JP4922514B2 - Variable valve operating device for internal combustion engine - Google Patents
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸気弁に用いられる可変動弁装置、特に、吸気弁のリフトを連続的に拡大,縮小制御可能な可変動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、特開2000−282901号公報には、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大,縮小制御可能な可変動弁装置が開示されている。この装置は、ロッカアームを揺動可能に支持する偏心カム部を備えた制御軸の回転位置によってリフト特性が変化するものであって、上記制御軸がDCサーボモータを用いたアクチュエータによって駆動される構成となっている。そして、上記制御軸の実際の回転位置がポテンショメータ等からなる角度センサによって検出され、運転条件に応じた目標回転位置となるように上記アクチュエータがクローズドループ制御されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記の角度センサが出力する角度位置信号は一般にアナログ信号であるので、上記アクチュエータを制御する制御回路においては、適宜な分解能で離散化した上で、ディジタル信号として取り扱われることになる。この離散化の際の分解能の高低は、当然のことながら制御精度に影響するが、常に高い分解能でもって処理しようとすると、制御回路に必要な記憶容量が増大するとともに演算時間が増加し、それだけ高機能な演算回路が必要となる。また一方、比較低い分解能でもって制御を行うと、制御回路の演算負荷は軽減するものの、制御精度が低下し、バルブリフト特性に誤差が生じる。特に、吸気弁のリフトを極小リフトとして吸気量を制限するような運転領域では、バルブリフト特性のばらつきに伴って燃焼ばらつきが発生し、運転性が悪化する可能性がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、吸気弁のリフトを連続的に可変制御可能な可変動弁機構と、機関の負荷と回転速度とに基づいて上記可変動弁機構の目標リフトを設定する目標値設定手段と、上記可変動弁機構の実際の制御状態に対応する信号を出力するセンサと、上記センサの信号を所定の分解能で取り込むとともに、取り込んだセンサ出力と上記目標リフトとに基づいて上記可変動弁機構に対する制御指令値を算出する制御手段と、を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、
上記目標リフトと上記機関回転速度とに基づき、上記目標リフトが小さくかつ上記機関回転速度が低速であるときに、上記分解能を、相対的に高い高分解能とすることを特徴としている。
【0005】
すなわち、上記可変動弁機構は、上記制御手段によって算出された目標リフトに沿って何らかのアクチュエータにより駆動される。そして、その実際の制御状態がセンサによって検出され、上記制御手段によってクローズドループ制御される。上記センサとしては、最終的な吸気弁のリフト量を検出するセンサ、あるいは、アクチュエータによって動く何らかの中間部材の位置を検出するセンサ、などを用いることができ、その出力信号は、所定の分解能で離散化されて制御手段に取り込まれる。
【0006】
そして、大リフトに制御される条件下では、相対的に低い分解能でもってセンサ出力が処理される。これに対し、小リフトに制御される条件下では、機関回転速度が所定の低速域であることを加重条件として、相対的に高い分解能でもってセンサ出力が処理される。これにより、小リフトに制御されているときのバルブリフト特性が高精度にクローズドループ制御される。
【0007】
小リフトに制御されている場合、同一の制御誤差であっても、シリンダ内の吸気量に与える影響が、高リフトのときよりも大きい。特に、小リフト時の吸気弁開時期および吸気弁閉時期のばらつきは、吸気量のみならず、残留ガス量、有効圧縮比、吸気流速(特に開時期が上死点後となる場合)などに影響を与え、燃焼に大きく影響する。本発明では、この小リフト時の吸気弁開時期および吸気弁閉時期のばらつきが小さくなる。
【0010】
さらに請求項2に係る発明は、駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた少なくとも所定角度範囲内で回転可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁を押圧する揺動カムと、を備え、上記制御軸の偏心カム部の回転位置によって吸気弁のリフトがその作動角とともに増減変化するように構成されるとともに、上記揺動カムの単位揺動角に対するリフト増加割合が小中リフト域よりも大リフト域で小さくなるように上記揺動カムのカムプロファイルが設定されてなる可変動弁機構と、
機関の負荷と回転速度とに基づいて上記可変動弁機構の目標リフトを設定する目標値設定手段と、
上記制御軸の回転位置を変化させるためのアクチュエータと、
この制御軸の実際の回転位置に対応する信号を出力するセンサと、
上記センサの信号を所定の分解能で取り込むとともに、取り込んだセンサ出力と上記目標リフトとに基づいて上記アクチュエータに対する制御指令値を算出する制御手段と、
を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、
上記目標リフトと上記機関回転速度とに基づき、上記目標リフトが小さくかつ上記機関回転速度が低速であるときに、上記分解能を、相対的に高い高分解能とすることを特徴としている。
【0011】
上記の可変動弁機構においては、駆動軸が回転すると、偏心カムによってリンクアームが上下動し、ロッカアームが揺動する。このロッカアームの動きはリンクを介して揺動カムに伝達され、該揺動カムの揺動に伴って吸気弁が開閉する。そして、上記制御軸の偏心カム部の位置によってロッカアームの揺動中心位置が変化し、揺動カムの初期位置が変化する。そのため、揺動カムの揺動に対し実際に生じるリフトの特性が変化する。また、上記制御軸の回転位置は、アクチュエータによって動かされ、かつ、その実際の回転位置がセンサによって検出される。
【0012】
ここで、上記揺動カムのカムプロファイルとしては、高速域でのバルブ運動限界を向上させるために、揺動カムの単位揺動角に対するリフト増加割合が小中リフト域よりも大リフト域で小さくなるように設定することが望ましい。このようなプロファイルとすることで、最大リフト付近での吸気弁の負加速度絶対値が抑制されるのである。一方、このような特性の下では、制御軸の回転位置変化によって揺動カムが一定揺動角だけ揺動した場合のリフト変化量は、同様に、小中リフト域では相対的に大きく、大リフト域では相対的に小さい。従って、制御軸の制御誤差によって揺動カムの初期揺動位置が一定角度だけばらついたとしても、最終的なリフト量への影響は、大リフトに制御されている状態では比較的小さく、小リフトに制御されている状態では相対的に大きい。
【0013】
そのため、小リフトに制御されるときに高い分解能でもってセンサ出力を処理することにより、小リフトに制御されているときの制御精度の悪化を回避することができる。
【0014】
また、後に詳細に説明するように、この種の可変動弁機構においては、一般に、最も大リフトに制御するときに、制御軸の偏心カム部の位置が、最も駆動軸に接近した回転位置となるように構成され、かつ最も小リフトに制御されたときには、偏心カム部が、制御軸と駆動軸とを結ぶ線に対し横方向を向くようにレイアウトされる場合が多い。従って、単位角度だけ制御軸が回転したときの揺動カムの回転量(角度変化量)は、一般に、小リフト制御時の方が大リフト制御時よりも大きくなる。換言すれば、大リフトに制御されているときのリンクの姿勢では、小リフトに制御されているときのリンクの姿勢に比べて、制御軸の回転位置誤差に対して鈍感となる。そのため、上記のように分解能を異ならせることが一層望ましい。
【0015】
【発明の効果】
この発明によれば、可変動弁機構をクローズドループ制御するために実際の制御状態を検出するセンサの出力取り込みの際の分解能を、リフト制御条件によって異なる要求制御精度に適したものとすることができ、比較的少ない制御容量でもって高精度な制御を実現できる。特に、吸気弁リフトの可変制御によってシリンダ内への吸入空気量を制御するような場合に、燃焼状態への影響が大きな極小リフトを精度良く確保することができ、リフト特性のばらつきによる燃焼悪化を回避することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を、自動車用火花点火式ガソリン機関の吸気弁に適用した実施の形態について説明する。
【0017】
図1は、内燃機関の吸気弁側可変動弁装置の構成を示す構成説明図であり、この可変動弁装置は、可変動弁機構として、吸気弁のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構1と、そのリフトの中心角の位相(図示せぬクランクシャフトに対する位相)を進角もしくは遅角させる位相可変機構21と、を備えている。
【0018】
まず、リフト・作動角可変機構1を説明する。なお、このリフト・作動角可変機構1は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平11−107725号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【0019】
リフト・作動角可変機構1は、シリンダヘッド(図示せず)に摺動自在に設けられた吸気弁11と、シリンダヘッド上部のカムブラケット(図示せず)に回転自在に支持された駆動軸2と、この駆動軸2に、圧入等により固定された偏心カム3と、上記駆動軸2の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸2と平行に配置された制御軸12と、この制御軸12の偏心カム部18に揺動自在に支持されたロッカアーム6と、各吸気弁11の上端部に配置されたタペット10に当接する揺動カム9と、を備えている。上記偏心カム3とロッカアーム6とはリンクアーム4によって連係されており、ロッカアーム6と揺動カム9とは、リンク部材8によって連係されている。
【0020】
上記駆動軸2は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。
【0021】
上記偏心カム3は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸2の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム4の環状部が回転可能に嵌合している。
【0022】
上記ロッカアーム6は、略中央部が上記偏心カム部18によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン5を介して上記リンクアーム4のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン7を介して上記リンク部材8の上端部が連係している。上記偏心カム部18は、制御軸12の軸心から偏心しており、従って、制御軸12の角度位置に応じてロッカアーム6の揺動中心は変化する。
【0023】
上記揺動カム9は、駆動軸2の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン17を介して上記リンク部材8の下端部が連係している。この揺動カム9の下面には、駆動軸2と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム9の揺動位置に応じてタペット10の上面に当接するようになっている。
【0024】
すなわち、上記基円面はベースサークル区間として、リフト量が0となる区間であり、揺動カム9が揺動してカム面がタペット10に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【0025】
上記制御軸12は、図1に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ13によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ13は、例えばウォームギア15を介して制御軸12を駆動するサーボモータ等からなり、エンジンコントロールユニット19からの制御信号によって制御されている。ここで、制御軸12の回転角度は、アナログセンサからなる制御軸センサ14によって検出され、この検出した実際の制御状態に基づいて上記アクチュエータ13がクローズドループ制御される。
【0026】
このリフト・作動角可変機構1の作用を説明すると、駆動軸2が回転すると、偏心カム3のカム作用によってリンクアーム4が上下動し、これに伴ってロッカアーム6が揺動する。このロッカアーム6の揺動は、リンク部材8を介して揺動カム9へ伝達され、該揺動カム9が揺動する。この揺動カム9のカム作用によって、タペット10が押圧され、吸気弁11がリフトする。
【0027】
ここで、リフト・作動角制御用アクチュエータ13を介して制御軸12の角度が変化すると、ロッカアーム6の初期位置が変化し、ひいては揺動カム9の初期揺動位置が変化する。
【0028】
例えば偏心カム部18が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム6は全体として上方へ位置し、揺動カム9の連結ピン17側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム9の初期位置は、そのカム面がタペット10から離れる方向に傾く。従って、駆動軸2の回転に伴って揺動カム9が揺動した際に、基円面が長くタペット10に接触し続け、カム面がタペット10に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
【0029】
逆に、偏心カム部18が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム6は全体として下方へ位置し、揺動カム9の連結ピン17側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム9の初期位置は、そのカム面がタペット10に近付く方向に傾く。従って、駆動軸2の回転に伴って揺動カム9が揺動した際に、タペット10と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
【0030】
上記の偏心カム部18の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大,縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁11の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【0031】
次に、位相可変機構21は、図1に示すように、上記駆動軸2の前端部に設けられたスプロケット22と、このスプロケット22と上記駆動軸2とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ23と、から構成されている。上記スプロケット22は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ23は、例えば油圧式、電磁式などの回転型アクチュエータからなり、エンジンコントロールユニット19からの制御信号によって制御されている。この位相制御用アクチュエータ23の作用によって、スプロケット22と駆動軸2とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この位相可変機構21の実際の制御状態は、駆動軸2の回転位置に応答する駆動軸センサ16によって検出され、これに基づいて、上記アクチュエータ23がクローズドループ制御される。
【0032】
このような可変動弁装置を吸気弁側に備えた本実施例の内燃機関は、スロットル弁に依存せず、吸気弁11の可変制御によって吸気量が制御される。なお、実用機関では、ブローバイガスの還流等のために吸気系に若干の負圧が存在していることが好ましいので、図示していないが、吸気通路の上流側に、スロットル弁に代えて、負圧生成用の適宜な絞り機構を設けることが望ましい。
【0033】
次に、図2および図3に基づいて、バルブリフト特性の具体的な制御について説明する。まず、図2は、運転領域の中で、主にリフト量に着目して吸気量の制御が行われるバルブリフト制御域と、主にバルブタイミングに着目して吸気量の制御が行われるバルブタイミング制御域と、を示している。上流バルブリフト制御域は、アイドルを含む極低負荷域に相当する。
【0034】
図3は、代表的な運転条件における吸気弁のバルブリフト特性を示したもので、図示するように、アイドル等の極低負荷域においては、リフト量が極小リフトとなる。これは特に、リフト中心角の位相が吸気量に影響しない程度にまで小さなリフト量となる。そして、位相可変機構21によるリフト中心角の位相は、最も遅角した位置となり、これによって、閉時期は、下死点直前位置となる。
【0035】
このように極小リフトとすることによって、吸気流が吸気弁11の間隙においてチョークした状態となり、極低負荷域で必要な微小流量が安定的に得られる。そして、閉時期が下死点近傍となることから、有効圧縮比は十分に高くなり、極小リフトによるガス流動の向上と相俟って、比較的良好な燃焼を確保できる。
【0036】
一方、アイドル等の極低負荷域よりも負荷の大きな低負荷領域(補機負荷が加わっているアイドル状態を含む)においては、リフト・作動角が大きくなり、かつリフト中心角は進角した位置となる。このときには、上述したように、バルブタイミングをも考慮して吸気量制御が行われることになり、吸気弁閉時期を早めることで、吸気量が比較的少量に制御される。この結果、リフト・作動角はある程度大きなものとなり、吸気弁11によるポンピングロスが低減する。
【0037】
なお、アイドル等の極低負荷域における極小リフトでは、前述したように、位相を変更しても吸気量は殆ど変化しないので、極低負荷域から低負荷域へと移行する場合には、位相変更よりも優先して、リフト・作動角を拡大する必要がある。空調用コンプレッサ等の補機の負荷が加わった場合も同様である。
【0038】
一方、さらに負荷が増加し、燃焼が安定してくる中負荷域では、図3に示すように、リフト・作動角をさらに拡大しつつ、リフト中心角の位相を進角させる。リフト中心角の位相は、中負荷域のある点で、最も進角した状態となる。これにより、内部EGRが利用され、一層のポンピングロス低減が図れる。
【0039】
また、最大負荷時には、さらにリフト・作動角を拡大し、かつ最適なバルブタイミングとなるように位相可変機構21を制御する。なお、図示するように、機関回転数によっても最適なバルブリフト特性は異なるものとなる。
【0040】
上記のようにアイドル等の極低負荷域では、バルブリフト制御域として主にリフト量による微小流量の制御が行われるのであるが、バルブタイミング制御域となる低負荷域との境界つまり制御の切換点は、実際の燃焼安定状態に応じて補正することが好ましい。あるいは、制御の簡略化のために、機関温度を検出し、これに応じて補正することも可能である。このように補正することで、燃焼の悪化を来さない範囲でバルブタイミング制御域を拡大することができ、ポンピングロス低減の上で有利となる。
【0041】
次に、図4は、上記可変動弁装置の制御の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示すルーチンは、コントロールユニット19において、例えば一定時間毎に繰り返し実行される。
【0042】
まず、ステップ1において、アクセルペダル開度や車両の速度等から、要求トルク・出力を算出し、ステップ2,3で、機関回転数や負荷、機関温度を検知した後に、ステップ4で、目標のリフト・作動角および位相を設定する。そして、ステップ5において、そのときの目標値に沿うようにリフト・作動角可変機構1をクローズドループ制御し、ステップ6において、同じくそのときの目標値に沿うように位相可変機構21をクローズドループ制御する。
【0043】
図5は、上記ステップ5の詳細を示すフローチャートであって、ステップ11において、先にステップ4で求めた目標リフトが、設定値よりも大きいか否かを判定する。目標リフトが設定値以下の小中リフトであれば、ステップ12へ進み、アナログ信号を離散化する際の分解能として、相対的に高い高分解能を選択し、この高分解能でもって制御軸センサ14の出力信号を取り込む。そして、ステップ13で、この取り込んだ制御軸位置信号と目標値とから、偏差を算出するとともに必要な制御量を算出し、ステップ14で、リフト・作動角制御用アクチュエータ13へ駆動信号を出力する。
【0044】
ステップ11において目標リフトが設定値よりも大きい大リフトであれば、ステップ15へ進み、相対的に低い低分解能を選択し、この低分解能でもって制御軸センサ14の出力信号を取り込む。そして、ステップ16で、この取り込んだ制御軸位置信号と目標値とから、偏差を算出するとともに必要な制御量を算出し、ステップ14で、リフト・作動角制御用アクチュエータ13へ駆動信号を出力する。
【0045】
このように、リフト・作動角の高精度な制御が要求される小リフト制御時に高分解能とすることで、制御軸12の回転位置の検出に基づく高精度なクローズドループ制御を実現でき、リフト特性のばらつきに起因する燃焼悪化等を回避できる。また、多少の制御誤差が許容される大リフト制御時には、低分解能となるので、制御負荷が低減し、比較的少ない制御容量の制御回路の利用が可能となる。
【0046】
なお、図5のフローチャートにおいては、目標リフトそのものに基づいて分解能を選択しているが、上述したように、機関低速域で小リフト・作動角に制御されるので、機関回転速度を所定の設定回転速度と比較し、所定の低速域でのみ高分解能とするようにしてもよい。また、一般に機関低速域で燃焼安定性が問題となるので、目標リフトが小リフトであることに加えて、加重条件として機関回転速度の判別を行い、小リフトでかつ機関低速域でのみ高分解能とするようにしてもよい。同様に、燃焼安定性は低負荷ほど悪化するので、小リフト(あるいは機関低速域)でかつ低負荷域でのみ高分解能とするようにしてもよい。
【0047】
図6は、上述したリフト・作動角可変機構1における揺動カム9のカムプロファイルの詳細を示している。図の(A)は揺動角とバルブリフトとの関係を、図の(B)は揺動角とバルブリフト速度との関係を、それぞれ示しているが、これらの図に示したように、バルブリフトの最大リフトに近い領域に減速域が設けられており、単位揺動角に対するリフト増加割合が、小中リフト域よりも大リフト域で小さくなるように設定されている。これは、最大リフト付近での吸気弁11の負加速度絶対値を抑制し、高速域でのバルブ運動限界を向上させることに寄与する。このようなプロファイルにより、揺動角に一定のばらつきがあったとしても、大リフト域でのリフト量のばらつきは相対的に小さく、小リフト域でのリフト量のばらつきは相対的に大きなものとなる。
【0048】
また、図8は、上述したリフト・作動角可変機構1における偏心カム部18のカム特性を示している。上述したように、上記リフト・作動角可変機構1においては、制御軸12とともに偏心カム部18が回動するとロッカアーム6が上下動して揺動カム9の初期位置が変化する構成となっているが、この揺動カム9の初期位置は、図8に付記したように、ロッカアーム6の揺動中心ともなる偏心カム部18の中心O2と揺動カム9の揺動中心(駆動軸2の中心)O3との間の距離に概ね対応している。つまり、O2〜O3間の距離が短くなると揺動カム9が予め押し下げられて大リフトとなり、O2〜O3間の距離が長くなると揺動カム9が予め引き上げられて小リフトとなる。そして、偏心カム部18の中心O2は、制御軸12の中心O1の回りに回転する形となるので、制御軸12を単位角度(例えば1度)だけ回転したときの上記のO2〜O3の距離の変化量は、偏心カム部18のそのときの姿勢(点O1に対する点O2の位置)に依存して異なるものとなる。図8は、これを、横軸をO2〜O3間の距離、縦軸を制御軸12の1度当たりのO2〜O3間の距離の変化量、として示したものである。一般に、リフト・作動角可変機構1の小型化を図るためには、最も大リフトに制御するときに、偏心カム部18の中心O2が、駆動軸2中心O3に接近した回転位置となるように構成される。換言すれば、点O1と点O3とを結ぶ直線上ないしはこれに近い位置に点O2が位置する。従って、この点O2の位置では、図8にも示すように、制御軸12が単位角度だけ回転したときのO2〜O3間の距離の変化(これが上記のようにリフト変化量に対応する)は小さい。一方、最も小リフトとすべくO2〜O3間の距離を最大とするには、点O2が点O1を挟んで点O3の反対側に位置することになるが、このように制御軸12を180度の範囲で制御することは、制御の応答性や装置の全高などの点から制約があり、従って、図8に示すように、180度よりも狭い範囲(例えば符号Lで示す範囲まで)に制御軸12の制御範囲を制限するのが一般的なレイアウトとなる。この場合、小リフト制御時には、点O2が、点O1と点O3とを結ぶ直線の側方に位置することになり、従って、制御軸12が単位角度だけ回転したときのO2〜O3間の距離の変化つまりリフト変化量は大きい。
【0049】
図7は、上述したような揺動カム9のカムプロファイルや偏心カム部18のレイアウト等を含めて、上記リフト・作動角可変機構1における制御軸12の回転位置とバルブリフトとの関係をまとめて示したものである。この図に示すように、小リフト時は制御軸12の回転に対するリフト量の変化が大きく、大リフト時は制御軸12の回転に対するリフト量の変化が小さい。従って、上記のように分解能を異ならせることで、過大な制御容量を要さずに十分に精度の高いリフト・作動角の可変制御を達成できる。
【0050】
なお、上記の実施例では、実際の制御状態を検出するセンサとして、制御軸12の回転位置を検出する制御軸センサ14を用いているが、これに代えて、例えば、吸気弁11のリフト位置を逐次検出するセンサや、サイクル中の最大リフト量を検出するセンサ、あるいは、揺動カム9の揺動位置を検出するセンサなど、からリフト・作動角可変機構1の実際の制御状態を検出するようにしてもよい。但し、吸気弁11の各クランク角におけるリフト位置は位相可変機構21によっても影響されるので、これを考慮する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る可変動弁装置を示す斜視図。
【図2】バルブリフト制御域とバルブタイミング制御域とを示す特性図。
【図3】代表的な運転条件でのバルブリフト特性を示す特性図。
【図4】この可変動弁装置の制御の流れを示すメインフローチャート。
【図5】リフト・作動角可変機構の制御の詳細を示すフローチャート。
【図6】揺動カムのカムプロファイルを示す特性図。
【図7】制御軸の回転角度とバルブリフトとの関係を示す特性図。
【図8】O2〜O3間の距離と、制御軸1度当たりのその距離の変化との関係を示す特性図。
【符号の説明】
1…リフト・作動角可変機構
2…駆動軸
3…偏心カム
6…ロッカアーム
8…リンク部材
9…揺動カム
11…吸気弁
12…制御軸
14…制御軸センサ
16…駆動軸センサ
19…エンジンコントロールユニット
21…位相可変機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable valve operating device used for an intake valve of an internal combustion engine, and more particularly to a variable valve operating device capable of continuously expanding and reducing the lift of the intake valve.
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-282901 discloses a variable valve operating device that can simultaneously and continuously expand and contract the lift / operating angle of an intake valve. In this apparatus, lift characteristics change depending on the rotational position of a control shaft provided with an eccentric cam portion that swingably supports a rocker arm, and the control shaft is driven by an actuator using a DC servo motor. It has become. The actual rotational position of the control shaft is detected by an angle sensor made up of a potentiometer or the like, and the actuator is closed-loop controlled so as to be a target rotational position corresponding to the operating conditions.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since the angular position signal output from the angle sensor is generally an analog signal, the control circuit for controlling the actuator is treated as a digital signal after being discretized with an appropriate resolution. The level of resolution at the time of discretization naturally affects the control accuracy. However, if processing is always performed with a high resolution, the storage capacity required for the control circuit increases and the computation time increases. A highly functional arithmetic circuit is required. On the other hand, if the control is performed with a relatively low resolution, the calculation load of the control circuit is reduced, but the control accuracy is lowered and an error occurs in the valve lift characteristic. In particular, in an operation region in which the intake valve lift is limited to a minimum lift and the intake air amount is limited, combustion variation may occur due to variations in valve lift characteristics, and operability may deteriorate.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a variable valve mechanism capable of continuously and variably controlling the lift of the intake valve;Target value setting means for setting a target lift of the variable valve mechanism based on engine load and rotational speed; andA sensor that outputs a signal corresponding to the actual control state of the variable valve mechanism, and captures the signal of the sensor with a predetermined resolution.Target liftAnd a control means for calculating a control command value for the variable valve mechanism based on the variable valve mechanism of the internal combustion engine,
Based on the target lift and the engine speed, when the target lift is small and the engine speed is low,The above resolutionRelatively highHigh resolutionToIt is characterized by that.
[0005]
That is, the variable valve mechanism is calculated by the control means.Target liftDriven by some actuator. Then, the actual control state is detected by the sensor, and closed loop control is performed by the control means. As the sensor, a sensor that detects the final lift amount of the intake valve or a sensor that detects the position of any intermediate member that is moved by an actuator can be used, and its output signal is discrete with a predetermined resolution. Is taken into the control means.
[0006]
And under conditions controlled by a large lift, the sensor output is processed with a relatively low resolution. In contrast, under conditions controlled by a small lift,As a weighting condition that the engine speed is in a predetermined low speed range,Sensor output is processed with relatively high resolution. As a result, the valve lift characteristic when controlled to a small lift is closed-loop controlled with high accuracy.
[0007]
When controlled to a small lift, the same control error has a greater effect on the intake air amount in the cylinder than at a high lift. In particular, variations in intake valve opening timing and intake valve closing timing during small lifts include not only intake air amount but also residual gas amount, effective compression ratio, intake air flow velocity (especially when the opening time is after top dead center), etc. Affects and greatly affects combustion. In the present invention, the variation in the intake valve opening timing and the intake valve closing timing during the small lift is reduced.
[0010]
Further claims2The invention according to the present invention includes an eccentric cam that is rotationally driven by a drive shaft, a link arm that is fitted to the outer periphery of the eccentric cam so as to be relatively rotatable, and provided at least with an eccentric cam portion provided in parallel to the drive shaft. A control shaft that is rotatable within a predetermined angle range, a rocker arm that is rotatably mounted on an eccentric cam portion of the control shaft and is rocked by the link arm, and is rotatably supported by the drive shaft; A rocking cam connected to the rocker arm via a link and pushing the intake valve by rocking with the rocker arm, and the lift of the intake valve is controlled by the rotational position of the eccentric cam portion of the control shaft. It is configured to increase or decrease with the operating angle, and the rate of increase of the lift with respect to the unit swing angle of the swing cam is smaller in the large lift region than in the small and medium lift regions. A variable valve mechanism in which the cam profile of the swing cam is set,
Target value setting means for setting a target lift of the variable valve mechanism based on the engine load and the rotational speed;
An actuator for changing the rotational position of the control shaft;
A sensor that outputs a signal corresponding to the actual rotational position of the control shaft;
The sensor signal is captured with a predetermined resolution, and the captured sensor output andAbove target liftControl means for calculating a control command value for the actuator based on
In a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine comprising:
Based on the target lift and the engine speed, when the target lift is small and the engine speed is low,The above resolutionRelatively highHigh resolutionToIt is characterized by that.
[0011]
In the above variable valve mechanism, when the drive shaft rotates, the link arm moves up and down by the eccentric cam, and the rocker arm swings. The movement of the rocker arm is transmitted to the swing cam via the link, and the intake valve opens and closes as the swing cam swings. And the rocking | swiveling center position of a rocker arm changes with the position of the eccentric cam part of the said control shaft, and the initial position of a rocking cam changes. Therefore, the characteristics of the lift that actually occurs with respect to the swing of the swing cam change. The rotational position of the control shaft is moved by an actuator, and the actual rotational position is detected by a sensor.
[0012]
Here, as the cam profile of the swing cam, in order to improve the valve motion limit in the high speed region, the lift increase rate with respect to the unit swing angle of the swing cam is smaller in the large lift region than in the small and medium lift regions. It is desirable to set so that By setting it as such a profile, the negative acceleration absolute value of the intake valve near the maximum lift is suppressed. On the other hand, under such characteristics, the amount of lift change when the swing cam swings by a constant swing angle due to the change in the rotational position of the control shaft is also relatively large in the small and medium lift regions, and large. It is relatively small in the lift area. Therefore, even if the initial swing position of the swing cam varies by a certain angle due to the control error of the control shaft, the effect on the final lift amount is relatively small when the large lift is controlled, and the small lift It is relatively large in the controlled state.
[0013]
Therefore, by processing the sensor output with high resolution when controlled by a small lift, it is possible to avoid deterioration in control accuracy when controlled by a small lift.
[0014]
Further, as will be described in detail later, in this type of variable valve mechanism, in general, when controlling to the largest lift, the position of the eccentric cam portion of the control shaft is the rotational position closest to the drive shaft. In many cases, the eccentric cam portion is laid out so as to face in a lateral direction with respect to a line connecting the control shaft and the drive shaft. Therefore, the amount of rotation of the swing cam (angle change amount) when the control shaft rotates by a unit angle is generally larger during small lift control than during large lift control. In other words, the posture of the link when controlled to a large lift is less sensitive to the rotational position error of the control shaft than the posture of the link when controlled to a small lift. Therefore, it is more desirable to vary the resolution as described above.
[0015]
【The invention's effect】
According to the present invention, the resolution at the time of capturing the output of the sensor that detects the actual control state in order to perform the closed-loop control of the variable valve mechanism is made suitable for the required control accuracy that varies depending on the lift control conditions. Therefore, highly accurate control can be realized with a relatively small control capacity. In particular, when the amount of intake air into the cylinder is controlled by variable control of the intake valve lift, it is possible to accurately secure a minimal lift that has a large effect on the combustion state, and to reduce combustion deterioration due to variations in lift characteristics. It can be avoided.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments in which the present invention is applied to an intake valve of a spark ignition gasoline engine for automobiles will be described below.
[0017]
FIG. 1 is a configuration explanatory view showing the configuration of an intake valve side variable valve operating device of an internal combustion engine. This variable valve operating device serves as a variable valve operating mechanism for changing the lift / operating angle of an intake valve. The angle variable mechanism 1 and a
[0018]
First, the lift / operating angle variable mechanism 1 will be described. The lift / operating angle variable mechanism 1 has been previously proposed by the applicant of the present application. However, since it has been publicly known, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-107725, only the outline thereof will be described.
[0019]
The variable lift / operating angle mechanism 1 includes an
[0020]
As will be described later, the
[0021]
The eccentric cam 3 has a circular outer peripheral surface, and the center of the outer peripheral surface is offset from the shaft center of the
[0022]
The
[0023]
The rocking
[0024]
That is, the base circle surface is a section where the lift amount becomes 0 as a base circle section, and when the
[0025]
As shown in FIG. 1, the
[0026]
The operation of the variable lift / operating angle mechanism 1 will be described. When the
[0027]
Here, when the angle of the
[0028]
For example, if the
[0029]
Conversely, assuming that the
[0030]
Since the initial position of the
[0031]
Next, as shown in FIG. 1, the
[0032]
In the internal combustion engine of the present embodiment provided with such a variable valve device on the intake valve side, the intake amount is controlled by variable control of the
[0033]
Next, specific control of the valve lift characteristics will be described based on FIGS. First, FIG. 2 shows a valve lift control region in which the intake amount is controlled mainly focusing on the lift amount in the operation region, and a valve timing in which the intake amount control is mainly focused on the valve timing. And the control area. The upstream valve lift control region corresponds to an extremely low load region including idle.
[0034]
FIG. 3 shows the valve lift characteristics of the intake valve under typical operating conditions. As shown in the figure, the lift amount is a minimum lift in an extremely low load region such as an idle. In particular, the lift amount is so small that the phase of the lift center angle does not affect the intake air amount. The phase of the lift center angle by the
[0035]
By setting the minimum lift in this way, the intake flow becomes choked in the gap between the
[0036]
On the other hand, in the low load region where the load is higher than the extremely low load region such as idle (including the idle state where the auxiliary load is applied), the lift / operating angle is large and the lift center angle is the advanced position. It becomes. At this time, as described above, the intake air amount control is performed in consideration of the valve timing, and the intake air amount is controlled to a relatively small amount by advancing the intake valve closing timing. As a result, the lift / operating angle becomes somewhat large, and the pumping loss due to the
[0037]
Note that in the case of a minimal lift in an extremely low load range such as idle, the intake air amount hardly changes even if the phase is changed, as described above, so when shifting from the very low load range to the low load range, Prior to the change, it is necessary to enlarge the lift and operating angle. The same applies when a load of auxiliary equipment such as an air conditioning compressor is applied.
[0038]
On the other hand, in the middle load region where the load is further increased and the combustion is stabilized, as shown in FIG. 3, the phase of the lift center angle is advanced while further increasing the lift / operation angle. The phase of the lift center angle is the most advanced state at a certain point in the middle load region. Thereby, internal EGR is utilized and the pumping loss can be further reduced.
[0039]
In addition, at the maximum load, the
[0040]
As described above, in an extremely low load range such as an idle, a minute flow rate is controlled mainly by a lift amount as a valve lift control range, but a boundary with a low load range that is a valve timing control range, that is, control switching. The point is preferably corrected according to the actual stable combustion state. Alternatively, for simplification of control, it is also possible to detect the engine temperature and correct it accordingly. By correcting in this way, the valve timing control region can be expanded within a range that does not cause deterioration of combustion, which is advantageous in reducing pumping loss.
[0041]
Next, FIG. 4 is a flowchart showing a control flow of the variable valve operating apparatus. The routine shown in this flowchart is repeatedly executed in the
[0042]
First, in step 1, the required torque / output is calculated from the accelerator pedal opening, the vehicle speed, etc., and in
[0043]
FIG. 5 is a flowchart showing details of
[0044]
If the target lift is a large lift larger than the set value in
[0045]
In this way, high resolution at the time of small lift control that requires high-precision control of the lift and the operating angle can realize high-precision closed-loop control based on detection of the rotational position of the
[0046]
In the flowchart of FIG. 5, the resolution is selected based on the target lift itself. However, as described above, since the engine is controlled to a small lift and operating angle in the engine low speed range, the engine speed is set to a predetermined value. Compared with the rotation speed, the resolution may be higher only in a predetermined low speed range. In general, combustion stability is a problem at low engine speeds. Therefore, in addition to the target lift being a small lift, the engine speed is determined as a weighting condition. You may make it. Similarly, since the combustion stability deteriorates with a low load, the high resolution may be achieved only in a small lift (or engine low speed region) and in a low load region.
[0047]
FIG. 6 shows details of the cam profile of the
[0048]
FIG. 8 shows the cam characteristics of the
[0049]
FIG. 7 summarizes the relationship between the rotational position of the
[0050]
In the above embodiment, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a variable valve operating apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a valve lift control region and a valve timing control region.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing valve lift characteristics under typical operating conditions.
FIG. 4 is a main flowchart showing a flow of control of the variable valve operating apparatus.
FIG. 5 is a flowchart showing details of control of a lift / operating angle variable mechanism.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a cam profile of a swing cam.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a rotation angle of a control shaft and a valve lift.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the distance between O2 and O3 and the change in the distance per degree of control axis.
[Explanation of symbols]
1 ... Lift / operating angle variable mechanism
2 ... Drive shaft
3 ... Eccentric cam
6 ... Rocker arm
8 ... Link member
9 ... Oscillating cam
11 ... Intake valve
12 ... Control axis
14 ... Control axis sensor
16 ... Drive shaft sensor
19 ... Engine control unit
21 ... Phase variable mechanism
Claims (2)
上記目標リフトと上記機関回転速度とに基づき、上記目標リフトが小さくかつ上記機関回転速度が低速であるときに、上記分解能を、相対的に高い高分解能とすることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。A variable valve mechanism capable of continuously and variably controlling the lift of the intake valve, target value setting means for setting a target lift of the variable valve mechanism based on the load and rotation speed of the engine, and the variable valve mechanism A sensor that outputs a signal corresponding to the actual control state of the sensor, and the sensor signal is captured with a predetermined resolution, and a control command value for the variable valve mechanism is calculated based on the captured sensor output and the target lift. And a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine comprising:
Based on the above target lift and the engine rotational speed, when the target lift is small and the engine rotational speed is slow, the engine, characterized in that the resolution is relatively high high-resolution variable Variable valve device.
機関の負荷と回転速度とに基づいて上記可変動弁機構の目標リフトを設定する目標値設定手段と、
上記制御軸の回転位置を変化させるためのアクチュエータと、
この制御軸の実際の回転位置に対応する信号を出力するセンサと、
上記センサの信号を所定の分解能で取り込むとともに、取り込んだセンサ出力と上記目標リフトとに基づいて上記アクチュエータに対する制御指令値を算出する制御手段と、
を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、
上記目標リフトと上記機関回転速度とに基づき、上記目標リフトが小さくかつ上記機関回転速度が低速であるときに、上記分解能を、相対的に高い高分解能とすることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。An eccentric cam that is rotationally driven by a drive shaft, a link arm that is fitted to the outer periphery of the eccentric cam so as to be relatively rotatable, and provided in parallel with the drive shaft and within an at least predetermined angle range provided with an eccentric cam portion. A control shaft that is rotatable, a rocker arm that is rotatably mounted on an eccentric cam portion of the control shaft, and is swingably supported by the link arm, and is rotatably supported by the drive shaft, and has a link to the rocker arm. And a swing cam that presses the intake valve by swinging with the rocker arm, and the lift of the intake valve changes with the operating angle according to the rotational position of the eccentric cam portion of the control shaft. The swing cam is configured so that the lift increase rate with respect to the unit swing angle of the swing cam is smaller in the large lift region than in the small and medium lift regions. A variable valve mechanism in which the cam profile is set,
Target value setting means for setting a target lift of the variable valve mechanism based on the engine load and the rotational speed;
An actuator for changing the rotational position of the control shaft;
A sensor that outputs a signal corresponding to the actual rotational position of the control shaft;
Control means for taking in the signal of the sensor with a predetermined resolution, and calculating a control command value for the actuator based on the taken-in sensor output and the target lift ;
In a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine comprising:
Based on the above target lift and the engine rotational speed, when the target lift is small and the engine rotational speed is slow, the engine, characterized in that the resolution is relatively high high-resolution variable Variable valve device.
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