JP4058909B2

JP4058909B2 - 内燃機関の油圧制御装置

Info

Publication number: JP4058909B2
Application number: JP2001012577A
Authority: JP
Inventors: 茂桜木; 真樹鳥海; 和人友金; 茂輝新藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2021-01-22
Also published as: US20020104496A1; US6619249B2; JP2002221052A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧源を共有しつつ互いに独立して油圧制御される２つの油圧作動機構を備えた内燃機関の油圧制御装置に関し、特に好ましくは、吸気弁又は排気弁の少なくとも一方のリフト特性を変更可能な２つの可変動弁機構を備えた内燃機関の油圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の分野では、潤滑油の循環用に用いられるオイルポンプを油圧源として、各種の油圧作動機構を作動させることが一般的に行われている。このような油圧作動機構として、機関運転状態に応じて吸気弁や排気弁の開閉時期やバルブリフト量を変化させる可変動弁機構や、機関運転状態に応じて各気筒のピストンストロークを変化させて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構等が挙げられる。
【０００３】
油圧式の可変動弁機構として、例えば特開平５−２４８２１７号公報には、低速用ロッカーアームと高速用ロッカーアームとを切り換えて使用することにより、吸気弁や排気弁の開閉時期を２段階に切換可能な可変動弁機構が開示されている。その他にも、吸排気弁の作動角位相を変更する位相変更機構，吸排気弁の作動角及びバルブリフト量を変更可能な作動角変更機構，及び一部の気筒の吸排気弁を一時的に停止させる弁停止機構等が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、油圧源を共用しつつ互いに独立して油圧制御される２つの油圧作動機構を一つの内燃機関に適用した場合、以下のような問題を生じるおそれがある。すなわち、双方の油圧作動機構の作動状態を同時期に切り換えるような場合、特に、ポンプの油圧が低下する低速運転時に切り換えるような場合、油圧作動機構へ供給される油圧が不足して作動応答性の低下を招くおそれがある。このような作動応答性の低下を防止するために、専用のオイルポンプやアキュムレータ等を設けることも考えられるが、この場合、油圧回路の構成が複雑になり、重量の増加やコストの増加を招くおそれがある。
【０００５】
特に、２つの作動変更機構が共に吸気弁や排気弁のリフト特性を変化させる可変動弁機構の場合、アイドル時や全開出力時等の機関運転状態に応じて大きく変化する要求リフト特性に追従するために、双方の可変動弁機構を同時期に切り換える必要性が高い。
【０００６】
例えば、吸気弁の作動角位相を変化させる位相変更機構と、一部の気筒の吸気弁及び排気弁を一時的に停止させる弁停止機構と、を用いる場合、弁停止機構を作動させて弁停止運転を行う状況では、残りの気筒により所定のトルクを確保するために、位相変更機構により吸気弁の作動角位相を進角作動させることが好ましい。このような場合、弁停止機構側の作動応答性の遅れが特に大きな問題となる。つまり、吸排気弁が停止している気筒では、燃料噴射を禁止する必要があるが、弁停止機構の応答性の低下により、実際に吸排気弁が停止している時期と、燃料噴射を禁止している時期とがずれてしまうと、弁停止中に燃料が噴射されるおそれがあり、非常に好ましくない。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、油圧源を共有しつつ互いに独立して油圧制御される２つの油圧作動機構を備えた内燃機関の油圧制御装置において、簡素な構造で作動応答性の向上を図ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る発明は、油圧源を共用しつつ、互いに独立して油圧制御される第１油圧作動機構及び第２油圧作動機構を備えた内燃機関の油圧制御装置において、上記第１油圧作動機構から排出される作動油を、上記第２油圧作動機構へ供給する還流油路を設けたことを特徴としている。
【０００９】
この請求項１に係る発明によれば、第１油圧作動機構から排出される作動油を、還流油路を通して第２油圧作動機構へ供給することにより、別途アキュムレータ等の特別な油圧補助機器を用いることなく、第２油圧作動機構の作動応答性を向上することができる。つまり、通常はそのまま排出される作動油を利用して、油圧作動機構の作動応答性を向上させることができる。
【００１０】
また、上記第１油圧作動機構及び第２油圧作動機構が、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のリフト特性を変化させる可変動弁機構であることを特徴としている。
【００１１】
このように、２つの可変動弁機構を内燃機関へ適用することにより、吸排気弁のリフト特性の自由度が高くなり、より高度なリフト制御を行うことができる。
【００１２】
また、上記第１油圧作動機構が、吸気弁の作動角位相を変化させる位相変更機構であり、上記第２油圧作動機構が、油圧が供給される時に幾つかの気筒の吸気弁及び排気弁を一時的に停止させる弁停止機構である場合、弁停止機構により一部の気筒を弁停止させる弁停止運転を行う場合、残りの気筒で所定のトルクを確保するとともに、内部ＥＧＲの拡大や燃費の向上及びＮＯｘの低減化を図るために、位相変更機構により吸気弁の作動角位相を進角させることが望ましい。つまり、弁停止運転を開始する際には、作動角変更機構が進角状態にある場合が多い。
【００１３】
そこで、弁停止運転を開始する際の作動応答性を効果的に向上させるために、好ましくは上記位相変更機構により吸気弁の作動角位相を進角させる進角時に位相変更機構から排出される作動油が、上記還流油路を経由して上記弁停止機構へ供給されるように構成する。
【００１４】
また、還流油路を経由して第２油圧作動機構から第１油圧作動機構へ向かって作動油が逆流することのないように、好ましくは、請求項３に係る発明のように、上記還流油路に、上記第２油圧作動機構側から第１油圧作動機構側への作動油の逆流を禁止する逆止弁が配設されている。
【００１５】
更に好ましくは、逆止弁が開弁できない状況であっても、第１油圧作動機構から作動油を確実に排出できるように、請求項４に係る発明のように、上記還流油路における逆止弁の上流側で分岐して作動油を排出するドレーン分岐油路に制御弁が設けられ、この制御弁の開弁荷重が上記逆止弁の開弁荷重よりも高く設定されている。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、第１油圧作動機構から排出される作動油を、還流油路を通して第２油圧作動機構へ供給することにより、別途アキュムレータ等の特別な油圧補助機器を用いることなく、第２油圧作動機構の作動応答性を向上することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の油圧制御装置を示す概略構成図である。この油圧制御装置には、潤滑油を循環させるオイルポンプ１０を油圧源として共有しつつ、互いに独立して油圧制御される第１油圧作動機構１２及び第２油圧作動機構１４が設けられている。この実施形態では、油圧作動機構１２，１４として、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のリフト特性を変更可能な可変動弁機構が適用されている。より詳しくは、吸気弁の作動角位相を連続的に変更可能な位相変更機構１２と、一部（例えば半分）の気筒の吸気弁及び排気弁を一時的に停止させる弁停止機構１４と、が用いられている。
【００１８】
また、オイルポンプ１０から位相変更機構１２へ供給される油圧を切換制御する位相変更用油圧制御弁１６と、オイルポンプ１０から第２油圧作動機構１４へ供給される油圧を切換制御する弁停止用油圧制御弁１８と、が設けられている。
【００１９】
位相変更機構１２の構造については公知であり、図２を参照して簡単に説明すると、位相変更機構１２は、クランクシャフトと同期して回転するカムスプロケット２１と一体的に回転する外周側ギヤ部２２と、この外周側ギヤ部２２の内側に同軸状に配置され、吸気弁駆動用のインテークカムシャフト２３と一体的に回転する内周側ギヤ部２４と、これら外周側ギヤ部２２及び内周側ギヤ部２４の内外周面にヘリカルスプラインを介して噛合する略環状のピストン２５と、このピストン２５を遅角側へ付勢するリターンスプリング２６と、を備えている。
【００２０】
ピストン２５の軸方向両端面には遅角側油圧室２７と進角側油圧室２８とが臨んでおり、これら油圧室２７，２８の油圧に応じてピストン２５が軸方向へ移動することにより、カムスプロケット２１に対するインテークカムシャフト２３の位相が変化して、吸気弁の作動角位相が連続的に変更される。
【００２１】
弁停止機構１４の構造についても公知であり、図３を参照して簡単に説明すると、弁停止用油圧室３１の油圧が低い状態では、スプリング３２のバネ力によりカップリング３３がローラーベアリング３４を有する補助ロッカアーム３６ａと当接する位置まで張り出しており、カム３５の回転動力が補助ロッカアーム３６ａ，カップリング３３及びロッカアーム３６を介して吸排気弁３７に伝達され、通常の全気筒運転が行われる。一方、弁停止用油圧室３１へ所定の作動油圧が供給されると、ピストン３８がスプリング３２のバネ力に抗してカップリング３３を補助ロッカアーム３６ａから離れる方向へ押圧し、補助ロッカアーム３６ａからカップリング３３への動力伝達が遮断されて、一部の気筒の吸気弁及び排気弁を停止する部分気筒休止運転（弁停止運転）が行われる。
【００２２】
次に、図１〜４を参照して、この油圧制御装置の回路構成について説明する。この回路には、オイルポンプ１０から位相変更用油圧制御弁１６へ油圧を供給する第１油圧供給油路４１と、オイルポンプ１０から弁停止用油圧制御弁１８へ油圧を供給する第２油圧供給油路４２と、位相変更用油圧制御弁１６と遅角側油圧室２７とを接続する遅角側制御油路４３と、位相変更用油圧制御弁１６と進角側油圧室２８とを接続する進角側制御油路４４と、弁停止用油圧制御弁１８と弁停止用油圧室３１とを接続する弁停止用制御油路４５と、位相変更用油圧制御弁１６からオイルパン１１へ作動油を排出する遅角側ドレーン油路４６と、弁停止用油圧制御弁１８からオイルパン１１へ作動油を排出する弁停止用ドレーン油路４７と、が設けられている。
【００２３】
そして本実施形態では、位相変更機構１２の遅角側油圧室２７と弁停止機構１４の弁停止用油圧室３１とに接続し、遅角側油圧室２７から排出される作動油を弁停止用油圧室３１へ供給する還流油路４８が設けられている。この還流油路４８は、上記の遅角側制御油路４３を含む形となっており、かつ、下流側で弁停止用制御油路４５へ合流している。つまり、還流油路４８は、弁停止用油圧制御弁１８を経由することなく直接的に弁停止用油圧室３１へ作動油を供給し得る構成となっている。
【００２４】
この還流油路４８には、弁停止機構１４から位相変更機構１２へ向かう方向の作動油の逆流を防止する逆止弁４９が配設されている。また、還流油路４８における逆止弁４９よりも上流側（位相変更機構１２側）で分岐してオイルパン１１へ延びる進角側ドレーン分岐油路５０に制御弁５１が配設されている。逆止弁４９の開弁荷重は制御弁５１の開弁荷重よりも低く設定されており、例えば逆止弁４９の開弁荷重が約０．１ｋｇｆ／ｃｍ²に、制御弁５１の開弁荷重が約０．３ｋｇｆ／ｃｍ²に設定される。
【００２５】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００２６】
位相変更機構１２では、位相変更用油圧制御弁１６のスプール１６ａを駆動するソレノイドへデューティー信号を出力して、ピストン２５の位置に対応する吸気弁の作動角位相をフィードバック制御している。
【００２７】
具体的には、吸気弁の作動角位相を遅角させる遅角時には、位相変更用油圧制御弁１６のスプール１６ａが図２（ａ）に示す位置とされ、オイルポンプ１０からの油圧が第１油圧供給油路４１及び遅角側制御油路４３を経由して遅角側油圧室２７へ供給される一方、進角側制御油路４４及び遅角側ドレーン油路４６を通して進角側油圧室２８内の作動油がオイルパン１１へ排出される。この結果、ピストン２５が遅角側（図２の左側）へ押圧，移動される。なお、図２（ａ）には最遅角状態における吸気弁及び排気弁のリフト特性を示してある。
【００２８】
吸気弁の作動角位相を進角させる進角時には、図２（ｂ）に示すスプール位置とされ、第１油圧供給油路４１及び進角側制御油路４４を通して進角側油圧室２８へ油圧が供給される一方、遅角側制御油路４３及び還流油路４８を通して遅角側油圧室２７内の作動油が排出される。この結果、ピストン２５が進角側（図２の右側）へ押圧，移動される。なお、図２（ｂ）には最進角状態における吸気弁及び排気弁のリフト特性を示してある。
【００２９】
吸気弁の作動角位相を任意の位相に保持するときには、図２（ｃ）に示すスプール位置とされ、このスプール１６ａにより遅角側制御油路４３及び進角側制御油路４４に接続する双方のポートが閉塞され、両油圧室２７，２８内の油圧がロックされて、ピストン２５が現在位置に保持される。つまり、ピストン２５を任意の位置に保持することができる。
【００３０】
弁停止機構１４では、図１及び図４に示すように、機関運転状態に応じて弁停止用油圧制御弁１８のスプール１８ａの位置を切り換えることにより、全気筒運転及び部分気筒休止運転の切換が行われる。つまり、全気筒運転時には、図４（ａ）に示すスプール位置とされ、弁停止用油圧室３１内の作動油が弁停止用制御油路４５及び弁停止用ドレーン油路４７を通してオイルパン１１へ排出される。一方、部分気筒休止運転時には、図４（ｂ）に示すスプール位置とされ、第２油圧供給油路４２及び弁停止用制御油路４５を経由してオイルポンプ１０の油圧が弁停止用油圧室３１へ供給される。
【００３１】
上記の進角時、つまり、ピストン２５の進角側への移動に伴って遅角側油圧室２７から還流油路４８へ作動油が排出されている状況下で、弁停止機構１４へ油圧を供給して部分気筒休止運転を開始するような場合、作動油が還流油路４８を通して弁停止用油圧室３１へ速やかに供給される。つまり、オイルポンプ１０から第２油圧供給油路４２，弁停止用油圧制御弁１８及び弁停止用制御油路４５を経由して弁停止用油圧室３１へ供給される作動油とは別に、遅角側油圧室２７側からも還流油路４８を経由して作動油が供給される。従って、遅角側油圧室２７が一種の油圧アキュムレータとして機能する形となり、別途アキュムレータ等を設けることなく、弁停止機構１４の作動応答性を向上させることができる。この結果、部分気筒休止運転時間を拡大でき、更なる燃費の向上を図ることができる。逆に言えば、仮に弁停止機構１４の作動応答性が低下すると、弁停止中に燃料が噴射されて排気性能の悪化を招くおそれがあるが、本実施形態によれば、特に弁停止機構１４の部分気筒休止運転を開始する際の作動応答性が向上するため、このような排気性能の低下を有効に抑制することができる。
【００３２】
特に、機関低速時には、オイルポンプ１０からの供給油圧自体が低いため、作動応答性が低下する傾向にあるが、本実施形態によれば、遅角側油圧室２７からも作動油が供給されるため、このような供給圧が低い運転領域でも、良好な作動応答性を得ることが可能である。
【００３３】
更に言えば、還流油路４８は、作動応答性の向上を図るために、弁停止用油圧制御弁１８と弁停止用油圧室３１とを結ぶ弁停止用制御油路４５に合流しており、弁停止用油圧制御弁１８を通過することなく直接的に弁停止用油圧室３１へ作動油を供給する形となっている。
【００３４】
また、図５に示すように、弁停止機構１４に油圧を供給して一部の気筒を弁停止する弁停止運転を行う領域Ｈ２は、位相変更機構１２により吸気弁の作動角位相を最遅角状態よりも進角させた進角運転を行う領域Ｈ１にほぼ含まれる形となる。つまり、弁停止運転を行う場合、吸気弁の作動角位相を進角させて、残りの気筒で所定のトルクを確保するとともに、内部ＥＧＲを拡大し、燃費向上やＮＯｘの低減化を図ることが望ましい。従って、弁停止機構１４に油圧を供給して弁停止運転を開始する場合、位相変更機構１２が進角運転中である可能性が高い。
【００３５】
例えば図５の矢印Ａ１に示すように、低回転低負荷域から回転数が上昇するような状況では、部分気筒停止運転への切換とほぼ同時に位相変更機構１２の作動状態が進角側へ切り換えられる。また、矢印Ａ２に示すように、高回転低負荷域から回転数が低下するような状況では、位相変更機構１２を進角側へ向けて切り換えているときに、部分気筒停止運転への切換が開始することとなる。更に、矢印Ａ３に示すように、高負荷域からトルクが低下するような状況でも、位相変更機構１２を進角側へ徐々に切り換えている際に、部分気筒停止運転への切換が開始することとなる。このように、弁停止運転を開始する際には、位相変更機構１２を進角側へ切り換えている可能性が高く、つまり、作動油が還流油路４８を通して弁停止用油圧室３１へ供給される可能性が高いため、簡素な構造でありながら、部分気筒運転開始時の作動応答性を有効に向上させることができる。
【００３６】
なお、部分気筒休止運転を継続して行っている場合のように、逆止弁４９の下流側の油圧が高く逆止弁４９が開弁できない状況で、位相変更機構１２を進角側へ切り換えた場合、制御弁５１が開弁し、遅角側油圧室２７内の作動油を進角側ドレーン分岐油路５０を経由して確実にオイルパン１１へ排出できるようになっている。
【００３７】
また、全気筒運転状態にあるときには、逆止弁４９の開弁荷重が制御弁（逆止弁）５１の開弁荷重よりも低く、逆止弁４９の下流側の油圧が低いため、位相変更機構１２を進角側へ切り換えた場合、逆止弁４９のみが開弁する。したがって、遅角側油圧室２７の作動油は、還流油路４８，弁停止用制御油路４５及び弁停止用ドレーン油路４７を経てオイルパン１１へ排出されることとなる。
【００３８】
以上のように本発明を好適な一実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、種々の変形，変更を含むものである。例えば、上記の制御弁５１に代えて、圧力差を発生させるオリフィスを設ける構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の油圧制御装置を示す構成図。
【図２】位相変更機構及びその油圧制御弁の作用説明図。
【図３】弁停止機構を示す斜視図。
【図４】弁停止用油圧制御弁を模式的に示す作用説明図。
【図５】進角運転領域及び部分気筒休止運転領域を示す特性図。
【符号の説明】
１０…オイルポンプ（油圧源）
１２…位相変更機構（第１油圧作動機構）
１４…弁停止機構（第２油圧作動機構）
４８…還流油路
４９…逆止弁
５０…進角側ドレーン分岐油路
５１…制御弁

Claims

油圧源を共用しつつ、互いに独立して油圧制御される第１油圧作動機構及び第２油圧作動機構を備えた内燃機関の油圧制御装置において、
上記第１油圧作動機構が、進角側油圧室と遅角側油圧室とを備え、吸気弁の作動角位相を進角させる進角時には、上記油圧源から上記進角側油圧室へ油圧が供給されて上記遅角側油圧室から作動油が排出され、吸気弁の作動角位相を遅角させる遅角時には、上記油圧源から上記遅角側油圧室へ油圧が供給されて上記進角側油圧室から作動油が排出されることにより、吸気弁の作動角位相を変化させる位相変更機構であり、
上記第２油圧作動機構が、弁停止用油圧室を備え、この弁停止用油圧室へ上記油圧源から油圧が供給される時に幾つかの気筒の吸気弁及び排気弁を一時的に停止させ、上記弁停止用油圧室から作動油が排出されることにより全気筒運転が行われる弁停止機構であり、
上記弁停止機構により一部の気筒を弁停止させる弁停止運転を行うときに上記第１油圧作動機構から排出される作動油を、上記第２油圧作動機構の上記弁停止用油圧室へ供給する還流油路を設け、
上記位相変更機構により吸気弁の作動角位相を進角させる進角時に上記位相変更機構の上記遅角側油圧室から排出される作動油が、上記還流油路を経由して上記弁停止機構の上記弁停止用油圧室へ供給されることを特徴とする内燃機関の油圧制御装置。
上記還流油路に、上記第２油圧作動機構から第１油圧作動機構へ向かう作動油の逆流を禁止する逆止弁が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の油圧制御装置。
上記還流油路における逆止弁の上流側で分岐して作動油を排出するドレーン分岐油路に制御弁が設けられ、この制御弁の開弁荷重が上記逆止弁の開弁荷重よりも高く設定されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の油圧制御装置。