(57)【要約】【課題】吸気弁のリフト・作動角の拡大，縮小により吸気量を可変制御するようにした可変動弁機構の制御系の学習を可能とする。【解決手段】吸気弁の可変動弁装置として、制御軸７の回転角度に応じてリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構と、作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構を備えている。制御軸７の回転角度は、ストッパピン４１とアクチュエータアーム２３との当接により規制されるが、ストッパピン４１は、リフト・作動角の最小値に対応する第１のストッパ位置となる小径部４１ａと、学習位置ともなるアイドル時のリフト・作動角に対応する第２のストッパ位置となる大径部４１ｂと、を有し、油圧により進退することで、そのストッパ位置が切り換えられる。アイドル時に、大径部４１ｂに規制される位置まで制御軸７を駆動し、学習が行われる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な可変動弁機構を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するようにした内燃機関の吸気制御装置において、上記可変動弁機構の制御系の学習を行う学習位置を、上記可変動弁機構により実現可能なリフト・作動角の最小値と最大値との間の所定のリフト・作動角位置としたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
上記学習位置が、内燃機関のアイドル時のリフト・作動角であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
上記学習位置が、暖機後のアイドル時のリフト・作動角であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
上記可変動弁機構が、リフト・作動角を制御するためのアクチュエータにより回転角度位置が制御される制御軸と、この制御軸の回転角度位置に応じたリフト・作動角の開閉運動として駆動軸の回転運動を吸気弁へ伝達するカム機構と、を含み、
上記学習位置となるリフト・作動角位置において上記制御軸の回転角度位置を位置決めするストッパ機構を備えた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吸気制御装置。
【請求項５】
上記ストッパ機構は、上記最小値もしくは最大値を規定する第１のストッパ位置と、上記学習位置となるリフト・作動角を規定する第２のストッパ位置と、を備えていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
上記ストッパ機構は、シリンダヘッドに配置された解除可能なストッパピンからなることを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項７】
上記ストッパ機構は、上記制御軸の端部に取り付けられたアームに配置された解除可能なストッパピンからなることを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、吸気弁のリフト・作動角の可変制御によって吸気量を制御するようにした内燃機関の吸気制御装置に関し、特に、その制御系の学習技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン機関においては、一般に吸気通路中に設けたスロットル弁の開度制御によって吸気量を制御しているが、良く知られているように、この種の方式では、特にスロットル弁開度の小さな中低負荷時におけるポンピングロスが大きい、という問題がある。これに対し、吸気弁の開閉時期やリフト量を変化させることで、スロットル弁に依存せずに吸気量を制御しようとする試みが以前からなされており、この技術を利用して、ディーゼル機関と同様に吸気系にスロットル弁を具備しないいわゆるスロットルレスの構成を実現することが提案されている。
【０００３】
特許文献１には、本出願人が先に提案した吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能な第１の可変動弁機構と、そのリフトの中心角を連続的に遅進させる第２の可変動弁機構とを組み合わせてなる可変動弁装置が開示されている。この種の可変動弁装置によれば、上述のように、スロットル弁の開度制御に依存せずにシリンダ内に流入する空気量を可変制御することが可能であり、特に負荷の小さな領域において、いわゆるスロットルレス運転ないしはスロットル弁の開度を十分に大きく保った運転を実現でき、ポンピングロスの大幅な低減が図れる。
【０００４】
また、特許文献２には、スロットル弁を用いて内燃機関の吸気量を制御するようにした構成において、制御系の精度向上のために、スロットル弁の全閉位置をストッパ機構により機械的に制限するとともに、このときのスロットル位置センサによる検出開度を、全閉位置として学習する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２５６９０５号公報
【特許文献２】特開平１１−３６８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように吸気弁のリフト・作動角の可変制御によって吸気量を制御する構成では、仮に、可変動弁機構により実現可能なリフト・作動角の最小値をアイドル時の目標値として設定し、この最小位置をストッパ機構により規制したとすると、種々の要因で実際のリフト量がばらついたときに、アイドル時の吸気量が不足し、機関の運転が停止してしまう虞がある。従って、特許文献２のように最小位置をストッパ機構により規制して制御系の学習を行うことは適当ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な可変動弁機構を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するようにした内燃機関の吸気制御装置において、上記可変動弁機構の制御系の学習を行う学習位置を、上記可変動弁機構により実現可能なリフト・作動角の最小値と最大値との間の所定のリフト・作動角位置としたことを特徴とする。これにより、内燃機関の始動時のみならず、運転中においても制御系の学習を行うことが可能である。
【０００７】
より具体的な請求項２の発明では、上記学習位置は、内燃機関のアイドル時のリフト・作動角である。これにより、リフト・作動角を学習させる機会が多くなり、精度の高いリフト・作動角の制御による安定したアイドル運転が可能となる。
【０００８】
望ましくは、請求項３のように、上記学習位置は、暖機後のアイドル時のリフト・作動角である。このようにすれば、暖機中の温度不均一によるリフト量のばらつきの影響を受けずに、リフト・作動角を学習させることができ、より安定したリフト・作動角によるアイドル運転が可能となる。
【０００９】
請求項４の発明では、上記可変動弁機構が、リフト・作動角を制御するためのアクチュエータにより回転角度位置が制御される制御軸と、この制御軸の回転角度位置に応じたリフト・作動角の開閉運動として駆動軸の回転運動を吸気弁へ伝達するカム機構と、を含み、上記学習位置となるリフト・作動角位置において上記制御軸の回転角度位置を位置決めするストッパ機構を備えている。ストッパ機構としては、学習時にのみ機能するストッパピンなどが用いられる。
【００１０】
より具体的な請求項５の発明では、上記ストッパ機構は、上記最小値もしくは最大値を規定する第１のストッパ位置と、上記学習位置となるリフト・作動角を規定する第２のストッパ位置と、を備えている。従って、例えば、所定の学習時には、制御軸の回転角度位置が第２のストッパ位置に規制され、この状態でリフト・作動角の学習が行われる。そして、学習時以外のときは、第１のストッパ位置において、制御軸の回転角度位置が規制される。
【００１１】
また請求項６の発明では、上記ストッパ機構は、シリンダヘッドに配置された解除可能なストッパピンからなる。つまり、学習時にはストッパとして機能し、学習時以外のときは、例えば後退することによりストッパ機能が解除される。
【００１２】
また請求項７の発明では、上記ストッパ機構は、上記制御軸の端部に取り付けられたアームに配置された解除可能なストッパピンからなる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な可変動弁機構の制御系の学習を、内燃機関の始動時のみならず、運転中においても行うことができ、かつ、アイドル時の微小リフト量の制御を損なうことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る内燃機関の吸気弁３を開閉駆動する可変動弁装置を示す構成説明図であって、この可変動弁装置は、吸気弁３のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構１および作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構２を備えている。これらの第１，第２可変動弁機構１，２は、コントロールユニット４によってそれぞれ運転条件に応じて制御される。
【００１６】
上記の第１可変動弁機構１および第２可変動弁機構２は、上述した特許文献１等によって公知のものであり、従って、その概要のみを説明する。
【００１７】
リフト・作動角を可変制御する第１可変動弁機構１は、内燃機関のクランクシャフトにより駆動される駆動軸５と、この駆動軸５に固定された偏心カム６と、回転自在に支持された制御軸７と、この制御軸７の偏心カム部８に揺動自在に支持されたロッカアーム９と、吸気弁３のタペット１０に当接する揺動カム１１と、を備えており、上記偏心カム６とロッカアーム９とはリンクアーム１２によって連係され、ロッカアーム９と揺動カム１１とは、リンク部材１３によって連係されている。
【００１８】
上記ロッカアーム９は、略中央部が上記偏心カム部８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン１５を介して上記リンクアーム１２のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン１６を介して上記リンク部材１３の上端部が連係している。上記偏心カム部８は、制御軸７の軸心から偏心しており、従って、制御軸７の角度位置に応じてロッカアーム９の揺動中心は変化する。
【００１９】
上記揺動カム１１は、駆動軸５の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン１７を介して上記リンク部材１３の下端部が連係している。この揺動カム１１の下面には、駆動軸５と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム１１の揺動位置に応じてタペット１０の上面に当接する。
【００２０】
上記制御軸７は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ２１によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ２１は、例えばロッド２１ａを進退させる電動式のものであって、フォーク部材２２を介して、制御軸７端部のアクチュエータアーム２３に設けられたピン２４と連係し、制御軸７を所定の角度範囲内で回転駆動するようになっている。なお、この制御軸７の実際の回転角度は、図示せぬ制御軸センサによって検出される。
【００２１】
上記第１可変動弁機構１によれば、上記制御軸７の回転角度位置に応じて吸気弁３のリフトならびに作動角が、両者同時に、連続的に拡大，縮小し、このリフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁３の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。リフト・作動角の大きさは、図２に示すように、制御軸７の回転角度によって一義的に定まる。
【００２２】
一方、中心角を可変制御する第２可変動弁機構２は、上記駆動軸５の前端部に設けられたスプロケット３１と、このスプロケット３１と上記駆動軸５とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ３２と、から構成されている。上記スプロケット３１は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ３２は、例えば油圧式の回転型アクチュエータからなり、コントロールユニット４からの制御信号によって図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。この位相制御用アクチュエータ３２の作用によって、スプロケット３１と駆動軸５とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この第２可変動弁機構２の制御状態は、駆動軸５の回転位置に応答する図示せぬ駆動軸センサによって検出される。
【００２３】
従って、第１，第２可変動弁機構１，２の制御を組み合わせることにより、吸気弁３の開時期および閉時期をリフト量とともに可変制御でき、シリンダ内に流入する吸気量を負荷に応じて制御することができる。
【００２４】
図３は、上記の可変動弁装置が組み込まれるシリンダヘッド４０の前端部の構成を示しており、図示するように、端部にアクチュエータアーム２３を備えた制御軸７が、該シリンダヘッド４０の上部に回転可能に支持されている。そして、シリンダヘッド４０に、ストッパ機構となるストッパピン４１が配置され、このストッパピン４１に上記アクチュエータアーム２３の側面が当接することで、制御軸７の一方への回転、詳しくはリフト・作動角の縮小方向への回転が制限されるようになっている。ここで、上記ストッパピン４１は、図４に示すように、第１のストッパ位置となる小径部４１ａと第２のストッパ位置となる大径部４１ｂとを有し、ストッパピン４１がシリンダヘッド４０に対し軸方向に出没することで、小径部４１ａもしくは大径部４１ｂのいずれかがアクチュエータアーム２３と当接可能となる。つまり、実質的なストッパ位置が切り換えられる。このストッパピン４１の出没機構としては、種々の適宜な機構を利用することができるが、例えば図５に示すように、ストッパピン４１の背部に油圧シリンダ４２を形成し、機関の潤滑油圧を電磁切換弁４３を介して導入することで、ストッパピン４１を摺動させるように構成することができる。なお、ストッパピン４１は、リターンスプリング４４によって常時後退方向に付勢されており、油圧の導入によって突出方向に移動する。
【００２５】
小径部４１ａによる第１のストッパ位置は、図２に示す制御軸７の回転角度θcsの０点位置に対応する。このとき、リフト・作動角は最小値となる。但し、この位置は、通常の制御範囲外となる。また大径部４１ｂによる第２のストッパ位置は、図２に示すアイドル時（詳しくは暖機完了後のアイドル時）のリフト・作動角に相当し、換言すれば、リフト・作動角の学習位置に対応する。なお、このように、アイドル時のリフト・作動角を、第１可変動弁機構１により実現可能なリフト・作動角の最小値よりも僅かに大きくなるように設定することで、種々の要因による実際のリフト量のばらつきがあったとしても、アイドル時に必要な吸気量を確保することが可能となり、運転不能に至ることがない。
【００２６】
上記の構成においては、学習を行うとき以外は、ストッパピン４１は後退した位置にあり、先端側の小径部４１ａのみが突出している。従って、制御軸７がリフト・作動角の縮小方向へ回転したときに、例えば制御の応答遅れ等によりオーバシュートしたとしても、制御軸７は所定の０点位置に確実に規制され、それ以上回転することはない。
【００２７】
また、暖機後のアイドル運転中に、所定の学習条件が成立したら、電磁切換弁４３により油圧を供給してストッパピン４１を突出位置とし、大径部４１ｂをアクチュエータアーム２３と対応する位置まで突出させるとともに、アクチュエータ２１により制御軸７をリフト・作動角の縮小方向へ駆動して、アクチュエータアーム２３を大径部４１ｂに当接させる。そして、このときの実際のリフト・作動角つまり実際の制御軸７の回転角度位置を、図示せぬ制御軸センサによって検出し、学習を行う。この学習は、運転条件がアイドルになる度に行うようにしても良く、あるいは初回のみ、のように適度な頻度で実行してもよい。学習が完了したら、制御軸７の制御を通常の制御に戻すとともに、前述したように、ストッパピン４１を後退させる。
【００２８】
なお、上記のストッパピン４１は、図示した円柱形の形状に限られず、種々の形状が可能である。
【００２９】
次に、図６は、ストッパ機構として、リフト・作動角の最小値に対応する第１のストッパ位置を規定する第１ストッパピン４５と、アイドル時のリフト・作動角に対応する第２のストッパ位置を規定する第２ストッパピン４６と、をシリンダヘッド４０に設けた実施例を示している。ここで、第１ストッパピン４５は、シリンダヘッド４０に固定されたピンであり、常に、制御軸７の過度の回転（０点位置よりも小さくなるような回転）を機械的に阻止する。これに対し、第２ストッパピン４６は、前述した図５と同様の出没機構を有する出没可能なピンであり、学習時にのみ突出位置となって、制御軸７を学習位置に規制する。
【００３０】
次に、図７は、制御軸７端部に固定されるアクチュエータアーム２３側に、出没可能なストッパピン４８を設けた実施例を示している。このストッパピン４８は、アクチュエータアーム２３のシリンダ４９に摺動可能に嵌合しており、アクチュエータアーム２３内を通る油路５０を通して油圧を供給することにより突出する。この突出位置では、該ストッパピン４８の先端が相手側の図示せぬストッパ部材と当接することにより、アイドル相当の学習位置に規制される。学習時以外のときは、ストッパピン４８は後退位置となり、アクチュエータアーム２３自体が相手側のストッパ部材と当接することにより、リフト・作動角の最小値に規制される。油圧の供給・解除は、前述した図５と同様の電磁切換弁により行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】可変動弁装置を示す構成説明図。
【図２】制御軸の回転角度とリフト・作動角との関係を示す特性図。
【図３】シリンダヘッド端部の正面図。
【図４】ストッパピンの（Ａ）正面図および（Ｂ）側面図。
【図５】ストッパピンの出没機構を示す説明図。
【図６】２つのストッパピンを用いた実施例を示すシリンダヘッド端部の正面図。
【図７】ストッパピンを設けたアクチュエータアームの背面図。
【符号の説明】
【００３２】
１…第１可変動弁機構
３…吸気弁
７…制御軸
４１…ストッパピン
４１ａ…小径部
４１ｂ…大径部
【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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