JPWO2014112055A1 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
ベーンロータ(21)とハウジング(22)との相対回転を禁止可能なロック機構(31)を有する可変バルブタイミング機構(20)を備えた内燃機関(1)に適用され、所定の始動条件が成立した場合に、クランク軸(6)をスタータ(S)で駆動して内燃機関(1)を始動する制御装置において、内燃機関(1)の始動時であり、かつロック機構(31)がアンロック状態の場合には、吸気弁(7)からカム軸(11)に付与されるトルクが増加から減少に切り替わったときにスタータ(S)の出力トルクが減少し、吸気弁(7)からカム軸(11)に付与されるトルクが減少から増加に切り替わったときにスタータ(S)の出力トルクが増加するようにスタータ(S)が制御される。Applied to the internal combustion engine (1) having a variable valve timing mechanism (20) having a lock mechanism (31) capable of prohibiting relative rotation between the vane rotor (21) and the housing (22), and a predetermined starting condition is satisfied. In this case, in the control device for starting the internal combustion engine (1) by driving the crankshaft (6) with the starter (S), the internal combustion engine (1) is being started and the lock mechanism (31) is unlocked. In this case, when the torque applied from the intake valve (7) to the cam shaft (11) is switched from increase to decrease, the output torque of the starter (S) decreases, and the intake valve (7) The starter (S) is controlled so that the output torque of the starter (S) increases when the torque applied to 11) switches from decrease to increase.
Description
本発明は、カム軸と一体回転する第1回転体と、第1回転体に対して相対回転可能かつクランク軸と一体回転する第2回転体とを有する可変動弁機構が設けられた内燃機関の制御装置に関する。 The present invention provides an internal combustion engine provided with a variable valve mechanism having a first rotating body that rotates integrally with a camshaft, and a second rotating body that can rotate relative to the first rotating body and rotate integrally with a crankshaft. The present invention relates to a control device.
カム軸と一体回転するベーンロータと、ベーンロータを内部に収容するとともにクランク軸と一体回転するハウジングとを有し、ベーンロータのベーンの一方の側に設けられた進角室及びベーンの他方の側に設けられた遅角室に供給する油圧を制御してバルブの開閉タイミングを変化させる可変動弁機構が知られている。また、このような可変動弁機構に設けられるロック機構として、ベーンロータに設けられたロックピンがハウジングに設けられた凹部に嵌ることでベーンロータとハウジングとの相対回転を禁止するロック状態に切り替わるロック機構が知られている。このようなロック機構付きの可変動弁機構が設けられた内燃機関の制御装置として、内燃機関の始動時にロック機構がロック状態でない場合には、内燃機関のクランキング速度の低下及び上昇が複数回実行されるようにスタータを制御する制御装置が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
A vane rotor that rotates integrally with the camshaft, and a housing that houses the vane rotor and rotates integrally with the crankshaft, and is provided on an advance chamber provided on one side of the vane of the vane rotor and on the other side of the vane There is known a variable valve mechanism that controls the hydraulic pressure supplied to the retarded angle chamber to change the opening / closing timing of the valve. Further, as a lock mechanism provided in such a variable valve mechanism, a lock mechanism that switches to a lock state in which relative rotation between the vane rotor and the housing is prohibited by fitting a lock pin provided in the vane rotor into a recess provided in the housing. It has been known. As a control apparatus for an internal combustion engine provided with such a variable valve mechanism with a lock mechanism, when the lock mechanism is not in a locked state when the internal combustion engine is started, the cranking speed of the internal combustion engine is decreased and increased multiple times. A control device that controls a starter to be executed is known (see Patent Document 1). In addition, there is
特許文献1の装置では、カムノーズの頂点がバルブリフタに接触したときにクランキング速度を低下させている。そして、これによるクランク軸の回転速度の低下とカムトルクの変動に起因するカム軸の回転速度の変化を利用してハウジングとベーンロータとを相対回転させている。しかしながら、カムノーズの頂点がバルブリフタに接触したときのカムトルクは0であるため、カムトルクの変動をベーンロータとハウジングとの相対回転に有効に活用できていない可能性がある。
In the device of
そこで、本発明は、可変動弁機構の第1回転体と第2回転体の相対回転にカムトルクの変動を有効に活用することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can effectively utilize fluctuations in cam torque for relative rotation between a first rotating body and a second rotating body of a variable valve mechanism.
本発明の制御装置は、気筒開閉用のバルブをバルブスプリングに抗して駆動するカムが設けられたカム軸と、前記カム軸と一体に回転する第1回転体と、前記第1回転体に対して相対回転可能に設けられるとともにクランク軸と一体に回転する第2回転体と、前記第1回転体及び前記第2回転体のいずれか一方に設けられたロックピンの一部が前記第1回転体及び前記第2回転体のいずれか他方に設けられた凹部に嵌って前記第1回転体と前記第2回転体との相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の中間に設定された中間位相にロックするロック状態と前記ロックピンが前記凹部から抜けて前記第1回転体に対して前記第2回転体が相対回転可能になるアンロック状態とに切り替え可能なロック機構と、を有する可変動弁機構と、を備えた内燃機関に適用され、所定の始動条件が成立した場合に、前記クランク軸を電動機で駆動して前記内燃機関を始動する始動手段を備えた制御装置において、前記内燃機関の運転時に前記カム軸が回転する方向を正転方向とするとともに前記正転方向と反対の回転方向を逆転方向とし、前記カム軸が前記正転方向に回転するように前記カム軸に作用するトルクを正トルクとするとともに前記カム軸が前記逆転方向に回転するように前記カム軸に作用するトルクを負トルクとし、前記カム軸に付与されるトルクが前記正トルク側に変化することをトルクの増加とするとともに前記カム軸に付与されるトルクが前記負トルク側に変化することをトルクの減少とし、前記始動手段は、前記内燃機関の始動時であり、かつ前記ロック機構が前記アンロック状態の場合に、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加から減少に切り替わったときに前記電動機の出力トルクが減少し、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少から増加に切り替わったときに前記電動機の出力トルクが増加するように前記電動機を制御する回転速度変動手段を備えている。 The control device of the present invention includes a camshaft provided with a cam that drives a valve for opening and closing a cylinder against a valve spring, a first rotating body that rotates integrally with the camshaft, and the first rotating body. A second rotating body provided so as to be relatively rotatable with respect to the crankshaft and a part of a lock pin provided on one of the first rotating body and the second rotating body are provided in the first rotating body. The relative rotational phase between the first rotating body and the second rotating body is set between the most retarded angle phase and the most advanced angle phase by fitting into a recess provided on the other of the rotating body and the second rotating body. A lock that can be switched between a locked state that locks to an intermediate phase set in the middle and an unlocked state that allows the second rotating body to rotate relative to the first rotating body when the lock pin comes out of the recess. A variable valve mechanism having a mechanism; In a control device that is applied to an internal combustion engine and has a starting means for starting the internal combustion engine by driving the crankshaft with an electric motor when a predetermined start condition is satisfied, the camshaft is operated during the operation of the internal combustion engine. The rotation direction is the forward rotation direction, the rotation direction opposite to the normal rotation direction is the reverse rotation direction, and the torque acting on the cam shaft so that the cam shaft rotates in the normal rotation direction is the positive torque. In addition, the torque acting on the cam shaft so that the cam shaft rotates in the reverse rotation direction is set as a negative torque, and the torque applied to the cam shaft is changed to the positive torque side and the torque is increased. When the torque applied to the camshaft is changed to the negative torque side, the torque is reduced. The starting means is when the internal combustion engine is started, and the lock mechanism is In the locked state, when the torque applied from the valve to the camshaft switches from increase to decrease, the output torque of the electric motor decreases and the torque applied from the valve to the camshaft decreases. Rotational speed variation means is provided for controlling the electric motor so that the output torque of the electric motor increases when the motor is switched to increase.
本発明の制御装置では、バルブからカム軸に付与されるトルク(カムトルク)が増加から減少に切り替わったとき、すなわちカムトルクが最大値になったときに電動機の出力トルクを低下させる。また、カムトルクが減少から増加にきりかわったとき、すなわちカムトルクが最小値になったときに電動機の出力トルクを増加させる。このように電動機の出力トルクを変化させることで、第1回転体に作用するトルクと第2回転体に作用するトルクとの差を拡大することができる。そのため、本発明によれば、第1回転体と第2回転体の相対回転にカムトルクの変動を有効に活用することができる。また、このように第1回転体に作用するトルクと第2回転体に作用するトルクとの差を拡大することにより、カムトルクの変動が小さくても第1回転体と第2回転体とを相対回転させることができる。 In the control device of the present invention, when the torque (cam torque) applied from the valve to the cam shaft is switched from increase to decrease, that is, when the cam torque reaches the maximum value, the output torque of the motor is decreased. Further, when the cam torque is switched from the decrease to the increase, that is, when the cam torque becomes the minimum value, the output torque of the electric motor is increased. In this way, by changing the output torque of the electric motor, the difference between the torque acting on the first rotating body and the torque acting on the second rotating body can be enlarged. Therefore, according to the present invention, cam torque variation can be effectively utilized for the relative rotation of the first rotating body and the second rotating body. In addition, by increasing the difference between the torque acting on the first rotating body and the torque acting on the second rotating body in this way, the first rotating body and the second rotating body can be relatively moved even if the cam torque fluctuation is small. Can be rotated.
本発明の制御装置の一形態において、前記第1回転体は、径方向に延びるベーンを有し、前記第2回転体は、前記ベーンの前記逆転方向の側方に進角室が、前記ベーンの前記正転方向の側方に遅角室がそれぞれ形成されるように前記第1回転体を内部に相対回転可能なように収容し、前記進角室及び前記遅角室の両方にオイルが供給されるとともに前記進角室からはオイルが排出されず、前記遅角室からはオイルが排出されるようにオイルの流れが制御される進角状態に切り替え可能なオイルフロー制御手段をさらに備え、前記回転速度変動手段は、前記第1回転体を前記第2回転体に対して前記正転方向に回転させる場合に、前記オイルフロー制御手段を前記進角状態に切り替え、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加しているときには前記電動機の出力トルクが所定の基準トルクより大きく、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少しているときには前記電動機の出力トルクが前記基準トルクより小さくなるように前記電動機を制御してもよい。この形態によれば、進角室に供給されたオイルが進角室から排出されないので、第1回転体を第2回転体に対して正転方向、すなわち進角側に回転させることができる。 In one form of the control device of the present invention, the first rotating body has a vane extending in a radial direction, and the second rotating body has an advance chamber on a side of the vane in the reverse rotation direction, the vane. The first rotating body is accommodated so as to be relatively rotatable inside such that a retarded angle chamber is formed at each side of the forward rotation direction of the oil, and oil is contained in both the advanced angle chamber and the retarded angle chamber. Oil flow control means is further provided that can be switched to an advanced state in which oil flow is controlled so that oil is not discharged from the advance chamber and oil is discharged from the retard chamber while being supplied. The rotation speed variation means switches the oil flow control means to the advance angle state when rotating the first rotating body in the forward rotation direction with respect to the second rotating body, and from the valve to the Increased torque applied to camshaft The motor output torque is greater than a predetermined reference torque, and when the torque applied from the valve to the camshaft is reduced, the motor output torque is less than the reference torque. You may control. According to this embodiment, since the oil supplied to the advance chamber is not discharged from the advance chamber, the first rotating body can be rotated in the normal rotation direction, that is, the advance side with respect to the second rotating body.
本発明の制御装置の一形態において、前記第1回転体は、径方向に延びるベーンを有し、前記第2回転体は、前記ベーンの前記逆転方向の側方に進角室が、前記ベーンの前記正転方向の側方に遅角室がそれぞれ形成されるように前記第1回転体を内部に相対回転可能なように収容し、前記進角室及び前記遅角室の両方にオイルが供給されるとともに前記遅角室からはオイルが排出されず、前記進角室からはオイルが排出されるようにオイルの流れが制御される遅角状態に切り替え可能なオイルフロー制御手段をさらに備え、前記回転速度変動手段は、前記第1回転体を前記第2回転体に対して前記逆転方向に回転させる場合に、前記オイルフロー制御手段を前記遅角状態に切り替え、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加しているときには前記電動機の出力トルクが所定の基準トルクより大きく、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少しているときには前記電動機の出力トルクが前記基準トルクより小さくなるように前記電動機を制御してもよい。この形態によれば、遅角室に供給されたオイルが遅角室から排出されないので、第1回転体を第2回転体に対して逆転方向、すなわち遅角側に回転させることができる。 In one form of the control device of the present invention, the first rotating body has a vane extending in a radial direction, and the second rotating body has an advance chamber on a side of the vane in the reverse rotation direction, the vane. The first rotating body is accommodated so as to be relatively rotatable inside such that a retarded angle chamber is formed at each side of the forward rotation direction of the oil, and oil is contained in both the advanced angle chamber and the retarded angle chamber. Oil flow control means is further provided that can be switched to a retarded state in which the oil flow is controlled so that oil is not discharged from the retard chamber and oil is drained from the advance chamber while being supplied. The rotation speed changing means switches the oil flow control means to the retard state when rotating the first rotating body in the reverse rotation direction with respect to the second rotating body, and from the valve to the cam Increased torque applied to the shaft The motor output torque is greater than a predetermined reference torque, and when the torque applied from the valve to the camshaft is reduced, the motor output torque is less than the reference torque. You may control. According to this aspect, since the oil supplied to the retarding chamber is not discharged from the retarding chamber, the first rotating body can be rotated in the reverse direction, that is, the retarding side with respect to the second rotating body.
本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関の始動時に前記ロック機構が前記ロック状態に切り替わったか否か判定するロック判定手段をさらに備え、前記始動手段は、前記ロック判定手段により前記ロック機構が前記ロック状態に切り替わったと判定された場合に、前記回転速度変動手段による前記電動機の制御を禁止し、前記電動機から前記基準トルクが出力されるように前記電動機の動作を制御してもよい。ロック機構がロック状態に切り替わった場合は、ロック機構により第1回転体と第2回転体との相対回転が禁止される。そのため、この場合には回転速度変動手段による電動機の制御を禁止する。これにより電動機の出力トルクを無駄に変動させることを回避できる。 In one form of the control device of the present invention, the control device further comprises lock determination means for determining whether or not the lock mechanism has been switched to the locked state when the internal combustion engine is started, and the start means is configured so that the lock determination means uses the lock mechanism. When it is determined that the motor is switched to the locked state, the control of the electric motor by the rotation speed variation means may be prohibited, and the operation of the electric motor may be controlled so that the reference torque is output from the electric motor. When the locking mechanism is switched to the locked state, relative rotation between the first rotating body and the second rotating body is prohibited by the locking mechanism. Therefore, in this case, control of the electric motor by the rotation speed variation means is prohibited. Thereby, it can avoid changing the output torque of an electric motor wastefully.
図1は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示している。この内燃機関(以下、エンジンと称することがある。)1は、車両に走行用動力源として搭載される火花点火式の4サイクル内燃機関として構成されている。エンジン1は、4つの気筒2を備えている。なお、図1では4つのうちの1つのみを示す。各気筒にはそれらの並び方向一端から他端側に向かって#1〜#4の気筒番号を付して互いに区別する。このエンジン1では#1の気筒2と#4の気筒2の爆発間隔が360°CA(クランク角を意味する。)ずらされ、#3の気筒2と#2の気筒2の爆発時期が#1の気筒2の爆発時期を基準として180°CA、540°CAずらされることにより、180°CA毎の等間隔爆発が実現されている。そして、このエンジン1では#1、#3、#4、#2の順番で各気筒2において爆発が発生するように爆発順番が設定されている。
FIG. 1 shows an internal combustion engine in which a control device according to one embodiment of the present invention is incorporated. The internal combustion engine (hereinafter sometimes referred to as an engine) 1 is configured as a spark ignition type four-cycle internal combustion engine mounted on a vehicle as a driving power source. The
各気筒2には、ピストン3が往復動自在に挿入されている。これにより気筒2内に燃焼室4が形成される。ピストン3は、コネクティングロッド5を介してクランク軸6と連結されている。各気筒2には、吸気通路及び排気通路(いずれも不図示)が接続されている。各気筒2には、燃焼室4に対して吸気通路を開閉するための吸気弁7と、燃焼室4に対して排気通路を開閉するための排気弁8とが設けられている。吸気弁7の上端には、バルブリフタ7aが吸気弁7と一体的に往復運動可能に設けられている。また、吸気弁7は、バルブスプリング7bにて閉弁方向に付勢されている。同様に排気弁8の上端にもバルブリフタ8aが排気弁8と一体的に往復運動可能に設けられている。吸気弁8は、バルブスプリング(不図示)にて閉弁方向に付勢されている。
A
エンジン1には、エンジン1の始動時にクランク軸6を駆動可能なスタータSが設けられている。このスタータSは、回転速度を調整可能に構成されている。
The
エンジン1には、吸気弁7及び排気弁8を開閉駆動するための動弁機構10が設けられている。動弁機構10は、吸気弁用のカム軸11と、排気弁用のカム軸12とを備えている。吸気弁用のカム軸11には、各気筒2の吸気弁7を開閉するための複数のカム11aが設けられている。排気弁用のカム軸12には、各気筒2の排気弁8を開閉するための複数のカム12aが設けられている。カム軸11の一端側には可変バルブタイミング機構20が設けられている。可変バルブタイミング機構20は、クランク軸6からタイミングチェーン9を介してカム軸11、12に至る回転運動の伝達経路上に設けられ、クランク軸6の位相とカム11aの位相との関係を変化させて吸気弁7が開閉するタイミングを変更する。
The
図2〜図4を参照して可変バルブタイミング機構20について説明する。なお、図2は可変バルブタイミング機構20を拡大して示している。図3は、図2のIII−III線における可変バルブタイミング機構20の断面を示している。図4は、図2のIV−IV線における可変バルブタイミング機構20の断面を示している。
The variable
図2に示すように、可変バルブタイミング機構20は、ベーンロータ21と、ベーンロータ21が内部に同軸に収容されたハウジング22とを備えている。ベーンロータ21は、センターボルト(不図示)にてカム軸11の先端に固定されている。そのため、ベーンロータ21はカム軸11と一体に回転する。ベーンロータ21は、ハウジング22に対して相対回転可能なようにハウジング22内に収容されている。ベーンロータ21は、円筒状のロータ本体23と、ロータ本体23から径方向外側に延びる3つのベーン24とを備えている。
As shown in FIG. 2, the variable
図3に示すようにハウジング22は、カム軸11に相対回転可能に支持されたスプロケット25と、ハウジング本体26と、蓋部27とを備えている。スプロケット25には、タイミングチェーン9が巻き掛けられている。これにより、ハウジング22がクランク軸6とともに回転する。図2に示すようにハウジング本体26は、円筒状の外壁部26aと、その外壁部26aから径方向内側に延びる3つの隔壁26bとを備えている。これによりハウジング本体26の内部には、3つの収容室28が形成される。ベーンロータ21は、ベーン24が収容室28内に配置されるようにハウジング本体26と組み合わされる。そして、図3に示すようにハウジング本体26の回転軸線Axの方向の一方の側がスプロケット25にて、他方の側が蓋部27にて塞がれることによりベーンロータ21がハウジング22内に収容される。これにより、図2に示すようにベーン24にて各収容室28が進角室29と遅角室30に区分される。これら進角室29及び遅角室30には、オイルが供給される。
As shown in FIG. 3, the
この可変バルブタイミング機構20では、進角室29又は遅角室30に供給する油圧を調整してベーンロータ21をハウジング22に対して相対回転させる。そして、これによりクランク軸6に対するカム軸11の位相を進角側又は遅角側に変更する。なお、このエンジン1では、エンジン1の運転時にカム軸11が図2の矢印F方向に回転する。以下、この方向を正転方向と称することがある。また、この正転方向は逆の方向、図2の矢印R方向を逆転方向と称することがある。クランク軸6に対してカム軸11の位相を遅角させる場合、ハウジング22に対してベーンロータ21を逆転方向に回転させる。そして、ベーン24の遅角側の側面24rが収容室28の遅角側の側面28rに接触した場合に、クランク軸6に対するカム軸11の位相が最も遅角された状態になる。以下、このときの位相を最遅角位相と称することがある。一方、クランク軸6に対してカム軸11の位相を進角させる場合、ハウジング22に対してベーンロータ21を正転方向に回転させる。そして、ベーン24の進角側の側面24fが収容室28の進角側の側面28fに接触した場合に、クランク軸6に対するカム軸11の位相が最も進角された状態になる。以下、このときの位相を最進角位相と称することがある。
The variable
可変バルブタイミング機構20には、クランク軸6に対するカム軸11の位相が最進角位相と最遅角位相との間に設定された中間位相で固定されるようにハウジング22に対するベーンロータ21の相対回転を禁止するロック機構31が設けられている。なお、中間位相には、エンジン1の始動に適したタイミングで吸気弁7が開閉する位相が設定されている。ロック機構31は、3つのベーン24のうちの1つに設けられたシリンダ32と、そのシリンダ32に挿入されたロックピン33とを備えている。シリンダ32は、ベーン24を回転軸線Axの方向に貫通するように形成されている。ロックピン33は、回転軸線Axの方向に移動可能なようにシリンダ32に挿入されている。また、ロックピン33は、その一部がシリンダ32から突出し、スプロケット25に設けられたロック穴34に嵌るように設けられている。このようにロックピン33がロック穴34に嵌ることにより、ハウジング22に対するベーンロータ21の相対回転が禁止される。以下、この状態を位相ロック状態と称することがある。一方、ロックピン33がロック穴34から抜けてベーンロータ21がハウジング22に対して相対回転可能な状態をアンロック状態と称することがある。
The variable
ロック穴34は、クランク軸6に対するカム軸11の位相が中間位相で固定されるようにスプロケット25に設けられている。シリンダ32内には不図示のスプリングが設けられている。このスプリングは、ロックピン33がスプロケット25側に付勢されるようにシリンダ32内に配置されている。また、ロックピン33の先端部には、オイルの油圧を作用させてロックピン33をロック穴34から引き抜くための不図示の作動室が設けられている。このロック機構31では、スプリングにて付勢されてロックピン33がロック穴34に嵌ることにより、ベーンロータ21の相対回転が禁止される。そして、作動室にオイルの油圧を作用させてロックピン33をロック穴34から引き抜くことにより、ベーンロータ21の相対回転が許可される。図4に示すようにロック穴34の側方には、そのロック穴34の底部が最新となるように形成されたラチェット溝35が設けられている。このラチェット溝35は、ロック穴34の開口部が遅角側に拡大されるように設けられている。
The
進角室29及び遅角室30へのオイルの供給は、図5に示したオイル供給装置40にて行われる。この図に示すようにオイル供給装置40は、内燃機関1のオイルパン1aのオイルをストレーナ41を介して汲み上げるオイルポンプOPを備えている。オイルポンプOPは、クランク軸6に駆動される周知のポンプである。オイルポンプOPの吐出側は、動弁用油路43を介してオイルコントロールバルブ(OCV)44と接続されている。動弁用油路43には、逆止弁42が設けられている。逆止弁42は、オイルポンプOPからOCV44へのオイルの流れは許容し、OCV44からオイルポンプOPへのオイルの流れは阻止する。
Oil is supplied to the
OCV44は、バルブ本体45と、バルブ本体45内をこの図の左右方向に移動可能な弁体46とを備えている。バルブ本体45には、導入ポート45a、吐出ポート45b、第1リターンポート45c、及び第2リターンポート45dが設けられている。導入ポート45aには、動弁用油路43が接続されている。吐出ポート45bには、供給通路47が接続されている。供給通路47は、その途中で第1分岐通路47aと、第2分岐通路47bとに分岐している。第1分岐通路47aは、進角室29と接続されている。第1分岐通路47aには、OCV44から進角室29へのオイルの流れは許容し、進角室29からOCV44へのオイルの流れは阻止する逆止弁48が設けられている。また、第1分岐通路47aのうち逆止弁48よりも進角室29側の区間からは第1リターン通路49が分岐している。第1リターン通路49は、第1リターンポート45cに接続されている。第2分岐通路47bは、遅角室30と接続されている。第2分岐通路47bには、OCV44から遅角室30へのオイルの流れは許容し、遅角室30からOCV44へのオイルの流れは阻止する逆止弁50が設けられている。第2分岐通路47bのうち逆止弁50よりも遅角室30側の区間からは第2リターン通路51が分岐している。第2リターン通路51は、第2リターンポート45dに接続されている。
The
弁体46は、図5に示した進角位置と、図6に示した遅角位置との間で移動可能なように設けられている。弁体46が進角位置にある場合、図5に示すように導入ポート45a、吐出ポート45b、及び第2リターンポート45dが接続される。一方、第1リターンポート45cが設けられている部分は、弁体46にて区分される。この場合、図中に矢印で示したように、遅角室30のオイルは第2リターン通路51を介してOCV44に戻される。一方、進角室29のオイルは、第1リターン通路49を介してOCV44に戻ることができない。そのため、ハウジング22に対してベーンロータ21が正転方向に回転する。そのため、クランク軸6に対してカム軸11の位相が進角される。
The
一方、図6に示すように弁体46が遅角位置にある場合には、導入ポート45a、吐出ポート45b、及び第1リターンポート45cが接続される。そして、第2リターンポート45dが設けられている部分が弁体46にて区分される。この場合、図中に矢印で示したように、進角室29のオイルが第1リターン通路49を介してOCV44に戻される。一方、遅角室30のオイルは、第2リターン通路51を介してOCV44に戻ることができない。そのため、ハウジング22に対してベーンロータ21が逆転方向に回転する。そのため、クランク軸6に対してカム軸11の位相が遅角される。
On the other hand, when the
エンジン1の始動時に、進角室29及び遅角室30のいずれもがオイルで満たされておらず、かつロックピン33がロック穴34に嵌っていない場合には、クランク軸6の回転に伴ってハウジング22が正転方向に回転する。そして、これによりベーンロータ21がハウジング22に対して遅角側に相対回転する。そのため、エンジン1の始動時には、クランク軸6に対するカム軸11の位相が最遅角位相になる。ただし、この位相ではエンジン1の始動時に時間が掛かるため、位相を中間位相に切り替える必要がある。そこで、エンジン1では、エンジン1の始動時に吸気弁7からカム軸11に付与されるトルクを利用してベーンロータ21をハウジング22に対して相対回転させる。そして、これによりクランク軸6に対するカム軸11の位相を中間位相に切り替える。
When the
図7は、エンジン1の始動時における吸気弁7のリフト量、吸気弁7からカム軸11に付与されるトルク、及びスタータSの出力トルクの時間変化の一例を示している。なお、吸気弁7のリフト量は燃焼室4への吸気弁7の突出量を意味する。
FIG. 7 shows an example of the time variation of the lift amount of the intake valve 7 when the
エンジン1の始動時にスタータSによってクランク軸6が駆動されるとカム軸11が回転する。これにより各気筒2の吸気弁7がカム11aによって開閉駆動される。この際、カム11aにより吸気弁7を開弁方向に駆動している間、すなわち吸気弁7のリフト量が増加している間は、バルブスプリング7bが縮められる。そのため、この図に示すように吸気弁7からカム軸11にカム軸11が逆転方向に回転するトルク(以下、逆転トルクと称する。)が付与される。なお、この図では逆転トルクを負の値で示している。一方、吸気弁7がバルブスプリング7bにより閉弁方向に駆動されている間、すなわち吸気弁7のリフト量が減少している間はバルブスプリング7bが伸びる。そのため、吸気弁7からカム軸11にカム軸11が正転方向に回転するトルク(以下、正転トルクと称する。)が付与される。そして、これらのトルクが各気筒2の吸気弁7からカム軸11に付与される。そのため、この図に示すようにカム軸11には、正転トルクと逆転トルクとが交互に付与される。以下、このトルクを交番トルクと称することがある。そして、カム軸11に付与されるトルクが正転トルク側に変化することをトルクの増加とし、トルクが逆転トルク側に変化することをトルクの減少とする。
When the crankshaft 6 is driven by the starter S when the
このエンジン1では、カム軸11に作用するトルクに応じてスタータSを制御し、これにより位相を速やかに中間位相に切り替える。図7に示すようにエンジン1では、吸気弁7からカム軸11に付与されるトルク(以下、カムトルクと称することがある。)が最小値から最大値になるまでの期間、言い換えるとカムトルクが増加する期間P1にスタータSの出力トルクを所定の基準トルクT0より大きくする。以下、この期間P1にスタータSから出力されるトルクを第1トルクT1と呼ぶことがある。これによりクランク軸6の回転速度が増加する。一方、カムトルクが最大値から最小値になるまでの期間、言い換えるとカムトルクが減少する期間P2にはスタータSの出力トルクを所定の基準トルクT0より小さくする。以下、この期間P2にスタータSから出力されるトルクを第2トルクT2と呼ぶことがある。これによりクランク軸6の回転速度が低下する。なお、第1トルクT1及び第2トルクT2は、それら平均すると基準トルクT0になるように設定される。この図に示すようにエンジン1では、カムトルクが最小値のときにスタータSの出力トルクを第2トルクT2から第1トルクT1に増加させる。そして、カムトルクが最大値のときにスタータSの出力トルクを第1トルクT1から第2トルクT2に低下させる。なお、このようなスタータSの出力トルクの切り替えは、例えばクランク角に基づいて行えばよい。周知のように各気筒2の吸気弁7が開弁される期間は、エンジン1の仕様により定められている。そして、その期間はクランク角にて特定されている。そのため、カムトルクが最小値になる時期及びカム軸が最大値になる時期は、クランク角にて特定できる。そこで、クランク角に基づいてスタータSの出力トルクを制御すればよい。また、クランク角の代わりにクランク角と相関しているカム角に基づいてスタータSの出力トルクを制御してもよい。
In the
このようにスタータSの出力トルクを変動させる場合、ベーンロータ21を回転させるべき方向に応じてOCV44が適宜に制御される。ハウジング22に対してベーンロータ21を正転方向に回転させる場合、すなわちベーンロータ21を進角させる場合には、OCV44の弁体46が進角位置に切り替えられる。これにより進角室29にオイルを導入し、ベーンロータ21が遅角側に戻ることを防止できる。以降、これらスタータS及びOCV44の制御を相対トルク増加制御と称することがある。
When the output torque of the starter S is thus varied, the
これらの制御によりベーンロータ21がハウジング22に対して進角側に相対回転する。上述したようにロック穴34には、開口部を遅角側に拡大するラチェット溝35が設けられている。そのため、このようにベーンロータ21が進角側に相対回転するとロックピン33がまずラチェット溝35に嵌る。そして、ベーンロータ21がさらに進角側に相対回転するとロックピン33はラチェット溝35を進角側に進み、クランク軸6に対するカム軸11の位相が中間位相になるとロックピン33がロック穴34に嵌る。これによりベーンロータ21の相対回転が禁止され、クランク軸6に対するカム軸11の位相が中間位相に固定される。
With these controls, the
スタータS及びOCV44は、エンジンコントロールユニット(ECU)60にて制御される。ECU60は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺機器を含んだコンピュータユニットである。ECU60は、所定の制御プログラムに従ってエンジン1に設けられた種々の制御対象を制御し、これによりエンジン1を制御する。ECU60には、エンジン1の運転状態を取得するための種々のセンサが接続されている。ECU60には、例えばクランク角センサ61、カム角センサ62、及びアクセル開度センサ63等が接続されている。クランク角センサ61は、クランク軸6の角度(クランク角)に対応した信号を出力する。カム角センサ62は、カム軸11の角度(カム角)に対応した信号を出力する。アクセル開度センサ63は、アクセル開度に対応した信号を出力する。この他にもECU60には各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。
The starter S and
図8はECU60がエンジン1を始動するために実行する始動制御ルーチンを示している。このルーチンはエンジン1の運転状態の拘わりなく所定の周期で繰り返し実行される。
FIG. 8 shows a start control routine that the
この制御ルーチンにおいてECU60は、まずステップS11でエンジン1の状態を取得する。エンジン1の状態としては、例えばクランク角、カム角、及びアクセル開度等が取得される。次のステップS12においてECU60は、エンジン1が停止中か否か判定する。エンジン1が運転中と判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
In this control routine, the
一方、エンジン1が停止中と判定した場合はステップS13に進み、ECU60は所定の始動条件が成立したか否か判定する。所定の始動条件は、例えばイグニッションスイッチのオン操作などエンジン1の始動を要求する操作が行われた場合に成立したと判定される。また、エンジン1が、所定の停止条件が成立した場合にエンジン1の運転を停止させ、所定の再始動条件が成立した場合にエンジン1を再始動させる制御、いわゆるアイドルストップ制御の制御対象である場合は、この再始動条件も所定の始動条件に含まれる。さらに、エンジン1がハイブリッド車両に搭載されている場合には、電動モータでの走行時に車両への要求駆動力が所定の判定値以上になった場合に所定の始動条件が成立したと判定される。始動条件が不成立と判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
On the other hand, when it is determined that the
一方、始動条件が成立したと判定した場合はステップS14に進み、ECU60は可変バルブタイミング機構20の状態が位相ロック状態か否か判定する。上述したように位相ロック状態では、クランク軸6に対するカム軸11の位相が中間位相になる。そのため、クランク角とカム角とを比較することにより、可変バルブタイミング機構20の状態が位相ロック状態か否か判定できる。可変バルブタイミング機構20の状態がアンロック状態と判定した場合はステップS15に進み、ECU60は上述した相対トルク増加制御を実行する。一方、可変バルブタイミング機構20の状態が位相ロック状態であると判定した場合はステップS16に進み、ECU60は通常制御を実行する。この通常制御では、スタータSから基準トルクT0が出力されるようにスタータSが制御される。
On the other hand, when it is determined that the starting condition is satisfied, the process proceeds to step S14, where the
ステップS15又はステップS16で制御を実行した後はステップS17に進み、ECU60はエンジン1の始動が完了したか否か判定する。エンジン1の始動の完了は、エンジン1の回転速度が所定の判定値を超えたことを基準として判定される。この判定値には、スタータSの補助なしに運転が継続できる回転速度が設定される。エンジン1の始動が完了していないと判定した場合はステップS13に戻り、エンジン1の始動が完了するまでステップS13〜S17の処理を繰り返し実行する。一方、エンジン1の始動が完了したと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
After executing the control in step S15 or step S16, the process proceeds to step S17, and the
以上に説明したように、本発明では、カムトルクが最小値のときにスタータSの出力トルクを第2トルクT2から第1トルクT1に増加させ、カムトルクが最大値のときにスタータSの出力トルクを第1トルクT1から第2トルクT2に低下させる。これにより、ベーンロータ21に作用するトルクとハウジング22に作用するトルクとの差を拡大することができる。冷間始動時ではオイルの粘度が大きくなるので、カム軸11が回転し難くなる。そして、この場合にはカムトルクの変動が小さくなる可能性がある。また、ハイブリッド車両には、吸気弁7のリフト量が小さいエンジンが搭載されることがある。このようなエンジンでは吸気弁7からカム軸11に付与されるトルクが小さくなるので、カムトルクの変動が小さくなる。さらに、アルコール燃料で運転可能なエンジンでは、燃焼温度が低くなるため、始動時に温度が上昇し難い。この場合にもオイルの粘度が大きくなり、カムトルクの変動が小さくなる可能性がある。本発明では、このようにカムトルクの変動が小さい場合でもそのカムトルクの変動を有効に活用してベーンロータ21をハウジング22に対して相対回転させることができる。従って、可変バルブタイミング機構20の状態を位相ロック状態に速やかに切り替えることができる。
As described above, in the present invention, when the cam torque is the minimum value, the output torque of the starter S is increased from the second torque T2 to the first torque T1, and when the cam torque is the maximum value, the output torque of the starter S is increased. The first torque T1 is reduced to the second torque T2. Thereby, the difference of the torque which acts on the
なお、上述した形態では、ベーンロータ21を進角させる場合を説明したが、相対トルク増加制御では、ハウジング22に対してベーンロータ21を逆転方向に回転させること、すなわちベーンロータ21を遅角させることもできる。この場合には、OCV44の弁体46を遅角位置に切り替える。これにより遅角室30に導入したオイルがOCV44に戻ることを防止できるので、ベーンロータ21を遅角させることができる。なお、この場合であってもスタータSの出力トルクは、図7に示したようにカムトルクが増加する期間P1にスタータSの出力トルクを第1トルクT1に切り替え、カムトルクが減少する期間P2にスタータSの出力トルクを第2トルクT2に切り替えればよい。
In the above-described embodiment, the case where the
上述した形態では、可変バルブタイミング機構20が本発明の可変動弁機構に相当する。また、ベーンロータ21が本発明の第1回転体に相当し、ハウジング22が本発明の第2回転体に相当する。ロック穴34が本発明の凹部に相当する。OCV44、逆止弁48、及び逆止弁50が本発明のオイルフロー制御手段に相当する。スタータSが本発明の電動機に相当する。正転トルクが本発明の正トルクに相当し、逆転トルクが本発明の負トルクに相当する。図8の始動制御ルーチンを実行することにより、ECU60が本発明の始動手段として機能する。また、図8のステップS16を実行することにより、ECU60が本発明の回転速度変動手段として機能する。そして、図8のステップS14を実行することにより、ECU60が本発明のロック判定手段として機能する。
In the embodiment described above, the variable
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関は4気筒の内燃機関に限定されない。単気筒の内燃機関、又は2つ以上の気筒を有する種々の内燃機関に本発明を適用してよい。また、本発明が適用される内燃機関は火花点火式の内燃機関に限定されない。本発明は、ディーゼル内燃機関に適用してもよい。 The present invention is not limited to the above-described form and can be implemented in various forms. For example, the internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to a four-cylinder internal combustion engine. The present invention may be applied to a single cylinder internal combustion engine or various internal combustion engines having two or more cylinders. The internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to a spark ignition type internal combustion engine. The present invention may be applied to a diesel internal combustion engine.
上述した形態で示したスタータの制御は、内燃機関の始動に用いられる種々の電動機に適用される。内燃機関とモータ・ジェネレータとが走行用動力源として搭載されたハイブリッド車両では、モータ・ジェネレータで内燃機関を始動する。この場合、上述した形態のスタータの制御がこのモータ・ジェネレータに適用される。 The control of the starter shown in the above-described form is applied to various electric motors used for starting the internal combustion engine. In a hybrid vehicle in which an internal combustion engine and a motor / generator are mounted as driving power sources, the internal combustion engine is started by the motor / generator. In this case, the starter control of the above-described form is applied to this motor generator.
上述した形態では吸気弁側のカム軸に設けられた可変バルブタイミング機構の状態を制御したが、本発明によって排気弁側のカム軸に設けられた可変バルブタイミング機構の状態を制御してもよい。 In the embodiment described above, the state of the variable valve timing mechanism provided on the camshaft on the intake valve side is controlled. However, the state of the variable valve timing mechanism provided on the camshaft on the exhaust valve side may be controlled according to the present invention. .
Claims (4)
前記カム軸と一体に回転する第1回転体と、前記第1回転体に対して相対回転可能に設けられるとともにクランク軸と一体に回転する第2回転体と、前記第1回転体及び前記第2回転体のいずれか一方に設けられたロックピンの一部が前記第1回転体及び前記第2回転体のいずれか他方に設けられた凹部に嵌って前記第1回転体と前記第2回転体との相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の中間に設定された中間位相にロックするロック状態と前記ロックピンが前記凹部から抜けて前記第1回転体に対して前記第2回転体が相対回転可能になるアンロック状態とに切り替え可能なロック機構と、を有する可変動弁機構と、を備えた内燃機関に適用され、
所定の始動条件が成立した場合に、前記クランク軸を電動機で駆動して前記内燃機関を始動する始動手段を備えた制御装置において、
前記内燃機関の運転時に前記カム軸が回転する方向を正転方向とするとともに前記正転方向と反対の回転方向を逆転方向とし、前記カム軸が前記正転方向に回転するように前記カム軸に作用するトルクを正トルクとするとともに前記カム軸が前記逆転方向に回転するように前記カム軸に作用するトルクを負トルクとし、前記カム軸に付与されるトルクが前記正トルク側に変化することをトルクの増加とするとともに前記カム軸に付与されるトルクが前記負トルク側に変化することをトルクの減少とし、
前記始動手段は、前記内燃機関の始動時であり、かつ前記ロック機構が前記アンロック状態の場合に、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加から減少に切り替わったときに前記電動機の出力トルクが減少し、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少から増加に切り替わったときに前記電動機の出力トルクが増加するように前記電動機を制御する回転速度変動手段を備えている制御装置。A camshaft provided with a cam for driving a valve for opening and closing a cylinder against a valve spring;
A first rotating body that rotates integrally with the camshaft; a second rotating body that is provided so as to be rotatable relative to the first rotating body; and that rotates integrally with a crankshaft; the first rotating body and the first rotating body; A part of the lock pin provided on one of the two rotators is fitted into a recess provided on the other of the first rotator and the second rotator, so that the first rotator and the second rotator are fitted. A locked state in which the relative rotational phase with respect to the body is locked to an intermediate phase set between the most retarded phase and the most advanced angle phase, and the lock pin comes out of the recess to the first rotating body. A variable valve mechanism having a lock mechanism that can be switched to an unlocked state in which the second rotating body is relatively rotatable, and is applied to an internal combustion engine.
In a control device comprising a starting means for starting the internal combustion engine by driving the crankshaft with an electric motor when a predetermined start condition is established,
The camshaft is rotated so that the direction in which the camshaft rotates during operation of the internal combustion engine is the forward rotation direction, the rotation direction opposite to the forward rotation direction is the reverse rotation direction, and the camshaft rotates in the forward rotation direction. The torque acting on the camshaft is a positive torque, the torque acting on the camshaft is a negative torque so that the camshaft rotates in the reverse direction, and the torque applied to the camshaft changes to the positive torque side. And a torque decrease that the torque applied to the camshaft changes to the negative torque side.
The starting means is when the internal combustion engine is started, and when the torque applied from the valve to the camshaft is switched from increase to decrease when the lock mechanism is in the unlocked state. Rotational speed variation means is provided for controlling the motor so that the output torque of the motor increases when the output torque decreases and the torque applied from the valve to the camshaft switches from decrease to increase. Control device.
前記第2回転体は、前記ベーンの前記逆転方向の側方に進角室が、前記ベーンの前記正転方向の側方に遅角室がそれぞれ形成されるように前記第1回転体を内部に相対回転可能なように収容し、
前記進角室及び前記遅角室の両方にオイルが供給されるとともに前記進角室からはオイルが排出されず、前記遅角室からはオイルが排出されるようにオイルの流れが制御される進角状態に切り替え可能なオイルフロー制御手段をさらに備え、
前記回転速度変動手段は、前記第1回転体を前記第2回転体に対して前記正転方向に回転させる場合に、前記オイルフロー制御手段を前記進角状態に切り替え、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加しているときには前記電動機の出力トルクが所定の基準トルクより大きく、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少しているときには前記電動機の出力トルクが前記基準トルクより小さくなるように前記電動機を制御する請求項1に記載の制御装置。The first rotating body has a vane extending in a radial direction,
The second rotating body includes the first rotating body so that an advance chamber is formed on the side of the vane in the reverse direction and a retard chamber is formed on the side of the vane in the forward direction. To accommodate relative rotation,
Oil is supplied to both the advance chamber and the retard chamber, and the oil flow is controlled so that the oil is not discharged from the advance chamber and the oil is discharged from the retard chamber. It further comprises oil flow control means that can be switched to the advanced angle state,
The rotation speed changing means switches the oil flow control means to the advance state when rotating the first rotating body in the forward rotation direction with respect to the second rotating body, and from the valve to the cam When the torque applied to the shaft is increasing, the output torque of the motor is greater than a predetermined reference torque, and when the torque applied from the valve to the cam shaft is decreasing, the output torque of the motor is the reference torque. The control device according to claim 1, wherein the electric motor is controlled to be smaller than a torque.
前記第2回転体は、前記ベーンの前記逆転方向の側方に進角室が、前記ベーンの前記正転方向の側方に遅角室がそれぞれ形成されるように前記第1回転体を内部に相対回転可能なように収容し、
前記進角室及び前記遅角室の両方にオイルが供給されるとともに前記遅角室からはオイルが排出されず、前記進角室からはオイルが排出されるようにオイルの流れが制御される遅角状態に切り替え可能なオイルフロー制御手段をさらに備え、
前記回転速度変動手段は、前記第1回転体を前記第2回転体に対して前記逆転方向に回転させる場合に、前記オイルフロー制御手段を前記遅角状態に切り替え、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加しているときには前記電動機の出力トルクが所定の基準トルクより大きく、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少しているときには前記電動機の出力トルクが前記基準トルクより小さくなるように前記電動機を制御する請求項1に記載の制御装置。The first rotating body has a vane extending in a radial direction,
The second rotating body includes the first rotating body so that an advance chamber is formed on the side of the vane in the reverse direction and a retard chamber is formed on the side of the vane in the forward direction. To accommodate relative rotation,
Oil is supplied to both the advance chamber and the retard chamber, and the oil flow is controlled so that the oil is not discharged from the retard chamber and the oil is discharged from the advance chamber. It further comprises an oil flow control means that can be switched to a retarded state,
The rotation speed variation means switches the oil flow control means to the retarded state when rotating the first rotating body in the reverse rotation direction with respect to the second rotating body, and from the valve to the camshaft. When the torque applied to the camshaft increases, the output torque of the motor is greater than a predetermined reference torque, and when the torque applied from the valve to the camshaft decreases, the output torque of the motor is the reference torque. The control device according to claim 1, wherein the electric motor is controlled to be smaller.
前記始動手段は、前記ロック判定手段により前記ロック機構が前記ロック状態に切り替わったと判定された場合に、前記回転速度変動手段による前記電動機の制御を禁止し、前記電動機から前記基準トルクが出力されるように前記電動機の動作を制御する請求項2又は3に記載の制御装置。Lock determination means for determining whether or not the lock mechanism has been switched to the locked state when the internal combustion engine is started;
The starting means prohibits the control of the electric motor by the rotational speed changing means when the lock determining means determines that the lock mechanism is switched to the locked state, and the reference torque is output from the electric motor. The control device according to claim 2, wherein the operation of the electric motor is controlled as described above.
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