JP4613786B2

JP4613786B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP4613786B2
Application number: JP2005299488A
Authority: JP
Inventors: 大介渡辺; 和人友金; 常靖野原; 裕三赤坂
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: JP2007107463A

Description

本発明は、可変動弁機構を備えた内燃機関に関する。

特許文献１には、クランク軸に同期し回転する駆動軸と、駆動軸に固定された駆動カムと、吸気弁を開閉作動する揺動カムと、駆動カムと揺動カムとを連係する伝達機構と、伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、制御軸を回転駆動させるアクチュエータと、制御軸の作動角に応じた出力を発生する作動角センサと、を有し、イングニッションスイッチのＯＦＦ時、エンジン始動時、エンスト時、機関運転条件に基づく目標作動角が最小作動角あるいは最大作動角である状態のいずれかである場合に、制御軸を回転可能範囲の最小角度位置または最大角度位置に突き当てるべく、アクチュエータを制御し、このときの作動角センサの出力を基準位置出力として学習し、基準位置出力に基づいて作動角センサの出力から作動角を検出する可変バルブ機構が開示されている。
特開２００３−４１９５５号公報

しかしながら、この特許文献１においては、制御軸の最小作動角と最大作動角の学習を行い作動角センサの出力値の補正を行うことはできるものの、運転中に制御軸の最大作動角を学習することはないので、フリクション、冷却に伴う潤滑部位での潤滑油の流れ等、実際に制御軸を最大作動角側で使用する条件下で最大作動角の学習を行われず、制御軸の最大作動角の学習性能（制御軸の最大作動角を学習する条件）が悪化してしまう虞がある。

そこで、本発明は、アクチュエータにより制御軸を回転させることによって吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変可能な可変動弁機構と、制御軸の回転角度位置を検知可能な制御軸回転角度位置検出手段と、を有する内燃機関において、制御軸を回転可能範囲の最小回転角度方向に回転限界位置まで回転させ、制御軸の最小回転角度の位置学習を行った際に、この最小回転角度方向の回転限界位置であり、リフト量が最小となる位置である制御軸の最小回転角度における制御軸回転角度位置センサの出力値と、前回学習された制御軸の最小回転角度に相当する制御軸回転角度位置センサの出力値との偏差が所定値を超えた場合に、制御軸の回転可能範囲の最大回転角度方向の回転限界位置であり、リフト量が最大となる位置である制御軸の最大回転角度の位置学習が許可され、制御軸の最大回転角度の位置学習が許可されると、エンジン運転中の所定タイミングでアクチュエータを駆動し、制御軸の最大回転角度の位置学習を行うことを特徴としている。

本発明によれば、運転中（機関回転中）に制御軸の最大回転角度位置の学習を行うため、フリクションや冷却に伴う潤滑部位での潤滑油の流れ不足などの影響を最小限に抑えることができ、学習精度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この実施形態の内燃機関は、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、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。

すなわち、この内燃機関は、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可変動弁機構である作動機構１０を備えている。具体的には、作動機構１０は、吸気弁１２のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能なものであって、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、駆動軸１３に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。

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１３は、高強度材で形成されている。

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、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。

駆動カム１５は、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。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。

バルブリフター１６，１６は、有蓋円筒状に形成され、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。

揺動カム１７，１７は、図１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（図示せず）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、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。

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、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。

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。

また、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、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、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、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。

さらに、リンクロッド２５は、図１に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。

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。

そして、駆動カム１５のカム本体１５ａとカム本体１５ａの外周面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、円環状の保持器４４と、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。

また、このニードルベアリング４３は、図１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いる。

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、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。

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。

また、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。

さらに、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電動アクチュエータ２９に制御信号を出力している。

この制御軸３２は、その外周に半径方向に突出する一対のストッパ５１，５１（一方は図示せず）が設けられている。これらストッパ５１，５１は、制御軸３２周方向に互いにオフセットして配置されたものであって、制御軸３２の回転可能範囲の上限位置と下限位置を機械的に規制するものである。そして、電動アクチュエータ２９により制御軸３２を回転させた際に、これらのストッパ５１のうちの一方が図示せぬ固定部材に当接することで制御軸３２の回転範囲が規制され、これにより最小リフト量及び最大リフト量が規定されるようになっている。

本実施形態のように、リフト・作動角を連続的に拡大・縮小制御する作動機構１０を備えたエンジンにおいては、ポテンショメータ３１で検出される制御軸３２の回転角度を、目標とするリフト・作動角に対応する目標回転角度と一致するように制御するため、ポテンショメータ３１のセンサ出力と制御軸３２の実際の回転角度との相関にばらつきが生じないようにする必要がある。

そこで、本実施形態においては、制御軸３２が最小回転角度（リフト量がゼロの位置）となった時のセンサ出力と、制御軸３２が最大回転角度（リフト量が最大となる位置）となったときのセンサ出力と、を以下手順で学習し、これら基準位置（制御軸３２の最小及び最大回転角度位置）のセンサ出力の学習を行うことで、ポテンショメータ３１のセンサ出力と制御軸３２の実際の回転角度との相関にばらつきが生じないようにする。

図３は、本実施形態における作動機構１０の吸気弁１２のリフト量の０位置、最大位置の位置学習の制御の流れを示すフローチャートである。

ステップ（以後、Ｓと記す）１１では、運転者によるエンジンキーオフよるイグニッションオフ時、エンスト（エンジンストップ）時、制御軸３２の目標回転角度位置が最小回転角度の時、のいずれかの場合にはＳ１２へ進み、いずれにもあてはまらない場合には今回のルーチンを終了する。すなわち、イグニッションオフ時、エンスト時、制御軸３２の目標回転角度位置が最小回転角度の時、のいずれかの場合に制御軸３２の最小回転角度位置の学習条件が成立しているとしてＳ１２へ進む。

Ｓ１２では、電動アクチュエータ２９を駆動して、最小回転角度方向の回転限界位置に位置する最小回転角度側のストッパ５１に上記固定部材（図示せず）が当接するまで、制御軸３２を回転可能範囲の下限位置側に回転させる。そして、最小回転角度側のストッパ５１に上記固定部材（図示せず）が当接したときのポテンショメータ３１のセンサ出力値を制御軸３２の最小回転角度でのセンサ出力値として学習する。尚、最小回転角度側のストッパ５１に上記固定部材（図示せず）が当接させる方法としては、例えば、最小回転角度よりも小さい目標回転角度を設定することで実現できる。

尚、基本的には、この最小回転角度位置の学習値を用いて、制御軸３２の回転可能範囲（最小回転角度位置から最大回転角度位置まで）のポテンショメータ３１のセンサ出力値が補正され、センサ出力と制御軸３２の実際の回転角度との相関にばらつきが生じないようにする。

Ｓ１３では、制御軸３２の最大回転角度位置の学習をする必要があるか、すなわち制御軸３２の最大回転角度位置の学習条件が成立しているか否かを判定し、学習条件が成立している場合にはＳ１４へ進み、最大回転角度位置の学習条件が成立していない場合には今回のルーチンを終了する。すなわち、Ｓ１２で学習した最小回転角度位置におけるポテンショメータ３１のセンサ出力値が、前回学習値に対して所定値以上大きくなった場合、あるいは予め設定された所定値以上の値をとるような場合に、最小回転角度位置におけるポテンショメータ３１のセンサ出力値のズレが大きいと判定し、制御軸３２の最大回転角度位置の学習を許可する。

Ｓ１４では、アクセルＯＮ、すなわち運転者によってアクセルペダルが踏み込まれているか否かをを判定し、アクセルＯＮであればＳ１５へ進み、アクセルＯＦＦであれば今回のルーチンを終了する。

Ｓ１５では、吸入空気量が所定量以上になったか否かを判定、吸入空気量が所定量以上であればＳ１６へ進み、吸入空気量が所定量未満であれば今回のルーチンを終了する。

Ｓ１６では、機関回転数が所定値以上の高回転時であるか否かを判定し、機関高回転時であればＳ１７へ進み、機関回転数が所定値未満の場合には、今回のルーチンを終了する。

つまり、Ｓ１４〜Ｓ１６は、制御軸３２の最大回転角度位置の学習条件であり、本実施形態においては、アクセルＯＮ、所定量以上の吸入空気量及び所定回転数以上の機関回転数という３つの条件が成立しているときに、Ｓ１７で制御軸３２の最大回転角度位置を学習する。

Ｓ１７では、電動アクチュエータ２９を駆動して、最大回転角度方向の回転限界位置に位置する最大回転角度側のストッパ５１に上記固定部材（図示せず）が当接するまで、制御軸３２を回転可能範囲の上限位置側に回転させる。そして、最大回転角度側のストッパ５１に上記固定部材（図示せず）が当接したときのポテンショメータ３１のセンサ出力値を制御軸３２の最大回転角度でのセンサ出力値として学習する。尚、最大回転角度側のストッパ５１に上記固定部材（図示せず）が当接させる方法は、例えば、最大回転角度よりも大きい目標回転角度を設定することで実現できる。

以上説明してきたように、本実施形態においては、運転中（機関回転中）に制御軸３２の最大回転角度位置の学習を行うため、可変動弁機構である作動機構１０のフリクションや冷却に伴う潤滑部位での潤滑油の流れ不足などの影響を最小限に抑えることができ、学習精度を向上させることができる。

また、エンジン始動時、エンジン停止後に、制御軸３２の最大回転角度位置の学習は行われないので、エンジン始動時、エンジン停止後に制御軸３２の最大回転角度位置の学習を行う場合に比べて、作動機構１０のリンク部分に生じる最大回転角度学習時のフリクションが相対的に小さくなる。

つまり、制御軸３２の最大回転角度位置の学習を行う運転条件が、実際に制御軸３２の回転角度が最大回転角度方向側に回転しているような運転条件となっているので、フリクション低減や電動アクチュエータ２９の消費電力低減のために、作動機構１０のリンク部分にベアリングを追加したり、潤滑油の供給を増加させる必要がなく、機関全体を相対的にコンパクトにすることができ、かつ相対的なコストの低減を図ることができる。

さらに、制御軸３２の最小回転角度位置の学習を行った上で、制御軸３２の最大回転角度位置学習の要否を判断しているため、運転性悪化の懸念がある制御軸３２の最大回転角度位置の学習を行う回数を低減することができる。

尚、上述した実施形態において、制御軸の最大回転角度位置の学習条件は、アクセルＯＮ、所定量以上の吸入空気量及び所定回転数以上の機関回転数という３つの条件が同時に成立していることであったが、制御軸の最大回転角度位置の学習条件は、上述した実施形態の学習条件に限定されるものではなく、例えば、内燃機関の最高出力点を超えた場合に制御軸の最大回転角度位置の学習を行うようにしてもよい。

また、制御軸の最大回転角度位置の学習条件として、上述した実施形態以外の条件として、ポテンショメータ３１の出力値から吸気弁のリフト作動角が大となっている場合、すなわち制御軸３２の回転角度が最大回転角度側にある場合を加重条件の一つとして加えるようにしてもよい。この場合、制御軸３２の回転角度がより確実に最大回転角度側にあることから、制御軸３２の最大回転角度位置の学習精度が一層向上する。

そして、本願発明は、上述した連続的にリフト作動角が変化する可変動弁機構のみならず、２段あるいは３段といった有段階にリフト作動角が変化する可変動弁機構に対して適用することも可能である。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１）アクチュエータにより制御軸を回転させることによって吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変可能な可変動弁機構と、制御軸の回転角度位置を検知可能な制御軸回転角度位置検出手段と、を有する内燃機関において、制御軸回転可能範囲の最大回転角度方向の回転限界位置である制御軸最大回転角度の位置学習が許可されると、エンジン運転中の所定タイミングでアクチュエータを駆動し、制御軸最大回転角度の位置学習を行う。これによって、運転中（機関回転中）に制御軸の最大回転角度位置の学習を行うため、フリクションや冷却に伴う潤滑部位での潤滑油の流れ不足などの影響を最小限に抑えることができ、学習精度を向上させることができる。

（２）上記（１）に記載の内燃機関は、具体的には、制御軸最大回転角度の位置学習が許可された状態で、制御軸の回転角度が大となる運転条件のときに、制御軸を回転可能範囲の最大回転角度方向に回転限界位置まで回転させ、制御軸の最大回転角度の位置学習を行う。

（３）上記（２）に記載の内燃機関は、具体的には、制御軸最大回転角度の位置学習が許可された状態で、当該内燃機関が最高出力点を超えた場合に、制御軸の最大回転角度の位置学習を行う。

（４）上記（２）に記載の内燃機関は、具体的には、制御軸最大回転角度の位置学習が許可された状態で、機関回転数が所定値以上の高回転時となり、吸入空気量が所定値以上、アクセル開度が所定値以上となった場合に、制御軸の最大回転角度の位置学習を行う。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の内燃機関は、制御軸を回転可能範囲の最小回転角度方向に回転限界位置まで回転させ、制御軸の最小回転角度の位置学習を行った際に、この最小回転角度方向の回転限界位置における制御軸回転角度位置センサの出力値と、前回学習された制御軸最小回転角度に相当する制御軸回転角度位置センサの出力値との偏差が所定値を超えた場合に、制御軸の最大回転角度の位置学習が許可される。これによって、運転性悪化の懸念がある制御軸の最大回転角度位置の学習を行う回数を低減することができる。

本発明に係る内燃機関の要部断面図。本発明に係る内燃機関の要部斜視図。本発明に係る内燃機関のリフト量の０位置、最大位置の位置学習の制御の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１０…作動機構（可変動弁機構）
１２…吸気弁
２９…電動アクチュエータ
３２…制御軸

Claims

アクチュエータにより制御軸を回転させることによって吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変可能な可変動弁機構と、制御軸の回転角度位置を検知可能な制御軸回転角度位置検出手段と、を有する内燃機関において、
制御軸を回転可能範囲の最小回転角度方向に回転限界位置まで回転させ、制御軸の最小回転角度の位置学習を行った際に、この最小回転角度方向の回転限界位置であり、リフト量が最小となる位置である制御軸の最小回転角度における制御軸回転角度位置センサの出力値と、前回学習された制御軸の最小回転角度に相当する制御軸回転角度位置センサの出力値との偏差が所定値を超えた場合に、制御軸の回転可能範囲の最大回転角度方向の回転限界位置であり、リフト量が最大となる位置である制御軸の最大回転角度の位置学習が許可され、
制御軸の最大回転角度の位置学習が許可されると、エンジン運転中の所定タイミングでアクチュエータを駆動し、制御軸の最大回転角度の位置学習を行うことを特徴とする内燃機関。
制御軸の最大回転角度の位置学習が許可された状態で、制御軸の回転角度が制御軸の最小回転角度位置よりも制御軸の最大回転角度位置側に位置する制御軸の回転角度が大となる運転条件のときに、制御軸を回転可能範囲の最大回転角度方向に回転限界位置まで回転させ、制御軸の最大回転角度の位置学習を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
制御軸最大回転角度の位置学習が許可された状態で、機関回転数が所定値以上の高回転時となり、吸入空気量が所定値以上、アクセル開度が所定値以上となった場合に、制御軸の最大回転角度の位置学習を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。