期間Ｐにおいて、モータ１８，２１及び吸気カム８１，８２の回転速度が目標回転速度より低くなる可能性がある。その場合は、吸気バルブ８の開閉タイミングや作用角が目標値からかけ離れる可能性がある。
【００４１】
吸気バルブ８の開閉タイミングや作用角が目標値からかけ離れると、気筒２内に吸入される空気量の変化等が発生し、内燃機関１の発生トルクが要求トルクを下回る事態や、内燃機関１の排気エミッションが増加する事態等が誘発される。
【００４２】
そこで、本実施例では、モータ１８，２１のトルク指令値が上限値Ｔｍｍａｘを超える場合に、図５に示すように、バルブ作動期間におけるトルク指令値の振幅が増加補正されるようにした。尚、図５中の実線は補正後のトルク指令値を示し、図５中の破線は補正前のトルク指令値を示すものとする。
【００４３】
この場合、モータ１８，２１の実トルクは、図６の実線で示すように、トルク指令値が補正されない場合（図６中の破線）と同様に上限値Ｔｍｍａｘに制限される。しかしながら、モータ１８，２１の実トルクが上限値Ｔｍｍａｘに到達するタイミングは、トルク指令値が補正されない場合（図６中のｔ１０）に比べ、トルク指令値が補正された場合（図６中のｔ１）の方が早くなる。すなわち、実トルクの増加率（傾き）は、トルク指令値が補正されない場合に比してトルク指令値が補正された場合の方が大きくなる。
【００４４】
その結果、モータ１８，２１及び吸気カム８１，８２の回転慣性力が増加するため、吸気バルブ８の開閉タイミングや作用角を目標値に近似させることが可能となる。このようにＥＣＵ１４がトルク指令値を補正することにより、本発明にかかる制御手段が実現される。
【００４５】
尚、トルク指令値の増加補正量は、図７中の領域Ｂ１，Ｂ２の合計面積が領域Ａ１の面積と等しくなる（Ａ１＝Ｂ１＋Ｂ２）とともに、領域Ｂ３，Ｂ４の合計面積が領域Ａ２の面積と等しくなる（Ａ２＝Ｂ３＋Ｂ４）ように定められてもよい。
【００４６】
この場合、吸気カム８１，８２の角速度が目標値（実トルクが上限値Ｔｍｍａｘに制限されることなく補正前のトルク指令値と同等になる場合の角速度）と略同等になるため、吸気バルブ８の開閉タイミングや作用角を目標値に近似させやすくなる。
【００４７】
また、補正前のトルク指令値を角速度に換算（トルク指令値を積分）した波形（以下、「基準角速度波形」と称する）と実トルクを角速度に換算（実トルクを積分）した波形（以下、「補正角速度波形」と称する）との振幅及び位相が略同等となるように、トルク指令値の増加補正量が定められてもよい。
【００４８】
例えば、ＥＣＵ１４は、基準波形の最大振幅値の大きさと補正波形の最大振幅値の大きさとが一致するとともに、基準波形が最大振幅値を示すタイミング（クランク角度）と補正波形が最大振幅値を示すタイミング（クランク角度）とが一致するように、トルク指令値の増加補正量が定められてもよい。
【００４９】
このようにトルク指令値の増加補正量が定められると、クランク角度に対する吸気カム８１，８２の回転角度（位相）が目標値（実トルクが上限値Ｔｍｍａｘに制限されること
なく補正前のトルク指令値と同等になる場合のカムの位相）に近似する。その結果、吸気バルブ８の開閉タイミング及び作用角が目標値に近似し易くなる。
【００５０】
尚、以上述べた実施例では、吸気側駆動機構１０を例に挙げたが、排気側駆動機構１１についても同様の制御を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】吸気側駆動機構の概略構成を示す図である。
【図３】バルブ作動期間におけるトルク指令値の変化を示す図である。
【図４】トルク指令値が上限値を超える場合の実トルクを示す図である。
【図５】補正前のトルク指令値と補正後のトルク指令値とを示す図である。
【図６】補正前のトルク指令値に対応する実トルクと補正後のトルク指令値に対応する実トルクとを示す図である。
【図７】トルク指令値の補正量を決定する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
８・・・・吸気バルブ
９・・・・排気バルブ
１０・・・吸気側駆動機構
１１・・・排気側駆動機構
１４・・・ＥＣＵ（制御手段）
１５・・・クランクポジションセンサ
１８・・・第１モータ（原動機）
１９・・・第２モータ（原動機）
３０・・・第１カムポジションセンサ
３１・・・第２カムポジションセンサ
８０・・・バルブリフタ
８１・・・第１吸気カム
８２・・・第２吸気カム
８３・・・第１吸気カムシャフト
８４・・・第２吸気カムシャフト
８７・・・吸気側バルブスプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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