(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関と独立した原動機により回転又は揺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、吸気バルブが閉弁状態となる位置でカムを停止させる技術の提供を課題とする。【解決手段】本発明は、内燃機関と独立した原動機により回転又は揺動されるカムが吸気バルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、前記吸気バルブを閉弁状態で休止させるための弁休止要求が発生した時に、前記吸気バルブが閉弁状態となる位置で前記カムが停止しない気筒が存在すると、当該気筒の運転を少なくとも１サイクル継続させた後に、前記カムの停止を試行する。これにより、吸気バルブが開弁状態に陥る事態を可及的に回避することができる。【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回転又は揺動されるカムが吸気バルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、
前記吸気バルブを閉弁状態で休止させるための弁休止要求が発生した時に、前記吸気バルブが閉弁状態となる範囲で前記カムが停止しない気筒が存在すると、当該気筒の運転を少なくとも１サイクル継続させた後に、前記カムの停止を実行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駆動されるカムが吸気バルブを開閉させる動弁システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関と独立した原動機（電動モータ）によりバルブ駆動用カムを回転又は揺動させる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】国際公開第２００５／１１９０１９号パンフレット
【特許文献２】特開２００５−９０４６３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、内燃機関がフューエルカット運転される場合等は、酸素過剰なガス（空気）が排気浄化触媒を通過することに因る排気浄化触媒の劣化を防止するために、吸気バルブ（及び排気バルブ）を閉弁状態で停止（又は休止）させることが望ましい。
【０００４】
しかしながら、電動モータによりカムが駆動される内燃機関においては、カムや電動モータの慣性力、電動モータのコギングトルク、或いは制御系の異常などにより、吸気バルブが閉弁状態となる範囲でカムが停止しきれずに開弁状態に陥る可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記したような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回転又は揺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、吸気バルブが閉弁状態となる位置でカムを停止させ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回転又は揺動されるカムが吸気バルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、
前記吸気バルブを閉弁状態で休止させるための弁休止要求が発生した時に、前記吸気バルブが閉弁状態となる範囲で前記カムが停止しない気筒が存在すると、当該気筒の運転を少なくとも１サイクル継続させた後に、前記カムの停止を試行するようにした。
【０００７】
尚、ここでいう「気筒の運転」とは、吸排気バルブの開閉動作、燃料噴射弁の燃料噴射動作、及び点火プラグの点火動作（圧縮着火式内燃機関の場合は、吸排気バルブの開閉動作と燃料噴射弁の燃料噴射動作）が行われることにより、気筒内で燃料が燃焼される運転を意味する。
【０００８】
吸気バルブが閉弁状態となる範囲（以下、「閉弁範囲」と称する）でカムが停止しきれない場合、すなわち、カムが閉弁範囲で停止しきれずに開弁範囲（吸気バルブが開弁状態となる範囲）に達した場合は、カムが開弁範囲で停止したり、或いはカムが開弁範囲に達した後に閉弁範囲まで逆転して停止したりする可能性がある。その場合、新気が排気系へ流れる可能性がある。また、吸気バルブの停止後に気筒内で燃焼が行われている場合は、燃焼ガスや既燃ガスが吸気系へ逆流する可能性もある。
【０００９】
これに対し、本発明の内燃機関の動弁システムは、カムが閉弁範囲で停止しきれない気筒については、該気筒の運転を１サイクル継続した後に再度カムの停止処理を試行するため、内燃機関の排気系に新気が流れたり、燃焼ガスや既燃ガスが吸気系へ逆流したりする事態を回避することが可能となる。
【００１０】
尚、カムの停止処理は、カムが停止範囲で停止するまで繰り返し試行されてもよいが、予め定められた回数の試行が行われてもカムが停止範囲に停止しない場合は動弁システムが異常であると診断されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関と独立した原動機により回転又は揺動されるカムが吸気バルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、吸気バルブが閉弁状態となる位置でカムを停止させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施形態について図１〜図５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。
【００１３】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成である。図１に示す内燃機関１は、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は、４つの気筒２を備えている。気筒２内には、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。
【００１４】
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。
【００１５】
前記吸気ポート６は、吸気通路６０と連通している。前記吸気通路６０には、燃料噴射弁１２が取り付けられている。吸気通路６０内を流れる吸気は、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、燃料噴射弁１２から吸気ポート６へ噴射された燃料も吸気とともに気筒２内へ吸入される。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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番気筒から４番気筒を各々表している。尚、１番気筒（＃１）から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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
尚、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。
【００２９】
また、第１吸気カムシャフト８３には、第１カムポジションセンサ３０が取り付けられ、該第１カムポジションセンサ３０の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。第２吸気カムシャフト８４には、第２カムポジションセンサ３１が取り付けられ、該第２カムポジションセンサ３１の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。
【００３０】
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２つのカムシャフトと２つのモータにより各気筒２の排気バルブ９が開閉駆動される構成であってもよく、又は、１つのカムシャフトと１つのモータにより全ての気筒２の排気バルブ９が開閉駆動される構成であってもよい。
【００３１】
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第１モータ１８と第２モータ２１と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。
【００３２】
ところで、内燃機関１がフューエルカット運転される場合や減筒運転（４つの気筒２のうち一部の気筒２のみを運転）される場合等に、吸気バルブ８が通常通りに開閉動作すると、酸素を多量に含有した空気が内燃機関１の排気系へ流れることになる。その場合、内燃機関１の排気通路７０に配置された排気浄化触媒（例えば、三元触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等）は、酸素過剰な雰囲気に曝される。その結果、排気浄化触媒の浄化能が劣化する可能性がある。
【００３３】
これに対し、内燃機関１がフューエルカット運転される場合や減筒運転される場合は、燃焼が停止（休止）される気筒（以下、「休止気筒」と称する）の吸気バルブ８を閉弁状態に保持する方法が考えられる。
【００３４】
例えば、図３に示すように、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が１番気筒（＃１）の吸気バルブ８の閉弁位置ＩＶＣ１から４番気筒（＃４）の吸気バルブ８の開弁位置ＩＶＯ４までの範囲（以下、「第１閉弁範囲」と称する）Ｒｃ１、又は４番気筒（＃４）の吸気バルブ８の閉弁位置ＩＶＣ４から１番気筒（＃１）の吸気バルブ８の開弁位置ＩＶＯ１までの範囲（以下、「第２閉弁範囲」と称する）Ｒｃ２に属する時に、第１吸気カムシャフト８３の回転が停止されればよい。
【００３５】
また、図４に示すように、第２吸気カムシャフト８４の回転位置が２番気筒（＃２）の吸気バルブ８の閉弁位置ＩＶＣ２から３番気筒（＃３）の吸気バルブ８の開弁位置ＩＶＯ３までの範囲（以下、「第３閉弁範囲」と称する）Ｒｃ３、又は３番気筒（＃３）の吸気バルブ８の閉弁位置ＩＶＣ３から２番気筒（＃２）の吸気バルブ８の開弁位置ＩＶＯ２までの範囲（以下、「第４閉弁範囲」と称する）Ｒｃ４に属する時に、第２吸気カムシャフト８４の回転が停止されればよい。
【００３６】
しかしながら、カムシャフト及びモータの回転慣性力、モータのコギングトルク、或いは制御系の異常等により、カムシャフトが上記した閉弁範囲内で停止しせず、吸気バルブ８が開弁する範囲まで到達する場合がある。その場合、カムシャフトが開弁範囲で停止したり、又はカムシャフトが開弁範囲から閉弁範囲まで逆転して停止したりする可能性がある。
【００３７】
そのような場合は、酸素を多量に含有した空気が内燃機関１の排気通路７０へ流れる可能性がある。また、吸気バルブ８の休止後に気筒２内で燃焼が行われると、燃焼ガスや既燃ガスが吸気ポート６や吸気通路６０へ逆流する可能性もある。
【００３８】
そこで、本実施例の内燃機関の動弁システムは、第１吸気カムシャフト８３および／または第２吸気カムシャフト８４が所望の閉弁範囲Ｒｃ１，Ｒｃ２，Ｒｃ３，Ｒｃ４で停止しない場合、言い換えれば第１吸気カムシャフト８３および／または第２吸気カムシャフト８４が吸気バルブ８の開弁範囲（図３、図４中のＲｏ）で停止する可能性がある場合は、吸気バルブ８の休止時期を１サイクル遅延させるようにした。
【００３９】
その際、ＥＣＵ１４は、上記した遅延処理を気筒単位で行うことが好ましい。すなわち、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８３および／または第２吸気カムシャフト８４が停止した時に吸気バルブ８が開弁状態となる気筒２のみを１サイクル運転させることが好
ましい。
【００４０】
例えば、第１吸気カムシャフト８３が第１閉弁範囲Ｒｃ１で停止しきれなかった場合は、４番気筒（＃４）の運転を１サイクル継続させた後に、第１吸気カムシャフト８３の停止処理を再度実行する。詳細には、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が４番気筒（＃４）の吸気バルブ８の閉弁位置ＩＶＣ４に到達するまで第１モータ１８の作動を継続させるとともに、４番気筒（＃４）の燃料噴射弁１２及び点火プラグ１３を適宜作動させる。さらに、ＥＣＵ１４は、４番気筒（＃４）の排気バルブ９が排気行程で開弁するように排気カムシャフト駆動用のモータも作動させる。
【００４１】
このような遅延処理によれば、第１吸気カムシャフト８３が第１閉弁範囲Ｒｃ１又は第２閉弁範囲Ｒｃ２で停止する確率を高めることができる。その結果、吸気バルブ８が開弁状態が恒久的又は一時的に開弁状態となる事態を可及的に回避することができる。よって、排気浄化触媒の劣化、燃焼ガス・既燃ガスの逆流を回避することができる。
【００４２】
以下、本実施例において吸気バルブ８を休止させる手順について図５に沿って説明する。図５は、吸気バルブ８を休止させるためにＥＣＵ１４が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ１４のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、吸気バルブ８の休止要求発生時にＥＣＵ１４が実行するルーチンである。
【００４３】
図５において、ＥＣＵ１４は、先ずＳ１０１の処理を実行する。Ｓ１０１では、ＥＣＵ１４は、吸気バルブ８の休止要求が発生したか否かを判別する。ここでいう休止要求は、内燃機関１のフューエルカット運転条件が成立した時や、内燃機関１の減筒運転条件が成立した時に発生する。
【００４４】
前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０２へ進む。
【００４５】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ１４は、各気筒２の休止処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８３及び第２吸気カムシャフト８４の停止処理（第１モータ１８及び第２モータ２１の通電停止）、燃料噴射停止処理（燃料噴射弁１２の通電停止）、及び点火停止処理（点火プラグ１３の通電停止）を実行する。尚、排気バルブ９も休止させる場合には、ＥＣＵ１４は、排気側駆動機構１１のモータに対する通電も停止させる。
【００４６】
第１吸気カムシャフト８３及び第２吸気カムシャフト８４の停止処理では、ＥＣＵ１４は、各カムシャフトが閉弁範囲Ｒｃに位置する時（例えば、各カムシャフトの回転位置が閉弁範囲Ｒｃの開始位置（図３及び図４中のＩＶＣ１、ＩＶＣ２、ＩＶＣ３、ＩＶＣ４）と一致した時）に、各モータの通電を停止する。
【００４７】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ１４は、第１レゾルバ２０及び第２レゾルバ２３の検出信号を読み込み、第１吸気カムシャフト８３及び第２吸気カムシャフト８４の回転位置をモニタする。
【００４８】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ１４は、閉弁範囲Ｒｃで停止しきれないカムシャフトが存在するか否かを判別する。この判別方法としては、以下のような方法を例示することができる。
（１）カムシャフトの回転位置が閉弁範囲Ｒｃの終点（例えば、図３及び図４中のＩＶＯ１、ＩＶＯ２、ＩＶＯ３、ＩＶＯ４）に達したことを条件に、該カムシャフトが閉弁範囲Ｒｃで停止しきれないと判定する方法。
（２）閉弁範囲Ｒｃ内の所定の位置におけるカムシャフトの回転速度が上限値を上回っ
ていることを条件に、該カムシャフトが閉弁範囲Ｒｃで停止しきれないと判定する方法。
（３）カムシャフトの回転位置が閉弁範囲Ｒｃ内の所定の位置を超えたことを条件に、該カムシャフトが閉弁範囲Ｒｃで停止しきれないと判定する方法。
尚、上記した上限値や所定の位置は、予め実験的に求めておくものとする。
【００４９】
前記Ｓ１０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０５へ進む。Ｓ１０５では、ＥＣＵ１４は、カムシャフトが閉弁範囲Ｒｃで停止しきれない場合に吸気バルブ８が開弁する気筒２を判別する。そして、ＥＣＵ１４は、当該気筒２の運転を１サイクル継続する。
【００５０】
例えば、第１吸気カムシャフト８３が図３中の閉弁範囲Ｒｃ１で停止しきれないと判定された場合は、ＥＣＵ１４は、４番気筒（＃４）の運転を１サイクル継続させる。詳細には、ＥＣＵ１４は、４番気筒（＃４）の吸気バルブ８が閉弁する位置（図３中のＩＶＣ４）まで第１吸気カムシャフト８３を回転させるべく第１モータ１８を制御するとともに、４番気筒（＃４）の燃料噴射弁１２及び点火プラグ１３を適当なタイミングで作動させる。その結果、４番気筒（＃４）の吸気バルブ８が閉弁した時点で第１吸気カムシャフト８３の停止処理が再度試行されることになる。
【００５１】
その後、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０３以降の処理を再度実行することにより、第１吸気カムシャフト８３が閉弁範囲Ｒｃ２で停止するか否かを判別することになる。
【００５２】
このようにＥＣＵ１４が図５の制御ルーチンを実行すると、第１吸気カムシャフト８３又は第２吸気カムシャフト８４が閉弁範囲Ｒｃで停止しきれない場合は、それにより吸気バルブ８が開弁してしまう気筒２の運転が１サイクル継続された後に、第１吸気カムシャフト８３又は第２吸気カムシャフト８４の停止処理が再度試行されるようになる。よって、休止処理の実行後に吸気バルブ８が開弁状態に陥ることがなくなる。その結果、新気が排気系へ流れたり、燃焼ガス・既燃ガスが吸気系へ逆流したりする事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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】吸気側駆動機構の構成を示す図である。
【図３】第１吸気カムシャフトの回転位置と第１吸気カムの位相との関係を示す図である。
【図４】第２吸気カムシャフトの回転位置と第２吸気カムの位相との関係を示す図である。
【図５】吸気バルブ８を休止させるための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・ピストン
４・・・・コネクティングロッド
５・・・・クランクシャフト
６・・・・吸気ポート
７・・・・排気ポート
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
１２・・・燃料噴射弁
１３・・・点火プラグ
１４・・・ＥＣＵ
１５・・・クランクポジションセンサ
１６・・・水温センサ
１７・・・イグニッションスイッチ
１８・・・第１モータ
１９・・・第１出力ギア
２０・・・第１レゾルバ
２１・・・第２モータ
２２・・・第２出力ギア
２３・・・第２レゾルバ
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
６０・・・吸気通路
７０・・・排気通路
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
８５・・・第１ドリブンギヤ
８６・・・第２ドリブンギヤ
８７・・・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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