(57)【要約】【課題】リフト作動角変更機構の変更可能範囲を予め制限したり自動復帰機構を別途設けることなく、リフト作動角変更機構の異常・故障に起因する機関の始動不良を回避する。【解決手段】左右バンクの気筒列Ｒ，Ｌのそれぞれに、吸気弁のバルブリフト量と作動角の双方を連続的に可変とするリフト作動角変更機構１０Ｒ，１０Ｌを設ける。機関始動時に、一方のバンクの吸気作動角が過小となる過小異常を検出すると、他方のバンクのリフト作動角変更機構に対する吸気作動角の目標値を増加側へ補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒群と、各気筒群にそれぞれ設けられ、その気筒群の吸気弁のバルブリフト量と作動角の少なくとも一方を可変とする複数の可変動弁機構と、を有する内燃機関の始動制御装置であって、
機関始動時に、各気筒群の吸気弁のバルブリフト量又は作動角が過小となる過小異常を検出する異常検出手段と、
上記異常検出手段により一つの気筒群の過小異常を検出すると、他の気筒群の可変動弁機構に対するバルブリフト量と作動角の少なくとも一方の目標値を増加側へ補正する補正手段と、を有する内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
機関始動時に、上記異常検出手段により過小異常が検出された気筒群の可変動弁機構に対する制御を中止する制御中止手段を有する請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
上記可変動弁機構が、吸気弁を押し下す揺動カムの揺動範囲を変化させることにより、吸気弁のバルブリフト量と作動角の双方を連続的に変更可能なリフト作動角変更機構である請求項１又は２に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項４】
複数の気筒群と、各気筒群にそれぞれ設けられ、その気筒群の吸気弁のバルブリフト量と作動角の少なくとも一方を可変とする複数の可変動弁機構と、を有する内燃機関の始動制御方法であって、
機関始動時に、各気筒群の吸気弁のバルブリフト量又は作動角が過小となる過小異常を検出し、
一つの気筒群の過小異常を検出すると、他の気筒群の可変動弁機構に対するバルブリフト量と作動角の少なくとも一方の目標値を増加側へ補正する内燃機関の始動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁のバルブリフト量と作動角の少なくとも一方を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関の始動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリン機関においては、一般的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低負荷時におけるポンピングロス（スロットル損失）が大きい、という問題がある。これに対し、吸気弁の開閉期間すなわち作動角（特に閉時期）やバルブリフト量を変化させる可変動弁機構を用いることにより、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いる。このような可変動弁機構として、特許文献１には、吸気弁の作動角及びバルブリフト量の双方を連続的に変更可能なリフト作動角変更機構が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８９３０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
可変動弁機構の固着等の故障・異常により、機関始動時に吸気弁の作動角やバルブリフト量が過小（目標値に対して不足）となると、吸気量が過小となって、機関始動に必要なトルクが得られず、機関の始動を安定して行うことができなくなる。ここでいう機関始動に必要なトルクとは、クランキング時にエンジン回転数を維持するために必要なトルクであり、少なくともクランキング時のエンジンの摩擦トルク以上であることが要求される。
【０００５】
このように可変動弁機構の故障・異常に起因する機関の始動不良を回避する手法として、例えば以下の２通りが考えられる。
（１）可変動弁機構による作動角・バルブリフト量の変更可能範囲の下限値を、始動に必要なトルクが得られる最小限の作動角・バルブリフト量以上に予め設定・制限しておく。
（２）可変動弁機構が故障した場合でも、始動に必要なトルクが得られる作動角に自動的に復帰する自動復帰機構を設ける。
【０００６】
しかしながら、（１）のように可変動弁機構の変更可能範囲（の下限値）を予め制限すると、可変動弁機構による所期のポンピングロス低減効果や燃費向上効果等が減少し、（２）のように自動復帰機構を設ける場合、大型化・重量増加及びコストの上昇等を招いてしまう。
【０００７】
ところで、Ｖ型内燃機関のように複数の気筒列・気筒群を有する内燃機関で、各気筒群にそれぞれ可変動弁機構を設けたものでは、複数の可変動弁機構の全てが一斉に故障・異常することは現実的にはほぼあり得ない。
【０００８】
本発明は、このように複数の気筒群のそれぞれに可変動弁機構を設けた内燃機関において、別途自動復帰機構を設けたり可変動弁機構の変更可能範囲を制限することなく、可変動弁機構の異常・故障による機関の始動不良を有効に回避することを主たる目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
複数の気筒群と、各気筒群にそれぞれ設けられ、その気筒群の吸気弁のバルブリフト量と作動角の少なくとも一方を可変とする複数の可変動弁機構と、を有する。機関始動時に、各気筒群の吸気弁のバルブリフト量又は作動角が過小となる過小異常を検出し、一つの気筒群の過小異常を検出すると、他の気筒群の可変動弁機構に対するバルブリフト量と作動角の少なくとも一方の目標値を、増加側へ補正する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、自動復帰機構を設けたり可変動弁機構の変更可能範囲を制限することなく、可変動弁機構の異常・故障により機関の始動ができなくなるという事態を有効に回避することができる。このように、自動復帰機構が不要であるため、コンパクト化・軽量化・低コスト化を図ることができ、かつ、変更可能範囲を制限する必要がないので、可変動弁機構による所期のポンピングロス低減効果や燃費向上効果を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の始動制御装置を示す概略構成図である。この内燃機関１は、右バンクＲの気筒列（気筒群）と左バンクＬの気筒列（気筒群）とを有するＶ型内燃機関である。なお、右バンクＲと左バンクＬとで内部機構・構成要素はほぼ同じであるため、両者Ｒ，Ｌを区別する必要がある場合には、その参照符号の後にＲ（右バンク）又はＬ（左バンク）を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１３】
各気筒（シリンダ）２には、その気筒２内を昇降するピストン３と、ピストン３の上方に画成される燃焼室４と、この燃焼室４に接続する吸気通路５を開閉する一対の吸気弁１２と、燃焼室４に接続する排気通路６を開閉する一対の排気弁７と、が設けられる。
【００１４】
各バンクＲ，Ｌには、そのバンクの気筒列を構成する複数の吸気弁１２の作動角及びバルブリフト量を連続的に可変とするリフト作動角変更機構１０Ｒ，１０Ｌと、気筒列内の吸気弁１２の実作動角を検出する実作動角検出手段としてのポテンショメータ５３Ｒ，５３Ｌと、がそれぞれ設けられている。
【００１５】
コントロールユニット５４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータであり、エンジン回転信号、エンジン負荷信号をはじめ、冷却水温信号、作動油温信号等が入力され、これらの検出値に基づいて、後述する機関始動制御処理の他、燃料噴射制御や点火時期制御等の制御処理を記憶・実行する機能を有している。例えば、コントロールユニット５４は、上記のポテンショメータ５３の検出信号に基づいて、リフト作動角変更機構１０のモータ５１（図２参照）へ制御信号を出力し、吸気弁のバルブリフト量及び作動角をフィードバック制御することにより、エンジントルクの急激な変動を抑えつつ、バルブリフト特性の調整を円滑に行うことができる。
【００１６】
次に図２〜４を参照して、リフト作動角変更機構１０について説明する。各気筒には一対の吸気弁１２が配設され、各吸気弁１２の上部にはバルブリフタ１９が配設されている。これらのバルブリフタ１９の上方には、内部に潤滑油路が形成された中空状の駆動軸１３が気筒列方向に延在している。この駆動軸１３は、クランクシャフトから回転動力が伝達され、クランクシャフトに連動して回転する。この駆動軸１３には、各気筒毎に揺動カム２０が揺動可能に外嵌されている。各揺動カム２０には、各気筒の一対のバルブリフタ１９の上面にそれぞれ当接する一対のカム２０Ａを有しており、この揺動カム２０が所定の揺動範囲内で揺動することにより、カム２０Ａがバルブリフタ１９を押し下し、吸気弁１２が昇降（開閉）するように構成されている。
【００１７】
リフト作動角変更機構１０は、駆動軸１３と揺動カム２０とを機械的に連携するリンク機構であって、すなわち、駆動軸１３の外周に偏心して設けられ、この駆動軸１３と一体的に回転する偏心カム１５と、この偏心カム１５の外周に相対回転可能に外嵌する大径部２５ａを有するリング状リンク２５と、駆動軸１３と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸１６と、この制御軸１６の外周に偏心して設けられ、この制御軸１６と一体的に回転する制御カム１７と、この制御カム１７の外周に相対回転可能に外嵌する基部１８ａを有するとともに、一端部１８ｂがリング状リンク２５の小径部２５ｂにピン２１を介して相対回転可能に連結されたロッカアーム１８と、このロッカアーム１８の他端部１８ｃに上端部２６ａがピン２８を介して相対回転可能に連結されるとともに、下端部２６ｂが揺動カム２０の一方のカム２０Ａとピン２９を介して相対回転可能に連結されたロッド状リンク２６と、を有している。
【００１８】
偏心カム１５の軸心Ｘは駆動軸１３の軸心Ｙに対して所定量βだけ偏心しており、制御カム１７の軸心Ｐ１は制御軸１６の軸心Ｐ２に対して所定量αだけ偏心している。揺動カム２０の一対のカム２０Ａを繋ぐジャーナル部２０Ｂは、シリンダヘッド１１とメイン軸受ブラケット１４ａとの間に回転可能に支持されており、制御軸１６は、メイン軸受ブラケット１４ａとサブ軸受ブラケット１４ｂとの間に回転可能に支持されている。これらの軸受ブラケット１４（１４ａ，１４ｂ）は、主に簡素化の目的で同じ取付ボルト１４ｃによりシリンダヘッド１１側へ締結固定されている。
【００１９】
制御軸１６は、図２に示す駆動源としてのモータ５１により回転駆動されるとともに所定の回転位置に保持される。この実施例では、図２に示すように、モータ５１の出力軸５１ａに設けられたウォーム５２が、制御軸１６の一端に同軸状に固定されたウォームホイール５０に直接的に噛合する簡素な構造となっている。
【００２０】
このような構成により、クランクシャフトに連動して駆動軸１３が回転すると、偏心カム１５を介してリング状リンク２６がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム１８が制御カム１７の軸心Ｐ１周りに揺動し、ロッド状リンク２６を介して揺動カム２０が揺動して吸気弁１２を昇降させる。
【００２１】
また、制御軸１６の回転角度を変化させることにより、ロッド状リンク２６の揺動中心となる制御カム１７の軸心Ｐ１の位置が変化して揺動カム２０の姿勢・揺動範囲が変化する。これにより、駆動軸１３に対する吸気弁１２の作動角の中心位相（開閉時期の位相）が略一定のままで、吸気弁１２の作動角（吸気弁の開閉期間）及びバルブリフト量が連続的に変化する。
【００２２】
このようなリフト作動角変更機構１０は、偏心カム１５の軸受部分２５ｃや制御カム１７の軸受部分１７ａの他、各ピンの軸受部分２５ｄ，２６ｃ，２６ｄ等が面接触となっているため、潤滑が行い易く、耐久性，信頼性に優れているとともに、作動角を変更させる際の抵抗も低く抑制される。また、吸気弁１２を駆動する揺動カム（カム２０Ａ）が駆動軸１３と同軸上に配置されているため、例えば駆動用のカムを駆動軸とは異なる別の支軸で支持するような構成に比して、制御精度に優れているとともに、装置自体がコンパクトなものとなり、車両搭載性が良い。更に言えば、ロッド状リンク２６がほぼ上下方向に向けて配置されているため、機関側方（図２の左右方向）への張出量が抑制される。
【００２３】
図５，６を参照して、各リフト作動角変更機構１０には、制御軸１６の角度を検出するポテンショメータ５３が設けられている。このポテンショメータ５３は、シリンダヘッド１１に固定されたブラケット５５に支持されており、制御軸１６、より詳しくは制御軸１６と一体的に回転するポテンショメータ用ピン５３ａの回転角度を検出し、その検出信号をコントロールユニット５４へ出力する。
【００２４】
図７（ａ）に示すように、ポテンショメータ５３の出力値に対し、制御軸１６の回転角度は一つの値をとる。また、図７（ｂ）に示すように、制御軸１６の回転角度に対し吸気弁１２の作動角は一つの値をとる。従って、ポテンショメータ５３の出力値に対して吸気弁１２の実作動角が一義的に決定される。つまり、このポテンショメータ５３の検出信号に基づいて、各バンク（気筒列）の吸気弁の実作動角を検出することができる。但し、例えば吸気弁１２のバルブリフト量を直接的に検出したり、油圧室７５への供給油圧を検出し、この出力値に基づいて実作動角を間接的に検出するようにしても良い。
【００２５】
図８は、コントロールユニット５４により内燃機関の始動時（機関始動直前）に実行されるフローチャートであり、機関始動時におけるリフト作動角変更機構１０Ｒ，１０Ｌの作動角制御の流れを示している。
【００２６】
まず、Ｓ（ステップ）１１では、各種センサ類の検出信号に基づいて、エンジン回転数、吸入空気量、及び各バンク毎の実作動角等が読み込まれる。実作動角は、上述したように、例えばポテンショメータ５３の検出値及び図７の制御マップを参照して演算される。
【００２７】
Ｓ１２では、右バンクのリフト作動角変更機構１０Ｒが過小異常であるかが判定・検出され、Ｓ１３及びＳ１４では、左バンクのリフト作動角変更機構１０Ｌが過小異常であるかが判定・検出される（異常検出手段）。上記の「過小異常」とは、ある気筒列のリフト作動角変更機構の異常や故障により、その気筒列内の吸気弁の作動角（バルブリフト量）が、機関始動に最低限必要な始動目標値に達することができない状況であり、例えば、作動角が始動目標値よりも低くなる制御軸角度で制御軸１６が固着している場合が考えられる。このような過小異常の判定・検出は、例えば、ポテンショメータ５３による実作動角と目標作動角との比較等に基づいて行うことができる。
【００２８】
両バンクのリフト作動角変更機構１０Ｒ，１０Ｌが共に正常である場合、Ｓ１２及びＳ１４の判定がともに否定されてＳ２０へ進み、正常時用の目標作動角を設定する。この正常時用の目標作動角は、上記の始動目標値に相当し、如何なる運転条件でも内燃機関が始動可能である最小の作動角である。続くＳ２１では、ポテンショメータ５３による実作動角に基づいて、Ｓ２０で設定された正常時用の目標作動角へ向けたフィードバック制御が行われる。具体的には、目標作動角に対する実作動角のずれ量に基づいて、モータ５１へ出力される駆動パルスのデューティー比を決定する。
【００２９】
両バンクのリフト作動角変更機構１０Ｒ，１０Ｌがともに過小異常である場合、Ｓ１２及びＳ１３の判定がともに肯定されてＳ１５へ進み、両リフト作動角変更機構１０Ｒ，１０Ｌの制御をともに中止する。ただし、このように全てのリフト作動角変更機構１０Ｒ，１０Ｒが同時に過小異常となることは、現実的にはほぼあり得ない。
【００３０】
右バンクのリフト作動角変更機構１０Ｒが過小異常で、左バンクのリフト作動角変更機構１０Ｌが正常である場合、Ｓ１２が肯定、Ｓ１３が否定されてＳ１６へ進む。このＳ１６では、正常と判定された左バンクのリフト作動角変更機構１０Ｌに対する目標作動角を、正常時の目標作動角よりも大きい異常時用目標作動角に設定する。つまり、正常と判定された左バンクのリフト作動角変更機構１０Ｌに対する作動角の目標値を、正常時の目標値に対して増加側へ補正する（補正手段）。続くＳ１８では、正常と判定された左バンクのリフト作動角変更機構１０Ｌについては、Ｓ１６で設定された異常時用目標作動角へ向けたフィードバック制御を行い、過小異常と判定された右バンクのリフト作動角変更機構１０Ｒについては、制御を中止するか、あるいは目標値よりも大リフト側へオープン制御する。但し、作動角やバルブリフト量が過度に大きくなることのないように、オープン制御におけるデューティー比は１００％とはしない。
【００３１】
右バンクのリフト作動角変更機構１０Ｒが正常で、左バンクのリフト作動角変更機構１０Ｌが過小異常である場合、Ｓ１２が否定、Ｓ１４が肯定されてＳ１７へ進む。このＳ１７では、Ｓ１６と同様、正常な右バンクのリフト作動角変更機構１０Ｒの目標作動角を、正常時の目標作動角よりも大きい異常時用目標作動角に設定する。つまり、作動角の目標値を正常時の目標値に対して増加側へ補正する（補正手段）。続くＳ１９では、正常と判定された右バンクのリフト作動角変更機構１０Ｒについては、Ｓ１７で設定された異常時用目標作動角へ向けたフィードバック制御を行い、過小異常と判定された左バンクのリフト作動角変更機構１０Ｌについては、制御を中止するか、あるいは目標値よりも大リフト側へオープン制御する。但し、作動角やバルブリフト量が過度に大きくなることのないように、オープン制御におけるデューティー比は１００％とはしない。
【００３２】
このように本実施例では、機関始動時に、一方のリフト作動角変更機構の過小異常が検出されると、正常である他方のリフト作動角変更機構の作動角を増加側へ補正しているため、バンク間での出力トルクのばらつきを生じるものの、上述したように自動復帰機構を設けたりリフト作動角変更機構の変更可能範囲を予め制限することなく、始動に必要とするトルクを確保することができ、機関の始動を安定して行うことができる。リフト作動角変更機構の変更可能範囲を予め制限する必要がないので、所期のポンピングロス低減効果及び燃費向上効果を得ることができ、また、自動復帰機構が不要なため、コンパクト化・軽量化及び低コスト化を図ることができる。
【００３３】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では、吸気弁の作動角に基づいて異常の検出等が行われているが、バルブリフト量に基づいて異常の検出等を行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の始動制御装置を示すシステム構成図。
【図２】上記内燃機関のリフト作動角変更機構を示す概略斜視図。
【図３】上記リフト作動角変更機構を示す断面対応図。
【図４】上記リフト作動角変更機構を示す一部破断側面対応図。
【図５】上記リフト作動角変更機構の実作動角を検出するポテンショメータを示す側面図。
【図６】同じくポテンショメータを示す正面対応図。
【図７】上記ポテンショメータの出力値と制御軸角度と吸気弁の作動角との関係を示す特性図。
【図８】本実施例に係る機関始動時の制御処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０Ｒ，１０Ｌ…リフト作動角変更機構（可変動弁機構）
１２…吸気弁
２０…揺動カム
５３Ｒ，５３Ｌ…ポテンショメータ
５４…コントロールユニット
【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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