JP4776447B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関始動性能の向上を図り得る内燃機関の可変動弁装置に関する。

周知のように、内燃機関の始動時の排気エミッションの規制強化やハイブリット車による再始動頻度の増加に伴って始動初期における機関弁、特に吸気弁の開閉時期（バルブタイミング）を高精度に制御することが望まれている。

これらを実現するためにカムシャフトに固定されたベーンとタイミングスプロケットの相対回転位相を油圧によって変化させて、機関弁の開閉時期を始動時などの機関運転状態に応じて可変制御し得る可変動弁装置が種々提供されている。

ところが、かかる油圧式の可変動弁装置は、始動時のような機関の極低回転時では制御油圧が低く切り換え動力が不足していると共に、クランキング時には、クランキング回転方向とは逆の遅角側に保持されやすいことに加え、各構成部品のフリクションなどに起因して、進角側への速やかな切り換え応答性が低下してしまう。

そこで、これらの対策の一つとして、例えば、以下の特許文献１に記載されている可変動弁装置が提供されている。

この可変動弁装置は、吸気弁側に位相変換機構が設けられ、機関停止時に、ある程度進角した位置でベーンをロックピンによって固定し、再始動時にある程度進角した状態で始動させるようにしたものである。これによって、排気弁と吸気弁との適度のバルブオーバラップと吸気弁の閉時期を下死点に近づけて燃焼を安定させることによって冷機エミッションの低減化などを図れるなどの始動性能の向上が期待されている。
特開２００５−２３３０４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された内燃機関の可変動弁装置にあっては、車両の急ブレーキやエンストなどの機関の種々の停止態様下において、ロックピンと該ロックピンが係合する係合穴とを合致させて確実に係合ロックさせるのは困難である。したがって、機関停止後のベーンの挙動が不安定になり、先の従来技術と同じく、冷機始動時の確実なエミッション低減効果が得られないおそれがある。

また、仮にロックピンを係合穴に係合ロックさせたとしても、次の始動時の状態が冷機状態になっているとは限らず、もし暖機状態であったならば、バルブオーバラップが大きいことに起因して、アイドリング回転が不安になるといった問題を招来する。

本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題に鑑みて案出したもので、機関始動時において第２可変機構の位相が始動に適していない場合でも、第１可変機構が機関の状態に応じて機関弁の開閉時期を強制的に変更して、始動性能を向上させることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、機関の停止またはクランキング中に機関弁の作動特性を制御可能な第１可変機構と、前記機関弁の作動状態を第１可変機構とは別に制御する第２可変機構と、を備え、前記機関のクランキング開始前の前記第２可変機構の作動状態に応じて、クランキング開始前またはクランキング中に、前記機関の所定の始動条件を満足するように前記第１可変機構の作動を制御する制御信号をクランキングに先立って出力し、前記第１可変機構の制御電流のピーク値から所定の遅延時間をもってクランキングを開始することを特徴としている。

この発明によれば、例えば、第２可変機構の作動不良などによって、機関停止時に制御された機関弁の開閉時期が、クランキング前の時点で機関始動に適した目標の開閉時期から乖離している場合に、電動アクチュエータなどによって第１可変機構によって機関弁の特性を変化させて開閉時期を制御する。これによって、所望の例えばクランキング回転が容易な始動性能を得ることができる。

なお、前記機関の始動性は、必ずしもクランキング回転の容易さだけではなく、機関燃焼時のＨＣ（ハイドロカーボン）などのエミッションを低減させるような機関弁の開閉時期を目標設定値とすることも可能である。

以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態は、いわゆる４サイクルの多気筒内燃機関で吸気弁側に適用したものを示している。

まず、本発明における内燃機関全体の構成を、図１に基づいて概略を説明すると、シリンダブロックＳＢ内に形成されたシリンダボア内に上下摺動自在に設けられたピストン０１と、シリンダヘッドＳＨの内部にそれぞれ形成された吸気ポートＩＰ及び排気ポートＥＰと、該シリンダヘッドＳＨに摺動自在に設けられて前記吸、排気ポートＩＰ，ＥＰの開口端を開閉する一気筒当たりそれぞれ一対の吸気弁４，４及び排気弁５，５とを備えている。

前記ピストン０１は、クランクシャフト０２にコンロッド０３を介して連結されていると共に、冠面とシリンダヘッドＳＨの下面との間に燃焼室０４を形成している。

前記吸気ポートＩＰに接続された吸気管Ｉの吸気マニホルドＩａの上流側の内部には、吸入空気量を制御するスロットルバルブＳＶが設けられていると共に、下流側に図外の燃料噴射弁が設けられている。また、前記シリンダヘッドＳＨのほぼ中央には、点火栓０５が設けられている。

前記クランクシャフト０２は、ピニオンギア機構０６を介して電動式スタータモータ０７によって正逆回転可能になっている。

そして、前記可変動弁機構としての可変手段は、図１及び図２に示すように、両吸気弁４，４のバルブリフト及び作動角（開期間）を制御する第１可変機構であるリフト可変機構（ＶＥＬ）１と、吸気弁４，４のリフト位相を制御する第２可変機構であるバルブタイミング可変機構（ＶＴＣ）２とから構成されている。

前記リフト可変機構１は、本出願人が先に出願した例えば特開２００３−１７２１１２号公報などに記載されたものと同様の構成であるから、簡単に説明
すると、シリンダヘッドＳＨの上部の軸受に回転自在に支持された中空状の駆動軸６と、該駆動軸６の外周面に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム７と、駆動軸６の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁４，４の上端部に配設されたバルブリフター８、８の上面に摺接して各吸気弁４，４を開作動させる２つの揺動カム９，９と、駆動カム７と揺動カム９，９との間に介装されて、駆動カム７の回転力を揺動運動に変換して揺動カム９，９に揺動力として伝達する伝達機構とを備えている。

前記駆動軸６は、一端部に設けられたタイミングスプロケット３０を介して前記クランクシャフト０２から図外のタイミングチェーンによって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（矢印方向）に設定されている。

前記駆動カム７は、ほぼリング状を呈し、内部軸方向に形成された駆動軸挿通孔を介して駆動軸６に貫通固定されていると共に、カム本体の軸心が駆動軸６の軸心から径方向へ所定量だけオフセットしている。

前記両揺動カム９は、図２及び図３などにも示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状のカムシャフト１０の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト１０が内周面を介して駆動軸６に回転自在に支持されている。また、下面にカム面９ａが形成され、カムシャフト１０の軸側の基円面と、該基円面からカムノーズ部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の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面が形成されており、該基円面とランプ面及びリフト面が、揺動カム９の揺動位置に応じて各バルブリフター８の上面の所定位置に当接するようになっている。

前記伝達機構は、駆動軸６の上方に配置されたロッカアーム１１と、該ロッカアーム１１の一端部１１ａと駆動カム７とを連係するリンクアーム１２と、ロッカアーム１１の他端部１１ｂと揺動カム９とを連係するリンクロッド１３とを備えている。

前記ロッカアーム１１は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カムに回転自在に支持されていると共に、一端部１１ａがピン１４によってリンクアーム１２に回転自在に連結されている一方、他端部１１ｂがリンクロッド１３の一端部１３ａにピン１５を介して回転自在に連結されている。

前記リンクアーム１２は、比較的大径な円環状の基部１２ａの中央位置に前記駆動カム７のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔が形成されている一方、突出端１２ｂが前記ピン１４によってロッカアーム一端部１１ａに連結されている。

前記リンクロッド１３は、他端部１３ｂがピン１６を介して揺動カム９のカムノーズ部に回転自在に連結されている。

また、駆動軸６の上方位置に同じ軸受部材に制御軸１７が回転自在に支持されていると共に、該制御軸１７の外周に前記ロッカアーム１１の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム１１の揺動支点となる制御カム１８が固定されている。

前記制御軸１７は、駆動軸６と並行に機関前後方向に配設されていると共に、駆動機構１９によって回転制御されている。一方、前記制御カム１８は、円筒状を呈し、軸心位置が制御軸１７の軸心から所定分だけ偏倚している。

前記駆動機構１９は、図外のハウジングの一端部に固定された電動モータ２０と、ハウジングの内部に設けられて電動モータ２０の回転駆動力を前記制御軸１７に伝達するボール螺子伝達手段２１とから構成されている。

前記電動モ−タ２０は、比例型のＤＣモータによって構成され、機関運転状態を検出する制御機構であるコントローラ２２からの制御信号によって駆動するようになっている。

このコントローラ２２は、現在の機関回転数Ｎ（ｒｐｍ）をクランク角から検出するクランク角センサ２７からの出力信号や、エアーフローメータからの吸入空気量（負荷）、その他、アクセル開度センサ、車速センサ、ギア位置センサ、機関本体の温度Ｔ１を検出する機関冷却水温センサなどから各種情報信号から現在の機関運転状態を検出している。また、駆動軸６の回転角度を検出する駆動軸角度センサ２８からの検出信号や大気湿度センサからの大気湿度Ｈ１を入力するようになっている。

前記ボール螺子伝達手段２１は、電動モータ２０の駆動シャフトとほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸２３と、該ボール螺子軸２３の外周に螺合する移動部材であるボールナット２４と、前記制御軸１７の一端部に直径方向に沿って連結された連係アーム２５と、該連係アーム２５と前記ボールナット２４とを連係するリンク部材２６とから主として構成されている。

前記ボール螺子軸２３は、両端部を除く外周面全体に所定幅のボール循環溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、一端部が電動モータ２０の駆動シャフトに結合され、かかる結合によって電動モータ２０の回転駆動力を前記ボール螺子軸２３に伝達すると共に、ボール螺子軸２３の軸方向の僅かな移動を許容している。

前記ボールナット２４は、ほぼ円筒状に形成され、内周面に前記ボール循環溝と共同して複数のボールを転動自在に保持するガイド溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、各ボールを介してボール螺子軸２３の回転運動をボールナット２４に直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。また、このボールナット２４は、コイルスプリング３１のばね力によって電動モータ２０側に付勢されて、ボール螺子軸２３との間のバックラッシ隙間が消失されるようになっている。

以下、前記リフト可変機構１の基本作動を説明すると、所定の運転領域で、前記コントローラ２２からの電動モータ２０への通電制御によって回転駆動し、該電動モータ２０の回転トルクによってボール螺子軸２３が一方向へ回転すると、ボールナット２４が最大一方向（電動モータ２０に接近する方向）へ直線状に移動し、これによって制御軸１７がリンク部材３９と連係アーム２５を介して一方向へ回転する。

したがって、制御カム１８は、図３Ａ、Ｂ（リアビュー）に示すように、軸心が制御軸１７の軸心の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸６から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム１１の他端部１１ｂとリンクロッド１３の枢支点は、駆動軸６に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム９は、リンクロッド１３を介してカムノーズ部側が強制的に引き上げられて全体が図３に示す反時計方向へ回動する。

よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター１６に伝達され、これによって、吸気弁４，４は、そのバルブリフト量が図５のバルブリフト曲線で示すように小リフト（Ｌ１）になり、その作動角Ｄ１（クランク開弁期間の半分）が小さくなる。

したがって、デコンプ効果と小リフト低フリクション効果、燃費効果などが得られる。

そして、別の運転状態では、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０が逆回転して、この回転トルクがボール螺子軸２３に伝達されて回転すると、この回転に伴ってボールナット２４が反対方向へ直線移動する。これにより、制御軸１７が、図３中、反時計方向（電動モータ２０から離れる方向）へ所定量だけ回転駆動する。

このため、制御カム１８は、軸心が制御軸１７の軸心から所定量だけ下方の回転角度位置に保持され、肉厚部が下方へ移動する。このため、ロッカアーム１１は、全体が図３の位置から時計方向へ移動して、これによって各揺動カム９がリンク部材１３を介してカムノーズ部側が強制的に押し下げられて、全体が時計方向へ僅かに回動する。

したがって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンク部材１３を介して各揺動カム９及びバルブリフタ８に伝達され、吸気弁４，４のリフト量が図５に示すように、中リフト（Ｌ２）になり、作動角Ｄ２も大きくなる。これによって、吸気弁４，４の閉時期が遅角側の下死点近傍に制御されることから、有効圧縮比が高くなって冷機始動時などにおける燃焼が良好になる。また、新気の充填効率も高くなって燃焼トルクも大きくなる。

また、機関が暖まった後の低回転低負荷域では、例えば、リフトを小リフトＬ１に制御し、バルブタイミング可変機構２によって遅角制御すれば、排気弁５，５とのバルブオーバーラップが小さくなって、燃焼が安定し、また小リフトで動弁フリクションが小さいことから燃費を向上させることもできる。

また、中負荷域などで、コントローラ２２によって前述と同じく中リフト（Ｌ２）付近に制御し、バルブタイミング可変機構２によってリフト位相が進角制御すれば、排気弁５，５とのバルブオーバーラップが大きくなり、ポンピングロスが低下するため、燃費が向上する。

また、高回転高負荷領域に移行した場合などは、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０がさらに逆回転し、制御軸１７は、制御カム１８をさらに反時計方向へ回転させて、図４Ａ、Ｂに示すように軸心を下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム１１は、全体がさらに駆動軸６方向寄りに移動して他端部１１ｂが揺動カム９のカムノーズ部をリンクロッド１３を介して下方へ押圧して該揺動カム９全体を所定量だけさらに時計方向へ回動させる。

よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター８に伝達されるが、そのバルブリフト量は図５に示すようにＬ２からＬ３に連続的に大きくなる。その結果、高回転域での吸気充填効率を高め、もって出力を向上させることができる。

すなわち、吸気弁４，４のリフト量は、機関の運転状態に応じて小リフトのＬ１から大リフトＬ３まで連続的に変化するようになっており、したがって、各吸気弁４，４の作動角も小リフトＤ１から大リフトのＤ３まで連続的に変化する。

前記バルブタイミング可変機構２は、いわゆるベーンタイプのものであって、図６及び図７に示すように、前記駆動軸６に回転力を伝達するタイミングスプロケット３０と、前記駆動軸６の端部に固定されてタイミングスプロケット３０内に回転自在に収容されたベーン部材３２と、該ベーン部材３２を油圧によって正逆回転させる油圧回路３３とを備えている。

前記タイミングスプロケット３０は、前記ベーン部材３２を回転自在に収容したハウジング３４と、該ハウジング３４の前端開口を閉塞する円板状のフロントカバー３５と、ハウジング３４の後端開口を閉塞するほぼ円板状のリアカバー３６とから構成され、これらハウジング３４及びフロントカバー３５，リアカバー３６は、４本の小径ボルト３７によって駆動軸６の軸方向から一体的に共締め固定されている。

前記ハウジング３４は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の約９０°位置に４つの隔壁であるシュー３４ａが内方に向かって突設されている。

この各シュー３４ａは、横断面ほぼ台形状を呈し、ほぼ中央位置に前記各ボルト３７の軸部が挿通する４つのボルト挿通孔３４ｂが軸方向へ貫通形成されていると共に、各内端面の高位部位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝内に、コ字形のシール部材３８と該シール部材３８を内方へ押圧する図外の板ばねが嵌合保持されている。

前記フロントカバー３５は、円盤プレート状に形成されて、中央に比較的大径な支持孔３５ａが穿設されていると共に、外周部に前記ハウジング３４の各ボルト挿通孔に対応する位置に図外の４つのボルト孔が穿設されている。

前記リアカバー３６は、後端側に前記タイミングチェーンが噛合する歯車部３６ａが一体に設けられていると共に、ほぼ中央に大径な軸受孔３６ｂが軸方向に貫通形成されている。

前記ベーン部材３２は、中央にボルト挿通孔を有する円環状のベーンロータ３２ａと、該ベーンロータ３２ａの外周面の周方向のほぼ９０°位置に一体に設けられた４つのベーン３２ｂとを備えている。

前記ベーンロータ３２ａは、前端側の小径筒部が前記フロントカバー３５の支持孔３５ａに回転自在に支持されている一方、後端側の小径な円筒部が前記リアカバー３６の軸受孔３６ｂに回転自在に支持されている。

また、ベーン部材３２は、前記ベーンロータ３２ａのボルト挿通孔に軸方向から挿通した固定ボルト３９によって駆動軸６の前端部に軸方向から固定されている。

前記各ベーン３２ｂは、その内の３つが比較的細長い長方体形状に形成され、他の１つが比較的大きな台形状に形成されて、前記３つのベーン３２ｂはそれぞれの幅長さがほぼ同一に設定されているのに対して１つのベーン３２ｂはその幅長さが前記３つのものよりも大きく設定されて、ベーン部材３２全体の重量バランスが取られている。

また、各ベーン３２ｂは、各シュー３４ａ間に配置されていると共に、各外面の軸方向に形成された細長い保持溝内に前記ハウジング３４の内周面に摺接するコ字形のシール部材４０及び該シール部材４０をハウジング３４の内周面方向に押圧する板ばねが夫々嵌着保持されている。また、各ベーン３２ｂの前記駆動軸６の回転方向と反対側のそれぞれの一側面には、ほぼ円形状の２つの凹溝３２ｃがそれぞれ形成されている。

また、この各ベーン３２ｂの両側と各シュー３４ａの両側面との間に、それぞれ４つの進角室である進角室４１と遅角室である遅角室４２がそれぞれ隔成されている。

前記油圧回路３３は、図６に示すように、前記各進角室４１に対して作動油の油圧を給排する第１油圧通路４３と、前記各遅角室４２に対して作動油の油圧を給排する第２油圧通路４４との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路４３，４４には、供給通路４５とドレン通路４６とが夫々通路切替用の電磁切替弁４７を介して接続されている。前記供給通路４５には、オイルパン４８内の油を圧送する一方向のオイルポンプ４９が設けられている一方、ドレン通路４６の下流端がオイルパン４８に連通している。

前記第１、第２油圧通路４３，４４は、円柱状の通路構成部３９の内部に形成され、この通路構成部３９は、一端部が前記ベーンロータ３２ａの小径筒部から内部の支持穴３２ｄ内に挿通配置されている一方、他端部が前記電磁切替弁４７に接続されている。

また、前記通路構成部３９の一端部の外周面と支持穴１４ｄの内周面との間には、各油圧通路４３，４４の一端側間を隔成シールする３つの環状シール部材２７が嵌着固定されている。

前記第１油圧通路４３は、前記支持穴３２ｄの駆動軸６側の端部に形成された油室４３ａと、ベーンロータ３２ａの内部にほぼ放射状に形成されて油室４３ａと各進角室４１とを連通する４本の分岐路４３ｂとを備えている。

一方、第２油圧通路４４は、通路構成部３９の一端部内で止められ、該一端部の外周面に形成された環状室４４ａと、ベーンロータ３２の内部にほぼＬ字形状に折曲形成されて、前記環状室４４ａと各遅角室４２と連通する第２油路４４ｂとを備えている。

前記電磁切替弁４７は、４ポート３位置型であって、内部の弁体が各油圧通路４３、４４と供給通路４５及びドレン通路４６とを相対的に切り替え制御するようになっていると共に、前記コントローラ２２からの制御信号によって切り替え作動されるようになっている。

このコントローラ２２は、リフト可変機構１と共通のものであって、機関運転状態を検出すると共に、クランク角センサ２７及び駆動軸角度センサ２８からの信号によってタイミングスプロケット３０と駆動軸６との相対回転位置を検出している。

そして、前記電磁切換弁４７の中立位置への切り換え作動によって、機関始動時には、前記進角室４１と遅角室４２に作動油を積極的に供給しないようになっている。

また、前記各ベーン３２ｂの一側面と該一側面に対向する各シュー３４ａの対向面１０ｂとの間には、ベーン部材３２を進角側へ回転付勢する付勢手段である一対のコイルスプリング５５、５６がそれぞれ配置されている。

この２つのコイルスプリング５５，５６は、図７、図８では、両者が重なるように見えるが、実際にはそれぞれ独立して形成されて互いに並列に形成されていると共に、それぞれの軸方向の長さ（コイル長）は、前記ベーン３２ｂの一側面とシュー３４ａの対向面との間の長さよりも大きく設定されて、両者とも同一の長さに設定されている。

各コイルスプリング５５，５６は、最大圧縮変形時に互いが接触しない軸間距離をもって並設されていると共に、各一端部が各シュー３４ａの凹溝３２ｃに嵌合する図外の薄板状のリテーナを介して連結されている。また、この両コイルスプリング５５，５６のばね力は、比較的小さく設定されて、クランキング時は、ベーン部材３２の摺動抵抗により、該ベーン部材３２は遅角方向に取り残されるが、それを中間位置付近まで押し戻せる程度に設定されている。

以下、バルブタイミング可変機構２の基本的な作動を説明する。

まず、機関停止時には、コントローラ２２から電磁切換弁４７に対する制御電流の出力が停止されて、弁体が供給通路４５と遅角側の第２油圧通路４４とを連通する。しかし、機関回転数が零になると、オイルポンプ４９の油圧が作用せず、供給油圧も零になってしまう。

ここで、ベーン部材３２は、機関停止直前にタイミングスプロケット３０が図７の時計方向へ回転していることから、ハウジング３４との間のフリクションによって遅角側に（反時計方向）に取り残されようとする。ここで、前記各コイルスプリング５５，５６のばね力は、進角側に付勢しているが、この付勢力は比較的弱くベーン部材３２を最遅角まで回動させるまでに至らず、したがって、ベーン部材３２は、遅角側よりの中間位置付近に安定的に保持される。

次に、機関始動時、つまりイグニッションスイッチをオン操作して、スタータモータ０７を回転駆動させてクランクシャフト０２をクランキング回転させると、この時点ではベーン部材３２は、中間位置付近に保持されていることから、閉時期（ＩＶＣ）が下死点に近くなって有効圧縮比が高くなり、良好な始動性を確保できる。また、適度なバルブオーバラップがあるため、冷機エミッションが改善される。

その後、暖機が進むと、コントローラ２２から出力された制御信号によって電磁切換弁４７が供給通路４５と第２油圧通路４４を連通させると共に、ドレン通路４６と第１油圧通路４３とを連通させる。このため、オイルポンプ４９から圧送された油圧は、第２油圧通路４４を通って遅角室４２に供給される一方、進角室４１には、機関停止時と同じく油圧が供給されずドレン通路４６から油圧がオイルパン４８内に排出されて低圧状態を維持している。

したがって、ベーン部材３２は、遅角室４２内の高圧化に伴い各コイルスプリング５５，５６のばね力に抗して図８に示すように、図中反時計方向へ回転する。これによって、駆動軸６がタイミングスプロケット３０に対して遅角側に相対回転する。

このため、吸気弁４，４の閉時期が図１０の実線に示すように遅くなるので、バルブオーバラップが減少し、燃焼が良好になる。これにより、アイドリング回転の安定化が図れる。

その後、車両が走行を開始して、例えば所定の低回転中負荷域に移行すると、コントローラ３９からの制御信号によって電磁切換弁４７が作動して、供給通路４５と第１油圧通路４３を連通させる一方、ドレン通路４６と第２油圧通路４４を連通させる。

したがって、今度は遅角室４２内の油圧が第２油圧通路４４を通ってドレン通路４６からオイルパン４８内に戻され、該遅角室４２内が低圧になる一方、進角室４１内に油圧が供給されて高圧となる。

したがって、ベーン部材３２は、かかる進角室４１内の高圧化と、各コイルスプリング５５，５６のばね力によって図中時計方向へ回転し、タイミングスプロケット３０に対する駆動軸６の相対回転位相を進角側に変換する。一方、リフト可変機構１によって吸気弁４，４は、やや大作動角に制御される。これによって、吸気弁４，４と排気弁５，５とのバルブオーバーラップが大きくなる。このため、ポンピング損失が小さくなって燃費の向上が図れる。

さらに、機関の低回転域から通常の中回転域、さらに高回転域に移行すると、ベーン部材３２が、図８に示すように、進角室４１に供給された油圧は低下して、逆に遅角室４２の油圧は上昇し、各コイルスプリング５５，５６のばね力に抗して、タイミングスプロケット３０と駆動軸６の相対回転位相を遅角側に変換する。これによって、前記リフト可変機構１との最大リフト制御と相俟って吸気弁４，４と排気弁５，５とのバルブオーバラップをある程度確保しつつ吸気弁４，４の閉時期が十分に遅れて、新気の吸入効率（充填効率）が向上する。これによって、機関の出力を向上させることが可能になる。

次に、本実施形態における前記コントローラ２２による始動性向上のための制御を図９に基づいて説明する。

まず、ステップ１では、前記イグニッションキースイッチがオンになっているか否かを判別する。ここで、オンになっていない場合は機関停止状態であるから、そのままリターンするが、オンになっている場合は、ステップ２に移行する。

このステップ２では、前記クランク角センサ２７からの現在の機関回転数Ｎや機関冷却水温センサからの機関本体温度Ｔ１、大気湿度センサからの大気湿度Ｈ１などの情報信号を読み込んで、現在の機関状態を検出する。

ステップ３では、前記クランク角センサ２７と駆動軸角度センサ２８と（絶対角度センサ）のそれぞれの角度位置情報から前記バルブタイミング可変機構２の現在の作動位置を検出する。

続いて、ステップ４では、同じく前記リフト可変機構１の現在の作動位置、つまり作動角（リフト）を制御軸角センサ２９から読み込む。

ステップ５では、良好な始動性を得るため、バルブタイミング可変機構２の現在の作動位置を前提に前記リフト制御機構１の目標位置を演算によって算出し、ステップ６では、リフト可変機構１を前記目標位置に切り換え制御する電流を前記電動モータ２０に出力する。

すなわち、バルブタイミング可変機構２の作動位置が、誤作動などによって、予想の位置からずれていた場合に、それを見越してリフト可変機構１の目標位置を補正することになる。

具体的には、例えば図１０の実線ａに示すように、吸気弁４，４の開閉時期が目標位置（破線ａ）よりも遅角側となって、閉時期（ＩＶＣ）が予想位置（破線ａ）よりも遅角側になっていた場合には、有効圧縮比が低下して始動性に支障を来すおそれがある。そこで、図１０の実線ｂに示すように、リフト可変機構１よって作動角縮小制御を行い、吸気弁４，４のＩＶＣを早める目標位置に補正制御して、有効圧縮比を高めると共に、吸入空気量を増加させて始動性を向上させるのである。

また、機関本体の温度Ｔ１が低いとメカニカルなフリクションが増加するので、始動に必要な吸入空気量（容積）も増加させる。一方、大気湿度Ｈ１が高い場合には、トルクが減少するため、始動に必要な吸入空気量（容積）が増加する。この温度Ｔ１と湿度Ｈ１により必要吸入空気量（容積）のさらなる補正値が決定され、それによって、前記閉時期ＩＶＣをさらに補正する。すなわち、現在の閉時期ＩＶＣ位置を前提として始動性の考慮、さらに機関本体温度Ｔ１や湿度Ｈ１などによって理想的なバルブタイミングになるようにリフト可変機構１の位置を目標値として算出するのである。（なお、閉時期ＩＶＣ以外のパラメータ考慮も可能である。また、例えば、バルブオーバラップでエミッション低減制御することも可能である。）
続いて、ステップ７では、前記電動モータ２０への電流値Ｉを読み込み、ステップ８で、その電流値Ｉがピークを越えたか否かを判別する。

ここで、前記電流値Ｉがピークを越えない場合はステップ７に戻るが、越えたと判別した場合は、ステップ９に移行し、ここでスタータモータ０７に通電してクランキングを開始させる。つまり、図１１に示すように、リフト可変機構１の電動モータ２０の電流値ＩのピークＴｐを越えた時点で、スタータモータ０７への通電を開始する。このため、電動モータ２０とスタータモータの電流値ＩのピークＴｐが重ならないため、バッテリー電源の負荷を軽減することができる。

次に、ステップ１０では、クランキングが開始されてクランクシャフト０２の回転が上昇すると、燃料噴射や点火といった完爆制御が行われ、円滑な始動が終了する。

図１２は第２の実施形態におけるコントローラ２２の制御フローチャートを示しており、暖機始動などの始動振動が発生し易い状態を想定している。ステップ１１〜１４までは、前記第１実施形態の図９に示すステップ１〜４と同じく、イグニッションキースイッチがオンされた場合に、各種センサからの情報信号を読み込んで機関の状態を検出すると共に、現在のバルブタイミング可変機構２の位置やリフト可変機構１の位置を検出する。

そして、ステップ１５では、クランク角センサ２７から読み込まれた現在のクランク角に基づいて吸入圧縮行程にある気筒のピストンの位置が下死点よりも所定以上乖離しているか否かを判別する。ここで、所定以上乖離していると判別した場合、つまり図１３に示すようにクランク停止位置が通常位置Ｑである場合は、ステップ１６において、第１実施形態のステップ５に記載した方法によって機関始動に適したリフト可変機構１の目標位置を演算する。

ステップ１５において、所定以上乖離しておらず、下死点位置あるいはその近傍に位置していると判別した場合（図１３の異常位置Ｑ１にある場合）には、ステップ１７に移行する。

このステップ１７では、電動モータ２０に通電してリフト可変機構１の目標位置を図１３に示すように吸気弁４，４の作動角が大作動角Ｚとなるように制御する。すなわち、ピストンが下死点あるいは下死点付近に位置している場合は、吸気弁４，４の作動角Ｚ１は小作動角Ｚ１になっており、吸気弁４，４の閉時期ＩＶＣが下死点位置から離れた位置になっていることから、機関停止中に、シリンダ内に空気が侵入している。この状態で、クランキングすると、初回クランキングの際に、コンプレッションが過大となって大きな振動が発生してしまうおそれがある。

そこで、前記ステップ１７では、現在のバルブタイミング可変機構２の位置を前提として、リフト可変機構１によって吸気弁４，４の作動角を目標の大作動角Ｚに制御すれば、閉時期ＩＶＣが下死点位置から遅れた目標位置になり、したがって、下死点付近では吸気弁４，４が開いている状態に切り替わることから、初回クランキングの際に、前記補正された下死点後の閉時期ＩＶＣから初めて圧縮が開始される。このため、前述したコンプレッションが低下して、振動を防止できるのである。

次に、ステップ１８では、前記ステップ１６あるいは１７で決定された前記リフト可変機構１の目標位置になるように、電動モータ２０に切り換え用の通電を行う。

次に、ステップ１９では、前記電動モータ２０の作動によって切り換えられたリフト可変機構１の現在の作動位置を制御軸角センサ２９によって検出してこれを読み込む。

ステップ２０において、リフト可変機構１が前記目標位置に達したか否かを判別し、達していないと判別した場合は、ステップ１９に戻るが、達していると判別した場合は、ステップ２１に移行する。

このステップ２１では、スタータモータ０７に通電してクランキングを開始する処理を行い、ステップ２２では、燃料噴射や点火制御を行って、初回クランキングに適したバルブタイミングによる完爆制御を行い、これによって、より高い精度の始動性能を確保できる。

図１４は第３の実施形態におけるコントローラ２２のフローチャートを示し、これは、バルブタイミング可変機構２の位置検出をクランキング前に行うのではなく、前回の機関停止直前に行うもので、位置検出の際に、駆動軸６が回転している点が前記他の実施形態と異なっている。

すなわち、前回の機関運転中において、適宜、バルブタイミング可変機構２の位置をトリガータイプのセンサによって検出し、コントローラ２２のメモリーにそのデータを予め記憶させておく。

そして、ステップ２１において、イグニッションキースイッチがオフされた場合に、ステップ２２では、即座にバルブタイミング可変機構２の現在の位置をトリガータイプのピックアップ型センサの検出信号とクランク角センサ２７の検出信号と対比することによりバルブタイミング可変機構２の位置を検出して前記同様にメモリーに記憶させる。これらにより検出されたバルブタイミング可変機構２の位置は機関停止後もコントローラ２２のメモリーに記憶しておく。

ステップ２３では、エンストのように瞬間的に機関が停止してしまった場合は、最新のメモリーがバルブタイミング可変機構２の位置として記憶される。

次に、ステップ２４においては、イグニッションキースイッチがオンされているか否かを判別し、オンされていない場合はそのままリターンするが、オンされている場合は、ステップ２５に移行する。

このステップ２５では、前述と同じく各種センサによって現在の機関状態を検出し、ステップ２６では前述と同じ方法でリフト可変機構１の現在の位置を検出し、その後、ステップ２７では、ステップ２２で前回機関停止時に記憶されたバルブタイミング可変機構１の位置を前提としてリフト可変機構１の目標位置を検出する。

続いて、ステップ２８ではリフト可変機構１の電動モータ２０に目標位置に作動するように切り換え制御用の電流を出力するわけであるが、このステップを含めた以下のステップ２９〜３２は前記第２実施形態のステップ１８〜２２と同じ処理を行う。

したがって、この実施形態では、前述のように、バルブタイミング可変機構２の位置センサとして高価な絶対角度センサを用いないで、回転中のみタイムインターバルを有しつつ検出するできるトリガーセンサを用いることによって装置の製造コストの低減化が図れる。

図１５〜図１８は第４の実施形態を示し、前記ベーン部材３２とハウジング３４との間に、このハウジング３４に対してベーン部材３２の回転を拘束及び拘束を解除する固定手段であるロック機構を設けたものである。

すなわち、このロック機構は、前記幅長さの大きな１つのベーン３２ｂとリアカバー３６との間に設けられ、前記ベーン３２ｂの内部の駆動軸６軸方向に沿って形成された摺動用穴５０と、該摺動用穴５０の内部に摺動自在に設けられた有蓋円筒状のロックピン５１と、前記リアカバー３６に有する固定孔内に固定された横断面カップ状の係合穴構成部５２に設けられて、前記ロックピン５１のテーパ状先端部５１ａが係脱する係合穴５２ａと、前記摺動用穴５０の底面側に固定されたスプリングリテーナ５３に保持されて、ロックピン５１を係合穴５２ａ方向へ付勢するばね部材５４とから構成されている。

また、前記係合穴５２ａには、図外の油孔を介して前記遅角室４２内の油圧が供給されるようになっている。

前記ロックピン５１は、機関停止時、つまり機関の始動時には、図１６に示すように、前記ベーン部材３２が最進角と最遅角のほぼ中間位置に回転した位置で、先端部５１ａが前記ばね部材５４のばね力によって係合穴５２ａに係合してタイミングスプロケット３０と駆動軸６との相対回転をロックする。したがって、吸気弁４，４の開閉位相（閉時期）が図１９のａ破線に示すように、進角側寄りの中間位置に保持される。このため、有効圧縮比が高まり冷機時の始動性が良好になる。また、適度なバルブオーバーラップにより、エミッションが改善する。

また、機関始動後の暖機アイドリング運転時に移行すると、前記遅角室４２への油圧の供給とともに係合穴５２ａ内にも油圧が供給されて、前記ロックピン５１がスプリング５４のばね力に抗して後退して先端部５１ａが係合穴５２ａから抜け出して係合が解除され、図１７に示すようにベーン部材３２が最遅角側に相対回転する。したがって、吸気弁４，４は、その開閉位相が図１９のｂ実線に示すように、最遅角位相になる。このため、バルブオーバーラップが減少し、アイドル回転の安定化が図れる。

機関低回転中負荷域に移行した場合は、図１８に示すように、作動油が遅角室４２内から排出されて進角室４１内に供給されることから、ベーン部材３２は、最進角側に相対回転して、吸気弁４，４の開閉位相が図１９のｂ破線に示すように、最進角位相になって排気弁とのバルブオーバーランプが大きくなる。これによって、ポンピングロスが低減し、燃費が向上する。

そして、機関停止時（冷間始動時）になどにおいて、前記ロックピン５１が何らかの原因で係合穴５２ａに係合できなかった場合、つまり始動に適さない位置になっている場合には、前述と同じように、コントローラ２２が前記リフト可変機構１の作動を制御して各吸気弁４，４の閉時期（ＩＶＣ）を進角あるいは遅角側へ補正して始動に適した前記中間位置に相当したＩＶＣに制御するようになっている。これによって、有効圧縮比が向上して冷機始動性の向上を図ることが可能になる。また、バルブオーバーラップを制御することによってエミッションの改善も図れる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、第１可変機構としてリフト可変機構１を示したが、機関停止時あるいはクランキング時に切り換え可能なものであれば、他の可変機構であっても良く、例えば、特開２００３−３５１１５号公報に記載されたバルブタイミング可変機構であっても電動モータ駆動で機関停止時に切り換え可能なものであれば良い。

また、第２可変機構として前記バルブタイミング可変機構２を示したが、例えば特開２００６−２９２４５号公報に記載された油圧駆動型のリフト可変機構であっても良い。

さらに、本実施形態では、吸気側に第１可変機構と第２可変機構を並設した例を示したが、吸気側に一方の可変機構を排気側に他方の可変機構を設けても良い。具体的には、吸気側に電動モータ駆動のバルブタイミング可変機構Ａを設け、排気側に油圧駆動のバルブタイミング可変機構Ｂとすることも可能である。そして、図９におけるリフト可変機構１を吸気側に設けたバルブタイミング可変機構Ａに、バルブタイミング可変機構２を排気側に設けたバルブタイミング可変機構Ｂにそれぞれ置き換えると共に、始動前のバルブタイミング可変機構Ｂの位置を前提に、例えば目標バルブオーバーラップ量になるように、バルブタイミング可変機構Ａをクランキング開始前またはクランキング中に制御してもよい。

さらに、前記各実施形態では、機関状態として機関本体の温度（冷却水温）やクランク角について説明したが、他の部位の温度でもよく、また他の指標であっても良い。また、大気状態として大気湿度の他に、出力トルクに影響を与える大気圧でもよい。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

（イ）前記第２可変機構の作動位置を、機関のクランキング直前に検出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。

この発明によれば、第２可変機構の作動位置をクランキング直前に検出するため、該作動位置の経時変化を確実に抑制して、正確な位置検出が可能になり、第１可変機構の切り換え目標位置の精度を高めることが可能になる。

（ロ）前記第２可変機構の作動位置を、前回の機関停止前の回転中に検出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。

この発明では、第２可変機構の作動位置を前回の機関停止前の回転中に検出するので、検出センサを高価な絶対角度センサではなく、回転に伴って所定位相が通過するタイミングから第２可変機構の作動位置を検出する安価なトリガーセンサとすることが可能になる。この結果、コストの低減化が図れる。

（ハ）機関停止時における前記第２可変機構の作動位置が機関始動時に設定された目標位置に対して乖離している場合に、前記第１可変機構の目標位置を、前記乖離を補正する位置となるように設定した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。

この発明では、第２可変機構の作動位置が、機関始動時に設定された目標位置（第２目標位置）に対して乖離がある場合に、前記第１可変機構の第１目標位置を、その乖離を補正する位置としたので、かかる乖離があった場合でも、良好な始動性を確保できる。

（ニ）前記機関の状態を、クランキング前におけるクランク角によって検出することを特徴とする請求項１〜（ハ）のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明では、機関の状態を、クランキングの前における実際のクランク角によって検出したので、クランク角を検出対象としない場合に起こりやすいクランク角の差異によって発生する機関始動性能の悪化を抑制することができる。

（ホ）吸入行程と圧縮行程時の気筒におけるクランク角がピストン下死点付近である場合に、前記第１可変機構の目標位置を前記気筒において前記クランクシャフトの回転角度で吸気弁が開いている位置に設定したことを特徴とする前記（ニ）に記載の内燃機関の可変動弁装置。

吸入、圧縮行程の気筒におけるクランク角がピストン下死点付近であった場合に、第１可変機構の第１目標位置を、前記気筒において、このクランク角で吸気弁が開いている位置としたので、初回クランキング時に、気筒内に溜まった大気圧空気を吸気弁から吐出させることができる。よって、デコンプレッション効果により、騒音の低減化やクランキング回転速度の上昇作用を得ることができる。

（ヘ）機関のクランキング前における第２可変機構の作動位置及び機関の状態に加えて、大気の状態によって前記第１可変機構の目標作動位置を設定したことを特徴とする請求項１〜（ハ）のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、機関始動時における大気の状態が変わった場合であっても、良好な始動性能を得ることができる。

（ト）前記第１可変機構を電動によって作動させると共に、
機関のクランキングに先立って前記第１可変機構に目標位置へ切り換え信号を出力し、この出力時の電流ピークを越えた後に、電動モータによるクランキングを開始することを特徴とする請求項１〜（へ）のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、第１可変機構の作動電流のピーク電流を超えた後に、クランキングを開始することにしたので、第１可変機構の作動電流のピーク電流発生時期とクランキングさせる電動モータの作動電流のピーク電流発生時期が重ならないので、バッテリへの負担増加を抑制できる。
（チ）前記第１可変機構を吸気側に設け、前記第２可変機構を排気側に設けたことを特徴とする請求項１、（イ）〜（ト）のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、例えばバルブオーバーラップなどが始動に適さない状態であった場合に、第１可変機構で補正することができる。

本発明に係る可変動弁装置の第１の実施形態に供される内燃機関の概略図である。 本実施形態に供されるリフト可変機構とバルブタイミング可変機構を示す斜視図である。 Ａ及びＢはリフト可変機構による小リフト制御時の作動説明図である。 Ａ及びＢは同リフト可変機構による最大リフト制御時の作動説明図である。 本実施形態における吸気弁のバルブリフト量と作動角及びバルブタイミング特性図である。 本実施形態に供されるバルブタイミング可変機構の断面図である。 バルブタイミング可変機構による最大進角制御状態を示す図６のＡ−Ａ線断面図である。 バルブタイミング可変機構による最大遅角制御状態を示す図６のＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態のコントローラによる制御を示すフローチャート図である。 コントローラによるリフト可変機構による吸気弁の閉時期を補正した状態を示す特性図である。 コントローラによるリフト可変機構の電動モータとスタータモータの通電のピーク位置をずらした状態を示す時間と電流値との特性図である。 本発明の第２の実施形態のコントローラによる制御フローチャート図である。 本実施形態のリフト可変機構によるクランキング時における作動角制御によって吸気弁の閉時期を補正した状態を示す特性図である。 第３の実施形態のコントローラによる制御フローチャート図である。 第４の実施形態を示すバルブタイミング可変機構の縦断面図である。 本実施形態における中間位置制御状態を示す図１５のＢ−Ｂ線断面図である。 本実施形態における最遅角制御状態を示す図１５のＢ−Ｂ線断面図である。 本実施形態における最進角制御状態を示す図１５のＢ−Ｂ線断面図である。 前記各制御状態における吸気弁の開閉位相を示す特性図である。

符号の説明

０１…ピストン
０２…クランクシャフト
０７…スタータモータ
１…リフト可変機構（第１可変機構）
２…バルブタイミング可変機構（第２可変機構）
４…吸気弁
６…駆動軸
２０…電動モータ
２２…コントローラ
２７…クランク角センサ
２８…駆動軸角センサ
２９…制御軸角センサ

Claims (1)

1. 機関の停止またはクランキング中に機関弁の作動特性を制御可能な第１可変機構と、
   前記機関弁の作動状態を第１可変機構とは別に制御する第２可変機構と、を備え、
   前記機関のクランキング開始前の前記第２可変機構の作動状態に応じて、クランキング開始前またはクランキング中に、前記機関の所定の始動条件を満足するように前記第１可変機構の作動を制御する制御信号をクランキングに先立って出力し、前記第１可変機構の制御電流のピーク値から所定の遅延時間をもってクランキングを開始することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

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