JP4017297B2 - Variable valve operating device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置、とりわけ、吸気弁や排気弁である機関弁のリフト特性を制御する第1可変機構とバルブタイミングを制御する第2可変機構とを備えた可変動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、例えば吸気弁のバルブリフト特性を可変にする可変リフト機構とバルブタイミング特性を可変にする可変バルブタイミング機構とを併用してバルブリフト特性の自由度を向上させて機関運転性能を大幅に高める可変動弁装置が従来から種々提供されている(特開平8−177434号公報等参照)。
【0003】
すなわち、この可変動弁装置は、カムシャフトに設けられた低速用カムと高速用カムを、機関運転状態に応じて選択的に切り換えて、機関弁である吸気弁あるいは排気弁のカムリフトを可変制御するバルブリフト制御機構と、カムシャフトとクランクシャフトの相対回動位相を機関運転状態に応じて変換して機関弁の開閉時期を可変制御するバルブタイミング制御機構とを備えている。
【0004】
また、この装置は、例えば前記バルブタイミング制御機構が故障した場合に、バルブリフト制御機構によって低速用カム側に強制的に切り換えるか、あるいはバルブリフト制御機構が故障した場合には、バルブタイミング制御機構によって機関弁の開閉時期を制御してバルブリフト作動中心が上死点から離れる方向にそれぞれ制御することにより、吸気弁と排気弁との干渉を回避する制御機構を備えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の可変動弁装置にあっては、前述のように各制御機構が故障した際には、吸気弁と排気弁との干渉などを回避するなどのメカニカルな不都合は回避できるものの、かかる故障時における機関性能についての配慮が不十分であった。
【0006】
つまり、一方の制御機構が故障した際には、バルブリフト制御機構によって一律に低速用カムに選択的に切り換えるか、あるいはバルブリフト制御機構によってバルブリフト作動中心を一律に上死点から離れる方向に制御するため、必ず吸気弁と排気弁のいわゆるバルブオーバラップが小さくなってしまう。したがって、機関高回転の運転領域では機関の出力が大幅に低下してしまい、機関性能を十分に発揮することが困難になる。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項1記載の発明は、機関弁の少なくともリフト特性を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する第1可変機構と、機関弁の少なくとも開閉タイミング特性を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する第2可変機構と、前記第1可変機構あるいは第2可変機構の現在の作動位置を検出する位置検出手段と、現在の機関運転状態に基づいて前記第1可変機構あるいは第2可変機構の制御目標値を決定する制御目標値決定手段と、前記第1可変機構あるいは第2可変機構のいずれか一方が故障した際に、前記位置検出手段によって検出された一方の可変機構の故障時の位置に基づいて他方の可変機構の制御範囲を所定の範囲に設定すると共に、この設定された所定の制御範囲内で前記検出手段によって検出した前記他方の可変機構の作動位置と前記制御目標値決定手段によって決定された制御目標値とに基づいて、前記他方の可変機構を連続的あるいは段階的にフィードバック制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【0008】
この発明によれば、機関の所定の運転領域で、例えば第1可変機構が故障した場合は、位置検出手段がその故障時の位置を検出してその情報信号を制御手段に出力する。これにより、制御手段は、従来のように第1可変機構により単に固定的な低速用カムを選択制御させるのではなく、第1可変機構の故障時の位置に応じてメカニカルな各機関弁間の干渉等を回避できる所定範囲内において第2可変機構を可及的に制御する。したがって、機関性能を機関運転状態に応じて可能な限り発揮させることができる。
請求項2記載の発明は、機関弁の少なくともリフト特性を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する第1可変機構と、機関弁の少なくとも開閉タイミング特性を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する第2可変機構と、前記第1可変機構の現在の作動位置を検出する第1位置検出手段と、前記第2可変機構の現在の作動位置を検出する第2位置検出手段と、現在の機関運転状態に基づいて前記第1可変機構の制御目標値を決定する第1制御目標値決定手段と、前記第2可変機構が故障した際に、前記第2位置検出手段によって検出された第2可変機構の故障時の位置に基づいて前記第1可変機構の制御範囲を所定の制御範囲に設定すると共に、この設定された所定の制御範囲内で、前記第1位置検出手段で検出した作動位置と前記第1制御目標値決定手段によって決定された制御目標値とに基づいて、前記第1可変機構を連続的あるいは段階的にフィードバック制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【0009】
請求項3記載の発明は、機関弁の少なくともリフト特性を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する第1可変機構と、機関弁の少なくとも開閉タイミング特性を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する第2可変機構と、前記第1可変機構の現在の作動位置を検出する第1位置検出手段と、前記第2可変機構の現在の作動位置を検出する第2位置検出手段と、現在の機関運転状態に基づいて前記第2可変機構の制御目標値を決定する第2制御目標値決定手段と、前記第1可変機構が故障した際に、前記第1位置検出手段によって検出された第1可変機構の故障時の位置に基づいて前記第2可変機構の制御範囲を所定の制御範囲に設定すると共に、この設定した所定の制御範囲内で、前記第2位置検出手段によって検出した作動位置と前記第2制御目標値決定手段によって決定された制御目標値とに基づいて、前記第2可変機構を連続的あるいは段階的にフィードバック制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【0010】
請求項4記載の発明は、前記第1可変機構が、外周に駆動カムを有する駆動軸と、支軸に揺動自在に支持されて、揺動することによって機関弁を開閉作動する揺動カムと、一端部が前記駆動カムに回動自在に連係すると共に、他端部が前記揺動カムに回転自在に連係し、揺動中心が制御カムによって可変制御されるロッカアームとを備えたことを特徴としている。
【0011】
請求項5記載の発明は、前記第1可変機構が、外周に駆動カムを有する駆動軸と、一端部が前記駆動カムの外周に回転自在に連係するリンクアームと、一端部がリンクアームの他端部に回転自在に連係しかつ揺動中心が制御カムによって可変制御されるロッカアームと、機関弁を開閉作動する揺動カムと、該揺動カムとロッカアームの他端部とを機械的に回転自在に連係し、前記揺動カムの最大揺動範囲をロッカアームの揺動範囲内に規制する連係部材と、前記制御カムを機関運転状態に応じて制御軸を介して回転制御するアクチュエータとを備えていることを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る可変動弁装置を吸気側に適用した実施形態を示し、シリンダヘッド11に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた1気筒あたり2つの吸気弁12,12を備え、かつ該各吸気弁12,12のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする第1可変機構1と、各吸気弁12,12のバルブタイミングを機関運転状態に応じて可変にする第2可変機構2とを備えている。
【0013】
前記第1可変機構1は、図1〜図3に示すように、シリンダヘッド11上部の軸受14に回転自在に支持された中空状の駆動軸13と、該駆動軸13に圧入などによって固設された偏心回転カムである2つの駆動カム15,15と、駆動軸13に揺動自在に支持されて、各吸気弁12,12の上端部に配設されたバルブリフター16,16の平坦な上面16a,16aに摺接して各吸気弁12,12を開作動させる揺動カム17,17と、駆動カム15と揺動カム17,17との間に連係されて、駆動カム15の回転力を揺動カム17,17の揺動力として伝達する伝達機構18と、該伝達機構18の作動位置を可変制御にする制御機構19とを備えている。
【0014】
前記駆動軸13は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた後述する可変機構2のタイミングスプロケット40に巻装された図外のタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されている。
【0015】
前記軸受14は、図1に示すようにシリンダヘッド11の上端部に設けられて、駆動軸13の上部を支持するメインブラケット14aと、該メインブラケット14aの上端部に設けられて、後述する制御軸32を回転自在に支持するサブブラケット14bとを有し、両ブラケット14a,14bが一対のボルト14c,14cによって上方から共締め固定されている。
【0016】
前記両駆動カム15は、図1〜図3に示すようにほぼリング状を呈し、カム本体15aと、該カム本体15aの外端面に一体に設けられた筒状部15bとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔15cが貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Xが駆動軸13の軸心Yから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この各駆動カム15は、駆動軸13に対し前記両バルブリフター16,16に干渉しない両外側に駆動軸挿通孔15cを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体15a,15aの外周面15d,15dが同一のカムプロフィールに形成されている。
【0017】
前記揺動カム17は、図2に示すようにほぼ横U字形状を呈し、一端部側の円環状の基端部20には駆動軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔20aが貫通形成されていると共に、他端部のカムノーズ部21にピン孔21aが貫通形成されている。また、揺動カム17の下面には、カム面22が形成され、基端部20側の基円面22aと該基円面22aからカムノーズ部21側に円弧状に延びるランプ面22bと該ランプ面22bの先端側に有するリフト面22cとが形成されており、該基円面22aとランプ面22b及びリフト面22cとが、揺動カム17の揺動位置に応じて各バルブリフター16の上面16a所定位置に当接するようになっている。
【0018】
前記伝達機構18は、図2に示すように駆動軸13の上方に配置されたロッカアーム23と、該ロッカアーム23の一端部23aと駆動カム15とを連係するリンクアーム24と、ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17とを連係する連係部材であるリンクロッド25とを備えている。
【0019】
前記各ロッカアーム23は、図3に示すように、平面からみてほぼクランク状に折曲形成され、中央に有する筒状基部23cが後述する制御カム33に回転自在に支持されている。また、各基部23cの各外端部に突設された前記一端部23aには、図2及び図3にも示すように、リンクアーム24と相対回転自在に連結するピン26が挿通されるピン孔23dが貫通形成されている一方、各基部23cの各内端部に夫々突設された前記他端部23bには、各リンクロッド25の一端部25aと相対回転自在に連結するピン27が挿通されるピン孔23eが形成されている。
【0020】
また、前記リンクアーム24は、比較的大径な円環状の基部24aと、該基部24aの外周面所定位置に突設された突出端24bとを備え、基部24aの中央位置には、前記駆動カム15のカム本体15aの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔24cが形成されている一方、突出端24bには、前記ピン26が回転自在に挿通するピン孔24dが貫通形成されている。
【0021】
さらに、前記リンクロッド25は、図2にも示すように所定長さのほぼく字形状に折曲形成され、両端部25a,25bには、図3にも示すようにピン挿通孔25c,25dが形成されており、この各ピン挿通孔25c,25dに、前記ロッカアーム23の他端部23bに有するピン孔23eと揺動カム17のカムノーズ部21に有するピン孔21aにそれぞれ挿通した各ピン27,28の端部が回転自在に挿通している。
【0022】
そして、このリンクロッド25は、前記揺動カム17の最大揺動範囲を前記ロッカアーム23の揺動範囲内に規制するようになっている。
【0023】
尚、各ピン26,27,28の一端部には、リンクアーム24やリンクロッド25の軸方向の移動を規制するスナップリング29,30,31が設けられている。
【0024】
前記制御機構19は、機関前後方向に配設された前記制御軸32と、該制御軸32の外周に固定されてロッカアーム23の揺動支点となる制御カム33と、制御軸32の回転位置を制御する電動アクチュエータである電動モータ34とから構成されている。
【0025】
前記制御軸32は、駆動軸13と並行に設けられて、前述のように軸受14のメインブラケット14a上端部の軸受溝とサブブラケット14bとの間に回転自在に支持されている。一方、前記各制御カム33は、夫々円筒状を呈し、図2に示すように軸心P1位置が制御軸32の軸心P2からα分だけ偏倚している。
【0026】
前記電動モータ34は、駆動シャフト34aの先端部に設けられた第1平歯車35と制御軸32の後端部に設けられた第2平歯車36との噛合いを介して、制御軸32に回転力を伝達するようになっていると共に、機関の運転状態を検出するコントローラ37からの制御信号によって駆動するようになっている。
【0027】
一方、前記第2可変機構2は、図1に示すように前記駆動軸13の先端部側に設けられ、図外のタイミングチェーンによって機関のクランク軸から回転力が伝達されるタイミングスプロケット40と、駆動軸13の先端部にボルト41によって軸方向から固定されたスリーブ42と、タイミングスプロケット40とスリーブ42との間に介装された筒状歯車43と、該筒状歯車43を駆動軸13の前後軸方向へ駆動させる駆動機構である油圧回路44とから構成されている。
【0028】
前記タイミングスプロケット40は、筒状本体40aの後端部にチェーンが巻装されるスプロケット部40bがボルト45により固定されていると共に、筒状本体40aの前端開口がフロントカバー40cによって閉塞されている。また、筒状本体40aの内周面には、はす歯形のインナ歯46が形成されている。
【0029】
前記スリーブ42は、後端側に駆動軸13の先端部が嵌合する嵌合溝が形成されていると共に、前端部の保持溝内にはフロントカバー40cを介してタイミングスプロケット40を前方に付勢するコイルスプリング47が装着されている。また、スリーブ42の外周面には、はす歯形のアウタ歯48が形成されている。
【0030】
前記筒状歯車43は、軸直角方向から2分割されて前後の歯車構成部がピンとスプリングによって互いに接近する方向に付勢されていると共に、内外周面には前記各インナ歯46とアウタ歯48に噛合いするはす歯形の内外歯が形成されており、前後に形成された第1,第2油圧室49,50へ相対的に供給される油圧によって各歯間を摺接しながら前後軸方向へ移動するようになっている。また、この筒状歯車43は、フロントカバー40cに突当った最大前方移動位置で吸気弁12を最遅角位置に制御する一方、最大後方移動位置で最進角位置に制御するようになっている。さらに、第2油圧室50内に弾装されたリターンスプリング51によって第1油圧室49の油圧が供給されない場合に最大前方移動位置に付勢されるようになっている。
【0031】
前記油圧回路44は、図外のオイルパンと連通するオイルポンプ52の下流側に接続されたメインギャラリ53と、該メインギャラリ53の下流側で分岐して前記第1,第2油圧室49,50に接続された第1,第2油圧通路54,55と、前記分岐位置に設けられたソレノイド型の流路切換弁56と、該流路切換弁56に接続されたドレン通路57とから構成されている。
【0032】
前記流路切換弁56は、前記第1可変機構1の電動モータ34を駆動制御する同じコントローラ37からの制御信号によって切換駆動されるようになっている。
【0033】
前記コントローラ37は、クランク角センサからの機関回転数信号、エアフローメータからの吸気流量信号(負荷)及び機関油温センサなどの各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出すると共に、制御軸32の現在の回転位置を検出する第1位置検出センサ58や駆動軸13とタイミングスプロケット40との相対回動位置を検出する第2位置検出センサ59からの検出信号に基づいて、前記電動モータ34及び流路切換弁56に制御信号を出力していると共に、いずれか一方の可変機構1、2が故障してロックしてしまった場合に、該一方の可変機構のロック位置に応じて他方の可変機構を所定範囲内で連続的に可変制御する制御手段である制御回路を備えている。
【0034】
すなわち、コントローラ37が、機関回転数、負荷、油温、機関始動後の経過時間などの情報信号から吸気弁12の目標リフト特性、つまり制御軸32の目標回転位置を決定して、この指令信号に基づき電動モータ34を回転させることにより制御軸32を介して制御カム33を所定回転角度位置まで回転制御する。また、第1位置検出センサ58により、制御軸32の実際の回転位置をモニターし、フィードバック制御により制御軸32を目標位相に回転させるようになっている。
【0035】
具体的には、機関始動初期のクランキング時及びアイドリング時には、コントローラ37からの制御信号によって電動モータ34を介して制御軸32が一方向へ回転制御されて、図4に示すように制御カム33の軸心P1が制御軸32の軸心P2から図示のように左上方の回動位置に保持され、厚肉部33aが駆動軸13から上方向へ離間回動する。これにより、ロッカアーム23は、全体が駆動軸13に対して上方向へ移動し、このため各揺動カム17はリンクロッド25を介して強制的に引き上げられて反時計方向へ回動する。したがって、駆動カム15が回転してリンクアーム24を介してロッカアーム23の一端部23aを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド25を介して揺動カム17及びバルブリフター16に伝達されるが、そのリフト量Lは、図4及び図7に示すように小さくなる。このため、ガス流動が強化されて燃焼が改善されて、燃費の向上と機関回転の安定化が図れる。
【0036】
特に、クランキング時には、バルブリフト量を図7に示すように零または零に近い極小リフト(Lmin)になるように設定されているため、後述するように機関回転の立ち上がりが良好になる。
【0037】
一方、高回転高負荷域では、コントローラ37からの制御信号によって電動モータ34により制御軸32が今度は他方向に回転して制御カム33を図2,図6に示す位置に回転させて厚肉部33aを下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム23は、全体が駆動軸13方向(下方向)へ移動して他端部23bが揺動カム17をリンクアーム25を介して下方向へ押圧して揺動カム17全体を所定量だけ図示の位置(時計方向)に回動させる。したがって、駆動カム15が回転してリンクアーム24を介してロッカアーム23の一端部23aを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド25を介して揺動カム17及びバルブリフター16に伝達されるが、そのリフト量Lは図6に示すように最も大きくなる(Lmax)。そして、その最小リフト(Lmin)から最大(Lmax)までのリフト量変化は、制御カム33の回動位置により図7に示すような特性(L1〜L6)となる。なお、図7におけるLminは零に近い極小リフトとなっているが、制御軸を前記一方にさらに回転させれば零とすることも可能である。
【0038】
一方流路切換弁56側は、前述と同じく各センサからの情報信号から吸気弁12の目標進角量を決定して、この指令信号に基づき流路切換弁56により、第1油圧通路54とメインギャラリ53とを所定時間連通させると共に、第2油圧通路55とドレン通路57とを所定時間連通させる。これによって、筒状歯車43を介してタイミングスプロケット40と駆動軸13との相対回動位置を変換して進角側に制御する。また、この場合も第2位置検出センサ59により予め駆動軸13の実際の相対回動位置をモニターして、フィードバック制御により駆動軸を目標相対回動位置すなわち目標進角量に回転させるようになっている。
【0039】
具体的には、機関始動時から所定時間つまり油温が所定温度Toに達するまでは、流路切換弁56により第2油圧室50のみに油圧が供給されて第1油圧室49には油圧が供給されない。したがって、図1に示すように筒状歯車43は、リターンスプリング51のばね力で、最大前方位置に保持されて、駆動軸13が最大遅角の回転位置に保持されている。その後、油温が所定温度Toを越えると、運転条件に応じて、コントローラ37からの制御信号により流路切換弁56を駆動させて第1油圧通路54とメインギャラリ53を連通させて、第2油圧通路55とドレン通路57を連通させる時間が連続的に変化する。これにより、筒状歯車43は、最前方位置から最後方位置までを移動し、したがって、吸気弁12の開閉タイミングは、図7に示すように実線の最遅角状態から、破線の最進角まで連続的に可変制御される。
【0040】
尚、前記吸気弁12は、第1可変機構1により最大リフトに制御されかつ第2可変機構2により最大遅角位置に制御された状態において、シリンダ内のピストンや対向する排気弁と干渉しないような配置構成に設定されている。
【0041】
以下、コントローラ37による第1可変機構1と第2可変機構2との具体的な駆動制御を図8及び図9に示すフローチャートにもとづいて説明する。
【0042】
すなわち、まず、始動後の油温との関係では、図8示すように、セクションS1では、タイマーにより機関始動後から所定時間toを越えたか否かを判断して、越えた場合はセクションS2で油温センサによる情報に基づき現在の油温が所定温度Toを越えたか否かを判別し、越えた場合はセクションS3で第1,第2の両方の可変機構1,2を駆動させるが、セクションS1及びセクションS2で所定時間toを越えず、または油温が所定油温To以下であればセクションS4で第1可変機構1のみを駆動させて第2可変機構2を駆動させない制御を行う。
【0043】
したがって、低温始動時は第1可変機構1によるバルブリフト制御のみが行われ、第2可変機構2によるバルブタイミング制御が行われず、吸気弁12は前述した最遅角側に保持される。よって、この運転域での油圧駆動源に起因する可変作動不良といった問題が生じないと共に、バルブリフト制御による始動性の向上など機関性能の向上が図れる。また、油温上昇後は第2可変機構2も駆動するので、機関性能の大幅な向上が図れる。
【0044】
次に、前述した第1可変機構1の制御を図9に基づいて説明すれば、まず、セクションS11で、イグニッションスイッチをONすると、その直後にセクションS12において第1可変機構1を最小リフト(零に近い極小リフト)に制御する。続いて、セクションS13でスタータースイッチをONしクランキングが開始した後にセクションS14にて第1可変機構1により、機関回転数(クランキング回転数)の上昇に伴い、リフトを図7に示す実線L3まで増加する制御を行う。
【0045】
続いて、セクションS15では、油温センサにより現在の油温が所定温度(T1)よりも高いか否かを判別し、高い場合はセクションS16において、機関運転状態に応じた第1可変機構1によるリフト可変制御を行う。しかし、油温がT1以下の場合は、セクションS17において、第1可変機構1によるリフト制御を前記L3に固定状態とする。
【0046】
このように、クランキングを開始した始動初期の時点では、セクションS12で最小リフトに制御されているため、動弁系のフリクションが小さくなっているので、機関回転を速やかに立ち上げることができる。
【0047】
また、セクションS14でのリフト増加制御により、混合気のガス交換効率が向上して、機関トルクが速やかに立ち上がって、前記機関回転の速やかな立ち上がりと相俟って始動性を大幅に改善できる。
【0048】
さらに、油温がT1以下である場合は、セクションS17においてリフトをL3の低いリフトに固定するため、吸気弁12からの混合気流の速度を増加させて気筒内の強いガス流動を発生させることにより、冷機始動時の燃焼の改善が図れ、燃費性能と排気エミッション性能を向上できる。
【0049】
また、この実施形態における第1可変機構1は、前述したような図7に示すバルブリフト可変特性を示すが、最大バルブリフトとなる駆動軸13の位相(バルブリフト位相)について考察すると、Lmaxからリフトを低下させていくと少しづつ進角し、さらにLminに向かってリフトを低下させていくと、今度は途中から逆に遅角していくといった特異な変化特性を示す。これは、最大バルブリフト時においては、図6に示すように、駆動カム15の駆動偏心円の動径R1と、駆動カム15の軸心Xとリンクアーム24の突起部24bの枢支点Zとを結ぶ線R2が一直線になった瞬間であり、このとき、R1の方向はシリンダヘッド11の鉛直方向線Qに対して角度θだけ手前側、つまり進角側にある。
【0050】
次に、制御軸32が図中時計方向に回動していった場合において、駆動カム15の動径R1とリンクアーム24が一直線になった場合を考察する。すなわち、このとき角度θは、制御軸32の時計方向の回動とともに、次第に増加してロッカアーム23の動径R3と制御カム33の動径eが一直線になったとき(図5参照)に最大となり、制御軸32がさらに図4に示すように時計方向に回動すると、逆に減少していく(図7参照)。このため、バルブリフト位相は、前述したように特異な変化特性を示すようになるのである。
【0051】
次に、前記コントローラ37は、第1,第2可変機構1,2の両方を可変制御させる運転域において、第1可変機構1あるいは第2可変機構2が故障した場合に、前記制御回路によって図10及び図11に示すような制御を行う。
【0052】
まず、図11に示す制御では、セクションS31で各センサからの情報信号を読み込み、セクションS32で、第1位置検出センサ58から制御軸32の実際の回転位置(リフト量と対応)を読み込み、次にセクションS33では前記実回転位置と目標回転位置とを比較して第1可変機構1が故障しているか否かを判別する。ここで故障している、と判別すると、セクションS34において第2可変機構2の制御位置を吸気弁12とピストン及び吸気弁12と排気弁がそれぞれ干渉しない制御範囲(進角量)を演算し、さらにセクションS35で第2可変機構2を前記所定の制御範囲内で連続制御を行う。
【0053】
つまり、第1可変機構1が最大リフト(Lmax)制御中に故障した場合は、両機関弁などの干渉を回避するために、第2可変機構2を最遅角付近で連続制御する。また小リフト(Lmin〜L1)域で故障した場合は、第2可変機構2を、最遅角から最進角まで広範囲に連続制御する。これにより性能悪化を抑制できる。さらに、中リフトL3域で故障した場合は、最遅角から中間位相の範囲で連続制御する。
【0054】
したがって、各機関弁やピストンの干渉を回避できる範囲で、第2可変機構2を連続制御したため、機関性能の低下を防止できる。
【0055】
次に図10に示す制御では、セクションS21で各センサからの情報信号を読み込んだ後、セクションS22で第2位置検出センサ59から駆動軸13の実際の相対回動位置(進角量と対応)を読み込み、次にセクションS23で実相対回動位置と、目標相対回動位置とを比較して、第2可変機構2が故障しているか否かを判断する。
【0056】
ここで、故障と判断した場合は、セクションS24において、第1可変機構1の制御位置を吸気弁12とピストン及び排気弁がそれぞれ干渉しない制御範囲(リフト量)を演算し、さらにセクションS25で第1可変機構1を所定の制御範囲内で連続制御を行う。
【0057】
つまり、第2可変機構2が最進角制御中に故障した場合は、干渉を回避するため、第1可変機構1を図7に示す小リフト域(Lmin〜L1)で連続的に制御する。最遅角側で故障した場合は、干渉の問題がないから最小から最大リフトの全領域で連続制御する。さらに、中間位相で故障した場合は、最小リフトから中リフトL3の範囲で連続制御する。
【0058】
このように、第2可変機構2が故障した場合も吸気弁12とピストンなどの干渉を回避し得る範囲内で第1可変機構1を連続制御できるため、機関性能の低下を可及的に抑制できる。また、多段階に連続的に制御することによっても、同様の効果が得られる。この場合、制御が簡素化される。
【0059】
また、本実施形態では、揺動カム17がロッカアーム23に対してリンクロッド25によって連係されているため、揺動カム17の最大揺動範囲を、リンクロッド25によりロッカアーム23の揺動範囲内に規制できる。したがって、たとえ高回転域でも、揺動カム17の過度な揺動やジャンプなどのいわゆる踊り現象が確実に防止できる。このため、揺動カム17とロッカアーム23との離接による衝突が回避されて、打音の発生が防止されると共に、バルブリフトの制御精度の低下が防止され、特に高回転域における機関性能の安定化が図れる。
【0060】
また、本実施形態では、前述したようにバルブリフト位相がリフト変化とともに特異な変化をするが、第1可変機構1と、駆動軸13の回転位相を変化させる第2の可変機構2とを組み合わせることによってこの特異な変化を矯正することが可能になる。すなわち、例えば、機関運転状態が高回転あるいは高負荷域で第1可変機構1により大バルブリフトに制御し、第2可変機構2によってバルブリフト位相が上死点に近付くように制御すれば、バルブオーバーラップが大きくなり、排気脈動の負圧波を大きなバルブオーバーラップ期間と同期させることで、気筒内の残留ガスを掃気することができるので、新気の吸入効率を高め、出力を大きく向上させることが可能になるのである。
【0061】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば排気側に適用することも可能であり、始動初期に第1可変機構1を零または極小リフト制御することにより、吸気弁12側の場合と同様に動弁フリクションを小さくでき、機関回転数のスムーズな立ち上がり特性が得られ、さらに機関回転数の増加に伴いリフト量を増加させるように可変制御することによってガス交換効率が向上し、もって良好な始動性が得られるなど、吸気側と同様の作用効果が得られる。
【0062】
また、排気側に適用した場合も前記吸気側と同じく、いずれか一方の可変機構が故障した場合に他方の可変機構を可及的に制御できるため、メカニカルな不都合を回避しつつ機関性能の低下を防止できることは勿論である。
【0063】
また、本発明は、各可変機構の駆動源が油圧、電動に拘わらずいかなる駆動源であってもよく、また、両方の可変機構を同じ電動あるいは油圧によって駆動するものに適用することが可能である。
【0064】
【発明の効果】
請求項1〜3記載の発明によれば、第1可変機構と第2可変機構とによって機関運転状態に応じて該機関性能を大幅に向上させることができることは勿論のこと、第1可変機構あるいは第2可変機構のいずれか一方が故障した場合は、制御手段によって一方の可変機構の故障時の位置に応じて、他方の可変機構を、機関弁とピストンとの干渉及び吸気,排気弁との間の干渉を回避し得る所定範囲内において可及的かつ連続あるいは段階的に制御することができるため、メカニカルな不具合を回避しつつ機関性能の低下を防止できる。
【0065】
請求項4記載の発明によれば、制御カムを回動することによってバルブリフト量を連続的に可変制御できると共に、該バルブリフト量の変化幅を大きくすることができるため、各可変機構の故障が発生していない場合は勿論のこと故障したとしても機関性能十分に発揮することが可能になる。
【0066】
しかも、制御カムを用いることに起因して、バルブリフト位相がリフト変化とともに特異な変化を示すが、駆動軸の位相を変化させる第2可変機構を組み合わせることによって、前記特異な変化を矯正することが可能になり、この結果、各可変機構が故障していない場合における機関性能を十分に発揮させることができる。
【0067】
請求項5記載の発明によれば、連係部材によって、揺動カムの最大揺動範囲をロッカアームの揺動範囲内に規制することができるため、たとえ高回転域でも、揺動カムの過度な揺動やジャンプなどの踊り現象を確実に防止できる。このため、揺動カムとロッカアームとの離接による衝突が回避されて打音の発生が防止できると共に、バルブリフトの制御精度の低下が防止され、特に高回転域における機関性能の安定化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す断面図
【図2】図1のA−A線断面図
【図3】第1可変機構の平面図
【図4】第1可変機構の最小リフト制御の作用説明図
【図5】第1可変機構の最大から最小リフトへ制御する過程を示す作用説明図
【図6】第1可変機構の最大リフト制御の作用説明図
【図7】本実施形態のバルブリフト及びバルブタイミングの特性図
【図8】本実施形態のコントローラーによる制御フローチャート図
【図9】本実施形態のコントローラーによる制御フローチャート図
【図10】本実施形態のコントローラーによる制御フローチャート図
【図11】本実施形態のコントローラーによる制御フローチャート図
【符号の説明】
1…第1可変機構
2…第2可変機構
12…吸気弁
13…駆動軸
17…揺動カム
19…制御機構
23…ロッカアーム
24…リンクアーム
25…リンクロッド(連係部材)
34…電動モータ
37…コントローラ
58…第1位置検出センサ
59…第2位置検出センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, and in particular, a variable valve operating system including a first variable mechanism that controls lift characteristics of an engine valve that is an intake valve or an exhaust valve, and a second variable mechanism that controls valve timing. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
As is well known, for example, a variable lift mechanism that makes the valve lift characteristic of the intake valve variable and a variable valve timing mechanism that makes the valve timing characteristic variable improve the degree of freedom of the valve lift characteristic and improve engine operating performance. Various variable valve actuating devices have been conventionally provided that greatly increase (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-177434, etc.).
[0003]
In other words, this variable valve operating device selectively switches the low-speed cam and high-speed cam provided on the camshaft according to the engine operating state, and variably controls the cam lift of the intake valve or exhaust valve that is the engine valve. And a valve timing control mechanism that variably controls the opening / closing timing of the engine valve by converting the relative rotation phase of the camshaft and the crankshaft according to the engine operating state.
[0004]
Further, for example, when the valve timing control mechanism fails, this device forcibly switches to the low speed cam side by the valve lift control mechanism, or when the valve lift control mechanism fails, the valve timing control mechanism Controls the opening and closing timing of the engine valve by moving the valve lift operating center away from the top dead center Who A control mechanism for avoiding interference between the intake valve and the exhaust valve is provided by performing control in each direction.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional variable valve device, when each control mechanism fails as described above, although mechanical inconvenience such as avoiding interference between the intake valve and the exhaust valve can be avoided, Consideration about engine performance at the time of such a failure was insufficient.
[0006]
In other words, when one of the control mechanisms fails, the valve lift control mechanism uniformly switches to the low speed cam, or the valve lift control mechanism moves the valve lift operation center uniformly away from the top dead center. Because of the control, the so-called valve overlap between the intake valve and the exhaust valve is necessarily reduced. Therefore, in the engine high-speed operation region, the output of the engine is greatly reduced, and it becomes difficult to sufficiently exhibit the engine performance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in view of the actual situation of the conventional variable valve gear, and the invention according to
[0008]
According to this invention, for example, when the first variable mechanism fails in a predetermined operating region of the engine, the position detection means detects the position at the time of failure and outputs the information signal to the control means. As a result, the control means does not simply select and control the fixed low-speed cam by the first variable mechanism as in the prior art, but between the mechanical engine valves according to the position at the time of failure of the first variable mechanism. The second variable mechanism is controlled as much as possible within a predetermined range in which interference or the like can be avoided. Therefore, the engine performance can be exhibited as much as possible according to the engine operating state.
According to the second aspect of the present invention, at least the lift characteristic of the engine valve is determined according to the engine operating state. Continuous A first variable mechanism that is variably controlled, and at least an opening / closing timing characteristic of the engine valve according to an engine operating state Continuously A second variable mechanism for variably controlling; a first position detecting means for detecting a current operating position of the first variable mechanism; a second position detecting means for detecting a current operating position of the second variable mechanism; First control target value determining means for determining the control target value of the first variable mechanism based on the engine operating state, and the second position detecting means detected by the second position detecting means when the second variable mechanism fails. (2) The control range of the first variable mechanism is set to a predetermined control range based on the position at the time of failure of the variable mechanism, and the operation detected by the first position detection means within the set predetermined control range Control means for performing feedback control of the first variable mechanism continuously or stepwise based on the position and the control target value determined by the first control target value determining means is provided.
[0009]
According to the third aspect of the present invention, at least the lift characteristic of the engine valve is set according to the engine operating state. Continuously The first variable mechanism to be variably controlled and at least the opening / closing timing characteristics of the engine valve according to the engine operating state Continuously A second variable mechanism for variably controlling; a first position detecting means for detecting a current operating position of the first variable mechanism; a second position detecting means for detecting a current operating position of the second variable mechanism; Second control target value determining means for determining a control target value of the second variable mechanism based on the engine operating state, and a first detected by the first position detecting means when the first variable mechanism fails. The control range of the second variable mechanism is set to a predetermined control range based on the position at the time of failure of the one variable mechanism, and the operating position detected by the second position detection means within the set predetermined control range. And control means for performing feedback control of the second variable mechanism continuously or stepwise based on the control target value determined by the second control target value determining means.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, the first variable mechanism has a drive shaft having a drive cam on the outer periphery, and a swing cam that is swingably supported by the support shaft and swings to open and close the engine valve. And a rocker arm whose one end is rotatably linked to the drive cam, the other end is rotatably linked to the swing cam, and the swing center is variably controlled by the control cam. It is a feature.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, the first variable mechanism includes a drive shaft having a drive cam on the outer periphery, a link arm whose one end portion is rotatably linked to the outer periphery of the drive cam, and one end portion other than the link arm. A rocker arm that is rotatably linked to the end and whose swing center is variably controlled by a control cam, a swing cam that opens and closes an engine valve, and the swing cam and the other end of the rocker arm are mechanically rotated. A linkage member that freely links and regulates the maximum swing range of the swing cam within the swing range of the rocker arm, and an actuator that controls the rotation of the control cam via a control shaft according to the engine operating state. It is characterized by having.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment in which a variable valve device according to the present invention is applied to the intake side, and two
[0013]
As shown in FIGS. 1 to 3, the
[0014]
The
[0015]
As shown in FIG. 1, the
[0016]
The
[0017]
As shown in FIG. 2, the
[0018]
As shown in FIG. 2, the
[0019]
As shown in FIG. 3, each of the
[0020]
The
[0021]
Further, as shown in FIG. 2, the
[0022]
The
[0023]
In addition, snap rings 29, 30, and 31 for restricting the axial movement of the
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
On the other hand, the second
[0028]
In the
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The hydraulic circuit 44 includes a
[0032]
The flow
[0033]
The
[0034]
That is, the
[0035]
Specifically, at the time of cranking and idling at the initial stage of engine start, the
[0036]
In particular, at the time of cranking, the valve lift amount is set to zero or a minimum lift (Lmin) close to zero as shown in FIG. 7, so that the engine rotation rises well as will be described later.
[0037]
On the other hand, in the high rotation and high load range, the
[0038]
On the other hand, the flow
[0039]
Specifically, the hydraulic pressure is supplied only to the second
[0040]
It should be noted that the
[0041]
Hereinafter, specific drive control of the first
[0042]
That is, first, in relation to the oil temperature after starting, as shown in FIG. 8, in section S1, it is determined by a timer whether or not a predetermined time to has been exceeded after engine starting. Based on the information from the oil temperature sensor, it is determined whether or not the current oil temperature exceeds the predetermined temperature To, and if it exceeds, both the first and second
[0043]
Therefore, at the time of cold start, only the valve lift control by the first
[0044]
Next, the control of the first
[0045]
Subsequently, in section S15, it is determined whether or not the current oil temperature is higher than a predetermined temperature (T1) by an oil temperature sensor. If higher, in section S16, the first
[0046]
In this way, at the initial start time when cranking is started, since the lift is controlled to the minimum lift in section S12, the friction of the valve operating system is reduced, so that the engine rotation can be quickly started.
[0047]
Further, by the lift increase control in section S14, the gas exchange efficiency of the air-fuel mixture is improved, the engine torque rises quickly, and the startability can be greatly improved in combination with the rapid rise of the engine rotation.
[0048]
Further, when the oil temperature is equal to or lower than T1, in order to fix the lift to a lift having a low L3 in section S17, the speed of the mixed airflow from the
[0049]
In addition, the first
[0050]
Next, consider the case where the moving radius R1 of the
[0051]
Next, when the first
[0052]
First, FIG. 1 In section S31, the information signal from each sensor is read in section S31. In section S32, the actual rotational position (corresponding to the lift amount) of the
[0053]
That is, when the first
[0054]
Therefore, since the second
[0055]
Next, FIG. 0 In section S21, the information signal from each sensor is read in section S21, and then the actual relative rotational position (corresponding to the advance amount) of the
[0056]
Here, when it is determined that there is a failure, in section S24, a control range (lift amount) in which the
[0057]
In other words, when the second
[0058]
As described above, even when the second
[0059]
In this embodiment, since the
[0060]
In the present embodiment, as described above, the valve lift phase changes peculiarly with the lift change, but the first
[0061]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to, for example, the exhaust side. By controlling the first
[0062]
Also, when applied to the exhaust side, as with the intake side, if one of the variable mechanisms breaks down, the other variable mechanism can be controlled as much as possible, thus reducing engine performance while avoiding mechanical inconveniences. Of course, this can be prevented.
[0063]
Further, the present invention may be applied to any drive source for each variable mechanism regardless of whether it is hydraulic or electric, and both variable mechanisms are driven by the same electric or hydraulic pressure. is there.
[0064]
【The invention's effect】
According to the first to third aspects of the invention, the first variable mechanism and the second variable mechanism can significantly improve the engine performance in accordance with the engine operating state. If either one of the second variable mechanisms fails, the other variable mechanism is connected to the interference between the engine valve and the piston and the intake and exhaust valves according to the position at the time of the failure of one variable mechanism by the control means. Since the control can be performed continuously or stepwise as much as possible within a predetermined range in which the interference can be avoided, it is possible to prevent the engine performance from deteriorating while avoiding the mechanical trouble.
[0065]
According to the fourth aspect of the present invention, the valve lift amount can be continuously variably controlled by rotating the control cam, and the variation range of the valve lift amount can be increased. If the engine does not occur, the engine performance can be sufficiently exerted even if a failure occurs.
[0066]
Moreover, due to the use of the control cam, the valve lift phase shows a singular change along with the lift change, but the singular change is corrected by combining a second variable mechanism that changes the phase of the drive shaft. As a result, the engine performance can be sufficiently exhibited when each variable mechanism is not broken down.
[0067]
According to the fifth aspect of the present invention, since the maximum swinging range of the swing cam can be regulated within the swing range of the rocker arm by the linkage member, excessive swinging of the swing cam is possible even in the high rotation range. Dance phenomena such as movement and jumping can be reliably prevented. For this reason, collision due to separation / contact between the swing cam and the rocker arm can be avoided to prevent the generation of a hitting sound, and the control accuracy of the valve lift can be prevented from being lowered, and the engine performance can be stabilized particularly in a high rotation range. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a plan view of the first variable mechanism.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the minimum lift control of the first variable mechanism.
FIG. 5 is an operation explanatory view showing a process of controlling the first variable mechanism from the maximum to the minimum lift.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the maximum lift control of the first variable mechanism.
FIG. 7 is a characteristic diagram of valve lift and valve timing of the present embodiment.
FIG. 8 is a flowchart of control by the controller of the present embodiment.
FIG. 9 is a flowchart of control by the controller of the present embodiment.
FIG. 10 is a flowchart of control by the controller of the present embodiment.
FIG. 11 is a flowchart of control by the controller of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... 1st variable mechanism
2 ... Second variable mechanism
12 ... Intake valve
13 ... Drive shaft
17 ... Oscillating cam
19 ... Control mechanism
23 ... Rocker arm
24 ... Link arm
25 ... Link rod (linkage member)
34 ... Electric motor
37 ... Controller
58... First position detection sensor
59 ... Second position detection sensor
Claims (5)
機関弁の少なくとも開閉タイミング特性を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する第2可変機構と、
前記第1可変機構あるいは第2可変機構の現在の作動位置を検出する位置検出手段と、
現在の機関運転状態に基づいて前記第1可変機構あるいは第2可変機構の制御目標値を決定する制御目標値決定手段と、
前記第1可変機構あるいは第2可変機構のいずれか一方が故障した際に、前記位置検出手段によって検出された一方の可変機構の故障時の位置に基づいて他方の可変機構の制御範囲を所定の範囲に設定すると共に、この設定された所定の制御範囲内で前記検出手段によって検出した前記他方の可変機構の作動位置と前記制御目標値決定手段によって決定された制御目標値とに基づいて、前記他方の可変機構を連続的あるいは段階的にフィードバック制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。A first variable mechanism that continuously and variably controls at least a lift characteristic of the engine valve according to an engine operating state;
A second variable mechanism that continuously variably controls at least the opening / closing timing characteristics of the engine valve according to the engine operating state;
Position detecting means for detecting a current operating position of the first variable mechanism or the second variable mechanism;
Control target value determining means for determining a control target value of the first variable mechanism or the second variable mechanism based on a current engine operating state;
When one of the first variable mechanism and the second variable mechanism fails, the control range of the other variable mechanism is set to a predetermined range based on the position of the one variable mechanism detected by the position detecting means. And the control target value determined by the control target value determining means based on the operating position of the other variable mechanism detected by the detecting means within the set predetermined control range, Control means for feedback-controlling the other variable mechanism continuously or stepwise;
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, comprising:
機関弁の少なくとも開閉タイミング特性を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する第2可変機構と、
前記第1可変機構の現在の作動位置を検出する第1位置検出手段と、
前記第2可変機構の現在の作動位置を検出する第2位置検出手段と、
現在の機関運転状態に基づいて前記第1可変機構の制御目標値を決定する第1制御目標値決定手段と、
前記第2可変機構が故障した際に、前記第2位置検出手段によって検出された第2可変機構の故障時の位置に基づいて前記第1可変機構の制御範囲を所定の制御範囲に設定すると共に、この設定された所定の制御範囲内で、前記第1位置検出手段で検出した作動位置と前記第1制御目標値決定手段によって決定された制御目標値とに基づいて、前記第1可変機構を連続的あるいは段階的にフィードバック制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。A first variable mechanism that continuously and variably controls at least a lift characteristic of the engine valve according to an engine operating state;
A second variable mechanism that continuously variably controls at least the opening / closing timing characteristics of the engine valve according to the engine operating state;
First position detecting means for detecting a current operating position of the first variable mechanism;
Second position detecting means for detecting a current operating position of the second variable mechanism;
First control target value determining means for determining a control target value of the first variable mechanism based on a current engine operating state;
When the second variable mechanism fails, the control range of the first variable mechanism is set to a predetermined control range based on the position of the second variable mechanism detected by the second position detecting unit when the second variable mechanism fails. Based on the operation position detected by the first position detection means and the control target value determined by the first control target value determination means within the set predetermined control range, the first variable mechanism is Control means for feedback control continuously or stepwise;
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, comprising:
機関弁の少なくとも開閉タイミング特性を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する第2可変機構と、
前記第1可変機構の現在の作動位置を検出する第1位置検出手段と、
前記第2可変機構の現在の作動位置を検出する第2位置検出手段と、
現在の機関運転状態に基づいて前記第2可変機構の制御目標値を決定する第2制御目標値決定手段と、
前記第1可変機構が故障した際に、前記第1位置検出手段によって検出された第1可変機構の故障時の位置に基づいて、前記第2可変機構の制御範囲を所定の制御範囲に設定すると共に、この設定した所定の制御範囲内で、前記第2位置検出手段によって検出した作動位置と前記第2制御目標値決定手段によって決定された制御目標値に基づいて、前記第2可変機構を連続的あるいは段階的にフィードバック制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。A first variable mechanism that continuously and variably controls at least a lift characteristic of the engine valve according to an engine operating state;
A second variable mechanism that continuously variably controls at least the opening / closing timing characteristics of the engine valve according to the engine operating state;
First position detecting means for detecting a current operating position of the first variable mechanism;
Second position detecting means for detecting a current operating position of the second variable mechanism;
Second control target value determining means for determining a control target value of the second variable mechanism based on a current engine operating state;
When the first variable mechanism fails, the control range of the second variable mechanism is set to a predetermined control range based on the position of the first variable mechanism detected by the first position detecting unit when the first variable mechanism fails. At the same time, within the set predetermined control range, the second variable mechanism is continuously operated based on the operation position detected by the second position detection means and the control target value determined by the second control target value determination means. Control means for feedback control in a stepwise or stepwise manner,
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, comprising:
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