(57)【要約】【課題】吸気弁の開閉状態を制御して吸気量を調整可能とした上で、吸気量が少ない領域でも吸気弁の位置での絞り損失を抑制し、もって、スロットル弁の廃止による絞り損失の低減作用を十分に活かして燃費を向上できる内燃機関の吸気量調整装置を提供する。【解決手段】カム６ａによりロッカアーム７を介して吸気弁３が開弁されたときに、スライダ１１によりロッカアーム７の揺動を規制して吸気弁３を開弁状態に保持し、その後、閉弁アクチュエータ１７の点火プラグ２４を点火して、そのピストン１８と共にスライダ１１を移動させて、ロッカアーム７に対する規制を解除して吸気弁３を閉弁させる。閉弁アクチュエータ１７の点火タイミングに応じて吸気弁３の閉弁時期、ひいては吸気弁３の開弁機関を制御し、これにより内燃機関の吸気量を調整する。【選択図】　　　図１
2004052604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸に同期して回転するカム軸により弁ばねの付勢力に抗して開駆動される吸気弁と、
上記カム軸により上記吸気弁が開弁されたときに、上記弁ばねによる吸気弁の閉弁を規制する閉弁規制部材と、
上記閉弁規制部材による規制を解除して上記吸気弁を閉弁させる解除駆動手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項２】
クランク軸に同期して回転するカム軸により弁ばねの付勢力に抗して開駆動される吸気弁と、
上記カム軸により上記吸気弁が開弁されたときに、上記弁ばねによる吸気弁の閉弁を規制する閉弁規制部材と、
上記閉弁規制部材による規制を解除して上記吸気弁を閉弁させる解除駆動手段と、
少なくともアクセル操作量に基づいて上記解除駆動手段の作動タイミングを設定する作動タイミング設定手段と、
上記内燃機関が上記作動タイミング設定手段により設定された作動タイミングに相当するクランク角度に至ったときに上記解除駆動手段を作動させる制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気量調整装置。
【請求項３】
上記作動タイミング設定手段は、上記内燃機関の吸気行程内でアクセル操作量の増加に伴って上記解除駆動手段の作動タイミングを遅角方向に変化させる設定と、上記内燃機関の圧縮行程内でアクセル操作量の増加に伴って上記解除駆動手段の作用タイミングを進角方向に変化させる設定とを選択的に実行することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気量調整装置。
【請求項４】
上記作動タイミング設定手段は、機関のピストン速度が高い時期を避けて上記解除駆動手段の作動タイミングを設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気量調整装置。
【請求項５】
上記閉弁規制部材は、上記吸気弁の開弁時に、付勢部材の付勢力により略直線状に移動して該吸気弁の閉弁を規制するスライダとして構成され、上記解除駆動手段は、該スライダにピストンを連結された内燃機関として構成され、上記吸気弁の閉弁規制方向へのスライダの移動に伴って該ピストンを圧縮方向に移動させる一方、点火プラグの点火に伴って上記ピストンに燃焼圧を作用させて、該ピストンと共に上記スライダを規制解除方向に移動させるものである請求項２に記載の内燃機関の吸気量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の動弁機構、及び当該動弁機構を用いて内燃機関の吸気量を調整する吸気量調整装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
ガソリン機関の吸気量を調整するスロットル弁は絞り損失を引き起こし、ひいては燃費悪化の要因となることから、絞り損失を低減するための種々の対策が提案されている。対策の一例として図６に示す動弁機構では、運転者によるアクセル操作量に応じて吸気弁の開閉状態を制御することで吸気量を調整し、これによりスロットル弁を廃止して絞り損失の低減を図っている。即ち、当該動弁機構では、吸気弁１０１を開閉するロッカアーム１０２上に中間レバー１０３を配設し、カム軸１０４により上端を支点として中間レバー１０３をばね１０５の付勢力に抗して揺動させながら、中間レバー１０３の下端でロッカアーム１０２を下方に押圧して吸気弁１０１を開閉している。
【０００３】
中間レバー１０３の上端には調整カム１０６が当接し、ステップモータ１０７による調整カム１０６の回転に応じて中間レバー１０３の上端位置（支点位置）が変更され、それに伴ってカム軸１０４により中間レバー１０３が揺動したときのロッカアーム１０２の揺動量、即ち、吸気弁１０１のリフト量が変更される。
吸気弁１０１のリフト量は筒内への吸気量と相関するため、運転者によるアクセル操作量に応じてステップモータ１０７により吸気弁１０１のリフト量を制御し、スロットル弁に代えて吸気量を調整している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにリフト量を制御して吸気量を調整する場合には、例えば走行モードＭ１０・１５での定速度走行時のように、吸気量が小さい領域では、リフト量をかなり小さくする必要がある。リフト量を減少させると、吸気弁の部位での絞り損失が大きくなることから、スロットル弁の廃止による絞り損失の低減が十分に活かされず、更なる改良が必要である。
【０００５】
本発明の目的は、吸気弁の開閉状態を制御して吸気量を調整可能とした上で、吸気量が少ない領域でも吸気弁の位置での絞り損失を抑制し、もって、スロットル弁の廃止による絞り損失の低減作用を十分に活かして燃費を向上させることができる内燃機関の動弁機構、及び当該動弁機構を用いた内燃機関の吸気量調整装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、クランク軸に同期して回転するカム軸により弁ばねの付勢力に抗して開駆動される吸気弁と、カム軸により吸気弁が開弁されたときに、弁ばねによる吸気弁の閉弁を規制する閉弁規制部材と、閉弁規制部材による規制を解除して吸気弁を閉弁させる解除駆動手段とを備えたものである。
【０００７】
従って、カム軸により開弁された吸気弁は、閉弁規制部材に閉弁を規制されて所定開度の開弁状態を継続した後、解除駆動手段により閉弁規制部材が解除された時点で弁ばねにより閉弁される。よって、解除駆動手段の作動タイミングを変更することにより、吸気弁の閉弁時期を任意に変更でき、それに伴って内燃機関の筒内への吸気量を調整して、スロットル弁を廃止することが可能となる。
【０００８】
吸気量の調整は吸気弁のリフト量を制御することでも達成できるが、リフト量を制御する場合に比較して、本発明のように吸気弁の閉弁時期を制御した場合には、閉弁規制部材の解除により吸気弁が速やかに閉弁されるため、吸気弁が最大開口面積を保っている期間が長くなる。よって、走行モードＭ１０・１５での定速度走行時のように、吸気量が小さい領域においても、吸気弁の位置での絞り損失が抑制される。
【０００９】
請求項２の発明は、クランク軸に同期して回転するカム軸により弁ばねの付勢力に抗して開駆動される吸気弁と、カム軸により吸気弁が開弁されたときに、弁ばねによる吸気弁の閉弁を規制する閉弁規制部材と、閉弁規制部材による規制を解除して吸気弁を閉弁させる解除駆動手段と、少なくともアクセル操作量に基づいて解除駆動手段の作動タイミングを設定する作動タイミング設定手段と、内燃機関が作動タイミング設定手段により設定された作動タイミングに相当するクランク角度に至ったときに解除駆動手段を作動させる制御手段とを備えたものである。
【００１０】
従って、カム軸により開弁された吸気弁は、閉弁規制部材に閉弁を規制されて所定開度の開弁状態を継続した後、解除駆動手段により閉弁規制部材が解除された時点で弁ばねにより閉弁される。解除駆動手段の作動タイミングは少なくともアクセル操作量に基づいて設定され、設定された作動タイミングに相当するクランク角度に内燃機関が至ったときに解除駆動手段により閉弁規制部材の解除が行われる。その結果、アクセル操作に応じて吸気弁の閉弁時期が制御され、それに伴って内燃機関の筒内への吸気量が調整されることから、スロットル弁を廃止することが可能となる。
【００１１】
吸気量の調整は吸気弁のリフト量を制御することでも達成できるが、リフト量を制御する場合に比較して、本発明のように吸気弁の閉弁時期を制御した場合には、閉弁規制部材の解除により吸気弁が速やかに閉弁されるため、吸気弁が最大開口面積を保っている期間が長くなる。よって、多量の吸気量を必要とする加速時は勿論、走行モードＭ１０・１５での定速度走行等のように、吸気量が小さい領域においても、吸気弁の位置での絞り損失が低減される。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、作動タイミング設定手段が、内燃機関の吸気行程内でアクセル操作量の増加に伴って解除駆動手段の作動タイミングを遅角方向に変化させる設定と、内燃機関の圧縮行程内でアクセル操作量の増加に伴って解除駆動手段の作用タイミングを進角方向に変化させる設定とを選択的に実行するものである。
【００１３】
従って、吸気行程内で吸気弁が閉弁されると、吸気行程の途中で吸気が遮断されるため、アクセル操作量の増加に伴って解除駆動手段の作動タイミング、つまり吸気弁の閉弁時期を遅角させることで吸気量が増加し、一方、圧縮行程内で吸気弁が閉弁されると、一旦筒内に吸入された吸気が再び吸気マニホールド側に逆流する途中で遮断されるため、アクセル操作量の増加に伴って吸気弁の閉弁時期を進角することで吸気量が増加し、何れの場合もアクセル操作量に応じて吸気量の調整が可能である。
【００１４】
吸気行程内で吸気弁の閉弁時期を制御した場合、カム軸により吸気弁が開弁されるまでに筒内にある程度の空気（又は、可燃混合気）が吸入されるが、この量は、予想される最小負荷時の吸気量以下である。よって、ＥＧＲ量の制御等と組み合わせることにより、アイドリング時も含めてアクセル操作量に関わらず閉弁時期を吸気行程内とすることも可能であり、吸気行程内、圧縮行程内の何れに閉弁時期を選んでも、アクセル操作量に応じた吸気量が実現される。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、作動タイミング設定手段が、機関のピストン速度が高い時期を避けて解除駆動手段の作動タイミングを設定するものである。従って、ピストン速度が高い時期を避けて吸気弁が閉弁されるため、高回転域においても吸気弁の部位での絞り損失が抑制される。
請求項５の発明は、請求項２の発明において、閉弁規制部材が、吸気弁の開弁時に、付勢部材の付勢力により略直線状に移動して吸気弁の閉弁を規制するスライダとして構成され、解除駆動手段が、スライダにピストンを連結された内燃機関として構成され、吸気弁の閉弁規制方向へのスライダの移動に伴ってピストンを圧縮方向に移動させる一方、点火プラグの点火に伴ってピストンに燃焼圧を作用させて、ピストンと共にスライダを規制解除方向に移動させるものである。
【００１６】
従って、吸気弁が開弁されると、付勢部材の付勢力によりスライダが移動して吸気弁の閉弁を規制すると共に、解除駆動手段のピストンが圧縮方向に移動し、その後の所定タイミング、即ち、アクセル操作量に基づいて設定された作動タイミングで解除駆動手段の点火プラグにより混合気に点火されると、燃焼圧を受けたピストンと共にスライダが規制解除方向に移動して、弁ばねにより吸気弁が閉弁される。
【００１７】
燃焼圧を利用した解除駆動手段は、例えば電磁力により作動するソレノイド等に比較すると、単位体積当たりの駆動力が大きいため設置スペースを縮小可能であり、且つ、例えば油圧アクチュエータのように油圧回路や油圧ポンプを必要とせず、燃料源を確保するだけで簡単に実現でき、しかも、燃料源として内燃機関の燃料を流用すれば、その構成を一層簡略化できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両の走行用駆動源の内燃機関を対象とした吸気量調整装置に具体化した一実施形態を説明する。
例えば内燃機関は、４サイクル直列４気筒の吸気管噴射型ガソリン機関として構成されており、機関の筒内に吸入される吸気量は本実施形態の吸気量調整装置により調整されるため、当該内燃機関には通常のスロットル弁が廃止されている。
【００１９】
図１は本実施形態の内燃機関における動弁機構の吸気閉弁時を示す概略構成図、図２は同じく動弁機構の吸気開弁時を示す概略構成図である。各図では内燃機関の１気筒分が示され、以下、当該気筒の構成を説明するが、他の気筒も同一構成である。内燃機関の燃焼室１には、点火プラグ２を挟んで図中の右側に吸気弁３が、左側に排気弁４が配置されている。図示しない吸気通路を経て導入された吸入空気はインジェクタからの噴射燃料と混合された後、吸気弁３の開弁に伴って吸気ポート５から燃焼室１内に流入する。流入した混合気は燃焼室１内で点火プラグ２により点火されて燃焼し、燃焼後の排ガスは、排気弁４の開弁に伴って図示しない排気ポート及び排気通路を経て外部に排出される。
【００２０】
内燃機関のシリンダヘッドには気筒配列方向に延びるように吸気用のカム軸６が配置され、当該カム軸６は図示しないクランク軸により同期して回転駆動される。カム軸６と吸気弁３との間には、支点７ａを中心として揺動可能なロッカアーム７が配設され、図２に示すように、カム軸６の回転に伴ってカム６ａによりロッカアーム７の左端が上方に付勢されると、支点７ａを中心としてロッカアーム７が揺動して、その右端により弁ばね８を圧縮しながら吸気弁３を開弁させる。本実施形態では、吸気弁３の開弁にのみカム６ａを利用し、吸気弁３の閉弁は以下に述べる閉弁時期可変機構９により制御するため、カム６ａの閉弁側摺動面は切り欠かれている。
【００２１】
上記した閉弁時期可変機構９はロッカアーム７の直上に設けられている。当該可変機構９の略Ｌ字状をなすフレーム１０内には閉弁規制部材としてのスライダ１１が配設され、スライダ１１は吸気弁３の開閉方向と直交する図中の左右方向にスライド軸受１２により案内される。スライダ１１の移動ストロークは、左右に配置された図示しないストッパにより制限され、結果としてスライダ１１は、左方に移動した図１の解除位置と、右方に移動した図２の規制位置との間で移動する。スライダ１１の下面は円弧状に切り欠かれ、左側の平面状をなす規制面１１ａ、規制面１１ａより上方に位置する右側の平面状をなす解除面１１ｂ、規制面１１ａ及び解除面１１ｂを繋ぐ円弧状のガイド面１１ｃから構成されている。
【００２２】
ロッカアーム７の右端上にはカムフォロワ１３が設けられ、カムフォロワ１３はスライダ１１の下面に当接し、スライダ１１の移動に伴って転動する。図２に示すスライダ１１の規制位置では、規制面１１ａによりロッカアーム７の反時計回りの揺動が規制されるため、吸気弁３は全開状態に保持され、一方、図１に示すスライダ１１の解除位置では、解除面１１ｂによりロッカアーム７の反時計回りの揺動が許容されるため、弁ばね８の付勢力で吸気弁３は閉弁される。
【００２３】
スライダ１１には移動方向に沿ってロッド１４が貫通固定され、図１のようにロッド１４の左端はフレーム１０を貫通して左方に突出し、ロッカアーム７の右端上に緩衝用ばね１５ａを介して支持された押圧プレート１５に当接している。スライダ１１とフレーム１０との間においてロッド１４には付勢部材としての付勢用ばね１６が巻回され、この付勢用ばね１６によりスライダ１１は常に右方に付勢されている。
【００２４】
図１に示すスライダ１１の解除位置では、カムフォロワ１３がガイド面１１ｃと干渉してスライダ１１の右方への移動を規制するため、付勢用ばね１６は圧縮状態に保持されている。カム６ａによりロッカアーム７が時計回りに揺動すると、吸気弁３が開弁される一方、上記カムフォロワ１３のガイド面１１ｃに対する規制が解除されて、付勢用ばね１６による右方への付勢力、及びロッカアーム７の揺動に伴う押圧プレート１５の右方への押圧力を受けて、スライダ１１は規制位置へと移動する。
【００２５】
一方、スライダ１１の右方には、当該閉弁時期可変機構９の解除駆動手段としての閉弁アクチュエータ１７が配設されている。本実施形態では、閉弁アクチュエータ１７が２サイクル単気筒の内燃機関として構成されており、そのピストン１８がスライダ１１のロッド１４の右端に連結されている。閉弁アクチュエータ１７のシリンダ１９の掃気ポート１９ａには逆止弁２０を介してミクスチャタンク２１が接続され、ミクスチャタンク２１内には、常に当量比１前後の混合気が大気圧より若干高い圧力で貯留されている。
【００２６】
上記逆止弁２０は、ミクスチャタンク２１からシリンダ１９内への混合気の導入を許容すると共に、シリンダ１９内の燃焼圧のミクスチャタンク２１への影響を防止する。ミクスチャタンク２１内の混合気は、例えばインジェクタからの噴射燃料を空気と混合してポンプにより加圧して適宜補給されており、本実施形態では燃料として内燃機関のガソリンを流用しているが、別種の燃料を使用することも可能である。
【００２７】
又、シリンダ１９の排気ポート１９ｂには負圧タンク２２が接続され、負圧タンク２２は逆止弁２３を介して内燃機関の吸気ポート５に接続されている。この逆止弁２３は、吸気ポート５側から負圧タンク２２側への流通を規制し、吸気ポート５の負圧を利用して負圧タンク２２内を常に負圧保持する。尚、上記ミクスチャタンク２１及び負圧タンク２２は、各気筒の閉弁時期可変機構９毎に個別に設けてもよいし、各気筒共通で設けてもよい。
【００２８】
従って、スライダ１１が右方に移動すると、閉弁アクチュエータ１７ではピストン１８により混合気の圧縮が行われ、圧縮された混合気は任意のタイミングで点火プラグ２４により点火されて燃焼する。燃焼圧によりピストン１８は左方に移動して排気ポート１９ｂ、掃気ポート１９ａの順に開放し、このピストン１８と共にスライダ１１も左方へと移動する。排気ポート１９ｂの開放により、シリンダ１９内の燃焼ガスは負圧タンク２２に排出され、その後に逆止弁２３を経て内燃機関の吸気ポート５内に導入されて混合気の一部として燃焼され、これにより大気への排出が防止される。又、掃気ポート１９ａの開放により、ミクスチャタンク２１内の混合気が逆止弁２０を経てシリンダ１９内に導入されて掃気が行われ、閉弁アクチュエータ１７は初期の状態に戻る。
【００２９】
次に、以上のように構成された内燃機関の動弁機構の動作状況を説明する。
図２に示すように、カム軸６によりロッカアーム７が時計回りに揺動して吸気弁３を開弁すると、付勢用ばね１６の付勢力及び押圧プレート１５の押圧力を受けてスライダ１１が右方に移動し、閉弁アクチュエータ１７では上記のようにピストン１８により圧縮が行われる。スライダ１１の移動に伴ってカムフォロワ１３は解除面１１ｂからガイド面１１ｃを経て規制面１１ａへと転動し、スライダ１１が規制位置に到達すると、規制面１１ａによりロッカアーム７の反時計回りの揺動が規制される。よって、カム軸６が最大リフトの角度を通過した後でも、吸気弁３は全開状態に保持され続ける。
【００３０】
この状態で閉弁アクチュエータ１７の点火プラグ２４が点火されると、燃焼圧を受けたピストン１８と共にスライダ１１が付勢用ばね１６の付勢力及び押圧プレート１５の押圧力に抗して左方に移動する。これに伴ってロッカアーム７のカムフォロワ１３がスライダ１１の規制面１１ａからガイド面１１ｃを経て解除面１１ｂへと転動するため、ロッカアーム７は反時計回りに揺動し、図１に示すように、スライダ１１が解除位置に到達した時点では、ロッカアーム７は反時計回りへの揺動を完了して、吸気弁３を全閉状態に復帰させる。
【００３１】
このようにカム軸６により開弁された吸気弁３はスライダ１１の規制により全開状態に保持され、閉弁アクチュエータ１７によりスライダ１１の規制が解除された時点で閉弁される。結果として閉弁アクチュエータ１７が作動するタイミング（点火タイミング）に応じて吸気弁３の閉弁時期、ひいては吸気弁３の開弁期間が制御され、それに伴って内燃機関の燃焼室１内に導入される吸気量が変化して、スロットル弁による吸気量調整の代替として機能することになる。
【００３２】
尚、吸気弁３の閉弁は、弁座に着座したときのバウンドを防止した上で、ほとんど規制力を受けない自由運動に近い速度で行われることが望ましい。よって、このような閉弁状況を実現すべく、弁ばね８のセット荷重、ばね定数、スライダ１１のガイド面１１ｃの形状、吸気弁３とスライダ１１との位置関係等が設定されている。
又、所期の吸気弁３の閉弁時期を達成するには、閉弁アクチュエータ１７の燃焼圧を急激に上昇させてスライダ１１を迅速に移動させる必要がある。そこで、例えば閉弁アクチュエータ１７の燃焼室容積は１ｃｃ程度に設定され、Ｓ／Ｖ比の増加による熱損失を抑制するために断熱性素材を使用して、圧縮比は３程度に設定される。このような設定の下で閉弁アクチュエータ１７の作動時に２５ｋｇｆ程度の力がスライダ１１に作用したとすると、弁ばね８による１００ｋｇｆ程度の垂直荷重をスライダ１１が受けている場合でも、スライド軸受１２によりスライダ１１の移動に要する力（転がり抵抗）は１ｋｇｆ程度に過ぎないため、十分に迅速なスライダ１１の移動が可能である。
【００３３】
一方、上記閉弁アクチュエータ１７の点火プラグ２４は制御回路３１に接続され、当該制御回路３１により閉弁アクチュエータ１７の点火時期が制御される。
そこで、この制御回路３１によって実行される点火時期制御を図３のブロック図に基づいて説明する。
制御回路３１では、点火時期を制御するための情報として、クランク角度θ、機関回転速度ｎ、アクセル操作量φ、車速Ｖが検出される。クランク角度θはクランク角度検出回路３２により、例えば内燃機関の回転に同期するクランク角パルスに基づいて検出され、機関回転速度ｎは機関回転速度検出回路３３により、例えば上記クランク角パルスに基づいて検出され、アクセル操作量φはアクセル操作量検出回路３４により、例えばアクセルペダルの操作角度に基づいて検出され、車速Ｖは車速検出回路３５により、例えば車両の走行輪の回転速度、或いは上記機関回転速度ｎと駆動系の減速比とに基づいて検出される。
【００３４】
上記車速Ｖ、アクセル操作量φ、機関回転速度ｎは走行目標関数演算部３６に入力され、走行目標関数演算部３６では、車速Ｖ等に基づいて実際の車両加速度αが算出される一方、アクセル操作量φ及び車速Ｖに基づいて運転者の要求加速度ｆ（φ，Ｖ）が算出される。関数ｆはスロットル特性に相当するものであり、本実施形態では、運転席に設けた入力装置によりスロットル特性を代表するパラメータの値を運転者が任意に設定可能としているが、代わりに予め設定した固定値としてもよい。
【００３５】
更に走行目標関数演算部３６では、実際の加速度αを要求加速度ｆ（φ，Ｖ）に一致させるべく、カウンタのｕｐ／ｄｏｗｎ信号及びクロック周波数が設定され、これらのｕｐ／ｄｏｗｎ信号及びクロック周波数はｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ３７に出力される。ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ３７では、ｕｐ／ｄｏｗｎ信号及びクロック周波数に基づいて目標点火時期θｉｇが算出され、算出した目標点火時期θｉｇが一致回路３８に出力される。尚、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ３７には、内燃機関の各気筒への信号分配回路や移送回路が含まれるが、これらの回路は図では省略されている。
【００３６】
一致回路３８では、目標点火時期θｉｇと上記クランク角検出回路３２から入力されたクランク角度θとが比較され、両者が一致したとき、即ち、内燃機関のクランク角度θが目標点火時期θｉｇに到達したときに、アクチュエータ用点火装置３９に点火信号が出力される。点火信号に呼応してアクチュエータ用点火装置３９から点火用高電圧が供給され、分配器４０を介して次に吸気弁３を閉弁すべき気筒の閉弁アクチュエータ１７に振り分けられ、当該閉弁アクチュエータ１７の点火プラグ２４が目標点火時期θｉｇに相当するタイミングで点火される。その結果、上記のように閉弁アクチュエータ１７が作動し、閉弁時期可変機構９により対応する気筒の吸気弁３が閉弁される。
【００３７】
尚、本実施形態では、上記走行目標関数演算部３６及びｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ３７が作動タイミング設定手段として機能し、一致回路３８及びアクチュエータ用点火装置３９が制御手段として機能している。
一方、以上の制御回路３１の点火時期制御により、内燃機関の吸気弁３の閉弁時期は以下のように制御される。
【００３８】
図４は吸気弁の閉弁時期の制御領域を示す。２点鎖線で示すカム軸に倣った通常の吸気弁の開閉状況に対して、本実施形態では上記目標点火時期θｉｇに基づいて、実線で示すように吸気弁３の全開直後（図中のａ）から圧縮上死点付近（図中のｂ）までの領域内で、吸気弁３の閉弁時期が制御される。
ここで、吸気下死点（５４０°ＣＡ）以前に吸気弁３を閉弁する早閉めでは、吸気行程の途中で吸気が遮断されるため、吸気閉弁時期の遅角に従って吸気量は増加し、他方、吸気下死点以降に吸気弁３を閉弁する遅閉めでは、一旦燃焼室１内に吸入後の吸気が吸気側に逆流する途中で遮断されるため、吸気閉弁時期の進角に従って吸気量は増加する特性となる。尚、本動弁機構のもとでは、吸気弁端圧力はほぼ大気圧である。このため、弁オーバラップ期間を大きくすることが可能となる。吸気弁３の開弁時期を早めることによって閉弁領域を拡大し、早閉め遅閉めに関係なくほぼ同じ吸気量が得られるように設定してある。
【００３９】
早閉めと遅閉めの選択は、機関の仕様（過給機の有無、燃料噴射系の構成、吸気管系の構成、休筒システムの採否等）によって異なり、仕様毎に以下の点を考慮して早閉め、遅閉めを決定する。
１）慣性効果の利用
２）脈動効果の利用（吸気弁端圧力波の利用）
３）圧縮終わりでの吸気温度
４）閉弁時期
本実施形態では、吸気弁有効開口面積が大きいことから機関出力トルクも大きくなる。更に、慣性効果が有効に利用できることからトルク特性の改善は著しいものとなる。慣性効果は、通常はある特定機関回転数においてのみ吸気管系固有振動数と同期するが、早閉め、遅閉めを含めて自由に閉弁時期を選べる本動弁機構では、広い回転数範囲にわたって同期状態を維持できることによる。
【００４０】
４気筒機関では、相隣合う２−１気筒、３−４気筒で圧縮行程−吸気行程となる。このとき、２，３気筒では遅閉め、１，４気筒では早閉めとすることによって吸気弁端の圧力波を有効に利用してポンプ損失を減少させることができる。又、吸気量が小さいとき全気筒の吸気弁について遅閉めとすると、吸気は何度も筒内に出入りする。混合気は長時間高温状態にあることとなり異常燃焼の原因となるが、このような事態を防ぐことにもなる。
【００４１】
過給機関では、絞り損失最小の状態で給気できるため、圧縮機で得られた圧力をそのまま有効利用できることは明らかであるが、更に圧縮終わり混合気温度の低下にも本動弁機構は有効である。温度の点から遅閉めが有利であるが、圧縮機作動点の問題を含め総合的観点から早閉めの方が有効である。
本実施形態の動弁機構では、吸気弁３の閉弁速度が機関回転速度ｎに依存しないことから、機関回転速度ｎの増加、即ち、空気の吸入速度が大きくなるに従って閉弁速度は相対的に小さくなる。このため、機関高速回転において、ピストン速度が大きくなる領域（図５にハッチングで示す）に閉弁時期を選ぶと、絞り損失低減効果が小さくなる。この場合は、吸気行程、圧縮行程で同じピストン位置であっても吸気量は異なることを利用して、早閉め又は遅閉めを選択する、吸気量の調整がこの範囲を越えるときは、気筒間の吸気量を変えることによって所定の機関出力を得る。吸気量が少ない気筒において、圧縮終わり温度が低いことが望ましい場合は、遅閉めとする。このとき、吸気量が多い気筒は早閉めとし、早閉めと遅閉めとの組合せは前述の事項に準じる。以上の制御によってピストン速度が大きい領域での閉弁を避けることができる。
【００４２】
以上の吸気閉弁時期の制御特性を前提として、上記した目標点火時期θｉｇが設定される。例えば、要求加速度ｆ（φ，Ｖ）に対して実際の加速度αが不足するときには、早閉めの領域では目標点火時期θｉｇが遅角され、遅閉めの領域では目標点火時期θｉｇが進角され、これに応じて吸気閉弁時期が変更されて、加速度αの不足分相当だけ内燃機関の吸気量が増加される。このとき、ｕｐ／ｄｏｗｎ信号は、進角のときｄｏｗｎ信号、遅角のときｕｐ信号となる。しかし、吸気管系と機関回転速度ｎとの関係によって生じる吸気弁端での圧力波によっては、ｕｐ／ｄｏｗｎ信号を逆に設定する必要がある。こうした機関作動領域は予め走行目標関数演算部３６の記憶領域に格納しておく。この情報とｆ−α値の履歴から判定し、妥当なｕｐ／ｄｏｗｎ信号を生成する。
【００４３】
以上の吸気閉弁時期の制御により、吸気量の全域での調整が可能となり、スロットル弁の廃止に伴って絞り損失を低減できる。しかも、吸気弁１０１のリフト量の制御により吸気量を調整する図６の従来技術に対して、吸気弁３の閉弁時期を制御する本実施形態では、図４から明らかなようにカム形状に依存することなく自由運動に近い速度で急激に吸気弁３を閉弁していることも寄与して、吸気弁３が最大開口面積を保っている期間が長くなる。よって、多量の吸気を必要とする加速時は勿論、走行モードＭ１０・１５での定速度走行時のように吸気量が小さい領域においても、吸気弁３の位置での絞り損失が抑制され、従来技術に比較して絞り損失をより一層低減でき、ひいては燃費の向上を果たすことができる。
【００４４】
又、ピストン速度の高い領域を避けて吸気弁３の閉弁時期を制御するため、高回転域においても吸気弁３の部位での絞り損失を抑制でき、機関全作動領域にわたって燃費向上を達成することができる。
更に、閉弁アクチュエータ１７の目標点火時期θｉｇは、アクセル操作量φ及びそのときの車速Ｖによって設定されるが、運転者が設定したパラメータの値によって関数ｆの性格を運転者の運転感覚に合わせることができる。例えば微妙なアクセル操作が要求される低車速域では、アクセル操作量φに対する目標点火時期θｉｇの変化を小とする等、関数ｆに含まれるパラメータの値に応じて運転者の好みに合わせた内燃機関のスロットル特性（アクセル特性）を実現できる。
【００４５】
一方、閉弁時期可変機構９の閉弁アクチュエータ１７を２サイクル内燃機関として構成しているため、当該閉弁アクチュエータ１７として一般的なソレノイドや油圧アクチュエータ等を利用した場合に比較して、以下に述べる利点が得られる。
１）電磁力により作動するソレノイドに比較すると、２サイクル内燃機関は単位体積当たりの駆動力が大きい。しかも、上記説明から明らかなように、閉弁時期可変機構９ではスライダ１１の規制解除時に瞬間的な駆動力が要求されるため、燃焼圧を利用した２サイクル内燃機関の方が出力特性上でも有利である。よって、スライダ１１の規制解除に要する駆動力を十分に確保した上で、その設置スペースを縮小することができる。特に、閉弁アクチュエータ１７は各気筒毎に設置する必要があるため、設置スペースの縮小は内燃機関のシリンダヘッド部分の小型化に大きく貢献する。
２）油圧アクチュエータに比較すると、油圧回路や油圧ポンプ等の付随設備を必要としないことから簡単な構成で実現でき、トラブルの発生頻度を低減することができる。
３）ソレノイドの場合には車両のバッテリから駆動電力を供給し、油圧アクチュエータの場合には内燃機関を利用して油圧ポンプを駆動することになるが、閉弁アクチュエータ１７は機関運転中に常時作動させる必要があるため、バッテリ消費や機関の駆動ロス等が無視できない。これに対して２サイクル内燃機関では内燃機関のガソリンを流用できるため、上記問題を解消できると共に、燃料供給について配慮する必要もない。又、仮に内燃機関と別種の燃料を使用したとしても、燃料源を確保するだけで簡単に実現できる。
【００４６】
従って、閉弁アクチュエータ１７として２サイクル内燃機関を利用することで、内燃機関のシリンダヘッド部分の大型化や構成の複雑化等の弊害を発生させることなく、本実施形態の吸気量調整装置を実現することができる。
一方、本実施形態の吸気量調整装置では、閉弁アクチュエータ１７の点火を禁止することで吸気弁３を開弁保持でき、しかも、開弁保持する吸気弁３は任意の気筒を選択できる一方、特定気筒の吸気弁３を内燃機関の燃焼サイクル毎に自由に開弁保持することもできる。よって、この特色を休筒制御に利用して、例えばアイドル運転等の低負荷運転域のときに、特定気筒の吸気弁３を継続して開弁保持して休筒させたり、或いは吸気弁３を開弁保持する気筒を機関の燃焼サイクルに合わせてランダムに変更しながら休筒させたりでき、上記絞り損失の低減との相乗効果でより一層の燃費向上を達成することができる。
【００４７】
更に、休筒開始や休筒終了時に、吸気閉弁時期をステップ的に切換えずに連続的に変化させれば、休筒制御を円滑に開始・終了でき、トルク変動による乗員の不快感を防止できるという別の利点も得られる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、車両用の直列４気筒の吸気管噴射型ガソリン機関に適用したが、内燃機関の種別はこれに限るものではなく、例えば車両以外の用途の内燃機関、或いは気筒数や気筒配列の異なる内燃機関や筒内噴射型内燃機関等に適用してもよい。
【００４８】
又、上記実施形態では、閉弁時期可変機構９の閉弁アクチュエータ１７として２サイクル内燃機関を利用して種々の利点を得たが、必ずしもこのように構成する必要はなく、一般的なソレノイドや油圧アクチュエータ等を利用してもよい。
この場合であっても上記閉弁時期可変機構９による絞り損失の低減作用は十分に得ることができる。
【００４９】
更に、上記実施形態では、ロッカアーム式の動弁機構に具体化したが、カムにより直接的に吸気弁を開閉する直打式の動弁機構に具体化してもよい。この場合でも、開弁された吸気弁をスライダに相当する部材により一時的に規制した後、適切な時期に解除することにより閉弁時期を制御でき、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の動弁機構によれば、吸気弁の開閉状態を制御して吸気量を調整可能とした上で、吸気量が少ない領域でも吸気弁の位置での絞り損失を抑制し、もって、スロットル弁の廃止による絞り損失の低減作用を十分に活かして燃費を向上させることができる。
【００５１】
請求項２の発明の内燃機関の吸気量調整装置によれば、吸気弁の開閉状態を制御して吸気量を調整可能とした上で、吸気量が少ない領域でも吸気弁の位置での絞り損失を抑制し、もって、スロットル弁の廃止による絞り損失の低減作用を十分に活かして、燃費を向上させることができる。
請求項３の発明の内燃機関の吸気量調整装置によれば、請求項２の発明に加えて、吸気弁の閉弁時期を内燃機関の吸気行程と圧縮行程との間で選択することにより、アクセル操作量に応じた吸気量を実現することができる。
【００５２】
請求項４の発明の内燃機関の吸気量調整装置によれば、請求項２の発明に加えて、ピストン速度が高い時期を避けて吸気弁を閉弁することにより特に高回転域での絞り損失を抑制でき、内燃機関の全作動領域にわたって燃費の向上を達成することができる。
請求項５の発明の内燃機関の吸気量調整装置によれば、請求項２の発明に加えて、内燃機関のシリンダヘッド部分の大型化や構成の複雑化等の弊害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の内燃機関における動弁機構の吸気閉弁時を示す概略構成図である。
【図２】同じく内燃機関における動弁機構の吸気開弁時を示す概略構成図である。
【図３】閉弁アクチュエータの点火時期の制御状況を示すブロック図である。
【図４】吸気弁の閉弁時期の制御領域を示すタイムチャートである。
【図５】ピストン速度が高いクランク角度を示す説明図である。
【図６】従来技術の吸気量調整装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
３　　吸気弁
６　　カム軸
８　　弁ばね
１１　スライダ（閉弁規制部材）
１６　付勢用ばね（付勢部材）
１７　閉弁アクチュエータ（解除駆動手段）
１８　ピストン
２４　点火プラグ
３６　走行目標関数演算部（作動タイミング設定手段）
３７　ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ（作動タイミング設定手段）
３８　一致回路（制御手段）
３９　アクチュエータ用点火装置（制御手段）
【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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