JP2014185580A - 内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関のクランキングを開始する以前に弁の開閉時期を調節するための構成を小型でエネルギーの無駄を抑制するように構成する。
【解決手段】内燃機関Ｅを始動させる始動情報を、機関制御部Ｂが取得した場合に、リフト量調節装置Ｄのリフト量調節部５７を、弁Ｖａのリフト量を減ずる方向に制御し、弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を内燃機関Ｅの始動に適した位相の方向に位相変更部を制御する。この後に、機関制御部Ｂが、リフト量調節部５７の制御によりリフト量を復元し、この後にスタータモータ１２によるクランキングによりエンジンＥを始動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関し、詳しくは、燃焼室の弁の開閉時期を設定する弁開閉時期制御装置を備えている内燃機関に関する。
上記のように構成された内燃機関として特許文献１には、内燃機関の吸気側カムシャフトに弁開閉時期制御装置を備え、この弁開閉時期制御装置を作動させて弁の開閉時期の制御を行う油圧回路には、内燃機関により駆動される第１ポンプと、電動型のモータにより駆動される第２ポンプとが備えられている。
この特許文献１では、内燃機関の始動時には始動を完了するまでは、第２ポンプが弁開閉時期制御装置に作動油を供給して、弁の開閉時期の制御を行わせる制御が行われる。
また、特許文献２には、内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに弁開閉時期制御装置を備え、この弁開閉時期制御装置を作動させて弁の開閉時期の制御を行う油圧回路には、内燃機関により駆動される第一ポンプと、電動型のモータにより駆動される第二ポンプとが備えられている。
この特許文献２では、内燃機関の始動時には、クランキング開始前に弁開閉時期制御装置の進角室と遅角室との一方に作動油を満たす始動前充填を行い、次に、進角室に作動油を供給すると同時にロック機構に作動油を供給してロック解除を行い、この後に、クランキングを開始してエンジンの始動に移行する制御が行われる。
また、特許文献３には、内燃機関で駆動されるオイルポンプからの作動油を蓄圧する油圧アキュムレータを備え、内燃機関の始動時等に弁開閉時期制御装置に充分な作動油が供給できない場合には、油圧アキュムレータから弁開閉時期制御装置に作動油を供給できる構成が示されている。
特開２００７‐２９２０２７号公報 特開２００７‐１５４７４８号公報 特開平１１‐１３４２９号公報
特許文献１〜３に示されるように内燃機関の始動時には、クランキングの開始以前に弁開閉時期制御装置に流体を供給することにより、弁の開閉時期の変更や、ロック機構のロックを解除することは内燃機関の始動性を高める観点から望まれている。
ここで、弁開閉時期制御装置の制御により弁の開閉時期を変更する作動を考えると、特許文献１や特許文献２に記載されるように駆動側回転体がクランクシャフトとタイミンチェーン等で連係する構成では、弁の開閉時期を変更するために流体を供給した場合に駆動側回転体は固定された状態で、従動側回転体が回転する形態となる。
しかしながら、従動側回転体はカムシャフトに直結しており、カムシャフトは弁を開閉する機構と連係しているため、従動側回転体を回転させる際には、弁をリフト方向に付勢するスプリングの付勢力に抗して回転を可能にするための強力な駆動力を必要とする。
このような理由から特許文献１や特許文献２に記載されるように電動モータで駆動される流体圧ポンプを備える場合には、強力な電動モータを必要とすることになり、また、特許文献３に記載されるようにアキュムレータを備える構成では、アキュムレータに貯留される流体の圧力を上昇させるためにアキュムレータが大型化することが考えられる。このような構成では弁開閉時期制御装置を制御する機器の大型化を招くだけではなく、エネルギーを無駄に消費する観点で改善の余地がある。
本発明の目的は、内燃機関のクランキングを開始する以前に弁の開閉時期を調節するための構成の大型化を抑制しつつ、この調節を行う際のエネルギーの無駄を抑制する内燃機関を合理的に構成する点にある。
本発明の特徴は、リフト量調節部の駆動力により当該内燃機関の弁開閉用のカムシャフトの回転時における燃焼室の弁のリフト量を調節するリフト量調節装置を備え、当該内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、カムシャフトと一体回転する従動側回転体とを同軸芯上に配置し、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を所定のロック位相に固定するロック機構を有し、位相変更部の駆動力により前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を変更して前記弁の開閉時期を調節する弁開閉時期制御装置を備え、当該内燃機関の停止時に前記リフト量調節部によるリフト量の調節を可能にするリフト量調節アシスト手段と、当該内燃機関の停止時に前記位相変更部による相対回転位相の変更を可能にする位相変更アシスト手段とを備え、当該内燃機関を始動させる始動情報を取得した場合に、前記カムシャフトの回転時に前記弁からカムシャフトに作用する押圧力を減ずる方向に前記リフト量調節部を制御するリフト量調節制御を行い、次に、前記相対回転位相を当該内燃機関の始動に適した方向に前記位相変更部を制御する位相変更制御を行い、次に、前記リフト量を元の値に戻すように前記リフト量調節部を制御するリフト量復元制御を行い、この後に、当該内燃機関のスタータモータを駆動する始動制御を行う機関制御部を備えている点にある。
この構成によると、内燃機関を始動させる始動情報を機関制御部が取得した場合には、この機関制御部がリフト量調節部を制御することにより、リフト量調節アシスト手段がカムシャフトの回転時に弁からカムシャフトに作用する押圧力を減ずるようにリフト量調節制御を実現する。次に、機関制御部が位相変更部を制御することにより、位相変更アシスト手段が弁開閉時期制御装置の相対回転位相を内燃機関の始動に適した位相に設定する位相変更制御を実現する。次に、機関制御部がリフト量調節部を制御することにより、位相変更アシスト手段が弁のリフト量を元の値に戻すリフト量復元制御を実現する。この後に、機関制御部がスタータモータを駆動することでクランキングを開始して内燃機関の始動が可能となる。
つまり、この制御では弁開閉時期制御装置の相対回転位相を変更する時点では、弁のリフト量を小さくして従動側回転体を回転させる駆動力を低減できるため、大型のアクチュエータ等を用いずとも小型のアクチュエータを用い、小さいエネルギーで弁開閉時期制御装置の開演位相を変更することが可能なる。この後に、弁のリフト量を元の値に復元することにより弁を適正に開閉させる形態でクランキングを行い内燃機関の始動を実現する。
従って、内燃機関のクランキングを開始する以前に弁の開閉時期を調節するための構成の大型化を抑制しつつ、この調節を行う際のエネルギーの無駄を抑制する内燃機関が構成された。
本発明は、前記ロック機構が、冷熱状態にある前記内燃機関の始動に適した相対回転位相に固定する中間ロック位相と、温熱状態にある前記内燃機関の始動に適した相対回転位相に固定する遅角側ロック位相との少なくとも２つのロック位相に固定可能に構成され、当該内燃機関の温度を検知する温度センサと、前記弁開閉時期制御装置の相対回転位相を検知する回転位相センサとを備え、前記機関制御部は、前記温度センサと前記回転位相センサとの検知結果を取得し、前記内燃機関が温熱状態にあり、前記相対回転位相が前記中間ロック位相にあることを判定した場合には、前記位相変更制御として前記相対回転位相を遅角側ロック位相に設定し、前記内燃機関が冷熱状態にあり、前記相対回転位相が前記遅角側ロック位相にあることを判定した場合には、前記位相変更制御として前記相対回転位相を中間ロック位相に設定しても良い。
これによると、機関制御部が始動情報を取得した場合に、冷熱状態、あるいは、温熱状態に適した弁の開閉時期でクランキングを行い内燃機関の始動を行える。
本発明は、前記弁開閉時期制御装置が、前記従動側回転体を前記駆動側回転体に内包することにより、前記駆動側回転体の内側表面との間に進角室及び遅角室で成る流体圧室を形成しており、前記位相変更部が、前記進角室に流体を供給することで前記相対回転位相を進角方向に変化させ、前記遅角室に流体を供給することで前記相対回転位相を遅角方向に変化させるように油圧作動型に構成され、前記位相変更アシスト手段が、前記流体を加圧状態で貯留するアキュムレータで構成される、又は、電力により前記流体を送り出す電動流体圧ポンプで構成されても良い。
これによると、位相変更制御が行われる際には弁のリフト量が低減されているので、位相変更アシスト手段がアキュムレータで構成されたものでは、大型のアキュムレータを用いる必要がなく、位相変更アシスト手段が電動流体圧ポンプで構成されたものでは、大型の電動モータを用いる必要がない。
本発明は、遅角側ロック位相が、最遅角又は最遅角近傍の位相に設定されていてもよい。
これによると、冷熱状態の内燃機関を始動する場合には、ロック機構が、相対回転位相を最遅角又は最遅角近傍の位相にロックすることにより良好な始動が実現する。
エンジンと弁開閉時期制御装置と制御系とを示す模式図である。 弁開閉時期制御装置の断面と制御構成とを示す図である。 図２のIII-III線断面図である ロック部材がロック解除状態にある弁開閉時期制御装置の断面図である。 最遅角ロック状態にある弁開閉時期制御装置の断面図である。 リフト量を最大に設定した状態のリフト量調節装置を示す図である。 リフト量を最小に設定した状態のリフト量調節装置を示す図である。 エンジン始動制御のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１及び図２に示すように、吸気弁Ｖａの開閉時期（タイミング）を制御するように吸気カムシャフト７ａと同軸芯上に配置され、クランクシャフト１と同期回転する弁開閉時期制御装置Ａを備えて内燃機関としてのエンジンＥが構成されている。
エンジンＥは、シリンダブロック２の上部にシリンダヘッド３を連結し、シリンダブロック２に形成された複数のシリンダボアにピストン４を摺動自在に収容し、ピストン４をコネクティングロッド５によりクランクシャフト１に連結した４サイクル式に構成されている。
シリンダヘッド３には、燃焼室の吸気を行う吸気弁Ｖａと、燃焼室の燃焼ガスの排気を行う排気弁Ｖｂとが備えられると共に、吸気弁Ｖａを制御する吸気カムシャフト７ａと、排気弁Ｖｂを制御する排気カムシャフト７ｂが備えられている。また、クランクシャフト１の出力スプロケット１Ｓと、弁開閉時期制御装置Ａの外部ロータ２０（駆動側回転体の一例）の駆動スプロケット２２Ｓと、排気カムシャフト７ｂのシャフトスプロケット７Ｓとに亘ってタイミングチェーン６が巻回されている。
シリンダヘッド３には、吸気弁Ｖａを介して燃焼室に空気を供給するインテークマニホールド８と、排気弁Ｖｂを介して燃焼室からの排気ガスを送り出すエキゾーストマニホールド９とが連結されている。シリンダヘッド３には、点火プラグ１０と、燃料噴射ノズル１１とが備えられている。エンジンＥの外部にはクランクシャフト１に回転力を作用させるスタータモータ１２が備えられている。
このエンジンＥは、複数のピストン４が吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を順次行うように４サイクル式エンジンに構成されている。そして、これらの行程に連係してクランクシャフト１の回転力がタイミングチェーン６から吸気カムシャフト７ａと排気カムシャフト７ｂとに伝えられ、吸気弁Ｖａと排気弁Ｖｂとがクランクシャフト１の回転に同期して開閉する。
また、このエンジンＥでは、吸気カムシャフト７ａの回転時における、吸気弁Ｖａのリフト量を調節するリフト量調節装置Ｄを備えており、このリフト量調節装置Ｄは、エンジンＥの稼動時に、エンジンＥの回転速度や負荷等に基づいて制御される。
なお、このエンジンＥは、排気弁Ｖｂの開閉時期を制御するため排気カムシャフト７ｂに弁開閉時期制御装置Ａを併せて備えても良い。また、外部ロータ２０に駆動スプロケット２２Ｓを形成することに代えて、外部ロータ２０にタイミングプーリを形成し、これにタイミングベルトによりクランクシャフト１の回転力を伝える構成を用いて良い。これと同様に、外部ロータ２０の外面にギヤを形成し、これにギヤトレインによりクランクシャフト１の回転力を伝える構成を用いても良い。
エンジンＥは乗用車等の車両に備えられるものであり、エンジンＥと弁開閉時期制御装置Ａとは、ＥＣＵとして構成される機関制御部としてのエンジン制御ユニットＢによって制御される。エンジンＥにはクランクシャフト１の回転姿勢を検知するクランクセンサ１３を備えており、弁開閉時期制御装置Ａの近傍位置には外部ロータ２０と内部ロータ３０との相対回転位相とを検知する回転位相センサ１４を備え、エンジンＥには温度を検知する温度センサ１５を備えている。
〔弁開閉時期制御装置〕
図１〜図５に示すように、弁開閉時期制御装置Ａは、クランクシャフト１と同期回転する駆動側回転体としての外部ロータ２０と、吸気カムシャフト７ａに対して連結ボルト３３により連結する従動側回転体としての内部ロータ３０とを備えている。これらは吸気カムシャフト７ａの回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置され、回転軸芯Ｘを中心にして相対回転自在に支持されている。この弁開閉時期制御装置Ａは、外部ロータ２０と内部ロータ３０との相対回転位相（以下、相対回転位相と称する）の変更により吸気弁Ｖａの開閉時期（開閉タイミング）を制御するように構成されている。
外部ロータ２０は、円筒状となるロータ本体２１を有すると共に、回転軸芯Ｘに沿う方向でロータ本体２１の一方の端部に当接して配置されるリヤブロック２２と、回転軸芯Ｘに沿う方向でロータ本体２１の他方の端部に当接して配置されるフロントプレート２３とを複数の締結ボルト２４により締結した構成を有している。リヤブロック２２の外周には、クランクシャフト１から回転力が伝達される駆動スプロケット２２Ｓが形成され、ロータ本体２１には円筒状の内壁面と、回転軸芯Ｘに近接する方向（径方向内側）に突出する複数の突出部２１Ｔとが一体的に形成されている。
１つの突出部２１Ｔに対して回転軸芯Ｘから放射状となる姿勢で一対のガイド溝が形成され、これらのガイド溝にプレート状のロック部材２５を出退自在に挿入している。ロータ本体２１の内部にはロック部材２５を回転軸芯Ｘに接近する方向に付勢する付勢手段としてのロックスプリング２６を備えている。この構成から、一方のロック部材２５と、これを突出方向に付勢するロックスプリング２６とで第１ロック機構Ｌ１が構成され、他方のロック部材２５と、これを突出方向に付勢するロックスプリング２６とで第２ロック機構Ｌ２が構成されている。なお、第１ロック機構Ｌ１と第２ロック機構Ｌ２との上位概念をロック機構Ｌと称しており、ロック部材２５の形状はプレート状に限るものではなく、例えば、ロッド状であっても良い。
内部ロータ３０は、回転軸芯Ｘと同軸芯上でシリンダ内面状となる内周面３０Ｓが形成されると共に、回転軸芯Ｘを中心とする外周面が形成され、この外周面には外方に突出する複数のベーン３１が嵌め込まれている。この内部ロータ３０のうち回転軸芯Ｘに沿う方向での一方の端部には鍔状部３２が形成され、この鍔状部３２の内周位置の孔部に挿通する連結ボルト３３により内部ロータ３０が吸気カムシャフト７ａに連結されている。
また、内部ロータ３０を外部ロータ２０に嵌め込む（内包する）ことでロータ本体２１の内側表面（円筒状の内壁面及び複数の突出部２１Ｔ）と内部ロータ３０の外周面とで取り囲まれる領域に流体圧室Ｃが形成される。更に、この流体圧室Ｃをベーン３１が仕切る形態となり進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとが形成されている。このように進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとベーン３１とを有し、油圧により相対回転位相を変更する油圧作動型に位相変更部が構成されている。内部ロータ３０には進角室Ｃａに連通する進角流路３４と、遅角室Ｃｂに連通する遅角流路３５と、ロック解除流路３６とが形成されている。
この内部ロータ３０の外周には前述した第１ロック機構Ｌ１のロック部材２５と、第２ロック機構Ｌ２のロック部材２５とが係合・離脱の可能な中間ロック凹部３７が溝状に形成されると共に、第２ロック機構Ｌ２のロック部材２５の係合・離脱が可能な最遅角ロック凹部３８とが形成されている。この中間ロック凹部３７と最遅角ロック凹部３８とは、内部ロータ３０の外周面に対して回転軸芯Ｘの方向に窪む凹部として形成されている。中間ロック凹部３７にはロック解除流路３６が連通し、最遅角ロック凹部３８には進角流路３４が連通している。
中間ロック凹部３７に第１ロック機構Ｌ１のロック部材２５と、第２ロック機構Ｌ２のロック部材２５とが係合した状態では、図３に示すように、この中間ロック凹部３７の両端部位置に夫々のロック部材２５が当接することで相対回転位相を中間ロック位相に固定する。この中間ロック位相においてロック解除流路３６に作動油（流体の具体例）が供給されることによりロックスプリング２６の付勢力に抗して２つのロック部材２５の係合が解除され図４に示すようにロック解除状態に達する。尚、中間ロック位相とは、相対回転位相の変更が可能な領域の中央を特定するものではなく、最進角位相と最遅角位相とを除いた中間領域に含まれる何れの位相であっても良い。
第２ロック機構Ｌ２のロック部材２５が最遅角ロック凹部３８に係合した状態では図５に示すように、相対回転位相を最遅角位相（最遅角ロック位相）に固定する。この最遅角ロック位相（遅角側ロック位相の一例）において進角流路３４に作動油が供給されることによりロックスプリング２６の付勢力に抗して第１ロック部材Ｌ１のロック部材２５の係合が解除されロック解除状態に達すると共に、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する。
また、外部ロータ２０のリヤブロック２２と内部ロータ３０とに亘って、トーションスプリング２７が備えられる。このトーションスプリング２７は、例えば、相対回転位相が最遅角にある状態から、少なくとも中間ロック位相に達するまで付勢力を作用させる。
この弁開閉時期制御装置Ａでは、タイミングチェーン６から伝えられる駆動力により外部ロータ２０が駆動回転方向Ｓの方向に回転する。また、外部ロータ２０に対して内部ロータ３０が駆動回転方向Ｓと同方向へ回転する方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向への回転方向を遅角方向Ｓｂと称する。この弁開閉時期制御装置Ａでは、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する際に、変位量の増大に伴い吸気圧縮比を高め、相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する際に変位量の増大に伴い吸気圧縮比を低減するようにクランクシャフト１と吸気カムシャフト７ａとの関係が設定されている。
また、進角室Ｃａに作動油（流体の具体例）が供給されることで相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させ、遅角室Ｃｂに作動油が供給されることで相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させる。ベーン３１が進角方向Ｓａの移動端（回転軸芯Ｘを中心にした回動限界）に達した状態での相対回転位相を最進角位相と称し、ベーン３１が遅角側の移動端（回転軸芯Ｘを中心にした回動限界）に達した状態での相対回転位相を最遅角位相と称している。特に、この実施形態では最遅角位相において最遅角ロック位相（遅角側ロック位相の一例）に達し、この位相が固定されるように構成されている。
尚、最遅角位相は、遅角側位相の概念に含まれるものであり、この遅角側位相には最遅角近傍の位相も含まれる。また、最遅角位相は遅角側の移動端に限るものではなく、この移動端の近傍を含む概念である。従って、遅角側ロック位相には、前述した最遅角ロック位相を含み、これより中間位相に近い最遅角近傍の位相を含んでいる。これと同様に、最進角とは進角側の移動端に限るものではなく、この移動端の近傍を含む概念である。
特に、本発明の弁開閉時期制御装置Ａは、ロック機構Ｌが相対回転位相を遅角側ロック位相に固定する際には、図５に示す最遅角ロック位相の位相だけでなく、この最遅角ロック位相より内部ロータ３０が進角方向Ｓａに変位した最遅角近傍ロック位相でも固定するように構成しても良い。このように、遅角側ロック位相には所定の位相領域として捉えることが可能であり、例えば、内部ロータ３０に複数の凹部を形成することにより、この遅角側領域では２つ以上のロック位相で固定するように構成することも可能である。
また、本発明の弁開閉時期制御装置Ａは、ロック機構Ｌが相対回転位相を中間ロック位相に固定する際には、図３に示す中間ロック位相だけではなく、同図に示す回転位相より内部ロータ３０が進角方向Ｓａに変位する、あるいは、遅角方向Ｓｂに変位する位相に固定するように構成しても良い。このように、中間ロック位相には所定の位相領域として捉えることが可能であり、例えば、内部ロータ３０に複数の凹部を形成することにより、この中間位相では２つ以上のロック位相で固定するように構成することも可能である。
〔弁ユニット〕
弁ユニットＶＵは、ユニットケースに対して位相制御弁４１とロック制御弁４２とを収容した構造を有しており、このユニットケースに一体的に形成した流路形成軸部４３を内部ロータ３０の内周面３０Ｓに挿入する形態で備えられている。この流路形成軸部４３の外周には、位相制御弁４１のポートと連通する周状の溝状部と、ロック制御弁４２のポートと連通する周状の溝状部とが形成され、これらの溝状部を分離するように流路形成軸部４３の外周と、内部ロータ３０の内周面３０Ｓとの間には複数のリング状のシール４４が備えられている。
エンジンＥには、オイルパンのオイルを作動油として供給するようにエンジンＥで駆動される第１油圧ポンプＰ１と、電動型のポンプモータＭで駆動される第２油圧ポンプＰ２（電動流体圧ポンプの一例）とを備えており、この第１油圧ポンプＰ１と第２油圧ポンプＰ２との何れか一方からの作動油を位相制御弁４１とロック制御弁４２とに供給する流路が形成されている。また、ポンプモータＭで駆動される第２油圧ポンプＰ２と、ポンプモータＭに電力を供給する電源とによりエンジンＥの停止時においても油圧式に相対回転位相を変更する位相変更部による相対回転位相の変更を可能にする位相変更アシスト手段が構成されている。
エンジン制御ユニットＢは、電磁式の位相制御弁４１と電磁式のロック制御弁４２とを操作することで吸気タイミングの制御を実現する（弁開閉時期制御装置の作動形態は後述する）。位相制御弁４１とロック制御弁４２とは単一の弁ユニットＶＵに収容され、この弁ユニットＶＵの一部が弁開閉時期制御装置Ａに挿入される形態で備えられている。
〔リフト量調節装置〕
図１、図６、図７に示すように、吸気弁Ｖａと排気弁Ｖｂとは、バルブステム５０の上端にラッシュアジャスタ５１を備え、バルブスプリング５２により閉じ方向に付勢されている。また、ラッシュアジャスタ５１は、作動油が供給されることにより上端部が上方に変位し、カムシャフト（吸気カムシャフト７ａ、排気カムシャフト７ｂ）のカム部が当接することにより内部の作動油を排出しながら上端部が下方に変位することによりクリアランスを調整し、衝撃を吸収するように機能する。このラッシュアジャスタ５１の上端には当接ローラ５３が回転自在に支持されている。
リフト量調節装置Ｄは、回動軸芯Ｑを中心に回動自在な支持アーム５５と、この支持アーム５５に基端部分が揺動軸芯Ｒを中心に揺動自在に支持されるロッカーアーム５６とを備えている。ロッカーアーム５６は吸気弁Ｖａに等しい数のものが備えられ、各々のロッカーアーム５６の先端には当接体５６Ａが形成され、各々このロッカーアーム５６の中間には回転自在に中間ローラ５６Ｂが回転自在に支持さている。
また、支持アーム５５を、回動軸芯Ｑを中心に回動させるようにリフト量調節部としての電動型の回動駆動部５７を備えている。この回動駆動部５７は単一であり、この回動駆動部５７と、これに電力を供給する電源とにより、エンジンＥの停止時においても吸気弁Ｖａのリフト量を調節することが可能なリフト量調節アシスト手段が構成されている。
このリフト量調節装置Ｄは、吸気カムシャフト７ａのカム部が中間ローラ５６Ｂに当接することにより、ロッカーアーム５６を、回動軸芯Ｑを中心に揺動させる。このロッカーアーム５６の揺動により、当接体５６Ａを吸気弁Ｖａの当接ローラ５３に当接させ、バルブスプリング５２の付勢力に抗して吸気弁Ｖａを開放作動させる作動を行う。
リフト量を調節する場合には、支持アーム５５を、回動軸芯Ｑを中心に回動させることにより、揺動軸芯Ｒの位置を変更し、吸気カムシャフト７ａのカム部が当接した際のロッカーアーム５６の揺動量を変化させる。つまり、揺動軸芯Ｒの位置を最大位置Ｍａｘに設定することにより吸気弁Ｖａのリフト量を最大値Ｔｍａｘにし、揺動軸芯Ｒの位置を最小位置Ｍｉｎに設定することにより吸気弁Ｖａのリフト量を最小値Ｔｍｉｎにする。
この構成から、吸気カムシャフト７ａの回転により、この吸気カムシャフト７ａのカム部からの押圧力で吸気弁Ｖａが開放する場合には、バルブスプリング５２の付勢力に抗して吸気弁Ｖａを作動させるため吸気カムシャフト７ａには大きい反力が作用する。また、リフト量調節装置Ｄによってリフト量を小さくする制御が行われた場合には、吸気弁Ｖａの作動量が小さくなるためバルブスプリング５２の圧縮量が小さくなり、吸気カムシャフト７ａに作用する反力も小さくなる。
リフト量調節装置Ｄは、図６、図７に示す構成に限るものではなく、例えば、特開２００７−１７０１８０号公報や、特開２００９−８５１３６号公報に示される構成のものを用いても良い。この実施形態では、リフト量調節装置Ｄを吸気弁Ｖａのリフト量だけを調節するために備えているが、排気弁Ｖｂのリフト量も調節するためのリフト量調節装置Ｄを併せて備えても良い。
〔エンジン制御ユニット〕
エンジン制御ユニットＢは、図１に示すように、マイクロプロセッサやＤＳＰ等を用い、ソフトウエアにより制御を実現するものであり、ソフトウエアで構成されるエンジン始動制御部６１と、位相制御部６２と、リフト量制御部６３と、エンジン停止制御部６４とを備えている。これらエンジン始動制御部６１と、位相制御部６２と、リフト量制御部６３と、エンジン停止制御部６４とはハードウエアで構成されるものでも良く、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより構成されるものであっても良い。
このエンジン制御ユニットＢは、クランクセンサ１３と、回転位相センサ１４と、温度センサ１５と、始動スイッチ１６とからの情報を取得する入力系を備えている。また、このエンジン制御ユニットＢは、点火プラグ１０と、燃料噴射ノズル１１と、スタータモータ１２と、弁ユニットＶＵの位相制御弁４１及びロック制御弁４２と、リフト量調節装置Ｄの回動駆動部５７と、ポンプモータＭとに制御情報を出力する出力系を備えている。
エンジン始動制御部６１は、始動スイッチ１６から始動情報を取得することにより、スタータモータ１２を作動させ、点火プラグ１０と燃料噴射ノズル１１とを制御してエンジンＥの始動を行うように基本的な制御形態が設定されている。特に、このエンジン始動制御部６１は、温度センサ１５で検知されるエンジンＥの温度と、回転位相センサ１４で取得される相対回転位相とに基づき、スタータモータ１２によるクランキングに先立って弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相をエンジンＥの始動に適切な位相に設定する制御を行う（この制御形態については後述する）。
位相制御部６２は、エンジンＥの稼動時にエンジンＥの回転速度やエンジン負荷に基づき、回転位相センサ１４から相対回転位相をフィードバックする状態で弁ユニットＶＵを制御して弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を必要とする値に設定する。
リフト量制御部６３は、位相制御部６２と同様にエンジンＥの稼動時にエンジンＥの回転速度やエンジン負荷に基づき、回動駆動部５７を制御することにより、リフト量調節装置Ｄによる吸気弁Ｖａのリフト量を調節する。
エンジン停止制御部６４は、エンジンＥの停止時に弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を所定の位相に設定した後に、点火プラグ１０と燃料噴射ノズル１１とを制御してエンジンＥの停止を行う。
〔制御形態〕
エンジン停止制御部６４では、運転者がブレーキペダルを踏み込み操作した場合にエンジンＥを自動的に停止させるアイドルストップ制御と、運転者が始動スイッチ１６をＯＦＦ操作してエンジンＥを停止させるマニュアル停止制御と実行する。アイドルストップ制御では、弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を最遅角位相に変化させ、図５に示すように、最遅角ロック状態に移行した後にエンジンＥを停止させる。また、マニュアル停止制御では、弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を中間位相に変化させ、図３に示すように、中間ロック状態に移行した後にエンジンＥを停止させる。
アイドルストップ制御によりエンジンＥが停止した状況で始動スイッチ１６がＯＦＦ操作された場合には、相対回転位相は最遅角ロック状態に維持されることになる。なお、ハイブリッドシステムを搭載している車両のようにエンジンＥの駆動力で発電を行い、この発電によりバッテリーの充電が完了した時点でエンジンＥを停止させる制御を行うものでも、エンジンＥの停止時に弁開閉時期制御装置Ａは最遅角ロック位相（遅角側ロック位相の一例）に固定される。この〔制御形態〕では、弁開閉時期制御装置Ａが最遅角ロック位相に固定された状態でエンジンＥが停止した後に、冷熱状態のエンジンＥを始動する場合には、後述するように相対回転位相を中間ロック位相に移行することで良好にエンジンＥを始動させるものである。
また、弁開閉時期制御装置Ａが中間ロック位相に固定された状態でエンジンＥが停止し、この停止の直後にエンジンＥを始動させる場合のように、温熱状態のエンジンＥを始動させる場合には、弁開閉時期制御装置Ａが中間ロック位相に固定されたままエンジンＥを始動させても良いが、この〔制御形態〕では、弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を最遅角ロック位相に変更して始動させる例を以下に説明している。
エンジン始動制御部６１では、エンジンＥが停止した状態で始動スイッチ１６がＯＮ操作された場合（始動情報を取得した場合）には図８に示すフローチャートに従う制御が行われる。つまり、始動スイッチ１６がＯＮ操作されたことを判定すると、温度センサ１５でエンジンＥの温度を取得し、この温度が設定値未満である冷温状態（「冷」）にある場合には、回転位相センサ１４の検知信号から弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を取得し、中間ロック位相であることを判定した場合には、スタータモータ１２を制御してクランキングを開始し、点火プラグ１０と燃料噴射ノズル１１とを制御することでエンジンＥの燃焼室の混合気の点火を行いエンジンＥを始動する（＃０１、＃０２、＃０１０、＃０１１ステップ）。
また、エンジンＥの温度が設定値未満であり、弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相が中間ロック位相にないことを判定した場合には（通常は最遅角ロック位相）、第２油圧ポンプＰ２のポンプモータＭを駆動し、リフト量調節装置Ｄの回動駆動部５７を制御して支持アーム５５を、回動軸芯Ｑを中心に回動させ、揺動軸芯Ｒの位置を最小位置Ｍｉｎに設定する。これにより吸気弁Ｖａのリフト量が最小値まで低減する（＃０３ステップ・リフト量調節制御の具体例）。つまり、＃０３ステップでは、吸気弁Ｖａから吸気カムシャフト７ａの回転に作用する押圧力を減ずる方向にリフト量調節装置Ｄを制御している。
次に、回転位相センサ１４の検知情報をフィードバックする状態で位相制御弁４１の制御により、第２油圧ポンプＰ２から供給される作動油で相対回転位相を中間位相の方向（進角方向Ｓａの方向）に変化させ、中間ロック位相に固定する（＃０４ステップ・位相変更制御の具体例）。尚、最遅角ロック位相に固定されている状態から相対回転位相を中間位相の方向に変更する場合にはロックが解除された後に相対回転位相が変化する。
次に、リフト量調節装置Ｄの回動駆動部５７を制御して吸気弁Ｖａのリフト量を元のリフト量まで復元する（＃０５ステップ・リフト量復元制御の具体例）。この後に、＃０１０、＃０１１ステップの制御に移行してエンジンＥの始動を実行する（始動制御の具体例）。
これとは逆に、始動スイッチ１６のＯＮ操作時に、温度センサ１５で取得されたエンジンＥの温度が設定値以上である温熱状態（「温」）にある場合には、回転位相センサ１４の検知信号から弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を取得し、最遅角位相であることを判定した場合には、スタータモータ１２を制御してクランキングを開始し、点火プラグ１０と燃料噴射ノズル１１とを制御することでエンジンＥの燃焼室の混合気の点火を行いエンジンＥを始動する（＃０１、＃０６、＃０１０、＃０１１ステップ）。
また、エンジンＥの温度が設定値以上であり、弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相が最遅角位相にないことを判定した場合には（通常は中間ロック位相）、第２油圧ポンプＰ２のポンプモータＭを駆動し、リフト量調節装置Ｄの回動駆動部５７を制御して支持アーム５５を、回動軸芯Ｑを中心に回動させ、揺動軸芯Ｒの位置を最小位置Ｍｉｎに設定する。これにより吸気弁Ｖａのリフト量が最小値まで低減する（＃０７ステップ・リフト量調節制御の具体例）。
次に、回転位相センサ１４の検知情報をフィードバックする状態で位相制御弁４１の制御により、第２油圧ポンプＰ２から供給される作動油で相対回転位相を最遅角位相の方向（遅角方向Ｓｂの方向）に変化させ、最遅角ロック位相に固定する（＃０８ステップ・位相変更制御の具体例）。尚、中間ロック位相に固定されている状態から相対回転位相を遅角位相の方向に変更する場合には、ロックが解除された後に相対回転位相が変化する。
次に、リフト量調節装置Ｄの回動駆動部５７を制御して吸気弁Ｖａのリフト量を元のリフト量まで復元する（＃０９ステップ・リフト量復元制御の具体例）。この後に、＃０１０、＃０１１ステップの制御に移行してエンジンＥの始動を実行する（始動制御の具体例）。
この制御によりエンジンＥの始動が確認された場合には、第２油圧ポンプＰ２のポンプモータＭを停止することで、第１油圧ポンプＰ１からの作動油だけを弁ユニットＶＵに供給する状態に移行する。また、エンジンＥの稼動状況に応じて弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を調整する。
上記構成では、クランキングを行う以前にエンジン制御ユニットＢが、温度センサ１５で取得した温度に対応したエンジンＥの始動に適した相対回転位相と比較する。また、このエンジン制御ユニットＢは、回転位相センサ１４から取得した弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相から適否を判定し、適正である場合には、スタータモータ１２を駆動してエンジンＥを始動するが、不適正である場合には、クランキングを行う以前に弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を適正となる位相に変更する。
また、相対回転位相を変更するために、進角室Ｃａ又は遅角室Ｃｂに対して単純に作動油を供給する構成では、吸気カムシャフト７ａのカム部が吸気弁Ｖａから大きい反力を受けるため、位相変更部に供給する作動油に高い圧力を必要とし、作動油の油量も増大する。これと同様の理由から弁開閉時期制御装置Ａの位相変更部に電動モータを備えた場合にも、相対回転位相を変更するために大型の電動モータを必要とするだけでなく大電力を必要とする。
この不都合を解消するため本発明では、リフト量調節装置Ｄを利用して吸気弁Ｖａのリフト量を低減して（リフト量調節制御）、作動油の圧力を高めることや油量を増大しなくとも、相対回転位相の変更を軽負荷で行うことを可能にしている（位相変更制御）。つまり、この設定状態で第１油圧ポンプＰ１や、これを駆動するポンプモータＭの大容量化を抑制し、必要とする作動油の油量も低減する。なお、位相変更部に電動モータを備えて構成した場合には、電動モータの小型化が可能となり、相対回転位相を変更するための電力も少なくて済む。
このように相対回転位相を変更した後には、リフト量調節装置Ｄの支持アーム５５を逆方向に回転させることにより、吸気弁Ｖａのリフト量を適正な値に復元し（リフト量復元制御）、この状態でクランキングを行い点火を行うことにより適正なエンジンＥの始動が実現する（始動制御）のである。
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
（ａ）実施形態では、ポンプモータＭで駆動される第２油圧ポンプＰ２を備えることにより位相変更アシスト手段を構成していたが、特許文献３に示されるように、エンジンＥで駆動される油圧ポンプの作動油を蓄圧する状態で貯留しておき、エンジンＥの停止時に位相変更部や、リフト量調節部に作動油を加圧状態で供給することが可能なアキュムレータを備えても良い。このように位相変更アシスト手段としてアキュムレータを備えることにより、ポンプモータＭを備えずに済み、構成の簡素化が可能となる。
（ｂ）リフト量調節装置Ｄを、作動油の供給により作動してリフト量を調節するリフト量調節部を備えて構成する。このように構成したものでは第２油圧ポンプＰ２から供給される作動油によりリフト量調節装置Ｄが作動することになり、この第２油圧ポンプＰ２と、ポンプモータＭに電力を供給する電源とによりエンジンＥの停止時においても油圧式にリフト量を調節する位相変更アシスト手段として機能する。
（ｃ）弁開閉時期制御装置Ａの位相変更部を電動モータの駆動力により位相を変更するように構成する。このように構成したものでは、位相変更部に電力を供給する電源がエンジンＥの停止時においても吸気弁Ｖａのリフト量を調節することが可能なリフト量調節アシスト手段として機能する。
本発明は、弁の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置と、弁のリフト量を設定するリフト量調節装置とを備えたエンジンに利用することができる。
７ａ カムシャフト（吸気カムシャフト）
１２ スタータモータ
１４ 回転位相センサ
１５ 温度センサ
２０ 駆動側回転体（外部ロータ）
３０ 従動側回転体（内部ロータ）
５７ リフト量調節部（回動駆動部）
Ａ 弁開閉時期制御装置
Ｂ 機関制御部（エンジン制御ユニット）
Ｃ 流体圧室
Ｃａ 進角室
Ｃｂ 遅角室
Ｄ リフト量調節装置
Ｅ 内燃機関（エンジン）
Ｌ ロック機構
Ｐ２ 電動流体圧ポンプ（第２油圧ポンプ）
Ｓａ 進角方向
Ｓｂ 遅角方向
Ｖａ 弁（吸気弁）

Claims (4)

  1. リフト量調節部の駆動力により当該内燃機関の弁開閉用のカムシャフトの回転時における燃焼室の弁のリフト量を調節するリフト量調節装置を備え、
    当該内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、カムシャフトと一体回転する従動側回転体とを同軸芯上に配置し、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を所定のロック位相に固定するロック機構を有し、位相変更部の駆動力により前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を変更して前記弁の開閉時期を調節する弁開閉時期制御装置を備え、
    当該内燃機関の停止時に前記リフト量調節部によるリフト量の調節を可能にするリフト量調節アシスト手段と、当該内燃機関の停止時に前記位相変更部による相対回転位相の変更を可能にする位相変更アシスト手段とを備え、
    当該内燃機関を始動させる始動情報を取得した場合に、前記カムシャフトの回転時に前記弁からカムシャフトに作用する押圧力を減ずる方向に前記リフト量調節部を制御するリフト量調節制御を行い、次に、前記相対回転位相を当該内燃機関の始動に適した方向に前記位相変更部を制御する位相変更制御を行い、次に、前記リフト量を元の値に戻すように前記リフト量調節部を制御するリフト量復元制御を行い、この後に、当該内燃機関のスタータモータを駆動する始動制御を行う機関制御部を備えている内燃機関。
  2. 前記ロック機構が、冷熱状態にある前記内燃機関の始動に適した相対回転位相に固定する中間ロック位相と、温熱状態にある前記内燃機関の始動に適した相対回転位相に固定する遅角側ロック位相との少なくとも２つのロック位相に固定可能に構成され、
    当該内燃機関の温度を検知する温度センサと、前記弁開閉時期制御装置の相対回転位相を検知する回転位相センサとを備え、
    前記機関制御部は、前記温度センサと前記回転位相センサとの検知結果を取得し、前記内燃機関が温熱状態にあり、前記相対回転位相が前記中間ロック位相にあることを判定した場合には、前記位相変更制御として前記相対回転位相を遅角側ロック位相に設定し、前記内燃機関が冷熱状態にあり、前記相対回転位相が前記遅角側ロック位相にあることを判定した場合には、前記位相変更制御として前記相対回転位相を中間ロック位相に設定する請求項１記載の内燃機関。
  3. 前記弁開閉時期制御装置が、前記従動側回転体を前記駆動側回転体に内包することにより、前記駆動側回転体の内側表面との間に進角室及び遅角室で成る流体圧室を形成しており、前記位相変更部が、前記進角室に流体を供給することで前記相対回転位相を進角方向に変化させ、前記遅角室に流体を供給することで前記相対回転位相を遅角方向に変化させるように油圧作動型に構成され、
    前記位相変更アシスト手段が、前記流体を加圧状態で貯留するアキュムレータで構成される、又は、電力により前記流体を送り出す電動流体圧ポンプで構成されている請求項１又は２記載の内燃機関。
  4. 前記遅角側ロック位相が、最遅角又は最遅角近傍の位相に設定されている請求項２記載の内燃機関。
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