JP3982490B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

この発明は、可変動弁機構に係り、特に、カムシャフトの回転と同期して開閉する弁の作用角およびまたはリフト量を変化させることのできる内燃機関の可変動弁機構に関する。

従来、例えば特開平７−６３０２３号公報には、カムシャフトの回転と同期して開閉する弁体のリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構が開示されている。この可変動弁機構は、カムと弁体との間に、カムの動作と同期して揺動する揺動アームを備えている。揺動アームは、弁体に対する基本の相対角度を変化させることができるように、自由度をもって内燃機関に組み付けられている。そして、この機構は、揺動アームをカムに向けて付勢することで揺動アームの動きを規制するロストモーションスプリングと、制御軸の回転に伴って、揺動アームと弁体との相対角度を変化させる可変機構とを備えている。

上述した可変動弁機構によれば、ロストモーションスプリングの作用により、常に、カムと揺動アームとが機械的に接した状態を維持することができる。このため、この機構によれば、カムの発する機械的な力を、常にロス無く弁体に伝えることができる。更に、この可変動弁機構によれば、制御軸を回転させることにより、揺動アームと弁体の基準の相対角度を変化させることができる。この相対角度が変化すると、カムの作用力が揺動アームに伝達され始めた後、つまり、カムの作用により揺動アームが揺動し始めた後、揺動アームが実際に弁体を押し下げ始めるまでの期間（クランク角）を変化させることができる。

揺動アームが実際に弁体を押し下げ始めるまでの期間が変化すると、弁体が非閉弁状態とされるクランク角の幅（以下、その幅を「作用角」と称する）が変化し、また、弁体に生ずるリフト量のプロファイルが変化する。このため、上記従来の機構によれば、弁体の作用角およびリフト量を、高い自由度で変化させることが可能である。

特開平７−６３０２３号公報 特開平７−２９３２１６号公報

しかしながら、可変動弁機構の周囲温度は、内燃機関の運転状態などに応じて大きな変化を示す。このため、上記従来の機構において、制御軸やカムシャフトの周辺では、温度変化に起因する大きな膨張或いは収縮が頻繁に生ずる。このような熱変形は、制御軸とカムの間に介在している揺動アームや、その揺動アームの角度を変化させるための可変機構の状態を変化させる。

より具体的には、上記従来の機構においては、その機構の周辺温度が上昇すると、制御軸とカムシャフトの間隔が長くなるような熱変形が生じ、その結果、揺動アームの状態が小リフト方向に変化する事態が生ずる。反対に、可変動弁機構の周辺温度が下降する際には、制御軸とカムシャフトの間隔が短くなり、揺動アームの状態が大リフト方向に変化する。このため、上記従来の可変動弁機構においては、制御軸の状態とは無関係に、弁体の近傍における温度変化の影響で、弁体の作用角やリフト量が変化するという不都合が生ずる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、温度の変化に影響されずに、常に所望の開弁特性を弁体に与えることのできる可変動弁機構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、内燃機関の弁体の作用角およびまたはリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構であって、
前記作用角およびまたはリフト量を変化させるべくその状態が制御される制御軸と、
カムと弁体との間に介在しカムの回転と同期して揺動することにより当該カムの作用力を前記弁体に伝達する揺動アームと、
前記制御軸の状態に応じて、前記弁体に対する前記揺動アームの基本相対角を変化させる可変機構と、
前記制御軸および前記カムの近傍における温度を検出または推定する温度検出手段と、
前記温度に基づいて、その温度の影響が排除されるように前記制御軸の状態を補正する温度補正手段と、
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、
前記制御軸の状態を検出するセンサと、
前記制御軸を駆動するアクチュエータと、
前記センサの出力に基づいて前記アクチュエータの制御値を制御するアクチュエータ制御手段とを備え、
前記温度補正手段は、前記温度に基づいて、前記アクチュエータの制御値を補正することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記温度補正手段は、前記温度に基づいて、前記センサの出力を補正し、
前記アクチュエータ制御手段は、補正後のセンサ出力に基づいて前記アクチュエータの制御値を制御することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記制御軸の状態を検出するセンサと、
前記制御軸を駆動するアクチュエータと、
前記制御軸の目標状態を設定する目標状態設定手段と、
前記センサの出力と、前記制御軸の目標状態とが整合するように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とを備え、
前記温度補正手段は、前記温度に基づいて、前記制御軸の目標状態を補正することを特徴とする。

また、第５の発明は、内燃機関の弁体の作用角およびまたはリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構であって、
前記作用角およびまたはリフト量を変化させるべくその状態が制御される制御軸と、
カムと弁体との間に介在しカムの回転と同期して揺動することにより当該カムの作用力を前記弁体に伝達する揺動アームと、
前記制御軸の状態に応じて、前記弁体に対する前記揺動アームの基本相対角を変化させる可変機構とを備え、
前記制御軸とカムシャフトの距離を決める部材と、前記制御軸と前記カムとの間に介在する部材とが、線膨張係数の同じ材質で構成されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、制御軸を回転させることにより、制御軸とカムとの間に介在する可変機構と揺動アームの状態を変化させ、その結果として弁体の開弁特性を変化させることができる。そして、本発明によれば、制御軸およびカムの近傍における温度に基づいて制御軸の状態を補正することで、その温度の変化の影響を排除することができる。このため、本発明によれば、温度の変化に影響されることなく、常に所望の開弁特性を弁体に与えることができる。

第２の発明によれば、制御軸の状態をセンサにより検出し、そのセンサの出力に基づいてアクチュエータの制御値を制御することで、制御軸を所望の状態とすることができる。この際、本発明によれば、アクチュエータの制御値を温度に基づいて補正することにより、温度の変化の影響を排除することができる。

第３の発明によれば、制御軸およびカムの近傍における温度に基づいて、制御軸の状態を検出するためのセンサの出力を補正することができる。このため、本発明によれば、温度の影響を加味したセンサ出力を得ることができる。そして、その補正後のセンサ出力に基づいてアクチュエータの制御値を制御することで、温度の変化の影響を排除することができる。

第４の発明によれば、制御軸の状態をセンサにより検出し、そのセンサの出力に基づいてアクチュエータを制御することで、制御軸を所望の状態とすることができる。この際、本発明によれば、達成すべき制御軸の目標状態を補正することにより、温度の変化の影響を精度良く排除することができる。

第５の発明によれば、制御軸を回転させることにより、制御軸とカムとの間に介在する可変機構と揺動アームの状態を変化させ、その結果として弁体の開弁特性を変化させることができる。そして、本発明によれば、制御軸とカムシャフトの距離を決める部材と、制御軸とカムとの間に介在する部材とが、同じ線膨張係数を有する材質で構成されているため、温度の変化に対して揺動アームの状態が変化するのを防ぐことができる。このため、本発明によれば、温度の変化に影響されることなく、常に所望の開弁特性を弁体に与えることができる。

実施の形態１．
［可変動弁機構の全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁機構の全体構成を説明するための図である。より具体的には、図１（Ａ）は、可変動弁機構の全体を表した平面図であり、図１（Ｂ）はその機構を図１（Ａ）に示すＢ矢視で表した側面図である。

図１に示す構成は、内燃機関のシリンダヘッド１０を含んでいる。シリンダヘッド１０は、各気筒の両側に位置するように配置された複数の制御軸軸受け１１を有しており、それらの制御軸軸受け１１により、制御軸１２を回転可能に保持している。本実施形態における内燃機関は、４つの気筒を直列に備えたものであり、制御軸１２は、それら４つの気筒の上方を縦断するように設けられている。

内燃機関における個々の気筒は、それぞれカムの回転と同期して開閉する吸気弁および排気弁を備えている（何れも図１への表示は省略）。本実施形態における可変動弁機構は、少なくとも各気筒の吸気弁について作用角およびリフト量を可変とするための機構である。そして、上述した制御軸１２は、その作用角およびリフト量の変更を可能とするために回転位置が制御される構成要素である。

吸気弁の作用角およびリフト量を自由に変更することができると、それらを制御することにより、スロットルバルブを用いずに吸入空気量を制御することが可能となる。そして、吸入空気量をそのようにして制御することとすると、吸気管圧力が負圧となるのを避けることができ、内燃機関におけるポンピングロスを無くすことができる。本実施形態における内燃機関は、そのような効果を得るべく、スロットルバルブを用いずに可変動弁機構により吸入空気量を制御するいわゆるスロットルレスタイプの内燃機関であるものとする。尚、可変動弁機構の詳細については、後に図２乃至図５を参照して詳細に説明する。

制御軸１２の端部には、平歯状の第１ギヤ１４が固定されている。第１ギヤ１４には、同じく平歯状の第２ギヤ１６が噛み合わされている。第２ギヤ１６の中心には、回転軸１８が固定されている。また、回転軸１８には、図１（Ｂ）に示すように、第２ギヤ１６と重なるように半円状のウォームホイル２０が固定されている。更に、ウォームホイル２０には、モータ２２の回転軸に固定されたウォームギヤ２４が噛み合わされている。このような構成によれば、モータ２２の回転を制御することで、制御軸１２の回転位置を制御することができる。

制御軸１２の端部には、また、制御軸１２の回転位置を検出するための回転角センサ２６が配置されている。回転角センサ２６の出力は、ECU(Electronic Control Unit)２８に供給されている。ECU２８には、更に、内燃機関の冷却水温THWを検出する水温センサ２９が接続されている。ECU２８は、回転角センサ２６の出力や、水温センサ２９の出力を検知し、また、モータ２２の状態を制御することができる。

また、回転角センサ２６の出力と、制御軸１２の現実の回転位置との関係は、センサの個体差や、機械的なバラツキ、更にはそれらの経時変化などの影響で、必ずしも全ての場合において一定にはならない。このような前提の下、ECU２８は、例えば内燃機関の始動時等に、制御軸１２を一方の制御端まで回転させ、その際のセンサ出力に基づいて、その出力を較正する機能を有している。このため、ECU２８は、上述した経時変化等の影響を受けることなく、回転角センサ２６の出力に基づいて、制御軸１２の回転位置を正確に検知することができる。

［可変動弁機構の詳細構成］
次に、本実施形態の可変動弁機構が、個々の気筒に対応して備える機械的機構の構成と動作を説明する。尚、以下の説明においては、説明の便宜上、その機械的機構も、符号３０を付したうえで「可変動弁機構」と称することとする。また、内燃機関の個々の気筒には、２つの吸気弁が配設されており、それぞれの可変動弁機構３０は、２つの吸気弁を駆動するものとする。

図２は、一の気筒に対応して設けられる可変動弁機構３０の主要部の斜視図である。この可変動弁機構３０は、駆動すべき２つの弁体３２（ここでは吸気弁）を備えている。弁体３２には、それぞれ弁軸３４が固定されている。弁軸３４の端部は、ロッカーアーム３６の一端に設けられたピボットに接している。弁軸３４には、バルブスプリング（図２への表示は省略）の付勢力が作用しており、ロッカーアーム３６は、その付勢力を受けた弁軸３４により上方に付勢されている。ロッカーアーム３６の他端は、油圧ラッシュアジャスタ３８により回動可能に支持されている。油圧ラッシュアジャスタ３８によれば、ロッカーアームの高さ方向の位置を油圧により自動調整することにより、タペットクリアランスを自動調整することができる。

ロッカーアーム３６の中央部には、ローラ４０が配設されている。ローラ４０の上部には、揺動アーム４２が配置されている。以下、揺動アーム４２の周辺の構造を、図３を参照して説明する。

図３は、第１アーム部材４４と第２アーム部材４６の分解斜視図である。第１アーム部材４４および第２アーム部材４６は、何れも図２に示す可変動弁機構３０の主要な構成部材である。既述した揺動アーム４２は、図３に示すように、第１アーム部材４４の一部である。

すなわち、第１アーム部材４４は、図３に示すように、２つの揺動アーム４２と、それらに挟まれたローラ当接面４８とを一体に備える部材である。２つの揺動アーム４２は、２つの弁体３２のそれぞれに対応して設けられたものであり、それぞれ既述したローラ４０（図２参照）に接している。

第１アーム部材４４には、２つの揺動アーム４２を貫通するように開口した軸受け部５０が設けられている。また、揺動アーム４２には、それぞれ、ローラ４０と接する面に同心円部５２と押圧部５４とが設けられている。同心円部５２は、ローラ４０との接触面が軸受け部５０と同心円を構成するように設けられている。一方、押圧部５４は、その先端側の部分ほど軸受け部５０の中心からの距離が遠くなるように設けられている。

第２アーム部材４６は、非揺動部５６と揺動ローラ部５８を備えている。非揺動部５６には貫通孔が設けられており、その貫通孔には、図１を参照して説明した制御軸１２が挿入される。更に、非揺動部５６および制御軸１２には、両者の相対位置を固定するための固定ピン６２が挿入されている。このため、非揺動部５６と制御軸１２とは、一体の構造物として機能する。

揺動ローラ部５８は、２つの側壁６４を備えている。これらの側壁６４は、回転軸６６を介して回動自在に非揺動部５６に連結されている。また、２つの側壁６４の間には、カム当接ローラ６８と、スライドローラ７０が配設されている。カム当接ローラ６８およびスライドローラ７０は、それぞれ側壁６４に挟まれた状態で自由に回動することができる。

上述した制御軸１２は、第１アーム部材４４の軸受け部５０により回転可能に保持される部材である。つまり、制御軸１２は、軸受け部５０に保持された状態で非揺動部５６と一体化されるべき部材である。この要求を満たすべく、非揺動部５６（つまり第２アーム部材４６）は、制御軸１２と固定される前に、第１アーム部材４４の２つの揺動アーム４２の間に位置合わせされる。制御軸１２は、この位置合わせがなされた状態で、２つの軸受け部５０および非揺動部５６を貫通するように挿入される。その後、制御軸１２と非揺動部５６とを固定すべく固定ピン６２が装着される。その結果、第１アーム部材４４が制御軸１２回りを自由に回動することができ、非揺動部５６が制御軸１２と一体化され、かつ、揺動ローラ部５８が非揺動部５６に対して揺動し得る機構が実現される。

第１アーム部材４４と第２アーム部材４６とが、以上のように組み付けられた場合、第１アーム部材４４と制御軸１２との相対角、つまり、第１アーム部材４４と非揺動部５６との相対角が所定の条件を満たす範囲では、揺動ローラ部５８のスライドローラ７０が、第１アーム部材４４のローラ当接面４８と接することができる。そして、それら両者の接触を維持しながら、上記の所定の条件を満たす範囲で第１アーム部材４４を制御軸１２回りで回動させると、スライドローラ７０は、ローラ当接面４８に沿って転動することができる。本実施形態の可変動弁機構は、その転動を伴いながら弁体３２を開閉動作させる。尚、その動作については、後に図４および図５を参照して詳細に説明する。

図２は、第１アーム部材４４、第２アーム部材４６、および制御軸１２が、上記の手順で組み付けられた状態を示している。この状態において、第１アーム部材４４および第２アーム部材４６の位置は制御軸１２の回転位置により規制される。制御軸１２には、上述した通りギヤ機構を介してモータ２２が連結されている（図１参照）。図２に示す状態は、そのモータ２２により、スライドローラ７０がローラ当接面４８に当接するように、制御軸１２の回転角を調整した状態を示している。

本実施形態の可変動弁機構は、また、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフト７２を備えている。カムシャフト７２は、制御軸１２と同様に、シリンダヘッド１０に固定された軸受けにより回転可能に保持されている。カムシャフト７２には、内燃機関の気筒毎に設けられたカム７４が固定されている。図２に示す状態において、カム７４は、カム当接ローラ６８に接しており、揺動ローラ部５８の上方への移動を規制している。つまり、図２に示す状態では、揺動ローラ部５８のカム当接ローラ６８およびスライドローラ７０を介して、第１アーム部材４４のローラ当接面４８がカム７４と機械的に連結された状態が実現されている。

上述した状態によれば、カム７４の回転に伴ってカムノーズがカム当接ローラ６８を押圧すると、その力はスライドローラ７０を介してローラ当接面４８に伝達される。スライドローラ７０は、ローラ当接面４８の上を転動しながらカム７４の作用力を第１アーム部材４４に伝え続けることができる。その結果、第１アーム部材４４に、制御軸１２を中心とする回転が生じ、揺動アーム４２によりロッカーアーム３６が押し下げられ、弁体３２に開弁方向の動きが与えられる。可変動弁機構３０は、以上説明したように、カム７４の作用力を、カム当接ローラ６８およびスライドローラ７０を介してローラ当接面４８に伝達することで弁体３２を作動させることができる。

［可変動弁機構の動作］
次に、図４および図５を参照して、可変動弁機構３０の動作を説明する。ここで、図４および図５には、既述した構成要素に加えて、ロストモーションスプリング７６と、バルブスプリング７８とが図示されている。バルブスプリング７８は、既述した通り、弁軸３４およびロッカーアーム３６を閉弁方向に付勢するためのスプリングである。一方、ロストモーションスプリング７６は、ローラ当接面４８とカム７４との機械的接触を維持するためのスプリングである。

すなわち、可変動弁機構３０は、上述した通り、カム７４の作用力を機械的にローラ当接面４８に伝えることで弁体３２を駆動する。このため、可変動弁機構３０が適正に作動するためには、カム７４とローラ当接面４８とが、カム当接ローラ６８およびスライドローラ７０を介して常に機械的に連結されていることが必要である。そして、この要求を満たすためには、ローラ当接面４８を、つまり、第１アーム部材４４を、カム７４の方向に付勢することが必要である。

本実施形態において用いられるロストモーションスプリング７６は、その上端がシリンダヘッド等に固定され、かつ、その下端がローラ当接面４８の後端部を付勢するように組み付けられている。この場合、その付勢力は、ローラ当接面４８がスライドローラ７０を押し上げる方向に作用し、更には、カム当接ローラ６８をカム７４に押し当てる力として作用する。その結果、可変動弁機構３０は、カム７４とローラ当接面４８とが機械的に連結された状態を維持することができる。

図４は、可変動弁機構３０が弁体３２に対して小さなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「小リフト動作」と称す。より具体的には、図４（Ａ）は、小リフト動作の過程で弁体３２が閉弁している様子を、また、図４（Ｂ）は小リフト動作の過程で弁体３２が開弁している様子を、それぞれ表している。

図４（Ａ）において、符号θ_Ｃは、制御軸１２の回転位置を表すパラメータである。以下、そのパラメータを「制御軸回転角θ_Ｃ」とする。ここでは、便宜上、制御軸１２と非揺動部５６とを固定する固定ピン６２の軸方向と鉛直方向とのなす角を制御軸回転角θ_Ｃと定義することとする。また、図４（Ａ）において、符号θ_Ａは、揺動アーム４２の回転位置を表すパラメータである。以下、そのパラメータを「アーム回転角θ_Ａ」とする。ここでは、便宜上、揺動アーム４２の先端部と制御軸１２の中心とを結ぶ直線と水平方向とのなす角をアーム回転角θ_Ａと定義することとする。

可変動弁機構３０において、揺動アーム４２の回転位置、つまり、アーム回転角θ_Ａは、スライドローラ７０の位置により決定される。また、スライドローラ７０の位置は、揺動ローラ部５８の回転軸６６の位置と、カム当接ローラ６８の位置とで決定される。そして、カム当接ローラ６８とカム７４との接触が維持される範囲では、回転軸６６が図４における左回り方向に回転するほど、つまり、制御軸回転角θcが大きくなるほど、スライドローラ７０の位置は上方に変化する。このため、可変動弁機構３０においては、制御軸回転角θ_Ｃが大きくなるほど、アーム回転角θ_Ａが小さくなるという現象が生ずる。

図４（Ａ）に示す状態において、制御軸回転角θ_Ｃは、カム当接ローラ６８がカム７４との接触を保てる範囲で、つまり、カム７４がカム当接ローラ６８の上方への移動を規制し得る範囲でほぼ最大の値とされている。従って、図４（Ａ）に示す状態において、アーム回転角θ_Ａは、ほぼ最小の値となっている。可変動弁機構３０は、この場合において、揺動アーム４２の同心円部５２のほぼ中央がロッカーアーム３６のローラ４０に接し、その結果、弁体３２が閉弁状態となるように構成されている。以下、この場合のアーム回転角θ_Ａを、「小リフト時の基準アーム回転角θ_Ａ０」と称す。

図４（Ａ）に示す状態からカム７４が回転すると、カム当接ローラ６８がカムノーズにより押圧されて制御軸１２方向に移動する。揺動ローラ部５８の回転軸６６からスライドローラ７０までの距離は変化しないため、カム当接ローラ６８が制御軸１２に近づく際には、ローラ当接面４８が、その面上を転動するスライドローラ７０により押し下げられる。その結果、アーム回転角θ_Ａが大きくなる方向に揺動アーム４２が回転し、揺動アーム４２とローラ４０との接触点が、同心円部５２の中央付近から押圧部５４に向かって移行する。

揺動アーム４２の回転に伴い、押圧部５４がローラ４０に接するようになると、バルブスプリング７８の付勢力に抗って弁体３２が開弁方向に移動する。そして、図４（Ｂ）に示すように、カムノーズの頂点がカム当接ローラ６８と接するタイミングにおいて、アーム回転角θ_Ａが最大値（以下、「最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸ」とする）となり、弁体３２のリフト量が最大となる。その後、カム７４の回転に伴い、アーム回転角θ_Ａが小さくなるに連れて弁体３２のリフト量は減少し、ローラ４０と揺動アーム４２との接触点が同心円部５２に戻った時点で弁体３２は閉弁状態となる。

小リフト動作の際には、基準アーム回転角θ_Ａ０が小さな値とされているため、カムノーズがカム当接ローラ６８に接し始めた後、しばらくの間は、弁体３２が閉弁状態に維持される。そして、最大リフト量が生じた後は、カムノーズによるカム当接ローラ６８の押圧が終わる以前に、比較的早期に弁体３２が閉弁状態に復帰する。その結果、小リフト動作の際には、弁体３２が非閉弁状態とされる期間、つまり、弁体３２の作用角が小さな値となり、また、弁体３２の最大リフト量も小さな値となる。

図５は、可変動弁機構３０が弁体３２に対して大きなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「大リフト動作」と称す。より具体的には、図５（Ａ）は、大リフト動作の過程で弁体３２が閉弁している様子を、また、図５（Ｂ）は大リフト動作の過程で弁体３２が開弁している様子を、それぞれ表している。

大リフト動作を行う場合は、図５（Ａ）に示すように、制御軸回転角θ_Ｃが十分に小さな値に調整される。その結果、非リフト時におけるアーム回転角θ_Ａ、つまり、基準アーム回転角θ_Ａ０は、スライドローラ７０がローラ当接部２８から脱落しない範囲で十分に大きな値とされる。可変動弁機構３０は、このような基準アーム回転角θ_Ａ０において、揺動アーム４２とローラ４０との接触点が、同心円部５２の端部に位置するように構成されている。このため、その状態において、弁体３２は閉弁状態に維持される。

図５（Ａ）に示す状態からカム７４が回転すると、カム当接ローラ６８がカムノーズに押圧され始めた後、即座に、ローラ４０と揺動アーム４２との接触点は同心円部５２から押圧部５４に移行する。そして、カム当接ローラ６８がカムノーズのピーク部に押圧されるまで、弁体３２は大きく開弁方向に押し出される。更に、図５（Ｂ）に示すように弁体３２のリフトが最大量となった後も、カムノーズがカム当接ローラ６８を押圧している間は、弁体３２の開弁が長期に渡って維持される。このため、可変動弁機構３０によれば、上述した大リフト動作の実行中は、弁体３２に対して、大きな作用角と大きなリフト量を与えることができる。

［本実施形態の可変動弁機構の課題］
以上説明した通り、本実施形態の可変動弁機構は、制御軸１２を回転させることにより、弁体３２の作用角およびリフト量を変化させることができる。ところで、本実施形態において、制御軸１２およびカムシャフト７２は、何れもシリンダヘッド１０により保持されている。図４（Ａ）中に符号Lを付して示す距離は、それら両者間の寸法である。このL寸法は、シリンダヘッド１０周辺の温度変化に起因してシリンダヘッド１０に熱変形が生ずることにより伸縮する。一方、シリンダヘッド１０の周辺に温度変化が生じれば、制御軸１２とカムシャフト７２の間に介在している部材、つまり、第１アーム部材４４や第２アーム部材４６にも熱膨張或いは熱収縮が生ずる。

ここで、本実施形態におけるシリンダヘッド１０は、アルミを主成分とする材質で構成されており、他方、第１アーム部材４４や第２アーム部材４６は鉄系の材質で構成されている。それらの材質は、それぞれ異なる線膨張係数を示すため、シリンダヘッド１０の周辺温度に変化が生ずると、実質的にL寸法に増減が生じたのと同じ事態が生ずる。

具体的には、その温度が上昇方向に変化した場合には、第１アーム部材４４および第２アーム部材４６の膨張量を越える膨張がL寸法に生じ、基準アーム回転角θ_Ａ０が減少し、その結果、実作用角が減少するという傾向が生ずる。反対に、シリンダヘッド１０周辺の温度が下降方向に変化した場合には、第１アーム部材４４および第２アーム部材４６の収縮量を越える収縮がL寸法に生じ、基準アーム回転角θ_Ａ０が増大し、その結果、実作用角が増加するという傾向が生ずる。

図６は、L寸法を決める部材と、制御軸１２とカム７４との間に介在する部材との線膨張係数の相違に起因する実作用角の温度特性をまとめたものである。尚、図６中に破線で示す実作用角は、回転角センサ２６の出力を、基準の演算式に当てはめることにより算出される作用角、つまり、その演算式を設定する際に前提とされた基準温度下で実現される実作用角である。以下、この作用角を「検出作用角」と称す。

ECU２８が、回転角センサ２６の出力を、常にその基準の演算式に当てはめて弁体３２の作用角を算出するとすれば、図６に示すように、低温度領域では、実作用角に対して不足した検出作用角が算出されることとなり、また、高温度領域では、実作用角に対して過剰な検出作用角が算出されることとなる。このため、そのような演算手法を用いたのでは、制御軸回転角θ_Ｃを目標値に制御しても、所望の作用角およびリフト量を正確に発生させることができない。そして、スロットルレスタイプの内燃機関において、吸気弁の作用角およびリフト量に所望の値からのずれが生ずると、吸入空気量の制御精度にも悪影響が生ずる。

ところで、実作用角と検出作用角との間に生ずる偏差は、シリンダヘッド１０の周辺温度に対してほぼ一義的に決まる値である。従って、その周辺温度が判れば、両者の間に生じているずれ量を推定することが可能である。そこで、本実施形態の可変動弁機構は、水温センサ２９の出力（冷却水温THW）に基づいてシリンダヘッド１０の周辺温度を推定し、その周辺温度に基づいて、検出作用角と実作用角との間に生ずるであろう偏差を算出する。そして、その偏差を補正値として検出作用角に加えることにより、実作用角を算出することとした。

図７は、上記の機能を実現するための本実施形態においてECU２８が実行するルーチンのフローチャートを示す。図７に示すルーチンでは、先ず、水温センサ２９の出力に基づいて、内燃機関の冷却水温THWが検出される（ステップ１００）。本実施形態では、ここで検出されたTHWがシリンダヘッド１０の周辺温度として取り扱われる。

次に、作用角の補正値が算出される（ステップ１０２）。ECU２８は、実作用角と検出作用角との偏差Δθ＝（実作用角）−（検出作用角）、つまり、図６中に「補正値」として示した値と、シリンダヘッド１０の周辺温度との関係を定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップを参照して、現在の温度に対応する偏差Δθが算出され、その算出値Δθが作用角補正値として取り扱われる。

次に、回転角センサ２６の出力が検出される（ステップ１０４）。次いで、検出されたセンサ出力に基づいて、検出作用角が算出される（ステップ１０６）。ECU２８は、回転角センサ２６の出力を検出作用角に変換するための基準の演算式を記憶している。ここでは、その基準の演算式に従って、検出作用角が算出される。本ステップ１０６の処理によれば、図６中に破線で示す作用角、つまり、基準温度下で発生する実作用角を算出することができる。

次に、上記の如く算出された検出作用角に、作用角補正値を加えることにより、実作用角が算出される（ステップ１０８）。本ステップの処理によれば、図６中に実線で示す実作用角を算出することができる。

ECU２８は、上記の処理に次いで、弁体３２の作用角を目標作用角とするためのフィードバック制御を実行する（ステップ１１０）。具体的には、吸入空気量の要求値などに従って他のルーチンで算出された目標作用角と、上記ステップ１０８で算出された実作用角とが一致するように、モータ２２の制御値を制御する処理が行われる。

以上の処理によれば、シリンダヘッド１０の周辺における温度変化の影響を排除して、弁体３２において実現される実作用角を常に正確に算出することができる。そして、その正確な実作用角を基礎としてモータ２２の制御値を制御することで、弁体３２の作用角およびリフト量を、精度良く制御することができる。このため、本実施形態の可変動弁機構によれば、内燃機関の暖機状態や周辺環境に関わらず、常に高精度に吸気弁の開弁特性を制御し、スロットルレスタイプの内燃機関に対して、常に良好な運転特性を与えることができる。

ところで、本実施形態の可変動弁機構において、実作用角と検出作用角との偏差Δθと、温度との関係は、厳密には、実作用角の大小に応じて異なる値となることがある。このため、ECU２８に記憶された偏差Δθ−温度マップによっては、全ての作用角において厳密な作用角補正を実現することが困難である。

そこで、本実施形態では、弁体３２に要求される作用角が最も小さい場合を想定して、つまり、図４を参照して説明した小リフト動作の場合を想定して、偏差Δθ−温度のマップを準備することとしている。このようなマップによれば、要求される作用角やリフト量が大きい領域では、作用角補正の精度が悪化するものの、作用角およびリフト量の小さい領域では、十分に高い精度でその補正を行うことができる。

作用角やリフト量が小さい領域では、僅かな作用角の誤差が吸入空気量に大きな誤差を生じさせる。これに対して、作用角やリフト量が大きい領域では、作用角に多少の誤差が生じても、吸入空気量にさほどのずれは生じない。このため、小リフト動作を前提としたΔθ−温度マップを用いることとすれば、大リフト領域における作用角の補正精度は低下するものの、全ての作用角領域において、十分に優れた精度で吸入空気量を制御することが可能である。

ところで、全作用角において高い補正精度を得るためには、例えば、実作用角と検出作用角との偏差Δθを温度と作用角の関係で定めたマップを準備し、上記ステップ１０２において、そのマップを参照して偏差Δθ、つまり、作用角補正値Δθを算出することとしてもよい。このような手法によれば、ECU２８の演算負荷は増えるものの、作用角の全域において、優れた作用角・リフト量制御を実現することができる。

また、上述した実施の形態１においては、シリンダヘッド１０の周辺温度に基づいて、検出作用角を実作用角に補正し、その結果として、モータ２２に供給される制御値を正しい値にすることとされているが、補正の対象は、作用角、或いはモータ２２に対する制御値に限定されるものではない。すなわち、その補正の対象は、フィードバック制御において実作用角の目標とされる目標作用角であってもよい。つまり、図７に示すルーチンにおいては、ステップ１０２で目標作用角の補正値を算出し、ステップ１０８で補正後の目標作用角を算出し、ステップ１１０で、検出作用角を、その補正後の目標作用角に一致させるためのモータ２２制御を行うこととしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、温度変化に伴う吸気弁の特性変化の影響を、作用角を補正することで排除することとしているが、その影響を排除する手法はこれに限定されるものではない。例えば、温度の変化に伴って作用角が変化することを見越して、その作用角により生ずる吸入空気量に対して所望の空燃比が得られるように、個々の気筒における燃料噴射量に対して補正を加えることとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、制御軸１２が回転することにより弁体３２の作用角およびリフト量が変化することとされているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、弁体３２の作用角やリフト量は、制御軸がスライドすることで生ずるものであってもよい。

更に、上述した実施の形態１においては、可変動弁機構３０が、制御軸１２の状態に応じて、作用角およびリフト量の双方を変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、可変動弁機構は、作用角およびリフト量の一方のみを変化させるものであってもよい。そして、その場合は、温度の影響を排除するための補正は、作用角およびリフト量のうち、変化の生ずる方の値のみに着目して行うこととすればよい。

尚、上述した実施の形態１においては、第１アーム部材４４および第２アーム部材４６が、前記第１の発明における「可変機構」に、水温センサ２９が前記第１の発明における「温度検出手段」に、それぞれ相当していると共に、ECU２８が、上記ステップ１００〜１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「温度補正手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、回転角センサ２６が前記第２の発明における「センサ」に、モータ２２が前記第２の発明における「アクチュエータ」に、それぞれ相当していると共に、ECU２８が上記ステップ１１０の処理を行うことにより、前記第２または第３の発明における「アクチュエータ制御手段」および「温度補正手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、回転角センサ２６が前記第４の発明における「センサ」に、モータ２２が前記第４の発明における「アクチュエータ」に、それぞれ相当していると共に、ECU２８に、フィードバック制御における目標作用角を設定させることにより前記第４の発明における「目標状態設定手段」を、その目標作用角を温度に基づいて補正させることにより前記第４の発明における「温度補正手段」を、また、その補正後の目標作用角を制御目標としてモータ２２のフィードバック制御を実行させることにより前記第４の発明における「アクチュエータ制御手段」を、それぞれ実現することができる。

実施の形態２．
次に、再び図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態の可変動弁機構は、構造的には実施の形態１の可変動弁機構と同様の構造を有している。上述した実施の形態１の機構は、制御軸１２とカムシャフト７２の距離、つまり、図４（Ａ）に示すL寸法を決める部材と、それらの間に介在する部材とを線膨張係数の異なる材質で構成することとしている。そして、シリンダヘッド１０の周辺温度に基づいて作用角を補正することにより、熱膨張および熱収縮の影響を排除することとしている。

これに対して、本実施形態の可変動弁機構は、L寸法を決める部材、つまり、シリンダヘッド１０と、制御軸１２とカムシャフト７２の間に介在する部材、つまり、第１アーム部材４４および第２アーム部材４６を、線膨張係数の等しい材質で構成することにより、熱膨張および熱収縮の影響を排除することとした。このような構成は、例えば、シリンダヘッド１０を、第１アーム部材４４および第２アーム部材４６と同様に、鉄系材料で構成することにより実現することができる。

シリンダヘッド１０と、第１アーム部材４４および第２アーム部材４６とが線膨張係数の等しい材質で構成されていれば、温度の変化に伴ってL寸法が膨張または収縮する際に、制御軸１２とカムシャフト７２の間の介在する機械的な機構にも、L寸法に生ずるのと同様の膨張収縮が生ずる。この場合、シリンダヘッド１０の周辺温度が変化しても、基本アーム回転角θ_ＡＯに変化が生じないため、弁体３２の作用角と制御軸回転角θ_Ｃとの関係にも変化は生じない。このため、本実施形態の可変動弁機構によれば、作用角の補正等を行うまでもなく、温度の変化に影響されずに、常に所望の開弁特性を弁体３２に与えることができる。

尚、上述した実施の形態２においては、第１アーム部材４４および第２アーム部材４６が、前記第５の発明における「可変機構」および「前記制御軸と前記カムとの間に介在する部材」に、シリンダヘッド１０が前記第５の発明における「前記制御軸とカムシャフトの距離を決める部材」に、それぞれ相当している。

本発明の実施の形態１の可変動弁機構の全体構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１の可変動弁機構が一の気筒に対応して備える機械的機構（可変動弁機構）の斜視図である。 図２に示す可変動弁機構の構成要素である第１アーム部材と第２アーム部材の分解斜視図である。 本発明の実施の形態１の可変動弁機構が小リフト動作を行う場合の様子を示す図である。 本発明の実施の形態１の可変動弁機構が大リフト動作を行う場合の様子を示す図である。 本発明の実施の形態１の可変動弁機構において生ずる実作用角と温度との関係を示す図である。 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

１２ 制御軸
２２ モータ
３２ 弁体
３２ 揺動アーム
４４ 第１アーム部材
４６ 第２アーム部材
７２ カムシャフト
７４ カム
θ_Ｃ 制御軸回転角
θ_Ａ アーム回転角

Claims (5)

1. 内燃機関の弁体の作用角およびまたはリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構であって、
   前記作用角およびまたはリフト量を変化させるべくその状態が制御される制御軸と、
   カムと弁体との間に介在しカムの回転と同期して揺動することにより当該カムの作用力を前記弁体に伝達する揺動アームと、
   前記制御軸の状態に応じて、前記弁体に対する前記揺動アームの基本相対角を変化させる可変機構と、
   前記制御軸および前記カムの近傍における温度を検出または推定する温度検出手段と、
   前記温度に基づいて、その温度の影響が排除されるように前記制御軸の状態を補正する温度補正手段と、
   を備えることを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記制御軸の状態を検出するセンサと、
   前記制御軸を駆動するアクチュエータと、
   前記センサの出力に基づいて前記アクチュエータの制御値を制御するアクチュエータ制御手段とを備え、
   前記温度補正手段は、前記温度に基づいて、前記アクチュエータの制御値を補正することを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構。
3. 前記温度補正手段は、前記温度に基づいて、前記センサの出力を補正し、
   前記アクチュエータ制御手段は、補正後のセンサ出力に基づいて前記アクチュエータの制御値を制御することを特徴とする請求項２記載の可変動弁機構。
4. 前記制御軸の状態を検出するセンサと、
   前記制御軸を駆動するアクチュエータと、
   前記制御軸の目標状態を設定する目標状態設定手段と、
   前記センサの出力と、前記制御軸の目標状態とが整合するように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とを備え、
   前記温度補正手段は、前記温度に基づいて、前記制御軸の目標状態を補正することを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構。
5. 内燃機関の弁体の作用角およびまたはリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構であって、
   前記作用角およびまたはリフト量を変化させるべくその状態が制御される制御軸と、
   カムと弁体との間に介在しカムの回転と同期して揺動することにより当該カムの作用力を前記弁体に伝達する揺動アームと、
   前記制御軸の状態に応じて、前記弁体に対する前記揺動アームの基本相対角を変化させる可変機構とを備え、
   前記制御軸とカムシャフトの距離を決める部材と、前記制御軸と前記カムとの間に介在する部材とが、線膨張係数の同じ材質で構成されていることを特徴とする可変動弁機構。

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