JP2011179416A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より広い内燃機関の構成や運転状態に対応して、バルブ荷重を適切に設定すること。
【解決手段】 本発明の、内燃機関の制御装置は、吸気バルブのリフト量、あるいは、同バルブのリフト量及び開閉タイミングに応じて、同バルブを閉弁側に荷重する力を設定する。あるいは、この制御装置は、排気圧に応じて、排気バルブを閉弁側に荷重する力を設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、吸気バルブ及び／又は排気バルブを閉弁側に荷重する力であるバルブ荷重を可変に構成された内燃機関の、制御装置に関する。

従来のこの種の装置として、特開平６−１７６１１号公報、特開平６−１５９０２４号公報、特公平７−４７９２２号公報、特開平９−２２８８０８号公報、特開２００８−２９１７３３号公報、等に開示されたものが知られている。これらの装置は、バルブ荷重を機関回転数に応じて設定するように構成されている。

かかる従来の装置においては、具体的には、低回転時には、バルブ荷重が小さくされる。これにより、バルブ開閉の際のフリクションロスが低減され、燃費が改善される。一方、高回転時には、バルブ荷重が大きくされる。これにより、バルブ開閉動作が確実に行われる。すなわち、バルブバウンスやバルブジャンプの発生が良好に防止される。

上述した、従来のこの種の装置においては、バルブ荷重が機関回転数に応じて設定されるため、内燃機関の構成や運転状態によっては、所望の効果が得られない場合があった。

例えば、吸気バルブの閉弁タイミングが通常よりも大きく遅角されるアトキンソンサイクル運転状態においては、吸気バルブのリフト量が大きくされることがある。このため、低回転・軽負荷領域におけるアトキンソンサイクル運転の際に、大きなリフト量で吸気バルブが駆動されることで、フリクションロスが増大し、アトキンソンサイクル運転による燃費向上効果が大きく減殺される。

あるいは、機関回転数が低い場合であっても、負荷が高いことがあり得る。この場合、吸気量の増加に伴って燃焼ガス量も増加するため、排気圧が上昇する。よって、低回転であるからといってバルブ荷重を小さくしてしまうと、排気圧によって排気バルブが不用意に開弁されることによる「吹き抜け」が発生してしまう。

本発明の目的は、かかる課題に対処するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、より広い内燃機関の構成や運転状態に対応して、バルブ荷重を適切に設定することにある。

＜構成＞
本発明の適用対象である内燃機関は、吸気バルブ荷重可変機構又は排気バルブ荷重可変機構を備えている。

前記吸気バルブ荷重可変機構は、吸気バルブ荷重を可変に構成されている。この吸気バルブ荷重は、吸気ポートと気筒との連通状態を制御する吸気バルブを閉弁側に荷重する力である。前記排気バルブ荷重可変機構は、排気バルブ荷重を可変に構成されている。この排気バルブ荷重は、排気ポートと前記気筒との連通状態を制御する排気バルブを閉弁側に荷重する力である。

また、かかる内燃機関は、前記吸気バルブリフト可変機構及び／又は吸気バルブタイミング可変機構を備え得る。

前記吸気バルブリフト可変機構は、前記吸気バルブのリフト量を可変に構成されている。前記吸気バルブタイミング可変機構は、前記吸気バルブの開閉タイミングを可変に構成されている。前記内燃機関は、前記吸気バルブの前記閉弁タイミングが通常よりも大きく遅角され且つ前記リフト量が大きくされることで、いわゆるアトキンソンサイクルが実現されるように構成され得る（このときの運転状態を、アトキンソンサイクル運転状態という。）。

本発明は、かかる内燃機関の制御装置（以下、単に「制御装置」と称する。）であって、その一側面における特徴は、前記リフト量に応じて、前記吸気バルブ荷重を設定する、吸気バルブ荷重設定手段を備えたことにある。この場合、前記吸気バルブ荷重設定手段は、前記アトキンソンサイクル運転状態の場合に、その他の運転状態よりも前記吸気バルブ荷重を小さくするようになっていてもよい。

本発明の他の側面における特徴は、排気圧取得手段と、排気バルブ荷重設定手段と、を備えたことにある。ここで、前記排気圧取得手段は、排気圧を取得するようになっている。また、前記排気バルブ荷重設定手段は、前記排気圧取得手段によって取得された前記排気圧に応じて、前記排気バルブ荷重を設定するようになっている。

なお、本発明の制御装置は、機関回転数を取得する機関回転数取得手段をさらに備えていてもよい。この場合、前記吸気バルブ荷重設定手段は、前記リフト量及び前記機関回転数に応じて、前記吸気バルブ荷重を設定するようになっている。また、前記排気バルブ荷重設定手段は、前記排気圧及び前記機関回転数に応じて、前記排気バルブ荷重を設定するようになっている。

＜作用・効果＞
かかる構成を有する本発明の制御装置においては、前記吸気バルブの前記リフト量に応じて、前記吸気バルブ荷重が設定される。あるいは、前記吸気バルブの前記リフト量及び前記開閉タイミングに応じて、前記吸気バルブ荷重が設定される。あるいは、前記排気圧に応じて、前記排気バルブ荷重が設定される。したがって、本発明によれば、前記吸気バルブ荷重及び／又は前記排気バルブ荷重が、より適切に設定される。

本発明の一実施形態が適用される火花点火式多気筒（直列４気筒）の内燃機関の全体構成を示す概略図である。 図１に示されている吸気バルブ荷重可変機構及び排気バルブ荷重可変機構の一具体例の概略構成を示す側断面図である。 本実施形態の構成による動作の様子（制御マップ）を示す概念図である。 図１に示されているＣＰＵによって実行される、吸排気バルブ動作設定処理の一具体例を示すフローチャートである。 図１に示されている吸気バルブ荷重可変機構又は排気バルブ荷重可変機構の他の具体例の概略構成を示す側断面図である。 図１に示されている吸気バルブ荷重可変機構又は排気バルブ荷重可変機構のさらに他の具体例の概略構成を示す側断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。

よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜内燃機関の概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態が適用される直列４気筒の内燃機関１の全体構成を示す概略図である。この内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、吸気系統４と、排気系統５と、を備えている。

シリンダブロック２は、ロワーケース（クランクケースとも称される）及びオイルパン等を含んでいる。シリンダヘッド３は、シリンダブロック２の上に固定されている。吸気系統４は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３の内部に形成された燃焼室ＣＣに新気を供給するように設けられている。排気系統５は、燃焼室ＣＣから排出された燃焼ガス（排気ガス）を浄化しつつ外部に排出するように設けられている。

シリンダブロック２は、気筒２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランクシャフト２４を備えている。ピストン２２は、気筒２１内にて往復移動可能に収容されている。クランクシャフト２４は、コンロッド２３を介してピストン２２と連結されていて、ピストン２２の往復動によって回転駆動されるようになっている。燃焼室ＣＣは、気筒２１の内側の空間と、ピストン２２の頂面と、シリンダヘッド３の下端に設けられた凹部と、によって形成されている。

シリンダヘッド３には、吸気ポート３０ａ及び排気ポート３０ｂが形成されている。吸気ポート３０ａは、気筒２１に新気を供給するための通路であって、気筒２１（燃焼室ＣＣ）の上部と連通するように設けられている。排気ポート３０ｂは、気筒２１から燃焼ガスを排出するための通路であって、気筒２１（燃焼室ＣＣ）の上部と連通するように設けられている。

シリンダヘッド３における気筒２１に対応する位置には、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２が装着されている。吸気バルブ３１は、その軸線方向に沿った往復運動によって吸気ポート３０ａの気筒２１に面した開口部を開閉することで、吸気ポート３０ａと気筒２１（燃焼室ＣＣ）との連通状態を制御するように設けられている。排気バルブ３２は、その軸線方向に沿った往復運動によって排気ポート３０ｂの気筒２１に面した開口部を開閉することで、排気ポート３０ｂと気筒２１（燃焼室ＣＣ）との連通状態を制御するように設けられている。

また、シリンダヘッド３には、吸気バルブタイミングリフト可変機構３３（吸気カムシャフト３３ａを含む）、吸気バルブ荷重可変機構３４、排気カムシャフト３５、及び排気バルブ荷重可変機構３６が装着されている。

本発明の吸気バルブリフト可変機構及び吸気バルブタイミング可変機構に対応する、吸気バルブタイミングリフト可変機構３３は、吸気バルブ３１を駆動するための吸気カムシャフト３３ａの変位角（位相角）と、吸気バルブ３１のリフト量とを、連続的に変更可能に構成されている。すなわち、吸気バルブタイミングリフト可変機構３３は、吸気バルブ３１の開閉タイミング及びリフト量を可変に構成されている。

特に、本実施形態においては、吸気バルブタイミングリフト可変機構３３は、吸気バルブ３１の閉弁タイミングが通常よりも大きく遅角され且つリフト量が大きくされることで、いわゆるアトキンソンサイクルが実現されるように構成されている。かかる吸気バルブタイミングリフト可変機構３３の具体的構成は周知であるので、その説明については本明細書においては省略する。

吸気バルブ荷重可変機構３４は、吸気カムシャフト３３ａと吸気バルブ３１との間に設けられていて、吸気バルブ荷重を可変に構成されている。この吸気バルブ荷重は、吸気バルブ３１を閉弁側に荷重する力である。同様に、排気バルブ荷重可変機構３６は、排気カムシャフト３５と排気バルブ３２との間に設けられていて、排気バルブ荷重を可変に構成されている。この排気バルブ荷重は、排気バルブ３２を閉弁側に荷重する力である。

図２は、図１に示されている吸気バルブ荷重可変機構３４及び排気バルブ荷重可変機構３６の一具体例の概略構成を示す側断面図である。なお、本実施形態においては、吸気バルブ荷重可変機構３４と排気バルブ荷重可変機構３６とは、同一の構成を備えている。このため、本明細書においては、排気バルブ荷重可変機構３６の構成の説明については、吸気バルブ荷重可変機構３４のものが適宜援用されるものとする。

以下、図２を参照しつつ、本具体例の吸気バルブ荷重可変機構３４の構成について説明すると、吸気バルブ荷重可変機構３４は、吸気バルブ３１におけるバルブステム３１１の中心軸線（図中一点鎖線参照）について軸対象の構成を有している。バルブステム３１１は、バルブステムガイド３４１によって、図中上下方向に往復移動可能に支持されている。バルブステム３１１の基端（吸気バルブ３１の先端に設けられた弁体とは反対側の端：図中上端）には、アウターシム３４２が固定されている。

バルブステム３１１の基端側であって、アウターシム３４２に隣接する（僅かに吸気バルブ３１の先端側の）位置には、スプリングリテーナ３４３が、コッタ３４３ａを介して固定されている。スプリングリテーナ３４３は、最も外側（中心軸線から遠い側）に設けられたリング状の外郭部３４３ｂよりも内側に形成された凹部にて、コイルスプリング３４４の一端部（図中上端部）を保持するように構成されている。また、本具体例においては、スプリングリテーナ３４３は、永久磁石によって形成されている。

コイルスプリング３４４の他端部（図中下端部）は、スリーブ３４５によって保持されている。スリーブ３４５は、電磁石におけるコアを構成する、鉄等の強磁性体（軟磁性材料）からなり、図中上方に開口するカップ状（側断面視にて略Ｕ字状）に形成されている。スリーブ３４５は、バルブステムガイド３４１とともに、シリンダヘッド３（図１参照）に固定されている。スリーブ３４５の上端部は、吸気バルブ３１の図中上下動に伴って上下動するスプリングリテーナ３４３における外郭部３４３ｂと対向するように設けられている。

スリーブ３４５の周囲には、コイル３４６が配設されている。かかるコイル３４６と、その内側に設けられたスリーブ３４５と、によって、バルブ荷重を可変にするための電磁石が構成されている。すなわち、かかる電磁石は、コイル３４６に通電することで、スプリングリテーナ３４３（外郭部３４３ｂ）に対する電磁気的反発力を発生するように構成されている。また、かかる電磁石は、コイル３４６への印加電流の制御によって、上述の電磁気的反発力を変更可能に構成されている。

以下、再び図１を参照すると、吸気系統４は、吸気管４１、エアフィルタ４２、及びスロットルバルブ４３を備えている。吸気管４１は、吸気ポート３０ａとともに吸気通路を形成する吸気マニホールドを含んでいる。この吸気マニホールドは、各気筒２１に対応する吸気ポート３０ａの各々と連通するように設けられている。エアフィルタ４２は、吸気管４１の端部に設けられている。スロットルバルブ４３は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ４３ａによって駆動されることで、吸気管４１内における開口断面積を可変とするように設けられている。

排気系統５は、排気マニホールド５１と、排気管５２と、三元触媒５３と、を備えている。排気マニホールド５１は、排気管５２及び排気ポート３０ｂとともに排気通路を構成するものであって、各気筒２１に対応する排気ポート３０ｂの各々と連通するように設けられている。排気管５２は、排気マニホールド５１の集合部に接続されている。この排気管５２には、排気ガスを浄化するための三元触媒５３が介装されている。

また、内燃機関１には、スロットルポジションセンサ６１、カムポジションセンサ６２、クランクポジションセンサ６３、エアフローメータ６４、吸気圧センサ６５、排気圧センサ６６、及びアクセル開度センサ６７を含む、各種センサ類が設けられている。

スロットルポジションセンサ６１は、スロットルバルブ４３に対応する位置に設けられている。このスロットルポジションセンサ６１は、スロットルバルブ４３の開度に対応する信号（この信号からスロットル開度TAが取得される）を出力するようになっている。

カムポジションセンサ６２は、シリンダヘッド３に装着されている。このカムポジションセンサ６２は、吸気カムシャフト３３ａが９０°回転する毎に（すなわちクランクシャフト２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号：この信号に基づいて吸気カムシャフト３３ａの作用角すなわち吸気バルブ３１の実際の開閉タイミングが取得される）を発生するようになっている。

クランクポジションセンサ６３は、シリンダブロック２に装着されている。このクランクポジションセンサ６３は、クランクシャフト２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランクシャフト２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号（この信号から機関回転数ＮＥが取得される）を出力するようになっている。

エアフローメータ６４は、吸気管４１に配設されている。このエアフローメータ６４は、吸気管４１を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量に応じた信号（この信号から吸入空気量Ｇａが取得される）を出力するようになっている。

吸気圧センサ６５は、吸気管４１に配設されている。この吸気圧センサ６５は、スロットルバルブ４３よりも下流であって吸気バルブ３１よりも上流の吸気管４１内の吸入空気の圧力に対応する信号（この信号から吸気管圧力Pmが取得される）を出力するようになっている。

排気圧センサ６６は、排気マニホールド５１に配設されている。この排気圧センサ６６は、三元触媒５３よりも上流の排気マニホールド５１内の排気ガスの圧力に対応する信号（この信号から排気圧Ｐ４が取得される）を出力するようになっている。

アクセル開度センサ６７は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの開度に応じた信号（この信号からアクセル開度Accpが取得される）を出力するようになっている。

＜制御装置＞
本発明の「内燃機関の制御装置」の一実施形態である電気制御装置７０は、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、バックアップＲＡＭ７４、及びインターフェース７５を含むマイクロコンピュータである。ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、バックアップＲＡＭ７４、及びインターフェース７５は、双方向バス７６によって互いに接続されている。

本発明の吸気バルブ荷重設定手段及び排気バルブ荷重設定手段を構成するＣＰＵ７１は、内燃機関１の各部の動作を制御するためのルーチン（プログラム）、及びこのルーチンを実行するためのテーブル（ルックアップテーブル、マップ）やパラメータを、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、及びバックアップＲＡＭ７４から読み出して、ルーチンを実行するようになっている。また、本発明の排気圧取得手段及び機関回転数取得手段を構成するＣＰＵ７１は、上述の各種センサにおける出力信号を受け取ることで、排気圧や機関回転数等の、上述のルーチン実行のために必要なパラメータを取得するようになっている。

ＲＯＭ７２には、ＣＰＵ７１が実行するルーチン、かかるルーチン実行の際に参照されるテーブルや定数（パラメータの初期値等）、等が、予め格納されている。ＲＡＭ７３は、ＣＰＵ７１がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納し得るように構成されている。バックアップＲＡＭ７４は、電源が投入された状態でＣＰＵ７１がルーチンを実行する際にデータを格納するとともに、この格納したデータを電源遮断後も保持し得るように構成されている。

インターフェース７５は、上述のスロットルポジションセンサ６１、カムポジションセンサ６２、クランクポジションセンサ６３、エアフローメータ６４、吸気圧センサ６５、排気圧センサ６６、アクセル開度センサ６７、等の各種センサ類と電気的に接続されていて、これらのセンサの出力信号（検出信号）をＣＰＵ７１に供給するように構成されている。また、インターフェース７５は、ＣＰＵ７１によるルーチン実行によって発生する指令に応じて、吸気バルブタイミングリフト可変機構３３、スロットルバルブアクチュエータ４３ａ、等の動作部へ駆動信号を送出するようになっている。

＜実施形態の構成による動作＞
以下、本実施形態の構成による動作（作用・効果）について、適宜図面を参照しつつ説明する。

内燃機関１におけるトルクや出力の変更要求が発生したとき、電気制御装置７０は、吸気バルブ３１の作用角（閉弁タイミング）及びリフト量を当該変更要求に適合するように設定（変更）するための指令信号を発生させる。一般に、本実施形態の吸気バルブタイミングリフト可変機構３３においては、作用角とリフト量とは相関関係があり、作用角が拡大するとリフト量も増大する。そこで、本実施形態においては、電気制御装置７０は、設定された作用角及びリフト量に対する吸気バルブ荷重のマップ（これはＲＯＭ７２に予め格納されている）を用いて、吸気バルブ荷重を設定（変更）する。

また、運転状態に応じて、排気圧が変化する。排気圧は、吸気バルブ３１の作用角・リフト量によって変化し得る。また、上述のように、低回転数・高負荷運転時においては、機関回転数が低いにもかかわらず排気圧は上昇する。このように、排気圧は、機関回転数と１対１の対応関係にはなく、他の運転条件に応じて複雑に変化する。そして、排気圧が高いにもかかわらず排気バルブ荷重が低くされると、不用意な排気バルブ３２の開弁が発生してしまう。そこで、本実施形態においては、電気制御装置７０は、排気圧取得値に応じて、排気バルブ荷重を、排気圧に対する排気バルブ荷重のマップ（これもＲＯＭ７２に予め格納されている）を用いて設定（変更）する。

加えて、本実施形態においては、電気制御装置７０は、機関回転数が、バルブバウンスやバルブジャンプが発生しやすい高回転数領域であるか否かを判定する。そして、高回転数領域である場合には、電気制御装置７０は、バルブバウンスやバルブジャンプの発生を防止するために、バルブ荷重を、機関回転数に応じて、高めの値に設定（補正）する（このときに用いられるマップもＲＯＭ７２に予め格納されている）。

図３は、本実施形態の構成による動作の様子（制御マップ）を示す概念図である。図１ないし図３を参照すると、低回転・軽負荷領域においては、電気制御装置７０は、吸気バルブ３１の閉弁タイミングを通常よりも大きく遅らせて筒内吸入新気を吸気管４１側（吸気ポート３０ａ側）に押し返すことで、圧縮比を膨張比よりも低くする（アトキンソンサイクル運転状態：図３における領域Ｒ１）。これにより、燃費が向上する。

このアトキンソンサイクル運転状態においては、吸気バルブ３１の作用角が大きくされるとともに、リフト量も大きくされる。よって、このとき、電気制御装置７０は、コイル３４６への印加電流を小さくして（あるいは電流を遮断して）、吸気バルブ荷重を小さくする。これにより、吸気バルブ３１の開閉動作時のフリクションロスが、効果的に低減される。

また、低回転・軽負荷領域においては、排気圧も低い。よって、このとき、電気制御装置７０は、コイル３４６への印加電流を小さくして（あるいは電流を遮断して）、排気バルブ荷重を小さくする。これにより、排気バルブ３２の開閉動作時のフリクションロスが、効果的に低減される。

加速要求があると（図３における領域Ｒ１からＲ２への移行段階）、電気制御装置７０は、上述のアトキンソンサイクル運転状態よりも吸気バルブ３１の作用角を小さくする。これにより、上述のアトキンソンサイクル運転状態よりも、筒内吸入空気量が増大する。このとき、上述の通り、リフト量も小さくなる。

リフト量が小さくなると、コイルスプリング３４４における撓み量が減少するため、吸気バルブ荷重が減少する。よって、このとき、電気制御装置７０は、リフト量に応じてコイル３４６への印加電流を大きくして、スリーブ３４５とスプリングリテーナ３４３（外郭部３４３ｂ）との電磁気的反発力によってコイルスプリング３４４による弾性力を補完する。これにより、吸気バルブ荷重が大きくする。

このように、電気制御装置７０は、リフト量に応じて、吸気バルブ荷重を最適値に設定する。これにより、余計なフリクションロスが発生しないようにしつつ、吸気バルブ３１を所定の閉弁タイミングにて確実に閉弁させることができる。したがって、フリクションロス低減による燃費向上効果が良好に達成される。また、吸気バルブ３１の実際の閉弁タイミングが所定タイミングよりも不用意に遅角されてしまうことで予期しない出力低下が発生してしまうことが、効果的に防止される。

また、負荷が上昇すると、吸気量の増加に伴って燃焼ガス量も増加するため、排気圧が上昇する。よって、このとき、電気制御装置７０は、排気圧に応じてコイル３４６への印加電流を大きくして、スリーブ３４５とスプリングリテーナ３４３（外郭部３４３ｂ）との電磁気的反発力によってコイルスプリング３４４による弾性力を補完することで、排気バルブ荷重を排気圧に応じて大きくする。

すなわち、電気制御装置７０は、排気圧に応じて、排気バルブ荷重を最適値に設定する。これにより、余計なフリクションロスが発生しないようにしつつ、排気圧によって排気バルブ３２が不用意に開弁されることによる「吹き抜け」を確実に防止することができる。

さらに機関回転数が上昇すると（図３における領域Ｒ２からＲ３への移行段階）、バルブバウンスやバルブジャンプが発生しやすくなる。そこで、電気制御装置７０は、機関回転数が、バルブバウンスやバルブジャンプが発生しやすい高回転数領域に達すると、バルブバウンスやバルブジャンプの発生を防止するために、吸気バルブ荷重及び排気バルブ荷重を、機関回転数に応じて、高めの値に設定（補正）する。

このように、本実施形態によれば、バルブ荷重を単に機械回転数に応じて設定していた従来技術と比較して、より適切なバルブ荷重の設定が可能になる。例えば、本実施形態によれば、アトキンソンサイクル運転状態にて吸気バルブ３１及び排気バルブ３２のバルブ荷重を低減することで、フリクションロスをより効果的に低減することが可能になる。また、本実施形態によれば、低中回転領域であるが負荷が高いために排気圧が高い場合においても、排気圧に応じて排気バルブ荷重を最適値に設定することが可能になる。

また、本実施形態においては、吸気バルブ３１や排気バルブ３２の近傍に設けられた、応答性の極めて高い電気素子あるいは磁気素子（具体的には電磁石）によって、バルブ荷重の設定（変更）が行われる。したがって、本実施形態によれば、バルブ荷重の設定（変更）が、極めて高い応答性で行われる。

図４は、図１に示されているＣＰＵ７１によって実行される、吸排気バルブ動作設定処理の一具体例を示すフローチャートである。なお、図４において、「Ｓ」は「ステップ」の省略表記である。ＣＰＵ７１は、図４に示されている吸排気バルブ動作設定ルーチン４００を、所定時間毎に繰り返し実行する。

このルーチンの処理が開始されると、まず、ステップ４１０にて、内燃機関１におけるトルク・出力の変更要求があったか否かが判定される。本具体例においては、かかる判定は、アクセル開度センサ６７の出力（アクセル開度Accp）等に基づいて得られる、内燃機関１における要求トルク・出力が、変化したか否かによって行われる。

トルク・出力の変更要求がなかった場合（ステップ４１０＝Ｎｏ）、ステップ４２０以降の処理がスキップされ、本ルーチンが一旦終了する。よって、以下、トルク・出力の変更要求があったものとして（ステップ４１０＝Ｙｅｓ→ステップ４２０）、動作説明を続行する。

処理がステップ４２０に進行すると、かかるステップ４２０においては、吸気バルブ３１の作用角及びリフト量が、ＲＯＭ７２に予め格納されたマップと、今回の要求トルク・出力と、に基づいて設定される。すなわち、トルク・出力の変更要求に応じて、吸気バルブ３１の作用角及びリフト量が変更される。

次に、処理がステップ４３０に進行し、吸気バルブ荷重が、ＲＯＭ７２に予め格納されたマップと、ステップ４２０にて設定された吸気バルブ３１の作用角及びリフト量と、に基づいて設定される。すなわち、吸気バルブ３１の作用角及びリフト量の変更に応じて、吸気バルブ荷重が変更される。

続いて、処理がステップ４４０に進行し、排気圧Ｐ４が、排気圧センサ６６の出力に基づいて取得される。その後、ステップ４５０にて、排気バルブ荷重が、ＲＯＭ７２に予め格納されたマップと、ステップ４４０にて取得された排気圧Ｐ４と、に基づいて設定される。すなわち、排気圧Ｐ４の変化に応じて、排気バルブ荷重が変更される。

さらに、処理がステップ４６０に進行し、機関回転数ＮＥが、クランクポジションセンサ６３の出力に基づいて取得される。その後、ステップ４７０にて、機関回転数ＮＥが所定値ＮＥ１より高いか否かが判定される。機関回転数ＮＥが所定値ＮＥ１より高い場合（ステップ４７０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ４８０に進行する。機関回転数ＮＥが所定値ＮＥ１以下である場合（ステップ４７０＝Ｎｏ）、ステップ４８０の処理がスキップされ、処理がスキップ４９０に進行する。

ステップ４８０においては、高回転域におけるバルブバウンスやバルブジャンプの発生を防止するために、吸気バルブ荷重及び排気バルブ荷重が、機関回転数に応じて、高めの値に設定される（上述のステップ４３０及び４５０における設定値が補正される）。このステップ４８０の処理の後、処理がスキップ４９０に進行する。

ステップ４９０においては、現在のトルク・出力が目標値に達したか否かが判定される。現在のトルク・出力が目標値に達していない場合（ステップ４９０＝Ｎｏ）、処理がステップ４２０に戻る。現在のトルク・出力が目標値に達した場合（ステップ４９０＝Ｙｅｓ）、本ルーチンが一旦終了する。

＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。

以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。なお、以下の変形例の説明において、上述の実施形態と同様の構成や機能を有する部材については、上述の実施形態と同一の符号を付するものとし、かかる部材の説明については、上述の実施形態における同一符号の部材の説明が、適宜（技術的に矛盾しない範囲において）援用されるものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得ることも、いうまでもない。

本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。

本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他任意のタイプの内燃機関に適用可能である。気筒数、気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）、燃料噴射方式、及び燃料供給方式も、特に限定はない。

例えば、吸気バルブ荷重可変機構３４及び排気バルブ荷重可変機構３６のうちのいずれか一方のみを備える内燃機関に対しても、本発明は良好に適用され得る。また、吸気バルブリフト可変機構及び吸気バルブタイミング可変機構の双方を備えない内燃機関や、これらのうちのいずれか一方のみを備える内燃機関に対しても、本発明は良好に適用され得る。

本発明は、図２に示されているバルブ荷重可変機構の具体的な構成に何ら限定されない。例えば、図２を参照すると、スプリングリテーナ３４３におけるリング状の外郭部３４３ｂのみが永久磁石によって形成されていてもよい。

また、吸気バルブ荷重可変機構３４及び排気バルブ荷重可変機構３６としては、例えば、特開平６−１７６１１号公報、特開平６−１５９０２４号公報、特公平７−４７９２２号公報、特開平９−２２８８０８号公報、等に開示された、空気圧あるいは油圧式（コイルスプリングと併用されているもの及びされていないものを含む）のものや、特開２００８−２９１７３３号公報等に開示された、電磁式のものが、好適に用いられ得る。さらに、吸気バルブ荷重可変機構３４と排気バルブ荷重可変機構３６とは、異なる構成であってもよい。

図５は、図１に示されている吸気バルブ荷重可変機構３４又は排気バルブ荷重可変機構３６の他の具体例の概略構成を示す側断面図である。なお、図５においては、吸気バルブ３１又は排気バルブ３２の閉弁状態が示されているものとする。

以下図５を参照すると、本変形例においては、スプリングリテーナ３４３（少なくとも外郭部３４３ｂ）は、鉄等の強磁性体（軟磁性材料）からなる。また、本変形例においては、上述の実施形態における電磁石（スリーブ３４５及びコイル３４６）に代えて、永久磁石ユニット３４７が設けられている。永久磁石ユニット３４７は、リング状の永久磁石３４７ａと、これを支持する支持部３４７ｂと、を備えている。永久磁石３４７ａは、スプリングリテーナ３４３における外郭部３４３ｂを外側から囲むように配置されている。

本変形例においては、永久磁石ユニット３４７は、吸気バルブ３１又は排気バルブ３２の閉弁状態にて、永久磁石３４７ａとスプリングリテーナ３４３における外郭部３４３ｂとが対向する面積が最も大きくなるとともに、リフト量が大きくなるにしたがって同面積が小さくなることで磁力によるバルブ荷重が小さくなるように構成されている。かかる構成によれば、リフト量に応じたバルブ荷重を、自律的に（電気制御装置７０による制御なしで）設定することが可能になる。

なお、支持部３４７ｂは、永久磁石３４７ａを、中心軸線に沿って（図中上下方向）に移動可能に支持するように構成されていてもよい。すなわち、永久磁石ユニット３４７は、リング状の永久磁石３４７ａの位置を中心軸線に沿って（図中上下方向に）移動させることで、バルブ荷重を変更可能に構成されていてもよい。

図６は、図１に示されている吸気バルブ荷重可変機構３４又は排気バルブ荷重可変機構３６のさらに他の具体例の概略構成を示す側断面図である。以下図６を参照すると、本変形例においては、スプリングリテーナ３４３及びスリーブ３４５によって囲まれた空間（以下、「空気チャンバー」と称する。）内における空気圧（可変）と、コイルスプリング３４４による弾性力と、によって、バルブ荷重を発生するように構成されている。

スリーブ３４５は、固定スリーブ３４５ａと、可変スリーブ３４５ｂと、を備えている。固定スリーブ３４５ａは、図中上方に開口するカップ状（側断面視にて略Ｕ字状）に形成されている。固定スリーブ３４５ａの主要部をなす円筒状部分の上部は、スプリングリテーナ３４３を中心軸線に沿って（図中上下方向に）往復移動可能に収容するように構成されている。かかる円筒状部分の内壁面と、スプリングリテーナ３４３の外壁面と、の間には、空気及びオイルの流通を遮断するためのシール部材３４５ｃ（具体的にはＯリング）が配設されている。また、かかる円筒状部分における底部には、貫通孔としての排出穴３４５ａ１が形成されている。排出穴３４５ａ１の上方には、貫通孔としての空気導入穴３４５ａ２が形成されている。

可変スリーブ３４５ｂは、円筒状の部材であって、排出穴３４５ａ１及び空気導入穴３４５ａ２を覆うように、固定スリーブ３４５ａの下半分と対向する位置に設けられている。可変スリーブ３４５ｂは、熱膨張率が固定スリーブ３４５ａよりも大きな材質で形成されている。可変スリーブ３４５ｂにおける、空気導入穴３４５ａ２に対応する位置には、貫通孔としての空気導入穴３４５ｂ１が形成されている。

可変スリーブ３４５ｂの上端部であって空気導入穴３４５ｂ１よりも充分上側の部分における内壁面と、固定スリーブ３４５ａの外壁面とは、気密的に接合されている。一方、可変スリーブ３４５ｂの下端部であって固定スリーブ３４５ａにおける排出穴３４５ａ１と対向する部分の内壁面と、固定スリーブ３４５ａの外壁面とは、互いに接離可能に対向して設けられている。

可変スリーブ３４５ｂにおける空気導入穴３４５ｂ１と、固定スリーブ３４５ａにおける空気導入穴３４５ａ２と、の間には、リードバルブ３４８が設けられている。リードバルブ３４８は、可変スリーブ３４５ｂの外側から空気導入穴３４５ｂ１及び空気導入穴３４５ａ２を介して空気チャンバー内への空気の導入を許可する一方で、空気チャンバーからの空気の排出を許可しないように構成されている。具体的には、リードバルブ３４８は、空気導入穴３４５ｂ１を可変スリーブ３４５ｂの内壁面側から閉塞するように設けられた薄板状の板バネによって構成されている。

可変スリーブ３４５ｂの下端部における外壁面であって、固定スリーブ３４５ａにおける排出穴３４５ａ１に対応する位置には、リング状のヒータ３４９が装着されている。このヒータ３４９は、通電によって可変スリーブ３４５ｂの下端部を熱膨張させることで、当該下端部における内壁面と固定スリーブ３４５ａの外壁面との隙間を、空気及びオイルが通過可能な程度まで広げることができるように設けられている。

かかる構成においては、リードバルブ３４８における空気の吸入量はほぼ一定である。一方、ヒータ３４９に対する通電状態（電流のオンオフ及び電流値）を制御することで、上述の隙間における空気の漏れ量が制御される。したがって、ヒータ３４９に対する通電状態を制御することで、バルブ荷重を制御することができる。特に、本変形例によれば、コンプレッサ等の空気圧送手段がなくても、可変空気圧による可変バルブスプリング機構が実現され得る。

本発明は、上述した実施形態にて具体的に例示された処理態様に何ら限定されない。例えば、アクセル開度Accpに代えて、スロットル開度TA、吸入空気量Ｇａ、あるいは吸気管圧力Pmが用いられてもよい。また、排気圧としては、排気圧センサ６６による実測値Ｐ４に代えて、吸入空気量等の他のパラメータに基づくオンボード推定値が用いられ得る。

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。

また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。

さらに、本明細書にて引用した各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。

１…エンジン ２…シリンダブロック ２１…気筒
３…シリンダヘッド ３０ａ…吸気ポート ３０ｂ…排気ポート
３１…吸気バルブ ３２…排気バルブ
３３…吸気バルブタイミングリフト可変機構
３４…吸気バルブ荷重可変機構 ３５…排気バルブ荷重可変機構
４…吸気系統 ４１…吸気管
５…排気系統 ５１…排気マニホールド ５２…排気管
６３…クランクポジションセンサ ６４…エアフローメータ ６５…排気圧センサ
７０…制御装置 ７１…ＣＰＵ

特開平６− １７６１１号公報 特開平６−１５９０２４号公報 特公平７− ４７９２２号公報 特開平９−２２８８０８号公報 特開２００８−２９１７３３号公報

Claims (8)

1. 吸気ポートと気筒との連通状態を制御する吸気バルブのリフト量を可変に構成された、吸気バルブリフト可変機構と、
   前記吸気バルブを閉弁側に荷重する力である吸気バルブ荷重を可変に構成された、吸気バルブ荷重可変機構と、
   を備えた内燃機関の、制御装置であって、
   前記リフト量に応じて、前記吸気バルブ荷重を設定する、吸気バルブ荷重設定手段を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の、内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、前記吸気バルブの開閉タイミングを可変に構成された、吸気バルブタイミング可変機構をさらに備え、
   前記吸気バルブ荷重設定手段は、前記吸気バルブの前記閉弁タイミングが遅角され且つ前記リフト量が大きくされるアトキンソンサイクル運転状態の場合に、その他の運転状態よりも前記吸気バルブ荷重を小さくすることを特徴とする、内燃機関の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の、内燃機関の制御装置において、
   機関回転数を取得する、機関回転数取得手段をさらに備え、
   前記吸気バルブ荷重設定手段は、前記リフト量及び前記機関回転数に応じて、前記吸気バルブ荷重を設定することを特徴とする、内燃機関の制御装置。
4. 排気ポートと気筒との連通状態を制御する排気バルブを閉弁側に荷重する力である排気バルブ荷重を可変に構成された、排気バルブ荷重可変機構を備えた内燃機関の、制御装置であって、
   排気圧を取得する、排気圧取得手段と、
   前記排気圧取得手段によって取得された前記排気圧に応じて、前記排気バルブ荷重を設定する、排気バルブ荷重設定手段と、
   を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の、内燃機関の制御装置において、
   機関回転数を取得する、機関回転数取得手段をさらに備え、
   前記排気バルブ荷重設定手段は、前記排気圧及び前記機関回転数に応じて、前記排気バルブ荷重を設定することを特徴とする、内燃機関の制御装置。
6. 吸気ポートと気筒との連通状態を制御する吸気バルブのリフト量を可変に構成された、吸気バルブリフト可変機構と、
   前記吸気バルブを閉弁側に荷重する力である吸気バルブ荷重を可変に構成された、吸気バルブ荷重可変機構と、
   排気ポートと気筒との連通状態を制御する排気バルブを閉弁側に荷重する力である排気バルブ荷重を可変に構成された、排気バルブ荷重可変機構と、
   を備えた内燃機関の、制御装置であって、
   前記リフト量に応じて、前記吸気バルブ荷重を設定する、吸気バルブ荷重設定手段と、
   排気圧を取得する、排気圧取得手段と、
   前記排気圧取得手段によって取得された前記排気圧に応じて、前記排気バルブ荷重を設定する、排気バルブ荷重設定手段と、
   を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
7. 請求項６に記載の、内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、前記吸気バルブの開閉タイミングを可変に構成された、吸気バルブタイミング可変機構をさらに備え、
   前記吸気バルブ荷重設定手段は、前記吸気バルブの前記閉弁タイミングが遅角され且つ前記リフト量が大きくされるアトキンソンサイクル運転状態の場合に、その他の運転状態よりも前記吸気バルブ荷重を小さくすることを特徴とする、内燃機関の制御装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載の、内燃機関の制御装置において、
   機関回転数を取得する、機関回転数取得手段をさらに備え、
   前記吸気バルブ荷重設定手段は、前記リフト量及び前記機関回転数に応じて、前記吸気バルブ荷重を設定し、
   前記排気バルブ荷重設定手段は、前記排気圧及び前記機関回転数に応じて、前記排気バルブ荷重を設定することを特徴とする、内燃機関の制御装置。

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