JP6127522B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

従来、内燃機関の可変動弁装置においては、カムシャフトのカムと、吸気バルブに接触するロッカアームと、カムとロッカアームとの間に配置される介在駆動機構を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。仲介駆動機構は、カムと接触する入力部とロッカアームに接触する出力部を備えている。さらに、この可変動弁装置は、仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差を変更する仲介位相差可変手段を備えている。そして、この可変動弁装置では、仲介位相差可変手段が入力部（ローラ）に対する出力部（揺動カム）の位相を変更して吸気バルブのリフト量を変化させる所謂ロストモーション機構を実現している。

特開２００１−２６３０１５号公報

ところで、上記の可変動弁装置では、内燃機関が低負荷運転時などにおいて、所望の吸気量となるように吸気バルブのリフト量を変更し、燃費の向上を図っている。しかしながら、この可変動弁装置においては、吸気バルブのリフト量を小さくすると、当然、燃焼室に導入される空気は、吸気バルブに進入を阻害されるため、吸気損失が大きくなるという問題があった。

そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、所望の吸気量を確保しつつ、吸気損失が少ない内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、内燃機関の可変動弁装置において、支持軸に揺動自在に支持され、揺動動作に伴って内燃機関の吸気弁を開閉動作させる第１揺動腕と、この第１揺動腕に中間部が回転軸で揺動自在に支持され、この回転軸を挟む位置に第１接触部と第２接触部とを有する第２揺動腕と、第１接触部の近傍に配置されたカム軸に固定され、第１接触部に接触して吸気バルブの開閉を可能とするカムと、を備え、油圧アクチュエータ内の容積変化により第２接触部の位置を変位させ、前記吸気バルブの開弁状態を制御する可動部材と、カムのカム山によって吸気バルブがリフトしている開弁状態にあるとき、可動部材の油圧アクチュエータによる油圧を開放することにより第２接触部の位置を変位させ、吸気バルブを任意のタイミングで吸気バルブの駆動方向と駆動速度とを制御する可動部材制御部と、を備えることを特徴とする。

上記態様としては、可動部材制御部は、可動部材の動作開始時期を算出する制御時間算出部と、制御時間算出部が算出した制御時間を計時する計時部と、を備え、計時部が制御時間の計時を終了したとき、可動部材を動作させることが好ましい。

上記態様としては、制御時間算出部は、吸気バルブの開弁開始から、吸気バルブを閉弁方向へ駆動させる可動部材の動作開始時期までの開弁時間を算出する吸気バルブ開弁時間算出部を備えることが好ましい。

上記態様としては、内燃機関は、内燃機関に導入される吸気量を測定する吸気量センサを備え、吸気バルブ開弁時間算出部は、吸気量と内燃機関の回転数とに基づき、開弁時間を算出することが好ましい。

上記態様としては、可動部材制御部は、吸気バルブが閉弁方向へ駆動される途中にこの吸気バルブの閉弁速度を低下させる着座制御部を備え、制御時間算出部は、吸気バルブの閉弁方向への駆動開始から、着座制御の開始時間までの閉弁時間を算出する吸気バルブ閉弁時間算出部を備えることが好ましい。

上記態様としては、吸気バルブの開弁状態を検出する開弁状態検出器を備え、吸気バルブ閉弁時間算出部は、開弁状態と内燃機関の回転数とに基づき、閉弁時間を算出することが好ましい。

上記態様としては、制御時間算出部は、着座制御の開始から終了までの制動時間を算出する吸気バルブ制動時間算出部を備えることが好ましい。

上記態様としては、吸気バルブ制動時間算出部は、開弁状態と内燃機関の回転数に基づき、制動時間を算出することが好ましい。

本発明によれば、所望の吸気量を確保しつつ、吸気損失が少ない内燃機関の可変動弁装置を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、カムのベース円部が第１入力ローラ（第１接触部）に接触している場合の非リフト時の状態を示す正面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の要部分解斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置における油圧アクチュエータの断面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置におけるオイルリザーブタンクの断面図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の制御系統を示すブロック図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、最大リフト量が選択された場合であり、リフト量が最大となった状態を示す正面図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、最小リフト量が選択された場合であり、リフト量が最小となった状態を示す正面図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、最小リフト量が選択された場合であり、吸気バルブが早閉じした状態を示す正面図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、最小リフト量となる場合であり、カムのノーズ部が第１入力ローラ（第１接触部）を通過するとき状態を示す正面図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、油圧アクチュエータのタペット（出没部）が突出状態を保持していることを示す断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、油圧アクチュエータのタペット（出没部）が没する状態を示す断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、油圧アクチュエータのタペット（出没部）が没する途中でオイルリリーフ通路を閉じた状態を示す断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、吸気バルブが閉じた後に再度タペット（可動部材）を突出させた状態を示す断面図である。 図１５は、（１）最大リフト量より小さい任意のリフト量が選択された場合のバルブリフト特性、（２）最大リフト量が選択された場合でありバルブリフト特性（フルリフトカーブ）を示すバルブリフト特性図と、ソレノイドバルブのオン・オフ状態のタイミングと、ギャップセンサの出力値、可動部材制御部に設定される時間を示す図である。 図１６は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の制御を示すフローチャートである。 図１７は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の制御におけるバルブ制御領域の一例を示す図である。 図１８は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の吸気量制御を示すフローチャートである。 図１９は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の開弁時間設定制御を示すフローチャートである。 図２０は、吸気バルブ開弁時間を算出するためのマップの一例を示す図である。 図２１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の油圧弁制御を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態に係る内燃機関（以下、エンジンと云う。）の可変動弁装置の詳細を図面に基づいて説明する。

〈可変動弁装置の構成〉
図１〜５を用いて本発明の実施の形態に係る可変動弁装置１００の構成について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る可変動弁装置１００は、カム軸１と、このカム軸１に固定されたカム２と、カム軸１の側方にカム軸１と平行に配置された支持軸３と、一端側が支持軸３に揺動自在に支持され、揺動動作に伴って他端部側で吸気バルブ４を開閉させる第１揺動腕としてのロッカアーム５と、第２揺動腕としての揺動アーム６と、可動部材としてのタペット２３を含む油圧アクチュエータ２０と、アキュムレータとしてのオイルリザーブタンク３０と、油圧弁としてのソレノイドバルブ４０と、可動部材制御部５２を含むエンジンコントロールモジュール（以下、ＥＣＭという。）５０と、を備える。

（吸気バルブ）
吸気バルブ４は、図示しないシリンダヘッド側のバルブガイドで軸方向に進退可能に設けられ、上端がバルブリテーナ１７で支持されたバルブスプリング１１により引き上げる方向（吸気ポートと燃焼室とを閉じる方向）に付勢されている。図１に示すように、吸気バルブ４は、閉弁時にシリンダヘッド側に設けられたバルブシート（弁座）１８に接触している。

（カム）
カム軸１は、図示しないシリンダヘッド側の軸受け部に回転自在に支持され、図示しないチェーンやベルト等により図示しないクランクシャフトと連動して回転するようになっている。カム軸１の回転数は、例えばクランクシャフトの回転数の１／２となるように設定されている。また、本実施の形態において、このカム軸１は、エンジンの前後方向（図２および図３に矢印で示す方向）に沿って延びるように配置されている。

カム２は、基礎となるベース円部２Ａと、ベース円部２Ａより外側へ膨出するように形成されたノーズ部２Ｂと、を有する。カム２は、ベース円部２Ａの中心にカム軸１が貫通されてこのカム軸１と一体に設けられている。したがって、カム２のカム軸１に対する配置状態により、図示しないクランクシャフトの動作に伴って動作する吸気バルブ４のリフト開始のタイミングが規定されている。

（ロッカアーム：第１揺動腕）
ロッカアーム５は、第１揺動腕としての機能を果たす。図１〜図３に示すように、ロッカアーム５は、一端部が支持軸３に揺動自在に支持されている。ロッカアーム５の中央には、第２揺動腕としての揺動アーム６が揺動可能に支持されている。ロッカアーム５の他端側のアーム先端部５Ａには、吸気バルブ４の上端に接触するアジャストスクリュー９が下方に突出するようにロックナット１０で締結されている。このアジャストスクリュー９がアーム先端部５Ａより下方に突出する長さを調整することにより、吸気バルブ４のバルブクリアランスを適宜調整することができる。なお、ロッカアーム５の一端側には、図示しないシリンダヘッド側に設けられたギャップセンサ７と対向する位置に被検出部５Ｂが設けられている。

（揺動アーム：第２揺動腕）
揺動アーム６は、中間部が、ロッカアーム５に対して回転軸としての支点アームピン８で支持されている。なお、支点アームピン８は、抜け止めクリップ８Ａで抜けないように固定されている。図２および図３に示すように、この揺動アーム６は、中間部で屈曲した形状の一対のアームプレート１２を備える。これら一対のアームプレート１２の一方の端部同士は、第１接触部としての円筒状の第１入力ローラ１５が介在されている。この第１入力ローラ１５は、第１ローラピン１６で回転自在に支持されている。また、一対のアームプレート１２の他方の端部同士は、第２接触部としての円筒状の第２入力ローラ１３が介在されている。この第２入力ローラ１３は、第２ローラピン１４で回転自在に支持されている。第１入力ローラ１５は、カム２のカム面が常時接触するように設定されている。第２入力ローラ１３は、後述する油圧アクチュエータ２０の可動部材としてのタペット２３に常時接触するように設定されている。

（油圧アクチュエータ）
図４に示すように、本実施の形態で用いる油圧アクチュエータ２０は、内部に第１油圧室構成管２１Ａを同軸的に備えるガイド筒２１と、第１油圧室構成管２１Ａにスライド自在に嵌合する第２油圧室構成管２２Ａを備えたピストン２２と、ピストン２２を収納した状態でガイド筒２１にスライド自在に嵌合する円筒容器状のタペット２３（可動部材）と、ガイド筒２１とピストン２２との間に介在されピストン２２およびタペット２３をガイド筒２１から突出する方向に付勢するリターンスプリング２４と、ガイド筒２１の上部に設けられ第１油圧室構成管２１Ａに連通するオイル通路ケース２５と、オイル通路ケース２５に設けられたチェックバルブ２６と、チェックバルブ２６を介してオイル通路ケース２５に連通するオイル供給通路２７と、オイル供給通路２７に接続されたオイルポンプ２８と、を備えて構成されている。

第１油圧室構成管２１Ａと第２油圧室構成管２２Ａとで形成される内部空間は、油圧室２９を構成している。オイル通路ケース２５の上部には、オイル供給通路２７に連通する入口部２５Ａが形成されている。また、オイル通路ケース２５の側部には、出口部２５Ｂが形成されている。この出口部２５Ｂには、作動油の流通が可能なオイルリリーフ通路３１が連通している。

チェックバルブ２６は、チェックボール２６Ａと、チェックボール２６Ａを保持する中央に流通孔が形成されたすり鉢状の保持板２６Ｂと、チェックボール２６Ａの下流側に配置されたチェックボールリテーナ２６Ｃと、チェックボールリテーナ２６Ｃとガイド筒２１との間に介在されてチェックボールリテーナ２６Ｃを押し上げるように付勢されているチェックボール用リターンスプリング２６Ｄと、備えている。

（オイルリザーブタンクおよびソレノイドバルブ）
図５に示すように、オイルリザーブタンク３０は、下部にオイルリリーフ通路３１が連通するシリンダ３２と、このシリンダ３２内に収納されたピストン３３と、シリンダ３２の上部内壁とピストン３３との間に介在されピストン２２をシリンダ３２の下部内壁へ向けて付勢するスプリング３４と、備えて構成されている。シリンダ３２の上部には、エア抜き孔３２Ａが形成されている。また、シリンダ３２の側壁３２Ｂの所定の高さ位置には、オイルリリーフ孔３２Ｃが形成されている。

オイルリリーフ通路３１には、油圧弁としてのソレノイドバルブ４０のプランジャ４１が出没するように設けられている。このソレノイドバルブ４０のプランジャ４１によりオイルリリーフ通路３１の開閉を行うようになっている。なお、ソレノイドバルブ４０は、ロッカアーム５に設けられた被検出部５Ｂとの距離を検出したギャップセンサ７の出力信号に基づくとともに、ＥＣＭ５０に格納された可動部材制御部５２により所望の制御が行われるようになっている。

（ＥＣＭ）
図６に示すように、ＥＣＭ５０は、バルブ領域判定部５１と、可動部材制御部５２と、を備えている。ＥＣＭ５０には、クランク角センサ６１、カム角センサ６２、吸気量センサ６３、スロットルセンサ６４、アクセルセンサ６５、水温センサ６６、開弁状態検出器としてのギャップセンサ７などからの出力信号が入力されるようになっている。可動部材制御部５２は、制御時間算出部５３と、ソレノイドバルブ４０を制御する油圧弁制御部５４と、着座制御部５５と、記憶部５６と、計時部５７と、を備えている。制御時間算出部５３は、吸気バルブ開弁時間算出部５３Ａと、吸気バルブ閉弁時間算出部５３Ｂと、吸気バルブ制動時間算出部５３Ｃと、を備えている。図６に示すように、ＥＣＭ５０は、油圧弁としてのソレノイドバルブ４０、点火装置４２、スロットルバルブ４３、燃料噴射装置４４へ制御信号を出力するようになっている。

可動部材制御部５２は、吸気バルブ４が開弁状態にあるとき、可動部材としてのタペット２３を動作させて第２接触部としての第２入力ローラ１３の位置を変位させ、吸気バルブ４の開弁状態を制御するようになっている。制御時間算出部５３は、可動部材としてのタペット２３の動作開始時期を算出するようになっている。油圧弁制御部５４は、ソレノイドバルブ４０を制御するようになっている。着座制御部５５は、吸気バルブ４が閉弁方向に駆動される途中において吸気バルブ４の閉弁速度を低下させる制御を行うようになっている。計時部５７は、制御時間算出部５３が算出した制御時間を計時するようになっている。

吸気バルブ開弁時間算出部５３Ａは、吸気バルブ４の開弁開始から吸気バルブ４を閉弁方向へ駆動させるタペット２３の動作開始時期までの開弁時間を算出するようになっている。吸気バルブ閉弁時間算出部５３Ｂは、吸気バルブ４の閉弁方向への駆動開始から、着座制御の開始時間までの閉弁時間を算出するようになっている。吸気バルブ閉弁時間算出部５３Ｂは、吸気バルブ４の開弁状態とエンジンの回転数に基づき、閉弁時間を算出するように設定されている。吸気バルブ制動時間算出部５３Ｃは、着座制御の開始から終了までの制動時間を算出するようになっている。なお、この吸気バルブ制動時間算出部５３Ｃは、開弁状態とエンジンの回転数とに基づき、制動時間を算出する。

〈可変動弁装置の動作〉
次に、本実施の形態に係る可変動弁装置１００の制御動作の説明に先駆けて、可変動弁装置１００において最大リフト量が選択された場合の動作および最大リフト量より低い低負荷時のリフト量が選択された場合の動作について説明する。

（最大リフト量が選択された場合）
図１は、エンジンの回転数が所定の回転数以上のときに吸気バルブ４の最大リフト量Ｌ_ＭＡＸの設定が選択された場合の吸気バルブ４が閉じているとき（バルブリフトが発生していないとき）の状態を示す正面図である。図７は、吸気バルブ４の最大リフト量の設定が選択された場合において、吸気バルブ４が作動してリフト量が最大リフト量Ｌ_ＭＡＸとなった状態を示している。

最大リフト量の設定が選択された場合は、油圧室２９（図４参照）内の容積は最大状態となっている。また、図１に示すように、ソレノイドバルブ４０は、オイルリリーフ通路３１を閉じた状態であり、かつ作動油はチェックバルブ２６で逆流が阻止された状態となっている。したがって、図４に示すように、この状態では、油圧アクチュエータ２０のピストン２２と共に動作する可動部材としてのタペット２３が突出した状態で保持されている。

図１に示すように、吸気バルブ４が閉じた状態では、カム２のベース円部２Ａと接触する第１入力ローラ１５は、カム２が矢印ａ方向（図中、時計回り方向）に回転しても第１入力ローラ１５は転動するだけでカム２側から押圧力を受けない状態にある。

次に、図７に示すように、カム２の矢印ａ方向への回転が進むと、第１入力ローラ１５にカム２のノーズ部２Ｂが接触して第１入力ローラ１５が押圧されて押し下げられる。第１入力ローラ１５が押し下げられると、揺動アーム６は第２入力ローラ１３を支点として図中時計回り方向に回動する。揺動アーム６の中間部が支点アームピン８でロッカアーム５に支持されているため、ロッカアーム５は支持軸３を支点として図中時計回り方向に回動する。すると、ロッカアーム５のアーム先端部５Ａに設けられたアジャストスクリュー９が吸気バルブ４の上端を押圧する。そして、吸気バルブ４は、バルブスプリング１１の反発力に抗して最大リフト量Ｌ_ＭＡＸとなるまで押し下げられる。

さらに、図７に示す状態から、カム２が矢印ａ方向にさらに回転してノーズ部２Ｂが第１入力ローラ１５を通過して再度ベース円部２Ａが第１入力ローラ１５に接触すると、揺動アーム６は図１に示した状態（位置）に戻る。この動作に伴い、ロッカアーム５のアーム先端部５Ａは上昇して吸気バルブ４がバルブスプリング１１の付勢力により上昇して閉じた状態になる。図１５に示す（２）は、最大リフトが選択された場合のリフト量とクランク角との関係（バルブリフト特性）を示している。

（最大リフト量より低い低負荷時のリフト量が選択された場合）
次に、エンジンの負荷および回転数が所定の運転領域のときに、最大リフト量より低い、吸気バルブ４の任意の低負荷時のリフト量Ｌ_Ｎの設定が選択された場合、吸気バルブ４の非作動時（バルブリフトが発生していないとき）の状態は、図１に示した状態と同様である。図８は、吸気バルブ４の任意リフト量Ｌ_Ｎの設定が選択された場合において、吸気バルブ４が作動して任意リフト量Ｌ_Ｎとなったときのバルブリフト状態を示している。図９は、吸気バルブ４の任意リフト量Ｌ_Ｎの設定が選択された場合において、油圧アクチュエータ２０、オイルリザーブタンク３０、およびソレノイドバルブ４０の作動に基づいて吸気バルブ４を閉じた状態を示している。

図１に示すように、吸気バルブ４の非作動時の状態（カム２のベース円部２Ａが第１入力ローラ１５に接触している状態）では、カム２が矢印ａ方向に回転しても第２入力ローラ１５は転動するだけでカム２側から押圧力を受けない状態にある。このとき、図１１に示すように、油圧室２９内の容積は最大状態となっており、ソレノイドバルブ４０のプランジャ４１がオイルリリーフ通路３１を閉じた状態であり、かつ作動油はチェックバルブ２６で逆流が阻止された状態となっている。したがって、油圧アクチュエータ２０のピストン２２と共に動作するタペット２３が突出した状態で保持されている。

次に、図８に示すように、タペット２３が突出した状態で、カム２の矢印ａ方向への回転が進むと第１入力ローラ１５にカム２のノーズ部２Ｂの基部が接触して第１入力ローラ１５を徐々に押圧し始める。したがって、揺動アーム６は第２入力ローラ１３を支点として図中時計回り方向に回動する。揺動アーム６の中間部が支点アームピン８でロッカアーム５に支持されている。このため、このように第２入力ローラ１３がタペット２３で支持されている状態では、ロッカアーム５は支持軸３を支点として図中時計回り方向に回動する。すると、アーム先端部５Ａに設けられたアジャストスクリュー９が吸気バルブ４の上端を押圧し、吸気バルブ４をバルブスプリング１１の反発力に抗して押し下げる。

そして、カム２のノーズ部２Ｂの頂部に至る途中の所定位置が第１入力ローラ１５に接触するときに、吸気バルブ４は予め設定された任意リフト量Ｌ_Ｎとなる（図８参照）。このように任意リフト量Ｌ_Ｎが選択されている状態で、ＥＣＭ５０に格納された可動部材制御部５２による出力値に基づいて、ＥＣＭ５０は、オイルリリーフ通路３１を解放させる制御信号をソレノイドバルブ４０に出力してソレノイドバルブ４０をオンにするように設定されている。すると、図９に示すように、ソレノイドバルブ４０のプランジャ４１は没してオイルリリーフ通路３１を開通させる。

図１２は、吸気バルブ４がリフト量Ｌ_Ｎとなったときにソレノイドバルブ４０がオン状態となり、オイルリリーフ通路３１が開通した状態を示している。このようにオイルリリーフ通路３１が開くと、油圧室２９内の作動油がオイルリリーフ通路３１を介してオイルリザーブタンク３０へ移動可能となる。

このとき、図９に示すように、バルブスプリング１１の付勢力により、ロッカアーム５が支持軸３を支点として図中反時計回り方向に押圧される。これに伴い揺動アーム６は、カム２のカム面に接触する第１入力ローラ１５を支点として図中時計回り方向に押圧される。したがって、図９および図１２に示すように、揺動アーム６の第２入力ローラ１３はタペット２３を矢印ｂ方向（上向き）に押し上げるように押圧する。図１２に示すように、タペット２３の上昇に伴い、タペット２３内のピストン２２の第２油圧室構成管２２Ａが、ガイド筒２１側の第１油圧室構成管２１Ａに嵌合した状態で上昇して油圧室２９の容積を縮める。

ここで、オイル通路ケース２５の入口部２５Ａでは、チェックバルブ２６で逆流が阻止されているため、作動油がオイル通路ケース２５の出口部２５Ｂからオイルリリーフ通路３１へ送り出される。そして、オイルリリーフ通路３１に作動油が送り出されることにより、オイルリザーブタンク３０ではスプリング３４の付勢力に抗してピストン３３を押し上げてピストン３３の下のシリンダ３２との間の空間に作動油を貯める。なお、オイルリザーブタンク３０において、ピストン３３の上昇に伴い、シリンダ３２内の空気はエア抜き孔３２Ａから排出され、ピストン３３が下降するときにはエア抜き孔３２Ａから空間がシリンダ３２内へ流入するようになっている。

なお、オイルリザーブタンク３０における上下方向の中間部には、オイルリリーフ孔３２Ｃが設けられている。オイルリザーブタンク３０においては、ピストン３３がオイルリリーフ孔３２Ｃよりも上昇すると作動油がオイルリリーフ孔３２Ｃから排出、回収されるようになっている。このようにオイルリリーフ通路３１を開くことにより、油圧アクチュエータ２０のタペット２３を急に上昇させることができる。したがって、図１５の（１）の線で示すように、吸気バルブ４を速やかに閉じることが可能となり、ポンプ損失の低減効果を高めることができる。

なお、このように吸気バルブ４が速やかに上昇してバルブシート１８に速い速度で衝突することを防止するため、図１５の（１）のタイミングチャートに示すような制御を行っている。すなわち、図９に矢印ｂで示すように、タペット２３の上昇に伴い揺動アーム６の第２入力ローラ１３が上昇すると、ロッカアーム５が支持軸３を支点として図中反時計回り方向に回動する。そして、ロッカアーム５の被検出部５Ｂがギャップセンサ７に対して所定距離まで近づくと、ギャップセンサ７はＥＣＭ５０へ検出信号を出力する。なお、図１５にはギャップセンサ７の出力値として、ギャップセンサ７と被検出部５Ｂとの距離に基づきバルブリフト位置を算出して示している。

このとき、ＥＣＭ５０では、ギャップセンサ７からの出力信号に基づいてソレノイドバルブ４０をオフにする制御信号を出力する。この結果、図１３に示すように、ソレノイドバルブ４０のプランジャ４１が突出してオイルリリーフ通路３１を閉じる。このようにオイルリリーフ通路３１を閉じると、油圧室２９とこれに連通するオイルリリーフ通路３１内に封止された作動油がピストン２２の上昇を抑えるように作用する。すなわち、第２入力ローラ１３の速やかな上昇が緩和される。これに伴い、図１０に示すように、ロッカアーム５の反時計回り方向への揺動の速度が緩和され、延いては吸気バルブ４の速やかな上昇が緩和される。したがって、吸気バルブ４がバルブシート１８へ急激に衝突することを防止できる。すなわち、着座制御を行うことができる。なお、本実施の形態では、作動油の温度、油圧、エンジン回転数等の条件に応じてソレノイドバルブ４０をオフにするタイミングの設定値を補正することが可能である。

吸気バルブ４のバルブシート１８への着座時には、ＥＣＭ５０から制御信号が出力され、図１５の（Ｄ）の時点でソレノイドバルブ４０をオン状態に切り換えプランジャ４１が没した状態となる。したがって、このときは、オイルリリーフ通路３１が開いた状態となる。図９の状態から図１０に示すように、カム２が矢印ａ方向の回転が進んで第１入力ローラ１５をノーズ部２Ｂが通過する際に第１入力ローラ１５が押し下げられる。これに伴い、揺動アーム６は支点アームピン８を支点にして図中時計回り方向に押圧される。

このとき、ロッカアーム５は、揺動アーム６から押圧されて、支点アームピン８を支点として図中時計回り方向に回動するように押圧される。しかし、バルブスプリング１１の荷重が、リターンスプリング２４とスプリング３４とを合わせた荷重よりも大きく設定されている。このため、図１０に示すように、ロッカアーム５は図中時計回り方向に回動することはなく、揺動アーム６が支点アームピン８を支点として図中時計回り方向に回動し、第２入力ローラ１３がタペット２３を押し上げる動作を行う。したがって、第１入力ローラ１５をカム２のノーズ部２Ｂが通過しても、吸気バルブ４がリフトされることはない。

そして、図１５に示すように、（１）の任意のリフト量Ｌ_Ｎのリフト動作終了後であって、最大リフト量の場合（２）のリフト動作が終了する角度まで回転した後は、図１４に示すように、油圧アクチュエータ２０のリターンスプリング２４がタペット２３を押し下げる。この際、油圧室２９が拡張し、オイルリザーブタンク３０内の作動油がオイルリリーフ通路３１を通して油圧室に流入する。その後、オイルリリーフ通路３１を閉じて、オイルポンプ２８からチェックバルブ２６を介して油圧室２９内に作動油を供給してタペット２３が最大に突出した状態にして保持しておく。次のバルブリフト工程の前にタペット２３を突出させておくことにより、再度吸気バルブ４の任意の低負荷時のリフト量Ｌ_Ｎまたは最大リフト量Ｌ_ＭＡＸでの吸気バルブ４の動作が可能になる。

上述の本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、吸気バルブ４のバルブリフト量とバルブ作用角を小さくする際に、バルブリフト量とバルブ作用角を最大とした場合と同じ時期に吸気バルブ４を開くとともに、吸気バルブ４が閉じる時期だけを早めることができる。このため、吸気バルブ４のバルブリフト量とバルブ作用角を小さくする際に、従来のロストモーション機構を用いた可変動弁装置よりも同一吸入空気量において吸気バルブ４を早く閉じることができ、エンジンのポンプ損失を低減できる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、吸気バルブ４のバルブリフト量とバルブ作用角を小さくする際に、従来のロストモーション機構を用いた可変動弁装置よりも同一吸入空気量においてバルブ作用角を小さくしつつバルブリフト量を大きくできるため、エンジンのポンプ損失を低減できる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、吸気バルブ４をリフトさせる前に、オイルポンプ２８から供給される作動油で油圧室２９を拡張させるともに、吸気バルブ４をリフトさせる際に油圧室２９の圧力上昇でチェックバルブ２６を閉じ、吸気バルブ４を最大リフトさせたときと同じバルブリフト特性でリフトさせることができる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、ソレノイドバルブ４０によりオイルリリーフ通路３１を任意のタイミングで解放（開通）させることで、吸気バルブ４を即座に閉じることが可能となる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、カム２の回転によりノーズ部２Ｂが第１入力ローラ１５を最大に押し下げる位置を通過した後、リターンスプリング２４によって油圧室２９を拡張させ、ピストン２２で第２入力ローラ１３を押して揺動アーム６を揺動させ、第１入力ローラ１５をカム２のカム面に常時押し付けることができる。したがって、本実施の形態の係る可変動弁装置１００によれば、揺動アーム６のがたつきや不安定な動作が発生することを防止できる。また、リターンスプリング２４によって油圧室２９の容積が拡大する場合に、オイルリザーブタンク３０に貯えた作動油を油圧室２９に供給することができ、作動油を効率よく使うことができ、オイルポンプの負担を低減することもできる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、油圧室２９内に所定量の作動油を溜める構成であるため、作動油が緩衝材として機能して吸気バルブ４がバルブシート１８に着座する際の衝撃を緩和することができる。

〈可変動弁装置の制御動作〉
以下、図６および図１６〜図２０を用いて、エンジンの可動部材制御部５２による制御について説明する。
先ず、図１６に示すように、ＥＣＭ５０は、クランク角センサ６１、カム角センサ６２、吸気量センサ６３、スロットルセンサ６４、アクセルセンサ６５、水温センサ６６、ギャップセンサ７などの各センサから出力値を取得する（ステップＳ１）。

次に、ＥＣＭ５０は、クランク角センサ６１の出力値に基づき、エンジンの回転数を算出する（ステップＳ２）。

次に、ＥＣＭ５０は、アクセルセンサ６５の出力値に基づき、運転者が要求するトルクを目標トルクとして算出する（ステップＳ３）。

次に、ＥＣＭ５０は、燃料噴射量を算出する（ステップＳ４）。なお、この燃料噴射量は、エンジンの運転状態によって変化する。具体的には、ＥＣＭ５０が、クランク角センサ６１、水温センサ６６、スロットルセンサ６４などの出力値に応じて適切な燃料噴射量を算出する。

次に、ＥＣＭ５０は、エンジンの回転数、目標トルク、目標燃料噴射量に基づき、目標吸入空気量を算出する（ステップＳ５）。

次に、ＥＣＭ５０では、バルブ領域判定部５１により、図１７に示すような、例えばエンジンの負荷（Ｎｍ）と回転数（ｒｐｍ）との関係に基づいて、エンジンの運転状態が、バルブ制御領域にある否かを判定する（ステップＳ６）。

次に、ＥＣＭ５０は、運転領域に応じた開度にスロットルバルブ４３を制御して吸気量制御を行う（ステップＳ７）。

次に、ＥＣＭ５０は、点火装置４２および燃料噴射装置４４を制御して、エンジンの制御を行う（ステップＳ８）。

図１８に示すように、上記ステップＳ７の吸気量制御において、バルブ領域判定部５１は、ステップＳ６において判定された結果に基づき、バルブ制御領域か否かを判定する（ステップＳ７１）。

ステップＳ７１において、エンジンの運転状態が、バルブ制御領域であると判定されたときは、目標スロットル開度を全開に設定する（ステップＳ７２）。また、ＥＣＭ５０は、バルブ制御領域フラグメントＶｆに１を入力して、記憶部５６に保存する（Ｖｆ←１）。

一方、ステップＳ７１において、バルブ領域判定部５１が、運転状態がバルブ制御領域に無いと判定したとき、エンジンの回転数と目標吸入空気量から目標スロットル開度を設定する（ステップＳ７３）。また、ＥＣＭ５０は、バルブ制御領域フラグメントＶｆに０を入力して、記憶部５６に保存する（Ｖｆ←０）。

（開弁時間設定の制御）
まず、図１５に示す（Ａ）の時点で、開弁時間設定制御を行う。以下、図１９に示すフローチャートに基づいて、開弁時間設定制御について説明する。図１９に示すように、開弁時間設定制御では、クランク角センサ６１の出力値に基づき、吸気バルブ４の開弁時期を検出する。そして、可動部材制御部５２は、現在の運転状態がバルブ制御領域であるか否かを判断する。具体的には、ＥＣＭ５０は、上記ステップＳ７２において入力されたバルブ制御領域フラグメントＶｆが１となっているか否かを判断する（ステップＳ１０１）。

次に、可動部材制御部５２は、バルブ制御領域判定部５１から信号を受信すると、吸気バルブ開弁時間算出部５３Ａで吸気バルブ開弁時間を求める（ステップＳ１０２）。具体的には、可動部材制御部５２が予め記憶部５６に格納された、例えば図２０に示すようなマップを読み出し、エンジンの回転数（ｒｐｍ）と目標吸入空気量（ｍｍ^３）との値に応じた吸気バルブ開弁時間を取得する。

次に、可動部材制御部５２は、計時部５７を用いてステップＳ１０２で算出した吸気バルブ開弁時間の計時（カウントダウン）を開始する（ステップＳ１０３）。

次に、可動部材制御部５２は、計時部５７において計時（カウントダウン）が終了したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４において、計時が終了したときは、油圧弁としてのソレノイドバルブ４０を開弁する（ステップＳ１０５）。このようにソレノイドバルブ４０を開弁する時点は、図１５における（Ｂ）で示す時点である。その後、油圧弁制御の実行を許可する（ステップＳ１０６）。

（油圧弁制御）
図２１は、油圧弁制御の流れを示すフローチャートである。この油圧弁制御は、開弁時間設定制御のステップＳ１０６において油圧弁制御の実行許可処理が行われた後、優先して実行される割り込み制御である。

まず、この油圧弁制御（ステップＳ２０１）では、可動部材制御部５２が、ギャップセンサ７の出力値に基づき、吸気バルブ４のリフト量を算出する（ステップＳ２０２）。

次に、エンジンの回転数とバルブ４のリフト量とに基づき、吸気バルブ閉弁時間を算出する（ステップＳ２０３）。

次に、吸気バルブ閉弁時間を計時部５７に設定し、計時を開始する（ステップＳ２０４）。その後、計時部５７による計時が終了したか否かを判定する（ステップＳ２０５）。そして、計時部５７による計時が終了したとき、ソレノイドバルブ（油圧弁）４０を閉弁する（ステップＳ２０６）。計時部５７による計時が終了したとき、図１５に示す吸気バルブ４のリフトカーブにおける（Ｃ）の時点である。なお、着座制御は、この時点から開始され、後述するステップＳ２０９が「計時が終了」と判定されるまで継続される。

次に、エンジンの回転数とバルブ４のリフト量とに基づき、吸気バルブ制動時間算出部５３Ｃで吸気バルブ制動時間を算出する（ステップＳ２０７）。

次に、吸気バルブ制動時間を計時部５７に設定し、計時を開始する（ステップＳ２０８）。そして、ステップＳ２０９において、計時が終了したときに、ソレノイドバルブ４０を閉状態にする。この計時が終了したときは、図１５に示す吸気バルブ４のリフトカーブにおける（Ｄ）の時点である。

次に、クランク角センサ６１の出力値に基づき、吸気バルブ４の開弁時期か否かを判定する（ステップＳ２１１）。

次に、ステップＳ２１１において、吸気バルブ４の閉弁時期であるとき、ソレノイドバルブ４０を閉弁させる（ステップＳ２１２）。このようにして、着座制御の後に、吸気バルブ４を閉じさせることができる。

（可変動弁装置の効果）
上記のような構成により、本実施の形態に係る可変動弁装置１００は、吸気バルブ４が開弁状態にあって、所望の吸気量に達したとき、タペット２３を制御して吸気バルブ４の開弁状態を制御することができる。したがって、可変動弁装置１００は、所望の吸気量に達するまで、吸気バルブ４を大きく開いておき、所望の吸気量に達した後、吸気バルブを閉弁方向へ駆動させれば、所望の吸気量を確保しつつ、吸気損失を少なく抑えることができる。

上記のような構成により、可動部材制御部５２は、タペット２３の動作開始時期を予め算出しておき、この動作開始時期に達するまでの制御時間を計時部５７に入力し、この制御時間が経過した後、タペット２３を動作させる。このため、例えばセンサ等の出力値を監視ししきい値に達したときにタペット２３を制御するものと比較して、センサの誤差を原因とした制御の早期作動や遅れを防止でき、同一の運転条件であれば、同じ時期に制御を開始することが可能となる。

上記のような制御を行うことにより、可変動弁装置１００は、吸気バルブ４の閉弁を開始する時期を適切に設定することができ、所望の吸気量を確実に確保できる。

上記のような構成により、吸気バルブ開弁時間算出部５３Ａは、吸気量とエンジンの回転数に応じて開弁時間を算出するため、運転状態に応じて適切な閉弁の開始時間が適用される。したがって、エンジンは常に適切な吸気量を確保できる。また、上記構成により、可変動弁装置１００は、着座制御を適切な時期に開始できるという効果を奏する。

上記構成によれば、可変動弁装置１００は、ギャップセンサ７により吸気バルブ４の開弁状態を検出し、この開弁状態と、エンジンの回転数に応じて、閉弁時間を算出するため、着座制御を適切な時間に開始できる。すなわち、着座制御は、吸気バルブ４がバルブシート１８に近い位置で行うほど、制御後に跳ね返りが起こり難くなる。一方で、吸気バルブ４がバルブシート１８に近すぎると、制御が間に合わずにバルブシート１８に接触する可能性がある。そこで、上記構成にすることで、吸気バルブ閉弁時間算出部５３Ｂは、運転状態と吸気バルブの開弁状態とに応じて、着座制御が適切な時期となるよう、閉弁時間を算出している。加えて、このような構成により、可変動弁装置１００では、着座制御を適切な時期に終了させることができる。

上記の構成とすることにより、可変動弁装置１００は、ギャップセンサ７により吸気バルブ４の開弁状態を検出し、この開弁状態と、エンジンの回転数に応じて、制御時間を算出するため、着座制御を適切な時間に終了できる。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態はこの発明を限定するものでない。本発明に係る内燃機関の可変動弁装置１００は、上記した構造としたときに顕著な効果を奏するが、上記した可変動弁装置１００のみに限定されるものではない。本発明は、この実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置１００の他に各種の設計変更が可能である。

例えば、上記実施の形態では、可動部材として油圧アクチュエータ２０のタペット２３を適用したが、第２接触部としての第２入力ローラ１５の位置を変位させることができれば、他の部材を適用しても勿論よい。

１ カム軸
２ カム
３ 支持軸
４ 吸気バルブ（吸気弁）
５ ロッカアーム（第１揺動腕）
６ 揺動アーム（第２揺動腕）
７ ギャップセンサ（開弁状態検出器）
８ 支点アームピン（回転軸）
１３ 第２入力ローラ（第２接触部）
１５ 第１入力ローラ（第１接触部）
１８ バルブシート
２０ 油圧アクチュエータ
２３ タペット（可動部材）
４０ ソレノイドバルブ（油圧弁）
４１ プランジャ
５０ ＥＣＭ
５２ 可動部材制御部
５３ 制御時間算出部
５３Ａ 吸気バルブ開弁時間算出部
５３Ｂ 吸気バルブ閉弁時間算出部
５３Ｃ 吸気バルブ制動時間算出
５４ 油圧弁制御部
５５ 着座制御部
５７ 計時部
６１ クランク角センサ
６２ カム角センサ
６３ 吸気量センサ
６４ スロットルセンサ
６５ アクセルセンサ
６６ 水温センサ
１００ 可変動弁装置

Claims (8)

1. 内燃機関の可変動弁装置において、支持軸に揺動自在に支持され、揺動動作に伴って内燃機関の吸気弁を開閉動作させる第１揺動腕と、前記第１揺動腕に中間部が回転軸で揺動自在に支持され、前記回転軸を挟む位置に第１接触部と第２接触部とを有する第２揺動腕と、前記第１接触部の近傍に配置されたカム軸に固定され、前記第１接触部に接触して前記吸気バルブの開閉を可能とするカムと、を備え、
   油圧アクチュエータ内の容積変化により前記第２接触部の位置を変位させ、前記吸気バルブの開弁状態を制御する可動部材と、
   前記カムのカム山によって前記吸気バルブがリフトしている開弁状態にあるとき、前記可動部材の前記油圧アクチュエータによる油圧を開放することにより前記第２接触部の位置を変位させ、前記吸気バルブを任意のタイミングで吸気バルブの駆動方向と駆動速度とを制御する可動部材制御部と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記可動部材制御部は、
   前記可動部材の動作開始時期を算出する制御時間算出部と、
   前記制御時間算出部が算出した制御時間を計時する計時部と、
   を備え、
   前記計時部が制御時間の計時を終了したとき、前記可動部材を動作させ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. 前記制御時間算出部は、前記吸気バルブの開弁開始から、前記吸気バルブを閉弁方向へ駆動させる前記可動部材の動作開始時期までの開弁時間を算出する吸気バルブ開弁時間算出部を備える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。
4. 前記内燃機関は、当該内燃機関に導入される吸気量を測定する吸気量センサを備え、
   前記吸気バルブ開弁時間算出部は、前記吸気量と前記内燃機関の回転数とに基づき、前記開弁時間を算出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 前記可動部材制御部は、前記吸気バルブが閉弁方向へ駆動される途中に当該吸気バルブの閉弁速度を低下させる着座制御部を備え、
   前記制御時間算出部は、前記吸気バルブの閉弁方向への駆動開始から、着座制御の開始時間までの閉弁時間を算出する吸気バルブ閉弁時間算出部を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 前記吸気バルブの開弁状態を検出する開弁状態検出器を備え、
   前記吸気バルブ閉弁時間算出部は、前記開弁状態と前記内燃機関の回転数とに基づき、前記閉弁時間を算出す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。
7. 前記制御時間算出部は、前記着座制御の開始から終了までの制動時間を算出する吸気バルブ制動時間算出部を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
8. 前記吸気バルブ制動時間算出部は、前記開弁状態と前記内燃機関の回転数に基づき、前記制動時間を算出することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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