JP2013194552A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中間ロック機構付きのバルブタイミング可変機構を備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control apparatus that controls an internal combustion engine that includes a variable valve timing mechanism with an intermediate lock mechanism.
車載等の内燃機関に適用される機構として、機関バルブのバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構が知られている。そしてそうしたバルブタイミング可変機構として、カムシャフトに駆動連結された第1の回転体と、クランクシャフトに駆動連結された第2の回転体とを備え、それら回転体の相対回動によりカムシャフトの回転位相を変更することで、機関バルブのバルブタイミングを可変とする機構が実用されている。 As a mechanism applied to an internal combustion engine such as a vehicle, a valve timing variable mechanism that varies the valve timing of an engine valve is known. The variable valve timing mechanism includes a first rotating body that is drivingly connected to the camshaft and a second rotating body that is drivingly connected to the crankshaft, and the camshaft rotates by relative rotation of these rotating bodies. A mechanism for changing the valve timing of the engine valve by changing the phase has been put into practical use.
上記2つの回転体の相対回動を油圧により行う機構では、機関始動時には、油圧の供給が不足して、油圧だけでは、バルブタイミングを保持できない。そのため、そうしたバルブタイミング可変機構には、両回転体の相対回動を機械的に係止するロック機構が設けられ、ロック機構を作動させた状態で内燃機関を停止することで、機関始動時のバルブタイミングを始動に適したタイミングに保持している。 In the mechanism that performs the relative rotation of the two rotating bodies by hydraulic pressure, the supply of hydraulic pressure is insufficient when the engine is started, and the valve timing cannot be maintained only by the hydraulic pressure. For this reason, such a variable valve timing mechanism is provided with a lock mechanism that mechanically locks the relative rotation of both rotating bodies, and the internal combustion engine is stopped while the lock mechanism is operated, so that the The valve timing is maintained at a timing suitable for starting.
一方、近年には、機関始動時のバルブタイミングよりも遅角側への制御を可能とするため、回転体の相対回動範囲の中間においてそれらの相対回動の係止を行う中間ロック機構を備えたバルブタイミング可変機構も実用されている。こうした中間ロック機構付きのバルブタイミング可変機構では、機関停止時に中間ロック機構の作動に失敗した場合には、機関始動時のバルブタイミングを始動に適したタイミングに保持できず、始動性を十分に確保できなくなってしまう。 On the other hand, in recent years, an intermediate lock mechanism that locks the relative rotation in the middle of the relative rotation range of the rotating body is provided in order to enable control to the retard side with respect to the valve timing at the time of engine start. The provided valve timing variable mechanism is also in practical use. In such a variable valve timing mechanism with an intermediate lock mechanism, if the operation of the intermediate lock mechanism fails when the engine is stopped, the valve timing at the start of the engine cannot be maintained at a timing suitable for starting, and sufficient startability is ensured. It becomes impossible.
一方、回転中のカムシャフトには、その回転に際して、バルブスプリングの付勢力に抗した機関バルブの押し下げに伴う反回転方向のトルク(負のカムトルク)と、バルブスプリングの付勢力による助勢を受けた機関バルブの押し上げに伴う回転方向のトクル(正のカムトルク)とが交番に作用する。油圧が抜け、第1の回転体と第2の回転体との相対回動が規制されていない状態では、そうしたカムトルクの変動により、第1の回転体が第2の回転体に対して揺動する。そこで、この種のバルブタイミング可変機構では、こうしたカムトルクの変動に応じた揺動により、2つの回転体の相対回動位相を、中間ロック機構による相対回動の係止が行われる中間ロック位相まで自立変位させるようにしている。ちなみに、特許文献1には、こうしたカムトルクの変動を用いたバルブタイミング可変機構の自立変位をより容易かつ確実とする、ラチェット機構を備えた中間ロック機構付きのバルブタイミング可変機構が記載されている。 On the other hand, during rotation, the rotating camshaft was assisted by the torque in the counter-rotating direction (negative cam torque) accompanying the pressing down of the engine valve against the biasing force of the valve spring and the biasing force of the valve spring. The torque (positive cam torque) in the rotational direction accompanying the push-up of the engine valve acts alternately. In a state where the hydraulic pressure is released and the relative rotation between the first rotating body and the second rotating body is not restricted, the fluctuation of the cam torque causes the first rotating body to swing with respect to the second rotating body. To do. Thus, in this type of variable valve timing mechanism, the relative rotation phase of the two rotating bodies is changed to the intermediate lock phase where the relative rotation is locked by the intermediate lock mechanism by such swinging according to the fluctuation of the cam torque. It is designed to move independently. Incidentally, Patent Document 1 discloses a variable valve timing mechanism with an intermediate lock mechanism that includes a ratchet mechanism that makes it easier and more reliable for the self-sustaining displacement of the variable valve timing mechanism using such cam torque fluctuations.
ところで、こうした中間ロック位相への自立変位を早期かつ確実に行うには、カムトルクの変動による第1の回転体の揺動振幅が十分に大きくなっていなければならない。しかしながら、状況によっては、クランキングの開始後、機関回転速度が早期に上昇してしまい、中間ロック位相への第1の回転体の自立変位を、ひいては中間ロック機構の作動を早期かつ的確に行えないことがある。 By the way, in order to perform such a self-sustained displacement to the intermediate lock phase at an early stage and with certainty, the swing amplitude of the first rotating body due to the cam torque fluctuation must be sufficiently large. However, depending on the situation, after the cranking is started, the engine rotational speed increases early, and the self-sustained displacement of the first rotating body to the intermediate lock phase and thus the operation of the intermediate lock mechanism can be performed early and accurately. There may not be.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、機関始動時における中間ロック位相への自立変位をより早期かつ確実に行えるようにすることにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a problem to be solved is to enable early and reliable self-sustained displacement to an intermediate lock phase at the time of engine start.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、カムシャフトに駆動連結された第1の回転体と、その第1の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第2の回転体と、それら回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構とを備えるバルブタイミング可変機構と、排気タービンを迂回する排気の流量を調整するウェイストゲートバルブ付きのターボチャージャーと、を備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置において、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して前記ウェイストゲートバルブの開度を小さくしている。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is provided with a first rotating body drivingly connected to the camshaft, and coaxially arranged with the first rotating body so as to be relatively rotatable. And a second rotary body that is drivingly connected to the crankshaft, and an intermediate lock mechanism that mechanically locks the relative rotation of the rotary bodies in the middle of the relative rotation range of the rotary bodies. And a turbocharger with a wastegate valve that adjusts a flow rate of exhaust gas that bypasses the exhaust turbine, wherein the rotation by the intermediate lock mechanism is performed at the start of engine start. When the relative rotation of the body is not locked, the wastegate valve opening is smaller than when the lock is locked at the start of the engine start. And comb.
上記構成では、機関始動の開始時に中間ロック機構による両回転体の相対回動の係止がなされていないときには、ウェイストゲートバルブの開度が小さくされ、それにより排気タービンを迂回する排気の流量が低減される。こうして排気タービンを迂回する排気の流量が低減されると、排気通路における排気の流動抵抗が増加して、内燃機関の背圧が上り、機関回転速度が低下する。そしてその結果、カムトルクの変動周期が長くなり、第2の回転体に対する第1の回転体の揺動振幅が大きくなる。したがって、上記構成によれば、機関始動の開始時に中間ロック機構による相対回動の係止がなされていないときに、その係止が行われる中間ロック位相への第1の回転体の自立変位をより早期かつ確実に行えるようにすることができる。 In the above configuration, when the relative rotation of the two rotating bodies is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of the engine start, the opening degree of the waste gate valve is reduced, so that the flow rate of the exhaust gas bypassing the exhaust turbine is reduced. Reduced. When the flow rate of the exhaust gas that bypasses the exhaust turbine is reduced in this way, the flow resistance of the exhaust gas in the exhaust passage increases, the back pressure of the internal combustion engine increases, and the engine speed decreases. As a result, the cam torque fluctuation period becomes longer, and the swing amplitude of the first rotating body with respect to the second rotating body increases. Therefore, according to the above configuration, when the relative rotation is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine start, the self-sustained displacement of the first rotating body to the intermediate lock phase where the lock is performed is performed. This can be done earlier and more reliably.
一方、中間ロック機構が作動した状態で機関始動が開始される場合には、ウェイストゲートバルブの開度が大きくされる。そのため、このときには、触媒に流入する排気の温度が上り、触媒の暖機性が向上するようになる。 On the other hand, when the engine start is started with the intermediate lock mechanism activated, the opening degree of the waste gate valve is increased. Therefore, at this time, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst rises, and the warm-up property of the catalyst is improved.
また、そうした効果は、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、請求項2によるように、前記ウェイストゲートバルブを閉じ、同機関始動の開始時にその係止がなされているときには、同ウェイストゲートバルブを開くことで、より顕著なものとなる。 Further, when the engine is started, when the rotation of the rotating body is not locked by the intermediate lock mechanism, the waste gate valve is closed as in claim 2 to start the engine. When it is locked at the start, it becomes more prominent by opening the waste gate valve.
また上記課題を解決するため、請求項3に記載の発明は、カムシャフトに駆動連結された第1の回転体と、その第1の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第2の回転体と、それら回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構とを備えるバルブタイミング可変機構と、排気タービンに吹き付ける排気の流速を調整する可変ノズル付きのターボチャージャーとを備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置において、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記第1及び第2の回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して、前記排気タービンに吹き付ける排気の流速が高くなるように可変ノズルの開度を制御している。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 is provided with a first rotating body drivingly connected to the camshaft, and coaxially arranged with the first rotating body so as to be relatively rotatable. And a second rotating body driven and connected to the crankshaft, and an intermediate lock mechanism that mechanically locks the relative rotation of the rotating bodies in the middle of the relative rotation range of the rotating bodies. In an internal combustion engine control device that controls an internal combustion engine that includes a variable mechanism and a turbocharger with a variable nozzle that adjusts the flow rate of exhaust gas blown to an exhaust turbine, the first and the first locks by the intermediate lock mechanism at the start of engine start When the relative rotation of the second rotating body is not locked, the exhaust turbine is blown to the exhaust turbine as compared to when the locking is performed at the start of the engine start. Air flow rate is controlled opening of the variable nozzle to be higher.
上記構成では、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、排気タービンへの排気の吹き付け速度がより高くなるように、ターボチャージャーの可変ノズルの開度が制御される。そして、その結果、排気通路における排気の流動抵抗が増加して、内燃機関の背圧が上り、機関回転速度が低下する。そのため、カムトルクの変動周期が長くなり、第2の回転体に対する第1の回転体の揺動振幅が大きくなるようになる。したがって、上記構成によれば、機関始動の開始時に中間ロック機構による相対回動の係止がなされていないときに、その係止が行われる中間ロック位相への第1の回転体の自立変位をより早期かつ確実に行えるようにすることができる。 In the above configuration, the variable nozzle of the turbocharger is configured so that the exhaust spray speed to the exhaust turbine is higher when the relative rotation of the rotating body is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine start. Is controlled. As a result, the flow resistance of the exhaust gas in the exhaust passage increases, the back pressure of the internal combustion engine increases, and the engine speed decreases. For this reason, the fluctuation period of the cam torque becomes longer, and the swing amplitude of the first rotating body with respect to the second rotating body becomes larger. Therefore, according to the above configuration, when the relative rotation is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine start, the self-sustained displacement of the first rotating body to the intermediate lock phase where the lock is performed is performed. This can be done earlier and more reliably.
更に、上記課題を解決するため、請求項4に記載の発明は、カムシャフトに駆動連結された第1の回転体と、その第1の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第2の回転体と、それら回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構とを備えるバルブタイミング可変機構を備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置において、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して、当該内燃機関の排気通路における排気の流動抵抗を大きくするようにしている。 Furthermore, in order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 4 is arranged such that a first rotating body drivingly connected to the camshaft and a coaxial with the first rotating body so as to be relatively rotatable. And a second rotating body that is driven and connected to the crankshaft, and an intermediate lock mechanism that mechanically locks the relative rotation of the rotating bodies in the middle of the relative rotation range of the rotating bodies. In an internal combustion engine control apparatus that controls an internal combustion engine having a variable timing mechanism, when the relative rotation of the rotating body is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine start, The flow resistance of the exhaust gas in the exhaust passage of the internal combustion engine is increased compared to when the locking is performed.
上記構成では、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、排気通路における排気の流動抵抗が増加して、内燃機関の背圧が上り、機関回転速度が低下する。そのため、カムトルクの変動周期が長くなり、第2の回転体に対する第1の回転体の揺動振幅が大きくなるようになる。したがって、上記構成によれば、機関始動の開始時に中間ロック機構による相対回動の係止がなされていないときに、その係止が行われる中間ロック位相への第1の回転体の自立変位をより早期かつ確実に行えるようにすることができる。 In the above configuration, when the relative rotation of the rotating body is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine start, the flow resistance of the exhaust gas in the exhaust passage increases, and the back pressure of the internal combustion engine increases, The engine speed decreases. For this reason, the fluctuation period of the cam torque becomes longer, and the swing amplitude of the first rotating body with respect to the second rotating body becomes larger. Therefore, according to the above configuration, when the relative rotation is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine start, the self-sustained displacement of the first rotating body to the intermediate lock phase where the lock is performed is performed. This can be done earlier and more reliably.
なお、請求項5によるように、バルブタイミング可変機構に、第1及び第2の回転体の相対回動の位相を、中間ロック機構による相対回動の係止が行われる位相に案内するラチェット機構を備えるようにすれば、機関始動の開始時に中間ロック機構による相対回動の係止がなされていないときの、その係止が行われる中間ロック位相への第1の回転体の自立変位を更に早期かつ確実に行うことができる。 According to claim 5, the ratchet mechanism for guiding the relative rotation phase of the first and second rotating bodies to the phase where the relative rotation is locked by the intermediate lock mechanism is provided to the variable valve timing mechanism. If the relative rotation is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine start, the self-sustained displacement of the first rotating body to the intermediate lock phase where the lock is performed is further increased. It can be done early and reliably.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した第2の実施の形態を、図1〜図8を参照して詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the internal combustion engine control device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
まず、図1を参照して、本実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の構成を説明する。内燃機関の吸気通路1の最上流部には、同吸気通路1に取り込まれた空気を浄化するエアクリーナー2が設けられている。吸気通路1のエアクリーナー2の下流には、吸気を圧縮するターボチャージャー3のコンプレッサー4が配設され、更にその下流には、コンプレッサー4での断熱圧縮で高温となった吸気を冷却するインタークーラー5が配設されている。吸気通路1のインタークーラー5の下流には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ6が配設されている。そして吸気通路1は、吸気バルブ8を介して燃焼室9に接続されている。なお、この内燃機関には、吸気バルブ8のバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構10が設けられている。 First, the configuration of the control device for an internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG. An air cleaner 2 for purifying the air taken into the intake passage 1 is provided at the most upstream portion of the intake passage 1 of the internal combustion engine. A compressor 4 of a turbocharger 3 that compresses intake air is disposed downstream of the air cleaner 2 in the intake passage 1, and an intercooler 5 that cools intake air that has become hot due to adiabatic compression in the compressor 4. Is arranged. A throttle valve 6 for adjusting the amount of intake air is disposed downstream of the intercooler 5 in the intake passage 1. The intake passage 1 is connected to the combustion chamber 9 via an intake valve 8. The internal combustion engine is provided with a variable valve timing mechanism 10 that makes the valve timing of the intake valve 8 variable.
また、燃焼室9は、排気バルブ11を介して排気通路13に接続されている。排気通路13には、排気の流勢によりコンプレッサー4を駆動する、ターボチャージャー3の排気タービン14が配設されている。なお、このターボチャージャー3には、排気タービン14を迂回する排気の流量を調節するウェイストゲートバルブ15が設けられている。そして、排気通路13の排気タービン14の下流には、排気を浄化する触媒コンバーター16が配設されている。 The combustion chamber 9 is connected to the exhaust passage 13 via the exhaust valve 11. An exhaust turbine 14 of the turbocharger 3 that drives the compressor 4 by the flow of exhaust is disposed in the exhaust passage 13. The turbocharger 3 is provided with a waste gate valve 15 that adjusts the flow rate of exhaust gas that bypasses the exhaust turbine 14. A catalytic converter 16 that purifies the exhaust gas is disposed downstream of the exhaust turbine 14 in the exhaust passage 13.
こうした内燃機関は、電子制御ユニット17により制御されている。電子制御ユニット17は、機関制御のための各種演算処理を実施する中央演算処理装置(CPU)、機関制御用のプログラムやデータが記憶された読み込み専用メモリー(ROM)、CPUの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリー(RAM)等を備えている。電子制御ユニット17には、内燃機関の始動、停止用のスイッチであるイグニッションスイッチ18や、クランクシャフトの回転位相を検出するクランク角センサー19、カムシャフトの回転位相を検出するカム角センサー20等のセンサー類の検出信号が入力されている。そして、電子制御ユニット17は、それらセンサー類からの信号を基に、機関制御を行っている。 Such an internal combustion engine is controlled by an electronic control unit 17. The electronic control unit 17 includes a central processing unit (CPU) that performs various arithmetic processes for engine control, a read-only memory (ROM) that stores programs and data for engine control, CPU arithmetic results and sensor A random access memory (RAM) for temporarily storing detection results and the like is provided. The electronic control unit 17 includes an ignition switch 18 that is a switch for starting and stopping the internal combustion engine, a crank angle sensor 19 that detects the rotational phase of the crankshaft, a cam angle sensor 20 that detects the rotational phase of the camshaft, and the like. Sensor detection signals are input. The electronic control unit 17 performs engine control based on signals from these sensors.
次に、図2〜図5を参照して、こうした内燃機関に設置されたバルブタイミング可変機構10の詳細を説明する。
図2に示すように、バルブタイミング可変機構10には、ベーンローター100が設けられている。ベーンローター100は、内燃機関の吸気カムシャフトの端部に一体回転可能に固定されている。ベーンローター100の外周には、複数のベーン102が径方向に突出して形成されている。こうしたベーンローター100は、ハウジング101の内部に収容されている。
Next, details of the variable valve timing mechanism 10 installed in such an internal combustion engine will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, the variable valve timing mechanism 10 is provided with a vane rotor 100. The vane rotor 100 is fixed to the end portion of the intake camshaft of the internal combustion engine so as to be integrally rotatable. A plurality of vanes 102 are formed on the outer periphery of the vane rotor 100 so as to protrude in the radial direction. Such a vane rotor 100 is accommodated in the housing 101.
ハウジング101は、ベーンローター100と同軸を有して相対回動可能に配設されている。そして、ハウジング101は、タイミングベルト機構やチェーン機構のような巻き掛け伝動機構を介して内燃機関のクランクシャフトに駆動連結されている。ハウジング101の内周には、ベーンローター100の各ベーン102をそれぞれ収容する、ベーン102と同数の凹部103が形成されている。各凹部103の内部は、ベーン102によって2つの油室にそれぞれ区画されている。このうち、ベーン102のカムシャフト回転方向の逆方向(図中における時計回り方向。以下、進角方向と記載する。)に形成される油室は、ハウジング101に対してベーンローター100を進角方向に相対回動させるための油圧が導入される進角油室104となっている。一方、ベーン102のカムシャフト回転方向(図中における反時計回り方向。以下、遅角方向と記載する。)に形成される油室は、ハウジング101に対してベーンローター100を遅角方向に相対回動させるための油圧が導入される遅角油室105となっている。なお、こうしたバルブタイミング可変機構10では、ベーンローター100が、「カムシャフトに駆動連結された第1の回転体」に相当する構成となっている。また、ハウジング101が、「第1の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第2の回転体」に相当する構成となっている。 The housing 101 is coaxial with the vane rotor 100 and is disposed so as to be relatively rotatable. The housing 101 is drivingly connected to the crankshaft of the internal combustion engine via a winding transmission mechanism such as a timing belt mechanism or a chain mechanism. On the inner periphery of the housing 101, the same number of recesses 103 as the vanes 102 for accommodating the vanes 102 of the vane rotor 100 are formed. Each recess 103 is partitioned into two oil chambers by vanes 102. Of these, the oil chamber formed in the direction opposite to the camshaft rotation direction of the vane 102 (clockwise direction in the drawing, hereinafter referred to as the advance angle direction) advances the vane rotor 100 with respect to the housing 101. An advance oil chamber 104 into which hydraulic pressure for relative rotation in the direction is introduced. On the other hand, the oil chamber formed in the camshaft rotation direction of the vane 102 (counterclockwise direction in the drawing; hereinafter referred to as a retarded angle direction) makes the vane rotor 100 relative to the housing 101 in the retarded direction. A retard oil chamber 105 into which hydraulic pressure for rotation is introduced. In the variable valve timing mechanism 10, the vane rotor 100 has a configuration corresponding to “a first rotating body drivingly connected to the camshaft”. Further, the housing 101 has a configuration corresponding to “a second rotating body that is coaxial with the first rotating body and is rotatably arranged and is drivingly connected to the crankshaft”.
ベーンローター100のベーン102の一つには、ロックピン106が配設されている。図3に示すように、ロックピン106は、スプリング107によって、図中下方に付勢されている。一方、ハウジング101には、ロックピン106と係合可能なロック穴108が形成されている。ロック穴108は、ベーンローター100がハウジング101に対する回動範囲の中間に位置したときに、ロックピン106と同位相となる位置に形成されている。なお、ロックピン106には、進角油室104や遅角油室105への油圧の供給に応じて、ロック穴108から離脱する方向(図中上方)に向けて油圧が印加されるようになっている。なお、ロックピン106がロック穴108に係合するときのベーンローター100の回動位置は、吸気バルブのバルブタイミングが機関始動に最適なバルブタイミングとなる位置とされている。 One of the vanes 102 of the vane rotor 100 is provided with a lock pin 106. As shown in FIG. 3, the lock pin 106 is urged downward in the figure by a spring 107. On the other hand, the housing 101 is formed with a lock hole 108 that can be engaged with the lock pin 106. The lock hole 108 is formed at a position that is in phase with the lock pin 106 when the vane rotor 100 is positioned in the middle of the rotation range with respect to the housing 101. The lock pin 106 is applied with a hydraulic pressure in a direction (upward in the drawing) away from the lock hole 108 according to the supply of the hydraulic pressure to the advance oil chamber 104 or the retard oil chamber 105. It has become. The rotation position of the vane rotor 100 when the lock pin 106 engages with the lock hole 108 is set to a position where the valve timing of the intake valve is the optimum valve timing for engine start.
一方、ハウジング101には、ロック穴108に連続して、階段状のラチェット溝109が形成されている。ラチェット溝109は、ロック穴108からカムシャフト反回転方向に延伸されており、ロック穴108から離れるに従ってその溝深さが段階的に浅くなるように形成されている。なお、以下では、こうしたラチェット溝109の溝深さが一番浅い部分を、同ラチェット溝109の一段目と記載し、以降、溝深さが浅い順に同ラチェット溝109の二段目、三段目・・・と記載する。 On the other hand, a stepped ratchet groove 109 is formed in the housing 101 continuously to the lock hole 108. The ratchet groove 109 extends from the lock hole 108 in the counter-rotating direction of the camshaft, and is formed such that the groove depth gradually decreases as the distance from the lock hole 108 increases. In the following, the portion having the shallowest groove depth of the ratchet groove 109 will be referred to as the first stage of the ratchet groove 109, and the second and third stages of the ratchet groove 109 will be described in order of increasing groove depth. It is described as “eyes”.
次に、以上のように構成されたバルブタイミング可変機構10の作用を説明する。
機関始動の開始時のバルブタイミング可変機構10では、各進角油室104及び各遅角油室105にオイルは充填されていない状態となっている。また、通常は、ロックピン106がロック穴108に係合し、中間ロック機構が作動した状態で機関始動が開始されるようになっている。
Next, the operation of the variable valve timing mechanism 10 configured as described above will be described.
In the variable valve timing mechanism 10 at the start of engine start, each advance oil chamber 104 and each retard oil chamber 105 are not filled with oil. Normally, the engine is started with the lock pin 106 engaged with the lock hole 108 and the intermediate lock mechanism is activated.
機関始動が完了して、十分な油圧を確保できるようになると、各進角油室104及び各遅角油室105にオイルが充填される。また、これとともにロックピン106には、油圧が印加され、ロックピン106がスプリング107の付勢力に抗してロック穴108から離脱される。そして、これにより、中間ロック機構の作動が解除され、ベーンローター100とハウジング101の相対回動が許容される。 When the engine start is completed and sufficient hydraulic pressure can be secured, each advance oil chamber 104 and each retard oil chamber 105 are filled with oil. At the same time, hydraulic pressure is applied to the lock pin 106, and the lock pin 106 is released from the lock hole 108 against the urging force of the spring 107. Thereby, the operation of the intermediate lock mechanism is released, and the relative rotation of the vane rotor 100 and the housing 101 is allowed.
中間ロック機構の作動が解除されると、進角油室104及び遅角油室105の油圧調整によるバルブタイミング可変制御が開始される。例えば、進角油室104の油圧を高めるとともに、遅角油室105の内部の油圧を下げると、ベーン102の両側の油圧差により、ベーンローター100がハウジング101に対して進角方向に回動する。そして、それにより、ベーンローター100に一体回転可能に連結された吸気カムシャフトの回転位相が進角され、その吸気カムシャフトの回転により開閉される吸気バルブ8のバルブタイミングが早められる。また、遅角油室105にオイルを供給してその内部の油圧を高めるとともに、進角油室104からオイルを抜いてその内部の油圧を下げると、ベーン102の両側の油圧差により、ベーンローター100がハウジング101に対して遅角方向に回動する。そして、それにより、ベーンローター100に一体回転可能に連結された吸気カムシャフトの回転位相が遅角され、その吸気カムシャフトの回転により開閉される吸気バルブ8のバルブタイミングが遅らされる。更に、進角油室104及び遅角油室105の油圧を均衡させると、ベーン102の両側に作用する油圧が釣り合ってハウジング101に対するベーンローター100の回動が停止する。そして、その結果、吸気カムシャフトの回転位相が、ひいては吸気バルブ8のバルブタイミングが保持される。こうして機関運転中のバルブタイミング可変機構10は、機関運転状況に適した吸気バブルのバルブタイミングが得られるように動作される。 When the operation of the intermediate lock mechanism is released, variable valve timing control by adjusting the hydraulic pressure of the advance oil chamber 104 and the retard oil chamber 105 is started. For example, when the hydraulic pressure in the advance oil chamber 104 is increased and the hydraulic pressure in the retard oil chamber 105 is decreased, the vane rotor 100 rotates in the advance direction with respect to the housing 101 due to the hydraulic pressure difference between both sides of the vane 102. To do. As a result, the rotational phase of the intake camshaft coupled to the vane rotor 100 so as to be integrally rotatable is advanced, and the valve timing of the intake valve 8 that is opened and closed by the rotation of the intake camshaft is advanced. Further, when oil is supplied to the retarded oil chamber 105 to increase its internal hydraulic pressure and oil is extracted from the advanced oil chamber 104 to lower its internal hydraulic pressure, the vane rotor is caused by the hydraulic pressure difference between both sides of the vane 102. 100 rotates in a retarding direction with respect to the housing 101. As a result, the rotational phase of the intake camshaft connected to the vane rotor 100 so as to be integrally rotatable is retarded, and the valve timing of the intake valve 8 that is opened and closed by the rotation of the intake camshaft is delayed. Further, when the hydraulic pressures of the advance oil chamber 104 and the retard oil chamber 105 are balanced, the hydraulic pressures acting on both sides of the vane 102 are balanced, and the rotation of the vane rotor 100 with respect to the housing 101 is stopped. As a result, the rotational phase of the intake camshaft and the valve timing of the intake valve 8 are maintained. In this way, the variable valve timing mechanism 10 during engine operation is operated so as to obtain the valve timing of the intake bubble suitable for the engine operating condition.
機関停止時には、進角油室104及び遅角油室105から油圧が抜かれる。このとき、このバルブタイミング可変機構10では、ベーンローター100が中間ロック機構による相対回動の係止が行われる位相(中間ロック位相)まで、自立的に変位されるようになっている。すなわち、このバルブタイミング可変機構10では、ロックピン106、スプリング107及びラチェット溝109によって、ベーンローター100及びハウジング101の相対回動の位相を中間ロック位相に案内するラチェット機構が構成されている。そして、このラチェット機構の働きで、ベーンローター100が中間ロック位相まで回動されるようになる。 When the engine is stopped, the hydraulic pressure is released from the advance oil chamber 104 and the retard oil chamber 105. At this time, in the variable valve timing mechanism 10, the vane rotor 100 is displaced autonomously until the phase (intermediate lock phase) in which the relative rotation is locked by the intermediate lock mechanism. That is, in the variable valve timing mechanism 10, the ratchet mechanism that guides the phase of relative rotation of the vane rotor 100 and the housing 101 to the intermediate lock phase is configured by the lock pin 106, the spring 107, and the ratchet groove 109. The vane rotor 100 is rotated to the intermediate lock phase by the action of the ratchet mechanism.
例えば、機関停止が開始された時点でベーンローター100が、図4(a)、図5(a)に示すように、ハウジング101に対する相対回動範囲の遅角方向の端(最遅角位相)に位置していたとする。この状態で進角油室104及び遅角油室105の油圧が抜かれると、ベーンローター100は、ハウジング101に対して自由に回動可能となる。 For example, as shown in FIGS. 4A and 5A, when the engine stop is started, the vane rotor 100 moves to the end of the relative rotation range with respect to the housing 101 in the retard direction (the most retarded phase). Is located. When the hydraulic pressure in the advance oil chamber 104 and the retard oil chamber 105 is released in this state, the vane rotor 100 can freely rotate with respect to the housing 101.
一方、回転中の吸気カムシャフトには、吸気バルブの開閉に伴うトルク(カムトルク)が作用する。すなわち、バルブスプリングの付勢力に抗した吸気バルブの開弁に応じては、カムシャフト反回転方向のトルク、すなわち負のカムトルクが吸気カムシャフトに作用し、バルブスプリングの付勢力による助勢を受ける吸気バルブの閉弁に応じては、カムシャフト回転方向のトルク、すなわち正のカムトルクが吸気カムシャフトに作用する。そのため、回転中の吸気カムシャフトには、正と負のカムトルクが交番に作用する。 On the other hand, torque (cam torque) accompanying opening and closing of the intake valve acts on the rotating intake camshaft. That is, when the intake valve is opened against the urging force of the valve spring, the camshaft counter-rotating direction torque, that is, the negative cam torque acts on the intake camshaft, and the intake air is assisted by the urging force of the valve spring. Depending on the valve closing, torque in the camshaft rotation direction, that is, positive cam torque acts on the intake camshaft. Therefore, positive and negative cam torques alternately act on the rotating intake camshaft.
進角油室104及び遅角油室105から油圧が抜かれたことで、自由に揺動可能となったベーンローター100は、こうしたカムトルクの変動により、ハウジング101に対して揺動するようになる。この揺動により、ベーンローター100が進角方向に一定量回動すると、図4(b)及び図5(b)に示すように、ロックピン106がラチェット溝109の一段目に係合するようになる。これにより、ラチェット溝109の一段目に対するロックピン106の係合位相よりも遅角方向へのベーンローター100の回動が規制され、ベーンローター100の揺動範囲が進角方向に変位するようになる。 The vane rotor 100 that can freely swing due to the hydraulic pressure being released from the advance oil chamber 104 and the retard oil chamber 105 swings relative to the housing 101 due to such fluctuations in the cam torque. When the vane rotor 100 is rotated by a certain amount in the advance direction due to this swinging, the lock pin 106 is engaged with the first stage of the ratchet groove 109 as shown in FIGS. 4B and 5B. become. As a result, the rotation of the vane rotor 100 in a direction retarded from the engagement phase of the lock pin 106 with respect to the first stage of the ratchet groove 109 is restricted, and the swing range of the vane rotor 100 is displaced in the advance direction. Become.
この状態で、ベーンローター100が更に進角方向に一定量回動すると、図4(c)及び図5(c)に示すように、ロックピン106がラチェット溝109の二段目に係合するようになる。これにより、ラチェット溝109の二段目に対するロックピン106の係合位相よりも遅角方向へのベーンローター100の回動が規制され、ベーンローター100の揺動範囲が進角方向に更に変位するようになる。 In this state, when the vane rotor 100 is further rotated by a certain amount in the advance angle direction, the lock pin 106 is engaged with the second stage of the ratchet groove 109 as shown in FIGS. 4 (c) and 5 (c). It becomes like this. As a result, the rotation of the vane rotor 100 in a direction retarded from the engagement phase of the lock pin 106 with respect to the second stage of the ratchet groove 109 is restricted, and the swing range of the vane rotor 100 is further displaced in the advance direction. It becomes like this.
こうして、ベーンローター100は、ハウジング101に対して次第に進角方向に回動していくようになる。そして最終的にベーンローター100は、図4(d)及び図5(d)に示すように、中間ロック位相まで回動され、ロックピン106がロック穴108に係合されるようになる。そしてこれにより、十分な油圧を確保できない機関始動時にも、吸気バルブのバルブタイミングを、機関始動に最適なバルブタイミングに保持するようにしている。 Thus, the vane rotor 100 gradually rotates in the advance direction with respect to the housing 101. Finally, as shown in FIGS. 4D and 5D, the vane rotor 100 is rotated to the intermediate lock phase, and the lock pin 106 is engaged with the lock hole 108. As a result, the valve timing of the intake valve is maintained at the optimum valve timing for engine starting even when the engine cannot be secured with sufficient hydraulic pressure.
ところで、こうしたバルブタイミング可変機構10を備える内燃機関では、機関始動時に、ウェイストゲートバルブ15を開くようにしている。ウェイストゲートバルブ15が開かれると、排気が排気タービン14を迂回して、触媒コンバーター16に直接流れ込むようになる。これにより、触媒コンバーター16に流入する排気の温度が高まり、触媒コンバーター16に設けられた排気の昇温が促進される。 By the way, in the internal combustion engine provided with such a variable valve timing mechanism 10, the waste gate valve 15 is opened when the engine is started. When the waste gate valve 15 is opened, the exhaust gas bypasses the exhaust turbine 14 and flows directly into the catalytic converter 16. Thereby, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 16 increases, and the temperature rise of the exhaust gas provided in the catalytic converter 16 is promoted.
一方、上述したように、この内燃機関では、機関停止時にバルブタイミング可変機構10の中間ロック機構を作動させるようにしている。しかしながら、状況によっては、機関停止時に中間ロック機構を作動させられないことがある。例えば、内燃機関が急停止されたときには、内燃機関の回転の完全停止に至るまでの時間が短すぎて、中間ロック位相までベーンローター100を回動し切れないことがある。 On the other hand, as described above, in this internal combustion engine, the intermediate lock mechanism of the variable valve timing mechanism 10 is operated when the engine is stopped. However, depending on the situation, the intermediate lock mechanism may not be operated when the engine is stopped. For example, when the internal combustion engine is suddenly stopped, the time until the internal combustion engine completely stops rotating may be too short, and the vane rotor 100 may not be able to fully rotate to the intermediate lock phase.
こうした場合、内燃機関の始動性を確保するため、機関始動の開始後、ベーンローター100を中間ロック位相まで速やかに回動して、中間ロック機構を作動させる必要がある。このときの中間ロック位相へのベーンローター100の回動は、カムトルクの変動によるベーンローター100の揺動と、ラチェット機構の働きとを利用して行うことが可能である。こうしたベーンローター100の回動は、カムトルクの変動によるベーンローター100の揺動の振幅が大きいほど、早期かつ確実に行うことができる。 In such a case, in order to ensure startability of the internal combustion engine, it is necessary to quickly rotate the vane rotor 100 to the intermediate lock phase after the start of the engine to operate the intermediate lock mechanism. The rotation of the vane rotor 100 to the intermediate lock phase at this time can be performed by utilizing the swing of the vane rotor 100 due to cam torque fluctuations and the action of the ratchet mechanism. Such rotation of the vane rotor 100 can be performed earlier and more reliably as the amplitude of the swing of the vane rotor 100 due to cam torque variation is larger.
そこで、本実施の形態では、このときのベーンローター100の回動をより早期かつ確実に行うことができるように、以下の態様でウェイストゲートバルブ15の制御を行うようにしている。すなわち、本実施の形態では、図6に示す始動時ウェイストゲートバルブ(WGV)制御ルーチンの処理を通じて、機関始動時のウェイストゲートバルブ15の制御を行っている。同ルーチンの処理は、機関始動の開始後、電子制御ユニット17によって、周期的に繰り返し実行されるものとなっている。 Therefore, in the present embodiment, the waste gate valve 15 is controlled in the following manner so that the vane rotor 100 can be rotated earlier and more reliably. That is, in this embodiment, the waste gate valve 15 at the time of engine start is controlled through the processing of the start-time waste gate valve (WGV) control routine shown in FIG. The processing of this routine is repeatedly executed periodically by the electronic control unit 17 after the start of the engine start.
さて、本ルーチンの処理が開始されると、まずステップS100において、機関始動時であるか否かが判定される。ここで機関始動時でなければ(S100:NO)、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了され、機関始動時であれば(S100:YES)、ステップS101に処理が進められる。 When the processing of this routine is started, it is first determined in step S100 whether or not the engine is starting. If the engine is not started (S100: NO), the process of this routine is terminated as it is. If the engine is started (S100: YES), the process proceeds to step S101.
ステップS101に処理が進められると、そのステップS101において、中間ロック機構が作動しているか否かが判定される。ここで中間ロック機構が作動していなければ(S101:YES)、ステップS102に処理が進められる。そして、そのステップS102において、ウェイストゲートバルブ15が開かれた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、中間ロック機構が作動していれば(S101:NO)、ステップS103に処理が進められる。そして、そのステップS103において、ウェイストゲートバルブ15が閉じられた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。 When the process proceeds to step S101, it is determined in step S101 whether or not the intermediate lock mechanism is operating. If the intermediate lock mechanism is not operating (S101: YES), the process proceeds to step S102. In step S102, after the waste gate valve 15 is opened, the current routine is terminated. On the other hand, if the intermediate lock mechanism is operating (S101: NO), the process proceeds to step S103. In step S103, after the waste gate valve 15 is closed, the current routine is terminated.
続いて、以上のように構成された本実施の形態の内燃機関の制御装置の機関始動時の制御動作を説明する。図7は、本実施の形態の制御装置が適用された内燃機関の機関始動時における(a)イグニッションスイッチ(IG)18の開閉、(b)ウェイストゲートバルブ(WGV)15の開度、及び(c)機関回転速度の推移の一例が示されている。なお、同図では、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動しているときのイグニッションスイッチ18の開閉及び機関回転速度の推移が一点鎖線で、作動していないときのそれらの推移が実線でそれぞれ示されている。 Subsequently, a control operation at the time of engine start of the control device for an internal combustion engine of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 7 shows (a) opening and closing of the ignition switch (IG) 18 at the time of engine start of the internal combustion engine to which the control device of the present embodiment is applied, (b) the opening degree of the waste gate valve (WGV) 15, and ( c) An example of the transition of the engine speed is shown. In the figure, the opening / closing of the ignition switch 18 and the transition of the engine speed when the intermediate lock mechanism is activated at the start of the engine start are indicated by a one-dot chain line, and the transition when the intermediate lock mechanism is not activated are indicated by a solid line. It is shown.
同図の制御態様の一例では、時刻t0において、イグニッションスイッチ18がオンとされ、機関始動が開始されている。このとき、バルブタイミング可変機構10の中間ロック機構が作動していれば、ウェイストゲートバルブ15が開かれる。その結果、触媒コンバーター16には、排気タービン14を迂回して直接排気が流れ込むようになる。そのため、このときには、同触媒コンバーター16に流入する排気の温度が高まって、触媒の暖機性が向上される。 In an example of the control mode shown in FIG. 10, at time t0, the ignition switch 18 is turned on and the engine start is started. At this time, if the intermediate lock mechanism of the variable valve timing mechanism 10 is operating, the waste gate valve 15 is opened. As a result, exhaust gas flows directly into the catalytic converter 16 bypassing the exhaust turbine 14. Therefore, at this time, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 16 increases, and the warm-up property of the catalyst is improved.
一方、機関始動の開始時にバルブタイミング可変機構10の中間ロック機構が作動していないときには、ウェイストゲートバルブ(WGV)15は閉じられる。このときの排気は、排気タービン14を通って流れるようになる。そのため、排気タービン14の回転抵抗のため、排気の流動抵抗が高まって、内燃機関の背圧が高くなる。そしてその結果、機関回転速度の上昇が鈍るようになる。 On the other hand, when the intermediate lock mechanism of the variable valve timing mechanism 10 is not operating at the start of engine start, the waste gate valve (WGV) 15 is closed. The exhaust at this time flows through the exhaust turbine 14. Therefore, due to the rotational resistance of the exhaust turbine 14, the flow resistance of the exhaust increases, and the back pressure of the internal combustion engine increases. As a result, the increase in the engine rotational speed becomes dull.
ここで、図8(a)、(c)に示すように、機関回転速度NEが低いときには、同機関回転速度NEが高いときに比して、カムトルクの変動周期が長くなる。そしてカムトルクの変動周期が長くなれば、正のカムトルクによるベーンローター100の進角方向への回動、負のカムトルクによるベーンローター100の遅角方向への回動がより長い時間継続するようになる。そのため、同図(b)、(c)に示すように、機関回転速度NEが低いときには、同機関回転速度NEが高いときに比して、カムトルクの変動に伴うベーンローター100の揺動振幅が大きくなる。したがって、ウェイストゲートバルブ15を閉じて内燃機関の背圧を高め、機関回転速度の上昇速度を遅くすれば、機関始動の開始後、カムトルクの変動に伴うベーンローター100の揺動振幅が大きい状態がより長く継続するようになる。そしてその結果、ベーンローター100が中間ロック位相に、より早期かつ確実に回動されるようになる。 Here, as shown in FIGS. 8A and 8C, when the engine speed NE is low, the cam torque fluctuation period is longer than when the engine speed NE is high. If the cam torque fluctuation period becomes longer, the rotation of the vane rotor 100 in the advance direction by the positive cam torque and the rotation of the vane rotor 100 in the retard direction by the negative cam torque continue for a longer time. . Therefore, as shown in FIGS. 2B and 2C, when the engine speed NE is low, the swinging amplitude of the vane rotor 100 due to the cam torque variation is larger than when the engine speed NE is high. growing. Therefore, if the waste gate valve 15 is closed to increase the back pressure of the internal combustion engine and the increase speed of the engine rotational speed is slowed, the oscillation amplitude of the vane rotor 100 accompanying the fluctuation of the cam torque is large after the start of the engine is started. It will continue longer. As a result, the vane rotor 100 is more quickly and reliably rotated to the intermediate lock phase.
以上説明した本実施の形態の内燃機関の制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)本実施の形態では、機関始動の開始時にバルブタイミング可変機構10の中間ロック機構が作動しているときには、ウェイストゲートバルブ15を開き、作動していないときには、ウェイストゲートバルブ15を開くようにしている。そのため、中間ロック機構の非作動時には、内燃機関の背圧が高まって機関回転速度の上昇が抑えられて、カムトルクの変動に伴うベーンローター100の揺動振幅が大きくなる。したがって、中間ロック位相へのベーンローター100の自立回動をより早期かつ確実に行わせることができるようになる。
According to the control apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the waste gate valve 15 is opened when the intermediate lock mechanism of the variable valve timing mechanism 10 is operating at the start of engine start, and the waste gate valve 15 is opened when the intermediate lock mechanism is not operating. I have to. Therefore, when the intermediate lock mechanism is not in operation, the back pressure of the internal combustion engine is increased and the increase in the engine rotational speed is suppressed, and the swing amplitude of the vane rotor 100 is increased in accordance with the cam torque variation. Therefore, the self-rotation of the vane rotor 100 to the intermediate lock phase can be performed earlier and more reliably.
(2)機関始動の開始時にバルブタイミング可変機構10の中間ロック機構が作動しているときには、排気タービン14を迂回して触媒コンバーター16に排気が直接流れ込むようになり、触媒コンバーター16に流入する排気の温度が高まるようになる。そのため、このときには、触媒の暖機性を向上することができる。 (2) When the intermediate lock mechanism of the variable valve timing mechanism 10 is operating at the start of engine start, the exhaust gas bypasses the exhaust turbine 14 and flows directly into the catalytic converter 16, and the exhaust gas flowing into the catalytic converter 16 The temperature will increase. Therefore, at this time, the warm-up property of the catalyst can be improved.
(3)機関始動の開始時にバルブタイミング可変機構10の中間ロック機構が作動しているときには、内燃機関の背圧が低くなり、機関回転速度の上昇速度が高まるため、より短い時間で内燃機関の始動を完了することができる。 (3) When the intermediate lock mechanism of the variable valve timing mechanism 10 is operating at the start of engine start, the back pressure of the internal combustion engine is reduced and the speed of increase of the engine rotational speed is increased. Startup can be completed.
(第2の実施の形態)
以下、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した第2の実施の形態を、図9を併せ参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態において、第1の実施の形態のものと、機能及び構成が同様の部材については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. In the present embodiment, members having the same functions and configurations as those of the first embodiment are denoted by common reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第1の実施の形態では、ウェイストゲートバルブ15を開き、内燃機関の背圧を高めることで、機関始動時の中間ロック機構の作動をより早期かつ確実に行えるようにしていた。一方、ターボチャージャーには、排気タービンに吹き付ける排気の流速を調整する可変ノズルを備えたものがある。こうした可変ノズル付きターボチャージャーを備える内燃機関では、可変ノズルの開度制御により、内燃機関の背圧を昇降することができる。そこで、本実施の形態では、ターボチャージャーの可変ノズルの開度制御により、機関始動時の中間ロック機構の作動性を高めるようにしている。 In the first embodiment, the waste gate valve 15 is opened to increase the back pressure of the internal combustion engine, so that the operation of the intermediate lock mechanism at the time of starting the engine can be performed earlier and more reliably. On the other hand, some turbochargers are provided with a variable nozzle that adjusts the flow rate of the exhaust gas blown to the exhaust turbine. In an internal combustion engine equipped with such a turbocharger with a variable nozzle, the back pressure of the internal combustion engine can be raised and lowered by controlling the opening of the variable nozzle. Therefore, in the present embodiment, the operability of the intermediate lock mechanism at the time of starting the engine is enhanced by controlling the opening degree of the variable nozzle of the turbocharger.
ここでは、まず可変ノズル付きターボチャージャーの構成を説明する。図9に示すように、この種のターボチャージャーでは、その排気タービン30の外周に、複数の可変ノズル31が等間隔に配設されている。各可変ノズル31は、連動して回動され、それにより、隣接する可変ノズル31の間に形成される排気の流路の面積が変更されるようになっている。なお、同図(a)には、可変ノズル31が閉じられたときの状態が、同図(b)には、可変ノズル31が開かれたときの状態がそれぞれ示されている。 Here, first, the configuration of the turbocharger with a variable nozzle will be described. As shown in FIG. 9, in this type of turbocharger, a plurality of variable nozzles 31 are arranged at equal intervals on the outer periphery of the exhaust turbine 30. The variable nozzles 31 are rotated in conjunction with each other, whereby the area of the exhaust passage formed between the adjacent variable nozzles 31 is changed. FIG. 4A shows a state when the variable nozzle 31 is closed, and FIG. 4B shows a state when the variable nozzle 31 is opened.
本実施の形態では、電子制御ユニット17は、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動していないときには、作動しているときに比して、排気タービン30に吹き付ける排気の流速が高くなるように可変ノズル31の開度を制御している。例えば、中間ロック機構の作動時には、可変ノズル31を完全に閉じ、非作動時には、可変ノズル31を一定量開くようにしたり、中間ロック機構の作動時には、非作動時に比して、可変ノズル31の開度を小さくしたりする。 In the present embodiment, the electronic control unit 17 is configured such that when the intermediate lock mechanism is not activated at the start of engine start, the flow rate of the exhaust gas blown to the exhaust turbine 30 is higher than when the intermediate lock mechanism is activated. The opening degree of the variable nozzle 31 is controlled. For example, when the intermediate lock mechanism is operated, the variable nozzle 31 is completely closed, and when the intermediate lock mechanism is not operated, the variable nozzle 31 is opened by a certain amount. Reduce the opening.
こうした場合にも、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動していないときには、排気の流動抵抗が増して内燃機関の背圧が高まって、機関回転速度の上昇が抑えられる。そのため、カムトルクの変動に伴うベーンローター100の揺動の振幅を大きくして、中間ロック位相へのベーンローター100の回動をより早期かつ確実に行わせることが可能となる。 Even in such a case, when the intermediate lock mechanism is not activated at the start of engine start, the flow resistance of the exhaust gas increases, the back pressure of the internal combustion engine increases, and the increase in engine speed is suppressed. Therefore, it is possible to increase the amplitude of the swing of the vane rotor 100 accompanying the cam torque variation, and to rotate the vane rotor 100 to the intermediate lock phase earlier and more reliably.
なお、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動しているときには、排気タービン30に吹き付ける排気の流速が低下して、排気タービン30の回転に要する排気の熱損失が減るため、触媒コンバーター16に流入する排気の温度が高まるようになる。そのため、このときには、触媒の暖機性が向上されるようになる。また、中間ロック機構の作動時には、機関回転速度の上昇速度が高くなるため、より短い時間で内燃機関の始動を完了することができるようにもなる。 When the intermediate lock mechanism is operating at the start of engine start, the flow rate of the exhaust gas blown to the exhaust turbine 30 is reduced, and the heat loss of the exhaust gas required for the rotation of the exhaust turbine 30 is reduced. The temperature of exhaust gas to be increased. Therefore, at this time, the warm-up property of the catalyst is improved. Further, when the intermediate lock mechanism is operated, the engine rotational speed increases at a high speed, so that the start of the internal combustion engine can be completed in a shorter time.
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・第1の実施の形態では、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動していないときには、ウェイストゲートバルブ15を閉じ、作動しているときには、ウェイストゲートバルブ15を開くようにしていた。ウェイストゲートバルブ15の開度を段階的、或いは連続的に変更可能な場合には、機関始動の開始時における中間ロック機構の作動の有無により、ウェイストゲートバルブ15の開度を変更することで、機関始動時におけるより早期かつ確実な中間ロック機構の作動を可能とすることができる。すなわち、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動していないときには、作動しているときに比してウェイストゲートバルブ15の開度を小さくすれば、排気タービン14を迂回する排気の流量が減少して、内燃機関の背圧が高まるようになる。そのため、機関回転速度の上昇が抑えられ、カムトルクの変動に伴うベーンローター100の揺動の振幅を大きくなり、中間ロック位相へのベーンローター100の回動をより早期かつ確実に行わせることができる。この場合にも、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動しているときには、排気タービン14を迂回する排気の流量が増大されて、触媒コンバーター16に流入する排気の温度が高められるため、触媒の暖機性が向上されるようになる。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
In the first embodiment, the waste gate valve 15 is closed when the intermediate lock mechanism is not operating at the start of engine start, and the waste gate valve 15 is opened when the intermediate lock mechanism is operating. When the opening degree of the waste gate valve 15 can be changed stepwise or continuously, the opening degree of the waste gate valve 15 is changed depending on whether or not the intermediate lock mechanism is activated at the start of engine start. An earlier and more reliable operation of the intermediate lock mechanism can be made possible at the time of engine start. That is, when the intermediate lock mechanism is not operating at the start of engine start, the flow rate of the exhaust gas that bypasses the exhaust turbine 14 is reduced by reducing the opening of the waste gate valve 15 compared to when it is operating. As a result, the back pressure of the internal combustion engine increases. Therefore, an increase in the engine rotation speed is suppressed, the amplitude of the swing of the vane rotor 100 due to the cam torque variation is increased, and the rotation of the vane rotor 100 to the intermediate lock phase can be performed earlier and more reliably. . In this case as well, when the intermediate lock mechanism is operating at the start of engine start, the flow rate of the exhaust gas that bypasses the exhaust turbine 14 is increased, and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 16 is increased. Warm-up performance is improved.
・上記実施の形態では、ウェイストゲートバルブ15や可変ノズル31の開度制御により排気の流動抵抗を大きくすることで、機関始動時における中間ロック機構の作動性を高めていたが、それ以外の方法で排気の流動抵抗を大きくしても、同様に機関始動時における中間ロック機構の作動性を高めることができる。例えば、排気通路にその流路面積を可変とするバルブを設置してその開度を小さくすることでも、内燃機関の背圧が高まって、ベーンローター100の揺動振幅が拡大されるようになる。したがって、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動されていないときには、作動しているときに比して、内燃機関の排気通路における排気の流動抵抗が大きくなるようにすれば、機関始動時における中間ロック機構の作動性を高めることができる。一方、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動しているときには、機関回転速度の上昇速度が高まるため、内燃機関の始動をより短時間で完了することが可能となる。 In the above embodiment, the operability of the intermediate lock mechanism at the time of starting the engine is improved by increasing the flow resistance of the exhaust gas by controlling the opening degree of the waste gate valve 15 and the variable nozzle 31. Thus, even if the flow resistance of the exhaust is increased, the operability of the intermediate lock mechanism at the time of starting the engine can be improved. For example, a back pressure of the internal combustion engine is increased and a swing amplitude of the vane rotor 100 is increased by installing a valve that can change the flow area in the exhaust passage and reducing the opening degree. . Therefore, when the intermediate lock mechanism is not operated at the start of engine start, if the flow resistance of the exhaust gas in the exhaust passage of the internal combustion engine is larger than when it is operated, the intermediate lock mechanism at the time of engine start is increased. The operability of the lock mechanism can be improved. On the other hand, when the intermediate lock mechanism is operating at the start of engine start, the engine speed increases, so that the start of the internal combustion engine can be completed in a shorter time.
・上記実施の形態では、中間ロック機構のロックピン106及びスプリング107をラチェット機構としても利用するようにしていたが、同様の機能を有するラチェット機構を中間ロック機構とは完全に別個に設けるようにしても良い。 In the above embodiment, the lock pin 106 and the spring 107 of the intermediate lock mechanism are also used as a ratchet mechanism. However, a ratchet mechanism having the same function is provided completely separately from the intermediate lock mechanism. May be.
・上記実施の形態では、カムトルクの変動に伴うベーンローター100の揺動による中間ロック位相へのベーンローター100の自立回動をより確実に行うため、バルブタイミング可変機構10にラチェット機構を設けるようにしていた。そうしたラチェット機構が無くても、中間ロック位相へのベーンローター100の自立回動が可能であれば、ラチェット機構を割愛した構成としても良い。 In the above embodiment, the variable valve timing mechanism 10 is provided with a ratchet mechanism in order to more reliably perform the self-rotation of the vane rotor 100 to the intermediate lock phase due to the swing of the vane rotor 100 due to the fluctuation of the cam torque. It was. Even if there is no such ratchet mechanism, the ratchet mechanism may be omitted as long as the vane rotor 100 can be independently rotated to the intermediate lock phase.
・上記実施の形態では、ロックピン106をベーンローター100側に、ロック穴108をハウジング101側にそれぞれ設ける構成としていたが、ベーンローター100側にロック穴を、ハウジング101側にロックピンを設けるように中間ロック機構を構成しても良い。 In the above embodiment, the lock pin 106 is provided on the vane rotor 100 side and the lock hole 108 is provided on the housing 101 side. However, the lock hole is provided on the vane rotor 100 side and the lock pin is provided on the housing 101 side. An intermediate lock mechanism may be configured.
・上記実施の形態では、ベーンローター100がカムシャフトと同期回転し、ハウジング101がクランクシャフトに駆動連結されたようにバルブタイミング可変機構10が構成されていた。これとは逆に、ハウジング101がカムシャフトと同期回転し、ベーンローター100がクランクシャフトに駆動連結されたようにバルブタイミング可変機構10を構成するようにしても良い。 In the above embodiment, the variable valve timing mechanism 10 is configured such that the vane rotor 100 rotates in synchronization with the camshaft and the housing 101 is drivingly connected to the crankshaft. Conversely, the variable valve timing mechanism 10 may be configured such that the housing 101 rotates synchronously with the camshaft and the vane rotor 100 is drivingly connected to the crankshaft.
・バルブタイミング可変機構10の構成は、上記実施の形態で例示したものに限らず適宜変更しても良い。要は、以下の構成(イ)〜(ハ)を有し、下記(イ)の第1の回転体と下記(ロ)の第2の回転体との相対回動を通じてバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構が設けられた内燃機関であれば、本発明の適用が可能である。
(イ)カムシャフトに駆動連結された第1の回転体。
(ロ)その第1の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第2の回転体。
(ハ)第1及び第2の回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構。
The configuration of the variable valve timing mechanism 10 is not limited to that illustrated in the above embodiment, and may be changed as appropriate. In short, it has the following configurations (a) to (c), and the valve timing is variable through relative rotation between the first rotating body (b) below and the second rotating body (b) below. The present invention can be applied to any internal combustion engine provided with a variable valve timing mechanism.
(A) A first rotating body drivingly connected to the camshaft.
(B) A second rotating body that is coaxial with the first rotating body and is disposed so as to be relatively rotatable and is drivingly connected to the crankshaft.
(C) An intermediate lock mechanism that mechanically locks the relative rotation of the first and second rotating bodies in the middle of the relative rotation range of the first and second rotating bodies.
1…吸気通路、2…エアクリーナー、3…ターボチャージャー、4…コンプレッサー、5…インタークーラー、6…スロットルバルブ、8…吸気バルブ、9…燃焼室、10…バルブタイミング可変機構、11…排気バルブ、13…排気通路、14…排気タービン、15…ウェイストゲートバルブ、16…触媒コンバーター、17…電子制御ユニット、18…イグニッションスイッチ、19…クランク角センサー、20…カム角センサー、30…排気タービン、31…可変ノズル、100…ベーンローター(第1の回転体)、101…ハウジング(第2の回転体)、102…ベーン、103…凹部、104…進角油室、105…遅角油室、106…ロックピン(中間ロック機構、ラチェット機構)、107…スプリング(中間ロック機構、ラチェット機構)、108…ロック穴(中間ロック機構)、109…ラチェット溝(ラチェット機構)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Intake passage, 2 ... Air cleaner, 3 ... Turbocharger, 4 ... Compressor, 5 ... Intercooler, 6 ... Throttle valve, 8 ... Intake valve, 9 ... Combustion chamber, 10 ... Valve timing variable mechanism, 11 ... Exhaust valve, DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Exhaust passage, 14 ... Exhaust turbine, 15 ... Waste gate valve, 16 ... Catalytic converter, 17 ... Electronic control unit, 18 ... Ignition switch, 19 ... Crank angle sensor, 20 ... Cam angle sensor, 30 ... Exhaust turbine, 31 ... Variable nozzle, 100 ... Vane rotor (first rotating body), 101 ... Housing (second rotating body), 102 ... Vane, 103 ... Recess, 104 ... Advance oil chamber, 105 ... Delay oil chamber, 106 ... Lock pin (intermediate lock mechanism, ratchet mechanism), 107 ... Spring (intermediate lock mechanism, ratchet) Tsu DOO mechanism), 108 ... lock hole (intermediate lock mechanism), 109 ... ratchet groove (ratchet mechanism).
Claims (5)
機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して前記ウェイストゲートバルブの開度が小さくされる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A first rotating body that is drivingly connected to the camshaft, a second rotating body that is coaxially connected to the first rotating body and is rotatably arranged and is drivingly connected to the crankshaft; A variable valve timing mechanism that includes an intermediate lock mechanism that mechanically locks the relative rotation of the rotating bodies in the middle of the relative rotation range of the rotating bodies, and a waste gate that adjusts the flow rate of exhaust gas that bypasses the exhaust turbine In a control device for an internal combustion engine that controls an internal combustion engine comprising a turbocharger with a valve,
When the rotation of the rotating body is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine starting, the waste gate valve is opened compared to when the rotation is locked at the start of engine starting. A control device for an internal combustion engine, characterized in that the degree is reduced.
請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 When the rotation of the rotating body is not locked by the intermediate lock mechanism when the engine is started, the waste gate valve is closed. When the lock is locked when the engine is started, the waste gate valve is The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control device is opened.
機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記第1及び第2の回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して、前記排気タービンへの排気の流速が高くなるように前記可変ノズルの開度が制御される
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A first rotating body that is drivingly connected to the camshaft, a second rotating body that is coaxially connected to the first rotating body and is rotatably arranged and is drivingly connected to the crankshaft; With a variable valve timing mechanism that includes an intermediate lock mechanism that mechanically locks the relative rotation of the rotating bodies in the middle of the relative rotation range of the rotating bodies, and a variable nozzle that adjusts the flow rate of the exhaust blown to the exhaust turbine An internal combustion engine control device for controlling an internal combustion engine comprising:
When the relative rotation of the first and second rotating bodies is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine starting, compared to when the locking is performed at the start of engine starting. The opening of the variable nozzle is controlled so that the flow rate of the exhaust gas to the exhaust turbine is increased.
機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して、当該内燃機関の排気通路における排気の流動抵抗が大きくされる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A first rotating body that is drivingly connected to the camshaft, a second rotating body that is coaxially connected to the first rotating body and is rotatably arranged and is drivingly connected to the crankshaft; In a control apparatus for an internal combustion engine that controls an internal combustion engine that includes a variable valve timing mechanism that includes an intermediate lock mechanism that mechanically locks the relative rotation of the rotating bodies in the middle of the relative rotation range of the rotating bodies.
When the rotation of the rotating body is not locked by the intermediate lock mechanism at the start of engine start, the exhaust of the internal combustion engine is less than when the lock is set at the start of engine start. A control apparatus for an internal combustion engine, wherein the flow resistance of exhaust gas in the passage is increased.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 The variable valve timing mechanism includes a ratchet mechanism that guides a phase of relative rotation of the first and second rotating bodies to a phase in which the relative rotation is locked by the intermediate lock mechanism. 5. The control device for an internal combustion engine according to any one of 4 above.
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2012
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