JP4423775B2 - Variable valve operating device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁の作動角(以下、必要に応じて吸気作動角と略す)を変化させる作動角変更機構と、吸気弁の作動角の中心位相(以下、必要に応じて吸気位相と略す)を変化させる位相変更機構と、を有する内燃機関の可変動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平11−210424号公報には、ベーンを用いた油圧駆動式の位相変更機構が開示されている。つまり、この位相変更機構は、クランクシャフトと同期して回転するハウジングと、吸気弁を開閉駆動するカムシャフトとともに回転するベーン体と、を備え、油圧アクチュエータによりハウジングとベーン体とを相対的に回動させることにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を変化させて、吸気弁の作動角の中心位相(開閉時期)を可変制御するようになっている。
【0003】
また、ハウジングとベーンとが不用意に相対回動し易い機関始動直後の油圧が非常に低い状態で、カムシャフトの位相(吸気弁の作動角の中心位相)を最遅角位置(位相)に確実に保持するために、この最遅角位置で互いに係合可能な最遅角位置ロックピン及びロック孔がハウジング及びベーン体にそれぞれ設けられている。
【0004】
加えて、この最遅角位相の係止を解除してから油温が十分に上昇するまでの間に、ハウジングとベーンとが不用意に相対回動することのないように、カムシャフトの位相を所定の中間位相に保持する中間位置ロックピン及びロック孔がハウジング及びベーン体のそれぞれに設けられている。
【0005】
上記の最遅角位置ロックピン及び中間位置ロックピンは、クランクシャフトによって駆動される油圧ポンプからの供給油圧によって駆動されるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この公報の位相変更機構では、機関始動時には、最遅角位置ロックピンへ常時供給されている油圧ポンプからの機関油圧がスプリングの付勢力に打ち勝って最遅角位置ロックピンが係止解除方向へ移動することによって、最遅角位相の係止解除がなされるように構成されているため、初期・経時劣化等による油圧・オイル粘度のばらつき等により、機関始動から最遅角位置の係止が解除されるまでの期間にばらつきを生じ易く、排気性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
【0007】
特に、冷機状態での機関始動時には、機関油圧の上昇が遅れる傾向にあるため、最遅角位置の係止解除までの期間が過度に長くなるおそれがある。
【0008】
また、この公報の装置には、吸気弁の作動角を変化させる作動角変更機構が設けられていないので、当然のことながら、機関運転状態に応じて吸気弁の作動角を調整することができない。
【0009】
本発明の一つの目的は、作動角変更機構及び位相変更機構の双方を吸気弁に適用した構成において、特に冷機始動時における機関性能の向上を図ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項1に係る発明は、吸気弁の作動角を変化させる作動角変更機構と、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる位相変更機構と、を有する内燃機関の可変動弁装置において、上記中心位相を最遅角位相に保持する第1の保持手段と、少なくとも暖機後のアイドル域で、上記中心位相を上記最遅角位相よりも進角した暖機後遅角位相に保持する第2の保持手段と、機関温度又は機関始動後の経過時間を検知する検知手段と、を有し、冷機始動時には、上記第1の保持手段により上記中心位相を最遅角位相に保持させるとともに、上記機関温度又は機関始動後の経過時間が所定の基準値以上となったときに、上記第1の保持手段による最遅角位相の保持を解除することを特徴としている。
【0011】
また、上記中心位相を検知する位相検知手段を有し、上記第2の保持手段により暖機後遅角位相に保持されている状態での冷機始動時には、燃料噴射を開始する前に、上記第2の保持手段による暖機後遅角位相の保持を解除して、上記位相変更機構により上記中心位相を最遅角位相へ向けて遅角させることを特徴としている。
【0012】
更に、上記中心位相の最遅角位相への到達が検知又は予測されるまで、燃料噴射を禁止することを特徴としている。
【0013】
請求項2に係る発明は、少なくとも上記最遅角位相から暖機後遅角位相への移行時には、上記中心位相の進角化に応じて点火時期を進角させることを特徴としている。
【0014】
請求項3に係る発明は、上記位相変更機構が電動式であることを特徴としている。
【0015】
請求項4に係る発明は、上記位相変更機構が油圧駆動式であることを特徴としている。
【0016】
請求項5に係る発明は、上記位相変更機構が、クランクシャフトと同期して回転する第1の回転体と、吸気弁を開閉させる吸気駆動軸とともに回転する第2の回転体と、供給油圧に応じて第1の回転体と第2の回転体とを相対的に回動させる油圧駆動手段と、を有し、上記第1の保持手段及び第2の保持手段のそれぞれが、上記第1の回転体及び第2の回転体の一方に設けられ、供給油圧に応じて駆動される係合ピンと、上記第1の回転体及び第2の回転体の他方に設けられ、上記係合ピンが係合可能な係合孔と、上記係合ピンへの供給油圧を切り換える油圧制御弁と、を有することを特徴としている。
【0017】
請求項6に係る発明は、上記第2の保持手段の係合ピンへ油圧を供給する油圧ポンプが、外部電源により駆動されることを特徴としている。
【0018】
請求項7に係る発明は、冷機始動時に、上記第2の保持手段による暖機後遅角位相の保持状態から保持解除状態への切換が可能であることを特徴としている。
【0019】
請求項8に係る発明は、少なくとも上記最遅角位相に保持されている状態では、上記作動角変更機構により吸気弁の作動角が最小作動角に設定されることを特徴としている。
【0020】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、作動角変更機構及び位相変更機構の双方を吸気弁に適用した構成において、冷機始動時には吸気作動角の中心位相を最遅角位相に保持させることで、吸気弁の開時期を上死点よりも遅角した状態に安定して保持することができる。これにより、筒内が負圧となった後に吸気弁が開くこととなり、ガス流動の強化による燃料の霧化が促進され、燃焼性能が改善されて、点火時期の遅角化及び排気性能の向上等を図ることができる。
【0021】
そして、このような冷機始動時に、機関温度又は機関始動後の経過時間が所定の基準値以上となったところで、第1の保持手段による最遅角位相の保持を解除する構成としたため、上記公報の装置のように機関油圧に応じて最遅角位相の保持を解除する構成に比して、初期劣化等によるばらつきが抑制され、ひいては冷機始動時における排気性能等が向上される。
【0022】
また、暖機後のアイドル域では、上記中心位相が最遅角位相よりも進角した暖機後遅角位相に保持されるため、主にポンプ損失の低減化を図ることができる。
【0023】
更に、第2の保持手段により暖機後遅角位相に保持されている冷機状態で機関を始動させた場合に、燃料噴射を行う前のクランキング中に、暖機後遅角位相の保持を解除して、上記中間位相を最遅角位相へ遅角させて、最遅角位相となるまで燃料噴射を行わない構成としたため、冷機始動時に最遅角位相から外れた状態で燃料噴射が行われるおそれがなく、これに起因する運転性の低下を確実に防止できる。
【0024】
請求項2に係る発明によれば、図9にも示すように、最遅角位相から暖機後遅角位相への移行時には、吸気位相の進角化に伴うガス流動の強化・燃料の霧化促進に見合う形で、点火時期の位相が進角化されることとなり、燃焼安定性の低下を招くことなく、排温上昇等の排気性能を有効に向上させることができる。
【0025】
請求項3に係る発明によれば、位相変更機構が電動式であるため、冷機始動時のように機関油圧が非常に低い状態であっても、位相変更機構により吸気位相を確実かつ迅速に変更,保持することが可能となる。つまり、冷機始動時に吸気位相を速やかに最遅角位相へ移行させて、この最遅角位相に保持し、機関温度又は機関始動後の経過時間が所定の基準値以上となったときに、吸気位相を速やかに進角させることができる。
【0026】
請求項4,5に係る発明によれば、位相変更機構を油圧駆動式とすることにより、その構造が簡素化され、コストの低減化を図ることができる。つまり、安価かつ簡素な位相変更機構で冷機始動時の排気性能の向上を図れる。
【0027】
請求項6,7に係る発明によれば、油圧駆動式の簡素な構造の位相変更機構でありながら、暖機後遅角位相に保持された状態での冷機始動時に、燃料噴射を開始する前のクランキング中であっても、暖機後遅角位相の保持状態を速やかに解除して、吸気位相を最遅角位相へ向けて遅角させることが可能となる。
【0028】
請求項8に係る発明によれば、冷機始動時には吸気弁が最遅角位相かつ最小作動角の設定となるため、吸気弁の開弁後も作動角の最小化によるガス流動効果を利用でき、かつ、作動角の最小化により吸気弁の閉時期が適宜に進角化される形となり、有効圧縮比が高くなって燃焼安定性が向上し、更なる排気性能の向上を図ることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
【0030】
図1は、本発明の第1実施形態に係る可変動弁装置を示している。各気筒には一対の吸気弁2が設けられ、これら吸気弁2の上方には中空状の吸気駆動軸3が気筒列方向に延在している。吸気駆動軸3には、吸気弁2のバルブリフタ2aに当接して吸気弁2を開閉駆動する揺動カム4が相対回転可能に外嵌している。
【0031】
そして、吸気駆動軸3と揺動カム4との間に、吸気弁2の作動角の中心位相(吸気位相)を略一定としたままで吸気弁2の作動角及びバルブリフト量を連続的に変化させる作動角変更機構10が設けられている。また、吸気駆動軸3の一端部に、図外のクランクシャフトに対する吸気駆動軸3の位相を変化させることにより、吸気位相を連続的に変化させる位相変更機構20が配設されている。
【0032】
作動角変更機構10は、図2にも示すように、吸気駆動軸3に偏心して設けられる駆動カム11と、この駆動カム11に相対回転可能に外嵌するリング状リンク12と、吸気駆動軸3と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸13と、この制御軸13に偏心して設けられた制御カム14と、この制御カム14に相対回転可能に外嵌するとともに、一端がリング状リンク12の先端に連結されたロッカアーム15と、このロッカアーム15の他端と揺動カム4とに連結されたロッド状リンク16と、を有している。
【0033】
制御軸13は、電動アクチュエータ17によりギヤ列18を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。エンジンコントロールユニットとしてのECU30は、角度検出センサ31,32から検出される吸気駆動軸3及び制御軸13の角度の他、各種センサ等から検出又は推定されるクランク角度,エンジン回転数,負荷,水温等の機関運転条件に基づいて、燃料噴射及び点火時期制御等の一般的なエンジン制御を行う他、上記電動アクチュエータ17を駆動制御するとともに、後述する位相変更機構20を駆動制御し、吸気弁2の開閉時期及び作動角を制御する。
【0034】
上記の構成により、クランクシャフトに連動して吸気駆動軸3が回転すると、駆動カム11を介してリング状リンク12がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム15が制御カム14の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク16を介して揺動カム4が揺動して吸気弁2が開閉駆動される。
【0035】
また、制御軸13の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム15の揺動中心となる制御カム14の軸心位置が変化して揺動カム4の姿勢が変化する。これにより、吸気位相が略一定のままで、吸気弁2の作動角(開閉期間)及びバルブリフト量が連続的に変化する。
【0036】
このような作動角変更機構10は、駆動カム11の軸受部分や制御カム14の軸受部分等の各部材の連結部分が面接触となっているため、潤滑が行い易く、耐久性,信頼性に優れているとともに、作動角を変更させる際の抵抗も低く抑制される。また、吸気弁2を駆動する揺動カム4が吸気駆動軸3と同軸上に配置されているため、例えば揺動カムを吸気駆動軸3とは異なる別の支軸で支持するような構成に比して、制御精度に優れているとともに、装置自体がコンパクトなものとなり、車両搭載性が良い。
【0037】
図3は、電動式の位相変更機構20を示している。この位相変更機構20の構成については、特開平10−153105号公報にも開示されているように公知であり、簡単に説明すると、クランクシャフトと同期して回転する第1回転体21と、吸気駆動軸3とともに回転する第2回転体22との間に、ヘリカルスプラインを介して両者21,22に噛合する環状のピストン23が介装されている。そして、このピストン23を電磁ソレノイド24により軸方向へ駆動することにより、回転体21,22の相対位相が変化して、クランクシャフトに対する吸気駆動軸3の位相が可変制御される。上記の電磁ソレノイド24は、上述したECU30からの制御信号により機関運転状態に応じて駆動制御される。
【0038】
次に、図4を参照して本実施形態に係る吸気作動角及び吸気位相の一設定例を説明する。なお、後述する吸気位相の値は、進角側を正とするとP1<P2<P3<P4<P5の関係にある。
【0039】
冷機始動時のように、機関温度が所定温度以下の冷機状態で、かつ無負荷状態を含む極低負荷域であるアイドル域(a1)では、作動角変更機構10により吸気弁2の作動角を最小作動角にするとともに、位相変更機構20により吸気位相を最遅角位相P1に設定,保持する。つまり、このような冷機始動時では、触媒の暖機促進化及び燃焼改善化に伴う排気清浄化や排温上昇を図るために、上記のように最小作動角及び最遅角位相P1として、IVO(吸気開時期)を最も遅角させる。この結果、作動角の最小化によりガス流動が強化されるとともに、IVOの遅角化により筒内負圧が十分発達した後に吸気弁が開弁することとなり、吸気弁の開時期におけるガス流動が強化されて、燃料霧化が促進される。
【0040】
一方、暖機後におけるアイドル域(a2)では、作動角変更機構10により吸気弁2の作動角を最小作動角にするとともに、位相変更機構20により吸気位相を上記の最遅角位相P1よりも進角した所定の暖機後遅角位相P2に設定,保持する。つまり、残留ガスの低減化及びポンプ損失の低減化(ピストン上面を上死点から吸気負圧に晒さず、ある程度ピストン変位して筒内が負圧となってから吸気弁を開くことによるポンプ損失の低減化)のために、吸気弁開時期は上死点後とし、かつ、主に燃焼改善のために吸気弁閉時期は下死点近傍とし、更に、主にフリクション低減化及びガス流動強化による燃料の霧化促進化のために、吸気作動角を最小作動角とする。これにより、暖機後におけるアイドル域(a2)で、燃費・排気性能の向上を図ることができる。
【0041】
また、暖機後の中負荷域(c)では、残留ガスの増加によるポンプ損失の低減化及び高温の残留ガスによる燃焼改善化等を図るため、吸気弁開時期を上死点前とし、かつ、主に吸入吸気量(充填効率)の低減化によるポンプ損失低減化を図るために、吸気弁閉時期を下死点前とすることが望ましい。そこで、上述した暖機後のアイドル域(a2)に対し、作動角変更機構10により吸気弁の作動角を上記の最小作動角よりも大きい所定の小作動角とするとともに、位相変更機構20により吸気位相を最進角位相P5とする。
【0042】
更に、上記の中負荷域(c)より要求吸気量の少ない暖機後の低負荷域(b)では、主に燃焼悪化の防止及び残留ガス量の低減化のために、吸気弁2の作動角を、上記の最小作動角から小作動角の間の値に設定するとともに、吸気位相を所定の進角位相P4に設定し、有効圧縮比によるポンプ損失低減効果で燃費向上を図る。
【0043】
暖機後の全開域(d)〜(f)では、吸気位相を所定の中間位相P3近傍に設定するとともに、機関回転数の増加に伴って作動角を増加させることにより、充填効率を向上させる。例えば低回転域(d)では、IVOが上死点よりわずかに進角し、IVCが下死点よりわずかに遅角するように設定する。
【0044】
なお、アイドル以外の冷機時におけるバルブリフト特性を明記してないが、例えば冷機時における低・中負荷域のリフト特性を上記の暖機後のリフト特性(b),(c)と同じように設定すると、燃焼が悪化する可能性があるため、例えば暖機後の低速全開域のリフト特性(d)と略同一にする等の必要がある。
【0045】
次に、第2実施形態について説明する。この第2実施形態は、図5〜7に示すように、図1等に示す第1実施形態の電動式の位相変更機構20を、簡素な構成で安価に実現できる油圧駆動式の位相変更機構40とした点で、第1実施形態と異なっている。なお、その他の構成は上記第1実施形態とほぼ同様であり、同一部分には同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【0046】
この油圧駆動式の位相変更機構40は、基本的には上記の特開平11−210424号公報に記載されているものと同様の構成である。簡単に説明すると、位相変更機構40は、クランクシャフトと同期して回転する第1回転体としてのハウジング41と、吸気駆動軸3と一体的に回転する第2回転体としてのベーン体42と、を有している。ハウジング41内部は仕切壁部43によって複数の区画室に区画されており、各区画室が、ベーン体42のベーン44によって進角側油圧室45と遅角側油圧室46とに隔成されている。
【0047】
進角側油圧室45及び遅角側油圧室46には、クランクシャフトにより駆動される油圧源としての油圧ポンプ47から機関油圧が供給される。油圧ポンプ47と各油圧室45,46との間の油圧通路には、油圧制御弁48が設けられている。この油圧制御弁48は、上記のECU30からの制御信号に基づいて、各油圧室45,46への供給油圧を切替制御し、これにより、ハウジング41とベーン体42との相対回転位置が変化して、クランクシャフトに対する吸気駆動軸3の位相が変化し、吸気位相が可変制御される。
【0048】
このような油圧式の位相変更機構40においては、機関始動時等のように、機関回転数や機関油圧が非常に低い状態のときに、バルブスプリング反力等に起因するトルク変動によりベーン44がハウジング41に対して不用意に回動し、騒音を発生する等のおそれがある。そこで、図5及び図6に示すように、吸気位相を最遅角位相P1に機械的に係止,保持する第1の保持機構50と、この最遅角位相よりも進角した所定の暖機後遅角位相P2に機械的に係止,保持する第2の保持機構60と、が設けられている。
【0049】
図7に示すように、各保持機構50,60には、最遅角位相P1又は暖機後遅角位相P2の際に互いに係合する係合ピン51,61及び係合孔52,62が、それぞれベーン44とハウジング41とに設けられている。各係合ピン51,61は、それぞれスプリング53,63により嵌合方向(図7の下方向)へ常に付勢されており、各油圧通路54,64を介して導入される油圧ポンプ55,65からの油圧が所定圧を越えると、スプリング53,63の付勢力に抗して各係合孔52,62から抜けて、保持状態が解除され得るようになっている。上記の油圧通路54,64へ導入される油圧は、それぞれ油圧制御弁56,66によって切替制御される。各油圧制御弁56,66は、上記のECU30からの制御信号により機関運転状態に応じて制御される。
【0050】
ここで、後述するように、冷機始動時のように機関油圧がほぼゼロのような状態でも、暖機後遅角位相P2の保持状態の解除を確実に行えるように、少なくとも第2保持機構60の第2油圧ポンプ65は、モータ等の外部電源により駆動される油圧ポンプとなっている。同様に、第1保持機構50の第1油圧ポンプ55も、好ましくは上記の油圧ポンプ65のように外部電源を有するタイプとされる。
【0051】
次に、この第2実施例の作用を図4を参照して説明する。基本的には、第1実施形態と同じ様に吸気弁2の開閉時期が制御される。すなわち、冷機状態での機関始動時(a1)には、燃料を霧化し難く、HC排出量が増加し易い。また、冷機時には燃焼状態があまり良くないので、点火時期を十分に遅角できず、排温も上昇し難い。そこで、作動角変更機構10により吸気弁の作動角を最小作動角に設定するとともに第1保持機構50により吸気位相を最遅角位相P1に保持させる。これにより、吸気弁開時期が遅角化され、ピストン降下と共に筒内が負圧となり、吸気弁開とした場合にバルブに付着した燃料が適宜に吹き飛ばされて、燃料霧化が促進される。また、最小作動角とすることにより筒内ガス流動が強化されて、燃焼が改善される。さらに、作動角の最小化により吸気弁の閉時期が過度に遅角することがなく、十分な有効圧縮比を確保することが可能となる。
【0052】
一方、暖機後のアイドル域(a2)では、作動角変更機構10により最小作動角に設定することにより、上述したように燃焼が改善されるものの、仮に吸気位相が最遅角位相P1となっていると、ピストンが負圧に晒される期間が長くなり、ポンプ損失が増大して燃費の悪化を招くおそれがある。このため、暖機後のアイドル域では、第2保持機構60により吸気位相を暖機後遅角位相P2に保持させる。
【0053】
以上のように、第1,第2実施形態では、例えば機関温度に基づいて、冷機時か暖機後かを判断し、冷機時には、主に排気性能の向上を図るために、吸気位相を速やかに最遅角位相P1に保持させる。上記の機関温度は、水温,油温,あるいは触媒活性化状態を検知するセンサ等から求められ、あるいは単純に始動後の経過時間から推定される。
【0054】
また、上記の位相変更機構20,40は、ON−OFF式の2位置切換型の構成でもよいが、機関温度や始動後の経過時間等に応じて連続的に制御(デューティー制御)することにより、更に機関運転条件に応じて吸気位相を細かく調整することが可能で、例えばポンプ損失を最小限とすることにより更なる燃費向上を図ることもできる。
【0055】
機関運転条件によっては、暖機後に機関を停止し、冷機状態で再始動の可能性がある。この場合、吸気位相が暖機後遅角位相P2に保持された状態で機関停止されることとなり、このように暖機後遅角位相P2に保持された状態で冷機始動時に燃料噴射が行われると、十分な排気清浄効果等が得られない。
【0056】
そこで、上記の第1実施形態では、クランキング中、つまりイグニッションスイッチのオンを検出してから燃料噴射を開始する前に、電動式の位相変更機構20により暖機後遅角位相P2の保持状態を解除して吸気位相を最遅角位相P1へ速やかに移行させる。そして吸気位相の最遅角位相P1への到達が確認又は予想された時点で、燃料噴射及び点火時期制御を開始する。これより、冷機始動後に吸気位相が最遅角位相P1から外れた状態で燃焼が行われるおそれがなく、これに起因する排気性能の低下を確実に防止することができる。
【0057】
また、第2実施形態のように安価な油圧駆動式の位相変更機構40を用いた場合でも、同様の効果が得られる。すなわち、第2保持機構60により暖機後遅角位相P2に保持された状態での冷機始動時には、燃料噴射を開始する前のクランキング中に、第2保持機構60による暖機後遅角位相P2の保持状態を解除して、吸気位相を速やかに最遅角位相P1へ移行させる。これにより、冷機始動時に最遅角位相P1から外れた状態で燃焼が行われるおそれがなく、これに起因する排気性能の低下を確実に防止することができる。このように、冷機始動時においても、第2保持機構60により速やかに暖機後遅角位相P2の保持状態を解除し得るように、上述したように、第2保持機構60の油圧ポンプ65を外部電動モータにより駆動する構成としている。
【0058】
このような機関始動時の制御の流れを、図8のフローチャートを参照して更に詳述する。S(ステップ)1でクランキングが開始されると、S2へ進み、機関温度等に基づいて冷機状態か否かを判定する。暖機後の状態と判定された場合、S3へ進み、通常制御(吸気作動角及び吸気位相の通常制御,燃料噴射及び点火時期の制御等)を行う。一方、冷機状態と判定された場合、S4へ進み、吸気位相が実質的に最遅角位相P1に到達したかを判断する。最遅角位相P1に到達していないと判定された場合、S5へ進み、暖機後遅角位相P2に保持されている状態であれば、その保持状態を速やかに解除して、位相変更機構20,40により吸気位相を最遅角位相P1へ移行させる。そして、最遅角位相P1への到達が確認又は予測された時点で、S4からS6へ進み、燃料噴射及び点火時期制御を開始する。つまり、最遅角位相P1への到達が検知(確認)又は予測されるるまで、燃料噴射を禁止する。
【0059】
続くS7では、暖機運転が終了したかを判定する。より具体的には、燃料噴射による実質的な機関始動からの経過時間又は機関温度が所定の基準値以上かを判定する。基準値未満の場合、S8へ進み、最遅角位相P1の保持状態を継続する。基準値以上となった時点で、S7からS9へ進み、最遅角位相P1の保持状態を解除して、位相変更機構20,40により吸気位相を暖機後遅角位相P2へ向けて進角させる。
【0060】
以上のように本発明を具体的な実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第2実施形態では第2保持機構60を外部電動モータを有する油圧ポンプにより駆動する構成としているが、外部電源により直接的に第2保持機構60の係合ピン61を駆動する構成としてもほぼ同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る可変動弁装置を示す概略斜視図。
【図2】作動角変更機構を示す断面対応図。
【図3】電動式の位相変更機構を示す断面図。
【図4】第1及び第2実施形態の作用説明図。
【図5】本発明の第2実施形態に係る可変動弁装置を示す概略斜視図。
【図6】油圧式の位相変更機構を示す構成図。
【図7】油圧式位相変更機構の保持機構を示す断面対応図。
【図8】機関始動時の制御の流れを示すフローチャート。
【図9】吸気位相と点火時期との関係を示す特性図。
【符号の説明】
2…吸気弁
3…吸気駆動軸
10…作動角変更機構
20…位相変更機構
21…第1回転体
22…第2回転体
40…位相変更機構
41…ハウジング(第1の回転体)
42…ベーン体(第2の回転体)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operating angle changing mechanism that changes an operating angle of an intake valve (hereinafter abbreviated as an intake operating angle if necessary) and a central phase of an operating angle of an intake valve (hereinafter abbreviated as an intake phase as required). And a phase change mechanism that changes the pressure control mechanism of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-210424 discloses a hydraulically driven phase change mechanism using a vane. That is, this phase change mechanism includes a housing that rotates in synchronization with the crankshaft and a vane body that rotates together with a camshaft that drives the intake valve to open and close, and the housing and the vane body are rotated relative to each other by a hydraulic actuator. By moving the camshaft, the relative phase of the camshaft with respect to the crankshaft is changed to variably control the center phase (opening / closing timing) of the operating angle of the intake valve.
[0003]
Also, the camshaft phase (the central phase of the intake valve operating angle) is set to the most retarded angle position (phase) when the hydraulic pressure immediately after engine startup is very low, where the housing and vane tend to rotate relative to each other. In order to securely hold, the housing and the vane body are provided with the most retarded angle position lock pin and the lock hole which can be engaged with each other at the most retarded angle position.
[0004]
In addition, the camshaft phase is set so that the housing and the vane do not rotate relative to each other during the period from when the most retarded phase lock is released until the oil temperature rises sufficiently. An intermediate position lock pin and a lock hole are provided in each of the housing and the vane body.
[0005]
The most retarded angle position lock pin and the intermediate position lock pin are driven by hydraulic pressure supplied from a hydraulic pump driven by a crankshaft.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the phase change mechanism of this publication, when the engine is started, the engine hydraulic pressure from the hydraulic pump that is always supplied to the most retarded position lock pin overcomes the urging force of the spring and the most retarded position lock pin is released. Since the most retarded phase is unlocked by moving in the direction, the position of the most retarded angle from the start of the engine due to variations in oil pressure and oil viscosity due to initial / aging deterioration, etc. The period until the stop is released is likely to vary, which may adversely affect the exhaust performance.
[0007]
In particular, when the engine is started in a cold state, the increase in engine oil pressure tends to be delayed, and therefore the period until the most retarded position is released may be excessively long.
[0008]
Further, since the device of this publication is not provided with an operating angle changing mechanism for changing the operating angle of the intake valve, it is natural that the operating angle of the intake valve cannot be adjusted according to the engine operating state. .
[0009]
One object of the present invention is to improve engine performance, particularly at the time of cold start, in a configuration in which both the operating angle changing mechanism and the phase changing mechanism are applied to an intake valve.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the invention according to claim 1 is a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine having an operating angle changing mechanism that changes the operating angle of the intake valve and a phase changing mechanism that changes the center phase of the operating angle of the intake valve. The first holding means for holding the center phase at the most retarded angle phase, and the center phase at the retarded phase after the warm-up which is advanced from the most retarded phase at least in the idle region after the warm-up. A second holding unit that detects the engine temperature or an elapsed time after starting the engine, and at the time of cold start, the first holding unit holds the center phase at the most retarded phase. At the same time, when the engine temperature or the elapsed time after the engine start becomes a predetermined reference value or more, the holding of the most retarded phase by the first holding means is released.
[0011]
Also , At the time of cold start with the phase detection means for detecting the center phase and being held in the retarded phase after warm-up by the second holding means, before the fuel injection is started, the second It is characterized in that holding of the retarded phase after warm-up by the holding means is released and the center phase is retarded toward the most retarded phase by the phase changing mechanism.
[0012]
More The fuel injection is prohibited until the arrival of the center phase at the most retarded angle phase is detected or predicted.
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
Claim 5 In the invention according to the first aspect, the phase changing mechanism includes a first rotating body that rotates in synchronization with the crankshaft, a second rotating body that rotates together with an intake drive shaft that opens and closes the intake valve, and a first rotating body that corresponds to the supply hydraulic pressure. Hydraulic driving means for relatively rotating the first rotating body and the second rotating body, and each of the first holding means and the second holding means includes the first rotating body and An engagement pin provided on one side of the second rotary body and driven according to the supply hydraulic pressure, and provided on the other of the first rotary body and the second rotary body, and engageable with the engagement pin It has an engagement hole and a hydraulic control valve for switching the hydraulic pressure supplied to the engagement pin.
[0017]
Claim 6 The invention according to the above is characterized in that the hydraulic pump for supplying hydraulic pressure to the engaging pin of the second holding means is driven by an external power source.
[0018]
Claim 7 The invention according to the present invention is characterized in that, at the time of cold start, the second holding means can be switched from the holding state of the retarded phase after warming up to the holding releasing state.
[0019]
Claim 8 The invention according to the present invention is characterized in that the operating angle of the intake valve is set to the minimum operating angle by the operating angle changing mechanism at least in the state where the phase is held at the most retarded angle phase.
[0020]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, in the configuration in which both the operating angle changing mechanism and the phase changing mechanism are applied to the intake valve, the air intake operating angle is maintained at the most retarded angle phase when the cold engine is started. The valve opening timing can be stably maintained in a state delayed from the top dead center. As a result, the intake valve opens after the inside of the cylinder becomes negative pressure, fuel atomization is promoted by enhancing gas flow, combustion performance is improved, ignition timing is retarded, and exhaust performance is improved. Etc. can be achieved.
[0021]
Then, at the time of cold start, when the engine temperature or the elapsed time after the engine start becomes equal to or greater than a predetermined reference value, the configuration in which the holding of the most retarded phase by the first holding means is canceled is described above. Compared to the configuration in which the retention of the most retarded angle phase is released according to the engine oil pressure as in the above device, variation due to initial deterioration or the like is suppressed, and as a result, exhaust performance at the time of cold start is improved.
[0022]
Further, in the idle region after warm-up, the center phase is held at the delayed phase after warm-up that is advanced from the most retarded phase, so that the pump loss can be mainly reduced.
[0023]
Furthermore, When the engine is started in a cold state that is held in the retarded phase after warming up by the second holding means, the holding of the retarded phase after warming up is canceled during cranking before fuel injection. To delay the intermediate phase to the most retarded phase. And Since the fuel injection is not performed until the most retarded phase is reached, there is no risk that the fuel will be injected out of the most retarded phase at the time of cold start, and it is possible to reliably prevent a decrease in drivability due to this. .
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
Claim 6,7 According to the invention according to the present invention, it is a hydraulic drive type simple-structure phase change mechanism, but during cranking before starting fuel injection at the time of cold start in the state of being held in the retarded phase after warm-up. Even in such a case, it is possible to quickly release the hold state of the retarded phase after warming up and retard the intake phase toward the most retarded phase.
[0028]
Claim 8 According to the invention, since the intake valve is set to the most retarded phase and the minimum operating angle at the time of cold start, the gas flow effect by minimizing the operating angle can be used even after the intake valve is opened, and the operation is performed. By minimizing the angle, the closing timing of the intake valve is appropriately advanced, the effective compression ratio is increased, combustion stability is improved, and exhaust performance can be further improved.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1 shows a variable valve operating apparatus according to a first embodiment of the present invention. Each cylinder is provided with a pair of
[0031]
The operating angle and valve lift amount of the
[0032]
As shown in FIG. 2, the operating
[0033]
The
[0034]
With the above configuration, when the
[0035]
Further, by changing the rotation angle of the
[0036]
In such an operating
[0037]
FIG. 3 shows an electric
[0038]
Next, a setting example of the intake operation angle and the intake phase according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Note that the value of the intake phase to be described later has a relationship of P1 <P2 <P3 <P4 <P5 when the advance side is positive.
[0039]
In the idling range (a1), which is an extremely low load range including a no-load state when the engine temperature is equal to or lower than a predetermined temperature as in the cold start, the operating angle of the
[0040]
On the other hand, in the idle range (a2) after warm-up, the operating angle of the
[0041]
In the middle load range (c) after warm-up, the intake valve opening timing is set to before the top dead center in order to reduce the pump loss due to the increase in residual gas and improve the combustion due to the high temperature residual gas. In order to reduce the pump loss mainly by reducing the intake air intake amount (filling efficiency), it is desirable to set the intake valve closing timing before the bottom dead center. Therefore, the operating angle of the intake valve is set to a predetermined small operating angle larger than the minimum operating angle by the operating
[0042]
Further, in the low load region (b) after warm-up where the required intake air amount is smaller than the medium load region (c), the operation of the
[0043]
In the fully open areas (d) to (f) after warm-up, the intake phase is set in the vicinity of the predetermined intermediate phase P3, and the operating angle is increased as the engine speed increases, thereby improving the charging efficiency. . For example, in the low rotation range (d), the IVO is advanced slightly from the top dead center, and the IVC is set slightly retarded from the bottom dead center.
[0044]
In addition, although the valve lift characteristics at the time of cooling other than idling are not specified, for example, the lift characteristics in the low / medium load region at the time of cooling are the same as the lift characteristics (b) and (c) after the warm-up described above. If it is set, combustion may be deteriorated. For example, it is necessary to make the lift characteristic (d) substantially the same as the low speed fully open region after warm-up.
[0045]
Next, a second embodiment will be described. As shown in FIGS. 5 to 7, the second embodiment is a hydraulic drive type phase change mechanism capable of realizing the electric
[0046]
The hydraulic drive type
[0047]
The advance
[0048]
In such a hydraulic
[0049]
As shown in FIG. 7, each holding
[0050]
Here, as will be described later, at least the
[0051]
Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIG. Basically, the opening and closing timing of the
[0052]
On the other hand, in the idle region (a2) after warm-up, although the combustion is improved as described above by setting the minimum operating angle by the operating
[0053]
As described above, in the first and second embodiments, for example, based on the engine temperature, it is determined whether the engine is cold or after warm-up, and when the engine is cold, the intake phase is quickly adjusted to mainly improve exhaust performance. Is held at the most retarded phase P1. The engine temperature is obtained from a sensor that detects a water temperature, an oil temperature, or a catalyst activation state, or simply estimated from an elapsed time after starting.
[0054]
Further, the
[0055]
Depending on engine operating conditions, the engine may be stopped after warming up and restarted in a cold state. In this case, the engine is stopped in a state in which the intake phase is held at the retarded phase P2 after warming up, and fuel injection is performed at the time of cold start in the state held in the retarded phase phase P2 after warming up in this way. In this case, a sufficient exhaust purification effect cannot be obtained.
[0056]
Therefore, in the first embodiment, during the cranking, that is, before the fuel injection is started after the ignition switch is detected to be on, the electric
[0057]
Further, the same effect can be obtained even when an inexpensive hydraulically driven
[0058]
The flow of control at the time of starting the engine will be described in further detail with reference to the flowchart of FIG. When cranking is started in S (step) 1, the process proceeds to S2, and it is determined whether or not the engine is in a cold state based on the engine temperature or the like. If it is determined that the state is after warm-up, the routine proceeds to S3, where normal control (normal control of the intake operation angle and intake phase, control of fuel injection, ignition timing, etc.) is performed. On the other hand, if it is determined that the engine is cold, the process proceeds to S4, and it is determined whether the intake phase has substantially reached the most retarded phase P1. If it is determined that the most retarded phase P1 has not been reached, the process proceeds to S5. 20 and 40 shift the intake phase to the most retarded phase P1. Then, when the arrival at the most retarded phase P1 is confirmed or predicted, the process proceeds from S4 to S6, and fuel injection and ignition timing control are started. That is, fuel injection is prohibited until reaching the most retarded phase P1 is detected (confirmed) or predicted.
[0059]
In subsequent S7, it is determined whether the warm-up operation is completed. More specifically, it is determined whether the elapsed time from the substantial engine start by fuel injection or the engine temperature is equal to or higher than a predetermined reference value. If it is less than the reference value, the process proceeds to S8, and the holding state of the most retarded phase P1 is continued. When it becomes equal to or greater than the reference value, the process proceeds from S7 to S9, the holding state of the most retarded phase P1 is released, and the intake phase is advanced toward the retarded phase P2 after warming up by the
[0060]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on specific embodiment, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the second embodiment, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a variable valve gear according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an operating angle changing mechanism.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an electric phase change mechanism.
FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the first and second embodiments.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a variable valve gear according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a hydraulic phase change mechanism.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a holding mechanism of a hydraulic phase change mechanism.
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of control at the time of engine start.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the intake phase and the ignition timing.
[Explanation of symbols]
2 ... Intake valve
3 ... Intake drive shaft
10 ... Working angle change mechanism
20 ... Phase change mechanism
21 ... 1st rotating body
22 ... Second rotating body
40: Phase change mechanism
41. Housing (first rotating body)
42 ... Vane body (second rotating body)
Claims (8)
上記中心位相を最遅角位相に保持する第1の保持手段と、
少なくとも暖機後のアイドル域で、上記中心位相を上記最遅角位相よりも進角した暖機後遅角位相に保持する第2の保持手段と、
機関温度又は機関始動後の経過時間を検知する検知手段と、
上記中心位相を検知する位相検知手段と、を有し、
冷機始動時には、上記第1の保持手段により上記中心位相を最遅角位相に保持させるとともに、上記機関温度又は機関始動後の経過時間が所定の基準値以上となったときに、上記第1の保持手段による最遅角位相の保持を解除し、
かつ、上記第2の保持手段により暖機後遅角位相に保持されている状態での冷機始動時には、燃料噴射を開始する前に、上記第2の保持手段による暖機後遅角位相の保持を解除して、上記位相変更機構により上記中心位相を最遅角位相へ向けて遅角させて、上記中心位相の最遅角位相への到達が検知又は予測されるまで、燃料噴射を禁止することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。In a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, comprising: an operating angle changing mechanism that changes the operating angle of the intake valve; and a phase changing mechanism that changes the center phase of the operating angle of the intake valve.
First holding means for holding the center phase at the most retarded angle phase;
A second holding means for holding the center phase at a delayed phase after warm-up that is advanced from the most retarded phase at least in an idle region after warm-up;
Detection means for detecting the engine temperature or the elapsed time after engine start;
Phase detection means for detecting the center phase ,
At the time of cold start, the first holding means holds the center phase at the most retarded angle phase, and when the engine temperature or the elapsed time after the engine start becomes equal to or greater than a predetermined reference value, Release the holding of the most retarded phase by the holding means ,
Further, at the time of cold start in a state where the second holding means holds the retarded phase after warming up, the retarded phase after warming up is held by the second holding means before starting fuel injection. And the phase change mechanism retards the center phase toward the most retarded phase, and prohibits fuel injection until the arrival of the center phase at the most retarded phase is detected or predicted. A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine.
上記第1の保持手段及び第2の保持手段のそれぞれが、上記第1の回転体及び第2の回転体の一方に設けられ、供給油圧に応じて駆動される係合ピンと、上記第1の回転体及び第2の回転体の他方に設けられ、上記係合ピンが係合可能な係合孔と、上記係合ピンへの供給油圧を切り換える油圧制御弁と、を有することを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の可変動弁装置。A first rotating body that rotates in synchronization with the crankshaft; a second rotating body that rotates together with an intake drive shaft that opens and closes an intake valve; and Hydraulic drive means for relatively rotating the second rotating body,
Each of the first holding means and the second holding means is provided on one of the first rotating body and the second rotating body, and is driven according to supply hydraulic pressure. An engagement hole provided in the other of the rotating body and the second rotating body and capable of engaging with the engaging pin, and a hydraulic control valve that switches a hydraulic pressure supplied to the engaging pin. The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 4 .
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