JP2001271666A - 可変動弁機構を有する内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、可変動弁機構を備えた内燃機関に
おいて、吸排気弁の異常によって気筒の運転を休止する
必要が生じた場合に、内燃機関の振動悪化を抑制するこ
とができる技術を提供し、ドライバビリィティの低下を
防止することを課題とする。 【解決手段】 本発明に係る可変動弁機構を有する内燃
機関は、吸気弁又は排気弁の異常が検出又は予測された
場合に、その吸気弁又は排気弁を備えた気筒に加えて、
所定の気筒の運転も休止させることにより、該内燃機関
の燃焼間隔が略一定の間隔とすることを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気弁及び排気弁
の開閉タイミングおよびまたはリフト量を変更可能な可
変動弁機構を具備する内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車などに搭載される内燃機関
では、吸排気弁の開閉駆動に起因した機械損失の防止、
吸気のポンピング損失の防止、正味熱効率の向上等を目
的として、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを任意に
変更可能な可変動弁機構の開発が進められている。

【０００３】このような可変動弁機構としては、例え
ば、磁性体からなり吸排気弁と連動して進退動作するア
ーマチャと、励磁電流が印加されたときにアーマチャを
閉弁方向へ変位させる電磁力を発生する閉弁用電磁石
と、励磁電流が印加されたときにアーマチャを開弁方向
へ変位させる電磁力を発生する開弁用電磁石と、前記ア
ーマチャを閉弁方向へ付勢する閉弁側戻しばねと、前記
アーマチャを開弁方向へ付勢する開弁側戻しばねとを備
えた電磁駆動式の動弁機構が提案されている。

【０００４】電磁駆動式動弁機構では、従来の動弁機構
のように機関出力軸（クランクシャフト）の回転力を利
用して吸排気弁を開閉駆動させる必要がないため、吸排
気弁の駆動に起因した機械損失が防止される。

【０００５】更に、上記したような電磁駆動式動弁機構
によれば、機関出力軸の回転動作と独立して吸排気弁を
開閉駆動させることが可能となるため、吸排気弁の開閉
時期や開度を制御する場合の自由度が高い等、種々の利
点がある。

【０００６】ところで、上記したような電磁駆動式動弁
機構では、開弁用電磁石や閉弁用電磁石へ駆動電流を印
加するための電気系に不具合が生じた場合や、吸排気弁
やアーマチャの摺動摩擦の変化、もしくは気筒内の圧力
の変化等が生じた場合に、吸気弁又は排気弁が正常に動
作しないことがある。

【０００７】このような問題に対し、従来では、特開平
１０−４７０２８号公報に記載された電磁弁型エンジン
の制御装置が知られている。この公報に記載された電磁
弁型エンジンの制御装置は、電磁力を利用して吸排気弁
を開閉駆動する動弁機構を備えたエンジンにおいて、吸
気弁およびまたは排気弁に異常が発生した場合、特に吸
気弁およびまたは排気弁の電気系統に異常が発生した場
合に、その吸気弁または排気弁を含む気筒の全ての吸排
気弁を閉弁状態に保持することにより該気筒の運転を休
止させ、以て、吸気系から排気系への空気の吹き抜け、
排気系から吸気系への排気の逆流、気筒内の既燃ガスや
未燃混合気の吸気系への逆流、気筒内の未燃混合気の排
気系への吹き抜け等の不具合を防止しようとするもので
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな電磁弁型エンジンの制御装置では、異常が発生した
吸気弁およびまたは排気弁を含む気筒の運転が休止され
た後は、残りの気筒によって内燃機関の運転が継続され
ることになるが、その際に内燃機関の燃焼間隔が不等間
隔になる場合がある。

【０００９】例えば、１番気筒、３番気筒、４番気筒、
２番気筒の順に燃焼される４気筒の内燃機関において、
１番気筒の運転が休止されると、残りの３番気筒、４番
気筒、及び２番気筒によって内燃機関の運転が継続され
ることになる。

【００１０】この場合、内燃機関では、３番気筒、４番
気筒、２番気筒が連続して燃焼された後に１番気筒の燃
焼が休止され、次いで３番気筒、４番気筒、２番気筒が
連続して燃焼されることが繰り返されることになる。

【００１１】その際、３番気筒と４番気筒の燃焼間隔及
び４番気筒と２番気筒の燃焼間隔が略均一になるが、こ
れらの燃焼間隔に比して２番気筒と３番気筒の燃焼間隔
が長くなるため、内燃機関の燃焼間隔が不等間隔にな
る。

【００１２】このように内燃機関の燃焼間隔が不等間隔
になると、内燃機関の振動が悪化し、ドライバビリィテ
ィが低下してしまう。本発明は、上記したような問題点
に鑑みてなされたものであり、可変動弁機構を備えた内
燃機関において、吸排気弁の異常によって気筒の運転を
休止する場合に、内燃機関の振動悪化を抑制することが
できる技術を提供することにより、ドライバビリィティ
の低下を防止することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために以下のような手段を採用した。すなわ
ち、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関は、内
燃機関の吸気弁およびまたは排気弁の開閉タイミングお
よびまたはリフト量を変更可能な可変動弁機構と、前記
吸気弁又は前記排気弁の異常が検出又は予測されたとき
に、その吸気弁又は排気弁を有する気筒の運転を休止す
る第１の気筒休止手段と、前記第１の気筒休止手段によ
り前記気筒の運転が休止されたときに前記内燃機関の燃
焼間隔が所定の間隔となるよう前記気筒以外の気筒の運
転を休止する第２の気筒休止手段と、を備えることを特
徴としている。

【００１４】このように構成された可変動弁機構を有す
る内燃機関では、第１の気筒休止手段は、吸気弁又は排
気弁の異常が検出又は予測されると、その吸気弁又は排
気弁を有する気筒（以下、異常気筒と称する）の運転を
休止させる。これと同時に、第２の気筒休止手段は、内
燃機関の燃焼間隔を所定の間隔とすべく、前記異常気筒
以外の気筒の運転を休止する。

【００１５】この場合、内燃機関では、所定の間隔で燃
焼が行われることになるため、内燃機関の振動が悪化す
ることがない。例えば、１番気筒、３番気筒、４番気
筒、２番気筒の順で燃焼される４気筒の内燃機関におい
て、１番気筒の吸気弁又は排気弁の異常が検出又は予測
された場合は、第１の気筒休止手段が前記１番気筒の運
転を休止すると同時に、第２の気筒休止手段が４番気筒
の運転を休止させる。

【００１６】この場合、内燃機関は、３番気筒と２番気
筒との２つの気筒で運転され、これら３番気筒と２番気
筒との燃焼が一気筒おきに行われることになる。この結
果、内燃機関の燃焼間隔が略一定となり、内燃機関の振
動が悪化することがない。

【００１７】尚、本発明に係る可変動弁機構としては、
電磁力を利用して吸気弁およびまたは排気弁を開閉駆動
する電磁駆動式動弁機構を例示することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る可変動弁機構
を有する内燃機関の具体的な実施態様について図面に基
づいて説明する。

【００１９】図１及び図２は、本実施の形態に係る内燃
機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１及
び図２に示す内燃機関１は、４つの気筒２１を備えた４
ストローク・サイクルの水冷式ガソリンエンジンであ
る。

【００２０】内燃機関１は、４つの気筒２１及び冷却水
路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリ
ンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１
ａとを備えている。

【００２１】前記シリンダブロック１ｂには、機関出力
軸たるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、こ
のクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に
装填されたピストン２２とコネクティングロッド１９を
介して連結されている。

【００２２】各気筒２１のピストン２２上方には、ピス
トン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれ
た燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１
ａには、各気筒２１の燃焼室２４に臨むよう点火栓２５
が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に
駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが取り付け
られている。

【００２３】前記シリンダヘッド１ａにおいて各気筒２
１の燃焼室２４に臨む部位には、吸気ポート２６の開口
端が２つ形成されるとともに、排気ポート２７の開口端
が２つ形成されている。そして、前記シリンダヘッド１
ａには、前記吸気ポート２６の各開口端を開閉する吸気
弁２８と、前記排気ポート２７の各開口端を開閉する排
気弁２９とが進退自在に設けられている。

【００２４】前記シリンダヘッド１ａには、励磁電流が
印加されたときに発生する電磁力を利用して前記吸気弁
２８を進退駆動する電磁駆動機構３０（以下、吸気側電
磁駆動機構３０と称する）が吸気弁２８と同数設けられ
ている。各吸気側電磁駆動機構３０には、該吸気側電磁
駆動機構３０に励磁電流を印加するための駆動回路３０
ａ（以下、吸気側駆動回路３０ａと称する）が電気的に
接続されている。

【００２５】前記シリンダヘッド１ａには、励磁電流が
印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁
２９を進退駆動する電磁駆動機構３１（以下、排気側電
磁駆動機構３１と称する）が排気弁２９と同数設けられ
ている。各排気側電磁駆動機構３１には、該排気側電磁
駆動機構３１に励磁電流を印加するための駆動回路３１
ａ（以下、排気側駆動回路３１ａと称する）が電気的に
接続されている。

【００２６】上記した吸気側電磁駆動機構３０、吸気側
駆動回路３０ａ、排気側電磁駆動機構３１、排気側駆動
回路３１ａは、本発明に係る可変動弁機構を実現するも
のである。

【００２７】ここで、吸気側電磁駆動機構３０と排気側
電磁駆動機構３１の具体的な構成について述べる。尚、
吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１とは
同様の構成であるため、吸気側電磁駆動機構３０のみを
例に挙げて説明する。

【００２８】図３は、吸気側電磁駆動機構３０の構成を
示す断面図である。図３において内燃機関１のシリンダ
ヘッド１ａは、シリンダブロック１ｂの上面に固定され
るロアヘッド１０と、このロアヘッド１０の上部に設け
られたアッパヘッド１１とを備えている。

【００２９】前記ロアヘッド１０には、各気筒２１毎に
２つの吸気ポート２６が形成され、各吸気ポート２６の
燃焼室２４側の開口端には、吸気弁２８の弁体２８ａが
着座するための弁座１２が設けられている。

【００３０】前記ロアヘッド１０には、各吸気ポート２
６の内壁面から該ロアヘッド１０の上面にかけて断面円
形の貫通孔が形成され、その貫通孔には筒状のバルブガ
イド１３が挿入されている。前記バルブガイド１３の内
孔には、吸気弁２８の弁軸２８ｂが貫通し、前記弁軸２
８ｂが軸方向へ進退自在となっている。

【００３１】前記アッパヘッド１１において前記バルブ
ガイド１３と軸心が同一となる部位には、断面円形のコ
ア取付孔１４が設けられている。前記コア取付孔１４の
下部１４ｂは、その上部１４ａに比して径大に形成され
ている。以下では、前記コア取付孔１４の下部１４ｂを
径大部１４ｂと称し、前記コア取付孔１４の上部１４ａ
を径小部１４ａと称する。

【００３２】前記径小部１４ａには、軟磁性体からなる
環状の第１コア３０１と第２コア３０２とが所定の間隙
３０３を介して軸方向に直列に嵌挿されている。これら
第１コア３０１の上端と第２コア３０２の下端には、そ
れぞれフランジ３０１ａとフランジ３０２ａが形成され
ており、第１コア３０１は上方から、また第２コア３０
２は下方からそれぞれコア取付孔１４に嵌挿され、フラ
ンジ３０１ａとフランジ３０２ａがコア取付孔１４の縁
部に当接することにより第１コア３０１と第２コア３０
２の位置決めがされて、前記間隙３０３が所定の距離に
保持されるようになっている。

【００３３】前記第１コア３０１の上方には、筒状のア
ッパキャップ３０５が取り付けられている。このアッパ
キャップ３０５は、その下端に形成されたフランジ部３
０５ａにボルト３０４を貫通させてアッパヘッド１１上
面に固定されている。この場合、フランジ部３０５ａを
含むアッパキャップ３０５の下端が第１コア３０１の上
面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その
結果、第１コア３０１がアッパヘッド１１に固定される
ことになる。

【００３４】一方、前記第２コア３０２の下部には、コ
ア取付孔１４の径大部１４ｂと略同径の外径を有する環
状体からなるロアキャップ３０７が取り付けられてい
る。このロアキャップ３０７にはボルト３０７が貫通
し、そのボルト３０７により前記ロアキャップ３０７が
前記径小部１４ａと径大部１４ｂの段部における下向き
の段差面に固定されている。この場合、ロアキャップ３
０７が第２コア３０２の下面周縁部に当接した状態で固
定されることになり、その結果、第２コア３０２がアッ
パヘッド１１に固定されることになる。

【００３５】前記第１コア３０１の前記間隙３０３側の
面に形成された溝部には、第１の電磁コイル３０８が把
持されており、前記第２コア３０２の前記間隙３０３側
の面に形成された溝部には第２の電磁コイル３０９が把
持されている。その際、第１の電磁コイル３０８と第２
の電磁コイル３０９とは、前記間隙３０３を介して向き
合う位置に配置されるものとする。そして、第１及び第
２の電磁コイル３０８、３０９は、前述した吸気側駆動
回路３０ａと電気的に接続されている。

【００３６】前記間隙３０３には、該間隙３０３の内径
より径小な外径を有する環状の軟磁性体からなるアーマ
チャ３１１が配置されている。このアーマチャ３１１の
中空部には、該アーマチャ３１１の軸心に沿って上下方
向に延出した円柱状のアーマチャシャフト３１０が固定
されている。このアーマチャシャフト３１０は、その上
端が前記第１コア３０１の中空部を通ってその上方のア
ッパキャップ３０５内まで至るとともに、その下端が第
２コア３０２の中空部を通ってその下方の径大部１４ｂ
内に至るよう形成され、前記第１コア３０１及び前記第
２コア３０２によって軸方向へ進退自在に保持されてい
る。

【００３７】前記アッパキャップ３０５内に延出したア
ーマチャシャフト３１０の上端部には、円板状のアッパ
リテーナ３１２が接合されるとともに、前記アッパキャ
ップ３０５の上部開口部にはアジャストボルト３１３が
螺着され、これらアッパリテーナ３１２とアジャストボ
ルト３１３との間には、アッパスプリング３１４が介在
している。また、前記アジャストボルト３１３と前記ア
ッパスプリング３１４との当接面には、前記アッパキャ
ップ３０５の内径と略同径の外径を有するスプリングシ
ート３１５が介装されている。

【００３８】一方、前記径大部１４ｂ内に延出したアー
マチャシャフト３１０の下端部には、吸気弁２８の弁軸
２８ｂの上端部が当接している。前記弁軸２８ｂの上端
部の外周には、円盤状のロアリテーナ２８ｃが接合され
ており、そのロアリテーナ２８ｃの下面とロアヘッド１
０の上面との間には、ロアスプリング３１６が介在して
いる。

【００３９】このように構成された吸気側電磁駆動機構
３０では、吸気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル
３０８及び第２の電磁コイル３０９に対して励磁電流が
印加されていないときは、アッパスプリング３１４から
アーマチャシャフト３１０に対して下方向（すなわち、
吸気弁２８を開弁させる方向）への付勢力が作用すると
ともに、ロアスプリング３１６から吸気弁２８に対して
上方向（すなわち、吸気弁２８を閉弁させる方向）への
付勢力が作用し、その結果、アーマチャシャフト３１０
及び吸気弁２８が互いに当接して所定の位置に弾性支持
された状態、いわゆる中立状態に保持されることにな
る。

【００４０】尚、アッパスプリング３１４とロアスプリ
ング３１６の付勢力は、前記アーマチャ３１１の中立位
置が前記間隙３０３において前記第１コア３０１と前記
第２コア３０２との中間の位置に一致するよう設定され
ており、構成部品の初期公差や経年変化等によってアー
マチャ３１１の中立位置が前記した中間位置からずれた
場合には、アーマチャ３１１の中立位置が前記した中間
位置と一致するようアジャストボルト３１３によって調
整することが可能になっている。

【００４１】前記アーマチャシャフト３１０及び前記弁
軸２８ｂの軸方向の長さは、前記アーマチャ３１１が前
記間隙３０３の中間位置に位置するときに、前記弁体２
８ａが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置（以
下、中開位置と称する）となるように設定されている。

【００４２】前記した吸気側電磁駆動機構３０では、吸
気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル３０８に対し
て励磁電流が印加されると、第１コア３０１と第１の電
磁コイル３０８とアーマチャ３１１との間に、アーマチ
ャ３１１を第１コア３０１側へ変位させる方向の電磁力
が発生し、その電磁力によってアーマチャ３１１が退行
する。

【００４３】このようにしてアーマチャ３１１が退行す
ると、吸気弁２８がロアスプリング３１６の付勢力を受
けて閉弁動作することになる。また、前記した吸気側電
磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａから第２の
電磁コイル３０９に対して励磁電流が印加されると、第
２コア３０２と第２の電磁コイル３０９とアーマチャ３
１１との間にアーマチャ３１１を前記第２コア３０２側
へ変位させる方向の電磁力が発生し、その電磁力によっ
てアーマチャ３１１が進出する。

【００４４】このようにしてアーマチャ３１１が進出す
ると、該アーマチャ３１１が吸気弁２８の弁軸２８ｂに
当接しつつ進出動作することになり、その結果、吸気弁
２８はロアスプリング３１６の付勢力に抗して開弁動作
することになる。

【００４５】従って、上記した吸気側電磁駆動機構３０
では、吸気側駆動回路３０ａからの励磁電流が第１の電
磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに交互に印
加されることにより、アーマチャ３１１が進退動作し、
それに伴って弁軸２８ｂが進退駆動されると同時に弁体
２８ａが開閉駆動されることになる。

【００４６】その際、第１の電磁コイル３０８及び第２
の電磁コイル３０９に対する励磁電流の印加タイミング
と励磁電流の大きさを変更することにより、吸気弁２８
の開閉タイミングを任意に制御することが可能となる。

【００４７】また、上記した吸気側電磁駆動機構３０に
は、吸気弁２８の変位を検出するバルブリフトセンサ３
１７が取り付けられている。このバルブリフトセンサ３
１７は、アッパリテーナ３１２の上面に取り付けられた
円板状のターゲット３１７ａと、アジャストボルト３１
３における前記アッパリテーナ３１２と対向する部位に
取り付けられたギャップセンサ３１７ｂとから構成され
ている。

【００４８】このように構成されたバルブリフトセンサ
３１７では、前記ターゲット３１７ａが前記吸気側電磁
駆動機構３０のアーマチャ３１１と一体的に変位し、前
記ギャップセンサ３１７ｂが該ギャップセンサ３１７ｂ
と前記ターゲット３１７ａとの距離に対応した電気信号
を出力することになる。

【００４９】その際、アーマチャ３１１が中立状態にあ
るときのギャップセンサ３１７ｂの出力信号値を予め記
憶しておき、その出力信号値と現時点におけるギャップ
センサ３１７ｂの出力信号値との偏差を算出することに
より、アーマチャ３１１及び吸気弁２８の変位を特定す
ることが可能となる。

【００５０】ここで、図１及び図２に戻り、内燃機関１
のシリンダヘッド１ａには、４つの枝管からなる吸気枝
管３３が接続され、前記吸気枝管３３の各枝管は、各気
筒２１の吸気ポート２６と連通している。

【００５１】前記シリンダヘッド１ａにおいて前記吸気
枝管３３との接続部位の近傍には、その噴孔が吸気ポー
ト２６内に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられてい
る。前記吸気枝管３３は、吸気の脈動を抑制するための
サージタンク３４に接続されている。前記サージタンク
３４には、吸気管３５が接続され、吸気管３５は、吸気
中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス３
６と接続されている。

【００５２】前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流
れる空気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を
出力するエアフローメータ４４が取り付けられている。
前記吸気管３５において前記エアフローメータ４４より
下流の部位には、該吸気管３５内を流れる吸気の流量を
調整するスロットル弁３９が設けられている。

【００５３】前記スロットル弁３９には、ステッパモー
タ等からなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル
弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０
と、前記スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を
出力するスロットルポジションセンサ４１とが取り付け
られている。

【００５４】一方、前記内燃機関１のシリンダヘッド１
ａには、４本の枝管が内燃機関１の直下流において１本
の集合管に合流するよう形成された排気枝管４５が接続
され、前記排気枝管４５の各枝管が各気筒２１の排気ポ
ート２７と連通している。

【００５５】前記排気枝管４５は、排気浄化触媒４６を
介して排気管４７に接続され、排気管４７は、下流にて
図示しないマフラーと接続されている。前記排気枝管４
５には、該排気枝管４５内を流れる排気、言い換えれ
ば、排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比に対応し
た電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられ
ている。

【００５６】ここで、上記した排気浄化触媒４６として
は、例えば、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃
比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中
に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒
素酸化物（ＮＯx）を浄化する三元触媒、該排気浄化触
媒４６に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であると
きは排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵する
とともに該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が
理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵して
いた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ還元・浄化する
吸蔵還元型ＮＯx触媒、該排気浄化触媒４６に流入する
排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の還元剤が
存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を還元・
浄化する選択還元型ＮＯx触媒、もしくは上記した各種
の触媒を適宜組み合わせてなる触媒である。

【００５７】また、内燃機関１は、クランクシャフト２
３の端部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタ
イミングロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取
り付けられた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクラン
クポジションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成さ
れた冷却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシ
リンダブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２と
を備えている。

【００５８】このように構成された内燃機関１には、該
内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニッ
ト（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）２０が併設さ
れている。

【００５９】前記ＥＣＵ２０には、スロットルポジショ
ンセンサ４１、エアフローメータ４４、空燃比センサ４
８、クランクポジションセンサ５１、水温センサ５２、
バルブリフトセンサ３１７が電気配線を介して接続され
るとともに、車室内に設けられたアクセルペダル４２の
操作量に対応した電気信号を出力するアクセルポジショ
ンセンサ４３が電気配線を介して接続され、各センサの
出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。

【００６０】前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、
吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴
射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０等が電気配
線を介して接続され、ＥＣＵ２０が各種センサの出力信
号値をパラメータとしてイグナイタ２５ａ、吸気側駆動
回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、
スロットル用アクチュエータ４０を制御することが可能
になっている。

【００６１】ここで、ＥＣＵ２０は、図４に示すよう
に、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰ
Ｕ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップ
ＲＡＭ４０４と入力ポート４０５と出力ポート４０６と
を備えるとともに、前記入力ポート４０５に接続された
Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４０７を備えている。

【００６２】前記Ａ／Ｄ４０７には、スロットルポジシ
ョンセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エア
フローメータ４４、空燃比センサ４８、水温センサ５
２、バルブリフトセンサ３１７等のようにアナログ信号
形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続さ
れている。このＡ／Ｄ４０７は、上記した各センサの出
力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換
した後に前記入力ポート４０５へ送信する。

【００６３】前記入力ポート４０５は、前述したスロッ
トルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ
４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、水温
センサ５２、バルブリフトセンサ３１７等のようにアナ
ログ信号形式の信号を出力するセンサと前記Ａ／Ｄ４０
７を介して接続されるとともに、クランクポジションセ
ンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセ
ンサと接続されている。

【００６４】前記入力ポート４０５は、各種センサの出
力信号を直接又はＡ／Ｄ４０７を介して入力し、それら
の出力信号を双方向性バス４００を介してＣＰＵ４０１
やＲＡＭ４０３へ送信する。

【００６５】前記出力ポート４０６は、イグナイタ２５
ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃
料噴射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０等と電
気配線を介して接続されている。前記出力ポート４０６
は、ＣＰＵ４０１から出力された制御信号を双方向性バ
ス４００を介して入力し、その制御信号をイグナイタ２
５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、
燃料噴射弁３２、又はスロットル用アクチュエータ４０
へ送信する。

【００６６】前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴射量を決定す
るための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定
するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸気弁２８の開
閉タイミングを決定するための吸気弁開閉タイミング制
御ルーチン、排気弁２９の開閉タイミングを決定するた
めの排気弁開閉タイミング制御ルーチン、吸気側電磁駆
動機構３０に印加すべき励磁電流量を決定するための吸
気側励磁電流制御ルーチン、排気側電磁駆動機構３１に
印加すべき励磁電流量を決定するための排気側励磁電流
量制御ルーチン、各気筒２１の点火栓２５の点火時期を
決定するための点火時期制御ルーチン、スロットル弁３
９の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン
等のアプリケーションプログラムに加え、吸気弁２８又
は排気弁２９の異常が検出又は予測されたときに所定の
気筒２１の運転を休止するための気筒休止制御ルーチン
を記憶している。

【００６７】前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運
転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マッ
プ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示
す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸
気弁２８の開閉タイミングとの関係を示す吸気弁開閉タ
イミング制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気弁２
９の開閉タイミングとの関係を示す排気弁開閉タイミン
グ制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気側電磁駆動
機構３０に印加すべき励磁電流量との関係を示す吸気側
励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気側
電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量との関係を示
す排気側励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態
と各点火栓２５の点火時期との関係を示す点火時期制御
マップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁３９の開
度との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。

【００６８】前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号
やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果
は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号
に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ
４０３に記憶される各種のデータは、クランクポジショ
ンセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに書き
換えられる。

【００６９】前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関
１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリで
あり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を
特定する情報等を記憶する。

【００７０】前記ＣＰＵ４０１は、前記ＲＯＭ４０２に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作
し、燃料噴射制御、点火制御、吸気弁開閉制御、排気弁
開閉制御、スロットル制御等の周知の制御に加え、本発
明の要旨となる気筒休止制御を実行をする。

【００７１】本実施の形態に係る気筒休止制御は、別途
の異常判定制御によって吸気弁２８又は排気弁２９の異
常が検出もしくは予測された場合に実行されることにな
る。ここで、吸気弁２８及び排気弁２９の異常は、吸気
弁２８又は排気弁２９の固着、吸気側電磁駆動機構３０
又は排気側電磁駆動機構３１の故障、吸気側駆動回路３
０ａ又は排気側駆動回路３１ａの故障、ＥＣＵ２０から
吸気側電磁駆動機構３０又は排気側電磁駆動機構３１に
至る電気経路の断線又は短絡、気筒２１内の圧力の変
化、吸気弁２８又は排気弁２９に作用する摺動摩擦の変
化などに起因して発生する。

【００７２】このような原因により吸気弁２８及び排気
弁２９の異常が発生すると、例えば、吸気弁２８又は排
気弁２９が目標開閉タイミングで動作しない、吸気弁２
８又は排気弁２９が全開位置又は全閉位置まで変位しな
い、吸気弁２８又は排気弁２９が全開位置又は全閉位置
に保持されない等の現象が発生し、その結果、吸気弁２
８又は排気弁２９が中立位置に停留してしまう、いわゆ
る脱調が発生することになる。

【００７３】吸気弁２８及び排気弁２９の脱調を検出す
る方法としては、個々の吸気弁２８及び排気弁２９に取
り付けられたバルブリフトセンサ３１７の出力信号値を
監視して、吸気弁２８及び排気弁２９が中立位置に停留
しているか否かを判別する方法を例示することができ
る。

【００７４】また、吸気弁２８及び排気弁２９の脱調を
予測する方法としては、バルブリフトセンサ３１７の出
力信号値を監視して、吸気弁２８及び排気弁２９が所望
のタイミングで全開位置又は全閉位置まで変位したか否
か、吸気弁２８及び排気弁２９が所望の時期に全開位置
又は全閉位置に保持されているか否か、或いは、吸気弁
２８及び排気弁２９の開閉動作過程において所定の時期
に吸気弁２８及び排気弁２９が所望の位置に変位してい
るか否かを判別することによって、吸気弁２８又は排気
弁２９が脱調する可能性があるか否かを予測する方法を
例示することができる。

【００７５】従って、異常判定制御では、ＣＰＵ４０１
は、上記したような種々の方法により吸気弁２８又は排
気弁２９の異常を検出又は予測することになる。ＣＰＵ
４０１は、吸気弁２８又は排気弁２９の異常を検出又は
予測すると、その吸気弁２８又は排気弁２９を特定する
情報をバックアップＲＡＭ４０４に記憶させるととも
に、ＲＡＭ４０３に予め設定されている弁異常フラグ記
憶領域に“１”を記憶させる。

【００７６】前記した弁異常フラグ記憶領域は、吸気弁
２８又は排気弁２９の異常が検出又は予測された場合に
“１”が記憶され、全ての吸気弁２８及び排気弁２９が
正常である場合に“０”が記憶される領域である。

【００７７】前記弁異常フラグ記憶領域に“１”が記憶
されると、ＣＰＵ４０１は、気筒休止制御を実行するこ
とになる。気筒休止制御では、ＣＰＵ４０１は、異常が
検出もしくは予測された吸気弁２８又は排気弁２９を備
える気筒２１（以下、異常気筒と称する）を判別し、異
常気筒２１の吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３
１ａ、燃料噴射弁３２、及び点火栓２５に対する駆動電
流の印加を停止して、該異常気筒２１の運転を休止させ
る。

【００７８】その際、異常気筒２１の運転のみが休止さ
れると、内燃機関１の燃焼間隔が不等間隔となるため、
燃焼に起因した振動も不等間隔で発生することになる。
特に、内燃機関１の燃焼間隔が長くなる低回転運転領域
では、不等間隔な振動発生によりドライバビリィティが
著しく低下する虞がある。

【００７９】例えば、内燃機関１の点火順序が１番気筒
２１、３番気筒２１、４番気筒２１、２番気筒２１の順
序である場合に、１番気筒２１の吸気弁２８又は排気弁
２９の異常が検出もしくは予測され、１番気筒２１のみ
の運転が休止されると、内燃機関１は、２番気筒２１、
３番気筒２１、及び、４番気筒２１の３つの気筒２１に
よって運転されることになる。

【００８０】この場合、図５に示すように、３番（＃
３）気筒２１と４番（＃４）気筒２１の燃焼間隔（点火
間隔）、４番（＃４）気筒２１と２番（＃２）気筒２１
の燃焼間隔（点火間隔）がともに１８０°ＣＡとなるの
に対し、２番（＃２）気筒２１と３番（＃３）気筒２１
の燃焼間隔が３６０°ＣＡとなる。このため、内燃機関
１の燃焼間隔が不等間隔となり、燃焼に起因した振動の
発生間隔も不等間隔となってしまう。

【００８１】これに対し、本実施の形態に係る気筒休止
制御では、ＣＰＵ４０１は、異常気筒２１の運転を休止
させる場合に、内燃機関１の燃焼間隔を等間隔とすべ
く、異常気筒２１以外の所定の気筒２１の運転も休止さ
せるようにした。

【００８２】例えば、内燃機関１の点火順序が１番気筒
２１、３番気筒２１、４番気筒２１、２番気筒２１の順
序である場合に、１番気筒２１の吸気弁２８又は排気弁
２９の異常が検出もしくは予測されると、ＣＰＵ４０１
は、１番気筒２１に加えて４番気筒２１の運転も休止さ
せる。

【００８３】この場合、内燃機関１は、図６に示すよう
に、２番（＃２）気筒２１と３番（＃３）気筒２１との
２つの気筒２１が１気筒おきに（３６０°ＣＡ毎に）に
運転されることになる。

【００８４】この結果、内燃機関１の燃焼間隔が３６０
°ＣＡで一定となるため、燃焼に起因した振動の発生間
隔も等間隔となり、ドライバビリィティの低下が抑制さ
れることになる。

【００８５】また、２番気筒２１の吸気弁２８又は排気
弁２９の異常が検出もしくは予測されると、ＣＰＵ４０
１は、２番気筒２１に加えて３番気筒２１の運転も休止
させ、１番気筒２１と４番気筒２１が一気筒おきに（３
６０°ＣＡ毎に）運転されるようにする。

【００８６】また、３番気筒２１の吸気弁２８又は排気
弁２９の異常が検出もしくは予測されると、ＣＰＵ４０
１は、３番気筒２１に加えて２番気筒２１の運転も休止
させ、１番気筒２１と４番気筒２１が一気筒おきに（３
６０°ＣＡ毎に）運転されるようにする。

【００８７】また、４番気筒２１の吸気弁２８又は排気
弁２９の異常が検出もしくは予測されると、ＣＰＵ４０
１は、４番気筒２１に加えて１番気筒２１の運転も休止
させ、２番気筒２１と３番気筒２１が一気筒おきに（３
６０°ＣＡ毎に）運転されるようにする。

【００８８】以下、本実施の形態に係る気筒休止制御に
ついて図７のフローチャートに沿って説明する。図７に
示すフローチャートは、気筒休止制御ルーチンを示すフ
ローチャートである。

【００８９】前記気筒休止制御ルーチンは、予めＲＯＭ
４０２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４０１
によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセン
サ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行され
るルーチンである。

【００９０】前記気筒休止制御ルーチンにおいて、ＣＰ
Ｕ４０１は、先ずＳ７０１においてＲＡＭ４０３の所定
領域に設定された弁異常フラグ記憶領域に“１”が記憶
されているか否かを判別する。

【００９１】前記Ｓ７０１においてＲＡＭ４０３の弁異
常フラグ記憶領域に“０”が記憶されていると判定した
場合は、ＣＰＵ４０１は、本ルーチンの実行を一旦終了
する。

【００９２】一方、前記Ｓ７０１においてＲＡＭ４０３
の弁異常フラグ記憶領域に“１”が記憶されていると判
定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ７０２へ進む。Ｓ７
０２では、ＣＰＵ４０１は、バックアップＲＡＭ４０４
へアクセスして異常が検出又は予測された吸気弁２８又
は排気弁２９を特定する情報を読み出し、その情報に基
づいて異常が検出又は予測された吸気弁２８又は排気弁
２９を備えている気筒２１を判別する。

【００９３】Ｓ７０３では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ７
０２で判別された異常気筒２１以外に運転を休止させる
気筒（以下、休止気筒と称する）を決定する。その際、
ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の燃焼間隔が１気筒おき、
言い換えれば３６０°ＣＡとなるように休止気筒２１を
決定する。

【００９４】Ｓ７０４では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ７
０２で判別された異常気筒２１及び前記Ｓ７０３で決定
された休止気筒２１の運転を休止させる。具体的には、
ＣＰＵ４０１は、前記異常気筒２１及び前記休止気筒２
１の吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３
１に対する励磁電流の印加を停止すべく吸気側駆動回路
３０ａ及び排気側駆動回路３１ａを制御するとともに、
燃料噴射弁３２及び点火栓２５に対する駆動電流の印加
を停止する。

【００９５】Ｓ７０５では、ＣＰＵ４０１は、異常気筒
２１及び休止気筒２１以外の気筒２１（以下、運転気筒
と称する）のトルク制御を実行する。トルク制御では、
ＣＰＵ４０１は、例えば、前記運転気筒２１の吸入空気
量及び燃料噴射量を増量すべく吸気弁２８の開閉タイミ
ング及び燃料噴射時間を補正して、異常気筒２１と休止
気筒２１の運転停止に伴う内燃機関１のトルク低下を最
小限に抑制する。

【００９６】この場合、内燃機関１は、異常気筒２１及
び休止気筒２１の運転が休止され、残りの気筒２１が１
気筒おきに運転されることになる。この結果、内燃機関
１の燃焼間隔が１気筒おきに（３６０°ＣＡ毎に）な
り、燃焼に起因した振動の発生間隔も３６０°ＣＡで一
定となる。

【００９７】このようにＣＰＵ４０１が気筒休止制御ル
ーチンを実行することにより、本発明に係る第１の気筒
休止手段及び第２の気筒休止手段が実現されることにな
る。従って、本実施の形態に係る可変動弁機構を有する
内燃機関によれば、吸気弁２８又は排気弁２９の異常が
検出又は予測された場合には、その吸気弁２８又は排気
弁２９を備えた異常気筒２１に加え、所定の休止気筒２
１の運転も休止させることにより、内燃機関１の燃焼に
起因した振動の発生間隔を一定間隔にすることができ、
以てドライバビリィティの低下を抑制することが可能と
なる。

【００９８】尚、本実施の形態では、４気筒の内燃機関
１を例に挙げたが、これに限られるものではなく、複数
の気筒を有する内燃機関であればよい。また、気筒２１
内の圧力変化や摺動摩擦の変化などの原因によって吸気
弁２８又は排気弁２９が脱調した場合には、その吸気弁
２８又は排気弁２９が脱調から復帰する可能性があるた
め、異常気筒２１の休止中に、異常が検出又は予測され
た吸気弁２８又は排気弁２９の復帰処理を行うようにし
てもよい。

【００９９】復帰処理では、例えば、ＣＰＵ４０１は、
異常が検出又は予測された吸気弁２８又は排気弁２９の
初期駆動、吸気側電磁駆動機構３０又は排気側電磁駆動
機構３１に対する励磁電流量の補正等を実行する。その
際、吸気側電磁駆動機構３０又は排気側電磁駆動機構３
１が油圧等を利用して第１コア３０１や第２コア３０２
等の位置を調整可能に構成されている場合には、ＣＰＵ
４０１は、復帰処理において第１コア３０１や第２コア
３０２の位置を調整するようにしてもよい。

【０１００】

【発明の効果】本発明に係る可変動弁機構を有する内燃
機関では、吸気弁又は排気弁の異常が検出又は予測され
ると、その吸気弁又は排気弁を有する気筒の運転が第１
の気筒休止手段によって休止されると同時に、第２の気
筒休止手段が内燃機関の燃焼間隔を所定の間隔とすべく
異常気筒以外の気筒の運転も休止させることになる。

【０１０１】この場合、内燃機関の燃焼間隔は、前記し
た所定の間隔で略一定となり、それに応じて、燃焼に起
因した振動の発生間隔も所定の間隔で一定となる。従っ
て、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関によれ
ば、吸気弁又は排気弁の異常が検出又は予測され、その
吸気弁又は排気弁を含む気筒の運転を休止させる必要が
生じた場合であっても、内燃機関の振動悪化を抑制する
ことが可能となり、以てドライバビリィティの低下を抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関
の概略構成を示す図（１）

【図２】 本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関
の概略構成を示す図（２）

【図３】 吸気側電磁駆動機構の内部構成を示す図

【図４】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図

【図５】 異常気筒の運転のみを休止させた場合の燃焼
間隔を示すタイミングチャート図

【図６】 異常気筒と休止気筒の運転を休止させた場合
の燃焼間隔を示すタイミングチャート図

【図７】 気筒休止制御ルーチンを示すフローチャート
図

【符号の説明】

１・・・・内燃機関 ２０・・・ＥＣＵ ２５・・・点火栓 ２６・・・吸気ポート ２７・・・排気ポート ２８・・・吸気弁 ２９・・・排気弁 ３０・・・吸気側電磁駆動機構 ３０ａ・・吸気側駆動回路 ３１・・・排気側電磁駆動機構 ３１ａ・・排気側駆動回路 ３２・・・燃料噴射弁 ４６・・・排気浄化触媒 ４７・・・排気管 ４８・・・空燃比センサ ５１・・・クランクポジションセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 17/04 Ｆ０２Ｄ 17/04 Ｇ 41/04 ３２０ 41/04 ３２０ 41/22 ３２０ 41/22 ３２０ 45/00 ３４５ 45/00 ３４５Ｚ (72)発明者 白谷 和彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 勝間田 正司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 四重田 啓二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山田 智海 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G018 AA05 AB09 AB16 CA12 DA45 DA70 EA11 EA16 EA17 EA22 EA23 EA32 FA01 FA06 FA07 FA12 GA22 GA38 GA39 3G084 AA03 BA04 BA11 BA23 DA28 DA33 DA39 EB02 EB22 EC02 FA07 FA10 FA20 3G092 AA01 AA11 AA14 AB02 BB01 BB06 CA04 CA05 CA08 CB02 DA01 DA07 DA11 DF01 DG09 EA02 EA11 EA12 FA45 FB03 FB04 FB05 FB07 HA01Z HA06Z HA11Z HA13X HB01Z HC04Z HE01Z HE03Z HE05Z HE08Z HF08Z 3G301 HA01 HA07 HA19 JA05 JA37 JB02 JB08 LA07 LC01 LC10 MA03 NA07 NB02 NB06 NB20 NE06 PA01Z PA11Z PA17Z PB06A PC09Z PE01Z PE03Z PE05Z PE08Z PE10A PF03Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気弁およびまたは排気弁の
   開閉タイミングおよびまたはリフト量を変更可能な可変
   動弁機構と、 前記吸気弁又は前記排気弁の異常が検出又は予測された
   ときに、その吸気弁又は排気弁を有する気筒の運転を休
   止する第１の気筒休止手段と、 前記第１の気筒休止手段により前記気筒の運転が休止さ
   れたときに前記内燃機関の燃焼間隔が所定の間隔となる
   よう前記気筒以外の気筒の運転を休止する第２の気筒休
   止手段と、を備えることを特徴とする可変動弁機構を有
   する内燃機関。
2. 【請求項２】 前記第２の気筒休止手段は、前記第１の
   気筒休止手段により前記気筒の運転が休止されたとき
   に、前記内燃機関の燃焼間隔が一気筒おきとなるよう前
   記気筒以外の気筒の運転を休止することを特徴とする請
   求項１に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
3. 【請求項３】 前記可変動弁機構は、電磁力を利用して
   吸気弁およびまたは排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動
   弁機構であることを特徴とする請求項１に記載の可変動
   弁機構を有する内燃機関。