JP6465135B2 - 内燃機関システム - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関システムに関する。
特開2009−228543号公報には、各気筒の吸気バルブを駆動する吸気カムを、リフト量の異なる2種類のカム(大リフトカムおよび小リフトカム)で構成した多気筒エンジンの可変動弁装置が開示されている。この動弁装置において、2種類の吸気カムは、カムキャリアに支持されている。このカムキャリアは、カムシャフトの軸方向にスライド可能に設けられている。カムキャリアがカムシャフトの軸方向にスライドすると、吸気カムが切り替わり、吸気バルブのリフト量が変更される。このカムキャリアは、また、気筒群ごとに設けられており、気筒群順にスライドする。つまり、この動弁装置では、吸気カムの切り替えがカムキャリア単位で順番に行われる。
特開2010−168966号公報には、1種類の吸気カムのリフト量および作用角を連続的に変更可能な動弁装置を利用したエンジンの始動制御が開示されている。この始動制御は、エンジンの自動停止後の再始動時において、吸気バルブのリフト量を所定値以上まで上昇させるための制御である。この公報には、また、始動制御の一例として、エンジンの自動停止の直前に、吸気カムのリフト量が最大になるように動弁装置を駆動する制御が開示されている。
特開2013−148012号公報には、4ストローク型エンジンの始動時における気筒判別手法が開示されている。この気筒判別手法は、エンジンの始動時にスタータを駆動してクランクシャフトとカムシャフトを回転させつつ、クランク角センサとカム角センサからの信号に基づいて、各気筒の圧縮上死点TDCを特定するものである。クランクシャフトとカムシャフトには、欠歯部分を有するロータ(クランクロータおよびカムロータ)が設けられている。各ロータの欠歯部分の位置は事前に分かっている。そのため、欠歯部分に関するセンサ信号を得ることで、各気筒の圧縮上死点TDCを特定できる。
ところで、リフト量、作用角といったカムプロフィールが変更される吸気カムを前提とする多気筒エンジンにおいては、始動時において全ての気筒の吸気カムのカムプロフィールが、始動に適したプロフィール(以下、「始動用プロフィール」ともいう。)に揃っていることが望ましい。換言すると、エンジンの始動までに、全ての吸気カムのカムプロフィールが、始動用プロフィールに切り替わっていることが望ましい。
この点、特開2010−168966号公報の始動制御を利用すれば、エンジンの始動までに、全ての吸気カムのカムプロフィールを始動用プロフィールに切り替えておくことが可能となる。しかし、この始動制御において、始動用プロフィールへの切り替えが必ず成功するとは限らない。仮に、この切り替えが失敗した場合は、切り替えが失敗した気筒での燃焼が適切に行われず、エンジンの始動性が低下する可能性がある。
このような問題の対策として、エンジンの再始動時に始動用プロフィールへの切り替えを再実行することが挙げられる。ここで、特開2009−228543号公報のシステムのように、カムキャリア単位で順番に吸気カムを切り替えるシステムでは、特開2013−148012号公報のような気筒判別を行うことが、切り替え精度を担保する上で重要である。しかし、このような気筒判別を行うには、クランクロータとカムロータの欠歯部分に関する情報が得られるまで待つ必要がある。そのため、気筒判別の完了に時間を要するおそれがあり、それまでの間はカムキャリアのスライドを開始できない。従って、エンジンの始動遅延に繋がるおそれがあった。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、吸気カムの切り替えをカムキャリア単位で順番に行ってカムプロフィールを変更する多気筒エンジンシステムにおいて、エンジンの始動時の始動用カムプロフィールへの変更に伴う当該エンジンの始動遅延を抑えることを目的とする。
本発明は、上述した課題を解決するため、内燃機関システムであって、複数気筒を有する内燃機関と、カムプロフィールの異なる複数種類のカムと、カムキャリアと、複数の切り替え機構と、制御装置と、を備えている。前記複数種類のカムは、前記内燃機関の各気筒に設けられて吸気バルブを駆動可能に構成されている。前記カムキャリアは、前記内燃機関のクランクシャフトと同期して回転するカムシャフトに設けられて前記複数種類のカムを気筒単位または気筒群単位で支持する。前記カムキャリアの外周には、前記カムシャフトに対して傾斜する傾斜部位と、前記カムシャフトに対して直交し、前記カムシャフトの回転方向の前方側において前記傾斜部位と連通する前方直交部位と、前記カムシャフトに対して直交し、前記カムシャフトの回転方向の後方側において前記傾斜部位と連通する後方直交部位と、を備える螺旋状溝が形成されている。前記切り替え機構は、前記カムキャリアのそれぞれに対応して設けられている。前記切り替え機構は、前記螺旋状溝と係合可能なピンの突き出し動作によって前記カムキャリアのそれぞれを前記カムシャフトの軸方向に順番にスライドさせて、前記吸気バルブを実際に駆動する駆動カムを前記複数種類のカムの間で切り替えるように構成されている。前記制御装置は、前記内燃機関の非始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの回転位置情報を用いた気筒判別を行い、前記気筒判別の結果に基づいて前記切り替え機構からのピンの突き出し動作の開始時期を決定するように構成されている。前記制御装置はまた、前記内燃機関の始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記気筒判別を行う前に、少なくとも1つの切り替え機構においてピンの突き出し動作を開始させるように構成されている。
少なくとも1つの切り替え機構におけるピンの突き出し動作を気筒判別の実行前に開始させれば、気筒判別の実行後に当該突き出し動作を開始させる場合に比べて、駆動カムの切り替えの完了時期の遅延が抑えられる。
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記少なくとも1つの切り替え機構から突き出されたピンの引き込み動作が前記少なくとも1つの切り替え機構において完了したら、全ての気筒または気筒群での燃焼を許可するように構成されていてもよい。
少なくとも1つの切り替え機構におけるピンの引き込み動作が当該少なくとも1つの切り替え機構において完了したときに全ての気筒または気筒群での燃焼を許可すれば、内燃機関の初回の爆発時期の遅延が抑えられる。
本発明の内燃機関システムは、前記内燃機関の始動時にクランクシャフトを回転可能なモータを更に備えていてもよい。前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記気筒判別を行う前に、全ての切り替え機構においてピンの突き出し動作を開始させ、前記全ての切り替え機構から突き出されたピンが前記カムキャリアに着座した後に、前記モータを駆動させるように構成されていてもよい。前記制御装置は、前記全ての切り替え機構のピンの突き出し動作を同時に開始させるように構成されていてもよい。
全ての切り替え機構から突き出されたピンがカムキャリアに着座した後にモータを駆動させれば、カムキャリアにピンが着座した後に、当該カムキャリアが回転することになる。そのため、螺旋状溝とピンが高確率で係合する。また、全ての切り替え機構のピンの突き出し動作を同時に行えば、突き出されたピンが略同時にカムキャリアに着座して、螺旋状溝と高確率で係合する。
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記切り替え機構を少なくとも2つに分割した機構群ごとに、ピンの突き出し動作を順番に開始させ、ピンの突き出し動作の順番が最後の機構群に属する切り替え機構から突き出された少なくとも1つのピンの引き込み動作が完了したら、全ての気筒または気筒群での燃焼を許可するように構成されていてもよい。前記制御装置は、第1機構群に属する切り替え機構から突き出されたピンの引き込み動作が完了したら、第2機構群に属する切り替え機構のピンの突き出し動作を開始させるように構成されていてもよい。
全ての切り替え機構のピンの突き出し動作を同時に行えない制約がある場合でも、機構群ごとにピンの突き出し動作を順番に開始すれば、駆動カムの切り替えを実行できる。機構群ごとにピンの突き出し動作を順番に開始する場合は、ピンの突き出し動作の順番が最後の機構群に属する切り替え機構から突き出された少なくとも1つのピンの引き込み動作が完了したときに全ての気筒または気筒群での燃焼を許可すれば、内燃機関の初回の爆発時期の遅延が抑えられる。第1機構群に属する切り替え機構から突き出されたピンの引き込み動作が完了したら、第2機構群に属する切り替え機構のピンの突き出し動作を開始させれば、電気的な制約がある場合でも、駆動カムの切り替えを実行できる。
本発明の内燃機関システムによれば、始動用カムプロフィールへの変更に伴うエンジンの始動遅延を抑えることができる。
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
先ず、本発明の実施の形態1について図1乃至図9を参照しながら説明する。
先ず、本発明の実施の形態1について図1乃至図9を参照しながら説明する。
[システム構成例の説明]
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステムの構成例を示す概略図である。図1に示すシステムは、車両に搭載される内燃機関のシステムである。この内燃機関は、4ストローク型のレシプロエンジンであり、直列4気筒型のエンジンでもある。このエンジンの点火順序は、1番気筒(#1気筒)、#3気筒(#3気筒)、4番気筒(#4気筒)、2番気筒(#2気筒)の順である。なお、エンジンの気筒数は2でもよく、3でもよく、5以上でもよい。また、エンジンの点火順序も特に限定されない。
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステムの構成例を示す概略図である。図1に示すシステムは、車両に搭載される内燃機関のシステムである。この内燃機関は、4ストローク型のレシプロエンジンであり、直列4気筒型のエンジンでもある。このエンジンの点火順序は、1番気筒(#1気筒)、#3気筒(#3気筒)、4番気筒(#4気筒)、2番気筒(#2気筒)の順である。なお、エンジンの気筒数は2でもよく、3でもよく、5以上でもよい。また、エンジンの点火順序も特に限定されない。
図1に示す動弁系は、カムシャフト10を備えている。カムシャフト10は、エンジンのクランクシャフト(図示しない)に接続されており、このクランクシャフトと同期して回転する。カムシャフト10には、中空軸で形成された4つのカムキャリア12が配置されている。カムキャリア12は、カムシャフト10の回転方向に固定される一方で、カムシャフト10の軸方向にスライド可能に配置されている。カムキャリア12は、カムプロフィール(リフト量および作用角の少なくとも一方を意味する。以下同じ。)の異なる2種類の吸気カム14,16を隣接状態で有している。
本実施の形態1において、吸気カム14は、吸気カム16よりも小さい作用角とリフト量を有している。以下、説明の便宜上、相対的に小作用角・小リフト量の吸気カムを「小カム」とも称し、相対的に大作用角・大リフト量の吸気カムを「大カム」ともいう。小カム14および大カム16は、1気筒あたり2組備え付けられている。この理由は、1気筒あたり2つの吸気バルブが配設されているためである。但し、本発明における1気筒あたりの吸気バルブの配設数は1つでもよいし、3つ以上でもよい。
カムキャリア12の表面には、カムシャフト10の軸方向に回転しながら延びる螺旋状の溝18が形成されている。溝18は気筒間で位相差をもって形成されている。具体的に、#1気筒の溝18と#3気筒の溝18の間、#3気筒の溝18と#4気筒の溝18の間、#4気筒の溝18と#2気筒の溝18の間、そして、#2気筒の溝18と#1気筒の溝18の間に、それぞれ90°の位相差が設けられている。各気筒の溝18は、分岐する2本が途中で1本に合流している。以下、溝18の部位を特に区別するときは、合流後の溝18を溝18aと称し、合流前の溝18を溝18b,18cと称す。溝18aの溝深さは一定でなく、溝18aの中間部から端部にかけては、端部に向かうほど浅くなるように形成されている。
図1に示す動弁系は、2本のピン20,22と、コイル(図示しない)と、を有するソレノイドアクチュエータ24を気筒毎に備えている。ピン20,22は磁性体から構成されている。コイルに通電すると、ピン20(またはピン22)がソレノイドアクチュエータ24から突き出される。ピン20(またはピン22)が突き出されると、ピン20(またはピン22)が溝18b(または溝18c)に着座して、ピン20(またはピン22)と溝18が係合する。
溝18と係合状態にあるピン20(またはピン22)が溝18aの溝浅の端部から押されると、ピン20(またはピン22)がソレノイドアクチュエータ24側に戻される。コイルには電流が流れているため、ピン20(またはピン22)がソレノイドアクチュエータ24側に押し戻されると、誘導起電力が発生する。この誘導起電力が検出されたら、コイルへの通電を遮断する。コイルへの通電を遮断すると、ピン20(またはピン22)がソレノイドアクチュエータ24に引き込まれ、ピン20(またはピン22)と溝18の係合状態が解除される。以下、ピン20,22を特に区別する必要がないときは、単に「ピン」と称す。
[カムキャリアの回転動作例の説明]
図2は、図1に示したピン20と溝18の係合によるカムキャリア12の回転動作例を説明する図である。なお、図2では、上方から下方に向かう方向にカムキャリア12が回転するものとする。説明の便宜上、図2には、カムキャリア12およびソレノイドアクチュエータ24と、小カム14または大カム16と接触するロッカーアームローラ26のみを示す。図2(A)では、ソレノイドアクチュエータ24にピン20,22が引き込まれている。ピン20は溝18bと対向し、その一方でピン22は、溝18の形成されていないカムキャリア12の外周と対向している。
図2は、図1に示したピン20と溝18の係合によるカムキャリア12の回転動作例を説明する図である。なお、図2では、上方から下方に向かう方向にカムキャリア12が回転するものとする。説明の便宜上、図2には、カムキャリア12およびソレノイドアクチュエータ24と、小カム14または大カム16と接触するロッカーアームローラ26のみを示す。図2(A)では、ソレノイドアクチュエータ24にピン20,22が引き込まれている。ピン20は溝18bと対向し、その一方でピン22は、溝18の形成されていないカムキャリア12の外周と対向している。
図2(B)には、図2(A)に示した状態から概ね90°回転したカムキャリア12の姿勢が描かれている。図2(B)と図2(A)を比較すると分かるように、カムキャリア12が回転すると、溝18aが奥側に移動し、その一方で溝18b,18cが手前側に移動してくる。図2(B)では、ピン20がソレノイドアクチュエータ24から突き出され、溝18bに着座している。ピン20の突き出し動作は、溝18bがカムキャリア12の軸に対して直交する部位(以下、「直交部位」ともいう。)にピン20が着座するように開始する。コイルへの通電によってソレノイドアクチュエータ24から突き出されたピン20は、溝18bの直交部位に着座して溝18と係合する。
図2(C)には、図2(B)に示した状態から概ね90°回転したカムキャリア12の姿勢が描かれている。図2(C)と図2(B)を比較すると分かるように、カムキャリア12が回転すると、溝18aの全域が完全に奥側に移動し、その一方で溝18b,18cが手前側に更に移動してくる。また、図2(C)と図2(B)を比較すると分かるように、カムキャリア12は左方向にスライドしている。これは、溝18bと係合状態にあるピン20が、カムキャリア12の回転に伴って、溝18bがカムキャリア12の軸に対して傾斜する部位(以下、「傾斜部位」ともいう。)に沿って移動したからである。
図2(D)には、図2(C)に示した状態から概ね90°回転したカムキャリア12の姿勢が描かれている。図2(D)と図2(C)を比較すると分かるように、カムキャリア12が回転すると、溝18b,18cが奥側に移動し、その一方で溝18aが手前側に移動してくる。図2(D)では、ピン20が溝18aと係合している。溝18aと係合状態にあるピン20は、カムキャリア12の回転に伴って溝18aの溝浅の端部に到達する。溝18aの溝浅の端部にピン20が到達すると、溝浅の端部からピン20が押されてソレノイドアクチュエータ24側に戻される。ピン20が押し戻されると誘導起電力が発生し、誘導起電力の発生による信号(以下、「戻り信号」ともいう。)の検出に伴ってコイルへの通電が遮断されると、ピン20がソレノイドアクチュエータ24に引き込まれる。
図2から分かるように、カムキャリア12が左方向にスライドすると、ロッカーアームローラ26と接触するカム(以下、「駆動カム」ともいう。)が、小カム14から大カム16に切り替わる。
なお、大カム16から小カム14への切り替え動作は、次のように行われる。カムキャリア12が図2(D)に示した状態から更に回転した際に、ソレノイドアクチュエータ24からピン22を突き出す。ピン22の突き出し動作は、溝18cの直交部位にピン20が着座するように開始する。コイルへの通電によってソレノイドアクチュエータ24から突き出されたピン22は、溝18cの直交部位に着座して溝18と係合する。そして、溝18cと係合状態にあるピン22が溝18cに沿って移動することで、カムキャリア12が右方向にスライドする。ピン22が溝18cから溝18aに移動し、溝18aの溝浅の端部に到達すると、溝浅の端部からピン22が押されてソレノイドアクチュエータ24側に戻される。ピン22が押し戻されると誘導起電力が発生し、戻り信号の検出に伴ってコイルへの通電が遮断されると、ピン22がソレノイドアクチュエータ24に引き込まれる。以上により、駆動カムが大カム16から小カム14に切り替わる。
図1に戻り、システムの構成例の説明を続ける。図1に示すシステムは、制御装置としてのECU40を備えている。ECU40は、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)等を備えている。ECU40は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、クランクロータ(図示しない)の近傍に設けられてクランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサ42が含まれる。各種センサには、カムロータ28の近傍に設けられてカムシャフト10の回転角度に応じた信号を出力するカム角センサ44も含まれる。各種センサには、エンジンを始動させる信号(以下、「IG信号」ともいう。)を出力するイグニッションキー46も含まれる。
ECU40は、取り込んだ各種センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。各種アクチュエータには、上述したソレノイドアクチュエータ24が含まれる。各種アクチュエータには、エンジンの各気筒に設けられる燃料インジェクタ30と点火装置32も含まれる。各種アクチュエータには、始動用モータ(以下、「スタータ」ともいう。)34も含まれる。スタータ34は、バッテリ(図示しない)からの駆動電力を受けてクランクシャフトを回転させる周知の始動装置である。
[駆動カムの切り替え動作例の説明]
本実施の形態1では、エンジン通常時(エンジン非始動時を意味する。以下同じ。)には主として小カムを駆動カムとして使用する。一方、エンジン始動時には必ず、大カムを駆動カムとして使用する。図3は、駆動カムの切り替え動作と、エンジンの4つの行程との対応関係の例を説明する図である。なお、図3においては、#1気筒の駆動カムの切り替え動作を説明するが、#2気筒〜#4気筒の駆動カムの切り替え動作も基本的にはこれと同じである。
本実施の形態1では、エンジン通常時(エンジン非始動時を意味する。以下同じ。)には主として小カムを駆動カムとして使用する。一方、エンジン始動時には必ず、大カムを駆動カムとして使用する。図3は、駆動カムの切り替え動作と、エンジンの4つの行程との対応関係の例を説明する図である。なお、図3においては、#1気筒の駆動カムの切り替え動作を説明するが、#2気筒〜#4気筒の駆動カムの切り替え動作も基本的にはこれと同じである。
#1気筒の駆動カムの切り替え動作は、カムシャフト(カムキャリア)が概ね1回転する間に行われる。一例として、#1気筒の駆動カムの切り替え動作は、図3の左側に示す排気行程の中期において開始される。この排気行程の中期は、溝18b(または溝18c)の直交部位にピンが対向する直前のクランク角に相当する。ピンの突き出し動作は、このクランク角において開始される。
ピンの突き出し動作は、図3の左側に示す吸気行程の初期において完了する。突き出し動作が完了したピンは、フルストローク状態となっている。フルストローク状態のピンは、溝18b(または溝18c)の直交部位に着座する。なお、ピンの突き出し動作の開始のクランク角を変更すれば、フルストローク状態のピンが溝18b(または溝18c)の直交部位に着座するクランク角が、図3に示す「ピン挿入区間」において任意に変更される。溝18b(または溝18c)の直交部位に着座したピンは、ここから溝18b(または溝18c)の傾斜部位に移動する。
ピンが溝18b(または溝18c)の傾斜部位に沿って移動すると、図3に示す「カム切り替え区間」において、駆動カムの実質的な切り替え動作が行われる。溝18b(または溝18c)の傾斜部位に沿って移動したピンは、図3の右側に示す排気行程の初期において溝18aに到達する。そして、この排気行程の後期からピンの引き込み動作が開始される。ピンの引き込み動作は、図3に示す「ピン引き込み区間」において行われ、図3の右側に示す吸気行程の後期において完了する。これにより、#1気筒の駆動カムの切り替え動作も完了する。
[エンジン通常時の切り替え動作例]
図4は、本発明の実施の形態1に係るエンジン通常時における駆動カムの切り替え動作の一例を説明する図である。駆動カムの切り替え動作は、切り替え要求に応じて行われる。駆動カムの切り替え動作が実際に開始されるのは、切り替え要求に応答した気筒判別が行われた後である。この気筒判別は、クランク角センサとカム角センサの信号を用いて行われるものである。
図4は、本発明の実施の形態1に係るエンジン通常時における駆動カムの切り替え動作の一例を説明する図である。駆動カムの切り替え動作は、切り替え要求に応じて行われる。駆動カムの切り替え動作が実際に開始されるのは、切り替え要求に応答した気筒判別が行われた後である。この気筒判別は、クランク角センサとカム角センサの信号を用いて行われるものである。
気筒判別について説明する。図4の上方に示すように、クランク角センサの信号(クランク角信号)は、クランクロータが有する突起に対応したパルス状となる。本実施の形態1では、クランクロータの突起が15°CA間隔で設けられている。故に、図4に示すクランク角信号は、クランクシャフトが15°CA回転する毎に発生する。但し、クランクロータには欠歯部分が1箇所だけ設けられている。120°CAと480°CAでクランク角信号が発生していないのは、この欠歯部分が設けられているからである。なお、エンジンの1サイクル(=720°CA)においてクランクシャフトは2回転する。そのため、1サイクル当たり2箇所、クランク角信号が発生しないクランク角区間が存在する。
クランク角信号同様、カム角センサの信号(カム角信号)は、カムロータが有する突起に対応したパルス状となる。本実施の形態1では、カムロータの突起が3箇所設けられている。故に、図4では、60°CA〜240°CA、420°CA〜480°CAおよび600°CA〜720°CA(=0°CA)において、カムロータの突起によるカム角信号が発生している。なお、クランクシャフトが2回転する間にカムシャフトが1回転する。そのため、カムロータを基準として見た場合、1つ目の突起が30°〜120°の範囲に、2つ目の突起が210°〜240°の範囲に、3つ目の突起が300°〜360°の範囲に、それぞれ設けられていることになる。
図4のカム角信号に併記するように、クランク角信号の欠歯部分に対応するカム角信号は、“HI”または“LO”のどちらかとなる。本実施の形態では、この欠歯部分でのカム角信号の結果に基づき、各気筒が4つの行程の何れであるかの気筒判別を行っている。クランクロータとカムロータの突起の位置は事前に分かっている。そのため、クランク角信号の欠歯部分で得られるカム角信号が“HI”のときは、#1気筒が膨張行程にあり、#3気筒が圧縮行程にあり、#4気筒が吸気行程にあり、#2気筒が排気行程にあると特定できる(120°CA)。また、クランク角信号の欠歯部分で得られるカム角信号が“LO”のときは、#1気筒が吸気行程にあり、#3気筒が排気行程にあり、#4気筒が膨張行程にあり、#2気筒が圧縮行程にあると特定できる(480°CA)。
図4に示すクランク角CA0において駆動カムの切り替え要求が出されたとする。そうすると、クランク角CA0の直近の欠歯クランク角(クランク角CA1)において得られるカム角信号“LO”に基づいて、上述した気筒判別が行われる。そして、気筒判別後のクランク角CA2において、#3気筒での駆動カムの切り替え動作が開始される。また、エンジンの点火順序に従い、クランク角CA3(#4気筒)、クランク角CA4(#2気筒)、およびクランク角CA5(#1気筒)において、他の気筒での駆動カムの切り替え動作が開始される。駆動カムの切り替え動作が完了するのは、クランク角CA6(#3気筒)、クランク角CA7(#4気筒)、クランク角CA8(#2気筒)、およびクランク角CA9(#1気筒)においてである。
[実施の形態1の制御の特徴]
エンジン通常時に主として小カムを使用するシステムにおいては、エンジンに対する停止要求(燃料インジェクタと点火装置の駆動に対する停止要求をいう。以下同じ。)が出されたときに、駆動カムとして小カムが選択されているケースが多発することが予想される。そこで、本実施の形態1では、エンジンに対する停止要求が出された場合に、駆動カムとして小カムが選択されている気筒(以下、「小カム気筒」ともいう。)が含まれているか否かを判定する。そして、小カム気筒が含まれていると判定された場合、小カムから大カムへの切り替え要求を出す。以下、このようなエンジン停止時の制御を「停止時制御」ともいう。本実施の形態1の停止時制御では、全てのソレノイドアクチュエータに対し、小カムから大カムへの切り替え要求が出される。そして、この切り替え要求に基づき、図4で説明した駆動カムの切り替え動作が行われる。
エンジン通常時に主として小カムを使用するシステムにおいては、エンジンに対する停止要求(燃料インジェクタと点火装置の駆動に対する停止要求をいう。以下同じ。)が出されたときに、駆動カムとして小カムが選択されているケースが多発することが予想される。そこで、本実施の形態1では、エンジンに対する停止要求が出された場合に、駆動カムとして小カムが選択されている気筒(以下、「小カム気筒」ともいう。)が含まれているか否かを判定する。そして、小カム気筒が含まれていると判定された場合、小カムから大カムへの切り替え要求を出す。以下、このようなエンジン停止時の制御を「停止時制御」ともいう。本実施の形態1の停止時制御では、全てのソレノイドアクチュエータに対し、小カムから大カムへの切り替え要求が出される。そして、この切り替え要求に基づき、図4で説明した駆動カムの切り替え動作が行われる。
しかし、エンジンに対する停止要求が出されている以上、停止時制御中であってもカムシャフトの回転が止まることになる。停止時制御中にカムシャフトの回転が止まったときには、先述の切り替え要求に基づいた駆動カムの切り替え動作が一部の気筒において未完了となる。停止時制御の実行よりもエンジン停止を優先する本実施の形態1によれば、これらの優先順序を逆にした場合に比べて燃料消費量を抑えることができる。反面、切り替え動作の失敗が発生している状態でエンジンを始動した場合は、小カム気筒において燃焼状態が悪化する可能性がある。また、気筒間での駆動カムの不揃いが原因で、気筒間で燃焼状態にばらつきが生じる可能性もある。
そこで、本実施の形態1では、エンジンに対する始動要求が出された場合に、上述した小カム気筒に関する判定と同じ内容の判定を再度行う。そして、小カム気筒が含まれていると判定された場合は、小カムから大カムへの切り替え要求を再度出す。但し、停止時制御とは異なり、エンジン始動時においては、切り替え要求が出された場合に、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作を同時に開始させる。そして、ピンの突き出し動作の開始後、何れかのソレノイドアクチュエータでのピンの引き込み動作の完了が検出されたら、各気筒での燃料インジェクタと点火装置の駆動を許可する。以下、このようなエンジン始動時の制御を「始動時制御」ともいう。
図5乃至図6は、本発明の実施の形態1において、ECUが実行する始動時制御に関する処理ルーチンの一例を示す図である。図5に示すルーチンは、エンジンに対する始動要求が出されるごとに実行されるルーチンである。なお、始動要求の有無については、例えば、図1に示したイグニッションキー46からのIG信号をECUが受け取ったか否かに基づいて判定される。IG信号は、車両の運転者により所定の操作(例えば、イグニッションキーを所定位置まで回す等の操作)がなされた場合に出力される信号である。
図5に示すルーチンでは、先ず、全ての気筒において駆動カムが始動用カム(すなわち、大カム)に切り替わっているか否かが判定される(ステップS10)。ステップS10の判定は、本ルーチンの実行の直前に行われた停止時制御での戻り信号の検出結果を利用して行われる。具体的に、全てのソレノイドアクチュエータにおいて戻り信号が検出されていた場合は、全ての気筒において駆動カムが始動用カムに切り替わったと判定される。そうでない場合、停止時制御による駆動カムの切り替えの失敗が発生したと判定される。
ステップS10の判定結果が肯定的である場合には、小カム気筒が含まれていないと判断できる。そのため、この場合は、エンジンの始動が許可される(ステップS12)。具体的には、各気筒での燃料インジェクタと点火装置の駆動が許可される。一方、ステップS10の判定結果が否定的である場合は、小カム気筒が含まれていると判断できる。そのため、この場合は、駆動カムの切り替え要求が出される(ステップS14)。切り替え要求に基づいた処理の詳細については、図6において説明する。
ステップS14に続いて、ピンの引き込み動作の完了が検出されたか否かが判定される(ステップS16)。ステップS16の処理は、ステップS14の処理後の戻り信号の検出結果を利用して行われる。ステップS16の判定結果が肯定的である場合は、何れかの気筒において駆動カムの切り替え動作が完了したと判断できる。そのため、この場合は、ステップS12に進む。なお、駆動カムの切り替え動作中にカムキャリアの回転が止まり得る停止時制御とは異なり、始動時制御ではカムキャリアが回転し続ける。そのため、始動時制御においては、各気筒での駆動カムの切り替えが、点火順序に従って次々に行われる。従って、ステップS16の判定結果が肯定的である場合は、全ての気筒での駆動カムの切り替わりを待つことなく、エンジンの始動が許可される(ステップS12)。
図6に示すルーチンは、エンジンに対する始動要求が出されたときに限られず、所定の制御周期ごと(例えば、15°CAごと)に繰り返し実行されるルーチンである。
図6に示すルーチンでは、先ず、駆動カムの切り替え要求があるか否かが判定される(ステップS18)。そして、駆動カムの切り替え要求があると判定された場合には、この回の処理を実行しているのがエンジンの始動時であるか否かが判定される(ステップS20)。ステップS20の処理は、例えば、ECUがIG信号を受け取ったタイミングを起点とした経過時間に基づいて判定される。経過時間が所定時間(例えば、1sec)よりも短いと判定された場合は、今回の処理を実行しているのがエンジンの始動時であると判断される。この場合は、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作が一斉に開始される(ステップS22)。
一方、ステップS20の処理において、経過時間が所定時間よりも長いと判定された場合は、今回の処理を実行しているのがエンジンの始動時ではないと判断される。この場合は、気筒判別が行われる(ステップS24)。ステップS24の気筒判別では、各気筒が4つの行程の何れであるかが特定される。続いて、図3で説明した「ピン挿入区間」でピンを溝18b(または溝18c)の直交部位に着座させることのできる、突き出し動作の開始クランク角が特定される(ステップS26)。そして、ステップS26で特定した開始クランク角が到来したら、ピンの突き出し動作が開始される(ステップS28)。
ステップS28に続いて、全ての気筒においてピンの引き込み動作の完了が検出されたか否かが判定される(ステップS30)。ステップS30の処理は、ステップS28の処理後の戻り信号の検出結果を利用して行われる。ステップS30の判定結果が否定的である場合は、ステップS24に戻る。一方、ステップS30の判定結果が肯定的である場合は、全ての気筒において駆動カムの切り替え動作が完了したと判断できる。そのため、この場合は、本ルーチンを抜ける。
[エンジン始動時の切り替え動作例]
図7は、本発明の実施の形態1に係るエンジン始動時における駆動カムの切り替え動作の一例を説明する図である。駆動カムの切り替え動作が上述した切り替え要求に応じて行われるのは、図4で説明したエンジン通常時と同じである。但し、エンジン始動時においては、駆動カムの切り替え要求が出されたクランク角CA10において、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作を同時に開始させる。つまり、クランク角CA10の直近の欠歯クランク角(クランク角CA11)において得られるカム角信号の検出を待つことなく、ピンの突き出し動作が開始される。
図7は、本発明の実施の形態1に係るエンジン始動時における駆動カムの切り替え動作の一例を説明する図である。駆動カムの切り替え動作が上述した切り替え要求に応じて行われるのは、図4で説明したエンジン通常時と同じである。但し、エンジン始動時においては、駆動カムの切り替え要求が出されたクランク角CA10において、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作を同時に開始させる。つまり、クランク角CA10の直近の欠歯クランク角(クランク角CA11)において得られるカム角信号の検出を待つことなく、ピンの突き出し動作が開始される。
突き出されたピンは、クランク角CA12においてカムキャリアに着座する。突き出されたピンがクランク角CA10においてカムキャリアに着座しないのは、スタータの駆動がクランク角CA10において開始されて、カムキャリアが回転しているためである。クランク角CA12において、#2気筒と#4気筒のソレノイドアクチュエータのピンは螺旋状の溝に着座する。一方、クランク角CA12において、#1気筒と#3気筒のソレノイドアクチュエータのピンは、螺旋状の溝に着座せずに、カムキャリアの外周に着座する。なお、螺旋状の溝に到達していないため、#1気筒と#3気筒のソレノイドアクチュエータのピンが実際にカムキャリアに着座するのは、クランク角C12よりも僅かに進角側のクランク角となる。カムキャリアの外周に着座したピンは、カムキャリアの回転に伴ってその外周を移動し、螺旋状の溝の端部から当該溝に入る。
螺旋状の溝に着座し、または、カムキャリアの外周に着座した後にこの溝に入ったピンは、カムキャリアの回転に伴ってこの溝に沿って移動する。駆動カムの切り替え動作は、エンジンの点火順序に従って行われる。駆動カムの切り替え動作が最も早く終了するのは、クランク角CA13(#4気筒)においてである。このクランク角CA13においてピンの引き込み動作の完了が検出されると、各気筒での燃料インジェクタと点火装置の駆動が許可される。従って、図7に示す例では、クランク角CA13よりも遅角側のクランク角において#4気筒の燃料インジェクタからの噴射が行われ、その後、初回の爆発が同気筒において行われることになる。但し、燃料インジェクタの噴射時期によっては、初回の爆発が#4気筒ではなく#3気筒において行われることもある。
図8は、図4で説明したエンジン通常時の切り替え動作をエンジン始動時に行うと仮定した場合の問題点を説明する図である。図8では、駆動カムの切り替え要求が、図7と同じくクランク角CA10において出される。そして、クランク角CA10の直近の欠歯クランク角(クランク角CA11)において得られるカム角信号“LO”に基づいて、上述した気筒判別が行われる。そして、気筒判別後のクランク角CA14において、#3気筒での駆動カムの切り替え動作が開始される。また、エンジンの点火順序に従い、クランク角CA15(#4気筒)、クランク角CA16(#2気筒)、およびクランク角CA17(#1気筒)において、他の気筒での駆動カムの切り替え動作が開始される。
駆動カムの切り替え動作が最も早く完了するのは、クランク角CA18(#3気筒)においてである。このクランク角CA18においてピンの引き込み動作の完了が検出されると、各気筒での燃料インジェクタと点火装置の駆動が許可される。従って、図8に示す例では、クランク角CA18よりも遅角側のクランク角において#3気筒の燃料インジェクタからの噴射が行われ、その後、初回の爆発が同気筒において行われることになる。このように、図4で説明した切り替え動作をエンジン始動時に行うと、初回の爆発が行われるまでに時間を要してしまう。
この点、本実施の形態1の始動時制御によれば、図7で説明したクランク角CA13においてピンの引き込み動作の完了を検出できる。つまり、図8で説明したクランク角CA18よりも進角側のクランク角で、ピンの引き込み動作の完了を検出できる。エンジン始動の条件にもよるが、本実施の形態1の始動時制御によれば、エンジン通常時の切り替え動作を行う場合に比べて約400ms早く、エンジンに初回の爆発を行わせることができる。
図9は、本発明の実施の形態1に係るエンジン始動時における駆動カムの切り替え動作の他の例を説明する図である。図9に示す例では、切り替え要求が出されたクランク角CA10において、#2気筒と#4気筒の駆動カムの切り替え動作が既に完了している。これは、今回のエンジン始動の直前のエンジン停止時において行われた制御(停止時制御)において#2気筒と#4気筒の、駆動カムの切り替えが完了したからに他ならない。この場合は、クランク角CA10において突き出されたピンは、クランク角CA12においてカムキャリアに着座する。クランク角CA12において、#1気筒と#3気筒のソレノイドアクチュエータのピンは、螺旋状の溝に着座せず、カムキャリアの外周に着座する。カムキャリアの外周に着座したピンは、カムキャリアの回転に伴ってその外周を移動し、螺旋状の溝の端部から当該溝に入る。ここまでは図7で説明した例と同じである。
図9に示す例では、クランク角CA12において#4気筒のソレノイドアクチュエータのピンもカムキャリアの外周に着座する。但し、#1気筒や#3気筒のソレノイドアクチュエータのピンと異なり、#4気筒のソレノイドアクチュエータのピンは、カムキャリアの回転に伴ってその外周を移動し、螺旋状の溝の合流部から当該溝に入る。また、#2気筒のソレノイドアクチュエータのピンは、螺旋状の溝の合流部よりも回転方向の後方側に位置する溝浅の端部に着座し、更に、この溝浅の端部から押されてソレノイドアクチュエータ側に戻る。そのため、駆動カムの切り替え動作が最も早く完了するのは、クランク角CA19(#2気筒)にとなる。従って、図9に示す例では、クランク角CA19よりも遅角側のクランク角において#2気筒の燃料インジェクタからの噴射が行われ、その後、初回の爆発が同気筒において行われることになる。
クランク角CA19は、図8で説明したクランク角CA18よりも進角側のクランク角である。このように、本実施の形態1の始動時制御によれば、図8で説明したクランク角CA18よりも進角側のクランク角で、ピンの引き込み動作の完了を検出できる。よって、エンジン通常時の切り替え動作を行う場合よりも早く、エンジンに初回の爆発を行わせることができる。
なお、上述した実施の形態1においては、図1で説明した溝18bまたは溝18cの直交部位が本発明の「前方直交部位」に、溝18bまたは溝18cの傾斜部位が本発明の「傾斜部位」に、溝18aが本発明の「後方直交部位」に、ソレノイドアクチュエータが本発明の「切り替え機構」に、ECUが同発明の「制御装置」に、それぞれ相当する。また、始動用モータが本発明の「モータ」に相当する。
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について図10を参照しながら説明する。なお、本実施の形態2のシステムの構成例は、図1に示した構成例と共通する。また、カムキャリアの回転動作および駆動カムの切り替え動作については、図2乃至図4で説明した通りである。従って、システムの構成例、カムキャリアの回転動作および駆動カムの切り替え動作に関する説明については省略する。
次に、本発明の実施の形態2について図10を参照しながら説明する。なお、本実施の形態2のシステムの構成例は、図1に示した構成例と共通する。また、カムキャリアの回転動作および駆動カムの切り替え動作については、図2乃至図4で説明した通りである。従って、システムの構成例、カムキャリアの回転動作および駆動カムの切り替え動作に関する説明については省略する。
[実施の形態2の制御の特徴]
上記実施の形態1の始動時制御においては、切り替え要求が出された場合に、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作を同時に開始させた。但し、上述したように、このような切り替え要求が出されるのは、小カム気筒に関する判定が行われた後である。また、この小カム気筒に関する判定は、エンジンに対する始動要求が出された場合に行われるものである。ここで、エンジンに対する始動要求が出された場合は、始動時制御とは別の制御に基づいて、スタータの駆動が開始される。故に、上記実施の形態1では、スタータの駆動に伴って回転するカムキャリアに、突き出したピンが着座している。
上記実施の形態1の始動時制御においては、切り替え要求が出された場合に、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作を同時に開始させた。但し、上述したように、このような切り替え要求が出されるのは、小カム気筒に関する判定が行われた後である。また、この小カム気筒に関する判定は、エンジンに対する始動要求が出された場合に行われるものである。ここで、エンジンに対する始動要求が出された場合は、始動時制御とは別の制御に基づいて、スタータの駆動が開始される。故に、上記実施の形態1では、スタータの駆動に伴って回転するカムキャリアに、突き出したピンが着座している。
しかし、カムキャリアの回転中にピンの突き出し動作を行う場合は、本来であれば着座するはずの螺旋状の溝に突き出されたピンが正しく着座せず、半掛かり状態になる可能性がある。突き出されたピンが半掛かり状態になった場合は、螺旋状の溝に沿ってピンが移動できず、駆動カムの切り替え動作が行われない。仮に、カムキャリアが数回転する間に螺旋状の溝にピンが正しく入れば、駆動カムの切り替え動作は行われる。しかし、その間に、他の気筒のソレノイドアクチュエータのピンの引き込み動作の完了が検出されれば、各気筒での燃料インジェクタと点火装置の駆動が許可される。従って、半掛かり状態のピンがある場合には、停止時制御において切り替え動作の失敗が発生している場合と同じ問題が起こる可能性がある。
そこで、本実施の形態2の始動時制御では、切り替え要求が出された場合にスタータの駆動を待機させつつ、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作を開始させる。そして、突き出されたピンがカムキャリアに着座した後に、スタータの駆動の待機状態を解除する。図10は、本発明の実施の形態2において、ECUが実行する始動時制御に関する処理ルーチンの一例を示す図である。図10に示すルーチンは、図6に示したルーチンと同様、所定の制御周期ごと(例えば、15°CAごと)に繰り返し実行されるルーチンである。
図10に示すルーチンでは、基本的には図6に示したルーチンと同じ処理が行われる。但し、図10に示すルーチンでは、ステップS20において今回の処理を実行しているのがエンジンの始動時であると判定された場合に、スタータの駆動が待機状態とされる(ステップS32)。スタータの駆動の待機は、例えば、バッテリからスタータへの給電を停止することにより行われる。続いて、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作が一斉に開始される(ステップS34)。ステップS34の処理は、図6のステップS22の処理と同じである。
ステップS34に続いて、スタータの待機時間が所定時間を上回ったか否かが判定される(ステップS36)。この待機時間は、ソレノイドアクチュエータから突き出されたピンが、カムキャリアの外周に着座するのに十分な時間(例えば、100ms)として事前に設定されている。ステップS36の処理は、肯定的な判定結果が得られるまで繰り返される。肯定的な判定結果が得られた場合は、スタータの駆動の待機状態が解除される(ステップS38)。
以上、図10に示したルーチンによれば、始動時制御に際して突き出したピンをカムキャリアに着座させた後に、スタータを駆動してカムキャリアを回転させることができる。従って、スタータの駆動により回転するカムキャリアの初回の回転中に、駆動カムの切り替え動作を確実に行わせることができる。
実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3について図11乃至図13を参照しながら説明する。なお、本実施の形態3のシステムの構成例は、図1に示した構成例と共通する。また、カムキャリアの回転動作および駆動カムの切り替え動作については、図2乃至図4で説明した通りである。従って、システムの構成例、カムキャリアの回転動作および駆動カムの切り替え動作に関する説明については省略する。
次に、本発明の実施の形態3について図11乃至図13を参照しながら説明する。なお、本実施の形態3のシステムの構成例は、図1に示した構成例と共通する。また、カムキャリアの回転動作および駆動カムの切り替え動作については、図2乃至図4で説明した通りである。従って、システムの構成例、カムキャリアの回転動作および駆動カムの切り替え動作に関する説明については省略する。
[実施の形態3の制御の特徴]
上記実施の形態1の始動時制御においては、切り替え要求が出された場合に、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作を同時に開始させた。しかし、ピンの突き出し動作にはコイルへの通電が前提となることから、電気的な負荷制約がある場合には、ピンの突き出し動作を全てのソレノイドアクチュエータにおいて同時に開始させることが難しくなる。
上記実施の形態1の始動時制御においては、切り替え要求が出された場合に、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作を同時に開始させた。しかし、ピンの突き出し動作にはコイルへの通電が前提となることから、電気的な負荷制約がある場合には、ピンの突き出し動作を全てのソレノイドアクチュエータにおいて同時に開始させることが難しくなる。
そこで、本実施の形態3の始動時制御では、同時に開始するピンの突き出し動作を、ソレノイドアクチュエータ群ごとに順番に行わせる。図11乃至図12は、本発明の実施の形態3において、ECUが実行する始動時制御に関する処理ルーチンの一例を示す図である。図11に示すルーチンは、図5に示したルーチンと同様、エンジンに対する始動要求が出されるごとに実行されるルーチンである。図12に示すルーチンは、図6に示したルーチンと同様、所定の制御周期ごと(例えば、15°CAごと)に繰り返し実行されるルーチンである。
図11に示すルーチンでは、基本的には図5に示したルーチンと同じ処理が行われる。但し、図11に示すルーチンでは、ステップS14に続いて、ピンの突き出し動作の開始が遅い第2アクチュエータ群(例えば、#1気筒と#3気筒のソレノイドアクチュエータ)のピンの引き込み動作の完了が検出されたか否かが判定される(ステップS40)。ステップS40の処理は、ステップS14の処理後の戻り信号の検出結果を利用して行われる。ステップS40の判定結果が肯定的である場合は、第2アクチュエータ群の何れかの気筒において駆動カムの切り替え動作が完了したと判断できる。そのため、この場合は、ステップS12に進む。
図12に示すルーチンでは、基本的には図6に示したルーチンと同じ処理が行われる。但し、図12に示すルーチンでは、ステップS20において今回の処理を実行しているのがエンジンの始動時であると判定された場合に、電気的な負荷制約があるか否かが判定される(ステップS42)。ステップS42の処理は、例えば、ソレノイドアクチュエータのピンに給電するバッテリの電圧が所定値未満であるか否かに基づいて判定される。ステップS42の判定結果が否定的である場合は、全てのソレノイドアクチュエータでのピンの突き出し動作が一斉に開始される(ステップS44)。ステップS44の処理は、図6のステップS22の処理と同じである。
ステップS42の判定結果が肯定的である場合は、第1アクチュエータ群(例えば、#2気筒と#4気筒のソレノイドアクチュエータ)のピンの突き出し動作が同時に開始される(ステップS46)。続いて、第1のアクチュエータ群のピンの引き込み動作の完了が検出されたか否かが判定される(ステップS48)。ステップS48の処理は、ステップS46の処理後の戻り信号の検出結果を利用して行われる。ステップS48の処理は、肯定的な判定結果が得られるまで繰り返される。肯定的な判定結果が得られた場合は、第2アクチュエータ群のピンの突き出し動作が同時に開始される(ステップS50)。
図13は、本実施の形態3のエンジン始動時に係る駆動カムの切り替え動作の一例を説明する図である。図13に示す例では、切り替え要求が出されたクランク角CA10において、第1アクチュエータ群(#2気筒と#4気筒のソレノイドアクチュエータ)の駆動カムの切り替え動作が同時に開始される。つまり、クランク角CA10の直近の欠歯クランク角(クランク角CA11)において得られるカム角信号の検出を待つことなく、第1アクチュエータ群のピンの突き出し動作が開始される。
クランク角CA10において突き出されたピンは、クランク角CA12において螺旋状の溝に着座する。螺旋状の溝に着座したピンは、カムキャリアの回転に伴ってこの溝に沿って移動する。そして、第1アクチュエータ群の駆動カムの切り替え動作は、クランク角CA13(#4気筒)およびクランク角CA20(#2気筒)において完了する。第2アクチュエータ群(#1気筒と#3気筒のソレノイドアクチュエータ)のピンの突き出し動作は、クランク角CA20よりも遅角側のクランク角CA21において、同時に開始される。図13に示す例では、クランク角CA21において突き出されたピンは、クランク角CA22において螺旋状の溝に着座する。そして、第2ソレノイドアクチュエータ群の駆動カムの切り替え動作が行われる。
各気筒での燃料インジェクタと点火装置の駆動が許可されるのは、クランク角CA23よりも遅角側のクランク角においてである。図13に示す例では、クランク角CA23よりも遅角側のクランク角において#1気筒の燃料インジェクタからの噴射が行われ、その後、初回の爆発が同気筒において行われることになる。このように、本実施の形態3の始動時制御によれば、電気的な負荷制約がある場合においても、エンジン通常時の切り替え動作を行う場合よりも早く、エンジンに初回の爆発を行わせることが可能となる。
その他の実施の形態.
ところで、上述した実施の形態1では、図1に示した直列4気筒エンジンのカムシャフト10に、4つのカムキャリア12を配置する例を説明した。つまり、カムキャリア12が気筒ごとに配置される例を説明した。しかし、カムキャリア12が2気筒以上に跨って配置されていてもよい。つまり、カムキャリア12が気筒群ごとに配置されていてもよい。このような配置例は、特開2009−228543号公報に開示されている。
ところで、上述した実施の形態1では、図1に示した直列4気筒エンジンのカムシャフト10に、4つのカムキャリア12を配置する例を説明した。つまり、カムキャリア12が気筒ごとに配置される例を説明した。しかし、カムキャリア12が2気筒以上に跨って配置されていてもよい。つまり、カムキャリア12が気筒群ごとに配置されていてもよい。このような配置例は、特開2009−228543号公報に開示されている。
また、上述した実施の形態1では、図1に示したカムキャリア12が2種類の吸気カム14,16を有しており、2本のピン20,22によって駆動カムを切り替える例を説明した。しかし、3種類以上の吸気カムをカムキャリアが有していてもよい。但し、この場合は、始動用カムの位置と、ソレノイドアクチュエータが有するピンの本数とを適宜変更する必要がある。例えば、3種類の吸気カムを作用角とリフト量に基づいて、大カム、中カム、および小カムに区別すると仮定する。そうすると、始動用カム(例えば、大カム)は、他の吸気カム(例えば、小カムと中カム)の間に設ける必要がある。加えて、ソレノイドアクチュエータが有するピンの本数を3本とする必要がある。
図14は、3種類の吸気カムを有するカムキャリアと、このカムキャリアと組み合わせるソレノイドアクチュエータの構成とを説明する図である。図14に示すカムキャリア50は、小カム52、大カム54および中カム56を隣接状態で有している。カムキャリア50の表面には、螺旋状の溝18が形成されている。この溝18の構成は、図1で説明した通りである。カムキャリア50と組み合わされるソレノイドアクチュエータ58は、3本のピン60,62,64と、コイル(図示しない)とを有している。
図15は、図14に示すカムキャリアを前提とするエンジンの始動時における駆動カムの切り替え動作の一例を説明する図である。図15に示す例では、駆動カムの切り替え要求が出された場合に、ピン62の突き出し動作を開始する。そうすると、エンジンに対する始動要求が出される直前の駆動カム(以下、「始動前カム」ともいう。)が小カム52の場合、溝18bに着座したピン62が溝18aへと移動することで、駆動カムが大カム54に切り替わる(図15左側)。また、始動前カムが大カム54の場合、カムキャリアの外周に着座したピン62が溝18bと溝18cの合流部から溝18aに入り、駆動カムは大カム54の切り替えは行われない(図15中央)。また、始動前カムが中カム56の場合、溝18cに着座したピン62が溝18aへと移動することで、駆動カムが大カム54に切り替わる(図15右側)。このように、3種類の吸気カムを前提とする場合であっても、カムキャリアやソレノイドアクチュエータの構成を適宜工夫することで、上述した実施の形態1乃至3の始動時制御を適用可能なシステムに変更することができる。
10 カムシャフト
12,50 カムキャリア
14,16,52,54,56 吸気カム
18,18a,18b,18c 溝
20,22,60,62,64 ピン
24,58 ソレノイドアクチュエータ
26 ロッカーアームローラ
28 カムロータ
30 燃料インジェクタ
32 点火装置
34 始動用モータ
40 ECU
42 クランク角センサ
44 カム角センサ
46 イグニッションキー
12,50 カムキャリア
14,16,52,54,56 吸気カム
18,18a,18b,18c 溝
20,22,60,62,64 ピン
24,58 ソレノイドアクチュエータ
26 ロッカーアームローラ
28 カムロータ
30 燃料インジェクタ
32 点火装置
34 始動用モータ
40 ECU
42 クランク角センサ
44 カム角センサ
46 イグニッションキー
Claims (6)
- 複数気筒を有する内燃機関と、
前記内燃機関の各気筒に設けられた吸気バルブを駆動可能なカムプロフィールの異なる複数種類のカムと、
前記内燃機関のクランクシャフトと同期して回転するカムシャフトに設けられて前記複数種類のカムを気筒単位または気筒群単位で支持する複数のカムキャリアであって、前記カムシャフトに対して傾斜する傾斜部位と、前記カムシャフトに対して直交し、前記カムシャフトの回転方向の前方側において前記傾斜部位と連通する前方直交部位と、前記カムシャフトに対して直交し、前記カムシャフトの回転方向の後方側において前記傾斜部位と連通する後方直交部位と、を備える螺旋状溝が外周に形成されたカムキャリアと、
前記カムキャリアのそれぞれに対応して設けられる複数の切り替え機構であって、前記螺旋状溝と係合可能なピンの突き出し動作によって前記カムキャリアのそれぞれを前記カムシャフトの軸方向に順番にスライドさせて、前記吸気バルブを実際に駆動する駆動カムを前記複数種類のカムの間で切り替える切り替え機構と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記内燃機関の非始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの回転位置情報を用いた気筒判別を行い、前記気筒判別の結果に基づいて前記切り替え機構からのピンの突き出し動作の開始時期を決定し、
前記内燃機関の始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記気筒判別を行う前に、少なくとも1つの切り替え機構においてピンの突き出し動作を開始させることを特徴とする内燃機関システム。 - 前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記少なくとも1つの切り替え機構から突き出されたピンの引き込み動作が前記少なくとも1つの切り替え機構において完了したら、全ての気筒または気筒群での燃焼を許可することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関システム。
- 前記内燃機関の始動時に前記クランクシャフトを回転可能なモータを更に備え、
前記制御装置は、
前記内燃機関の始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記気筒判別を行う前に、全ての切り替え機構においてピンの突き出し動作を開始させ、
前記全ての切り替え機構から突き出されたピンが前記カムキャリアに着座した後に、前記モータを駆動させることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関システム。 - 前記制御装置は、前記全ての切り替え機構のピンの突き出し動作を同時に開始させることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関システム。
- 前記制御装置は、
前記内燃機関の始動時に前記切り替え機構を作動させる場合、前記切り替え機構を少なくとも2つに分割した機構群ごとに、ピンの突き出し動作を順番に開始させ、
ピンの突き出し動作の順番が最後の機構群に属する切り替え機構から突き出された少なくとも1つのピンの引き込み動作が完了したら、全ての気筒または気筒群での燃焼を許可することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関システム。 - 前記制御装置は、第1機構群に属する切り替え機構から突き出されたピンの引き込み動作が完了したら、第2機構群に属する切り替え機構のピンの突き出し動作を開始させることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関システム。
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