JP4484337B2

JP4484337B2 - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP4484337B2
Application number: JP2000239235A
Authority: JP
Inventors: 常靖野原; 孝伸杉山; 直樹岡本; 信中村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: JP2002054466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸気弁あるいは排気弁（両者を総称して吸排気弁と記す）のバルブリフト特性を機関運転条件に応じて変更することができる可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関低回転低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高回転高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸排気弁の作動角や開閉時期を変更可能な可変動弁装置が従来から種々提案されている。
【０００３】
その一例として、例えば特開平８−１７７４３４号公報には、吸気弁を駆動するカムを低速型カムと高速型カムとに切り換えることにより、吸気弁の作動角を２段に切り替えるバルブリフト調整機構（作動角変更機構）と、クランクシャフトに同期するカムプーリとカムシャフトとを相対回転させることにより、クランクシャフトに対する吸気弁の開閉時期の位相（作動角の中心位相）を調整するバルブタイミング調整機構（位相変更機構）と、を備えた可変動弁装置が開示されている。そして、高速域では主に高速カムを使用することにより出力を確保し、低速低負荷域では低速カムを使用するとともに吸気弁の開閉時期の位相を相対的に早めることにより、ポンピングロスの低減化が図られている。
【０００４】
また、吸気弁が万が一にも互いに干渉したりピストンと干渉することのないように、上記バルブリフト調整機構及びバルブタイミング調整機構の故障を検出するセンサ等の故障検出手段と、この故障検出手段の異常を検出する手段とを設け、このような故障又は異常を検知した時に、バルブリフト調整機構を低リフト側、バルブタイミング調整機構を遅角側へ固定させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この公報の装置では、何らかの故障や異常が検出された時には、吸気弁の作動角が最小作動角に固定されるとともに、その開閉時期の位相が遅角側に固定されてしまい、機関運転状態に応じてバルブリフト特性を切り換えることができない。従って、異常時には、たとえ機関負荷や機関回転数が上昇しても、吸気弁の作動角が最小作動角に固定されているため、高出力を得ることが困難である。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、吸排気弁の実作動角を検出する実作動角検出手段が異常と判定された異常時においても、吸排気弁の作動角及び作動角の中心位相を機関運転状態に応じて適宜に変更し得る新規な内燃機関の可変動弁装置を提供することを一つの目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、吸排気弁の作動角を最小作動角から最大作動角の範囲で変更可能な作動角変更機構と、クランクシャフトに対する上記作動角の中心位相を変更可能な位相変更機構と、上記吸排気弁の実作動角を検出する実作動角検出手段と、上記実作動角検出手段の正常もしくは異常を判定する異常判定手段と、上記作動角変更機構及び位相変更機構を制御する制御手段と、を有している。
【０００８】
そして、この制御手段は、上記実作動角検出手段が正常と判定される正常時には、最大作動角，最小作動角及び１つ以上の中間作動角の中から機関運転状態に応じた目標作動角を設定し、上記実作動角に基づいて吸排気弁の作動角を上記目標作動角へフィードバック制御し、上記実作動角検出手段が異常と判定される異常時には、機関運転状態に応じて上記最大作動角又は最小作動角のいずれか一方を目標作動角に設定し、この目標作動角へ吸排気弁の作動角をオープンループ制御するとともに、この異常時の目標作動角に基づいて上記中心位相を制御することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、上記作動角変更機構及び位相変更機構の双方が共通の油圧源から供給される作動油圧に応じてそれぞれ駆動されるようになっており、上記異常時に目標作動角が最大作動角に設定されたとき、上記油圧源から位相変更機構へ供給される作動油圧の上昇を禁止することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、上記異常時に目標作動角を最小作動角とする運転領域における最大機関回転数が、上記正常時に目標作動角を最小作動角とする運転領域における最大機関回転数よりも低く設定されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に係る発明は、上記異常時には、上記目標作動角を最小作動角又は最大作動角へ切り換える機関回転数を、作動油の温度上昇に伴い高回転化することを特徴としている。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、実作動角検出手段の異常時でも、機関運転状態に応じて吸気弁の作動角を最小作動角又は最大作動角に切り換えることができる。このため、例えば吸気弁側に適用した場合、機関低回転低負荷時等には最小作動角を選択して燃費の改善や安定した運転性を図るとともに、高回転高負荷時等では最大作動角を選択して、吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保することができる。
【００１３】
また、異常時には、この異常時に設定された目標作動角に応じて中心位相が制御され、つまり正常時とは異なる形で位相制御が行われるため、異常時にも適切な位相制御を行うことができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、作動角変更機構及び位相変更機構の双方が共通の油圧源により駆動されるため、構成の簡素化を図ることができる。また、異常時の目標作動角が最大作動角に設定されたときに、油圧源から位相変更機構へ供給される作動油圧の上昇が禁止されるため、油圧源から作動角変更機構へ供給される油圧の変動や低下が抑制され、吸排気弁の作動角を安定して最大作動角に保持することができ、所望の出力を安定して確保することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、実作動角検出手段の異常時には、正常時よりも広い機関回転域で最大作動角が選択されることとなり、十分な出力を確保することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、異常時に作動油の温度上昇に応じて適切に目標作動角を設定することができる。つまり、作動油温度が比較的高いときには、最小作動角と最大作動角との切り換えを行う機関回転数が高回転化されるため、最小作動角を選択する機関回転域が実質的に拡大される形となり、機関安定性が確保される。一方、作動油温度が比較的低いときには、目標作動角の切り換えを行う機関回転数が相対的に低くなり、最大作動角を選択する機関回転数域が実質的に拡大される形となって、幅広い機関回転域で高い出力を確保できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、吸気弁１２側のみに作動角変更機構１０及び位相変更機構７０を適用した可変動弁装置の第１実施例を示している。
【００１９】
先ず、図１〜３を参照して作動角変更機構１０について説明する。各気筒には一対の吸気弁１２が配設され、各吸気弁１２の上部にはバルブリフタ１９が配設されている。これらのバルブリフタ１９の上方には、内部に潤滑油路が形成された中空状の駆動軸１３が気筒列方向に延在している。この駆動軸１３は、後述する位相変更機構７０を介してクランクシャフトから回転動力が伝達されて回転駆動される。この駆動軸１３には、各気筒毎に揺動カム２０が揺動可能に外嵌されている。各揺動カム２０には、各気筒の一対のバルブリフタ１９の上面にそれぞれ当接する一対のカム２０Ａを有しており、この揺動カム２０が揺動することにより、カム２０Ａ及びバルブリフタ１９を介して吸気弁１２が昇降（開閉）するように構成されている。
【００２０】
そして、これらの駆動軸１３と各揺動カム２０との間に、作動角変更機構１０が設けられている。すなわち、この作動角変更機構１０は、駆動軸１３の外周に偏心して設けられ、この駆動軸１３と一体的に回転する偏心カム１５と、この偏心カム１５の外周に相対回転可能に外嵌する大径部２５ａを有するリング状リンク２５と、駆動軸１３と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸１６と、この制御軸１６の外周に偏心して設けられ、この制御軸１６と一体的に回転する制御カム１７と、この制御カム１７の外周に相対回転可能に外嵌する基部１８ａを有するとともに、一端部１８ｂがリング状リンク２５の小径部２５ｂにピン２１を介して相対回転可能に連結されたロッカアーム１８と、このロッカアーム１８の他端部１８ｃに上端部２６ａがピン２８を介して相対回転可能に連結されるとともに、下端部２６ｂが揺動カム２０の一方のカム２０Ａとピン２９を介して相対回転可能に連結されたロッド状リンク２６と、を有している。
【００２１】
偏心カム１５の軸心Ｘは駆動軸１３の軸心Ｙに対して所定量βだけ偏心しており、制御カム１７の軸心Ｐ１は制御軸１６の軸心Ｐ２に対して所定量αだけ偏心している。揺動カム２０のジャーナル部２０Ｂは、シリンダヘッド１１とメイン軸受ブラケット１４ａとの間に回転可能に支持されており、制御軸１６は、メイン軸受ブラケット１４ａとサブ軸受ブラケット１４ｂとの間に回転可能に支持されている。これらの軸受ブラケット１４（１４ａ，１４ｂ）は、主に簡素化の目的で同じ取付ボルト１４ｃによりシリンダヘッド１１側へ締結固定されている。
【００２２】
制御軸１６は、図１に示す駆動源としてのモータ５１により回転駆動されるとともに所定の回転位置に保持される。この実施例では、図１に示すように、モータ５１の出力軸５１ａに設けられたウォーム５２が、制御軸１６の一端に同軸状に固定されたウォームホイール５０に直接的に噛合する簡素な構造となっている。
【００２３】
このような構成により、クランクシャフトに連動して駆動軸１３が回転すると、偏心カム１５を介してリング状リンク２６がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム１８が制御カム１７の軸心Ｐ１周りに揺動し、ロッド状リンク２６を介して揺動カム２０が揺動して吸気弁１２を昇降させる。
【００２４】
また、制御軸１６の回転角度を変化させることにより、ロッド状リンク２６の揺動中心となる制御カム１７の軸心Ｐ１の位置が変化して揺動カム２０の姿勢が変化する。これにより、駆動軸１３に対する吸気弁１２の作動角の中心位相（開閉時期の位相）が略一定のままで、吸気弁１２の作動角（吸気弁の開閉期間）及びバルブリフト量が連続的に変化する。
【００２５】
このような作動角変更機構１０は、偏心カム１５の軸受部分２５ｃや制御カム１７の軸受部分１７ａの他、各ピンの軸受部分２５ｄ，２６ｃ，２６ｄ等が面接触となっているため、潤滑が行い易く、耐久性，信頼性に優れているとともに、作動角を変更させる際の抵抗も低く抑制される。また、吸気弁１２を駆動する揺動カム（カム２０Ａ）が駆動軸１３と同軸上に配置されているため、例えば駆動用のカムを駆動軸とは異なる別の支軸で支持するような構成に比して、制御精度に優れているとともに、装置自体がコンパクトなものとなり、車両搭載性が良い。更に言えば、ロッド状リンク２６がほぼ上下方向に向けて配置されているため、機関側方（図１の左右方向）への張出量が抑制されている。
【００２６】
次に、位相変更機構７０について図４を参照して説明する。カムプーリ７１は、図示せぬタイミングベルトを介してクランクシャフトからの回転力が伝達される。このカムプーリ７１と駆動軸１３との間に位相変更機構７０が設けられる。この位相変更機構７０は、運転条件に応じて両者７１，１３の位相を変化させることにより、クランクシャフトに対する吸気弁１２の作動角の中心位相（開閉時期の位相）を変化させるようになっている。
【００２７】
具体的に説明すると、駆動軸１３の端部には筒形のインナハウジング６５がボルト６４を介して固定されている。また、インナハウジング６５の外周に回転可能に嵌合する筒形のアウタハウジング６３が設けられており、このアウタハウジング６３にカムプーリ７１が一体形成されている。
【００２８】
インナハウジング６５とアウタハウジング６３との間には、リング状のヘリカルギア７３が介装されている。ヘリカルギア７３は、内外周にヘリカルスプラインがそれぞれ形成されており、各ヘリカルスプラインがインナハウジング６５の外周とアウタハウジング６３の内周とに噛合している。従って、ヘリカルギア７３が軸方向に移動すると、アウタハウジング６３に対してインナハウジング６５が相対回転し、カムプーリ７１に対する駆動軸１３の位相が変化する。
【００２９】
ヘリカルギア７３の一端側には油圧室７５が画成されている。油圧室７５に導かれる作動油圧が所定値を越えて上昇すると、ヘリカルギア７３が初期位置からリターンスプリング７４に抗して軸方向一側（図４の右側）へ移動し、カムプーリ７１に対して駆動軸１３が吸気弁１２の開閉時期を進角させる方向へ回転するようになっている。
【００３０】
すなわち、ヘリカルギア７３が初期位置にあるときは、クランクシャフトに対する吸気弁１２の作動角の中心位相が最遅角位相となり、ヘリカルギア７３が最大に変位したときは、最進角位相となるように設定されている。
【００３１】
油圧室７５には、駆動軸１３やシリンダヘッド１１に形成された油路７８ａ，７８ｂ等を介して、駆動源としてのオイルポンプ８０からの吐出油圧が導入される。
【００３２】
そして、この作動油圧を適宜に開放するために、シリンダヘッド１１の油路７８ｂの途中に、エンジン運転条件に応じて開閉制御される油圧制御弁７９が設けられている。この油圧制御弁７９は、非通電時に油路７８ｂを閉として油圧室７５に導かれる油圧を低下させ、通電時には油路７８ｂを開として油圧室７５に導かれる油圧を高めるもので、２位置切換型のスイッチと言い換えることもできる。
【００３３】
これらの作動角変更機構１０と位相変更機構７０を制御する制御手段として、モータ５１及び油圧制御弁７９を制御するコントロールユニット５４が設けられている。
【００３４】
コントロールユニット５４は、各種エンジン制御処理を記憶，処理するメモリ，ＣＰＵ等を備えており、エンジン回転信号、エンジン負荷信号をはじめ、冷却水温信号、作動油の温度信号等が入力され、これらの検出値に基づいて、エンジントルクの急激な変動を抑えつつ、バルブリフト特性の調整を円滑に行うようになっている。
【００３５】
また、図５，６にも示すように、上記の作動角変更機構１０には、制御軸１６の角度を検出するポテンショメータ５３が設けられている。このポテンショメータ５３は、シリンダヘッド１１に固定されたブラケット５５に支持されており、制御軸１６、より詳しくは制御軸１６と一体的に回転するポテンショメータ用ピン５３ａの回転角度を検出し、その検出信号をコントロールユニット５４へ出力する。
【００３６】
図７（ａ）に示すように、ポテンショメータ５３の出力値に対し、制御軸１６の回転角度は一つの値をとる。また、図７（ｂ）に示すように、制御軸１６の回転角度に対し吸気弁１２の作動角は一つの値をとる。従って、ポテンショメータ５３の出力値に対して吸気弁１２の実作動角が一義的に決定される。つまり、このポテンショメータ５３が、吸気弁１２の実作動角（実際の作動角）を検出する実作動角検出手段の一部を構成している。
【００３７】
なお、実作動角検出手段として、例えば吸気弁１２のバルブリフト量を直接検出したり、油圧室７５への供給油圧を検出し、この出力値に基づいて実作動角を間接的に検出しても良い。
【００３８】
図８は、コントロールユニット５４により実行されるフローチャートであり、両機構１０，７０による吸気弁１２の作動角，位相制御の流れを示している。
【００３９】
まず、Ｓ（ステップ）１１では、各種センサよりエンジン回転数，吸入空気量，及び実作動角に対応する制御軸１６の角度等が読み込まれる。続くＳ１２では、実作動角検出手段としてのポテンショメータ５３が正常であるか異常であるかが判定される（異常判定手段）。
【００４０】
このＳ１２における正常，異常の判定について詳述すると、図５，６に示すように、制御軸１６の後部外周には回転角度規制用ピン５６が固定されており、この回転角度規制用ピン５６は、ブラケット５５に設けられた一対のストッパ５７の間を移動するようになっている。つまり、これらの回転角度規制用ピン５６及び一対のストッパ５７により、制御軸１６の回転可能角度範囲が最小作動角から最大作動角までの制御範囲Δθ１に規制されている。このように制御軸１６の回転範囲Δθ１が規制されているため、図７に示すように、ポテンショメータ５３が正常であれば、その出力値がメータ自体の出力可能範囲ΔＨ２よりも狭い所定の出力範囲ΔＨ１に規制される。
【００４１】
従って、上記のＳ１２では、ポテンショメータ５３の出力値が正常時の出力範囲ΔＨ１内にある場合には正常と判定され、この範囲ΔＨ１から外れている場合には異常と判定される。
【００４２】
正常と判定された場合（正常時）にはＳ１３へ進み、Ｓ１１で検出される機関回転数及び機関負荷（トルク）に基づいて、正常時用の作動角マップＡ１を参照することにより、目標作動角を設定する。この正常時用の作動角マップＡ１には、図９の実線ａ１で示す境界線によって、最小作動角及び最大作動角の他、複数（この実施例では７つ）の中間作動角に対応する領域が設けられている。つまり、運転状態に応じて目標作動角がきめ細かく複数段（この実施例では９段）に切り換えられるようになっている。
【００４３】
Ｓ１４では、検出された実作動角に基づいて、吸気弁１２の作動角がＳ１３で設定された目標作動角となるようにフィードバック制御される。具体的には、目標作動角に対する実作動角のずれ量に基づいて、モータ５１へ出力される駆動パルスのデューティー比が制御される。
【００４４】
次にＳ１５では、機関回転数，機関負荷及び実作動角（又は正常時の目標作動角）に基づいて、所定の正常時用の位相マップＡ２（図示省略）を参照することにより、クランクシャフトに対する作動角の中心位相の目標位相を決定する。この実施例では、中心位相が最進角位相と最遅角位相の２位置に切り換えられる構成となっているため、目標位相は最進角位相又は最遅角位相のいずれかに設定される。このようにして設定された目標位相に基づいて、Ｓ１６では、位相変更用の切換スイッチである油圧制御弁７９のソレノイドのＯＮ／ＯＦＦを決定する。
【００４５】
一方、Ｓ１２でポテンショメータ５３が異常と判断された場合（異常時）、Ｓ１７へ進み、機関回転数及び機関負荷に基づいて、正常時とは異なる作動角マップＢ１を参照することにより、異常時の目標作動角を設定する。この作動角マップＢ１には、図９の破線ｂ１によって、最小作動角と最大作動角の２つの領域が設定されている。従って、異常時には最小作動角又は最大作動角のいずれか一方が目標作動角として設定される。
【００４６】
このようにして設定された目標作動角へ吸気弁の作動角をオープンループ制御する。この点について詳述すると、ポテンショメータ５３の異常時には、実作動角が検出されず、正常時のようにフィードバック制御を行うことはできない。しかしながら、回転角度規制用ピン５６やストッパ５７により制御軸１６の回転可能角度が最小作動角から最大作動角の範囲Δθ１に規制されているため、制御軸１６を駆動する方向を変えることにより、吸気弁１２の作動角を最小作動角又は最大作動角のいずれかに保持することは可能である。つまり本実施例では、異常時でも機関運転状態に応じて作動角を最小作動角又は最大作動角に切換制御することを一つとの特徴としている。
【００４７】
続くＳ１８では、機関回転数，機関負荷の他、Ｓ１７で設定される異常時の目標作動角に基づいて、正常時とは異なる異常時用の位相マップＢ２（図示省略）を参照することにより、作動角の中心位相の目標位相を決定する。Ｓ１９では、この目標位相に応じて、位相変更機構７０を作動させるか否かを判定し、その結果に応じて、位相変更用の油圧制御弁７９のソレノイドのＯＮ／ＯＦＦを決定する。
【００４８】
以上の説明のように、実作動角検出手段としてのポテンショメータ５３が異常と判定された場合においても、オープンループ制御により作動角を最大作動角又は最小作動角の２値に切換制御しているため、異常時においても機関運転状態に応じた適切な作動角特性を得ることができる。つまり、異常時においても、始動時やアイドル時等の低回転域では、最小作動角を選択して、始動性及びアイドル安定性を確保しつつ、中，高速回転域では最大作動角を選択することにより、機関出力の向上を図ることができる。
【００４９】
また、このような異常時には、位相変更機構７０による中心位相の目標位相を、正常時とは異なる異常時用の位相マップ及び異常時における目標作動角に基づいて設定することにより、正常時とは独立して適切な位相制御を行うことができる。
【００５０】
図１０は、第２実施例に係る作動角変更機構１０の駆動部の構成を示している。第１実施例との差異のみについて説明すると、上述した第１実施例ではモータ５１を用いて制御軸１６を電気的に駆動制御しているが、この第２実施例では、油圧アクチュエータ１０１が作動油の供給油圧に応じて制御軸１６を駆動し、この油圧アクチュエータ１０１への供給油圧を油圧制御弁１０７によりデューティー制御する構成としている。
【００５１】
油圧アクチュエータ１０１は、シリンダヘッド１１（図３）に取り付けられた油圧シリンダ１０３と、この油圧シリンダ１０３に進退可能に配設された油圧ピストン１０４と、を有している。
【００５２】
油圧ピストン１０４の先端部には径方向に突出するピン１０５が設けられ、このピン１０５は、制御軸１６の後端に同軸状に固定されたコントロールプレート１０２のスリット１０２ａに摺動可能に嵌合している。また、油圧シリンダ１０３の内部に収容される油圧ピストン１０４の受圧部１０４ａの前後には、それぞれ第１油圧室１０３ａと第２油圧室１０３ｂとが液密に画成されており、これらの油圧室１０３ａ，１０３ｂの油圧に応じて油圧ピストン１０４が移動し、制御軸１６の回転角度が調整される。
【００５３】
各油圧室１０３ａ，１０３ｂの油圧の調整は油圧制御弁１０７によって行われる。すなわち、油圧制御弁１０７は、コントロールユニット５４から出力されるデューティー比に応じた駆動パルス信号によりＯＮ−ＯＦＦ駆動（デューティ制御）されて、上記の油圧室１０３ａ，１０３ｂを選択的に開閉するもので、これによりピストン１０４の停止位置が切り換えられる。
【００５４】
詳しくは、この油圧制御弁１０７は、筒状のスリーブ１０８内を往復移動するスプール１０９と、コントロールユニット５４からの信号に応じてスプール１０９を駆動制御するソレノイド１１０と、を有している。スリーブ１０８には、各油圧室１０３ａ，１０３ｂへ連なる第１油圧供給油路１０６ａ，第２油圧供給油路１０６ｂのポート部と、上記のオイルポンプ８０へ連なる油圧導入油路１０６ｃのポート部と、オイルパン（図示省略）へ連なるドレン油路１０６ｄ，１０６ｅのポート部と、が形成されており、これらのポート部がスプール１０９の位置に応じて選択的に開閉される。
【００５５】
スプール１０９が図１０の最も左側に保持されている状態では、第１油圧供給油路１０６ａと油圧導入路１０６ｃとが連通して第１油圧室１０３ａへ油圧が供給されるとともに、第２油圧供給油路１０６ｂとドレン油路１０６ｅとが連通して第２油圧室１０３ｂ内の油圧が低下する。この結果、油圧ピストン１０４は図１０の右方向へ押圧される。
【００５６】
一方、スプール１０９が図１０の最も右側に保持されている状態（図１０の状態）では、第２油圧供給油路１０６ｂと油圧導入路１０６ｃとが連通して第２油圧室１０３ｂへ油圧が供給されるとともに、第１油圧供給油路１０６ａとドレン油路１０６ｄとが連通して第１油圧室１０３ａ内の油圧が低下する。この結果、油圧ピストン１０４は図１０の左方向へ押圧される。
【００５７】
更に、デューティー比を中間値（例えば５０％）としてスプール１０９を中間位置に保持することにより、油圧供給油路１０６ａ，１０６ｂの双方のポート部が閉塞される。これにより、油圧室１０３ａ，１０３ｂ内の油圧が保持され、油圧ピストン１０４がその位置に保持される。
【００５８】
このように、油圧ピストン１０４を任意の位置に移動，保持することができるため、上記第１実施例のように電気的に制御する場合と同様、吸気弁の作動角を所定の制御範囲内で多段階に設定可能である。
【００５９】
また、位相変更機構７０と作動角変更機構１０とが共通の油圧源であるオイルポンプ８０により駆動されるため、第１実施例のように別々の駆動源により駆動する場合に比して、構成の簡素化を図ることができる。
【００６０】
なお、この実施例では、作動角変更用の油圧制御弁１０７のソレノイド１１０をＯＦＦとしている初期状態（デューティー比が０％の状態）では、吸気弁の作動角が最小作動角となるように設定されている。
【００６１】
また、第１実施例と同じように、実作動角検出手段としてポテンショメータ５３を用いている。
【００６２】
更に、この第２実施例では、位相変更機構７０用の油圧制御弁７９’も、作動角変更機構１０用の油圧制御弁１０７と同様に、デューティーソレノイド（１１０）を用いた構成とし、かつ、油圧アクチュエータとしてのヘリカルギア７３の前後に油圧室７５，７６（図４）を画成し、これらの油圧室７５，７６へ供給される油圧を油圧制御弁７９’によってデューティ制御する構成としている。そして、吸気弁の作動角の中心位相の目標位相を、中間位相を含む３つ以上の値の中から選択するように設定されており、よりきめ細かい位相制御を行うことができる。
【００６３】
次に、図１１のフローチャートを参照して、この第２実施例に係る制御の流れを説明する。なお、図８のフローチャートと同様の処理については重複する説明を適宜省略する。
【００６４】
まず、Ｓ２１では、エンジン回転数，吸入空気量，及び実作動角（≒制御軸角度）等の機関運転状態が取り込まれる。次にＳ２２では、実作動角に基づいて、実作動角検出手段としてのポテンショメータ５３が正常か異常かを判断する。
【００６５】
正常と判定された場合、Ｓ２３へ進み、機関運転状態に応じて正常時用の作動角マップＡ１’（図９）を参照して、目標作動角を決定する。Ｓ２４では、実作動角に基づいて吸気弁の作動角を目標作動角へフィードバック制御する。つまり、目標作動角と実作動角とのずれ量に基づいて、作動角変更用の油圧制御弁１０７のソレノイド１１０へ出力される駆動パルスのデューティー比を決定する。
【００６６】
次に、Ｓ２５では、機関運転状態に基づいて正常時用の位相マップＡ２’（図示省略）を参照し、作動角中心位相の目標位相を決定する。続くＳ２６では、位相変更用の油圧制御弁７９’のソレノイドへ出力される駆動パルスのデューティー比を決定する。このデューティー比に応じて、油圧制御弁７９’が駆動制御され、位相変更機構７０による作動角中心位相が制御される。
【００６７】
Ｓ２２でポテンショメータ５３が異常と判断された場合、Ｓ２７へ進み、正常時とは異なる異常時用の作動角マップＢ１’（図９）を参照して、目標作動角を決定する。つまり、このようなポテンショメータ５３の異常時には、実作動角に基づいてフィードバック制御を行うことはできないが、制御軸１６を回転駆動する油圧ピストン１０４の移動範囲が規制されているため、油圧ピストン１０４の駆動方向を切り換えることにより、作動角を最小作動角又は最大作動角のいずれかに保持することは可能である。つまり、オープンループ制御により最小作動角又は最大作動角のいずれかに切り換えることは可能である。そこで、このＳ２７では、機関運転条件に応じて最大作動角か最小作動角かを目標作動角として選択するようになっている。
【００６８】
Ｓ２８では、Ｓ２７で設定される目標作動角が最小作動角であるかを判定する。最小作動角の場合には、Ｓ２９へ進み、正常時とは異なる異常時用の位相マップＢ２’（図示省略）を参照して、作動角中心位相の目標位相を決定する。この目標位相に基づいて、Ｓ３０では、位相変更用の油圧制御弁７９’のソレノイドへ出力される駆動パルスのデューティー比を決定する。
【００６９】
上記のＳ２８において、目標作動角が最小作動角ではない、つまり最大作動角であると判定された場合、Ｓ３１へ進み、位相変更機構７０のヘリカルギア７３の前後に画成される油圧室７５，７６の油圧を保持して、油圧の変動を防止する。具体的には、油圧制御弁７９’の位相変更用ソレノイドの駆動パルスのデューティー比を中間値に保持する。
【００７０】
この点について詳述すると、最大作動角のときには、バルブリフト量が大きく、動弁反力が大きくなるため、揺動カム２０に作用する反力が大きく、制御軸１６に加わる変動トルクが大きくなる。このため、制御軸１６を安定して保持するためには、高い油圧が必要となる。このような最大作動角時に、仮に位相変更機構７０を駆動するために、位相変更用の油圧室７５，７６の一方の油圧を上昇させると、共通の駆動源であるオイルポンプ８０から作動角変更機構１０側に用いられる油圧の変動や低下を招き、作動角変更機構１０により作動角を最大作動角の状態に安定して保持することが困難になるおそれがある。従って、本実施例では、Ｓ２８で目標作動角として最大作動角が選択されたと判定された場合、Ｓ３０へ進み、位相変更機構７０を駆動するための油圧室７５，７６の油圧を保持（ロック）する。つまり、位相変更機構７０側の油圧の上昇を禁止する。これにより、作動角変更機構１０による最大作動角の保持状態の安定性を向上することができる。
【００７１】
次に図９を参照して、正常時及び異常時における目標作動角の設定について更に詳述する。低負荷域においては、要求される吸入空気量が少なく、ＩＶＣ（吸気弁の閉時期）を相対的に早め、吸気弁の閉時期近傍での吸入空気を少なくし、かつ、スロットルを開いてポンピングロスを減らすことで燃費向上を図りたい。そのため、正常時及び異常時ともに、目標作動角を最小作動角とする運転領域Ａｍｉｎ，Ｂｍｉｎが、低負荷側で相対的に広くなるように設定している。しかしながら、このような最小作動角の設定では大きな出力（トルク）を得るには不向きである。
【００７２】
上述したような作動角を細かくフィードバック制御できないポテンショメータ５３の異常時には、燃費効果よりも、機関出力の確保が望まれる。従って、図９に示すように、異常時に目標作動角を最小作動角とする運転領域Ｂｍｉｎにおける最大機関回転数Ｎｅｂを、正常時に目標作動角を最小作動角とする運転領域Ａｍｉｎにおける最大機関回転数Ｎｅａよりも低く設定している。これにより、異常時の低負荷域では、正常時よりも低い回転数（Ｎｅｂ）から十分な出力を確保することが可能となる。
【００７３】
図１２は、異常時における目標作動角の他の設定例を示している。上述したように、異常時には比較的低い回転数から最大作動角に切り替えて、出力の確保を図ることが望ましい。しかしながら、このように機関回転数が低い場合、オイルポンプ８０から供給される油圧も低くなるため、作動角変更時の応答性の低下が懸念される。特に作動油の油温が高い場合には、油圧の確保が更に難しくなる。そこで、油温が高く、かつ、油圧が低い（機関回転数が低い）最悪条件を想定して、最小作動角の領域と最大作動角の領域との切換ラインｂ２を設定すると、最大作動角の領域へ切り換えられる機関回転数が相対的に高くなる。つまり、最小作動角を使用する機関回転域が相対的に広くなり、高出力が得られる最大作動角を使用する運転領域が縮小されてしまう。
【００７４】
そこで、この図１２に示す例では、作動油の温度に応じて最小作動角と最大作動角との切換ラインをｂ２からｂ３の間で変化させている。具体的には、目標位相を最小作動角又は最大作動角へ切り換える機関回転数を、油温が低い時には低回転側（ｂ３）に設定し、作動油の温度上昇に伴い高回転側（ｂ２）へシフトさせている。これにより、作動油温度が比較的高いときには、最小作動角と最大作動角との切り換えを行う機関回転数（ｂ２）が高回転化されるため、最小作動角を選択する機関回転域が実質的に拡大される形となり、機関安定性が確保される。一方、作動油温度が比較的低いときには、目標作動角の切り換えを行う機関回転数（ｂ３）が相対的に低くなり、最大作動角を選択する機関回転数域が実質的に拡大される形となって、幅広い機関回転域で高い出力を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関の可変動弁装置を示す概略構成図。
【図２】図１の作動角変更機構を示す断面対応図。
【図３】図１の作動角変更機構を示す一部破断側面対応図。
【図４】図１の位相変更機構を示す断面対応図。
【図５】図１のポテンショメータ（実作動角検出手段）を示す側面図。
【図６】同じくポテンショメータを示す構成図。
【図７】上記ポテンショメータの出力値と吸気弁の作動角との関係を示すグラフ。
【図８】第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図９】正常時及び異常時の目標作動角設定用の作動角マップを示す説明図。
【図１０】本発明の第２実施例に係る作動角変更機構の駆動部の構成を示す構成図。
【図１１】第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図１２】異常時の目標作動角設定用の作動角マップの他の例を示す説明図。
【符号の説明】
１０…作動角変更機構
１２…吸気弁
５３…ポテンショメータ（実作動角検出手段）
５４…コントロールユニット（異常判定手段，制御手段）
７０…位相変更機構
７９（７９’）…油圧制御弁
８０…オイルポンプ（油圧源）
１０７…油圧制御弁

Claims

吸排気弁の作動角を最小作動角から最大作動角の範囲で変更可能な作動角変更機構と、クランクシャフトに対する上記作動角の中心位相を変更可能な位相変更機構と、上記吸排気弁の実作動角を検出する実作動角検出手段と、上記実作動角検出手段の正常もしくは異常を判定する異常判定手段と、上記作動角変更機構及び位相変更機構を駆動制御する制御手段と、を有し、
この制御手段は、
上記実作動角検出手段が正常と判定される正常時には、最大作動角，最小作動角及び１つ以上の中間作動角の中から機関運転状態に応じた目標作動角を設定し、上記実作動角に基づいて吸排気弁の作動角を上記目標作動角へフィードバック制御するとともに、機関運転状態に基づいて上記中心位相を制御し、
上記実作動角検出手段が異常と判定される異常時には、機関運転状態に応じて上記最大作動角又は最小作動角のいずれか一方を目標作動角に設定し、この目標作動角へ吸排気弁の作動角をオープンループ制御するとともに、この異常時の目標作動角に対応するように、上記正常時とは異なる形で、機関運転状態に基づいて上記中心位相を制御することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
吸排気弁の作動角を最小作動角から最大作動角の範囲で変更可能な作動角変更機構と、クランクシャフトに対する上記作動角の中心位相を変更可能な位相変更機構と、上記吸排気弁の実作動角を検出する実作動角検出手段と、上記実作動角検出手段の正常もしくは異常を判定する異常判定手段と、上記作動角変更機構及び位相変更機構を駆動制御する制御手段と、を有し、
上記作動角変更機構及び位相変更機構の双方が共通の油圧源から供給される作動油圧に応じてそれぞれ駆動されるようになっており、
上記制御手段は、
上記実作動角検出手段が正常と判定される正常時には、最大作動角，最小作動角及び１つ以上の中間作動角の中から機関運転状態に応じた目標作動角を設定し、上記実作動角に基づいて吸排気弁の作動角を上記目標作動角へフィードバック制御するとともに、機関運転状態に基づいて上記中心位相を制御し、
上記実作動角検出手段が異常と判定される異常時には、機関運転状態に応じて上記最大作動角又は最小作動角のいずれか一方を目標作動角に設定し、この目標作動角へ吸排気弁の作動角をオープンループ制御するとともに、上記目標作動角が最少作動角に設定されたときには、この異常時の目標作動角に対応するように、上記正常時とは異なる形で、機関運転状態に基づいて上記中心位相を制御する一方、上記目標作動角が最大作動角に設定されたときには、上記油圧源から位相変更機構へ供給される作動油圧の上昇を禁止することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
上記異常時に目標作動角を最小作動角とする運転領域における最大の機関回転数が、上記正常時に目標作動角を最小作動角とする運転領域における最大の機関回転数よりも低く設定されてい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。
上記異常時には、目標作動角を最小作動角又は最大作動角へ切り換える機関回転数を、作動油の温度上昇に伴い高回転化することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記制御手段は、
正常時には所定の正常時用の位相マップを用いて上記中心位相の目標位相を設定し、
異常時には、上記正常時用の位相マップとは異なる所定の異常時用の位相マップを用いて上記中心位相の目標位相を設定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。