JP2009275587A - 内燃機関の動弁システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の動弁システムにおいて、バルブの開弁特性を速やかに変更することができる技術を提供する。
【解決手段】カムとバルブとの間に介在する制御軸をギヤを介してアクチュエータで回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、該バルブの作用角を変化させる内燃機関の動弁システムにおいて、バルブの作用角の目標値が一定の場合には、該目標値を中心として制御軸が規定範囲内で作用角の大きくなる方向と小さくなる方向とへ交互に回転するように該制御軸を繰り返し揺動させる揺動制御を行い、この揺動させるときに作用角の小さくなる方向よりも大きくなる方向への制御軸の回転速度を遅くする。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁のリフト特性を変更可能な動弁システムに関する。

カムとバルブとの間に介在する制御軸をギヤを介してアクチュエータで回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、該バルブの作用角を変化させる内燃機関の動弁システムにおいて、カムの作用角が大きくなる方向へアクチュエータを作動させるときには、一旦作用角が小さくなる方向へアクチュエータを作動させた後に該作用角が大きくなる方向へ作動させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、ウォームとウォームホイールとが接触しつつ停止しているときの静止摩擦を、動摩擦に変更することができるため、より少ない力で作用角を大きくすることができる。これにより、消費電力を低減することができる。

しかし、一旦作用角が小さくなる方向へ制御軸を回転させると、慣性力が発生するため、時期によっては作用角の変更に時間がかかる虞がある。
特開２００５−２０１０７８号公報 特開２００７−２３１７４１号公報

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バルブの開弁特性を速やかに変更することができる技術の提供にある。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の動弁システムは、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の動弁システムは、
カムとバルブとの間に介在する制御軸をギヤを介してアクチュエータで回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、該バルブの作用角を変化させる内燃機関の動弁システムにおいて、
前記バルブの作用角の目標値が一定の場合には、該目標値を中心として制御軸が規定範囲内で作用角の大きくなる方向と小さくなる方向とへ交互に回転するように該制御軸を繰り返し揺動させる揺動制御を行い、この揺動させるときに作用角の小さくなる方向よりも大きくなる方向への制御軸の回転速度を遅くすることを特徴とする。

カムとバルブとの間に介在する制御軸を制御することで、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変更することができる。これにより、バルブが開く時期を変更することができるため、該バルブの作用角を変更することもできる。制御軸はアクチュエータにより操作されるが、該アクチュエータの回転を制御軸に伝えるときにギヤにより回転数を変更している。

なお、バルブの作用角は、バルブが開いているときのクランク角度の変化量としても良い。このクランク角度に代えて、カムシャフトの回転角度としても良い。以下、作用角といった場合には、このバルブの作用角を指すものとする。

ここで、バルブの作用角の目標値を中心として制御軸を揺動させると、ギヤの静止摩擦を動摩擦に変更することができる。このときに制御軸を揺動させる範囲は、規定範囲内と
する。つまり、内燃機関の運転状態に与える影響が許容範囲内となるようにする。これは、内燃機関の運転状態に影響を与えない範囲内としても良い。このようにして、静止摩擦を動摩擦に変更すれば、より少ない電力で作用角を変更することができる。

ここで、内燃機関の負荷が増大するときには、バルブの作用角が大きくされる。このときには、速やかに作用角が変更されることが望ましい。一方、内燃機関の負荷が減少するときには、バルブの作用角が小さくされる。このときの作用角の変更速度は、作用角が大きくされるときと比較すると、一般的に遅くても良い。

ところで、制御軸が揺動しているときには、夫々の回転方向に慣性力が発生する。この慣性力は、例えば制御軸やアクチュエータの慣性により発生する。そして、揺動の範囲を越えて制御軸を新たな目標値まで回転させるときに、揺動による慣性の働く方向と、新たな目標値に合わせるために制御軸が回転する方向とが同じであれば、慣性力により制御軸の回転が促進される。一方、慣性の働く方向と、制御軸が回転する方向とが異なれば、慣性力により制御軸の回転速度が抑制される。つまり、制御軸を回転させようとする方向に慣性が働いているときに、該制御軸を目標値に向かって回転させることにより、バルブの作用角をより速やかに変更することが可能となる。

上述のように、作用角の目標値が大きくなる方向に変更されるときには制御軸を速く回転させたい。これに対し、揺動制御時に作用角が大きくなる方向に回転しているときに、揺動の範囲を越えて作用角を大きくすれば、作用角を速やかに変更することができる。ここで、制御軸を揺動させるときに、作用角が大きくなる方向に回転する速度を、作用角が小さくなる方向に回転する速度よりも低くすることにより、作用角が大きくなる方向に回転する時間のほうが長くなる。これにより、作用角を目標値に合わせるときに作用角が大きくなる方向に慣性力が発生している確立が高くなる。したがって、作用角を大きくするときに逆向きの慣性を受ける確立が低くなる。つまり、作用角を大きくする方向には速やかに変更したいため、作用角を大きくする方向の慣性力が発生する時間をより長くしている。このようにして、バルブの作用角を速やかに大きくすることができる。

本発明においては、前記バルブの作用角の目標値が現時点よりも大きくなる方向に変化するときに、前記揺動制御における前記制御軸が作用角の小さくなる方向へ回転している場合には、該制御軸が作用角の大きくなる方向へ回転するまで待ってから作用角を目標値に合わせることができる。

つまり、揺動制御により制御軸が作用角の小さくなる方向へ回転している最中に、作用角を大きくなる方向へ回転させようとすると、アクチュエータや制御軸に発生する慣性力が働く方向とは逆方向に回転させなくてはならない。これに対し、揺動制御により制御軸が作用角の大きくなる方向へ回転するまで待ってから作用角を目標値に向かって変更すれば、アクチュエータや制御軸の慣性力が働く方向と同方向への回転となるため、速やかに作用角を変更することができる。

本発明においては、前記アクチュエータの回転方向に抗する力であり作用角が大きくなるほど大きくなる反力を発生させる付勢手段を備え、
前記バルブの作用角の目標値が小さいときには大きいときと比較して、前記揺動の周波数または振幅の少なくとも一方を大きくすることができる。

つまり、バルブの作用角が小さいときほど、付勢手段による反力が小さくなる。そのため、バルブの作用角が小さいときほど、作用角を大きくし易い。

現時点でのバルブの作用角の目標値が比較的小さい場合には、バルブの作用角がそのと
きよりも大きくされる確率が高くなる。この場合、応答性の向上が望まれる。このときに、揺動の周波数を大きくしておくと、制御軸の回転速度が速くなるため、アクチュエータ等に発生する慣性力を大きくすることができる。また、振幅を大きくすることによっても、制御軸の回転速度が速くなるため、慣性力が大きくなる。周波数または振幅の少なくとも一方を大きくすることにより、速やかにバルブの作用角を大きくすることができる。

一方、現時点でのバルブの作用角が比較的大きい場合には、バルブの作用角が小さくされる確立が高くなる。この場合、付勢手段による反力により制御軸に力が加わる方向と、制御軸の回転方向とが同じになる。つまり、付勢手段からの反力により制御軸が回転し易くなる。また、バルブの作用角を小さくする方向には、その速さは要求されない場合が多い。これらから、制御軸を揺動させるときの周波数を小さくすることができる。また、振幅を小さくすることもできる。つまり、作用角を小さくするときには揺動による慣性力に頼らなくても、付勢手段による反力が働くため、少ない電力で制御軸を回転させることができる。また、揺動時の周波数を小さくし、または振幅を小さくすることで、揺動に要する電力も少なくすることができる。

なお、バルブの作用角の目標値が小さいときには大きいときと比較して、揺動制御における制御軸の回転速度を速くしても良い。

本発明においては、前記制御軸が前記バルブを開閉するときに生じる該制御軸のトルク変動の波形に合わせて、前記制御軸を揺動させることができる。

ここで、バルブが開くときには、カムからの力が制御軸にかかり、その力がバルブに伝わる。そのときには、バルブスプリングからの反力が制御軸にかかる。つまり、制御軸はカムやバルブスプリングからの力を受ける。カムやバルブスプリングから制御軸へ周期的に力が加わることにより、制御軸ではトルク変動が発生する。なお、多気筒機関の場合には、夫々の気筒におけるカムの力が制御軸に伝わり得る。この周期は、カムの回転位置に応じて推定できる。

つまり、カムやバルブスプリングから制御軸へ伝わる力の方向は、周期的に変化する。そして、カムやバルブスプリングから受ける力に合わせて制御軸を揺動させれば、これらから受ける力を揺動する力に加えることができるため、より慣性力を増加させることができる。これにより、作用角の変更に要する電力も低減することができる。

なお、前記制御軸のトルク変動により前記バルブの作用角が大きくなる方向に向かってトルクがかかるときに、作用角が大きくなる方向へ前記制御軸を回転させることができる。

つまり、トルク変動によるトルクが作用角の小さくなる方向から大きくなる方向へ変化するのに合わせて、作用角が小さくなる方向から大きくなる方向へ変化するように揺動させれば、作用角を大きくするときの慣性力をより大きくすることができる。

同様に、前記制御軸のトルク変動により前記バルブの作用角が小さくなる方向に向かってトルクがかかるときに、作用角が小さくなる方向へ前記制御軸を回転させることができる。

つまり、トルク変動によるトルクが作用角の大きくなる方向から小さくなる方向へ変化するのに合わせて、作用角が大きくなる方向から小さくなる方向へ変化するように揺動させれば、作用角を小さくするときの慣性力をより大きくすることができる。また、トルク変動により制御軸にかかる力を利用すれば、アクチュエータによらずとも作用角を小さく
し得る。

本発明によれば、バルブの開弁特性を速やかに変更することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

＜実施例１＞
［システムの構成］
図１は、実施例１のシステム構成を説明するための図である。本実例１のシステムは、内燃機関１を備えている。内燃機関１は、複数の気筒２を有している。図１には、複数気筒のうちの１気筒のみを示している。

内燃機関１は、内部にピストン３を有するシリンダブロック４を備えている。ピストン３は、クランク機構を介してクランクシャフト５と接続されている。クランクシャフト５の近傍には、クランク角センサ６が設けられている。クランク角センサ６は、クランクシャフト５の回転角度（すなわち、クランク角）を検出するように構成されている。

シリンダブロック４の上部にはシリンダヘッド８が組み付けられている。ピストン３上面からシリンダヘッド８までの空間は燃焼室１０を形成している。

シリンダヘッド８は、燃焼室１０と連通する吸気ポート１２を備えている。吸気ポート１２と燃焼室１０との接続部には吸気バルブ１４が設けられている。本実施例１のシステムは、気筒毎に設けられた複数の吸気ポート１２に対応して複数の吸気バルブ１４を備えている。図１には、吸気ポート１２と吸気バルブ１４とをそれぞれ１つずつ示している。吸気バルブ１４と吸気カム軸１５に設けられた吸気カム１６との間には、可変動弁装置１８が設けられている。可変動弁装置１８は、吸気バルブ１４の開弁特性を機械的に変更可能に構成されている。なお、可変動弁装置１８の詳細については、後述する。

また、シリンダヘッド８は、燃焼室１０と連通する排気ポート２８を備えている。排気ポート２８と燃焼室１０との接続部には排気バルブ２９が設けられている。

また、本実施例のシステムは、電子制御装置としてのＥＣＵ６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、可変動弁装置１８等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ６の他、運転者がアクセルペダル２３を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２４等が接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御や点火時期制御のような内燃機関１全体の制御を実行する。

また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ６の出力に基づいて、機関回転数を算出する。さらに、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ２４の出力に基づいて、機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ６０には、バッテリ２５が接続されており、このバッテリ２５から後述する電動モータ８２へ電力が供給される。

［可変動弁装置の構成］
図２は、図１に示すシステムにおいて、可変動弁装置１８の構成を説明するための斜視図である。

図２に示すように、吸気カム軸１５には、１気筒当たり２つの吸気カム１６，１７が設
けられている。そして、主カムである第１吸気カム１６を中心にして、２つの吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒが左右対称に配置されている。第１吸気カム１６と吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒとの間には、第１吸気カム１６の回転運動に各吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒのリフト運動を連動させる可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒがそれぞれ設けられている。一方、第２吸気カム１７は、第１吸気カム１６との間で、第２吸気バルブ１４Ｒを挟むようにして配置されている。第２吸気カム１７と第２吸気バルブ１４Ｒとの間には、第２吸気カム１７の回転運動に第２吸気バルブ１４Ｒのリフト運動を連動させる固定動弁機構７０が設けられている。本可変動弁装置１８は、第２吸気バルブ１４Ｒのリフト連動の連動先を、可変動弁機構４０Ｒと固定動弁機構７０との間で選択的に切り換えることができるように構成されている。なお、本実施例では、固定動弁機構７０の説明は省略する。

（１）可変動弁機構の構成
図３は、図２に示す可変動弁装置１８における可変動弁機構４０の構成を説明するための図である。具体的には、図３は、可変動弁機構４０を吸気カム軸１５の軸方向から見た図である。尚、左右の可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒは、基本的には、第１吸気カム１６に対して対称形であるので、ここでは左右の可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒを区別することなくその構成を説明する。また、本明細書および図面では、左右の可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒを区別しないときには、単に可変動弁機構４０と表記する。同様に、可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒの各構成部品や吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒ等の対称に配置されている部品については、特に区別をする必要がある時以外は、左右を区別するＬ、Ｒの記号は付けないものとする。

図３に示すように、ロッカーアーム３５は吸気バルブ１４によって支持されている。可変動弁機構４０は、第１吸気カム１６とロッカーアーム３５との間に介在している。可変動弁機構４０は、第１吸気カム１６の回転運動とロッカーアーム３５の揺動運動との連動状態を連続的に変化させるように構成されている。

可変動弁機構４０は、吸気カム軸１５と平行に配置された制御軸４１を有している。この制御軸４１は、ウォームホイール８０及びウォーム８１を介して電動モータ８２に接続されている（図２参照。）。なお、本実施例においては電動モータ８２が、本発明におけるアクチュエータに相当する。また、本実施例においてはウォームホイール８０及びウォーム８１が、本発明におけるギヤに相当する。よって、制御軸４１は、回転駆動可能に構成されている。図３に示すように、制御軸４１には、制御アーム４２がボルト４３によって固定されている。制御アーム４２の一部は、制御軸４１の径方向に突出している。制御アーム４２の突出部には、中間アーム４４がピン４５によって取り付けられている。ピン４５は、制御軸４１の中心から偏心した位置に配置されている。よって、中間アーム４４は、ピン４５を中心にして揺動するように構成されている。中間アーム４４の先端部には、後述するローラ５２，５３が回転可能に設けられている。

制御軸４１には、揺動カムアーム５０が揺動可能に支持されている。揺動カムアーム５０は、第１吸気カム１６に対向する側に、スライド面５０ａを有している。スライド面５０ａは、第２ローラ５３に接触するように形成されている。スライド面５０ａは、第２ローラ５３が揺動カムアーム５０の先端側から制御軸４１の軸中心側に向かって移動するほど、第１吸気カム１６との間隔が徐々に狭まるような曲面で形成されている。また、揺動カムアーム５０は、スライド面５０ａの反対側に、揺動カム面５１を有している。揺動カム面５１は、揺動カムアーム５０の揺動中心からの距離が一定となるように形成された非作用面５１aと、非作用面５１ａから離れた位置ほど制御軸４１の軸中心からの距離が遠
くなるように形成された作用面５１ｂとで構成されている。

スライド面５０ａと第１吸気カム１６の周面との間には、第１ローラ５２と第２ローラ
５３が配置されている。より具体的には、第１ローラ５２は、第１吸気カム１６の周面と接触するように配置されている。また、第２ローラ５３は、揺動カムアーム５０のスライド面５０ａに接触するように配置されている。第１ローラ５２と第２ローラ５３とは、上記中間アーム４４の先端部に固定された連結軸５４によって回転自在に支持されている。中間アーム４４は、ピン４５を支点として揺動するので、これらのローラ５２，５３もピン４５から一定距離を保ちながらスライド面５０ａおよび第１吸気カム１６の周面に沿って揺動する。

また、揺動カムアーム５０には、バネ座５０ｂが形成されている。このバネ座５０ｂには、ロストモーションスプリング３８の一端が掛けられている。ロストモーションスプリング３８の他端は、内燃機関の静止部位に固定されている。ロストモーションスプリング３８は圧縮バネである。ロストモーションスプリング３８から受ける付勢力により、揺動カムアーム５０のスライド面５０ａが第２ローラ５３に押し当てられ、更に、第１ローラ５２が第１吸気カム１６に押し当てられる。これにより、第１ローラ５２及び第２ローラ５３は、スライド面５０ａと第１吸気カム１６の周面とに両側から挟み込まれた状態で位置決めされる。

揺動カムアーム５０の下方には、上記ロッカーアーム３５が配置されている。ロッカーアーム３５には、揺動カム面５１に対向するようにロッカーローラ３６が設けられている。ロッカーローラ３６は、ロッカーアーム３５の中間部に回転自在に取り付けられている。ロッカーアーム３５の一端は、バルブ１４のバルブシャフト１４ａによって支持されており、ロッカーアーム３５の他端は、油圧式ラッシュアジャスタ３７によって回転自在に支持されている。リフト作動の際、バルブシャフト１４ａは、バルブスプリング１４ｂによって、閉方向、すなわち、ロッカーアーム３５を押し上げる方向に付勢されている。ロッカーローラ３６は、この付勢力と油圧式ラッシュアジャスタ３７によって揺動カムアーム５０の揺動カム面５１に押し当てられている。

上述した可変動弁機構４０の構成によれば、第１吸気カム１６の回転に伴って、第１吸気カム１６の押圧力が第１ローラ５２及び第２ローラ５３を介してスライド面５０ａに伝達される。その結果、揺動カム面５１とロッカーローラ３６との接点が非作用面５１ａから作用面５１ｂにまで及ぶと、ロッカーアーム３５が押し下げられ、バルブ１４が開弁する。

また、可変動弁機構４０の構成によれば、制御軸４１の回転角度を変化させると、スライド面５０ａ上における第２ローラ５３の位置が変化し、リフト動作時の揺動カムアーム５０の揺動範囲が変化する。より具体的には、制御軸４１を図３における反時計回り方向に回転させると、スライド面５０ａ上における第２ローラ５３の位置が揺動カムアーム５０の先端側に移動する。そうすると、第１吸気カム１６の押圧力が伝達されることで揺動カムアーム５０が揺動動作を開始した後に、現実にロッカーアーム３５が押圧され始めるまでに要する揺動カムアーム５０の回転角度は、制御軸４１が図３における反時計回り方向に回転するほど大きくなる。つまり、制御軸４１を図３における反時計回り方向に回転させることにより、バルブ１４の作用角及びリフト量を小さくすることができる。逆に、制御軸４１を時計回り方向に回転させることにより、バルブ１４の作用角及びリフト量を大きくすることができる。

［実施例１の特徴］
本実施例では、電動モータ８２により制御軸４１を常に揺動させる揺動制御を行っている。この揺動は、内燃機関１の運転状態に応じて決定される作用角の目標値を中心として行われる。また、この揺動は、内燃機関１の運転状態に応じて変更される作用角と比較して十分に小さな規定範囲内で行われる。なお、ウォームギヤのバックラッシュの範囲で行
っても良い。このような範囲で制御軸４１を揺動させていても、内燃機関１に与える影響はほとんどない。

ここで、ロストモーションスプリング３８からの付勢力により制御軸４１には、バルブ１４の作用角及びリフト量を小さくする方向のモーメントが発生する。そのため、制御軸４１が静止しているときには、ウォームホイール８０とウォーム８１とは、作用角が小さくなる方向へ押された状態で静止している。この状態から制御軸４１を回転させようとすると、静止摩擦は大きいために、電動モータ８２の駆動トルクを大きくする必要がある。

一方、制御軸４１を揺動させることにより、ウォームホイール８０とウォーム８１とが摺動するため、該ウォームホイール８０とウォーム８１との間には動摩擦が生じる。しかしながら、制御軸４１を揺動させると、電動モータ８２や制御軸４１の慣性力が発生するため、この慣性力の働く方向によっては、作用角を変更するときに反力となってしまい、作用角変更の応答性が低下する虞がある。

そこで本実施例では、制御軸４１を揺動させるときに、作用角が大きくなる方向へ制御軸４１が回転するときには該回転の速度を遅くし、作用角が小さくなる方向へ制御軸４１が回転するときには該回転の速度を速くする。

図４は、本実施例にかかる揺動制御時の作用角の推移を示したタイムチャートである。Ａで示した期間では、作用角が大きくなる方向へ制御軸４１が回転し、Ｂで示した期間では、作用角が小さくなる方向へ制御軸４１が回転する。そして、作用角が大きくなる方向へ制御軸４１が回転するとき（Ａで示した期間）に速度を遅くすると、作用角の変更に要する時間が長くなる。一方、作用角が小さくなる方向へ制御軸４１が回転するとき（Ｂで示した期間）に速度を速くすると、作用角の変更に要する時間が短くなる。つまり、揺動制御では、作用角が大きくなる方向へ制御軸４１が回転している時間のほうが長くなる。

ここで、作用角の速やかな変更が望まれるのは、機関負荷が大きくなるとき、すなわち作用角の目標値が大きくなるときである。つまり、図４に示したように、揺動制御時に作用角が大きくなる方向へ制御軸４１が回転する時間を長くすると、作用角の目標値を大きくする必要が生じたときに、作用角が大きくなる方向へ制御軸４１が回転している最中である確率が高くなる。

そして、揺動により作用角が大きくなる方向へ制御軸４１が回転している最中に、揺動の範囲を越えて作用角を大きくする方向へ制御軸４１を回転させれば、揺動による慣性力が制御軸４１に働くため、より速やかに制御軸４１を回転させることができる。また、より少ない電力で該制御軸４１を回転させることができる。

一方、揺動制御により作用角が小さくなる方向へ回転している最中に作用角を大きくしようとすると、電動モータ８２には大きな負荷がかかる。これに対し、揺動制御時に作用角が小さくなる方向へ回転する時間を短くすれば、電動モータ８２等の慣性力が負荷となる確率を低くすることができる。

次に図５は、本実施例にかかる揺動制御時の作用角の推移を示した他のタイムチャートである。作用角が大きくなる方向へ制御軸４１が回転するときの速度を相対的に遅くする点では図４の場合と同じだが、図４の場合と比較して、全体的に作用角の変更速度が速い。つまり、揺動の周波数を大きくしている。

このようにすることで、電動モータ８２等の慣性力が負荷となる確率を低くできる点では変わりがないが、電動モータ８２等の回転速度が速くなる分、該電動モータ８２等の慣
性力を大きくすることができる。そのため、作用角を目標値に合わせるときに、より速やかに作用角を変更することができる。

また、図６は、本実施例にかかる揺動制御時の作用角の推移を示した他のタイムチャートである。作用角が大きくなる方向へ制御軸４１が回転するときの速度を相対的に遅くする点では図４の場合と同じだが、図４及び図５の場合と比較して、全体的に作用角の変更速度が遅い。つまり、揺動の周波数を小さくしている。また、揺動するときの制御軸４１の回転範囲も狭くしている。つまり、揺動の振幅を小さくしている。ここで、揺動の周波数が大きくなったり、揺動の振幅が小さくなったりすると、揺動に要する電力消費量を低減することができる。なお、揺動の周波数を小さくすること、または揺動の振幅を小さくすることの何れか一方のみを行うことによっても、電力消費量を低減することができる。

このように、揺動の周波数または振幅を変更することにより、消費電力の低減を重視した設定にしたり、作用角変更の応答性の向上を重視した設定にしたりできる。また、両者の中間的な設定も可能である。例えば内燃機関１の運転状態に応じて揺動の周波数または振幅を変更することもできる。

なお、作用角の目標値を大きくする必要が生じたときに、揺動制御による回転方向が作用角を小さくする方向となっている場合には、揺動制御による回転方向が作用角を大きくする方向となるまで、作用角の目標値の変更を禁止しても良い。つまり、揺動制御による回転方向が作用角を大きくする方向となるのを待ってから、作用角の目標値を変更しても良い。

ここで、揺動による回転方向が作用角を小さくする方向となっている場合には、該回転を小さくする方向へ慣性力が働く。このような状態で、作用角を目標値に合わせようとすると、揺動による慣性力が反力となるので、より大きな電力が必要となる。これに対し、揺動の回転方向に合わせて作用角を目標値に合わせることにより、電力消費量を低減しつつ速やかに作用角を変更することができる。

なお、作用角の目標値が小さくなる場合であっても同様に考えることができる。つまり、作用角を小さくする必要が生じたときに、揺動による回転方向が作用角を大きくする方向となっている場合には、揺動による回転方向が作用角を小さくする方向となるまで、作用角の目標値の変更を禁止しても良い。

以上説明したように本実施例によれば、バルブ１４の作用角を大きくするときに速やかに作用角を変更できる。

＜実施例２＞
本実施例においては、現時点での作用角の目標値に応じて、制御軸４１の揺動の周波数または振幅の少なくとも一方を変更する。その他の装置については実施例１と同様のため、説明を省略する。

ここで図７は、作用角と制御軸４１にかかるトルク（制御軸トルク）との関係を示した図である。ロストモーションスプリング３８が制御軸４１を回転させる力（以下、スプリング反力という。）は、作用角を小さくする方向、すなわち図３において制御軸４１を反時計回りに回転させる向きに働いている。ここで、図７に示した制御軸トルクは、スプリング反力に抗して制御軸４１を静止させるために必要となるトルクである。つまり、作用角を大きくするときには、制御軸４１をスプリング反力に抗して回転させることになる。そして、作用角が大きくなるほど、制御軸トルクが大きくなる。なお、本実施例においてはロストモーションスプリング３８が、本発明に係る付勢手段に相当する。

つまり、作用角を目標値に合わせるときに、作用角が小さい側から大きい側へ制御軸４１を回転させるには、作用角が大きくなるにしたがって、より大きなトルクが必要となる。一方、作用角が大きい側から小さい側へ制御軸４１を回転させるには、作用角が大きいほどスプリング反力が大きいために、制御軸４１の回転方向へより大きなトルクを受けることになる。

このようなことから、現時点での作用角の目標値が比較的小さい場合には、図５に示した揺動波形となるように電動モータ８２に電力を供給する。つまり、作用角の目標値が大きくされるときには、速やかに作用角を変更することが望まれるため、作用角を大きくするときの応答性を重視した揺動波形とする。

一方、現時点での作用角の目標値が比較的大きい場合には、図６に示した揺動波形となるように電動モータ８２に電力を供給する。ここで、作用角の目標値が大きな場合には、その後に作用角の目標値が小さくされる確率が高くなる。この場合、作用角を速やかに変更する必要はない。そこで、制御軸４１の揺動に要する電動モータ８２の消費電力を低減させている。また、作用角を小さくする場合にはスプリング反力が働くため、揺動による慣性力に頼らなくても作用角を速やかに変更し得る。

なお、現時点での作用角の目標値が閾値より小さい場合に図５に示した揺動波形とし、閾値以上の場合に図６に示した揺動波形とすることができる。この閾値は、予め実験等により最適値を求めておく。また、現時点での作用角が大きくなるに従い、図５に示した揺動波形から図６に示した揺動波形へ向けて徐々に周波数および振幅を変化させても良い。つまり、作用角の目標値が大きくなるほど、揺動の周波数を小さくするか、または揺動の振幅を小さくしても良い。

次に図８は、本実施例にかかる揺動制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ６０により、所定の時間毎に繰り返し実行される

ステップＳ１０１では、現時点での作用角の目標値が取得される。つまり、揺動の中心である作用角が取得される。これは、センサにより取得しても良いし、ＥＣＵ６０からの指令値を用いても良い。

ステップＳ１０２では、現時点での作用角の目標値が閾値よりも小さいか否か判定される。本ステップでは、揺動の周波数および振幅を大きくする作用角となっているか否か判定している。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０３では、制御軸４１の揺動波形が図５に示した波形となるように電動モータ８２へ信号が送られる。つまり、揺動の周波数および振幅が大きくされる。

ステップＳ１０４では、制御軸４１の揺動波形が図６に示した波形となるように電動モータ８２へ信号が送られる。つまり、揺動の周波数および振幅が小さくされる。

以上説明したように本実施例によれば、現時点での作用角の目標値が小さい場合には応答性を重視した揺動波形とすることにより、速やかに作用角を大きくすることができる。また、現時点での作用角の目標値が大きい場合には消費電力低減を重視した揺動波形とすることにより、電動モータ８２の負荷を低減することができる。

＜実施例３＞
本実施例においては、制御軸４１のトルク変動に合わせて制御軸４１を揺動させる。その他の装置については実施例１と同様のため、説明を省略する。

上述した可変動弁機構４０の構成によれば、第１吸気カム１６の回転に伴って、第１吸気カム１６の押圧力が第１ローラ５２及び第２ローラ５３を介してスライド面５０ａに伝達される。その結果、揺動カム面５１とロッカーローラ３６との接点が非作用面５１ａから作用面５１ｂにまで及ぶと、ロッカーアーム３５が押し下げられ、バルブ１４が開弁する。このときには、バルブスプリング１４ｂからの反力により制御軸４１を回転させる力が発生する。この反力は、バルブ１４の開度に応じて大きくなる。そして、バルブ１４の開閉が繰り返されることにより、制御軸４１にはトルク変動が発生する。また、他の気筒と制御軸４１を共用している場合には、他の気筒のバルブ１４の開閉によってもトルク変動が発生する。このトルク変動は、制御軸４１の回転方向によっては回転を促進したり、回転を妨げたりする。

そこで、本実施例では、揺動制御時の制御軸４１の回転方向を、トルク変動によりトルクがかかる方向に合わせる。図９は、揺動波形と制御軸４１のトルク変動波形とを作用角の推移として示したタイムチャートである。実線は揺動波形を示し、破線は制御軸４１のトルク変動波形を示している。このように、制御軸４１の揺動波形を、制御軸４１のトルク変動波形に同期させる。なお、本実施例による揺動波形は、作用角が大きくなるときは小さくなるときよりも速度が遅いが、これらの速度を等しくしても良い。またトルク変動波形は、バルブ１４の開閉に伴って発生するため、吸気カム軸１５の回転位置および制御軸４１の回転位置に基づいて得ることができる。

このようにすることで、作用角の目標値が大きくなるときには、制御軸４１の揺動による慣性力と、制御軸４１のトルク変動による力とが制御軸４１に加わるため、作用角をより速やかに変更することができる。

本実施例では、例えば夫々の波形が下降から上昇に転じる時期が同じになるようにしても良い。つまり、揺動制御により制御軸４１が作用角の小さくなる方向から大きくなる方向へ変更される時期と、トルク変動により制御軸４１へかかるトルクが作用角の小さくなる方向から大きくなる方向へ変わる時期とを合わせても良い。また、多気筒機関では、夫々の気筒におけるバルブの開閉により制御軸４１のトルク変動が生じるため、トルク変動波形の周波数が大きくなる。つまり、制御軸４１の揺動波形の周波数も大きくする。

このように、夫々の波形が下降から上昇に転じる時期が同じとなるように制御軸４１を揺動させることにより、制御軸４１のトルク変動波形が作用角を大きくする方向となっているときには常に揺動波形も作用角が大きくなる方向となる。

これにより、作用角を目標値に合わせるときに、速やかに制御軸４１を回転させることができるため、速やかに作用角を変更することができる。

また、揺動制御において作用角を小さくするときには、制御軸４１のトルク変動のみにより該制御軸４１を回転させても良い。このときには、電動モータ８２への通電を停止させる。つまり、揺動制御において作用角を大きくするときにのみ電動モータ８２へ電力を供給する。そして作用角を小さくするときには、トルク変動のみにより制御軸４１が回転できるように、ウォームギヤのギヤ比等を予め最適化しておく。これは実験等により求めても良い。このようにすることで、電動モータ８２の消費電力を低減することができる。

なお、機関回転数が大きくなるほど、バルブ１４の開閉回数が多くなるため、トルク変動の周波数が大きくなる。そのため、逆効率が低下するので、機関回転数回転数が大きく
なるほど、電動モータ８２による駆動トルクを大きくしても良い。

実施例のシステム構成を説明するための図である。 図１に示すシステムにおいて、可変動弁装置の構成を説明するための斜視図である。 図２に示す可変動弁装置における可変動弁機構の構成を説明するための図である。 実施例１にかかる揺動制御時の作用角の推移を示したタイムチャートである。 実施例１にかかる揺動制御時の作用角の推移を示した他のタイムチャートである。 実施例１にかかる揺動制御時の作用角の推移を示した他のタイムチャートである。 作用角と制御軸にかかるトルクとの関係を示した図である。 実施例２にかかる揺動制御のフローを示したフローチャートである。 揺動波形と制御軸のトルク変動波形とを作用角の推移として示したタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１２ 吸気ポート
１４ 吸気バルブ
１４ｂ バルブスプリング
１５ 吸気カム軸
１６ 第１吸気カム
１７ 第２吸気カム
１８ 可変動弁装置
２３ アクセルペダル
２４ アクセル開度センサ
２５ バッテリ
４０ 可変動弁機構
４１ 制御軸
５０ 揺動カムアーム
６０ ＥＣＵ
８０ ウォームホイール
８１ ウォーム
８２ 電動モータ

Claims (6)

1. カムとバルブとの間に介在する制御軸をギヤを介してアクチュエータで回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、該バルブの作用角を変化させる内燃機関の動弁システムにおいて、
   前記バルブの作用角の目標値が一定の場合には、該目標値を中心として制御軸が規定範囲内で作用角の大きくなる方向と小さくなる方向とへ交互に回転するように該制御軸を繰り返し揺動させる揺動制御を行い、この揺動させるときに作用角の小さくなる方向よりも大きくなる方向への制御軸の回転速度を遅くすることを特徴とする内燃機関の動弁システム。
2. 前記バルブの作用角の目標値が現時点よりも大きくなる方向に変化するときに、前記揺動制御における前記制御軸が作用角の小さくなる方向へ回転している場合には、該制御軸が作用角の大きくなる方向へ回転するまで待ってから作用角を目標値に合わせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁システム。
3. 前記アクチュエータの回転方向に抗する力であり作用角が大きくなるほど大きくなる反力を発生させる付勢手段を備え、
   前記バルブの作用角の目標値が小さいときには大きいときと比較して、前記揺動の周波数または振幅の少なくとも一方を大きく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動弁システム。
4. 前記制御軸が前記バルブを開閉するときに生じる該制御軸のトルク変動の波形に合わせて、前記制御軸を揺動させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の動弁システム。
5. 前記制御軸のトルク変動により前記バルブの作用角が大きくなる方向に向かってトルクがかかるときに、作用角が大きくなる方向へ前記制御軸を回転させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の動弁システム。
6. 前記制御軸のトルク変動により前記バルブの作用角が小さくなる方向に向かってトルクがかかるときに、作用角が小さくなる方向へ前記制御軸を回転させることを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の動弁システム。

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