JP5003789B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
油圧式可変動弁機構は、入力回転体に対する出力回転体の回転位相を変更することによりバルブタイミングを変更する機能、および入力回転体と出力回転体とを互いに係合することによりバルブタイミングを最遅角に固定する機能とを備えている。
(1)請求項1に記載の発明は、入力回転体に対する出力回転体の回転位相を変更することによりバルブタイミングを変更する機能および前記入力回転体と前記出力回転体とを互いに係合することによりバルブタイミングを特定角に固定する機能を備える油圧式可変動弁機構と、この油圧式可変動弁機構への潤滑油の供給態様を制御する油圧制御機構と、この油圧制御機構のデューティ比を設定領域内で変更する制御装置とを含む内燃機関の可変動弁装置において、前記設定領域は、不感帯および感帯を含む領域であり、前記不感帯は、保持領域および解除領域を含む領域であり、前記保持領域は、バルブタイミングの変化速度が「0」となるデューティ比である保持デューティ比を含む領域であり、前記解除領域は、バルブタイミングの変化速度が前記保持領域よりも大きく、かつ前記入力回転体と前記出力回転体との係合を解除する領域であり、前記感帯は、バルブタイミングの変化速度が前記不感帯内の前記保持領域および前記解除領域よりも大きい領域であり、前記制御装置は、機関運転状態が、前記入力回転体と前記出力回転体との係合を解除する要求である解除要求状態にあるとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記解除領域内のデューティ比に設定するものであることを要旨とする。
図1に内燃機関の全体構成を示す。
内燃機関1は、シリンダブロック11およびシリンダヘッド12およびオイルパン13を含む機関本体10と、シリンダヘッド12に設けられた動弁系の各要素を含む可変動弁装置20と、機関本体10等に潤滑油を供給する油圧制御装置50と、これら装置を統括的に制御する制御装置90とを含む。
進角室38への潤滑油の供給および遅角室39からの潤滑油の排出により、進角室38が拡大するとともに遅角室39が縮小して、ベーンロータ35がハウジングロータ31に対して進角側すなわち吸気カムシャフト22の回転方向Xに回転する。これにより、バルブタイミングVTが進角側に変化する。ベーンロータ35がハウジングロータ31に対して最も進角側に回転したとき、すなわちハウジングロータ31に対するベーンロータ35の回転位相が回転方向Xの最も前方側の位相にあるとき、バルブタイミングVTは最進角VTmaxに設定される。
位相固定機構40は、ベーン36に設けられた制限ピン41と、制限ピン41を収容する収容室42と、制限ピン41と係合する係合穴48と、制限ピン41を移動させる動作部43と、を含めて構成されている。係合穴48は、スプロケット33の壁面のうちで、ハウジングロータ31に対してベーンロータ35が最遅角位相PBに回転したときに制限ピン41が配置されるところに対応して設けられている。
バルブタイミングVTの進角要求があるとき、油圧制御装置50により進角室38に潤滑油が供給される。このとき、進角解除室47にも潤滑油が供給される。このため、制限ピン41が収容室42に収容された状態で、ハウジングロータ31に対してベーンロータ35が進角側に回転する。
バルブタイミング可変機構30には、油圧制御装置50により潤滑油の供給および排出の状態が切り替えられる2種類の油圧室、すなわち進角室38および遅角室39が設けられている。進角室38と進角解除室47とは進角連通路47aを介して連通されている。遅角室39と遅角解除室46とは遅角連通路46aを介して連通されている。
オイルコントロールバルブ60は、複数のポートが設けられたスリーブ61と、スリーブ61内に設けられるスプール62とにより構成されている。スプール62がスリーブ61に対して移動することにより、ポート同士の連通状態を切り替えて進角室38および遅角室39に対する潤滑油の流通状態を変更する。
(a)デューティ比が遅角感帯AR1の値をとるとき、デューティ比が小さくなるほど遅角側へのバルブタイミングVTの変位速度SPが大きくなる。このような動作は次の理由による。デューティ比が遅角感帯AR1であるとき、オイルコントロールバルブ60は第5モードMD5で駆動する。この範囲でデューティ比を大きくすると進角ポート61aおよび遅角ポート61bの開口面積を大きくなるため、ベーンロータ35の遅角側への回転速度が増大する。
バルブタイミング制御には、当該制御時の実位相角VTRを目標位相角VTTに収束させるフィードバック制御と、保持デューティ比DHAを学習する学習制御(以下、「保持学習制御」)と、フィードバック制御の前に実行される制御(以下、「プレ制御」)が含まれる。
デューティ比は、目標位相角VTTに対する実位相角VTRの差位相VTDが大きい値ときほど、保持デューティ比DHAから大きく離れた値に設定される。目標位相角VTTに対する実位相角VTRの差位相VTDが小さくなると、デューティ比は、保持デューティ比DHAに近い値に設定される。また、目標位相角VTTに対する実位相角VTRの差位相VTDの絶対値が基準値(以下、「ずれ量基準値XA」)よりも小さくなったとき、デューティ比は保持デューティ比DHAにされる。ずれ量基準値XAは、実位相角VTRが目標位相角VTTに収束したと判定するための値として予め設定されている。
保持デューティ比DHAは、機関状態すなわち冷間状態または温間状態または暖機終了状態により変化する。これは、機関状態により潤滑油の粘性やバルブタイミング可変機構30の部材間のクリアランスが変化にともなってスリーブ61の各ポートを流通する潤滑油の抵抗が変わり、スプール62を所定位置に移動する駆動力が変動するためである。このため、機関運転時において周期的に保持学習制御が実行される。
バルブタイミングVTの変更は、機関始動時および冷間時および暖機完了以降の期間に関わらず、運転状態および機関負荷の変化に対応して行われる。機関始動時はバルブタイミングVTが最遅角VTminにある。機関始動後において運転状態および機関負荷が変化したとき、最遅角VTminから進角側の所定のバルブタイミングVTに変更する。しかし、機関始動時においては、制限ピン41が係合穴48に嵌っているため、フィードバック制御に基づいてバルブタイミングVTを変更したときに、制限ピン41と係合穴48が係合することによりベーンロータ35の回転が阻害される場合がある。特に、目標位相角VTTが最遅角VTminから離れている場合は、フィードバック制御によりオイルコントロールバルブ60のデューティ比は大きい値に設定されてオイルコントロールバルブ60が第1モードMD1で駆動するため、制限ピン41が係合穴48から抜けにくくなることが多くなると考えられる。そこで、制限ピン41と係合穴48との係合によるベーンロータ35の進角阻害の発生を抑制するため、フィードバック制御の前にプレ制御が実行される。すなわち、プレ制御では、制限ピン41が係合穴48に嵌っている可能性があるときに、すなわちバルブタイミングVTが最遅角VTminにあるときに進角要求があることに基づいて、第2モードMD2(進角解除モード)を実行して、制限ピン41を係合穴48から抜く。さらに、実位相角VTRに基づいて、バルブタイミングVTが最遅角VTminにあるか否かを判定する。
(1)本実施形態では、機関運転状態が機関完了状態にあるとき、あるいは実位相角VTRが最遅角VTminにありかつバルブタイミングVTについて進角要求があるときを、解除要求状態にあるときとする。そして、制御装置90は、機関運転状態がこの解除要求状態にあるとき、デューティ比を進角解除領域BR3内の値に設定する。
なお、本発明の実施態様は上記実施形態にて例示した態様に限られるものではなく、これを例えば以下に示すように変更して実施することもできる。また以下の各変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。
Claims (14)
- 入力回転体に対する出力回転体の回転位相を変更することによりバルブタイミングを変更する機能および前記入力回転体と前記出力回転体とを互いに係合することによりバルブタイミングを特定角に固定する機能を備える油圧式可変動弁機構と、この油圧式可変動弁機構への潤滑油の供給態様を制御する油圧制御機構と、この油圧制御機構のデューティ比を設定領域内で変更する制御装置とを含む内燃機関の可変動弁装置において、
前記設定領域は、不感帯および感帯を含む領域であり、前記不感帯は、保持領域および解除領域を含む領域であり、前記保持領域は、バルブタイミングの変化速度が「0」となるデューティ比である保持デューティ比を含む領域であり、
前記解除領域は、バルブタイミングの変化速度が前記保持領域よりも大きく、かつ前記入力回転体と前記出力回転体との係合を解除する領域であり、
前記感帯は、バルブタイミングの変化速度が前記不感帯内の前記保持領域および前記解除領域よりも大きい領域であり、
前記制御装置は、機関運転状態が、前記入力回転体と前記出力回転体との係合を解除する要求である解除要求状態にあるとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記解除領域内のデューティ比に設定するものである
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記解除領域は、バルブタイミングの進角側への変化速度である進角速度が前記保持領域よりも大きく、かつ前記入力回転体と前記出力回転体との係合を解除する進角解除領域であり、
前記制御装置は、機関運転状態が前記解除要求状態にあるとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記進角解除領域内のデューティ比に設定するものである
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
バルブタイミングの進角速度が第1進角速度となるデューティ比を第1進角デューティ比とし、バルブタイミングの進角速度が前記第1進角速度よりも大きい第2進角速度となるデューティ比を第2進角デューティ比として、前記第1進角デューティ比から前記第2進角デューティ比までの領域が前記進角解除領域として設定される
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項2または3に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記解除要求状態を、バルブタイミングが前記特定角にありかつ機関運転状態が進角要求状態にある運転状態とし、
前記制御装置は、機関運転状態が前記解除要求状態にあるとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記進角解除領域内のデューティ比に設定し、その後にバルブタイミングが前記特定角よりも進角側に変化したことが検出または推定されたとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記感帯内のデューティ比に変更する
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項2〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記油圧式可変動弁機構は、バルブタイミングを進角するための進角室と、バルブタイミングを遅角するための遅角室と、バルブタイミングの前記特定角での固定を解除するための進角解除室とを含むものであり、
前記油圧制御機構は、前記油圧式可変動弁機構の潤滑油の供給態様が互いに異なる複数の動作モードを有するとともに、そのうちの1つとして、前記進角室および前記進角解除室に潤滑油を供給するとともに前記遅角室の潤滑油を保持する進角解除モードを有するものであり、
前記制御装置は、機関運転状態が前記解除要求状態にあるとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記進角解除領域内のデューティ比に設定することにより、前記油圧制御機構の動作モードを前記進角解除モードに設定する
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項5に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記進角室は、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を進角させるときに潤滑油が供給され、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を遅角させるときに潤滑油が排出されるものであり、
前記遅角室は、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を遅角させるときに潤滑油が供給され、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を進角させるときに潤滑油が排出され、前記油圧制御機構が前記進角解除モードにあるときに潤滑油が保持されるものであり、
前記進角解除室は、前記進角室を介して潤滑油が供給されるものである
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項2〜6のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記油圧式可変動弁機構は、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を変更することにより吸気バルブのバルブタイミングを変更する機能、および前記入力回転体と前記出力回転体とを互いに係合することによりバルブタイミングを前記特定角としての最遅角に保持する機能を備える
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記解除領域は、バルブタイミングの遅角側への変化速度である遅角速度が前記保持領域よりも大きく、かつ前記入力回転体と前記出力回転体との係合を解除する遅角解除領域であり、
前記制御装置は、機関運転状態が前記解除要求状態にあるとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記遅角解除領域内のデューティ比に設定するものである
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項8に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
バルブタイミングの遅角速度が第1遅角速度となるデューティ比を第1遅角デューティ比とし、バルブタイミングの遅角速度が前記第1遅角速度よりも大きい第2遅角速度となるデューティ比を第2遅角デューティ比として、前記第2遅角デューティ比から前記第1遅角デューティ比までの領域が前記遅角解除領域として設定される
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項8または9に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記解除要求状態を、バルブタイミングが前記特定角にありかつ機関運転状態が遅角要求状態にある運転状態とし、
前記制御装置は、機関運転状態が前記解除要求状態にあるとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記遅角解除領域内のデューティ比に設定し、その後にバルブタイミングが前記特定角よりも遅角側に変化したことが検出または推定されたとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記感帯内のデューティ比に変更する
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項8〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記油圧式可変動弁機構は、バルブタイミングを進角するための進角室と、バルブタイミングを遅角するための遅角室と、バルブタイミングの前記特定角での固定を解除するための遅角解除室とを含むものであり、
前記油圧制御機構は、前記油圧式可変動弁機構の潤滑油の供給態様が互いに異なる複数の動作モードを有するとともに、そのうちの1つとして、前記遅角室および前記遅角解除室に潤滑油を供給するとともに前記進角室の潤滑油を保持する遅角解除モードを有するものであり、
前記制御装置は、機関運転状態が前記解除要求状態にあるとき、前記油圧制御機構のデューティ比を前記遅角解除領域内のデューティ比に設定することにより、前記油圧制御機構の動作モードを前記遅角解除モードに設定する
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項11に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記進角室は、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を進角させるときに潤滑油が供給され、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を遅角させるときに潤滑油が排出され、前記油圧制御機構が前記遅角解除モードにあるときに潤滑油が保持されるものであり、
前記遅角室は、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を遅角させるときに潤滑油が供給され、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を進角させるときに潤滑油が排出されるものであり、
前記遅角解除室は、前記遅角室を介して潤滑油が供給されるものである
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項8〜12のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記油圧式可変動弁機構は、前記入力回転体に対する前記出力回転体の回転位相を変更することにより排気バルブのバルブタイミングを変更する機能、および前記入力回転体と前記出力回転体とを互いに係合することによりバルブタイミングを前記特定角としての最進角に保持する機能とを備える
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記制御装置は、機関始動後に前記保持デューティ比を学習するものであり、機関運転状態が前記解除要求状態にあるとき、前記学習した保持デューティ比に基づいて前記解除領域を設定する
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
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