JP4194445B2 - 可変バルブリフト機構の制御装置 - Google Patents
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Description
また、機関停止時のバルブリフト量を最小バルブリフト量に設定する構成が知られている(特許文献2参照)。
このため、機関停止時にバルブリフト量が最小値に設定されていると、始動時の要求バルブリフト量が最大付近の大きな値の場合、バルブリフト量を大きく変化させる必要が生じ、要求バルブリフト量に到達するまでに大きな応答遅れを生じることになる。
従って、始動時の要求バルブリフト量に一致させるためのバルブリフト量の増大制御は、機関始動開始後(クランキング開始後)から行われることになり、機関始動開始後から最小バルブリフト量を最大付近にまで増大させる場合には、要求バルブリフト量で始動が行われるようになるまで大きな遅れが生じ、この間において、要求とは異なるバルブリフト量で始動が行われることで、始動性及び排気エミションが悪化するという問題が生じる。
かかる構成によると、機関始動開始直前のバルブリフト量が、機関始動時に要求される最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との間に設定されるから、要求されるリフト変化量を小さくでき、また、バルブリフト量の変化し易い方向を考慮した適切な初期リフト量から、始動時の要求バルブリフト量にまで変化させることが可能となる。
また、イグニションスイッチがOFFされてから機関が停止するまでの機関が惰性で回転している間において、機関始動時に要求される最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との間に設定される目標バルブリフト量に向けてバルブリフト量を制御し、前記目標バルブリフト量の状態で機関が完全に停止し、始動開始直前においては前記目標バルブリフト量になっているので、バルブリフト量の増大制御・減少制御の双方が可能な機関の回転状態において、次回の始動時に適したバルブリフト量に向けて制御でき、始動時のバルブリフト量変化の遅れを抑制できる。
かかる構成によると、始動開始前のバルブリフト量が始動時の目標バルブリフト量よりも大きく、バルブリフト量を減少制御するときには、始動開始前からリフト量の減少制御を開始させ、逆に、始動開始前のバルブリフト量が始動時の目標バルブリフト量よりも小さく、バルブリフト量を増大制御するときには、始動開始後、換言すれば、機関が回転し始めてから、バルブリフト量の増大制御を開始させる。
また、機関の停止時でも可能なバルブリフト量の減少変化を、機関の始動開始を待たずに開始させることで、目標バルブリフト量により近づいた状態で始動を開始させることができ、応答遅れによる始動性及び排気エミションの悪化を抑制できる。
図1は、実施形態における車両用内燃機関のシステム構成図である。
図1において、内燃機関101の吸気管102には、スロットルモータ103aでスロットルバルブ103bを開閉駆動する電子制御スロットル104が介装され、該電子制御スロットル104及び吸気バルブ105を介して、燃焼室106内に空気が吸入される。
前記排気バルブ107は、排気側カム軸110に軸支されたカム111によって一定のバルブリフト量,バルブ作動角及びバルブタイミングを保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ105側には、バルブリフト量を作動角と共に連続的に可変制御するVEL(Variable valve Event and Lift)機構112が設けられる。
更に、吸気バルブ105側には、クランク軸に対する吸気側カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相を連続的に可変制御するVTC(Variable valve Timing Control)機構113が設けられる。
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット(ECU)114は、アクセル開度に対応する目標吸入空気量が得られるように、前記電子制御スロットル104,VEL機構112及びVTC機構113を制御する。
図2〜図4は、前記VEL機構112の構造を詳細に示すものである。
但し、吸気バルブ105のバルブリフト量を連続的に可変制御する可変バルブリフト機構を、図2〜図4に示すVEL機構112に限定するものではない。
上記ロッカアーム18,18,リンクアーム25,25,リンク部材26,26が伝達機構を構成する。
また、前記偏心カム15は、カム軸13に対し前記バルブリフター19に干渉しない両外側にカム軸挿通孔15cを介して圧入固定されている。
また、基部18aの外端部に突設された一端部18bには、リンクアーム25の先端部と連結するピン21が圧入されるピン孔18dが貫通形成されている一方、基部18aの内端部に突設された他端部18cには、各リンク部材26の後述する一端部26aと連結するピン28が圧入されるピン孔18eが形成されている。
前記揺動カム20は、図2及び図6,図7に示すように略横U字形状を呈し、略円環状の基端部22にカム軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔22aが貫通形成されていると共に、ロッカアーム18の他端部18c側に位置する端部23にピン孔23aが貫通形成されている。
即ち、図8に示すバルブリフト特性からみると、図2に示すように基円面24aの所定角度範囲θ1がベースサークル区間になり、カム面24bの前記ベースサークル区間θ1から所定角度範囲θ2が所謂ランプ区間となり、更に、カム面24bのランプ区間θ2から所定角度範囲θ3がリフト区間になるように設定されている。
更に、前記リンク部材26は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部26a,26bには前記ロッカアーム18の他端部18cと揺動カム20の端部23の各ピン孔18d,23aに圧入した各ピン28,29の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔26c,26dが貫通形成されている。
上記構成において、制御軸16の軸心P2と制御カム17の軸心P1との位置関係によって、図6,7に示すように、バルブリフト量が変化することになり、前記制御軸16を回転駆動させることで、制御カム17の軸心P1に対する制御軸16の軸心P2の位置を変化させる。
図10において、DCサーボモータ121は、その回転軸が制御軸16と平行になるように配置され、回転軸の先端には、かさ歯車122が軸支されている。
前記ナット124に噛み合わされるネジ棒125の先端には、前記かさ歯車122に噛み合わされるかさ歯車126が軸支されており、DCサーボモータ121の回転によってネジ棒125が回転し、該ネジ棒125に噛み合うナット124の位置が、ネジ棒125の軸方向に変位することで、制御軸16が回転されるようになっている。
前記制御軸16の先端には、図10に示すように、制御軸16の角度を検出するポテンショメータ式の角度センサ127が設けられており、該角度センサ127で検出される実際の角度が目標角度に一致するように、前記ECU114が前記DCサーボモータ121をフィードバック制御する。
尚、本実施形態では、角度センサ127で認識される制御軸16の角度が増大する方向が、バルブリフト量の大きくなる方向としてある。
次に、前記VTC機構113の構成を、図11に基づいて説明する。
本実施形態におけるVTC機構113は、ベーン式の可変バルブタイミング機構であり、クランク軸120によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット51(タイミングスプロケット)と、吸気側カム軸13の端部に固定されてカムスプロケット51内に回転自在に収容された回転部材53と、該回転部材53をカムスプロケット51に対して相対的に回転させる油圧回路54と、カムスプロケット51と回転部材53との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構60とを備えている。
前記ハウジング56は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング56の軸方向に沿って設けられる4つの隔壁部63が90°間隔で突設されている。
前記第1〜第4ベーン78a〜78dは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部63間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン78a〜78dの両側と各隔壁部63の両側面との間に、進角側油圧室82と遅角側油圧室83を構成する。
前記油圧回路54は、進角側油圧室82に対して油圧を給排する第1油圧通路91と、遅角側油圧室83に対して油圧を給排する第2油圧通路92との2系統の油圧通路を有し、この両油圧通路91,92には、供給通路93とドレン通路94a,94bとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁95を介して接続されている。
前記第1油圧通路91は、回転部材53の基部77内に略放射状に形成されて各進角側油圧室82に連通する4本の分岐路91dに接続され、第2油圧通路92は、各遅角側油圧室83に開口する4つの油孔92dに接続される。
前記ECU114は、前記電磁切換弁95を駆動する電磁アクチュエータ99に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
例えば、電磁アクチュエータ99にデューティ比0%の制御信号(OFF信号)を出力すると、オイルポンプ47から圧送された作動油は、第2油圧通路92を通って遅角側油圧室83に供給されると共に、進角側油圧室82内の作動油が、第1油圧通路91を通って第1ドレン通路94aからオイルパン96内に排出される。
一方、電磁アクチュエータ99にデューティ比100%の制御信号(ON信号)を出力すると、作動油は、第1油圧通路91を通って進角側油圧室82内に供給されると共に、遅角側油圧室83内の作動油が第2油圧通路92及び第2ドレン通路94bを通ってオイルパン96に排出され、遅角側油圧室83が低圧になる。
尚、可変バルブタイミング機構は、上記のベーン式のものに限定されず、例えば、特開2001−041013号公報や特開2001−164951号公報に開示されるように、電磁クラッチ(電磁ブレーキ)の摩擦制動によってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成の可変バルブタイミング機構や、特開平9−195840号公報に開示される油圧によってヘリカルギヤを作動させる方式の可変バルブタイミング機構であっても良い。
図12のフローチャートにおいて、ステップS1では、イグニッションスイッチ(IGSW)133がOFF状態であるか否かを判別する。
イグニッションスイッチ133がOFFであるときには、ステップS2へ進み、機関回転数(rpm)が所定回転数(例えば50rpm)以上であるか否かを判別する。
一方、機関回転数(rpm)が所定回転数(例えば50rpm)以上であるときには、ステップS4へ進み、前記制御軸16の目標角度vTGVEL(目標バルブリフト量)に予め記憶されている所定角度mTGVELINT(所定バルブリフト量)をセットする。
前記所定角度mTGVELINT(所定バルブリフト量)は、図13に示すように、始動時に水温に応じて設定される目標角度vTGVEL(所定バルブリフト量)の最大値と最小値との中間値付近に設定される。
尚、本実施形態におけるVEL機構112は、機関停止状態において、バルブリフト量の増大変化方向ではカム反力によって大きな駆動力を要するのに対して、バルブリフト量の減少方向は比較的小さい駆動トルクでバルブリフト量を変化させることが可能である。
また、ステップS1でイグニッションスイッチ133がONであると判断されたときには、ステップS5へ進み、機関回転数(rpm)が所定回転数(例えば50rpm)以上であるか否かを判別する。
ステップS6では、そのときの水温に応じて始動時の目標角度vTGVELを設定する(図13参照)。
次のステップS7では、前記目標角度vTGVELよりもそのときの実角度vREVELが小さいか否か、換言すれば、目標バルブリフト量よりも実際のバルブリフト量が小さいか否かを判別する。
そこで、前記目標角度vTGVELよりもそのときの実角度vREVELが小さいか否かを判別することで、機関の始動開始前(機関が回転し始める前)から目標角度vTGVELに向けてのVEL機構112の駆動が可能であるか否かを判断するものである。
一方、ステップS7で、そのときの実角度vREVELが前記目標角度vTGVEL以上であると判断されたときには、バルブリフト量を減少させる駆動制御が必要な状態である。
即ち、機関停止時に制御した所定角度mTGVELINTよりも始動時に要求される目標角度vTGVELが小さい場合には、始動開始前(機関が回転し始める前)から目標角度vTGVELに向けた駆動制御が開始されることになる。
従って、始動開始までに応答良くバルブリフト量を目標値付近にまで変化させて、目標バルブリフト量付近で始動を開始させることができ、これにより、始動性及び始動時の排気エミッションを改善できる。
スタートスイッチのON状態(クランキング状態)であれば、ステップS9へ進み、水温に応じて始動時の目標角度vTGVELを設定し(図13参照)、その後、ステップS11へ進んで、前記目標角度vTGVELに実角度を一致させる制御を行わせる。
ここで、始動時の目標角度vTGVELの最大・最小値の中間値付近に前記所定角度mTGVELINTが設定されるから、該所定角度mTGVELINTから始動時の目標角度vTGVELに向けた駆動制御が行われるから、最大でもリフト変化範囲の半分だけバルブリフト量を変化されば良い。
また、ステップS8でスタートスイッチのOFF状態が判別されたとき、即ち、始動完了後の機関運転状態においては、ステップS10へ進み、通常時の目標角度vTGVELを設定し、ステップS11へ進む。
尚、上記実施形態では、イグニッションスイッチ133がONされた時点で、実角度vREVELが前記目標角度vTGVELよりも大きい場合に、直ちに目標角度vTGVELに向けた駆動制御を開始させるようにしたが、実角度vREVELと目標角度vTGVELとの大小関係とは無関係に、機関回転数(rpm)が所定回転数(例えば50rpm)以上になってからVEL機構112の駆動制御を開始させても良い。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
(イ)請求項記載の可変バルブリフト機構の制御装置において、
機関始動時に要求される最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との間のバルブリフト量が、前記最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との中間値であることを特徴とする可変バルブリフト機構の制御装置。
従って、始動時に要求されるバルブリフト量が最大又は最小値であっても、最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との偏差の半分だけバルブリフト量を変化させれば良く、始動時に要求されるバルブリフト量への変化応答を早めることが可能となる。
(ロ)請求項記載の可変バルブリフト機構の制御装置において、
機関始動時に要求される最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との間のバルブリフト量が、前記最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との中間値よりも高バルブリフト側に設定されることを特徴とする可変バルブリフト機構の制御装置。
(ハ)請求項記載の可変バルブリフト機構の制御装置において、
前記可変バルブリフト機構が、
前記機関に連動して回転するカム軸と、
前記カム軸と略平行に配設された制御軸と、
該制御軸の外周に偏心して固定された制御カムと、
該制御カムに揺動自在に軸支されたロッカアームと、
前記カム軸の回転に応じて前記ロッカアームの一端部を揺動駆動する揺動駆動部材と、
前記ロッカアームの他端部に連係して揺動し、前記吸気バルブを開動作させる揺動カムと、
前記制御軸を回転駆動するアクチュエータと、
を含んで構成されることを特徴とする可変バルブリフト機構の制御装置。
Claims (3)
- 機関バルブのバルブリフト量を連続的に可変とする可変バルブリフト機構の制御装置であって、
イグニッションスイッチのOFFから機関が停止するまでの間において、バルブリフト量を、機関始動時に要求される最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との間に設定することを特徴とする可変バルブリフト機構の制御装置。 - 機関バルブのバルブリフト量を連続的に可変とする可変バルブリフト機構の制御装置であって、
イグニッションスイッチのOFFから機関が停止するまでの間において、バルブリフト量を、機関始動時に要求される最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との間に設定される目標バルブリフト量に向けて制御することを特徴とする可変バルブリフト機構の制御装置。 - 機関始動時の目標バルブリフト量に対して始動開始前の実際のバルブリフト量が大きい場合には、始動開始前からバルブリフト量を前記目標バルブリフト量に向けて制御し、機関始動時の目標バルブリフト量に対して始動開始前の実際のバルブリフト量が小さい場合には、始動開始後からバルブリフト量を前記目標バルブリフト量に向けて制御することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の可変バルブリフト機構の制御装置。
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