JP2014211122A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブタイミングを適正化することで、気筒間の吸入空気量に差が生じることを抑制する。【解決手段】不等間隔で爆発する複数の気筒と、吸気側のカムシャフトと、コントロールシャフトの変位により作用角を変更する可変動弁機構と、を備え、カムシャフトは、爆発順序で前の気筒の吸気バルブが開いているときであって該吸気バルブが全閉となる前に爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開き始める該前の気筒では、カムノーズの位置が、爆発間隔に応じて定まる所定の基準位置よりも進角するように形成され、可変動弁機構は、カムノーズの位置が所定の基準位置よりも進角される気筒では、カムノーズの位置が所定の基準位置である気筒よりも、コントロールシャフトの変位量に対して作用角の変化量が小さい機構を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関に関する。

Ｖ型８気筒の内燃機関では、各バンクにおいて不等間隔で爆発が起こる。このため、爆発順序で前の気筒の吸気バルブが全閉となる前に、爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開き始める場合もある。ここで、吸気バルブを開くときには、バルブスプリングの反力を受けるため、カムを回転させるタイミングベルト等が変形する。この変形により、バルブタイミングがずれることがある。そして、吸気バルブが閉じる前に、爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開き始めると、前の気筒のバルブスプリングの反力に後の気筒のバルブスプリングの反力も加わる。このため、タイミングベルト等の変形の度合いが、爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開く時期によって変わる。ここで、Ｖ型８気筒の内燃機関では、不等間隔で爆発するため、爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開き始める時期が、気筒毎に異なる。このため、吸気バルブのバルブタイミングが目標値からずれる度合いが気筒毎に異なる。

これに対し、バルブタイミングを補正するために、カムノーズの位置を予め進角側にずらしておく技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、バルブスプリングの反力によるバルブタイミングのずれを気筒毎に推定し、このずれの分だけ、予めバルブタイミングを気筒毎にずらしている。

ところで、吸気バルブの作用角を変更可能な可変動弁機構が知られている。特許文献１によれば、カムノーズの位置を予めずらしているが、作用角を変更可能な可変動弁機構に適用した場合には、作用角が変わることにより、爆発順序で前の気筒の吸気バルブが閉じる時期と、爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開く時期と、の関係が変わるため、バルブタイミングをずらす量の適正値も変わる。

例えば、作用角が大きい場合には、吸気バルブが閉じる前に爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開き始める気筒であっても、作用角を小さくした場合には、吸気バルブが閉じた後に爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開き始める場合もある。この場合には、前の気筒では、後の気筒のバルブスプリング反力の影響を受けないため、カムノーズの位置を進角させる必要はない。これに対し、カムノーズの位置を遅角させる機構を備えることも考えられる。しかし、機関停止時には油圧を得ることが困難であるため、カムノーズの位置を遅角させる動力を得ることが困難な場合が多い。これらにより、作用角を変更したときに気筒間の吸入空気量に差が生じる虞がある。

特開２００７−１００５６９号公報 特開２００４−１８８４６９号公報 特開２００６−２４１９９７号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、バルブタイミングを適正化することで、気筒間の吸入空気量に差が生じることを抑制することにある。

上記課題を達成するために本発明は、
不等間隔で爆発する複数の気筒と、
前記複数の気筒で共用される吸気側のカムシャフトと、
前記複数の気筒の夫々に設けられ、前記カムシャフトにより動作される吸気バルブと、
コントロールシャフトの変位により、前記カムシャフトに設けられるカムの前記吸気バルブに対する作用角を変更する可変動弁機構と、
を備えた内燃機関において、
前記カムシャフトは、爆発順序で前の気筒の吸気バルブが開いているときであって該吸気バルブが全閉となる前に爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開き始める該前の気筒では、カムノーズの位置が、各気筒の爆発間隔に応じて定まる所定の基準位置よりも進角するように形成され、
前記可変動弁機構は、前記カムノーズの位置が前記所定の基準位置よりも進角される気筒では、前記カムノーズの位置が前記所定の基準位置である気筒よりも、コントロールシャフトの変位量に対して作用角の変化量が小さい機構を備える。

すなわち、爆発順序で前の気筒の吸気バルブが閉じる前に、爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開き始める場合には、前の気筒に対応するカムノーズの位置を予め進角させておく。そうすると、バルブスプリング反力による各部材の変形等の影響を打ち消すことができるため、吸入空気量の気筒間差を小さくすることができる。なお、カムノーズの所定の基準位置は、爆発間隔に応じて定まる位置であって、爆発順序で前後するカムノーズの位置の間隔が、爆発間隔と等しくなるようなカムノーズの位置である。例えば、爆発間隔と同じ間隔（角度）でカムノーズを配置した場合の各カムノーズの位置が、所定の基準位置となる。

また、カムノーズの位置を進角した気筒では、カムノーズの位置を進角していない気筒よりも、コントロールシャフトの変位量に対して作用角の変化量が小さい構造を設けている。この構造によれば、作用角を小さくした場合に、カムノーズの位置を進角した気筒では、カムノーズの位置を進角していない気筒よりも、作用角が相対的に大きくなる。

ここで、吸気バルブが全閉となる時期は、内燃機関の吸入空気量に大きな影響を与える。そして、カムノーズの位置を進角した気筒では、カムノーズの位置を進角していない気筒よりも、作用角が大きくなることにより、吸気バルブの閉じる時期が遅くなる。そして、作用角が大きくなることにより、吸気バルブが全閉となる実際の時期が、カムノーズの位置が所定の基準位置にある場合における吸気バルブが全閉となる時期に近付くため、カムノーズの位置を進角させた影響を小さくすることができる。これにより、吸入空気量の気筒間差を小さくすることができる。

本発明においては、前記可変動弁機構は、
軸方向に変位し前記複数の気筒で共用されるコントロールシャフトと、
前記コントロールシャフトと一体となって変位し、外周にヘリカルスプラインが形成されるスライダと、
前記スライダに形成されるヘリカルスプラインとかみ合うヘリカルスプラインが内壁に形成され、前記コントロールシャフトが軸方向に変位すると前記ヘリカルスプラインによって該コントロールシャフトの軸を中心として前記コントロールシャフトに対して相対的に揺動し、前記カムノーズによって押されるローラアームと、
前記スライダに形成されるヘリカルスプラインとかみ合うヘリカルスプラインが内壁に形成され、前記コントロールシャフトが軸方向に変位すると前記ヘリカルスプラインによって該コントロールシャフトの軸を中心として前記ローラアームとは逆方向に該コントロ
ールシャフトに対して相対的に揺動し、ロッカアームを押す揺動カムと、
を備え、
気筒毎に、前記ヘリカルスプラインの傾斜角を変えることで、気筒毎に、コントロールシャフトの変位量と作用角の変化量との関係を変えることができる。

このような構成によれば、コントロールシャフトの変位量と作用角の変化量との関係を気筒毎に予め設定しておくことができる。

本発明においては、前記可変動弁機構は、所定の作用角において全気筒の作用角が同じ値になるように設けられていてもよい。

所定の作用角においては、カムノーズの位置をずらすことのみにより、吸入空気量の気筒間差が小さくなるように設定される。この所定の作用角は、内燃機関の運転状態に合わせて作用角を変更する場合に、最も大きくなる作用角としてもよい。

また、本発明においては、全気筒の作用角が同じ値になるのは、ハイブリッド車両において車両の駆動源が電動モータから内燃機関に切り換わる時であって、該内燃機関が始動する時であってもよい。

ここで、電動モータで走行後に内燃機関を始動する場合には、作用角を比較的大きくして、且つ、クランキングを最小限にすることがある。このような場合には、吸気バルブが開き始める時期の気筒間差による影響も無視できない。上記説明のように、コントロールシャフトの変位量に対して作用角の変化量を小さくすることで、吸気バルブが全閉となる時期を適正な時期に近付けることはできるが、これにより、吸気バルブが開き始める時期も大きく変わることになる。このため、吸気バルブが開き始める時期に気筒間差が生じ得る。これに対して、吸気バルブが開き始める時期による影響が大きな時（すなわち、ハイブリッド車両において車両の駆動源が電動モータから内燃機関に切り換わる時であって、該内燃機関が始動する時）に、全気筒の作用角が同じ値になるように設定しておけば、気筒間で吸気バルブが開く時期に差が生じることを抑制できる。これにより、吸入空気量の気筒間差を小さくすることができる。

本発明においては、機関回転数が高くなるほど、前記作用角を大きくする制御装置を備えることができる。

ここで、高回転になるほど、吸入空気量に与える吸気バルブが閉じる時期の影響が小さくなり、且つ、バルブリフト量の影響が大きくなる。すなわち、高回転では、バルブリフト量の気筒間差を小さくすることが望ましい。そして、バルブリフト量を大きくするほど、バルブリフト量の気筒間差が小さくなるため、高回転ほど、バルブリフト量が大きくなるように、作用角を大きくすれば、吸入空気量の気筒間差を小さくすることができる。

本発明によれば、バルブタイミングを適正化することで、気筒間の吸入空気量に差が生じることを抑制することができる。

実施例のシステム構成を説明するための図である。 可変動弁機構の概略構成図である。 可変動弁機構におけるローラアーム及び揺動カムの内側の構造を示す一部を破断した斜視図である。 ローラアーム及び揺動カムの内側の構造を示す一部を破断した斜視図である。 吸気カムのカムノーズの位置を爆発間隔に合わせて配置した場合の作用角とカムの重なり期間との関係を示した図である。 吸気バルブの閉じる位置と気筒内容積との関係を説明するための図である。 実施例に係る作用角とカムの重なり期間との関係を示した図である。 バルブリフト量に応じて吸入空気量が定まる機関回転数と作用角との関係を示した図である。 実施例に係る作用角の制御フローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例のシステム構成を説明するための図である。本実例では、内燃機関１を備えている。内燃機関１は、Ｖ型８気筒ガソリンエンジンである。図１には、複数の気筒２のうちの１気筒のみを示している。また、本実施例に係る内燃機関１は、車両の駆動源として内燃機関１の他に電動モータ（図示省略）を備えたハイブリッド車両に搭載される。なお、内燃機関１は、ディーゼルエンジンであってもよい。

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、コネクティングロッド５を介してクランクシャフト６と接続されている。クランクシャフト６の近傍には、クランク角センサ６１が設けられている。クランク角センサ６１は、クランクシャフト６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７が組み付けられている。シリンダヘッド７は、気筒２内に通じる吸気ポート９を備えている。また、シリンダヘッド７には、吸気管１０が接続されている。吸気ポート９は、吸気管１０と気筒２内とを連通している。この吸気ポート９と気筒２内との接続部には吸気バルブ１１が設けられている。本実施例では、気筒２毎に設けられた複数の吸気ポート９に対応して複数の吸気バルブ１１を備えている。図１には、吸気ポート９と吸気バルブ１１とをそれぞれ１つずつ示している。

そして、本実施例に係る内燃機関１には、動弁系として、吸気バルブ１１の最大リフト量や作用角等の作動特性を可変とする可変動弁機構８が備えられている。可変動弁機構８は、吸気バルブ１１の開弁特性を機械的に変更可能に構成されている。なお、可変動弁機構８の詳細については、後述する。そして、吸気管１０には、スロットル１２が備わる。

また、シリンダヘッド７は、気筒２内に通じる排気ポート１３を備えている。排気ポート１３と気筒２内との接続部には排気バルブ１４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、可変動弁機構８やスロットル１２等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ６１の他、運転者がアクセルペダル６２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６３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。

次に、可変動弁機構８の構成について説明する。なお、本実施例では、１番気筒（＃１）、３番気筒（＃３）、５番気筒（＃５）、７番気筒（＃７）を有する片側のバンクについてのみ説明する。

図２は、可変動弁機構８の概略構成図である。シリンダヘッド７には、吸気バルブ１１を駆動するための吸気カムシャフト３６が設けられている。この吸気カムシャフト３６は、内燃機関１のクランクシャフト６からの回転力の伝達（タイミングベルト等による回転力の伝達）によって回転する。また、吸気カムシャフト３６には、吸気カム３６ａが設けられている。そして、吸気カム３６ａが吸気カムシャフト３６と一体的に回転することによって、吸気バルブ１１が開閉される。可変動弁機構８は吸気カム３６ａと吸気バルブ１１との間に設けられている。

可変動弁機構８は、吸気カムシャフト３６と平行に延びるコントロールシャフト８２と、コントロールシャフト８２の軸線を中心に揺動するローラアーム８３及び揺動カム８４とを備えている。

ローラアーム８３にはローラ８３ａが回転可能に取り付けられている。そして、そのローラ８３ａが吸気カムシャフト３６に押しつけられるよう、スプリング８５によってローラアーム８３が吸気カムシャフト３６側に付勢されている。また、揺動カム８４は、その揺動時にロッカアーム９０に押しつけられ、このロッカアーム９０を介して吸気バルブ１１をリフト（吸気バルブ１１を開放側に移動）させる。

このロッカアーム９０の基端部はラッシュアジャスタ９１によって支持されている一方、このロッカアーム９０の先端部は吸気バルブ１１に接触している。また、ロッカアーム９０の基端部と先端部との間に回転可能に支持されたローラ９２が揺動カム８４に押しつけられている。

従って、吸気カム３６ａの回転に基づきローラアーム８３及び揺動カム８４が揺動すると、揺動カム８４がロッカアーム９０を介して吸気バルブ１１をリフトさせ、吸気バルブ１１の開閉動作が行われる。

そして、この可変動弁機構８では、ローラアーム８３と揺動カム８４との揺動方向についての相対位置（回転方向の位相差）が変更されることで、吸気バルブ１１の最大リフト量、及び吸気カム３６ａの吸気バルブ１１に対する作用角を可変とする。即ち、ローラアーム８３と揺動カム８４とを揺動方向において互いに接近させるほど、吸気バルブ１１の最大リフト量及び作用角は小さくなっていく。逆に、ローラアーム８３と揺動カム８４とを揺動方向において互いに離間させるほど、吸気バルブ１１の最大リフト量及び作用角は大きくなっていく。

コントロールシャフト８２は軸線方向に沿って往復移動可能に支持されている。そして、コントロールシャフト８２においては、その基端部がアクチュエータ（図示省略）に連結されており、このアクチュエータの駆動によってコントロールシャフト８２が軸線方向に沿って移動される。各気筒の可変動弁機構８は、コントロールシャフト８２の軸線方向への移動によって駆動され、ローラアーム８３と揺動カム８４との揺動方向についての相対位置を変更させる。

次に、可変動弁機構８の内部構造について説明する。図３は、可変動弁機構８におけるローラアーム８３及び揺動カム８４の内側の構造を示す一部を破断した斜視図である。

可変動弁機構８は、ローラアーム８３及び２つの揺動カム８４の内側に配設された円筒
状のスライダ８７を備えている。このスライダ８７の内部にはコントロールシャフト８２が挿入されている。そして、コントロールシャフト８２が軸線方向に沿って移動すると、スライダ８７も一体となって軸線方向に沿って変位する。スライダ８７の外壁において、長手方向中央部にはヘリカルスプライン（センタヘリカルスプライン）８８ａを有する入力ギヤ８８が固定され、その長手方向両端部にはヘリカルスプライン（サイドヘリカルスプライン）８９ａを有する出力ギヤ８９が固定されている。

また、図４は、ローラアーム８３及び揺動カム８４の内側の構造を示す一部を破断した斜視図である。図４に示すように、ローラアーム８３の内壁にはヘリカルスプライン８３ｂを有する円環状の内歯ギヤ８３ｃが形成され、各揺動カム８４の内壁にはヘリカルスプライン８４ｂを有する円環状の内歯ギヤ８４ｃがそれぞれ形成されている。そして、ローラアーム８３の内歯ギヤ８３ｃはスライダ８７の入力ギヤ８８と噛み合わされている。同様に、揺動カム８４の内歯ギヤ８４ｃはスライダ８７の出力ギヤ８９と噛み合わされている。なお、ヘリカルスプライン８８ａ，８３ｂと、ヘリカルスプライン８９ａ，８４ｂとは、互いに傾斜角が異なっており、例えば互いに歯すじの傾斜方向が逆となっている。この傾斜角は、気筒毎に異なる値をとることもでき、これについては後述する。

そして、コントロールシャフト８２の軸線方向への移動に応じてスライダ８７がその軸線方向に沿って変位すると、ヘリカルスプライン８８ａ，８９ａとヘリカルスプライン８３ｂ，８４ｂとの噛み合いにより、ローラアーム８３と揺動カム８４との揺動方向についての相対位置が変更される。

例えば、スライダ８７を図３の矢印Ｌ方向に変位させるほどローラアーム８３と揺動カム８４との揺動方向における相対位置が互いに接近するように（位相差が小さくなるように）変更される。また、スライダ８７を図３の矢印Ｈ方向に変位させるほど上記相対位置が互いに離間するように（位相差が大きくなるように）変更される。

すなわち、コントロールシャフト８２が軸線方向に移動すると、スライダ８７がコントロールシャフト８２の軸線方向に沿って変位する。そして、このスライダ８７の変位を通じてローラアーム８３と揺動カム８４との揺動方向についての相対位置が変更され、吸気カム３６ａの回転によりローラアーム８３及び揺動カム８４が揺動したときの吸気バルブ１１の最大リフト量及び作動角が可変とされる。

ＥＣＵ６０は、コントロールシャフト８２の基端部に設けられるアクチュエータを操作することにより、コントロールシャフト８２の軸線方向の位置を調整する。例えば、内燃機関１の運転状態に基づいた吸気バルブ１１の最大リフト量の制御目標値が設定されるとともに、アクチュエータの回転角に応じた信号を出力する回転角センサ（図示省略）からの信号に基づいて、吸気バルブ１１の最大リフト量の実際値が検出される。そして、最大リフト量の実際値が制御目標値と一致するように、アクチュエータの駆動制御が行われる。

ところで、Ｖ型８気筒エンジンでは、爆発順序が、１番気筒（＃１）、８番気筒（＃８）、７番気筒（＃７）、３番気筒（＃３）、６番気筒（＃６）、５番気筒（＃５）、４番気筒（＃４）、２番気筒（＃２）となる。そして、片側バンクにおいては、クランク角に対する爆発間隔が不等間隔となる。この不等間隔爆発により、爆発順序で前の気筒の吸気バルブ１１が開いている期間と、後の気筒の吸気バルブ１１が開いている期間とが重なる期間（以下、カムの重なり期間ともいう。）に気筒間差がある。このカムの重なり期間の気筒間差によって、バルブスプリング反力の気筒間差が生じる。この結果、吸入空気量にも気筒間差が生じる虞がある。

図５は、吸気カム３６ａのカムノーズの位置を爆発間隔に合わせて配置した場合の作用角とカムの重なり期間との関係を示した図である。縦軸は、吸気バルブ１１のリフト量である。「２８０ＣＡ作用角」は、各気筒の吸気カム３６ａの作用角を２８０ＣＡ（クランクアングル）に設定した場合を示し、「１５０ＣＡ作用角」は、各気筒の吸気カム３６ａの作用角を１５０ＣＡに設定した場合を示している。ハッチングを施した期間がカムの重なり期間である。

「２８０ＣＡ作用角」においては、＃１と＃７とのカムの重なり期間、及び、＃３と＃５とのカムの重なり期間よりも、＃７と＃３とのカムの重なり期間のほうが大きい。また、＃５と＃１とのカムの重なり期間は略０である。一方、「１５０ＣＡ作用角」においては、＃７と＃３とにはカムの重なり期間が存在するが、他にはカムの重なり期間がない。このように、吸気カム３６ａのカムノーズの位置を爆発間隔に合わせて配置した場合には、＃７と＃３とのカムの重なり期間が比較的大きくなり得る。

また、図６は、吸気バルブ１１の閉じる位置と気筒内容積との関係を説明するための図である。図６において、「大作用角」は、作用角を比較的大きくした場合を示し、「小作用角」は、作用角を比較的小さくした場合を示している。作用角は、カムノーズの中心（作用角の中心）である「カムノーズセンター」を中心として変化する。

ここで、バルブスプリング反力等により吸気バルブ１１の閉じる位置（角度）が同じだけずれたとしても、そのずれた角度に応じたピストン３の移動距離は、吸気バルブ１１の閉じる位置によって異なる。例えば、９０ＢＴＤＣ付近で吸気バルブ１１が閉じる場合には、吸気バルブ１１の閉じる位置のずれ分に対応するピストン３の移動距離が大きくなる。一方、例えば、１８０ＢＴＤＣ付近で吸気バルブ１１が閉じる場合には、吸気バルブ１１の閉じる位置のずれ分に対応するピストン３の移動距離は小さい。そうすると、吸気バルブ１１の閉じる時期を同じだけずらしたとしても、作用角が異なれば、吸入空気量に差が生じ得る。

このため、気筒間の吸入空気量の差を補正しようとした場合には、吸気バルブ１１の閉じる時期を考慮する必要がある。なお、カムノーズセンターを変更可能な機構が知られているが、この機構が油圧を用いて作動する場合には、内燃機関１の停止時にカムノーズセンターを変更することができない。しかし、機関停止時には、アクチュエータにより作用角を調整することで、吸気バルブ１１の閉じる時期（角度）を調整することはできる。

また、機関回転数が極低回転の場合には、ほぼ吸気バルブ１１の閉じる時期で吸入空気量が決まる。このため、極低回転時には、吸入空気量に対するバルブタイミングの差の影響は大きい。一方、高回転の場合には、ほぼバルブリフト量で吸入空気量が決まる。このため、高回転時には、吸入空気量に対するバルブタイミングの差の影響は小さい。

そして、本実施例のように、Ｖ型８気筒の内燃機関１、可変動弁機構８、ハイブリッドシステムを何れも備える場合には、内燃機関１の極低回転から気筒２内で燃焼が始まるという特徴がある。たとえば、車両走行時に車両の駆動源が電動モータから内燃機関１に切り換わるときには、電動モータやバッテリの出力を抑えるために、内燃機関１を高回転までクランキングすることを行わずに内燃機関１を始動させることがある。

このようなことを踏まえて、本実施例では、カムの重なり期間の気筒間差に起因する吸入空気量の気筒間差が小さくなるように、各気筒の吸気側のカムノーズの位置及び作用角を予め設定しておく。

まず、全気筒で共通の基準作用角を決定しておき、全気筒の作用角が基準作用角となっ
ているときの吸入空気量の気筒間差が小さくなるように、各気筒のカムノーズを形成しておく。なお、本実施例においては基準作用角が、本発明における所定の作用角に相当する。

このときに、カムの重なり期間が長い気筒ほど、カムノーズの位置を爆発間隔に応じて定まる所定の基準位置から進角側にずらす。なお、所定の基準位置は、爆発間隔と同じ間隔でカムノーズを配置したときのカムノーズの位置である。また、吸入空気量は、吸気バルブ１１が開く時期よりも閉じる時期から影響を受け易いため、吸気バルブ１１が閉じる時期にカムの重なり期間が存在する気筒に限りカムノーズ位置を進角させる。

このようにすることで、カムの重なり期間の気筒間差が小さくなり、且つ、カムの重なり期間自体も小さくなる。なお、本実施例では、各気筒のカムノーズの位置が基準位置よりも進角する構造となるように、予めカムノーズの位置をずらしている。例えば、機関作動時に基準作用角となっている場合において、スプリング反力等により各部材が変形等した後のカムノーズの位置が基準位置となるように、カムノーズの位置をずらしておいてもよい。また、例えば、機関停止時には、カムノーズの間隔が、爆発間隔に対してずれていても、機関作動時に基準作用角となっている場合においては、カムノーズの間隔が、爆発間隔と同じ間隔になるようにしてもよい。また、例えば、内燃機関１の作動時には、吸気バルブ１１が実際に全閉となる時期におけるピストン３の位置が、どの気筒でも同じなるようにしてもよい。なお、カムノーズの位置は、吸気カムシャフト３６に対する吸気カム３６ａの回転方向の相対位置を変化させることにより、調整可能である。

ここで、図７は、本実施例に係る作用角とカムの重なり期間との関係を示した図である。「最大作用角」は、作用角を最も大きくした場合を示しており、「小作用角」は、作用角を比較的小さくした場合を示している。破線は、カムノーズの基準位置を示し、実線は、基準作用角において吸入空気量の気筒間差が小さくなるように、カムノーズの位置をずらした場合を示している。なお、図７においては、最大作用角を基準作用角としている。

最大作用角の場合には、＃７と＃３とのカムの重なり期間が最も大きく、次に＃１と＃７とのカムの重なり期間及び＃３と＃５とのカムの重なり期間が大きい。そして、＃５と＃１とには、カムの重なり期間がほとんどない。したがって、＃５を基準として＃５のカムノーズの位置は基準位置からずらさずに、＃１、＃７、＃３のカムノーズの位置を基準位置から進角させる。このときに、＃１、＃３よりも、＃７の進角量を大きくすることで、吸入空気量の気筒間差をより小さくすることができる。なお、このときには、全気筒の作用角は同じである。

一方、図７において、小作用角では、＃７と＃３とのカムの重なり期間は存在するが、その他の気筒間にはカムの重なり期間がない。したがって、小作用角においては、＃１及び＃３のカムノーズの位置を進角させる必要はない。しかし、カムノーズ位置をずらす機構を備えていない場合には、カムノーズの位置をずらすことができない。また、カムノーズ位置をずらす機構を備えていたとしても、内燃機関１の油圧で作動するものは、機関停止時にカムノーズ位置をずらすことは困難である。このため、基準作用角のときにカムノーズの位置を予め進角させておくと、作用角が基準作用角よりも小さい場合には、カムノーズ位置を進角させる必要がないのにもかかわらず、カムノーズの位置が進角された状態となる。このため、小作用角の場合には、吸入空気量に気筒間差が生じる虞がある。

そこで本実施例では、カムノーズの位置が所定の基準位置よりも進角される気筒（＃１、＃７、＃３）では、カムノーズの位置が所定の基準位置である気筒（＃５）よりも、コントロールシャフト８２の変位量に対して作用角の変化量が小さい機構を備える。すなわち、作用角が基準作用角よりも小さくなる場合には、＃５よりも、＃１、＃７、＃３のほ
うの作用角を大きくしている。これは、各気筒の作用角が小さくなるほど、＃５よりも、＃１、＃７、＃３のほうの作用角が大きくなるともいえる。

そして、本実施例では、ヘリカルスプライン８８ａまたはヘリカルスプライン８９ａの傾斜角をカムの重なり期間に応じて設定することにより、コントロールシャフト８２が軸線方向に沿って移動したときのローラアーム８３と揺動カム８４との揺動方向についての相対位置の変化量を気筒毎に変えている。すなわち、コントロールシャフト８２が軸線方向に沿って移動したときの移動量に対する、作用角及びリフト量の変化量を、気筒毎に設定している。このように、各気筒のヘリカルスプライン８８ａまたはヘリカルスプライン８９ａの傾斜角を予め設定しておくことにより、別途の制御を必要とせず、コントロールシャフト８２が軸線方向に沿って移動したときの各気筒の作用角の変化の度合いが気筒毎に変わるようにしている。すなわち、作用角が変化するときの変化の度合いが気筒毎に変わる機構となるように、ヘリカルスプライン８８ａまたはヘリカルスプライン８９ａの傾斜角が予め設定されている。ヘリカルスプライン８８ａまたはヘリカルスプライン８９ａの傾斜角が大きいほど、コントロールシャフト８２が軸線方向に沿って移動したときの作用角の変化の度合いが大きくなる。したがって、例えば、作用角を小さくするときには、＃５の作用角を最も小さくしたいので、＃５におけるヘリカルスプライン８８ａまたはヘリカルスプライン８９ａの傾斜角を最も大きくする。

ここで、上記説明のように、機関回転数が極低回転の場合には、ほぼ吸気バルブ１１の閉じる位置で吸入空気量が決まる。そうすると、＃５以外では、吸気バルブ１１の閉じる時期を、基準位置のときの吸気バルブ１１の閉じる時期（図７の破線で示される吸気バルブ１１の閉じる時期）に近付けることで、吸入空気量の気筒間差を小さくすることができる。上記のような機構を備えることにより、＃１、＃７、＃３では、作用角を小さくした場合であっても、＃５よりは作用角が大きくなるため、吸気バルブ１１の閉じる時期が、基準位置のときの吸気バルブ１１の閉じる時期により近くなる。なお、各気筒における吸気バルブ１１の閉じる時期が、カムノーズの位置が基準位置のときの吸気バルブ１１の閉じる時期と等しくなるようにしてもよい。

なお、上記説明では、最大作用角のときを基準作用角として、最大作用角のときに全気筒の作用角が同じになるように各部材を設定しているが、これに代えて、ハイブリッド車両における内燃機関１の間欠始動時の作用角を基準作用角として全気筒の作用角が同じになるようにしてもよい。なお、間欠始動時とは、内燃機関１の作動時に内燃機関１が自動的に停止される条件が成立して内燃機関１が自動的に停止された後に、内燃機関１の始動の条件が成立して内燃機関１が自動的に始動される時である。例えば、電動モータで走行した後に内燃機関１が自動的に始動される時が、間欠始動時に相当する。間欠始動時には、車両の運転者の意思とは関係なく内燃機関１が始動される。間欠始動時には、燃費を向上させるために、電動モータのトルクを比較的小さくして内燃機関１を始動させる。また、このときには、デコンプレッションの要求のために、吸気バルブ１１の閉弁時期が例えば１００ＡＴＤＣ付近となるように比較的遅くされるため、作用角が例えば２８０ＣＡと比較的大きくされる。

一方、運転者が車両に乗り込み、内燃機関１を最初に始動するときは、間欠始動ではなく、通常始動という。この通常始動時には、吸気バルブ１１の閉弁時期が比較的早くされるため、作用角が比較的小さくされる。

ここで、上記説明のように、吸気バルブ１１の作用角の変化の度合いを各気筒で変えることにより、吸気バルブ１１の閉弁時期がずれないようにすることができる。一方、吸気バルブ１１の閉弁時期がずれないように作用角を設定しておくと、作用角の変化に伴って吸気バルブ１１の開き始める時期（開弁時期）が大きくずれることになる。ここで、間欠
始動時には、吸気バルブ１１の開弁時期の気筒間差によって生じる吸入空気量の気筒間差も無視できない。また、車両走行時に間欠始動が行われる場合には、吸入空気量の気筒間差によって燃焼が不安定となることも許容できない。このように、吸入空気量の気筒間差における影響が大きな間欠始動時おいて、吸入空気量の気筒間差が生じ難くなるようにするために、間欠始動時の作用角を基準作用角として、全気筒の作用角が全て同じになるようにする。このようにすることで、間欠始動時には、吸気バルブ１１が開き始める時期が全気筒で同じになるため、吸入空気量の気筒間差を小さくすることができる。なお、通常始動時には、間欠始動時よりも、作用角を小さくしてもよい。

また、本実施例においては、機関回転数が高くなるほど、吸気バルブ１１の作用角を大きくしてもよい。この場合、機関回転数の増加に対して各気筒の作用角が大きくなる度合いは、カムの重なり期間に応じて変える。

ここで、内燃機関１が高回転になるにしたがって、吸入空気量に対する吸気バルブ１１の閉弁時期の影響は小さくなる一方で、バルブリフト量の影響が大きくなる。すなわち、低回転では、影響度の高い吸気バルブ１１の閉弁時期を作用角によらずに補正できるので吸入空気量の気筒間差を減少させることができるが、作用角の気筒間差が大きくなることにより、バルブリフト量の気筒間差が大きくなる。このバルブリフト量の気筒間差は、高回転では無視できなくなる。バルブリフト量の気筒間差は、作用角が小さいほど大きくなるため、高回転において作用角を大きくすれば、バルブリフト量の気筒間差を小さくすることができる。

具体的には、吸入空気量がバルブリフト量に応じて定まるようになる機関回転数を、作用角（リフト量としてもよい。）毎に求めておく。このようにして求めた機関回転数と作用角との関係に基づいて、現時点での機関回転数において、吸入空気量がバルブリフト量に応じて定まるようになる作用角を算出する。このようにして算出される作用角よりも、実際の作用角が大きくなるように、吸気側の作用角を調整する。

図８は、バルブリフト量に応じて吸入空気量が定まる機関回転数と作用角との関係を示した図である。図８の実線よりも上側の作用角であれば、バルブリフト量に応じて吸入空気量が定まる。

図９は、本実施例に係る作用角の制御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、機関回転数に応じた最小作用角が算出される。この最小作用角は、図８における実線である。この関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化し、ＥＣＵ６０に記憶させておく。

ステップＳ１０２では、実際の作用角が最小作用角以下とならないように、作用角が調整される。

以上説明したように、本実施例によれば、気筒間の吸入空気量の差を減少させることができる。また、ハイブリッド車両における内燃機関１の間欠始動時において、燃焼が不安定となることを抑制できる。

なお、本実施例においては、ヘリカルスプライン８８ａまたはヘリカルスプライン８９ａの傾斜角を各気筒で異ならせることにより、作用角を変化させるときの変化の度合いを変えているが、これに代えて、他の部材により作用角の変化の度合いを変えることもできる。すなわち、コントロールシャフト８２の移動量に対する、作用角及びバルブリフト量
を変える機構を備えていればよい。例えば、揺動カム８４の曲率を変えることにより、コントロールシャフト８２の移動量に対する、作用角及びバルブリフト量を変えることができる。また、本実施例に係る可変動弁機構８は、コントロールシャフト８２が軸線方向に移動することで、作用角を変更するタイプのものであるが、その他の機構を採用してもよい。例えば、コントロールシャフトが回転することにより、作用角を変更するタイプのものであってもよい。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ シリンダブロック
５ コネクティングロッド
６ クランクシャフト
７ シリンダヘッド
８ 可変動弁機構
９ 吸気ポート
１０ 吸気管
１１ 吸気バルブ
１２ スロットル
１３ 排気ポート
１４ 排気バルブ
３６ 吸気カムシャフト
３６ａ 吸気カム
６０ ＥＣＵ
６１ クランク角センサ
６２ アクセルペダル
６３ アクセル開度センサ
８２ コントロールシャフト
８３ ローラアーム
８３ａ ローラ
８３ｂ ヘリカルスプライン
８３ｃ 内歯ギヤ
８４ 揺動カム
８４ｂ ヘリカルスプライン
８４ｃ 内歯ギヤ
８５ スプリング
８７ スライダ
８８ 入力ギヤ
８８ａ ヘリカルスプライン
８９ 出力ギヤ
８９ａ ヘリカルスプライン
９０ ロッカアーム
９１ ラッシュアジャスタ
９２ ローラ

Claims (5)

1. 不等間隔で爆発する複数の気筒と、
   前記複数の気筒で共用される吸気側のカムシャフトと、
   前記複数の気筒の夫々に設けられ、前記カムシャフトにより動作される吸気バルブと、
   コントロールシャフトの変位により、前記カムシャフトに設けられるカムの前記吸気バルブに対する作用角を変更する可変動弁機構と、
   を備えた内燃機関において、
   前記カムシャフトは、爆発順序で前の気筒の吸気バルブが開いているときであって該吸気バルブが全閉となる前に爆発順序で後の気筒の吸気バルブが開き始める該前の気筒では、カムノーズの位置が、各気筒の爆発間隔に応じて定まる所定の基準位置よりも進角するように形成され、
   前記可変動弁機構は、前記カムノーズの位置が前記所定の基準位置よりも進角される気筒では、前記カムノーズの位置が前記所定の基準位置である気筒よりも、コントロールシャフトの変位量に対して作用角の変化量が小さい機構を備える、
   内燃機関。
2. 前記可変動弁機構は、
   軸方向に変位し前記複数の気筒で共用されるコントロールシャフトと、
   前記コントロールシャフトと一体となって変位し、外周にヘリカルスプラインが形成されるスライダと、
   前記スライダに形成されるヘリカルスプラインとかみ合うヘリカルスプラインが内壁に形成され、前記コントロールシャフトが軸方向に変位すると前記ヘリカルスプラインによって該コントロールシャフトの軸を中心として前記コントロールシャフトに対して相対的に揺動し、前記カムノーズによって押されるローラアームと、
   前記スライダに形成されるヘリカルスプラインとかみ合うヘリカルスプラインが内壁に形成され、前記コントロールシャフトが軸方向に変位すると前記ヘリカルスプラインによって該コントロールシャフトの軸を中心として前記ローラアームとは逆方向に該コントロールシャフトに対して相対的に揺動し、ロッカアームを押す揺動カムと、
   を備え、
   気筒毎に、前記ヘリカルスプラインの傾斜角を変えることで、気筒毎に、コントロールシャフトの変位量と作用角の変化量との関係を変える請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記可変動弁機構は、所定の作用角において全気筒の作用角が同じ値になるように設けられる請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 全気筒の作用角が同じ値になるのは、ハイブリッド車両において車両の駆動源が電動モータから内燃機関に切り換わる時であって、該内燃機関が始動する時である請求項３に記載の内燃機関。
5. 機関回転数が高くなるほど、前記作用角を大きくする制御装置を備える請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関。

Images