JP6011351B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１、３には、油圧により多段で機関弁の動作特性を変更する可変動弁装置が開示されている。特許文献２には、油圧の大きさ等に応じて可変動弁装置への油の供給を禁止する技術が開示されている。

特開２００１−３２９８１９号公報 特開２００４−３０１１０１号公報 特開２００６−２９９８７５号公報

このような油圧式の可変動弁装置を吸気弁側と排気弁側とにそれぞれ設けた場合、双方が同時に駆動すると油が足りなくなり、適切に吸気弁及び排気弁の動作特性を変更できなくなるおそれがある。特に油圧が低くなる運転状態の場合にこのような事態が生じるおそれがある。

また、内燃機関のトルクを向上させるために、吸気弁の閉じるタイミングを進角させて燃焼室内に導入される空気量を増大することが考えられる。しかしながら、吸気弁の位相を進角させると吸気弁の開くタイミングも進角する。これにより、吸気弁及び排気弁の双方が開いたオーバーラップ期間が拡大する。オーバーラップ期間が拡大すると、内燃機関の気筒の燃焼室内に残留するガス、いわゆる内部ＥＧＲ量が増大して、内燃機関に意図したトルクを発揮させることはできない恐れがある。

そこで、可変動弁装置の応答性を向上させ内燃機関のトルクを向上させた内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関の複数の気筒の各吸気弁の動作特性を油圧により変更する可変動弁装置と、前記内燃機関の複数の気筒の各排気弁の作用角を油圧により変更する多段可変動弁装置と、油圧が所定の閾値よりも低い場合に前記可変動弁装置により前記各吸気弁の動作特性を維持した状態で、油圧が前記閾値よりも低くない場合に比して前記多段可変動弁装置により前記排気弁が開くタイミングを遅角させるように前記排気弁の作用角を縮小させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記多段可変動弁装置により前記排気弁の作用角を縮小させた後に前記可変動弁装置により前記吸気弁の位相を進角させる、内燃機関の制御装置によって達成できる。また、上記目的は、内燃機関の複数の気筒の各吸気弁の動作特性を油圧により変更する可変動弁装置と、前記内燃機関の複数の気筒の各排気弁の作用角を油圧により変更する多段可変動弁装置と、油圧が所定の閾値よりも低い場合に前記可変動弁装置により前記各吸気弁の動作特性を維持した状態で、油圧が前記閾値よりも低くない場合に比して前記多段可変動弁装置により前記排気弁が開くタイミングを遅角させるように前記排気弁の作用角を縮小させる制御部と、を備え、前記多段可変動弁装置は、カムシャフトと共に回転するカムベース部と、前記カムベース部の外周から突出した高位置と前記高位置よりも低い低位置間を揺動可能に前記カムベース部に連結されたカムロブ部と、前記カムロブ部を前記高位置側へ付勢する付勢部材と、前記カムロブ部を前記低位置側へ付勢するカムフォロアと、前記カムロブ部に保持され前記高位置及び低位置で前記カムロブ部を前記カムベース部にロックするロック部材と、前記カムベース部に形成され、前記高位置にある前記カムロブ部のロックを切り替えるように前記ロック部材に油圧を作用させ、前記低位置にある前記カムロブ部のロックを切り替えるように前記ロック部材に油圧を作用させる経路と、を含む、内燃機関の制御装置によっても達成できる。

前記制御部は、油の温度及び前記内燃機関の回転数の少なくとも一方に基づいて前記油圧が低いか否かを判定してもよい。

前記内燃機関により駆動されるオイルポンプにより前記可変動弁装置及び前記多段可変動弁装置に油が供給してもよい。

可変動弁装置の応答性を向上させ内燃機関のトルクを向上させた内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は、本実施例のエンジンシステムの説明図である。 図２は、排気側可変動弁装置の外観図である。 図３は、排気側可変動弁装置の外観図である。 図４Ａ、４Ｂは、軸方向からみたカムユニットの断面図である。 図５Ａ、５Ｂは、カムユニットの内部構造を示した断面図である。 図６Ａ〜６Ｃは、カムロブ部のロックの説明図である。 図７Ａ、７Ｂは、カムロブ部のロックの説明図である。 図８は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示すフローチャートである。 図９Ａ〜９Ｃは、排気弁と吸気弁の動作特性を示した図である。 図１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ吸気弁の閉タイミングに応じた体積効率、残留ガス割合を示したグラフである。 図１１は、クランク角度に応じて吸気圧力、排気圧力の変化を示したグラフである。 図１２は、排気弁の作用角が拡大している場合と排気弁の作用角を縮小し開タイミングを遅角させた場合との排気圧力を示したグラフである。 図１３Ａ〜１３Ｄは、作用角が大きい場合と小さい場合とでの体積効率等示したグラフである。

図１は、本実施例に係るエンジンシステムＡの模式図である。図１に示すエンジンシステムＡは、エンジンＥＮを含み、エンジンＥＮは、４つの気筒４２（図１では１つのみ図示）を有している。気筒４２は、４つに限定されず複数あればよい。このエンジンＥＮでは、吸気通路４３を流れる空気が燃焼室４５に充填され、筒内燃料噴射弁４４によって燃料が噴射され、空気と燃料との混合気が生成される。この混合気に対し点火プラグ４６による点火が行われると、混合気が燃焼してピストン４７が往復動し、エンジンＥＮの出力軸であるクランク軸４８が回転駆動される。そして、各燃焼室４５での燃焼により生じた排気は排気通路４９等を通ってエンジンＥＮの外部へ排出される。

エンジンＥＮの出力調整は、吸気通路４３に設けられたスロットル弁５１をアクチュエータ５２等によって駆動して、そのスロットル弁５１の開度を調節することによって実現される。スロットル開度の開度調節は、運転者によって操作されるアクセルペダル５３の踏込み量に応じてアクチュエータ５２が駆動されることにより行われる。

エンジンＥＮには、吸気弁ＩＶ及び排気弁ＥＶが気筒４２毎に設けられている。吸気弁ＩＶ、排気弁ＥＶはそれぞれ、クランク軸４８の回転が伝達されて回転する吸気側カムシャフトＩＳ、排気側カムシャフトＥＳによって作動する。この作動により、各吸気弁ＩＶは燃焼室４５と吸気通路４３との連結部分を開閉し、各排気弁ＥＶは燃焼室４５と排気通路４９との連結部分を開閉する。

エンジンＥＮには、吸気弁ＩＶの位相を油圧によりクランク軸４８の角度（クランク角）に対して連続的に変更する吸気側可変動弁装置１Ｉと、排気弁ＥＶの作用角を油圧により多段で変更する排気側可変動弁装置１Ｅとが設けられている。吸気側可変動弁装置１Ｉ、排気側可変動弁装置１Ｅは、ＥＣＵ５からの指令に基づいて、それぞれに供給される油の圧力により、吸気弁ＩＶ、排気弁ＥＶの動作特性を変更する。具体的には、吸気側可変動弁装置１Ｉは、吸気弁ＩＶの位相を変更し、排気側可変動弁装置１Ｅは、排気弁ＥＶの位相、作用角、リフト量を変更する。ここで、動作特性とは、これら弁の位相、リフト量、及び作用角の少なくとも一つを含む。従って、本実施例においては吸気側可変動弁装置１Ｉは、油圧により吸気弁ＩＶの位相を変更するものであるがこれに限定されず、例えば油圧によりリフト量及び作用角の少なくとも一方を変更するものであってもよい。尚、吸気側可変動弁装置１Ｉ、排気側可変動弁装置１Ｅは、複数の気筒４２毎に設けられ、それぞれ、各吸気弁ＩＶ、各排気弁ＥＶの動作特性を変更する。吸気側可変動弁装置１Ｉは、可変動弁装置の一例である。排気側可変動弁装置１Ｅは、多段可変動弁装置の一例である。

また、エンジンシステムＡには、吸気側可変動弁装置１Ｉ、排気側可変動弁装置１Ｅを駆動するための作動油を貯留しているオイルパン９０が設けられている。オイルポンプＰにより、オイルパン９０に貯留された油が吸気側可変動弁装置１Ｉ、排気側可変動弁装置１Ｅに供給される。吸気側可変動弁装置１Ｉ、排気側可変動弁装置１Ｅへの油の供給量は、それぞれオイルコントロールバルブＯＣＶ１、ＯＣＶ２により制御される。オイルコントロールバルブＯＣＶ１、ＯＣＶ２は、電磁駆動式の流量制御弁であり、ＥＣＵ５によって制御される。オイルポンプＰは、エンジンＥＮのクランク軸４８に連動した機械式である。

エンジンＥＮには、クランク軸４８が一定角度回転する毎にパルス状の信号を発生するクランク角センサ７１が設けられている。また、吸気通路４３内のスロットル弁５１よりも下流には、吸入空気の圧力を検出するための吸気圧センサ７４が設けられている。また、運転者による同アクセルペダル５３の踏込み量を検出するアクセルセンサ７５、スロットル開度を検出するスロットルセンサ７６、エンジンＥＮを冷却するため冷却水の温度を検出する水温センサ７７が設けられている。また、オイルパン９０には、オイルパン９０に貯留された油の温度を検出する温度センサ７９が設けられている。

ＥＣＵ５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成され、各センサからの出力に基づいて、エンジンシステムＡ全体の作動を制御する。また、ＥＣＵ５は、制御部に相当する。

吸気側可変動弁装置１Ｉについて簡単に説明する。吸気側可変動弁装置１Ｉは、吸気側カムシャフトＩＳの軸端部にＶＶＴコントローラが設けられて構成され、オイルコントロールバルブからの油圧をこのＶＶＴコントローラの進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対する吸気側カムシャフトＩＳの位相を変更し、吸気弁ＩＶの開閉時期を進角又は遅角することができるものである。

次に、排気側可変動弁装置１Ｅについて詳細に説明する。図２、３は、本実施例の排気側可変動弁装置１Ｅの外観図である。排気側可変動弁装置１Ｅは、排気側カムシャフトＥＳ、排気側カムシャフトＥＳに設けられたカムユニットＣＵ、を含む。排気側カムシャフトＥＳは、カムユニットＣＵの一端に接続した部分ＳＡ、カムユニットＣＵの他端に接続した部分ＳＢ、を含む。排気側カムシャフトＥＳは、内燃機関からの動力により回転する。排気側カムシャフトＥＳと共にカムユニットＣＵが回転することにより、ロッカーアームＲを介して排気弁ＥＶをリフトさせる。排気弁ＥＶは、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブである。

カムユニットＣＵは、カムシャフトＳよりも径が大きくカムシャフトＳの部分ＳＡ、ＳＢに連結されたカムベース部１０、カムベース部１０に連結された２つのカムロブ部２０、を含む。カムベース部１０は、略円柱状であり、カムシャフトＳの軸方向（以下、軸方向と称する）から見た場合に略円形のベース円部１１を有している。ベース円部１１は、カムベース部１０の外周面に相当する。２つのカムロブ部２０は、軸方向に所定の間隔をあけて並んでいる。２つのカムロブ部２０は、それぞれ２つのロッカーアームＲを押して２つの排気弁ＥＶをリフトさせる。カムベース部１０の軸方向の厚さは、カムロブ部２０の軸方向の厚さよりも厚い。

図３に示すように、カムベース部１０は、２つのカムロブ部２０の間に凹部１０Ｈが形成されている。凹部１０Ｈは、２つのロッカーアームＲがカムベース部１０に接触する部分の間に形成されている。凹部１０Ｈは、ロッカーアームＲに接触しない。支持シャフト３３は、カムベース部１０、２つのカムロブ部２０を軸方向に貫通している。カムロブ部２０は、支持シャフト３３を支点としてカムベース部１０に対して揺動する。カムロブ部２０は、カムベース部１０のベース円部１１から最大限に突出した高位置とベース円部１１から突出し高位置よりも低い低位置間を揺動可能である。支持シャフト３３の一部は凹部１０Ｈ内で露出している。２つのカムロブ部２０には、それぞれストッパピン３４Ｐが貫通している。

カムベース部１０の凹部１０Ｈでは、２つのスプリング３４Ｓが支持シャフト３３に巻かれている。スプリング３４Ｓの一端は凹部１０Ｈの内側面を押し、スプリング３４Ｓの他端はストッパピン３４Ｐを押している。即ち、スプリング３４Ｓは、ストッパピン３４Ｐが凹部１０Ｈから離れるように付勢している。これにより、カムロブ部２０はカムベース部１０から突出するように付勢される。スプリング３４Ｓは、付勢部材の一例である。

図２、３において、２つのカムロブ部２０は双方とも低位置にある。本実施例の場合、カムロブ部２０が高位置でロックされている場合には、カムロブ部２０がロッカーアームＲを駆動して排気弁ＥＶをリフトさせる。カムロブ部２０は、低位置及び高位置の何れの位置にある場合も排気弁ＥＶをリフトさせる。

図４Ａ、４Ｂは、軸方向からみたカムユニットＣＵの断面図である。図４Ａは、高位置にあるカムロブ部２０を示し、図４Ｂは、低位置にあるカムロブ部２０を示している。カムロブ部２０は、カムベース部１０の供給経路Ｔを回避した略Ｕ字状又は略Ｌ字状である。カムロブ部２０の基端側は支持シャフト３３が貫通している。図４Ａ、４Ｂにおいて、カムシャフトＳは時計方向に回転する。これに伴いカムベース部１０、カムロブ部２０も時計方向に回転する。カムベース部１０には、ストッパピン３４Ｐが貫通した長孔１４が形成されている。カムロブ部２０の揺動に伴って移動するストッパピン３４Ｐの移動範囲を長孔１４が規制することにより、カムロブ部２０の揺動範囲が規制している。

図４Ａ、４Ｂに示すように、カムロブ部２０が低位置にある場合もカムベース部１０から突出する。尚、詳しくは後述するが、カムロブ部２０が高位置にある場合では排気弁ＥＶの作用角は大きく、カムロブ部２０が低位置にある場合には排気弁ＥＶの作用角は小さい。また、カムロブ部２０の形状は、カムロブ部２０が高位置及び低位置の何れの位置にあっても排気弁ＥＶ閉じるタイミングは略同じであるように形成されている。しかしながら、カムロブ部２０が低位置にある場合の排気弁ＥＶの開くタイミングは、カムロブ部２０が高位置にある場合での排気弁ＥＶの開くタイミングよりも遅角するようにカムロブ部２０の形状が設計されている。

図５Ａ、５Ｂは、カムユニットＣＵの内部構造を示した断面図である。図５Ａ、５Ｂにおいては、２つのカムロブ部２０は共にリフト状態にある。図５Ａ、５Ｂは、それぞれ図４ＡのＡ−Ａ断面図、図４ＢのＢ−Ｂ断面図に相当する。図５Ａ、５Ｂに示すように、カムユニットＣＵは、軸方向でのカムユニットＣＵの中心に軸方向に対称に形成されている。従って、以下の説明では２つのカムロブ部２０のうち一方について説明する。カムベース部１０には、カムロブ部２０を収納可能なスリット１２が形成されている。カムベース部１０内には、カムシャフトＳの軸心上で延びた供給経路Ｔ、供給経路Ｔから径方向外側に延びた経路Ｔ５、Ｔ６が形成されている。経路Ｔ５、Ｔ６は、それぞれ供給経路Ｔから径方向外側に延び、次に軸方向に延びて２つのカムロブ部側に延びている。経路Ｔ６は第１経路の一例である。経路Ｔ５は、第２経路の一例である。

オイルコントロールバルブＯＣＶ２は、オイルポンプＰにより供給経路Ｔ内に供給される油圧を、オイルコントロールバルブＯＣＶ２に印加される電流値に基づいてリニアに調整できる。オイルコントロールバルブＯＣＶ２は、油圧制御弁の一例である。オイルコントロールバルブＯＣＶ１も同様である。尚、油圧制御弁は、段階的に供給経路Ｔ内に供給される油圧を調整可能なものであってもよい。ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成され、内燃機関全体の動作を制御する。ＲＯＭには、後述する制御を実行するためのプログラムが格納されている。

カムベース部１０は、２つのカムロブ部２０にそれぞれ作用するピン１５Ｐ、１６Ｐ、１７Ｐを保持している。２つのカムロブ部２０はそれぞれピン２６Ｐを保持している。ピン２６Ｐは、ロック部材の一例である。図５Ｂは、ピン１５Ｐ等を省略した図である。カムロブ部２０は、支持シャフト３３が貫通した基端部から離れた自由端部を有し、カムロブ部２０の自由端部側にはピン２６Ｐを保持した孔２６が形成されている。孔２６は、カムロブ部２０を軸方向に貫通している。孔２６は、保持孔の一例である。

カムベース部１０には、スリット１２に連通した孔１５、１６が形成されている。孔１５、１６は、スリット１２に対して同一側に形成されている。孔１５、１６は、軸方向に延び、底面を有している。孔１５、１６には、それぞれピン１５Ｐ、１６Ｐが収納されている。孔１５の底面とピン１５Ｐとの間にはピン１５Ｐに連結されたスプリング１５Ｓが配置されている。孔１６の底面とピン１６Ｐとの間にはピン１６Ｐに連結されたスプリング１６Ｓが配置されている。スプリング１６Ｓは、カムロブ部２０に向けてピン１６Ｐを付勢している。スプリング１５Ｓは、ピン１５Ｐが孔１５から離脱しない程度の長さに設定されている。スプリング１５Ｓは、第２スプリングの一例である。スプリング１６Ｓは、第１スプリングの一例である。

カムベース部１０には、スリット１２を介して孔１６に対向する孔１７が形成されている。孔１７には、ピン１７Ｐが収納されている。孔１７は、経路Ｔ６に連通している。孔１７は、孔１６と同軸上に位置している。孔１７は、軸方向に延びている。

カムロブ部２０が高位置にある場合、孔１６、１７、２６は軸方向に並び、ピン１６Ｐ、１７Ｐ、２６Ｐは軸方向に並ぶ。換言すれば、カムロブ部２０が揺動範囲の一端でこのような位置に位置づけられるように、ストッパピン３４Ｐに係合した長孔１４によりカムロブ部２０の揺動範囲が規定されている。リフト状態においては、スプリング１６Ｓの付勢力により、ピン１６Ｐが孔１６、２６に共通に挿入され、ピン２６Ｐは孔２６、１７に共通に挿入される。これにより、カムロブ部２０はリフト状態でカムベース部１０にロックされる。孔１７は、第１ロック孔の一例である。

次に、カムロブ部２０のロックについて詳細に説明する。図６Ａ〜７Ｂは、カムロブ部２０のロックの説明図である。オイルコントロールバルブＯＣＶ２及びオイルポンプＰにより供給経路Ｔを介して経路Ｔ５、Ｔ６内にオイルが供給されると、図６Ａに示すように、ピン１７Ｐがスプリング１６Ｓの付勢力に抗してカムロブ部２０側に押される。これにより、ピン１６Ｐは孔２６から離脱し、ピン２６Ｐは孔１７から離脱する。即ち、ピン１６Ｐ、１７Ｐ、２６Ｐは、それぞれ孔１６、１７、２６に収納される。これにより、高位置でカムロブ部２０のロックが解除される。

カムロブ部２０のロックが解除された状態でカムシャフトＳが回転することにより、カムロブ部２０はロッカーアームＲから反力を順に受ける。これにより、図６Ｂに示すように、カムロブ部２０はスプリング３４Ｓの付勢力に抗して低位置に移動する。換言すれば、スプリング３４Ｓの付勢力は、カムロブ部２０のロックが解除されている状態でロッカーアームＲからの反力のみでカムロブ部２０は低位置に移動可能な程度に設定されている。このようにロッカーアームＲはロックが解除されたカムロブ部２０を低位置側に付勢する。カムロブ部２０が低位置にある場合には、孔１５、２６とは同軸上に並ぶ。換言すれば、カムロブ部２０が揺動範囲の他端でこのような位置に位置づけられるように、ストッパピン３４Ｐに係合した長孔１４によりカムロブ部２０の揺動範囲が規定されている。ロッカーアームＲは、バブルを駆動するためのカムフォロアの一例である。尚、カムフォロアは、カムに直接駆動されるバルブリフタであってもよい。

ピン２６Ｐは経路Ｔ５からのオイルの圧力により、図６Ｃに示すように、スプリング１５Ｓの付勢力に抗して孔１５、２６に共通に挿入される。これにより、リフト停止状態でカムロブ部２０はロックされる。このように、オイルが所定の圧力以上で供給経路Ｔ内に供給されている間は、カムロブ部２０は低位置でロックされる。孔１５は、第２ロック孔の一例である。

次にオイルコントロールバルブＯＣＶ２により供給経路Ｔへのオイルの供給が停止されると、図７Ａに示すように、スプリング１５Ｓの付勢力によりピン２６Ｐが孔１５から離脱して孔２６に収納される。これにより、低位置でカムロブ部２０のロックが解除される。

次に、スプリング３４Ｓの付勢力に従って、図７Ｂに示すように、カムロブ部２０が低位置から高位置へ移動する。実際には、カムロブ部２０がロッカーアームＲに接触していない間に、スプリング３４Ｓの付勢力に従ってカムロブ部２０は高位置へと移行する。カムロブ部２０が高位置にある状態では、前述したようにピン１６Ｐ、２６Ｐ、１７Ｐが軸方向に並ぶ。

この状態で、図５Ａに示すように、スプリング１６Ｓの付勢力に従って、ピン１６Ｐが孔１６、２６に共通に挿入され、同様にピン２６Ｐは孔２６、１７に共通に挿入される。これにより、高位置でカムロブ部２０がロックされる。以上のようにしてカムロブ部２０が高位置及び低位置でロックされる。孔２６、ピン２６Ｐ、スプリング１５Ｓ、１６Ｓ、孔１５、１７等は、ロック機構の一例である。このようにカムロブ部２０が低位置でもロックされるので、カムロブ部２０を安定した状態で保持でき、信頼性や耐久性が確保されている。

図２、３、４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂに示したように、カムベース部１０は、カムシャフトＳに連結されており、カムシャフトＳはカムベース部１０を貫通していない。このため、カムベース部１０の軸方向の断面積を確保することができ、カムベース部１０の強度を確保することができる。カムシャフトＳはカムベース部１０を貫通していないためカムシャフトＳの径を細くする必要はない。このためカムシャフトＳの強度も確保されている。カムベース部１０に形成された孔１５、１６、１７、カムロブ部２０に形成された孔２６などは、全て軸方向に延びている。このため、例えば、軸方向と交差する方向に延びた孔を設けこの孔内を摺動するピンを配置した場合と比較して、カムベース部１０の軸方向での断面積を確保することができる。これにより、カムユニットＣＵの強度が確保されている。

図４Ａ、４Ｂに示したように、カムロブ部２０の自由端は、カムロブ部２０の基端側からカムシャフトＳの回転方向から逆方向に離れている。ここで、カムロブ部２０の基端側は、支持シャフト３３により揺動の支点となっている。このため、ロッカーアームＲの反力により、カムロブ部２０がカムシャフトＳの回転方向と逆方向に揺動するのが容易となる。これによって、ロックが解除された状態で、カムロブ部２０の低位置から高位置へ移動が容易となっている。また、低位置へ移動する際のカムロブ部２０が受けるロッカーアームＲからの反力による負荷が低減され、カムロブ部２０の耐久性が確保されている。

また、カムベース部１０は、２つのカムロブ部２０を支持している。このため、カムベース部１０は軸方向の長さを確保しているため強度が確保されている。また、カムベース部１０を２つのカムロブ部２０に共通化して使用しているため部品点数も削減されている。また、支持シャフト３３は２つのカムロブ部２０に共通に貫通しているため、これによっても部品点数が削減されている。

また、図２、３に示したように、スプリング１５Ｓ、１６Ｓ、３４Ｓは、カムロブ部２０に対して軸方向に配置されている。例えばこのようなスプリング３４Ｓ等をカムロブ部２０に対して径方向に重なる位置に配置する場合と比較して、カムロブ部２０の軸方向での断面積を確保できる。これによりカムロブ部２０の強度を確保することができる。

また、上述したようにスプリングＳ３４が配置された凹部１０Ｈは、ロッカーアームＲに接触しない部分に設けられているので、この部分を有効利用している。スプリングＳ３４が、ロッカーアームＲに接触するカムベース部１０の部分から退避した位置に配置されていることにより、ロッカーアームＲが接触するカムベース部１０の部分の軸方向の断面積も確保されている。これにより、カムベース部１０の強度も確保されている。

図４Ａに示したように、経路Ｔ５の出口はスリット１２に開口するように形成され、この出口はリフト状態のカムロブ部２０から離れた位置に形成されている。このため、リフト状態の場合において、供給経路Ｔにオイルを供給することにより、経路Ｔ５の出口からスリット１２を介してロッカーアームＲ等にオイルを供給できる。これにより、ロッカーアームＲとカムユニットＣＵ等の潤滑を確保することができる。また、従来のカムシャワー機構を廃止したとしても、本実施例の排気側可変動弁装置１Ｅにより、潤滑を促進することができる。

以上のように、吸気側可変動弁装置１Ｉは油圧により連続的に吸気弁ＩＶの位相を変更するのに対して、排気側可変動弁装置１Ｅは油圧により多段で排気弁ＥＶの作用角を変更する。

次に、ＥＣＵ５が実行する制御について説明する。図８は、ＥＣＵ５が実行する制御の一例を示すフローチャートである。図９Ａ〜９Ｃは、排気弁ＥＶと吸気弁ＩＶの動作特性を示した図である。図９Ａ〜９Ｃにおいて、ＥＶＯ、ＥＶＣは、それぞれ排気弁ＥＶが開くタイミング、閉じるタイミングを示し、ＩＶＯ、ＩＶＣは、それぞれ吸気弁ＩＶが開くタイミング、閉じるタイミングを示している。尚、現状ではカムロブ部２０が高位置にある場合、即ち図９Ａに示すように排気弁ＥＶの作用角が拡大している場合について説明する。ＥＣＵ５は、エンジンＥＮの運転状態に応じて要求される排気側可変動弁装置１Ｅの作動要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。否定判定の場合には、ＥＣＵ５は本制御を終了する。

肯定判定の場合、ＥＣＵ５は、油の温度が所定温度以上の高温でありかつエンジンＥＮの回転数が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。油の温度は温度センサ７９からの出力値により判断される。エンジンＥＮの回転数は、クランク角センサ７１からの出力値により判断される。一般的に油温が高いほど油圧が低くなる傾向がある。このため、油温を検出することにより油圧を把握することができる。また、油を供給するオイルポンプはクランク軸４８の回転によって駆動するため、エンジン回転数が低いほど油圧が低下する傾向がある。このため、エンジン回転数を把握することによっても油圧を把握することができる。例えば、ＥＣＵ５は、油温が１２０℃以上でありエンジン回転数が２０００ｒｐｍ以下であるか否かを判定するがこの値に限定されない。このようにＥＣＵ５は、油の温度が所定温度以上の高温でありかつエンジンＥＮの回転数が所定値以下の場合には、油圧は所定の閾値よりも低いと判断し、それ以外の場合には、油圧は所定の閾値よりも低くないと判断する。

否定判定の場合、即ちＥＣＵ５が油圧は所定の閾値よりも低くないと判断した場合には、ＥＣＵ５は要求されたとおりに排気側可変動弁装置１Ｅに油を供給してカムロブ部２０の状態を切り替える（ステップＳ３）。肯定判定の場合、即ちＥＣＵ５が油圧は所定の閾値よりも低いと判断した場合には、図９Ｂに示すように、吸気弁ＩＶの位相を現状に維持しつつ排気弁ＥＶの作用角を縮小する（ステップＳ４）。即ち、吸気側可変動弁装置１Ｉの現状の状態を維持しつつ排気側可変動弁装置１Ｅに油を供給してカムロブ部２０を高位置から低位置に移動させて排気弁ＥＶの作用角を縮小する。排気弁ＥＶが低位置に移動した後に、図９Ｃに示すようにＥＣＵ５は排気側可変動弁装置１Ｅを駆動して吸気弁ＩＶの位相を進角させる（ステップＳ５）。

このように油圧が低い場合に、吸気側可変動弁装置１Ｉの駆動よりも排気側可変動弁装置１Ｅの駆動を優先させるこおにより、低油圧状態での吸気側可変動弁装置１Ｉ、排気側可変動弁装置１Ｅの同時駆動により油圧を確保できずに吸気側可変動弁装置１Ｉ、排気側可変動弁装置１Ｅの切り替えの応答性が低下することを抑制できる。

次に、吸気弁ＩＶを進角する理由について説明する。エンジンＥＮが低速回転しているときにトルクを確保するためには、燃焼室４５内に導入される空気量を増大させることが考えられる。そのためには、吸気弁ＩＶの閉タイミングＩＶＣを進角することが考えられる。図１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ吸気弁ＩＶの閉タイミングＩＶＣに応じた体積効率、残留ガス割合を示したグラフである。図１０Ａ、１０Ｂのグラフの水平軸は、下死点移行のクランク角度を示している。閉タイミングＩＶＣを進角するほど燃焼室４５に導入される空気量を確保でき体積効率が上昇する。しかしながら、閉タイミングＩＶＣが進角することにより開タイミングＩＶＯも合わせて進角し、排気弁ＥＶ、吸気弁ＩＶの双方が開くオーバーラップ期間が増大する。このため、燃焼室４５内に残留するガスの割合、いわゆる内部ＥＧＲガスが増加する。このため、低速運転状態でのトルクを確保するためには、内部ＥＧＲガスの量を減らすことが考えられる。

次に、内部ＥＧＲガスの増大の理由について説明する。図１１は、クランク角度に応じて吸気圧力、排気圧力の変化を示したグラフである。エンジンＥＮは複数の気筒が設けられおり、所定の気筒順に排気行程が行われる。このため、各気筒の排気弁ＥＶが開くたびに排気圧力が上昇するブローダウン現象が発生する。図１１に示すように、他の気筒からの排気によるブローダウン現象が発生するタイミングと、自気筒のオーバーラップ期間とが重なっている。これにより、他の気筒からの排気に起因するブローダウン現象による圧力波が、自気筒の排気弁ＥＶが開いている期間に自気筒に到達し、自気筒から排出される排気ガスの排出が妨げられ、自気筒の内部ＥＧＲガス量が増大する。特に、オーバーラップ期間では、排気弁ＥＶ、吸気弁ＩＶの双方とも開いている状態であるため、排気ガスが吸気側に戻りやすい状況になり、これによっても内部ＥＧＲガス量が増大する。

図１２は、排気弁ＥＶの作用角が拡大している場合と排気弁ＥＶの作用角を縮小し開タイミングＥＶＯを遅角させた場合との排気圧力を示したグラフである。これにより、開タイミングＥＶＯが遅角することにより、ブローダウン現象による排気圧力のピーク時が遅角する。これによって、オーバーラップ期間から排気圧力のピーク時を外すことができ、気筒内の残留ガスの割合を抑制して内部ＥＧＲを抑制できる。この後に、吸気弁ＩＶの位相を進角することにより、オーバーラップ期間が拡大しても排気を確保しつつトルクを向上させることができる。尚、図１１、１２は、シングルエントリーターボが採用したエンジンシステムでの例を示している。

図１３Ａ〜１３Ｄは、ツインエントリターボを採用した場合での作用角が大きい場合、シングルエントリーターボを採用した場合での作用角が大きい場合と小さい場合とを示したグラフである。これらグラフは、吸気弁ＩＶの位相を進角した場合を示している。シングルエントリーターボで作用角が小さい場合、特に、低速回転時で、体積効率が向上し、残留ガス割合が低減し燃焼室４５内に導入される空気量も増大しトルクが向上する。特に、シングルエントリーターボであっても、ツインエントリターボと同程度にまでトルクが向上する。このようにして、低速回転時でのトルクを向上できる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本実施例では、多段可変動弁装置の例として排気側可変動弁装置を例に説明したが、多段可変動弁装置はこれに限定されず、排気弁が開くタイミングが遅角するように排気弁の作用角を縮小できるものであれば、その他公知のものを採用してもよい。

上記実施例の図８のステップＳ２において、油温が高温でかつエンジン回転数が低い場合に、油圧が低いと判断したがこれに限定されない。例えば、油温及びエンジン回転数の一方のみに基づいて油圧が所定の閾値よりも低いか否かを判断してもよい。また、油圧を直接的に検出するセンサからの出力値によって油圧が低いか否かを判断してもよい。

上記実施例の図８のステップＳ５は、必ずしも実行しなくてもよい。即ち、油圧が低いと判断される場合に、吸気側可変動弁装置１Ｉと排気側可変動弁装置１Ｅとの同時駆動を回避できればよい。

リフト状態において、ピン１７Ｐを介さずに直接ピン２６Ｐにオイルの圧力を作用させてもよい。また、ピン１５Ｐ、１６Ｐを介さずにスプリング１５Ｓ、１６Ｓが直接ピン２６Ｐを付勢してもよい。

カムベース部１０は、カムシャフトＥＳと一体に成型されていてもよいし、本実施例のように別体で成型した後に接合してもよい。

１Ｉ 吸気側可変動弁装置（可変動弁装置）
１Ｅ 排気側可変動弁装置（多段可変動弁装置）
ＩＶ 吸気弁
ＥＶ 排気弁
５ ＥＣＵ
Ｒ ロッカーアーム
Ｖ バルブ（カムフォロア）
ＯＣＶ１、ＯＣＶ２ オイルコントロールバルブ
１０ カムベース部
１１ ベース円部
２０ カムロブ部
２６ ピン（ロック部材）
３４Ｓ スプリング（付勢部材）

Claims (4)

1. 内燃機関の複数の気筒の各吸気弁の動作特性を油圧により変更する可変動弁装置と、
   前記内燃機関の複数の気筒の各排気弁の作用角を油圧により変更する多段可変動弁装置と、
   油圧が所定の閾値よりも低い場合に前記可変動弁装置により前記各吸気弁の動作特性を維持した状態で、油圧が前記閾値よりも低くない場合に比して前記多段可変動弁装置により前記排気弁が開くタイミングを遅角させるように前記排気弁の作用角を縮小させる制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記多段可変動弁装置により前記排気弁の作用角を縮小させた後に前記可変動弁装置により前記吸気弁の位相を進角させる、内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の複数の気筒の各吸気弁の動作特性を油圧により変更する可変動弁装置と、
   前記内燃機関の複数の気筒の各排気弁の作用角を油圧により変更する多段可変動弁装置と、
   油圧が所定の閾値よりも低い場合に前記可変動弁装置により前記各吸気弁の動作特性を維持した状態で、油圧が前記閾値よりも低くない場合に比して前記多段可変動弁装置により前記排気弁が開くタイミングを遅角させるように前記排気弁の作用角を縮小させる制御部と、を備え、
   前記多段可変動弁装置は、
   カムシャフトと共に回転するカムベース部と、
   前記カムベース部の外周から突出した高位置と前記高位置よりも低い低位置間を揺動可能に前記カムベース部に連結されたカムロブ部と、
   前記カムロブ部を前記高位置側へ付勢する付勢部材と、
   前記カムロブ部を前記低位置側へ付勢するカムフォロアと、
   前記カムロブ部に保持され前記高位置及び低位置で前記カムロブ部を前記カムベース部にロックするロック部材と、
   前記カムベース部に形成され、前記高位置にある前記カムロブ部のロックを切り替えるように前記ロック部材に油圧を作用させ、前記低位置にある前記カムロブ部のロックを切り替えるように前記ロック部材に油圧を作用させる経路と、を含む、内燃機関の制御装置。
3. 前記制御部は、油の温度及び前記内燃機関の回転数の少なくとも一方に基づいて前記油圧が低いか否かを判定する、請求項１又は２の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関により駆動されるオイルポンプにより前記可変動弁装置及び前記多段可変動弁装置に油が供給される、請求項３の内燃機関の制御装置。

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