JP2006188952A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】構造を複雑化させることなく、回転速度が変動するのを抑制することが可能なエンジンを提供する。
【解決手段】このエンジンでは、シリンダ１の開口部１ａを開閉する吸気バルブ１８と、吸気バルブ１８を駆動するとともに、吸気バルブ１８のリフト量を任意に制御可能なバルブアクチュエータ２０と、開口部１ａに接続され、開口部１ａを介してエンジンに空気および燃料を送り込むための吸気通路７と、吸気通路７の開口部７ａを開閉するように配置され、運転者が要求する負荷に応じて開口部７ａに対する開度を調整することによりエンジンに送り込む空気量を制御するためのスロットルバルブ１０とを備えている。また、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、吸気バルブ１８のリフト量により決定される開口部１ａの開口面積Ｎは、スロットルバルブ１０の開度により決定される開口部７ａの開口面積Ｍ以上になるように制御される。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンに関し、特に、吸気バルブを駆動するためのバルブ駆動手段を備えたエンジンに関する。

従来、エンジンの吸気バルブを駆動するためのバルブ駆動装置として、吸気バルブのリフト量を変動させるためのリフト可変機構を備えた機械式のバルブ駆動装置や、油圧を用いて吸気バルブのリフト量を任意に制御可能な油圧式バルブ駆動装置が知られている。従来のリフト可変機構を備えた機械式のバルブ駆動装置では、吸気バルブのリフト量を変動させると、それに伴ってバルブタイミングも変化する。このため、最適なリフト量とバルブタイミングとを同時に満たすために、リフト可変機構とは別個にタイミング可変機構が必要になる。これにより、構造が複雑になるという不都合がある。

その一方、従来の油圧式バルブ駆動装置では、吸気バルブのリフト量およびバルブタイミングを任意に制御することが可能であるので、構造が複雑化することはない。しかしながら、従来の油圧式バルブ駆動装置では、機械式のバルブ駆動装置に比べて、吸気バルブのリフト量の変動量が大きいので、アイドリング時などのリフト量の小さい極低負荷状態において、吸気バルブのリフト量に対する吸気バルブのリフト量の変動量の割合が大きくなる。このため、アイドリング時などの極低負荷状態において、吸気バルブを介してシリンダ内に吸入される空気量の変動が大きいため、空燃比が変動しやすくなるとともに、エンジン回転速度が変動しやすくなるという不都合がある。

そこで、従来、アイドリング時（極低負荷状態）や高負荷状態にスロットルバルブによってエンジンの出力を制御するとともに、低中負荷状態にはスロットルバルブを全開にして吸気バルブによって出力を制御する内燃機関（エンジン）が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１に開示された構造では、アイドリング時（極低負荷状態）に、スロットルバルブによってエンジンの出力を制御するので、吸気バルブのリフト量が変動した場合にも、空燃比が変動するのを抑制することが可能であるとともに、エンジン回転速度が変動するのを抑制することが可能である。

特開平１１−１１７７７７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された構造では、アイドリング時（極低負荷状態）や高負荷状態にはスロットルバルブによりエンジンの出力を制御するとともに、低中負荷状態には吸気バルブによりエンジンの出力を制御するので、エンジンの負荷状態の違いによってスロットルバルブによる制御と吸気バルブによる制御とを切り換える必要がある。このため、低中負荷状態にスロットルバルブをアクセル操作と分離して全開の状態に動作させるためのアクチュエータなどが必要になる。これにより、構造が複雑化するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、構造を複雑化させることなく、回転速度が変動するのを抑制することが可能なエンジンを提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

この発明の一の局面によるエンジンは、シリンダの第１開口部を開閉する吸気バルブと、吸気バルブを駆動するとともに、吸気バルブのリフト量を任意に制御可能なバルブ駆動手段と、第１開口部に接続され、第１開口部を介してエンジンに空気および燃料を送り込むための吸気通路と、吸気通路の第２開口部を開閉するように配置され、使用者が要求する負荷に応じて第２開口部に対する開度を調整することによりエンジンに送り込む空気量を制御するためのスロットルバルブとを備え、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積は、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積以上になるように制御される。

この一の局面によるエンジンでは、上記のように、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積を、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積以上になるように制御することによって、実質的に全ての負荷状態において、エンジンに吸入される空気量を、スロットルバルブにより制御することができる。これにより、エンジンの負荷状態の違いによりスロットルバルブによる制御と吸気バルブによる制御とを切り換える必要がないとともに、スロットルバルブをアクセル操作と分離して動作させる必要がないので、スロットルバルブをアクセル操作と分離して動作させるためのアクチュエータなどが不要になる。これにより、構造を簡素化することができる。また、エンジンに吸入される空気量を、スロットルバルブにより制御することができるので、吸気バルブのリフト量が変動した場合にも、エンジンに送り込まれる空気量が変動するのを抑制することができる。これにより、エンジンの回転速度が変動するのを抑制することができる。これらの結果、構造を複雑化させることなく、回転速度が変動するのを抑制することができる。また、吸気バルブのリフト量を任意に制御可能なバルブ駆動手段を用いることによって、アイドリング時などの極低負荷状態に、吸気バルブを必要以上にリフトさせる必要がないので、エネルギー損失を小さくすることができる。

上記一の局面によるエンジンにおいて、好ましくは、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の平均流速は、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の平均流速以下になるように制御される。このように構成すれば、エンジンに吸入される空気量を、スロットルバルブにより容易に制御することができるので、吸気時において、吸気バルブのリフト量が変動した場合にも、エンジンに吸入される空気量が変動するのを容易に抑制することができる。これにより、エンジンの回転速度が変動するのを容易に抑制することができる。

上記第１開口部の平均流速が第２開口部の平均流速以下になるように制御されるエンジンにおいて、好ましくは、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の平均流速は、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の平均流速と実質的に同等になるように制御される。このように構成すれば、スロットルバルブが設けられる第２開口部から吸気バルブが設けられる第１開口部を介してエンジンに吸入される空気の流れの変動が大きくなるのを抑制することができるので、円滑な空気の流れを得ることができる。これにより、流れの変動が大きい空気が第１開口部を介してエンジンに吸入される場合に比べて、第１開口部を通過する際の抵抗を小さくすることができるので、ポンプ損失を低減することができる。また、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の平均流速を、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の平均流速と実質的に同等になるように制御することによって、アイドリング時などの極低負荷状態には、吸気バルブのリフト量を必要以上に大きくする必要がないので、エネルギー損失を小さくすることができる。

上記一の局面によるエンジンにおいて、好ましくは、吸気時における吸気バルブのリフト量は、所定の変動量で変動し、吸気バルブのリフト量の変動に起因して第１開口部の開口面積が変動する場合に、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、変動した第１開口部の開口面積が、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積以上になるように制御される。このように構成すれば、エンジンのリフト量が変動した場合にも、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積を、容易に、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積以上になるよう制御することができる。

上記一の局面によるエンジンにおいて、好ましくは、エンジンの低負荷状態における吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積とスロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積との差は、エンジンの高負荷状態における吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積とスロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積との差よりも大きくなるように制御される。このように構成すれば、エンジンの低負荷状態において、スロットルの開度により決定される第２開口部の開口面積が小さくなった場合にも、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積が小さくなりすぎるのを抑制することができる。これにより、吸気バルブのリフト量が小さくなりすぎることに起因して吸気バルブのリフト量に対する吸気バルブのリフト量の変動量の割合が大きくなるのを抑制することができるので、エンジンの回転速度の変動率が大きくなるのを抑制することができる。

上記エンジンの低負荷状態における第１開口部の開口面積と第２開口部の開口面積との差が、エンジンの高負荷状態における第１開口部の開口面積と第２開口部の開口面積との差よりも大きくなるように制御されるエンジンにおいて、エンジンの低負荷状態における吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積とスロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積との差を、エンジンの高負荷状態からエンジンの低負荷状態に向かって徐々に大きくなるように制御してもよい。

上記一の局面によるエンジンにおいて、エンジンの実質的に最大出力状態の吸気時において、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積を、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積と実質的に同等になるように制御してもよい。

上記一の局面によるエンジンにおいて、好ましくは、スロットルバルブによる第２開口部の開き度合を検出するためのスロットル開度検出手段と、吸気バルブのリフト量を検出するためのリフト量検出手段とをさらに備える。このように構成すれば、吸気バルブのリフト量とスロットルバルブの開度とを容易に検出することができるので、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積を、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積以上となるように、容易に、制御することができる。

上記スロットル開度検出手段およびリフト量検出手段を備えるエンジンにおいて、好ましくは、スロットル開度検出手段の検出結果に基づいて、スロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積を算出する第１開口面積算出手段と、第１開口面積算出手段による算出結果に基づいて、第２開口部の開口面積に対応する第１開口部の開口面積を算出する第２開口面積算出手段と、第２開口面積算出手段による算出結果に基づいて、目標リフト位置を算出する目標リフト位置算出手段と、目標リフト位置算出手段による算出結果およびリフト量検出手段による検出結果に基づいて、リフト変更量を決定するリフト変更量決定手段とをさらに備え、バルブ駆動手段は、リフト変更量決定手段により決定されたリフト変更量分だけ、吸気バルブを移動させる。このように構成すれば、容易に、吸気バルブのリフト量により決定される第１開口部の開口面積がスロットルバルブの開度により決定される第２開口部の開口面積以上になるように吸気バルブを移動することができる。

上記一の局面によるエンジンにおいて、好ましくは、エンジンの回転速度の変動率およびエンジンの図示平均有効圧力の変動率のうちの少なくとも一方が所定の値以上の場合に、吸気バルブのリフト量を大きくする。このように構成すれば、吸気バルブのリフト量に対する吸気バルブのリフト量の変動量の割合を小さくすることができるので、エンジンに送り込まれる空気量の変動率を小さくすることができる。これにより、エンジンの回転速度の変動率およびエンジンの図示平均有効圧力の変動率を小さくすることができる。これにより、エンジン駆動を安定させることができる。

上記一の局面によるエンジンにおいて、好ましくは、エンジンの高負荷状態では、エンジンの低負荷状態に比べて、吸気バルブのリフト量が大きくなるとともに、吸気バルブの開弁期間に対応するクランクの作用角が大きくなるように制御される。このように構成すれば、高負荷状態での吸気量を多くすることができる。

上記一の局面によるエンジンにおいて、好ましくは、エンジンの低負荷状態では、エンジンの高負荷状態に比べて、吸気バルブのリフト量が小さくなるとともに、吸気バルブの開弁期間に対応するクランクの作用角が小さくなるように制御される。このように構成すれば、エンジンの低負荷状態で、吸気バルブが必要以上に駆動されるのを抑制することができるので、エネルギー損失を小さくすることができる。また、エンジンの低負荷状態で、吸気バルブの開弁期間に対応するクランクの作用角が小さくなるように制御することによって、排気工程で第１開口部が開くのを抑制することができる。これにより、排気が第１開口部を介して吸気通路へ逆流するのを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による自動二輪車の油圧式バルブ駆動装置を含むエンジンを説明するための概略図である。図２〜図９は、図１に示した一実施形態による自動二輪車の油圧式バルブ駆動装置を含むエンジンの構造や動作を詳細に説明するための図である。図１〜図９を参照して、本発明の一実施形態による自動二輪車の油圧式バルブ駆動装置を含むエンジンについて説明する。

本実施形態による自動二輪車の油圧式バルブ駆動装置を含むエンジンでは、図１に示すように、シリンダ１の側面近傍に、エンジンの水温を測定するための水温センサ２が設けられている。また、シリンダ１の内部には、ピストン３が配置されている。また、ピストン３の下方には、ピストン３を駆動するためのクランク４が設けられている。また、クランク４の側方には、クランク４の角度および回転数をそれぞれ検知するクランク角センサ５および回転数センサ６が設けられている。

また、シリンダ１の開口部１ａおよび１ｂには、それぞれ、吸気通路７および排気通路８が接続されている。なお、開口部１ａは、本発明の「第１開口部」の一例である。また、吸気通路７には、燃料噴射装置９が取り付けられている。

ここで、本実施形態では、吸気通路７の内部に、吸気通路７の開口部７ａを開閉するスロットルバルブ１０が配置されている。なお、開口部７ａは、本発明の「第２開口部」の一例である。また、吸気通路７の上流側には、吸気通路７にごみなどが侵入するのを抑制するためのフィルタ１１ａを有するエアクリーナ１１が配置されている。また、吸気通路７のスロットルバルブ１０の上流側には、吸入される空気の質量流量および吸気温をそれぞれ検知する質量流量センサ１２および吸気温センサ１３が設けられている。この質量流量センサ１２および吸気温センサ１３は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１４に質量流量信号および吸気温信号をそれぞれ入力する。なお、エンジンコントロールユニット１４は、本発明の「第１開口面積算出手段、第２開口面積算出手段、目標リフト位置算出手段およびリフト変更量決定手段」の一例である。また、エンジンコントロールユニット１４には、大気圧を測定する大気圧センサ１５から大気圧信号が入力される。また、スロットルバルブ１０の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１６が配置されている。このスロットル開度センサ１６からエンジンコントロールユニット１４に、スロットル開度信号が入力される。なお、スロットル開度センサ１６は、本発明の「スロットル開度検出手段」の一例である。また、スロットルバルブ１０は、ハンドル（図示せず）の側端部に配置されるスロットルグリップ１７と電気的に接続されている。また、スロットルバルブ１０は、運転者が要求負荷を入力するスロットルグリップ１７に連動して開度を変化させることにより、吸気通路７の開口部７ａの開口面積Ｍを制御する。具体的には、図３に示すように、エンジンの最大出力状態において、スロットルバルブ１０は、開口部７ａの開口面積Ｍ１（図３のハッチング領域の面積）が最大になるような開度に設定される。また、図４に示すように、エンジンの中負荷状態では、スロットルバルブ１０は、開口面積Ｍ２（図４のハッチング領域の面積）が、エンジンの最大出力時の開口面積Ｍ１（図３参照）よりも小さくなるような開度に設定される。また、開口部７ａの開口面積Ｍは、図２に示すように、エンジンの低負荷状態（極低負荷状態）から高負荷状態までの実質的に全ての負荷状態において、必要な吸気空気流量（ｋｇ／ｍｉｎ）に対応する必要な開口面積になるように制御される。

また、図１に示すように、ピストン３の上方には、シリンダ１の開口部１ａおよび１ｂをそれぞれ開閉する吸気バルブ１８および排気バルブ１９が設けられている。また、吸気バルブ１８および排気バルブ１９には、吸気バルブ１８および排気バルブ１９をそれぞれ駆動するためのバルブアクチュエータ２０および２１が設けられている。なお、バルブアクチュエータ２０は、本発明の「バルブ駆動手段」の一例である。また、バルブアクチュエータ２０および２１の近傍には、バルブアクチュエータ２０および２１の駆動量をそれぞれ検出して吸気バルブ１８および排気バルブ１９のリフト量を間接的に検知するバルブリフトセンサ２２および２３が配置されている。なお、吸気バルブ１８のリフト量を検知するバルブリフトセンサ２２は、本発明の「リフト量検出手段」の一例である。また、バルブアクチュエータ２０および２１は、それぞれ、油圧経路ＡおよびＢを介して、制御弁２４に接続されている。この制御弁２４は、油圧の通路を切り換えてバルブアクチュエータ２０および２１に供給する油圧を制御する。また、制御弁２４は、バルブリフトコントローラ２５から出力されるバルブ制御信号によって電磁弁（図示せず）をオンオフすることにより、油圧経路ＡおよびＢをそれぞれ開放および閉鎖するように構成されている。また、制御弁２４には、高圧配管Ｃを介してオイルポンプ２６から油が供給される。また、制御弁２４の側方には、制御弁２４の油圧および油温をそれぞれ検知する油圧センサ２７および油温センサ２８が配置されている。これらの吸気バルブ１８、排気バルブ１９、バルブアクチュエータ２０、２１、バルブリフトセンサ２２、２３、制御弁２４、バルブリフトコントローラ２５、オイルポンプ２６、油圧センサ２７および油温センサ２８により、油圧式バルブ駆動装置が構成されている。

また、本実施形態では、吸気バルブ１８は、バルブアクチュエータ２０によりシリンダ１の開口部１ａを開閉するように構成されている。また、図５および図６に示すように、エンジンの最大出力状態では、吸気バルブ１８は、最大リフト時の開口面積Ｎ１が最大になるように開弁されている。なお、開口面積Ｎ１は、平面的に見て、図６に示すＳＡ１の領域の面積であるとともに、図５に示すＳＡ２を吸気バルブ１８の中心軸線Ｌ回りに回転させたときに形成される円錐台の側面積である。また、エンジンの中負荷状態では、吸気バルブ１８は、図７および図８に示すように、吸気バルブ１８の最大リフト時の開口面積Ｎ２が、エンジンの最大出力状態における吸気バルブ１８の最大リフト時の開口面積Ｎ１よりも小さくなるように開弁されている。なお、このエンジンの中負荷状態での開口面積Ｎ２は、平面的に見て、図８に示すＳＢ１の領域の面積であるとともに、図７に示すＳＢ２を吸気バルブ１８の中心軸線Ｌ回りに回転させたときに形成される円錐台の側面積である。

また、本実施形態では、図１および図２に示すように、エンジンの低負荷状態（極低負荷状態）から高負荷状態までの実質的に全ての負荷状態において、吸気バルブ１８の最大リフト時のシリンダ１の開口部１ａの開口面積Ｎが、吸気通路７の開口部７ａの開口面積Ｍ以上になるように制御されている。ここで、開口部１ａおよび開口部７ａを単位時間に通過した空気の質量をそれぞれＱ１およびＱ２とすると、吸気バルブ１８の最大リフト時の開口部１ａの平均流速ｖ１および吸気通路７の開口部７ａの平均流速ｖ２は、それぞれ、以下の式（１）および式（２）により表される。

ｖ１＝Ｑ１／Ｎ（ｋｇ／ｍ^２・ｓ）…（１）
ｖ２＝Ｑ２／Ｍ（ｋｇ／ｍ^２・ｓ）…（２）
本実施形態では、上流側の開口部７ａの開口面積Ｍが下流側の開口部１ａの開口面積Ｎ以下であるので、下流側の開口部１ａを流れる空気量は、上流側の開口部７ａを流れる空気量によって規制される。これにより、開口部１ａおよび開口部７ａを単位時間に通過する空気の質量Ｑ１およびＱ２は等しくなる。この場合、開口部１ａの開口面積Ｎが開口部７ａの開口面積Ｍ以上であるので、上記式（１）および式（２）から、シリンダ１の開口部１ａの平均流速ｖ１が、吸気通路７の開口部７ａの平均流速ｖ２以下になる。

また、図２に示すように、エンジンの実質的に全ての負荷状態において、吸気バルブ１８の最大リフト時のシリンダ１の開口部１ａの開口面積Ｎと、吸気通路７の開口部７ａの開口面積Ｍとの差は、エンジンの高負荷状態に比べて低負荷状態の方が大きくなるように制御されている。また、エンジンの実質的に全ての負荷状態における吸気バルブ１８の最大リフト時のシリンダ１の開口部１ａの開口面積Ｎは、アイドリング状態における最大リフト時のシリンダ１の開口部１ａの開口面積Ｎ３の約４０％（最大出力状態における最大リフト時の開口面積Ｎ１の約５％）の範囲（平均値に対して上下２０％の範囲）で変動が発生する。また、吸気バルブ１８は、吸気バルブ１８のリフト量が小さい場合にリフト量の変動率が大きくなる。また、吸気バルブ１８の開口面積Ｎは、最大出力状態における最大リフト時の開口面積Ｎ１の約１３％以下の領域（図２のリフト不安定領域）では、特に変動率が大きくなる。このため、アイドリング状態における最大リフト時のシリンダ１の開口部１ａの開口面積Ｎ３は、変動（最大出力状態における最大リフト時の開口面積Ｎ１の約５％）を含めた下限値が図２の不安定領域の上限値と実質的に同一になるように制御される。これにより、低負荷状態において、開口部１ａの開口面積Ｎの変動率が大きくなりすぎるのを抑制することが可能となる。また、最大出力状態において、最大リフト時の開口部１ａの開口面積Ｎ１は、変動を含めた下限値が、吸気通路７の開口部７ａの開口面積Ｍ１と実質的に同一になるように制御される。

また、本実施形態では、吸気バルブ１８は、エンジンの回転速度の変動率が所定の値以上の場合に、吸気バルブ１８のリフト量が大きくなるように制御される。これにより、吸気バルブ１８のリフト量に対する吸気バルブ１８のリフト量の変動量の割合が小さくなるので、エンジンに送り込まれる空気量の変動率が小さくなる。その結果、エンジンの回転速度の変動率が小さくなるので、エンジン駆動を安定させることが可能となる。

また、本実施形態では、吸気バルブ１８は、図２および図９に示すように、エンジンの高負荷状態（最大出力状態）で、リフト量が大きくなるとともに、作用角が約３００度になるように制御される。なお、作用角は、吸気バルブ１８の開いている期間をクランク４の角度で表わしたものである。また、吸気バルブ１８は、エンジンの極低負荷状態（アイドリング状態）で、リフト量が小さくなるとともに、作用角が約５０度になるように制御される。

また、図１に示すように、制御弁２４とオイルポンプ２６とは、高圧配管Ｃにより接続されている。また、制御弁２４は、リターン配管Ｄを介して油タンク２９に接続されている。そして、吸気バルブ１８および排気バルブ１９を閉弁する際に制御弁２４からリターン配管Ｄを介して油タンク２９に油が排出される。この油タンク２９の油は、潤滑用ポンプ３０によりクランク４などに潤滑油として供給されるとともに、オイルポンプ２６にも供給される。

また、バルブリフトコントローラ２５には、油圧センサ２７からの油圧信号と、油温センサ２８からの油温信号と、バルブリフトセンサ２２および２３からの吸気バルブリフト信号および排気バルブリフト信号とが入力される。また、エンジンコントロールユニット１４には、水温センサ２からの水温信号と、クランク角センサ５からのクランク位置信号と、回転数センサ６からの回転数信号と、スロットル開度センサ１６からのスロットル開度信号と、質量流量センサ１２からの質量流量信号と、吸気温センサ１３からの吸気温信号と、大気圧センサ１５からの大気圧信号と、スロットルグリップ１７からの設定負荷信号とが入力される。また、バルブリフトコントローラ２５とエンジンコントロールユニット１４とは、電気的に接続されているとともに、外部からの信号を互いに共有可能なように構成されている。

また、バルブリフトコントローラ２５は、クランク位置信号と、回転数信号と、設定負荷信号と、油圧信号と、油温信号と、吸気温信号と、大気圧信号とに基づいて、吸気バルブ１８および排気バルブ１９の開弁時期および閉弁時期を制御する機能を有する。

また、エンジンコントロールユニット１４は、質量流量信号と、吸気温信号とに基づいて、燃料噴射装置９の噴出量を決定するとともに、クランク位置信号に基づいて、所定の時期に燃料噴射装置９から燃料を噴出させるように構成されている。また、エンジンコントロールユニット１４は、スロットル開度信号に基づいて、吸気通路７の開口部７ａの開口面積Ｍ、シリンダ１の開口部１ａの目標開口面積Ｎおよび目標リフト位置を算出する機能を有する。また、エンジンコントロールユニット１４は、目標リフト位置と、バルブリフトコントローラ２５からの吸気バルブリフト信号および排気バルブリフト信号とに基づいて、吸気バルブ１８および排気バルブ１９のリフト量を決定するように構成されている。

図１０は、図１に示した一実施形態による自動二輪車の油圧式バルブ駆動装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。次に、図１および図１０を参照して、本発明の一実施形態による油圧式バルブ駆動装置の制御方法を詳細に説明する。

まず、図１０に示したステップＳ１において、スロットル開度センサ１６（図１参照）により、スロットル開度が検出される。そして、ステップＳ２において、エンジンコントロールユニット１４（図１参照）により、スロットル開度センサ１６から入力されるスロットル開度信号に基づいて、吸気通路７の開口部７ａの開口面積Ｍが算出される。ステップＳ３において、エンジンコントロールユニット１４により、シリンダ１の開口部１ａの目標開口面積Ｎが算出されるとともに、ステップＳ４において、エンジンコントロールユニット１４により、目標リフト位置が算出される。その後、ステップＳ５において、バルブリフトセンサ２２および２３（図１参照）により、吸気バルブ１８および排気バルブ１９（図１参照）のリフト量がそれぞれ検出される。そして、ステップＳ６において、エンジンコントロールユニット１４により、ステップＳ４で算出した目標リフト位置と、吸気バルブリフト信号および排気バルブリフト信号とに基づいて、吸気バルブ１８および排気バルブ１９のリフト変更量が決定される。その後、ステップＳ７において、制御弁２４（図１参照）、バルブアクチュエータ２０および２１により、吸気バルブ１８および排気バルブ１９のリフト量がリフト変更量分だけ移動（変更）される。

本実施形態では、上記のように、エンジンの低負荷状態から高負荷状態までの実質的に全ての負荷状態における吸気時において、吸気バルブ１８のリフト量により決定されるシリンダ１の開口部１ａの開口面積Ｎを、スロットルバルブ１０の開度により決定される開口部７ａの開口面積Ｍ以上になるように制御する。これにより、実質的に全ての負荷状態において、エンジンに吸入される空気量を、スロットルバルブ１０により制御することができる。このため、エンジンの負荷状態の違いによりスロットルバルブ１０による制御と吸気バルブ１８による制御とを切り換える必要がないとともに、スロットルバルブ１０をアクセル操作と分離して動作させる必要がない。その結果、スロットルバルブ１０をアクセル操作と分離して動作させるためのアクチュエータなどが不要になるので、構造を簡素化することができる。また、エンジンに吸入される空気量を、スロットルバルブ１０により制御することができるので、吸気バルブ１８のリフト量が変動した場合にも、エンジンに送り込まれる空気量が変動するのを抑制することができる。これにより、エンジンの回転速度が変動するのを抑制することができる。これらの結果、構造を複雑化させることなく、エンジンの回転速度が変動するのを抑制することができる。また、吸気バルブ１８のリフト量を任意に制御可能なバルブアクチュエータ２０を用いることによって、アイドリング時などの極低負荷状態に、吸気バルブ１８を必要以上にリフトさせる必要がないので、エネルギー損失を小さくすることができる。

また、本実施形態では、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、吸気バルブ１８のリフト量により決定される開口部１ａの平均流速ｖ１（ｋｇ／ｍ^２・ｓ）を、スロットルバルブ１０の開度により決定される開口部７ａの平均流速ｖ２（ｋｇ／ｍ^２・ｓ）以下になるように制御することによって、エンジンに吸入される空気量を、スロットルバルブ１０により容易に制御することができる。これにより、吸気時において、吸気バルブ１８のリフト量が変動した場合にも、エンジンに吸入される空気量が変動するのを容易に抑制することができる。その結果、エンジンの回転速度が変動するのを容易に抑制することができる。

また、本実施形態では、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、吸気バルブ１８のリフト量の変動に起因して変動した開口部１ａの開口面積Ｎを、スロットルバルブ１０の開度により決定される開口部７ａの開口面積Ｍ以上になるように制御する。これにより、エンジンのリフト量が変動した場合にも、エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、吸気バルブ１８のリフト量により決定される開口部１ａの開口面積Ｎを、容易に、スロットルバルブ１０の開度により決定される開口部７ａの開口面積Ｍ以上になるよう制御することができる。

また、本実施形態では、エンジンの高負荷状態では、エンジンの低負荷状態に比べて、吸気バルブ１８のリフト量が大きくなるとともに、吸気バルブ１８の開弁期間に対応するクランク４の作用角を大きくすることによって、高負荷状態での吸気量を多くすることができる。

また、本実施形態では、エンジンの低負荷状態では、エンジンの高負荷状態に比べて、吸気バルブ１８のリフト量が小さくすることによって、エンジンの低負荷状態で、吸気バルブ１８が必要以上に駆動されるのを抑制することができるので、エネルギー損失を小さくすることができる。また、エンジンの低負荷状態で、吸気バルブ１８の開弁期間に対応するクランク４の作用角を小さくすることによって、排気工程で開口部１ａが開くのを抑制することができる。これにより、排気が開口部１ａを介して吸気通路７へ逆流するのを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明のバルブ駆動装置を含むエンジンが搭載される車両の一例として自動二輪車を示したが、本発明はこれに限らず、バルブ駆動装置を含むエンジンを備えた車両であれば、自動車、三輪車、ＡＴＶ（Ａｌｌ Ｔｅｒｒａｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ；不整地走行車両）などの他の車両にも適用可能である。また、バルブ駆動装置を含むエンジンを、車両以外に適用してもよい。

また、上記実施形態では、エンジンの回転速度の変動率が所定の値以上の場合に、吸気バルブのリフト量を大きくすることによりエンジン駆動を安定させる例について示したが、本発明はこれに限らず、エンジンの図示平均有効圧力の変動率が所定の値以上の場合に、吸気バルブのリフト量を大きくすることによりエンジン駆動を安定させてもよい。なお、図示平均有効圧力とは、図１１に示すエンジンの１サイクル当たりの仕事量Ｗ（図１１のハッチング領域の面積）を行程容積ΔＶで割った値である。

また、上記実施形態では、シリンダの吸入量を測定するために吸気通路の上流側に質量流量センサを配置した例について示したが、本発明はこれに限らず、シリンダの吸入量を測定するために吸気圧力センサを設けてもよい。この吸気圧センサは、吸気通路の下流側に配置するのが望ましい。

また、上記実施形態では、吸気バルブのリフト量を制御するために油圧式バルブ駆動手段を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、吸気バルブのリフト量を制御するために電磁式のバルブ駆動手段を用いてもよい。

本発明の一実施形態による自動二輪車の油圧式バルブ駆動装置を含むエンジンを説明するための概略図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車のエンジンの負荷状態による吸気バルブの制御を詳細に説明するための図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車のエンジンの最大出力状態におけるスロットルバルブを説明するための断面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車のエンジンの中負荷状態におけるスロットルバルブを説明するための断面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車のエンジンの最大出力状態における吸気バルブを説明するための図である。 図５の１００−１００線に沿った断面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車のエンジンの中負荷状態における吸気バルブを説明するための図である。 図７の２００−２００線に沿った断面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車の吸気バルブの作用角を説明するための図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車の油圧式バルブ駆動装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の変形例によるエンジンの図示平均有効圧力を説明するための図である。

符号の説明

１ シリンダ
１ａ 開口部（第１開口部）
７ 吸気通路
７ａ 開口部（第２開口部）
１０ スロットルバルブ
１４ エンジンコントロールユニット（第１開口面積算出手段、第２開口面積算出手段、目標リフト位置算出手段およびリフト変更量決定手段）
１６ スロットル開度センサ（スロットル開度検出手段）
１８ 吸気バルブ
２０ バルブアクチュエータ（バルブ駆動手段）
２２ バルブリフトセンサ（リフト量検出手段）

Claims (12)

1. シリンダの第１開口部を開閉する吸気バルブと、
   前記吸気バルブを駆動するとともに、前記吸気バルブのリフト量を任意に制御可能なバルブ駆動手段と、
   前記第１開口部に接続され、前記第１開口部を介して前記エンジンに空気および燃料を送り込むための吸気通路と、
   前記吸気通路の第２開口部を開閉するように配置され、使用者が要求する負荷に応じて前記第２開口部に対する開度を調整することにより前記エンジンに送り込む空気量を制御するためのスロットルバルブとを備え、
   前記エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、前記吸気バルブのリフト量により決定される前記第１開口部の開口面積は、前記スロットルバルブの開度により決定される前記第２開口部の開口面積以上になるように制御される、エンジン。
2. 前記エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、前記吸気バルブのリフト量により決定される前記第１開口部の平均流速は、前記スロットルバルブの開度により決定される前記第２開口部の平均流速以下になるように制御される、請求項１に記載のエンジン。
3. 前記エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、前記吸気バルブのリフト量により決定される前記第１開口部の平均流速は、前記スロットルバルブによる前記第２開口部の平均流速と実質的に同等になるように制御される、請求項２に記載のエンジン。
4. 前記吸気時における前記吸気バルブのリフト量は、所定の変動量で変動し、
   前記吸気バルブのリフト量の変動に起因して前記第１開口部の開口面積が変動する場合に、前記エンジンの実質的に全ての負荷状態の吸気時において、前記変動した第１開口部の開口面積が、前記スロットルバルブの開度により決定される前記第２開口部の開口面積以上になるように制御される、請求項１に記載のエンジン。
5. 前記エンジンの低負荷状態における前記吸気バルブのリフト量により決定される前記第１開口部の開口面積と前記スロットルバルブの開度により決定される前記第２開口部の開口面積との差は、前記エンジンの高負荷状態における前記吸気バルブのリフト量により決定される前記第１開口部の開口面積と前記スロットルバルブの開度により決定される前記第２開口部の開口面積との差よりも大きくなるように制御される、請求項１に記載のエンジン。
6. 前記エンジンの低負荷状態における前記吸気バルブのリフト量により決定される前記第１開口部の開口面積と前記スロットルバルブの開度により決定される前記第２開口部の開口面積との差は、前記エンジンの高負荷状態から前記エンジンの低負荷状態に向かって徐々に大きくなるように制御される、請求項５に記載のエンジン。
7. 前記エンジンの実質的に最大出力状態の吸気時において、前記吸気バルブのリフト量により決定される前記第１開口部の開口面積は、前記スロットルバルブの開度により決定される前記第２開口部の開口面積と実質的に同等になるように制御される、請求項１に記載のエンジン。
8. 前記スロットルバルブによる前記第２開口部の開き度合を検出するためのスロットル開度検出手段と、
   前記吸気バルブのリフト量を検出するためのリフト量検出手段とをさらに備える、請求項１に記載のエンジン。
9. 前記スロットル開度検出手段の検出結果に基づいて、前記スロットルバルブの開度により決定される前記第２開口部の開口面積を算出する第１開口面積算出手段と、
   前記第１開口面積算出手段による算出結果に基づいて、前記第２開口部の開口面積に対応する前記第１開口部の開口面積を算出する第２開口面積算出手段と、
   前記第２開口面積算出手段による算出結果に基づいて、目標リフト位置を算出する目標リフト位置算出手段と、
   前記目標リフト位置算出手段による算出結果および前記リフト量検出手段による検出結果に基づいて、リフト変更量を決定するリフト変更量決定手段とをさらに備え、
   前記バルブ駆動手段は、前記リフト変更量決定手段により決定されたリフト変更量分だけ、前記吸気バルブを移動させる、請求項８に記載のエンジン。
10. 前記エンジンの回転速度の変動率および前記エンジンの図示平均有効圧力の変動率のうちの少なくとも一方が所定の値以上の場合に、前記吸気バルブのリフト量を大きくする、請求項１に記載のエンジン。
11. 前記エンジンの高負荷状態では、前記エンジンの低負荷状態に比べて、前記吸気バルブのリフト量が大きくなるとともに、前記吸気バルブの開弁期間に対応するクランクの作用角が大きくなるように制御される、請求項１に記載のエンジン。
12. 前記エンジンの低負荷状態では、前記エンジンの高負荷状態に比べて、前記吸気バルブのリフト量が小さくなるとともに、前記吸気バルブの開弁期間に対応するクランクの作用角が小さくなるように制御される、請求項１に記載のエンジン。

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