JP5985286B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

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Description

本発明は、同一のカム軸軸線を中心に回動する第1カム及び第2カムと、前記第1カム及び第2カムのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする油圧式の第1可変動弁機構と、前記第1カムに対する前記第2カムの回転位相を可変とする油圧式の第2可変動弁機構と、を備えた可変動弁装置に関する。
特許文献1には、第1カムを備える内軸と、第2カムを備える外軸とが、同心的に入れ子に配置され、内軸と外軸とが相対的に回動させられることで、位相調整がなされるカムシャフトが開示されている。
特表2008−519215号公報
上記カムシャフトを備えた内燃機関では、クランクシャフトに対する外軸の回転位相を可変とする第1可変動弁機構を設けることで、クランクシャフトに対する第1カム及び第2カムの位相を可変とすることができ、更に、外軸に対する内軸の回転位相を可変とする第2可変動弁機構を設けることで、第1カムに対する第2カムの回転位相を可変とすることが可能である。
しかし、第1可変動弁機構及び第2可変動弁機構として油圧式の機構を用いる場合、第1可変動弁機構と第2可変動弁機構との駆動要求が重なった場合に、双方の可変動弁機構に対して作動油を供給することによって作動油の流量不足が生じ、流量不足によって可変動弁機構の応答特性が不定となることで、一時的に運転性を低下させる位相状態になってしまう可能性があった。
ここで、第1可変動弁機構と第2可変動弁機構とを同時に駆動しても、作動油の流量が不足することがないようにするためには、機関駆動の油圧ポンプとして大容量のものを使用すると、内燃機関の外部負荷が増し、内燃機関の燃費性能を低下させてしまうなどの問題が生じる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、上記の第1可変動弁機構及び第2可変動弁機構を備えた可変動弁装置において、可及的に小さい容量の油圧ポンプを用いつつ、作動油の流量不足によって過渡的に回転位相の制御性が悪化することを抑制できるようにすることを目的とする。
そのため、本願発明では、内燃機関の過渡運転に伴い第1可変動弁機構の駆動要求と第2可変動弁機構の駆動要求とが重なったときに、各可変動弁機構の変換角度の変更要求に基づき優先駆動する一方の可変動弁機構を選択し、選択した一方の可変動弁機構を他方よりも優先して駆動制御するようにした。
上記発明によると、第1可変動弁機構と第2可変動弁機構との駆動要求が重なった場合に、作動油の流量不足によって過渡的に回転位相の制御性が悪化することを抑制できる。
実施形態におけるエンジンのシステム図である。 実施形態のエンジンにおける吸気バルブ及び排気バルブの配置を示す図である。 実施形態における可変動弁機構の構造を示す図である。 実施形態における可変動弁機構による位相変化の様子を示す線図である。 実施形態における可変動弁機構の制御の流れを示すフローチャートである。 実施形態における可変動弁機構の制御の流れを示すフローチャートである。 実施形態における可変動弁機構の制御処理の切り替え領域を示す線図である。 実施形態における運転状態の変化と吸気バルブのトータル開弁期間の変化との相関を示す図である。 実施形態における運転状態の変化と吸気バルブのトータル開弁期間の変化との相関を示す図である。 実施形態における運転状態の変化と吸気バルブのトータル開弁期間の変化との相関を示す図である。 実施形態における運転状態の変化と吸気バルブのトータル開弁期間の変化との相関を示す図である。 実施形態における可変動弁機構による排気バルブの位相変化の様子を示す線図である。 実施形態における運転状態の変化と排気バルブのトータル開弁期間の変化との相関を示す図である。 実施形態における運転状態の変化と排気バルブのトータル開弁期間の変化との相関を示す図である。 実施形態における運転状態の変化と排気バルブのトータル開弁期間の変化との相関を示す図である。 実施形態における運転状態の変化と排気バルブのトータル開弁期間の変化との相関を示す図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、可変動弁装置を適用する車両用の内燃機関の一例を示す図である。
図1において、内燃機関であるエンジン101の吸気管102には、エンジン101の吸入空気流量QAを検出する吸入空気量センサ103を設けてある。
この吸入空気量センサ103よりも下流側の吸気管102には、気筒毎に燃料噴射弁106を配置してある。
尚、エンジン101は、燃料噴射弁106が燃焼室104内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式エンジンとすることができる。
燃焼室104内の混合気は、点火プラグ107による火花点火によって着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン108をクランクシャフト109に向けて押し下げることで、クランクシャフト109を回転駆動する。
エンジン101の排気管111には、触媒コンバータ112を設けてある。
また、エンジン101は、図2に示すように、気筒毎に、2つの吸気バルブ105a,105b及び2つの排気バルブ110a,110bを備える。
吸気バルブ105a,105b及び排気バルブ110a,110bは、吸気カムシャフト115及び排気カムシャフト131にそれぞれ設けたカムによって駆動される。
ここで、排気バルブ110a,110bは、一定のバルブタイミングで開動作するが、吸気バルブ105a,105bのバルブタイミングは、可変動弁装置(可変動弁機構)114によって可変とされる。
図3は、可変動弁装置(可変動弁機構)114の一例を示す。
図3において、吸気カムシャフト115は、第1カム117aを備えた外側カムシャフト(外軸)115aと、この外側カムシャフト115aの軸心に設けた円柱状の中空部に嵌挿され、外側カムシャフト115aに対して相対的に回転可能な、第2カム117bを備えた内側カムシャフト(内軸)115bとからなる。
換言すれば、第1カム117a及び第2カム117bは、同一のカム軸軸線を中心に回動するカムである。
そして、第1カム117aは、吸気バルブ105a,105bのうちの第1吸気バルブ105aを開駆動し、第2カム117bは、吸気バルブ105a,105bのうちの第2吸気バルブ105bを開駆動する。
可変動弁装置114は、クランクシャフト109(カムスプロケット115c)に対する外側カムシャフト115a(第1カム117a)の回転位相を可変とする第1可変動弁機構114aと、外側カムシャフト115a(第1カム117a)に対する内側カムシャフト115b(第2カム117b)の回転位相を可変とする第2可変動弁機構114bとからなる。
ここで、第2可変動弁機構114bによる変換角度が一定の状態で、第1可変動弁機構114aによる変換角度を変更すると、第1カム117a及び第2カム117bのクランクシャフト109に対する回転位相が変化し、クランクシャフト109に対する吸気バルブ105a,105bのバルブタイミングが一体的に進/遅角変化する。
一方、第1可変動弁機構114aによる変換角度が一定の状態で、第2可変動弁機構114bによる変換角度を変更すると、第1カム117aに対する第2カム117bの回転位相が変化し、第1吸気バルブ105aのバルブタイミングは変わらずに、クランクシャフト109に対する第2吸気バルブ105bのバルブタイミングが変化する。
このため、第1可変動弁機構114aによる変換角度が一定の状態で、第2可変動弁機構114bによる変換角度を変更すると、第1吸気バルブ105aの開弁期間(開時期IVO1から閉時期IVC1までの角度)に対する第2吸気バルブ105bの開弁期間の位相が変化し、第1吸気バルブ105aの開弁期間と第2吸気バルブ105bの開弁期間との重なり期間が変化する。
これにより、図4に示すように、第1吸気バルブ105aの開弁時期IVO1と第2吸気バルブ105bの開弁時期IVO2との早い方から、第1吸気バルブ105aの閉弁時期IVC1と第2吸気バルブ105bの閉弁時期IVC2との遅い方までのクランク角である、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間が増減変化する。
図4に示した一例では、第2可変動弁機構114bによって第1吸気バルブ105aに対する第2吸気バルブ105bのバルブタイミングを遅角させると、第2吸気バルブ105bの閉時期IVC2が、第1吸気バルブ105aの閉時期IVC1よりも遅角することで、トータル開弁期間が増大し、第2可変動弁機構114bによって第1吸気バルブ105aに対する第2吸気バルブ105bのバルブタイミングを進角させると、第2吸気バルブ105bの閉時期IVC2が、第1吸気バルブ105aの閉時期IVC1に近づくことで、トータル開弁期間が減少する。
尚、第2可変動弁機構114bによって第2吸気バルブ105bのバルブタイミングを進角させてトータル開弁期間を増大させ、第2可変動弁機構114bによって第2吸気バルブ105bのバルブタイミングを遅角させてトータル開弁期間を減少させる設定とすることができる。
一方、第2可変動弁機構114bによる変換角度が一定の状態で、第1可変動弁機構114aによる変換角度を変更すると、トータル開弁期間の角度を変化させずに、トータル開弁期間のクランクシャフト109に対する回転位相を変化させることができる。
即ち、第2可変動弁機構114bは、トータル開弁期間(トータルの作動角)を可変とする機構であり、第1可変動弁機構114aは、クランクシャフト109に対するトータル開弁期間の位相を可変とする機構である。
第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bは、エンジン1で駆動される油圧ポンプ121から供給される油圧を用いて位相変換(組み付け角度の変換)を行う公知の油圧式可変動弁機構(油圧式可変バルブタイミング機構)であり、例えば、ヘリカルスプラインを用いて角度変換を行う機構や、ベーンとハウジングとの相対角度を油圧で変化させる機構などを用いることができる。
油圧ポンプ121は、オイルパン122内の作動油を汲み上げ、第1可変動弁機構114aへの油圧供給を制御する第1油圧制御弁123a、及び、第2可変動弁機構114bへの油圧供給を制御する第2油圧制御弁123bに作動油を供給する。
そして、油圧制御弁123a,123bの作動を制御することで、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bによる変換角度が制御される。
尚、第2可変動弁機構114bによってトータル開弁期間(トータルの作動角)を最小にした状態で、第1吸気バルブ105aの作動角の中心位相と、第2吸気バルブ105bの作動角の中心位相とが、一致又は相互にずれている設定とすることができる。
また、第1カム117aによるバルブ作動角と第2カム117bによるバルブ作動角とが、一致又は相互に異なる設定とすることができる。
一方、気筒毎に設けた点火プラグ107それぞれには、点火プラグ107に対して点火エネルギを供給する点火モジュール116が直付けされている。点火モジュール116は、点火コイル及び点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。
また、エンジン制御装置(エンジン制御用コンピュータ)201は、エンジン101の運転状態を示す各種の信号を入力し、内蔵するメモリに予め記憶されているプログラムに従って演算処理を行うことで、燃料噴射弁106、第1可変動弁機構114a(油圧制御弁123a)、第2可変動弁機構114b(油圧制御弁123b)、点火モジュール116などの制御対象機器の操作量を演算して出力する。
エンジン101の運転状態を検出する各種センサとして、吸入空気量センサ103の他、クランクシャフト109の回転角信号POSを出力するクランク角センサ203、アクセルペダル207の踏込み量(アクセル開度ACC)を検出するアクセル開度センサ206、外側カムシャフト115a(第1カム117a)の回転角信号CAMaを出力する第1カム角センサ202、内側カムシャフト115b(第2カム117b)の回転角信号CAMbを出力する第2カム角センサ204、エンジン101の冷却水の温度TWを検出する水温センサ208、触媒コンバータ112よりも上流側の排気管111に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比AFを検出する空燃比センサ209などを設けてある。
そして、上記の各種センサの出力信号は、エンジン制御装置201に入力される。また、エンジン制御装置201には、エンジン101の運転及び停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ(エンジンスイッチ)205の信号が入力される。
次に、エンジン制御装置201による第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114b(油圧制御弁123a,123b)の制御を詳細に説明する。
エンジン制御装置201は、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとの駆動要求が重なった場合、即ち、トータル開弁期間の変更要求とトータル開弁期間の位相の変更要求とが並行して発生した場合に、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとのいずれか一方を他方よりも優先して駆動する機能を有している。
これにより、双方の可変動弁機構114a,114bに対して作動油を供給することによって作動油の流量不足が生じ、流量不足によって可変動弁機構114a,114bの応答特性が不定となることで、過渡的に運転性を低下させる位相状態になってしまうことを抑制する。
ここで、油圧ポンプ121は、エンジン101で駆動されるため、吐出量が変動し、更に、吐出量と可変動弁機構114a,114bに対する供給量とによって吐出圧(ポンプからの供給油圧)が変動することで、作動油の流量が不足する度合が変化する。
そして、作動油の流量が不足する傾向は、油圧が低く吐出量が少なくなるほど大きくなり、逆に、油圧が高い場合や、吐出量が多い場合には、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとを同時駆動しても、十分な作動油の流量が確保できる場合がある。
そこで、エンジン制御装置201は、油圧の供給状態、換言すれば、油圧ポンプ121の作動状態に応じて、可変動弁機構114a,114bの同時駆動を許容するか、可変動弁機構114a,114bの一方を優先して駆動するかを決定する。
更に、エンジン制御装置201は、可変動弁機構114a,114bの一方を優先して駆動する場合に、いずれの側を優先するか、更にはどの程度優先させるかなどの優先度を、可変動弁機構114a,114bの過渡応答状態や、エンジン101の運転状態などに基づいて決定する。
図5及び図6のフローチャートは、エンジン制御装置201による第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114b(油圧制御弁123a,123b)の制御の一例を示す。
図5及び図6のフローチャートに示すルーチンは、エンジン制御装置201によって一定時間毎に実行される。
まず、ステップS201では、エンジン負荷TPを検出する。エンジン負荷TPを示す状態量として、シリンダ吸入空気量、燃料噴射量、スロットル開度、吸気管負圧(ブースト圧)などを用いることができる。
次のステップS202では、エンジン回転速度NEを検出する。エンジン回転速度NEは、エンジン制御装置201が、クランク角センサ203が出力する回転角信号POSに基づいて算出する。
ステップS203では、エンジン101の運転条件、例えば、エンジン負荷TP、エンジン回転速度NEなどに基づいて、第1可変動弁機構114aの目標回転位相(目標変換角度)TGθ1及び第2可変動弁機構114bの目標回転位相(目標変換角度)TGθ2を演算する。
目標回転位相TGθ1,TGθ2の演算に用いるエンジン1の運転状態として、例えば、エンジン1の温度を代表する水温TWや、エンジン1が始動状態であるか否かなどを含めることができる。
ステップS204では、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bへの油圧の供給状態(油圧ポンプ121の作動状態)が、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの同時駆動を許可できる状態であるか否かを判別する。換言すれば、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bを同時に駆動しても(同時に作動油を供給しても)、作動油の流量が不足せず、各可変動弁機構114a,114bが、所期の過渡応答で回転位相を変更できる状態であるか否かを判別する。
一例として、図7に示すように、可変動弁機構114a,114bの油圧制御弁123a,123b(油圧回路)への作動油の供給圧OP(油圧ポンプ121の吐出圧)と、エンジン回転速度NE(油圧ポンプ121の回転速度)との組み合わせに対して、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの同時駆動を許可できる領域(同時駆動領域C)を予め設定してある。
尚、本実施形態で用いる油圧ポンプ121はエンジン101で駆動されるため、エンジン回転速度NEと油圧ポンプ121の回転速度とは比例関係にあり、エンジン回転速度NEと油圧ポンプ121の吐出量との間には、一定の相関がある。従って、図7に示す同時駆動領域Cは、作動油供給圧OPと吐出量との相関から設定されていることになる。
簡易には、作動油の供給圧OPと吐出量との一方に基づき、同時駆動を許可できる状態であるか否かを判断することができる。
ステップS204では、現時点での供給圧OP及びエンジン回転速度NE(ポンプ回転速度)が、同時駆動領域Cに含まれるか否かを判断する。作動油の供給圧OPは、油圧ポンプ121と油圧制御弁123a,123bとを接続する配管内の作動油の圧力を検出する油圧センサ125の出力に基づいて検出される。
同時駆動領域Cは、供給圧OPが第1圧力閾値OP1よりも高い状態と、エンジン回転速度NE(ポンプ回転速度)が第1回転閾値NE1よりも高い状態との少なくとも一方を満たす状態である。
従って、ステップS204では、供給圧OPが第1圧力閾値OP1よりも高い場合に、同時駆動領域Cに含まれると判断し、かつ、エンジン回転速度NE(ポンプ回転速度)が第1回転閾値NE1よりも高い場合にも、同時駆動領域Cに含まれると判断する。
現時点での供給圧OP及びエンジン回転速度NE(ポンプ回転速度)が、同時駆動領域Cに含まれる場合には、供給圧OPが十分に高いか、及び/又は、油圧ポンプ121からのオイルの吐出量が十分多い状態である。そして、係る状態では、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの同時駆動を実施しても、それぞれの可変動弁機構を所期の過渡応答で動作させることができる流量の作動油を確保できる。
即ち、同時駆動領域Cを規定する第1圧力閾値OP1及び第1回転閾値NE1は、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの間で優先度を設定せずに、同時駆動しても、それぞれに十分な流量の作動油を供給できる油圧供給状態であるか否かを判定できるように、予め油圧ポンプ121の特性や、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bでの作動油の必要流量などに応じて設定されている。
そこで、ステップS204で現時点での供給圧OP及びエンジン回転速度NEが、同時駆動領域Cに含まれると判断した場合には、ステップS205へ進み、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの同時駆動を許可する設定を行う。
そして、ステップS214へ進んで、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114b(油圧制御弁123a及び油圧制御弁123b)を、ステップS203で演算した目標回転位相TGθ1,TGθ2に基づいて駆動制御する。
第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの制御においては、目標回転位相TGθ1,TGθ2と実際の回転位相θ1,θ2との偏差に基づいて、油圧制御弁123a,123bの操作量を演算して出力することで、実際の回転位相θ1,θ2を目標回転位相TGθ1,TGθ2に近づけるフィードバック制御を実施する。
第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの実際の回転位相θ1,θ2は、クランク角センサ203、第1カム角センサ202、第2カム角センサ204の信号に基づき検出される。
ステップS205からステップS214へ進んだ場合には、同時駆動が許可されているので、第1可変動弁機構114aにおける目標回転位相TGθ1と実際の回転位相θ1との差、及び、第2可変動弁機構114bにおける目標回転位相TGθ2と実際の回転位相θ2との差を縮小させるために、それぞれに演算した操作量を並行して出力する。
従って、実際に駆動要求が重なれば、油圧制御弁123a,123bを介して第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bに作動油が供給され、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの同時駆動が行われる。
第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの同時駆動では、多くの流量の作動油が必要となるが、必要な流量を確保できる油圧状態(同時駆動の許可状態)であることをステップS204において確認してあるので、所期の過渡応答で各目標回転位相TGθ1,TGθ2に近づけるフィードバック制御を、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bについて実施することができる。
一方、ステップS204において、現時点での供給圧OP及びエンジン回転速度NE(ポンプ回転速度)が同時駆動領域Cに含まれないと判断した場合には、ステップS206へ進む。
ステップS206では、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとの一方に対する作動油の供給量を抑制し、他方の駆動を優先すれば、同時駆動が可能な状態であるか否か、換言すれば、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとのいずれか一方を優先しつつ、同時駆動を許可できる状態であるか否かを判別する。
具体的には、図7に示すように、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの油圧回路への作動油の供給圧OP(油圧ポンプ121の吐出圧)と、エンジン回転速度NE(油圧ポンプ121の回転速度)との組み合わせに対して、一方を優先しつつ同時駆動を許可する領域(片側優先同時駆動領域B)を、前述の同時駆動領域Cに隣接して予め設定してある。
ステップS206では、現時点での供給圧OP及びエンジン回転速度NE(ポンプ回転速度)が、片側優先同時駆動領域Bに含まれるか否かを判断する。
片側優先同時駆動領域Bは、供給圧OP1が第1圧力閾値OP1よりも低く、かつ、エンジン回転速度NEが第1回転閾値NE1よりも低い領域内(同時駆動領域Cを除く領域内)で、供給圧が第2圧力閾値OP2(OP2<OP1)よりも高いか、又は、エンジン回転速度NEが第2閾値NE2(NE2<NE1)よりも高い領域である。
作動油の供給圧が第2圧力閾値OP2よりも低く、かつ、エンジン回転速度NEが第2閾値NE2よりも低い領域は、後述する片側駆動領域Aであり、片側優先同時駆動領域Bは、同時駆動領域Cと片側駆動領域Aとで挟まれる領域となる。
尚、例えば、回転速度NEの変化に対して閾値OP1,OP2が変化し、及び/又は、供給圧OPの変化に対して閾値NE1,NE2が変化する特性として、片側駆動領域A、片側優先同時駆動領域B、同時駆動領域Cを区分けすることができる。
現時点での供給圧OP及びエンジン回転速度NEが片側優先同時駆動領域Bに含まれる場合、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bを同時駆動領域Cに該当する場合と同様に同時駆動するには、供給圧OP及び/又は作動油の吐出量が十分ではないものの、一方への作動油の供給量を抑制すれば、それぞれを十分な応答で動作させて回転位相を変更できる。
換言すれば、一方への作動油の供給量を抑制すれば、それぞれを十分な応答で動作させて回転位相を同時に変更できるような領域と、一方への作動油の供給量を抑制しても同時駆動が不能な領域とを区別できるように、第2圧力閾値OP2、第2回転閾値NE2を予め設定してある。
ステップS206で、現時点での供給圧OP及びエンジン回転速度NEが、片側優先同時駆動領域Bに含まれると判断した場合には、ステップS208へ進み、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの同時駆動を許可する設定を行う。
次いで、ステップS209ではエンジン101の運転状態の変化(遷移)を判定し、ステップS210では、駆動要求が重なった場合に、エンジン運転状態の変化に基づいて第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとのどちらの駆動を優先させるかを決定する。
片側優先同時駆動領域Bでは、一方の可変動弁機構への作動油の供給量を抑制した上で同時駆動を許可するが、一方の可変動弁機構への作動油の供給量を抑制することによる運転性(過渡性能)の低下をなるべく抑制できるように、エンジン101の運転状態に基づき、同時駆動領域Cと同様に作動油を供給させる側(駆動を優先する側)を決定する。
そして、一方の可変動弁機構への作動油の供給量を、同時駆動領域Cの場合よりも少なく制限することで、同時駆動した場合に回転位相の制御性が悪化することを抑制する。
そして、ステップS211では、ステップS210において優先的に駆動させると決定した可変動弁機構が、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとのいずれであるかを判別する。
ここで、第1可変動弁機構114aを優先的に駆動させる場合には、ステップS212へ進み、駆動要求が重なった場合において、第2可変動弁機構114bの過渡応答を、優先駆動を行わない場合の過渡応答に比べて低下させるために、第2可変動弁機構114bの制御ゲインを、同時駆動領域Cである場合(標準の過渡応答)よりも低下させる設定を行う。
一方、第2可変動弁機構114bを優先的に駆動させる場合には、ステップS213へ進み、駆動要求が重なった場合において、第1可変動弁機構114aの過渡応答を、優先駆動を行わない場合の過渡応答に比べて低下させるために、第1可変動弁機構114aの制御ゲインを、同時駆動領域Cである場合(標準の過渡応答)よりも低下させる設定を行う。
例えば、目標回転位相TGθと実回転位相θとの偏差に基づく比例積分制御などによって、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの操作量を演算する場合には、比例定数(比例ゲイン)や積分定数(積分ゲイン)を、優先駆動を行わない場合(同時駆動領域Cである場合)に比べてより小さな値に変更することで、過渡応答を低下させることができる。
非優先側の可変動弁機構114の制御ゲインを小さく変更すると、操作量の変化が抑制される結果、非優先側の可変動弁機構114に供給される作動油の流量が抑制されて過渡応答が低下することになるが、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとの双方において要求される作動油の流量の総和が減る。
このため、可変動弁機構114a,114bを同時駆動させるには作動油の油圧及び/又は流量が十分ではない片側優先同時駆動領域Bにおいて、同時駆動を行っても可変動弁機構114a,114bの応答特性が不定となることを抑制でき、一時的に運転性を低下させる位相状態になってしまうことを抑制できる。
尚、可変動弁機構114a,114bの操作量の可変範囲を同時駆動領域Cである場合よりも狭めたり、演算周期当たりの操作量のステップ変化幅を同時駆動領域Cである場合よりも小さく制限したり、操作量の演算に用いる制御偏差を実際の値よりも小さく補正したり、目標回転位相TGθに対して一時遅れ補正を施したりしても、非優先側の可変動弁機構114の過渡応答を同時駆動領域Cである場合よりも低下させることができる。
上記ステップS210における、優先駆動させる可変動弁機構114の決定は、例えば、エンジン1の運転状態の変化に対して、トータル開弁期間の増減と、トータル開弁期間のクランクシャフト109に対する回転位相の進/遅角変化とのいずれを優先させることが、運転性の低下をより小さく抑制できるかなどに基づいて決定される。
但し、優先駆動させる可変動弁機構114を、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとのいずれか一方に固定することもできる。
ステップS210における決定処理については、後で詳しく説明する。
尚、片側優先同時駆動領域Bで駆動要求が重なった場合において、供給圧OP及びエンジン回転速度NEが低くなるほど、非優先側の可変動弁機構114の過渡応答を、同時駆動領域Cであるときに比べてより大きく低下させることができる。
また、駆動要求が重なった場合において、非優先側の可変動弁機構114の過渡応答を同時駆動領域Cである場合よりも低下させる処理に並行して、優先側の可変動弁機構114の過渡応答も同時駆動領域Cである場合よりも低下させる構成とし、かつ、非優先側の過渡応答を優先側に比べてより大きく低下させることができる。
ステップS212又はステップS213で、駆動要求が重なった場合に非優先側の可変動弁機構114の過渡応答(ゲイン)を同時駆動領域Cである場合よりも低下させる設定を行うと、ステップS214へ進み、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bを、ステップS203で演算した目標回転位相TGθ1,TGθ2に基づいて駆動制御する。
ここで、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bの駆動要求が重なった場合、即ち、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bとの双方で、目標回転位相TGθと実際の回転位相θとの偏差が生じている場合には、同時駆動を許可する。
但し、片側優先同時駆動領域Bでは、ステップS210〜ステップS213の設定に従い、一方の可変動弁機構114の過渡応答を同時駆動領域Cである場合よりも低下させ、他方の可変動弁機構114の駆動(他方側への作動油の供給)を優先させる制御を実施する。
片側優先同時駆動領域Bで、供給圧OP及び/又はポンプ回転速度がより高い同時駆動領域Cと同様にして同時駆動を行うと、流量不足によって可変動弁機構114の応答特性が不定となることで、一時的に運転性を低下させる位相状態になってしまう可能性がある。
しかし、片側優先同時駆動領域Bにおいて、非優先側として選択した可変動弁機構114の過渡応答を通常よりも低下させた上で同時駆動を実施すれば、流量不足によって可変動弁機構114の応答特性が不定となることで、一時的に運転性を低下させる位相状態になってしまうことを抑制できる。
更に、優先側として選択した可変動弁機構114については、駆動要求が重なっていない場合(通常)と同等の過渡応答で動作するので、トータル開弁期間又はトータル開弁期間の位相を応答よく変化させて運転性の低下を抑制できる。
ステップS206において、現時点での供給圧OP及びエンジン回転速度NE(ポンプ回転速度)が、片側優先同時駆動領域Bに含まれないと判断した場合、即ち、供給圧OPが第2圧力閾値OP2よりも低く、かつ、エンジン回転速度NEが第2回転閾値NE2よりも低い片側駆動領域Aに該当している場合には、ステップS207へ進む。
ステップS207では、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとの少なくとも一方で、制御偏差ΔE(目標回転位相と実回転位相との差)の絶対値が閾値SL以下になっているか否か、換言すれば、実回転位相が目標回転位相に十分に近づいているか否かを判断する。
供給圧OP及びエンジン回転速度NE(ポンプ回転速度)が共に低い片側駆動領域Aは、重なっている駆動要求に対して同時駆動を不許可とし、一方の可変動弁機構114の駆動を停止させておいて、他方の可変動弁機構114を駆動させることが要求される油圧供給状態である。
しかし、作動油の供給圧及び流量が共に低い片側駆動領域Aに該当している場合であっても、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとの少なくとも一方において、実回転位相が目標回転位相付近に略収束している場合には、この収束が進んでいる可変動弁機構114に対する作動油の供給量は少なくなるから、片側優先同時駆動領域Bに該当している場合と同様にして、同時駆動を許可することが可能である。
そこで、片側駆動領域Aに該当している場合であっても、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとの少なくとも一方において、実回転位相が目標回転位相付近に略収束している場合には、ステップS208へ進んで、片側優先同時駆動領域Bに該当している場合と同様にして同時駆動を許可し、駆動要求が重なった場合には、非優先側の可変動弁機構114の過渡応答を、同時駆動領域Cである場合に比べて低下させる。
従って、制御偏差の閾値SLは、片側優先同時駆動領域Bに該当する場合と同様に制御しても作動油の供給量を確保できるほどに、必要とする作動油の流量が低下しているか否かを判断できるように、予め設定されている。
ステップS207からステップS208以降に進んだ場合には、実回転位相が目標回転位相付近に略収束している可変動弁機構114を、非優先側の可変動弁機構114に設定することができ、また、エンジン運転状態の変化に応じて優先駆動する側を選択することができる。
一方、片側駆動領域Aに該当している場合であって、かつ、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとの双方が、制御偏差ΔEの絶対値が閾値SLよりも大きな非収束状態である場合には、ステップS215へ進む。
ステップS215では、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとの同時駆動を不許可とする設定を行う。
そして、ステップS216ではエンジン101の運転状態の変化(遷移)を判定し、ステップS217では、エンジン運転状態の変化に基づいて、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとのどちらの駆動を優先させるか(どちらの駆動を禁止するか)を決定する。
ステップS218では、優先的に駆動させると決定した可変動弁機構が、第1可変動弁機構114aと第2可変動弁機構114bとのいずれであるかを判別する。
ここで、第1可変動弁機構114aの駆動を優先させると決定されている場合には、ステップS219へ進み、第1可変動弁機構114aを、ステップS203で演算した目標回転位相TGθ1に基づいて駆動制御する一方、第2可変動弁機構114bの駆動を禁止する。
これにより、第1可変動弁機構114aに作動油を供給し、第2可変動弁機構114bには作動油を供給しないことになり、作動油の供給圧及び流量が低い状態で、第1可変動弁機構114aの駆動に必要な作動油の流量を確保でき、第1可変動弁機構114aによる回転位相が不定となってしまうことを抑制できる。
駆動が禁止された第2可変動弁機構114bについては、第1可変動弁機構114aにおける駆動が収束した後や、第1可変動弁機構114aにおける制御偏差の絶対値が設定値を下回るようになった時点や、第1可変動弁機構114aの駆動を開始した時点から設定時間が経過した時点など、第1可変動弁機構114aの駆動開始から遅れて駆動を開始させる。
これにより、第2可変動弁機構114bの回転位相の変更は遅れるものの、第2可変動弁機構114bの駆動に必要な作動油の流量を確保でき、第2可変動弁機構114bによる回転位相が不定となってしまうことを抑制できる。
一方、ステップS218で、第2可変動弁機構114bの駆動を優先させると決定されていると判断すると、ステップS220へ進み、第2可変動弁機構114bを、ステップS203で演算した目標回転位相TGθ2に基づいて駆動制御する一方、第1可変動弁機構114aの駆動を禁止する。
これにより、第2可変動弁機構114bに作動油を供給し、第1可変動弁機構114aには作動油を供給しないことになり、作動油の供給圧及び流量が低い状態で、第2可変動弁機構114bの駆動に必要な作動油の流量を確保でき、第2可変動弁機構114bによる回転位相が不定となってしまうことを抑制できる。
駆動が禁止された第1可変動弁機構114aについては、第2可変動弁機構114bにおける駆動が収束した後や、第2可変動弁機構114bにおける制御偏差の絶対値が設定値を下回るようになった時点や、第2可変動弁機構114bの駆動を開始した時点から設定時間が経過した時点など、第2可変動弁機構114bの駆動開始から遅れて駆動を開始させる。
これにより、第1可変動弁機構114aの回転位相の変更は遅れるものの、第1可変動弁機構114aの駆動に必要な作動油の流量を確保でき、第1可変動弁機構114aによる回転位相が不定となってしまうことを抑制できる。
尚、ステップS219、ステップS220において、優先側の可変動弁機構114の駆動開始から非優先側の可変動弁機構114を開始させるまでの遅れ期間を、供給圧OP及び/又はエンジン回転速度NEが低いほど、より長く設定することができる。
以下では、ステップS210、ステップS217における、駆動を優先する可変動弁機構114(優先度)の決定処理の一例を説明する。
図8(A)は、エンジン101の運転状態が、低回転低負荷(バルブオーバーラップVOL:小、トータル開弁期間(トータル作動角)OA:小)の状態から、内部EGRを実施する中負荷域(VOL:大、OA:中)に移行する過渡(加速)状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、閉時期IVCを殆ど変更せずに、開時期IVOを進角させる要求であるが、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更)を優先させると、開時期IVOが変わらずに、閉時期IVCが遅角してしまい、先に発生する吸気バルブ105a,105bの開動作では開時期IVOが変更前と変わらずに、その後の閉動作では変更後の要求時期で閉弁されてしまう可能性がある。そこで、図8(A)の例では、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図8(B)は、エンジン101の運転状態が、低回転低負荷(VOL:小、OA:小)の状態から、内部EGRを実施せず、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を遅閉じとする中負荷域(VOL:小、OA:中)に移行する過渡(加速)状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVO及び閉時期IVCを遅角させることになり、開時期IVOを遅角させるために、トータル開弁期間の位相を遅角させることで、同時に閉時期IVCが遅角することになるが、トータル開弁期間の拡大させるために2可変動弁機構114bを駆動しても、開時期IVOは変化せずに、閉時期IVCが遅角する。更に、吸気バルブ105a,105bの開動作が先に生じ、その後に閉動作が行われ、閉時期IVCの変更にはそれだけ時間的余裕がある。
そこで、図8(B)の例でも、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図8(C)は、エンジン101の運転状態が、低回転低負荷(VOL:小、OA:小)の状態から、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を早閉じとする低中回転高負荷域(OA:小又は中)に移行する過渡(加速)状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVO及び閉時期IVCを進角させるが、トータル開弁期間の増大は、逆に閉時期IVCを遅角させる方向に作用し、また、吸気バルブ105a,105bの開動作が先に生じ、その後に閉動作が行われ、閉時期IVCの変更にはそれだけ時間的余裕がある。そこで、図8(C)の例でも、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図9(A)は、エンジン101の運転状態が、内部EGRを実施する中負荷域(VOL:大、OA:中)から、低回転低負荷(VOL:小、OA:小)に移行する過渡(減速)状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、閉時期IVCは略変更せずに、開時期IVOを遅角させる要求であるが、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更)を優先させると、先の動作である開弁動作タイミングの変更が大きく遅れることになってしまうので、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図9(B)は、エンジン101の運転状態が、内部EGRを実施する中負荷域(VOL:大、OA:中)から、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を遅閉じとする中負荷域(VOL:小、OA:中)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVO及び閉時期IVCを遅角させる要求であり、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更)によって係る要求を満たすことができ、第2可変動弁機構114bの駆動では、開時期IVOを遅角させることができない。更に、吸気バルブ105a,105bの開動作が先に生じ、その後に閉動作が行われ、閉時期IVCの変更にはそれだけ時間的余裕がある。そこで、図9(B)の例でも、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図9(C)は、エンジン101の運転状態が、内部EGRを実施する中負荷域(VOL:大、OA:中)から、低中回転高負荷域(OA:小又は中)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVOの進角要求があり、しかも、開動作は閉動作よりも前に行われるから、開時期IVOを進角させることができる第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図9(D)は、エンジン101の運転状態が、内部EGRを実施する中負荷域(VOL:大、OA:中)から、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を遅閉じとする高回転高負荷域(OA:大)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、トータル開弁期間の増大を行うが、開時期IVOについては殆ど変更せず、また、トータル開弁期間の位相変更を進角変化させる場合には、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更)を優先させると、開時期IVOと共に閉時期IVCが進角し、遅閉じ要求に対して一時的に早閉じになってしまう可能性があるので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
図10(A)は、エンジン101の運転状態が、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を遅閉じとする中負荷域(VOL:小、OA:中)から、低回転低負荷(VOL:小、OA:小)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVOの進角要求があり、しかも、開動作は閉動作よりも前に行われるから、開時期IVOを進角させることができる第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図10(B)は、エンジン101の運転状態が、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を遅閉じとする中負荷域(VOL:小、OA:中)から、内部EGRを実施する中負荷域(VOL:大、OA:中)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVOの進角要求があり、しかも、開動作は閉動作よりも前に行われるから、開時期IVOを進角させることができる第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図10(C)は、エンジン101の運転状態が、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を遅閉じとする中負荷域(VOL:小、OA:中)から、早閉じとする低中回転高負荷域(OA:小又は中)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVO及び閉時期IVCの進角要求があり、しかも、開動作は閉動作よりも前に行われるから、開時期IVOを進角させることができる第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図10(D)は、エンジン101の運転状態が、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を遅閉じとする中負荷域(VOL:小、OA:中)から、遅閉じとする高回転高負荷域(OA:大)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVOの進角要求があり、しかも、開動作は閉動作よりも前に行われるから、開時期IVOを進角させることができる第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図11(A)は、エンジン101の運転状態が、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を早閉じとする低中回転高負荷域(OA:小又は中)から、低回転低負荷(VOL:小、OA:小)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVOの進角要求があり、しかも、開動作は閉動作よりも前に行われるから、開時期IVOを進角させることができる第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図11(B)は、エンジン101の運転状態が、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を早閉じとする低中回転高負荷域(OA:小又は中)から、内部EGRを実施する中負荷域(VOL:大、OA:中)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、トータル開弁期間の増大を行うが、同時に開時期IVOの変更要求があり、しかも、開動作は閉動作よりも前に行われるから、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図11(C)は、エンジン101の運転状態が、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を早閉じとする低中回転高負荷域(OA:小又は中)から、遅閉じとする中負荷域(VOL:小、OA:中)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、開時期IVO及び閉時期IVCの遅角要求があり、しかも、開動作は閉動作よりも前に行われるから、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図11(D)は、エンジン101の運転状態が、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間を早閉じとする低中回転高負荷域(OA:小又は中)から、遅閉じとする高回転高負荷域(OA:大)に移行する過渡状態における、吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、トータル開弁期間の増大を行うが、開時期IVOについては殆ど変更せず、また、トータル開弁期間の位相変更を進角変化させる場合には、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更)を優先させると、開時期IVOと共に閉時期IVCが進角し、遅閉じ要求に対して一時的に早閉じになってしまう可能性があるので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
上記のように、基本的には、開時期IVO及び閉時期IVCを同時に変更することになる第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更)を優先させ、変更後が遅閉じであるのに、過渡的に早閉じで運転される可能性がある場合に、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更)を優先させる。
尚、膨張比に対して、実質的な圧縮比が小さくなるところまで吸気バルブ105a,105bのトータル開弁期間の閉時期を遅角(遅閉じ)又は進角(早閉じ)させると、ミラーサイクル状態として熱効率を向上させることができる。
図8〜図11に示した例において、開時期IVOの変更を優先させるために、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更)を優先させる設定を行ったエンジン運転条件において、閉時期IVCの変更を優先させるために、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更)を優先させることができる。
また、図9(D)及び図11(D)では、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる設定させたが、トータル開弁期間(開時期IVO)の位相変更の要求として遅角方向への変更要求がある場合、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:作動角の変更)を優先させることで、閉時期IVCの遅角変化要求に対応する閉時期IVCの変化を生じさせることができるので、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更)を優先させる設定とすることができる。
ところで、上記のエンジン101では、吸気カムシャフト115側に、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bを設けたが、排気カムシャフト211側に、第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bを設けることができる。
ここで、図12に示すように、第1可変動弁機構114aは、排気バルブ110a,110bを一体的に進/遅角変化させ、第2可変動弁機構114bは、第1排気バルブ110aの開弁期間に対する第2排気バルブ110bの開弁期間の位相を進角させるものとする。
そして、この排気側に設けた第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bについても、図5及び図6のフローチャートに示した処理に従い、駆動要求が重なった場合に一方の駆動を優先させる制御を行わせることができる。
ここで、排気側に設けた第1可変動弁機構114a及び第2可変動弁機構114bについていずれを優先させるかは、例えば、図13〜図16に示すようにして、エンジン101の運転状態の変化に応じて決定することができる。
図13(A)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC付近で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前である、低回転低負荷域から、閉時期EVCを遅角し、かつ、開時期EVOを進角して内部EGRを実施する中負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、トータル開弁期間を増大させ、かつ、トータル開弁期間の位相を遅角させる必要があるが、トータル開弁期間を増大させる制御を優先すると、過渡的に開時期EVOを過剰に進角させることになるので、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図13(B)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC付近で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前である、低回転低負荷域から、閉時期EVCを遅角し、かつ、開時期EVOを進角して内部EGRを実施しない中負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合も、図13(A)の場合と同様に、トータル開弁期間を増大させ、かつ、トータル開弁期間の位相を遅角させる必要があるが、トータル開弁期間を増大させる制御を優先すると、過渡的に開時期EVOを過剰に進角させることになるので、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図13(C)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC付近で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前である、低回転低負荷域から、閉時期EVCを遅角し、かつ、開時期EVOを遅角する低中回転高負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、閉時期EVC及び開時期EVOを遅角させる要求であり、トータル開弁期間の変更要求が十分に小さいので、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させ、閉時期EVC及び開時期EVOを同時に遅角させる。
図14(A)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前で、内部EGRを実施する中負荷域から、閉時期EVCを進角し、かつ、開時期EVOを遅角する低回転低負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、閉時期EVCを進角するために第1可変動弁機構114aを駆動して、トータル開弁期間の位相を進角させると、開時期EVOを遅角させたいのに、開時期EVOを過剰に進角させることになってしまうので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
図14(B)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前で、内部EGRを実施する中負荷域から、閉時期EVCを進角し、かつ、開時期EVOを変更せず、内部EGRを実施しない中負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、閉時期EVCを進角するために第1可変動弁機構114aを駆動して、トータル開弁期間の位相を進角させると、開時期EVOを変更しないのに、開時期EVOを過剰に進角させることになってしまうので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
図14(C)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前で、内部EGRを実施する中負荷域から、閉時期EVCを変更せず、かつ、開時期EVOを遅角させる低中回転高負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、第1可変動弁機構114aの駆動によるトータル開弁期間の位相変更、換言すれば、開時期EVCの変更は不要であり、第2可変動弁機構114bを駆動してトータル開弁期間を減少させ、開時期EVOを遅角させることで、要求の変更を実現できるので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
図14(D)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前で、内部EGRを実施する中負荷域から、閉時期EVCを進角し、かつ、開時期EVOを変更しない高回転高負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、閉時期EVCを進角するために第1可変動弁機構114aを駆動して、トータル開弁期間の位相を進角させると、開時期EVOを変更しないのに、開時期EVOを過剰に進角させることになってしまうので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
図15(A)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前で、内部EGRを実施しない中負荷域から、閉時期EVCを進角し、かつ、開時期EVOを遅角させる低回転低負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、閉時期EVCを進角するために第1可変動弁機構114aを駆動して、トータル開弁期間の位相を進角させると、開時期EVOを遅角させたいのに、開時期EVOを過剰に進角させることになってしまうので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
図15(B)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前で、内部EGRを実施しない中負荷域から、閉時期EVCを遅角し、かつ、開時期EVOを略変更せずに、内部EGRを実施する中負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、第2可変動弁機構114bの駆動を優先させてトータル開弁期間を増大させると、開時期EVOが過剰に進角するので、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図15(C)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC前で、内部EGRを実施しない中負荷域から、閉時期EVCを遅角し、かつ、開時期EVOを遅角する低中回転高負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、第1可変動弁機構114aの駆動によって、開時期EVO及び閉時期EVCを同時に遅角させることができるが、閉時期EVCの遅角要求が小さく、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更)を優先させることで、先に発生する開動作において要求により近い時期で開弁させることができるので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
図16(A)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC付近である低中回転高負荷域から、閉時期EVCを進角し、かつ、開時期EVOを進角する低回転低負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、トータル開弁期間を増減させないので、当然に、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更:中心角の変更)を優先させる。
図16(B)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC付近である低中回転高負荷域から、閉時期EVCを変化させず、かつ、開時期EVOを進角して、内部EGRを実施する中負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、閉時期EVCを変化させず、トータル開弁期間の増大によって開時期EVOを進角させることになるから、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
図16(C)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC付近である低中回転高負荷域から、閉時期EVCを進角し、かつ、開時期EVOを進角して、内部EGRを実施しない中負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合、第1可変動弁機構114aの駆動によって、開時期EVO及び閉時期EVCを同時に進角させることができるが、閉時期EVCの進角要求が小さく、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更)を優先させることで、先に発生する開動作において要求により近い時期で開弁させることができるので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
図16(D)は、エンジン101の運転状態が、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間の閉時期EVCが上死点TDC後で、かつ、開時期EVOが下死点BDC付近である低中回転高負荷域から、閉時期EVCを進角し、かつ、開時期EVOを遅角する高回転高負荷域に移行する過渡状態における、排気バルブ110a,110bのトータル開弁期間及びトータル開弁期間の位相変化を示す。
この場合も、第1可変動弁機構114aの駆動によって、開時期EVO及び閉時期EVCを同時に進角させることができるが、閉時期EVCの進角要求が小さく、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更)を優先させることで、先に発生する開動作において要求により近い時期で開弁させることができるので、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更:作動角の変更)を優先させる。
尚、図15(C)、図16(C)、図16(D)において、閉時期IVCの変更を優先させる必要がある場合には、第2可変動弁機構114bの駆動(トータル開弁期間の変更)を優先させる設定に代えて、第1可変動弁機構114aの駆動(トータル開弁期間の位相変更)を優先させることができる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
(イ)同一のカム軸軸線を中心に回動する第1カム及び第2カムと、前記第1カム及び第2カムのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする油圧式の第1可変動弁機構と、前記第1カムに対する前記第2カムの回転位相を可変とする油圧式の第2可変動弁機構と、を備え、
前記第1カムが第1吸気バルブを駆動し、前記第2カムが第2吸気バルブを駆動し、前記第2可変動弁機構が、前記第1吸気バルブの開弁期間に対して前記第2吸気バルブの開弁期間を遅角する内燃機関の可変動弁装置において、
前記第1可変動弁機構を、前記第2可変動弁機構に対し優先して駆動する、内燃機関の可変動弁装置。
上記発明によると、トータル開弁期間の開時期の変更を優先させることで、先の動作となる開弁時に、要求に見合った時期で開弁動作させることができるようにする。
(ロ)遅閉じと早閉じとの切り替え時に、前記第2可変動弁機構を、前記第1可変動弁機構に対し優先して駆動する、請求項(イ)記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記発明によると、トータル開弁期間の変更を優先させることで、遅閉じと早閉じとの切り替え時に過渡的に逆方向に変化することを抑制する。
(ハ)同一のカム軸軸線を中心に回動する第1カム及び第2カムと、前記第1カム及び第2カムのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする油圧式の第1可変動弁機構と、前記第1カムに対する前記第2カムの回転位相を可変とする油圧式の第2可変動弁機構と、を備え、
前記第1可変動弁機構の駆動要求と前記第2可変動弁機構の駆動要求とが重なったときに、前記第1可変動弁機構と前記第2可変動弁機構とのいずれか一方を他方よりも優先して駆動し、
前記第1可変動弁機構と前記第2可変動弁機構とのいずれか一方を他方よりも優先する駆動として、一方の可変動弁機構の駆動を停止させ他方の可変動弁機構を駆動する駆動パターンと、一方の可変動弁機構の過渡応答を、優先駆動を行わない場合の過渡応答よりも低下させる駆動パターンとの少なくとも一方を含み、
前記第1可変動弁機構及び前記第2可変動弁機構の操作量の演算におけるゲインを、優先駆動を行わない場合よりも低下させることで過渡応答を低下させる、内燃機関の可変動弁装置。
上記発明によると、操作量演算のゲインを低下させることで、過渡応答を低下させ、必要とする作動油の流量を低下させる。
(ニ)同一のカム軸軸線を中心に回動する第1カム及び第2カムと、前記第1カム及び第2カムのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする油圧式の第1可変動弁機構と、前記第1カムに対する前記第2カムの回転位相を可変とする油圧式の第2可変動弁機構と、を備え、
前記第1可変動弁機構の駆動要求と前記第2可変動弁機構の駆動要求とが重なったときに、前記第1可変動弁機構と前記第2可変動弁機構とのいずれか一方を他方よりも優先して駆動する、内燃機関の可変動弁装置において、
前記第1可変動弁機構及び前記第2可変動弁機構に対する作動油の供給圧と、作動油を供給する油圧ポンプの吐出流量とに基づき、前記第1可変動弁機構及び前記第2可変動弁機構を同時駆動する第1制御状態と、一方への作動油の供給を第1制御状態に比べて制限しつつ同時駆動する第2制御状態と、一方の駆動を停止させて他方を駆動する第3制御状態とのいずれかを選択する、内燃機関の可変動弁装置。
上記発明によると、供給圧及び吐出流量から、同時駆動の可否を判断し、同時駆動が行えない油圧の供給状態では、一方を駆動し、他方を停止させ、更に、同時駆動を許可する場合において、何ら制限することなく同時駆動を行えるか、又は、他方への作動油の供給を制限した上で同時駆動を許可するかを決定する。
(ホ)前記第3制御状態に該当する供給圧及び吐出流量の条件であっても、前記第1可変動弁機構と前記第2可変動弁機構との少なくとも一方が、目標値付近に収束している場合に、前記第2制御状態を選択する、請求項(ニ)記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記発明によると、目標値に収束していて多くの作動油を必要としない場合に、同時駆動を許可することで、同時駆動の機会を可及的に多く確保する。
101…エンジン(内燃機関)、105a,105b…吸気バルブ、106…燃料噴射弁、107…点火プラグ、109…クランクシャフト、110a,110b…排気バルブ、114…可変動弁装置、114a…第1可変動弁機構、114b…第2可変動弁機構、115…吸気カムシャフト、115a…外側カムシャフト(外軸)、115b…内側カムシャフト(内軸)、117a…第1カム、117b…第2カム、201…エンジン制御装置、121…油圧ポンプ、125…油圧センサ

Claims (3)

  1. 同一のカム軸軸線を中心に回動する第1カム及び第2カムと、前記第1カム及び第2カムのクランクシャフトに対する回転位相を可変とする油圧式の第1可変動弁機構と、前記第1カムに対する前記第2カムの回転位相を可変とする油圧式の第2可変動弁機構と、前記第1可変動弁機構及び前記第2可変動弁機構をそれぞれの制御偏差に基づき駆動制御する制御手段と、を備えた内燃機関の可変動弁装置において、
    前記制御手段は、前記内燃機関の過渡運転に伴い前記第1可変動弁機構の駆動要求と前記第2可変動弁機構の駆動要求とが重なったときに、各可変動弁機構の変換角度の変更要求に基づき優先駆動する一方の可変動弁機構を選択し、選択した一方の可変動弁機構を他方よりも優先して駆動制御する、内燃機関の可変動弁装置。
  2. 前記制御手段は、前記第1可変動弁機構及び前記第2可変動弁機構を同時駆動する第1制御状態と、一方の可変動弁機構の過渡応答を前記第1制御状態に比べて遅らせて両可変動弁機構を同時駆動する第2制御状態と、一方の可変動弁機構の駆動開始を他方の可変動弁機構の駆動開始よりも遅らせる第3制御状態とのいずれかを制御条件に応じて選択し、前記第2制御状態及び前記第3制御状態において、各可変動弁機構の変換角度の変更要求に基づき優先駆動する一方の可変動弁機構を選択する、請求項1記載の内燃機関の可変動弁装置。
  3. 前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態及び前記第1,第2可変動弁機構それぞれの制御偏差に基づき、前記第1制御状態、前記第2制御状態、前記第3制御状態のうちのいずれか1つを選択する、請求項2記載の内燃機関の可変動弁装置。
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