JP2007262965A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の操作感が改善された可変動弁機構の制御装置を提供する。
【解決手段】ＶＶＴＬ（Variable Valve Timing and Lift）機構１２６は、駆動要素を動かすことによって吸気バルブ１１８の開弁期間を決定するアクチュエータを含む。制御装置２００は、開弁期間をクランク角範囲で示す作用角を切換える際に、作用角が第１の値となったときには作用角の変化速度が第１の速度になるようにアクチュエータを制御し、作用角が第１の値よりも小さい第２の値となったときには作用角の変化速度を第２の速度になるようにアクチュエータを制御する。第２の速度の絶対値は、第１の速度の絶対値よりも小さい。すなわち小作用角領域では、大作用角領域よりも作用角をゆっくり変化させるようにアクチュエータの制御を行なう。
【選択図】図１

Description

この発明は、可変動弁機構の制御装置に関し、特に内燃機関に設けられた吸気弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置に関する。

従来の可変動弁機構付内燃機関の制御装置に関し、たとえば、特開２００１−２６３０１５号公報（特許文献１）には、吸気弁のリフト量と開弁期間とを連続的に変化させることができる可変動弁機構が開示されている。この開弁期間をクランク角度の範囲で示したものを作用角と称することにする。

上記の可変動弁機構は、カムシャフトと吸気弁との間に、仲介駆動機構を有する。仲介駆動機構は、吸気カムシャフトとは異なる軸である支持パイプにて揺動可能に支持されている。吸気カムが仲介駆動機構の入力部に接触して仲介駆動機構を駆動すれば、仲介駆動機構の揺動カムがロッカアームを介して吸気弁を駆動する。そして、リフト量可変アクチュエータがコントロールシャフトを介して仲介駆動機構における揺動カムと入力部との相対位相差を可変とするので、吸気バルブのリフト量や作用角の大きさを連続的に調整することができる。
特開２００１−２６３０１５号公報 特開２００２−２５６９０５号公報

上記のような可変動弁機構では、リフト量可変アクチュエータがコントロールシャフトを駆動し、コントロールシャフトが揺動カムと入力部との相対位相差を変化させる。その結果、吸気カムの回転に起因する吸気バルブのリフト量や作用角が変化する。

たとえば、運転開始時には、エンジンやモータの温度が低く潤滑油の粘性が高い場合がある。このような場合は可変アクチュエータの動きが良くないので、運転開始当初は作用角をある程度大きい作用角に固定してスロットル弁の開度で吸気量を変化させる制御を行い、暖機が完了してから作用角を可変とするような制御に移行させることが望ましい。

しかし、開弁期間が長い大作用角の運転状態から開弁期間が短い小作用角の運転状態に移行させる際に、作用角の変化と吸気量の変化とが一様ではないので、運転者に違和感を与えないように可変動弁機構を制御することが必要となる。

この発明の目的は、車両の操作感が改善された可変動弁機構の制御装置を提供することである。

この発明は、要約すると、内燃機関に設けられた吸気弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置であって、可変動弁機構は、駆動要素を動かすことによって吸気弁の開弁期間を決定するアクチュエータを含む。制御装置は、開弁期間をクランク角範囲で示す作用角を切換える際に、作用角が第１の値となったときには作用角の変化速度が第１の速度になるようにアクチュエータを制御し、作用角が第１の値よりも小さい第２の値となったときには作用角の変化速度を第２の速度になるようにアクチュエータを制御する。第２の速度の絶対値は、第１の速度の絶対値よりも小さい。

好ましくは、制御装置は、第１の値が存する大作用角領域において作用角の変化速度を第１の速度になるようにアクチュエータを制御し、第２の値が存する小作用角領域において作用角の変化速度を第２の速度になるようにアクチュエータを制御する。

好ましくは、アクチュエータは、モータと、モータの回転子の回転位置に応じて駆動要素を位置決めする位置決め機構とを含む。制御装置は、作用角が第１の値となったときのモータの回転速度を作用角が第２の値となったときのモータの回転速度よりも遅く制御する。

好ましくは、制御装置は、吸気弁の開弁期間に対応させてスロットル弁の開度を制御する。

この発明は、他の局面に従うと、内燃機関に設けられた吸気弁の動作特性を変化させ、駆動要素を動かすことによって吸気弁の開弁期間を決定するアクチュエータを含んだ可変動弁機構の制御装置であって、制御装置は、開弁期間をクランク角範囲で示す作用角を切換える際に、作用角が第１の値となったときには作用角の変化速度が第１の速度になるようにアクチュエータを制御し、作用角が第１の値よりも小さい第２の値となったときには作用角の変化速度を第２の速度になるようにアクチュエータを制御する。第２の速度の絶対値は、第１の速度の絶対値よりも小さい。

本発明によれば、作用角を変更する際に、車両の操作感が改善される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお図中同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン１００の構成を示す図である。
図１を参照して、本実施の形態に係る可変動弁機構の制御装置は、図１における制御装置２００が実行するプログラムにより実現される。

エンジン１００には、エアクリーナ１０２から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０４により調整される。スロットルバルブ１０４はスロットルモータ３１２により駆動される電機制御式スロットルバルブである。

空気は、シリンダ１０６（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０６には、インジェクタ１０８から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０８の噴射孔はシリンダ１０６内に設けられている。燃料は、シリンダ１０６の吸気側（空気が導入される側）から噴射される。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０８の噴射孔がシリンダ１０６内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０８に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１１４が押し下げられ、クランクシャフト１１６が回転する。

シリンダ１０６の頭頂部には、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０が設けられる。シリンダ１０６に導入される空気の量および時期は、吸気バルブ１１８により制御される。シリンダ１０６から排出される排気ガスの量および時期は、排気バルブ１２０により制御される。吸気バルブ１１８はカム１２２により駆動される。排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。

吸気バルブ１１８は、ＶＶＴＬ（Variable Valve Timing and Lift）機構１２６により、開閉タイミング、リフト量および作用角が制御される。排気バルブ１２０の開閉タイミングは、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構１２９により制御される。なお排気バルブ１２０についても、リフト量および作用角を制御するようにしてもよい。

ここで、ＶＶＴＬ機構１２６とは、開閉タイミングを制御するＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構に、リフト量と作用角とを制御するＶＶＬ（Variable Valve Lift）機構を組み合わせたものである。なお、リフト量および作用角のいずれか一方を制御するようにしてもよい。

本実施の形態においては、カム１２２がＶＶＴ機構により回転されることにより、吸気バルブ１１８の開閉タイミングが制御される。なお、開閉タイミングを制御する方法はこれに限らない。また、ＶＶＴ機構には、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰返さない。ＶＶＬ機構については後述する。

制御装置２００は、エンジン１００が所望の運転状態になるように、スロットル開度θｔｈ、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、吸気バルブの動作状態（開閉タイミング、リフト量、作用角等）を制御する。制御装置２００には、カム角センサ３００、クランク角センサ３０２、ノックセンサ３０４、スロットル開度センサ３０６、イグニッションスイッチ３０８、アクセル開度センサ３１４から信号が入力される。

カム角センサ３００は、カムの位置を表す信号を出力する。クランク角センサ３０２は、クランクシャフト１１６の回転数（エンジン回転数）およびクランクシャフト１１６の回転角度を表す信号を出力する。ノックセンサ３０４は、エンジン１００の振動の強度を表す信号を出力する。スロットル開度センサ３０６は、スロットル開度θｔｈを表す信号を出力する。イグニッションスイッチ３０８は、運転者の操作によりオンにされた場合、イグニッションスイッチ３０８がオンであることを表す信号を出力する。アクセル開度センサ３１４は、運転者の操作するアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度Ａｃｃを出力する。

制御装置２００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１００を制御する。

図２は、可変動弁機構において実現されるバルブリフトとクランク角の関係を示す図である。

図２を参照して、排気行程において排気弁が開いて閉じ、吸気行程において吸気弁が開いて閉じる。排気弁のバルブリフトが波形ＥＸ１，ＥＸ２に示されており、これに対して吸気弁のバルブリフトが波形ＩＮ１〜ＩＮ３，ＩＮ２Ａに示されている。排気弁側に設けられている可変バルブタイミングシステム（以下ＶＶＴも称する）によって排気弁の開閉タイミングは、ＥＸ１〜ＥＸ２の間で変化する。最進角側のタイミング波形をＥＸ１とすると、これを基準に排気弁ＶＶＴの遅角量が矢印ＲＲで示される。

これに対して吸気弁の開閉タイミングは、ＶＶＴによって波形ＩＮ１〜ＩＮ３の間で変化し、最遅角側のタイミング波形をＩＮ３とすると、これを基準に進角量が矢印ＦＲで示されるように定義される。

ＴＤＣはピストン上死点、ＢＤＣはピストン下死点を示す。ピストン上死点（ＴＤＣ）付近で排気弁と吸気弁が共に開いている期間をバルブオーバーラップという。ＶＶＴではこのオーバーラップ期間を調節することができる。オーバーラップを大きくすれば高速回転時は新気を多く吸入して出力向上となるが、低速回転時は、排気ガスがシリンダ内に引き戻されて燃焼が不安定になる。

さらに吸気弁に関してはバルブリフト量とともに作用角を一定の範囲内で変更することが可能である。

すなわちバルブリフトの最大量は波形ＩＮ２で最大リフトとなり、波形ＩＮ２Ａで最小リフトとなる。また吸気弁が開いてから閉じるまでのクランク角度を作用角と呼ぶ。波形ＩＮ２においては、作用角は最大となり、波形ＩＮ２Ａにおいては、作用角は最小となっている。

図３は、吸気バルブのリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構４００の正面図である。

図３を参照して、ＶＶＬ機構４００は、一方向に延びる駆動軸４１０と、駆動軸４１０の外周面を覆う支持パイプ４２０と、支持パイプ４２０の外周面上で駆動軸４１０の軸方向に並んで配置された入力アーム４３０および揺動カム４４０とを備える。駆動軸４１０の先端には、駆動軸４１０を直線運動させるアクチュエータが接続される。

ＶＶＬ機構４００には、各気筒に設けられた１つのカム１２２に対応して、１つの入力アーム４３０が設けられる。入力アーム４３０の両側には、各気筒に設けられた一対の吸気バルブ１１８のそれぞれに対応して、２つの揺動カム４４０が設けられる。

支持パイプ４２０は、中空円筒状に形成されており、カムシャフト１３０に対して平行に配置される。支持パイプ４２０は、軸方向へ移動したり、回転したりしないようにシリンダヘッドに固定される。

支持パイプ４２０の内部には、その軸方向に摺動可能なように駆動軸４１０が挿入される。支持パイプ４２０の外周面上には、駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動可能で、かつ、その軸方向には移動しないように、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０が設けられる。

入力アーム４３０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出するアーム部４３２と、アーム部４３２の先端に回転可能に接続されたローラ部４３４とを有する。入力アーム４３０は、ローラ部４３４がカム１２２に当接可能な位置に配置されるように設けられる。

揺動カム４４０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出する略三角形状のノーズ部４４２を有する。ノーズ部４４２の一辺には、凹状に湾曲したカム面４４４が形成される。吸気バルブ１１８に設けられたバルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム１２８に回転可能に取り付けられたローラがカム面４４４に押し付けられる。

入力アーム４３０および揺動カム４４０は、一体となって駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動する。このため、カムシャフト１３０が回転すると、カム１２２に当接された入力アーム４３０が揺動し、この入力アーム４３０の動きに連動して揺動カム４４０も揺動する。この揺動カム４４０の動きが、ロッカアーム１２８を介して吸気バルブ１１８に伝わり、吸気バルブ１１８が開閉される。

ＶＶＬ機構４００は、さらに、支持パイプ４２０の軸芯周りにおいて、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差を変更する機構を備える。相対位相差を変更する機構によって、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が適宜変更される。

つまり、両者の相対位相差を拡大すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が拡大され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が増大される。

また、両者の相対位相差を縮小すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が縮小され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が小さくされる。

図４は、ＶＶＬ機構を部分的に示した斜視図である。図４中では、内部構造が明確に把握できるように一部が破断されて表わされる。

図４を参照して、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０と、支持パイプ４２０の外周面との間に規定された空間には、支持パイプ４２０に対して、回転可能で、かつ軸方向に摺動可能に支持されたスライダギヤ４５０が収容される。スライダギヤ４５０は、支持パイプ４２０上を軸方向に摺動可能に設けられる。

スライダギヤ４５０には、その軸方向の中央部に位置して、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５２が設けられる。また、スライダギヤ４５０には、ヘリカルギヤ４５２の両側に位置し、ヘリカルギヤ４５２とは逆に左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５４が各々に設けられる。

一方、スライダギヤ４５０を収容する空間を規定する入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０の内周面には、ヘリカルギヤ４５２および４５４に対応したヘリカルスプラインがそれぞれ形成される。つまり、入力アーム４３０には、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５２に噛み合っている。また、揺動カム４４０には、左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５４に噛み合っている。

スライダギヤ４５０には、一方のヘリカルギヤ４５４とヘリカルギヤ４５２との間に位置して、周方向に延びる長穴４５６が形成される。また、図示しないが、支持パイプ４２０には、長穴４５６の一部と重なるように、軸方向に延びる長穴が形成される。支持パイプ４２０の内部に挿通された駆動軸４１０には、これら長穴４５６および図示しない長穴の重なった部分を通じて突出する係止ピン４１２が一体に設けられる。

駆動軸４１０がその軸方向に移動すると、スライダギヤ４５０が係止ピン４１２により押され、ヘリカルギヤ４５２および４５４が同時に駆動軸４１０の軸方向に移動する。このようなヘリカルギヤ４５２および４５４の移動に対して、これらにスプライン係合された入力アーム４３０および揺動カム４４０は、軸方向に移動しない。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０は、ヘリカルスプラインの噛み合いを通じて駆動軸４１０の軸芯周りに回動する。

このとき、入力アーム４３０と揺動カム４４０とでは、形成されたヘリカルスプラインの向きが逆である。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０の回動方向は互いに逆方向となる。これにより、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差が変化し、既に説明したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。なお、ＶＶＬ機構は、このような形式のものに限られない。

図５は、ＶＶＬ機構４００の駆動軸４１０を軸方向に直線移動させるアクチュエータ５００を示す断面図である。

図５を参照して、アクチュエータ５００は、空間５１２を規定するハウジング５１０と、空間５１２に配置され、回転運動を直線運動に変換する差動ローラギヤ６００と、差動ローラギヤ６００に対して回転運動を入力するモータ７００とを備える。ハウジング５１０には、ＶＶＬ機構４００が設けられたシリンダヘッドに向かって開口する開口部５１４が形成される。

差動ローラギヤ６００は、軸８００上に延びるサンシャフト６１０と、サンシャフト６１０の外周面６１２上で軸８００と平行に延び、軸８００を中心とした周方向に並んで配設された複数のプラネタリシャフト６２０と、複数のプラネタリシャフト６２０を取り囲むように設けられ、軸８００を中心に筒状に延びるナット６３０とを含む。

サンシャフト６１０は、軸８００上で駆動軸４１０と並ぶように配置される。サンシャフト６１０は、空間５１２から開口部５１４を通じてハウジング５１０の外側に突出するように設けられる。サンシャフト６１０は、図示しないカップリング等により駆動軸４１０と接続される。

サンシャフト６１０は、スプラインが形成されたスプライン部６１４と、雄ねじが形成されたねじ部６１６とを有する。空間５１２内におけるサンシャフト６１０の端部には、リング状のサンギヤ６４０が嵌め合わされる。サンギヤ６４０の外周面には、軸８００を中心とした周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成される。

スプライン部６１４を取り囲む位置には、周り止めカラー５１６が固定される。周り止めカラー５１６の内周面には、スプラインが形成される。周り止めカラー５１６とスプライン部６１４とが係合することにより、軸８００を中心とするサンシャフト６１０の回転運動が規制される。

プラネタリシャフト６２０の両側には、軸８００を中心に環状に延びるリテーナ９００および９１０がそれぞれ配設される。プラネタリシャフト６２０の両端は、リテーナ９００および９１０によって回転自在に支持される。リテーナ９００とリテーナ９１０とは、軸８００を中心とした周方向に所定の間隔を空けて設けられ、プラネタリシャフト６２０と平行に延びる支柱によって互いに結合される。

モータ７００は、ロータ７２０とステータ７３０とから構成される。ロータ７２０は、焼嵌め、圧入または接着剤等の手段を用いて、ナット６３０の外周面に固定される。ハウジング５１０には、コイル７４０が巻回されたステータ７３０が同様の手段により固定される。

ステータ７３０は、ロータ７２０の周りを取り囲むように、軸８００を中心に環状に延びて形成される。ロータ７２０は、軸８００を中心とした周方向に沿って、ステータ７３０との間に所定の大きさの隙間を設けるように位置決めされる。ロータ７２０のステータ７３０に向い合う位置には、軸８００を中心として所定の角度ごとに並ぶ永久磁石７５０が配設される。コイル７４０に通電することにより、ロータ７２０とステータ７３０との間に磁界が発生する。これにより、ロータ７２０がナット６３０とともに軸８００を中心
に回転する。

プラネタリシャフト６２０は、ねじ部６２２と、ねじ部６２２の両側にそれぞれ形成されたギヤ部６２４および６２６とを有する。

図６は、図５に示したアクチュエータ５００のＶＩ部について拡大して詳細を示した図である。

図５、図６を参照してプラネタリシャフト６２０のねじ部６２２には、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじと、ナット６３０の内周面に形成された雌ねじとに螺合する雄ねじが形成される。プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２に形成される雄ねじは、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじとは逆向きであり、ナット６３０の内周面に形成された雌ねじとは同じ向きである。

プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２４には、サンギヤ６４０の外周面に形成された平歯ギヤと、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとに噛み合う平歯ギヤが形成される。この平歯ギヤは、たとえば雄ねじが全体に形成されたプラネタリシャフト６２０の端部を転造加工または切削加工することにより形成することができる。同様に、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２６には、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤと噛み合う平歯ギヤが形成される。

ナット６３０は、ハウジング５１０に固定されたベアリングによって、軸８００を中心に回転自在に支持される。ナット６３０の内周面には、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじとは逆向きの雌ねじが形成される。

ナット６３０には、雌ねじが形成された内周面の両側に位置して、リングギヤ６５０が固定される。リングギヤ６５０の内周面には、軸８００を中心とした周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成される。

サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじ、プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２に形成された雄ねじおよびナット６３０の内周面に形成された雌ねじは、いずれも同一のピッチを有する多条ねじである。サンシャフト６１０の雄ねじ、プラネタリシャフト６２０の雄ねじおよびナット６３０の雌ねじのピッチ円直径を、それぞれ、Ｄｓ、ＤｐおよびＤｎとし、各ねじの条数を、それぞれ、Ｎｓ、ＮｐおよびＮｎとする。本実施の形態では、サンシャフト６１０を軸８００方向にストロークさせるため、たとえば、Ｎｓ：Ｎｐ：Ｎｎ＝（Ｄｓ＋１）：Ｄｐ：Ｄｎの関係を満たすように各ねじの条数が決定される。なお、各ねじのピッチ円直径と条数とは、これ以外の関係も採り得る。

ナット６３０が回転すると、その回転運動は、ナット６３０およびプラネタリシャフト６２０に形成されたねじの噛み合いにより、プラネタリシャフト６２０に伝わる。このとき、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２４に形成された平歯ギヤと、サンギヤ６４０の外周面およびリングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとが噛み合っている。また、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２６に形成された平歯ギヤと、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとが噛み合っている。

そのため、プラネタリシャフト６２０は、軸８００に沿う方向には静止したまま、自転しながら軸８００を中心に公転する。また同時に、プラネタリシャフト６２０は、これら平歯ギヤの噛み合いにより、軸８００と平行な姿勢に保持される。

プラネタリシャフト６２０の回転運動は、プラネタリシャフト６２０およびサンシャフト６１０に形成されたねじの噛み合いにより、サンシャフト６１０に伝わる。サンシャフト６１０の回転運動は周り止めカラー５１６により規制されているので、サンシャフト６１０は、軸８００に沿う方向のみに移動する。これにより、駆動軸４１０が直線移動され、上述したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。

以上の説明からわかるように、ナット６３０、プラネタリシャフト６２０、リングギヤ６５０、サンギヤ６４０、サンシャフト６１０、周り止めカラー５１６等が、モータ７００の回転子の回転位置に応じて駆動軸４１０を位置決めする位置決め機構に相当する。

モータ７００（ロータ７２０）の動作量（回転数もしくは回転角度）はセンサ１０００により検知される。検知結果を表す信号は、制御装置２００に送信される。本実施の形態において、制御装置２００は、モータ７００の動作量と吸気バルブ１１８のリフト量や作用角とを関連付けたマップを用いて、モータ７００の動作量から吸気バルブ１１８のリフト量や作用角を間接的に検知する。

モータ７００は、制御装置２００からの制御信号のデューティを変化させることにより駆動要素である駆動軸４１０を中立状態に保ったり駆動軸４１０の位置を最大側変位端に向けて増加させたり、逆に最小側変位端に向けて減少させたりすることができる。

逆に、駆動軸４１０側から軸８００に沿う方向に力が加えられても、モータ７００が回転するには至らない。これは、サンシャフト６１０のねじ部６１６がプラネタリシャフト６２０のねじ部と噛み合い、さらにプラネタリシャフトのねじ部はサンシャフトと反対側ではナット６３０の雌ねじのねじ部６２２と噛み合っており、このナット６３０は軸８００に沿う方向には動かないように拘束されているからである。

そして、駆動軸４１０側から軸８００に沿う方向に加わる力は、サンシャフト６１０のねじ山からプラネタリシャフト６２０のねじ山に伝わる際に、略垂直にプラネタリシャフトのねじ山側面で受け止められる。したがって、プラネタリシャフト６２０を回転させる力はほとんど生じない。このため、モータ７００を通電させて強制的にプラネタリシャフト６２０をギヤ部６２６の平歯車で回転させる場合には、サンシャフト６１０が軸８００に沿う方向に移動するが、たとえば、モータ７００の電源をオフした状態でも、内部摩擦によってプラネタリシャフト６２０の位置が固定されているのでサンシャフト６１０は動かず、現在の駆動軸４１０の位置が維持されることになる。

センサ１０００は、たとえば、ロータリーエンコーダなどのパルスを出力するセンサを用いることができる。このパルスをカウントすることにより、イグニッションキーがオンされた直後に駆動軸４１０の最大側および最小側変位端位置が基準として学習され、この基準値にパルスのカウント値を加算して現在の駆動軸４１０の変位量に対応する作用角センサ値ＶＣが制御装置２００に認識される。

図７は、スロットルバルブと吸気バルブの協調制御について説明するための概念図である。

図７を参照して、運転者が操作するアクセルペダルの踏込み量に応じて、エンジンの吸気量が制御される。吸気量の制御はスロットルバルブを開いても増加するし、また吸気バルブの開弁期間を長く（作用角を大きく）しても増加する。車両が暖機完了している状態では、スロットルバルブを閉じると負圧が発生し、エンジンのポンピングロスが増大するので、スロットルバルブはある程度開いた状態とし、主として吸気バルブの作用角によって吸気量を調整する。

しかし、運転開始時には、エンジンやモータの温度が低く潤滑油の粘性が高い場合がある。このような場合は可変アクチュエータの動きが良くないので、運転開始当初は作用角をある程度大きい作用角に固定してスロットル弁の開度で吸気量を変化させる制御を行ない、暖機が完了してから作用角を可変とするような制御に移行させることが望ましい。

図８は、作用角の制御の移行について説明するための動作波形図である。
図８を参照して、時刻ｔ０でエンジンが始動すると時刻ｔ１までは、作用角をある程度大きい作用角（開弁期間がある程度長い状態）に固定する動作モードが選択される。この動作モードを大作用角モードと呼ぶことにする。

時刻ｔ１でエンジンの暖機が十分となり、可変アクチュエータ５００の動きがスムーズになる。このとき制御装置２００は、動作モードを大作用角モードから最適作用角モードに変更する。

時刻ｔ０〜ｔ１の間において仮に最適作用角モードで動作が行なわれていれば定まるスロットル開度と作用角を破線で示す。時刻ｔ０〜ｔ１の間は、最適作用角モードにおけるアクセル開度Ａｃｃとスロットル開度θｔｈとの関係よりも、スロットル開度θｔｈが少し絞られてオフセットがある状態となっていた。

時刻ｔ１以降はこのオフセット分のスロットル開度θｔｈの絞込みが無くなり、その代わりに、吸気バルブの作用角がアクセル開度Ａｃｃに応じて変化するようになる。

しかし、時刻ｔ１においては、最適作用角モードを行なったときの目標作用角と固定されていた大作用角とが離れている。したがって、作用角を比較的急に変化させる必要が生ずる。このとき、開弁期間が長い大作用角の運転状態から開弁期間が短い小作用角の運転状態に移行させる際に、作用角の変化と吸気量の変化とが一様ではないので、運転者に違和感を与えないように運転状態を変更することが必要となる。

図９は、作用角と吸気量感度の関係を示す図である。
図９を参照して、横軸は図２で示した作用角であり、吸気バルブの開弁期間をクランク角度の範囲で示したものである。また縦軸は、吸気量感度つまり作用角の変化分に対する吸気量の変化分（Δ吸気量／Δ作用角）を示したものである。図９を見ればわかるように、作用角が小さい小作用角領域で吸気量感度は大となっている。

図１０は、本願実施の形態における作用角の切換開始から完了までの作用角の変化速度を示した図である。

図１０を参照して、破線で（旧）と示した比較例が表わされ、実線で（新）と示した本願実施の形態の制御が示される。破線で示す比較例では切換開始から切換完了まで作用角の変化速度は一様に制御されている。すると吸気弁の吸気感度は切換完了時に近づくと負側に急速に変化する。これにスロットル開度を協調させて吸気量の総量を制御すると、スロットル開度の変化量が急変し、トルクの連続性が保たれない恐れがある。

これに対して、実線で示した制御では、作用角が第１の値θ１となったときには作用角の変化速度が第１の速度になるようにアクチュエータを制御し、作用角が第１の値θ１よりも小さい第２の値θ２となったときには作用角の変化速度を第２の速度になるようにアクチュエータを制御する。作用角の変化量は負であるので、第２の速度は第１の速度よりも大きいことになるが、第２の速度の絶対値は、第１の速度の絶対値よりも小さい。

言い換えると、制御装置２００は、切換開始からしばらくの間の大作用角領域において作用角の変化速度を第１の速度になるようにアクチュエータを制御し、切換期間の後半にあたる小作用角領域において作用角の変化速度を第２の速度になるようにアクチュエータを制御する。つまり、吸気感度の高い小作用角領域では、作用角を徐変させる。

なお、作用角を小作用角から大作用角に切換える場合には、逆に、切換開始直後は作用角が小作用角領域にあるので変化速度を遅くし、作用角が大作用角領域に入るとそれ以降は変化速度を早くする。

図１１は、図１０に示した切換時のモータ制御について説明するための図である。
図１１を参照して、作用角については、図１０で説明した場合と同様であるので説明は繰返さない。

時刻ｔ１１〜ｔ１２においては、作用角の変化速度は第１の速度である。この速度で作用角を変化させるために、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間、図１の制御装置２００は、図５で説明したモータ７００の回転速度をＮ１に制御する。

続く時刻ｔ１２〜ｔ１３の間は、作用角のグラフの傾きが変わり変化速度は第２の速度となる。時刻ｔ１２〜ｔ１３の間は、制御装置２００は、モータ７００の回転速度をＮ１よりも小さいＮ２に制御する。このようにモータ７００を制御することで、作用角の変化速度の絶対値を大作用角側で大きく、小作用角側で小さくすることが可能である。

図１２は、モータ制御の変形例について説明するための図である。
作用角が時刻ｔ１１でθ１、時刻ｔ１２でθ２、時刻ｔ１３でθ３になっている点、および作用角がθ１であるときよりもθ２であるときの方が作用角の変化速度の絶対値が小さい点は図１１と図１２は共通する。

しかし、作用角の変化速度の遷移は、その間でやや異なっている。図１１で示した場合には、作用角の変加速度が２段階に変更されるようにモータが制御されていた。これに対して図１２に示した場合には、時刻ｔ１１からｔ１３で変化速度の絶対値が連続的に小さくなるようにモータが制御されている。

すなわち、図１２に示した場合には、モータ７００の回転速度は、時刻ｔ１１で最大であり、時刻ｔ１３でゼロであり、その間は連続的に減少している。このようにモータを制御しても、図１０に示したスロットル開度の急変を避けることができ、トルクの連続性が維持され違和感の無い運転が実現できる。

また図１１と図１２の中間的な制御を行なっても良い。たとえば、３段階、４段階のように多段階にモータ回転数を減少させても良い。

以上説明したように、本願発明の実施の形態によれば、可変動弁機構の作用角を変更する際に、スロットル開度の急変を避けることができ、違和感の無い運転が実現できる。

なお、本実施の形態では、吸気弁について説明したが、排気弁について同様の可変動弁機構を採用した場合には、排気弁についても本願発明を適用することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るエンジン１００の構成を示す図である。 可変動弁機構において実現されるバルブリフトとクランク角の関係を示す図である。 吸気バルブのリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構４００の正面図である。 ＶＶＬ機構を部分的に示した斜視図である。 ＶＶＬ機構４００の駆動軸４１０を軸方向に直線移動させるアクチュエータ５００を示す断面図である。 図５に示したアクチュエータ５００のＶＩ部について拡大して詳細を示した図である。 スロットルバルブと吸気バルブの協調制御について説明するための概念図である。 作用角の制御の移行について説明するための動作波形図である。 作用角と吸気量感度の関係を示す図である。 本願実施の形態における作用角の切換開始から完了までの作用角の変化速度を示した図である。 図１０に示した切換時のモータ制御について説明するための図である。 モータ制御の変形例について説明するための図である。

符号の説明

１００ エンジン、１０２ エアクリーナ、１０４ スロットルバルブ、１０６ シリンダ、１０８ インジェクタ、１１０ 点火プラグ、１１２ 三元触媒、１１４ ピストン、１１６ クランクシャフト、１１８ 吸気バルブ、１２０ 排気バルブ、１２２,１２４ カム、１２６ ＶＶＴＬ機構、１２８ ロッカアーム、１２９ ＶＶＴ機構、１３０ カムシャフト、２００ 制御装置、３００ カム角センサ、３０２ クランク角センサ、３０４ ノックセンサ、３０６ スロットル開度センサ、３０８ イグニッションスイッチ、３１２ スロットルモータ、３１４ アクセル開度センサ、４００ ＶＶＬ機構、４１０ 駆動軸、４１２ 係止ピン、４２０ 支持パイプ、４３０ 入力アーム、４３２ アーム部、４３４ ローラ部、４４０ 揺動カム、４４２ ノーズ部、４４４ カム面、４５０ スライダギヤ、４５２,４５４ ヘリカルギヤ、４５６ 長穴、５００ アクチュエータ、５１０ ハウジング、５１２ 空間、５１４ 開口部、５１６ カラー、６００ 差動ローラギヤ、６１０ サンシャフト、６１２ 外周面、６１４ スプライン部、６１６，６２２ ねじ部、６２０ プラネタリシャフト、６２４,６２６ ギヤ部、６３０ ナット、６４０ サンギヤ、６５０ リングギヤ、７００ モータ、７２０ ロータ、７３０ ステータ、７４０ コイル、７５０ 永久磁石、８００ 軸、９００,９１０ リテーナ、１０００ センサ。

Claims (5)

1. 内燃機関に設けられた吸気弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置であって、
   前記可変動弁機構は、
   駆動要素を動かすことによって前記吸気弁の開弁期間を決定するアクチュエータを含み、
   前記制御装置は、前記開弁期間をクランク角範囲で示す作用角を切換える際に、前記作用角が第１の値となったときには前記作用角の変化速度が第１の速度になるように前記アクチュエータを制御し、前記作用角が前記第１の値よりも小さい第２の値となったときには前記作用角の変化速度を第２の速度になるように前記アクチュエータを制御し、
   前記第２の速度の絶対値は、前記第１の速度の絶対値よりも小さい、可変動弁機構の制御装置。
2. 前記制御装置は、前記第１の値が存する大作用角領域において前記作用角の変化速度を前記第１の速度になるように前記アクチュエータを制御し、前記第２の値が存する小作用角領域において前記作用角の変化速度を前記第２の速度になるように前記アクチュエータを制御する、請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置。
3. 前記アクチュエータは、
   モータと、
   モータの回転子の回転位置に応じて前記駆動要素を位置決めする位置決め機構とを含み、
   前記制御装置は、前記作用角が前記第１の値となったときの前記モータの回転速度を前記作用角が前記第２の値となったときの前記モータの回転速度よりも遅く制御する、請求項１または２に記載の可変動弁機構の制御装置。
4. 前記制御装置は、前記吸気弁の開弁期間に対応させてスロットル弁の開度を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。
5. 内燃機関に設けられた吸気弁の動作特性を変化させ、駆動要素を動かすことによって前記吸気弁の開弁期間を決定するアクチュエータを含んだ可変動弁機構の制御装置であって、
   前記制御装置は、前記開弁期間をクランク角範囲で示す作用角を切換える際に、前記作用角が第１の値となったときには前記作用角の変化速度が第１の速度になるように前記アクチュエータを制御し、前記作用角が前記第１の値よりも小さい第２の値となったときには前記作用角の変化速度を第２の速度になるように前記アクチュエータを制御し、
   前記第２の速度の絶対値は、前記第１の速度の絶対値よりも小さい、可変動弁機構の制御装置。

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