JP2007016696A - Variable valve gear for internal combustion engine and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作動体の初期位置からの作動量に応じて内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉特性に対応する制御量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及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine having a variable valve mechanism for changing a control amount corresponding to an opening / closing characteristic of an intake valve or an exhaust valve of the internal combustion engine according to an operation amount from an initial position of the operating body, and It relates to the control method.
特許文献1や特許文献2に記載されているように、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁や排気弁の開閉時期(バルブタイミング),作動角及びバルブリフト量等の開閉特性に関連する制御量を変更する様々な可変動弁機構が提案され、一部で実用化されている。このような可変動弁機構は、一般的に、アクチュエータにより駆動される作動体の初期位置からの作動量に応じて上記制御量が変化するように構成されている。多くの機構では、その構造上、上記特許文献1のように作動量の変化(増加又は減少)に対して制御量が単調に増加又は減少するようになっている。
機関始動時における適切な吸・排気弁の開閉特性の制御量は、必ずしも制御量が取り得る範囲の両端の限界値になるとは限らず、限界値を除く中間的な値とした方が良い場合がある。例えば、アイドル時にはポンプロス低減等のために吸気弁の開閉時期(制御量)を限界値である最遅角値に設定する一方、機関始動時には始動安定性を確保するために吸気弁の開閉時期を最遅角値よりも進角した中間値に設定する場合等である。このような場合、上述したように作動量の変化に対して制御量が単調に変化する機構では、機関始動時における作動体の作動位置が、この作動体が取り得る範囲の両端の限界位置、つまり、部材の案内溝の端面やストッパ等に突き当たることによって機械的に係止される限界位置ではなく、この限界位置を除く中間的な位置となる。このため、例えば特許文献1に開示されているように、機関始動に適した中間位置に作動体を安定して機械的に保持するための中間ロック機構を別途設ける必要があり、この中間ロック機構及びこれを駆動・制御する手段が必要となるために、部品点数の増加,大型化,コストの増加等の課題が残る。また、機関停止状態での作動位置が機関始動に適した中間位置にない場合には、機関始動時にアクチュエータによって作動体を初期位置から始動用の中間位置まで駆動する必要が生じ、始動応答性の低下や始動安定性の低下を招いていまう。
When the engine starts, the appropriate control amount for the intake / exhaust valve opening / closing characteristics is not necessarily the limit value at both ends of the range that the control amount can take, and it is better to set an intermediate value excluding the limit value There is. For example, when idling, the intake valve opening / closing timing (control amount) is set to the most retarded value, which is the limit value, in order to reduce pump loss, etc., while at the time of engine start, the intake valve opening / closing timing is set to ensure starting stability. For example, the intermediate value that is advanced from the most retarded value is set. In such a case, in the mechanism in which the control amount changes monotonously with respect to the change in the operation amount as described above, the operation position of the operation body at the time of starting the engine is the limit position at both ends of the range that the operation body can take, That is, it is not a limit position that is mechanically locked by hitting the end face of the guide groove of the member, a stopper, or the like, but an intermediate position that excludes this limit position. For this reason, for example, as disclosed in
特許文献2には、周方向位置によって径方向長さが異なる渦巻きガイド(溝)を利用して、吸・排気弁の開閉時期を変更する可変動弁機構が提案されている。この機構では、後述するように渦巻きガイドの形状を適切に設定することによって、機関始動用の制御量が中間的な値であっても、これに対応する機関始動用の作動位置を、その可変範囲の一方の限界位置、すなわち機械的に係止される位置であって、典型的には機関停止状態での初期位置と一致させることが可能である。これにより、機関始動用の制御量が中間的な値であっても、作動体の初期位置を、上記制御量の中間的な値に対応する中間位置とすることができ、中間ロック機構等を敢えて必要とすることのない簡素な構造でありながら、始動応答性及び始動安定性を含む機関始動性能を著しく向上することができる。 Patent Document 2 proposes a variable valve mechanism that changes the opening and closing timings of intake and exhaust valves using spiral guides (grooves) having different radial lengths depending on circumferential positions. In this mechanism, by appropriately setting the shape of the spiral guide as will be described later, even if the control amount for starting the engine is an intermediate value, the corresponding operation position for starting the engine can be changed. One limit position of the range, i.e., a mechanically locked position, which can typically coincide with the initial position when the engine is stopped. As a result, even if the control amount for starting the engine is an intermediate value, the initial position of the operating body can be set to an intermediate position corresponding to the intermediate value of the control amount. The engine start performance including start response and start stability can be remarkably improved while having a simple structure that is not required.
しかしながら、このように作動体の初期位置での制御量を中間的な値とすると、必然的に、作動体の初期位置からの作動量の増加に応じて、制御量が減少する減少領域と、制御量が増加する増加領域の双方が存在し、これらの減少領域と増加領域とが重複する制御量の範囲では、同じ制御量に対応する作動体の作動位置、すなわち初期位置からの作動量が2つ存在することとなる。このため、センサ等により検出される制御量の検出値である実制御量に応じて作動体を駆動制御する構成では、実制御量に対応する作動量が2つあるので、作動体を良好に駆動制御することができない。例えば実制御量に基づいて制御量を目標値へ向けてフィードバック制御を行う場合、仮に実制御量に対応する2つの作動量のうちで実際とは異なる作動量の方を誤認している状況で制御を継続すると、作動体が予期せぬ方向に変位して、目標値へ良好に収束させることができないおそれがある。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。 However, when the control amount at the initial position of the operating body is set to an intermediate value in this way, inevitably, a decrease region in which the control amount decreases according to an increase in the operating amount from the initial position of the operating body, There are both increasing regions where the control amount increases, and in the control amount range where these decreasing regions and the increasing region overlap, the operating position of the operating body corresponding to the same control amount, that is, the operating amount from the initial position is There will be two. For this reason, in the configuration in which the operating body is driven and controlled according to the actual control amount that is the detection value of the control amount detected by the sensor or the like, there are two operating amounts corresponding to the actual control amount, so that the operating body is improved. The drive cannot be controlled. For example, when feedback control is performed with the control amount directed to the target value based on the actual control amount, the operation amount that is different from the actual one of the two operation amounts corresponding to the actual control amount is misidentified. If the control is continued, there is a possibility that the operating body is displaced in an unexpected direction and cannot be converged well to the target value. The present invention has been made in view of such problems.
作動体を駆動するアクチュエータと、上記作動体の初期位置からの作動量に応じて、吸気弁又は排気弁の開閉特性に関連する制御量を変更する可変動弁機構と、上記制御量に対応する実制御量を検出する制御量検出手段と、を有し、実制御量に応じてアクチュエータの動作を制御することにより、作動量を直接的に検出するセンサ類を敢えて必要としない簡素な構成で、機関負荷や機関回転数等の機関運転状態に応じてアクチュエータの動作を制御することができる。典型的には、機関運転状態に基づいて制御量の目標値を設定し、この目標値と実制御量との偏差に基づくフィードバック制御が行われる。 An actuator for driving the operating body, a variable valve mechanism for changing the control amount related to the opening / closing characteristics of the intake valve or the exhaust valve according to the operation amount from the initial position of the operating body, and the control amount Control amount detection means for detecting the actual control amount, and by controlling the operation of the actuator according to the actual control amount, with a simple configuration that does not require sensors that directly detect the operation amount The operation of the actuator can be controlled in accordance with the engine operating state such as the engine load and the engine speed. Typically, a control value target value is set based on the engine operating state, and feedback control based on a deviation between the target value and the actual control amount is performed.
また、機関始動用の初期位置からの作動量の増加に対して制御量が減少する減少領域と、上記作動量の増加に対して制御量が増加する増加領域と、が設けられる。従って、作動量の変化に対する制御量の変化が単調増加や単調減少ではないので、上述したように、機関始動用の制御量が中間的な値であっても、これに対応する作動体の初期位置を、機械的な係止位置である可変範囲の限界位置つまり初期位置に設定することができる。 Further, a decrease region where the control amount decreases with an increase in the operation amount from the initial position for starting the engine and an increase region where the control amount increases with the increase in the operation amount are provided. Accordingly, since the change in the control amount relative to the change in the operation amount is not monotonously increasing or monotonically decreasing, as described above, even if the control amount for engine start is an intermediate value, The position can be set to the limit position of the variable range that is the mechanical locking position, that is, the initial position.
そして、機関始動後に減少領域から増加領域への切換を行う領域切換手段と、この領域切換手段による増加領域への切換後、増加領域から減少領域への切換を禁止する領域切換禁止手段と、を有している。つまり、増加領域への切換後には、増加領域のみを使用して制御量を制御する。 And an area switching means for switching from the decreasing area to the increasing area after the engine is started, and an area switching prohibiting means for prohibiting switching from the increasing area to the decreasing area after switching to the increasing area by the area switching means. Have. That is, after switching to the increase area, the control amount is controlled using only the increase area.
本発明によれば、機関始動後に増加領域への切換後には、増加領域から減少領域への切換を禁止しており、増加領域のみを使用して制御を行うようにしたので、減少領域と増加領域とが混在することがなく、つまり作動体が誤って増加領域と減少領域とで切り換わることがないので、実制御量に基づく制御を安定して行うことができる。 According to the present invention, after switching from the engine start to the increase region, switching from the increase region to the decrease region is prohibited, and control is performed using only the increase region. Since there is no mixing of the regions, that is, the operating body is not erroneously switched between the increase region and the decrease region, the control based on the actual control amount can be stably performed.
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る可変動弁装置が適用される内燃機関61のシステム構成の一例を簡略的に示している。内燃機関61のシリンダブロック62には複数のシリンダ63が形成されており、各シリンダ63内を昇降するピストン64の上方には燃焼室65が画成されている。シリンダブロック62上に固定されるシリンダヘッド66には、吸気通路67を開閉する吸気弁68と、排気通路69を開閉する排気弁70と、燃焼室65内の混合気を火花点火する点火プラグ71と、が配設されている。吸気通路67には、上流側より順に、エアクリーナ72,吸入空気量を検出するエアフロメータ73,吸気量を調整する電子制御式のスロットル74,及び吸気ポート75へ燃料を噴射する燃料噴射弁76が配設されている。スロットル74の開度はスロットル開度センサ77により検出される。排気通路69には、上流側より順に、排気の空燃比を検出するための酸素センサ78と、排気を浄化する三元触媒等の触媒79,80と、排気音を消音するマフラ81と、が設けられている。排気の一部はEGR通路82を経由して吸気通路67に還流され、その還流量はEGR制御バルブ83により調整される。EGRガスの温度はEGR温度センサ84により検出される。燃料タンク85内には、燃料配管86へ燃料を圧送する燃料ポンプ87と、燃圧を所定圧に維持するプレッシャレギュレータ88とが配設されている。また、燃料タンク85内の蒸発燃料を処理するキャニスタ89が設けられている。更に、吸・排気弁の開閉特性を変化させる可変動弁機構として、吸気弁68の開閉時期に対応する変換角θを変更するバルブタイミング変更機構60が設けられている。変換角θはクランクシャフト92に対するカムシャフト1の位相に相当し、この変換角θが変化することによって、吸気弁の開閉時期(バルブタイミング)が変化つまり遅角・進角する。この変換角θに対応する実変換角tθは、カムシャフトポジションセンサ91及びクランクシャフトポジションセンサ93の検出信号に基づいて演算される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows an example of a system configuration of an
機関運転状態を検出するセンサ類として、機関水温を検出する水温センサ90,吸気カムシャフト1の回転位置を検出するカムシャフトポジションセンサ91,クランクシャフト92の回転位置を検出するクランクシャフトポジションセンサ93,ノッキングの発生を検出するノックセンサ94,アクセルペダル95の操作(開度)を検出するアクセルポジションセンサ96,及びバッテリ97の電流値を検出する電流センサ98等が設けられている。機関制御部(エンジン・コントロール・モジュール:ECM)100は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有し、上記の各種センサ等により検出される機関運転状態に基づいて、上記のスロットル74,燃料噴射弁76,点火プラグ71及びEGR制御バルブ83等の他、後述するバルブタイミング変更機構60のアクチュエータ(操作力付与手段8)へ制御信号を出力して、スロットル開度,燃料噴射量,燃料噴射時期,点火時期,EGR量及び上記の変換角θ等を制御する。
As sensors for detecting the engine operating state, a
図2は、上記バルブタイミング変更機構60を示す断面図であり、この機構60の基本的な構成は特開2003−314216号公報等に詳しく記載されているように公知である。図1及び図2を参照して、このバルブタイミング変更機構60は、カムシャフト1と一体的に回転する従動軸部材(従動回転体)3と、クランクシャフト92の回転に連動して回転する駆動リング(駆動回転体)5と、これら駆動リング5と従動軸部材3との相対的な回転位相に対応する上記の変換角(組付角)θを変更・操作する組付角操作機構6と、を有している。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the valve
従動軸部材3は、内燃機関61のシリンダヘッド66に回転自在に支持された吸気弁側のカムシャフト1の前端部(図2中左側端部)にカムボルト2によって一体に結合されている。また従動軸部材3には、カムシャフト1の前端部に突き合わされる基端部に径方向外側に張り出すフランジ壁14が一体に形成されている。フランジ壁14の外周部と駆動リング5の後端部との間にはシールリング34が介装されている。なお、従動軸部材3にはオイル供給孔13が開口形成されており、この供給孔13を通して駆動リング5と従動軸部材3との摺動面に潤滑油が供給される。
The driven
駆動リング5は、従動軸部材3の外周に回動可能に組み付けられる内側円筒部10aと、チェーン(図示せず)を介してクランクシャフト92に動力伝達可能に連繋されるタイミングスプロケット4(動力伝達部)が設けられた略円筒状の外側円筒部5aと、内側円筒部10aの外周と外側円筒部5aの内周とに一体的に接続する略円盤状・ドーナツ状の支持部10と、を有している。支持部10には、径方向に延びる2本の径方向スリット11が形成され、この径方向スリット11が後述する可動案内部12を案内する径方向ガイドとして機能する。尚、径方向スリットは必ずしも支持部の径方向に正確に沿って形成されている必要はなく、支持部の径方向に略沿うように形成されていてもよい。
The
組付角操作機構6は、駆動リング5及び従動軸部材3と同軸上に配置され、アクチュエータとしての操作力付与手段8から付与される操作力によって回転駆動される中間回転体7と、駆動リング5と従動軸部材3とを連係する2本のリンク15と、を備え、リンク15を介して駆動リング5から従動軸部材3へ回転動力が伝達される。中間回転体7には、周方向位置に沿って径方向長さが円滑に変化する渦巻き溝24が形成されている。各リンク15の一端は、ピン16によって従動軸部材3のフランジ壁14に揺動可能に支持・連結されている。つまり各リンク15はピン16を中心として揺動可能である。
The assembly
各リンク15の他端には、径方向スリット11を通して渦巻き溝24に係合する可動案内部12が設けられている。詳しくは、リンク15の他端には軸方向前方側に突出するボス部17が一体に形成されている。各ボス部17は円筒状に形成され、支持部10の各対応する径方向スリット11に摺動自在に嵌入されている。各ボス部17は、支持部10の径方向スリット11に係合された状態において、リンク15を介して従動軸部材3の回転中心から離間した位置に連結されているため、各ボス部17が外力を受けて径方向スリット11に沿って変位すると、駆動リング5と従動軸部材3はリンク15の作用でもって各ボス部17の変位(作動量)に応じた方向及び角度だけ相対的に回動する。各リンク15の先端側(他端側)のボス部17からリンク本体部にかけては前方側(カムシャフト1と逆側)に開口する円形状の保持穴18が設けられ、この保持穴18に球19を保持するためのリテーナ20の基部と、そのリテーナ20を前方側に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング21が収容されている。
At the other end of each
従動軸部材3の支持部10の支持位置よりも前方側には中間回転体7が軸受23を介して回転可能に支持されている。2条の渦巻き溝24(渦巻き状ガイド)は、支持部10の前面に所定隙間をもって対峙する中間回転体7の後部面に、断面半円状に形成されている。各渦巻き溝24は、周方向位置に応じて径方向長さが円滑に変化するように設定されている。そして、この中間回転体7の各渦巻き溝24には各ボス部17に保持された球19が転動自在に係合されている。ここで、各リンク15は先端側のボス部17が支持部10の径方向スリット11に案内係合された状態において各球19が渦巻き溝24に係合しているため、中間回転体7が駆動リング5に対して相対回動することによって球19が渦巻き溝24に案内されて転動すると、各ボス部17が中間回転体7の相対回動に応じた方向及び量だけ径方向スリット11に沿って変位する。このように、支持部10の径方向スリット11,渦巻き溝24を有する中間回転体7,可動案内部12を備えるリンク15等によって、駆動リング5に対する従動軸部材3の回転位相を変化させる組付角操作機構6が構成されている。
An intermediate
操作力付与手段8は、駆動リング5に一体に結合された円筒ハウジング25と、そのハウジング25の内周面に結合された円筒状の永久磁石ブロック26と、中間回転体7にリテーナプレート27を介して一体回転可能に結合された同じく円筒状のヨークブロック28と、非回転部材であるVTCカバー9内にゴム弾性体29を介して固定設置された電磁コイルブロック30と、を備えている。電磁コイルブロック30に設けられる一対の電磁コイル31a,31bは、励磁回路やパルス分配回路等を含む駆動回路(図示せず)に接続される。上記の機関制御部100は、クランク角、カム角、機関回転数、機関負荷等の各種の入力信号に基づいて、変換角θの目標値tθを演算し、この目標値tθに応じた制御信号、例えばデューティー比に応じたON−OFF信号を駆動回路に出力する。
The operating
永久磁石ブロック26は、軸方向に延出する磁極が、異磁極が円周方向に沿って交互になるように複数着磁された構成とされている。ヨークブロック28は、透磁率の高い金属から成る複数の極歯リング(図示省略)を有し、その各極歯リングの複数の極歯が永久磁石ブロック26の磁極面にエアギャップを介して対峙している。また、電磁コイルブロック30は電磁コイル31a,31bによる磁気入出部がヨークブロック28の各極歯リングの円環状の基部にエアギャップを介して対峙している。
The
この操作力付与手段8は、基本構成はステッピングモータであるが、電磁コイル31a,31bを励磁するON−OFF信号のデューティー比を変化させることにより、ヨークブロック28の各極歯の磁極が電磁コイルブロック30と非接触状態のまま連続変化し、それにより、ヨークブロック28と永久磁石ブロック26の回転の如何に拘らず両者を所望通りに相対回動させることができる。
The operating
機関制御部100から電磁コイル31a,31bの駆動回路に出力されるON−OFF信号のデューティー比に応じて、電磁コイル31a,31bは磁界を発生し、ヨークブロック28を中間回転体7と共に駆動リング5に対して所定方向(遅れ側または進み側)に相対回動させる。これにより、各球19が渦巻き溝24内を転動しつつそれに対応するボス部17が径方向スリット11に沿って外側に変位し、このとき各リンク15が揺動することによって駆動リング5と従動軸部材3の組付角が変更される。この結果、クランクシャフトとカムシャフト1の回転位相すなわち変換角θが変更される。つまり、操作力付与手段8により中間回転体7を介して駆動される可動案内部12の変位に応じて、吸気弁の開閉時期に対応する変換角θが連続的に変化する。
The
図3は作動量Sと変換角θとの関係を示している。作動量Sは、広義にはアクチュエータ8により駆動される作動体の初期位置からの変位であり、具体的には渦巻き溝24における可動案内部12の球19の初期位置Sminである一端24Aからの変位(角度)に相当する。変換角θは、広義には吸・排気弁の開閉特性に対応する制御量であって、ここでは吸気弁の開閉時期、より具体的にはクランクシャフト92に対するカムシャフト1の回転位相、さらに具体的には駆動リング5に対する従動軸部材3の初期値である最遅角値θminからの変換角度に相当する。従って、変換角θが小さいほど吸気弁の開閉時期が遅角し、大きいほど進角することとなる。変換角θは、可動案内部12の中心Oからの径方向距離ΔRに比例しており、径方向距離ΔRが減少するほど変換角θが増加する関係にある。中心Oは、従動軸部材3,駆動リング5及び中間回転体7の全てに共通する軸心つまり回転中心である。
FIG. 3 shows the relationship between the operation amount S and the conversion angle θ. The operating amount S is a displacement from the initial position of the operating body driven by the
なお、可動案内部12が渦巻き溝24の一端24Aから他端24Bの全長にわたって移動できるように、径方向スリット11が可動案内部12の移動範囲よりも余裕をもって大きく形成されている。従って、渦巻き溝24の全長が作動量Sの可動範囲ΔSallであり、渦巻き溝24の両端24A,24Bが、可動範囲ΔSallの両端の限界位置である初期位置Smin及び最大作動位置Smaxに相当する。これらの限界位置では、球19が渦巻き溝24の両端24A,24Bの端面に突き当てられて、機械的に安定して係止された状態となる。機関停止時のように、電磁コイル31a,31bへ通電されていない状態、つまりON−OFF信号のデューティー比が0(ゼロ)の初期状態では、カムシャフト1に作用する動弁反力等によって可動案内部12が機械的に係止される最小作動位置である初期位置Sminに常に保持される。
The radial slit 11 is formed with a margin larger than the moving range of the
図3(A)は、作動量Sの増加に対して変換角θが単調に増加(変化)する比較例を示しており、図3(B)は、作動量Sの増加に対して、変換角θが減少する減少領域Aと、変換角θが増加する増加領域Bと、の双方が存在する本発明の一例に対応している。この図3(B)に示すように、渦巻き溝24には、一端24Aから他端24Bへ向かうに従って、径方向長さΔRが増加する区間と、径方向長さΔRが減少する区間とが設けられ、増加する区間が減少領域Aに対応し、減少する区間が増加領域Bに対応する。このように渦巻き溝24の形状を適切に設定することによって、作動量Sに応じて変換角θが一義的に変化する機構でありながら、減少領域Aと増加領域Bとを合わせもつ特性を実現することができる。
FIG. 3A shows a comparative example in which the conversion angle θ monotonously increases (changes) with respect to the increase in the operation amount S, and FIG. This corresponds to an example of the present invention in which both a decrease region A where the angle θ decreases and an increase region B where the conversion angle θ increases exist. As shown in FIG. 3B, the
単調増加特性である比較例では、初期位置Sminでの変換角θが必然的に最小値θminとなる。これに対して、減少領域Aと増加領域Bの双方を併せ持つ構成では、初期位置Sminでの変換角θを、その限界値θmin,θmaxを除く中間的な値θγ、つまり機関始動に適した中間的な値θγとすることができる。これにより、上述したように機関始動時に作動体を初期位置から始動用の中間位置に駆動する必要がなく、また、作動体を始動に適した中間位置に保持する中間ロック機構等を用いる必要がないので、始動応答性及び始動安定性を向上しつつ、簡素化,小型化,低コスト化等の実用上多大な効果を奏することができる。 In the comparative example having the monotone increasing characteristic, the conversion angle θ at the initial position Smin necessarily becomes the minimum value θmin. On the other hand, in the configuration having both the decrease area A and the increase area B, the conversion angle θ at the initial position Smin is an intermediate value θγ excluding the limit values θmin and θmax, that is, an intermediate suitable for engine start. A typical value θγ can be obtained. As a result, it is not necessary to drive the operating body from the initial position to the starting intermediate position when starting the engine as described above, and it is also necessary to use an intermediate lock mechanism or the like that holds the operating body at an intermediate position suitable for starting. Therefore, it is possible to achieve practically great effects such as simplification, miniaturization, and cost reduction while improving the start response and start stability.
但し、減少領域Aと増加領域Bの双方が重複する変換角の範囲Δθγでは、一つの変換角θに対応する作動量Sつまり作動位置が2箇所あるので、実変換角rθに基づいてアクチュエータ8を駆動制御する場合に、減少領域Aと増加領域Bを誤認すると作動体が予期せぬ方向に変位するおそれがある。センサ等用いて作動量Sを直接的に検知することができれば、このような問題を生じることはないものの、このようなセンサを設けることはレイアウト的に困難であるとともに、構造の複雑化・大型化やコストの増加を招くために、好ましくない。
However, in the conversion angle range Δθγ in which both the decrease region A and the increase region B overlap, there are two operation amounts S, that is, operation positions corresponding to one conversion angle θ, and therefore the
そこで後述する実施例では、機関始動後に減少領域Aから増加領域Bへ切り換えた後には、機関停止までの間、増加領域Bから減少領域Aへの切換を禁止している。つまり、増加領域Bへの切換後には、全制御範囲Δθall(図3参照)を網羅する増加領域Bのみを使用してバルブタイミング(変換角θ)を制御するようにしている。このように減少領域Aと増加領域Bとを使い分けることにより、減少領域Aと増加領域Bとを誤認することがなく、実制御量に基づいて安定して制御を行うことができ、かつ、減少領域Aと増加領域Bとの領域判定等の制御処理を簡素化することができる。 Therefore, in an embodiment described later, after switching from the decrease area A to the increase area B after starting the engine, switching from the increase area B to the decrease area A is prohibited until the engine is stopped. That is, after switching to the increase region B, the valve timing (conversion angle θ) is controlled using only the increase region B that covers the entire control range Δθall (see FIG. 3). By properly using the decrease area A and the increase area B in this way, the decrease area A and the increase area B are not misidentified, and the control can be stably performed based on the actual control amount. Control processing such as area determination between the area A and the increase area B can be simplified.
図4は、主として燃費向上を狙ったバルブタイミングの第1設定例を示す。機関始動時(A)には、始動安定性を確保するために、吸気弁開時期IVOを上死点近傍に設定するとともに、吸気弁閉時期IVCを、機関始動可能な遅角側の限界値sIVO付近に設定する。一方、アイドル及び低負荷時(B)には、バルブオーバーラップによるEGR効果を利用した燃費向上があまり見込めないので、吸気弁閉時期IVCを最遅角位置として、始動可能な遅角限界sIVOよりも更に遅角し、圧縮仕事を削減して燃費向上を図る。 FIG. 4 shows a first setting example of valve timing mainly aimed at improving fuel efficiency. At the time of engine start (A), in order to ensure starting stability, the intake valve opening timing IVO is set near the top dead center, and the intake valve closing timing IVC is set to a limit value on the retard side at which the engine can be started. Set near sIVO. On the other hand, at the time of idling and low load (B), since fuel efficiency improvement using the EGR effect due to valve overlap is not expected, the intake valve closing timing IVC is set to the most retarded angle position, and the start delay angle limit sIVO Will be further retarded to reduce compression work and improve fuel efficiency.
図5は、主として出力向上を狙ったバルブタイミングの第2設定例を示す。図4の例と同様、機関始動時には、始動安定性を確保するために、吸気弁開時期IVOを上死点近傍に設定するとともに、吸気弁閉時期IVCを、始動可能な遅角限界sIVO付近に設定する。高回転域では、吸気弁の閉時期IVCを最遅角位置として、始動可能な遅角限界sIVOよりも更に遅角し、吸気慣性を利用して吸入空気量を増加し、出力向上を図る。 FIG. 5 shows a second setting example of valve timing mainly aimed at improving the output. As in the example of FIG. 4, when starting the engine, in order to ensure starting stability, the intake valve opening timing IVO is set near the top dead center, and the intake valve closing timing IVC is set near the retardable limit sIVO that can be started. Set to. In the high speed range, the intake valve closing timing IVC is set to the most retarded position, and the retarded angle is further retarded from the retardable limit sIVO that can be started, and the intake air amount is increased using intake inertia to improve the output.
これらバルブタイミングの第1設定例及び第2設定例では、初期位置Sminでのバルブタイミングの設定つまり変換角θを、始動時(A)の中間的な変換角θγとすることにより、機関始動時にアクチュエータ8を実質的に駆動することなく容易かつ安定して始動を行うことができ、かつ、図4,5の(B)に示すようにアイドル・低負荷時や高回転時には吸気弁閉時期IVCをその遅角側の限界sIVCよりも更に遅角した設定とすることが可能で、燃費向上や出力向上を図ることができる。
In the first setting example and the second setting example of the valve timing, the setting of the valve timing at the initial position Smin, that is, the conversion angle θ is set to an intermediate conversion angle θγ at the time of starting (A), so that the engine is started. The
図6は、このような第1設定例及び第2設定例に適した第1実施例に係る領域切換制御の流れを示すフローチャートである。このルーチンは上記制御部100により記憶及び実行される。ステップ(図では「S」と記す)11では、機関始動が完了したかを判定する。この判定は、例えば周知の初爆・完爆判定等を用いて行うことができる。なお、上述したように機関始動前の機関停止状態では、カムシャフト1に作用する動弁反力等によって可動案内部12が機械的に係止される最小作動位置である初期位置Sminに保持されているため、この初期位置Sminまたはその近傍の減少領域Aで、機関始動が行われる。
FIG. 6 is a flowchart showing the flow of region switching control according to the first embodiment suitable for the first setting example and the second setting example. This routine is stored and executed by the control unit 100. In step (denoted as “S” in the figure) 11, it is determined whether the engine start has been completed. This determination can be performed using, for example, a well-known initial explosion / complete explosion determination. As described above, when the engine is stopped before the engine is started, the
機関始動が完了したと判定されると、ステップ11からステップ12へ進み、アクチュエータ8により可動案内部12を駆動して速やかに減少領域Aから増加領域Bへ切り換える。通常、機関始動後にはアイドル域へ移行するので、増加領域Bのなかで、アイドル域に対応する作動位置へ変換される。続くステップ13では、機関停止まで増加領域Bから減少領域Aへの領域切換を禁止する。つまり、増加領域Bへの切換後には、増加領域Bのみを使用して変換角θを制御する。減少領域Aへの領域切換禁止の一例として、例えば増加領域Bへの切換後に実変換角tθが最遅角位置θmin又はその近傍の下限値以下となることを禁止すればよい。
If it is determined that the engine start has been completed, the process proceeds from
図7は、主として排気清浄化、特に、冷機始動時における未燃HC(ハイドロカーボン)の排出量の低減化を狙ったバルブタイミングの第3設定例を示す。機関始動時(A)には、吸気弁開時期IVOを上死点TDCや排気弁閉時期EVCよりも早めて、所定量のオーバーラップである排気要求O/Lを付与することによって、燃料の気化促進作用に加え、高濃度のHCを筒内に閉じこめて再燃焼させることにより、冷機始動時のHC排出量を低減することができる。また、冷機状態つまり暖機運転中でのアイドルつまりファーストアイドル時(B)では、暖機後の通常のアイドル時(C)に比して、機関回転数が高く設定されているため、上記の機関始動時(A)と同様、バルブオーバーラップ(排気要求O/L)を付与しても、燃焼安定性を確保することができる。従って、このようにバルブオーバーラップ(排気要求O/L)を付与することにより冷機状態でのHC排出量の低減化を図る。 FIG. 7 shows a third setting example of the valve timing aimed mainly at exhaust purification, in particular, reduction of the amount of unburned HC (hydrocarbon) emission at the time of cold start. At the time of engine start (A), the intake valve opening timing IVO is advanced from the top dead center TDC and the exhaust valve closing timing EVC, and an exhaust request O / L that is a predetermined amount of overlap is given, thereby In addition to the action of promoting vaporization, it is possible to reduce the amount of HC discharged at the start of the cold machine by confining high-concentration HC in the cylinder and reburning it. Further, the engine speed is set higher in the cold state, that is, in the idle state during the warm-up operation, that is, in the first idle state (B) than in the normal idle state after the warm-up operation (C). As with the engine start (A), combustion stability can be ensured even when a valve overlap (exhaust request O / L) is applied. Therefore, by providing the valve overlap (exhaust request O / L) in this way, the HC emission amount in the cold state is reduced.
一方、暖機後のアイドル時(C)ではファーストアイドル時(B)に比して機関回転数が低く、バルブオーバーラップを付与すると所期の燃焼安定性を確保することが困難となることから、上記の機関始動時(A)やファーストアイドル時(B)に比して吸気弁開時期IVOを遅らせて、このIVOを上死点TDC近傍に設定する。この第3設定例においても、上記第1,第2設定例と同様、初期位置Sminでのバルブタイミングの設定つまり変換角θを、始動時(A)の中間的な変換角θγとすることにより、機関始動時にアクチュエータ8を実質的に駆動することなく容易かつ安定して始動を行うことができ、かつ暖機後アイドル時(C)には吸気弁閉時期IVCを始動時(A)よりも遅角した設定とすることができ、安定した暖機後アイドル運転を行うことができる。
On the other hand, at the idling time (C) after the warm-up, the engine speed is lower than at the first idling time (B), and it is difficult to ensure the desired combustion stability if the valve overlap is applied. The intake valve opening timing IVO is delayed as compared with the above-described engine start time (A) and first idle time (B), and this IVO is set in the vicinity of the top dead center TDC. In the third setting example, similarly to the first and second setting examples, the setting of the valve timing at the initial position Smin, that is, the conversion angle θ is set to the intermediate conversion angle θγ at the start (A). When starting the engine, the
図8は、上記第3設定例に適した第2実施例に係る領域切換制御の流れを示すフローチャートである。なお、図6の第1実施例と同一処理内容には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。ステップ11で機関始動が完了したと判定されると、ステップ11Aへ進み、冷機状態であるかを判定する。この判定は、水温センサ90により検出される機関水温、油温センサにより検出される油温、あるいは外気温センサにより検出される外気温等に基づいて行われ、具体的には検出温度が所定温度T℃以下であるかが判定される。元々冷機状態でない場合や、暖機運転が完了すると、ステップ11Aからステップ12へ進み、減少領域Aから増加領域Bへの切換を行う。そしてステップ13では、機関停止まで増加領域Bから減少領域Aへの領域切換を禁止する。つまり、増加領域Bへの切換後には、増加領域Bのみを使用して変換角θを制御する。
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of area switching control according to the second embodiment suitable for the third setting example. The same processing contents as those in the first embodiment of FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. If it is determined in
このように第2実施例では、冷機始動時には、暖機運転が完了するまでの間、減少領域Aのみを使用してバルブタイミング(変換角)を制御し、暖機運転が完了すると、減少領域Aから増加領域Bへの切換を行い、以降、機関停止まで増加領域Bのみを使用してバルブタイミングを制御する。上記第1実施例のように冷機始動時にも始動完了直後に増加領域Bへ切り換えることも可能であるが、この場合、冷機始動直後からファーストアイドルへ移行する過渡期に、一度設定したバルブオーバーラップ量を減少させた後に再び増加させることとなり、無駄なエネルギーの消費や機関安定性の低下を招くおそれがある。また、ファーストアイドル時に増加領域Bを使用すると、バルブオーバーラップが過剰に与えられて逆に排気性能を低下させるおそれがある。 Thus, in the second embodiment, at the time of cold start, the valve timing (conversion angle) is controlled using only the decrease region A until the warm-up operation is completed, and when the warm-up operation is completed, the decrease region is reached. Switching from A to the increase region B is performed, and thereafter, the valve timing is controlled using only the increase region B until the engine is stopped. As in the first embodiment, it is also possible to switch to the increase region B immediately after the start of the cold machine, but in this case, the valve overlap set once in the transition period immediately after the start of the cold machine to the first idle. After the amount is decreased, it is increased again, which may lead to wasteful energy consumption and a decrease in engine stability. Further, when the increase region B is used during the first idling, there is a possibility that the valve overlap is excessively given and the exhaust performance is lowered.
本実施例のように、冷機始動時から暖機運転が終了するまでは減少領域Aのみを使用することにより、上述した領域変換に伴う無駄なエネルギーの消費や機関安定性の低下を招くことがなく、また、ファーストアイドル時(B)でのバルブオーバーラップが始動時の排気要求O/L以下に制限されるため、バルブオーバーラップが過剰に与えられて排気性能の低下を招くおそれがない。 As in this embodiment, by using only the decrease region A from the start of cold operation until the end of warm-up operation, wasteful energy consumption and engine stability deterioration associated with the region conversion described above may be caused. In addition, since the valve overlap at the time of the first idle (B) is limited to the exhaust request O / L or less at the start, there is no possibility that the valve overlap is excessively given and the exhaust performance is deteriorated.
次に、上記実施例より把握し得る特徴的な構成及びその作用効果について説明する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。 Next, a characteristic configuration that can be grasped from the above embodiment and its function and effect will be described. However, the present invention is not limited to the configuration of the embodiment given the reference numerals, and includes various modifications and changes without departing from the spirit thereof.
(1)作動体(可動案内部12)を駆動するアクチュエータ(操作力付与手段)8と、上記作動体の初期位置Sminからの作動量Sに応じて、吸気弁68又は排気弁70の開閉特性に関連する制御量(変換角)θを変更する可変動弁機構(バルブタイミング変更機構)60と、上記制御量θに対応する実制御量rθを検出する制御量検出手段(カムシャフトポジションセンサ91,クランクシャフトポジションセンサ93)と、を有し、この実制御量rθに基づいてアクチュエータ8の動作を機関運転状態に応じて制御可能である。例えば、機関制御部100によって、機関負荷や機関回転数等に基づいて制御量θの目標値tθを演算し、この目標値tθと実制御量rθとの偏差に基づくフィードバック制御が行われる。
(1) The opening / closing characteristics of the
また、機関始動用の初期位置Sminからの作動量Sの増加に対して制御量θが減少する減少領域Aと、制御量が増加する増加領域Bと、が設けられる。つまり、本発明に係る可変動弁機構60では、作動量Sに応じて変換角θが一義的に変化する機構でありながら、作動量Sの変化に対する制御量θの変化が単調ではなく、減少領域Aと増加領域Bの双方が存在する特性を実現可能である。従って、初期位置Sminでの制御量θを機関始動に適した中間的な値θγとすることにより、中間ロック機構等を敢えて必要としない簡素・安価な構成で、始動応答性や始動安定性等の機関始動性能を著しく向上することができる。
Further, a decrease area A in which the control amount θ decreases with respect to an increase in the operation amount S from the initial position Smin for starting the engine and an increase area B in which the control amount increases are provided. That is, in the
そして、機関始動後に減少領域Aから増加領域Bへ変換する領域変換手段(ステップ12)と、この領域変換手段による増加領域Bへの変換後、増加領域Bから減少領域Aへの変換を禁止する領域変換禁止手段(ステップ13)と、を有している。 Then, an area conversion means (step 12) for converting from the decrease area A to the increase area B after the engine is started, and after the conversion to the increase area B by the area conversion means, conversion from the increase area B to the decrease area A is prohibited. Area conversion prohibiting means (step 13).
このように、増加領域Bへの変換後には減少領域Aへの変換を禁止することにより、領域を誤認するおそれがないので、制御安定性が向上するとともに、領域を判定するためのセンサや制御処理が不要となり、その構成や制御が簡素化される。 Thus, by prohibiting the conversion to the decrease area A after the conversion to the increase area B, there is no possibility of misidentifying the area, so that the control stability is improved and the sensor and control for determining the area No processing is required, and its configuration and control are simplified.
(2)例えば燃費向上を狙った第1設定例(図4参照)や出力向上を狙った第2設定例(図5参照)では、好ましくは図6に示す第1実施例のように、機関始動の完了直後に減少領域Aから増加領域Bへの切換を行うことにより、機関始動の完了直後から制御安定性を向上させることができる。 (2) For example, in the first setting example aimed at improving fuel efficiency (see FIG. 4) and the second setting example aimed at improving output (see FIG. 5), the engine is preferably used as in the first embodiment shown in FIG. By switching from the decrease area A to the increase area B immediately after the start is completed, the control stability can be improved immediately after the engine start is completed.
(3)図7に示すような排気清浄化を狙った第3設定例では、好ましくは図8に示す第2実施例のように、冷機始動時には暖機運転完了後に、減少領域Aから増加領域Bへの切換を行う。これにより、無駄な領域変換が抑制されるとともに、冷機アイドル(ファーストアイドル)運転時にバルブオーバーラップが過剰に与えられることを回避することが可能となる。 (3) In the third setting example aiming at exhaust purification as shown in FIG. 7, preferably from the decrease region A to the increase region after the warm-up operation is completed at the time of cold start, as in the second example shown in FIG. Switch to B. As a result, useless region conversion is suppressed, and it is possible to avoid excessive valve overlap during cold machine idle (first idle) operation.
(4)減少領域Aと増加領域Bとを併せ持つ可変動弁機構の好ましい一例が、上述したように、吸気弁又は排気弁の開閉時期を変更する渦巻き式のバルブタイミング変更機構60である。このバルブタイミング変更機構60は、内燃機関61のクランクシャフト92に連動して回転する駆動回転体(駆動リング)5と、吸気弁又は排気弁を駆動するためのカムシャフト1と連動して回転する従動回転体(従動軸部材)3と、周方向位置に応じて径方向長さが異なる渦巻きガイド24が形成され、アクチュエータ8によって回転方向に駆動される中間回転体7と、一端が駆動回転体5又は従動回転体3の一方に揺動可能に支持されたリンク15と、を有している。このリンク15の他方には、駆動回転体5又は従動回転体3の他方に形成された径方向に延びる径方向ガイド11と上記渦巻きガイド24の双方に変位可能に係合する可動案内部12が設けられる。上記作動量Sは、渦巻きガイド24の一端24Aからの可動案内部12の変位に相当し、上記変換角θは、駆動回転体5に対する従動回転体3の相対的な変換角度に相当する。
(4) A preferable example of the variable valve mechanism having both the decrease region A and the increase region B is the spiral valve
このような渦巻きガイド式のバルブタイミング変更機構60では、渦巻きガイド24の形状を適切に設定することによって、作動量Sの変化に対する制御量θの変化の特性を、上記減少区間Aと増加区間Bの双方を備えるものとすることができる。
In such a spiral guide type valve
1…カムシャフト
3…従動軸部材(従動回転体)
5…駆動リング(駆動回転体)
7…中間回転体
8…操作力付与手段(アクチュエータ)
11…径方向スリット(径方向ガイド)
12…可動案内部(作動体)
24…渦巻き溝(渦巻きガイド)
60…バルブタイミング変更機構(可変動弁機構)
100…機関制御部
DESCRIPTION OF
5 ... Drive ring (drive rotating body)
7 ...
11 ... Radial slit (radial guide)
12 ... Movable guide (actuator)
24 ... spiral groove (spiral guide)
60. Valve timing changing mechanism (variable valve mechanism)
100: Engine control unit
Claims (5)
機関始動用の初期位置からの作動量の増加に対して制御量が減少する減少領域と、上記作動量の増加に対して制御量が増加する増加領域と、が設けられ、
かつ、機関始動後に減少領域から増加領域への切換を行う領域切換手段と、
この領域切換手段による増加領域への切換後、増加領域から減少領域への切換を禁止する領域切換禁止手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 An actuator for driving the operating body, a variable valve mechanism for changing the control amount related to the opening / closing characteristics of the intake valve or the exhaust valve according to the operation amount from the initial position of the operating body, and the control amount A variable amount control device for an internal combustion engine having control amount detection means for detecting an actual control amount, and capable of controlling the operation of the actuator according to the engine operating state based on the actual control amount,
A decrease region where the control amount decreases with respect to an increase in the operation amount from the initial position for starting the engine, and an increase region where the control amount increases with respect to the increase in the operation amount are provided,
And area switching means for switching from the decrease area to the increase area after the engine start,
Area switching prohibiting means for prohibiting switching from the increasing area to the decreasing area after switching to the increasing area by the area switching means;
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, comprising:
このバルブタイミング変更機構は、
内燃機関のクランクシャフトに連動して回転する駆動回転体と、
吸気弁又は排気弁を駆動するためのカムシャフトと連動して回転する従動回転体と、
周方向位置に応じて径方向長さが異なる渦巻きガイドが形成され、上記アクチュエータによって回転方向に駆動される中間回転体と、
一端が駆動回転体又は従動回転体の一方に揺動可能に支持されたリンクと、
このリンクの他端に設けられ、上記駆動回転体又は従動回転体の他方に形成された径方向に延びる径方向ガイドと上記渦巻きガイドの双方に変位可能に係合する可動案内部と、を有し
上記作動量が、上記渦巻きガイドの一端からの可動案内部の変位に対応す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。 The variable valve mechanism is a valve timing changing mechanism for changing the opening / closing timing of an intake valve or an exhaust valve,
This valve timing change mechanism
A drive rotor that rotates in conjunction with the crankshaft of the internal combustion engine;
A driven rotating body that rotates in conjunction with a camshaft for driving an intake valve or an exhaust valve;
A spiral guide having a different radial length according to the circumferential position is formed, and an intermediate rotating body driven in the rotational direction by the actuator;
A link having one end swingably supported by one of the driving rotating body and the driven rotating body;
A radial guide formed on the other end of the drive rotary body or the driven rotary body and extending in the radial direction; and a movable guide portion that displaceably engages both of the spiral guides. The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the operation amount corresponds to a displacement of the movable guide portion from one end of the spiral guide.
機関始動用の初期位置からの作動量の増加に対して制御量が減少する減少領域と、上記作動量の増加に対して制御量が増加する増加領域と、が設けられ、
かつ、機関始動後に減少領域から増加領域への切換を行い、この切換後、増加領域のみを使用して制御量を制御することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の制御方法。
An actuator for driving the operating body, a variable valve mechanism for changing the control amount related to the opening / closing characteristics of the intake valve or the exhaust valve according to the operation amount from the initial position of the operating body, and the control amount A control amount detecting means for detecting an actual control amount, and a control method for a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine capable of controlling an operation of an actuator according to an engine operating state based on the actual control amount,
A decrease region where the control amount decreases with respect to an increase in the operation amount from the initial position for starting the engine, and an increase region where the control amount increases with respect to the increase in the operation amount are provided,
A control method for a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein after the engine is started, switching from a decreasing region to an increasing region is performed, and after this switching, the control amount is controlled using only the increasing region.
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2005
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Patent Citations (4)
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JPH11182214A (en) * | 1997-12-24 | 1999-07-06 | Toyota Motor Corp | Rotation phase difference variable mechanism |
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