JP2010031694A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、可変動弁機構の制御装置に関し、両弁可変モードと片弁可変モードとの切り換えが正常に行われているかどうかを精度良く判定することを目的とする。
【解決手段】可変動弁機構は、第１バルブおよび第２バルブの双方の開弁量を制御軸の回転位置に応じて変化させる両弁可変モードと、第１バルブの開弁量を制御軸の回転位置に応じて変化させるとともに第２バルブの開弁量を制御軸の回転位置にかかわらず固定とする片弁可変モードとを切り換える切換機構を有する。この可変動弁機構の制御装置は、制御軸に作用するトルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出手段の検出結果に基づいて、両弁可変モードと片弁可変モードとの切り換えが正常に実行されているかどうかを気筒毎に判定する判定手段とを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、可変動弁機構の制御装置に関する。

従来、例えば、特許文献１に記載されるように、内燃機関の運転状況に応じて吸気バルブのリフト量や作用角を変更可能な可変動弁装置が知られている。

特許文献１に記載される可変動弁装置では、２つの吸気バルブのうち、第１吸気バルブは第１回転カムによって開閉駆動され、第２吸気バルブは第２回転カムによって開閉駆動されるようになっている。そして、第１回転カムと第１吸気バルブとの間、および第２回転カムと第２吸気バルブとの間には、それぞれ四節リンク機構から構成される可変動弁伝達機構が配置されている。この四節リンク機構の姿勢を制御することで、吸気バルブの作用角およびリフト量を変更することができる。

また、上記可変動弁装置には、第１吸気バルブ用の四節リンク機構（第１リンク機構）と第２吸気バルブ用の四節リンク機構（第２リンク機構）とを連結する連結機構と、連結解除時に第２リンク機構の姿勢を第２吸気バルブの作用角が最大値になる姿勢に保持するための機構とが設けられている。連結機構は、各四節リンク機構のコントロールアームに形成された貫通孔と、貫通孔内に挿入される連結ピンとから構成されている。また、連結解除時に第２リンク機構の姿勢を保持する機構は、固定プレートに形成された貫通孔と、第２リンク機構のコントロールアーム（第２コントロールアーム）に形成された貫通孔と、前記の連結ピンとから構成されている。

両者のコントロールアーム同士が連結されているときには、第１リンク機構と第２リンク機構とは常に同一の姿勢をとることになる。したがって、この場合は、第１吸気バルブと第２吸気バルブとを等しい開弁量に可変制御することができる。これに対し、連結が解除されているときには、第２吸気バルブの開弁量は固定され、第１吸気バルブの開弁量のみが可変となる。

つまり、上記可変動弁装置によれば、第１吸気バルブおよび第２吸気バルブの開弁量を共に可変とする動作モード（両弁可変モード）と、第２吸気バルブの開弁量を固定し第１吸気バルブの開弁量を可変とする動作モード（片弁可変モード）とを、上記連結機構の切り換えによって選択することができる。これにより、燃焼室内に形成されるスワール（旋回流）の強さを変化させることができ、燃焼の改善が図れる。
特開２００４−１００５５５号公報

上記連結機構の連結動作は、気筒毎に行う必要がある。このため、連結動作を指令した場合に、全気筒において連結ピンが両コントロールアームの貫通孔に確実に挿入されることは必ずしも保証されず、一部の気筒が何らかの原因によって連結ピンの貫通孔への挿入に失敗する可能性がある。そのような場合には、連結に失敗した気筒では、スワールが他気筒のスワールより弱くなるため、燃焼状態が悪化するおそれがある。よって、そのような場合には、燃焼状態の悪化を回避するための何らかの制御を実行することが望まれる。しかしながら、上記従来の技術においては、各気筒の連結機構が正常に動作しているかどうかを検知することができず、燃焼状態の悪化を回避するための制御を必要時に行うことができない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、両弁可変モードと片弁可変モードとの切り換えが正常に行われているかどうかを精度良く判定することのできる可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、可変動弁機構の制御装置であって、
多気筒内燃機関の各気筒に設けられ、吸気バルブあるいは排気バルブとして機能する第１バルブおよび第２バルブと、
制御軸を有し、前記第１バルブおよび第２バルブの双方の開弁量を前記制御軸の回転位置に応じて変化させる両弁可変モードと、前記第１バルブの開弁量を前記制御軸の回転位置に応じて変化させるとともに前記第２バルブの開弁量を前記制御軸の回転位置にかかわらず固定とする片弁可変モードとを切り換える切換機構を有する可変動弁機構と、
前記制御軸に作用するトルクを検出するトルク検出手段と、
前記トルク検出手段の検出結果に基づいて、前記両弁可変モードと前記片弁可変モードとの切り換えが正常に実行されているかどうかを気筒毎に判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記判定手段は、各気筒の前記第１バルブおよび第２バルブが開くときの前記制御軸のトルクの変化に基づいて、前記両弁可変モードと前記片弁可変モードとの何れにあるかを気筒毎に判定する手段を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記両弁可変モードと前記片弁可変モードとで、バルブスプリングが前記制御軸に及ぼす力の大きさが異なることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記両弁可変モードと前記片弁可変モードとの切り換えが正常に実行されていない気筒が存在すると判定された場合に、前記内燃機関の燃焼状態を補正する燃焼状態補正手段を備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記判定手段の判定結果に基づいて、前記可変動弁機構の故障を判定する故障判定手段を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、制御軸に作用するトルクを検出することにより、両弁可変モードと片弁可変モードとの切り換えが正常に実行されているかどうかを気筒毎に判定することができる。このため、切り換えが正常に実行されていない未切換気筒が発生した場合に、迅速且つ適切に措置を講ずることができ、弊害を抑制することができる。

第２の発明によれば、各気筒の第１バルブおよび第２バルブが開くときの制御軸のトルクの変化に基づいて、両弁可変モードと片弁可変モードとの何れにあるかを気筒毎に精度良く判定することができる。

第３の発明によれば、バルブスプリングが制御軸に及ぼす力の大きさが両弁可変モードと片弁可変モードとで異なることを検出することにより、未切換気筒を精度良く判定することができる。

第４の発明によれば、未切換気筒が検知された場合に、内燃機関の燃焼状態を補正することにより、内燃機関のトルク変動やトルク不足等の弊害を抑制することができる。

第５の発明によれば、可変動弁機構の故障を精度良く判定することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁装置を備えたシステムの構成を説明するための図である。本実施の形態１のシステムは、車両に搭載される内燃機関１を備えている。内燃機関１は、複数の気筒を有している。本実施形態では、内燃機関１は、直列４気筒型であるものとする。図１には、そのうちの一つの気筒の断面が示されている。なお、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置は、直列４気筒に限定されるものではなく、直列３気筒、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒などであってもよい。

各気筒に設けられたピストン３は、コネクティングロッド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、クランクシャフト５の回転角度を検出するクランク角センサ６が設けられている。

各気筒には、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグ１１と、吸気バルブ１４と、排気バルブ２９とが更に設けられている。吸気バルブ１４は、可変動弁機構１８により駆動される。可変動弁機構１８の詳細については、後述する。

各気筒の吸気ポートには、燃料を噴射するインジェクタ２０が設置されている。なお、本発明は、図示の構成に限らず、筒内に直接に燃料を噴射するインジェクタを備える内燃機関にも適用可能である。各気筒の吸気ポートには、吸気通路１９が連通している。吸気通路１９の途中にはサージタンク２１が設けられている。

サージタンク２１の上流には、電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の上流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６の上流にはエアクリーナ２７が設けられている。また、各気筒の排気ポートには、排気通路３０が接続されている。

本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０には、上述したクランク角センサ６、点火プラグ１１、インジェクタ２０、スロットルバルブ２２、エアフロメータ２６等の各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ６０には、更に、車両のアクセルペダル位置を検出するアクセルポジションセンサ３１や、後述する可変動弁機構１８が備えるモータ３２、電流計３３およびオイルコントロールバルブ８３が電気的に接続されている。

図２は、図１に示す内燃機関１が備える可変動弁機構１８の構成を説明するための斜視図である。内燃機関１は、クランクシャフト５により回転駆動される吸気カムシャフト１５を有している。図２に示すように、吸気カムシャフト１５には、１気筒当たり二つの吸気カム（第１吸気カム１６および第２吸気カム１７）が設けられている。また、内燃機関１は、１気筒当たり二つの吸気バルブ１４を備えている。以下の説明では、その二つの吸気バルブ１４を区別して述べる場合には、第１吸気バルブ１４Ｌ、第２吸気バルブ１４Ｒと称する。

可変動弁機構１８は、第１吸気バルブ１４Ｌの作用角およびリフト量（以下、両者を総称して「開弁量」とも呼ぶ）を連続的に可変とする可変機構４０Ｌと、第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量を連続的に可変とする可変機構４０Ｒと、吸気カムシャフト１５と平行に配置された制御軸４１と、制御軸４１を所定角度範囲内で回転させる制御軸駆動機構とを有している。制御軸駆動機構の詳細については、後述する。

図３は、可変機構４０Ｌ，４０Ｒを吸気カムシャフト１５の軸方向から見た図である。可変機構４０Ｌおよび４０Ｒは、ほぼ同様の構成である。以下の説明では、可変機構４０Ｌおよび４０Ｒを区別して述べる必要のないときには、符号を単に「４０」と記載する。また、可変機構４０Ｌ，４０Ｒの各々が備える構成部品については、区別を要する場合には、名称に「第１」または「第２」を付すとともに符号に「Ｌ」または「Ｒ」を付す。区別の必要のない場合には、それらを省略する。

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は、制御軸４１の径方向に突出している。制御アーム４２には、中間アーム４４がピン４５を介して回動可能に連結されている。この制御アーム４２および中間アーム４４は、可変機構４０Ｌおよび４０Ｒの双方に共用される。

また、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には、スライド面５０ａが形成されている。スライド面５０ａは、揺動カムアーム５０の先端側から制御軸４１の中心側に向かうほど、吸気カムシャフト１５の中心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を有する。揺動カム面５１は、揺動カムアーム５０の揺動中心（つまり制御軸４１の中心）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および第２ローラ５３が配置されている。第１ローラ５２は、第１吸気カム１６の周面と接触しており、第２ローラ５３は、スライド面５０ａに接触している。第１ローラ５２および第２ローラ５３は、共に、中間アーム４４の先端部に固定された連結軸５４を中心に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。第１ローラ５２および第２ローラ５３は、ピン４５からの距離を一定に保ちながら、スライド面５０ａおよび第１吸気カム１６の周面に沿って、移動する。

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１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は、図３中で反時計回りに付勢されている。この付勢力により、スライド面５０ａは、第２ローラ５３に押し当てられ、第１ローラ５２は、第１吸気カム１６に押し当てられている。

揺動カムアーム５０の下方には、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、吸気バルブ１４のバルブステム１４ａに当接している。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、バルブステム１４ａは、図示しないバルブスプリングによって、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。

第１吸気カム１６が回転すると、第１吸気カム１６が第１ローラ５２および第２ローラ５３を介してスライド面５０ａを押圧することにより、揺動カムアーム５０が揺動する。揺動カムアーム５０が図３中で時計回りに回動し、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、吸気バルブ１４が開弁する。

このような可変機構４０によれば、制御軸４１の回転位置を変化させることにより、吸気バルブ１４の開弁量を連続的に変化させることができる。図３は、吸気バルブ１４の開弁量を最大とするような制御軸４１の位置を表している。この状態から、制御軸４１を図３中の反時計回りに回転させた場合の状態について以下に説明する。制御軸４１を図３中の反時計回りに回転させると、まず、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。このため、揺動カムアーム５０の回転中心から遠い箇所を第２ローラ５３が押圧することになるので、揺動カムアーム５０の揺動範囲（振れ幅）が小さくなる。このことが、吸気バルブ１４の開弁量を小さくするように作用する。また、揺動カムアーム５０の先端側に行くほど、スライド面５０ａと吸気カムシャフト１５の中心との距離は大きい。このため、第２ローラ５３が揺動カムアーム５０の先端側に行くほど、揺動カムアーム５０の揺動開始位置は、図３中の反時計回りに移動する。これにより、揺動カムアーム５０の揺動開始後、ロッカーアーム３５が実際に動き出すまでに要する揺動カムアーム５０の回転角度が大きくなる。このことも、吸気バルブ１４の開弁量を小さくするように作用する。

このようにして、可変機構４０では、制御軸４１を図３中の反時計回りに回転させるほど、吸気バルブ１４の開弁量を小さくすることができ、逆に、制御軸４１を図３中の時計回りに回転させるほど、吸気バルブ１４の開弁量を大きくすることができる。

次に、図２および図４を参照して、可変動弁機構１８について更に説明する。図４は、可変動弁機構１８が備える各種のアームの分解斜視図である。図２に示すように、可変動弁機構１８は、第２吸気カム１７に従って揺動する大作用角アーム７１を有している。大作用角アーム７１は、第２揺動カムアーム５０Ｒの隣に配置され、制御軸４１を中心に揺動する。大作用角アーム７１には、入力ローラ７３が設置されている。この入力ローラ７３が第２吸気カム１７の周面と接触している。図４に示すように、大作用角アーム７１には、バネ座７１ａが形成されている。このバネ座７１ａには、図示しないロストモーションスプリングが掛けられている。そのロストモーションスプリングの付勢力により、入力ローラ７３が第２吸気カム１７の周面に押し当てられる。

図４に示すように、可変動弁機構１８は、大作用角アーム７１と第２揺動カムアーム５０Ｒとを連結することのできるアーム連結機構７２を更に備えている。アーム連結機構７２は、切換ピン７４と、ピン格納穴７５と、ピン挿入穴７６と、リターンスプリング７７と、ピストン７８とを有している。

大作用角アーム７１には、第２揺動カムアーム５０Ｒ側に開口部を有するピン格納穴７５が形成されている。このピン格納穴７５内に切換ピン７４が配置されている。切換ピン７４は、第２揺動カムアーム５０Ｒに向かって突出した位置と、ピン格納穴７５内に没入した位置とに変位可能になっている。ピン格納穴７５は、後述する油圧系に接続されている。油圧系によりピン格納穴７５内の油圧が高められた場合に、切換ピン７４は、その油圧によってピン格納穴７５から第２揺動カムアーム５０Ｒに向けて押し出される。

一方、第２揺動カムアーム５０Ｒには、大作用角アーム７１側に開口部を有するピン挿入穴７６が形成されている。切換ピン７４とピン挿入穴７６は、制御軸４１の中心からの距離が等しい位置に形成されている。ピン挿入穴７６内には、その奥側からリターンスプリング７７と、リフタとしてのピストン７８とが配置されている。

図５は、切換ピン７４を作動させるための油圧系の構成を示す模式的な断面図である。図５に示すように、制御軸４１内には、油路８１が形成されている。この油路８１は、ピン格納穴７５と、制御軸４１と大作用角アーム７１との摺動隙間と、制御軸４１と第２揺動カムアーム５０Ｒとの摺動隙間とにそれぞれ接続されている。また、この油路８１は、オイルポンプ８２に接続されている。オイルポンプ８２と油路８１との間には、オイルコントロールバルブ（以下「ＯＣＶ」という）８３が設けられている。ＯＣＶ８３は、油路８１をオイルポンプ８２に連通させる状態（以下「ポンプ連通状態」という）と、油路８１をドレーン８４に連通させる状態（以下「ドレーン連通状態」という）と、油路８１をオイルポンプ８２およびドレーン８４の何れにも連通させずに閉塞させる状態（以下「閉塞状態」という）と、に切り換え可能になっている。ＯＣＶ８３の状態は、ＥＣＵ６０によって制御される。

ＯＣＶ８３をポンプ連通状態とすると、油路８１がオイルポンプ８２に連通する。このため、オイルポンプ８２で加圧された潤滑油がピン格納穴７５に供給され、ピン格納穴７５内の油圧が高くなる。一方、ＯＣＶ８３をドレーン連通状態とすると、油路８１がドレーン８４に連通する。これにより、ピン格納穴７５内の油圧を下げることができる。

（両弁可変モード）
切換ピン７４がピン格納穴７５内に格納されている状態では、大作用角アーム７１と第２揺動カムアーム５０Ｒとは、連結されない。この状態では、第１吸気カム１６の運動が可変機構４０Ｌ，４０Ｒを介して第１吸気バルブ１４Ｌおよび第２吸気バルブ１４Ｒにそれぞれ伝達される。この場合には、第１吸気バルブ１４Ｌおよび第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量は、等しくなり、且つ、制御軸４１の回転位置に応じて変化する。このような動作モードを本明細書では「両弁可変モード」と称する。

（片弁可変モード）
切換ピン７４がピン挿入穴７６内に挿入すると、第２揺動カムアーム５０Ｒと大作用角アーム７１とが、切換ピン７４を介して連結される。この状態では、第２揺動カムアーム５０Ｒは、大作用角アーム７１と一体となって揺動する。つまり、この場合には、第２吸気バルブ１４Ｒは、第２吸気カム１７によって駆動される。この場合、第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量は、大作用角アーム７１の振幅によって決定され、制御軸４１の回転位置には依存しない。この場合の第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量は、大リフトおよび大作用角に固定される。一方、第１吸気バルブ１４Ｌの開弁量は、両弁可変モードのときと同様に、制御軸４１の回転位置に応じて変化する。すなわち、この場合には、第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量は大開弁量に固定され、第１吸気バルブ１４Ｌの開弁量のみが制御軸４１の回転位置に応じて変化する。このような動作モードを本明細書では「片弁可変モード」と称する。

以上説明したように、可変動弁機構１８は、アーム連結機構７２によって大作用角アーム７１と第２揺動カムアーム５０Ｒとを連結すると片弁可変モードになり、その連結を解除すると両弁可変モードとなる。

両弁可変モードでは、筒内に吸入される空気の量を、第１吸気バルブ１４Ｌおよび第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量によって調節することができるという利点がある。

一方、片弁可変モードでは、第１吸気バルブ１４Ｌの開弁量を第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量より小さくすることが可能である。この場合には、第２吸気バルブ１４Ｒからは多量の空気が、第１吸気バルブ１４Ｌからは少量の空気が筒内に流入する。この流入量の偏りにより、筒内に強いスワールを形成することができる。

以下、アーム連結機構７２によって両弁可変モードと片弁可変モードとを切り換える場合の動作について説明する。大作用角アーム７１は第２吸気カム１７に駆動されて常に揺動するが、第２吸気カム１７のベース円部分が入力ローラ７３に接触している期間においては、一時的に静止する。また、第２揺動カムアーム５０Ｒも、第１吸気カム１６に駆動されて揺動するが、第１吸気カム１６のベース円部分が第１ローラ５２に接触している期間においては、一時的に静止する。この両者の静止期間は重なっている。つまり、大作用角アーム７１と第２揺動カムアーム５０Ｒとが同時に静止する期間が存在する。

上記静止状態における第２揺動カムアーム５０Ｒの角度は、制御軸４１の回転位置に応じて変化する。よって、大作用角アーム７１と第２揺動カムアーム５０Ｒとの静止状態において、切換ピン７４の位置とピン挿入穴７６の位置とを一致させることができるような制御軸４１の回転位置が存在する。この制御軸４１の回転位置を以下「ピン切換位置」と称する。

両弁可変モードから片弁可変モードへ切り換える際には、ＯＣＶ８３をポンプ連通状態とすることにより、ピン格納穴７５内に油圧をかけた状態で、制御軸４１を上記ピン切換位置まで回転させる。これにより、ピン挿入穴７６の位置と切換ピン７４の位置とが一致し、切換ピン７４がピストン７８に当接する。そして、切換ピン７４は、油圧によって押し出され、リターンスプリング７７の付勢力に抗して、ピン挿入穴７６内に進入する。つまり、アーム連結機構７２が連結状態となる。このようにして、両弁可変モードから片弁可変モードへ切り換えることができる。

逆に、片弁可変モードから両弁可変モードへ切り換える際には、ＯＣＶ８３をドレーン連通状態とすることにより、ピン格納穴７５内の油圧を下げる。これにより、リターンスプリング７７の付勢力によって、切換ピン７４がピン格納穴７５内に押し戻され、アーム連結機構７２による連結が解除される。このようにして、片弁可変モードへ切り換えることができる。

図６は、ＥＣＵ６０に記憶されている吸気バルブ制御マップを示す図である。図６の吸気バルブ制御マップ中、二つ並んだ丸印内の記載は、第１吸気バルブ１４Ｌおよび第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量を表している。すなわち、右側の丸印内の記載は第１吸気バルブ１４Ｌの開弁量を表しており、左側の丸印内の記載は第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量を表している。

ＥＣＵ６０は、内燃機関１の運転状態（エンジン回転数、エンジン負荷等）に応じて、図６に示すマップに従って、両弁可変モードと片弁可変モードとを切り換えるとともに、吸気バルブ１４の開弁量を変化させる。

図６の吸気バルブ制御マップ中の「片弁可変領域」とは、可変動弁機構１８が片弁可変モードとされる運転領域であり、「両弁可変領域」とは、可変動弁機構１８が両弁可変モードとされる運転領域である。本実施形態では、低中回転・中負荷域が片弁可変領域とされている。片弁可変領域においては、第１吸気バルブ１４Ｌの開弁量が第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量より小さくなるように、制御軸４１が小作用角側に制御される。これにより、筒内に強いスワールを形成することができ、このスワールによって燃焼を改善することができる。

一方、図６の吸気バルブ制御マップによれば、低中回転・中負荷域以外の領域は両弁可変領域とされている。この両弁可変領域では、第１吸気バルブ１４Ｌおよび第２吸気バルブ１４Ｒの双方の開弁量を連続的に変化させることによって吸入空気量を制御することができる。例えば、高負荷域では両吸気バルブ１４の開弁量を大きくすることによって多量の空気を筒内に吸入することができる。一方、低負荷域やアイドル域では両吸気バルブ１４の開弁量を小さくすることによって筒内に吸入する空気を少なくすることができる。このように、両弁可変モードにおいては、スロットルバルブ２２によらずに吸入空気量を調節することができるので、ポンピングロスが小さい。このため、燃費を低減することができる。

図７は、制御軸４１および制御軸駆動機構の平面図、図８は、制御軸駆動機構の側面図である。本実施形態の内燃機関１は、＃１〜＃４の気筒を有する直列４気筒型である。図７に示すように、制御軸４１は、＃１〜＃４の各気筒の可変動弁機構１８に共用されている。図７および図８に示すように、制御軸４１の一端には、減速ギヤ８５が固定されている。この減速ギヤ８５は、減速ギヤ８６と噛み合っている。減速ギヤ８６と同軸上には、ウォームホイール８７が設けられている。このウォームホイール８７は、ウォームギヤ８８と噛み合っている。ウォームギヤ８８は、モータ３２の出力軸に固定されている。モータ３２には、モータ３２に流れる電流を計測する電流計３３が設けられている。モータ３２を作動させることにより、上記のギヤ列を介して、制御軸４１を回転させることができる。前述したように、モータ３２および電流計３３は、ＥＣＵ６０に電気的に接続されている。

図９は、制御軸４１を回転させている際のモータ３２の電流値の変化を示す波形である。モータ３２の電流値は、制御軸４１を回転させるために必要なトルクが大きい場合ほど、大きくなる。したがって、制御軸４１に作用するトルクの大きさの変化を、モータ３２の電流値に基づいて検出することができる。

本実施形態の可変動弁機構１８では、吸気バルブ１４がリフトしているときには、バルブスプリングが、制御軸４１を所定方向に回転させようとする力を及ぼす。すなわち、吸気バルブ１４がリフトしているときには、バルブスプリングは、吸気バルブ１４を図３中の上方に押し上げる。その力は、ロッカーアーム３５を介して揺動カムアーム５０に伝達し、揺動カムアーム５０を図３中で反時計回りに回転させようとする。スライド面５０ａと第１吸気カム１６との距離は、揺動カムアーム５０の先端に近いほど、広い。このため、揺動カムアーム５０を図３中で反時計回りに回転させようとする力が働くと、第１ローラ５２および第２ローラ５３を揺動カムアーム５０の先端方向へ逃がそうとする力が作用する。その力は、中間アーム４４を介して、制御軸４１を図３中で反時計回りに回転させる方向に作用する。このようにして、吸気バルブ１４がリフトしているときには、バルブスプリングが、制御軸４１を図３中で反時計回りに回転させようとする力を及ぼす。

モータ３２が制御軸４１を図３中で反時計回り（すなわち、作用角縮小方向）に回転させるように作動している場合には、モータ３２が制御軸４１に及ぼす力の方向と、バルブスプリングが制御軸４１に及ぼす力の方向とが同じである。このため、この場合には、吸気バルブ１４がリフトするタイミングに同期して、モータ３２の駆動トルクが軽減され、電流値が小さくなる。図９は、そのような場合、つまりモータ３２が作用角縮小方向に作動しているときの電流値の変化を示している。この場合には、各気筒の吸気バルブ１４がリフトするタイミングに合わせて、電流値の波形に谷が現れる。

なお、何れの谷がどの気筒の吸気バルブ１４のリフトに対応するかは、クランク角センサ６の信号と対比することによって判別することができる。本実施形態の内燃機関１の点火順序は、＃１→＃３→＃４→＃２である。従って、図９に示すように、各気筒の吸気バルブ１４がリフトするときの電流値の変化も、この順序で現れる。

一方、モータ３２が制御軸４１を図３中で時計回り（すなわち、作用角拡大方向）に回転させるように作動している場合には、モータ３２が制御軸４１に及ぼす力の方向と、バルブスプリングが制御軸４１に及ぼす力の方向とが反対である。このため、この場合には、吸気バルブ１４がリフトするタイミングと同期して、モータ３２の駆動トルクが増大し、電流値が大きくなる。よって、モータ３２が作用角拡大方向に作動しているときには、各気筒の吸気バルブ１４がリフトするタイミングに合わせて、電流値の波形に山が現れる。

バルブスプリングが制御軸４１に及ぼす力の大きさは、両弁可変モードと片弁可変モードとで異なる。両弁可変モードにおいては、第１吸気バルブ１４Ｌおよび第２吸気バルブ１４Ｒの双方のバルブスプリングの力が中間アーム４４を介して制御軸４１にそれぞれ作用する。これに対し、片弁可変モードにおいては、第２吸気バルブ１４Ｒのバルブスプリングの力は、第２揺動カムアーム５０Ｒから大作用角アーム７１へと作用するので、中間アーム４４には作用しない。このため、片弁可変モードにおいては、第１吸気バルブ１４Ｌのバルブスプリングの力のみが制御軸４１に作用する。従って、バルブスプリングが制御軸４１に及ぼす力の大きさは、片弁可変モードのときには、両弁可変モードのときの半分になる。よって、吸気バルブ１４がリフトしてバルブスプリングの力が制御軸１４に作用したときに生ずる、モータ３２の電流値の変化は、両弁可変モードのときには大きく、片弁可変モードのときには小さい。本実施形態では、このことを利用して、可変動弁機構１８が両弁可変モードにあるか片弁可変モードにあるかを、気筒毎に判定することができる。

図９に示す例では、＃１，＃３および＃４気筒の吸気バルブ１４がリフトしたときの電流値の谷は小さく、＃２気筒の吸気バルブ１４がリフトしたときの電流値の谷は大きい。このような波形は、＃１，＃３および＃４気筒の可変動弁機構１８は片弁可変モードにあり、＃２気筒の可変動弁機構１８は両弁可変モードにあることを示している。従って、ＥＣＵ６０が可変動弁機構１８を片弁可変モードとすることを指令しているときに、図９に示すような電流値の波形が得られた場合には、＃２気筒のアーム連結機構７２の連結動作が何らかの理由によって正常に実行されず、＃２気筒だけが両弁可変モードになっていると判定することができる。

片弁可変モードとすることが指令されている場合には、筒内に強いスワールを形成するため、第１吸気バルブ１４Ｌの開弁量が第２吸気バルブ１４Ｒの開弁量より小さくなるように、制御軸４１が小作用角側に制御される。このような場合において、片弁可変モードへの切り換えが正常に実行されずに両弁可変モードのままになっている気筒（以下「未切換気筒」と称する）が発生した場合には、その未切換気筒においては、所期の強さのスワールが得られないため、燃焼が悪化し易い。また、未切換気筒では、第１吸気バルブ１４Ｌおよび第２吸気バルブ１４Ｒの双方の開弁量が共に小さくなってしまうため、空気量が不足し易い。このようなことから、内燃機関１に、トルク変動やトルク不足などの弊害が生ずるおそれがある。そこで、本実施形態では、未切換気筒の発生が検知された場合には、未切換気筒の発生に伴う弊害を回避するための補正制御を実施することとした。

また、未切換気筒の発生数や発生頻度が多かったり、あるいは未切換の持続時間が長い場合には、可変動弁機構１８に何らかの故障が発生していると考えられる。そこで、本実施形態では、そのような場合には、運転者にその旨を報知するとともに、安全な場所や修理工場までの退避走行を可能とするべく、退避走行制御を実行することとした。

［実施の形態１における具体的処理］
図１０は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、可変動弁機構１８を両弁可変モードから片弁可変モードへ切り換える旨の指令が出された場合に実行されるものとする。

図１０に示すルーチンによれば、まず、制御軸４１に作用するトルクが検出される（ステップ１００）。前述したように、本実施形態では、電流計３３によってモータ３２の電流値を計測することによって、制御軸４１のトルクを検出することができる。

次いで、上記ステップ１００で検出された結果に基づいて、片弁可変モードに切り換わっていない未切換気筒が存在するか否かが判定される（ステップ１０２）。このステップ１０２においては、各気筒の吸気バルブ１４がリフトするタイミングと同期してモータ３２の電流値の波形に生ずる谷または山のうち、その大きさが所定の判定値より大きい谷または山が存在する場合には、未切換気筒が存在すると判定される。

上記ステップ１０２で、未切換気筒が存在すると判定された場合には、＃１〜＃４のうちのどの気筒が未切換気筒であるかが特定される（ステップ１０４）。このステップ１０４では、モータ３２の電流値の波形と、クランク角センサ６の信号とを対比することによって、未切換気筒を特定することができる。

未切換気筒が特定された場合には、次に、通常走行が可能であるかどうかが判定される（ステップ１０６）。このステップ１０６では、未切換気筒の発生数や、過去の発生頻度および持続時間を所定の判定値と比較することにより、通常走行が可能であるかどうかが判定される。

上記ステップ１０６で、通常走行が可能であると判定された場合には、未切換気筒の発生に伴うトルク変動やトルク不足等の弊害を回避するための補正制御が実行される（ステップ１０８）。この補正制御としては、未切換気筒のみを対象とする補正と、全気筒が対象となる補正とがあり、それらのうちの一方または両方を実行することができる。未切換気筒のみを対象とする補正としては、未切換気筒の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、燃料噴射パターン等の補正が挙げられる。例えば、未切換気筒を、正常気筒と比べて、噴射量を少なくしたり、噴射時期を進角したり、初期燃料噴射率をアップしたりすることにより、スモークの発生を抑制しつつ、トルクをアップすることができる。全気筒が対象となる補正としては、制御軸４１の回転角、バルブタイミング、ＥＧＲ率、スロットルバルブ２２の開度、過給圧等の補正が挙げられる。例えば、ＥＧＲ率を低下させることにより、未切換気筒の燃焼速度を速くすることができ、トルクアップすることができる。また、制御軸４１を作用角拡大方向に回転させることによって正常気筒のスワールを低下させるとともに、過給圧を上昇させることによって未切換気筒の吸気量を増加させてスワールを高めることができる。これにより、未切換気筒と正常気筒とのスワールの強さを近づけることができる。

一方、上記ステップ１０６で、通常走行が困難であると判定された場合には、退避走行を行うための制御が実施される（ステップ１１０）。このステップ１１０では、未切換気筒の空気量不足を防止するため、制御軸４１が大作用角側に制御される。また、燃料噴射量を制限する制御を実行することにより、損傷の拡大が防止される。また、運転席のインストルメントパネルの警告灯を点灯させることなどにより、修理工場への搬送を運転者に促すことが好ましい。

以上説明した図１０に示すルーチンでは、両弁可変モードから片弁可変モードへの切り換えの際に未切換気筒を検知するものとして説明したが、本発明は、片弁可変モードから両弁可変モードへの切り換えの際に未切換気筒を検知する場合にも同様に適用可能である。

また、本実施形態では、モータ３２の電流値に基づいて制御軸４１のトルクを検出するようにしているが、制御軸４１のトルク検出方法はこれに限定されるものではない。例えば、トルクセンサを用いて直接的にトルクを検出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、本発明を吸気バルブの可変動弁機構の制御装置に適用した場合について説明したが、本発明は、排気バルブの可変動弁機構の制御装置にも適用することが可能である。

上述した実施の形態１においては、第１吸気バルブ１４Ｌが前記第１の発明における「第１バルブ」に、第２吸気バルブ１４Ｒが前記第１の発明における「第２バルブ」に、アーム連結機構７２が前記第１の発明における「切換機構」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ６０が、モータ３２の電流値に基づいて制御軸４１のトルクを検出することにより前記第１の発明における「トルク検出手段」が、上記ステップ１００〜１０４の処理を実行することにより前記第１および第２の発明における「判定手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第４の発明における「燃焼状態補正手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第５の発明における「故障判定手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 図１に示す内燃機関が備える可変動弁機構の構成を説明するための斜視図である。 可変機構を吸気カムシャフトの軸方向から見た図である。 可変動弁機構が備える各種のアームの分解斜視図である。 切換ピンを作動させるための油圧系の構成を示す模式的な断面図である。 吸気バルブ制御マップを示す図である。 制御軸および制御軸駆動機構の平面図である。 制御軸駆動機構の側面図である。 制御軸を回転させている際のモータの電流値の変化を示す波形である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
５ クランクシャフト
６ クランク角センサ
１１ 点火プラグ
１４Ｌ 第１吸気バルブ
１４Ｒ 第２吸気バルブ
１５ 吸気カムシャフト
１６ 第１吸気カム
１７ 第２吸気カム
１８ 可変動弁機構
１９ 吸気通路
２０ インジェクタ
２２ スロットルバルブ
２６ エアフロメータ
３０ 排気通路
３２ モータ
３３ 電流計
３５ ロッカーアーム
３６ ロッカーローラ
４０ 可変機構
４１ 制御軸
４２ 制御アーム
４４ 中間アーム
５０ 揺動カムアーム
５２ 第１ローラ
５３ 第２ローラ
６０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
７１ 大作用角アーム
７２ アーム連結機構
７３ 入力ローラ
７４ 切換ピン
７５ ピン格納穴
７６ ピン挿入穴
７７ リターンスプリング
７８ ピストン
８１ 油路
８２ オイルポンプ
８３ ＯＣＶ
８４ ドレーン
８５，８６ 減速ギヤ
８７ ウォームホイール
８８ ウォームギヤ

Claims (5)

1. 多気筒内燃機関の各気筒に設けられ、吸気バルブあるいは排気バルブとして機能する第１バルブおよび第２バルブと、
   制御軸を有し、前記第１バルブおよび第２バルブの双方の開弁量を前記制御軸の回転位置に応じて変化させる両弁可変モードと、前記第１バルブの開弁量を前記制御軸の回転位置に応じて変化させるとともに前記第２バルブの開弁量を前記制御軸の回転位置にかかわらず固定とする片弁可変モードとを切り換える切換機構を有する可変動弁機構と、
   前記制御軸に作用するトルクを検出するトルク検出手段と、
   前記トルク検出手段の検出結果に基づいて、前記両弁可変モードと前記片弁可変モードとの切り換えが正常に実行されているかどうかを気筒毎に判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
2. 前記判定手段は、各気筒の前記第１バルブおよび第２バルブが開くときの前記制御軸のトルクの変化に基づいて、前記両弁可変モードと前記片弁可変モードとの何れにあるかを気筒毎に判定する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構の制御装置。
3. 前記両弁可変モードと前記片弁可変モードとで、バルブスプリングが前記制御軸に及ぼす力の大きさが異なることを特徴とする請求項１または２記載の可変動弁機構の制御装置。
4. 前記両弁可変モードと前記片弁可変モードとの切り換えが正常に実行されていない気筒が存在すると判定された場合に、前記内燃機関の燃焼状態を補正する燃焼状態補正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の可変動弁機構の制御装置。
5. 前記判定手段の判定結果に基づいて、前記可変動弁機構の故障を判定する故障判定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の可変動弁機構の制御装置。

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