(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの回転に連動した所定の角度範囲内の揺動動作により吸気弁のバルブリフタを押圧して吸気弁を開閉させる揺動カムを有し、制御軸の回転角度に応じた揺動カムの揺動特性の変化により少なくとも作動角を含む吸気バルブリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構と、
上記制御軸の回転角度を制御する制御手段と、
アイドル運転域における制御軸の目標回転角度を、機関温度に応じて補正する補正手段と、を備え、
かつ、上記補正手段は、吸気弁のバルブリフタと揺動カムとの間のバルブクリアランスを考慮して、機関温度が低いときほどアイドル運転域の目標回転角度を小作動角側に補正するクリアランス補正分を加味して、アイドル運転域の目標回転角度を補正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】
上記補正手段は、バルブクリアランスによるバルブリフトの減少量に対し、上記可変動弁機構によるバルブリフトの減少量を相対的に大きく設定す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】
上記補正手段は、機関温度に応じて変化する機関フリクションを考慮して、上記制御軸の目標回転角度を補正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】
上記補正手段は、機関温度が低いときほど上記制御軸の目標回転角度を大作動角側に補正するフリクション補正分を加味して、上記制御軸の目標回転角度を補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
上記補正手段は、上記クリアランス補正分及びフリクション補正分を加味して、機関温度が低いときほど制御軸の目標回転角度を大作動角側に補正することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
上記制御手段は、アイドル運転時には基準アイドル回転速度と実機関回転速度との偏差に応じて、上記制御軸の回転角度を制御し、
上記補正手段は、非アイドル運転域からアイドル運転域へ移行した直後に、基準アイドル回転速度に対応する制御軸の基準アイドル回転角度を、機関温度に応じて補正することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項７】
上記可変動弁機構が、上記制御軸に偏心して設けられた制御偏心軸部と、この制御偏心軸部に回転可能に支持されたロッカーアームと、クランクシャフトと連動して回転する駆動軸に偏心して設けられた偏心軸部と、この偏心軸部とロッカーアームの一端とを連携する第１のリンクと、上記ロッカーアームの他端と吸気弁の揺動カムとを連携する第２のリンクと、を有することを特徴とする請求項１〜６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、少なくとも作動角を含む吸気バルブリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００１−２６３１０５号公報には、制御軸の回転角度を変更することにより、作動角及びバルブリフト量を含む吸気バルブリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この公報では、主に低負荷域や中負荷域といった通常の運転域（非アイドル運転域）における吸気バルブリフト特性の制御について記載されており、アイドル運転域についてあまり考慮されていない。アイドル運転域における吸入空気量の調整を、主に吸気バルブリフト特性を変更することにより行う場合、スロットル損失を低減・解消できる等の利点がある一方、機関温度に応じて変化するバルブクリアランスや機関フリクションの影響により、実際の吸気バルブリフト特性が不正確となり易く、所望の吸入空気量が得られずにアイドル運転が不安定となることが懸念される。
【０００４】
【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、少なくとも作動角を含む吸気バルブリフト特性を制御軸の回転角度に応じて連続的に変更可能な可変動弁機構と、上記制御軸の回転角度を制御する制御手段と、アイドル運転域における制御軸の目標回転角度を、機関温度に応じて補正する補正手段と、を備えることを特徴としている。
【０００５】
好ましくは、上記補正手段は、機関温度に応じて変化するバルブクリアランスを考慮して、上記制御軸の目標回転角度を補正し、機関温度が低いときほど上記制御軸の目標回転角度を小作動角側に補正するクリアランス補正手段や、機関温度に応じて変化する機関フリクションを考慮して、上記制御軸の目標回転角度を補正し、機関温度が低いときほど上記制御軸の目標回転角度を大作動角側に補正するフリクション補正手段を含む。
【０００６】
より好ましくは、上記制御手段は、アイドル運転時には基準アイドル回転速度と実機関回転速度との偏差に応じて、上記制御軸の回転角度を制御し、上記補正手段は、非アイドル運転域からアイドル運転域へ移行した直後に、基準アイドル回転速度に対応する制御軸の基準アイドル回転角度を、機関温度に応じて補正する。
【０００７】
上記可変動弁機構は、典型的には、上記制御軸に偏心して設けられた制御偏心軸部と、この制御偏心軸部に回転可能に支持されたロッカーアームと、クランクシャフトと連動して回転する駆動軸に偏心して設けられた偏心軸部と、この偏心軸部とロッカーアームの一端とを連携する第１のリンクと、上記ロッカーアームの他端と吸気弁の揺動カムとを連携する第２のリンクと、を有している。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、アイドル運転域における吸気バルブリフト特性の調整を機関温度に応じて適切に行うことができるため、要求に応じた吸入空気量を正確に供給できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜７を参照して、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置について説明する。図１を参照して、この可変動弁装置は、吸気バルブリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構として、制御軸１６の回転角度を変更することにより、吸気弁のバルブリフト量及び作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構１と、吸気弁の作動角の中心位相を進角側及び遅角側へ連続的に変更可能な第２可変動弁機構２と、を有している。機関制御部としてのＥＣＵ３は、各種センサから得られる機関負荷，機関回転速度に対応する機関回転数，機関温度に対応する機関油温や冷却水温等に基づいて、第１油圧装置４及び第２油圧装置５へ制御信号を出力して、制御軸１６を駆動する第１アクチュエータ６及び第２可変動弁機構２に内蔵される第２アクチュエータ（図示省略）へ制御信号を出力して、吸気バルブリフト特性を制御する。なお、可変動弁機構１，２を応答性に優れた電動式の構成としても良い。
【００１０】
第２可変動弁機構２は、クランクシャフトと連動して回転するプーリ又はスプロケット２ａに対する駆動軸１３の位相を相対的に変化させることにより、吸気弁の作動角の位相を連続的に変更可能なもので、ヘリカルスプライン式やベーン式等が公知であり、その詳細な説明は省略する。
【００１１】
図１〜３を参照して第１可変動弁機構１の構成を説明する。駆動軸１３及び制御軸１６は軸受ブラケット１４を介してシリンダヘッド１０に回転可能に支持されている（図２，３参照）。駆動軸１３には吸気弁を駆動する揺動カム２０が各気筒毎に回転可能に外嵌されており、各揺動カム２０と吸気弁のバルブステム１２との間には、シム等によりバルブクリアランスを調整するソリッド型のバルブリフタ３０が介装されている。揺動カム２０は、図１及び図３に示すように、各気筒の一対のバルブリフタ３０に当接する一対のカム本体２０ａを、軸受ブラケット１４により回転可能に支持される円筒状のジャーナル部２０ｂで一体的に接続した構造となっている。カム本体２０ａの一方には、後述する第３連結ピン２９が挿通するピン孔２０ｃ（図８）が形成されている。
【００１２】
駆動軸１３には円筒状又は円柱状の偏心軸部１５が固定又は一体形成され、各偏心軸部１５の軸心Ｘは駆動軸１３の回転中心Ｙに対して偏心している。偏心軸部１５の外周には、リング状の第１リンク２５が回転可能に外嵌している。つまり、第１リンク２５は偏心軸部１５の軸心Ｙまわりに回転可能に支持されている。制御軸１６には、円筒状又は円柱状の制御偏心軸部１７が各気筒毎に固定又は一体形成されており、制御偏心軸部１７の軸心Ｐ１は制御軸１６の回転中心Ｐ２に対して偏心している。制御偏心軸部１７の外周には、ロッカーアーム１８の中央部が回転可能に外嵌している。つまり、ロッカーアーム１８は制御偏心軸部１７の軸心Ｐ１まわりに回転可能に支持されている。ロッカーアーム１８の一端は第１連結ピン２７を介して第１リンク２５の先端に回転可能に連結されており、ロッカーアーム１８の他端は棒状の第２リンク２６の一端に第２連結ピン２８を介して回転可能に連結されている。第２リンク２６の他端は、第３連結ピン２９を介して揺動カム２０の先端に連結されている。
【００１３】
クランクシャフトの回転に連動して駆動軸１３が回転すると、第１リンク２５の回転中心となる偏心軸部１５の軸心Ｘが駆動軸１３の回転中心Ｙに対して旋回し、この第１リンク２５，ロッカーアーム１８及び第２リンク２６を介して揺動カム２０が所定の角度範囲内で揺動する。この揺動する揺動カム２０のカム面２１がバルブリフタ３０に当接してこれを押圧することにより、このバルブリフタ３０を介して吸気弁のバルブステム１２が押し下されて、吸気弁が開閉作動する。また、機関運転状態に応じて制御軸１６を回動制御すると、ロッカーアーム１８の揺動中心となる制御偏心軸部１７の軸心Ｐ１が制御軸１６の回転中心Ｐ２に対して旋回し、ロッカーアーム１８及びリンク２５，２６の姿勢が変化する。これにより、揺動カム２０の揺動特性が変化して、吸気バルブリフト特性が変化する。具体的には、クランクシャフトの回転位相に対する吸気弁の作動角の位相が略一定のままで、吸気弁の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
【００１４】
このような第１可変動弁機構１を備えた構成では、制御軸１６の回転角度を可変制御して吸気バルブリフト特性（作動角及びバルブリフト量）を変化させることにより、吸入空気量の調整を行うことが可能となり、例えば従来のようにスロットル弁を大きく絞る必要がないので、スロットル損失を大幅に軽減・解消することが可能となる。
【００１５】
本実施形態では、アイドル運転域（アイドルスイツチがＯＮの状態）と、それ以外の通常の運転域すなわち非アイドル運転域とで、作動角制御の切り換えを行っている。非アイドル運転域では、図５に示すような作動角マップ１を参照して、アクセル開度（機関トルク）と機関回転数（機関回転速度）に基づいて要求吸入空気量及び要求作動角を設定し、制御軸１６を回動制御する。一方、アイドル運転域では、実際の機関回転速度が所定の基準アイドル回転速度となるように、両者の偏差に基づいて作動角を微調整するため、制御軸１６の回転角度を正確に微調整することが要求される。
【００１６】
図７に示すように、バルブクリアランスの変化によるタイムインテグラル（バルブリフト量×バルブ開期間の面積）の変化率は、作動角及びバルブリフト量が非常に小さくなると急激に上昇する傾向にある。従って、非常に小さい作動角及びバルブリフト量に設定されるアイドル運転域では、制御軸１６の回転角度が同じであっても、バルブクリアランスによって実際の作動角が大きく異なり、吸入空気量が大きく異なってしまう。上記ソリッド型のバルブリフタ３０を用いたような場合、バルブクリアランスは機関の温度条件によっても変化する。非アイドル運転域からアイドル運転域に移行するアイドル突入時に、仮にアイドル運転域における制御軸の回転角度の初期設定値（基準アイドル回転速度における基準アイドル回転角度）が一つの値に固定されていると、機関温度に応じて吸入空気量が大きく異なるものとなってしまう。具体的には、暖機後の高温状態では、バルブクリアランスが相対的に広がるため、タイムインテグラルが小さく、吸入空気量が小さく、機関回転数が低くなる傾向にある。一方、低温な常温（冷間）状態では、バルブクリアランスが相対的に縮まるため、タイムインテグラルが大きく、吸入空気量が大きく、機関回転数が高くなる傾向にある。
【００１７】
そこで、アイドル突入時には、図６に示すような作動角マップ２を参照して、機関の温度に応じて変化する機関フリクションの変化及びバルブクリアランスの変化を吸収するように、基準アイドル回転速度における制御軸１６の目標回転角度である基準アイドル回転角度を補正する。これにより、特に機関の吸入空気量を主として吸気バルブリフト特性により調整する内燃機関において、アイドル運転域における吸入空気量を機関温度に応じて正確に調整することができ、アイドル運転を速やかに安定化することができる。
【００１８】
図６における制御テーブルの値（実線Ｌ３）は、次の２点を考慮して設定される。第１に、機関温度が低いときほどエンジンオイルの粘度が低く、機関全体のフリクションが高いので、同一の制御軸回転速度を維持するのに必要な吸入空気量（＝燃料噴射量）が多くなる。このようなフリクションの変化に対応するように、制御軸１６の基準アイドル回転角度を低温時ほど大作動角側に補正する必要がある。図６では、暖機後における基準アイドル回転速度に対応する基準アイドル回転角度Ｌ１から一点鎖線Ｌ２までがフリクションに対応する補正分ΔＨ１に相当する。
【００１９】
第２に、機関温度が低いときほどバルブクリアランス（揺動カム２０とバルブリフタ３０とのクリアランス）が小さくなるので、制御軸１６の基準アイドル回転角度を一つの値に固定した場合には実際の実作動角が低温時ほど大きくなる。このため、実作動角を所望の作動角とするには制御軸１６の基準アイドル回転角度を低温時ほど小作動角側に補正する必要がある。図６では、フリクション補正分ΔＨ１を加味した一点鎖線Ｌ２から実線Ｌ３までがバルブクリアランスに対応する補正分ΔＨ２に相当する。従って、実線Ｌ３は、フリクション補正分ΔＨ１及びバルブクリアランス補正分ΔＨ２の双方を加味した補正後の基準アイドル回転角度に相当し、全体として機関温度が低くなるにしたがって大作動角側となるように基準アイドル回転角度を補正する。
【００２０】
なお、クリアランス補正分ΔＨ２に相当するバルブリフト量と同じだけ可変動弁機構１によりバルブリフト量を増加させても、同等のタイムインテグラルが必ずしも得られるわけではない。典型的には、バルブリフト量を同じだけ変化させる場合、第１可変動弁機構１によるタイムインテグラルの変化が、バルブクリアランスによるタイムインテグラルの変化よりも小さい。従って、冷間時には、バルブクリアランスによるバルブリフトの減少量に対し、第１可変動弁機構１によるバルブリフトの減少量を相対的に大きくすることにより、同じタイムインテグラルを確保することが可能となる。
【００２１】
図４は、制御軸１６の目標回転角度（目標作動角）を算出する制御ルーチンを示すフローチャートであり、このルーチン処理は、ＥＣＵ３内で所定時間毎に実行される。Ｓ（ステップ）１では、アイドルスイッチがＯＦＦであるか否かを判断する。アイドルスイッチがＯＦＦである非アイドル運転の場合はＳ２へ進み、機関回転数とアクセル開度（機関トルク）を読み込んだ後、Ｓ３で制御軸１６の目標回転角度を決定する。具体的には、機関速度と機関トルクとに対応させて目標回転角度を記憶させてある作動角マップ１（図５参照）から、Ｓ２で読み込んだ機関回転数とアクセル開度に対応する目標回転角度の値をルックアップする。Ｓ１でアイドルスイッチがＯＦＦでないアイドル運転の場合はＳ４へ進み、前回本ルーチンを実行したときのアイドルスイッチがＯＮであったか否かを判断する。前回のアイドルスイッチがＯＮ（アイドル運転）であった場合、すなわち、アイドル運転が継続して行われている場合はＳ５へ進み、実機関回転速度を読み込んだ後、Ｓ６で制御軸１６の目標回転角度を決定する。具体的には、予め設定される基準アイドル回転速度とＳ５で読み込んだ機関回転速度との偏差が小さくなるように目標回転角度を決定する。例えば、以下の式を用いて比例フィードバック制御を行う。
【００２２】
【数１】
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ただし、本実施形態では制御軸１６の回転角度を大きくするほど作動角が大きくなるようになっている。
【００２３】
Ｓ４で前回のアイドルスイッチがＯＮでなかった場合、すなわち、非アイドル運転からアイドル運転へ移行した直後のアイドル突入時にはＳ７へ進み、機関冷却水温度を読み込んだ後、Ｓ８で制御軸１６の基準アイドル回転角度を決定する。具体的には、水温に対応させて基準アイドル回転角度Ｌ３を記憶させてある制御テーブル（図６参照）から、Ｓ７で読み込んだ現在の実機関温度に対応する基準アイドル回転角度の値をルックアップする。
【００２４】
図８は参考例に係る油圧バルブリフタ３０’を示している。この参考例では、吸気弁のバルブステム１２と揺動カム２０との間に介装されるバルブリフタとして、油圧を用いてバルブクリアランスを自動的に吸収する隙間調整機構としての油圧バルブリフタ（直打式油圧ラッシュアジャスタ）３０’が用いられている点で、上記の第１実施形態と異なっている。
【００２５】
この油圧バルブリフタ３０’は、揺動カム２０とバルブステム１２の間に介装された状態で、シリンダヘッド１０のガイド孔１０ａにスライド可能に配設される。油圧バルブリフタ３０’は、ガイド孔１０ａに沿う吸気弁の開閉方向（図８の上下方向）に互いに接離可能に隣設配置される第１スライド体３１及び第２スライド体３２と、第１スライド体３１を揺動カム２０へ押し付けるように、第１スライド体３１と第２スライド体３２とを互いに離間する方向へ付勢する油圧機構と、により大略構成されている。
【００２６】
第２スライド体３２は、略有底筒状に形成されており、その底壁部がバルブステム１２の上端に載置される。つまり、第２スライド体３２の底面３７がバルブステム１２の上面に当接し、バルブリフト時にはバルブステム１２を押圧する。第１スライド体３１は、ガイド孔１０ａに摺動可能に保持される略有底筒状の外筒部３５と、この外筒部３５に固定され、第２スライド体３２の周壁部をスライド可能に支持する支持部３６と、を有し、外筒部３５の冠面３８が揺動カム２０に当接可能に対向し、バルブリフト時には揺動カム２０のカム面２１により押圧される。
【００２７】
油圧機構はリザーブ室３９を有しており、このリザーブ室３９には、シリンダヘッド１０や油圧バルブリフタ３０’に形成される油路３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅを経由して作動油が常時供給される。このリザーブ室３９と油圧室３３との間にはチェックバルブのチェックボール４１が設けられており、このチェックバルブが開いたときに、リザーブ室３９に貯留されている作動油が油圧室３３へ供給される。チェックバルブは、チェックボール４１を受けるバルブシート４２と、チェックボール４１を閉弁方向であるバルブシート４２側へ付勢するチェックバルブスプリング４３と、このチェックバルブスプリング４３の下端を受けるチェックボールゲージ４４と、このゲージ４４と第２スライド体３２の底壁部との間に介装されるリターンスプリング４５と、を有している。
【００２８】
このリターンスプリング４５は、チェックボールゲージ４４及びバルブシート４２を介して両スライド体３１，３２を互いに離間する方向へ付勢している。従って、バルブシート４２は、組付状態では常に外筒部３５の上壁部へ押し付けられ、この外筒部３５と一体的に作動する。つまり、バルブシート４２は第１スライド体３１の一部として機能しており、このバルブシート４２と第２スライド体３２との間に上記の油圧室３３が液密に画成されている。
【００２９】
上記の構成により、油圧バルブリフタ３０’の冠面３８と揺動カム２０のベースサークル面２２との間にバルブクリアランスが生じると、リターンスプリング４５の付勢力により両スライド体３１，３２が互いに離間する方向へ移動して、冠面３８が揺動カム２０に当接し、上記のクリアランスが速やかに解消される。この時、油圧室３３の容積の増加に伴ってチェックバルブが開き、リザーブ室３９から油圧室３３へ作動油が供給される。
【００３０】
また、揺動カム２０のカム面２１が油圧バルブリフタ３０’の第１スライド体３１を押し下げ始めると、油圧室３３内の作動油を介して第２スライド体３２がバルブステム１２を押し下げて、吸気弁が作動する。このようなバルブリフト期間中には、油圧室３３内の油圧が上昇するため、チェックボール４１とバルブシート４２の隙間や、第２スライド体３２とバルブシート４２の隙間等から作動油が不可避的にリークする。従って、油圧バルブリフタ３０’を用いた場合の吸気バルブリフト特性は、シム等によりバルブクリアランスを調整するソリッド型のバルブリフタを用いた場合の吸気バルブリフト特性と異なるものとなる。具体的には、油圧室３３内の作動油のリークに伴って、特にリフト後半で油圧バルブリフタ３０’の長さが実質的に縮小し、実際のバルブリフト量が小さくなる傾向にある。このようにバルブリフト期間中におけるバルブリフト量の短縮量、言い換えると、第１スライド体３１と第２スライド体３２との接近方向への移動量、つまり、油圧バルブリフタ３０’の底面３７から冠面３８までの実質的なリフタ全長の短縮量を、リークダウン量とする。このようにバルブリフト期間中のリークダウンによりリフタ全長が短縮し、バルブリフト終了直後にはバルブクリアランスが発生するが、所定の油圧が確保されている通常の使用状態では、上述したように油圧バルブリフタ３０’が伸張作動することによりバルブクリアランスは速やかに解消される。
【００３１】
油圧バルブリフタ３０’のリフタ全長の可動範囲は、機械的に規制されている。すなわち、両スライド体３１，３２が最も接近するリフタ３０’の最縮小位置で、第１スライド体３１側のバルブシート４２の下面と、第２スライド体３２の段部の上面とが互いに突き当てられるようになっており、第１スライド体３１と第２スライド体３２とが最も離間するリフタ３０の最伸張位置で、第２スライド体３２の外周に形成される周方向溝に取り付けられたストッパリング４９と、第１スライド体３１の支持部３６の上面とが互いに突き当てられるようになっている。
【００３２】
この油圧バルブリフタ３０’を用いた構成では、第１実施形態のように機関温度に応じてバルブクリアランスが変動することはない。従って、バルブクリアランスの変化に対応する補正を行う必要がない。一方、機関の温度が上昇するとエンジンオイルの粘度はやはり低下するため、機関全体のフリクションは減少する。従って、アイドル突入時には、機関温度に応じて変化する機関フリクションの変化を吸収するように、機関温度が低くなるほど基準アイドル回転角度Ｌ１を大作動角側へ図６のフリクション変化対応分ΔＨ１だけ補正することにより（一点鎖線Ｌ２）、上記第１実施形態と同様、アイドル運転域における吸入空気量を機関温度に応じて正確に調整することができ、アイドル状態を速やかに安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の可変動弁装置を示す概略斜視図。
【図２】上記可変動弁装置の第１可変動弁機構を示す断面図。
【図３】同じく第１可変動弁機構を示す側面対応図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図５】非アイドル運転域で使用される作動角マップ。
【図６】アイドル突入時に使用される作動角マップ。
【図７】バルブクリアランスによるタイムインテグラル変化率の変化を示す特性図。
【図８】  本発明の参考例に係る油圧バルブリフタを示す断面図。
【符号の説明】
１…第１可変動弁機構（可変動弁機構）
２…第２可変動弁機構
３…ＥＣＵ（制御手段，補正手段）
【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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【図７】
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【図８】
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