JP2004204816A - 内燃機関の可変動弁制御装置 - Google Patents

内燃機関の可変動弁制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】エンジン再始動時の始動性がよく、アイドル回転の安定化を図れる内燃機関の可変動弁制御装置を提供する。
【解決手段】動弁機構１３，１４によって開閉駆動される内燃機関１０の吸気弁１１の開弁タイミング及び排気弁１２の閉弁タイミングの少なくとも一方を、可変タイミング機構１５により変更して吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ量を可変し、内燃機関の運転状態に応じて制御手段２０で可変タイミング機構を作動してバルブオーバーラップ量を制御する。この場合において、車両の停止状態を検出する停車検出手段２０を設け、この停車検出手段によって車両の停止状態が検出されると、バルブオーバーラップ量が減少するように制御手段２０で可変タイミング機構１５を作動する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを変更して吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量を可変し得る可変タイミング機構の作動を制御する内燃機関の可変動弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動弁機構によって開閉駆動される内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉タイミングを変更して吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ量を可変し得る可変タイミング機構と、内燃機関の運転状態に応じてこの可変タイミング機構を作動させ、バルブオーバーラップ量を制御する制御手段とを備えた可変動弁制御装置が知られている。
可変タイミング機構は、カムシャフトと一体化されたベーンと、このベーンをその内部に形成された油室内に収納するとともに、クランク軸からの回転をカムシャフトに伝達するスプロケットと一体化されたハウジングとを備えていて、油室内に供給するオイル量をエンジンの運転状態に応じて変化させてカムの位相を進角側や遅角側に移動して開閉タイミングを変更している。
排気側のカム位相が遅角側だと吸気弁とのバルブオーバーラップ量が多くなり、所謂内部ＥＧＲが増え、進角側だとバルブオーバーラップ量が少なく内部ＥＧＲが減少する。始動時等の極低回転では、内部ＥＧＲが増えると新気量が減り、内部ＥＧＲが減ると新気量が増える。吸気弁側のカムの場合には、排気弁とは逆に、遅角側だと吸気弁とのバルブオーバーラップ量が少なくなり、進角側だとバルブオーバーラップ量が増えることになる。また、吸気カムや排気カムには、各弁をそれぞれ閉弁方向に付勢するバルブスプリングのバネ力が作用している。油室内へ供給するオイルの圧力は、始動直後やアイドル時には低い状態である。このため、エンジン始動直後やアイドル時には、クランク軸からの回転力がスプロケットに伝わりスプロケットが回転しようとするが、各カムには回転を阻止する方向への力が作用するので、各カムは相対的に遅角側に持っていかれてしまう。
【０００３】
このため、エンジン始動時において排気カムの位相が遅角側になると、始動性に影響を与えることから、可変タイミング機構には、最進角時にカムの位相を最進角側に固定するための固定手段としてのロックピンが設けられたものが提案されている。このロックピンは、最進角時に油圧制御によって作動され、最進角時に排気カムを最進角位置で保持するように構成されている。したがって、エンジン停止時やエンジン停止直前のアイドル時の排気カム位相を最進角にして保持すれば、最進角位置を保持して停止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような油圧制御で作動するロックピンにより排気カムを最進角側に保持する構成においては、ロックピンにより排気カムを最進角側に保持できない場合がある。すなわち、ドライバーがイグニッションキーをオフしてエンジンを停止するのは、一般にアイドル状態の時である。自動変速機を搭載した車両の場合では、車両の停車状態を示す駐車位置であるＰレンジか中立位置であるＮレンジにシフトレバーが位置している場合に行われる。しかし、ＰレンジやＮレンジにシフトレバーがある場合に空ぶかしすると、排気カムの位相が遅角側となるので、この状態でイグニッションキーをオフすると、排気カムを進角側でロックすることができず、エンジン再始動時の始動性不良の要因や始動後のアイドル回転が不安定となる。
本発明は、エンジン再始動時の始動性がよく、アイドル回転の安定化を図れる内燃機関の可変動弁制御装置を提供することをその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１では、動弁機構によって開閉駆動される内燃機関の吸気弁の開弁タイミング及び排気弁の閉弁タイミングの少なくとも一方を、可変タイミング機構により変更して吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ量を可変し、内燃機関の運転状態に応じて制御手段で可変タイミング機構を作動してバルブオーバーラップ量を制御する可変動弁制御装置において、車両の停止状態を停車検出手段で検出し、この停車検出手段によって車両の停止状態が検出されると、バルブオーバーラップ量が減少するように制御手段によって可変タイミング機構を作動する。このため、バルブオーバーラップ量が減少されることになる。
請求項２では、請求項１記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、可変タイミング機構により、少なくとも排気弁の閉弁タイミングを変更し、停車状態が検出されると、制御手段でバルブオーバーラップ量を減少すべく排気弁の閉弁タイミングを進角側へ変更するように可変タイミング機構を作動させている。このため、排気弁の閉弁タイミングは停止時には進角側に変更されることになる。
請求項３では、請求項２記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、可変タイミング機構が、制御手段によって進角側へ変更された排気弁の閉弁タイミングを固定する固定手段を有する。このため、排気弁の閉弁タイミングは停止時には進角側で固定保持される。
請求項４では、停車検出手段は、内燃機関に連結される自動変速機の変速レンジ位置を検出し、この変速レンジ位置が駐車位置または中立位置にあることを停車状態として検出する。
変速機が手動変速機の場合、車速を車速検出手段である車速センサなどで検出し、その車速が所定値（零近傍）以下であるときには、停車状態であると検出してもよい。この場合には上記変速機が手動変速機の場合にも好適に制御することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１に示す内燃機関であるエンジン１０の可変動弁制御装置は、複数の吸気弁１１及び排気弁１２を開閉駆動する動弁機構１３，１４と、排気弁１２の閉弁タイミングを変更して吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ量を可変し得る可変タイミング機構１５と、エンジン１０の運転状態に応じて可変タイミング機構１５を作動させ、バルブオーバーラップ量を制御する制御手段２０と、車両の停止状態を検出する停車検出手段としてのインヒビタスイッチ２１とを備えている。制御手段２０は、インヒビタスイッチ２１によって車両の停止状態が検出されると、バルブオーバーラップ量が減少するように可変タイミング機構１５を作動させる機能を備えている。
【０００７】
吸気弁１１及び排気弁１２は、エンジン１０のシリンダー１６の上部に設けられるシリンダーヘッド１９に配設されている。動弁機構１３は、吸気弁１１の上端を図示しないロッカーアームを介して当接する吸気カム２１が形成された吸気カムシャフト２２と、吸気弁１１を閉弁方向に付勢する周知のバルブスプリングとから構成されている。動弁機構１４は、排気弁１２の上端を図示しないロッカーアームを介して当接する排気カム２３が形成された排気カムシャフト２４と、排気弁１２を閉弁方向に付勢する周知のバルブスプリングとから構成されている。吸気カムシャフト２２の端部には、クランク軸２５からの回転が伝達されるスプロケット２６が装着され、排気カムシャフト２４の端部には、クランク軸２５からの回転が伝達されるスプロケット２７が装着されている。
【０００８】
可変タイミング機構１５には、図２に示すように既に周知の構成を採用している。その概略を説明すると、エンジン１０のクランク軸２５に同期して回転するハウジング１と、排気カムシャフト２５に連結されたロータ２とが同軸状に配置されている。ハウジング１に形成された流体室３は、ロータ２に設けられたベーン４により駆動用のオイルが供給される油室となる進角室５と遅角室６とに区画されている。進角室５と遅角室６には、図１に示すオイルタンク３０内のオイル３１がホイルポンプ３２によってオイル流路３３、制御弁３４を介して供給され、ハウジング１とロータ２（ベーン４）とを相対回転させることで、クランク軸２５に対する排気カムシャフト２７の回転位相（カム軸位相）、すなわち、閉弁タイミングを進角側と遅角側とへ変更するように変化させている。
【０００９】
この可変タイミング機構１５には、図２に示すように排気弁１２のバルブタイミングを最も進角させた最進角位相で、ハウジング１とロータ２（ベーン４）との相対回動をロックする固定手段としてのロックピン７が設けられている。このロックピン７は、オイル流路３３に設けられたロックピンへの油圧を制御する制御弁３５を制御してオイル量を調整することで、その位置がロック位置と開放位置とに移動するように構成されている。
【００１０】
制御手段２０は、周知のコンピュータからその主要部が構成されている。制御手段２０には、インヒビタスイッチ２１と、排気カムシャフト２５の位相を検出するカム位相センサ３６、クランク軸２５の回転を検出するクランク角センサ３７がその入力側に接続されている。本形態において、インヒビタスイッチ２１は図示しないシフレバーがＰレンジとＮレンジにあることを検出するスイッチ部２１０，２１１が制御手段２０に接続されていて、車両が停車している状態であることを制御手段２０に出力している。クランク角センサ３７は、エンジンの始動の有無と回転数情報とを制御手段２０に出力している。
【００１１】
このような構成の可変動弁制御装置による制御の一例を図４に示すフローチャートを用いて説明する。この例においては、既にエンジンが始動状態であり、オイルポンプ３２も駆動されているものとする。制御手段２０による可変タイミング機構１５の制御は、ステップＳ１において図示しないシフトレバーの位置がＰレンジかＮレンジにあるかを判断する。この判断は、スイッチ部２１０またはスイッチ部２１１がオンであるか否かを判断する。そして、何れのスイッチ部がオンしていない場合にはこの制御を終了する。スイッチ部２１０またはスイッチ部２１１がオンであると、ステップＳ２において目標排気カム位相を最進角とすべく制御弁３４を制御して排気カムの位相を図３に示す破線位置から実線で示す最進角方向に移動させる。そして、カム位相センサ３６からの出力により排気カム２３の位相が最進角位置であることを検出すると、制御弁３５を制御してロックピン７をロック位置へと移動し、排気カム２３の位相を最進角状態に強制的に固定保持して、この制御を終了する。
【００１２】
したがって、エンジン１０を再始動する際には常に排気カム２３は最進角の位相に保持されているので、バルブオーバーラップ量の少ない状態が確保される。このため、シリンダー１２内の内部ＥＧＲ量が低減して吸入空気量を十分に確保でき、始動性の向上を図れる。また、エンジン始動直後は、オイルポンプ３２によって吐出されるオイル３１の油圧に応答遅れが生じて可変タイミング機構１５を適正に作動制御できないが、停車時に最進角の位相に排気カム２３が固定されるので、エンジン始動時に確実にバルブオーバーラップ量の少ない状態にすることができ、十分な燃焼を行え、アイドル回転が安定することになる。
【００１３】
本形態では、変速装置として自動変速機を用いているので、シフトレバーのシフトポジションを車両の停車状態を判断するパラメータとしたが、停車状態であるか否かの判断は、このようにパラメータに限定されるものではない。例えば、変速機が手動変速機の場合には、車速情報を車速センサから制御手段２０に取り込み、制御手段２０に所定の速度（０〜３ｋｍ／ｈ）を設定しておく。そして、取り込まれた車速情報と所定の車速とを比較し、所定の速度以下であると停車状態と見做し、排気カム２３の位相を最進角に移動させて、ロックピン７により最進角位置で固定すればよい。
【００１４】
本形態では、可変タイミング機構１５を排気弁１２側に設け、排気弁１２の閉弁タイミングを変更してバルブオーバーラップ量を変更する構成としたが、吸気弁１１側に設けて、この弁の開弁タイミングを変更してバルブオーバーラップ量を変更する構成としても良い。この場合、停車状態を判断すると吸気弁１１の開弁タイミングを遅角側へ変更することになる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、停車検出手段によって車両の停止状態が検出されると、バルブオーバーラップ量が減少するように制御手段によって可変タイミング機構を作動するので、停車状態の時にはバルブオーバーラップ量が強制的に減少されることになり、その後のエンジン再始動時の始動性をよくすることができる。
本発明によれば、可変タイミング機構により排気弁の閉弁タイミングを変更する場合、停車状態が検出されると、制御手段でバルブオーバーラップ量を減少すべく排気弁の閉弁タイミングを進角側へ変更するため、排気カムがエンジン始動時において進角側に位置することになり、エンジン再始動時の始動性をよくすることができる。
本発明によれば、制御手段によって進角側への位相が変更された排気弁の閉弁タイミングを固定手段で固定するので、エンジン再始動時の始動性をよくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すエンジンの可変動弁制御装置の構成を示す図ある。
【図２】可変タイミング機構の一構成例を示す断面図である。
【図３】吸気弁と排気弁の開閉タイミングと排気カムの位相変化を示す図である。
【図４】可変タイミング機構に対する制御手段の制御の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
９ 固定手段
１０ 内燃機関
１１ 吸気弁
１２ 排気弁
１３，１４ 動弁機構
１５ 可変タイミング機構
２０ 制御手段
２１ 停車検出手段

Claims (4)

  1. 内燃機関の吸気弁及び排気弁を開閉駆動する動弁機構と、
    上記吸気弁の開弁タイミングと上記排気弁の閉弁タイミングの少なくとも一方を変更して上記吸気弁と上記排気弁のバルブオーバーラップ量を可変し得る可変タイミング機構と
    上記内燃機関の運転状態に応じて上記可変タイミング機構を作動させ、上記バルブオーバーラップ量を制御する制御手段とを備えた内燃機関の可変動弁制御装置において、
    車両の停止状態を検出する停車検出手段を有し、
    上記制御手段は、上記停車検出手段によって上記車両の停止状態が検出されると、上記バルブオーバーラップ量が減少するように上記可変タイミング機構を作動させることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
  2. 請求項１記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
    上記可変タイミング機構は、少なくとも上記排気弁の閉弁タイミングを変更し得るように構成され、
    上記制御手段は、上記停車状態が検出されると、上記バルブオーバーラップ量を減少すべく上記排気弁の閉弁タイミングを進角側へ変更するように上記可変タイミング機構を作動させることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
  3. 請求項２記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
    上記可変タイミング機構は、上記制御手段によって進角側へ変更された上記排気弁の閉弁タイミングを固定する固定手段を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置
  4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置において、
    上記停車検出手段は、上記内燃機関に連結される自動変速機の変速レンジ位置を検出し、この変速レンジ位置が駐車位置または中立位置にあることを上記停車状態として検出することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
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