JP4024032B2 - 内燃機関の可変バルブ制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気バルブの作動特性を可変にする吸気側可変バルブ機構と、排気バルブの作動特性を可変にする排気側可変バルブ機構とを相互に独立に備えてなる内燃機関の可変バルブ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、アクセル開度及び機関回転速度から目標トルクを設定し、前記目標トルクに相当する目標吸入空気量が得られるように、吸気バルブの作動特性を変化させる構成の機関が知られている(特開平6−272580号公報参照)。
また、吸気バルブ・排気バルブのバルブリフト量を、バルブ作動角の変化を伴って連続的に可変にする構成の可変バルブ機構が知られている(特開2001−012262号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、目標吸入空気量が得られるように、可変バルブ機構によって吸気バルブの作動特性(バルブリフト量及び/又はバルブタイミング)を可変に制御する場合、吸気バルブの作動特性を広範囲に変化させる必要が生じ、これによって吸気バルブと排気バルブとの干渉が発生したり、バルブオーバーラップ量の変化によって燃焼性が悪化してしまう可能性があった。
【0004】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気バルブの作動特性を要求に応じて変化させつつ、排気バルブの作動特性の制御によってバルブ干渉や燃焼性の悪化を回避することができる内燃機関の可変バルブ制御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項1記載の発明は、吸気側可変バルブ機構と、排気側可変バルブ機構とを相互に独立に備えてなり、前記排気側可変バルブ機構が、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を可変にする機構と共に、前記排気バルブの開期間の中心位相を可変にする機構を含んで構成される内燃機関の可変バルブ制御装置において、前記吸気側可変バルブ機構によって可変とされる前記吸気バルブの開時期に基づいて、前記排気バルブの閉時期の遅角限界値を演算し、該遅角限界値とそのときの前記排気バルブの開期間の中心位相とから、前記排気バルブの閉時期が前記遅角限界値となる遅角限界バルブリフト量を演算し、前記排気バルブのバルブリフト量を前記遅角限界バルブリフト量以下に制限するようにした。
【0006】
上記構成によると、遅角限界バルブリフト量は、そのときの中心位相で排気バルブの閉時期が遅角側限界値となるバルブリフト量であり、遅角限界バルブリフト量以下に制限すれば、排気バルブの閉時期が遅角側限界値よりも遅角側になることがない。
【0009】
請求項2記載の発明では、前記遅角限界バルブリフト量が所定の最小バルブリフト量よりも小さい値に算出されたときに、前記排気バルブの開期間の中心位相を進角制御することで、前記遅角限界バルブリフト量が前記最小バルブリフト量以上に変更されるようにし、前記排気バルブのバルブリフト量を、前記最小バルブリフト量以上とされた前記遅角限界バルブリフト量以下で、かつ、前記所定の最小バルブリフト量以上に制限するようにした。
【0010】
上記構成によると、排気バルブの開期間の中心位相を進角すれば、排気バルブの開期間の中心から吸気バルブの開時期までの角度が拡大され、排気バルブの閉時期を遅角限界値とする遅角限界バルブリフト量をより大きくでき、遅角限界バルブリフト量を所定の最小バルブリフト量以上にできる。
【0011】
請求項3記載の発明では、前記所定の最小バルブリフト量を、機関回転速度に応じて設定する構成とした。上記構成によると、機関回転速度に応じて排気バルブの最小バルブリフト量が設定され、機関回転速度に応じた最小バルブリフト量以上になるように、排気バルブのバルブリフト量を制限する。
【0012】
請求項4記載の発明では、前記所定の最小バルブリフト量を、機関の目標吸入空気量に応じて設定する構成とした。上記構成によると、機関の目標吸入空気量に見合った最小バルブリフト量以上になるように、排気バルブのバルブリフト量を制限する。請求項5記載の発明では、機関の目標吸入空気量に応じて吸気バルブの目標作動特性を設定し、該目標作動特性に基づいて吸気側可変バルブ機構を制御する構成とした。
【0013】
上記構成によると、吸気バルブの作動特性が目標吸入空気量に応じて制御され、係る目標吸入空気量に応じた吸気バルブの開時期の変化に応じて、排気バルブのバルブリフト量に制限を加える。請求項6記載の発明では、吸気側可変バルブ機構及び排気側可変バルブ機構が、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、前記駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することでバルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、前記制御軸を回動するアクチュエータとからなり、前記アクチュエータにより前記制御軸を回動制御することにより、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を連続的に変化させる機構を含む構成とした。
【0014】
上記構成によると、アクチュエータにより制御軸を回動制御することにより、バルブ作動角の変化を伴って吸排気バルブのバルブリフト量が連続的に変化し、吸気バルブ側のバルブリフト量の変化に伴って、排気バルブ側のバルブリフト量に制限が加えられる。
【0015】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によると、遅角限界バルブリフト量以下に排気バルブのバルブリフト量を制限することで、排気バルブの閉時期が遅角側限界値よりも遅角側になることがなく、これによってバルブオーバーラップ量が許容値内に制限され、バルブ干渉や燃焼性の悪化が回避される。
【0017】
請求項2記載の発明によると、バルブオーバーラップ量を制限しつつ、常に最小バルブリフト量以上に制御することができるという効果がある。請求項3記載の発明によると、例えば高回転・低バルブリフトでの運転のような可変バルブ機構を破損させる惧れのある条件での運転を回避することができるという効果がある。
【0018】
請求項4記載の発明によると、排気バルブのバルブリフト量を、機関の目標吸入空気量におけるガス交換に必要とされる最小バルブリフト量以上に制限できる。請求項5記載の発明によると、吸気バルブの作動特性によって機関の吸入空気量を目標に制御しつつ、バルブの干渉や燃焼性の悪化を回避することができるという効果がある。
【0019】
請求項6記載の発明によると、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を連続的に変化させる可変バルブ機構によって、吸気バルブのバルブリフト量を要求量に制御しつつ、該吸気バルブのバルブリフトの変化に応じて、排気バルブのバルブリフトを変化させて、バルブの干渉や燃焼性の悪化を回避することができるという効果がある。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は、実施形態における車両用内燃機関の構成図であり、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。
【0021】
燃焼排気は燃焼室106から排気バルブ107を介して排出され、フロント触媒108及びリア触媒109で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ105及び排気バルブ107は、それぞれ可変バルブ機構VEL112a,112bによってバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変えられると共に、可変バルブタイミング機構VTC113a,113bによってバルブ開期間の位相が連続的に変えられるようになっている。
【0022】
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、スロットルバルブ103bの開度及び吸気バルブ105の作動特性によって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、アクセルペダルセンサAPS116で検出されるアクセルペダルの開度APO等に応じて前記電子制御スロットル104,可変バルブ機構VEL112a及び可変バルブタイミング機構VTC113aを制御する一方、吸気バルブ105の作動特性に応じて排気バルブ107の可変バルブ機構VEL112b及び可変バルブタイミング機構VTC113bを制御する。
【0023】
前記エンジンコントロールユニット114には、前記アクセルペダルセンサAPS116の他、機関101の吸入空気量Qを検出するエアフローメータ115、クランク軸120から回転信号を取り出すクランク角センサ117、スロットルバルブ103bの開度TVOを検出するスロットルセンサ118,機関101の冷却水温度Twを検出する水温センサ119等からの検出信号が入力される。
【0024】
尚、前記クランク角センサ117から出力される回転信号に基づいてエンジンコントロールユニット114において機関回転速度Neが算出される。
また、各気筒の吸気バルブ105上流側の吸気ポート130には、電磁式の燃料噴射弁131が設けられ、該燃料噴射弁131は、前記エンジンコントロールユニット114からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ105に向けて噴射する。
【0025】
図2〜図4は、前記可変バルブ機構VEL112a,112bの構造を詳細に示すものである。
尚、吸気バルブ105側の可変バルブ機構VEL112aと排気バルブ107側の可変バルブ機構VEL112bとは同一構造であるため、以下では、吸気バルブ105側の可変バルブ機構VEL112aについて説明し、排気バルブ107側の可変バルブ機構VEL112bについての説明は省略する。
【0026】
但し、吸気バルブ105及び排気バルブ107のバルブリフト量を変化させるための可変バルブ機構VEL112a,112bを、図2〜図4に示す構成のものに限定するものではない。
図2〜図4に示す可変バルブ機構VELは、一対の吸気バルブ105,105と、シリンダヘッド11のカム軸受14に回転自在に支持された中空状の吸気側カム軸13(駆動軸)と、該カム軸13に軸支された回転カムである2つの偏心カム15,15(駆動カム)と、前記カム軸13の上方位置に同じカム軸受14に回転自在に支持された制御軸16と、該制御軸16に制御カム17を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム18,18と、各吸気バルブ105,105の上端部にバルブリフター19,19を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム20,20とを備えている。
【0027】
前記偏心カム15,15とロッカアーム18,18とは、リンクアーム25,25によって連係され、ロッカアーム18,18と揺動カム20,20とは、リンク部材26,26によって連係されている。
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。
【0028】
前記偏心カム15は、図5に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体15aと、該カム本体15aの外端面に一体に設けられたフランジ部15bとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔15cが貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Xがカム軸13の軸心Yから所定量だけ偏心している。
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と共に、カム本体15aの外周面15dが同一のカムプロフィールに形成されている。
【0029】
前記ロッカアーム18は、図4に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部18aが制御カム17に回転自在に支持されている。
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。
【0030】
前記制御カム17は、円筒状を呈し、制御軸16外周に固定されていると共に、図2に示すように軸心P1位置が制御軸16の軸心P2からαだけ偏心している。
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。
【0031】
また、揺動カム20の下面には、基端部22側の基円面24aと該基円面24aから端部23端縁側に円弧状に延びるカム面24bとが形成されており、該基円面24aとカム面24bとが、揺動カム20の揺動位置に応じて各バルブリフター19の上面所定位置に当接するようになっている。
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。
【0032】
また、前記リンクアーム25は、円環状の基部25aと、該基部25aの外周面所定位置に突設された突出端25bとを備え、基部25aの中央位置には、前記偏心カム15のカム本体15aの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴25cが形成されている一方、突出端25bには、前記ピン21が回転自在に挿通するピン孔25dが貫通形成されている。
【0033】
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。
尚、各ピン21,28,29の一端部には、リンクアーム25やリンク部材26の軸方向の移動を規制するスナップリング30,31,32が設けられている。
【0034】
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。
前記制御軸16は、図10に示すような構成により、DCサーボモータ(アクチュエータ)121によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸16の作動角を前記アクチュエータ121で変化させることで、吸気バルブ105のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する(図9参照)。
【0035】
尚、本実施形態では、制御軸16の作動角が大きくなるほど、吸気バルブ105のリフト量が大きくなるものとする。
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。
一方、前記制御軸16の先端に一対のステー123a,123bが固定され、一対のステー123a,123bの先端部を連結する制御軸16と平行な軸周りに、ナット124が揺動可能に支持される。
【0036】
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。
【0037】
ここで、ナット124の位置をかさ歯車126に近づける方向が、バルブリフト量が小さくなる方向で、逆に、ナット124の位置をかさ歯車126から遠ざける方向が、バルブリフト量が大きくなる方向となっている。
前記制御軸16の先端には、図10に示すように、制御軸16の作動角を検出するポテンショメータ式の作動角センサ127が設けられており、該作動角センサ127で検出される実際の作動角が目標作動角に一致するように、前記エンジンコントロールユニット114が前記DCサーボモータ121をフィードバック制御する。
【0038】
次に、前記可変バルブタイミング機構VTC113a,113bの構成を、図11に基づいて説明する。
尚、吸気バルブ105側の可変バルブタイミング機構VTC113aと排気バルブ107側の可変バルブタイミング機構VTC113bとは同一構造である。
但し、可変バルブタイミング機構VTC113a,113bを、図11に示したものに限定するものではなく、クランク軸に対するカム軸の回転位相を連続的に変化させる構成のものであれば良い。
【0039】
本実施形態における可変バルブタイミング機構VTC113a,113b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、カム軸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。
【0040】
前記カムスプロケット51は、外周にタイミングチェーン(又はタイミングベルト)が噛合する歯部を有する回転部(図示省略)と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材53を回転自在に収容するハウジング56と、該ハウジング56の前後開口を閉塞するフロントカバー,リアカバー(図示省略)とから構成される。
【0041】
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。
前記回転部材53は、吸気側カム軸14の前端部に固定されており、円環状の基部77の外周面に90°間隔で4つのベーン78a,78b,78c,78dが設けられている。
【0042】
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。
前記ロック機構60は、ロックピン84が、回転部材53の最大遅角側の回動位置(基準作動状態)において係合孔(図示省略)に係入するようになっている。
【0043】
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。
【0044】
前記供給通路93には、オイルパン96内の油を圧送するエンジン駆動のオイルポンプ97が設けられている一方、ドレン通路94a,94bの下流端がオイルパン96に連通している。
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。
【0045】
前記電磁切換弁95は、内部のスプール弁体が各油圧通路91,92と供給通路93及びドレン通路94a,94bとを相対的に切り換え制御するようになっている。
前記エンジンコントロールユニット114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。
【0046】
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。
【0047】
従って、遅角側油圧室83の内圧が高、進角側油圧室82の内圧が低となって、回転部材53は、ベーン78a〜78bを介して最大遅角側に回転し、この結果、バルブ開期間がクランク軸の回転位相角に対して遅くなる。
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。
【0048】
このため、回転部材53は、ベーン78a〜78dを介して進角側へ最大に回転し、これによって、バルブ開期間がクランク軸の回転位相角に対して早くなる。
次に、前記エンジンコントロールユニット114による前記電子制御スロットル104,可変バルブ機構VEL112a,112b及び可変バルブタイミング機構VTC113a,113bの制御を、図12〜図14のブロック図に従って説明する。
【0049】
図12に示すように、エンジンコントロールユニット114は、目標体積流量比演算部A,吸気VEL制御部B,スロットル制御部C及び排気VEL制御部Dを含んで構成される。
前記目標体積流量比演算部Aでは、以下のようにして、内燃機関101の目標体積流量比TQH0ST(目標吸入空気量)を演算する。
【0050】
まず、アクセル開度APO及び機関回転速度Neに対応する要求空気量Q0を算出する一方、アイドル回転速度制御(ISC)で要求されるISC要求空気量QISC(アイドル時要求空気量)を算出する。
そして、前記要求空気量Q0とISC要求空気量QISCと合計を、全要求空気量Qとして求め(Q=Q0+QISC)、これを、機関回転速度Ne及び有効排気量(シリンダ総容積)VOL#で除算することで、目標体積流量比TQH0ST(TQH0ST=Q/(Ne・VOL#))を演算する。
【0051】
前記吸気VEL制御部Bでは、前記目標体積流量比TQH0STを、吸入負圧に応じて補正し、該補正後の目標体積流量比TQH0VELと、前記可変バルブタイミング機構VTC113によって制御されるバルブタイミングによる補正値とから、吸気側の可変バルブ機構VEL112aにおける制御軸16の目標作動角TGVEL(吸気側目標バルブリフト量)を演算する。
【0052】
そして、前記吸気側目標作動角TGVEL(吸気側目標バルブリフト量)に実際の作動角が一致するように、可変バルブ機構VEL112aにおけるDCサーボモータ121をフィードバック制御する。
前記スロットル制御部Cでは、一定の吸入負圧に制御するためにスロットルバルブ103bに要求される体積流量比が演算される。
【0053】
また、前記吸気側目標作動角TGVELの演算において可変バルブ機構VEL112aにおける制御可能な最小リフト量(最小作動角)の制約によって、目標体積流量比TQH0ST相当よりも大きな吸気側目標作動角TGVEL(吸気側目標バルブリフト量)が設定されたときに、スロットルバルブ103bの絞りによって前記目標体積流量比TQH0STを得るための体積流量比が演算される。
【0054】
ここで、一定の吸入負圧に制御するための体積流量比と、吸気バルブ105で制御される体積流量比の過剰分を補うための体積流量比との小さい方を選択し、該選択された体積流量比を、スロットルバルブ103bの目標角度TGTVOに変換する。
そして、前記目標角度TGTVOにスロットルバルブ103の角度(開度)が一致するように、前記スロットルモータ103aをフィードバック制御する。
【0055】
図13のブロック図は、前記吸気VEL制御部Bの詳細を示すものであり、目標体積流量比TQH0STは、吸入負圧(バルブ上流圧)に応じた補正値KMNIQH0で補正され、該補正後の目標体積流量比TQH0VEL0と、可変バルブ機構VEL112によるバルブリフト量制御で制御可能な最小体積流量比QH0LMTとの大きい方を選択して、目標体積流量比TQH0VELとして出力する。
【0056】
ここで、最小体積流量比QH0LMTが選択されたときには、前記スロットル制御部Cにおいて、目標体積流量比TQH0VELを得るためのスロットルバルブ103bの絞り量が設定され、吸気バルブ105のバルブリフト量の制御とスロットルバルブ103bの絞り量制御との協調制御によって目標体積流量比TQH0VELに制御されることになる。
【0057】
前記目標体積流量比TQH0VELは、状態量VAACDNVに変換され、該状態量VAACDNVに、機関回転速度Ne及び排気量(シリンダ総容積)VOL#を乗算することで、吸気バルブ105に求められる総開口面積TVLAACDに変換される。
前記総開口面積TVELAACDは、バルブリフト量VELCOM及びバルブタイミングに応じた流量損失係数Cd,KAVTCにより補正されて、要求開口面積TVELAAとして出力され、該要求開口面積TVELAAが目標作動角TGVELに変換される。
【0058】
前記目標作動角TGVELは、図14に示すように、更に、可変バルブタイミング機構VTC113aによるバルブタイミングVTCNOWに応じた制限を加えられ、該制限を加えられた最終的な目標作動角TGVELに基づいて、可変バルブ機構VEL112aにおけるDCサーボモータ121がフィードバック制御される。
【0059】
また、制御結果としての実際の作動角VCS−ANGLと、バルブタイミングVTCNOWとから、吸気バルブ105の開時期IVOREALが演算され、該開時期IVOREALが前記排気VEL制御部Dに出力されるようになっている。
尚、可変バルブタイミング機構VTC113a,113bは、機関負荷(目標体積流量比TQH0ST)及び機関回転速度に応じて制御される。
【0060】
図14のブロック図は、前記排気VEL制御部Dの詳細を示すものであり、該排気VEL制御部Dによって排気側の可変バルブ機構VEL112b及び可変バルブタイミング機構VTC113bが制御される。
図14のブロック図において、LOW側リミッタ設定部では、機関回転速度Neに応じて第1最小バルブリフト量TGEVLLL0を設定すると共に、目標体積流量比TQH0STに基づいて第2最小バルブリフト量TGEVLLL1を設定し、前記第1最小バルブリフト量TGEVLLL0と第2最小バルブリフト量TGEVLLL1との大きい方を、排気バルブ107の最小バルブリフト量(最小作動角)TGEVLLLとして出力する。
【0061】
前記第1最小バルブリフト量TGEVLLL0は、機関回転速度Neが高いときほど大きな値として設定される。
本実施形態における可変バルブ機構VEL112は、バルブリフト量が低いときほど許容される回転速度が低く、バルブリフト量が低い状態で高回転運転されると機構の故障が生じる惧れがあるので、前記第1最小バルブリフト量TGEVLLL0によって、機関回転速度Neに対して耐性を有する最小バルブリフト量以上に制限する。
【0062】
また、前記第2最小バルブリフト量TGEVLLL1は、目標体積流量比TQH0STにおけるガス交換に必要とされる最小バルブリフト量である。
一方、High側リミッタ設定部では、吸気バルブ105の開時期IVOに基づいて、排気バルブ107の最大バルブリフト量(最大作動角)を設定する。
具体的には、まず、前記吸気VEL制御部Bから出力される吸気バルブ105の開時期IVOREALに基づいて、排気バルブ107のバルブタイミングが最遅角側に制御されている場合における排気バルブ107の閉時期EVCの遅角側限界値EVCLIM0(図15参照)を演算する。
【0063】
そして、そのときの排気バルブ107におけるバルブタイミングの進角量EVTCNOWと、前記遅角側限界値EVCLIM0とから、排気バルブ107の最大バルブリフト量(最大作動角)TGEVELLHを設定する。ここで、最大バルブリフト量(最大作動角)TGEVELLHは、そのときのバルブタイミングで排気バルブ107の閉時期EVCが遅角側限界値EVCLIM0となる遅角限界バルブリフト量であり、バルブタイミングが進角されているときほど大きな値となる(図15参照)。
【0064】
前記最大バルブリフト量(最大作動角)TGEVELLH以下に実際の閉時期EVCを制限すれば、閉時期EVCが遅角側限界値EVCLIM0よりも遅角側になることがなく、これによってバルブオーバーラップ量が許容値内に制限され、バルブ干渉や燃焼性の悪化が回避される。
排気VELリミッタ制御部には、前記要求開口面積TVELAAを変換して得られる排気バルブ107の目標作動角TGEVEL0、前記最小バルブリフト量(最小作動角)TGEVLLL、及び、前記最大バルブリフト量(最大作動角)TGEVELLHが入力される。
【0065】
排気VELリミッタ制御部は、前記目標作動角TGEVEL0が前記最小バルブリフト量(最小作動角)TGEVLLLを下回る場合には、最小バルブリフト量(最小作動角)TGEVLLLを目標作動角TGEVELとして出力し、前記目標作動角TGEVEL0が前記最大バルブリフト量(最大作動角)TGEVELLHを上回る場合には、最大バルブリフト量(最大作動角)TGEVELLHを目標作動角TGEVELとして出力し、更に、目標作動角TGEVEL0が最小バルブリフト量(最小作動角)TGEVLLLよりも大きくかつ最大バルブリフト量(最大作動角)TGEVELLHよりも小さいときには、目標作動角TGEVEL0をそのまま目標作動角TGEVELとして出力する。
【0066】
そして、前記目標作動角TGEVELに基づいて、排気側可変バルブ機構VEL112bにおけるDCサーボモータ121がフィードバック制御される。
ここで、TGEVLLL>TGEVELLHであった場合には、目標作動角TGEVELを最小バルブリフト量(最小作動角)TGEVLLLによって制限すると、バルブオーバーラップ量が過剰となってバルブ干渉や燃焼性の悪化を招くことになり、また、目標作動角TGEVELを最大バルブリフト量(最大作動角)TGEVELLHによって制限すると、目標体積流量比TQH0STに見合う排気バルブ107の開口面積が得られず、また、可変バルブ機構112bの故障を招く可能性が生じる。
【0067】
そこで、TGEVLLL>TGEVELLHであった場合には、排気側可変バルブタイミング機構113bによる排気バルブ107のバルブタイミングを強制的に進角補正することで、TGEVLLL=TGEVELLH(又はTGEVLLL<TGEVELLH)となるようにする。
排気バルブ107のバルブタイミングを進角補正すると、排気バルブ107の開期間の中心位置が進角されることで、開期間の中心位置から遅角側限界値EVCLIM0までの角度が大きくなり、遅角側限界値EVCLIM0を閉時期EVCとする最大バルブリフト量(最大作動角)TGEVELLHがより大きな値に設定されることになる(図15参照)。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図2】実施の形態における可変バルブ機構を示す断面図(図3のA−A断面図)。
【図3】上記可変バルブ機構の側面図。
【図4】上記可変バルブ機構の平面図。
【図5】上記可変バルブ機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図6】上記可変バルブ機構の低リフト時の作用を示す断面図(図3のB−B断面図)。
【図7】上記可変バルブ機構の高リフト時の作用を示す断面図(図3のB−B断面図)。
【図8】上記可変バルブ機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図9】上記可変バルブ機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図10】上記可変バルブ機構における制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図11】実施の形態における可変バルブタイミング機構を示す縦断面図。
【図12】実施の形態における吸入空気量制御の全体構成を示すブロック図。
【図13】実施の形態における吸気VEL制御部の詳細を示すブロック図。
【図14】実施の形態における排気VEL制御部の詳細を示すブロック図。
【図15】実施の形態における排気バルブのバルブタイミングと最大バルブリフト量との相関を示す線図。
【符号の説明】
13…カム軸
15…偏心カム
16…制御軸
17…制御カム
18…ロッカアーム
20…揺動カム
25…リンクアーム
101…内燃機関
104…電子制御スロットル
105…吸気バルブ
107…排気バルブ
112a,112b…可変バルブ機構VEL
113a,113b…可変バルブタイミング機構VTC
114…コントロールユニット
115…エアフローメータ
116…アクセルペダルセンサ
117…クランク角センサ
118…スロットルセンサ
119…水温センサ
120…クランク軸
121…DCサーボモータ(アクチュエータ)
127…作動角センサ
Claims (6)
- 吸気バルブの作動特性を可変にする吸気側可変バルブ機構と、排気バルブの作動特性を可変にする排気側可変バルブ機構とを相互に独立に備えてなり、前記排気側可変バルブ機構が、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を可変にする機構と共に、前記排気バルブの開期間の中心位相を可変にする機構を含んで構成される内燃機関の可変バルブ制御装置において、
前記吸気側可変バルブ機構によって可変とされる前記吸気バルブの開時期に基づいて、前記排気バルブの閉時期の遅角限界値を演算し、該遅角限界値とそのときの前記排気バルブの開期間の中心位相とから、前記排気バルブの閉時期が前記遅角限界値となる遅角限界バルブリフト量を演算し、前記排気バルブのバルブリフト量を前記遅角限界バルブリフト量以下に制限することを特徴とする内燃機関の可変バルブ制御装置。 - 前記遅角限界バルブリフト量が所定の最小バルブリフト量よりも小さい値に算出されたときに、前記排気バルブの開期間の中心位相を進角制御することで、前記遅角限界バルブリフト量が前記最小バルブリフト量以上に変更されるようにし、前記排気バルブのバルブリフト量を、前記最小バルブリフト量以上とされた前記遅角限界バルブリフト量以下で、かつ、前記所定の最小バルブリフト量以上に制限することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
- 前記所定の最小バルブリフト量が、機関回転速度に応じて設定されることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
- 前記所定の最小バルブリフト量が、機関の目標吸入空気量に応じて設定されることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
- 機関の目標吸入空気量に応じて吸気バルブの目標作動特性を設定し、該目標作動特性に基づいて前記吸気側可変バルブ機構を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
- 前記吸気側可変バルブ機構及び排気側可変バルブ機構が、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、前記駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することでバルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、前記制御軸を回動するアクチュエータとからなり、前記アクチュエータにより前記制御軸を回動制御することにより、バルブ作動角の変化を伴ってバルブリフト量を連続的に変化させる機構を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
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