JP4131171B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の可変動弁装置として、作動位置に応じて吸気弁あるいは排気弁の作動特性（開閉時期）を変化させる部材（ベーン）と、該部材により仕切られて該部材の両側に設けられ圧力差により該部材を駆動する第１及び第２油圧室（内部圧力により該部材を遅角方向及び進角方向にそれぞれ駆動する遅角室及び進角室）と、これら第１及び第２油圧室（遅角室及び進角室）と油圧供給通路及びドレン通路との接続状態を制御する流路切換弁とを備えて、吸気弁あるいは排気弁の作動特性（開閉時期）を可変制御するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４５８７０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気弁あるいは排気弁の作動特性（開閉時期）の変更が不要で、基準状態（最遅角位置）に保持する場合、流路切換弁を非通電状態（デューティ０％）とすることで、第１油圧室（遅角室）に油圧を供給し、第２油圧室（進角室）から油圧をドレンさせている。
【０００５】
このとき、第１油圧室（遅角室）と第２油圧室（進角室）との間の圧力差が最大となるため、第１油圧室（遅角室）に供給された油は、ハウジング・ベーン間のクリアランス等を経て第２油圧室（進角室）側に洩れ、流路切換弁により開放されているドレン通路により、シリンダヘッド内部へドレンされる。そして、このときは、洩れた油を拘束するものが無いため、洩れ量が極めて大きくなり、エンジン高回転時には更に大きなものとなる。
【０００６】
従って、かかる油洩れにより、更に余計に油を供給しなければならず、オイルポンプの大型化を招いたり、他の摺動部への給油量不足を招くという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、第１の所定回転数（Ｎｅ７）以上の高回転領域にて、流路切換弁により、遅角室と油圧供給通路とを接続し、進角室とドレン通路とを接続して、吸気弁あるいは排気弁の開閉時期を最遅角位置に制御し、前記高回転領域のうち、前記第１の所定回転数（Ｎｅ７）より高い第２の所定回転数（Ｎｅ８）以上の高回転領域にて、吸気弁あるいは排気弁の開閉時期の変化が機関の燃焼状態に影響を及ぼさない程度に、ドレン通路の通路面積を縮小させるようにする。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、第１油圧室から第２油圧室へ油が洩れたとしても、洩れた油がそのままドレンされないので、油の余計な供給という余計な仕事をせずに済み、潤滑性能の向上、ポンプ容量の低減を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（エンジン）の可変動弁装置のシステム図、図２は作動状態別の要部の断面図である。
【００１１】
この可変動弁装置は、カム軸駆動用スプロケット１とカム軸２との間で位相を変化させることにより、吸気弁の開閉時期を変化させるものである。このため、ハウジング３と、このハウジング３内で相対的に回動可能な３〜４枚羽根のベーン４とを備え、ハウジング３の端面にカム軸駆動用スプロケット１がボルト５により取付けられ、ベーン４の端面にカム軸２の端部が連結ピン６により連結されている。
【００１２】
従って、ハウジング３に対するベーン４の相対的な回動位置により、カム軸駆動用スプロケット１（クランク軸）に対するカム軸２の位相を変化させることができ、これにより吸気弁の開閉時期を変化させることができる。図２（Ａ）の状態を基準状態として、吸気弁開閉時期（開時期及び閉時期）の最遅角位置とすると、図２（Ｂ）の状態は変更量最大状態で、吸気弁開閉時期が最進角位置に変更される。
【００１３】
ここで、ハウジング３におけるベーン４の各羽根の移動空間には、各羽根を挟んで、ベーン４に対し吸気弁開閉時期を基準状態（最遅角位置）に戻す方向に油圧を作用させる第１油圧室（以下遅角室という）７と、ベーン４に対し吸気弁開閉時期を進角側に変更する方向に油圧を作用させる第２油圧室（以下進角室という）８が設けられている。
【００１４】
遅角室７には、油通路９が接続され、この油通路９は、ベーン４の円筒部、その内部に相対回転可能に配置される支持体１１などを経て、流路切換弁１２の１つのポート（遅角室ポート）ａに接続されている。
【００１５】
進角室８には、油通路１０が接続され、この油通路１０は、ベーン４の円筒部、その内部に相対回転可能に配置される支持体１１などを経て、流路切換弁１２の１つのポート（進角室ポート）ｂに接続されている。
【００１６】
図３は作動状態別の流路切換弁１２の断面図であり、（Ａ）は基準状態（最遅角位置）に制御する非通電状態（デューティ０％）の時、（Ｂ）は変更量最大状態（最進角位置）に制御する最大通電状態（デューティ１００％）の時である。
【００１７】
流路切換弁１２は、その弁ハウジング１３に、遅角室７（遅角室側油通路９）と連通する遅角室ポートａ、進角室８（進角室側油通路１０）と連通する進角室ポートｂの他、油圧供給通路（オイルポンプ吐出側）と連なる油圧ポートｃと、ドレン通路と連なる２つのドレンポートｄ、ｅとを備えており、軸方向に、ドレンポートｄ、遅角室ポートａ、油圧ポートｃ、進角室ポートｂ、ドレンポートｅの順で配置されている。
【００１８】
そして、ハウジング１３内のスプール弁軸１４には、３つの弁体ｖ１〜ｖ３が形成され、これらにより各ポートａ〜ｅの開閉を行う。
そして、スプール弁軸１４は、リターンスプリング１５により付勢される一方、その付勢力に抗して、ソレノイド１６により軸方向に駆動されるようになっており、ソレノイド１６への通電をデューティ制御することにより、スプール弁軸１４の軸方向位置を制御可能である。
【００１９】
ここで、ソレノイドを非通電状態（デューティ０％）とすることにより、図３（Ａ）に示すように、リターンスプリング１５によりスプール弁軸１４が図で最右方へ移動して、油圧ポートｃと遅角室ポートａとを連通させると共に、進角室ポートｂとドレンポートｅとを連通させる。これにより、図２（Ａ）に示すように、遅角室７に油圧を供給し、進角室８から油圧をドレンさせるので、吸気弁開閉時期は基準状態（最遅角位置）となる。
【００２０】
これに対し、ソレノイド１６へのデューティを増大させて、デューティを最大（例えば１００％）とすることにより、図３（Ｂ）に示すように、ソレノイド１６の電磁力によりスプール弁軸１４が図で最左方へ移動して、油圧ポートｃと進角室ポートｂとを連通させると共に、遅角室ポートａとドレンポートｄとを連通させる。これにより、図２（Ｂ）に示すように、進角室８に油圧を供給し、遅角室７から油圧をドレンさせるので、吸気弁開閉時期は変更量最大状態（最進角位置）となる。
【００２１】
従って、エンジン運転状態より要求される吸気弁開閉時期の変更角（進角値）に応じて、デューティを可変制御することで、吸気弁開閉時期を任意に制御可能となる。
【００２２】
ところで、このような可変動弁装置において、エンジン回転数が高い領域では、吸気弁開閉時期の進角側への変更は不要なため、流路切換弁１２を図３（Ａ）の非通電状態にして、図２（Ａ）のごとく遅角室７に油圧を供給し、進角室８から油圧をドレンさせている。
【００２３】
このとき、遅角室７と進角室８との間の圧力差が最大となるため、遅角室７に供給された油は、ハウジング３・ベーン４間のクリアランス等を経て進角室８側に洩れ、流路切換弁１２により開放されているドレンポートｅにより、シリンダヘッド内部へドレンされる。
【００２４】
従って、かかる油洩れにより、更に余計に油を供給しなければならず、オイルポンプの大型化を招いたり、他の摺動部への給油量不足を招いてしまう。
そこで、本発明では、所定の条件（所定の高回転時）にて、吸気弁の作動特性（開閉時期）の変化が機関の燃焼状態に影響を及ぼさない程度に、ドレン通路（ドレンポートｅ）の通路面積を縮小させるようにして、油洩れを低減する。
【００２５】
具体的には、所定の条件（所定の高回転時）にて、エンジンの燃焼状態を変化させる最小の進角値（例えば４°）よりも小さい進角値（例えば１°）となるように、流路切換弁１２をデューティ制御して進角させる。
【００２６】
図４は、進角値を１°に設定して、極低デューティで流路切換弁１２を駆動した状態を示している。この状態では、流路切換弁１２のスプール弁軸１４が図３（Ａ）の状態に対しやや左方に移動して安定し、油圧ポートｃと遅角室ポートａとが連通し、進角室ポートｂとドレンポートｅとが連通するが、図３（Ａ）の状態に対し、油圧ポートｃ及びドレンポートｅの通路面積が縮小する。
【００２７】
このため、遅角室７に油圧が供給され、遅角室７から進角室８へ油が洩れたとしても、進角室８からの洩れた油はドレンポートｅの通路面積が縮小されているので、そのままドレンされず、結果的に進角室８の油圧が上昇することで、遅角室７との圧力差が少なくなり、遅角室７から進角室８への油洩れが減少する。よって、油の余計な供給という余計な仕事をせずに済み、潤滑性能の向上、ポンプ容量の低減を図ることができる。
【００２８】
図５は、進角値＝０°と進角値＝１°とで、エンジン回転数に対するオイルギャラリー圧力を計測した結果であり、進角値＝１°の方がオイルドレン量を低減できる分、オイルギャラリー圧力を１０％程度上昇させて、潤滑性能を向上できることを示している。
【００２９】
図６は、このような制御を行う場合に、図１中のコントロールユニット１７にて実行するフローチャートである。
Ｓ１では、クランク角センサにより検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータにより検出される吸入空気量Ｑａ、水温センサにより検出される水温Ｔｗ、更にアイドルスイッチ信号などを読込む。
【００３０】
Ｓ２では、次式のごとく、吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅとから、エンジン負荷を表すパラメータとして用いる基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。
Ｔｐ＝Ｋ・Ｑａ／Ｎｅ 但し、Ｋは定数。
【００３１】
Ｓ３では、アイドルスイッチ信号に基づいてアイドル状態（アイドルスイッチＯＮ）か否かを判定する。また、Ｓ４では、水温Ｔｗが所定値Ｔｗ１（例えば１５℃）未満か否かを判定する。これらの判定の結果、アイドル状態の場合、又は低水温の場合は、Ｓ５へ進む。
【００３２】
Ｓ５では、要求進角値＝０°とし、流路切換弁１２を非通電状態として、吸気弁開閉時期を基準状態（最遅角位置）に保持する。尚、このときは、低回転（アイドル）又は低水温であるため、油洩れは問題とならない。
【００３３】
アイドル状態ではなく、かつ水温Ｔｗが所定値Ｔｗ１（例えば１５℃）以上の場合は、Ｓ６へ進む。
Ｓ６では、エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅ８（例えば５６００ｒｐｍ）以上か否かを判定し、ＮＯの場合はＳ７へ、ＹＥＳの場合はＳ８へ進む。
【００３４】
Ｓ７では、エンジン回転数Ｎｅ及び基本燃料噴射量Ｔｐをエンジン運転状態のパラメータとして、マップを参照し、要求進角値を設定する。
一方、Ｓ８では、エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅ８（例えば５６００ｒｐｍ）以上の場合であり、本来の要求進角値は０°であるが、ここでは、エンジンの燃焼状態を変化させる最小の進角値（例えば４°）よりも小さい進角値として、要求進角値を１°に設定する。
【００３５】
Ｓ７又はＳ８の後は、Ｓ９へ進む。
Ｓ９では、図１中のカム角センサ１８により、実進角値を検出する。
そして、Ｓ１０では、要求進角値と実進角値とを比較して、フィードバック制御により、流路切換弁１２へのデューティを設定し、出力する。
【００３６】
図７は要求進角値のマップデータを例示している。ここで注目すべきは、エンジン回転数Ｎｅ８（例えば５６００ｒｐｍ）以上の高回転領域で、要求進角値を１°に設定している点である。尚、図７中のＡ１２〜Ａ６８には、エンジンの燃焼状態を変化させる最小の進角値（例えば４°）以上の進角値がセットされている。
【００３７】
本実施形態によれば、所定の高回転時にて、流路切換弁１２により、遅角室７と油圧供給通路（油圧ポートｃ）とを接続し、進角室８とドレン通路（ドレンポートｅ）とを接続すると共に、エンジンの燃焼状態を変化させる最小の進角値よりも小さい進角値（例えば１°）となるように、流路切換弁１２をデューティ制御して進角させることにより、ドレン通路（ドレンポートｅ）の通路面積を縮小させるので、特別な制御ロジックを追加することなく、オイルドレン量を低減でき、油圧確保が可能となる。
【００３８】
また、高回転時のように潤滑条件が厳しいときにオイルドレン量を低減して、潤滑性能を確保し、耐焼き付き性を向上できる一方、潤滑条件が厳しくないときは、オイルポンプの仕事量を減らして、出力の向上を図ることができる。
【００３９】
次に本発明の他の実施形態について図８により説明する。
本実施形態では、ドレン通路（ドレンポートｅ）にこれを閉止可能な閉止弁２０を設けている。この閉止弁２０は、通常は開弁させ、前述の実施形態で進角値＝１°とする代わりに、閉弁させる。
【００４０】
すなわち、所定の条件（所定の高回転時）にて、流路切換弁１２により、遅角室７と油圧供給通路（油圧ポートｃ）とを接続し、進角室８とドレン通路（ドレンポートｅ）とを接続する時に、閉止弁２０により、ドレン通路（ドレンポートｅ）を閉止することにより、ドレン通路（ドレンポートｅ）の通路面積を縮小させる。
【００４１】
このような閉止弁２０の追加は、コストアップにはなるが、より確実に、オイルドレン量を０とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示す可変動弁装置のシステム図
【図２】 図１の作動状態別の要部の断面図
【図３】 作動状態別の流路切換弁の断面図
【図４】 進角値＝１°時の流路切換弁の断面図
【図５】 オイルギャラリー圧力上昇効果を示す図
【図６】 制御フローチャート
【図７】 要求進角値のマップデータを示す図
【図８】 他の実施形態を示す図
【符号の説明】
１ カム軸駆動用スプロケット
２ カム軸
３ ハウジング
４ ベーン
７ 遅角室（第１油圧室）
８ 進角室（第２油圧室）
９ 遅角室側油通路
１０ 進角室側油通路
１２ 流路切換弁
１４ スプール弁軸
１６ ソレノイド
１７ コントロールユニット
１８ カム角センサ
２０ ドレン通路閉止弁

Claims (3)

1. 作動位置に応じて吸気弁あるいは排気弁の開閉時期を変化させる部材と、該部材により仕切られて該部材の両側に設けられ、内部圧力により該部材を遅角方向及び進角方向にそれぞれ駆動する遅角室及び進角室と、これら遅角室及び進角室と油圧供給通路及びドレン通路との接続状態を制御する流路切換弁とを備えて、吸気弁あるいは排気弁の開閉時期を可変制御する内燃機関の可変動弁装置において、
   第１の所定回転数以上の高回転領域にて、流路切換弁により、遅角室と油圧供給通路とを接続し、進角室とドレン通路とを接続して、吸気弁あるいは排気弁の開閉時期を最遅角位置に制御し、
   前記高回転領域のうち、前記第１の所定回転数より高い第２の所定回転数以上の高回転領域にて、吸気弁あるいは排気弁の開閉時期の変化が機関の燃焼状態に影響を及ぼさない程度に、ドレン通路の通路面積を縮小させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記ドレン通路の通路面積を縮小させる手段は、機関の燃焼状態を変化させる最小の進角値よりも小さい進角値となるように、前記流路切換弁をデューティ制御して進角させる手段であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記ドレン通路の通路面積を縮小させる手段は、前記ドレン通路を閉止する閉止弁であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。

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