JP4632636B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁のバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御すると共に吸入空気量も制御し得る内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、機関運転状態に応じて機関弁のバルブリフト量を可変制御して、例えば機関低回転時における燃費の向上や高回転時における出力の向上など機関性能を効果的に発揮させる可変動弁装置としては、以下の特許文献１，２に記載されているものがある。
【０００３】
概略を説明すれば、前者の可変動弁装置は、クランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトと、該カムシャフトに設けられた回転カムと、カムシャフトとは異なる支持パイプに揺動自在に支持され、入力部と出力部とを有することで吸気バルブを駆動する仲介駆動機構と、該仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差を可変とする仲介位相差を可変にする仲介位相差可変手段とを備えている。
【０００４】
そして、仲介位相手段のリフト量可変アクチュエータが仲介駆動機構のコントロールシャフトを介して揺動カムと入力部との相対位相を可変とするので、吸気バルブのリフト量や作動角の大きさを連続的に調整することができるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６４９１１号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−２６３０１５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の可変動弁装置にあっては、前述のように仲介駆動機構のコントロールシャフトの回転制御などによって吸気弁のリフト量を機関運転状態に可変制御することができるようになっており、したがって、かかる機構を用いて機関への吸入空気量をスロットルバルブを用いずに制御することも可能である。
【０００８】
このように、かかる機構によって吸入空気量を制御するようにすれば、スロットルによる絞りがなくなることから、吸気管内に負圧が殆ど発生しないことから、いわゆるポンピングロスを大幅に低減することができる。
【０００９】
しかしながら、例えば機関のアイドル運転などにおいて、スロットルを絞って吸入空気量を十分に少なくするためには、例えば０．３〜０．４ｍｍといった極小リフトに制御する必要があるが、この際、前記コントロールシャフトには、機関のバルブスプリングなどに起因した変動トルクが伝達されて正逆回転変動（ばたつき）が発生して、前記極小な低リフト量がばらついてしまう。
【００１０】
すなわち、図１１に示すように、コントロールシャフトに回転変動がない場合の理論リフト量ＬＴと回転変動を考慮した場合の実際のリフトＬのばらつきについてみると、この図１１から明らかなように、リフトの絶対値によってリフトばらつき幅±ΔＬはあまり変わらないので、高回転域や高負荷域での高リフト領域では、コントロールシャフトが回転変動（斜線幅）しても制御リフト量自体の絶対値が大きいため、制御リフト量のばらつき比率ΔＬ／ＬＴは小さいことから影響が少ないのであるが、制御リフト量の小さい低負荷あるいは低回転などの低リフト領域に移行すればするほどリフトのばらつき比率ΔＬ／ＬＴが大きくなる。
【００１１】
この結果、吸入空気量を精度良く制御することができなくなるおそれがあり、燃焼のサイクルばらつきや気筒間のばらつきが発生して燃費効果が十分に得られないばかりか機関回転の不安定化を招くおそれがある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置を吸入空気量制御用に用いた場合の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、図５に示すように、機関運転状態の変化に伴い機関弁のバルブリフト量及び機関への吸入空気量を可変制御する可変リフト機構Ａと、機関への吸入空気量を制御する吸気量制御機構Ｂと、前記可変リフト機構Ａと吸気量制御機構Ｂの作動を制御する制御機構Ｃとを備え、前記制御機構Ｃは、機関の運転状態を含む車両の運転状態を検出するクランク角センサなどの各種の検出手段Ｄからの情報信号を入力して、前記可変リフト機構Ａの作動位置を制御するメイン制御回路Ｅと、前記可変リフト機構Ａの作動位置を、機関弁の少なくとも小リフト制御状態時にほぼ固定的に規制する規制手段Ｆと、該規制手段Ｆにより可変リフト機構Ａの作動位置が規制された小リフト制御状態時において、機関への吸入空気量を前記吸気量制御機構Ｂによって制御させる吸気制御手段Ｇと、前記規制手段Ｆによる可変リフト機構Ａの作動位置規制リフト量を、車両の運転状態に応じて可変制御する規制可変手段Ｈとを備えたことを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、所定の低リフト制御時には、規制手段によって可変リフト機構の作動位置が極端な極小リフトではなく、ある程度の小リフトにほぼ固定的に規制されることから、例えば、可変リフト機構の構成部品の振動などによる前述の実制御リフトばらつき比率（ΔＬ／ＬＴ）が小さくなり、かつ吸気量制御機構によって吸入空気量を制御するため、吸入空気量を精度良く制御することができる。
【００１４】
この結果、燃焼のサイクルばらつきや気筒間のばらつきの発生を抑制でき、十分な燃費効果が得られると共に、機関回転の安定化が図れる。
【００１５】
しかも、規制可変手段によって、前記可変リフト機構による前記作動位置規制リフト量を、車両の運転状態に応じて可変制御したことから、各車両運転状態でのかかる小バルブリフト制御時における前記各気筒間のバルブリフトのばらつきの影響を抑制しつつ、吸入時のポンプ損失となる絞り量を抑制したり、あるいは各運転状態における種々の要求性能を満たすことが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の可変動弁装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変動弁装置は、１気筒あたり２つの吸気弁を備えた内燃機関に適用したものを示している。
【００１７】
すなわち、この可変動弁装置は、図１に示すように、機関のシリンダヘッドブロック１とシリンダヘッド２との間に形成された燃焼室３にシリンダヘッド２の吸気ポート２ａを介して吸気を供給する吸気管４と、シリンダヘッド２に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられ、バルブスプリング５，５のばね力により閉弁方向に付勢された一対の吸気弁６，６と、機関運転状態の変化に応じて吸気弁６，６のバルブリフト量及び機関への吸入空気量を連続的に可変制御する可変リフト機構７と、前記吸気管４内に設けられて、前記燃焼室３への吸入空気量を制御する吸気量制御機構８と、前記可変リフト機構７と吸気量制御機構８とを機関運転状態を含む車両の運転状態に応じて作動制御する制御機構９とを備えている。
【００１８】
前記シリンダブロック１のシリンダボア１ａ内には、クランク軸１０にコンロッド１０ａを介して連結されたピストン１１が上下摺動自在に設けられている。また、シリンダヘッド２の吸気ポート２ａと反対側には、排気ポート２ｂが設けられていると共に、該排気ポート２ｂを開閉する排気弁１２がバルブスプリング１２ａを介して閉方向に付勢されている。
【００１９】
前記燃焼室３には、該燃焼室３内の燃焼圧力を検出する燃焼圧力検出センサ４１が設けられている。また、前記吸気管４には、吸気脈動を低減するサージタンク４ａが取り付けられていると共に、吸気量制御機構８の上流側に吸気流量を検出するエアーフローメータ３７が設けられている。また、前記排気ポート２ｂには、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出センサ４２が設けられている。
【００２０】
前記可変リフト機構７は、図１〜図４に示すように、シリンダヘッド２上部の軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に圧入等により固設された駆動カム１５と、駆動軸１３の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁６，６の上端部に配設されたバルブリフター１６，１６の上面１６ａ，１６ａに摺接して各吸気弁６，６を開作動させる一対の揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力（開弁力）として伝達する伝達手段１８と、該伝達手段１８の作動位置を可変制御する可変手段１９とを備えている。
【００２１】
前記駆動軸１３は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸１０から回転力が伝達されており、この回転方向は図２中時計方向に設定されている。
【００２２】
前記駆動カム１５は、ほぼ円環状に形成されていると共に、軸心Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットして、外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されている。
【００２３】
前記各揺動カム１７は、図２に示すように同一形状のほぼ雨滴状を呈し、ほぼ円環状の基端部２０に支持孔を介して駆動軸１３に回転自在に支持されていると共に、一端部のカムノーズ部２１側にピン孔が貫通形成されている。また、揺動カム１７の下面には、カム面２２が形成され、基端部２０側の基円面と、該基円面からカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面とを有しており、該基円面とランプ面、リフト面及び頂面とが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面１６ａ所定位置に当接するようになっている。
【００２４】
前記伝達手段１８は、駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。
【００２５】
前記ロッカアーム２３は、中央に有する筒状基部が支持孔を介して後述する制御カム３０に揺動自在に支持されていると共に、筒状基部の外端部に突設された一端部２３ａには、ピン２６が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、筒状基部の内端部に夫々突設された他端部２３ｂには、リンクロッド２５の一端部２５ａと連結するピン２７が嵌入するピン孔が形成されている。
【００２６】
また、前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの中央位置に有する嵌合孔内に前記駆動カム１５が回転自在に保持されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。
【００２７】
さらに、前記リンクロッド２５は、ロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７のカムノーズ部２１の各ピン孔に圧入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されている。
【００２８】
前記可変手段１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸２９と、該制御軸２９の外周に固定されてロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３０とを備えている。
【００２９】
前記制御軸２９は、図４に示すように、駆動軸１３と並行に機関前後方向に配設され、一端部に設けられたウォーム歯車機構６０を介してアクチュエータである電動モータ３４（ＤＣモータ）によって所定回転角度範囲内で回転するようになっており、後述する規制手段によって回転が規制される小リフトを越えたリフト領域では、連続的に回転して連続的なリフト制御を行うようになっている。
【００３０】
また、前記制御カム３０は、円筒状を呈し、図２に示すように軸心Ｐ１の位置が肉厚部３０ａの分だけ制御軸２９の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００３１】
前記吸気量制御機構８は、図１に示すように、いわゆるバタフライ式のスロットルバルブによって構成され、円盤状のスロットル弁体３８と、該スロットル弁体３８をスロットル軸３９を介して正逆回転させてスロットル開度を制御する図外の作動機構とを備えている。
【００３２】
そして、前記電動モータ３４と前記吸気量制御機構８の作動機構は、機関の運転状態を含む車両の運転状態を検出する前記制御機構９である電子コントローラ３５からの制御信号によって駆動制御されるようになっている。
【００３３】
すなわち、電子コントローラ３５は、図１に示すように、現在の機関回転数を検出するクランク角センサ３６や、前記エアーフローメータ３７、水温センサ及び前記スロットルバルブ３８の開度を検出するスロットル開度検出センサ（フィードバック）、アクセル開度検出センサ、前記制御軸２９の回転位置を検出するポテンションメータ３４、前記燃焼圧センサ４１、空燃比センサ４２及び自動変速機の変速レバーのポジションセンサ、つまり、いわゆるＰ（パーキング）レンジ、Ｄ（ドライブ）レンジ、Ｎ（ニュートラル）レンジ、Ｌ（１速、２速）レンジのポジションを検出するポジションセンサ等の各種センサからの情報信号を入力し、該情報信号に基づいて現在の車両の運転状態を制御マップや演算等により検出して、前記電動モータ３４に回転駆動制御信号を出力していると共に、前記吸入量制御機構８の作動機構にスロットル開度指令信号を出力している。
【００３４】
すなわち、この電子コントローラ３５は、機関中負荷以上乃至中回転以上の領域において、前記可変リフト機構７によって吸気弁６，６が所定小バルブリフトを越えるバルブリフト量に制御されている際には、機関運転状態に応じて電動モータ３４を介して制御軸２９を正逆回転させて回転位置制御するが、小バルブリフト領域に制御された際には、規制手段である規制回路によって前記電動モータ３４を介して前記制御軸２９の回転を所定小トルクにほぼ固定状態に規制するようになっている。
【００３５】
また、電子コントローラ３５は、前記規制回路によって制御軸２９の回転が規制された状態（小バルブリフト状態）では、前記吸気量制御機構８が吸気制御手段である吸気制御回路によって燃焼室３への吸入空気量を制御するようになっている。
【００３６】
つまり、吸気量制御機構８は、前記可変リフト機構７によって吸気弁６が後述する小リフトＬ１（図３参照）に制御されて制御軸２９が規制回路により固定状態に規制されている場合に、この機関運転領域（約１．５ｍｍ範囲）、つまりアイドル運転時か低負荷時あるいは低回転時において前記電子コントローラ３５によってスロットル弁体３８のスロットル開度が連続的に制御されると共に、この規制リフト領域を越える領域に移行した場合はスロットル弁体３８のスロットル開度がほぼ全開乃至大開度になるように制御されるようになっている。
【００３７】
さらに、電子コントローラ３５は、前記規制回路による可変リフト機構７の小バルブリフト制御時における規制リフト量が、前記基本規制リフト（Ｌ１）の他に、規制可変手段である規制可変回路によって車両の運転状態に応じて可変制御するようになっている。
【００３８】
以下、まず、本実施形態の可変リフト機構７による吸気弁６，６の通常のバルブリフト制御を簡単に説明する。
【００３９】
例えば、機関のアイドル運転を含む機関低速低負荷時には、コントローラ３５からの制御信号によって電動モータ３４を介して制御軸２９が図２及び図３に示す時計方向に回転駆動される。このため、制御カム３０は、軸心Ｐ１が図２、図３に示すように、肉厚部３０ａが駆動軸１３から上方向に離間移動し、制御軸２９の軸心Ｐ２から左上方の回動角度位置に保持される。これにより、ロッカアーム端部２３ｂとリンクロッドの枢支点は、駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介してカムノーズ部２１側を強制的に引き上げられて全体が反時計方向へ回動する。
【００４０】
したがって、図２、図３に示すように、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達され、その吸気弁６，６のバルブリフト量Ｌ１は図３示すように小さくなる。
【００４１】
よって、かかる低速低負荷域では、図６の破線で示すように吸気弁６，６のバルブリフト特性（Ｌ１）が小さくなる。このバルブリフトＬ１は、基本的に０．３〜０．４ｍｍよりも大きな約１〜１．５ｍｍになるように設定されており、これはスロットル開度が絞られた場合であっても、アイドル相当の吸気量を確保することが可能なリフト量である。
【００４２】
また、この運転状態においては、機関の前記変動トルクに全く影響されない前記吸気量制御機構８のスロットル弁体３８のスロットル開度が連続的に制御される。
【００４３】
なお、常温クランキング時は、Ｌ１より小さなリフトＬ０に制御しても良い（図６）。このようにすると、クランキング時の動弁起動フリクションが下がるので、良好なクランキング回転の上昇を得ることができ、その後リフト増大制御すれば、良好な機関始動性が得られる。
【００４４】
一方、機関運転領域が低回転低負荷領域からそれ以上の例えば中回転中負荷域〜高回転高負荷域に移行した場合は、コントローラ３５からの制御信号によってスロットル弁体３８の開度量つまりスロットル開度量がほぼ全開乃至大開度状態に制御されると共に、可変リフト機構７によって吸気弁６のリフト量が連続的に制御され、それにより、燃焼室３への吸入空気量が制御される。
【００４５】
すなわち、コントローラ３５からの制御信号により電動モータ３４を介して制御軸２９が反時計方向に回転駆動される。したがって、制御軸２９が、制御カム３０を図３に示す位置から反時計方向の回転角度位置まで回転させ、軸心Ｐ１（肉厚部３０ａ）を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向（下方向）に移動して端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【００４６】
したがって、揺動カム１７のバルブリフター１６上面１６ａに対するカム面２２の当接位置が右方向位置（頂面２２ｄ側）に移動する。このため、駆動カム１５が回転してロッカアーム２３の一端部２３ａをリンクアーム２４を介して押し上げると、バルブリフター１６に対するそのリフト量、つまり吸気弁６，６のバルブリフト量Ｌ２は大きくなる。
【００４７】
よって、かかる運転領域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図６の実線で示すようにバルブリフト特性も大きくなり、各吸気弁１２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し十分なトルク・出力が確保できる。
【００４８】
さらに、このリフト制御中には、スロットル弁体３８がほぼ全開乃至大開度状態に制御されることから、該スロットル弁体３８の絞り作用による機関のポンピングロスが大幅に低減され、所望のトルク出力を確保しつつ燃費を向上させることができる。
【００４９】
次に、前記電子コントローラ３５の主として前記規制回路及び規制可変回路による前記可変リフト機構７の制御を図７〜図１０に示すフローチャート図によって説明する。
【００５０】
まず、図７は自動変速機の前記変速ポジションにより規制リフトを変化させる一例を示し、ステップ１ではクランク角センサ１０とアクセル開度センサから機関回転数Ｎとアクセル開度量Ｖを読み込む。
【００５１】
ステップ２では、前記各センサからの情報信号に基づいて、現在の運転状態がリフト規制領域か否かを判断する。
【００５２】
ここで、規制リフト領域ではないと判断した場合はステップ３に移行して、通常のバルブリフト制御を行ない、規制リフト領域であると判断した場合、つまり小リフトに規制すべき領域になっていると判断した場合は、ステップ４に移行する。ここでは、現在の変速機の変速ポジション（Ｐ、Ｎ、Ｌ、Ｄレンジ）を読み込む。
【００５３】
このステップ４で読み込んだ変速ポジションが、ステップ５でＤレンジか否かを判断し、ここでＤレンジになっていると判断になっていればステップ５に移行して、前述したように規制回路によって電動モータ３４を介して制御軸２９の回転を規制して吸気弁６，６のバルブリフトを前記所定の規制小リフトＬ１にほぼ固定的に規制する。この所定のリフトＬ１は、０．３〜０．４ｍｍの極小リフトではなく、約１〜１．５ｍｍ程度のリフトであり、前述の制御リフト量ばらつき比率が小さく、燃焼ばらつきが少なく、機関の安定性が良好になっている。
【００５４】
また、この間における吸気量はスロットル弁体３８のスロットル開度によって連続的に制御されることから、要求される吸入空気量を確保できる。この結果、燃焼サイクルのばらつきや各気筒間における吸気量のばらつきも十分に抑制され、燃費の向上と機関回転の安定化が図れる。
【００５５】
特に、前記可変リフト機構７によって各吸気弁６，６の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなるため、燃費の向上と機関回転の安定化が一層図れる。
【００５６】
また、ステップ４で読み込んだ変速ポジションがステップ７においてＰレンジであるか否かを判断し、Ｐレンジである場合は、ステップ８に進み、ここでは、規制回路によって規制リフトをＤレンジの場合における基本規制リフトＬ１よりやや大きな規制リフトＬ１ａに制御する。これは、通常はＰレンジで冷機始動が行われるが、この場合は、機関のピストンなどのフリクションが大きいことから規制リフト量を僅かに大きくして吸入空気量を増加させて、フリクションに打ち勝つ出力トルクを発生させるように制御する。これによって機関の良好な始動性を確保することが可能になる。
【００５７】
また、前記ステップ７においてＰレンジではないと判断した場合は、ステップ９に移行し、ここではＮレンジか否かを判断する。ここで、Ｎレンジであると判断した場合は、ステップ１０に進み、ここではＤレンジのＬ１よりもやや小さな規制リフトＬ１ｂに制御する。
【００５８】
このＮレンジの場合は、自動変速機各部のクラッチ、ブレーキが開放されてフリー状態になっていることから、機関の負荷として作用するフリクショントルクが十分に小さい。したがって、規制リフトＬ１ｂを基本規制リフトＬ１よりも小さくしても、前記小さなフリクショントルクに十分に対応できる吸入空気量が確保できると共に、燃費をさらに向上できる。この場合、若干制御リフトのばらつき比率が増加しても、負荷自体が小さいので、機関が不安定になりにくい。
【００５９】
また、ステップ９でＮレンジではないと判断した場合は、ステップ１１に進み、ここではローレンジ（１速乃至２速）か否かを判断する。ローレンジと判断した場合は、ステップ１２において基本規制リフトＬ１よりやや小さくかつＮレンジの規制リフトＬ１ｂよりもやや大きな規制リフトＬ１ｃに制御する。
【００６０】
このローレンジの場合は、機関トルクが大きな減速比を介して車軸に伝達されるので、路面からの同じ走行抵抗に対しては小さな機関トルクで十分になる。したがって、前記比較的小さな規制トルクＬ１ｃに制御することによって燃費の向上が図れる。また、負荷自体が小さいので、機関が不安定になりにくい。
【００６１】
また、これらの変速ポジション毎の吸入空気量制御を、規制リフトの制御ではなく、スロットル開度側を変えて行うことも考えられるが、この場合は、スロットル開度の制御パターンあるいは制御マップを変速ポジション毎に全く変えてしまうことになり、吸気量制御機構８の制御構造が複雑になる。ところが、本実施形態の場合は、変速ポジションに応じて規制リフトを変化させるだけであるから、制御構造が簡素化される。
【００６２】
なお、本実施形態では自動変速機の例について説明したが、いわゆるＣＶＴやマニュアル変速機の場合に適用することもできる。
【００６３】
図８は制御対象を２輪駆動（２ＷＤ）と４輪駆動（４ＷＤ）を切り換え可能な車両における規制リフトの可変制御フローチャートを示している。
【００６４】
すなわち、まずステップ１１では、前述と同じくそれぞれ機関回転数Ｎとアクセル開度量Ｖを読み込み、ステップ１２において機関運転状態がリフト規制領域になっているか否かを判断する。ここでリフト規制領域ではないと判断した場合は、ステップ１３に移行し、ここでは通常のバルブリフト制御を行ってリターンする。
【００６５】
リフト規制領域であると判断した場合は、ステップ１４に進み、ここでは現在の車両の駆動制御状態、つまり２ＷＤと４ＷＤの制御信号を読み取る。次に、ステップ１５では読み込まれた現在の駆動制御状態が４ＷＤであるか否かを判断し、２ＷＤであると判断した場合は、ステップ１６に進む。このステップ１６では電動モータ３４と制御軸２９を介して吸気弁６，６の規制リフトを、基本規制リフトＬ１にする制御処理を行う。２輪駆動中は車両の駆動走行の引きずり抵抗が比較的小さいことから、規制トルクを通常の基本トルクに制御することによって燃費を向上させることが可能になる。
【００６６】
一方、ステップ１５で４ＷＤであると判断した場合は、ステップ１７に移行し、ここでは規制リフトＬ１ｄを基本規制リフトＬ１よりもやや大きなリフトにする制御処理を行う。４ＷＤ駆動時は、駆動走行の引きずり抵抗が大きいことから、機関が発生させなければならないトルクを大きくしなければならない。したがって、大きな規制リフトＬ１ｄに制御して駆動力を確保する。さらに、リフトが大きくなるので、リフトのばらつき率がさらに低減するため、引きずり抵抗が大きくても燃焼を安定させることができる。
【００６７】
図９は車両の累積走行距離に応じて規制リフトを可変制御するフローチャートを示し、ステップ２１では、同じく機関回転数Ｎとアクセル開度量Ｖを読み込む。次に、ステップ２２ではリフト規制領域か否かを判断し、リフト規制領域ではないと判断した場合はステップ２３において通常のバルブリフト制御を行うが、リフト領域であると判断した場合は、ステップ２４に進む。このステップ２４では、現在の累積走行距離を読み込む。
【００６８】
次に、ステップ２５では、累積走行距離が所定の走行距離Ｋ未満か否かを判断し、未満であると判断した場合は、ステップ２６において規制リフトを通常の基本リフトＬ１に制御する処理を行う。
一方、ステップ２５で、未満ではなくそれ以上と判断した場合は、ステップ２７において規制リフトを基本リフトＬ１よりもやや大きなリフトＬ１ｅに制御する。
【００６９】
一般に、車両の累積走行距離が長くなると、吸気弁６，６のバルブリフト量は、バルブクリアランスの経時的変化や動弁機構の各構成部品の摩耗などによって変化していくが、そうした現象によって気筒間のバルブリフトのばらつきが増加し、これによって気筒間の燃焼サイクルのばらつきが発生し易くなる。この結果、機関のアイドル回転の変動や運転性の不良、排気エミッション性能の低下など、機関作動の不安定化を招き易くなる。
【００７０】
そこで、前述のように車両の累積走行距離が十分に長くなった場合は、前述のような規制リフトＬ１ｅをやや大きく制御することによって各気筒間の吸気弁２，２のリフト量のばらつきの発生を抑制することが可能になり、よって良好な運転性を確保できる。
【００７１】
図１０は機関の燃焼圧力変動から機関作動の不安定化を検出して規制リフトを制御するもので、まずステップ３１では、同じく機関回転数Ｎとアクセル開度量Ｖを読み込み、ステップ３２においてリフト規制領域か否かを判断し、リフト規制領域でない場合は、ステップ３３で、通常のバルブリフト量制御を行う。
【００７２】
リフト規制領域であると判断した場合は、ステップ３４にて前記燃焼圧センサ４１から現在の燃焼圧を読み込み、ステップ３５ではこの情報信号に基づいて燃焼圧変動が所定値以上か否かを判断する。
【００７３】
ここで、燃焼圧変動が所定値未満であると判断した場合は、ステップ３６に進み、ここで規制リフト量を通常の基本規制リフトＬ１に制御する処理を行う。一方、所定値と同じまたはそれ以上であると判断した場合は、ステップ３７において規制リフトＬ１ｆを基本規制リフトＬ１よりもやや大きなリフトに制御する。
【００７４】
したがって、燃焼圧力の変動が起きて機関の作動が不安定になる限界まで基本規制リフトＬ１に制御できるので燃費の向上が図れると共に、燃焼圧力の変動が起きた場合は規制リフトＬ１ｆを大きく制御したことから、前述の制御リフトのばらつき比率が低下し、機関作動の不安定化を抑制することができる。
【００７５】
なお、機関の作動状態を検出する方法としては、前記燃焼圧力ばかりかクランク角センサ１０からの機関回転変動の増減から検出しても良く、また空燃比センサ４２からの排気ガスの空燃比のずれを検出して間接的に機関の作動状態を検出することができる。
【００７６】
前記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
（イ） 前記制御機構は、前記検出手段からの検出信号に基づいて機関運転状態が不安定であると検出した際に、前記規制可変手段によって前記規制リフト量を増加させるように制御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。
【００７７】
この発明によれば、機関運転状態が不安定なときだけ規制リフト量を増加するだけなので、実制御リフトのばらつきを必要時にのみ抑制することが可能になり、機関運転状態が安定しているときには、小さく制御された規制リフト量より吸気量制御機構による吸入空気量絞りを低減することによってポンプ損失をより小さくすることができ、燃費を向上させることができる。
（ロ） 前記制御機構は、車両の累積走行距離が所定以上になった際に、前記規制可変手段によって規制リフト量を増加させるように制御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。
【００７８】
一般に、車両の累積走行距離が長くなると、例えば機関弁のバルブシートや可変リフト機構などの各構成部品の摩耗などによってガタが発生して、バルブリフト量が各気筒間でばらつきが発生し易くなるが、この場合、この発明によれば、規制リフト量を増加させるようにしたため、気筒間のばらつきの発生を効果的に抑制できる。しかも、単に距離だけで制御を行うので、システムを簡素化できる。
（ハ） 前記可変リフト機構により機関弁のバルブリフト量が前記規制リフト量を越えて制御された領域の場合は、前記吸気量制御機構による吸入空気量がほぼ最大になるように制御すると共に、前記バルブリフト量が前記規制手段により規制リフト量に制御された際には、前記吸気量制御機構によって吸入空気量を可変制御するようにした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。
【００７９】
この発明によれば、バルブリフト量が、規制手段によって規制リフト量に制御されずに、可変リフト手段による制御範囲になっている場合は、吸入空気量制御を、吸気量制御機構ではなく、可変リフト手段によって主に行い、また、バルブリフト量が、規制手段により規制リフト量に制御されている際には、吸入空気量制御を、吸気量制御機構のみによって行う。これにより、可変リフト機構と吸気量制御機構によって相対的に制御することが可能になる。また、規制リフト領域では、制御リフトのばらつき比率が小であることから、燃焼ばらつきを低減し、他の領域ではポンピングロスをほぼ最大限に低減し、もって、領域トータルで良好な燃費を得ることができる。
（ニ） 前記可変リフト機構は、バルブリフト量を連続的に制御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。
（ホ） 前記可変リフト機構は、機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記駆動カムと揺動カムとを機械的に連係する伝達手段と、機関運転状態に応じて前記伝達手段の揺動支点を前記制御軸を介して変化させる制御手段とを備え、前記制御軸によって前記伝達手段の揺動支点を変化させることにより前記揺動カムのカム面の機関弁の上端に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変制御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。
（へ） 前記吸気量制御機構を、吸気通路の通路断面積を可変にするスロットルバルブによって構成した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。
（ホ） 前記検出手段は、機関の不安定な状態を機関回転数の変化及びまたは排気ガスの空燃比変化によって検出することを特徴とする請求項（イ）に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【００８０】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、前記小リフト制御領域である低負荷領域あるいは低回転領域とは、低負荷中高回転領域を含み、低回転中高負荷領域も含んでいる。また、規制手段としては、前記規制回路のような電子回路の他に、ストッパピンなどを用いた機械的規制手段など、どのような構成のものであってもよい。また、可変リフト機構は油圧式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変動弁装置の一実施形態を示す全体概略図である。
【図２】本実施態様に供される可変リフト機構を示す断面図である。
【図３】可変リフト機構の最小バルブリフト制御時の作用を示す説明図である。
【図４】本実施形態に供される可変リフト機構の要部斜視図である。
【図５】本発明の制御ブロック図である。
【図６】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフト特性図である。
【図７】本実施形態の変速ポジション切り換えを制御対象とした制御フローチャート図である。
【図８】車両の２輪駆動と４輪駆動の切換を制御対象とした制御フローチャート図である。
【図９】車両の累積走行距離を制御対象とした制御フローチャート図である。
【図１０】機関の燃焼圧を制御対象とした制御フローチャート図である。
【図１１】従来の可変動弁装置における実際の制御リフト量と理論リフト量とを示す特性図である。
【符号の説明】
Ａ…可変リフト機構
Ｂ…吸気量制御機構
Ｃ…制御機構
Ｄ…各種検出手段
Ｅ…メイン制御回路
Ｆ…規制手段
Ｇ…吸気制御手段
Ｈ…規制可変手段
２…シリンダヘッド
６…吸気弁
７…可変リフト機構
８…吸気量制御機構
９…制御機構
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１７…揺動カム
１８…伝達手段
１９…可変手段
３５…電子コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁のバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御すると共に吸入空気量も制御し得る内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、機関運転状態に応じて機関弁のバルブリフト量を可変制御して、例えば機関低回転時における燃費の向上や高回転時における出力の向上など機関性能を効果的に発揮させる可変動弁装置としては、以下の特許文献１，２に記載されているものがある。
【０００３】
概略を説明すれば、前者の可変動弁装置は、クランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトと、該カムシャフトに設けられた回転カムと、カムシャフトとは異なる支持パイプに揺動自在に支持され、入力部と出力部とを有することで吸気バルブを駆動する仲介駆動機構と、該仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差を可変とする仲介位相差を可変にする仲介位相差可変手段とを備えている。
【０００４】
そして、仲介位相手段のリフト量可変アクチュエータが仲介駆動機構のコントロールシャフトを介して揺動カムと入力部との相対位相を可変とするので、吸気バルブのリフト量や作動角の大きさを連続的に調整することができるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６４９１１号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−２６３０１５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の可変動弁装置にあっては、前述のように仲介駆動機構のコントロールシャフトの回転制御などによって吸気弁のリフト量を機関運転状態に可変制御することができるようになっており、したがって、かかる機構を用いて機関への吸入空気量をスロットルバルブを用いずに制御することも可能である。
【０００８】
このように、かかる機構によって吸入空気量を制御するようにすれば、スロットルによる絞りがなくなることから、吸気管内に負圧が殆ど発生しないことから、いわゆるポンピングロスを大幅に低減することができる。
【０００９】
しかしながら、例えば機関のアイドル運転などにおいて、スロットルを絞って吸入空気量を十分に少なくするためには、例えば０．３〜０．４ｍｍといった極小リフトに制御する必要があるが、この際、前記コントロールシャフトには、機関のバルブスプリングなどに起因した変動トルクが伝達されて正逆回転変動（ばたつき）が発生して、前記極小な低リフト量がばらついてしまう。
【００１０】
すなわち、図１１に示すように、コントロールシャフトに回転変動がない場合の理論リフト量ＬＴと回転変動を考慮した場合の実際のリフトＬのばらつきについてみると、この図１１から明らかなように、リフトの絶対値によってリフトばらつき幅±ΔＬはあまり変わらないので、高回転域や高負荷域での高リフト領域では、コントロールシャフトが回転変動（斜線幅）しても制御リフト量自体の絶対値が大きいため、制御リフト量のばらつき比率ΔＬ／ＬＴは小さいことから影響が少ないのであるが、制御リフト量の小さい低負荷あるいは低回転などの低リフト領域に移行すればするほどリフトのばらつき比率ΔＬ／ＬＴが大きくなる。
【００１１】
この結果、吸入空気量を精度良く制御することができなくなるおそれがあり、燃焼のサイクルばらつきや気筒間のばらつきが発生して燃費効果が十分に得られないばかりか機関回転の不安定化を招くおそれがある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置を吸入空気量制御用に用いた場合の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、図５に示すように、機関運転状態の変化に伴い機関弁のバルブリフト量及び機関への吸入空気量を可変制御する可変リフト機構Ａと、機関への吸入空気量を制御する吸気量制御機構Ｂと、前記可変リフト機構Ａと吸気量制御機構Ｂの作動を制御する制御機構Ｃとを備え、前記制御機構Ｃは、機関の運転状態を含む車両の運転状態を検出するクランク角センサなどの各種の検出手段Ｄからの情報信号を入力して、前記可変リフト機構Ａの作動位置を制御するメイン制御回路Ｅと、前記可変リフト機構Ａの作動位置を、機関弁の少なくとも小リフト制御状態時にほぼ固定的に規制する規制手段Ｆと、該規制手段Ｆにより可変リフト機構Ａの作動位置が規制された小リフト制御状態時において、機関への吸入空気量を前記吸気量制御機構Ｂによって制御させる吸気制御手段Ｇと、前記規制手段Ｆによる可変リフト機構Ａの作動位置規制リフト量を、車両の運転状態に応じて可変制御する規制可変手段Ｈとを備えたことを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、所定の低リフト制御時には、規制手段によって可変リフト機構の作動位置が極端な極小リフトではなく、ある程度の小リフトにほぼ固定的に規制されることから、例えば、可変リフト機構の構成部品の振動などによる前述の実制御リフトばらつき比率（ΔＬ／ＬＴ）が小さくなり、かつ吸気量制御機構によって吸入空気量を制御するため、吸入空気量を精度良く制御することができる。
【００１４】
この結果、燃焼のサイクルばらつきや気筒間のばらつきの発生を抑制でき、十分な燃費効果が得られると共に、機関回転の安定化が図れる。
【００１５】
しかも、規制可変手段によって、前記可変リフト機構による前記作動位置規制リフト量を、車両の運転状態に応じて可変制御したことから、各車両運転状態でのかかる小バルブリフト制御時における前記各気筒間のバルブリフトのばらつきの影響を抑制しつつ、吸入時のポンプ損失となる絞り量を抑制したり、あるいは各運転状態における種々の要求性能を満たすことが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の可変動弁装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変動弁装置は、１気筒あたり２つの吸気弁を備えた内燃機関に適用したものを示している。
【００１７】
すなわち、この可変動弁装置は、図１に示すように、機関のシリンダヘッドブロック１とシリンダヘッド２との間に形成された燃焼室３にシリンダヘッド２の吸気ポート２ａを介して吸気を供給する吸気管４と、シリンダヘッド２に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられ、バルブスプリング５，５のばね力により閉弁方向に付勢された一対の吸気弁６，６と、機関運転状態の変化に応じて吸気弁６，６のバルブリフト量及び機関への吸入空気量を連続的に可変制御する可変リフト機構７と、前記吸気管４内に設けられて、前記燃焼室３への吸入空気量を制御する吸気量制御機構８と、前記可変リフト機構７と吸気量制御機構８とを機関運転状態を含む車両の運転状態に応じて作動制御する制御機構９とを備えている。
【００１８】
前記シリンダブロック１のシリンダボア１ａ内には、クランク軸１０にコンロッド１０ａを介して連結されたピストン１１が上下摺動自在に設けられている。また、シリンダヘッド２の吸気ポート２ａと反対側には、排気ポート２ｂが設けられていると共に、該排気ポート２ｂを開閉する排気弁１２がバルブスプリング１２ａを介して閉方向に付勢されている。
【００１９】
前記燃焼室３には、該燃焼室３内の燃焼圧力を検出する燃焼圧力検出センサ４１が設けられている。また、前記吸気管４には、吸気脈動を低減するサージタンク４ａが取り付けられていると共に、吸気量制御機構８の上流側に吸気流量を検出するエアーフローメータ３７が設けられている。また、前記排気ポート２ｂには、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出センサ４２が設けられている。
【００２０】
前記可変リフト機構７は、図１〜図４に示すように、シリンダヘッド２上部の軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に圧入等により固設された駆動カム１５と、駆動軸１３の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁６，６の上端部に配設されたバルブリフター１６，１６の上面１６ａ，１６ａに摺接して各吸気弁６，６を開作動させる一対の揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力（開弁力）として伝達する伝達手段１８と、該伝達手段１８の作動位置を可変制御する可変手段１９とを備えている。
【００２１】
前記駆動軸１３は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸１０から回転力が伝達されており、この回転方向は図２中時計方向に設定されている。
【００２２】
前記駆動カム１５は、ほぼ円環状に形成されていると共に、軸心Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットして、外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されている。
【００２３】
前記各揺動カム１７は、図２に示すように同一形状のほぼ雨滴状を呈し、ほぼ円環状の基端部２０に支持孔を介して駆動軸１３に回転自在に支持されていると共に、一端部のカムノーズ部２１側にピン孔が貫通形成されている。また、揺動カム１７の下面には、カム面２２が形成され、基端部２０側の基円面と、該基円面からカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面とを有しており、該基円面とランプ面、リフト面及び頂面とが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面１６ａ所定位置に当接するようになっている。
【００２４】
前記伝達手段１８は、駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。
【００２５】
前記ロッカアーム２３は、中央に有する筒状基部が支持孔を介して後述する制御カム３０に揺動自在に支持されていると共に、筒状基部の外端部に突設された一端部２３ａには、ピン２６が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、筒状基部の内端部に夫々突設された他端部２３ｂには、リンクロッド２５の一端部２５ａと連結するピン２７が嵌入するピン孔が形成されている。
【００２６】
また、前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの中央位置に有する嵌合孔内に前記駆動カム１５が回転自在に保持されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。
【００２７】
さらに、前記リンクロッド２５は、ロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７のカムノーズ部２１の各ピン孔に圧入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されている。
【００２８】
前記可変手段１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸２９と、該制御軸２９の外周に固定されてロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３０とを備えている。
【００２９】
前記制御軸２９は、図４に示すように、駆動軸１３と並行に機関前後方向に配設され、一端部に設けられたウォーム歯車機構６０を介してアクチュエータである電動モータ３４（ＤＣモータ）によって所定回転角度範囲内で回転するようになっており、後述する規制手段によって回転が規制される小リフトを越えたリフト領域では、連続的に回転して連続的なリフト制御を行うようになっている。
【００３０】
また、前記制御カム３０は、円筒状を呈し、図２に示すように軸心Ｐ１の位置が肉厚部３０ａの分だけ制御軸２９の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００３１】
前記吸気量制御機構８は、図１に示すように、いわゆるバタフライ式のスロットルバルブによって構成され、円盤状のスロットル弁体３８と、該スロットル弁体３８をスロットル軸３９を介して正逆回転させてスロットル開度を制御する図外の作動機構とを備えている。
【００３２】
そして、前記電動モータ３４と前記吸気量制御機構８の作動機構は、機関の運転状態を含む車両の運転状態を検出する前記制御機構９である電子コントローラ３５からの制御信号によって駆動制御されるようになっている。
【００３３】
すなわち、電子コントローラ３５は、図１に示すように、現在の機関回転数を検出するクランク角センサ３６や、前記エアーフローメータ３７、水温センサ及び前記スロットルバルブ３８の開度を検出するスロットル開度検出センサ（フィードバック）、アクセル開度検出センサ、前記制御軸２９の回転位置を検出するポテンションメータ３４、前記燃焼圧センサ４１、空燃比センサ４２及び自動変速機の変速レバーのポジションセンサ、つまり、いわゆるＰ（パーキング）レンジ、Ｄ（ドライブ）レンジ、Ｎ（ニュートラル）レンジ、Ｌ（１速、２速）レンジのポジションを検出するポジションセンサ等の各種センサからの情報信号を入力し、該情報信号に基づいて現在の車両の運転状態を制御マップや演算等により検出して、前記電動モータ３４に回転駆動制御信号を出力していると共に、前記吸入量制御機構８の作動機構にスロットル開度指令信号を出力している。
【００３４】
すなわち、この電子コントローラ３５は、機関中負荷以上乃至中回転以上の領域において、前記可変リフト機構７によって吸気弁６，６が所定小バルブリフトを越えるバルブリフト量に制御されている際には、機関運転状態に応じて電動モータ３４を介して制御軸２９を正逆回転させて回転位置制御するが、小バルブリフト領域に制御された際には、規制手段である規制回路によって前記電動モータ３４を介して前記制御軸２９の回転を所定小トルクにほぼ固定状態に規制するようになっている。
【００３５】
また、電子コントローラ３５は、前記規制回路によって制御軸２９の回転が規制された状態（小バルブリフト状態）では、前記吸気量制御機構８が吸気制御手段である吸気制御回路によって燃焼室３への吸入空気量を制御するようになっている。
【００３６】
つまり、吸気量制御機構８は、前記可変リフト機構７によって吸気弁６が後述する小リフトＬ１（図３参照）に制御されて制御軸２９が規制回路により固定状態に規制されている場合に、この機関運転領域（約１．５ｍｍ範囲）、つまりアイドル運転時か低負荷時あるいは低回転時において前記電子コントローラ３５によってスロットル弁体３８のスロットル開度が連続的に制御されると共に、この規制リフト領域を越える領域に移行した場合はスロットル弁体３８のスロットル開度がほぼ全開乃至大開度になるように制御されるようになっている。
【００３７】
さらに、電子コントローラ３５は、前記規制回路による可変リフト機構７の小バルブリフト制御時における規制リフト量が、前記基本規制リフト（Ｌ１）の他に、規制可変手段である規制可変回路によって車両の運転状態に応じて可変制御するようになっている。
【００３８】
以下、まず、本実施形態の可変リフト機構７による吸気弁６，６の通常のバルブリフト制御を簡単に説明する。
【００３９】
例えば、機関のアイドル運転を含む機関低速低負荷時には、コントローラ３５からの制御信号によって電動モータ３４を介して制御軸２９が図２及び図３に示す時計方向に回転駆動される。このため、制御カム３０は、軸心Ｐ１が図２、図３に示すように、肉厚部３０ａが駆動軸１３から上方向に離間移動し、制御軸２９の軸心Ｐ２から左上方の回動角度位置に保持される。これにより、ロッカアーム端部２３ｂとリンクロッドの枢支点は、駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介してカムノーズ部２１側を強制的に引き上げられて全体が反時計方向へ回動する。
【００４０】
したがって、図２、図３に示すように、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達され、その吸気弁６，６のバルブリフト量Ｌ１は図３示すように小さくなる。
【００４１】
よって、かかる低速低負荷域では、図６の破線で示すように吸気弁６，６のバルブリフト特性（Ｌ１）が小さくなる。このバルブリフトＬ１は、基本的に０．３〜０．４ｍｍよりも大きな約１〜１．５ｍｍになるように設定されており、これはスロットル開度が絞られた場合であっても、アイドル相当の吸気量を確保することが可能なリフト量である。
【００４２】
また、この運転状態においては、機関の前記変動トルクに全く影響されない前記吸気量制御機構８のスロットル弁体３８のスロットル開度が連続的に制御される。
【００４３】
なお、常温クランキング時は、Ｌ１より小さなリフトＬ０に制御しても良い（図６）。このようにすると、クランキング時の動弁起動フリクションが下がるので、良好なクランキング回転の上昇を得ることができ、その後リフト増大制御すれば、良好な機関始動性が得られる。
【００４４】
一方、機関運転領域が低回転低負荷領域からそれ以上の例えば中回転中負荷域〜高回転高負荷域に移行した場合は、コントローラ３５からの制御信号によってスロットル弁体３８の開度量つまりスロットル開度量がほぼ全開乃至大開度状態に制御されると共に、可変リフト機構７によって吸気弁６のリフト量が連続的に制御され、それにより、燃焼室３への吸入空気量が制御される。
【００４５】
すなわち、コントローラ３５からの制御信号により電動モータ３４を介して制御軸２９が反時計方向に回転駆動される。したがって、制御軸２９が、制御カム３０を図３に示す位置から反時計方向の回転角度位置まで回転させ、軸心Ｐ１（肉厚部３０ａ）を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向（下方向）に移動して端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【００４６】
したがって、揺動カム１７のバルブリフター１６上面１６ａに対するカム面２２の当接位置が右方向位置（頂面２２ｄ側）に移動する。このため、駆動カム１５が回転してロッカアーム２３の一端部２３ａをリンクアーム２４を介して押し上げると、バルブリフター１６に対するそのリフト量、つまり吸気弁６，６のバルブリフト量Ｌ２は大きくなる。
【００４７】
よって、かかる運転領域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図６の実線で示すようにバルブリフト特性も大きくなり、各吸気弁１２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し十分なトルク・出力が確保できる。
【００４８】
さらに、このリフト制御中には、スロットル弁体３８がほぼ全開乃至大開度状態に制御されることから、該スロットル弁体３８の絞り作用による機関のポンピングロスが大幅に低減され、所望のトルク出力を確保しつつ燃費を向上させることができる。
【００４９】
次に、前記電子コントローラ３５の主として前記規制回路及び規制可変回路による前記可変リフト機構７の制御を図７〜図１０に示すフローチャート図によって説明する。
【００５０】
まず、図７は自動変速機の前記変速ポジションにより規制リフトを変化させる一例を示し、ステップ１ではクランク角センサ１０とアクセル開度センサから機関回転数Ｎとアクセル開度量Ｖを読み込む。
【００５１】
ステップ２では、前記各センサからの情報信号に基づいて、現在の運転状態がリフト規制領域か否かを判断する。
【００５２】
ここで、規制リフト領域ではないと判断した場合はステップ３に移行して、通常のバルブリフト制御を行ない、規制リフト領域であると判断した場合、つまり小リフトに規制すべき領域になっていると判断した場合は、ステップ４に移行する。ここでは、現在の変速機の変速ポジション（Ｐ、Ｎ、Ｌ、Ｄレンジ）を読み込む。
【００５３】
このステップ４で読み込んだ変速ポジションが、ステップ５でＤレンジか否かを判断し、ここでＤレンジになっていると判断になっていればステップ５に移行して、前述したように規制回路によって電動モータ３４を介して制御軸２９の回転を規制して吸気弁６，６のバルブリフトを前記所定の規制小リフトＬ１にほぼ固定的に規制する。この所定のリフトＬ１は、０．３〜０．４ｍｍの極小リフトではなく、約１〜１．５ｍｍ程度のリフトであり、前述の制御リフト量ばらつき比率が小さく、燃焼ばらつきが少なく、機関の安定性が良好になっている。
【００５４】
また、この間における吸気量はスロットル弁体３８のスロットル開度によって連続的に制御されることから、要求される吸入空気量を確保できる。この結果、燃焼サイクルのばらつきや各気筒間における吸気量のばらつきも十分に抑制され、燃費の向上と機関回転の安定化が図れる。
【００５５】
特に、前記可変リフト機構７によって各吸気弁６，６の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなるため、燃費の向上と機関回転の安定化が一層図れる。
【００５６】
また、ステップ４で読み込んだ変速ポジションがステップ７においてＰレンジであるか否かを判断し、Ｐレンジである場合は、ステップ８に進み、ここでは、規制回路によって規制リフトをＤレンジの場合における基本規制リフトＬ１よりやや大きな規制リフトＬ１ａに制御する。これは、通常はＰレンジで冷機始動が行われるが、この場合は、機関のピストンなどのフリクションが大きいことから規制リフト量を僅かに大きくして吸入空気量を増加させて、フリクションに打ち勝つ出力トルクを発生させるように制御する。これによって機関の良好な始動性を確保することが可能になる。
【００５７】
また、前記ステップ７においてＰレンジではないと判断した場合は、ステップ９に移行し、ここではＮレンジか否かを判断する。ここで、Ｎレンジであると判断した場合は、ステップ１０に進み、ここではＤレンジのＬ１よりもやや小さな規制リフトＬ１ｂに制御する。
【００５８】
このＮレンジの場合は、自動変速機各部のクラッチ、ブレーキが開放されてフリー状態になっていることから、機関の負荷として作用するフリクショントルクが十分に小さい。したがって、規制リフトＬ１ｂを基本規制リフトＬ１よりも小さくしても、前記小さなフリクショントルクに十分に対応できる吸入空気量が確保できると共に、燃費をさらに向上できる。この場合、若干制御リフトのばらつき比率が増加しても、負荷自体が小さいので、機関が不安定になりにくい。
【００５９】
また、ステップ９でＮレンジではないと判断した場合は、ステップ１１に進み、ここではローレンジ（１速乃至２速）か否かを判断する。ローレンジと判断した場合は、ステップ１２において基本規制リフトＬ１よりやや小さくかつＮレンジの規制リフトＬ１ｂよりもやや大きな規制リフトＬ１ｃに制御する。
【００６０】
このローレンジの場合は、機関トルクが大きな減速比を介して車軸に伝達されるので、路面からの同じ走行抵抗に対しては小さな機関トルクで十分になる。したがって、前記比較的小さな規制トルクＬ１ｃに制御することによって燃費の向上が図れる。また、負荷自体が小さいので、機関が不安定になりにくい。
【００６１】
また、これらの変速ポジション毎の吸入空気量制御を、規制リフトの制御ではなく、スロットル開度側を変えて行うことも考えられるが、この場合は、スロットル開度の制御パターンあるいは制御マップを変速ポジション毎に全く変えてしまうことになり、吸気量制御機構８の制御構造が複雑になる。ところが、本実施形態の場合は、変速ポジションに応じて規制リフトを変化させるだけであるから、制御構造が簡素化される。
【００６２】
なお、本実施形態では自動変速機の例について説明したが、いわゆるＣＶＴやマニュアル変速機の場合に適用することもできる。
【００６３】
図８は制御対象を２輪駆動（２ＷＤ）と４輪駆動（４ＷＤ）を切り換え可能な車両における規制リフトの可変制御フローチャートを示している。
【００６４】
すなわち、まずステップ１１では、前述と同じくそれぞれ機関回転数Ｎとアクセル開度量Ｖを読み込み、ステップ１２において機関運転状態がリフト規制領域になっているか否かを判断する。ここでリフト規制領域ではないと判断した場合は、ステップ１３に移行し、ここでは通常のバルブリフト制御を行ってリターンする。
【００６５】
リフト規制領域であると判断した場合は、ステップ１４に進み、ここでは現在の車両の駆動制御状態、つまり２ＷＤと４ＷＤの制御信号を読み取る。次に、ステップ１５では読み込まれた現在の駆動制御状態が４ＷＤであるか否かを判断し、２ＷＤであると判断した場合は、ステップ１６に進む。このステップ１６では電動モータ３４と制御軸２９を介して吸気弁６，６の規制リフトを、基本規制リフトＬ１にする制御処理を行う。２輪駆動中は車両の駆動走行の引きずり抵抗が比較的小さいことから、規制トルクを通常の基本トルクに制御することによって燃費を向上させることが可能になる。
【００６６】
一方、ステップ１５で４ＷＤであると判断した場合は、ステップ１７に移行し、ここでは規制リフトＬ１ｄを基本規制リフトＬ１よりもやや大きなリフトにする制御処理を行う。４ＷＤ駆動時は、駆動走行の引きずり抵抗が大きいことから、機関が発生させなければならないトルクを大きくしなければならない。したがって、大きな規制リフトＬ１ｄに制御して駆動力を確保する。さらに、リフトが大きくなるので、リフトのばらつき率がさらに低減するため、引きずり抵抗が大きくても燃焼を安定させることができる。
【００６７】
図９は車両の累積走行距離に応じて規制リフトを可変制御するフローチャートを示し、ステップ２１では、同じく機関回転数Ｎとアクセル開度量Ｖを読み込む。次に、ステップ２２ではリフト規制領域か否かを判断し、リフト規制領域ではないと判断した場合はステップ２３において通常のバルブリフト制御を行うが、リフト領域であると判断した場合は、ステップ２４に進む。このステップ２４では、現在の累積走行距離を読み込む。
【００６８】
次に、ステップ２５では、累積走行距離が所定の走行距離Ｋ未満か否かを判断し、未満であると判断した場合は、ステップ２６において規制リフトを通常の基本リフトＬ１に制御する処理を行う。
一方、ステップ２５で、未満ではなくそれ以上と判断した場合は、ステップ２７において規制リフトを基本リフトＬ１よりもやや大きなリフトＬ１ｅに制御する。
【００６９】
一般に、車両の累積走行距離が長くなると、吸気弁６，６のバルブリフト量は、バルブクリアランスの経時的変化や動弁機構の各構成部品の摩耗などによって変化していくが、そうした現象によって気筒間のバルブリフトのばらつきが増加し、これによって気筒間の燃焼サイクルのばらつきが発生し易くなる。この結果、機関のアイドル回転の変動や運転性の不良、排気エミッション性能の低下など、機関作動の不安定化を招き易くなる。
【００７０】
そこで、前述のように車両の累積走行距離が十分に長くなった場合は、前述のような規制リフトＬ１ｅをやや大きく制御することによって各気筒間の吸気弁２，２のリフト量のばらつきの発生を抑制することが可能になり、よって良好な運転性を確保できる。
【００７１】
図１０は機関の燃焼圧力変動から機関作動の不安定化を検出して規制リフトを制御するもので、まずステップ３１では、同じく機関回転数Ｎとアクセル開度量Ｖを読み込み、ステップ３２においてリフト規制領域か否かを判断し、リフト規制領域でない場合は、ステップ３３で、通常のバルブリフト量制御を行う。
【００７２】
リフト規制領域であると判断した場合は、ステップ３４にて前記燃焼圧センサ４１から現在の燃焼圧を読み込み、ステップ３５ではこの情報信号に基づいて燃焼圧変動が所定値以上か否かを判断する。
【００７３】
ここで、燃焼圧変動が所定値未満であると判断した場合は、ステップ３６に進み、ここで規制リフト量を通常の基本規制リフトＬ１に制御する処理を行う。一方、所定値と同じまたはそれ以上であると判断した場合は、ステップ３７において規制リフトＬ１ｆを基本規制リフトＬ１よりもやや大きなリフトに制御する。
【００７４】
したがって、燃焼圧力の変動が起きて機関の作動が不安定になる限界まで基本規制リフトＬ１に制御できるので燃費の向上が図れると共に、燃焼圧力の変動が起きた場合は規制リフトＬ１ｆを大きく制御したことから、前述の制御リフトのばらつき比率が低下し、機関作動の不安定化を抑制することができる。
【００７５】
なお、機関の作動状態を検出する方法としては、前記燃焼圧力ばかりかクランク角センサ１０からの機関回転変動の増減から検出しても良く、また空燃比センサ４２からの排気ガスの空燃比のずれを検出して間接的に機関の作動状態を検出することができる。
【００７６】
前記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
（イ） 前記制御機構は、前記検出手段からの検出信号に基づいて機関運転状態が不安定であると検出した際に、前記規制可変手段によって前記規制リフト量を増加させるように制御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。
【００７７】
この発明によれば、機関運転状態が不安定なときだけ規制リフト量を増加するだけなので、実制御リフトのばらつきを必要時にのみ抑制することが可能になり、機関運転状態が安定しているときには、小さく制御された規制リフト量より吸気量制御機構による吸入空気量絞りを低減することによってポンプ損失をより小さくすることができ、燃費を向上させることができる。
（ロ） 前記制御機構は、車両の累積走行距離が所定以上になった際に、前記規制可変手段によって規制リフト量を増加させるように制御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。
【００７８】
一般に、車両の累積走行距離が長くなると、例えば機関弁のバルブシートや可変リフト機構などの各構成部品の摩耗などによってガタが発生して、バルブリフト量が各気筒間でばらつきが発生し易くなるが、この場合、この発明によれば、規制リフト量を増加させるようにしたため、気筒間のばらつきの発生を効果的に抑制できる。しかも、単に距離だけで制御を行うので、システムを簡素化できる。
（ハ） 前記可変リフト機構により機関弁のバルブリフト量が前記規制リフト量を越えて制御された領域の場合は、前記吸気量制御機構による吸入空気量がほぼ最大になるように制御すると共に、前記バルブリフト量が前記規制手段により規制リフト量に制御された際には、前記吸気量制御機構によって吸入空気量を可変制御するようにした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。
【００７９】
この発明によれば、バルブリフト量が、規制手段によって規制リフト量に制御されずに、可変リフト手段による制御範囲になっている場合は、吸入空気量制御を、吸気量制御機構ではなく、可変リフト手段によって主に行い、また、バルブリフト量が、規制手段により規制リフト量に制御されている際には、吸入空気量制御を、吸気量制御機構のみによって行う。これにより、可変リフト機構と吸気量制御機構によって相対的に制御することが可能になる。また、規制リフト領域では、制御リフトのばらつき比率が小であることから、燃焼ばらつきを低減し、他の領域ではポンピングロスをほぼ最大限に低減し、もって、領域トータルで良好な燃費を得ることができる。
（ニ） 前記可変リフト機構は、バルブリフト量を連続的に制御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。
（ホ） 前記可変リフト機構は、機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記駆動カムと揺動カムとを機械的に連係する伝達手段と、機関運転状態に応じて前記伝達手段の揺動支点を前記制御軸を介して変化させる制御手段とを備え、前記制御軸によって前記伝達手段の揺動支点を変化させることにより前記揺動カムのカム面の機関弁の上端に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変制御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。
（へ） 前記吸気量制御機構を、吸気通路の通路断面積を可変にするスロットルバルブによって構成した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。
（ホ） 前記検出手段は、機関の不安定な状態を機関回転数の変化及びまたは排気ガスの空燃比変化によって検出することを特徴とする請求項（イ）に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【００８０】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、前記小リフト制御領域である低負荷領域あるいは低回転領域とは、低負荷中高回転領域を含み、低回転中高負荷領域も含んでいる。また、規制手段としては、前記規制回路のような電子回路の他に、ストッパピンなどを用いた機械的規制手段など、どのような構成のものであってもよい。また、可変リフト機構は油圧式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変動弁装置の一実施形態を示す全体概略図である。
【図２】本実施態様に供される可変リフト機構を示す断面図である。
【図３】可変リフト機構の最小バルブリフト制御時の作用を示す説明図である。
【図４】本実施形態に供される可変リフト機構の要部斜視図である。
【図５】本発明の制御ブロック図である。
【図６】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフト特性図である。
【図７】本実施形態の変速ポジション切り換えを制御対象とした制御フローチャート図である。
【図８】車両の２輪駆動と４輪駆動の切換を制御対象とした制御フローチャート図である。
【図９】車両の累積走行距離を制御対象とした制御フローチャート図である。
【図１０】機関の燃焼圧を制御対象とした制御フローチャート図である。
【図１１】従来の可変動弁装置における実際の制御リフト量と理論リフト量とを示す特性図である。
【符号の説明】
Ａ…可変リフト機構
Ｂ…吸気量制御機構
Ｃ…制御機構
Ｄ…各種検出手段
Ｅ…メイン制御回路
Ｆ…規制手段
Ｇ…吸気制御手段
Ｈ…規制可変手段
２…シリンダヘッド
６…吸気弁
７…可変リフト機構
８…吸気量制御機構
９…制御機構
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１７…揺動カム
１８…伝達手段
１９…可変手段
３５…電子コントローラ
Claims (4)
- 機関運転状態の変化に伴い機関弁のバルブリフト量及び機関への吸入空気量を可変制御する可変リフト機構と、機関への吸入空気量を制御するスロットルバルブと、前記可変リフト機構とスロットルバルブの作動を制御する制御機構とを備え、
前記制御機構は、低リフト制御時には、前記可変リフト機構の作動位置を、アイドル相当の吸気量を確保可能な作動位置規制リフト量に規制する規制手段と、該規制手段により可変リフト機構の作動位置が規制された制御状態時において、機関への吸入空気量をスロットルバルブによって制御させる吸気制御手段と、
を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
前記規制手段による可変リフト機構の作動位置規制リフト量を、機関の燃焼圧力変動が所定値以上となった際に大きくなるように可変制御する規制可変手段を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 機関運転状態の変化に伴い機関弁のバルブリフト量及び機関への吸入空気量を可変制御する可変リフト機構と、機関への吸入空気量を制御するスロットルバルブと、前記可変リフト機構とスロットルバルブの作動を制御する制御機構とを備え、
前記制御機構は、低リフト制御時には、前記可変リフト機構の作動位置を、アイドル相当の吸気量を確保可能な作動位置規制リフト量に規制する規制手段と、該規制手段により可変リフト機構の作動位置が規制された制御状態時において、機関への吸入空気量をスロットルバルブによって制御させる吸気制御手段と、
を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
前記規制手段による可変リフト機構の作動位置規制リフト量を、機関の回転数変動が所定値以上となった際に大きくなるように可変制御する規制可変手段を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 機関運転状態の変化に伴い機関弁のバルブリフト量及び機関への吸入空気量を可変制御する可変リフト機構と、機関への吸入空気量を制御するスロットルバルブと、前記可変リフト機構とスロットルバルブの作動を制御する制御機構とを備え、
前記制御機構は、低リフト制御時には、前記可変リフト機構の作動位置を、アイドル相当の吸気量を確保可能な作動位置規制リフト量に規制する規制手段と、該規制手段により可変リフト機構の作動位置が規制された制御状態時において、機関への吸入空気量をスロットルバルブによって制御させる吸気制御手段と、
を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
前記規制手段による可変リフト機構の作動位置規制リフト量を、排ガスの空燃比変化が所定値以上となった際に大きくなるように可変制御する規制可変手段を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 前記作動位置規制リフト量を１〜１．５ｍｍのリフト量とし、前記規制可変手段は、作動位置規制リフト量を１．５ｍｍよりも大きなリフト量に制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
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