JP2007198252A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】油圧式のラッシュアジャスタが設けられた可変動弁機構を備えた内燃機関の再始動時に生じ得る打音等の弊害を抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】吸気弁2を駆動するためのカム41〜44と、カム41〜44の回転運動を吸気弁2へ伝達するバルブリフター4と、カム41〜44とバルブリフター4との間に生じる隙間を低減する油圧式のラッシュアジャスタ20とを有した可変動弁機構11A、11Bを備える。内燃機関100の停止要求を受けた後に、吸気弁2が閉じられた状態を基準としたラッシュアジャスタ20の縮み量が最小となる吸気弁2のリフト量が得られるように可変動弁機構11A、11Bを制御する。
【選択図】図1
【解決手段】吸気弁2を駆動するためのカム41〜44と、カム41〜44の回転運動を吸気弁2へ伝達するバルブリフター4と、カム41〜44とバルブリフター4との間に生じる隙間を低減する油圧式のラッシュアジャスタ20とを有した可変動弁機構11A、11Bを備える。内燃機関100の停止要求を受けた後に、吸気弁2が閉じられた状態を基準としたラッシュアジャスタ20の縮み量が最小となる吸気弁2のリフト量が得られるように可変動弁機構11A、11Bを制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、吸気弁や排気弁等の気筒を開閉する弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。
カムを電動機で駆動して吸気弁又は排気弁を開閉する可変動弁機構が設けられた内燃機関の制御装置として、内燃機関を搭載した車両の減速時の運動エネルギを利用して発電機を駆動する回生発電が実行されている状態から内燃機関が停止される場合において、燃焼が終了するまでは吸気弁及び排気弁を閉じた状態に維持し、燃焼が終了した後にこれらの弁を開くように可変動弁機構を制御するものがある(特許文献1)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
カムから吸気弁又は排気弁等の弁へ至る伝達経路内に生じる隙間を低減するために、内燃機関の潤滑油等のオイルを利用した油圧式のラッシュアジャスタを動弁機構に組み込むことは周知である。例えば、このようなラッシュアジャスタは、上方が開口する有底のシリンダボディ内に摺動自在に嵌め入れられ、かつオイルを収容する低圧室が形成されたプランジャを有し、このプランジャの下端とシリンダボディの底との間に高圧室を形成し、プランジャの下端とシリンダボディの底との間に所定荷重に設定されたリターンスプリングを設けるとともに、高圧室側のプランジャの下端に低圧室と高圧室とを連通するオリフィスを開閉するチェックボール弁を設けた構成となっている。
このようなラッシュアジャスタは、ロッカーアームを利用した動弁機構の場合にはプランジャの上端がロッカーアームの支点となるように設けられ、またロッカーアームを利用しない直動式の動弁機構の場合にはラッシュアジャスタは弁とバルブリフタとの間に設けられる。こうしたラッシュアジャスタは、弁がバルブシートに着座している状態、即ち弁が閉じられている状態から開かれる状態に変化するとバルブスプリングによる反力を受けて縮み、その後弁が開かれている状態から閉じられている状態へ変化すると元の状態に復帰する。このように、ラッシュアジャスタが組み込まれた動弁機構の場合には、弁の開閉動作に応じてラッシュアジャスタが伸縮するので、動弁機構の伝達経路内に生じる隙間が低減する方向にその隙間が適切に調整される。
ラッシュアジャスタのプランジャが例えばロッカーアームによって押し込まれる場合には、プランジャがシリンダボディの高圧室の容積を減少させ、それにより高圧室のオイルは押し出されてプランジャの低圧室へ戻される。このようなラッシュアジャスタの状態をリークダウンと称する場合があり、これによってラッシュアジャスタが縮むことになる。高圧室から低圧室へオイルを戻す油路は絞られており、かつリターンスプリングの荷重は適切に調整されているので、内燃機関の運転中のように弁の開閉動作が行われている場合にはプランジャの押し込み速度が速くなる。このためラッシュアジャスタのリークダウン(縮み量)は弁のリフトに影響しない範囲内に収められる。
しかし、内燃機関が停止している場合、言い換えれば内燃機関のクランク軸が停止している場合には、オイルポンプが停止してラッシュアジャスタの低圧室に供給される油圧が下がるため、内燃機関の停止時の弁のリフト量に対応した大きさのラッシュアジャスタの縮み量が発生する。この状態で内燃機関を再始動すると、その縮み量に応じた隙間が動弁機構内、例えばカムとロッカーアームとの間に発生する。再始動を行う際の条件によっては、その隙間はラッシュアジャスタの伸び上がりによって瞬時に消し去られる。しかし条件が悪化すると種々の弊害が発生する場合がある。
例えば、低温時等のようにラッシュアジャスタ内のオイルの粘度が高まる場合には、プランジャとシリンダボディとの間の抵抗が増加してプランジャの伸び上がりが遅くなる。そのため、プランジャの伸びによって再始動時に発生した隙間を埋めることが間に合わず、その隙間が生じたまま弁が駆動される。そのため、例えばカムとロッカーアームとが衝突し、その衝突によって打音が発生する場合がある。また、V型、水平対向型等の内燃機関の形式、水平搭載や倒立搭載等の内燃機関の搭載姿勢、或いは内燃機関を搭載した車両の傾き等の諸要因によって、ラッシュアジャスタの搭載姿勢が低圧室から外部へオイルが流出し易い状況に陥る場合がある。そのような状況下において、内燃機関が停止状態で長時間放置されると、ラッシュアジャスタの低圧室のオイルが空になり、再始動後のリークダウンからの復帰時に高圧室が低圧室のエアを噛み込む場合がある。そのような場合には、エアのダンパー効果によりリフトロスが発生する。この場合には、リフトロスばかりでなく、弁のバルブシートへの着座も高速になり、弁とバルブシートが衝突して打音が発生することもある。
そこで、本発明は、油圧式のラッシュアジャスタが設けられた可変動弁機構を備えた内燃機関の再始動時に生じ得る打音等の弊害を抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の気筒を開閉する弁を駆動するためのカムと、前記カムの回転運動を直線運動に変換して前記弁へ伝達する中間機構と、前記カムから前記中間機構を経由して前記弁へ至る伝達経路内に生じる隙間を低減するように前記弁の動作に応じて伸縮する油圧式のラッシュアジャスタとを有し、前記内燃機関のクランク軸が停止した状態における前記弁のリフト量を調整できるように構成された可変動弁機構と、前記内燃機関の停止要求を受けた後に、前記弁が閉じられた状態を基準とした前記ラッシュアジャスタの縮み量が最小となる前記弁のリフト量が得られるように前記可変動弁機構を制御する動弁機構制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
ラッシュアジャスタの縮み量は弁のリフト量が大きくなるほど増加する。この制御装置によれば、内燃機関の停止要求を受けた後に、ラッシュアジャスタの縮み量が最小となる弁のリフト量が得られるので、内燃機関が停止した状態でラッシュアジャスタの縮み量を最小にできる。そのため、内燃機関の停止後に内燃機関を再始動した場合において、可変動弁機構の伝達経路内に生じる隙間を可能な限り低減できる。従って、その隙間に起因して発生する弊害を抑制することができるようになる。なお、ラッシュアジャスタの縮み量の最小値は可変動弁機構のリフト量の調整範囲内で決まる。このため、縮み量を最小にするリフト量がゼロであるとは限らない。可変動弁機構によるリフト量の調整範囲の下限にリフト量を調整することで、ラッシュアジャスタの縮み量を最小にすることができる。
本発明に係る可変動弁機構は、内燃機関のクランク軸が停止した状態における弁のリフト量を調整できるように構成されたものであれば十分であり、種々の態様で実現できる。また、動弁機構制御手段は、内燃機関の停止要求を受けた後に、弁が閉じられた状態を基準としたラッシュアジャスタの縮み量が最小となる弁のリフト量が得られるように可変動弁機構を操作できればよく、動弁機構制御手段による操作も種々の態様で実現してよい。
例えば、本発明の一態様として、前記可変動弁機構は、前記内燃機関とは別に設けられた駆動源を利用して互いに回転方向が異なる二方向に前記カムを回転できるように構成されており、前記動弁機構制御手段は、前記最小となる前記リフト量が得られるように前記可変動弁機構を制御する場合、前記カムの回転が停止してから、前記二方向のうち前記弁が閉じられる方向へ前記カムが回転するように前記カムを操作してもよい(請求項2)。
この態様によれば、弁が開かれる方向にカムを回転させてリフト量を調整する場合と比べ、ラッシュアジャスタに作用する負荷を低減できる。そのため、仮に内燃機関のクランク軸が停止して油圧が低下した場合でも、リフト量の調整過程で縮み量が増大することを抑えることができる。また、弁が閉じられる方向へカムが回転されるので、カムの回転が停止した状態から更にリフト量が増加することがない。そのため、シリンダ内に収められたピストンと弁との干渉を防止できる。また、この態様は、弁が開かれる方向へカムを回転させる場合と比べてカムを回転させるトルクが少なくて済むので、駆動源がカムの回転に必要とするエネルギーを低減することもできる。なお、可変動弁機構がリフト量をゼロに調整できるように構成されている場合には、前記動弁機構制御手段は、前記最小となる前記リフト量がゼロとなるように前記カムを操作してもよい(請求項3)。
また、本発明の一態様として、前記可変動弁機構は、前記中間機構として、前記弁の動作に連動する中間部材と、前記内燃機関とは別に設けられた駆動源を利用して回転駆動される制御軸と、前記カムと前記中間部材との間に介在するようにして前記制御軸に一体回転可能に設けられた制御部材とを有するとともに、前記制御軸の回転角度を変化させることにより、前記弁の最大リフト量を小リフト状態から大リフト状態までの間で変更できるように構成されており、前記動弁機構制御手段は、前記最小となる前記リフト量が得られるように前記可変動弁機構を制御する場合、前記カムの回転が停止するまでに、前記大リフト状態に向かう方向へ前記制御軸の回転角度が調整され、かつ前記カムの回転が停止した後に、前記小リフト状態に向かう方向へ前記制御軸の回転角度が調整されるように前記制御軸を操作してもよい(請求項4)。
大リフト状態は小リフト状態に比べて最大リフト量が大きいため、大リフト状態で弁を駆動する場合は小リフト状態で弁を駆動する場合と比べて可変動弁機構に生じるフリクションが大きい。即ち、大リフト状態は小リフト状態に比べてカムのノーズを乗り越える際に必要なフリクションが大きくなる。この態様によれば、カムの回転が停止するまでに大リフト状態に向かう方向へ制御軸の回転角度が調整されるので、可変動弁機構のフリクションが増加することによって弁が開かれた状態でカムの回転が停止し易くなる。そして、カムの回転が停止した後に弁が開かれた状態を利用して小リフト状態に向かう方向へ制御軸の回転角度が調整される。そのため、カムの回転が停止するまでの間に小リフト状態に向かう方向へ制御軸の回転角度を調整した状態を保持し、その後制御軸の回転角度を調整する態様と比較して、より少ないリフト量で弁を停止できるようになり、ラッシュアジャスタの縮み量をより低減できる。
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の停止要求を受けた後に、ラッシュアジャスタの縮み量が最小となる弁のリフト量が得られるので、内燃機関が停止した状態でラッシュアジャスタの縮み量を最小にできる。そのため、内燃機関の停止後に、内燃機関を再始動した場合において、可変動弁機構の伝達経路内に生じる隙間を可能な限り低減でき、その隙間に起因して発生する弊害を抑制することができる。
(第1の形態)
図1は本発明の第1の形態に係る制御装置が適用された4サイクルの多気筒レシプロ式内燃機関を示し、図2は図1の内燃機関の断面を模式的に示している。内燃機関100は車両に走行用動力源として搭載されるもので、4つの気筒1が一列に配置された、いわゆる直列4気筒型内燃機関である。なお、これらの図に示すように、各気筒1に#1〜#4の番号を付して各気筒1を区別する場合がある。内燃機関100の一つの気筒1には、気筒1を開閉する吸気弁2が2本ずつ設けられるとともに、不図示の排気弁も2本ずつ設けられている。周知のように、吸気弁2はそのステム2aが不図示のシリンダヘッドのステムガイドに通されることによりステム2aの軸線方向に往復運動可能に設けられている。また、吸気弁2は不図示のバルブスプリングの圧縮に対する反発力によってバルブフェースが吸気ポートのバルブシートに密着する方向に付勢されている。
図1は本発明の第1の形態に係る制御装置が適用された4サイクルの多気筒レシプロ式内燃機関を示し、図2は図1の内燃機関の断面を模式的に示している。内燃機関100は車両に走行用動力源として搭載されるもので、4つの気筒1が一列に配置された、いわゆる直列4気筒型内燃機関である。なお、これらの図に示すように、各気筒1に#1〜#4の番号を付して各気筒1を区別する場合がある。内燃機関100の一つの気筒1には、気筒1を開閉する吸気弁2が2本ずつ設けられるとともに、不図示の排気弁も2本ずつ設けられている。周知のように、吸気弁2はそのステム2aが不図示のシリンダヘッドのステムガイドに通されることによりステム2aの軸線方向に往復運動可能に設けられている。また、吸気弁2は不図示のバルブスプリングの圧縮に対する反発力によってバルブフェースが吸気ポートのバルブシートに密着する方向に付勢されている。
内燃機関100は、#1の気筒1と#4の気筒1の開弁時期が重ならず、かつ#2の気筒1と#3の気筒1の開弁期間が重ならないように各気筒1の開弁時期が設定されている。内燃機関100には、#1及び#4の気筒1の吸気弁2の開閉を担当する可変動弁機構11Aと、#2及び#3の気筒1の吸気弁2の開閉を担当する可変動弁機構11Bとがそれぞれ設けられる。なお、内燃機関100の排気弁についても、これらの可変動弁機構11A、11Bと同様の機構が設けられて排気弁が開閉駆動される。
可変動弁機構11Aは、駆動源としての電動モータ(以下、モータと呼ぶ。)12と、ギア列13Aと、カム機構14Aと、吸気弁2と一体的に往復運動可能な状態で吸気弁2の上端に取付けられて吸気弁2と連動する中間機構としてのバルブリフター4とを備えている。モータ12には、回転速度の制御が可能なDCブラシレスモータ等が使用される。モータ12には、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサ33が内蔵されている。ギア列13Aは、モータ12の出力軸と一体に回転するモータギア15と、このモータギア15と噛み合うカム駆動ギア17とを備えている。カム機構14Aはカム駆動ギア17と同軸かつ一体回転可能に設けられたカム軸40を備えており、カム軸40には#1の気筒1の吸気弁2を開閉駆動するためのカム41と、#4の気筒1の吸気弁2を開閉駆動するためのカム44とがカム軸40と一体回転可能に設けられている。カム軸40は、カム41が設けられる第1軸部40aと、カム44が設けられる第2軸部40bとを組み合わせた連結構造を有している。図3は、カム41とカム44をカム軸40の軸線方向から見た模式図である。この図に示すように、カム41とカム44とは、ノーズの頂点が周方向に互いに180°ずれるようにしてカム軸40にそれぞれ設けられている。
一方、可変動弁機構11Bは、モータ12と、ギア列13Bと、カム機構14Bと、バルブリフター4とを有しており、モータ12及びバルブリフター4のそれぞれは可変動弁機構11Aのものと同一構成である。可変動弁機構11Bのギア列13Bは、ギア列13Aと構成が相違し、モータギア15及びカム駆動ギア17のそれぞれと噛み合う中間ギア16が追加されている。カム機構14Bは、カム軸50を備えており、カム軸50には#2の気筒1の吸気弁2を開閉駆動するためのカム42と、#3の気筒1の吸気弁2を開閉駆動するためのカム43とがカム軸50と一体回転可能に設けられている。カム42とカム43とは、可変動弁機構11Aの場合と同様にノーズの頂点が周方向に互いに180°ずれるようにカム軸50にそれぞれ設けられている。
図2に詳しく示すように、可変動弁機構11Aのカム軸40は、第1軸部40aに#2の気筒1及び#3の気筒1の上方を通過して#4の気筒1まで延びる連結軸部40cが同軸かつ一体に形成されている。一方、可変動弁機構11Bのカム軸50は、軸方向に延びる貫通孔50aを備えた中空軸状に形成され、その外周にカム42、43が設けられている。従って、カム軸50の貫通孔50aにカム軸40の連結軸部40cが回転自在に挿入された状態で、連結軸部40cの先端がカム軸40の第2軸部40bに同軸的に嵌め込まれてカム軸40の両軸部40a、40bが同軸的に連結されることにより、カム軸50はカム軸40の外周に回転自在な状態で同軸的に配置される。これにより、二つのカム軸40、50は互いに独立して回転できるようになる。
可変動弁機構11A及び可変動弁機構11Bのそれぞれは、各カム41〜44からバルブリフター4を経由して吸気弁2に至る伝達経路内に生じる隙間を低減するため、吸気弁2とバルブリフター4との間に配置された油圧式のラッシュアジャスタ20を備えている。図4はラッシュアジャスタ20の詳細を説明する断面模式図である。この図では、吸気弁2が閉じられた状態を示している。ラッシュアジャスタ20は、上方が開口する有底のシリンダボディ21と、そのシリンダボディ21内に摺動自在に嵌め入れられ、かつオイルを収容する低圧室23が形成されたプランジャ22とを有しており、シリンダボディ21とプランジャ22とは、プランジャ22の下端とシリンダボディ21の底部との間に高圧室24が形成されるように組み立てられる。低圧室23へのオイルの供給はバルブリフタ4の側壁に形成された油孔4aを介して、内燃機関100を駆動源としたオイルポンプ(不図示)にて行われる。シリンダボディ21の底部とプランジャ22の下端との間には所定荷重に設定されたリターンスプリング25が設けられていて、プランジャ22の底部には低圧室23と高圧室24とを連通するオリフィス26が形成されている。また、高圧室24側のプランジャ22の下端にはオリフィス26を開閉するチェックボール弁27が設けられている。チェックボール弁27はリターンスプリング25とプランジャ22とに挟まれるようにして設けられたボールケージ27aと、このボールケージ27aに収められてチェックボール27cをオリフィス26を閉じる方向に付勢するチェックボールスプリング27bとを備えている。
図5はラッシュアジャスタ20の動作を説明する説明図であり、(a)は吸気弁2のリフト量が増加する方向に吸気弁2が駆動されている状態を示し、(b)は吸気弁2のリフト量が減少する方向に吸気弁2が駆動されている状態を示している。これらの図に示すように、ラッシュアジャスタ20に荷重が作用すると、ラッシュアジャスタ20が縮んで高圧室24の容積が減少する。そのため、図5(a)の矢印f1に示すように高圧室24のオイルは押し出されてプランジャ22の低圧室23へ戻される。そのため、一方、ラッシュアジャスタ20の荷重が低減すると、リターンスプリング25の弾性力によって高圧室25の容積が元に戻り、それに伴って、図5(b)の矢印f2に示すようにオリフィス26がチェックボール弁27によって開かれて低圧室23のオイルが高圧室24へ移動し、その後ラッシュアジャスタ20が元の状態(図4の状態)に復帰する。これにより、ラッシュアジャスタ20は各カム41〜44とバルブリフター4との間に生じる隙間を低減する方向にその隙間を調整することができる。
図1に示すように、可変動弁機構11A、11Bのモータ12、12の動作は動弁機構制御手段としてのモータ制御装置30によりそれぞれ制御される。モータ制御装置30は、マイクロプロセッサとその動作に必要な主記憶装置等の周辺部品とを備えたコンピュータユニットである。モータ制御装置30はそのROMに記憶された弁制御プログラムに従って各モータ12の動作を制御する。なお、モータ制御装置30は可変動弁機構11A、11Bの制御専用に設けられてもよいし、他の用途と併用されてもよい。例えば、エンジンコントロールユニット(ECU)をモータ制御装置として兼用してもよい。モータ制御装置30には、内燃機関100のクランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ31、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ32などが接続されている。なお、モータ12の制御には、これらのセンサによる実測値に代えて所定の関数式やマップから求めた値を使用してもよい。また、モータ12に内蔵された位置検出センサ33の出力信号もモータ制御装置30に入力される。
次に、モータ制御装置30によるモータ12の制御について説明する。可変動弁機構11Aのモータ12の制御と可変動弁機構11Bのモータ12の制御とは同様の内容である。そのため、以下ではモータ制御装置30による可変動弁機構11Aのモータ12の制御について説明し、可変動弁機構11Bのモータの制御の説明は省略する。モータ12はカム41、44を互いに回転方向が異なる二方向に回転できるようにモータ制御装置30にて制御される。内燃機関100の運転中においては、運転状態に適したモータ12の駆動モードが選択されて吸気弁2が開閉駆動される。なお、モータ12の駆動モードには、カム軸40正方向に連続的に回転させる正転駆動モード、始めにカム軸40を正方向に回転させ、その後カム軸40の回転方向を正方向とは反対向きの逆方向に切り替える正揺動駆動モード、始めにカム軸40を逆方向に回転させ、その後カム軸40の回転方向を正方向に切り替える逆揺動駆動モードなどがあるが、これらの駆動モードの詳細は省略する。
図6は内燃機関100が運転中から停止に至る過程でモータ制御装置30が実行する停止制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムはモータ制御装置30にて所定間隔で繰り返し実行される。モータ制御装置30は、まずステップS1において、内燃機関100の停止要求の有無を判定する。この停止要求には、例えば運転者によるイグニッションスイッチの操作情報等の運転者の停止意思が反映された停止指令信号や、内燃機関100がアイドリングストップ等の機能を有している場合等にECUから出力される停止信号等の停止要求情報が含まれる。停止要求が有る場合はステップS2に進み、停止要求が無い場合は以後の処理をスキップして本ルーチンを終了する。
ステップS2では、燃料噴射の停止の有無を判定する。燃料噴射の制御の詳細は省略するが、モータ制御装置30は、本ルーチンと並行してECUにて実行される所定の燃料噴射制御の進捗を参照して燃料噴射の停止の有無を判断する。燃料噴射の停止を判定した場合には、ステップS3に進みカム41、44の回転が停止するようにモータ12を制御する。この場合、カム駆動系の慣性力とバルブスプリングの弾性力と釣り合う位置でカム41、44は停止することになる。続くステップS4では、停止したカム41(カム44)の位置を位置検出センサ33からの信号に基づいて検出する。ステップS5では、ステップS4で検出した位置から吸気弁2が閉じられる方向へカム41、44を吸気弁2のリフト量がゼロになるまで回転させる。図7はステップS5の制御内容の一例を説明する説明図であり、(a)は正方向Fに回転していたカム41、44の回転が停止した状態を示し、(b)は(a)の停止状態からリフト量がゼロになるまで正方向Fと反対方向の逆方向Rへカム41、44を回転させた後の状態を示している。図7の例では、カム44がノーズを乗り越える前に回転が停止しているため、モータ制御装置30はカム41、44の回転方向が正方向Fから逆方向Rに切り替えられるように、モータ12を制御する。この例とは異なり、カムのノーズを乗り越えた後に回転が停止した場合には、モータ制御装置30は、カムの回転方向を切替えずにリフト量がゼロになるまで、つまりバルブリフター4にカム41、44の基礎円が接触する位置までカム41、44を回転させる。図6に戻り、ステップS6では、モータ制御装置30の電源をオフとし、その後今回のルーチンを終了する。
以上の制御によれば、リフト量をゼロにしてから、つまりラッシュアジャスタ20の縮み量を最小にしてからモータ12の電源をOFFにするので、吸気弁2がリフトされたままの状態で放置されることを回避できる。なお、ラッシュアジャスタ20の縮み量は、図8に示すように、吸気弁2が閉じられた状態(閉弁時)、即ちリフト量がゼロの状態を基準としたものである。従って、以上の形態のように、カム軸40の停止後に吸気弁2のリフト量をゼロにした場合には、ラッシュアジャスタ20の縮み量の最小値はゼロになる。
また、以上の形態では、吸気弁2が開かれる方向にカム41、44を回転させてリフト量をゼロに調整する場合と比べ、ラッシュアジャスタ20に作用する負荷を低減できる。そのため、仮に内燃機関100のクランク軸が停止して油圧が低下した場合でも、リフト量の調整過程でラッシュアジャスタ20の縮み量が増大することを抑制できる。また、吸気弁2が閉じられる方向へカム41、44が回転されるので、カムの回転が停止した状態から更にリフト量が増加しないため、気筒1内に収められたピストンと吸気弁2との干渉を防止できる。更に、吸気弁2が開かれる方向へカムを回転させる場合と比べてカム41、44を回転させるトルクが少なくて済むので、モータ12がカム41、44の回転に必要とするエネルギーを低減できる。
(第2の形態)
次に、本発明の第2の形態を図9〜図11を参照して説明する。この形態は、可変動弁機構の構成が第1の形態と相違し、その相違に伴って停止制御ルーチンの内容が相違することを除き、第1の形態と同一の構成を有している。図9はこの形態の可変動弁機構を備えた内燃機関100を示している。可変動弁機構211は、#1〜#4の気筒1の吸気弁2を開閉するためのカム41〜44が形成されたカム軸60と、内燃機関100の図示しないクランク軸からカム軸60に至る回転伝達経路内に設けられて、クランク軸の回転位置に対してカム軸60の回転位置を所定範囲内で進角側F1及び遅角側F2へそれぞれシフトできる位相シフト機構61と、を有している。可変動弁機構211が有するバルブリフタ4及びラッシュアジャスタ20の構成は第1の形態と同一である。可変動弁機構212は、内燃機関100の運転中においてクランク軸にて駆動されるカム軸60の回転方向F0に対して進角側F1又は遅角側F2にカム軸70の回転位置を変化させるように位相シフト機構61が操作されることにより、吸気弁2の開弁時期及び閉弁時期を所定範囲内で変更できる。
次に、本発明の第2の形態を図9〜図11を参照して説明する。この形態は、可変動弁機構の構成が第1の形態と相違し、その相違に伴って停止制御ルーチンの内容が相違することを除き、第1の形態と同一の構成を有している。図9はこの形態の可変動弁機構を備えた内燃機関100を示している。可変動弁機構211は、#1〜#4の気筒1の吸気弁2を開閉するためのカム41〜44が形成されたカム軸60と、内燃機関100の図示しないクランク軸からカム軸60に至る回転伝達経路内に設けられて、クランク軸の回転位置に対してカム軸60の回転位置を所定範囲内で進角側F1及び遅角側F2へそれぞれシフトできる位相シフト機構61と、を有している。可変動弁機構211が有するバルブリフタ4及びラッシュアジャスタ20の構成は第1の形態と同一である。可変動弁機構212は、内燃機関100の運転中においてクランク軸にて駆動されるカム軸60の回転方向F0に対して進角側F1又は遅角側F2にカム軸70の回転位置を変化させるように位相シフト機構61が操作されることにより、吸気弁2の開弁時期及び閉弁時期を所定範囲内で変更できる。
位相シフト機構61は駆動源としての電動モータ(以下、モータと呼ぶ。)212を有しており、そのモータ212の動作は動弁機構制御手段としてのモータ制御装置230にて制御される。モータ制御装置230は第1の形態のモータ制御装置30と同様の構成を有していて、内燃機関100のクランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ31、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ32などが接続されている。モータ制御装置230は可変動弁機構211の制御専用に設けられてもよいし、他の用途と併用されてもよい。例えば、エンジンコントロールユニット(ECU)をモータ制御装置として兼用してもよい。位相シフト機構61は、クランク軸が停止した状態、つまりカム軸60が停止した状態であっても、モータ制御装置230にてモータ212が制御されることによりカム軸60を進角側F1及び遅角側F2の二方向へ回転させて、これらの方向に各カム41〜44を回転駆動できる。このため、可変動弁機構211はクランク軸が停止した状態で吸気弁2のリフト量を調整できる。
内燃機関100の運転中においては、運転状態に適した吸気弁2の開弁時期及び閉弁時期となるようにモータ制御装置230にてモータ212の回転が制御される。つまり、クランク軸の回転位置に対するカム軸60の回転位置は内燃機関100の運転状態に応じて進角側F1又は遅角側F2に調整される。内燃機関100の運転中におけるモータ212の制御の詳細は省略する。
図10は内燃機関100が運転中から停止に至る過程でモータ制御装置230が実行する停止制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムは所定間隔で繰り返し実行される。まず、モータ制御装置230はステップS21において、内燃機関100の停止要求の有無を判定する。この処理は図6のステップS1と同様の処理である。ステップS21で停止要求が有る場合はステップS22に進み、停止要求が無い場合は以後の処理をスキップして本ルーチンを終了する。
ステップS22では、燃料噴射の停止の有無を判定する。この処理は図6のステップS2と同様の処理である。即ち、モータ制御装置230は、本ルーチンと並行してECUにて実行される所定の燃料噴射制御の進捗を参照して、燃料噴射の停止の有無を判断する。燃料噴射の停止を判定した場合には、ステップS23に進み、クランク軸の回転位置に対するカム軸60の回転位置が進角側に調整されるようにモータ212を制御する。なお、燃料噴射が停止しても直ちにクランク軸の回転は停止せず自然に停止する。その停止時期は、動弁系の慣性力がエンジンフリクション(例えば、圧縮行程の気筒によるブレーキ、軸受け抵抗、ピストン側面の摺動抵抗等)以下になることで決まる。そのため、クランク軸の回転停止時期を制御することはできない。
そこで、続くステップS24ではクランク軸の停止の有無を判定する。この判定は、例えばクランク角センサ31からの信号を利用して実現できる。クランク軸の停止を判定した場合にはステップS25に進み、カム軸60の回転位置が最も遅角側(最遅角)に調整されるようにモータ212を制御し、その後可変動弁機構211の電源をオフにして(ステップS26)、今回のルーチンを終了する。
図11はステップS25の処理結果の一例を示した説明図であり、カム軸60が停止した状態から遅角側に変化させた状態を示している。この図に示すように、例えば吸気弁2のリフト位置X0でカム軸60が停止した場合、その状態からカム軸60を最遅角側に調整することで吸気弁2のリフト位置はリフト位置X0からリフト位置X1に変化する。その結果、吸気弁2のリフト量をゼロにすることが可能になる。なお、ステップS25の処理前のカム軸60の停止位置によってはカム軸60を最遅角に調整しても吸気弁2のリフト量がゼロにならない場合もある。しかし、この制御によってリフト量を可能な限り小さくすることができるので、ラッシュアジャスタ220の縮み量をそのリフト量に応じた最小値に調整できるようになる。
(第3の形態)
次に、本発明の第3の形態を図12〜図22を参照して説明する。この形態は、可変動弁機構の構成が第1の形態と相違し、その相違に伴って停止制御ルーチンの内容が相違することを除き、第1の形態と同一の構成を有している。図12は、この形態の可変動弁機構の詳細を示している。なお、#1〜#4の各気筒1に関する構成は互いに同一であるので、図12では#1の気筒1に関して図示し他の気筒1に関する図示は省略した。可変動弁機構311は、#1〜#4の気筒1の吸気弁2を開閉するためのカム41〜44が形成されたカム軸70と、各カム41〜44の回転運動を直線運動に変換して吸気弁2へ伝達する中間機構としての中間伝達装置71と、各カム41〜44から中間伝達装置71を経由して吸気弁2へ至る伝達経路内に生じる隙間を低減する油圧式のラッシュアジャスタ320とを有している。
次に、本発明の第3の形態を図12〜図22を参照して説明する。この形態は、可変動弁機構の構成が第1の形態と相違し、その相違に伴って停止制御ルーチンの内容が相違することを除き、第1の形態と同一の構成を有している。図12は、この形態の可変動弁機構の詳細を示している。なお、#1〜#4の各気筒1に関する構成は互いに同一であるので、図12では#1の気筒1に関して図示し他の気筒1に関する図示は省略した。可変動弁機構311は、#1〜#4の気筒1の吸気弁2を開閉するためのカム41〜44が形成されたカム軸70と、各カム41〜44の回転運動を直線運動に変換して吸気弁2へ伝達する中間機構としての中間伝達装置71と、各カム41〜44から中間伝達装置71を経由して吸気弁2へ至る伝達経路内に生じる隙間を低減する油圧式のラッシュアジャスタ320とを有している。
中間伝達装置71は、ラッシュアジャスタ320に一端を支持されて吸気弁2と連動して揺動する中間部材としてのロッカーアーム304と、駆動源としての電動モータ(以下、モータと呼ぶ)312と、カム軸70と平行に配置されるとともにモータ312を利用して回転駆動される制御軸72と、各カム41〜44と吸気弁2との間に介在するようにして制御軸72に一体回転可能に設けられた制御部材73とを有している。モータ312の動作は動弁機構制御手段としてのモータ制御装置330にて制御される。モータ制御装置330は第1の形態のモータ制御装置30と同様の構成を有していて、内燃機関100のクランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ31、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ32などが接続されている。モータ制御装置330は可変動弁機構311の制御専用に設けられてもよいし、他の用途と併用されてもよい。例えば、エンジンコントロールユニット(ECU)をモータ制御装置として兼用してもよい。可変動弁機構311は、モータ312にて制御軸72の回転角度を変化させることにより、吸気弁2の開弁特性を小リフト状態から大リフト状態までの間で変更できるように構成されている。
図13はラッシュアジャスタ320の詳細を説明する断面模式図である。ラッシュアジャスタ内燃機関100のシリンダヘッド101に取付けられていることを除き(図12参照)、第1の形態のラッシュアジャスタ20(図4)と同様の構成を備えている。即ち、ラッシュアジャスタ320は、上方が開口する有底のシリンダボディ321と、そのシリンダボディ321内に摺動自在に嵌め入れられ、かつオイルを収容する低圧室323が形成されたプランジャ322とを有しており、シリンダボディ321とプランジャ322とは、プランジャ322の下端とシリンダボディ321の底部との間に高圧室324が形成されるように組み立てられる。低圧室323へのオイルの供給はシリンダボディ321の側壁に形成された油孔321aを介して、内燃機関100を駆動源としたオイルポンプ(不図示)にて行われる。シリンダボディ321の底部とプランジャ322の下端との間には所定荷重に設定されたリターンスプリング325が設けられていて、プランジャ322の底部には低圧室323と高圧室324とを連通するオリフィス326が形成されている。また、高圧室324側のプランジャ322の下端にはオリフィス326を開閉するチェックボール弁327が取付けられている。チェックボール弁327はリターンスプリング325とプランジャ322とに挟まれるようにして設けられたボールケージ327aと、このボールケージ327aに収められてチェックボール327cをオリフィス326を閉じる方向に付勢するチェックボールスプリング327bとを備えている。これにより、ラッシュアジャスタ320は図5(a)及び図5(b)に示した第1の形態のラッシュアジャスタ20と同一の機能を発揮して、図12に示した各カム41〜44とロッカーアーム304との間に生じる隙間を低減する方向にその隙間を調整することができる。なお、ラッシュアジャスタ320の縮み量は第1の形態(図8)と同様に定義される。
図12に示すように、中間伝達装置71の制御部材73は、制御軸72に固定された制御アーム731を有している。制御アーム731は制御軸72の径方向に突出しており、その突出部には弧状のリンクアーム732が取付けられている。リンクアーム732の基端部はピン734によって制御アーム731に回転自在に連結されている。ピン734の位置は制御軸72の中心から偏心しており、このピン734がリンクアーム732の揺動の支点となる。また、制御部材73は、制御軸72に揺動可能に支持されている揺動カムアーム735を有していて、この揺動カムアーム735の各カム41〜44に対向する側にはリンクアーム732の先端部に接触するスライド面735aが、スライド面735aの反対側にはロッカーアーム304に接触する揺動カム面735bがそれぞれ形成されている。リンクアーム732の先端部には、連結軸732aによってそれぞれ回転自在に支持された第1ローラ736と第2ローラ737が設けられており、第1ローラ736は揺動カムアーム735のスライド面735aに、第2ローラ737は各カム41〜44にそれぞれ接触する。
以上の可変動弁機構311によれば、制御軸72がモータ312にて回転駆動されると制御部材73の回転角度が変化して、各カム41〜44と制御部材73との接触位置が変化する。これにより吸気弁2のリフト量とともに吸気弁2の閉弁時期が変更される。図14は可変動弁機構311の動作を説明する説明図であり、(a)は大リフト状態における最大リフト時を、(b)は小リフト状態における最大リフト時をそれぞれ示している。これらの図に示すように、制御軸72の回転角度が大リフト状態(a)から小リフト状態(b)へ変化すると、制御軸72と一体に回転する制御アーム731によりリンクアーム732の先端部に設けられた第1ローラ736が揺動カムアーム735のスライド面735aに沿って移動する。その結果、第1ローラ736と同軸に設けられた第2ローラ737と各カム41〜44との接触位置P1が変化し、その変化によって揺動カムアーム735の揺動のストロークが変更される。これにより、大リフト状態と小リフト状態との間にリフト差が生じる。制御軸72の回転角度は連続的に変更できるので、そのリフト差は連続的に変化する。そのため、図15に示すように、この形態の可変動弁機構311によれば、吸気弁2のリフト量の増大に連動して作用角を増大させるとともに吸気弁2の閉弁時期を遅角することができ、逆に、吸気弁2のリフト量の減少に連動して作用角を減少させるとともに吸気弁2の閉弁時期を進角することができる。また、制御軸72はモータ312にて回転駆動されるので、たとえクランク軸が停止した状態であっても、モータ312をモータ制御装置330にて制御することにより大リフト状態又は小リフト状態へ向かう方向へ制御軸72の回転角度を調整できる。それにより、クランク軸が停止した状態で吸気弁2のリフト量を調整することができる。
次に、この形態に係るモータ制御装置330によるモータ312の制御について説明する。内燃機関100の運転中においては、運転状態に適した吸気弁2のリフト量が大リフト状態から小リフト状態までの間で適宜に調整されるようにモータ312が制御される。なお、内燃機関100の運転中におけるモータ312の制御の詳細は省略する。
図16は内燃機関100が運転中から停止に至る過程でモータ制御装置330が実行する停止制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムは所定間隔で繰り返し実行される。まず、モータ制御装置330はステップS31において、内燃機関100の停止要求の有無を判定する。この処理は図6のステップS1と同様の処理である。ステップS31で停止要求が有る場合はステップS32に進み、停止要求がない場合は以後の処理をスキップして本ルーチンを終了する。
ステップS32では、燃料噴射の停止の有無を判定する。この処理は図6のステップS2と同様の処理である。即ち、モータ制御装置330は、本ルーチンと並行してECUにて実行される所定の燃料噴射制御の進捗を参照して、燃料噴射の停止の有無を判断する。燃料噴射の停止を判定した場合には、ステップS33に進み、動弁特性が大リフト状態(図14(a)参照)へ変更されるようにモータ212を制御する。なお、この処理は燃料噴射が停止した後に実行されるので、この処理によって吸気弁2のリフト量等が変更された場合でも燃焼が不安定になる等の内燃機関100の作動状況への影響がない。
次に、ステップS34ではクランク軸の停止の有無を判定する。この判定は、例えばクランク角センサ31からの信号を利用して実現できる。クランク軸の停止を判定した場合にはステップS35に進み、小リフト状態(図14(b))へ変更されるようにモータ212を制御し、その後可変動弁機構311の電源をオフにして(ステップS36)、今回のルーチンを終了する。
図17はステップS35の処理結果の一例を示した説明図であり、カム軸70が停止した状態で大リフト状態から小リフト状態へ変化させた場合を示している。この図に示すように、例えば吸気弁2のリフト位置X0でカム軸70が停止した場合、その状態から制御軸72を回転させて小リフト状態へ変更することで吸気弁2のリフト位置はリフト位置X0からリフト位置X1に変化する。その結果、吸気弁2のリフト量を可能な限り小さくできる。それにより、ラッシュアジャスタ320の縮み量をそのリフト量に応じた最小値に調整できるようになる。
また、カム41の回転が停止するまでに大リフト状態に向かう方向へ制御軸の回転角度が調整されるので、可変動弁機構311のフリクションが増加することによって吸気弁2が開かれた状態でカムの回転が停止し易くなる。そして、カム41の回転が停止した後に吸気弁2が開かれた状態を利用して小リフト状態に向かう方向へ制御軸72の回転角度が調整される。そのため、カム41の回転が停止するまでの間に小リフト状態に向かう方向へ制御軸72の回転角度を調整した状態を保持し、その後制御軸72の回転角度を調整する態様と比較して、より少ないリフト量で吸気弁2を停止できるようになり、ラッシュアジャスタ320の縮み量をより低減できる。
第3の形態においては、中間伝達装置71を最大リフト時のタイミングを略一定としながら吸気弁2の作用角を変更できる構成に置き換えてもよい。この構成を備えた可変動弁機構によれば、リフト量をゼロにすることも可能である。図18〜図20はこのような構成を持つ可変動弁機構の一例を示している。可変動弁機構411は、中間伝達装置81を除き第3の形態の可変動弁機構311と同一である。中間伝達装置81は、第3の形態と同様の構成として、ラッシュアジャスタ320に一端を支持されて吸気弁2と連動して揺動する中間部材としてのロッカーアーム304と、駆動源としての電動モータ(以下、モータと呼ぶ)312とを有している。モータ312の回転はモータ制御装置330(図14参照)にて制御される。但し、中間伝達装置81が有する制御軸82と制御部材83の構成が第3の形態と相違する。
即ち、図18及び図19に示すように、制御軸82は、カム軸70と平行に配置されてクランク状に構成されている。制御軸82は、主軸部82aと、主軸部82aの回転中心Arから一方向に偏った位置にプレート部82cを介して主軸部82aに結合されたピン部82bとを有している。図18に示すように、ピン部82bには、各カム41〜44とロッカーアーム304とそれぞれ接触する制御部材83がピン部82bの回転中心As回りに自転可能かつ主軸部82aの回転中心Ar回りに公転可能な状態で取付けられている。制御部材83には所定のプロファイルを持つカム面83aが形成されていて、制御軸82がAr回りに回転すると制御部材83のカム面83aがロッカーアーム304と接触した状態を維持しながら公転することができる。
以上のように構成された中間伝達装置81によれば、モータ312にて制御軸82の主軸部82aを回転させることで制御部材83を主軸部82aに対して公転させ、同時にロッカーアーム304に対しても公転させることができる。図20は可変動弁機構411の動作を説明する説明図であり、(a)は大リフト状態における最大リフト時を、(b)は小リフト状態における最大リフト時をそれぞれ示している。これらの図に示すように、制御軸82の回転角度が大リフト状態(a)から小リフト状態(b)へ変化すると、制御軸82の主軸部82aの回転中心Arに対する制御部材83の回転中心Asの回転位置が変化する。その結果、ロッカーアーム304と制御部材83との接触位置が変化することで制御部材83の揺動の範囲が変わり、それにより大リフト状態と小リフト状態との間にリフト差が生じる。制御軸82の回転角度は連続的に変更できるので、そのリフト差は連続的に変化する。そのため、図21に示すように、この形態の可変動弁機構411によれば、最大リフト時の時期を略一定としながら吸気弁2の作用角を変更できる。また、制御軸82はモータ312にて回転駆動されるので、たとえクランク軸が停止した状態であっても、モータ312をモータ制御装置330にて制御することにより大リフト状態又は小リフト状態へ向かう方向へ制御軸82の回転角度を調整できる。それにより、クランク軸が停止した状態で吸気弁2のリフト量を調整することができる。
なお、可変動弁機構411のモータ312の制御については図16と同一の制御ルーチンを使用できる。即ち、停止要求を判定してから、大リフト状態に制御し、次いでクランク軸の回転停止後に小リフト状態に制御することにより、ラッシュアジャスタ320の縮み量をそのリフト量に応じた最小値に調整できるようになる。図22はその制御結果の一例を示した説明図であり、カム軸70が停止した状態で大リフト状態から小リフト状態へ変化させた場合を示している。この図に示すように、例えば吸気弁2のリフト位置X0でカム軸70が停止した場合、その状態から制御軸72を回転させて小リフト状態へ変更することで吸気弁2のリフト位置はリフト位置X0からリフト位置X1に変化する。その結果、吸気弁2のリフト量をゼロにすることができる。
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は以上の形態に限定されず本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施することができる。以上の形態では、吸気弁2を開閉する動弁機構に関連して本発明を説明したが、本発明は排気弁に適用することもできる。
1 気筒
2 吸気弁(弁)
4 バルブリフター(中間機構)
11A、11B、211、311、411 可変動弁機構
12、212、312 モータ(駆動源)
20、320 ラッシュアジャスタ
30、230、330 モータ制御装置(動弁機構制御手段)
41〜44 カム
71、81 中間伝達装置(中間機構)
72、82 制御軸
73、83 制御部材
100 内燃機関
304 ロッカーアーム(中間部材)
2 吸気弁(弁)
4 バルブリフター(中間機構)
11A、11B、211、311、411 可変動弁機構
12、212、312 モータ(駆動源)
20、320 ラッシュアジャスタ
30、230、330 モータ制御装置(動弁機構制御手段)
41〜44 カム
71、81 中間伝達装置(中間機構)
72、82 制御軸
73、83 制御部材
100 内燃機関
304 ロッカーアーム(中間部材)
Claims (4)
- 内燃機関の気筒を開閉する弁を駆動するためのカムと、前記カムの回転運動を直線運動に変換して前記弁へ伝達する中間機構と、前記カムから前記中間機構を経由して前記弁へ至る伝達経路内に生じる隙間を低減するように前記弁の動作に応じて伸縮する油圧式のラッシュアジャスタとを有し、前記内燃機関のクランク軸が停止した状態における前記弁のリフト量を調整できるように構成された可変動弁機構と、
前記内燃機関の停止要求を受けた後に、前記弁が閉じられた状態を基準とした前記ラッシュアジャスタの縮み量が最小となる前記弁のリフト量が得られるように前記可変動弁機構を制御する動弁機構制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記可変動弁機構は、前記内燃機関とは別に設けられた駆動源を利用して互いに回転方向が異なる二方向に前記カムを回転できるように構成されており、
前記動弁機構制御手段は、前記最小となる前記リフト量が得られるように前記可変動弁機構を制御する場合、前記カムの回転が停止してから、前記二方向のうち前記弁が閉じられる方向へ前記カムが回転するように前記カムを操作することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記可変動弁機構は、前記弁のリフト量をゼロに調整可能に構成されており、前記動弁機構制御手段は、前記最小となる前記リフト量がゼロとなるように前記カムを操作することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記可変動弁機構は、前記中間機構として、前記弁の動作に連動する中間部材と、前記内燃機関とは別に設けられた駆動源を利用して回転駆動される制御軸と、前記カムと前記中間部材との間に介在するようにして前記制御軸に一体回転可能に設けられた制御部材とを有するとともに、前記制御軸の回転角度を変化させることにより、前記弁の最大リフト量を小リフト状態から大リフト状態までの間で変更できるように構成されており、
前記動弁機構制御手段は、前記最小となる前記リフト量が得られるように前記可変動弁機構を制御する場合、前記カムの回転が停止するまでに、前記大リフト状態に向かう方向へ前記制御軸の回転角度が調整され、かつ前記カムの回転が停止した後に、前記小リフト状態に向かう方向へ前記制御軸の回転角度が調整されるように前記制御軸を操作することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
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