JP2015075052A

JP2015075052A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2015075052A
Application number: JP2013212793A
Authority: JP
Inventors: 宏行芳賀; Hiroyuki Haga
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2015-04-20
Also published as: WO2015052924A1

Abstract

【課題】所定の可変動弁機構が行う使用カムの切替に応じてエンジン制御を好適に行うことが可能な内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関５０は揺動部６３ａ、６３ｂ、６３ｃのうち２つの揺動部同士の連結と連結解除とをピンＰｎ１１やピンＰｎ２２によって行う油圧式の連結機構６３１、６３２を備え、カムＣａ、Ｃｂ、Ｃｃのうちから吸気弁５４の駆動に使用するカムである使用カムを選択するカム切替式の可変動弁機構６０と、使用カムの切替に応じて、可変動弁機構６０のカム切替モードと、回転数ＮＥと、油圧Ｐｉｎとによって異なってくる可変動弁機構６０のカム切替遅れ時間としての切替サイクル数ｃｙｌを考慮したエンジン制御を行う制御部としてのＥＣＵ７０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に関する。

可変動弁機構のカム切替遅れ時間を考慮したエンジン制御を行う技術が知られている。特許文献１ではエンジン回転数に基づいて、複数の気筒でのバルブのリフト特性の切り換えに必要な切り換え必要時間を取得する切換時間取得手段と、リフト特性の切り換えに際して、切換必要時間に基づいて、エンジン制御の実行タイミングを決定する制御タイミング決定手段とを備える内燃機関の可変動弁装置が開示されている。

特開２００８−４５４６０号公報

可変動弁機構には様々な方式のものがあり、エンジン回転数のほかにもカム切替遅れ時間に影響する要因が存在する場合がある。このため、エンジン回転数を考慮しただけでは精度が高いカム切替遅れ時間を得ることができず、使用カムの切替に応じて行うエンジン制御が適切なタイミングで行われない虞がある。結果、排気エミッションやドライバビリティの悪化を招く虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、所定の可変動弁機構が行う使用カムの切替に応じてエンジン制御を好適に行うことが可能な内燃機関を提供することを目的とする。

本発明はバルブの駆動に使用される３つ以上の複数のカムと、前記複数のカムのカムプロフィールに応じて個別に揺動するとともに、前記複数のカムが設けられているカムシャフトから前記バルブに伝達する動力を仲介する複数の揺動部を有して構成されるロッカーアーム部と、前記複数の揺動部のうち２つの揺動部同士の連結と連結解除とをロック部材によって行う油圧式の複数の連結機構とを備え、前記複数のカムのうちから前記バルブの駆動に使用するカムである使用カムを選択するカム切替式の可変動弁機構と、前記使用カムの切替に応じて、前記可変動弁機構のカム切替モードと、エンジン回転数と、前記複数の連結機構に伝達される油圧とによって異なってくる前記可変動弁機構のカム切替遅れ時間を考慮したエンジン制御を行う制御部とを備える内燃機関である。

本発明は前記カム切替モード、前記エンジン回転数および前記油圧に基づき、前記可変動弁機構のカム切替遅れ時間を決定する決定部をさらに備え、前記使用カムの切替要求があった場合に、前記決定部が前記可変動弁機構のカム切替遅れ時間を決定するとともに、前記制御部が前記エンジン制御として、前記決定部が決定したカム切替遅れ時間に基づき、実行タイミングを遅延させたエンジン制御を行う構成とすることができる。

本発明によれば、所定の可変動弁機構が行う使用カムの切替に応じてエンジン制御を好適に行うことができる。

内燃機関およびその周辺の全体構成図である。内燃機関の概略構成図である。可変動弁機構の概略構成図である。連結機構の説明図である。カム切替状態の説明図である。カム切替遅れ時間のマップデータを示す図である。エンジン制御の実行例を示す図である。エンジン制御のマップデータを示す図である。制御動作の一例をフローチャートで示す図である。切替遅れ時間の説明図である。切替サイクル数の説明図である。可変動弁機構の他の例の要部を示す第１の図である。可変動弁機構の他の例の要部を示す第２の図である。他の例のカムシャフトを示す図である。他の例の使用カムの使用パターンの説明図である。

図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は内燃機関５０およびその周辺の全体構成図である。図２は内燃機関５０の概略構成図である。図３は可変動弁機構６０の概略構成図である。図３ではカムシャフト６５とともに可変動弁機構６０を示す。内燃機関５０は圧縮着火式の内燃機関であり、複数（ここでは４つ）の気筒５１ａを有している。内燃機関５０は吸気系１０や排気系２０や排気還流系４０とともに図示しない車両に搭載されている。内燃機関５０は火花点火式の内燃機関であってもよい。

吸気系１０はエアフロメータ１１とインタークーラ１２とインテークマニホールド１３とを備えている。エアフロメータ１１は吸入空気量を計測する。インタークーラ１２は吸気を冷却する。インテークマニホールド１３は内燃機関５０の各気筒５１ａに吸気を分配する。

排気系２０はエキゾーストマニホールド２１と触媒２２とを備えている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒５１ａからの排気を合流させる。触媒２２は排気を浄化する。吸気系１０および排気系２０には過給機３０が設けられている。過給機３０は内燃機関５０に吸気を過給する。過給機３０は具体的には可変容量型ターボチャージャであり、過給圧を変更可能な過給機となっている。

排気還流系４０はＥＧＲ配管４１とＥＧＲクーラ４２とＥＧＲバルブ４３とを備えている。ＥＧＲ配管４１は吸気系１０と排気系２０とを連通している。具体的にはＥＧＲ配管４１はインテークマニホールド１３の通路集合部分とエキゾーストマニホールド２１の通路集合部分とを連通している。ＥＧＲクーラ４２は還流される排気を冷却する。ＥＧＲバルブ４３は還流される排気の量を調節する。

内燃機関５０はＥＣＵ７０のほか、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、吸気弁５４と、排気弁５５と、燃料噴射弁５６と、可変動弁機構６０と、カムシャフト６５とを備えている。ピストン５３や吸気弁５４や排気弁５５や燃料噴射弁５６は気筒５１ａ毎に設けられている。シリンダブロック５１には気筒５１ａが形成されている。気筒５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室Ｅはシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２およびピストン５３に囲まれた空間として形成されている。ピストン５３は燃焼室Ｅに隣接している。

シリンダヘッド５２には、燃焼室Ｅに吸気を導く吸気ポート５２ａと、燃焼室Ｅからガスを排気する排気ポート５２ｂとが形成されている。また、吸気ポート５２ａを開閉する吸気弁５４と、排気ポート５２ｂを開閉する排気弁５５とが設けられている。吸気弁５４と排気弁５５とは具体的にはともに気筒５１ａ毎に複数（ここでは２つ）設けられている。燃料噴射弁５６はシリンダヘッド５２に設けられており、燃焼室Ｅに燃料を噴射する。

可変動弁機構６０はシリンダヘッド５２に設けられている。可変動弁機構６０はカム切替式の可変動弁機構であり、第１のカムであるカムＣａ、第２のカムであるカムＣｂ、および第３のカムであるカムＣｃのうちから吸気弁５４の駆動に使用する使用カムを選択する。カムＣａ、ＣｂおよびＣｃはカムシャフト６５に設けられており、吸気弁５４の駆動に使用される複数（ここでは３つ）のカムを構成している。複数のカムは３つ以上のカムとすることができる。

カムＣａ、ＣｂおよびＣｃは具体的には複数の気筒５１ａそれぞれに対応させて設けられている。したがって、カムＣａ、ＣｂおよびＣｃは具体的には複数の気筒５１ａそれぞれにおいて、吸気弁５４の駆動に使用される。可変動弁機構６０は具体的には複数の気筒５１ａそれぞれにおいて、カムＣａ、ＣｂおよびＣｃのうちから吸気弁５４の駆動に使用する使用カムを選択する。

可変動弁機構６０はカム当接部６１とバルブ駆動部６２とロッカーアーム部６３とロッカーアームシャフト６４とを備えている。カム当接部６１、バルブ駆動部６２およびロッカーアーム部６３は気筒５１ａ毎に設けられており、ユニットＵを構成している。

カム当接部６１はカムフォロアであり、カムＣａ、ＣｂおよびＣｃに合わせて複数（ここでは３つ）設けられている。カム当接部６１ａは複数のカム当接部６１のうちカムＣａに当接するカム当接部を示す。カム当接部６１ｂはカムＣｂに、カム当接部６１ｃはカムＣｃに当接するカム当接部をそれぞれ示す。複数のカム当接部６１それぞれはロッカーアーム部６３に設けられている。

バルブ駆動部６２はロッカーアーム部６３に設けられている。バルブ駆動部６２は気筒５１ａ毎に設けられている吸気弁５４の数（ここでは２つ）に合わせて複数設けられており、吸気弁５４に動力を伝達する。バルブ駆動部６２には具体的には例えばスクリュータペットを適用できる。バルブ駆動部６２はロッカーアーム部６３の一部であってもよい。

ロッカーアーム部６３は動力仲介部であり、カム当接部６１およびバルブ駆動部６２とともにカムシャフト６５から吸気弁５４に伝達する動力を仲介する。ロッカーアーム部６３にはロッカーアームシャフト６４が挿通される。ロッカーアームシャフト６４はロッカーアーム部６３を揺動可能に支持する。ロッカーアームシャフト６４は気筒５１ａ毎に設けられているユニットＵそれぞれに共通のシャフトとなっている。ロッカーアームシャフト６４はカムシャフト６５の延伸方向に沿って設けられている。

ロッカーアーム部６３は具体的には複数の揺動部である揺動部６３ａ、６３ｂ、６３ｃを備えている。揺動部６３ａ、６３ｂ、６３ｃはカムシャフト６５の延伸方向に沿って揺動部６３ｂ、６３ａ、６３ｃの順に並んで配置されている。揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃはカムＣａ、ＣｂおよびＣｃのカムプロフィールに応じて個別に揺動するとともに、カムシャフト６５から吸気弁５４に伝達する動力を仲介する。

第１の揺動部である揺動部６３ａにはカム当接部６１ａが設けられている。このため、揺動部６３ａはカムＣａに応じて揺動する。第２の揺動部である揺動部６３ｂにはカム当接部６１ｂが、第３の揺動部である揺動部６３ｃにはカム当接部６１ｃがそれぞれ設けられている。このため、揺動部６３ｂはカムＣｂに応じて、揺動部６３ｃはカムＣｃに応じてそれぞれ揺動する。

バルブ駆動部６２は揺動部６３ｂと揺動部６３ｃとに設けられている。したがって、ロッカーアーム部６３では具体的には揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃのうち揺動部６３ｂ、６３ｃが吸気弁５４を駆動する。揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃそれぞれはロッカーアームシャフト６４によって個別に揺動可能に支持されている。

ロッカーアーム部６３はさらに複数の連結機構である連結機構６３１、６３２を備えている。連結機構６３１、６３２はともに油圧式であり、揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃのうち２つの揺動部の連結と連結解除とを行う。具体的には、第１の連結機構である連結機構６３１は揺動部６３ｂ、６３ｃの連結と連結解除とを行い、第２の連結機構である連結機構６３２は揺動部６３ａ、６３ｃの連結と連結解除とを行う。

なお、揺動部６３ａにはカムＣａが吸気弁５４を駆動することが可能な範囲内で、カム当接部６１ａをカムＣａに向かって付勢する付勢部材（例えばリターンスプリング）が設けられている。このため、揺動部６３ａは連結が解除されている状態において、カム当接部６１ａがカムＣａに当接するようになっている。

図４は連結機構６３１および６３２の説明図である。連結機構６３１は具体的には保持部Ｈ１１、Ｈ１２と、ピンＰｎ１１、Ｐｎ１２と、スプリングＳｐ１とを備えている。保持部Ｈ１１は揺動部６３ｂに、保持部Ｈ１２は揺動部６３ｃにそれぞれ設けられている。保持部Ｈ１１、Ｈ１２それぞれは吸気弁５４がリフトしていない場合にカムシャフト６５の延伸方向に沿って並ぶように設けられている。保持部Ｈ１１、Ｈ１２それぞれは有底円筒状の形状を有しており、互いに同一の内径を有している。同一であることは製造誤差の範囲内で互いに異なる場合を含む。これは以下でも同様である。

ピンＰｎ１１は保持部Ｈ１１、Ｈ１２のうち少なくとも保持部Ｈ１１に保持される。ピンＰｎ１２は保持部Ｈ１１、Ｈ１２のうち保持部Ｈ１２に保持される。ピンＰｎ１１、Ｐｎ１２それぞれは円柱状の形状を有しており、互いに同一の外径を有している。ピンＰｎ１１、Ｐｎ１２それぞれの外径は保持部Ｈ１１、Ｈ１２それぞれの内径よりも摺動クリアランスの分だけ小さく設定されている。

保持部Ｈ１１の底部とピンＰｎ１１と間にはスプリング室Ｇ１１が形成されている。スプリング室Ｇ１１は同時に油圧室になっている。保持部Ｈ１２の底部とピンＰｎ１２との間には油圧室Ｇ１２が形成されている。スプリングＳｐ１はスプリング室Ｇ１１に設けられている。スプリングＳｐ１はピンＰｎ１１を付勢する。

連結機構６３１にはＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）８１が接続されている。ＯＣＶ８１は油路Ｒ１１を介してスプリング室Ｇ１１に接続されるとともに、油路Ｒ１２を介して油圧室Ｇ１２に接続されている。ＯＣＶ８１はＯＦＦである場合に油圧室Ｇ１２から油圧を開放すると同時に、スプリング室Ｇ１１に油圧Ｐ_ｉｎを伝達する。ＯＣＶ８１はＯＮである場合に油圧室Ｇ１２に油圧Ｐ_ｉｎを伝達すると同時に、スプリング室Ｇ１１から油圧を開放する。油圧Ｐ_ｉｎは連結機構６３１、６３２に共通の連結機構６３１、６３２への供給油圧であり、ＯＣＶ８１、８２を介して連結機構６３１、６３２に伝達される。油圧Ｐ_ｉｎはメインギャラリの油圧とすることができる。

連結機構６３１はＯＣＶ８１がＯＦＦである場合に、揺動部６３ｂ、６３ｃ間の連結を行う。具体的にはこの場合、吸気弁５４がリフトしていない状態において、スプリングＳｐ１、およびＯＣＶ８１を介してスプリング室Ｇ１１に伝達される油圧Ｐ_ｉｎがＯＣＶ８１を介して油圧室Ｇ１２から開放される油圧に抗してピンＰｎ１１、Ｐｎ１２をともに移動させる。結果、ピンＰｎ１１が保持部Ｈ１１およびＨ１２に保持されることで、揺動部６３ｂ、６３ｃ間の連結が行われる。ＯＣＶ８１がＯＦＦのとき、連結機構６３１は油圧Ｐ_ｉｎが発生していない場合でも、スプリングＳｐ１でピンＰｎ１１、Ｐｎ１２をともに移動させることで、揺動部６３ｂ、６３ｃ間の連結を行うことができる。

連結機構６３１はＯＣＶ８１がＯＮである場合に、揺動部６３ｂ、６３ｃ間の連結解除を行う。具体的にはこの場合、吸気弁５４がリフトしていない状態において、ＯＣＶ８１を介して油圧室Ｇ１２に伝達される油圧Ｐ_ｉｎがスプリングＳｐ１の付勢力、およびＯＣＶ８１を介してスプリング室Ｇ１１から開放される油圧に抗してピンＰｎ１１、Ｐｎ１２をともに移動させる。結果、ピンＰｎ１１が保持部Ｈ１１に保持されることで、揺動部６３ｂ、６３ｃ間の連結解除が行われる。

連結機構６３２は具体的には保持部Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３と、ピンＰｎ２１、Ｐｎ２２、Ｐｎ２３と、スプリングＳｐ２とを備えている。保持部Ｈ２１は揺動部６３ｂに、保持部Ｈ２２は揺動部６３ａに、保持部Ｈ２３は揺動部６３ｃにそれぞれ設けられている。保持部Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３それぞれは吸気弁５４がリフトしていない場合にカムシャフト６５の延伸方向に沿って並ぶように設けられている。保持部Ｈ２１、Ｈ２３は有底円筒状の形状を有しており、保持部Ｈ２２は円筒状の形状を有している。保持部Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３は互いに同一の内径を有している。

ピンＰｎ２１は保持部Ｈ２１、Ｈ２２のうち少なくとも保持部Ｈ２１に保持される。ピンＰｎ２２は保持部Ｈ２２、Ｈ２３のうち少なくとも保持部Ｈ２２に保持される。ピンＰｎ２３は保持部Ｈ２３に保持される。ピンＰｎ２１、Ｐｎ２２、Ｐｎ２３それぞれは円柱状の形状を有しており、互いに同一の外径を有している。ピンＰｎ２１、Ｐｎ２２、Ｐｎ２３それぞれの外径は保持部Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３それぞれの内径よりも摺動クリアランスの分だけ小さく設定されている。

保持部Ｈ２１の底部とピンＰｎ２１との間には油圧室Ｇ２１が形成されている。保持部Ｈ２３の底部とピンＰｎ２３との間にはスプリング室Ｇ２２が形成されている。スプリングＳｐ２はスプリング室Ｇ２２に設けられている。スプリングＳｐ２はピンＰｎ２３を付勢する。連結機構６３２にはＯＣＶ８２が接続されている。ＯＣＶ８２は油路Ｒ２を介して油圧室Ｇ２１に接続している。ＯＣＶ８２はＯＮである場合に油圧室Ｇ２１に油圧Ｐ_ｉｎを伝達し、ＯＦＦである場合に油圧室Ｇ２１から油圧を開放する。

連結機構６３２はＯＣＶ８２がＯＮである場合に、揺動部６３ａ、６３ｃ間の連結を行う。具体的にはこの場合、吸気弁５４がリフトしていない状態において、ＯＣＶ８２を介して油圧室Ｇ２１に伝達される油圧Ｐ_ｉｎがスプリングＳｐ２の付勢力に抗してピンＰｎ２１、Ｐｎ２２、Ｐｎ２３をともに移動させる。結果、ピンＰｎ２２が保持部Ｈ２２および保持部Ｈ２３に保持されることで、揺動部６３ａ、６３ｃ間の連結が行われる。

連結機構６３２はＯＣＶ８２がＯＦＦである場合に、揺動部６３ａ、６３ｃ間の連結解除を行う。具体的にはこの場合、吸気弁５４がリフトしていない状態において、スプリングＳｐ２がＯＣＶ８２を介して油圧室Ｇ２１から開放される油圧に抗してピンＰｎ２１、Ｐｎ２２、Ｐｎ２３をともに移動させる。結果、ピンＰｎ２１が保持部Ｈ２１に保持されるとともにピンＰｎ２２が保持部Ｈ２２に保持されることで、揺動部６３ａ、６３ｃ間の連結解除が行われる。

連結機構６３２はＯＣＶ８２がＯＮである場合に、揺動部６３ａ、６３ｂ間の連結も行う。揺動部６３ａ、６３ｂ間の連結はピンＰｎ２１が保持部Ｈ２１および保持部Ｈ２２に保持されることで行われる。連結機構６３２はＯＣＶ８２がＯＦＦである場合に、揺動部６３ａ、６３ｂ間の連結解除も行う。揺動部６３ａ、６３ｂ間の連結解除は、ピンＰｎ２１が保持部Ｈ２１に保持されることで行われる。

このように連結機構６３１では具体的にはピンＰｎ１１が揺動部６３ｂ、６３ｃの連結と連結解除とを行う。また、連結機構６３２ではピンＰｎ２２が揺動部６３ａ、６３ｃの連結と連結解除とを行う。ピンＰｎ１１、Ｐｎ２２はともにロック部材に相当する。ピンＰｎ１１は第１のロック部材、ピンＰｎ２２は第２のロック部材とすることができる。本発明における連結機構は、例えば連結機構６３２のように２つの揺動部を一組とした複数組の揺動部の連結と連結解除とを行ってもよい。油路Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２それぞれはロッカーアームシャフト６４を介して連結機構６３１、６３２のうち対応する連結機構に接続するように設けることができる。

図５（ａ）から図５（ｃ）はカム切替状態の説明図である。図５（ａ）はカムＣｂを使用カムとする場合を示す。図５（ｂ）はカムＣｂ、Ｃｃを使用カムとする場合を示す。図５（ｃ）はカムＣａを使用カムとする場合を示す。図５（ａ）から図５（ｃ）ではユニットＵとともにカムシャフト６５とリフト曲線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃとを示す。リフト曲線Ｌａは吸気弁５４がカムＣａのカムプロフィール通りに駆動する場合に得られるリフト曲線である。リフト曲線Ｌｂは吸気弁５４がカムＣｂのカムプロフィール通りに駆動する場合に、リフト曲線Ｌｃは吸気弁５４がカムＣｃのカムプロフィール通りに駆動する場合に得られるリフト曲線である。

図５（ａ）に示すように、可変動弁機構６０では連結機構６３１で揺動部６３ｂ、６３ｃの連結を行い、且つ連結機構６３２で揺動部６３ａ、６３ｃの連結解除を行っている状態で、カムＣｂを使用カムとすることができる。また、図５（ｂ）に示すように、連結機構６３１で揺動部６３ｂ、６３ｃの連結解除を行い、且つ連結機構６３２で揺動部６３ａ、６３ｃの連結解除を行っている状態で、カムＣｂ、Ｃｃを使用カムとすることができる。また、図５（ｃ）に示すように、連結機構６３１で揺動部６３ｂ、６３ｃの連結を行い、且つ連結機構６３２で揺動部６３ａ、６３ｃの連結を行っている状態で、カムＣａを使用カムとすることができる。

カムＣａ、ＣｂおよびＣｃは互いに異なるカムプロフィールを有している。リフト曲線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃが示すように、カムＣａ、Ｃｂ、ＣｃのカムプロフィールはカムＣａのほうがカムＣｂよりも、カムＣｂのほうがカムＣｃよりも吸気弁５４のリフト量が大きくなるように設定されている。換言すれば、カムＣａ、Ｃｂ、Ｃｃのカムプロフィールはリフト曲線Ｌａ内にリフト曲線Ｌｂが、リフト曲線Ｌｂ内にリフト曲線Ｌｃが含まれるように設定されている。カムＣａ、Ｃｂ、Ｃｃはカムシャフト６５の延伸方向に沿ってカムＣｂ、Ｃａ、Ｃｃの順に並んで配置されている。

可変動弁機構６０はカム切替モードとして複数のモードを有している。カム切替モードは使用カムの切替態様毎に区別されている。使用カムの切替態様は複数存在する使用カムの使用パターンのうちいずれか２つの使用パターン間における一方の使用パターンから他方の使用パターンへの切替というかたちで特定できる。使用カムの使用パターンには具体的には使用カムをカムＣｂとする第１のパターンと、使用カムをカムＣｂ、Ｃｃとする第２のパターンと、使用カムをカムＣａとする第３のパターンとの計３つのパターンが存在する。

カム切替モードは具体的には次に示す第１から第３のモードを含む。第１のモードは使用カムの切替態様がカムＣｂからカムＣｂ、Ｃｃへの切替である場合である。第２のモードは使用カムの切替態様がカムＣｂからカムＣａへの切替である場合である。第３のモードは使用カムの切替態様がカムＣｂ、ＣｃからカムＣａへの切替である場合である。可変動弁機構６０がカム切替モードとして有する複数のモードは具体的にはここでは第１から第３のモードと、使用カムの切替態様が第１から第３のモードとは逆の態様となる第４から第６のモードそれぞれとの計６つのモードとなっている。

図１等に示すＥＣＵ７０は電子制御装置であり、ＥＣＵ７０にはＥＧＲバルブ４３や、燃料噴射弁５６や、ＯＣＶ８１、８２が制御対象として電気的に接続されている。また、エアフロメータ１１や、クランク角度θを検出するためのクランク角センサ９１や、内燃機関５０に対する加速要求を行うアクセル開度センサ９２や、油圧Ｐ_ｉｎを検知する油圧センサ９３がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。ＥＣＵ７０ではクランク角センサ９１の出力に基づきエンジン回転数である回転数ＮＥが検出される。

ＥＣＵ７０ではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、例えば以下に示す決定部や制御部が実現される。なお、これらの構成は例えば複数の電子制御装置において実現されてもよい。

決定部はカム切替モード、回転数ＮＥおよび油圧Ｐ_ｉｎに基づき、可変動弁機構６０のカム切替遅れ時間を決定する。カム切替遅れ時間はカム切替モード毎に回転数ＮＥおよび油圧Ｐ_ｉｎに応じて、カム切替遅れ時間のマップデータであるマップデータＭで予め設定されている。このため、決定部は具体的にはカム切替モード、回転数ＮＥおよび油圧Ｐ_ｉｎに基づきマップデータＭを参照し、対応するカム切替遅れ時間を読み込むことで、カム切替遅れ時間を決定する。決定部は使用カムの切替要求があった場合に、カム切替遅れ時間を決定する。

図６（ａ）から図６（ｆ）はマップデータＭを模式的に示す図である。図６（ａ）は第１のモードで使用するマップデータＭであるマップデータＭ１を示す。図６（ｂ）は第２のモードで使用するマップデータＭであるマップデータＭ２を、図６（ｃ）は第３のモードで使用するマップデータＭであるマップデータＭ３を、図６（ｄ）は第４のモードで使用するマップデータＭであるマップデータＭ４を、図６（ｅ）は第５のモードで使用するマップデータＭであるマップデータＭ５を、図６（ｆ）は第６のモードで使用するマップデータＭであるマップデータＭ６を示す。

図６に示すように、マップデータＭでは具体的にはカム切替遅れ時間として切替サイクル数ｃｙｌを設定している。図６に示すように、切替サイクル数ｃｙｌはカム切替モード、回転数ＮＥおよび油圧Ｐ_ｉｎによって異なっている。

制御部は使用カムの切替に応じて、可変動弁機構６０のカム切替モードと、回転数ＮＥと、油圧Ｐ_ｉｎとによって異なってくる可変動弁機構６０のカム切替遅れ時間（具体的にはここでは切替サイクル数ｃｙｌ）を考慮したエンジン制御を行う。制御部は具体的には使用カムの切替要求があった場合に、エンジン制御として、決定部が決定したカム切替遅れ時間に基づき、実行タイミングを遅延させたエンジン制御を行う。かかるエンジン制御はさらに具体的には決定部が決定したカム切替遅れ時間の分、実行タイミングを遅延させたエンジン制御となっている。

図７はエンジン制御の実行例を示す図である。図７では回転数ＮＥおよび油圧Ｐ_ｉｎが一定の場合において、第１のモードで使用カムを切り替えた後（すなわち、使用カムをカムＣｂからカムＣｂ、Ｃｃに切り替えた後）、さらに第４のモードで使用カムを切り替えた場合（すなわち、カムＣｂに切り替えた場合）のエンジン制御の実行例を示す。

図７に示すように、ＯＣＶ８１がＯＦＦで使用カムがカムＣｂの場合（使用パターンが第１のパターンの場合）、エンジン制御は第１のパターンに適合した第１の適合マップデータに基づき行われる。かかるエンジン制御は、ＯＣＶ８１がＯＮになり、カムＣｂからカムＣｂ、Ｃｃへの使用カムの切替が開始された後にも、切替サイクル数ｃｙｌが経過するまで継続される。そして、切替サイクル数ｃｙｌ経過後に、第２のパターンに適合した第２の適合マップデータに基づくエンジン制御が行われる。なお、この場合の切替サイクル数ｃｙｌは第１の切替モードに応じた大きさとなっている。

第２の適合マップデータに基づき行われるエンジン制御は、ＯＣＶ８１がＯＦＦになり、カムＣｂ、ＣｃからカムＣｂへの使用カムの切替が開始された後にも、切替サイクル数ｃｙｌが経過するまで継続される。そして、切替サイクル数ｃｙｌ経過後に、第１の適合マップデータに基づくエンジン制御が行われる。なお、この場合の切替サイクル数ｃｙｌは第４のモードに応じた大きさとなっている。

図８（ａ）から図８（ｃ）はエンジン制御のマップデータを模式的に示す図である。図８（ａ）は第１の適合マップデータを、図８（ｂ）は第２の適合マップデータを、図８（ｃ）は第３の適合マップデータを示す。第３の適合マップデータは第３のパターンに適合したエンジン制御のマップデータである。図８（ａ）から図８（ｃ）に示すように、エンジン制御のマップデータは使用パターン毎に機関運転状態（ここでは回転数ＮＥおよびエンジントルク）に応じて予め準備しておくことができる。

エンジン制御は具体的には例えば燃料噴射制御（噴射時期や噴射期間や噴射間隔の制御）である。内燃機関５０が火花点火式内燃機関の場合、エンジン制御は点火時期制御であってもよい。また、内燃機関５０が過給圧を変更可能な過給機付きの内燃機関の場合、エンジン制御は過給圧制御であってもよい。エンジン制御を行うことは、同種のエンジン制御における制御内容を変更すること（例えば噴射時期制御における噴射時期を変更すること）であってよい。

次にＥＣＵ７０の制御動作の一例を図９に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０は使用カムの切替要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は油圧Ｐ_ｉｎが検出可能であるか否かを判定する（ステップＳ２）。肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は使用カムの切替が可能であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３では具体的には可変動弁機構６０を作動可能な油圧Ｐ_ｉｎが確保されているか否かが判定される。ステップＳ１からＳ３で否定判定であれば、本フローチャートを一旦終了する。

ステップＳ３で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は使用カムの切替を行う（ステップＳ４）。ステップＳ４でＥＣＵ７０は具体的には切替要求に応じてＯＣＶ８１、８２のＯＮ、ＯＦＦを制御する。続いて、ＥＣＵ７０は切替要求に応じたカム切替モードに基づき、マップデータＭを選択する（ステップＳ５）。そして、回転数ＮＥおよび油圧Ｐ_ｉｎに基づき選択したマップデータＭから切替サイクル数ｃｙｌを読み込むことで、切替サイクル数ｃｙｌを決定する（ステップＳ６）。続いて、ＥＣＵ７０は決定した切替サイクル数ｃｙｌ経過後に、使用カムの切替に応じたエンジン制御を行う（ステップＳ７）。

次に内燃機関５０の主な作用効果について説明する。図１０は切替遅れ時間の説明図である。図１１（ａ）から図１１（ｃ）は切替サイクル数ｃｙｌの説明図である。図１１（ａ）は同一回転数ＮＥで使用カムの切替が第１から第３のモードで行われた場合の切替サイクル数ｃｙｌを示す。図１１（ｂ）は同一の回転数ＮＥでＯＣＶ８１をＯＮにした場合とＯＦＦにした場合（すなわち、使用カムの切替が第１および第４のモードで行われた場合）の切替サイクル数ｃｙｌを示す。図１１（ｃ）は互いに異なる複数の回転数ＮＥで使用カムの切替が第１のモードで行われた場合の切替サイクル数ｃｙｌを示す。図１０では吸気弁５４のリフト量を油圧Ｐ_ｉｎおよびＯＣＶ８１のＯＮ、ＯＦＦとともに示す。

図１０に示すように、可変動弁機構６０では使用カムの切替開始から暫くして吸気弁５４のリフト量が変化することがわかる。具体的には図１０に示す例では、切替サイクル数ｃｙｌを６サイクルとする切替遅れ時間が発生していることがわかる。

図１１（ａ）に示すように、切替サイクル数ｃｙｌは各カム切替モード間で異なってくることがわかる。これは、連結機構６３１、６３２間で機構の諸元（例えばピン径やピンストロークやスプリング張力）が異なるためである。図１１（ｂ）に示すように、切替サイクル数ｃｙｌはＯＣＶ８１をＯＮにした場合とＯＦＦにした場合とで異なってくることがわかる。これは、ピンＰｎ１１、Ｐｎ１２の駆動力が油圧Ｐ_ｉｎによる場合とスプリングＳｐ１（および油圧Ｐ_ｉｎ）による場合とで異なるためである。図１１（ｃ）に示すように、切替サイクル数ｃｙｌは回転数ＮＥによって異なってくることがわかる。これは、回転数ＮＥが低い場合ほど切替可能時間が長くなるためである。図１１（ａ）から図１１（ｃ）に示すように、切替サイクル数ｃｙｌは油圧Ｐ_ｉｎによって異なってくることがわかる。

かかる事情に照らし、内燃機関５０は使用カムの切替に応じて、カム切替モードと、回転数ＮＥと、油圧Ｐ_ｉｎとによって異なってくるカム切替遅れ時間を考慮したエンジン制御を行う制御部としてのＥＣＵ７０を備える構成となっている。このため、内燃機関５０は可変動弁機構６０が行う使用カムの切替に応じてエンジン制御を好適に行うことができる。内燃機関５０はエンジン制御を好適に行うことで、具体的には排気エミッションやドライバビリティの悪化を防止或いは抑制できる。

内燃機関５０は具体的にはカム切替モード、回転数ＮＥおよび油圧Ｐ_ｉｎに基づき、カム切替遅れ時間を決定する決定部としてのＥＣＵ７０をさらに備え、使用カムの切替要求があった場合に、決定部としてのＥＣＵ７０がカム切替遅れ時間を決定するとともに、制御部としてのＥＣＵ７０がエンジン制御として、決定されたカム切替遅れ時間に基づき、実行タイミングを遅延させたエンジン制御を行う構成とすることができる。

すなわち、内燃機関５０は具体的には例えばかかる構成であることで、可変動弁機構６０が行う使用カムの切替に応じてエンジン制御を好適に行うことができる。また、かかる構成の内燃機関５０では連結機構６３１、６３２に共通の連結機構６３１、６３２への供給油圧を油圧Ｐ_ｉｎに適用することができる。このため、かかる構成の内燃機関５０では応答性や検出精度が高い油圧センサを油圧室Ｇ１１や油圧室Ｇ２１の油圧を検出するために設けなくとも、上述のエンジン制御を行うことができる。結果、コストや部品点数や搭載性の面でも有利な構成とすることができる。

例えば上述した実施例ではバルブが吸気弁５４である場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、バルブは例えば排気弁であってもよい。バルブが排気弁である場合の可変動弁機構は例えば次の通りである。

図１２は可変動弁機構の他の例である可変動弁機構６０´の要部を示す第１の図である。図１３は可変動弁機構６０´の要部を示す第２の図である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）はカムシャフト６５´を示す図である。図１４（ａ）はカムシャフト６５´の全体図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に示すＡ−Ａ断面でカムＣａ´、Ｃｂ´、Ｃｃ´を見た図である。図１２ではカムシャフト６５´とともに可変動弁機構６０´を示す。図１３ではＯＣＶ８１´、８２´とともに可変動弁機構６０´を示す。

可変動弁機構６０´はカムＣａ´、カムＣｂ´およびカムＣｃ´のうちから排気弁５５の駆動に使用する使用カムを選択する。カムＣａ´、Ｃｂ´およびＣｃ´はカムシャフト６５´に設けられている。カムＣａ´、Ｃｂ´およびＣｃ´は排気弁５５の駆動に使用される複数（ここでは３つ）のカムを構成している。カムＣａ´、Ｃｂ´およびＣｃ´はこの順に配置されている。

カムＣａ´、Ｃｂ´およびＣｃ´は互いに異なるカムプロフィールを有している。カムＣａ´、Ｃｂ´のカムプロフィールそれぞれは排気行程および吸気行程のうち少なくとも排気行程（ここでは排気行程）で排気弁５５を駆動するように設定されている。カムＣａ´、Ｃｂ´のカムプロフィールは具体的にはカムＣａ´に応じた排気弁５５の開弁期間内にカムＣｂ´に応じた排気弁５５の開弁期間が含まれ、且つカムＣａ´のほうがカムＣｂ´よりも排気弁５５のリフト量が大きくなるように設定されている。

カムＣｃ´のカムプロフィールはカムＣａ´またはカムＣｂ´と異なるタイミングで排気弁５５を駆動するように設定されている。カムＣｃ´のカムプロフィールは具体的には吸気弁５４の開弁期間に排気弁５５が開弁するように設定されている。カムＣｃ´はカムＣｂ´とともに用いられるカムとなっている。カムＣｃ´はカムＣａ´とともに用いることも可能なカムとなっている。

可変動弁機構６０´はロッカーアーム部６３´と、油圧式の連結機構６３１´、６３２´とを備えている。ロッカーアーム部６３´はカムＣａ´、Ｃｂ´およびＣｃ´のカムプロフィールに応じて個別に揺動するとともに、カムシャフト６５´から排気弁５５に伝達する動力を仲介する揺動部６３ａ´、６３ｂ´および６３ｃ´を有して構成されている。

揺動部６３ａ´にはカム当接部６１ａ´が、揺動部６３ｂ´にはカム当接部６１ｂ´が、揺動部６３ｃ´にはカム当接部６１ｃ´がそれぞれ設けられている。カム当接部６１ａ´は複数のカム当接部６１´のうちカムＣａ´に当接するカム当接部を示す。カム当接部６１ｂ´はカムＣｂ´に、カム当接部６１ｃ´はカムＣｃ´に当接するカム当接部をそれぞれ示す。

連結機構６３１´、６３２´は連結機構６３１、６３２と同様の仕組みで連結および連結解除を行う。このため、連結機構６３１´、６３２´の具体的な構造については説明を省略する。連結機構６３１´にはＯＣＶ８１´が、連結機構６３２´にはＯＣＶ８２´がそれぞれ接続されている。ＯＣＶ８１´はＯＮである場合に連結機構６３１´に油圧Ｐ_ｉｎを伝達し、ＯＦＦである場合に連結機構６３１´から油圧を開放する。ＯＣＶ８２´はＯＮである場合に連結機構６３２´に油圧Ｐ_ｉｎを伝達し、ＯＦＦである場合に連結機構６３２´から油圧を開放する。

連結機構６３１´はＯＣＶ８１´がＯＮである場合に、揺動部６３ａ´、６３ｂ´間の連結を行う。具体的にはこの場合、排気弁５５がリフトしていない状態において、ＯＣＶ８１´を介して伝達される油圧Ｐ_ｉｎがスプリングＳｐ１´の付勢力に抗してピンＰｎ１１´、Ｐｎ１２´をともに移動させる。結果、ピンＰｎ１１´が保持部Ｈ１１´および保持部Ｈ１２´に保持されることで、揺動部６３ａ´、６３ｂ´間の連結が行われる。

連結機構６３１´はＯＣＶ８１´がＯＦＦである場合に、揺動部６３ａ´、６３ｂ´間の連結解除を行う。具体的にはこの場合、排気弁５５がリフトしていない状態において、スプリングＳｐ１´がＯＣＶ８１´を介して開放される油圧に抗してピンＰｎ１１´、Ｐｎ１２´をともに移動させる。結果、ピンＰｎ１１´が保持部Ｈ１１´に保持されることで、揺動部６３ａ´、６３ｂ´間の連結解除が行われる。このため、連結機構６３１´は揺動部６３ａ´、６３ｂ´の連結と連結解除とをピンＰｎ１１´によって行う。

連結機構６３２´は連結機構６３１´と同様、揺動部６３ｂ´、６３ｃ´の連結と連結解除とをピンＰｎ２１´によって行う。このため、連結機構６３１´、６３２´は揺動部６３ａ´、６３ｂ´および６３ｃ´のうち２つの揺動部同士の連結と連結解除とをピンＰｎ１１´やピンＰｎ２１´によって行う。

可変動弁機構６０´では、バルブ駆動部６２´それぞれが揺動部６３ｂ´に設けられている。したがって、可変動弁機構６０´では揺動部６３ａ´、６３ｂ´および６３ｃ´のうち揺動部６３ｂ´が排気弁５５を駆動する。可変動弁機構６０´によって実現される使用カムの使用パターンは次の通りである。

図１５（ａ）から図１５（ｃ）は使用カムの使用パターンの説明図である。図１５（ａ）は第１のパターンを、図１５（ｂ）は第２のパターンを、図１５（ｃ）は第３のパターンをそれぞれ示す。破線で示す揺動部６３ａ´や揺動部６３ｃ´は連結が解除された状態にあることを示す。

第１のパターンは使用カムをカムＣａ´とする場合である。この場合、連結機構６３１´は揺動部６３ａ´、６３ｂ´間の連結を行い、連結機構６３２´は揺動部６３ｂ´、６３ｃ´間の連結を解除する。この場合、連結態様上は排気弁５５がカムＣａ´、Ｃｂ´に応じて駆動可能な状態になる。一方、カムＣａ´、Ｃｂ´のカムプロフィールそれぞれは前述の通り、各位相においてカムＣａ´のほうがカムＣｂ´よりも排気弁５５のリフト量が大きくなるように設定されている。このためこの場合には、カムＣａ´に応じて排気弁５５が駆動する。

第２のパターンは使用カムをカムＣｂ´とする場合である。この場合、連結機構６３１´は揺動部６３ａ´、６３ｂ´間の連結を解除し、連結機構６３２´は揺動部６３ｂ´、６３ｃ´間の連結を解除する。この場合、揺動部６３ａ´から揺動部６３ｂ´に動力は伝達されない。同様に揺動部６３ｃ´から揺動部６３ｂ´に動力は伝達されない。このためこの場合には、カムＣｂ´に応じて排気弁５５が駆動する。

第３のパターンは使用カムをカムＣｂ´、Ｃｃ´とする場合である。この場合、連結機構６３１´は揺動部６３ａ´、６３ｂ´間の連結を解除し、連結機構６３２´は揺動部６３ｂ´、６３ｃ´間の連結を行う。結果、カムＣｂ´、Ｃｃ´に応じて排気弁５５が駆動する。

このように、バルブが排気弁の場合の可変動弁機構は、バルブが吸気弁の場合の可変動弁機構と同様の効果を奏する。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

内燃機関５０
吸気弁５４
排気弁５５
燃料噴射弁５６
可変動弁機構６０、６０´
連結機構（第１の連結機構）６３１、６３１´
連結機構（第２の連結機構）６３２、６３２´
カムシャフト６５、６５´
ＥＣＵ７０

Claims

バルブの駆動に使用される３つ以上の複数のカムと、
前記複数のカムのカムプロフィールに応じて個別に揺動するとともに、前記複数のカムが設けられているカムシャフトから前記バルブに伝達する動力を仲介する複数の揺動部を有して構成されるロッカーアーム部と、前記複数の揺動部のうち２つの揺動部同士の連結と連結解除とをロック部材によって行う油圧式の複数の連結機構とを備え、前記複数のカムのうちから前記バルブの駆動に使用するカムである使用カムを選択するカム切替式の可変動弁機構と、
前記使用カムの切替に応じて、前記可変動弁機構のカム切替モードと、エンジン回転数と、前記複数の連結機構に伝達される油圧とによって異なってくる前記可変動弁機構のカム切替遅れ時間を考慮したエンジン制御を行う制御部とを備える内燃機関。
請求項１記載の内燃機関であって、
前記カム切替モード、前記エンジン回転数および前記油圧に基づき、前記可変動弁機構のカム切替遅れ時間を決定する決定部をさらに備え、
前記使用カムの切替要求があった場合に、前記決定部が前記可変動弁機構のカム切替遅れ時間を決定するとともに、前記制御部が前記エンジン制御として、前記決定部が決定したカム切替遅れ時間に基づき、実行タイミングを遅延させたエンジン制御を行う内燃機関。