JP2001280167A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの可変動弁機構１，２を同時に駆動する
と、リフト特性がばらついたり、リフト特性の切換応答
性が低下することがある。 【解決手段】 吸気弁１２のリフト作動角（バルブリフ
ト量及び作動角）を変化させる第１可変動弁機構１と、
その中心位相を変化させる第２可変動弁機構２と、を備
える。リフト作動角及び中心位相の変更量がそれぞれ所
定のしきい値を越えていれば、第１，第２可変動弁機構
１，２の一方を先に駆動した後、他方を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気弁
及び／又は排気弁（吸排気弁）のバルブリフト特性を機
関運転状態に応じて変えることができる内燃機関の吸排
気弁駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、機関運転状態に応じた所望の
バルブリフト特性を得るために、吸排気弁のバルブリフ
ト特性を変えることができる吸排気弁駆動制御装置が種
々提案されている。一例として、特開平８−１７７４３
４号には、低速カムと高速カムの切換により吸排気弁の
作動角及びバルブリフト量を２段階に変化させるバルブ
リフト調整機構（第１可変動弁機構）と、クランクシャ
フトに対してカムシャフトを相対的に回動させることに
より、上記作動角の中心位相を変化させるバルブタイミ
ング調整機構（第２可変動弁機構）と、を兼ね備えた吸
排気弁駆動制御装置が開示されている。

【０００３】このように、リフト作動角（バルブリフト
及び／又は作動角）及びその中心位相の両者を変更でき
ると、バルブリフト特性の自由度が高く、機関運転性能
を大幅に高めることができる。また、上記の公報では、
両可変動弁機構がそれぞれ油圧切換弁を介して油圧によ
り駆動制御され、その駆動源に共通のオイルポンプが用
いられているため、駆動系の簡素化が図られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような２つの可変動弁機構を同時に駆動すると、機関運
転状態によっては、切換途中のバルブリフト特性が不正
確になり、運転性や燃費・排気性能等の低下を招くおそ
れがある。

【０００５】特に、リフト作動角及びその中心位相の双
方が連続的に変化する形式のものでは、両者ともに中間
位置を取り得るため、切換途中のバルブリフト特性がさ
らに不正確となりやすい。

【０００６】加えて、上記公報のように両可変動弁機構
が共通の駆動源によって駆動されるものでは、両動弁機
構を同時に駆動した場合に、共通の駆動源であるオイル
ポンプ等への負荷が大きく、オイルポンプの大型化を招
いてしまう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明に係
る内燃機関の吸排気弁駆動制御装置は、吸排気弁の作動
角及び／又はバルブリフト量を変化させる第１可変動弁
機構と、上記吸排気弁の作動角の中心位相を変化させる
第２可変動弁機構と、上記第１，第２可変動弁機構の双
方を駆動制御する制御部と、上記作動角及び／又はバル
ブリフト量の現在値を検出又は推定する第１現在値取得
手段と、上記中心位相の現在値を検出又は推定する第２
現在値取得手段と、を有している。

【０００８】そして、上記制御部は、機関運転状態に応
じて上記作動角及び／又はバルブリフト量の目標値と上
記中心位相の目標値とを設定し、少なくとも上記作動角
及び／又はバルブリフト量の目標値と現在値との差が所
定の第１しきい値を越えているとともに、上記中心位相
の目標値と現在値との差が所定の第２しきい値を越えて
いる場合に、上記第１，第２可変動弁機構の一方を先に
駆動する順次駆動制御を行う。

【０００９】すなわち、リフト作動角（作動角及び／又
はバルブリフト量）及び中心位相の双方の切換量（目標
値と現在値との差）がそれぞれのしきい値を越えている
場合に、一方の可変動弁機構のみを先に駆動する。この
ため、２つの可変動弁機構を同時に駆動開始する場合に
比して、駆動用の油圧や電圧の低下が抑制され、バルブ
リフト特性のバラツキの低減化，バルブオーバーラップ
量等のバラツキの低減化等を図ることができ、かつ、リ
フト特性の切換応答性が向上し、運転性や燃費・排気性
能等が向上する。

【００１０】上記順次駆動制御では、より好ましくは、
上記作動角及び／又はバルブリフト量，上記中心位相の
一方が先に目標値へ到達するまで、第１，第２可変動弁
機構の一方のみを駆動した後、第１，第２可変動弁機構
の他方のみを駆動する。

【００１１】この場合、両動弁機構が同時に駆動される
ことがないので、上述した作用効果をより確実に得るこ
とができる。

【００１２】また、上記の順次駆動制御において、第
１，第２可変動弁機構の駆動順序は、要求リフト特性
や、制御の簡素化，低コスト化等の要求や、そのときの
機関運転状態等に応じて異なる。

【００１３】第１の例として、上記作動角及び／又はバ
ルブリフト量の現在値が目標値よりも小さい場合、上記
第２可変動弁機構を先に駆動し、上記作動角及び／又は
バルブリフト量の現在値が目標値よりも大きい場合、上
記第１可変動弁機構を先に駆動する。

【００１４】この場合、リフト作動角が相対的に小さい
状態で、中心位相が切り換えられる形となる。このた
め、中心位相を変更する第２可変動弁機構の駆動エネル
ギーが抑制され、更なるバルブリフト特性のバラツキの
低減化，切換応答性の向上を図ることができる。

【００１５】第２の例として、加速時には第２可変動弁
機構を先に駆動し、減速時には第１可変動弁機構を先に
駆動する。

【００１６】この場合も、加速，減速時共に、リフト作
動角が相対的に小さい状態で、中心位相が切り換えられ
る形となる。このため、中心位相を変更する第２可変動
弁機構の駆動エネルギーが抑制され、更なるバルブリフ
ト特性のバラツキの低減化，切換応答性の向上を図るこ
とができる。更に、順次駆動制御において、加速，減速
の判定を行うことにより、上記第１の例のような目標値
と現在値との比較，判定処理を省略でき、その分、制御
が簡素化される。

【００１７】第３の例として、燃費，排気性能等の向上
を図るために、アイドル域のバルブリフト量及び／又は
作動角が低速全開域よりも更に小さく設定されているよ
うな場合、好ましくは、このようなアイドル域つまり小
リフト状態からの加速時に、第１可変動弁機構を先に駆
動する。これにより、吸入抵抗が迅速に低減して、加速
性が向上し、かつ、不整運動，サージ音の発生を有効に
防止できる。

【００１８】第４の例として、減速時には第１可変動弁
機構を先に駆動する。これによって、バルブオーバーラ
ップによる燃焼改善効果をある程度維持しつつ、ガス流
動が迅速に強化される。

【００１９】第５の例として、減速時における不整運動
やサージ音の発生を抑制するために、この減速時に第２
可変動弁機構を先に駆動する。

【００２０】ところで、燃料カット領域（アイドルＳＷ
がＯＮの状態）では、燃焼が行われないため、バルブリ
フト特性が多少ばらついても運転性等が悪化することは
ない。

【００２１】そこで、好ましくは、少なくとも燃料カッ
ト領域を除く機関運転状態で、上記順次駆動制御を行
う。つまり、燃料カット領域では、制御の簡略化を図る
ために、上記の順次駆動制御を行わない。

【００２２】特に、２つの可変動弁機構が油圧により駆
動制御される場合、油圧ＯＦＦのときにアイドル域とな
るように設定すれば、アイドルＳＷのＯＮと同時に２つ
の可変動弁機構の制御油圧をＯＦＦとすれば良く、制御
が簡素化されるとともに切換応答性も向上する。

【００２３】請求項１０の発明では、上記第１可変動弁
機構が、制御軸を回動することにより吸排気弁のバルブ
リフト量及び／又は作動角を変化させ、上記第１現在値
取得手段が、上記制御軸の回転角に基づいてバルブリフ
ト量及び／又は作動角の現在値を推定し、上記第２可変
動弁機構が、吸排気弁を駆動する駆動軸をクランクシャ
フトに対して相対的に回動することにより作動角の中心
位相を変化させ、上記第２現在値取得手段が、上記駆動
軸及びクランクシャフトの回転角の位相差に基づいて上
記作動角の中心位相の現在値を推定するものを前提とし
ている。

【００２４】このような場合、中心位相の現在値はカム
１回転に１回しか得られないため、この中心位相を目標
値に安定制御するまでにかかる時間が相対的に長くな
る。従って、好ましくは目標バルブリフト特性に到達す
るまでの時間を短縮するために、上記順次駆動制御にお
いて上記第２可変動弁機構を先に駆動する。

【００２５】特に、上記第１，第２可変動弁機構が共通
の駆動源により駆動される場合、仮に両動弁機構を同時
に駆動した場合に駆動エネルギーが不足し易いために、
本発明のように、２つの同弁機構を順次駆動制御するこ
とが非常に有効である。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明では、リフト作動角
及び中心位相の双方を所定のしきい値以上変化させる場
合に、２つの可変動弁機構の一方を先に駆動するように
した。このため、２つの可変動弁機構を同時に駆動開始
する場合に比して、駆動用の油圧や電圧の低下が抑制さ
れ、バルブリフト特性のバラツキの低減化，バルブオー
バーラップ量等のバラツキの低減化等を図ることがで
き、かつ、リフト特性の切換応答性が向上し、運転性や
燃費・排気性能の悪化を効果的に防止できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１〜３は、本発明に係る吸排気
弁駆動制御装置を、車両用内燃機関の吸気弁側に適用し
た一実施形態を示している。内燃機関の各気筒には一対
の吸気弁１２，１２及び図外の排気弁が設けられ、各吸
排気弁はシリンダヘッド１１に図外のバルブガイドを介
して摺動自在に支持されている。そして、吸排気弁駆動
制御装置は、吸気弁１２，１２の作動角及びバルブリフ
ト量（リフト作動角）を連続的に変化させる第１可変動
弁機構１と、吸気弁１２，１２の作動角の中心位相（バ
ルブタイミング）を連続的に変化させる第２可変動弁機
構２と、両機構１，２を機関運転状態に応じて駆動制御
するコントローラ（制御部）３７と、を備えている。

【００２８】第１可変動弁機構１は、図１〜図３に示す
ように、シリンダヘッド１１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、この駆動軸１３に
圧入などによって固設された偏心回転カムである２つの
駆動カム１５，１５と、駆動軸１３に揺動自在に支持さ
れて、各吸気弁１２，１２の上端部に配設されたバルブ
リフタ１６，１６の平坦な上面１６ａ，１６ａに摺接し
て各吸気弁１２，１２を開作動させる摺動カム１７，１
７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
揺動力として伝達する伝達機構１８と、この伝達機構１
８の作動位置を可変制御する制御機構１９とを備えてい
る。

【００２９】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後述する可変機
構２のタイミングスプロケット４０に巻装された図外の
タイミングチェーン等を介して機関のクランクシャフト
から回転力が伝達されている。

【００３０】軸受１４は、図１に示すようにシリンダヘ
ッド１１の上端部に設けられて、駆動軸１３の上部を支
持するメインブラケット１４ａと、このメインブラケッ
ト１４ａの上端部に設けられて、後述する制御軸３２を
回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両
ブラケット１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４
ｃによって上方から共締め固定されている。

【００３１】両駆動カム１５は、図１〜図３に示すよう
にほぼリング状を呈し、カム本体１５ａと、このカム本
体１５ａに一体に設けられた筒状部１５ｂとからなり、
内部軸方向に駆動軸挿通孔１５ｃが貫通形成されている
と共に、カム本体１５ａの軸心Ｘが駆動軸１３の軸心Ｙ
から径方向へ所定量だけオフセットしている。また、こ
の各駆動カム１５は、両バルブリフタ１６，１６に干渉
しない軸方向外側位置で駆動軸１３に駆動軸挿通孔１５
ｃを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体
１５ａ，１５ａの外周面１５ｄ，１５ｄが同一のカムプ
ロフィールに形成されている。

【００３２】揺動カム１７は、外周にカム面２２が形成
された偏心板状の一対のカム本体を主体とし、その一端
部側の円環状の基端部２０には駆動軸１３が嵌挿されて
回転自在に支持される支持孔２０ａが貫通形成されてい
ると共に、他端部のカムノーズ部２１にピン孔２１ａが
貫通形成されている。上記のカム面２２には、基端部２
０側の基円面２２ａと、この基円面２２ａからカムノー
ズ部２１側に円弧状に延びるランプ面２２ｂと、このラ
ンプ面２２ｂの先端側に有するリフト面２２ｃと、が形
成され、これらの基円面２２ａ，ランプ面２２ｂ及びリ
フト面２２ｃが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バ
ルブリフタ上面１６ａの所定位置に当接するようになっ
ている。

【００３３】伝達機構１８は、図２に示すように駆動軸
１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、このロッ
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２３
ｂと揺動カム１７とを連係する連係部材であるリンクロ
ッド２５とを備えている。ロッカアーム２３は、図３に
示すように、平面からみてほぼクランク状に折曲形成さ
れ、中央に有する筒状基部２３ｃが後述する制御カム３
３に回転自在に支持されている。また、各基部２３ｃの
各外端部に突設された一端部２３ａには、図２及び図３
にも示すように、リンクアーム２４と相対回転自在に連
結するピン２６が挿通されるピン孔２３ｄが貫通形成さ
れている一方、各基部２３ｃの各内端部に夫々突設され
た他端部２３ｂには、各リンクロッド２５の一端部２５
ａと相対回転自在に連結するピン２７が挿通されるピン
孔２３ｅが形成されている。

【００３４】また、リンクアーム２４は、比較的大径な
円環状の基部２４ａと、この基部２４ａの外周面所定位
置に突設された突出端２４ｄとを備え、基部２４ａの中
央位置には、駆動カム１５のカム本体１５ａの外周面に
回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されている一
方、突出端２４ｂには、ピン２６が回転自在に挿通する
ピン孔２４ｄが貫通形成されている。

【００３５】さらに、リンクロッド２５は、図２にも示
すように所定長さのほぼく字形状に折曲形成され、両端
部２５ａ，２５ｂには、図３に示すようにピン挿通孔２
５ｃ，２５ｄが形成されており、この各ピン挿通孔２５
ｃ，２５ｄに、ロッカアーム２３に他端部２３ｂに有す
るピン孔２３ｅと揺動カム１７のカムノーズ部２１に有
するピン孔２１ａにそれぞれ挿通した各ピン２７，２８
の端部が回転自在に挿通している。

【００３６】そして、このリンクロッド２５は、揺動カ
ム１７の最大揺動範囲をロッカアーム２３の揺動範囲内
に規制するようになっている。

【００３７】なお、各ピン２６，２７，２８の一端部に
は、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移
動を規制するスナップリング２９，３０，３１が設けら
れている。

【００３８】制御機構１９は、機関前後方向に配設され
た制御軸３２と、この制御軸３２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３３と、制御
軸３２の回転位置を制御するアクチュエータ３４とから
構成されている。

【００３９】制御軸３２は、駆動軸１３と並行に設けら
れて、前述のように軸受１４のメインブラケット１４ａ
の上端部の軸受溝とサブブラケット１４ｂとの間に回転
自在に支持されている。一方、各制御カム３３は、夫々
円筒状を呈し、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸
３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏心している。

【００４０】アクチュエータ３４は、駆動シャフト３４
ａの先端部に設けられた第１平歯車３５と制御軸３２の
後端部に設けられた第２平歯車３６との噛合いを介し
て、制御軸３２に回転力を伝達するようになっている。

【００４１】なお、このアクチュエータ３４は、油圧式
又は電気制御式のどちらでもよいが、ここではより安価
なステップモータ式の油圧アクチュエータとしている。
そして、この油圧アクチュエータ３４と、ソレノイド型
の流路切り換え弁６０とを用いて、機関の運転状態を検
出するコントローラ３７からの制御信号に基づいて、制
御軸３２の回転位相が多段階に調整，制御される。

【００４２】一方、第２可変動弁機構２は、図１に示す
ように駆動軸１３の先端部側に設けられ、図外のタイミ
ングチェーンによって機関のクランクシャフトから回転
力が伝達されてこのクランクシャフトと同期して回転す
るタイミングスプロケット４０と、駆動軸１３の先端部
にボルト４１によって軸方向から固定されたスリープ４
２と、タイミングスプロケット４０とスリープ４２との
間に介装された筒状歯車４３と、この筒状歯車４３を駆
動軸１３の前後軸方向へ駆動させる駆動機構である油圧
回路４４とから構成されている。

【００４３】タイミングスプロケット４０は、筒状本体
４０ａの後端部にチェーンが巻装されるスプロケット部
４０ｂがボルト４５により固定されていると共に、筒状
本体４０ａの前端開口がフロントカバー４０ｃによって
閉塞されている。また、筒状本体４０ａの内周面には、
はす歯形のインナ歯が形成されている。

【００４４】スリープ４２は、後端側に駆動軸１３の先
端部が嵌合する嵌合溝が形成されていると共に、前端部
の保持構内にはフロントカバー４０ｃを介してタイミン
グスプロケット４０を前方に付勢するコイルスプリング
４７が装着されている。また、スリープ４２の外周面に
は、はす歯形のアウタ歯４８が形成されている。

【００４５】筒状歯車４３は、軸直角方向から２分割さ
れて前後の歯車構成部がピンとスプリングによって互い
に接近する方向に付勢されていると共に、内外周面には
各インナ歯４６とアウタ歯４８に噛合いするはす歯形の
内外歯が形成されており、前後に形成された第１，第２
油圧室４９，５０へ相対的に供給される油圧によって各
歯間を摺接しながら前後軸方向へ移動するようになって
いる。また、この筒状歯車４３は、フロントカバー４０
ｃに突当った最大前方移動位置で吸気弁１２を最遅角位
置に制御する一方、最大後方移動位置で最進角位置に制
御するようになっている。さらに、第２油圧室５０内に
弾装されたリターンスプリング５１によって第１油圧室
４９の油圧が供給されない場合に最大前方移動位置に付
勢されるようになっている。

【００４６】油圧回路４４は、図外のオイルパンと連通
するオイルポンプ５２に下流側に接続されたメインギャ
ラリ５３と、このメインギャラリ５３の下流側で分岐し
て第１，第２油圧室４９，５０に接続された第１，第２
油圧通路５４，５５と、分岐位置に設けられたソレノイ
ド型の流路切り換え弁５６と、この流路切り換え弁５６
に接続されたドレン通路５７とから構成されている。

【００４７】流路切り換え弁５６は、第１可変動弁機構
１のアクチュエータ３４を流路切り換え弁６０を介して
駆動制御する同じコントローラ３７からの制御信号によ
って、切り換え駆動されるようになっている。

【００４８】このように、２つの可変動弁機構１，２を
共通の駆動源としてオイルポンプ５２によって駆動して
いるため、特に駆動系の構成の簡素化，低コスト化が図
られている。

【００４９】コントローラ３７は、クランク角センサか
らの機関回転数信号、エアフロメータからの吸気流量信
号（負荷）及び機関油温センサなど各種のセンサからの
検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により
検出すると共に、制御軸３２の現在の回転位置を検出す
る第１位置検出センサ５８や、駆動軸１３とタイミング
スプロケット４０（クランクシャフト）との相対回転位
相差を間接的に検出する第２位置検出センサ５９からの
信号に基づいて、流路切り換え弁６０及び流路切り換え
弁５６に制御信号を出力している。

【００５０】すなわち、コントローラ３７は、機関回転
数、負荷、油温、機関始動後の経過時間などの情報に基
づいて、吸気弁１２のリフト作動角（バルブリフト量又
は作動角）の目標値Ｑｔを設定する。また、第１位置検
出センサ５８により検出される制御軸３２の回転位置に
基づいて、リフト作動角の現在値Ｑｎを推定する。これ
らの目標値Ｑｔと現在値Ｑｎとに基づいて、後述するよ
うに、流路切り換え弁６０へ指令信号を出力してアクチ
ュエータ３４を駆動させることにより、制御軸３２を介
して制御カム３３を所定回転角度位置まで回転制御す
る。

【００５１】同様に、コントローラ３７は、機関回転
数、負荷、油温、機関始動後の経過時間などの情報に基
づいて、吸気弁１２の作動角の中心位相（あるいはバル
ブリフト量が最大となるときの位相）の目標値Ｒｔを決
定する。また、第２位置検出センサ５９により、中心位
相の現在値Ｒｎを検出する。これらの目標値Ｒｔ及び現
在値Ｒｎに基づいて、流路切り換え弁５６へ指令信号を
出力する。例えば、第１油圧通路５４とメインギャラリ
５３とを所定時間連通させると共に、第２油圧通路５５
とドレン通路５７とを所定時間連通させる。この場合、
筒状歯車４３を介してタイミングスプロケット４０と駆
動軸１３との相対回転位置が進角側へ移動する。

【００５２】なお、上記リフト作動角及び中心位相をよ
り正確に調整，制御するために、好ましくは、第１，第
２位置検出センサ５８，５９からの検出信号に基づいて
フィードバック制御が行なわれる。

【００５３】図４は、上記第１，第２可変機構１，２に
よるバルブリフト特性の変化の様子を示している。同図
に示すように、第１可変動弁機構１を駆動した場合、矢
印（イ）に示すように、その構造上、作動角の中心位相
が略一定のままで、作動角及びバルブリフト量の双方が
連続的に増減する。一方、第２可変動弁機構２を駆動す
ると、矢印（ロ）に示すように、作動角及びバルブリフ
ト量が一定のままで、作動角の中心位相が進角又は遅角
側へ移動する。

【００５４】図５〜８は、吸気弁１２のバルブリフト特
性の制御マップを示しており、これらのマップは、例え
ば上記のコントローラ３７に予め記憶されている。図
中、横軸の右方向が吸気弁開時期（ＩＶＯ）の進角方向
に対応し、縦軸の上方向が吸気弁閉時期（ＩＶＣ）の遅
角方向に対応している。また、網線領域は両動弁機構
１，２によるリフト特性の可変制御範囲を表しており、
矢印Ａ１は第１可変動弁機構１による作動角の変化方向
に対応し、矢印Ａ２は第２可変動弁機構２による作動角
の中心位相の変化方向に対応している。

【００５５】アイドル域では、リフト作動角が最小値Ｑ
１となるように制御され、かつ、中心位相が最遅角値Ｒ
１となるように制御される。これにより、作動角及びバ
ルブリフト量の低減化により、フリクションの低減化及
びガス流動向上による燃焼改善を図ることができる。ま
た、ＩＶＯの遅角化により、バルブオーバーラップのマ
イナス化による残留ガスの低減化を図ることができる。
更に、作動角の低減化により、ピストン上面の吸入負圧
にさらされる期間が短縮化され、ポンプ損失が抑制され
る。また、ＩＶＣの遅角化により、下死点近傍での有効
圧縮比が増し、燃焼安定性が向上する。

【００５６】また、部分負荷域（加速代表点）では、そ
の回転速度及び負荷により多少異なるが、典型的には、
リフト作動角が小リフト作動角寄りの中間値Ｑ２となる
ように制御され、かつ、中心位相が最進角値Ｒ２となる
ように制御される。これにより、小作動角化及び小リフ
ト化によるフリクションの低減化，小リフト化によるガ
ス流動の向上及び燃焼改善を図ることができる。また、
ＩＶＯの進角化により適切なバルブオーバーラップが与
えられ、内部ＥＧＲの増加によるポンプ損失が低減化さ
れる。更に、ＩＶＣの進角化によりポンプ損失が低減さ
れる。

【００５７】更に、低速全開域〜中速全開域〜高速全開
域では、好ましくは、中心位相が最遅角値Ｒ１となるよ
うに制御される。また、リフト作動角は、機関回転速度
の増加に応じて大きくなるように制御され、特に高速全
開域では最大値Ｑ３となるように制御される。これによ
り、ＩＶＯ及びＩＶＣが機関回転速度に応じた適切なも
のとなり、所望のバルブオーバーラップが得られるた
め、充填効率が向上し、燃焼安定性を確保しつつ最大出
力の向上を図ることができる。

【００５８】ここで、２つの可変動弁機構１，２で共用
される駆動用のエンジン油圧（又は電圧）が十分に供給
できない低回転低負荷域等でも、回転速度や負荷等の運
転条件によっては、両動弁機構１，２の双方を駆動し
て、リフト作動角及び中心位相の双方をある程度変更し
なければならない場合がある。例えば、図５に示すよう
に、アイドル域と部分負荷域との間の過渡時、すなわ
ち、回転速度及び負荷が共に増加又は減少する加速時又
は減速時には、リフト作動角を変化させるとともに（Ｑ
１〜Ｑ２）、中心位相も大きく変化させる必要がある
（Ｒ１〜Ｒ２）。

【００５９】このような過渡時におけるバルブリフト特
性のバラツキを抑制するために、中間目標値Ｑ０，Ｒ０
を設定し、この中間目標値Ｑ０，Ｒ０を経由してリフト
特性の切換を行うことも考えられる。しかしながら、こ
の場合、リフト作動角及び中心位相の双方が中間目標値
Ｑ０，Ｒ０に到達するまで２つの可変動弁機構１，２を
駆動制御した後に、最終的な目標値Ｑ２，Ｒ２又はＱ
１，Ｒ１へ向けて両動弁機構１，２をあらためて駆動さ
せることになり、制御が複雑化するとともに、リフト特
性の切換応答性も低下する。

【００６０】そこで、上記過渡時のような所定の運転状
態では、動弁機構１，２の一方のみを先に駆動して、バ
ルブ作動角又は中心位相の一方を目標値に到達させた後
に、動弁機構１，２の他方を駆動して、バルブ作動角又
は中心位相の他方を目標値に到達させる。これにより、
バルブリフト特性のバラツキを抑制しつつ、リフト特性
の切換応答性を向上することができる。

【００６１】特に、２つの動弁機構１，２を、上記のオ
イルポンプ５２のように同一のエネルギー源で駆動する
構成の場合、両機構１，２によるバルブリフト特性の切
換中に、駆動用の油圧（又は電圧）すなわち駆動エネル
ギーが不足して、バルブリフト特性のバラツキが発生し
易いため、上記のように動弁機構１，２を順次駆動制御
することは非常に有効である。

【００６２】図９は、コントローラ３７により実行され
るフローチャートの一部であり、上記のような動弁機構
１，２の順次駆動制御を行うか否かの判定処理の一例を
示している。

【００６３】先ず、各種センサ等から読み込まれる機関
運転状態（ステップ１）に基づいて、第１可変動弁機構
１により変更されるリフト作動角の目標値Ｑｔと、第２
可変動弁機構２により変更される中心位相の目標値Ｒｔ
と、が設定される（ステップ３）。

【００６４】続くステップ４では、リフト作動角の目標
値Ｑｔと現在値Ｑｎとの差、すなわちリフト作動角の変
更量（切換量）が、所定のしきい値Ｑｓと比較される。
また、ステップ５では、中心位相の目標値Ｒｔと現在値
Ｒｎとの差、すなわち中心位相の変更量が、所定のしき
い値Ｒｓと比較される。そして、リフト作動角の変更量
が所定値Ｑｓを越えており、かつ、中心位相の変更量が
所定値Ｒｓを越えている場合、つまり、リフト作動角及
び中心位相の双方を所定量Ｑｓ，Ｒｓ以上変更する必要
がある場合、ステップ６へ進み、以下の実施例で詳述す
るように、両動弁機構１，２の一方を先に駆動し、次い
で他方を駆動する順次駆動制御ルーチンが実行される。
それ以外の場合には、例えば両動弁機構１，２を同時に
駆動する通常の制御処理が行われる（ステップ７）。

【００６５】ここで、動弁機構１，２の駆動順序は、要
求リフト特性や、制御の簡素化等の要求や、機関運転状
態等に応じて異なるものとなり、その幾つかの実施例
を、図５〜１４を参照して詳述する。なお、図１０〜１
４は、図９（及び図１５）のステップ６で実行される順
次駆動制御ルーチンを表している。 （第１実施例，図５及び図１０参照）この第１実施例で
は、図５に示すように、主に制御の簡素化を図る目的
で、アイドル域から部分負荷域への加速時や、部分負荷
域からアイドル域への減速時等にかかわらず、第２可変
動弁機構２のみを先に駆動制御し（矢印Ｙ１，Ｙ３）、
次いで第１可変動弁機構１のみを駆動制御している（矢
印Ｙ２，Ｙ４）。

【００６６】図１０に基づいて具体的に説明すると、先
ず、ステップ１１，１２では、第２位置検出センサ５９
からの検出信号に基づいて、中心位相の現在値Ｒｎが目
標値Ｒｔに達するまで、第２可変動弁機構２のみが先に
駆動制御される。続くステップ１３，１４では、第１位
置検出センサ５８からの検出信号に基づいて、リフト作
動角の現在値Ｑｎが目標値Ｑｔに達するまで、第１可変
動弁機構１のみが先に駆動制御される。 （第２実施例，図６及び図１１参照）この第２実施例で
は、図６に示すように、第２可変動弁機構２を駆動する
ために必要な駆動エネルギーをできるだけ抑制するため
に、第２可変動弁機構２による中心位相の変更（矢印Ｙ
５，Ｙ８）を、リフト量が相対的に小さい状態で行うよ
うにしている。つまり、アイドル域から部分負荷域へ移
行する場合のように、リフト作動角の目標値Ｑ２が現在
値Ｑ１よりも大きい場合、先に中心位相を変更し（矢印
Ｙ５）、後からリフト作動角を増加させる（矢印Ｙ
６）。一方、部分負荷域からアイドル域へ移行する場合
のように、リフト作動角の目標値Ｑ１が現在値Ｑ２より
も小さい場合には、先にリフト作動角を減少させてから
（矢印Ｙ７）、中心位相を変更する（矢印Ｙ８）。

【００６７】図８を参照してより具体的に説明すると、
ステップ２１で、リフト作動角の現在値Ｑｎが目標値Ｑ
ｔよりも小さいと判定されると、ステップ２２，２３へ
進み、中心位相の現在値Ｒｎが目標値Ｒｔに到達するま
で、第２可変動弁機構２のみを先に駆動制御する。続く
ステップ２４，２５では、リフト作動角の現在値Ｑｎが
目標値Ｑｔに達するまで、第１可変動弁機構１が駆動制
御される。

【００６８】一方、ステップ２１で、リフト作動角の現
在値Ｑｎが目標値Ｑｔ以上であると判定されると、ステ
ップ２６，２７へ進み、リフト作動角の現在値Ｑｎが目
標値Ｑｔに到達するまで、第１可変動弁機構１のみが先
に駆動制御される。そして、第１可変動弁機構１による
リフト作動角の切換が終了すると、ステップ２８，２９
へ進み、中心位相の現在値Ｒｎが目標値Ｒｔに到達する
まで、第２可変動弁機構２が駆動制御される。

【００６９】このような本実施例は、上記の第１実施例
に比して、その制御が若干複雑化するものの、第２可変
動弁機構２の駆動力が効果的に抑制されるため、駆動系
の小型化が図られるとともに、切換応答性が更に向上す
る。 （第３実施例，図６及び図１２参照）図６に示すよう
に、一般的に、アイドル域から部分負荷域へ移行する場
合のような加速時には、リフト作動角は増加方向へ変更
され（Ｙ６）、部分負荷域からアイドル域へ移行する場
合のような減速時には、リフト作動角は減少方向へ変更
される（Ｙ７）。そこで、この第３実施例では、機関回
転数等に基づいて機関運転状態が加速又は減速状態であ
るかを判定し、加速時には第２可変動弁機構２を先に駆
動制御し（Ｙ５）、減速時には第１可変動弁機構１を先
に駆動制御している（Ｙ７）。

【００７０】より具体的には、図１２に示すように、ス
テップ３１において機関回転数等に基づいて加速，減速
の判定を行い、加速と判定された場合には、ステップ３
２，３３へ進み、中心位相の現在値Ｒｎが目標値Ｒｔに
到達するまで、第２可変動弁機構２のみを先に駆動制御
する。続くステップ３４，３５では、リフト作動角の現
在値Ｑｎが目標値Ｑｔに達するまで、第１可変動弁機構
１が駆動制御される。

【００７１】一方、ステップ３１で減速と判定される
と、ステップ３６，３７へ進み、リフト作動角の現在値
Ｑｎが目標値Ｑｔに到達するまで、第１可変動弁機構１
のみが先に駆動制御される。そして、第１可変動弁機構
１によるリフト作動角の切換が終了すると、ステップ３
８，３９へ進み、中心位相の現在値Ｒｎが目標値Ｒｔに
到達するまで、第２可変動弁機構２が駆動制御される。

【００７２】この第３実施例では、加速時及び減速時の
双方で、第２可変動弁機構２の駆動力が有効に抑制さ
れ、上記の第２実施例と同様、切換時のバルブリフト特
性のバラツキを抑制しつつ、切換応答性を向上させて、
運転性の悪化を確実に抑制することができることに加
え、加速，減速の判定処理（ステップ３１）を行うこと
により、第２実施例のようなリフト作動角の目標値Ｑｔ
と現在値Ｑｎとの比較，判定処理（ステップ２１）を省
略することができ、より制御が簡素化される。（第４実
施例，図７及び図１３）この第４実施例では、図７の矢
印Ｙ１０に示すように、小リフトからの加速時には、先
にリフト量が増加するように、第１可変動弁機構１のみ
を先に駆動制御している。これによって、吸入抵抗が迅
速に低減され、加速性の向上を図ることができる。ま
た、機関回転速度が上昇する加速時に、先にバルブリフ
ト量が増加するために、運動限界的にも有利であり、か
つ、過渡時におけるサージ音の発生を有効に防止でき
る。

【００７３】ところで、上記の第１可変動弁機構１のよ
うにリフト量及び作動角を連続的に変更可能な動弁機構
を用いたシステムでは、図７にも示すように、アイドル
域におけるバルブリフト量及び作動角Ｑ１を、低速全開
域よりも更に小さく設定することにより、燃費・排気等
の更なる向上を図ることができる。しかしながら、この
ような極小リフト作動角Ｑ１の状態のままで加速が行わ
れると、吸入抵抗が大きいために充填効率が低下し、加
速性の悪化を招き易い。また、リフト量が極めて小さい
ためにバルブスプリング力の余裕が小さく、このため、
不整運動発生・サージ音の発生を招きやすい。従って、
このような極小リフト作動角Ｑ１等の小リフト状態から
の加速時には、上記のように先にリフト量を増加させる
ことにより、加速性の低下が有効に抑制され、かつ、バ
ルブスプリング力の余裕分が迅速に増加することとなる
ため、不整運動・サージ音等の発生を抑制することがで
きる。

【００７４】一方、部分負荷域からアイドル域への過渡
時のように、バルブオーバーラップ量が比較的大きい状
態（中心位相が進角している状態）からの減速時には、
先ず第１可変動弁機構１のみを駆動制御し、先にリフト
量を優先的に減少させる（矢印Ｙ１１）。これによっ
て、バルブオーバーラップによる燃焼改善効果を維持し
つつ、ガス流動が迅速に強化され、運転性や燃費・排気
性能を有効に向上することができる。

【００７５】一例として、図１３に示すルーチンでは、
主に制御の簡素化を図る目的で、加速時及び減速時共
に、先ず第１可変動弁機構１のみを駆動制御して、リフ
ト作動角を先に目標値Ｑｔまで変化させている（ステッ
プ４１，４２）。次いで、ステップ４３，４４におい
て、中心位相の現在値Ｒｎが目標値Ｒｔに到達するま
で、第２可変動弁機構２を駆動制御している。 （第５実施例，図８及び図１４参照）減速時には、エン
ジンイナーシャにより急激な回転低下は発生しないが、
不整運動・サージ音は起こり得る。そこで、この第５実
施例では、減速時には、バルブスプリング力の余裕分が
相対的に大きな大リフト状態で、中心位相を優先して目
標値に到達させてから（Ｙ１２）、リフト作動角を変更
している（Ｙ１３）。これにより、減速時における不整
運動やサージ音の発生等をより確実に防止できる。

【００７６】一方、加速時には、上記第４実施例と同
様、リフト作動角を先に変更した後（Ｙ１４）、中心位
相を変化させている（Ｙ１５）。

【００７７】具体的には、図１４に示すように、ステッ
プ５１で加速と判定された場合、リフト作動角の現在値
Ｑｎが目標値Ｑｔに達するまで第１可変動弁機構１が駆
動制御された後に（ステップ５２，５３）、中心位相の
現在値Ｒｎが目標値Ｒｔに達するまで第２可変動弁機構
２が駆動制御される（ステップ５４，５５）。一方、ス
テップ５１で減速と判定された場合、中心位相の現在値
Ｒｎが目標値Ｒｔに達するまで第２可変動弁機構２を駆
動してから（ステップ５６，５７）、リフト作動角の現
在値Ｑｎが目標値Ｑｔに達するまで第１可変動弁機構１
を駆動する（ステップ５８，５９）。 （第６実施例，図１５参照）図１５は、上述した図９に
示す順次駆動制御を行うか否かの判定ルーチンの他の例
を示している。アイドルＳＷがＯＮで燃料カットを行っ
ているような燃料カット領域では、燃焼が行われないた
め、バルブリフト特性が多少ばらついても機関運転性へ
の悪影響は少ない。そこで、この実施例では、主に制御
の簡略化を図るために、ステップ１で読み込まれる機関
運転状態に基づいて、燃料カット領域であるか否かを判
定し（ステップ２）、燃料カット中と判定された場合に
は、ステップ７へ進んで両動弁機構１，２を同時に駆動
させる通常の制御を行い、上記第１〜５実施例のような
順次駆動制御を行わないようにしている。

【００７８】特に、上記吸排気弁駆動制御装置のよう
に、両動弁機構１，２が共に油圧駆動の場合には、その
制御油圧がＯＦＦのときにアイドル位置となるように設
定すれば、アイドルＳＷのＯＮと同時に両可変動弁機構
１，２への制御油圧をＯＦＦとすれば良く、制御が簡素
化されるとともに切り換え応答性も向上する。 （第７実施例）上記吸排気弁駆動制御装置のように、第
１位置検出センサ５８により検出される制御軸３２の角
度に基づいてリフト作動角（バルブリフト量又は作動
角）の現在値Ｑｎを推定する一方、第２位置検出センサ
５９により検出される駆動軸１３の回転角とクランクシ
ャフトの回転角との位相差に基づいて、中心位相の現在
値Ｒｎを推定する形式の可変動弁システムでは、中心位
相の現在値Ｒｎが最速でもカム１回転に１回しか得られ
ないため、目標値に安定制御されるまでにかかる時間も
相対的に長くなる。そこで好ましくは、実質的に目標値
に到達するまでにかかる時間差の分、第２可変動弁機構
２を先に駆動制御して、中心位相を先行して変更させ
る。そして、上記の時間差が過ぎた時点で、第１可変動
弁機構１も駆動して、リフト作動角を変更させる。これ
により、目標バルブリフト特性への到達時間を更に短縮
することができる。

【００７９】なお、本発明は上記の実施形態に限られる
ものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変
形，変更を含むものである。

【００８０】例えば、上記の例ではリフト作動角又は中
心位相の一方が先に目標値に到達してから他方を変更す
る処理としているが、これに限らず、目標値に対して一
定の割合、例えばオーバーシュート防止のために油量
（又は電流）の低減を開始する時点で、他方のバルブリ
フト特性の変更を開始するようにしても良い。

【００８１】また、上記の例では、第１可変動弁機構が
バルブリフト量と作動角の双方を変化させる構成となっ
ているが、バルブリフト量のみ、あるいは作動角のみを
変化させるものであっても良い。

【００８２】更に、第１，第２可変動弁機構を共に吸気
弁側にのみ設定した場合について説明してきたが、これ
に限らず、例えば２つの可変動弁機構を共に排気弁側に
適用したり、一方の可変動弁機構を吸気弁側，他方の可
変動弁機構を排気弁側に適用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸排気弁
駆動制御装置を示す概略構成図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面対応図。

【図３】図１の吸排気弁駆動制御装置の第１可変動弁機
構を示す平面対応図。

【図４】上記吸排気弁駆動制御装置の第１，第２可変動
弁機構によるバルブリフト特性の変化を示す特性図。

【図５】上記第１，第２可変動弁機構の制御マップ。

【図６】同じく上記第１，第２可変動弁機構の制御マッ
プ。

【図７】同じく上記第１，第２可変動弁機構の制御マッ
プ。

【図８】同じく上記第１，第２可変動弁機構の制御マッ
プ。

【図９】上記第１，第２可変動弁機構の駆動制御の流れ
を示すフローチャート。

【図１０】図９，１５のフローチャートで実行される順
次駆動制御ルーチン。

【図１１】図９，１５のフローチャートで実行される順
次駆動制御ルーチン。

【図１２】図９，１５のフローチャートで実行される順
次駆動制御ルーチン。

【図１３】図９，１５のフローチャートで実行される順
次駆動制御ルーチン。

【図１４】図９，１５のフローチャートで実行される順
次駆動制御ルーチン。

【図１５】上記第１，第２可変動弁機構の駆動制御の流
れを示すフローチャート。

【符号の説明】

１…第１可変動弁機構 ２…第２可変動弁機構 １２…吸気弁 １３…駆動軸 ３２…制御軸 ３４…アクチュエータ ３７…コントローラ ５２…オイルポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野原 常靖 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G018 AB04 AB12 AB16 BA09 BA19 BA29 BA33 CA19 DA11 DA19 DA20 DA51 DA53 DA58 DA70 DA75 EA02 EA08 EA09 EA11 EA17 FA01 FA06 FA07 FA14 GA02 GA04 GA22 GA27 3G092 AA01 AA11 AB02 DA01 DA03 DA05 DA06 DA09 DA14 DF05 DG05 EA08 EA12 EC01 FA06 FA11 FA13 FB03 FB04 GA12 GA13 HA06Z HA11Z HA13X HB02Z HE01Z HE03Z HE05Z HE08Z HF08Z

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸排気弁の作動角及び／又はバルブリフ
   ト量を変化させる第１可変動弁機構と、上記吸排気弁の
   作動角の中心位相を変化させる第２可変動弁機構と、上
   記第１，第２可変動弁機構の双方を駆動制御する制御部
   と、上記作動角及び／又はバルブリフト量の現在値を検
   出又は推定する第１現在値取得手段と、上記中心位相の
   現在値を検出又は推定する第２現在値取得手段と、を有
   し、 上記制御部は、機関運転状態に応じて上記作動角及び／
   又はバルブリフト量の目標値と上記中心位相の目標値と
   を設定し、少なくとも上記作動角及び／又はバルブリフ
   ト量の目標値と現在値との差が所定の第１しきい値を越
   えているとともに、上記中心位相の目標値と現在値との
   差が所定の第２しきい値を越えている場合に、上記第
   １，第２可変動弁機構の一方を先に駆動する順次駆動制
   御を行うことを特徴とする内燃機関の吸排気弁駆動制御
   装置。
2. 【請求項２】 上記順次駆動制御では、上記作動角及び
   ／又はバルブリフト量，上記中心位相の一方が先に目標
   値へ到達するまで、第１，第２可変動弁機構の一方のみ
   を駆動した後、第１，第２可変動弁機構の他方のみを駆
   動することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機
   関の吸排気弁駆動制御装置。
3. 【請求項３】 上記順次駆動制御において、上記作動角
   及び／又はバルブリフト量の現在値が目標値よりも小さ
   い場合、上記第２可変動弁機構を先に駆動し、上記作動
   角及び／又はバルブリフト量の現在値が目標値よりも大
   きい場合、上記第１可変動弁機構を先に駆動することを
   特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸排気弁
   駆動制御装置。
4. 【請求項４】 上記順次駆動制御において、加速時には
   第２可変動弁機構を先に駆動し、減速時には第１可変動
   弁機構を先に駆動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吸排気弁駆動制御装置。
5. 【請求項５】 上記順次駆動制御において、少なくとも
   小リフト状態からの加速時には第１可変動弁機構を先に
   駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃
   機関の吸排気弁駆動制御装置。
6. 【請求項６】 アイドル域のバルブリフト量及び／又は
   作動角が低速全開域よりも更に小さく設定され、 上記順次駆動制御において、少なくとも上記アイドル域
   からの加速時には、第１可変動弁機構を先に駆動するこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸排
   気弁駆動制御装置。
7. 【請求項７】 上記順次駆動制御において、減速時には
   第１可変動弁機構を先に駆動することを特徴とする請求
   項５又は６に記載の内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。
8. 【請求項８】 上記順次駆動制御において、減速時には
   第２可変動弁機構を先に駆動することを特徴とする請求
   項５又は６に記載の内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。
9. 【請求項９】 少なくとも燃料カット領域を除く機関運
   転状態で、上記順次駆動制御が行われることを特徴とす
   る請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の吸排気弁
   駆動制御装置。
10. 【請求項１０】 上記第１可変動弁機構が、制御軸を回
    動することにより吸排気弁のバルブリフト量及び／又は
    作動角を変化させ、 上記第１現在値取得手段が、上記制御軸の回転角に基づ
    いてバルブリフト量及び／又は作動角の現在値を推定
    し、 上記第２可変動弁機構が、吸排気弁を駆動する駆動軸を
    クランクシャフトに対して相対的に回動することにより
    作動角の中心位相を変化させ、 上記第２現在値取得手段が、上記駆動軸及びクランクシ
    ャフトの回転角の位相差に基づいて上記作動角の中心位
    相の現在値を推定し、 かつ、上記順次駆動制御では、上記第２可変動弁機構を
    先に駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の
    内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。
11. 【請求項１１】 上記第１，第２可変動弁機構が共通の
    駆動源により駆動されることを特徴とする請求項１〜１
    ０のいずれかに記載の内燃機関の吸排気弁駆動制御装
    置。