JP2009108723A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータによりリフト特性を変化させる可変動弁装置において、電動モータの熱による劣化を防止し、かつ機関弁の作動角又はリフト量を設定する際の自由度を拡げる。
【解決手段】機関弁１０の作動角を電動モータ４４を用いて連続的に変更可能な作動角変更機構１２と、機関の運転状態に応じて機関弁１０の作動角の目標値を設定し、機関運転中に機関弁１０の作動角を目標値に保持するために電動モータ４４に供給する保持電流を制御する制御手段２０と、を有する内燃機関の可変動弁装置１２において、制御手段２０は、電動モータ４４のコイルが耐熱限界温度まで昇温する耐熱限界条件が成立したか否かを作動角及び機関回転数に基づいて判定し、耐熱限界条件が成立した場合には保持電流を小さくするために、耐熱限界条件非成立時に比べて、作動角の目標値を小さくする、または機関回転数を上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの可変動弁装置に関し、特に、可変動弁装置を駆動する電動モータの温度が上昇した場合の制御に関する。

エンジンの吸気バルブ及び排気バルブの、バルブリフト量及び作動角といったバルブ特性を連続的に変化させ得る可変バルブ装置として、例えば、電動モータを用いて制御軸の角度を変化させることにより、バルブリフト量及び作動角を連続的に変化させる構成が知られている。この構成では、電動モータへの駆動電流を制御することで制御軸の角度を制御している。また、制御軸の角度が目標角度に一致した後は、バルブスプリングの反力や駆動部品の慣性力等に抗して制御軸角度を目標角度に保持するべく、駆動電流の制御を行っている。

ところで、電動モータは、エンジンのシリンダヘッドに直付けするか、又はその近傍に設置する必要があるため、駆動時に自ら発する熱及びエンジンから発せられる熱によって昇温されるという熱的に厳しい環境に置かれることとなる。

そこで、電動モータの熱による劣化を防止するために、エンジンが所定温度以上になった場合には、電動モータへの駆動電流を強制的に低下させることにより温度上昇を抑制する技術的手段が特許文献１に開示されている。
特開２００３−３９００号公報

しかしながら、特許文献１では、電動モータ周辺の温度（雰囲気温度）が通常の運転時には到達することがほとんどない高い領域においても、電動モータの劣化防止を保証しているので、保持電流について必要以上の制限が課せられている。すなわち、モータコイルの温度は保持電流の大きさと雰囲気温度とにより決まるので、より高い雰囲気温度まで保証するためには、保持電流の大きさを制限せざるを得なくなっている。

ところで、保持電流の大きさはエンジン回転数とバルブ作動角により定まる。例えば、エンジン回転数が低いほどバルブの慣性力が小さくなり、バルブスプリングの弾性力がバルブの慣性力により相殺されずに反力として作用するため保持電流は大きくなり、バルブ作動角が大きくなると、バルブリフト量が大きくなる分だけバルブスプリングの反力が大きくなる。

また、可変バルブ装置において、バルブ作動角等のバルブ特性は、エンジン回転数とエンジン負荷に応じて設定されており、一般に、低回転・低負荷領域ではバルブ作動角は小さく、高回転・高負荷領域ほどバルブ作動角は大きく設定される。

したがって、保持電流の大きさが制限されると、主にバルブ作動角が制限されることとなり、エンジン低回転からの加速時等には、本来であればより多くの吸気量を確保するためにバルブ作動角を大きくしたいにもかかわらず、保持電流を制限内に収めるために大きくできないという問題があった。

そこで、本発明では、電動モータの熱による劣化を防止しつつ、バルブ作動角の設定の自由度を拡げることを目的とする。

本発明は、機関弁の作動角又はリフト量を電動モータを用いて連続的に変更可能な作動角変更機構と、機関の運転状態に応じて機関弁の作動角又はリフト量の目標値を設定し、機関運転中に機関弁の作動角又はリフト量を目標値に保持するために電動モータに供給する保持電流を制御する制御手段と、を有する内燃機関の可変動弁装置に適用する。そして、制御手段は、電動モータのコイルが耐熱限界温度まで昇温する耐熱限界条件が成立したか否かを作動角又はリフト量及び機関回転数に基づいて判定し、耐熱限界条件が成立した場合には保持電流を小さくするために、耐熱限界条件非成立時に比べて、前記作動角又はリフト量の目標値を小さくする、または機関回転数を上昇させる。

本発明によれば、耐熱限界条件が成立した場合にもコイルの熱劣化を防止し、かつバルブスプリングの反力等に抗して作動角又はリフト量を保持することができる。そのため、通常運転時の作動角又はリフト量を設定する際の自由度が拡がり、燃費性能、出力性能を向上させることが可能となる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態を適用するエンジンの構成を表す図である。１はエンジン、２は吸気ポート、３は排気ポート、４は吸気ポート２に接続する吸気通路、５は排気ポート３に接続する排気通路、６は吸気通路４に介装する吸気コレクタ、７は吸気コレクタ６の上流側に配置するスロットルバルブ、８は吸入空気量を計測するエアフローセンサ、９は吸気ポート２に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁、１０は吸気ポート２を開閉する吸気バルブ（機関弁）、１１は排気ポート３を開閉する排気バルブ（機関弁）、１２は吸気バルブ１０を駆動する吸気側可変動弁装置、１３は排気バルブ１１を駆動する排気側可変動弁装置、１４は点火栓、１５はエンジン１のシリンダ内に収装するピストン、１６はピストン１５と図示しないクランクシャフトとを連結するコネクティングロッド、１７はエンジン冷却水温を検出する水温センサ、１８は排気通路５に介装する排気浄化装置、１９は排気浄化装置１８通過後の排気空燃比を検出するλセンサ、２０はコントロールユニット（ＥＣＵ）、２１はエンジンオイルの温度を検出する油温センサ、２２は図示しないクランクシャフトの回転数を検出するクランク角センサである。

吸気側可変動弁装置１２は、吸気バルブ１０のリフト量及び作動角を連続的に可変制御可能な機構であり、運転車のアクセル開度に応じて、バルブリフト量を連続的に変化させることで吸入空気量を調節するものである。なお、構成及び制御については後述する。

排気側可変動弁装置１３は、図示しないクランクシャフトの回転に対する排気バルブ１１を駆動する排気カムシャフトの回転の位相のずれを変化させることにより、排気バルブ１１の開閉時期を連続的に可変制御可能な機構である。

スロットルバルブ７は、シャフト７ａを軸として回転することで吸気通路４の流路を開閉し得る構成となっている。ただし、本実施形態では吸入空気量の調整を吸気側可変動弁装置１２により行うので、スロットルバルブ７は全開に近い角度で固定する。全開にしないのは、例えばブレーキブースター等のように負圧を利用する機器のために、吸気コレクタ６内に所定の負圧を発生させるためである。

ＥＣＵ２０は、エアフローセンサ８、クランク角センサ２２、ラムダセンサ１９、水温センサ１７、油温センサ２１、その他図示しないアクセル開度センサ等の検出信号に基づいて、燃料噴射弁９の噴射量や点火栓１４の点火時期の制御を行う。また、後述する吸気側可変動弁装置１２、排気側可変動弁装置１３及びスロットルバルブ７の制御も行う。

図２は吸気側可変動弁装置１２の構成を表す図である。

吸気側可変動弁装置１２は、上記のようにリフト量等を連続的に可変制御可能な機構である。なお、ここでいうリフト量とは最大リフト量のことをいう。また、リフト量の可変制御とは最大リフト量を可変制御することをいい、クランクシャフトの回転に同期して開閉する際のリフト量変化は除くものである。

吸気側可変動弁装置１２は、吸気バルブ１０のリフト量及び作動角を変化させるリフト・作動角可変機構４３と、そのリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構４２と、が組み合わされて構成されている。

なお、このリフト・作動角可変機構４３は、本出願人が先に提案し、位相可変機構４２とともに特開２００２−８９３０３号公報や特開２００２−８９３４１号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。

リフト・作動角可変機構４３は、シリンダヘッド上部の図示せぬカムブラケットに回転自在に支持された中空状の駆動軸３１と、この駆動軸３１に圧入等により固定された偏心カム３２と、駆動軸３１の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸３１と平行に配置された制御軸３７と、この制御軸３７の偏心カム部３８に揺動自在に支持された可変動弁用ロッカーアーム３４と、一方の端部付近が可変動弁用ロッカーアーム３４の一方の端部付近と連結ピン３９を介して連結されるリンク部材３５と、駆動軸３１と同軸状に配置されリンク部材３５の他方の端部付近と連結ピン４１で連結された揺動カム３６と、を備えている。また、駆動軸３１の回転角を検出する駆動軸角センサ４７と、制御軸３７の回転角を検出する制御軸角センサ４８とを備える。これらのセンサの検出値はＥＣＵ２０に読み込まれる。

駆動軸３１は、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。

偏心カム３２は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸３１の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム３３の環状部３３ａが回転可能に嵌合している。

可変動弁用ロッカーアーム３４は、略中央部を上記偏心カム部３８が回転可能に貫通している。偏心カム部３８は、制御軸３７の軸心から偏心しており、従って、制御軸３７の角度位置に応じて可変動弁用ロッカーアーム３４の揺動中心は変化する。

揺動カム３６は、駆動軸３１の外周に嵌合して回転自在に支持されており、駆動軸３１の軸方向に対して直角方向へ延びた端部付近に、前述したようにリンク部材３５の下端部が連結ピン４１を介して連結している。この揺動カム３６の下面には、駆動軸３１と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から上記端部へと所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム３６の揺動位置に応じて吸気バルブ１０上部に備えたバルブリフタ１０ａに接触するようになっている。

すなわち、基円面はベースサークル区間として、リフト量がゼロとなる区間であり、揺動カム３６が揺動してカム面がバルブリフタ１０ａに接触すると、吸気バルブ１０は徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。

制御軸３７は、一方の端部に設けられたリフト・作動角制御用モータ（以下、単に「モータ」という）４４によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このモータ４４への電力供給は、ＥＣＵ２０からの制御信号に基づいて制御されている。

また、モータ４４は、作動角を変更する際に制御軸３７を目標角度に回転させるのみならず、運転中に制御軸３７の角度が目標角度からずれないように保持する機能も有する。この目標角度を保持するためにモータ４４に流す電流、つまり目標角度を保持するために必要なトルク（保持トルク）を発生させるのに必要な電流を保持電流とよぶ。

このリフト・作動角可変機構４３の作用を説明する。駆動軸３１が回転すると、偏心カム３２のカム作用によってリンクアーム３３が上下動し、これに伴って可変動弁用ロッカーアーム３４が制御軸３７を揺動軸として揺動する。この可変動弁用ロッカーアーム３４の揺動は、リンク部材３５を介して揺動カム３６へ伝達され、該揺動カム３６が揺動する。この揺動カム３６のカム作用によって、吸気バルブ１０がリフトする。

ここで、モータ４４を介して制御軸３７の角度が変化すると、可変動弁用ロッカーアーム３４の揺動中心位置が変化し、ひいては揺動カム３６の初期揺動位置が変化する。

例えば、偏心カム部３８が上方に位置しているとすると、可変動弁用ロッカーアーム３４は全体として上方へ位置し、連結ピン４１が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム３６の初期揺動位置は、そのカム面３６ｂがバルブリフタ１０ａから離れる方向に傾く。従って、駆動軸３１の回転に伴って揺動カム３６が揺動した際に、基円面が長い間バルブリフタ１０ａに接触し続け、カム面がバルブリフタ１０ａに接触する期間は短い。このためリフト量が全体として小さくなり、かつ、その開時期から閉時期までの角度範囲、すなわち作動角も縮小する。

逆に、偏心カム部３８が下方へ位置しているとすると、可変動弁用ロッカーアーム３４は全体として下方へ位置し、揺動カム３６の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム３６の初期揺動位置は、そのカム面がバルブリフタ１０ａに近付く方向に傾く。従って、駆動軸３１の回転に伴って揺動カム３６が揺動した際に、バルブリフタ１０ａと接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。このためリフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。

上記の偏心カム部３８の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性も連続的に変化する。つまり、リフト量ならびに作動角を、両者同時にかつ連続的に拡大，縮小させることができる。なお、この実施例では、リフト量・作動角の大小変化に伴い、吸気バルブ１０の開時期と閉時期がほぼ対称に変化する。

位相可変機構４２は、駆動軸３１の前端部に設けられたスプロケット４５と、このスプロケット４５と駆動軸３１とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４６と、から構成されている。

スプロケット４５は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトと同期して回転している。位相制御用アクチュエータ４６は、ＥＣＵ２０からの制御信号に基づいて制御される。この位相制御用アクチュエータ４６の制御によって、スプロケット４５と駆動軸３１とが相対的に回転し、リフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も連続的に得ることができる。位相可変機構４２としては、油圧式、電磁式アクチュエータを利用したものなど、種々の構成が可能であるが、本実施形態では油圧式アクチュエータを用いることとする。

なお、位相可変機構４２は排気側にも備えられ、排気バルブ１１の開閉時期を可変に制御することが可能となっている。

上記のような構成の吸気側可変動弁装置１２において、吸気バルブ１０の作動角は、ＥＣＵ２０により、作動角をエンジン１の回転数及び負荷に割り付けた制御用マップに基づいて制御される。制御用マップは、例えば図３に示すように、高回転・高負荷になるほど作動角が大きくなるように設定したマップを用いる。

ところで、モータ４４は、運転中に温度が上昇して内部のコイルが耐熱温度を超えると熱により劣化するおそれがある。

モータ４４の温度は保持電流と雰囲気温度とによって定まり、保持電流が大きいほど、また雰囲気温度が高いほどモータ４４の温度は高くなる。

保持電流は、エンジン回転数が低い領域ほど大きな保持電流が必要となる。これは、低回転時ほど図示しないバルブスプリングの反力が制御軸３７に強く作用するためである。すなわち、高回転時には吸気バルブ１０等の運動部品の慣性力が大きく、この慣性力がバルブスプリングの反力とは反対方向に作用するため、バルブスプリングの反力と慣性力とが相殺され、バルブリフタ１０ａ、リンク部材３５及び可変動弁用ロッカーアーム３４を介して制御軸３７を回転させようとする力は相対的に小さくなるが、低回転時にはこの慣性力が小さくなるため、制御軸３７を回転させようとする力が相対的に大きくなるためである。

また、吸気バルブ１０の作動角が大きい場合は、小さい場合に比べて大きな保持電流が必要となる。これは、作動角が大きいほどバルブリフト量が大きくなることにより、バルブスプリングの縮み量が大きくなり、バルブスプリングの反力が大きくなるためである。

上記のように、保持電流の大きさは、エンジン回転数及び作動角により定まる。

雰囲気温度とは、モータ４４周辺の温度である。モータ４４はエンジン１の側面等に直接取り付けられており、また、周辺にはパワートランジスタ等の熱を発する部品が配置されているため、これらエンジン１等から発生する熱により、モータ４４周辺の温度は高くなる傾向がある。

したがって、吸気側可変動弁装置１２の制御用マップを作成する場合に、例えば低回転からの加速時のように低回転・高負荷域では、より大きな作動角を設定した方が加速性能は向上するが、保持電流及び雰囲気温度によるモータ４４の温度上昇を考慮して、モータ４４の熱による劣化を防止できる作動角を設定する必要がある。

ここで、より高い雰囲気温度までモータ４４の熱劣化の防止を保証しようとすると、許容できる保持電流は相対的に小さくなるので、設定可能な作動角も制限される。しかしながら、通常運転時にはほとんど到達することがない雰囲気温度であっても、何らかの理由で到達する可能性があれば、保証する必要がある。

そこで、より大きな作動角の設定と、より高温までの保証とを両立するために、次のような制御を行うこととする。

図４は本実施形態で実行するモータ４４の温度上昇による熱劣化を防止するための制御ルーチンを表すフローチャートである。

ステップＳ１００では、エンジン回転数、エンジン潤滑油温（以下、単に「油温」という）、作動角を読み込む。

エンジン回転数はクランク角センサ２２により検出する。油温は図示しない油温センサにより検出する。作動角は、制御軸角センサ４８により検出する。

油温はエンジン１の温度を推定するためのパラメータである。そして、ここではエンジン１の温度に基づいて雰囲気温度を推定する。油温センサは、エンジン潤滑油の温度を検出でき、かつ検出した温度とエンジン１の温度との関係がわかるものであればよく、例えば、位相可変機構４２の制御のために従来から用いられている油温センサを用いることができる。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で読み込んだ各値に基づいて、モータ４４内のコイルの温度が耐熱限界を超えるまで上昇する条件が成立しているか否かの判定（耐熱限界判定）を行う。具体的には、まず保持トルクと制御軸３７の角度、エンジン回転数及び作動角との関係、保持トルクと保持電流との関係、及びその保持電流を流したときの発熱量を予め求めておき、検出したエンジン回転数及び作動角から保持電流による発熱量を求める。

また、油温とエンジン１本体温度との関係、及びエンジン１本体の温度と雰囲気温度との関係を予め求めておき、検出した油温から雰囲気温度を算出する。

そして、雰囲気温度と保持電流による発熱量からモータ４４の温度を推定し、このモータ４４の温度に基づいてコイルの温度が耐熱限界に達するか否かを判定する。

なお、コイルの耐熱限界は使用するモータ４４によって異なるため、使用するモータ毎に判定用の閾値を設定する。

ここで耐熱限界を超えていないと判定した場合は、ステップＳ１３０に進み、超えていると判定した場合はステップＳ１４０に進む。

本実施形態のように、油温に基づいて雰囲気温度を推定し、保持電流及び雰囲気温度に基づいて耐熱限界判定を行うと、例えば雰囲気温度が相対的に低い場合には、相対的に大きな作動角まで耐熱限界を超えなくなる。

なお、油温に基づいて雰囲気温度を推定せずに、耐熱限界判定に用いる雰囲気温度は予め設定した所定値としてもよい。この場合、予め設定する所定値としては、例えば通常の運転状態におけるエンジン温度を設定する。

ステップＳ１２０では、コイルの温度を耐熱限界以下に低下させるためのフェールセーフ制御を実行し、かつフェールセーフフラグＦ／Ｓ＝１にする。

ステップＳ１３０では、フェールセーフフラグＦ／Ｓ＝０であるか否かの判定を行い、Ｆ／Ｓ＝０の場合はそのままリターンし、Ｆ／Ｓ＝１の場合はステップＳ１４０でＦ／Ｓ＝０とする。

ここで、フェールセーフ制御について説明する。フェールセーフ制御はモータ４４の温度を低下させるための制御であり、具体的には、保持電流を小さくする制御、雰囲気温度を低下させるための制御、の何れか又は両方を行う。

保持電流を小さくするための制御としては、例えば作動角を小さくする制御がある。作動角を小さくすれば、上述したように保持トルクは小さくなるため、保持電流が小さくなる。例えば、通常の運転時と同様に、運転状態に応じた作動角をマップ検索した後、この作動角を小さくするよう補正する。どの程度補正するかは、モータ４４の推定温度と耐熱限界との乖離の度合に応じて設定するようにしてもよいし、乖離の度合によらず一定の補正係数を乗じるようにしてもよい。

なお、作動角の減少に伴うトルク低下を防止するために、作動角の減少に応じてスロットルバルブ７の開度を増大させるように、吸気側可変動弁装置１２とスロットルバルブ７とを協調制御してもよい。

保持電流を小さくするための制御の他の例としては、エンジン回転数を上昇させる制御がある。例えば、通常走行時には全開よりもやや小さい開度に固定されているスロットルバルブ７の開度を大きくする。これにより吸入空気量が増大して、エンジン回転数は上昇する。このとき、エンジン回転上昇に伴うトルクショックを抑制するために、吸気バルブ１０のリフト量（作動角）をスロットルバルブ７の開度変化に応じて小さくするように、吸気側可変動弁装置１２とスロットルバルブ７とを協調制御してもよい。

また、自動変速機を備える車両の場合には、自動変速機の変速制御によりエンジン回転数を上昇させてもよい。例えば自動変速機がＣＶＴであれば、車速一定のままエンジン回転数が上昇するように変速比を変更することが可能である。

雰囲気温度を低下させるためには、例えば冷却ファン等のモータ４４冷却用装置を設け、フェールセーフ制御実行時に当該冷却装置を作動させるようにすればよい。

上記のようなフェールセーフ制御を行うことによる効果について説明する。

図５は作動角とエンジン回転数との関係を示す図であり、実線Ａは、雰囲気温度が通常のエンジン運転時における温度であるとした場合に、モータ４４の温度が耐熱限界を超えないようにするための作動角の限界線、実線Ｂはそのときの作動角マップ、実線Ｃは雰囲気温度が通常の運転ではほとんど到達することがない高温であるとした場合に、モータ４４の温度が耐熱限界を超えないようにするための作動角の限界線、実線Ｄはそのときの作動角マップである。なお、実線Ｂ、Ｄは作動角マップの一例であって、それぞれ実線Ａ、Ｃを超えなければ他の特性でもよく、例えば限界線と一致する特性であってもよい。

本実施形態のフェールセーフ制御であれば、モータ４４の温度が耐熱限界を超えた場合であっても、吸気側可変動弁装置１２を作動させた状態での運転が可能となる。すなわち、制御軸３７の回転角を制御し得るだけの保持トルクを発生させた状態でエンジン1を運転することが可能なので運転性を損なうことがない。

そのため、エンジン回転数に対する作動角を設定する際に、通常のエンジン運転時の雰囲気温度を基準として作動角マップを作成することができる（実線Ａ、Ｂ）。

これに対して、例えばモータ４４への通電を停止または通電量を低減するようなフェールセーフ制御の場合は、フェールセーフ制御実行時には保持トルクがゼロ又は相対的に小さくなるので、エンジン運転中に制御軸３７を目標角度に保持できなくなり運転性を損なうおそれがある。そこで、できるだけフェールセーフ制御を実行する機会を少なくする必要があり、そのためには、雰囲気温度が通常運転時にはほとんど到達することがない高温まで上がった場合でも、モータ４４の温度が耐熱限界以下となるように、作動角限界線を実線Ｃのように低く設定しなくてはならない。すなわち、ほとんど起こりえない高温状態での運転性を確保するために、通常の雰囲気温度における作動角が必要以上に制限されるので、実線Ｄのように相対的に小さな作動角を設定しなければならない。

このように、本実施形態では、通常運転時により大きな保持電流を流すことが可能となるので、作動角マップを設定する際の自由度が増し、より大きな作動角を設定して出力性能等を向上させることが可能となる。

また、より大きな保持電流を流すことができるようになると、図６に示すようにバルブスプリング（図示せず）のバネレートを高くすることができる。

図６は、エンジン回転数が一定の場合における、保持電流と作動角との関係の一例を示す図であり、図に示すように、保持電流はピーク値をとる所定の作動角までは作動角の増大に伴って増大する特性を有する。図中の実線Ｅは、雰囲気温度が通常のエンジン運転時における温度であるとした場合にモータ４４の温度が耐熱限界を超えないようにするための保持電流の限界線、実線Ｆはそのときに設定可能な保持電流の作動角に対する特性、実線Ｇは雰囲気温度が通常の運転ではほとんど到達することがない高温であるとした場合に、モータ４４の温度が耐熱限界を超えないようにするための保持電流の限界線、実線Ｄはそのときに設定可能な保持電流の作動角に対する特性である。

保持電流は、前述したように主にバルブスプリングの反力に抗して制御軸３７の回転角を保持するだけのトルクを発生させるための電流値なので、バルブスプリングの反力が大きいほど、つまりバネレートが高くなるほど保持電流も大きくなる。

したがって、本実施形態のように保持電流の限界線（実線Ｅ）が従来の保持電流の限界線（実線Ｇ）より高くなると、より高いバネレートのバルブスプリングを使用することが可能となる。そして、バネレートの高いバルブスプリングを使用することにより、エンジンをより高回転で運転して出力性能を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態では、吸気ポート内に燃料を噴射するエンジン（ポート噴射式エンジン）に適用する場合について説明したが、燃焼室２３内に燃料を直接噴射するエンジン（筒内直接噴射式エンジン）にも同様に適用することができる。

以上により本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。

（１）吸気バルブ１０の作動角をモータ４４を用いて連続的に変更可能なリフト・作動角可変機構４３と、機関運転状態に応じて吸気バルブ１０の作動角の目標値を設定し、機関運転中に吸気バルブ１０の作動角を目標値に保持するためにモータ４４に供給する保持電流を制御するコントロールユニット２０と、を有するエンジンの吸気側可変動弁装置１２において、コントロールユニット２０は、モータ４４のコイルが耐熱限界温度まで昇温する耐熱限界条件が成立したか否かを作動角及びエンジン回転数に基づいて判定し、耐熱限界条件が成立した場合には保持電流を小さくするために、耐熱限界条件非成立時に比べて、作動角の目標値を小さくする、またはエンジン回転数を上昇させるので、耐熱限界条件が成立した場合にもコイルの熱劣化を防止し、かつバルブスプリングの反力等に抗して作動角を保持することができる。そのため、通常運転時の作動角を設定する際の自由度が拡がり、燃費性能、出力性能を向上させることが可能となる。また、バルブスプリングのバネレートを高めることが可能となるので、エンジンを高回転化して性能を向上させることが可能となる。

（２）油温センサ２１の検出値に基づいて雰囲気温度を推定し、この雰囲気温度と作動角及びエンジン回転数に応じて耐熱限界条件が成立したか否かを判定するので、雰囲気温度が相対的に低い場合には作動角を相対的に大きく設定することができる。そのため、作動角マップを設定する際の自由度が拡がる。

（３）フェールセーフ制御実行時に、スロットルバルブ７の開度を大きくすることによりエンジン回転数を上昇させるので、作動角を小さくすることなく保持電流を小さくすることができる。

（４）フェールセーフ制御実行時に、自動変速機の変速比を変化させることによりエンジン回転数を上昇させるので、作動角を小さくすることなく保持電流を小さくすることができる。

なお、上記実施形態では、フェールセーフ制御実行時にも通常運転時と同じ作動角マップを使用しているが、フェールセーフ制御時用の作動角マップを通常運転時用の作動角マップとは別に作成しておき、フェールセーフ制御実行時にはフェールセーフ制御時用の作動角マップに切り換えるようにしてもよい。

この場合、フェールセーフ制御時用の作動角マップは、エンジン回転数等の運転状態が同一の場合に、通常運転時よりも保持電流が小さくなるような作動角を設定したものを用いる。このようなフェールセーフ制御時用の作動角マップに切り換えると、より高い雰囲気温度までモータ４４の温度が耐熱限界を超えにくくなるので、マップ検索によって設定した作動角を、更に補正する必要が無くなる場合がある。つまり、演算負荷を軽減することができる。

また、排気側可変動弁装置１３の替わりに、吸気側可変動弁装置１２と同様の可変動弁装置を適用し、上記実施形態の吸気側可変動弁装置１２と同様の制御を行うようにしてもよい。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明を適用する実施形態のシステムの構成を表す図である。 本実施形態を適用する可変動弁装置の構成図である。 作動角制御用のマップの一例を表す図である。 本実施形態の制御ルーチンを表す図である。 作動角とエンジン回転数との関係を表す図である。 保持電流と作動角との関係を表す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気ポート
３ 排気ポート
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ 吸気コレクタ
７ スロットルバルブ
８ エアフローセンサ
９ 燃料噴射弁
１０ 吸気バルブ
１１ 排気バルブ
１２ 吸気側可変動弁装置
１３ 排気側可変動弁装置
１４ 点火栓
１５ ピストン
１６ コネクティングロッド
１７ 水温センサ
１８ 排気浄化装置
１９ λセンサ
２０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
２１ 油温センサ
２２ クランク角センサ

Claims (5)

1. 機関弁の作動角又はリフト量を電動モータを用いて連続的に変更可能な作動角変更機構と、
   機関の運転状態に応じて機関弁の作動角又はリフト量の目標値を設定し、機関運転中に前記機関弁の作動角又はリフト量を目標値に保持するために前記電動モータに供給する保持電流を制御する制御手段と、を有する内燃機関の可変動弁装置において、
   前記制御手段は、前記電動モータのコイルが耐熱限界温度まで昇温する耐熱限界条件が成立したか否かを前記作動角又はリフト量及び機関回転数に基づいて判定し、耐熱限界条件が成立した場合には前記保持電流を小さくするために、耐熱限界条件非成立時に比べて、前記作動角又はリフト量の目標値を小さくする、または機関回転数を上昇させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記電動モータを配置する位置の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段を有し、
   雰囲気温度と前記作動角又はリフト量及び機関回転数とに基づいて耐熱限界条件が成立したか否かを判定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。
3. 前記作動角変更機構は、
   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、
   所定の支軸に揺動自在に支持されて、バルブスプリングのばね力に抗して機関弁を開作動させる揺動カムと、
   制御軸に揺動自在に設けられて、一端部がリンクアームを介して前記駆動カムに連係し、他端部が前記揺動カムに連係したロッカアームと、
   前記制御軸の回転位置を機関運転状態に応じて制御する電動モータとを備え、
   前記制御軸の回転位置を変化させてロッカアーム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に対する当接位置を変化させて機関弁の作動角又はリフト量を可変にすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 吸入空気量を制御するスロットル弁を備え、
   前記制御手段は、前記スロットル弁の開度を大きくすることにより機関回転数を上昇させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 機関の出力を自動変速機を介して駆動輪に伝達し、
   前記制御手段は、前記自動変速機の変速比を変化させることにより機関回転数を上昇させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の可変動弁装置。

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