(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の作動角を連続的に変化させる作動角変更機構と、
作動流体の供給圧に応じて上記作動角変更機構を駆動する作動角変更アクチュエータと、
吸気弁の作動角の位相を連続的に変化させる位相変更機構と、
作動流体の供給圧に応じて上記位相変更機構を駆動する位相変更アクチュエータと、
上記作動流体の温度を検出又は推定する温度取得手段と、
上記作動角変更アクチュエータ及び位相変更アクチュエータへの供給圧を制御する制御部と、を有し、
上記制御部は、上記作動流体の温度が所定温度以上である暖機時には暖機時用の制御マップを参照して上記吸気弁の作動角及びその位相の双方を機関運転状態に応じて可変制御し、上記作動流体の温度が所定温度より低い冷機時には、上記作動角変更機構及び位相変更機構の双方により変更され得る吸気弁の開時期が所定の安定限界開時期よりも進角することのないように、上記暖機時に比して吸気弁の開閉時期の可動範囲を制限しつつ、この制限された可動範囲内で、上記吸気弁の作動角及びその位相の双方を、上記暖機時用の制御マップとは異なる冷機時用の制御マップを参照して、機関運転状態に応じて可変制御することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
上記冷機時には吸気弁の閉時期を所定の安定限界閉時期よりも遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
上記作動角変更機構は、機関のクランクシャフトに連動して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に揺動可能に外嵌し、上記吸気弁を駆動する揺動カムと、の間に設けられるものであって、上記駆動軸に偏心して設けられ、この駆動軸と一体的に回転する駆動カムと、この駆動カムの外周に相対回転可能に外嵌する第１のリンクと、上記駆動軸と略平行に配置され、上記作動角変更アクチュエータにより回転駆動される制御軸と、この制御軸に偏心して設けられ、この制御軸と一体的に回転する制御カムと、この制御カムの外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端が上記第１のリンクの先端と連結されたロッカーアームと、このロッカーアームの他端と上記揺動カムとに連結された第２のリンクと、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
上記位相変更機構は、上記クランクシャフトと同期して回転する外筒部と、吸気弁を開閉駆動する駆動軸と一体的に回転する内筒部と、これら外筒部と内筒部との間に介装され、上記位相変更アクチュエータにより軸方向に駆動されるピストンと、上記ピストンの軸方向の運動を上記外筒部と内筒部との相対的な回転運動に変換する変換手段と、を有す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、吸気弁の作動角変更機構及び位相変更機構を備えた可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気行程末期において、排気弁および吸気弁の両方が開弁されるバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）を所定量与えることは、吸排気効率を高めることができる一方で、特にスロットル開度が小さい低負荷運転条件においては、吸気管内の負圧が大きくなるために、多量の排気ガスが逆流して、燃焼を悪化させるおそれがある。従って、運転条件に応じてバルブオーバーラップ（量）を変えることが好ましく、このための可変動弁装置が従来より種々提案されている。
【０００３】
例えば特開昭５９−１０３９１０号公報には、冷機時の触媒昇温特性向上の観点から、可変動弁装置を用いて内部残留ガスを積極的に利用する技術が開示されている。この公報の装置では、冷機時に排気弁の開閉時期を通常値に固定したまま、吸気弁の開時期と閉時期とを共に早めてオーバーラップを増大せしめ、内部ＥＧＲ効果を高めて冷機時の触媒転換効率の向上を図るようになっている。しかしながら、このように吸気弁の開閉時期を変更することによりオーバーラップを拡大するものでは、ピストンランド部に付着した未燃焼のＨＣが排気側に排出されやすいという問題がある。
【０００４】
また、特開平７−１０９９３４号公報では、このような未燃ＨＣの排出を抑制するために、機関の冷機時には吸気弁の開時期を早めるとともに、排気弁の閉時期をもあわせて早めるようにした可変動弁装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気弁の作動角や位相の変更機構を駆動するアクチュエータを、油圧等の作動流体の供給圧に応じて作動するアクチュエータとした場合、比較的簡素な構造で大きな駆動力が得られる等の利点がある反面、冷間始動時（冷機時）等では作動流体の温度が低く粘度が高いため、アクチュエータの切換応答遅れが問題となる。特に、冷間始動時のように機関回転数が低いときには、作動流体に吐出圧を与える油圧ポンプ等の駆動力が弱いため、作動流体の吐出量自体も減少してしまう。
【０００６】
従って、例えば冷機時であっても積極的にバルブオーバーラップを与えるように吸排気弁の開閉時期が設定されていると、上述したような応答性の低下に起因して、必要以上のバルブオーバーラップ量が与えられてしまい、燃焼安定性の低下等を招く虞がある。
【０００７】
応答性を上げるために、作動流体の吐出量自体を増加させる等の対策も考えられるが、その場合には、作動流体用に費やされる駆動損失の増加による燃費低下やコスト増加を招くおそれがある。
【０００８】
他方、吸気弁に作動角変更機構及び位相変更機構の双方を適用した場合、小作動角化によるフリクション低減や、吸気弁の閉時期を早めることによるポンプ損失低減を図ることができ、ひいては燃費を有効に低減できる。また、小作動角化に伴い、リフト量を小さくできるため、燃料の微粒化も図れ、未燃ＨＣの低減効果も期待できる。
【０００９】
従って、本発明の一つの目的は、作動流体の供給圧により駆動される作動角変更機構及び位相変更機構の双方を吸気弁に適用した内燃機関の可変動弁装置において、作動流体の温度が所定温度より低い冷機時に、過度なＯ／Ｌの付与によるエンジンストール等の燃焼安定性の低下を確実に回避しつつ、燃費等の運転性能を効果的に向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、吸気弁の作動角を変化させる作動角変更機構と、作動流体の供給圧に応じて上記作動角変更機構を駆動する作動角変更アクチュエータと、吸気弁の作動角の位相を変化させる位相変更機構と、作動流体の供給圧に応じて上記位相変更機構を駆動する位相変更アクチュエータと、上記作動流体の温度を検出又は推定する温度取得手段と、上記作動角変更アクチュエータ及び位相変更アクチュエータへの供給圧を制御する制御部と、を有している。
【００１１】
従って、吸気弁の小作動角化によるフリクション低減や、吸気弁の閉時期を早めることによるポンプ損失低減を図ることができ、ひいては燃費を有効に低減できる。また、小作動角化に伴い、リフト量を小さくできるため、燃料の微粒化も図れ、未燃ＨＣの低減効果も期待できる。
【００１２】
そして、請求項１に係る発明は、上記作動流体の温度が所定温度以上である暖機時には暖機時用の制御マップを参照して上記吸気弁の作動角及びその位相の双方を機関運転状態に応じて可変制御し、上記作動流体の温度が所定温度より低い冷機時には、上記作動角変更機構及び位相変更機構の双方により変更され得る吸気弁の開時期が所定の安定限界開時期よりも進角することのないように、上記暖機時に比して吸気弁の開閉時期の可動範囲を制限しつつ、この制限された可動範囲内で、上記吸気弁の作動角及びその位相の双方を、上記暖機時用の制御マップとは異なる冷機時用の制御マップを参照して、機関運転状態に応じて可変制御することを特徴としている。
【００１３】
【００１４】
このように冷機時には、変更機構の変更量を制限して吸気弁の開時期を強制的に遅角させることにより、過度なＯ／Ｌが与えられることを確実に回避することができる。また、このようなＯ／Ｌによる安定性の低下を生じない範囲で、上記の変更機構を駆動制御することにより、小作動角化による燃費向上を図るとともに、要求負荷が上昇した際には例えば作動角を増加制御することにより、その負荷要求を満たすことができる。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
請求項２に係る発明は、上記冷機時には吸気弁の閉時期を所定の安定限界閉時期よりも遅角させることを特徴としている。
【００２０】
上記作動角変更機構は、好ましくは請求項３に係る発明のように、機関のクランクシャフトに連動して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に揺動可能に外嵌し、上記吸気弁を駆動する揺動カムと、の間に設けられるものであって、上記駆動軸に偏心して設けられ、この駆動軸と一体的に回転する駆動カムと、この駆動カムの外周に相対回転可能に外嵌する第１のリンクと、上記駆動軸と略平行に配置され、上記作動角変更アクチュエータにより回転駆動される制御軸と、この制御軸に偏心して設けられ、この制御軸と一体的に回転する制御カムと、この制御カムの外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端が上記第１のリンクの先端と連結されたロッカーアームと、このロッカーアームの他端と上記揺動カムとに連結された第２のリンクと、を有している。
【００２１】
上記位相変更機構は、好ましくは請求項４に係る発明のように、上記クランクシャフトと同期して回転する外筒部と、吸気弁を開閉駆動する駆動軸と一体的に回転する内筒部と、これら外筒部と内筒部との間に介装され、上記位相変更アクチュエータにより軸方向に駆動されるピストンと、上記ピストンの軸方向の運動を上記外筒部と内筒部との相対的な回転運動に変換する変換手段と、を有している。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、冷機時には、作動角変更機構や位相変更機構の変更量を制限して、吸気弁の開時期を強制的に遅角させることにより、過度なＯ／Ｌの付与による燃焼安定性の低下を確実に回避することができる。また、このように燃焼安定性の低下を生じない範囲で変更機構を可変制御することにより、小作動角化による燃費向上を図ることができるとともに、負荷に応じて主に作動角を増加させることにより、運転条件に応じた負荷要求を満たすことができ、つまり運転性能の向上を図ることができる。
【００２３】
また、冷機時には吸気弁の開時期が確実に遅角されるため、筒内温度が上昇し、燃料の霧化促進、燃焼安定性の向上により、点火時期をリタードでき、触媒昇温特性を向上できる。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
請求項２に係る発明によれば、冷機時には吸気弁の閉時期を所定の安定限界閉時期よりも遅角させることにより、実圧縮比を管理し、燃焼安定性を更に確実に確保することができる。また、このような冷機時での小作動角時に高い負荷が要求されても、吸気弁の閉時期の制限範囲内で例えば作動角変更機構を増加制御することにより、その負荷要求を満たすことができる。
【００２７】
請求項３の発明に係る作動角変更機構では、吸気弁を駆動する揺動カムが駆動軸と同軸上に配置されている等の関係でコンパクト化を図ることができ、機関への搭載性が向上するとともに、部品点数も十分に抑制される。加えて、各リンク部材の連結部分が面接触となるため、潤滑性，耐久性に優れているとともに、作動角切替時の抵抗も軽減され、燃費向上を図ることができる。
【００２８】
請求項４の発明に係る位相変更機構では、他の一般的な機構に比してコンパクトで機関への搭載性に優れ、部品点数も十分に抑制される。また、上記請求項３の作動角変更機構と併用した場合にも、互いに干渉せずに容易に配置することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変動弁装置をガソリン内燃機関に適用した一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１に示すように、内燃機関の各気筒には一対の吸気弁１及び一対の排気弁（図示省略）が設けられ、各吸気弁１の上部にはバルブリフタ２が配設されている。これらのバルブリフタ２の上方には、図外のクランクシャフトに連動して軸周りに回転駆動される駆動軸３が気筒列方向に延在している。この駆動軸３の外周には、各吸気弁１に対応して揺動カム４が揺動可能に外嵌されており、この揺動カム４がバルブリフタ２に当接してこれを押圧することにより、吸気弁１が図外のバルブスプリングのバネ力に抗して開閉駆動される。
【００３１】
そして、この実施形態に係る可変動弁装置は、吸気弁１の作動角（開閉期間）を変化させる作動角変更機構１０と、作動油（作動流体）の供給圧に応じて作動角変更機構１０を駆動する作動角変更アクチュエータ３０と、吸気弁１の作動角の位相（中心角の位相）を変化させる位相変更機構２０と、作動油の供給圧に応じて位相変更機構２０を駆動する位相変更アクチュエータ４０と、これらのアクチュエータ３０，４０への供給圧をソレノイドバルブ３１，４１を介して制御する制御部（エンジンコントロールユニット；ＥＣＵ）５０と、を有している。これらのソレノイドバルブ３１，４１には、上記供給圧の圧力源としての油圧ポンプ９が接続されている。
【００３２】
作動角変更機構１０は、駆動軸３と揺動カム４との間に設けられ、両者３，４を機械的に連携するリンクの姿勢を変化させて、主に吸気弁１の作動角及びバルブリフト量を連続的に変化させるようになっている。つまり、この作動角変更機構１０は、駆動軸３に偏心して設けられて駆動軸３と一体的に回転する駆動カム１１と、この駆動カム１１の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク（第１のリンク）１２と、駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して設けられて制御軸１３と一体的に回転する制御カム１４と、この制御カム１４の外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端がリング状リンク１２の先端と相対回転可能に連結されたロッカーアーム１５と、このロッカーアーム１５の他端及び揺動カム４の先端と回転可能に連結され、両者１５，４を機械的に連携するロッド状リンク（第２のリンク）１６と、を有している。
【００３３】
上記の駆動軸１１及び制御軸１３は、図外の軸受ブラケットを介して内燃機関のシリンダヘッド側へ回転可能に支持されている。制御軸１３の一端には上記の作動角変更アクチュエータ３０が接続されており、このアクチュエータ３０によって制御軸１３が所定の制御角度範囲内で軸周りに回転駆動されるとともに、所定の回転位相に保持される。
【００３４】
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が実質的に並進作動するとともに、ロッカーアーム１５が制御カム１４周りを揺動し、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１が開閉駆動される。
【００３５】
また、作動角変更アクチュエータ３０により制御軸１３を回動することにより、ロッカーアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の中心位置が変化して、各リンク１２，１６等の姿勢が変化し、揺動カム４の揺動角度範囲が変化する。これにより、作動角の中心角位相が略一定のままで、作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
【００３６】
このような作動角変更機構１０は、駆動カム１１とリング状リンク１２との摺接部分や制御カム１４とロッカーアーム１５との摺接部分等の各部材の連結部分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、切換時の抵抗も低く抑制される。また、駆動軸３と同軸上に吸気弁１の揺動カム４等が配置されているため、例えば揺動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、車両搭載性が良く、部品点数も低く抑制される。
【００３７】
図２を参照して、上記の作動角変更アクチュエータ３０の内部には、ピストン３２の受圧部３２ａを挟んで第１油圧室３３と第２油圧室３４とが画成されている。このピストン３２の先端部にはピン３２ｂが設けられ、このピン３２ｂは、上記の制御軸１３の端部に設けられたディスク１７の径方向溝１７ａへ摺動可能に嵌合している。従って、第１油圧室３３及び第２油圧室３４への供給油圧に応じてピストン３２が進退することにより、上記のピン３２ｂ及びディスク１７を介して制御軸１３が回転して吸気弁１の作動角が変化する。
【００３８】
これら油圧室３３，３４への供給油圧は、ソレノイドバルブ３１のスプール３５の位置に応じて切り換えられ、このソレノイドバルブ３１は制御部５０からの出力信号によりＯＮ−ＯＦＦ駆動（デューティ制御）される。つまり、機関運転状態に応じて出力信号のデューティー比を変化させることにより、上記スプール３５の位置が切り換えられる。
【００３９】
例えば、スプール３５が図の最も右側に保持されている状態では、第１油圧室３３に接続する第１油路３６と油圧ポンプ９とが連通し、第１油圧室３３へ油圧が供給されるとともに、第２油圧室３４に接続する第２油路３７とドレン通路３８とが連通し、第２油圧室３４がドレンされる。このため、アクチュエータ３０のピストン３２は図の左側に押圧，移動される。
【００４０】
一方、スプール３５が図の最も左側に保持されている状態では、第１油路３６とドレン通路３８とが連通されて第１油圧室３３がドレンされるとともに、第２油路３７と油圧ポンプ９とが連通されて第２油圧室３４へ油圧が供給される。このため、ピストン３２は図の右側に押圧，移動される。
【００４１】
更に、スプール３５が中間位置に保持されている状態では、第１油路３６のポート部と第２油路３７のポート部の双方がスプール３５により閉塞される。これにより、第１，第２油圧室３３，３４内の油圧が保持（ロック）され、ピストン３２がその位置に保持される。
【００４２】
このように、アクチュエータ３０のピストン３２を任意の位置に移動，保持することにより、吸気弁１の作動角を所定の制御範囲内で任意の作動角に変更，保持することが可能で、簡素な構造でありながら、制御の自由度が非常に高い。
【００４３】
なお、上記の制御部５０は、各種センサから検出又は推定されるエンジン回転数，負荷，水温及び車速等に応じて、上記の変更機構１０，２０の制御を行う他、点火時期制御，燃料供給量制御，過渡時補正制御やフェールセーフ制御等のエンジン制御を行うようになっている。
【００４４】
次に、図３を参照して位相変更機構２０側の構成について説明する。上記の駆動軸３の前端部の外周側にはカムスプロケット（又はカムプーリ）６が同軸上に配置されている。このカムスプロケット６は、チェーン（又はベルト）を介してクランクシャフトから回転動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。
【００４５】
位相変更機構２０は、カムスプロケット６の内周側に一体的に形成された外筒部２１と、駆動軸３に中空のボルト２２を介して固定され、この駆動軸３と一体的に回転する内筒部２３と、これらの外筒部２１と内筒部２３との間に介装されるリング状のピストン４２と、を有している。ピストン４２の内，外周面と、内筒部２３の外周面及び外筒部２１の内周面との噛合部分２５はヘリカルスプラインとなっている。従って、ピストン４２が内，外筒部の軸方向（図３の左右方向）へ移動することにより、この軸方向の運動が内筒部２３と外筒部２１との相対回転運動に変換され、外筒部２１と内筒部２３との相対回転位相が連続的に変化する（変換手段）。これにより、カムスプロケット６に対する駆動軸３の相対回転位相が変化し、吸気弁１の作動角の位相が作動角一定のままで連続的に変化する。
【００４６】
このような構成の位相変更機構２０は、コンパクトで機関への搭載性に優れ、部品点数も低く抑制される。また、上記の作動角変更機構１０と併用した場合にも、互いに干渉せずに容易に配置することができる。
【００４７】
上記のピストン４２は、その前後に画成される第１油圧室４３及び第２油圧室４４への供給油圧に応じて駆動される。つまり、上記の外筒部２１，内筒部２３及びピストン４２等により上記の位相変更アクチュエータ４０が構成されている。
【００４８】
これら油圧室４３，４４への供給油圧はソレノイドバルブ４１のスプール４５の位置に応じて切り換えられ、このソレノイドバルブ４１は制御部５０からの出力信号によりＯＮ−ＯＦＦ駆動（デューティ制御）される。つまり、機関運転状態に応じて出力信号のデューティー比を変化させることにより、スプール４５の位置が切り換えられる。
【００４９】
例えば、スプール４５が図の最も左側に保持されている状態では、第１油圧室４３に接続する第１油路４６と油圧ポンプ９とが連通し、第１油圧室４３へ油圧が供給されるとともに、第２油圧室４４に接続する第２油路４７とドレン通路４８とが連通し、第２油圧室４４がドレンされる。このため、アクチュエータ４０のピストン４２は図の左側に押圧，移動される。
【００５０】
一方、スプール４５が図の最も右側に保持されている状態では、第１油路４６とドレン通路４８とが連通されて第１油圧室４３がドレンされるとともに、第２油路４７と油圧ポンプ９とが連通されて第２油圧室４４へ油圧が供給される。このため、ピストン４２は図の右側に押圧，移動される。
【００５１】
更に、スプール４５が中間位置に保持されている状態では、第１油路４６のポート部と第２油路４７のポート部の双方がスプール４５により閉塞される。これにより、第１，第２油圧室４３，４４内の油圧が保持（ロック）され、ピストン４２がその位置に保持される。
【００５２】
このように、アクチュエータ４０のピストン４２を任意の位置に移動，保持することにより、吸気弁１の作動角の位相を任意の位相に変更，保持することが可能で、簡素な構造でありながら、制御の自由度が非常に高い。
【００５３】
次に、図４〜９を参照して、上記可変動弁装置の制御及び作動の第１参考例を説明する。
【００５４】
図４は横軸を吸気弁１の開時期、縦軸を吸気弁１の閉時期とした特性図で、図中ハッチングで示した平行四辺形をなす領域は、吸気弁１の開閉時期の取り得る可動範囲（領域）Ｆ１、つまり作動油の温度が所定温度以上である暖機時の可動範囲Ｆ１を表している。また、矢印Ｙ１は、作動角変更機構１０による吸気弁の作動角変更方向に対応しており、矢印Ｙ２は、位相変更機構２０による吸気弁の位相変更方向に対応している。更に、図中の円グラフは、初期状態Ｐ１や最高出力状態Ｑ１等の各制御状態における吸気弁の開閉時期を模式的に示している。
【００５５】
同図に示すように、この第１参考例では、機関停止時のようにソレノイドバルブ３１，４１への出力信号を停止している状態、つまり制御を停止している初期状態Ｐ１では、作動角変更機構１０が最小作動角Ｌ１の状態に保持され、位相変更機構２０が最遅角位相Ｌ２の状態に保持される。つまり、このような初期状態Ｐ１から作動角変更機構１０を駆動することにより矢印Ｙ１で示すように吸気弁の作動角が大作動角側へ変更され、位相変更機構２０を駆動することにより矢印Ｙ２で示すように吸気弁の位相が進角側へ変更される。そして、両変更機構１０，２０を組み合わせて駆動制御することにより、可動範囲Ｆ１における任意の開閉時期に設定可能となる。
【００５６】
なお、上述した作動油の温度は、図示せぬ温度取得手段により検出あるいは推定される。つまり、油温センサにより直接的に検出され、あるいは水温センサにより検出される冷却水温に基づいて間接的に推定される。
【００５７】
図４，５に示すように、暖機時には、可動範囲Ｆ１内で負荷等に応じて吸気弁の開閉時期を大きく変化させることが可能であり、ポンプ損失低減や小作動角化による燃費向上等を図ることができる。
【００５８】
このような暖機時の具体的な設定例を図６に示す。極低回転極低負荷域では、好ましくは、小作動角化によるフリクション低減と、マイナスＯ／Ｌ設定による燃焼改善とにより、燃費向上を図る。このような極低回転極低負荷域にあるときには、負荷の上昇に伴って充填効率が増し、実圧縮比が向上するため、好ましくは負荷の上昇に応じて吸気弁１の閉時期を適宜に進角させる。この場合、吸気弁１の閉時期の進角に伴って開時期を過度に進角させると、Ｏ／Ｌ量の増加を招き、内部ＥＧＲ量を増加させ、ひいては燃焼安定度の低下を招く虞があるため、このときの吸気弁の開時期は、次に述べる低回転低負荷領域等に比して遅角側に制限されている。
【００５９】
低回転低負荷領域では、極低回転極低負荷域よりも回転数に起因する燃焼速度が向上する等の理由により、設定可能な吸気弁の閉時期の範囲が進角側に広がる形となる。同様に、吸気弁の開時期の制限量も緩和される。また、このような低回転低負荷領域では、負荷や回転数の上昇に伴って、吸気弁の開時期の制限量が更に緩和されるため、ＴＤＣ（上死点）よりもある程度進角側に設定することができる。このため、例えば吸気弁の開時期をＴＤＣ近傍とした場合に比して、内部ＥＧＲによるポンプ損失低減効果や冷却損失低減効果が増し、燃費が向上する。更に、このような燃焼の安定化に伴って所定量のＯ／Ｌを適宜に与えることにより、更なる燃費向上を図ることもできる。
【００６０】
他方、冷機時には、作動油の温度が低く粘度が高いために、例えば上記変更機構１０，２０のソレノイドバルブ３１，４１の切換時、特にＯＮ→ＯＦＦ方向の切替時に、作動油の（ドレン通路３８，４８側への）リリーフが遅くなって、切替が迅速に行われず、所望の作動角特性が得られない可能性がある。このため、仮にこのような冷機時に図６に示すような暖機時と同様の制御を行うと、減速時のように、Ｏ／Ｌを積極的に使用している領域から燃焼安定性が低下するアイドル域等へ移動する場合、つまり吸気弁の開時期を遅角側へ変更する場合に、変更機構１０，２０の応答性の低下に起因して、吸気弁の開時期が速やかに遅角されず、この結果、Ｏ／Ｌ量が速やかに低減されなくなり、燃焼安定性の低下を招く虞がある。
【００６１】
そこで本第１参考例では、冷機時には、Ｏ／Ｌ量が大きくなる事態を確実に回避するために、図５に示すように、少なくとも吸気弁の開時期が所定の安定限界開時期α１よりも遅角するように、吸気弁１の開閉時期の可動範囲Ｇ１を、暖機後の可動範囲Ｆ１よりも大きく制限している。これにより、冷機時にはＯ／Ｌが常に所定値以下となり、仮に作動角変更機構１０の切換作動に遅れが生じても、過度なＯ／Ｌによる燃焼安定性の低下を生じるおそれはない。
【００６２】
より具体的には、位相変更アクチュエータ４０の制御を停止して位相変更機構２０を最遅角位相Ｌ２の状態に保持し、かつ、吸気弁の開時期が安定限界開時期α１よりも進角することのない可動範囲Ｇ１で、作動角変更機構１０により吸気弁の作動角を運転状態に応じて可変制御する。つまり、上述したような暖機時とは異なる形で作動角を変化させて、要求トルクが増大した際でも、十分なトルクの発生を可能としている。従って、冷機時においても、不用意なＯ／Ｌの付与による機関安定性の低下を確実に回避しつつ、良好な加速性能等を得ることが可能である。
【００６３】
また、機関停止時等の初期状態では、位相変更機構２０が最遅角位相Ｌ２の状態に保持されるように設定されているために、例えば冷間始動時に位相変更機構２０を最遅角位相Ｌ２の状態へ切り換える必要がなく、このような冷間始動時における燃焼安定性が向上する。
【００６４】
図７は、この第１参考例に係る制御部５０による制御の流れを示すフローチャートである。先ず、Ｓ（ステップ）１００では水温、油温等が読み込まれ、Ｓ１０１ではエンジンの回転、負荷等が読み込まれる。Ｓ１０２では、読み込まれた油温を、予め設定された所定の基準油温（所定温度）Ｔ１と比較する。つまり、現在の作動油の温度を所定の基準油温Ｔ１と比較することにより、冷機時か暖機時かを判定する。なお、ここでは油温での判定としたが、水温を用いて判定しても良い。
【００６５】
油温Ｔｏｉｌが基準油温Ｔ１よりも低いと判定された場合、つまり冷機時であると判定された場合、Ｓ１０３へ進み、位相変更機構（ＶＴＣ）２０の制御を停止して、最遅角位相Ｌ１の状態に保持させる。続くＳ１０４では、Ｓ１０１で読み込まれた回転数や機関負荷に基づいて、図９に示すような冷機時用の作動角制御マップＢを参照し、目標作動角を設定する。
【００６６】
一方、Ｓ１０２で油温Ｔｏｉｌが基準油温Ｔ１以上であると判定された場合、つまり暖機後の状態であると判定された場合には、Ｓ１０５へ進み、Ｓ１００で読み込まれた回転数や機関負荷に基づいて、図１０に示すような暖機時用の作動角制御マップＡを参照して、目標作動角を設定する。続くＳ１０６では、上記の回転数や機関負荷に基づいて、図１０に示す暖機時用の位相制御マップＣを参照して、目標位相を設定する。
【００６７】
Ｓ１０７では、上記の目標作動角を制御軸（ＣＳＦＴ）１３の角度に換算し、作動角変更機構１０を駆動制御する。暖機時の場合には、Ｓ１０８において、上記の目標位相を作動角の中心角の変換量に換算し、位相変更機構２０を駆動制御する。なお、冷機時の場合には上述したようにＳ１０３で最遅角位相に保持される。
【００６８】
図１０は、本発明の第１実施例に係る吸気弁の開閉時期の可動範囲Ｆ１（暖機時），Ｇ２（冷機時）を模式的に示している。
【００６９】
この第１実施例では、冷機時に、上記の第１参考例では最遅角位相に保持させていた吸気弁位相変更機構２０を、作動角の変化に応じて可動範囲Ｇ２を制限して駆動制御している。つまり、冷機時にも、変更機構１０，２０の双方を駆動制御して、更なる燃費やトルクの向上を図っている。
【００７０】
より具体的には、冷機時には、吸気弁の開時期がＴＤＣ近傍の所定の安定限界開時期α２よりも遅角するように、開閉時期の可動範囲Ｇ２を暖機時の可動範囲Ｆ１よりも大きく制限している。従って、上記の第１参考例と同様、冷機時に不用意にＯ／Ｌが付与されるおそれがなく、このような不用意なＯ／Ｌによる燃焼安定性の低下を確実に防止することができる。
【００７１】
図１１に示す第２実施例は、基本的には上記第１実施例と同様であるが、更に吸気弁の閉時期を制限して、実圧縮比を管理することで、機関の燃焼安定性をより確実に確保するようにしている。つまり、冷機時には、吸気弁の開時期が所定の安定限界開時期α２よりも遅角するとともに、吸気弁の閉時期が所定の安定限界閉時期β１よりも遅角するように、吸気弁の開閉時期の可動範囲Ｇ３を設定している。
【００７２】
上記の安定限界閉時期β１は、小作動角時に高い負荷が要求されても、吸気弁の閉時期を過度に進角させることなく、負荷要求を満たすことができるように設定されており、好ましくはＢＤＣ（下死点）よりもかなり進角側に設定される。
【００７３】
この第３実施例に係る制御部５０による制御の流れを図１２に示す。なお、Ｓ１１０〜Ｓ１１２は図７のＳ１００〜Ｓ１０２に、Ｓ１１８〜Ｓ１２１は図７のＳ１０５〜Ｓ１０８に対応しており、重複する説明を適宜省略する。
【００７４】
Ｓ１１２で基準温度Ｔ１よりも油温Ｔｏｉｌが低い冷機状態であると判定されると、Ｓ１１３に進み、そのときの回転数や負荷に応じて冷機時用の作動角制御マップＢ’を参照し、目標作動角を設定する。このマップＢ’として、例えば上記第１参考例と同じマップ（図９）を用いることができる。続くＳ１１４では、そのときの回転数や負荷に基づいて、図１３に示すような冷機時用の位相制御マップＤ’を参照して、目標位相を設定する。続くＳ１１５では、上記のＳ１１４，１１５で設定された目標作動角及び目標位相に基づいて、目標Ｏ／Ｌ（量）及び吸気弁の目標閉時期（ＩＶＣ）を算出する。
【００７５】
Ｓ１１６では、目標Ｏ／Ｌが予め設定された所定の基準値Ｏ／ＬＫを超えているか、言い換えると、吸気弁の目標開時期が上記の安定限界開時期α２よりも進角しているかを判定するとともに、吸気弁の目標閉時期（ＩＶＣ）が所定のしきい値ＩＶＣＫ未満であるか、つまり安定限界閉時期β１よりも進角しているかを判定する。いずれかがＹＥＳと判定されると、Ｓ１１７へ進み、例えば位相変更機構２０による位相変更量を補正して、吸気弁の目標開閉時期が図１１に示す冷機時の可動範囲Ｇ３内に存在するように再設定される。
【００７６】
なお、上記の第１実施例の場合には、図１２のフローでＳ１１５，Ｓ１１６における目標閉時期の算出及び判定が省略されることとなる。
【００７７】
ところで、燃焼安定度を大きく左右している因子として着火性が挙げられる。着火性を支配している因子は、着火時の温度、圧力、Ａ／Ｆ等である。ここで、暖機時と冷機時とでは、空気温度の違いにより点火時の筒内温度や、燃料気化性によるＡ／Ｆ（の目標値）が大きく異なる。加えて軽負荷では圧力も低い。従って、このような実状を制御に加味することにより、安定性を確保しつつ、負荷や暖気状態に応じた燃費の向上を得ることが可能である。
【００７８】
図１４，１５は、第２参考例に係る吸気弁の開閉時期の可動範囲Ｆ２（暖機時）及びＧ４（冷機時）を示している。本参考例では、機関停止時等のアクチュエータ３０，４０の制御を停止している初期状態Ｐ２では、作動角変更機構１０が最小作動角に保持されるとともに、位相変更機構２０が最進角位相に保持されるように設定されており、この初期状態Ｐ２から位相変更機構２０を駆動制御することにより、開閉時期が遅角側へ変更されるように設定されている。
【００７９】
このような初期状態Ｐ２を含めた可動範囲Ｆ２は、暖機後のアイドル状態や、最高出力要求時Ｑ２の作動角特性や、作動角変更機構１０の停止状態（最小作動角に保持された状態）で燃焼安定性の成立する範囲等に基づいて設定されており、例えば上記第１参考例及び第１，第２実施例での可動範囲Ｆ１に比して全体的に遅角側へシフトした形となっている。こうして設定された無制御状態Ｐ２から、位相変更機構２０により遅角させると、吸気弁の開時期が更に遅くなり、筒内の負圧が増大する。そのため、吸気流入時の吸気流速が高まり、燃料微粒化を図ることができる。また、ポンプ損失が増加するため、吸入空気重量も増加し、燃焼安定性の向上にも寄与する。そのため、特に冷機時の触媒昇温特性を向上できる。
【００８０】
そして、この第２参考例では、冷機時には、作動角変更機構１０を最小作動角に保持するとともに、位相変更機構２０を最遅角位相から最進角位相の範囲で可変制御するように設定している。つまり、可動範囲Ｆ２自体が全体的に遅角側へ設定されている関係で、作動角を最小作動角に保持した状態では、位相変更機構２０により吸気弁の位相を最遅角位相から最進角位相の範囲で変化させても、吸気弁の開時期が上記の安定限界開時期α１，α２よりも十分に遅角側に位置することとなるため、過度なＯ／Ｌに起因する燃焼安定性の低下を招く虞はない。また、このように冷機時であっても位相変更機構２０の全制御範囲を使用することができ、制御の自由度も高くなる。
【００８１】
図１５は、各運転条件に応じた特性の変化を示している。機関停止状態では、上述したように、初期状態Ｐ２である最進角位相及び最小作動角の状態に保持されている。この初期状態Ｐ２から機関が始動されると、先ず油圧の上昇ととともに位相変更機構２０を最遅角位相まで駆動する。その後の制御部５０による制御の流れを、図１６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
Ｓ１３０では水温や油温等が読み込まれ、Ｓ１３１ではエンジン回転数や負荷等が読み込まれる。Ｓ１３２では、読み込まれた油温Ｔｏｉｌを所定の基準油温Ｔ１と比較する。油温Ｔｏｉｌが基準油温Ｔ１よりも低い冷機時では、Ｓ１３３に進む。このＳ１３３では、作動角変更アクチュエータ３０の制御を停止して、作動角変更機構１０を最小作動角に保持する。続くＳ１３４では、Ｓ１３１で読み込まれた回転数、機関負荷に基づいて、図１８に示すような冷機時用の位相制御マップＤ’’を参照し、目標位相を設定する。
【００８３】
この第２参考例では、特に、冷機時の触媒昇温時間の短縮と、点火時期リタード化による未燃燃料（ＨＣ）低減とを図るようになっている。そのため、出来うる限りＯ／Ｌをマイナス設定、つまり吸気弁の開時期を遅角させて、筒内温度の上昇を図る制御となっている。負荷上昇に伴い、位相変更アクチュエータ４０による進角側への駆動量を０（ゼロ）に近づけて、トルクの両立も図る。
【００８４】
一方、Ｓ１３２で油温Ｔｏｉｌが基準油温Ｔ１よりも高い暖機時であると判定されると、Ｓ１３５に進み、上記の回転数や機関負荷に基づいて、図１７に示すような暖機時の位相制御マップＣ’’を参照し、目標位相（中心角）を設定する。同様に、Ｓ１３６では、図１７に示す暖機時用の作動角制御マップＡ’’を参照して、目標作動角を設定する。
【００８５】
Ｓ１３７では、目標位相を中心角変換量に換算し、位相変更アクチュエータ４０を駆動制御するとともに、暖機時の場合には、目標作動角を制御軸（ＣＳＦＴ）１３の角度に変換し、作動角変更アクチュエータ３０を駆動制御する。なお、冷機時の場合には上述したＳ１３３で最小作動角に保持する。
【００８６】
このような第２参考例では、上記の実施例と同様、機関安定性の低下を確実に回避しつつ、触媒昇温性能と加速性能とを高いレベルで両立させることができる。また、冷間始動時では、上記の未燃ＨＣの問題と共に、アクチュエータ３０，４０を駆動する作動油の油量も問題となるが、この第２参考例ではこのような冷機時には作動角変更アクチュエータ３０を停止させているため、その分の油量を位相変更アクチュエータ４０に用いることができ、油圧ポンプ９の必要吐出量を効果的に抑制できる。また、初期状態Ｐ２では最小作動角となるように設定されているため、冷間始動時では作動角変更アクチュエータ３０を駆動することなく最小作動角状態に保持されることとなり、始動時の機関安定性を確実に確保することができる。
【００８７】
図１９に示す第３実施例は、上記の第２参考例に対し、冷機時にも積極的に作動角変更機構１０を駆動して、更なる燃費の向上を図るようになっている。具体的には、ＯＮ→ＯＦＦ方向での応答性の低下による要求以上のＯ／Ｌを生じることのないように、冷機時における吸気弁の開時期を所定の安定限界開時期α２よりも遅角させている。そして、このような冷機時の可動範囲Ｆ５内で、両変更機構１０，２０を駆動制御することにより、上記の第２参考例に比して冷機時の制御の自由度を更に向上させている。
【００８８】
図２０に示す第４実施例では、暖機時の可動範囲Ｆ３、特に作動角変更機構１０による作動角の可変幅を、第３実施例よりも更に小作動角側へ拡大させている。このため、上記第３実施例と同じように制御すると、冷機時における極小作動角状態で吸気弁の閉時期が必要以上に進角して、実圧縮比が低下し、燃焼安定性の低下を招く虞がある。そこで、この第４実施例では、冷機時における吸気弁の閉時期が所定の安定限界閉時期β２よりも遅角するように、実圧縮比を管理することで、機関の燃焼安定性を更に確実に確保するようになっている。
【００８９】
なお、これらの第３，４実施例の制御フローは、前述した図１２のフローとほぼ同様であり、ここでは詳細な説明を省略する。
【００９０】
以上のように本発明の具体的な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、この実施形態ではヘリカルスプラインを適用した位相変更機構２０を用いているが、これに限らず、例えば特開平９−６０５０８号公報に示されるようなベーンロータを適用した油圧制御方式に基づく位相変更機構を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を示す構成図。
【図２】  上記実施形態の作動角変更アクチュエータ側の構成を示す断面対応図。
【図３】  上記実施形態の位相変更機構側の構成を示す断面対応図。
【図４】  第１参考例に係る吸気弁の開閉時期の可動範囲を示す特性図。
【図５】  上記第１参考例に係る暖機時及び冷機時の可動範囲を示す特性図。
【図６】  上記第１参考例に係る暖機時の開閉時期の変化を示す特性図。
【図７】  上記第１参考例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図８】  上記第１参考例に係る暖機時の作動角制御マップ及び位相制御マップ。
【図９】  上記第１参考例に係る冷機時用の作動角制御マップ。
【図１０】  上記実施形態の第１実施例に係る吸気弁の開閉時期の可動範囲を示す特性図。
【図１１】  上記実施形態の第２実施例に係る吸気弁の開閉時期の可動範囲を示す特性図。
【図１２】  上記第１，第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図１３】  上記第１，第２実施例に係る冷機時用の位相制御マップ。
【図１４】  第２参考例に係る吸気弁の開閉時期の可動範囲を示す特性図。
【図１５】  上記第２参考例に係る暖機時の開閉時期の変化を示す特性図。
【図１６】  上記第２参考例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図１７】  上記第２参考例に係る暖機時用の作動角制御マップ及び位相制御マップ。
【図１８】  上記第２参考例に係る冷機時用の位相制御マップ。
【図１９】  上記実施形態の第３実施例に係る吸気弁の開閉時期の可動範囲を示す特性図。
【図２０】  上記実施形態の第４実施例に係る吸気弁の開閉時期の可動範囲を示す特性図。
【符号の説明】
１０…作動角変更機構
２０…位相変更機構
３０…作動角変更アクチュエータ
４０…位相変更アクチュエータ
３１，４１…ソレノイドバルブ
５０…制御部
【図１】
0004336444.tif 000002
【図２】
0004336444.tif 000003
【図３】
0004336444.tif 000004
【図４】
0004336444.tif 000005
【図６】
0004336444.tif 000006
【図７】
0004336444.tif 000007
【図８】
0004336444.tif 000008
【図９】
0004336444.tif 000009
【図１０】
0004336444.tif 000010
【図１１】
0004336444.tif 000011
【図１２】
0004336444.tif 000012
【図１３】
0004336444.tif 000013
【図１４】
0004336444.tif 000014
【図１５】
0004336444.tif 000015
【図１６】
0004336444.tif 000016
【図１７】
0004336444.tif 000017
【図１８】
0004336444.tif 000018
【図１９】
0004336444.tif 000019
【図２０】
0004336444.tif 000020
【図５】
0004336444.tif 000021