JP5093521B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
このように1つの気筒の複数の吸気バルブの一部のみ開閉時期を変化させることが可能であると、複数の吸気バルブを連続的に開弁させるようにでき、吸気バルブの開弁期間を広くして自由度の高いバルブ制御を実施でき、内燃機関の運転性能の向上を図ることができる。
このように油圧アクチュエータを複数用いるようにすると、両方の油圧アクチュエータに作動油圧を同時に供給しようとした場合、一時的に全体の作動油圧が低下して作動油圧の供給変動が発生するという問題がある。作動油圧の供給変動が発生すると、バルブの開閉時期(カムの位相)を精度良く制御することができないおそれがあり、好ましいことではない。
・第1のカム位相可変機構について先に位相可変し、その後、第2のカム位相可変機構について位相可変する状態。
・その逆に第2のカム位相可変機構について先に位相可変し、その後、第1のカム位相可変機構について位相可変する状態。
・いずれか一方のみを位相可変し、他方は位相可変せず固定位相とする状態。
請求項5の内燃機関の可変動弁装置では、請求項1乃至4のいずれかにおいて、前記位相可変制御手段は、前記内燃機関の運転が所定回転速度未満且つ所定負荷未満の低回転低負荷領域にあるときには、前記第1の位相可変機構で前記第1の吸気カムの位相を固定し、前記第2のカム位相可変機構で前記第2の吸気カムの位相差を制御し、前記内燃機関の運転が前記所定負荷以上の高負荷領域にあるときには、前記第2のカム位相可変機構で前記第2の吸気カムの位相を固定し、前記第1のカム位相可変機構で前記第1の吸気カムの位相を制御すること特徴とする。
請求項6の内燃機関の可変動弁装置では、請求項5において、前記位相可変制御手段は、前記内燃機関の運転が所定回転速度未満且つ所定負荷未満の低回転低負荷領域にあるときには、前記第1の位相可変機構で前記第1の吸気カムの位相を最遅角位置に固定し、前記内燃機関の運転が前記所定負荷以上の高負荷領域にあるときには、前記第2のカム位相可変機構で前記第2の吸気カムの位相を最進角位置に固定すること特徴とする。
これにより、低回転低負荷領域において、作動油圧の供給変動の発生を抑え、第2のカム位相可変機構を安定して制御でき、第2の吸気カムの位相を精度良くして内燃機関の出力の向上と燃費の低減とを図ることができ、内燃機関の運転性能の向上を図ることができる。
これにより、高負荷領域においても、作動油圧の供給変動の発生を抑え、第1のカム位相可変機構を安定して制御でき、第1の吸気カムの位相を精度良く制御して内燃機関の出力の向上と燃費の低減とを図ることができ、内燃機関の運転性能の向上を図ることができる。
例えば、内燃機関の運転が高回転領域にあるときには、第1のカム位相可変機構を最遅角位置に第2のカム位相可変機構を最進角位置に固定する。
これにより、高回転領域においても、作動油圧の供給変動の発生を抑え、第1のカム位相可変機構を安定して制御でき、第1の吸気カムの位相を精度良く制御して内燃機関の出力の向上と燃費の低減とを図ることができ、内燃機関の運転性能の向上を図ることができる。
これにより、やはり第1のカム位相可変機構或いは第2のカム位相可変機構を安定して制御でき、第1の吸気カム或いは第2の吸気カムの位相を精度良くして内燃機関の出力の向上と燃費の低減とを図ることができ、内燃機関の運転性能の向上を図ることができる。
請求項4の内燃機関の可変動弁装置によれば、第1のカム位相可変機構及び第2のカム位相可変機構のうち優先して制御する方の制御開始タイミングを早くする。
請求項5の内燃機関の可変動弁装置によれば、内燃機関の運転が低回転低負荷領域にあるときには、第1のカム位相可変機構で吸気カムの位相を固定して、第2のカム位相可変機構にのみ作動油圧を供給し、内燃機関の運転が高負荷領域にあるときには、第2のカム位相可変機構で第2の吸気カムの位相を固定して、第1のカム位相可変機構にのみ作動油圧を供給する。
これにより、低回転低負荷領域において、作動油圧の供給変動の発生を抑え、第2のカム位相可変機構を安定して制御でき、第2の吸気カムの位相を精度良くして内燃機関の出力の向上と燃費の低減とを図ることができ、内燃機関の運転性能の向上を図ることができる。また、高負荷領域においても、作動油圧の供給変動の発生を抑え、第1のカム位相可変機構を安定して制御でき、第1の吸気カムの位相を精度良く制御して内燃機関の出力の向上と燃費の低減とを図ることができ、内燃機関の運転性能の向上を図ることができる。
請求項6の内燃機関の可変動弁装置によれば、内燃機関の運転が低回転低負荷領域にあるときには、第1のカム位相可変機構で吸気カムの位相を最遅角位置に固定して、第2のカム位相可変機構にのみ作動油圧を供給し、内燃機関の運転が高負荷領域にあるときには、第2のカム位相可変機構で第2の吸気カムの位相を最進角位置に固定して、第1のカム位相可変機構にのみ作動油圧を供給する。
これにより、低回転低負荷領域において、作動油圧の供給変動の発生を抑え、第2のカム位相可変機構を安定して制御でき、第2の吸気カムの位相を精度良くして内燃機関の出力の向上と燃費の低減とを図ることができ、内燃機関の運転性能の向上を図ることができる。また、高負荷領域においても、作動油圧の供給変動の発生を抑え、第1のカム位相可変機構を安定して制御でき、第1の吸気カムの位相を精度良く制御して内燃機関の出力の向上と燃費の低減とを図ることができ、内燃機関の運転性能の向上を図ることができる。
先ず、第1実施例を説明する。
図1は本発明に係る内燃機関の可変動弁装置を示す概略構成図であって、エンジン1のシリンダヘッド2内の構造を示す上面図である。
エンジン1は、例えばDOHC式の動弁機構を有する直列4気筒のエンジンである。図1に示すように、シリンダヘッド2の内部に回転自在に支持された排気カムシャフト3及び吸気カムシャフト4には、夫々カムスプロケット5、6が接続され、これらのカムスプロケット5、6はチェーン7を介して図示しないクランクシャフトに連結されている。
アウタカムシャフトには第1の吸気カム11が固定されている。また、アウタカムシャフトには第2の吸気カム12が回動可能に支持され、当該第2の吸気カム12とインナカムシャフトとはアウタカムシャフトの周方向に延びた長孔を貫通する固定ピンにより固定されている。これより、第1の吸気カム11はアウタカムシャフトの回転により駆動し、第2の吸気カム12はインナシャフトの回転により駆動する。
第2のカム位相可変機構31は吸気カムシャフト4の後端に設けられており、第2のカム位相可変機構31のハウジングにはアウタカムシャフトが固定され、第2のカム位相可変機構31のベーンロータにはインナカムシャフトが固定されている。
吸気カムシャフト4の後端はシリンダヘッド2の後壁2aを貫通しており、第2のカム位相可変機構31は、シリンダヘッド2の外方に配置され、アクチュエータカバー40に覆われている。
これより、第2のカムセンサ45からの情報と上記第1のカムセンサ32からの情報とに基づいて、インナカムシャフトとアウタカムシャフトとの実回転角差を検出することができ、この実回転角差に基づいて電磁油圧バルブ54の開度を調整し、第2のカム位相可変機構31の作動制御を行うことが可能である。
第1のカム位相可変機構30と第2のカム位相可変機構31とは、図2に示すマップに基づき、エンジン1の運転状態、即ちエンジン負荷とエンジン回転速度Neとに応じてECU60により作動制御される(位相可変制御手段)。
図2のマップに示すように、第1のカム位相可変機構30と第2のカム位相可変機構31の作動制御は、エンジン1の始動及び暖機運転を行う領域X、エンジン負荷及びエンジン回転速度Ne共に小さい低回転低負荷域の領域A(低回転低負荷領域)、エンジン負荷が大きくエンジン回転速度Neが小さい低回転高負荷域の領域B(高負荷領域)、エンジン回転速度Neが大きい高回転域の領域C(高回転領域)に分けて実施される。
領域Aでは、上記領域Xでのエンジン1の始動及び暖機時とは異なり、APS62からのアクセル開度情報に基づき、第1のカム位相可変機構30を最遅角位置に制御し、第2のカム位相可変機構31については任意の位相に制御する。具体的には、エンジン回転速度Neが所定値N0以上所定値N1未満である場合は、制御性油圧ユニット50からの油圧供給が少ないので、第1のカム位相可変機構30と第2のカム位相可変機構31を比較すると、位相可変するバルブの数が少ない第2のカム位相可変機構31の方が高い制御性が得られるため、第1のカム位相可変機構30をロックピンによる位相維持、もしくは油圧によって最遅角位置に制御し、第2のカム位相可変機構31については任意の位相に制御する。また、エンジン負荷が所定値L1未満且つエンジン回転速度Neが所定値N1以上所定値N2未満である場合でも、第1のカム位相可変機構30を最遅角位置に制御し、第2のカム位相可変機構31については任意の位相に制御する。
領域Cでは、上記領域Xでの場合と同様、第1のカム位相可変機構30を最遅角位置に制御し、第2のカム位相可変機構31については最進角位置に制御する。具体的には、エンジン回転速度Neが所定値N2以上である場合に、第1のカム位相可変機構30を最遅角位置に制御し、第2のカム位相可変機構31については最進角位置に制御する。
ところで、エンジン負荷及びエンジン回転速度Ne共に小さい上記領域Aでは、第2のカム位相可変機構31についてみると、領域Aの中心部分では最遅角位置に制御する一方、領域Aの外周部分では矢視の如く中心部分から離れるほど進角させて任意の遅角位置に制御するようにしている。
領域A1の極低回転低負荷域は、領域Aの中心部分から離れた領域Aの外周部分に位置することから、この極低回転低負荷域である領域A1では、上述した如く第1のカム位相可変機構30については最遅角位置に制御する一方、第2のカム位相可変機構31については最遅角位置ではなく、これよりも進角側の任意の遅角位置に制御する。
図4を参照すると、第2の吸気バルブ10の閉弁時期と燃焼安定性、インテークマニフォールド圧(インマニ圧)、ポンピングロス及び燃費との関係が実験値として示されているが、同図によれば、第2のカム位相可変機構31ひいては第2の吸気バルブ10の閉弁時期を遅角させて行くと、インテークマニフォールド圧を精密に制御しながらポンピングロスを良好に低下させることができる一方、燃焼安定性悪化に合わせて燃費が悪化していることが分かる。
これより、極低回転低負荷域では、第2のカム位相可変機構31を最遅角位置ではなく任意の遅角位置、例えば図4において燃焼安定性や燃費が最も良くなる位置S1或いは位置S1辺りの所定の位相範囲内の位置に制御するようにしている。
また、極低回転低負荷域で第2のカム位相可変機構31を遅角させていくと燃焼安定性や燃費が悪化するのは、さらには吸気カムシャフト4や吸気バルブ9、10での潤滑油の潤滑状態が変動することによるフリクション増大のためとも考察され、以下説明する。
バルブ駆動フリクションは図6のとおり、エンジン回転速度Neが極低回転になるほどバル駆動ブフリクションは上昇する傾向にあり、さらに極低回転域では潤滑油の温度が高く潤滑油の粘度が低いほどバルブ駆動フリクションが大きくなる傾向にあり、一般的なフリクションと反対となる。
加えて、極低回転低負荷域において吸気カムシャフト4を駆動する際に変動荷重が生じる。吸気カム駆動トルクを示す図7には、第1の吸気バルブ9と第2の吸気バルブ10とのスプリット量と吸気カムシャフト4に掛かるトルクとの関係が最大トルク(実線)及び最小トルク(破線)で示されており、第2の吸気バルブ10の閉弁時期がスプリット量の大きい最遅角位置である場合よりもスプリット量がそれほど大きくない上記位置S1辺りの方が、吸気カムシャフト4を駆動する最大トルクは小さく、トルク振幅、即ち変動荷重が小さいことが分かる。
次に、第2実施例を説明する。
第2実施例は、上記第1実施例と比較して、第1のカム位相可変機構30と第2のカム位相可変機構31とが、上記図2に示すマップに代えて図8のマップを用いて制御される点が異なっており、以下、第1実施例と異なる点についてのみ説明する。
領域X及び領域Aについては上述した通りであり説明を省略する。
即ち、第2実施例においても、エンジン負荷及びエンジン回転速度Ne共に小さい領域Aでは、第1のカム位相可変機構30を最遅角位置に固定して第2のカム位相可変機構31を優先的に制御するようにし、エンジン負荷が大きく或いはエンジン回転速度Neが大きい領域B’では、第2のカム位相可変機構31を最進角位置に固定して第1のカム位相可変機構30を優先的に制御するようにし、エンジン回転速度Neがさらに大きい領域C’では、優先的に制御することを中止し、第1のカム位相可変機構30及び第2のカム位相可変機構31をそれぞれ最遅角位置、最進角位置に固定するようにしている。
これにより、第2実施例においても、第1の吸気バルブ9と第2の吸気バルブ10とを連続的に滑らかに自由に作動させて開弁期間を広くでき、エンジン1において、インテークマニフォールド圧を精密に制御しながらポンピングロスを良好に低下させるようにでき、エンジン出力の向上と燃費の低減とを図ることができる。
また、制御性の優先は、第1のカム位相可変機構30と第2のカム位相可変機構31のいずれかを最進角もしくは最遅角に固定位相制御して、もう一方を優先的に可変制御するだけではなく、図9に第1のカム位相可変機構(図中第1VVTで示す)30と第2のカム位相可変機構(図中第2VVTで示す)31との制御の優先関係を示すように、両方のカム位相可変機構30、31をそれぞれ目標値設定手段により設定された任意の中間位相(制御目標値)に制御しつつも、一方の中間位相維持時の許容ずれ幅、つまり不感帯設定手段により設定されたいわゆる不感帯レンジをもう一方よりも小さく(不感帯を狭く)設定する場合にも適用される。即ち、不感帯レンジを一方よりも小さくする側のカム位相可変機構の制御性が優先されるように用いてもよい。また、同図に示すように制御指示タイミングを一方に先行して早く指示するよう制御性が優先されるように用いてもよい。
2 シリンダヘッド
4 吸気カムシャフト
9 第1の吸気バルブ
10 第2の吸気バルブ
11 第1の吸気カム
12 第2の吸気カム
30 第1のカム位相可変機構
31 第2のカム位相可変機構
50 油圧ユニット
52 電磁油圧バルブ
54 電磁油圧バルブ
60 電子コントロールユニット(ECU)
62 アクセル開度センサ(APS)
64 クランク角センサ
66 スロットルバルブ
Claims (6)
- 1つの気筒に第1の吸気カムにより駆動する第1の吸気バルブと第2の吸気カムにより駆動する第2の吸気バルブとを有し、前記第1の吸気カム及び前記第2の吸気カムの位相を共に可変する第1のカム位相可変機構と、前記第1の吸気カムに対して前記第2の吸気カムの位相を可変する第2のカム位相可変機構とを備えた内燃機関の可変動弁装置において、
前記第1及び第2のカム位相可変機構を制御する位相可変制御手段を備え、
該位相可変制御手段は、前記内燃機関の運転が所定回転速度未満且つ所定負荷未満の低回転低負荷領域にあるときには、前記第2のカム位相可変機構を優先し、前記内燃機関の運転が前記所定負荷以上の高負荷領域にあるときには、前記第1のカム位相可変機構を優先して制御することを特徴とする、内燃機関の可変動弁装置。 - 前記位相可変制御手段は、前記内燃機関の運転が所定回転速度以上の高回転領域にあるときには、前記優先を中止することを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記位相可変制御手段は、
前記第1のカム位相可変機構及び前記第2のカム位相可変機構のそれぞれの制御目標値を設定する目標値設定手段と、
前記目標値設定手段で設定されたそれぞれの制御目標値に不感帯を設定する不感帯設定手段とを備え、
前記不感帯設定手段は、前記第1のカム位相可変機構及び前記第2のカム位相可変機構のうち優先して制御する方の不感帯を狭く設定することを特徴とする、請求項1或いは2記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 前記位相可変制御手段は、前記第1のカム位相可変機構及び前記第2のカム位相可変機構のうち優先して制御する方の制御開始タイミングを早くすることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記位相可変制御手段は、
前記内燃機関の運転が所定回転速度未満且つ所定負荷未満の低回転低負荷領域にあるときには、前記第1の位相可変機構で前記第1の吸気カムの位相を固定し、前記第2のカム位相可変機構で前記第2の吸気カムの位相差を制御し、
前記内燃機関の運転が前記所定負荷以上の高負荷領域にあるときには、前記第2のカム位相可変機構で前記第2の吸気カムの位相を固定し、前記第1のカム位相可変機構で前記第1の吸気カムの位相を制御すること特徴とする、請求項1乃至4のいずれか記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 前記位相可変制御手段は、
前記内燃機関の運転が所定回転速度未満且つ所定負荷未満の低回転低負荷領域にあるときには、前記第1の位相可変機構で前記第1の吸気カムの位相を最遅角位置に固定し、
前記内燃機関の運転が前記所定負荷以上の高負荷領域にあるときには、前記第2のカム位相可変機構で前記第2の吸気カムの位相を最進角位置に固定すること特徴とする、請求項5記載の内燃機関の可変動弁装置。
Priority Applications (5)
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