JP2002030910A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
内燃機関の可変動弁装置Info
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Abstract
が噛み込まれると、機関安定性が著しく低下してしま
う。 【解決手段】 作動油の供給油圧に応じて吸気弁(又は
排気弁)の開閉時期を変化させる可変動弁機構10と、
スプール40の作動状態に応じて供給油圧を調整する油
圧制御弁12と、スプール40を駆動するソレノイド4
4をデューティー制御する制御部14と、を有する。ス
プール40が図の右側の初期位置へ向かって移動を開始
する復帰状態にあると判断した場合に、油圧制御弁12
内の異物を除去するように、スプール40を一時的に往
復移動させる異物除去動作を実行する。
Description
に応じて吸排気弁(吸気弁又は排気弁)の作動態様を変
化させる可変動弁機構を備えた内燃機関の可変動弁装置
に関する。
油の供給油圧に応じて吸排気弁の開閉時期を変更する可
変動弁機構が記載されている。この可変動弁機構への供
給油圧は、油圧制御弁のスリーブ内を往復移動するスプ
ールの作動状態に応じて調整される。この油圧制御弁
は、スプールを一側へ常時付勢するリターンスプリング
と、制御信号の入力によりスプールを他側へ駆動するソ
レノイドと、を備えている。
ーブに形成されたドレンポートとスプールとの仕切部分
に、切削加工時に作動油内に混入した切粉等の異物(不
純物)が噛み込んでしまうと、いわゆるバルブロック等
を生じるおそれがある。そこで、上記の公報では、異物
の噛み込みがあったと判断した場合、具体的にはカム角
センサにより検出される実際のカム位相と別途演算され
る目標カム位相との位相ずれが所定値以上の場合に、ス
プールを一時的に往復移動させる異物除去動作を行うよ
うになっている。
載されているバルブタイミング調整装置では、具体的に
は油圧制御弁を所定開度以下に絞っている状態が所定時
間以上継続した場合や、エンジン始動前、停止時又はア
イドル時に、上記のような異物除去動作を実行するよう
になっている。
−28219号公報)のように、実際に異物の噛み込み
があったと判断した場合に異物除去動作を実施するもの
では、異物除去動作を行う際のスプールの作動状態によ
っては、異物除去動作の影響により一時的に意図したバ
ルブタイミングから外れてしまい、加速不良やアイドル
運転が不安定になる等の不具合を招くおそれがある。
から異物の噛み込みを推定しているが、その判定をきび
しくすると、噛み込み時以外にも噛み込みと誤判定し、
不必要にスプールを往復移動させることとなり、応答性
の低下等を招いてしまう。一方、判定を緩くすると、実
際には異物を噛み込んでいるのに噛み込んでいないと誤
判定してしまい、機関の運転性能に支障を来すおそれが
ある。すなわち、エンジン出力の低下や、エンストに至
るおそれがある。
5号公報)のように、異物を噛み込み易い状況で異物除
去動作を実施するものでも、例えばスプールが初期位置
へ復帰する際に異物が噛み込まれて、機関の安定性に多
大な悪影響を与えるおそれがあり、更なる改善が望まれ
ている。本発明は、このような課題に鑑みてなされたも
のである。
可変動弁装置は、作動油の供給油圧に応じて吸排気弁の
作動態様を変化させる可変動弁機構と、スリーブ内を往
復移動するスプールの作動状態に応じて、上記可変動弁
機構への供給油圧を調整する油圧制御弁と、上記スプー
ルを駆動制御する制御部と、を有している。
180514号公報に記載されているようなクランクシ
ャフトに対する吸排気弁のカムシャフトの位相を変化さ
せる機構の他、複数のカムを切り換えて使用するカム切
換機構や、吸気弁の作動角(バルブリフト量)を変化さ
せる機構等が挙げられる。上記の制御部として、上記ス
プールの駆動制御の他、燃料噴射時期,燃料噴射量,及
び点火時期の制御等の各種エンジン制御を記憶,実行す
るメモリ,CPUを備えたエンジンコントロールユニッ
トが好適に用いられる。
は、可変動弁機構への油圧供給用のポート,油圧源から
油圧が導入されるポート,及びドレン用のポート等の複
数のポートが形成されており、これらのポートがスプー
ルの位置に応じて選択的に開閉,連通されることによ
り、可変動弁機構への供給油圧が調整される。
る際に異物が噛み込まれてしまい、スプールが初期位置
へ戻ることができなくなると、吸排気弁の作動態様(開
閉時期)が初期状態に戻れなくなって、始動不調,アイ
ドル不調,エンスト等を生じるおそれがあり、機関安定
性が著しく低下してしまう。
御部が、上記スプールが初期位置へ向かって移動を開始
する復帰状態にあると判断した場合に、上記油圧制御弁
内の異物を除去するように、上記スプールを一時的に往
復移動させる異物除去動作を行う。言い換えると、スプ
ールが初期位置へ向かって戻される状態、つまり異物の
噛み込みが起こり易く、かつ、その噛み込みが最も問題
となる作動状態のときには、異物が実際に噛み込んでい
るか否かにかかわらず、異物除去動作を実行する。
の異物の噛み込みを確実に防止でき、このような異物噛
み込みによる悪影響を確実に回避できる。一方、スプー
ルが初期位置から離れる方向へ移動する際に仮に異物を
噛み込んだとしても、吸排気弁の作動態様が一時的に目
標特性から外れることはあるものの、スプールの初期位
置への復帰動作が阻害されることはなく、機関安定性へ
の悪影響は少ない。
係る発明のように、上記スプールを上記初期位置の方向
へ付勢する付勢手段と、上記制御部からの制御信号に応
じて上記スプールを上記初期位置から離れる方向へ駆動
するソレノイドと、を有している。上記付勢手段として
は、リターンスプリングやバネ等が挙げられる。上記ソ
レノイドは、例えばON−OFF信号に基づいて2位置
に切り換えられ、より好ましくは、制御部で演算される
デューティー比に基づいてデューティー制御されて3位
置以上に切り換えられる。
付勢手段の付勢力によりスプールが初期位置側へ戻され
る際に仮に異物が噛み込まれると、この異物は付勢手段
により強く噛み込まれたままとなってしまうが、本発明
では、このようにスプールが初期位置の方向へ戻される
際に異物除去動作が行われるため、このような好ましく
ない異物の噛み込みを確実に防止できる。
初期位置から離れる方向へ駆動する際に異物が噛み込ま
れたとしても、付勢手段の付勢力が異物の噛み込みを弱
める方向に作用している関係で、その噛み込みが解除さ
れ易く、かつ、スプールが初期位置へ戻る際には上記の
異物除去動作が実行されるため、このような異物の噛み
込みはあまり問題とならない。
の制御信号の変化に基づいて上記復帰状態が推定される
ことを特徴としている。より具体的には、ソレノイドが
停止状態へ向かうように制御信号が変化したときに、上
記異物除去動作を行う。
は、吸排気弁の開閉時期を変化させるものであり、上記
可変動弁機構により吸気弁の開閉時期が変更されるよう
になっており、上記スプールが上記初期位置にあると
き、吸気弁の開閉時期が最遅角側へ向けて遅角するよう
に設定されていることを特徴としている。つまり、開閉
時期の進角側から最遅角側への変更を開始する際に、上
記異物除去動作を行う。
じて上記吸気弁の開閉時期の目標値を設定する目標値設
定手段を有し、この目標値の最遅角側への変化に基づい
て上記復帰状態が推定されることを特徴としている。つ
まり、目標値が最遅角側へ変化する際に、上記異物除去
動作を行う。
基づいて上記復帰状態が推定されることを特徴としてい
る。つまり、機関が減速を開始する際に、上記異物除去
動作を行う。
減少又はアイドルスイッチのOFF側からON側への切
換に基づいて上記復帰状態が推定されることを特徴とし
ている。つまり、スロットル開度が減少するとき、又は
アイドルスイッチがOFF側からON側へ切り換えられ
るときに、上記異物除去動作を行う。
におけるスプールの往復周期が、可変動弁機構による吸
排気弁の作動態様の変化の応答時間に対して十分に短く
設定されていることを特徴としている。つまり、異物除
去動作によって吸排気弁の作動態様が不用意に変動する
ことのないように、上記往復周期が例えば10Hz程
度,0.1秒程度の十分短い周期に設定される。
は吸排気弁の開閉時期を変化させるものであり、例えば
上述したように油圧調整弁をデューティー制御すること
により、上記吸排気弁の開閉時期を所定の制御範囲内で
任意の開閉時期に設定可能とすることを特徴としてい
る。
が所定の初期位置へ向かって移動を開始する復帰状態と
判断された場合に異物除去動作が実行されるため、この
異物除去動作により油圧制御弁内の異物の沈殿,堆積や
噛み込みを抑制し、油圧制御弁の作動不良を未然に防止
できることに加え、スプールが初期位置へ戻る際の異物
の噛み込みが確実に回避され、このような異物の噛み込
みによる機関安定性の著しい低下を確実に回避すること
ができる。
を限定することにより、この異物除去動作の実行に伴う
悪影響(応答性の低下や電力消費量の増加等)を最小限
に抑制することができる。加えて、異物の噛み込みを検
出するためのセンサ類が不要であり、その分、部品点数
の削減化や簡素化を図ることができる。
よりスプールが初期位置の方向へ戻される際に異物除去
動作が行われるため、このような初期位置への復帰動作
中に異物が強く噛み込まれてしまうという事態を確実に
回避することができる。
閉時期が初期状態である最遅角側へ向かう際に、油圧制
御弁内の異物が噛み込まれたままとなって、機関始動時
や低速,低負荷(アイドル)状態となる際に吸気弁の開
閉時期が最遅角側へ戻らない、という事態を確実に防止
でき、始動不調,アイドル不調,エンスト等の最も回避
したい事態を確実に防ぐことができる。
ば、スプールが復帰状態にあることを、ソレノイドへの
制御信号の変化,作動態様(開閉時期)の目標値の変
化,機関の減速状態,スロットル開度やアイドルスイッ
チの変化から推定することができる。このため、例えば
吸排気弁の開閉時期の変更量を検出するセンサ等を、復
帰状態を判断するために敢えて設ける必要がなくなり、
その分、部品点数やコストの低減化,装置の簡素化等を
図ることができる。
作により吸排気弁の作動態様が不用意に変動することを
防止することができる。
構は吸排気弁の開閉時期を変化させるものであって、吸
排気弁の開閉時期を所定の制御範囲内で任意の開閉時期
に設定できるため、例えば開閉時期を2位置に切り換え
るような構成に比して、制御の自由度が高く、高度な制
御を実現できる。
変動弁装置を、内燃機関の吸気弁側に適用した一実施形
態について、図面に基づいて詳細に説明する。
は、作動油の供給油圧に応じて吸気弁(図示省略)の開
閉時期を変化させる可変動弁機構10と、この可変動弁
機構10への供給油圧を調整する油圧制御弁12と、こ
の油圧制御弁12を駆動制御する制御部14と、を有し
ている。
ムシャフト16の前端部に中空のボルト18を介して固
定され、このカムシャフト16と一体的に回転する軸部
20と、チェーン(又はベルト)を介してクランクシャ
フトから回転動力が伝達されるカムスプロケット(又は
カムプーリ)22の内周側に一体的に形成され、クラン
クシャフトと同期して回転する外筒部24と、これら軸
部20の外周面と外筒部24の内周面とに噛合するリン
グ状のピストン26と、を有している。
止するために、図外のバネにより互いに近接又は離間す
る方向へ付勢される2つの部材26a,26bに分割構
成されている。このピストン26の内,外周面と、軸部
20の外周面及び外筒部24の内周面と、の噛合部分2
7は、ヘリカルスプラインとなっている。
より第1油圧室(遅角室)30及び第2油圧室(進角
室)32が画成されている。各油圧室30,32には、
カムシャフト16やボルト18の内部等に形成された第
1油通路34及び第2油通路36を通して作動油が供給
される。
じてピストン26が軸方向(図1〜3の左右方向)へ移
動する。この軸方向の運動が上記ヘリカルスプラインを
介して軸部20と外筒部24との相対回転運動に変換さ
れ、両者20,24の回転位相差が連続的に変化する。
これにより、カムスプロケット22の回転角に対するカ
ムシャフト16の相対的な変換角度が変化し、吸気弁の
開閉時期(バルブタイミング)が連続的に変化する。
トで機関への搭載性に優れており、かつ、部品点数も少
なく済む等の利点がある。
信号によりON−OFF駆動(デューティ制御)され
て、上記の第1油通路34及び第2油通路36を選択的
に開閉するもので、これによりピストン26の停止位置
が切り換えられる。
スリーブ38内を往復移動するスプール40と、このス
プール40を初期位置の方向(図の左側)へ付勢する付
勢手段としてのリターンスプリング42と、制御部14
からの制御信号に応じて駆動し、スプール40を初期位
置から離れる方向へ移動させるソレノイド44と、を有
している。
応じて開閉,連通される複数のポートが形成されてい
る。つまり、第1油通路34に接続する第1ポート34
aと、第2油通路36に接続する第2ポート36aと、
油圧源である油圧ポンプ46から作動油が導入される油
圧導入ポート46aと、オイルパン48へ連なる一対の
ドレンポート48aと、が形成されている。
まりソレノイド44の駆動ユニットへ出力されるON−
OFF信号のデューティ比が0(ゼロ)%のとき、スプ
ール40はリターンスプリング42のバネ力(付勢力)
により初期位置の方向へ移動する。
ている状態(ソレノイド停止状態)を示しており、この
場合、第1ポート34aと油圧導入ポート46aとが連
通し、第1油通路34を介して第1油圧室30へ油圧が
供給されるとともに、第2ポート36aとドレンポート
48aとが連通し、第2油通路36を介して第2油圧室
32内の作動油がドレンされる。このため、ピストン2
6が図の左側へ移動し、これに伴って、可変動弁機構1
0によりカムシャフト16がカムスプロケット22に対
して遅角側へ回転する。
初期位置にある状態では、ピストン26が図の最も左側
の初期位置へ移動し、吸気弁の開閉時期が最遅角側へ遅
角するように設定されている。なお、供給油圧が低下す
る機関停止時等でも、カムシャフト16に作用するバル
ブ反力等により、カムシャフト16が初期状態である最
遅角側に保持される。
電圧)が最大のとき、つまり上記デューティー比が10
0%のとき、このソレノイド44によりスプール40が
初期位置から離れる方向(図の右側)へ駆動される。図
2はスプール40が初期位置から最も離れた位置に保持
されている状態を示しており、この場合、第1ポート3
4aとドレンポート48aとが連通して第1油圧室30
の作動油がドレンされるとともに、第2ポート36aと
油圧ポンプ46とが連通して第2油圧室32へ油圧が供
給される。このため、ピストン26は進角側(図の右
側)へ駆動される。
電圧)が中程度のとき、つまり上記デューティー比が5
0%のとき、スプール40が図3に示すような中間位置
に保持される。この場合、第1ポート34a及び第2ポ
ート36aの双方がスプール40により閉塞される。こ
れにより、第1,第2油圧室30,32内の油圧が保持
(ロック)され、ピストン26がその位置に保持され
る。
移動,保持することができるため、吸気弁の開閉時期を
所定の制御範囲内で任意の開閉時期に設定可能であり、
制御の自由度が高く、高度な制御を行うことができる。
されるエンジン回転数,負荷,水温及び車速等の機関運
転状態に基づいて、上述したように油圧制御弁12のソ
レノイド44へ制御信号(デューティー信号)を出力し
てスプール40を駆動制御する他に、点火時期,燃料時
期及び供給量,過渡時補正やフェールセーフ等の各種エ
ンジン制御を記憶,処理するメモリ,CPUを備えたエ
ンジンコントロールユニットである。
構成及び作用について説明する。図4(c)の制御目標
角度は、クランクシャフトの回転角に対するカムシャフ
ト16の変換角度の目標値であって、吸気弁の開閉時期
の目標値に対応している。この制御目標角度は、制御部
14により機関運転状態に基づいて逐次設定される。
ると(図4のT1のタイミングに相当)、デューティー
比(a)が0%から100%に切り換えられる。これに
より、図4(b)に示すように、ソレノイド44の駆動
によりスプール40が最遅角側の初期位置から進角側へ
移動し始める。これに伴って、実際の変換角度(d)が
ある程度の応答遅れをもって進んでいく。
判断されると、上記のデューティー比を50%に切り換
える。これにより、スプール40が図3に示す中立位置
に保持されて、実変換角度が所定の進角状態に保持され
る。
態で、制御目標角度が最遅角側へ変更された場合(T2
に示すタイミングに相当)、この目標角度の変化に基づ
いて、スプール40が遅角側の初期位置へ向かって移動
を開始する復帰状態にあると判断される。そして、油圧
制御弁12内の異物を除去するように、スプール40を
一時的に往復移動させる異物除去動作を実行する。つま
り、所定期間ΔTの間、デューティー比を所定の周期で
0%と100%とに交互に切り換える。この異物除去動
作の往復周期は、吸気弁の開閉時期(実変換角度)が不
用意に変動することのないように、可変動弁機構10の
応答時間に対して十分に短い周期、例えば10Hz程
度,0.1sec程度に設定される。
が遅角側の初期位置へ向かって移動を開始する復帰状態
にあると判断された場合に、上記の異物除去動作が行わ
れれるため、油圧制御弁12内の異物の沈殿,堆積や噛
み込みを抑制し、スプール40の作動不良を防止できる
ことに加え、スプール40が遅角側へ復帰する際の異物
の噛み込みを確実に防ぐことができる。このため、この
ような異物噛み込みによりスプールが初期位置へ戻れな
くなって、吸気弁の開閉時期が遅角側の初期状態へ復帰
できなくなり、始動不調,アイドル不調,エンスト等を
招くという非常に好ましくない事態を確実に回避するこ
とができる。言い換えると、スプール40の初期位置へ
の復帰動作を確実かつ円滑に行うことができ、機関安定
性の向上を図ることができる。
ル40が初期位置から離れる方向へ移動する際に、仮に
異物が噛み込まれた場合、この異物噛み込みにより吸気
弁の開閉時期が一時的に目標値から外れるおそれはある
が、リターンスプリング42のバネ力によりスプール4
0が初期位置へ戻される際には、この異物の噛み込みが
自然に解除され易くなり、かつ、上記の異物除去動作が
実施されるため、スプール40が初期位置へ戻れなくな
ることはない。
ルが復帰状態にある場合に限定することにより、異物除
去動作の実施に伴う悪影響(応答性の低下や電力消費量
の増加等)を最小限に抑制することができる。
否かにかかわらず異物除去動作を行うようにしているた
め、異物の噛み込みを検出するためのセンサ類を敢えて
設ける必要がなく、その分、部品点数の削減化や装置の
簡素化を図ることができる。
化)に基づいてスプール40が復帰状態にあることを推
定しているために、この復帰状態を判断するために敢え
てセンサ等を設ける必要がなく、その分、装置の簡素化
等を図ることができる。
を、上記実施形態のように制御目標角度(目標値)の変
化から推定する代わりに、他の手段(トリガ)を用いて
推定し、異物除去動作を実行するようにしても良い。こ
の場合でも、復帰状態を判断するために敢えてセンサ等
を設ける必要がないので、構成の簡素化等を図ることが
できる。
化及びアイドルスイッチの変化に応じて復帰状態を推定
する場合の制御部14による制御の流れを示している。
先ずS(ステップ)1ではスロットル開度が検出され
る。このスロットル開度が所定値以上減少した場合(S
2)、あるいはアイドルスイッチがOFF側からON側
へ切り換えられた場合には(S3)、復帰状態であると
判断してS4へ進み、異物除去動作を実行する。
速状態、あるいはソレノイド44への制御信号の変化
(デューティー比の変化)に基づいて、スプール40が
復帰状態であるかを判断し、異物除去動作を実行するよ
うにしても良い。
機構が吸気弁の開閉時期(位相)を変化させるタイプの
ものであったが、この他に、バルブリフト量の異なる複
数のカムを切り換えるタイプのものであってもよく、こ
の場合には、例えば油圧制御弁12のスプール40が初
期位置にあるときに、バルブリフト量の小さいカムが選
択されるように設定する。
装置において、スプールが初期位置に保持されている状
態を示す断面対応図。
れた位置に保持されている状態を示す断面対応図。
ている状態を示す断面対応図。
切換に応じて復帰状態を推定する場合の制御の流れを示
すフローチャート。
Claims (9)
- 【請求項1】 作動油の供給油圧に応じて吸排気弁の作
動態様を変化させる可変動弁機構と、スリーブ内を往復
移動するスプールの作動状態に応じて、上記可変動弁機
構への供給油圧を調整する油圧制御弁と、上記スプール
を駆動制御する制御部と、を有し、 この制御部は、上記スプールが初期位置へ向かって移動
を開始する復帰状態にあると判断した場合に、上記油圧
制御弁内の異物を除去するように、上記スプールを一時
的に往復移動させる異物除去動作を実行することを特徴
とする内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項2】 上記油圧制御弁が、上記スプールを上記
初期位置の方向へ付勢する付勢手段と、上記制御部から
の制御信号に応じて上記スプールを上記初期位置から離
れる方向へ駆動するソレノイドと、を有していることを
特徴とする請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項3】 上記ソレノイドへの制御信号の変化に基
づいて上記復帰状態が推定され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。 - 【請求項4】 上記可変動弁機構は、吸排気弁の開閉時
期を変化させるものであり、上記可変動弁機構により吸
気弁の開閉時期が変更され、 上記スプールが上記初期位置にあるとき、吸気弁の開閉
時期が最遅角側へ向けて遅角するように設定されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃
機関の可変動弁装置。 - 【請求項5】 機関運転状態に応じて上記吸気弁の開閉
時期の目標値を設定する目標値設定手段を有し、この目
標値の最遅角側への変化に基づいて上記復帰状態が推定
されることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の可
変動弁装置。 - 【請求項6】 機関の減速状態に基づいて上記復帰状態
が推定されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか
に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項7】 スロットル開度の減少又はアイドルスイ
ッチのOFF側からON側への切換に基づいて上記復帰
状態が推定され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。 - 【請求項8】 上記異物除去動作におけるスプールの往
復周期が、可変動弁機構による吸排気弁の作動態様の変
化の応答時間に対して十分に短く設定されていることを
特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の
可変動弁装置。 - 【請求項9】 上記可変動弁機構は吸排気弁の開閉時期
を変化させるものであり、上記吸排気弁の開閉時期を所
定の制御範囲内で任意の開閉時期に設定可能であること
を特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の内燃機関
の可変動弁装置。
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