(57)【要約】【課題】  弁体のリフト量、作用角を可変する可変動弁機構において、リフト量、作用角を可変する際の負荷を最小限に抑える。【解決手段】  クランクシャフトの回転に応じて回転するカム２６と、カム２６の作用力を受けて揺動し、弁体１２を開閉方向に駆動する揺動アーム２２と、所定の回転位置に調整される制御軸５０と、制御軸５０の回転位置に応じて揺動アーム２２の揺動範囲を変化させて、弁体１２のリフト量及び作用角を変化させる可変機構と、弁体１２がリフトしていないタイミングを検知する検知手段と、少なくとも弁体１２がリフトしていないタイミングを含む所定期間内で制御軸５０の回転位置を変化させる駆動手段と、を備える。【選択図】        図７
2006207488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの回転に応じて回転するカムと、
前記カムの作用力を受けて揺動し、弁体を開閉方向に駆動する揺動部材と、
所定の回転位置に調整される制御軸と、
前記制御軸の回転位置に応じて前記揺動部材の揺動範囲を変化させて、前記弁体のリフト量及び作用角を変化させる可変機構と、
前記制御軸を回転させる際の機械的負荷を考慮して、前記制御軸の回転位置を変化させる駆動手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御装置。
【請求項２】
前記弁体がリフトしていないタイミングを検知する検知手段を備え、
前記駆動手段は、少なくとも前記弁体がリフトしていないタイミングを含む所定期間内で前記制御軸の回転位置を変化させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構の制御装置。
【請求項３】
前記弁体は吸気弁であり、
前記タイミングは任意の気筒の吸気行程で前記弁体が閉じた後、次に吸気行程が行われる気筒の吸気行程で前記弁体が開くまでの間のタイミングであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変動弁機構の制御装置。
【請求項４】
前記制御軸の回転位置を変化させる旨の指令が出された時点から実際に前記制御軸が駆動されるまでの応答遅れを考慮して前記制御軸の回転位置を変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁機構の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の可変動弁機構の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００２−２５６９０９号公報には、内燃機関の吸排気系の電磁駆動弁において、開弁動作のタイミングをピストン下死点近傍で実施し、閉弁動作をピストン下死点から上死点近傍で実施する技術が開示されている。この技術によれば、吸気管内の圧力と筒内圧との差圧を考慮して、開閉時の駆動力を低減している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５６９０９号公報
【特許文献２】特開平５−２９６０１４号公報
【特許文献３】特開２００３−２３９７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、内燃機関の弁体のリフト量、作用角の可変機構をメカ機構で構成した場合、可変機構にはバルブスプリング反力などの機械的な負荷が作用するため、リフト量、作用角を可変する際の機械的な負荷が問題となる。このため、リフト量、作用角を可変するためのアクチュエータが大型化したり、消費電力が増大するといった問題が生じる。また、可変機構に機械的な負荷が作用していると、リフト量、作用角を可変する動作に時間がかかり、可変動弁動作の応答性が低下するという問題も生じる。
【０００５】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、弁体のリフト量、作用角を可変する可変動弁機構において、リフト量、作用角を可変する際の負荷を最小限に抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、クランクシャフトの回転に応じて回転するカムと、前記カムの作用力を受けて揺動し、弁体を開閉方向に駆動する揺動部材と、所定の回転位置に調整される制御軸と、前記制御軸の回転位置に応じて前記揺動部材の揺動範囲を変化させて、前記弁体のリフト量及び作用角を変化させる可変機構と、前記制御軸を回転させる際の機械的負荷を考慮して、前記制御軸の回転位置を変化させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記弁体がリフトしていないタイミングを検知する検知手段を備え、前記駆動手段は、少なくとも前記弁体がリフトしていないタイミングを含む所定期間内で前記制御軸の回転位置を変化させることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、前記弁体は吸気弁であり、前記タイミングは任意の気筒の吸気行程で前記弁体が閉じた後、次に吸気行程が行われる気筒の吸気行程で前記弁体が開くまでの間のタイミングであることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記制御軸の回転位置を変化させる旨の指令が出された時点から実際に前記制御軸が駆動されるまでの応答遅れを考慮して前記制御軸の回転位置を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、制御軸を回転させる際の機械的負荷を考慮して、制御軸の回転位置を変化させるため、制御軸を回転させる際の機械的負荷が小さくなるタイミングで制御軸を駆動することができる。従って、駆動手段の小型化、省電力化を達成できるとともに、可変動弁動作の応答性を高めることが可能となる。
【００１１】
第２の発明によれば、弁体がリフトしていないタイミングでは、バルブスプリングの作用力が可変機構に作用しないため、このタイミングを含む所定期間内で制御軸の回転位置を変化させることで、制御軸を回転させる際の駆動トルクを最小限に抑えることが可能となる。従って、駆動手段の小型化、省電力化を達成できるとともに、可変動弁動作の応答性を高めることが可能となる。
【００１２】
第３の発明によれば、任意の気筒の吸気行程で吸気弁が閉じた後、次に吸気行程が行われる気筒の吸気行程で吸気弁が開くまでの間のタイミングを含む所定期間内で制御軸の回転位置を変化させることで、バルブスプリングの作用力が可変機構に作用していない状態で制御軸を回転させることができる。
【００１３】
第４の発明によれば、制御軸の回転位置を変化させる旨の指令が出された時点から実際に制御軸が駆動されるまでの応答遅れを考慮して制御軸の回転位置を変化させるため、制御軸を回転させる際の機械的負荷が小さくなるタイミングで確実に制御軸を駆動することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいてこの発明の一実施形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る可変動弁機構１０を示す模式図である。また、図２は、図１に示す可変動弁機構１０を斜め上方から見た状態を示す斜視図である。また、図３は、可変動弁機構１０を分解した状態を示す模式図である。また、図４は、可変動弁機構１０の制御軸５０を駆動する機構を示す模式図である。図１〜図４に示す可変動弁機構１０は、内燃機関の弁体を駆動するための機構である。ここでは、内燃機関の個々の気筒に２つの吸気弁と２つの排気弁とが備わっているものとする。そして、図１〜図４に示す構成は、単一の気筒に配設された２つの吸気弁を駆動する機構として機能するものとする。なお、同様の構成で排気弁を駆動することも勿論可能である。
【００１６】
図１〜図３に示すように、可変動弁機構１０は吸気弁として機能する弁体１２を備えている。弁体１２には、それぞれ弁軸１４が固定されている。弁軸１４の端部は、ロッカーアーム１６の一端に設けられたピボットに接している。弁軸１４には、バルブスプリングの付勢力が作用しており、ロッカーアーム１６は、その付勢力を受けた弁軸１４により上方に付勢されている。ロッカーアーム１６の他端は、油圧ラッシュアジャスタ１８により回動可能に支持されている。油圧ラッシュアジャスタ１８によれば、ロッカーアーム１６の高さ方向の位置を油圧により自動調整することにより、タペットクリアランスを自動調整することができる。
【００１７】
ロッカーアーム１６の中央部には、ローラ２０が配設されている。ローラ２０の上部には、揺動アーム２２が配置されている。
【００１８】
また、本実施形態の可変動弁機構１０は、可変動弁動作を行うための制御軸５０を備えている。図４は制御軸５０の駆動機構を示しており、図４（Ａ）は制御軸５０の長手方向から駆動機構を見た状態を示しており、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の構成を右側面から見た側面図を示している。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、制御軸５０の端部にはウォームホイール５２が設けられている。ウォームホイール５２の近傍にはモータ５４が設けられており、モータ５４の駆動軸にはウォームギヤ５６が設けられている。そして、ウォームホイール５２とウォームギヤ５６は係合している。
【００１９】
図４（Ｃ）は、モータ５４の周辺の構造を示す模式図である。図４（Ｃ）に示すように、モータ５４にはＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０が接続されている。ＥＣＵ６０には、クランクシャフトの回転位置（クランク角）を検出するクランク角センサ６２が接続されている。また、ＥＣＵ６０には、内燃機関の運転状態を把握すべく、ノッキングの発生を検知するKCSセンサや、スロットル開度、機関回転数、カムシャフト角、排気温度、冷却水温度、潤滑油温度、触媒床温度などを検出するための各種センサ（不図示）が接続されている。従って、ＥＣＵ６０の指令によりモータ５４を所定量駆動することで、制御軸５０の回転位置を所望の角度に設定することが可能である。
【００２０】
図３に示すように、揺動アーム２２には、貫通孔からなる軸受け部２２ａが設けられている。軸受け部２２ａには制御軸５０が挿入されており、揺動アーム２２は制御軸５０に対して回動可能に嵌合している。このように、制御軸５０の外周に揺動アーム２２を嵌合させることで可変動弁機構１０をコンパクトに構成できる。
【００２１】
また、可変動弁機構１０は、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフト２４を備えている。図２に示すように、カムシャフト２４には内燃機関の気筒毎にカム２６が設けられている。
【００２２】
揺動アーム２２は二股構造とされ、２つの突起部２２ｂを有している。各突起部２２ｂの下面には揺動カム面が設けられている。揺動カム面は、同心円部２２ｃと押圧部２２ｄとからなり、同心円部２２ｃは、ローラ２０との接触面が軸受け部２２ａと同心円を構成するように設けられている。一方、押圧部２２ｄは、その先端側の部分ほど軸受け部２２ａの中心からの距離が遠くなるように設けられている。２つの突起部２２ｂは、２つの弁体１２のそれぞれに対応して設けられたものであり、各突起部２２ｂに設けられた同心円部２２ｃと押圧部２２ｄは、それぞれ既述したローラ２０（図１参照）に接している。従って、揺動アーム２２によれば、単一の気筒に配設された２つの吸気弁、或いは２つの排気弁を駆動することができる。
【００２３】
また、各突起部２２ｂの上面には、ローラ当接面２２ｅがそれぞれ設けられている。ローラ当接面２２ｅにはスライダーローラ２８が当接する。図３に示すように、スライダーローラ２８は２つの突起部２２ｂのローラ当接面２２ｅに対応するように２箇所に設けられている。そして、２つのスライダーローラ２８の間には、カムローラ３０が設けられている。スライダーローラ２８及びカムローラ３０には、ともにシャフト３２が挿入され、中間アーム３４の一端に回動可能に支持されている。
【００２４】
中間アーム３４の他端は、コントロールアーム３６に対して回動可能に支持されている。図３に示すように、コントロールアーム３６はアーム部材３８、アーム部材４０及びアーム部材４２から構成されている。そして、カム２６の両側において、カムシャフト２４を挟むようにしてアーム部材３８に対してアーム部材４０及びアーム部材４２を固定することで、アーム部材３８、アーム部材４０及びアーム部材４２に設けられた摺動面４３がカムシャフト２４の外周に対して嵌合するように構成されている。これにより、コントロールアーム３６はカムシャフト２４に対して回動自在に支持されている。このように、カムシャフト２４の外周にコントロールアーム３６を嵌合させることで可変動弁機構１０をコンパクトに構成できる。なお、説明の便宜上、図２ではコントロールアーム３６の図示を省略している。
【００２５】
制御軸５０の外周にはギヤ５０ａが設けられている。また、アーム部材３８の外周にはギヤ３８ａが設けられている。ギヤ５０ａとギヤ３８ａは互いに係合している。従って、上述したアクチュエータによって制御軸５０の回転位置を所定の角度に設定することで、コントロールアーム３６の回転位置を所定の角度に設定することができる。
【００２６】
図１に示すように、カムローラ３０はカムシャフト２４のカム２６と当接し、カムローラ３０と同軸に支持されたスライダーローラ２８は揺動アーム２２のローラ当接面２２ｅに当接している。従って、カム２６が回転すると、カムローラ３０が押し下げられ、スライダーローラ２８がローラ当接面２２ｅを下方へ押し下げる。
【００２７】
可変動弁機構１０が弁体１２を作動させるためには、カム２６とローラ当接面２２ｅとが、カムローラ３０およびスライダーローラ２８を介して機械的に連結された状態を維持することが必要である。そして、この要求を満たすためには、ローラ当接面２２ｅを、つまり、揺動アーム２２を、カム２６の方向に付勢することが必要である。図１に示すロストモーションスプリング８０は、その付勢を実現するためのスプリングである。
【００２８】
ロストモーションスプリング８０は、その上端がシリンダヘッド等に固定された状態で、揺動アーム２２のローラ当接面２２ｅが設けられた側と反対側の後端部を付勢している。従って、この状態において、ロストモーションスプリング８０は、揺動アーム２２のローラ当接面２２ｅを上方に引き上げる方向（図１において、制御軸５０を中心として揺動アーム２２が反時計回りに回転する方向）の付勢力を発生する。この付勢力は、ローラ当接面２２ｅがスライダーローラ２８を上方に付勢する力として、更には、カムローラ３０をカム２６に押し当てる力として作用する。その結果、可変動弁機構１０は、図１に示すように、カム２６とローラ当接面２２ｅとが機械的に連結された状態を維持することができる。
【００２９】
次に、上述した図１〜図６に基づいて、本実施形態の可変動弁機構１０の動作を説明する。図５は、可変動弁機構１０が弁体１２に対して小さなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「小リフト動作」と称す。より具体的には、図５（Ａ）は、小リフト動作の過程で弁体１２が閉弁している様子を、また、図５（Ｂ）は小リフト動作の過程で弁体１２が開弁している様子を、それぞれ表している。
【００３０】
図５（Ａ）において、符号θＡは、揺動アーム２２の回転位置を表すパラメータである。以下、そのパラメータを「アーム回転角θＡ」とする。ここでは、便宜上、揺動アーム２２のローラ当接面２２ｅの先端部と制御軸５０の中心とを結ぶ直線と、水平方向とのなす角をアーム回転角θＡと定義することとする。
【００３１】
可変動弁機構１０において、揺動アーム２２の回転位置、つまり、アーム回転角θＡは、スライダーローラ２８の位置により決定される。また、スライダーローラ２８の位置は、コントロールアーム３６の回転位置、すなわち、制御軸５０の回転位置で決定される。そして、カム２６のベース円とローラ当接面２２ｅとの距離はローラ当接面２２ｅの先端側ほど大きくなるため、カムローラ３０とカム２６との接触およびスライダーローラ２８とローラ当接面２２ｅとの接触が維持される範囲では、図１においてコントロールアーム３６が反時計回りに回転するほどスライダーローラ２８の位置はローラ当接面２２ｅの先端側に移動し、この結果、ロストモーションスプリング８０、バルブスプリングの作用力により揺動アーム２２が反時計回りに回転する。このため、可変動弁機構１０においては、スライダーローラ２８が制御軸５０から離れ、揺動アーム２２の先端側へ移動するほど、アーム回転角θＡが小さくなるという現象が生ずる。
【００３２】
図５（Ａ）に示す状態において、スライダーローラ２８の位置は、カムローラ３０がカム２６との接触を保てる範囲で、つまり、カム２６がカムローラ３０の上方への移動を規制し得る範囲で制御軸５０から最も離れた位置に設定されている。従って、図５（Ａ）に示す状態において、アーム回転角θＡは、ほぼ最小の値となっている。可変動弁機構１０は、この場合において、揺動アーム２２の同心円部２２ｃのほぼ中央がロッカーアーム１６のローラ２０に接し、その結果、弁体１２が閉弁状態となるように構成されている。以下、この場合のアーム回転角θＡを、「小リフト時の基準アーム回転角θＡ０」と称す。
【００３３】
図５（Ａ）に示す状態からカム２６が回転すると、図５（Ｂ）に示すように、カムローラ３０がカムノーズにより押圧され、スライダーローラ２８がローラ当接面２２ｅ上を移動する。これにより、ローラ当接面２２ｅが、その面上を転動するスライダーローラ２８により押し下げられる。その結果、アーム回転角θＡが大きくなる方向に揺動アーム２２が回転し、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部２２ｃから押圧部２２ｄに移行する。
【００３４】
小リフト動作の際には、上記の如く基準アーム回転角θＡ０が小さな値とされる。このため、カム２６の回転に伴うアーム回転角θＡの最大値も、小リフト動作の場合には比較的小さな値となる。以下、その最大値を「小リフト時の最大アーム回転角θＡＭＡＸ」とする。弁体１２には、アーム回転角θＡが最大アーム回転角θＡＭＡＸとなる時点で最大のリフトが生ずる。可変動弁機構１０は、図５（Ｂ）に示すように、小リフト時の最大アーム回転角θＡＭＡＸが生じた際に、ローラ２０と揺動アーム２２との接触点が僅かに押圧部２２ｄに入り込み、その結果、僅かなリフトが弁体１２に生ずるように構成されている。このため、可変動弁機構１０によれば、上述した小リフト動作を行うことで、カム２６の回転と同期して、小さなリフトを弁体１２に与えることができる。
【００３５】
また、この場合、カム２６の作用力が現実に弁体１２を押し下げる期間、つまり、カム２６の回転に伴って弁体１２が非閉弁状態とされる期間（クランク角幅）も比較的小さなものとなる（以下、この期間を「作用角」と称す）。従って、可変動弁機構１０によれば、小リフト動作を行うことで、弁体１２の作用角を小さくすることができる。
【００３６】
図６は、可変動弁機構１０が弁体１２に対して大きなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「大リフト動作」と称す。より具体的には、図６（Ａ）は、大リフト動作の過程で弁体１２が閉弁している様子を、また、図６（Ｂ）は大リフト動作の過程で弁体１２が開弁している様子を、それぞれ表している。
【００３７】
大リフト動作を行う場合は、図６（Ａ）に示すように、スライダーローラ２８の位置が制御軸５０に近接した位置となるように、制御軸５０の回転位置が調整される。その結果、大リフト動作の実行時には、非リフト時におけるアーム回転角θＡ、つまり、基準アーム回転角θＡ０が十分に大きな値とされる。可変動弁機構１０は、その基準アーム回転角θＡ０において、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部２２ｃの端部に位置するように構成されている。このため、大リフト動作の場合にも、弁体１２は閉弁状態に維持される。
【００３８】
図６（Ａ）に示す状態からカム２６が回転すると、図６（Ｂ）に示すように、カムローラ３０がカムノーズに押圧されることにより、アーム回転角θＡが大きくなる方向に揺動アーム２２が回転する。その結果、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部２２ｃから押圧部２２ｄに移行する。大リフト動作の際には、上記の如く基準アーム回転角θＡ０が大きな値とされているため、カム２６の回転に伴って生ずる最大アーム回転角θＡＭＡＸも大きな値となる。可変動弁機構１０は、図６（Ｂ）に示すように、そのような最大アーム回転角θＡＭＡＸが生じた際に、ローラ２０と揺動アーム２２との接触点が、十分に押圧部２２ｄに入り込んだ位置となるように構成されている。このため、可変動弁機構１０によれば、上述した大リフト動作を行うことで、カム２６の回転と同期して、大きなリフトと大きな作用角を弁体１２に与えることができる。
【００３９】
このように構成された本実施形態の可変動弁機構１０において、弁体１２にリフトが発生している場合は、バルブスプリング反力がロッカーアーム１６のローラ２０を介して揺動アーム２２の揺動カム面（押圧部２２ｄ）に伝達される。従って、揺動アーム２２は、アーム回転角θＡが小さくなる方向の付勢力をバルブスプリングから受けている。
【００４０】
このため、アーム回転角θＡが大きくなる方向へリフト量、作用角を可変する場合、すなわち、小リフト、小作用角側から大リフト、大作用角側へ可変動弁動作を行う場合は、バルブスプリング反力に対抗してコントロールアーム３６を回転させる必要が生じる。従って、小リフト、小作用角側から大リフト、大作用角側へ可変動弁動作を行う場合は、制御軸５０を駆動するために大きなトルクが必要となる。
【００４１】
一方、弁体１２にリフトが発生していない場合は、バルブスプリングの反力は揺動アーム２２に作用しない。従って、弁体１２にリフトが発生していない状態で、小リフト、小作用角側から大リフト、大作用角側へ可変動弁動作を行う場合は、ロストモーションスプリング８０の反力のみに対抗してコントロールアーム３６を回転させれば良い。従って、弁体１２にリフトが発生していない場合は、可変動弁動作を行う場合の必要トルクは比較的小さくて済む。
【００４２】
このため、本実施形態の可変動弁機構１０の制御装置では、弁体１２にリフトが生じていないタイミングで、可変動弁動作を行うようにしている。図７は、内燃機関が４気筒で構成される場合に、＃１〜＃４の各気筒の吸気弁のリフト量と、クランク角との関係を示す特性図である。図７において、実線の特性は可変動弁機構１０が大リフト、大作用角側に設定された状態での吸気弁のリフト量を示している。また、破線の特性は可変動弁機構１０が小リフト、小作用角側に設定された状態での吸気弁のリフト量を示している。
【００４３】
４気筒の内燃機関では、＃１→＃３→＃４→＃２の順でクランク角の１８０°毎に爆発行程が行われる。従って、図７に示すように、各気筒の吸気弁は＃１→＃３→＃４→＃２の順でリフト動作が行われる。
【００４４】
図７に示すように、いずれかの気筒の吸気弁が閉じた後、次に吸気行程が行われる気筒の吸気弁が開くまでの間には、全ての気筒の吸気弁が閉じられているタイミングが存在する（図７中に可変タイミング区間として示す）。このタイミングでは、全ての吸気弁のリフト量が０であるため、揺動アーム２２にバルブスプリングの反力が作用していない。
【００４５】
このため、本実施形態では、主として図７に示す可変タイミング区間内で可変動弁動作を行うようにしている。これにより、制御軸５０を回転させる際のモータの駆動トルクを最小限に抑えることができ、小リフト、小作用角側から大リフト、大作用角側への可変動弁動作を短時間で行うことが可能となる。
【００４６】
より詳細には、制御軸５０を回転させるための駆動トルクは、制御軸５０が回転し始めるタイミングで最も大きくなるため、図７に示すように、可変タイミング区間の開始時を吸気弁が閉じた時点のクランク角θＳ以降とし、クランク角がθＳを過ぎた時点で制御軸５０を駆動し始めることが好適である。これにより、制御軸５０の駆動し始めの機械的負荷が最も小さくなるタイミングで可変動弁動作を行うことができる。そして、バルブスプリング反力が揺動アーム２２にかかった状態で制御軸５０の駆動が開始されることがなく、可変動弁動作の開始時の初期駆動力を確実に低減することができる。
【００４７】
可変動弁機構１０が小リフト、小作用角側に設定されている場合はロストモーションスプリング８０が最も伸びた状態であるため、ロストモーションスプリング８０を圧縮する際の力（初期荷重）は非常に小さくなる。従って、制御軸５０を回転させる際の初期駆動力を最小限に抑えることができる。これにより、可変動弁動作を非常に短時間で行うことが可能となる。また、制御軸５０を回転させるモータ５４の小型化、省電力化を達成することができ、この結果、可変動弁機構１０の小型化、製造コストの低減が可能となる。
【００４８】
また、大リフト、大作用角側への可変動弁動作の応答性が向上するため、特に車両加速時など、吸入空気量を増やして機関回転数を上昇させる際の加速性能を高めることができ、ドライバビリティ、燃費を向上させることが可能となる。また、低温時など潤滑系の摩擦が大きくなる条件下においても、制御軸５０を瞬時に回転させることが可能となり、可変動弁動作の応答性を高めることが可能である。更に、制御軸５０の駆動時の負荷が低減するため、駆動部の摩耗を低減することができる。
【００４９】
可変動弁動作の際の制御軸５０の駆動量が多い場合は、図７に示す可変タイミング区間の範囲を拡大して、吸気弁がリフトしているタイミングと可変動弁動作を行うタイミングが若干重なるようにしても良い。この際、可変タイミング区間の始期を早めることで可変タイミング区間を拡大すると、バルブスプリング荷重が揺動アーム２２に作用している状態で制御軸５０の駆動が開始され、駆動し始めのトルクが増加してしまう場合がある。このため、好適には、可変タイミング区間の終期を遅くすることで可変タイミング区間の範囲を拡大することが望ましい。制御軸５０が回転し始めた後は、駆動し始めに比べて制御軸５０の駆動トルクは低下するため、次の吸気行程で吸気弁がリフトするタイミングと可変タイミング区間とが多少重なったとしても、駆動トルクが大きく増加することがないためである。
【００５０】
また、可変動弁動作の際の制御軸５０の駆動量が多く、図７に示す１つの可変タイミング区間内で可変動弁動作が終了しない場合は、残りの可変動弁動作を次の可変タイミング区間で行っても良い。
【００５１】
大リフト、大作用角側から小リフト、小作用角側へ可変動弁動作を行う場合は、バルブスプリング荷重、およびロストモーションスプリング８０荷重が揺動アーム２２に対して作用する方向と、可変動弁動作に伴う揺動アーム２２の回転方向が一致するため、どのクランク角位置で可変動弁動作を行ったとしても、制御軸５０の駆動トルクは最小限に抑えられる。但し、吸気弁がリフトしており、ロストモーションスプリング８０の作用力とともにバルブスプリング反力が揺動アーム２２に作用している状態では、可変動弁動作の際の揺動アーム２２の回転速度が速くなり、オーバーシュート等の発生により制御軸５０の回転位置の制御性が低下する場合が想定される。
【００５２】
従って、大リフト、大作用角側から小リフト、小作用角側へ可変動弁動作を行う場合においても、可変動弁動作を主として図７に示す可変タイミング区間内で行うことが好適である。これにより、オーバーシュートの発生を抑えることができ、制御軸５０を所望の回転位置で確実に停止させることが可能となる。従って、可変動弁動作の際の制御性を向上させることができる。
【００５３】
なお、図１〜図６で説明した本実施形態の可変動弁機構１０は、弁体１２のバルブリフト量の変化に伴って弁体１２の開閉タイミングが変化するタイプ（位相連成タイプ）の機構であるが、バルブリフト量を変化させる機構とは別個に弁体１２の開閉タイミングを変化させる機構を備えたものであっても良い。また、可変動弁機構１０は、バルブリフト量又は作用角（バルブタイミング）の一方のみを可変するものであっても良い。
【００５４】
次に、図８のフローチャートに基づいて、本実施形態の制御装置における処理の手順を説明する。図８の処理は、機関運転時に所定の時間間隔で行われるものである。先ず、ステップＳ１では、吸気弁のリフト量、作用角を小リフト、小作用角側から大リフト、大作用角側へ変更する要求があるか否かを判定する。変更要求がある場合はステップＳ２へ進み、変更要求がない場合は、ステップＳ１で待機する。
【００５５】
ステップＳ２では、現在のクランク角が、全ての気筒の吸気弁がリフトしていない位置であり、制御軸５０を回転させるための初期駆動力が最小となる位置であるか否かを判定する。すなわち、ここでは現在のクランク角が図７に示す可変タイミング区間内の所定位置（例えば可変タイミング区間の始期から所定のクランク角の範囲）にあるか否かを判定する。現在のクランク角が可変タイミング区間内の所定位置である場合は、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、制御軸５０の駆動を開始し、大リフト、大作用角側へ可変動弁動作を行う。ステップＳ３の後は処理を終了する(RETURN)。
【００５６】
一方、ステップＳ２において、現在のクランク角が可変タイミング区間内の所定位置ではない場合は、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、ステップＳ２でクランク角の検出を開始してからの経過時間が所定時間以内であるか否かを判定する。ここで、所定時間は車両機関特性から定まる値である。クランク角の検出開始からの経過時間が所定時間以内の場合は、ステップＳ２へ戻り、引き続きステップＳ２の条件に該当するか否かを判定する。
【００５７】
一方、ステップＳ４で、クランク角の検出開始からの経過時間が所定時間を超えている場合は、ステップＳ３へ進む。この場合、クランク角の検出開始から長時間が経過すると、可変動弁動作の応答性を損ねる場合があるため、ステップＳ２の条件を満たさない場合であっても、ステップＳ３へ進み、高リフト、高作用角側への可変動弁動作を行う。
【００５８】
図８のフローチャートによれば、大リフト、大作用角側への可変動弁動作を行う場合は、制御軸５０の初期駆動力が小さいクランク角位置で可変動弁動作を行うため、制御軸５０を回転させる際のモータ５４の駆動トルクを最小限に抑えることが可能となる。
【００５９】
ところで、内燃機関１０の運転中に、より正確にバルブリフトしていないタイミング（可変タイミング区間）を認知するためには、ＥＣＵ６０がモータ５４に駆動指令を出した後、実際に制御軸５０が駆動されるまでのタイムラグを考慮することが好適である。図９のフローチャートは、このタイムラグを考慮して、可変タイミング区間内で確実に可変動弁動作を行うようにしたものである。図９の処理は、機関運転時に所定の時間間隔で行われるものである。
【００６０】
以下、図９の処理について説明する。先ず、ステップＳ１１では、小リフト、小作用角側から大リフト、大作用角側への変更要求があるか否かを判定する。変更要求がある場合はステップＳ１２へ進み、変更要求がない場合は、ステップＳ１１で待機する。
【００６１】
ステップＳ１２では、現在のクランク角、カムシャフト角を検出する。本実施形態の可変動弁機構１０は、上述したように弁体１２のリフト量を可変すると作用角が同時に変更されるタイプ（位相連成タイプ）の機構であるが、ステップＳ１２において、クランク角とともにカムシャフト角を検出することで、リフト量と独立してバルブタイミングが可変される機構への適用も可能である。
【００６２】
次のステップＳ１３では、現在のクランク角位置とカムシャフト角位置から、その後、いずれの気筒の吸気弁もリフトしていないクランク角を推定する。
【００６３】
次のステップＳ１４では、ＥＣＵ６０により可変動弁動作を開始する旨の指令が出されてから、実際にモータ５４から制御軸５０に初期駆動力が負荷されるまでの時間（タイムラグ）を検出する。タイムラグの値は、一定値であっても良いし、モータ５４の作動特性や動弁系熱膨張等の熱の影響を温度で補正して求めても良い。
【００６４】
次のステップＳ１５では、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４で求めたクランク角、カムシャフト角、タイムラグに基づいて、吸気弁がリフトしていないタイミングでモータ５４に起動時の初期駆動力を負荷できる最も早期の可変タイミング区間のクランク角を特定し、モータ５４への指令を開始するタイミングを特定する。
【００６５】
次のステップＳ１６では、ステップＳ１５で求めた指令開始タイミングでモータ５４を駆動し、大リフト、大作用角側への可変動弁動作を行う。ステップＳ１６の後は処理を終了する(RETURN)。
【００６６】
図９の処理によれば、モータ５４を駆動する際のタイムラグを考慮して可変動弁動作を行うタイミングを決定するため、より確実に可変タイミング区間内で可変動弁動作を行うことが可能となる。従って、初期駆動力を確実に低下させた状態で可変動弁動作を行うことが可能となる。
【００６７】
以上説明したように本実施形態によれば、バルブリフトが発生していないタイミングで可変動弁動作を行うことができるため、制御軸５０を回転させるモータ５４の駆動トルクを最小限に抑えることが可能となる。従って、モータ５４の小型化、省電力化を達成できるとともに、可変動弁動作の応答性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変動弁機構を示す斜視図である。
【図２】図１に示す可変動弁機構を斜め上方から見た状態を示す斜視図である。
【図３】可変動弁機構を分解した状態を示す模式図である。
【図４】制御軸の駆動機構を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態の可変動弁機構が小リフト動作を行う場合の様子を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の可変動弁機構が大リフト動作を行う場合の様子を示す図である。
【図７】内燃機関が４気筒で構成される場合に、＃１〜＃４の各気筒の吸気弁のリフト量と、クランク角との関係を示す特性図である。
【図８】本実施形態の可変動弁機構の制御装置における処理を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態の可変動弁機構の制御装置における他の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１０  可変動弁機構
１２  弁体
２２  揺動アーム
２４  カムシャフト
２６  カム
３６  コントロールアーム
５０  制御軸
５４  モータ
【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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【図８】
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【図９】
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