JP4053201B2

JP4053201B2 - 内燃機関の可変動弁装置

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Publication number: JP4053201B2
Application number: JP36208699A
Authority: JP
Inventors: 信中村; 誠之助原; 敬介武田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: DE10063997C2; US20010003973A1; DE10063997A1; US6390041B2; JP2001173469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば吸気弁あるいは排気弁の特にバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の可変動弁装置としては、例えば特開平１１−１４１３２１号公報などに記載されたものがある
この可変動弁装置は、１気筒に２つの吸気弁を備えたもので、図１９に示すように、クランク軸の回転に同期して回転する駆動軸５１の外周に、軸心Ｙが駆動軸５１の軸心Ｘから偏心した駆動カム５２が設けられていると共に、駆動カム５２の回転力が多節リンク状の伝達手段を介して伝達されて、吸気弁５３の上端部に有するバルブリフター５４の上面をカム面５５が摺接して吸気弁５３を開閉作動させる揺動カム５６を有している。
【０００３】
前記伝達手段は、揺動カム５６の上方に配置されて制御軸５７に揺動自在に支持されたロッカアーム５８と、円環状の基端部５９ａが駆動カム５２の外周面に摺動自在に嵌合しかつ他端部５９ｂがロッカアーム５８の一端部５８ａにピン６０を介して回転自在に連結されたリンクアーム５９と、一端部６１ａがロッカアーム５８の他端部５８ｂにピン６２を介して回転自在に連結され、他端部６１ｂが前記揺動カム５６の端部にピン６３を介して回転自在に連結されたリンクロッド６１とから構成されている。
【０００４】
また、前記制御軸５７の外周面には、軸心Ｐ１が制御軸５７の軸心Ｐ２から所定量偏心した制御カム６４が固定されている。この制御カム６４は、ロッカアーム５８のほぼ中央に穿設された支持孔５８ｃ内に回転自在に嵌入保持されて、その回転位置に応じてロッカアーム５８の揺動支点を変化させて、揺動カム５６のカム面５５のバルブリフター５４上面に対する転接位置を変換させて、吸気弁５３のバルブリフトを可変制御するようになっている。
【０００５】
すなわち、機関運転状態が例えば低回転低負荷域である場合は、図外のアクチュエータによって制御軸５７を例えば図中時計方向へ回転させて、制御カム６４を同方向へ回転させることにより、ロッカアーム５８の揺動支点位置を図示の位置に移動させる。これにより、ロッカアーム５８とリンクアーム５９及びリンクロッド６１との各枢支点が左側に移動して揺動カム５６のカムノーズ部５６ａ側の端部を引き上げ、これによって揺動カム５６のバルブリフター５４上面上の当接位置がベース部５６ｂ側に移動する。したがって、吸気弁５３は、そのバルブリフト特性が零リフトとなるように制御され、いわゆる弁停止状態になる。
【０００６】
一方、高回転高負荷域に移行した場合は、アクチュエータが制御軸５７を介して制御カム６４を図示の位置から反時計方向に回転制御するため、ロッカアーム５８の揺動支点が下方向に移動する。これにより、揺動カム５６は、リンクロッド６１などによってカムノーズ部５６ａ側が押し下げられて、バルブリフター５４上面との当接位置がリフト頂面５５ｄ側に移動するため、吸気弁５３のバルブリフトが大リフトとなるように制御される。
【０００７】
したがって、機関低回転低負荷域では、弁停止により燃費の向上が図れると共に、高回転高負荷時における吸気充填効率の向上による出力の増加など機関性能を十分に発揮させることができる。ここでいう弁停止による燃費の向上とは、一部の気筒の吸排気弁の作動を停止させ、いわゆる減筒運転を行なったり、２つの吸気弁のうち１つの吸気弁を停止させ、燃焼室内でスワールを発生させることにより燃焼改善を促すことによって実現されるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の従来の可変動弁装置は、一般に各構成部品の製造時における加工寸法の誤差が生じており、この加工誤差はかかる装置が取り付けられた各気筒毎にそれぞれ存在し、誤差の大きさもそれぞれ異なっている。一方、前記可変動弁装置によって可変制御されるバルブリフト量は、中から高リフトの制御領域では機関高回転状態になる場合もあるため、前記各構成部品の加工誤差はあまり問題にはならないが、低リフト領域、特に極低リフト領域では機関回転が変動し易い低回転状態になる場合もあり、前記各構成部品の加工誤差が大きく影響され易くなる。
【０００９】
さらに、各構成部品の加工精度のばらつきに起因して機関弁のバルブリフト量もばらつきが発生し、相対的なバルブリフト量のばらつき比率でみれば、前述のように中、高リフト域よりも極低リフト制御時が最も大きくなる。したがって、かかる極低リフト制御域での機関運転時における燃焼室内への混合気の充填効率やガス流動状態が各気筒間でばらつき易くなり、機関回転の不安定化や機関性能の低下を招く恐れがある。
【００１０】
この結果、各構成部品の加工精度を高くしなければならなくなり、必然的にコストが増加してしまうといった技術的課題を招来している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、機関の吸気ポートあるいは排気ポートを開閉する機関弁のバルブリフト量を、機関運転状態に応じて可変作動させる作動機構と、機関運転状態に応じて前記作動機構に対して前記バルブリフト量を零リフトから所定の高リフトまで可変制御させる制御信号を出力するコントローラと、を備え、前記コントローラは、該コントローラが備えた前記バルブリフト量の制御マップを、機関弁を零リフト量に固定する固定領域と、所定の低リフトから所定の高リフトまでを連続的に変化させる連続可変領域と、になるように設定し、該制御マップに基づいて少なくとも一部の気筒の機関弁に対して前記零リフトに設定する制御信号と、前記所定の低リフト量に設定する制御信号と、前記所定の低リフト量から前記所定の高リフト量までの範囲内で所定のリフト量まで連続的にリフト量を可変制御させる制御信号と、のいずれか一つの制御信号を機関運転状態に応じて選択して前記作動機構を駆動制御することを特徴としている。
【００１２】
したがって、この発明によれば、例えば、機関低回転低負荷運転中に、作動機構を介してコントローラによりバルブリフト量が制御されるが、この運転領域におけるリフト量の制御は、低リフトか零リフトのいずれか一方に選択的に制御されて、その中間の極低リフトの制御は行なわれないため、極低リフト時における各構成部品の加工精度のばらつきに起因した各気筒間でのリフト量のばらつきによる機関性能不安定の発生を防止することができる。
【００１３】
加えて、予め加工精度に起因した各気筒間のバルブリフトのばらつきによる機関性能の低下が想定されるマップ領域を、例えば零リフト、つまり機関弁の作動を停止させるようにできるため、加工精度のばらつきによる機関性能の不安定化の防止に供される。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記制御マップを、一部の吸気弁を零リフト量に制御するとともに他の吸気弁を所定の低リフト量に固定制御する領域と、全ての吸気弁を所定の低リフトから所定の高リフトまでを連続的に変化させる連続可変領域となるように設定し、該制御マップによって前記作動機構の作動を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、機関運転状態に応じて一部の気筒の吸気弁及び排気弁を停止させるいわゆる減筒運転を行なう動弁装置の場合には低リフト制御されている気筒間のリフトのばらつきに起因する機関性能の不安定化を防止できる。また、１気筒当り複数の吸気弁を有し、機関運転状態に応じて１気筒中、一部の吸気弁を停止させるいわゆる片弁停止運転を行なう動弁装置においても、各気筒間でのリフトのばらつきに起因する機関性能の不安定化を防止できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記固定領域と連続可変領域との境界線において全ての吸気弁を前記所定の低リフト量に制御したときの機関軸トルクを、前記一部の吸気弁のバルブリフト量を零リフト量に設定するとともに他の吸気弁のバルブリフト量を所定の低リフト量に設定した場合の機関軸トルクとほぼ等しいトルクとなるように設定したことを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、零リフトと低リフトとに相互に切り替わる際におけるトルクショックの発生を防止できる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記固定領域と連続可変領域との境界線において、全ての吸気弁を前記所定の低リフト量に制御したときの機関軸トルクを、前記一部の吸気弁のバルブリフト量を零リフト量に設定するとともに他の吸気弁のバルブリフト量を所定の低リフト量に設定した場合の機関軸トルクより大きくなるように設定したことを特徴としている。
【００２２】
この発明によれば、一部の吸気弁が零リフトから低リフトに切り替わる際に、機関軸トルクが増加するため、車両の加速性が向上する。また、前記境界線を高負荷側に設定することができるため、燃費の向上も図れる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、前記機関の低回転高負荷時において、前記一部の吸気弁の前記バルブリフト量を零リフト量に設定し、他の吸気弁の前記バルブリフト量を前記所定の低リフト量に設定した場合の機関軸トルクが、前記全ての吸気弁のバルブリフト量を所定の高リフト量に設定した場合の機関軸トルクよりも大きくなるように、前記所定の低リフト量を設定したことを特徴としている。
【００２４】
この発明によれば、装置の故障などにより一部の吸気弁が零リフトで他の吸気弁が所定の低リフトに固定された場合であっても、機関の実用域である程度の軸トルクが得られるので、最低限の運転性は確保できる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、前記固定領域と連続可変領域との境界線を、機関運転状態に応じて変化させることを特徴としている。
【００２６】
この発明によれば、変化した各機関運転状態において燃費などの実用性能を発揮できる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、前記境界線を、機関燃焼室への吸入空気温度が所定値よりも低い場合には高リフト側に移動させることを特徴としている。
【００２８】
この発明によれば、機関のトルク性能を確保しつつ零リフト領域の拡大により燃費性能を向上させることが可能になる。
【００２９】
請求項８に記載の発明にあっては、前記コントローラは、前記境界線または該境界線における所定の低リフト量を学習制御することを特徴としている
【００３０】
この発明によれば、機関や車両の経時変化に起因する車両性能の経時的悪化を防止できる。
【００３１】
請求項９に記載の発明にあっては、前記作動機構は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、機関弁上端部のバルブリフターの上面を揺動転接しつつ機関弁を開閉作動する揺動カムと、前記駆動カムと揺動カムとを連繋する伝達手段と、該伝達手段の姿勢を変化させて前記揺動カムのバルブリフター上面に対する転接位置を変化させる可変手段と、該可変手段の作動を制御する制御手段とを備え、機関運転状態に応じて可変手段が伝達手段の姿勢を可変制御することにより、機関弁のバルブリフト量を可変制御するようにしたことを特徴としている。
【００３２】
この発明によれば、作動機構の前記構造上からバルブリフトの低リフトと零リフト間を選択的に変化する過渡時に、なだらかな変化特性となってトルクショックの発生を抑制できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変動弁装置は、１気筒あたりそれぞれ２つの吸気弁と排気弁を備えた多気筒内燃機関に適用され、多気筒中、特定気筒の両吸気弁と両排気弁に設けられている。以下、主として吸気弁側について説明するが、排気弁側も構造的には同様になっている。
【００３４】
すなわち、この可変動弁装置は、図１，図２に示すようにシリンダヘッド１１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁１２，１２のバルブリフト量を可変にする作動機構１０を備え、この作動機構１０は、シリンダヘッド１１上部の軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に連結ピン４０により固設された偏心回転カムである１つの駆動カム１５と、駆動軸１３の外周面１３ａに揺動自在に支持されて、各吸気弁１２，１２の上端部に配設されたバルブリフター１６，１６に摺接して各吸気弁１２，１２を開作動させる揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達する伝達手段１８とを備えている。また、この伝達手段１８は、その作動位置が可変手段１９によって可変制御されている。
【００３５】
前記駆動軸１３は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図１中反時計方向に設定されている。なお、駆動軸１５は、高強度材で形成されている。
【００３６】
前記軸受１４は、シリンダヘッド１１の上端部に設けられて駆動軸１３の上部を支持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット１４ａの上端部に設けられて後述する制御軸３２を回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上方から共締め固定されている。
【００３７】
前記駆動カム１５は、耐摩耗材によって一体に形成され、図３にも示すように、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられた筒状部１５ｂとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この駆動カム１５は、駆動軸１３に対し駆動軸挿通孔１５ｃを介して挿通されて前記連結ピン４０により連結固定されていると共に、筒状部１５ｂのカム本体１５ａ側一側面には、三ケ月形の平面部が形成されている。さらに、この駆動カム１５は、図１に示すように駆動軸１３の回転に伴って図中反時計方向（矢印方向）へ回転するようになっている。
【００３８】
前記バルブリフター１６，１６は、有蓋円筒状に形成され、シリンダヘッド１１の保持孔内に摺動自在に保持されていると共に、揺動カム１７，１７が摺接する上面１６ａ，１６ａが平坦状に形成されている。また、図８ｂに示すように、零リフト区間で各バルブリフター１６、１６を揺動カム１７、１７側へ押し付けたとき、各バルブリフター１６、１６の下面１６ｂ、１６ｂと吸気弁１２、１２との間には、機関始動時における各部材の熱膨張差や経時的変化などを考慮して、設定値をδとした僅かなバルブクリアランスが形成されている。
【００３９】
前記揺動カム１７，１７は、図１及び図７，図８に示すようにほぼ雨滴状を呈し、ほぼ円筒状の基端部２０に駆動軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２０ａが貫通形成されていると共に、一方の一端部のカムノーズ部２１側にピン孔２１ａが貫通形成されている。また、揺動カム１７の下面には、カム面２２が形成されており、このカム面２２は、基端部２０側の基円面２２ａと該基円面２２ａからカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面２２ｂと該ランプ面２２ｂからカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面２２ｄに連なるリフト面２２ｃとが形成されており、該基円面２２ａとランプ面２２ｂ，リフト面２２ｃ及び頂面２２ｄとが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面１６ａ所定位置に当接するようになっている。
【００４０】
すなわち、図５に示すバルブリフト特性からみると、基円面２２ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、ランプ面２２ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２がいわゆるランプ区間となり、さらにランプ面２２ｂのランプ区間θ２から頂面２２ｄまでの所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。なお、後述するように、この揺動カム１７による吸気弁１２のバルブリフト制御中における低リフトＬ１のリフト量は、前記バルブクリアランスの設定値δの２倍以上の所定値に設定されている。
【００４１】
また、この揺動カム１７の基端部２０一端面と駆動カム１５との間には、円環状の保持部材４２が設けられている。この保持部材４２は、駆動カム１５の筒状部１５ｂの外径とほぼ同径の外径に形成され、中央孔４２ａを介して駆動軸１３に嵌装保持されている。
【００４２】
前記伝達手段１８は、駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。
【００４３】
前記ロッカアーム２３は、図１に示すように中央に有する筒状基部が支持孔２３ｃを介して後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に突設された一端部２３ａには、ピン２６が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、基部の内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、リンクロッド２５の一端部２５ａと連結するピン２７が嵌入するピン孔が形成されている。
【００４４】
また、前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の一端部である基端部２４ａと、該基端部２４ａの外周面所定位置に突設された他端部である突出端２４ｂとを備え、基端部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外周面にニードルベアリング４３を介して回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。このピン２６の軸心２６ａがロッカアーム２３の一端部２３ａとの枢支点になっている。
【００４５】
さらに、前記リンクロッド２５は、図１にも示すようにロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７のカムノーズ部２１の各ピン孔に圧入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２５ｃ，２５ｄが貫通形成されている。
【００４６】
尚、各ピン２６，２７，２８の一端部には、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移動を規制する図外のスナップリングが設けられている。
【００４７】
そして、前記駆動カム１５のカム本体１５ａと該カム本体１５ａの外周面１５ｄに嵌合するリンクアーム２４の基端部２４ａの内周面２４ｃとの間に、転がり軸受部材であるニードルベアリング４３が介装されている。このニードルベアリング４３は、図６に示すように円環状の保持器４４と、該保持器４４に回転自在に保持された複数のニードルローラ４５とから構成されている。図６は、理解し易いように、ニードルベアリング４３の約半周分のみを記載しているが、実際は円環状に形成されている。
【００４８】
前記保持器４４は、平板円環状を呈し、巾方向に沿って細長い矩形状の保持孔４４ａが周方向へ等間隔に複数形成されている。一方、各ニードルローラ４５は、各保持孔４４ａ内に回転自在に保持され、各内周縁がカム本体１５ａの外周面１５ｄに転動自在に直接接触していると共に、各外周縁が基端部２４ａの内周面２４ｃに転動自在に直接接触している。
【００４９】
また、このニードルベアリング４３は、図４に示すようにその全体がカム本体１５ａの外周面によって保持されており、保持器４４の両端縁が駆動カム一側面４１ａと保持部材４２の一側面４２ａとによって駆動軸１３方向に挾持されている。ここで、駆動カム１５も保持部材４２も耐摩耗材で形成されているため、保持器４４と摺動しても摩耗の発生が抑制される。
【００５０】
前記可変手段１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３とを備えている。
【００５１】
前記制御軸３２は、図２に示すように駆動軸１３と並行に機関前後方向に配設されていると共に、一端部に設けられた電動アクチュエータ２９によってウォーム歯車機構３４を介して所定回転角度範囲内で回転するようになっている。
【００５２】
また、前記制御カム３３は、円筒状を呈し、図に示すように軸心Ｐ１位置が肉厚部３３ａの分だけ制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００５３】
さらに、前記制御軸３２を回転制御する電動アクチュエータ２９は、機関の運転状態を検出するコントローラ３０からの制御信号によって駆動するようになっている。このコントローラ３０は、マイクロコンピュータを内蔵し、クランク角センサによって検出された機関回転数（ＮＥ）やアクセル開度センサ、吸入空気温度センサ、車両のＧセンサ、トランスミッションのギアポジションセンサなどの各種センサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を検出すると共に、実バルブリフトと対応関係にある制御軸３２の回転位置を検出するポテンショメータ３１からの検出信号により前記電動アクチュエータ２９に制御信号を出力している。
【００５４】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関低速低負荷時には、コントローラ３０からの制御信号によって電磁アクチュエータ２９を介して制御軸３２が時計方向に回転駆動される。このため、制御カム３３は、軸心Ｐ１が図７に示すように制御軸３２の軸心Ｐ２から左上方の回動角度位置に保持され、肉厚部３３ａが駆動軸１３から上方向に離間移動する。このため、ロッカアーム２３は、全体が駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介してカムノーズ部２１側を強制的に若干引き上げられて全体が反時計方向へ回動する。
【００５５】
したがって、図７Ａ，Ｂに示すように駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量は零に維持される。
【００５６】
よって、かかる低速低負荷域では、両吸気弁１２、１２のリフトは図１０に示すように零リフト、つまり閉弁状態に保持される。これにより、フリクションの低減化などによって燃費を大幅に向上させることが可能になる。さらに、本実施形態では、特定気筒群の各両吸気弁１２がともに零リフト（弁停止状態）になると共に、同一気筒の２つの排気弁も零リフト（弁停止状態）になり、他の気筒の各吸気、排気弁は弁停止しない、いわゆる減筒運転になる。このため、ポンピングロスが低減してさらに燃費が大幅に向上する。
【００５７】
次に、低回転低負荷域（図７に示す状態）から、アクセルペダルを踏込んで、低回転中負荷あるいは中回転低負荷域に移行すると、コントローラ３０からの制御信号によって電磁アクチュエータ２９により制御軸３２が瞬時に反時計方向に少しだけ回転駆動される。したがって、該制御軸３２が、図８Ａ，Ｂに示すように、制御カム３３を図７に示す位置から瞬時に反時計方向に少しだけ回転させて、軸心Ｐ１を瞬時に少しだけ移動させる。この結果、バルブリフト量は、瞬時に零からＬ１に変化する。
【００５８】
ここで、バルブリフト量が瞬時に変化することについて、図１１に示すリフト制御マップに基づいて具体的に説明する。図中の横軸が機関回転数ＮＥ（ｒｐｍ）、縦軸が機関負荷と対応するアクセル開度Ａａ（ｄｅｇ）を示し、前記ＮＥは、クランキング回転数Ｎ₀から許容最高回転数Ｎｍａｘまでの領域であり、Ａａは、アクセルの開度の全閉から全開までの領域である（ここで、機関負荷に対応する横軸は、アクセル開度ではなく、スロットル開度、吸入空気量、吸気管内圧などであってもよい。）。
そして、低回転中負荷から中回転低負荷域にかけて零リフトから低リフトＬ１に変化する境界線が存在し、この境界線の低回転側及び低負荷側がリフト零の固定領域（Ａ領域）になっている。また、前記境界線よりも高回転高負荷側をＢ領域として、このＢ領域では回転数の増加あるいは負荷の増加に伴いバルブリフトが連続的に変化する領域になっている。したがって、前記境界線は、リフト零の固定領域（Ａ領域）とリフト連続可変領域（Ｂ領域）の境界を示している。
【００５９】
例えば、現在の機関運転状態がリフト零の固定領域（Ａ領域）中のＱ１点にあるとして、ここからアクセルペダルを踏み込んでいくと、前記境界線に到達した時点Ｑ２で、前記制御マップは零から瞬時にＬ１に変化する。この結果、コントローラ３０は、前述のように瞬時に制御軸３２を反時計方向に少しだけ回転させてリフトＬ１に制御するのである。したがって、リフト零からＬ１の間の極低リフト領域は瞬間的に通過するだけで、実質的に零リフトと低リフトＬ１とを選択的に変化することになる。
【００６０】
したがって、中間の極低リフトの制御は行なわれないため、該極低リフト時における各構成部品の加工精度のばらつきに起因した各気筒間でのリフト量のばらつきの発生を防止することができる
以下、前述のように零リフトと低リフトＬ１とを選択的に変化するさせたことによる作用効果を、図１２に示すように、連続的に変化させた場合と比較して説明する。
【００６１】
すなわち、図１２は各構成部品の加工精度がばらついている場合に、横軸のバルブリフト量Ｌとの関係でリフト量のばらつき比率（△Ｌ／Ｌ）を縦軸に示したもので、例えば、各装置の各リンクロッド２５の両端部のピン孔２５ｃ，２５ｄ間のピッチ長さが所定量ばらついたときのリフト量のばらつき比率（△Ｌ／Ｌ）を示している。
【００６２】
この図１２から明らかなように、バルブリフト量Ｌが小さくなっても△Ｌがバルブリフト量に比例して低減するわけではないので、バルブリフト量Ｌが低下するにしたがってバルブリフト量のばらつき比率（△Ｌ／Ｌ）は増加する。特に、バルブリフト量Ｌが低リフトＬ１よりも小さくかつ零よりも大きい極低リフト領域では大きな値になる。これは、各リンクロッド２５長さがばらついたときの例であるが、ロッカアーム２３の揺動中心位置や駆動軸１３の位置など、他の部位の加工精度や位置精度がばらついた場合も同様に極低リフト領域では大きな値になる。この結果、前記特定気筒群における気筒間の吸入空気の充填効率のばらつきやガス流動のばらつきなどが大きくなって機関性能の不安定化を招く。
【００６３】
しかし、極低リフトを避けて零リフトにすれば前記バルブリフト量のばらつきの発生が防止される。これは、一般に、バルブリフター１６の下面１６ｂと機関弁上端面との間に、図８ ( Ｂ ) に示すように、バルブクリアランスδが設けられており、それにより零リフト量に確実に維持されるためである。
【００６４】
そして、この実施形態では、前記バルブリフト量Ｌのばらつき比率（△Ｌ／Ｌ）が大きい極低リフト領域には制御されないので、前記気筒間における吸入空気の充填効率のばらつきやガス流動のばらつきなどが抑制されるのである。
【００６５】
しかも、この実施形態では、零リフトから低リフトＬ１あるいは低リフトＬ１から零リフトまでの切り替え作動を、前記作動機構１０によって滑らかに行なうことができる。つまり、制御軸３２が零リフトの回動位置から低リフトＬ１の回動位置まで回動中に極低リフトの中間回動位置も過渡的に通過するので、トルクショックの発生を十分に抑制することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、前記低リフトＬ１のリフト量は、バルブクリアランス設定値δの２倍以上に設定されている（図８Ａ，Ｂ参照）。
【００６７】
前述のΔＬ／Ｌは、バルブクリアランスの調整ばらつき、経時変化などを無視して計算したものである。実際は、バルブクリアランスにはこれらの誤差があり、またバルブ軸端の摩耗あるいはデポ付着などで経時変化したり、それらによるバルブクリアランス変化ΔδによってもΔＬ／Ｌは変化する（図１２に示すようにΔＬがΔＬ±Δδとなる）。
【００６８】
ところで、バルブクリアランスは、これらの誤差、経時的変化などがあったとしても、クリアランス０の状態（バルブ突き上げ）にならないよう、あるいはバルブクリアランス過大（騒音発生）にならないような値δに設定されている。
【００６９】
すなわち、前記のバルブクリアランス変化量Δδはδより小さい。したがって、Ｌ１を２δ以上に設定しておけば、実際のリフトは、バルブクリアランスの製造ばらつき、経時的変化などがあっても、δ以上を確保でき、もって最低限のリフトを確保できるので、前述した性能の不安定に至るのを抑制することができる。例えば、バルブクリアランス設定値δが０．４ｍｍであれば、Ｌ１は０．８ｍｍ以上に設定される。
【００７０】
一方、アクセルペダルをさらに踏込んで機関高回転高負荷時に移行した場合は、コントローラ３０からの制御信号によって電磁アクチュエータ２９により制御軸３２が反時計方向に回転駆動される。したがって、図９Ａ，Ｂに示すように制御軸３２が、制御カム３３を図８に示す位置からさらに反時計方向へ回転させ、軸心Ｐ１（肉厚部３３ａ）を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向（下方向）に移動して他端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１を、リンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【００７１】
したがって、揺動カム１７のバルブリフター１６上面１６ａに対するカム面２２の当接位置が図９Ａ，Ｂに示すように右方向位置（リフト部２２ｄ側）に移動する。このため、図９Ａに示すように駆動カム１５が回転してロッカアーム２３の一端部２３ａをリンクアーム２４を介して押し上げると、バルブリフター１６に対するそのリフト量Ｌ２は図９Ａに示すように大きくなる。
【００７２】
よって、かかる高回転高負荷域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図１０に示すようにバルブリフト量も大きくなる（Ｌ２）。この結果、各吸気弁１２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなり、したがって、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【００７３】
そして、かかる低回転低負荷域から高回転高負荷域までのバルブリフト量の変化（Ｌ１からＬ２）は連続的に行なわれるため、かかるバルブリフトは機関運転状態、つまり現時点の機関回転数や負荷の状態に応じて、精度よく連続的に制御される。したがって、いずれの運転状態においても機関トルクなどの機関性能を最大に引き出すことが可能になる。また、このバルブリフトＬ１〜Ｌ２までの範囲では、図１２からも明らかなように、各気筒間での吸入吸気量などのばらつきの問題は発生しない。
【００７４】
なお、特定気筒以外の気筒は、特定気筒が零リフト固定のときは、低リフトＬ１に固定されており、特定気筒がリフトＬ１からＬ２の範囲に制御されているときは、それと同一リフトに制御される。
【００７５】
すなわち、特定気筒の零リフトを除く最小リフトは、その他の気筒の最小リフトと同一に設定されている。このため、全気筒運転に切り換わった直後においては、各気筒間にリフト差がなく、気筒間の充填効率差は生じない。
【００７６】
また、図１３は第２の実施形態を示し、低リフトＬ１の設定値を変えたものであって、図１１に示す制御マップにおいて機関回転数ＮＥ＝Ｎ１（ｒｐｍ）、アクセル開度Ａａ＝Ａａ１での低リフトＬ１の設定の仕方は、丁度この制御マップポイントで特定気筒の吸気弁がリフト零で、その他の気筒の吸気弁が低リフトＬ１での軸トルクと全気筒の吸気弁が低リフトＬ１での軸トルクがほぼ同一になるような値に低リフトＬ１が設定されている。そのため、特定気筒がリフト零から低リフトＬ１に切り替わる際に、トルクショックの発生が抑制されるようになっている。
【００７７】
すなわち、特定気筒リフト零の運転領域では、アクセル全開での軸トルクは、全気筒が低リフトＬ１での運転時より、当然小さくなる。これは、アクセル全開では、スロットルバルブも全開となっているため、この部分での吸気絞りは殆ど発生せず、主として吸気弁での吸気絞りが発生し、その結果、特定気筒が零リフトであると機関全体（多気筒）でみた場合の吸気量が絞られるからである。しかしながら、低負荷（アクセル開度小）に移行するほどその差が小さくなり、あるアクセル開度になると軸トルクは等しくなり、さらにアクセル開度が小さくなると、逆に零リフトの方が軸トルクが高くなる。この理由は、アクセル開度が小さくなるに連れて、スロットルの吸気絞りが支配的になり、バルブリフトの影響は、小さくなり、さらにリフト零の状態では燃焼効率が良くなり、また動弁系の駆動フリクションが小さくなるなどから、同一吸気量に対して大きな仕事ができるので、結果としてリフト零の方が軸トルクが高くなるのである。
【００７８】
図１４は第３の実施形態を示し、低リフトＬ１の設定値をさらに変更したものである。すなわち、図１１の制御マップにおいて、低リフトＬ１を、特定気筒の吸気弁がリフト零、その他の気筒の吸気弁が低リフトＬ１での軸トルクより全気筒の吸気弁が低リフトＬ１での軸トルクが大きくなるような値に設定したものである。このため、リフト零から低リフトＬ１に切り替わる際に、軸トルクが増加するので、車両の加速性が向上する。そのため、結果的に零リフトの使用領域が増加（境界線を高負荷側に設定できる）するので、燃費も向上する。
【００７９】
図１５は第４の実施形態を示し、前記境界線を、機関運転状態、つまり吸入空気温度に応じて変化させたものである。すなわち、吸入空気温度が所定温度より高い場合は前記境界線を零リフト側（Ａ領域側）に変化させ、所定温度より低い場合は高リフト側（Ｂ領域側）に変化させたものである。
【００８０】
一般に、吸入空気温度が下がると、吸入混合気の密度が増加するので、充填効率が向上し、トルクが向上することは周知の通りであり、したがって、本実施形態のように、境界線をＢ領域側に移動させることにより、零リフトでの運転領域を高回転高負荷方向へ拡大することが可能になる。この結果、零リフトでの運転領域が広くなり、したがって、必要なトルクを確保しつつ燃費の向上が図れる。
【００８１】
図１６は第５の実施形態のフローチャートを示し、コントローラ３０は、前記境界線における低リフト域を機関運転状態の変化に応じて学習制御するようにしたものである。、
まず、セクション１では、前記ポジションセンサによってバルブリフトの実リフト情報を読み込むと共に、セクション２においてギアポジションセンサから現在のギアポジションを読み込む。次に、セクション３で前記Ｇセンサから車両の実加速度Ｇ１を読み込む。続いて、セクション４において、前記実リフトやアクセル開度等の諸情報による推定機関トルクと前記ギアポジションによって決定される目標加速度Ｇと前記実加速度Ｇ１とを比較し、実加速度Ｇ１が目標加速度Ｇに到達したか否かを判断する。ここで、目標加速度Ｇに到達したと判断した場合は、セクション５に進み、ここでは、低リフトＬ１を学習してコントローラ３０内の記憶回路に記憶させてリターンする。
【００８２】
一方、セクション４で実加速度Ｇ１が目標加速度Ｇに到達しないと判断した場合は、セクション６に移行し、ここで、零リフトを除いたときの最低リフトＬ１を増加する処理を行なう。このようにすると、リフトＬ（零リフトを除く）が相対的に増加して、これにより実加速度Ｇ１を向上させることができる。そして、このバルブリフト量を目標加速度Ｇになるところまで増加させて、その低リフトＬ１の値を学習して前記記憶回路に記憶させる。
【００８３】
このように、常に低リフトＬ１の学習制御を行なうことにより、車両あるいは動弁系のフリクションが経時的に増加した場合でも車両性能の低下を防止できる。
【００８４】
前記の例では低リフトＬ１を学習する場合を示したが、以下の図１７に示すような前記境界線を学習することによっても同じ効果が得られる。
【００８５】
すなわち、セクション１１から１４までは図１６に示すセクション１から４と同じ処理であるが、セクション１４で実加速度Ｇ１が目標加速度Ｇに到達していると判断した場合は、セクション１５にて前記領域Ａと領域Ｂの境界線を学習してこの数値をコントローラ３０の記憶回路に記憶するが、目標加速度Ｇに到達していないと判断した場合は、セクション１６に移行し、ここで、前記境界線を零リフト側へ移動する処理を行なう。このようにすると、低回転低負荷側でリフトＬ１に変化するようになるので、これにより実加速度Ｇ１を向上させることができる。そして、このバルブリフト量を目標加速度Ｇになるところまで増加させて、その境界線の値を学習して前記記憶回路に記憶させる。したがって、前記と同様な効果が得られる。
【００８６】
次に、前記低リフトＬ１の設定値をさらに変更した第６の実施形態を説明すれば、この実施形態では、低リフトのリフト量Ｌ１を零リフトと所定の高リフトＬ２の間の適度に小さい値に設定したものである。
【００８７】
すなわち、例えば、前記電磁アクチュエータ２９が断線などにより故障して、該電磁アクチュエータ２９が駆動力を発生できない場合は、バルブスプリングのばね力によって一部の特定気筒の吸気弁１２は零リフトに固定され、他の気筒の吸気弁１２は低リフトＬ１に固定される。
【００８８】
この場合、機関のトルクが不足して常用域の運転性が大幅に悪化する可能性がある。
【００８９】
そこで、この実施形態では、前述のように一部の特定気筒の吸気弁のリフトを零とし、その他の気筒の吸気弁のリフトを適度に小さな値Ｌ１′に設定したことによって図１８に示すような高負荷軸トルク特性が得られる。具体的に説明すれば、通常、アクセルペダルを大きく踏込んでアクセル全開状態にすると、全気筒のバルブリフト量が所定の大きなＬ２の場合は図１８の一点鎖線で示すような軸トルクカーブになり、高リフト及び広い作動角によって高回転域において高い軸トルクが得られるが、一方、低回転では、この高リフト及び広い作動角によって一度気筒内に吸い込んだ混合気がピストン下死点後のバルブリフト大及び吸気弁１２の閉時期の遅延により吸気管内に吐き出されて充填効率が低下してトルクがある程度低下してしまう。
【００９０】
これに対して、低リフトＬ１の設定値を適度に小さなさなＬ１′に設定すると、作動吸気弁数が少なくとも低回転時における前述の混合気吐き出し量が少なくなって、低回転高負荷時のトルクは図１８の実線で示すように全吸気弁がの最大リフトＬ２のときのトルクよりも大きなものになる。
【００９１】
このように、本実施形態では、低リフトのリフト量Ｌ１を適度に小さなＬ１′に設定することによって、電磁アクチュエータ２９の故障時において一部の吸気弁１２が零リフト、他の吸気弁１２が低リフトに固定された場合でも、低回転高負荷時のトルクを最大リフトＬ２に固着故障した場合よりも高くすることができ、低回転常用域でのトルク不足による運転性の大幅な悪化を防止できる。
【００９２】
前記各実施形態では、１気筒当り２つの吸気弁１２、１２がともに零リフトになるいわゆる減筒弁停止機関について説明したが、この発明は、これに限定されるものではなく、例えば２つの吸気弁のうち１つの吸気弁を零リフト制御し、気筒内スワールを強化することによって燃焼の改善が図れて、燃費が向上するいわゆる片弁停止機関にも適用できることは勿論である。
【００９３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、例えば、機関低回転低負荷運転中に、作動機構を介してコントローラにより機関弁のバルブリフト量が制御されるが、この運転領域におけるリフト量の制御は、低リフト量か零リフト量のいずれか一方に選択的に制御されて、その中間の極低リフト量の制御は行なわれないため、極低リフト量時における各構成部品の加工精度のばらつきに起因した各気筒間でのリフト量のばらつきによる機関性能の不安定化を防止することができる。
【００９４】
しかも、予め加工精度に起因した各気筒間の機関弁のバルブリフト量のばらつきによる機関性能の低下が想定されるマップ領域を、例えば零リフト、つまり機関弁の作動を停止させるようにできるため、加工精度のばらつきによる機関性能の不安定化を確実に防止できる。
【００９６】
請求項２に記載の発明によれば、機関運転状態に応じて一部の特定気筒の吸気弁を停止させるいわゆる減筒運転を行なう動弁装置の場合には、低リフト量制御されている気筒間のばらつきに起因する機関性能の不安定化を防止できる。また、１気筒当り複数の吸気弁を有し、機関運転状態に応じて１気筒中、一部の吸気弁を停止させるいわゆる片弁停止運転を行なう動弁装置においても、各気筒間でのリフトのばらつきに起因する機関性能の不安定化を防止できる。
【００９７】
請求項３に記載の発明によれば、一部の吸気弁を零リフトと低リフトとに相互に切り替える際におけるトルクショックの発生を防止できる。
【００９８】
請求項４に記載の発明によれば、一部の気筒の吸気弁を零リフトから所定の低リフトに切り替わる際に、機関軸トルクが増加するため、車両の加速性が向上する。また、前記境界線を高負荷側に設定することができるため、燃費の向上も図れる。
【００９９】
請求項５に記載の発明によれば、装置の故障などにより一部の気筒の吸気弁が零リフト量に固定された場合であっても、機関の実用域である程度の軸トルクが得られるので、最低限の運転性は確保できる。
【０１００】
請求項６に記載の発明によれば、変化した各機関運転状態において燃費などの実用性能を発揮できる。
【０１０１】
請求項７に記載の発明によれば、機関のトルク性能を確保しつつ零リフト領域の拡大により燃費性能を向上させることが可能になる。
【０１０２】
請求項８に記載の発明によれば、機関や車両の経時変化に起因する車両性能の経時的悪化を防止できる。
【０１０３】
請求項９に記載の発明によれば、作動機構の構造上からバルブリフトの低リフトと零リフト間を選択的に変化する過渡時に、なだらかな変化特性となってトルクショックの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を示す図２のＡ矢視図。
【図２】本実施態様の要部斜視図。
【図３】本実施形態に供される駆動カムの斜視図。
【図４】本実施形態の部分断面図。
【図５】同揺動カムのカム面のプロフィール特性図。
【図６】本実施形態に供されるニードルベアリングを示す部分斜視図。
【図７】Ａ及びＢは零リフト時の揺動カムと吸気弁の作動状態を示す説明図。
【図８】Ａは低リフト制御時の開弁状態を示す作用説明図。Ｂは閉弁状態を示す作用説明図。
【図９】Ａは高リフト制御時の開弁状態を示す作用説明図。Ｂは閉弁状態を示す作用説明図。
【図１０】本実施形態のバルブリフト特性図。
【図１１】本実施形態における零リフト固定領域と低リフトから高リフトまでの連続可変領域を示す制御マップ図。
【図１２】装置のバルブリフト量とリフトばらつき比率の関係を示す特性図。
【図１３】本発明の第２の実施形態におけるアクセル開度と軸トルクとの関係を示す特性図。
【図１４】本発明の第３の実施形態におけるアクセル開度と軸トルクとの関係を示す特性図。
【図１５】本発明の第４の実施形態における機関回転数とアクセル開度による制御マップ図。
【図１６】本発明の第５の実施形態におけるコントローラの制御フローチャート図。
【図１７】本発明の第６の実施形態におけるコントローラの制御フローチャート図。
【図１８】本発明の第６の実施形態における機関回転数と軸トルクとの関係を示す特性図。
【図１９】従来の可変動弁装置を示す要部断面図。
【符号の説明】
１０…作動機構
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１７…揺動カム
１８…伝達手段
１９…可変手段
２３…ロッカアーム
２４…リンクアーム
２５…リンクロッド
２９…電磁アクチュエータ
３０…コントローラ
３２…制御軸
３３…制御カム

Claims

機関の吸気ポートあるいは排気ポートを開閉する機関弁のバルブリフト量を、機関運転状態に応じて可変作動させる作動機構と、
機関運転状態に応じて前記作動機構に対して前記バルブリフト量を零リフトから所定の高リフトまで可変制御させる制御信号を出力するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、該コントローラが備えた前記バルブリフト量の制御マップを、機関弁を零リフト量に固定する固定領域と、所定の低リフトから所定の高リフトまでを連続的に変化させる連続可変領域と、になるように設定し、該制御マップに基づいて少なくとも一部の気筒の機関弁に対して前記零リフトに設定する制御信号と、前記所定の低リフト量に設定する制御信号と、前記所定の低リフト量から前記所定の高リフト量までの範囲内で所定のリフト量まで連続的にリフト量を可変制御させる制御信号と、のいずれか一つの制御信号を機関運転状態に応じて選択して前記作動機構を駆動制御することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
前記制御マップを、一部の吸気弁を零リフト量に制御するとともに他の吸気弁を所定の低リフト量に固定制御する領域と、全ての吸気弁を所定の低リフトから所定の高リフトまでを連続的に変化させる連続可変領域となるように設定し、該制御マップによって前記作動機構の作動を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記固定領域と連続可変領域との境界線において、全ての吸気弁を前記所定の低リフト量に制御したときの機関軸トルクを、前記一部の吸気弁のバルブリフト量を零リフト量に設定するとともに他の吸気弁のバルブリフト量を所定の低リフト量に設定した場合の機関軸トルクとほぼ等しいトルクとなるように設定したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記固定領域と連続可変領域との境界線において、全ての吸気弁を前記所定の低リフト量に制御したときの機関軸トルクを、前記一部の吸気弁のバルブリフト量を零リフト量に設定するとともに他の吸気弁のバルブリフト量を所定の低リフト量に設定した場合の機関軸トルクより大きくなるように設定したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記機関の低回転高負荷時において、前記一部の吸気弁の前記バルブリフト量を零リフト量に設定し、他の吸気弁の前記バルブリフト量を前記所定の低リフト量に設定した場合の機関軸トルクが、前記全ての吸気弁のバルブリフト量を所定の高リフト量に設定した場合の機関軸トルクよりも大きくなるように、前記所定の低リフト量を設定したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記固定領域と連続可変領域との境界線を、機関運転状態に応じて変化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記境界線を、機関燃焼室への吸入空気温度が所定値よりも低い場合には高リフト側に移動させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記コントローラは、前記境界線または該境界線における所定の低リフト量を学習制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記作動機構は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、機関弁上端部のバルブリフターの上面を揺動転接しつつ機関弁を開閉作動する揺動カムと、前記駆動カムと揺動カムとを連繋する伝達手段と、該伝達手段の姿勢を変化させて前記揺動カムのバルブリフター上面に対する転接位置を変化させる可変手段と、該可変手段の作動を制御する制御手段とを備え、機関運転状態に応じて可変手段が伝達手段の姿勢を可変制御することにより、機関弁のバルブリフト量を可変制御するようにしたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。