JP2013147956A - Valve gear of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジンの動弁装置に関する。 The present invention relates to an engine valve operating device.
エンジンでは吸気弁のバルブ特性を可変にすることがある。この点、本発明と関連性があると考えられる技術として、カムとバルブとの間に介在する制御軸を回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、バルブの作用角を変化させる内燃機関の動弁システムが開示されている。この動弁システムでは電動モータで制御軸を一方の方向に回転させることでバルブの作用角およびリフト量を小さくするとともに、他方の方向に回転させることでバルブの作用角およびリフト量を大きくすることができる。 In an engine, the valve characteristics of the intake valve may be variable. In this regard, as a technique that is considered to be related to the present invention, by rotating the control shaft interposed between the cam and the valve, the valve lift amount with respect to the rotational position of the cam is changed. A valve operating system for an internal combustion engine that changes the operating angle is disclosed. In this valve operating system, the operating angle and lift amount of the valve are reduced by rotating the control shaft in one direction with an electric motor, and the operating angle and lift amount of the valve are increased by rotating in the other direction. Can do.
このほか本発明と関連性があると考えられる技術として、例えば特許文献2では駆動軸とカムシャフトとが不等速で連動するようにすることで、リフト量一定でバルブ特性を可変にする可変動弁装置と、この可変動弁装置が可変にするバルブ特性を検出する内燃機関の可変動弁装置のバルブリフト特性検出装置が開示されている。 In addition, as a technique that is considered to be related to the present invention, for example, in Patent Document 2, it is possible to make the valve characteristics variable with a constant lift amount by making the drive shaft and the camshaft interlock at an unequal speed. A variable valve device and a valve lift characteristic detection device for a variable valve device of an internal combustion engine that detects a valve characteristic that the variable valve device makes variable are disclosed.
過給機付きのエンジン(例えば圧縮自着火式のエンジン)では、過渡運転時に過給遅れが発生する結果、未燃HCが増加したり失火が発生したりすることがある。この点、これに対しては例えば吸気弁の閉弁時期を進角させ、これにより実圧縮比を向上させることで、未燃HCの増加や失火の発生を防止或いは抑制することができる。ところが、過渡運転時に吸気弁の閉弁時期を進角させる場合には以下に示す課題が存在する。 In an engine with a supercharger (for example, a compression self-ignition engine), a delay in supercharging occurs during transient operation, and as a result, unburned HC may increase or misfire may occur. In this regard, for example, the closing timing of the intake valve is advanced to thereby improve the actual compression ratio, thereby preventing or suppressing the increase in unburned HC and the occurrence of misfire. However, when the valve closing timing of the intake valve is advanced during transient operation, the following problems exist.
図5は過給機付きのエンジンで過渡運転時に行うバルブ特性の変更例を示す図である。図5(a)は吸気弁54のバルブタイミングを可変にする油圧式の位相可変機構で吸気弁54の閉弁時期を進角させる場合の変更例を示す。図5(b)は図5(a)の位相可変機構と、リフト量とともに作用角を可変にする電動式の作用角可変機構とを有して構成される可変動弁機構で吸気弁54の閉弁時期を進角させる場合の変更例を示す。図5では進角前の吸気弁54のリフト量変化を破線で示す。また、排気弁55のリフト量変化についても併せて示す。
FIG. 5 is a diagram showing an example of changing the valve characteristics performed during transient operation in an engine with a supercharger. FIG. 5A shows a modification example in which the valve closing timing of the
図5(a)に示すように、油圧式の位相可変機構で吸気弁54の閉弁時期を進角させる場合には変更動作の応答性が低いことから、過渡運転時に発生する過給遅れに対して実圧縮比の向上が遅れる結果となる。これに対して、図5(b)に示すように油圧式の位相可変機構と電動式の作用角可変機構とを有して構成される可変動弁機構で吸気弁54の閉弁時期を進角させる場合には、次のように吸気弁54の閉弁時期を進角させることができる。
As shown in FIG. 5 (a), when the valve closing timing of the
すなわち、この場合には変更動作の組み合わせによって吸気弁54の開弁時期と閉弁時期とを個別に変更できる。このためこの場合には、油圧式の位相可変機構で応答遅れが生じている間、電動式の作用角可変機構で作用角を縮小することで、一時的に吸気弁54の閉弁時期を進角させることができる。そしてこれにより、過給遅れに対して応答性良く吸気弁54の閉弁時期を進角させることができる。
That is, in this case, the opening timing and closing timing of the
ところが、この場合には素早い作用角の縮小を実現するために高速で駆動可能な駆動モータが作用角可変機構に必要となる。結果、可変動弁機構のコストが高くなる虞がある。 However, in this case, a drive motor that can be driven at a high speed is required for the working angle variable mechanism in order to quickly reduce the working angle. As a result, the cost of the variable valve mechanism may be increased.
本発明は上記課題に鑑み、過渡運転時に吸気弁の閉弁時期を好適に進角させることが可能なエンジンの動弁装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a valve operating apparatus for an engine that can suitably advance the closing timing of an intake valve during transient operation.
本発明は過給機付きのエンジンの燃焼室に対して設けられる吸気弁の開弁時期と閉弁時期とを個別に変更可能な可変動弁機構として、前記吸気弁のバルブ特性をリフト量一定で可変にする電動式のカム速度可変機構を有して構成される可変動弁機構を備え、前記エンジンの過渡運転時に少なくとも前記カム速度可変機構によって前記吸気弁の閉弁時期を進角させるエンジンの動弁装置である。 The present invention is a variable valve mechanism that can individually change the opening timing and closing timing of an intake valve provided for a combustion chamber of an engine with a supercharger, and the valve characteristic of the intake valve is a constant lift amount. An engine having a variable valve mechanism configured to have an electric cam speed variable mechanism that can be varied in accordance with the engine, and at the time of transient operation of the engine, at least the cam speed variable mechanism advances the valve closing timing of the intake valve This is a valve operating device.
本発明によれば、過渡運転時に吸気弁の閉弁時期を好適に進角させることができる。 According to the present invention, the closing timing of the intake valve can be suitably advanced during transient operation.
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1はエンジン50およびその周辺の全体構成図である。図2はエンジン50の概略構成図である。図1に示す各構成は車両に搭載されている。図1に示すように、吸気系10はエアフロメータ11とインタークーラ12とインテークマニホールド13とを備えている。エアフロメータ11は吸入空気量を計測する。インタークーラ12は吸気を冷却する。インテークマニホールド13はエンジン50の各気筒51aに吸気を分配する。排気系20はエキゾーストマニホールド21と触媒22とを備えている。エキゾーストマニホールド21は各気筒51aからの排気を下流側で一つの排気通路に合流させる。触媒22は排気を浄化する。過給機30はエンジン50に吸気を過給する。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the
過給機30は排気駆動式の過給機であり、コンプレッサ部31とタービン部32とを備えている。コンプレッサ部31は吸気系10に、タービン部32は排気系20にそれぞれ介在するようにして設けられている。排気還流系40はEGR配管41とEGRクーラ42とEGRバルブ43とを備えている。EGR配管41は吸気系10と排気系20とを連通している。具体的にはEGR配管41はインテークマニホールド13の上流側の集合部分とエキゾーストマニホールド21の下流側の集合部分とを連通している。EGRクーラ42は還流される排気を冷却する。EGRバルブ43は還流される排気の量を調節する。
The
エンジン50は圧縮自着火式のエンジンとなっている。図2に示すようにエンジン50はシリンダブロック51と、シリンダヘッド52と、ピストン53と、吸気弁54と、排気弁55と、燃料噴射弁56と、可変動弁機構57とを備えている。シリンダブロック51には気筒51aが形成されている。気筒51a内にはピストン53が収容されている。シリンダブロック51の上面にはシリンダヘッド52が固定されている。燃焼室Eはシリンダブロック51、シリンダヘッド52及びピストン53に囲まれた空間として形成されている。
The
シリンダヘッド52には吸気ポート52aと排気ポート52bが形成されている。また、吸気弁54と排気弁55が設けられている。吸気ポート52aは燃焼室Eに吸気を導き、排気ポート52bは燃焼室Eからガスを排気する。吸気弁54は吸気ポート52aを開閉し、排気弁55は排気ポート52bを開閉する。シリンダヘッド52には、燃料噴射弁56と可変動弁機構57とが設けられている。燃料噴射弁56は燃焼室Eに燃料を噴射する。可変動弁機構57は吸気弁54のバルブ特性を可変にする。
The
この点、可変動弁機構57はリフト量一定で吸気弁54のバルブ特性を可変にする電動式のカム速度可変機構を有している。カム速度可変機構は具体的には吸気弁54に対して設けられるカムシャフトと動力の入力軸である駆動軸とが不等速で連動するようにすることで、吸気弁54のバルブ特性をリフト量一定で可変にする構造を備えている。カム速度可変機構には例えば前述した特許文献1が開示する可変動弁装置に対し、駆動機構として回転型の油圧アクチュエータの代わりに電動の駆動モータを用いたものを適用できる。
In this respect, the
可変動弁機構57はさらに吸気弁54のバルブタイミングを可変にする油圧式の位相可変機構を有して構成されている。位相可変機構は具体的にはエンジン50のクランクシャフトに対する駆動軸の相対的な位相を可変にすることで、吸気弁54のバルブタイミングを可変にする(すなわち、吸気弁54の開閉時期を一体的に可変にする)構造を備えている。そして、可変動弁機構57はカム速度可変機構とともに位相可変機構を有して構成されることで、吸気弁54の開弁時期(以下、IVOと称す)と吸気弁54の閉弁時期(以下、IVCと称す)とを個別に変更可能な可変動弁機構となっている。
The
可変動弁機構57は具体的には変更動作の組み合わせによってIVOとIVCとを結果的に個別に変更可能にする。この点、可変動弁機構57は例えばカム速度可変機構によってIVOおよびIVCのうち一方を進角または遅角するとともに、位相可変機構によってIVOおよびIVCのうち他方が変更されないように調整することで、IVOとIVCとをリフト量一定で個別に変更することができる。
Specifically, the
エンジン50に対してはECU70が設けられている。ECU70は電子制御装置であり、図1、図2に示すようにECU70には燃料噴射弁56や可変動弁機構57が制御対象として電気的に接続されている。また、エアフロメータ11や、クランクシャフトの位相に対する駆動軸の位相を検出可能な第1の位相センサ81や、駆動軸の位相に対するカムシャフトの位相を検出可能な第2の位相センサ82や、エンジン50の運転状態を検出可能なセンサ群83がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。センサ群83は例えばエンジン50の回転数NEを検出可能なクランク角度センサを含む。ECU70はクランク角度センサと位相センサ81、82との出力に基づき、IVOやIVCを検出できる。また、燃料噴射弁56の開弁期間によって燃料噴射量を検出できる。
An
ECU70ではCPUがROMに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてRAMの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、各種の機能部が実現される。この点、ECU70では例えば以下に示す制御部が機能的に実現される。
In the
制御部はエンジン50の過渡運転時に少なくともカム速度可変機構によってIVCを進角させる。制御部は具体的には位相可変機構によってIVCを目標位相である目標IVCに進角させる一方、カム速度可変機構によって位相可変機構で生じる応答遅れを補うようにしてIVCを進角させる。
The controller advances the IVC by at least the cam speed variable mechanism during the transient operation of the
このようにIVCを進角させるにあたり、制御部はさらに具体的には位相可変機構によってIVCを目標IVCに進角させる一方、位相可変機構によるIVCの進角量である第1の進角量と、カム速度可変機構によるIVCの進角量である第2の進角量との和がIVCを目標IVCに進角させるのに必要な補正量である補正IVC量になるようにカム速度可変機構によってIVCを進角させるとともに調整する。 In this way, when the IVC is advanced, the control unit more specifically advances the IVC to the target IVC by the phase variable mechanism, while the first advance amount that is the IVC advance amount by the phase variable mechanism The cam speed variable mechanism so that the sum of the IVC advance amount by the cam speed variable mechanism and the second advance amount is the correction IVC amount that is a correction amount necessary to advance IVC to the target IVC. To advance and adjust the IVC.
この点、ECU70は機関運転状態(ここでは回転数NEおよび燃料噴射量)に応じて予め設定したIVC(以下、基準IVCと称す)のマップデータをさらにROMに格納している。また、機関運転状態と加速度合い(ここでは回転数NEの変化率ΔNE)とに応じて予め設定したIVCの補正量(以下、補正IVC量と称す)のマップデータをさらにROMに格納している。補正IVC量のマップデータにおいて、補正IVC量は同一の機関運転状態で加速度合いが大きい場合ほど、大きくなるように設定されている。
In this respect, the
そして、制御部はこれらのマップデータを用いてさらに具体的には次のようにして目標IVCを決定する。すなわち、制御部は機関運転状態および加速度合いを検出し、検出した機関運転状態に基づき基準IVCのマップデータから対応する基準IVCを読み込むことで、基準IVCを決定する。また、検出した機関運転状態および加速度合いに基づき補正IVC量のマップデータから対応する補正IVC量を読み込むことで、補正IVC量を決定する。そして、基準IVCを補正IVC量で補正することで目標IVCを決定する。 The control unit determines the target IVC by using these map data, more specifically as follows. That is, the control unit detects the engine operating state and acceleration, and determines the reference IVC by reading the corresponding reference IVC from the map data of the reference IVC based on the detected engine operating state. Further, the corrected IVC amount is determined by reading the corresponding corrected IVC amount from the corrected IVC amount map data based on the detected engine operating state and acceleration. Then, the target IVC is determined by correcting the reference IVC with the corrected IVC amount.
エンジン50の過渡運転時に少なくともカム速度可変機構によってIVCを進角させるにあたり、制御部は例えば機関運転状態に応じてIVOを制御する一方、目標IVCになるようにIVCを制御してもよい。この場合には次のような概念で変更動作を行うなかでカム速度可変機構によってIVCを進角させることができる。
When the IVC is advanced by at least the cam speed variable mechanism during the transient operation of the
すなわち、この場合にはまずカム速度可変機構によってIVCを目標IVCまで進角させ、その後カム速度可変機構によってIVCが目標IVCから変更されないようにIVCを調整しながら、位相可変機構で機関運転状態に応じてIVOを制御するといった概念で変更動作を行うなかで、カム速度可変機構によってIVCを進角させることができる。なお、この場合に各変更動作は重畳的に行われてよい。この場合、カム速度可変機構は位相可変機構がIVOを進角させる場合に位相可変機構が最終的に進角させることになる進角量の分につき、位相可変機構に代わってIVCを一時的に進角させることができる。本実施例ではECU70と可変動弁機構57とを備えるエンジンの動弁装置(以下、動弁装置と称す)1が実現されている。
That is, in this case, the IVC is first advanced to the target IVC by the cam speed variable mechanism, and then the IVC is adjusted by the phase variable mechanism so that the IVC is not changed from the target IVC by the cam speed variable mechanism. Accordingly, the IVC can be advanced by the variable cam speed mechanism while performing the changing operation based on the concept of controlling the IVO accordingly. In this case, each changing operation may be performed in a superimposed manner. In this case, the cam speed variable mechanism temporarily replaces the IVC instead of the phase variable mechanism for the amount of advance angle that the phase variable mechanism will eventually advance when the phase variable mechanism advances the IVO. It can be advanced. In this embodiment, an engine valve gear (hereinafter referred to as a valve gear) 1 including an
次にECU70が行う動弁装置1の制御動作を図3に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートを実行するにあたり、IVOとIVCとは機関運転状態に応じて別途制御されており、機関運転状態など本フローチャートで必要な検出はこのときに検出したものを利用できる。ECU70は変化量ΔNEが基準値αよりも大きいか否かを判定する(ステップS1)。そしてこれにより、過渡運転時であるか否かを判定する。変化量ΔNEは回転数NEに基づき別途算出できる。ステップS1で否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。
Next, the control operation of the valve gear 1 performed by the
ステップS1で肯定判定であれば、ECU70は補正IVC量を決定するとともに(ステップS2)、目標IVCを決定する(ステップS2)。また、第1の進角量を検出するとともに(ステップS3)、第1の進角量と補正IVC量とが等しいか否かを判定する(ステップS4)。否定判定であれば、第1の進角量が補正IVC量よりも小さい結果、IVCが位相可変機構によって目標IVCに進角されていないと判断される。このため、否定判定であればECU70はIVCを進角させる(ステップS5)。この際、ECU70は具体的には位相可変機構によってIVCを進角させる。
If an affirmative determination is made in step S1, the
続いてECU70は第1および第2の進角量を検出するとともに(ステップS6)、第1および第2の進角量の和が補正IVC量より小さいか否かを判定する(ステップS7)。そして肯定判定であれば、カム速度可変機構によってIVCを進角させ(ステップS8)、否定判定であればカム速度可変機構によって第1および第2の進角量の和が補正IVC量になるようにIVCを調整する(ステップS9)。ステップS8またはステップS9の後にはステップS3に戻る。そして、その後ステップS4で肯定判定であれば本フローチャートを終了する。
Subsequently, the
次に動弁装置1の作用効果について説明する。図4は動弁装置1が行うバルブ特性の変更例を示す図である。図4(a)は動弁装置1の場合と、ケース1で示す図5(b)で前述した場合とでIVCの進角量が同等である場合を示す。図4(b)は動弁装置1の場合とケース1の場合とで得られる効果が同等である場合を示す。図4では進角前の吸気弁54のリフト量変化を破線で示す。また、排気弁55のリフト量変化についても併せて示す。動弁装置1はエンジン50の過渡運転時に少なくともカム速度可変機構によってIVCを進角させる。そしてこれにより、実圧縮比を高めることで、過給遅れによって未燃HCが増加したり失火が発生したりすることを抑制する。
Next, the function and effect of the valve gear 1 will be described. FIG. 4 is a diagram showing an example of changing the valve characteristics performed by the valve gear 1. FIG. 4A shows a case where the amount of advancement of IVC is the same in the case of the valve operating device 1 and the case described above with reference to FIG. FIG. 4B shows a case where the effects obtained in the case of the valve gear 1 and the case 1 are the same. In FIG. 4, the lift amount change of the
この点、図4(a)に示すように動弁装置1の場合にはこれによってリフト量一定で作用角を減少させるようにしながらIVCを進角させる結果、ケース1の場合と比較して吸排気弁54、55のバルブオーバラップ面積を増加させることができる。このため、動弁装置1はこれによって掃気効果を高めることができる分、未燃HCの増加や失火の発生を好適に抑制できる点で、過渡運転時にIVCを好適に進角させることができる。
In this regard, as shown in FIG. 4A, in the case of the valve operating apparatus 1, the IVC is advanced while reducing the operating angle with a constant lift amount. The valve overlap area of the
図4(b)に示すように、動弁装置1はケース1の場合と同等の効果を得るにあたって、掃気効果を高めることができる分、実圧縮比を低くすることもできる。このため、動弁装置1はケース1の場合と同等の効果を得るにあたって、IVC補正量をより小さく設定するとともに、より低速で駆動する駆動モータをカム速度可変機構に用いることもできる。そしてこれにより、ケース1の場合と同等の効果を得るにあたって可変動弁機構57のコストを抑制できる点でも、過渡運転時にIVCを好適に進角させることができる。
As shown in FIG. 4B, when the valve operating device 1 obtains the same effect as in the case 1, the actual compression ratio can be lowered by the amount that the scavenging effect can be enhanced. For this reason, when the valve operating apparatus 1 obtains the same effect as in the case 1, the IVC correction amount can be set smaller and a drive motor driven at a lower speed can be used for the cam speed variable mechanism. And thereby, IVC can be advanced appropriately at the time of a transient operation also in the point which can suppress the cost of the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
例えばエンジンは必ずしも圧縮自着火式のエンジンに限られない。この点、本発明は例えばガソリンエンジンなど火花点火式のエンジンで、過渡運転時に良好な燃焼を得ることで燃費や排気エミッションの悪化を抑制するために用いられてもよい。 For example, the engine is not necessarily limited to a compression self-ignition engine. In this regard, the present invention may be used in a spark ignition type engine such as a gasoline engine to suppress deterioration of fuel consumption and exhaust emission by obtaining good combustion during transient operation.
動弁装置 1
過給機 30
エンジン 50
吸気弁 54
排気弁 55
可変動弁機構 57
ECU 70
Valve train 1
Claims (1)
前記エンジンの過渡運転時に少なくとも前記カム速度可変機構によって前記吸気弁の閉弁時期を進角させるエンジンの動弁装置。
As a variable valve mechanism that can individually change the opening timing and closing timing of the intake valve provided for the combustion chamber of an engine with a supercharger, the valve characteristics of the intake valve can be varied with a constant lift amount. A variable valve mechanism configured to have an electrically operated cam speed variable mechanism,
A valve operating device for an engine that advances the closing timing of the intake valve by at least the cam speed variable mechanism during transient operation of the engine.
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Cited By (1)
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JP2017180354A (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | マツダ株式会社 | Control device of engine |
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