(57)【要約】    【課題】  氷結による可変動弁機構の作動不良の発生を回避できる制御装置を提供する。    【解決手段】  エンジンの水温や油温、更には、外気温度に基づいて、可変動弁機構の可動部分における氷結条件の成立を判断する。そして、前記氷結条件の成立時には、可変動弁機構の制御目標値又は制御信号を強制的に振動させることで、可変動弁機構の可動部分における氷の噛み砕き・剥離を図る。【選択図】  図４
2006170033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンバルブの作動特性を変更する可変動弁機構の制御装置であって、
前記可変動弁機構の氷結条件を判定し、氷結条件の成立時に前記可変動弁機構を強制的に駆動することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項２】
前記氷結条件として、エンジンの冷却水温度，エンジンの潤滑油温度，外気温度のうちの少なくとも１つを判定することを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構の制御装置。
【請求項３】
前記可変動弁機構の目標値又は制御信号を強制的に振動させることで、前記可変動弁機構を強制的に駆動することを特徴とする請求項１又は２記載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】
本発明は、エンジンバルブの作動特性を変更する可変動弁機構の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、吸気バルブの開弁量を変更する可変動弁機構を備え、エンジン始動時に吸気バルブの開弁量を増大せしめることでエンジンの始動性を向上させる技術手段の開示がある。
【特許文献１】特開２００４−０９２４２０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、前記可変動弁機構では、ピストンリングから吹き抜けた燃焼ガスがクランクケースからシリンダヘッドに入り、燃焼ガスに含まれる水分が可変動弁機構の可動部分に付着し、エンジンの停止中に氷結してしまう可能性がある。
【０００４】
前記可動部分に発生した氷は、エンジンが再始動されてシリンダヘッド部の温度が上昇すれば溶けるが、前述のように、始動時から吸気バルブの開特性を変更する必要があると、前記氷の噛み込みや前記氷による固着によって可変動弁機構を動作させることができなくなる可能性がある。
【０００５】
そして、始動時に可変動弁機構を動作させることができないと、エンジンバルブの開特性を所望の開特性に変更することができず、始動性が悪化してしまうという問題が発生する。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、氷結による可変動弁機構の作動不良の発生を回避できる可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため請求項１記載の発明では、可変動弁機構の氷結条件を判定し、氷結条件の成立時に可変動弁機構を強制的に駆動する構成とした。
【０００８】
かかる構成によると、可変動弁機構の可動部分が氷結する条件を判定し、氷結が発生し得る条件であるときには、可変動弁機構を強制的に駆動することで、前記可動部分の氷を噛み砕き、又は、剥離させ、通常に動作できるようにする。
【０００９】
従って、低温条件で可変動弁機構の動作不良が発生し、エンジンバルブの開特性を所望の特性に変更できずに、始動不良等が発生することを回避できる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、氷結条件として、エンジンの冷却水温度，エンジンの潤滑油温度，外気温度のうちの少なくとも１つを判定する構成とした。
【００１１】
かかる構成によると、シリンダヘッドにおいて氷結が発生する低温条件を、エンジンの冷却水温度，エンジンの潤滑油温度，外気温度のうちの少なくとも１つから判断し、氷結の発生が推定される低温条件であれば、可変動弁機構を強制的に駆動する。
【００１２】
従って、可変動弁機構における氷結条件を的確に判断して、可変動弁機構を強制的に駆動させることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、可変動弁機構の目標値又は制御信号を強制的に振動させることで、可変動弁機構を強制的に駆動する構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、可変動弁機構（エンジンバルブ開特性）の目標値、又は、可変動弁機構（アクチュエータ）の制御信号を強制的に振動させることで、可動部分に加わるトルクを周期的に変化させ、氷の噛み砕き・剥離を図る。
【００１５】
従って、可変動弁機構の強制駆動による氷結状態の解消を、効果的に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、実施形態における可変動弁機構及びその制御装置を示す。
【００１８】
実施形態の可変動弁機構が適用されるエンジンは、各気筒に一対の吸気弁２が設けられており、これら吸気弁２の上方に、図外のクランクシャフトによって回転駆動される吸気駆動軸３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
【００１９】
前記吸気駆動軸３には、吸気弁２のバルブリフタ２ａに当接して吸気弁２を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
【００２０】
前記吸気駆動軸３と揺動カム４との間には、吸気弁２の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更する作動角変更機構１０が設けられている。
【００２１】
また、前記吸気駆動軸３の一端部には、クランクシャフトに対する前記吸気駆動軸３の回転位相を変化させることにより、吸気弁２の作動角の中心位相を連続的に変更する位相変更機構２０が配設されている。
【００２２】
前記作動角変更機構１０は、図１及び図２に示すように、吸気駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。
【００２３】
制御軸１３は、電動アクチュエータ１７（モータ）によりギヤ列１８を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。
【００２４】
上記の構成により、クランクシャフトに連動して吸気駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気弁２が開閉駆動される。
【００２５】
また、制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。
【００２６】
これにより、吸気弁２の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気弁２の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
【００２７】
図３は、前記位相変更機構２０を示している。
【００２８】
位相変更機構２０は、クランクシャフトと同期して回転するスプロケット２５に固定され、このスプロケット２５と一体的に回転する第１回転体２１と、ボルト２２ａにより前記吸気駆動軸３の一端に固定され、吸気駆動軸３と一体的に回転する第２回転体２２と、ヘリカルスプライン２６により第１回転体２１の内周面と第２回転体２２の外周面とに噛合する筒状の中間ギア２３と、を有している。
【００２９】
前記中間ギア２３には３条ネジ２８を介してドラム２７が連結されており、このドラム２７と中間ギア２３との間にねじりスプリング２９が介装されている。
【００３０】
前記中間ギア２３は、ねじりスプリング２９によって遅角方向（図３の左方向）へ付勢されており、電磁リターダ２４に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム２７及び３条ネジ２８を介して進角方向（図３の右方向）へ動かされる。
【００３１】
この中間ギア２３の軸方向位置に応じて、回転体２１，２２の相対位相が変化して、クランクシャフトに対する吸気駆動軸３の位相が変化する。
【００３２】
前記電動アクチュエータ１７及び電磁リターダ２４は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０からの制御信号により、エンジンの運転状態に応じて駆動制御される。
【００３３】
マイクロコンピュータを内蔵する前記エンジンコントロールユニット３０には、各種センサからの検出信号が入力される。
【００３４】
前記各種センサとしては、吸気駆動軸３及び制御軸１３の角度を検出する角度センサ３１，３２の他、クランクシャフトの角度を検出するクランク角センサ３３、エンジンの吸入空気流量を検出するエアフローメータ３４、エンジンの冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ３５、エンジンの潤滑油の温度を検出する油温センサ３６、外気温度を検出する外気温センサ３７などが設けられている。
【００３５】
前記エンジンコントロールユニット３０は、前記各種センサからの検出信号に基づいて、燃料噴射量，燃料噴射時期，点火時期の制御を行うと共に、吸気弁２の作動角及び中心位相を制御する。
【００３６】
更に、本実施形態において、前記エンジンコントロールユニット３０は、前記作動角変更機構１０（可変動弁機構）の可動部分において発生する氷結状態の解消を図る制御を、図４のフローチャートに示すようにして行う。
【００３７】
図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、前記作動角変更機構１０の駆動許可条件が成立しているか否かを判別する。
【００３８】
前記駆動許可条件としては、前記作動角変更機構１０の故障が診断されていないこと、エンジンの回転中（クランキング中を含む）であること、電源であるバッテリの電圧が所定値以上であることなどが含まれる。
【００３９】
ステップＳ１で、駆動許可条件が成立していないと判断された場合には、ステップＳ２へ進み、前記作動角変更機構１０の駆動（電動アクチュエータ１７への電源供給）を禁止する。
【００４０】
一方、ステップＳ１で、駆動許可条件が成立していると判断された場合には、ステップＳ３へ進む。
【００４１】
ステップＳ３では、前記作動角変更機構１０における氷結条件が成立しているか否かを判別する。
【００４２】
前記氷結条件とは、前記作動角変更機構１０において、電動アクチュエータ１７の駆動力を制御軸１３に伝達するギヤ列１８（可動部分）などに付着した水分が氷結するような温度条件を示す。
【００４３】
水分を含む燃焼ガスが、ピストンリングからクランクケースに吹き抜けて、シリンダヘッドに入り込み、その後、外気温度の低い環境でエンジンが停止されると、前記ギヤ列１８などに結露した水分が凍り付くことがある。
【００４４】
上記のようにして、ギヤ例１８などが凍り付くと、吸気弁２の開閉特性（作動角，リフト量）をエンジン停止状態における特性（デフォルト位置）から始動時（クランキング時）に要求される特性にまで変化させることができず、始動性が悪化してしまう。
【００４５】
そこで、ステップＳ３では、前記作動角変更機構１０において氷結（ギヤ列１８の凍り付き）が発生する条件であるか否かを、水温Ｔｗ，油温，外気温度から判断する。
【００４６】
具体的には、水温Ｔｗ及び／又は油温が０℃付近以下であれば、氷結条件が成立していると判断し、更に、始動時であってそのときの外気温度が０℃付近以下である場合も、氷結条件が成立していると判断する。
【００４７】
また、エンジンが停止していた時間が所定時間以上であってかつ外気温度が０℃付近以下である始動時に、氷結条件が成立していると判断させることができる。
【００４８】
更に、シリンダヘッドや電動アクチュエータ１７の温度をセンサによって直接的に検出し、係る検出温度が０℃付近以下であるか否かを判断させることができる。
【００４９】
ステップＳ３で氷結条件が成立していないと判断されると、ステップＳ４へ進み、通常に前記作動角変更機構１０を制御する（通常駆動モードを実行する）。
【００５０】
前記通常の制御では、エンジンの運転状態（回転速度・負荷・水温など）から吸気弁２の目標開特性（目標作動角若しくは目標リフト量）を設定し、この目標開特性に対応する角度に前記制御軸１３の角度が一致するように、前記角度センサ３２の検出結果に基づいて前記電動アクチュエータ１７に出力する制御信号（デューティ信号）をフィードバック制御する。
【００５１】
尚、エンジンの回転速度は、クランク角センサ３３からの検出信号に基づいて算出され、エンジンの負荷は、エアフローメータ３４で検出される吸入空気流量とエンジン回転速度とに基づくシリンダ吸入空気量（基本燃料噴射量）として算出される。
【００５２】
一方、ステップＳ３で氷結条件が成立していると判断されるときには、ステップＳ５へ進み、氷結条件の成立後から所定時間（例えば１００ms）が経過しているか否か、換言ずれば、氷結状態を解消させる制御を前記所定時間以上継続して行ったか否かを判別する。
【００５３】
ステップＳ５で、氷結条件の成立後から所定時間（例えば１００ms）が経過していないと判断されたときには、ステップＳ６へ進んで、氷結状態を解消させる制御を実行させる（氷結時駆動モードを実行する）。
【００５４】
但し、始動時（クランキング時）以外の通常のエンジン運転状態で後述するような氷結解消制御を実行すると、排ガス性能や燃費性能などのエンジン運転性を低下させてしまうので、氷結解消制御の実行は、クランキング中又は燃料カット中の短時間に限定する。
【００５５】
一方、ステップＳ５で、氷結条件の成立後から所定時間（例えば１００ms）が経過していると判断されたときには、ステップＳ４へ進んで、通常に前記作動角変更機構１０を制御する（通常駆動モードを実行する）。
【００５６】
即ち、氷結解消制御の実行を、前記所定時間（例えば１００ms）に限定して行わせ、過剰な氷結解消制御による運転性への影響，電力消費の増大を回避する。
【００５７】
ステップＳ６における氷結解消制御は、以下のいずれかの制御を行う。
（１）作動角変更機構１０の制御目標値を、本来の制御目標値を中心に一定周期で滑らかに振動させる。
（２）作動角変更機構１０の制御信号を、強制的に一定周期でステップ的に振動させる。
【００５８】
尚、作動角変更機構１０の制御信号を、強制的に一定周期でステップ的に振動させる場合には、制御軸１３に加わるトルクの方向（回転駆動方向）が周期的に切り換わるように制御信号を振動させるようにしても良いし、また、同一の回転方向に加わるトルクが増減変動するように制御信号を振動させるようにしても良い。
【００５９】
上記のように制御目標値又は制御信号を振動させることで、アクチュエータ１７で発生するトルクが変動し、ギヤ列１８などに凍り付いた氷を剥離・粉砕して、通常に動作できる状態への復帰を図る。
【００６０】
従って、例えばエンジン停止中の氷結によって作動角変更機構１０が通常に動作しない状況であっても、始動開始直後の前記氷結解消制御によって直ぐに通常に動作できる状態にして、始動時に要求される吸気弁２の開特性（作動角，リフト量）に変化させることができる。
【００６１】
これにより、エンジン停止中の氷結による始動性の悪化を回避することができる。
【００６２】
尚、上記実施形態では、図１に示す作動角変更機構１０について、可動部分に氷結が発生する条件を判定し、氷結が発生し得る条件であるときには強制的に駆動するようにしたが、前記位相変更機構２０やその他の機構でエンジンバルブの開特性を変更する公知の全ての可変動弁機構に対して適宜採用することで、上記実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。
【００６３】
前記その他の機構には、クランクシャフトに連動するカムシャフト（吸気駆動軸３）を用いずに、電磁や油圧で直接エンジンバルブを開閉駆動する方式の可変動弁機構が含まれる。
【００６４】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置において、前記可変動弁機構を強制的に駆動する時間を所定時間内以内に制限することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【００６５】
かかる構成によると、氷結条件が成立していても、可変動弁機構の強制駆動を所定時間だけ行わせると、強制駆動を停止させ、通常の駆動制御に復帰させる。
【００６６】
従って、可変動弁機構を強制的に駆動することによる運転性などへの影響を必要最小限に抑制できる。
（ロ）請求項２記載の可変動弁機構の制御装置において、
エンジンの始動時の外気温度が所定温度以下であるときに、氷結条件が成立していると判断することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【００６７】
かかる構成によると、始動時の外気温度からエンジンの停止中における氷結の可能性を判断し、可変動弁機構の強制駆動を行うか否かを判断する。
【００６８】
従って、外気温度からエンジン停止中における氷結の可能性を判断できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施形態における可変動弁機構及びその制御装置を示す斜視図。
【図２】図１に示す作動角変更機構の断面図。
【図３】図１に示す位相変更機構を示す断面図。
【図４】実施形態における氷結解消制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７０】
２…吸気弁、３…吸気駆動軸、４…揺動カム、１０…作動角変更機構、１１…駆動カム、１２…リング状リンク、１３…制御軸、１４…制御カム、１５…ロッカアーム、１６…ロッド状リンク、１７…電動アクチュエータ、１８…ギヤ列、２０…位相変更機構、３０…エンジンコントロールユニット、３１，３２…角度センサ、３３…クランク角センサ、３４…エアフローメータ、３５…水温センサ、３６…油温センサ、３７…外気温度センサ
【図１】
2006170033.tif 000003
【図２】
2006170033.tif 000004
【図３】
2006170033.tif 000005
【図４】
2006170033.tif 000006