JP4315131B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、作動体の初期位置からの作動量に応じて内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉特性に対応する制御量を変化させる可変動弁機構を備えた内燃機関の可変動弁装置に関する。

特許文献１や特許文献２に記載されているように、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁や排気弁の開閉時期（バルブタイミング），作動角及びバルブリフト量等の開閉特性に関連する制御量を変更する様々な可変動弁機構が提案され、一部で実用化されている。このような可変動弁機構は、一般的に、アクチュエータにより駆動される作動体の初期位置からの作動量に応じて上記制御量が変化するように構成されている。多くの機構では、その構造上、上記特許文献１のように作動量の変化（増加又は減少）に対して制御量が単調に増加又は減少するようになっている。
特開平１１−１８２２１４号公報 特開２００３−３１４２１６号公報

機関始動時における適切な吸・排気弁の開閉特性の制御量は、必ずしも制御量が取り得る範囲の両端の限界値になるとは限らず、限界値を除く中間的な値とした方が良い場合がある。例えば、アイドル時にはポンプロス低減等のために吸気弁の開閉時期（制御量）を限界値である最遅角値に設定する一方、機関始動時には始動安定性を確保するために吸気弁の開閉時期を最遅角値よりも進角した中間値に設定する場合等である。このような場合、上述したように作動量の変化に対して制御量が単調に変化する機構では、機関始動時における作動体の作動位置が、この作動体が取り得る範囲の両端の限界位置、つまり、部材の案内溝の端面やストッパ等に突き当たることによって機械的に係止される限界位置ではなく、この限界位置を除く中間的な位置となる。このため、例えば特許文献１に開示されているように、機関始動に適した中間位置に作動体を安定して機械的に保持するための中間ロック機構を別途設ける必要があり、この中間ロック機構及びこれを駆動・制御する手段が必要となるために、部品点数の増加，大型化，コストの増加等の課題が残る。また、機関停止状態での作動位置が機関始動に適した中間位置にない場合には、機関始動時にアクチュエータによって作動体を初期位置から始動用の中間位置まで駆動する必要が生じ、始動応答性の低下や始動安定性の低下を招いていまう。

特許文献２には、周方向位置によって径方向長さが異なる渦巻きガイド（溝）を利用して、吸・排気弁の開閉時期を変更する可変動弁機構が提案されている。この機構では、後述するように渦巻きガイドの形状を適切に設定することによって、機関始動用の制御量が中間的な値であっても、これに対応する機関始動用の作動位置を、その可変範囲の一方の限界位置、すなわち機械的に係止される位置であって、典型的には機関停止状態での初期位置と一致させることが可能である。これにより、機関始動用の制御量が中間的な値であっても、作動体の初期位置を、上記制御量の中間的な値に対応する中間位置とすることができ、中間ロック機構等を敢えて必要とすることのない簡素な構造でありながら、始動応答性及び始動安定性を含む機関始動性能を著しく向上することができる。

しかしながら、このように作動体の初期位置での制御量を中間的な値とすると、必然的に、作動体の初期位置からの作動量の増加に応じて、制御量が減少する減少領域と、制御量が増加する増加領域の双方が存在し、これらの減少領域と増加領域とが重複する制御量の範囲では、同じ制御量に対応する作動体の作動位置、すなわち初期位置からの作動量が２つ存在することとなる。このため、センサ等により検出される制御量の検出値である実制御量に応じて作動体を駆動制御する構成では、実制御量に対応する作動量が２つあるので、作動体を良好に駆動制御することができない。例えば実制御量に基づいて制御量を目標値へ向けてフィードバック制御を行う場合、仮に実制御量に対応する２つの作動量のうちで実際とは異なる作動量の方を誤認している状況で制御を継続すると、作動体が予期せぬ方向に変位して、目標値へ良好に収束させることができないおそれがある。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。

作動体を駆動するアクチュエータと、上記作動体の初期位置からの作動量に応じて、吸気弁又は排気弁の開閉特性に関連する制御量を変更する可変動弁機構と、上記制御量に対応する実制御量を検出する制御量検出手段と、を有し、実制御量に応じてアクチュエータの動作を制御することにより、作動量を直接的に検出するセンサ類を敢えて必要としない簡素な構成で、機関負荷や機関回転数等の機関運転状態に応じてアクチュエータの動作を制御することができる。典型的には、機関運転状態に基づいて制御量の目標値を設定し、この目標値と実制御量との偏差に基づくフィードバック制御が行われる。

また、上記作動量の増加に対して制御量が減少する減少領域と、上記作動量の増加に対して制御量が増加する増加領域と、が設けられる。従って、作動量の変化に対する制御量の変化が単調増加や単調減少ではないので、上述したように、機関始動用の制御量が中間的な値であっても、これに対応する作動体の初期位置を、機械的な係止位置である可変範囲の限界位置つまり初期位置に設定することができる。

そして、上記減少領域と増加領域とが切り替わる変曲位置に、上記作動量の変化に対する制御量の変化が緩慢である不感帯を設けている。

このような不感帯を設定することにより、作動体が誤って増加領域と減少領域とで切り替わることを低減・回避できるため、制御の信頼性・安定性が向上するとともに、例えば変曲位置の通過回数に基づいて領域判定を行う場合に、その判定精度を著しく向上することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る可変動弁装置が適用される内燃機関６１のシステム構成の一例を簡略的に示している。内燃機関６１のシリンダブロック６２には複数のシリンダ６３が形成されており、各シリンダ６３内を昇降するピストン６４の上方には燃焼室６５が画成されている。シリンダブロック６２上に固定されるシリンダヘッド６６には、吸気通路６７を開閉する吸気弁６８と、排気通路６９を開閉する排気弁７０と、燃焼室６５内の混合気を火花点火する点火プラグ７１と、が配設されている。吸気通路６７には、上流側より順に、エアクリーナ７２，吸入空気量を検出するエアフロメータ７３，吸気量を調整する電子制御式のスロットル７４，及び吸気ポート７５へ燃料を噴射する燃料噴射弁７６が配設されている。スロットル７４の開度はスロットル開度センサ７７により検出される。排気通路６９には、上流側より順に、排気の空燃比を検出するための酸素センサ７８と、排気を浄化する三元触媒等の触媒７９，８０と、排気音を消音するマフラ８１と、が設けられている。排気の一部はＥＧＲ通路８２を経由して吸気通路６７に還流され、その還流量はＥＧＲ制御バルブ８３により調整される。ＥＧＲガスの温度はＥＧＲ温度センサ８４により検出される。燃料タンク８５内には、燃料配管８６へ燃料を圧送する燃料ポンプ８７と、燃圧を所定圧に維持するプレッシャレギュレータ８８とが配設されている。また、燃料タンク８５内の蒸発燃料を処理するキャニスタ８９が設けられている。更に、吸・排気弁の開閉特性を変化させる可変動弁機構として、吸気弁６８の開閉時期に対応する変換角θを変更するバルブタイミング変更機構６０が設けられている。変換角θはクランクシャフト９２に対するカムシャフト１の位相に相当し、この変換角θが変化することによって、吸気弁の開閉時期（バルブタイミング）が変化つまり遅角・進角する。この変換角θに対応する実変換角ｔθは、カムシャフトポジションセンサ９１及びクランクシャフトポジションセンサ９３の検出信号に基づいて演算される。

機関運転状態を検出するセンサ類として、機関水温を検出する水温センサ９０，吸気カムシャフト１の回転位置を検出するカムシャフトポジションセンサ９１，クランクシャフト９２の回転位置を検出するクランクシャフトポジションセンサ９３，ノッキングの発生を検出するノックセンサ９４，アクセルペダル９５の操作（開度）を検出するアクセルポジションセンサ９６，及びバッテリ９７の電流値を検出する電流センサ９８等が設けられている。機関制御部（エンジン・コントロール・モジュール：ＥＣＭ）１００は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有し、上記の各種センサ等により検出される機関運転状態に基づいて、上記のスロットル７４，燃料噴射弁７６，点火プラグ７１及びＥＧＲ制御バルブ８３等の他、後述するバルブタイミング変更機構６０のアクチュエータ（操作力付与手段８）へ制御信号を出力して、スロットル開度，燃料噴射量，燃料噴射時期，点火時期，ＥＧＲ量及び上記の変換角θ等を制御する。

図２は、上記バルブタイミング変更機構６０を示す断面図であり、この機構６０の基本的な構成は特開２００３−３１４２１６号公報等に詳しく記載されているように公知である。図１及び図２を参照して、このバルブタイミング変更機構６０は、カムシャフト１と一体的に回転する従動軸部材（従動回転体）３と、クランクシャフト９２の回転に連動して回転する駆動リング（駆動回転体）５と、これら駆動リング５と従動軸部材３との相対的な回転位相に対応する上記の変換角（組付角）θを変更・操作する組付角操作機構６と、を有している。

従動軸部材３は、内燃機関６１のシリンダヘッド６６に回転自在に支持された吸気弁側のカムシャフト１の前端部（図２中左側端部）にカムボルト２によって一体に結合されている。また従動軸部材３には、カムシャフト１の前端部に突き合わされる基端部に径方向外側に張り出すフランジ壁１４が一体に形成されている。フランジ壁１４の外周部と駆動リング５の後端部との間にはシールリング３４が介装されている。なお、従動軸部材３にはオイル供給孔１３が開口形成されており、この供給孔１３を通して駆動リング５と従動軸部材３との摺動面に潤滑油が供給される。

駆動リング５は、従動軸部材３の外周に回動可能に組み付けられる内側円筒部１０ａと、チェーン（図示せず）を介してクランクシャフト９２に動力伝達可能に連繋されるタイミングスプロケット４（動力伝達部）が設けられた略円筒状の外側円筒部５ａと、内側円筒部１０ａの外周と外側円筒部５ａの内周とに一体的に接続する略円盤状・ドーナツ状の支持部１０と、を有している。支持部１０には、径方向に延びる２本の径方向スリット１１が形成され、この径方向スリット１１が後述する可動案内部１２を案内する径方向ガイドとして機能する。尚、径方向スリットは必ずしも支持部の径方向に正確に沿って形成されている必要はなく、支持部の径方向に略沿うように形成されていてもよい。

組付角操作機構６は、駆動リング５及び従動軸部材３と同軸上に配置され、アクチュエータとしての操作力付与手段８から付与される操作力によって回転駆動される中間回転体７と、駆動リング５と従動軸部材３とを連係する２本のリンク１５と、を備え、リンク１５を介して駆動リング５から従動軸部材３へ回転動力が伝達される。中間回転体７には、周方向位置に沿って径方向長さが円滑に変化する渦巻き溝２４が形成されている。各リンク１５の一端は、ピン１６によって従動軸部材３のフランジ壁１４に揺動可能に支持・連結されている。つまり各リンク１５はピン１６を中心として揺動可能である。

各リンク１５の他端には、径方向スリット１１を通して渦巻き溝２４に係合する可動案内部１２が設けられている。詳しくは、リンク１５の他端には軸方向前方側に突出するボス部１７が一体に形成されている。各ボス部１７は円筒状に形成され、支持部１０の各対応する径方向スリット１１に摺動自在に嵌入されている。各ボス部１７は、支持部１０の径方向スリット１１に係合された状態において、リンク１５を介して従動軸部材３の回転中心から離間した位置に連結されているため、各ボス部１７が外力を受けて径方向スリット１１に沿って変位すると、駆動リング５と従動軸部材３はリンク１５の作用でもって各ボス部１７の変位（作動量）に応じた方向及び角度だけ相対的に回動する。各リンク１５の先端側（他端側）のボス部１７からリンク本体部にかけては前方側（カムシャフト１と逆側）に開口する円形状の保持穴１８が設けられ、この保持穴１８に球１９を保持するためのリテーナ２０の基部と、そのリテーナ２０を前方側に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング２１が収容されている。

従動軸部材３の支持部１０の支持位置よりも前方側には中間回転体７が軸受２３を介して回転可能に支持されている。２条の渦巻き溝２４（渦巻き状ガイド）は、支持部１０の前面に所定隙間をもって対峙する中間回転体７の後部面に、断面半円状に形成されている。各渦巻き溝２４は、周方向位置に応じて径方向長さが円滑に変化するように設定されている。そして、この中間回転体７の各渦巻き溝２４には各ボス部１７に保持された球１９が転動自在に係合されている。ここで、各リンク１５は先端側のボス部１７が支持部１０の径方向スリット１１に案内係合された状態において各球１９が渦巻き溝２４に係合しているため、中間回転体７が駆動リング５に対して相対回動することによって球１９が渦巻き溝２４に案内されて転動すると、各ボス部１７が中間回転体７の相対回動に応じた方向及び量だけ径方向スリット１１に沿って変位する。このように、支持部１０の径方向スリット１１，渦巻き溝２４を有する中間回転体７，可動案内部１２を備えるリンク１５等によって、駆動リング５に対する従動軸部材３の回転位相を変化させる組付角操作機構６が構成されている。

操作力付与手段８は、駆動リング５に一体に結合された円筒ハウジング２５と、そのハウジング２５の内周面に結合された円筒状の永久磁石ブロック２６と、中間回転体７にリテーナプレート２７を介して一体回転可能に結合された同じく円筒状のヨークブロック２８と、非回転部材であるＶＴＣカバー９内にゴム弾性体２９を介して固定設置された電磁コイルブロック３０と、を備えている。電磁コイルブロック３０に設けられる一対の電磁コイル３１ａ，３１ｂは、励磁回路やパルス分配回路等を含む駆動回路（図示せず）に接続される。上記の機関制御部１００は、クランク角、カム角、機関回転数、機関負荷等の各種の入力信号に基づいて、変換角θの目標値ｔθを演算し、この目標値ｔθに応じた制御信号、例えばデューティー比に応じたＯＮ−ＯＦＦ信号を駆動回路に出力する。

永久磁石ブロック２６は、軸方向に延出する磁極が、異磁極が円周方向に沿って交互になるように複数着磁された構成とされている。ヨークブロック２８は、透磁率の高い金属から成る複数の極歯リング（図示省略）を有し、その各極歯リングの複数の極歯が永久磁石ブロック２６の磁極面にエアギャップを介して対峙している。また、電磁コイルブロック３０は電磁コイル３１ａ，３１ｂによる磁気入出部がヨークブロック２８の各極歯リングの円環状の基部にエアギャップを介して対峙している。

この操作力付与手段８は、基本構成はステッピングモータであるが、電磁コイル３１ａ，３１ｂを励磁するＯＮ−ＯＦＦ信号のデューティー比を変化させることにより、ヨークブロック２８の各極歯の磁極が電磁コイルブロック３０と非接触状態のまま連続変化し、それにより、ヨークブロック２８と永久磁石ブロック２６の回転の如何に拘らず両者を所望通りに相対回動させることができる。

機関制御部１００から電磁コイル３１ａ，３１ｂの駆動回路に出力されるＯＮ−ＯＦＦ信号のデューティー比に応じて、電磁コイル３１ａ，３１ｂは磁界を発生し、ヨークブロック２８を中間回転体７と共に駆動リング５に対して所定方向（遅れ側または進み側）に相対回動させる。これにより、各球１９が渦巻き溝２４内を転動しつつそれに対応するボス部１７が径方向スリット１１に沿って外側に変位し、このとき各リンク１５が揺動することによって駆動リング５と従動軸部材３の組付角が変更される。この結果、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相すなわち変換角θが変更される。つまり、操作力付与手段８により中間回転体７を介して駆動される可動案内部１２の変位に応じて、吸気弁の開閉時期に対応する変換角θが連続的に変化する。

図３は作動量Ｓと変換角θとの関係を示している。作動量Ｓは、広義にはアクチュエータ８により駆動される作動体の初期位置からの変位であり、具体的には渦巻き溝２４における可動案内部１２の球１９の初期位置Ｓｍｉｎである一端２４Ａからの変位（角度）に相当する。変換角θは、広義には吸・排気弁の開閉特性に対応する制御量であって、ここでは吸気弁の開閉時期、より具体的にはクランクシャフト９２に対するカムシャフト１の回転位相、さらに具体的には駆動リング５に対する従動軸部材３の初期値である最遅角値θｍｉｎからの変換角度に相当する。従って、変換角θが小さいほど吸気弁の開閉時期が遅角し、大きいほど進角することとなる。変換角θは、可動案内部１２の中心Ｏからの径方向距離ΔＲに比例しており、径方向距離ΔＲが減少するほど変換角θが増加する関係にある。中心Ｏは、従動軸部材３，駆動リング５及び中間回転体７の全てに共通する軸心つまり回転中心である。

なお、可動案内部１２が渦巻き溝２４の一端２４Ａから他端２４Ｂの全長にわたって移動できるように、径方向スリット１１が可動案内部１２の移動範囲よりも余裕をもって大きく形成されている。従って、渦巻き溝２４の全長が作動量Ｓの可動範囲ΔＳａｌｌであり、渦巻き溝２４の両端２４Ａ，２４Ｂが、可動範囲ΔＳａｌｌの両端の限界位置である初期位置Ｓｍｉｎ及び最大作動位置Ｓｍａｘに相当する。これらの限界位置では、球１９が渦巻き溝２４の両端２４Ａ，２４Ｂの端面に突き当てられて、機械的に安定して係止された状態となる。機関停止時のように、電磁コイル３１ａ，３１ｂへ通電されていない状態、つまりＯＮ−ＯＦＦ信号のデューティー比が０（ゼロ）の初期状態では、カムシャフト１に作用する動弁反力等によって可動案内部１２が機械的に係止される最小作動位置である初期位置Ｓｍｉｎに常に保持される。

図３（Ａ）は、作動量Ｓの増加に対して変換角θが単調に増加（変化）する比較例を示しており、図３（Ｂ）は、作動量Ｓの増加に対して、変換角θが減少する減少領域Ａと、変換角θが増加する増加領域Ｂと、の双方が存在する本発明の一例に対応している。この図３（Ｂ）に示すように、渦巻き溝２４には、一端２４Ａから他端２４Ｂへ向かうに従って、径方向長さΔＲが増加する区間と、径方向長さΔＲが減少する区間とが設けられ、増加する区間が減少領域Ａに対応し、減少する区間が増加領域Ｂに対応する。このように渦巻き溝２４の形状を適切に設定することによって、作動量Ｓに応じて変換角θが一義的に変化する機構でありながら、減少領域Ａと増加領域Ｂとを合わせもつ特性を実現することができる。

単調増加特性である比較例では、初期位置Ｓｍｉｎでの変換角θが必然的に最小値θｍｉｎとなる。これに対して、減少領域Ａと増加領域Ｂの双方を併せ持つ構成では、初期位置Ｓｍｉｎでの変換角θを、その限界値θｍｉｎ，θｍａｘを除く中間的な値θγ、つまり機関始動に適した中間的な値θγとすることができる。これにより、上述したように機関始動時に作動体を初期位置から始動用の中間位置に駆動する必要がなく、また、作動体を始動に適した中間位置に保持する中間ロック機構等を用いる必要がないので、始動応答性及び始動安定性を向上しつつ、簡素化，小型化，低コスト化等の実用上多大な効果を奏することができる。

但し、減少領域Ａと増加領域Ｂの双方が重複する変換角の範囲Δθγでは、一つの変換角θに対応する作動量Ｓつまり作動位置が２箇所あるので、実変換角ｒθに基づいてアクチュエータ８を駆動制御する場合に、作動位置を誤認すると作動体が予期せぬ方向に変位するおそれがある。センサ等用いて作動量Ｓを直接的に検知することができれば、このような問題を生じることはないものの、このようなセンサを設けることはレイアウト的に困難であるとともに、構造の複雑化・大型化やコストの増加を招くために、好ましくない。そこで好ましくは後述するように、減少領域Ａか増加領域Ｂのいずれにあるかを判定する。この領域判定結果に基づいて、実変換角ｒθに対応する作動量・作動位置を一義的に特定することにより、実変換角ｒθに基づいてバルブタイミング変更機構６０の動作を良好に制御することが可能となる。

図４〜６を参照して、制御量を強制的に増加させて領域判定を行う手法について説明する。図６は、この制御の流れを簡略的に示すフローチャートである。このルーチンは上記制御部１００の内部記憶装置に記憶され、所定期間毎（例えば所定のカム角毎）に繰り返し実行される。

ステップ（図では「Ｓ」と記す）１１では、後述するステップ１４以降の領域判定処理を行うべき判定許可運転条件であるかを判定する。具体的には、急加速時等のように変換角θの目標値ｔθが変化する制御量変更時には、領域判定処理の実行を禁止して、領域判定処理の実行に伴う変換角の応答遅れを未然に回避する。逆に言えば、変換角θの目標値ｔθが一定である定常的な機関運転条件のときに、ステップ１４以降の領域判定処理を行うようにしている。更に好ましくは、領域判定処理を行った場合、次に変換角の目標値ｔθが変化するまでの間、領域判定処理の実行を禁止する。これによって、過度に領域判定処理が行われることを回避することができる。

ステップ１２では、変換角θの検出値に相当する実変換角ｒθを検知する。実変換角ｒθは、変換角θに対応する検出値であって、上記のカムシャフトポジションセンサ９１及びクランクシャフトポジションセンサ９３の検出信号に基づいて演算される。つまり、実変換角ｒθは、機関回転数の検出や気筒判別等にも用いられる既存のセンサ９１，９３を利用して容易に得られるものである。

ステップ１３では、上記の実変換角ｒθが、所定の第１しきい値θαより大きく、かつ、所定の第２しきい値θβよりも小さい第１判定許可領域Δθαβ（図４参照）に存在するか否かを判定する。実変換角ｒθが第１判定許可領域Δθαβから外れていれば、後述するステップ１４以降の領域判定処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

図４を参照して、第１しきい値θαは、最小値θｍｉｎの近傍の値であって、この最小値θｍｉｎよりもわずかに大きな値とされる。第３しきい値θγは、減少領域Ａと増加領域Ｂとが重複する重複領域Δθγの上限値である。また、第３しきい値θγは、機関始動に適した初期値であって、変換角の可変領域Δθａｌｌの両端の最小値θｍｉｎ及び最大値θｍａｘを除く中間的な値とされている。つまり、作動量Ｓの可変範囲における一端の限界位置である初期位置Ｓｍｉｎのときに、変換角が機関始動に適した中間的な値θγとなるように設定されている。上記の第２しきい値θβは、初期値θβの近傍の値であって、この値θγよりもわずかに小さな値とされる。

変換角の可変領域Δθａｌｌは、変換角が初期値θγより小さく、減少領域Ａと増加領域Ｂとが重複する重複領域Δθγと、変換角が初期値θγより大きく、減少領域Ａと増加領域Ｂとが重複しない領域、つまり増加領域Ｂ（又は減少領域Ａ）のみしか存在しない非重複領域Δθεと、に大別される。重複領域Δθγでは一つの変換角（制御量）に対して２つの作動位置が存在する一方、非重複領域Δθεでは一つの変換角（制御量）に対応する作動位置が一つである。上記の重複領域Δθγには、機関始動用の初期値θγの近傍、より詳しくは変換角が第２しきい値θβから第３しきい値θγまでの領域Δθβγと、最小変曲位置Ｐｍｉｎの近傍、より詳しくは変換角が最小値θｍｉｎから第１しきい値θαまでの領域Δθαと、を含んでいる。

変換角θが上記の領域Δθε，Δθβγ及びΔθαのいずれかにある場合に、ステップ１３の判定が否定され、ステップ１４以降の領域判定処理の実行が禁止される。つまり、変換角に対する作動位置が一つしかない非重複領域Δθεでは、領域判定を行う必要がないので、領域判定処理の作動を禁止している。また、初期位置Ｓｍｉｎの近傍の領域Δθβγでは、後述するように領域判定時の強制的な作動量増加（ステップ１５）の際に、可動案内部１２の球１９が渦巻き溝２４の一端の壁面２４Ａに突き当たって変位不能となることによって、領域判定に悪影響を与えたり打音を生じるおそれがあるので、領域判定処理の実行を禁止している。更に、変曲位置Ｐｍｉｎの近傍の領域Δθαでは、領域判定時の強制的な作動量増加（ステップ１５）の際に、作動量Ｓが変曲位置Ｐｍｉｎを跨いで変化することによって作動量の変化の方向が反転し、誤判定を招くおそれがあるので、領域判定処理の実行を禁止している。

なお、簡素化等の目的で、このステップ１３における判定領域を、第２しきい値βよりも小さい領域Δθβ、第１しきい値θαから第３しきい値θγまでの領域Δθαγ、あるいは上記の重複領域Δθγとしても良く、更にはステップ１３の判定自体を省略しても良い。

ステップ１４ではステップ１２で検知された変換角ｒθを、変位前変換角θ０として記憶する。ステップ１５では、初期位置Ｓｍｉｎからの作動量Ｓを、所定量だけ意図的に増加させる。具体的には、電磁コイル３１ａ，３１ｂの駆動回路への指令信号（ＯＮ−ＯＦＦ信号）のデューティー比を所定量増加する。後述する判定処理では、実制御量ｒθそのものの値ではなく、実制御量の変化の方向によって判定を行うことができるために、ここでの作動量増加分は、機関運転性に悪影響を与えることのない微少な値で良い。

ステップ１５での作動量増加を完了すると、ステップ１６へ進み、上記のステップ１２と同様、実変換角ｒθを検知する。ステップ１７では、ステップ１６で検知した実変換角ｒθを、変位後変換角θ１として記憶する。

ステップ１８では、上記の変位後変換角θ１と変位前変換角θ０とを比較する。図５に示すように、ステップ１５での作動位置の意図的な作動量増加に応じて、減少領域Ａにある場合には実変換角が減少する一方、増加領域Ｂにある場合には実変換角が増加する。従って、変位後変換角θ１が変位前変換角θ０よりも大きく、つまり両者の差（θ１−θ０）が正の値であり、図５の矢印Ｙ２に示すように変換角が増加していれば、ステップ１９へ進み、増加領域Ｂであると判定する。一方、変位後変換角θ１が変位前変換角θ０よりも小さく、つまり両者の差（θ１−θ０）が負の値であり、図５の矢印Ｙ１に示すように変換角が減少していれば、ステップ２０へ進み、減少領域Ａであると判定する。このように、作動量増加に応じた実変換角ｒθの変化が増加方向であるか減少方向であるかによって、減少領域Ａか増加領域Ｂかを容易かつ正確に判定することができる。

ステップ２１では、ステップ１５での増加分、作動量を減少して、作動体を増加前の正規位置へ戻して、この領域判定処理を終了する。なお、ステップ１５での作動量増加分が機関運転性に実質的に影響を与えないような非常に僅かな値である場合には、このステップ２１の処理を省略しても良い。

このような作動量増加を利用した領域判定では、上記作動量増加の際に変曲位置Ｐｍｉｎを跨いで減少領域と増加領域とが切り替わると、誤判定を招くおそれがある。また、機関運転状態に応じた通常の制御時にも、オーバーシュートやアンダーシュートにより変曲位置Ｐｍｉｎを跨いで減少領域と増加領域とが誤って切り替わると、制御性に悪影響を与えるおそれがある。

図７及び図８を参照して、機関始動時から減少領域Ａと増加領域Ｂとが切り替わる回数の積算値Ｎａｌｌを利用して領域判定を行う手法について説明する。図７は、この積算値Ｎａｌｌを利用した領域判定処理の制御の流れを簡略的に示すフローチャートである。このルーチンは上記制御部１００の内部記憶装置に記憶されるとともに、機関始動とともに開始され、かつ、所定の周期・期間毎（例えばカム角で１２０度毎、あるいは１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。

ステップ１では、減少領域Ａと増加領域Ｂとが切り替わったか、つまり減少領域Ａと増加領域Ｂとが切り替わる最小変曲位置Ｐｍｉｎを可動案内部（作動体）１２が通過したかを判定する。変曲位置Ｐｍｉｎでの変換角は最小値θｍｉｎであり、この最小値θｍｉｎに対応する作動位置は一つの変曲位置Ｐｍｉｎしか存在しないので、例えば実変換角ｒθが最小値θｍｉｎとなるかを検出することにより、変曲位置Ｐｍｉｎを通過したかを判定することができる。

変曲位置Ｐｍｉｎを通過したと判定された場合、ステップ２へ進み、機関始動から変曲位置Ｐｍｉｎを通過した回数を表す積算値Ｎａｌｌに１を加算する。この積算値Ｎａｌｌは、例えば機関制御部１００のメモリ内に設けられるカウンタ部に格納され、機関運転中は保持されるとともに機関停止時に「０」にリセット・初期化される。

ステップ３では、積算値Ｎａｌｌが奇数（１，３，５，・・・）であるかを判定する。機関停止状態では、機関停止直前にカムシャフト１に作用する動弁反力等によって作動位置は必ず初期位置Ｓｍｉｎとなり、つまり可動案内部１２が渦巻き溝２４の一端２４Ａに突当てられた状態に保持されている。従って、機関始動からの積算値Ｎａｌｌが奇数であれば作動位置が増加領域Ｂにあり、積算値が０を含めた偶数（０，２，４，・・・）であれば、作動位置が減少領域Ａに存在することとなる。従って、ステップ３で奇数と判定されれば増加領域Ｂと判定し（ステップ４）、偶数と判定されれば減少領域Ａと判定し（ステップ５）、この領域判定処理を終了する。

カムシャフトポジションセンサ９１を利用した実変換角ｔθの検知は、所定周期・期間（例えばカム角で１２０度毎）に行われるために、更新までに時間差がある。従って、上述したように実変換角ｔθに基づいて変曲位置Ｐｍｉｎを通過したかを判定する場合、変換角の作動状況によっては、実際には変曲位置Ｐｍｉｎを通過しても、この通過を検出できないおそれがある。

そこで、減少領域Ａと増加領域Ｂとが切り替わる変曲位置Ｐｍｉｎに、作動量Ｓの変化に対する制御量θの変化が緩慢である不感帯Ｃを設ける。図９を参照して、破線Ｌ１は不感帯のない参考例に係る作動量−変換角の特性を示し、実線Ｌ２は、本発明の一実施例に係る不感帯Ｃを設けた作動量−変換角の特性を示している。この不感帯Ｃにおける変換角θの変化幅は、オーバーシュートやアンダーシュートの許容幅（例えば６°ＣＡ）以下の範囲に制限されている。また、不感体Ｃにおける作動量の幅（渦巻き溝２４の角度）は、定常時や過度時の偏差量や、カムシャフトポジションセンサ９１の検出周期や、機関回転数が低いときのバルブタイミング変更機構６０の変換速度等に応じて設定される。例えば、実変換角ｒθの検出周期がカム角で１２０度毎であり、機関回転数が最も低いアイドル回転が５００ｒｐｍの場合、このアイドル状態では、検出間隔が０．０８秒となり、このときのバルブタイミング変更機構６０の作動速度がカム角で１００度／秒であるとすれば、不感帯Ｃの作動量の幅としては、カム角で４度以上に相当する値に設定すれば良い。

次に、上記実施例より把握し得る特徴的な構成及びその作用効果について説明する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。

（１）作動体（可動案内部１２）を駆動するアクチュエータ（操作力付与手段）８と、上記作動体の初期位置Ｓｍｉｎからの作動量Ｓに応じて、吸気弁６８又は排気弁７０の開閉特性に関連する制御量（変換角）θを変更する可変動弁機構（バルブタイミング変更機構）６０と、上記制御量θに対応する実制御量ｒθを検出する制御量検出手段（カムシャフトポジションセンサ９１，クランクシャフトポジションセンサ９３）と、を有し、この実制御量ｒθに基づいてアクチュエータ８の動作を機関運転状態に応じて制御可能である。例えば、機関制御部１００によって、機関負荷や機関回転数等に基づいて制御量θの目標値ｔθを演算し、この目標値ｔθと実制御量ｒθとの偏差に基づくフィードバック制御が行われる。

また、作動量Ｓの増加に対して制御量θが減少する減少領域Ａと、制御量が増加する増加領域Ｂと、が設けられる。つまり、本発明に係る可変動弁機構６０では、作動量Ｓに応じて変換角θが一義的に変化する機構でありながら、作動量Ｓの変化に対する制御量θの変化が単調ではなく、減少領域Ａと増加領域Ｂの双方が存在する特性を実現可能である。従って、初期位置Ｓｍｉｎでの制御量θを機関始動に適した中間的な値θγとすることでき、中間ロック機構等を敢えて必要としない簡素・安価な構成で、始動応答性や始動安定性等の機関始動性能を著しく向上することができる。

そして、減少領域Ａと増加領域Ｂとが切り替わる変曲位置Ｐｍｉｎに、作動量Ｓの変化に対する制御量θの変化が緩慢である不感帯Ｃを設けている。このような不感帯Ｃを設定することにより、作動体Ｓが誤って増加領域Ａと減少領域Ｂとで切り替わることを低減・回避できるため、制御の信頼性・安定性が向上するとともに、例えば変曲位置Ｐｍｉｎの通過回数に基づいて領域判定を行う場合に、その判定精度を著しく向上することができる。

（２）好ましくは、初期位置Ｓｍｉｎでの制御量が機関始動に適した中間的な値θγとされる。この場合、初期位置Ｓｍｉｎから制御量が最小値θｍｉｎとなる最小変曲位置Ｐｍｉｎまでの区間が減少領域Ａとなる。

（３）減少領域Ａであるか増加領域Ｂであるかの判定は、例えば図４〜６に示すように実制御量ｒθに基づいて行うことができる。

（４）あるいは、図７及び図８に示すように、減少領域Ａと増加領域Ｂとが切り替わる回数を機関始動時から積算し、この積算値Ｎａｌｌに基づいて、減少領域Ａであるか増加領域Ｂであるかを容易に判定することも可能である。

（５）減少領域Ａと増加領域Ｂとを併せ持つ可変動弁機構の好ましい一例が、上述したように、吸気弁又は排気弁の開閉時期を変更する渦巻き式のバルブタイミング変更機構６０である。このバルブタイミング変更機構６０は、内燃機関６１のクランクシャフト９２に連動して回転する駆動回転体（駆動リング）５と、吸気弁又は排気弁を駆動するためのカムシャフト１と連動して回転する従動回転体（従動軸部材）３と、周方向位置に応じて径方向長さが異なる渦巻きガイド２４が形成され、アクチュエータ８によって回転方向に駆動される中間回転体７と、一端が駆動回転体５又は従動回転体３の一方に揺動可能に支持されたリンク１５と、を有している。このリンク１５の他方には、駆動回転体５又は従動回転体３の他方に形成された径方向に延びる径方向ガイド１１と上記渦巻きガイド２４の双方に変位可能に係合する可動案内部１２が設けられる。上記作動量Ｓは、渦巻きガイド２４の一端２４Ａからの可動案内部１４の変位に相当し、上記変換角θは、駆動回転体５に対する従動回転体３の相対的な変換角度に相当する。

このような渦巻きガイド式のバルブタイミング変更機構６０では、渦巻きガイド２４の形状を適切に設定することによって、作動量Ｓの変化に対する制御量θの変化の特性を、上記減少区間Ａと増加区間Ｂの双方を備えるものとすることができる。

（６）具体的には、渦巻きガイド２４に対し、周方向一端２４Ａから他端２４Ｂへ向かうに従って、径方向長さΔＲが増加する区間と、径方向長さΔＲが減少する区間と、を設ければ良い。一方の区間が減少領域Ａに、他方の区間が増加領域Ｂに対応する。

本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の一例を簡略的に示すシステム構成図。 本発明に係る可変動弁機構の一例としての渦巻きガイド式バルブタイミング変更機構を示す断面図。 （Ａ）が変換角が単調増加する比較例、（Ｂ）が減少領域と増加領域とを合わせ持つ実施例に係り、上段が作動量と変換角の関係を示す特性図、下段が上記バルブタイミング変更機構の要部を示す構成図。 作動量と変換角の関係を示す説明図。 作動量の変化に対する変換角の変化の方向を示す説明図。 作動量増加による領域判定での制御の流れを示すフローチャート。 積算値を利用した領域判定処理の制御の流れを簡略的に示すフローチャート。 （Ａ）が接触型センサを渦巻き溝に、（Ｂ）が径方向スリットに配置した説明図。 本発明の一実施例に係る不感帯を設けた場合の作動量と変換角との関係を示す特性図。

符号の説明

１…カムシャフト
３…従動軸部材（従動回転体）
５…駆動リング（駆動回転体）
７…中間回転体
８…操作力付与手段（アクチュエータ）
１１…径方向スリット（径方向ガイド）
１２…可動案内部（作動体）
２４…渦巻き溝（渦巻きガイド）
６０…バルブタイミング変更機構（可変動弁機構）
１００…機関制御部

Claims (6)

1. 作動体を駆動するアクチュエータと、上記作動体の初期位置からの作動量に応じて、吸気弁又は排気弁の開閉特性に関連する制御量を変更する可変動弁機構と、上記制御量に対応する実制御量を検出する制御量検出手段と、を有し、この実制御量に基づいてアクチュエータの動作を機関運転状態に応じて制御可能な内燃機関の可変動弁装置であって、
   上記作動量の増加に対して制御量が減少する減少領域と、上記作動量の増加に対して制御量が増加する増加領域と、が設けられ、
   上記減少領域と増加領域とが切り替わる変曲位置に、上記作動量の変化に対する制御量の変化が緩慢である不感帯を設けたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 上記減少領域が、作動体の可変範囲の中で、初期位置から制御量が最小となる最小変曲位置までの区間に相当する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。
3. 上記実制御量に基づいて、減少領域であるか増加領域であるかを判定する領域判定手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 上記減少領域と増加領域とが切り替わる回数を機関始動時から積算し、この積算値に基づいて、上記減少領域であるか増加領域であるかを判定する領域判定手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 上記可変動弁機構が吸気弁又は排気弁の開閉時期を変更するバルブタイミング変更機構であって、
   このバルブタイミング変更機構は、
   内燃機関のクランクシャフトに連動して回転する駆動回転体と、
   吸気弁又は排気弁を駆動するためのカムシャフトと連動して回転する従動回転体と、
   周方向位置に応じて径方向長さが異なる渦巻きガイドが形成され、上記アクチュエータによって回転方向に駆動される中間回転体と、
   一端が駆動回転体又は従動回転体の一方に揺動可能に支持されたリンクと、
   このリンクの他端に設けられ、上記駆動回転体又は従動回転体の他方に形成された径方向に延びる径方向ガイドと上記渦巻きガイドの双方に変位可能に係合する可動案内部と、を有し
   上記作動量が、上記渦巻きガイドの一端からの可動案内部の変位に対応することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 上記渦巻きガイドには、周方向一端から他端へ向かうに従って、径方向長さが増加する区間と、径方向長さが減少する区間と、が設けられることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
   

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