JP2012036864A - Variably operated valve apparatus for internal combustion engine, start system for internal combustion engine, and start control apparatus for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも吸気弁の閉時期とピストンの停止位置との関係を制御して始動性の向上を図り得る内燃機関の可変動弁装置などに関する。 The present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine that can improve startability by controlling at least a relationship between a closing timing of an intake valve and a stop position of a piston.
従来の内燃機関の可変動弁装置としては、以下の特許文献1に記載した技術が知られている。
As a conventional variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, a technique described in
この可変動弁装置は、機関始動条件が成立したら、バルブタイミング制御装置により吸気弁の閉時期を遅角制御することによって、ピストン圧縮行程にある気筒の上死点におけるコンプレッションを低下させて(デコンプ)、クランキングの回転立ち上がりを早めて良好な自己始動を実現するようになっている。 When the engine start condition is satisfied, the variable valve device reduces the compression at the top dead center of the cylinder in the piston compression stroke by retarding the closing timing of the intake valve by the valve timing control device (decompression). ), The cranking rotation is accelerated and good self-starting is realized.
しかしながら、特許文献1に記載した従来の可変動弁装置にあっては、機関停止時における圧縮行程にある気筒のピストン(クランクシャフト)の停止位置が、筒内のコンプレッションによってピストンが押し下げられて上死点と下死点のほぼ中間位置となる場合が多く、この状態で次の機関再始動までの間にピストンとシリンダボアとの間の隙間から大気圧が筒内に浸入する。このため、再始動時のクランキングが開始されると、前記機関停止時のクランク位置から圧縮行程のピストンが上昇してコンプレッションが大きくなる。
However, in the conventional variable valve operating apparatus described in
前記機関停止時のクランク位置(ピストン位置)はばらつき易く、このクランク位置が吸気弁の閉時期より早ければ、吸気弁の閉時期を大気圧として以降のピストン上昇に伴いコンプレッションが増加し、クランク位置が吸気弁の閉時期よりも遅ければ前記クランク位置を大気圧として以降のピストン上昇に伴いコンプレッションが増加する。 The crank position (piston position) when the engine is stopped is likely to vary. If this crank position is earlier than the intake valve closing timing, the intake valve closing timing is set to atmospheric pressure, and the compression increases as the piston rises thereafter. If the intake valve is later than the closing timing of the intake valve, the crank position is set to the atmospheric pressure, and the compression increases as the piston rises thereafter.
つまり、クランクの停止位置がばらついてコンプレッションが吸気弁の閉時期で決定される場合と、クランクの停止位置で決定される場合の両方が発生し、特に、後者の場合はクランク停止位置のばらつきによって始動クランキング特性がばらついて安定的な機関始動性が得られないおそれがある。 In other words, both the case where the stop position of the crank varies and the compression is determined by the closing timing of the intake valve and the case where the compression is determined by the stop position of the crank occur. There is a possibility that stable engine startability may not be obtained due to variations in start cranking characteristics.
請求項1に記載の発明は、とりわけ、少なくとも吸気弁の閉時期を可変制御できると共に、機関停止時に、前記吸気弁の閉時期を、前記ピストンの停止位置制御範囲内で最も遅れた位置よりもさらに遅角側の位置で機械的に安定化させるように構成したことを特徴としている。 According to the first aspect of the present invention, in particular, at least the closing timing of the intake valve can be variably controlled, and when the engine is stopped, the closing timing of the intake valve is set to be more delayed than the position most delayed in the stop position control range of the piston. Further, the present invention is characterized in that it is configured to be mechanically stabilized at a retarded position.
請求項2に記載の発明は、少なくとも吸気弁の閉時期を可変制御することができ、機関停止時に、吸気弁の閉時期が下死点よりも遅角側の一定位置に停止するように構成した可変動弁装置と、前記機関停止時に、ピストンの停止位置を吸気弁の閉時期よりも進んだ位置に制御するクランク位置制御手段と、を備えたことを特徴としている。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、機関停止時に、可変動弁装置によって吸気弁の閉時期が下死点よりも遅角側の一定位置になるように制御すると共に、クランク位置制御手段によってピストンの停止位置を前記吸気弁の閉時期よりも進んだ位置に制御することを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, when the engine is stopped, the variable valve device controls the closing timing of the intake valve to be a fixed position on the retard side of the bottom dead center, and the crank position control means controls the piston. The stop position is controlled to a position advanced from the closing timing of the intake valve.
本発明によれば、ピストンによる上死点コンプレッションの安定化が図れ、これによってクランキング特性が安定して始動性が向上する。 According to the present invention, it is possible to stabilize the top dead center compression by the piston, thereby stabilizing the cranking characteristic and improving the startability.
以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態は、いわゆるガソリン仕様の4サイクル4気筒内燃機関に適用したものを示している。 Embodiments of a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. This embodiment shows what is applied to a so-called gasoline specification four-cycle four-cylinder internal combustion engine.
まず、本発明における内燃機関全体の構成を、図1に基づいて概略を説明すると、シリンダブロックSB内に形成されたシリンダボア内に上下摺動自在に設けられたピストン01と、シリンダヘッドSHの内部にそれぞれ形成された吸気ポートIP及び排気ポートEPと、前記シリンダヘッドSHに摺動自在に設けられて前記吸、排気ポートIP,EPの開口端を開閉する一気筒当たりそれぞれ一対の吸気弁4,4及び排気弁5,5とを備えている。
First, the overall configuration of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG. 1. A
前記ピストン01は、クランクシャフト02にコンロッド03を介して連結されていると共に、冠面とシリンダヘッドSHの下面との間に燃焼室04を形成している。
The
前記吸気ポートIPに接続された吸気管Iの吸気マニホルドIaの上流側の内部には、吸入空気量を制御するバタフライ式のスロットルバルブSVが設けられていると共に、下流側には図外の燃料噴射弁が設けられて、前記吸気ポートIPに燃料を噴射するようになっている。また、前記シリンダヘッドSHのほぼ中央には点火栓05が設けられている。
A butterfly throttle valve SV for controlling the intake air amount is provided in the upstream side of the intake manifold Ia of the intake pipe I connected to the intake port IP. An injection valve is provided to inject fuel into the intake port IP. In addition, an
前記クランクシャフト02は、機関始動時にピニオンギア機構06を介して電動式の駆動モータ07によって回転駆動されるようになっている。この駆動モータ07は、前記始動クランキングを行うだけではなく、機関停止時のクランク角(クランク位置)やピストン01の摺動位置を制御するクランク位置制御手段としても構成されている。
The
そして、前記吸気弁4,4は、可変動弁装置によってそのバルブリフト量と作動角及びリフト位相(開閉タイミング)が可変制御されるようになっている。
The
すなわち、前記可変動弁装置は、図1及び図2に示すように、両吸気弁4,4のバルブリフト及び作動角(開弁期間)を制御する第2可変機構である吸気VEL1と、吸気弁4,4の開閉時期を制御する第1可変機構である吸気VTC2と、さらに前記排気弁5,5の開閉時期を制御する第3可変機構である排気VTC3と、から構成されている。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the variable valve operating apparatus includes an intake VEL1 that is a second variable mechanism that controls the valve lift and the operating angle (valve opening period) of both
前記吸気VEL1は、本出願人が先に出願した例えば特開2003−172112号公報などに記載されたものと同様の構成であるから、簡単に説明すると、シリンダヘッドSHの上部の軸受に回転自在に支持された中空状の駆動軸6と、該駆動軸6に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム7と、駆動軸6の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁4,4の上端部に配設されたバルブリフター8、8の上面に摺接して各吸気弁4,4を開作動させる2つの揺動カム9,9と、駆動カム7と揺動カム9,9との間に連係されて、駆動カム7の回転力を揺動カム9,9の揺動力として伝達する伝達機構と、を備えている。
Since the intake VEL1 has the same configuration as that described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-172112 previously filed by the present applicant, in brief, the intake VEL1 is rotatable on a bearing on the upper part of the cylinder head SH. A
前記駆動軸6は、一端部に設けられたタイミングスプロケット30とタイミングチェーンを介して前記クランクシャフト02から回転力が伝達されており、この回転方向は図2中、時計方向(矢印方向)に設定されている。
The
前記駆動カム7は、ほぼリング状を呈し、内部軸方向に形成された駆動軸挿通孔を介して駆動軸6に固定されていると共に、カム本体の軸心が駆動軸6の軸心から径方向へ所定量だけオフセットしている。
The
前記両揺動カム9は、図2及び図5などにも示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状のカムシャフト10の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト10が内周面を介して駆動軸6に回転自在に支持されている。また、各揺動カム9の下面に形成されたカム面9aは、カムシャフト10の軸側の基円面と、該基円面からカムノーズ部側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面が形成されており、該基円面とランプ面及びリフト面が、揺動カム9の揺動位置に応じて各バルブリフター8の上面の所定位置に当接するようになっている。
As shown in FIGS. 2 and 5 and the like, both the
前記伝達機構は、駆動軸6の上方に配置されたロッカアーム11と、該ロッカアーム11の一端部11aと駆動カム7とを連係するリンクアーム12と、ロッカアーム11の他端部11bと揺動カム9とを連係するリンクロッド13とを備えている。
The transmission mechanism includes a
前記ロッカアーム11は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カムに回転自在に支持されていると共に、一端部11aがピン14によってリンクアーム12に回転自在に連結されている。一方、他端部11bは、リンクロッド13の一端部13aにピン15を介して回転自在に連結されている。
The
前記リンクアーム12は、比較的大径な円環状の基部12aの中央位置に前記駆動カム7のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔が形成されている一方、突出端12bが前記ピン14によってロッカアーム一端部11aに連結されている。
The
前記リンクロッド13は、他端部13bがピン16を介して揺動カム9のカムノーズ部に回転自在に連結されている。
The other end portion 13 b of the
また、駆動軸6の上方位置には、制御軸17が同じ軸受によって回転自在に支持されていると共に、該制御軸17の外周に前記ロッカアーム11の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム11の揺動支点となる制御カム18が固定されている。
A
前記制御軸17は、駆動軸6と並行に機関前後方向に配設されていると共に、駆動機構19によって回転制御されている。一方、前記制御カム18は、円筒状を呈し、軸心位置が制御軸17の軸心から所定分だけ偏倚している。
The
前記駆動機構19は、図2〜図4にも示すように、ハウジング19aの一端部に固定された電動モータ20と、ハウジング19aの内部に設けられて電動モータ20の回転駆動力を前記制御軸17に伝達するボール螺子伝達手段21とから構成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
前記電動モ−タ20は、比例型のDCモータによって構成され、機関運転状態を検出する電子コントローラ22(ECU)からの制御信号によって駆動されるようになっている。
The
前記電子コントローラ22は、機関回転数を検出するクランク角センサや吸入空気量を検出するエアーフローメーター、さらには機関冷却水温センサ61、吸気温度センサ、ノッキングセンサ62、車速センサ、アクセル開度センサなどの各種センサ類からの検出信号によって現在の機関運転状態を検出して、前記スロットルバルブSVや燃料噴射弁及び前記電動モータ20などに制御信号を出力するようになっている。
The
前記ボール螺子伝達手段21は、電動モータ20の駆動シャフトとほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸23と、該ボール螺子軸23の外周に螺合する移動部材であるボールナット24と、前記制御軸17の一端部に直径方向に沿って連結された連係アーム25と、該連係アーム25と前記ボールナット24とを連係するリンク部材26とから主として構成されている。
The ball screw transmission means 21 includes a
前記ボール螺子軸23は、両端部を除く外周面全体に所定幅のボール循環溝23aが螺旋状に連続して形成されていると共に、一端部が電動モータ20の駆動シャフト20aに結合され、かかる結合によって電動モータ20の回転駆動力を前記ボール螺子軸23に伝達すると共に、ボール螺子軸23の軸方向の僅かな移動を許容している。
In the
前記ボールナット24は、ほぼ円筒状に形成され、内周面に前記ボール循環溝23aと共同して複数のボール27を転動自在に保持するガイド溝24aが螺旋状に連続して形成されていると共に、各ボール27を介してボール螺子軸23の回転運動をボールナット24に直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。
The
また、このボールナット24は、コイルスプリング31のばね力によって電動モータ20と反対側に付勢されて、ボール螺子軸23との間のバックラッシ隙間が消失されるようになっていると共に、前記ばね力によって前記制御軸17を介して吸気弁4,4が最大リフト、最大作動角となる方向へ常時付勢されるようになっている。
The
したがって、機関停止後は、前述のコイルスプリング31のばね力によって確実に最大作動角側(最遅角側)に付勢されて安定した状態を維持する。
Accordingly, after the engine is stopped, the spring force of the
以下、吸気VEL1の作動を簡単に説明する。 Hereinafter, the operation of the intake air VEL1 will be briefly described.
機関停止時には、前記電子コントローラ22からの電動モータ20への通電が遮断されることから、ボールナット24が、図4に示すように、前記コイルスプリング31のばね力によって図示の右方向へ付勢されて最大右方向(電動モータ20と離間する方向)へ直線状に移動し、これによって制御軸17がリンク部材39と連係アーム25を介して一方向へ回転する。つまり、前記電動モータ20による変換動力が働かない場合は、吸気弁4,4のリフト、作動角特性を、機械的に最大作動角に安定的に保持して最大作動角がいわゆるデフォルト位置になる。なお、前記制御軸17は、図外の回転規制ストッパにより左右の最大回転位置が規制されるようになっている。
When the engine is stopped, energization of the
したがって、制御カム18は、図6A、B(リアビュー)に示すように、軸心が制御軸17の軸心回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸6寄りの下方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム11の他端部11bとリンクロッド13の枢支点は、駆動軸6に対して下方向へ移動し、このため、各揺動カム9は、リンクロッド13を介してカムノーズ部側が強制的に引き下げられて全体が図6に示す時計方向へ回動する。
Accordingly, as shown in FIGS. 6A and 6B (rear view), the
よって、駆動カム7が回転してリンクアーム12を介してロッカアーム11の一端部11aを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド13を介して揺動カム9及びバルブリフター16に伝達される。これによって、吸気弁4,4は、そのバルブリフト量が図7のバルブリフト特性で示すように大リフト(L3)になり、その作動角D3が最大になる。このため、各吸気弁4,4の閉時期P3(IC3)が、遅角側に制御された状態になる。なお、ここで、作動角とは吸気弁4,4の開期間のクランク回転角(駆動軸6の回転角の倍)をいう。
Therefore, when the
次に、機関始動時には、イグニッションスイッチをオン操作して、前記駆動モータ07を回転駆動してクランクシャフト02のクランキング回転が開始されるが、このクランキング初期では、コイルスプリング31の付勢力により、バルブリフトは最大リフトと作動角D3も最大に維持されて、吸気弁4,4の閉時期(IC)も下死点より遅角側になっている。
Next, when the engine is started, the ignition switch is turned on, and the
そして、クランキング回転が所定回転まで上昇すると、電子コントローラ22からの制御信号によって電動モータ20が逆回転する。この回転トルクがボール螺子軸23に伝達されて回転すると、この回転に伴ってボールナット24がコイルスプリング31のばね力に抗して図外の位置から電動モータ20に近づく方向へ直線移動する(図3と図4の中間位置付近)。これにより、制御軸17が、図6の位置から時計方向へ所定量だけ回転駆動する。
Then, when the cranking rotation is increased to a predetermined rotation, the
このため、制御カム18は、軸心が制御軸17の軸心から左下方の図5、図6の中間位置付近の回転角度位置に保持される。このため、駆動カム7が回転してリンクアーム12を介してロッカアーム11の一端部11aを押し上げると、そのリフト量がリンク部材13を介して各揺動カム9及びバルブリフター8に伝達され、吸気弁4,4のリフト量が図6に示す大リフト(D3)から中リフト(L2)になり、作動角もD3からD2に小さくなる。これによって、吸気弁4,4の閉時期が進角してピストン下死点に近づくように制御される。
For this reason, the
そして、始動が終了して通常運転に移行すると、コントローラ22によって例えば、小リフト(L1)から中リフト(L2)に制御されると共に小作動角(D1)から中作動角(D2)に制御される。また、後述する吸気VTC2によってリフト位相が、例えば、進角制御される。これによって、吸気弁4,4の閉時期が早くなると共に、排気弁5,5とのバルブオーバーラップも大きくなり、ポンピングロスが低下するため、燃費が向上する。
When the start is completed and the operation is shifted to the normal operation, the
また、アクセルを踏み込んで通常運転から高負荷高回転運転領域に移行した場合は、コントローラ22からの制御信号によって電動モータ20が一方向に回転し、制御軸17は、制御カム18を反時計方向へ回転させて、図6A、Bに示すように軸心を下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム11は、全体が駆動軸6方向寄りに移動して他端部11bがリンクロッド13を介して揺動カム9のカムノーズ部を下方へ押圧して該揺動カム9全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
When the accelerator is depressed to shift from the normal operation to the high load / high rotation operation region, the
よって、駆動カム7が回転してリンクアーム12を介してロッカアーム11の一端部11aを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド13を介して揺動カム9及びバルブリフター8に伝達されるが、そのバルブリフト量は図7に示すようにL3までに連続的に大きくなる。
Therefore, when the
すなわち、吸気弁4,4のリフト量は、機関の運転状態に応じて小リフトのL1から最大リフトL3まで連続的に変化するようになっており、したがって、各吸気弁4,4の作動角も小リフトD1から最大リフトのD3まで連続的に変化する。
That is, the lift amount of the
前記吸気VTC2は、いわゆるベーンタイプのものであって、本出願人が先に出願した例えば特開2007−198367号公報に示す構造とほぼ同様であるから図8及び図9にも基づいて簡単に説明する。
The
すなわち、前記駆動軸6に回転力を伝達するタイミングスプロケット30と、前記駆動軸6の端部に固定されてタイミングスプロケット30内に回転自在に収容されたベーン部材32と、該ベーン部材32を油圧によって正逆回転させる油圧回路33とを備えている。
That is, a
前記タイミングスプロケット30は、前記ベーン部材32を回転自在に収容したハウジング34と、該ハウジング34の前端開口を閉塞する円板状のフロントカバー35と、ハウジング34の後端開口を閉塞するほぼ円板状のリアカバー36とから構成され、これらハウジング34及びフロントカバー35,リアカバー36は、4本の小径ボルト37によって駆動軸6の軸方向から一体的に共締め固定されている。
The
前記ハウジング34は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の約90°位置に4つの隔壁であるシュー34aが内方に向かって突設されている。
The
この各シュー34aは、横断面ほぼ台形状を呈し、ほぼ中央位置に前記各ボルト37の軸部が挿通する4つのボルト挿通孔34bが軸方向へ貫通形成されていると共に、各内端面の高位部位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝内に、コ字形のシール部材38と該シール部材38を内方へ押圧する図外の板ばねが嵌合保持されている。
Each of the
前記フロントカバー35は、円盤プレート状に形成されて、中央に比較的大径な支持孔35aが穿設されていると共に、外周部に前記ハウジング34の各ボルト挿通孔に対応する位置に図外の4つのボルト孔が穿設されている。
The
前記リアカバー36は、後端側に前記タイミングチェーンが噛合する歯車部36aが一体に設けられていると共に、ほぼ中央に大径な軸受孔36bが軸方向に貫通形成されている。
The
前記ベーン部材32は、中央にボルト挿通孔を有する円環状のベーンロータ32aと、該ベーンロータ32aの外周面の周方向のほぼ90°位置に一体に設けられた4つのベーン32bとを備えている。
The
前記ベーンロータ32aは、前端側の小径筒部が前記フロントカバー35の支持孔35aに回転自在に支持されている一方、後端側の小径な円筒部が前記リアカバー36の軸受孔36bに回転自在に支持されている。
In the
また、ベーン部材32は、前記ベーンロータ32aのボルト挿通孔に軸方向から挿通した固定ボルト39によって駆動軸6の前端部に軸方向から固定されている。
The
前記各ベーン32bは、その内の3つが比較的細長い長方体形状に形成され、他の1つが比較的大きな台形状に形成されて、前記3つのベーン32bはそれぞれの幅長さがほぼ同一に設定されているのに対して1つのベーン32bはその幅長さが前記3つのものよりも大きく設定されて、ベーン部材32全体の重量バランスが取られている。
Three of the
また、各ベーン32bは、各シュー34a間に配置されていると共に、各外面の軸方向に形成された細長い保持溝内に前記ハウジング34の内周面に摺接するコ字形のシール部材40及び該シール部材40をハウジング34の内周面方向に押圧する板ばねが夫々嵌着保持されている。また、各ベーン32bの前記タイミングスプロケット30の回転方向のそれぞれの一側面には、ほぼ円形状の2つの凹溝32cがそれぞれ形成されている。
Each
前記各ベーン32bの凹溝32cと該凹溝32cに対向する各シュー34aの対向面10bとの間には、ベーン部材32を遅角側へ回転付勢する付勢手段である一対のコイルスプリング55、56がそれぞれ配置されている。つまり、機関停止時などにおいて、前記油圧回路33からの油圧が供給されずに油圧による変換動力が働かない場合には、ベーン部材32を機械的に最遅角位置に安定的に付勢するようになっている。
A pair of coil springs that are biasing means for rotating and biasing the
この2つのコイルスプリング55,56は、それぞれ独立して形成されて互いに並列に形成されていると共に、それぞれの軸方向の長さ(コイル長)は、前記ベーン32bの一側面とシュー34aの対向面との間の長さよりも大きく設定されて、両者とも同一の長さに設定されている。
The two coil springs 55 and 56 are formed independently and in parallel with each other, and the length in the axial direction (coil length) of each of the coil springs 55 and 56 is opposite to the one side surface of the
各コイルスプリング55,56は、最大圧縮変形時に互いが接触しない軸間距離をもって並設されていると共に、各一端部が各シュー34aの凹溝32cに嵌合する図外の薄板状のリテーナを介して連結されている。
The coil springs 55 and 56 are arranged in parallel with an inter-axis distance that does not contact each other at the time of maximum compression deformation, and a thin plate-like retainer (not shown) whose one end fits into the
また、この各ベーン32bの両側と各シュー34aの両側面との間に、それぞれ4つの進角室41と遅角室42がそれぞれ隔成されている。
Further, four
前記油圧回路33は、図9に示すように、前記各進角室41に対して作動油の油圧を給排する第1油圧通路43と、前記各遅角室42に対して作動油の油圧を給排する第2油圧通路44との2系統の油圧通路を有し、この両油圧通路43,44には、供給通路45とドレン通路46とが夫々通路切換用の電磁切換弁47を介して接続されている。前記供給通路45には、オイルパン48内の油を圧送する一方向のオイルポンプ49が設けられている一方、ドレン通路46の下流端がオイルパン48に連通している。
As shown in FIG. 9, the
前記第1、第2油圧通路43,44は、円柱状の通路構成部39の内部に形成され、この通路構成部39は、一端部が前記ベーンロータ32aの小径筒部から内部の支持穴32d内に挿通配置されている一方、他端部が前記電磁切換弁47に接続されている。
The first and second
また、前記通路構成部39の一端部の外周面と支持穴32dの内周面との間には、各油圧通路43,44の一端側間を隔成シールする3つの環状シール部材60が嵌着固定されている。
Further, between the outer peripheral surface of one end portion of the
前記第1油圧通路43は、前記支持穴32dの駆動軸6側の端部に形成された油室43aと、ベーンロータ32aの内部にほぼ放射状に形成されて油室43aと各進角室41とを連通する4本の分岐路43bとを備えている。
The first
一方、第2油圧通路44は、通路構成部39の一端部内で止められ、該一端部の外周面に形成された環状室44aと、ベーンロータ32の内部にほぼL字形状に折曲形成されて、前記環状室44aと各遅角室42と連通する第2油路44bとを備えている。
On the other hand, the second
前記電磁切換弁47は、4ポート3位置型であって、内部の弁体が各油圧通路43、44と供給通路45及びドレン通路46とを相対的に切り替え制御するようになっていると共に、前記電子コントローラ22からの制御信号によって切り替え作動されるようになっている。
The
この電子コントローラ22は、吸気VEL1と共通のものであって、機関運転状態を検出すると共に、クランク角センサ及び吸気駆動軸角度センサからの信号によってタイミングスプロケット30と駆動軸6との相対回転位置を検出している。
This
そして、前記電磁切換弁47の切り換え作動によって、機関始動時に前記遅角室42に作動油を供給し、その後に、進角室41に作動油を供給するようになっている。
Then, by the switching operation of the
また、前記ベーン部材32とハウジング34との間には、このハウジング34に対してベーン部材32の回転を拘束及び拘束を解除するロック機構が設けられている。
A lock mechanism is provided between the
すなわち、このロック機構は、図9に示すように、前記幅長さの大きな1つのベーン32bとリアカバー36との間に設けられ、前記ベーン32bの内部の駆動軸6軸方向に沿って形成された摺動用穴50と、該摺動用穴50の内部に摺動自在に設けられた有蓋円筒状のロックピン51と、前記リアカバー36に有する固定孔内に固定された横断面カップ状の係合穴構成部52に設けられて、前記ロックピン51のテーパ状先端部51aが係脱する係合穴52aと、前記摺動用穴50の底面側に固定されたスプリングリテーナ53に保持されて、ロックピン51を係合穴52a方向へ付勢するばね部材54とから構成されている。
That is, as shown in FIG. 9, this locking mechanism is provided between one
また、前記係合穴52aには、図外の油孔を介して前記遅角室42内の油圧乃至オイルポンプの油圧が供給されるようになっている。
The
そして、前記ロックピン51は、前記ベーン部材32が最遅角側に回転した位置で、先端部51aが前記ばね部材54のばね力によって係合穴52aに係合してタイミングスプロケット30と駆動軸6との相対回転をロックする。また、前記遅角室42から係合穴52a内に供給された油圧乃至オイルポンプの油圧によって、ロックピン51が後退移動して係合穴52aとの係合が解除される。
The
なお、前記吸気弁4,4のバルブリフト特性を示す図7は、前記吸気VTC2によって吸気弁4,4の開閉タイミングが最遅角側に制御されている場合を示している。ここで、ピークリフト位相はリフト増大とともに僅かに進角側に傾いた状態にあるが、これによって大きな影響はない。
FIG. 7 showing the valve lift characteristics of the
なお、前記吸気VTC2の作動は、前記特開2007−198367号公報とほぼ同様である。
The operation of the
前記排気VTC3は、前記吸気VTC2と全く同じ構成であり、機関停止時において前記油圧回路33の油圧が作用しない場合は、コイルスプリング55,56のばね力によりベーン部材32を最大遅角側の回動位置に安定に付勢するようになっている。また、この排気VTC3は、排気駆動軸角度センサからの情報信号などに基づいて前記電子コントローラ22からの排気弁5,5の開閉バルブタイミングである排気弁リフト位相制御信号を入力してバルブタイミングを制御するようになっている。
The exhaust VTC3 has exactly the same configuration as the intake VTC2, and when the hydraulic pressure of the
以下、図11に基づいて本実施形態の作用について説明するが、これに先だって従来技術の問題点を図10に基づいて説明する。なお、この各図では圧縮行程にある1番気筒(#1気筒)と吸入行程にある3番気筒(#3気筒)を代表的に示しており、この状態では2番気筒(#2気筒)は膨張行程、4番気筒(#4気筒)は排気行程になっている。 Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. 11. Prior to this, the problems of the prior art will be described with reference to FIG. In each figure, the first cylinder (# 1 cylinder) in the compression stroke and the third cylinder (# 3 cylinder) in the intake stroke are representatively shown. In this state, the second cylinder (# 2 cylinder) Is the expansion stroke, and the fourth cylinder (# 4 cylinder) is the exhaust stroke.
機関停止時のクランク角について考察すると、#1気筒が圧縮行程の気筒であったとすると、#1気筒のクランクシャフト02の回転位相(クランク角)つまり、ピストン01の位置は上死点TDCと下死点BDCの中間付近で停止する場合が多い。なぜなら、上死点に近づくとピストン01に作用する圧縮圧力によって下死点側に戻されて、クランクシャフト02は、図中反時計方向に回転し、逆に下死点に近づくと今度は膨張行程にある#2気筒が上死点(#1気筒は下死点)に近づくので、ピストン01に作用する圧縮圧力(コンプレッション)によってクランクシャフト02は時計方向に戻される。この作動バランスによって#1気筒のクランク角は上死点と下死点との中間付近で停止する場合が多いのである。
Considering the crank angle when the engine is stopped, if the # 1 cylinder is a cylinder in the compression stroke, the rotational phase (crank angle) of the
そして、機関停止後、燃焼室04にはピストン01のピストンリングとシリンダ内壁面との間から大気が直ちに浸入して筒内が大気圧になる。
After the engine stops, the atmosphere immediately enters the
次に、機関始動時について考察すると、筒内が大気圧の状態からクランクシャフト02が時計方向に回転してピストン01が上昇し、上死点ではコンプレッションがピークになる。この上死点コンプレッションは、ピストン01の初期位置が低いほど大きく、高いほど小さくなる。つまり、#1気筒の停止クランク角(停止ピストン位置)の影響を受けるのである。
Next, when the engine is started, the
ところで、前述の停止クランク位置であるが、機関停止時の微妙な圧力バランスやフリクションバランスの影響を受けるので、本質的にばらつきが大きい。前記クランク位置制御手段である駆動モータ07を用いて積極的に停止クランク位置を制御しても、やはりある程度のばらつきが残り、したがって、上死点コンプレッションは本質的にばらつきが残る。
By the way, although it is the above-mentioned stop crank position, since it is influenced by the delicate pressure balance and friction balance when the engine is stopped, the variation is essentially large. Even if the stop crank position is positively controlled using the
そのため、始動クランキングの1回目の上死点コンプレッションのばらつきによってクランキングが不安定になったり、または、ばらつきが大きいものとなり、この結果、始動性の不安定化に繋がっていた。 For this reason, the cranking becomes unstable due to the variation in the first top dead center compression of the start cranking, or the variation becomes large. As a result, the startability becomes unstable.
これに対して、本実施形態では、上死点コンプレッションが不安定な停止クランク位置の影響を受けずに、機械的に安定した吸気弁4,4の閉時期、つまり、デフォルトICにより決定されて、クランキングを安定化させることによって始動性を向上させることができるのである。
In contrast, in the present embodiment, the top dead center compression is not affected by the unstable stop crank position, and is determined by the mechanically stable closing timing of the
すなわち、図11に示すように、機関停止時には、吸気弁4,4は、機械的に安定した閉時期(デフォルトIC、IC3)に保持されている。そのとき、吸気弁4,4は、吸気VTC2によって最遅角デフォルトになっており、吸気VEL1によって最大作動角デフォルトになっているので、デフォルトIC(IC3)は上死点寄りであり、十分に遅れた状態に制御されている。一方、停止クランク角Zは、前述の駆動モータ07によって、デフォルトICよりも進み側に制御されている。この進み量は、停止制御のばらつきを考慮してもデフォルトICよりも遅くならないように設定されている。
That is, as shown in FIG. 11, when the engine is stopped, the
ここで、停止クランク角Zの狙いをZ0、ばらつきを±αとおいたとき、もっとも遅角となるZ0+αでも、デフォルトICよりも進んだ位置となっている(Z0+α<デフォルトIC)。 Here, when the aim of the stop crank angle Z is Z0 and the variation is ± α, even the most retarded Z0 + α is a position advanced from the default IC (Z0 + α <default IC).
したがって、制御範囲をZ0−α〜Z0+αとしておけば、停止クランク位置がばらついても停止クランク位置において確実に吸気弁4,4が開いているように設定される。
Therefore, if the control range is set to Z0−α to Z0 + α, the
そして、クランキングが開始され、ピストン01が上昇しても吸気弁4,4が開いているので、直ちには筒内圧が上昇せず大気圧が維持される。前記デフォルトICを向かえて吸気弁4,4が閉じた時点からコンプレッションが発生する。ここで、前記デフォルトICは、機械的に安定する位置であり、ばらつきが殆どないので、上死点コンプレッションが安定する。この結果、クランキングが安定して良好な始動性が得られるのである。
Then, cranking is started, and even if the
また、停止クランク角Zが進角するということは、図11に示すように、別の吸気行程気筒(#3)のピストン01の位置が上昇することになるので、初回のピストン01の吸気ストロークを長くすることができる。
Further, the advancement of the stop crank angle Z means that the position of the
この結果、燃料の霧化時間を十分に取れ、混合気の均質度を高めることができる。したがって、始動時の燃焼性(完爆性能)が良好になって始動性を向上させることができる。一方、吸気弁4、4の閉時期が遅角制御されているので、上死点コンプレッションが十分低下し、始動初期の過度な負荷トルク増加が抑制されて、始動振動の発生を抑制できる。
As a result, sufficient fuel atomization time can be taken and the homogeneity of the air-fuel mixture can be increased. Therefore, the combustibility (complete explosion performance) at the time of starting becomes favorable, and the starting performance can be improved. On the other hand, since the closing timing of the
なお、図11ではクランクシャフト02とピストン01を直結にした状態が記載されているが、実際のピストン01は図1に示すようにコンロッド03を介してクランクシャフト02に連結されているが、クランク角とピストン01上下動の関係は定性的には同様であるから、理解し易いように簡略して記載してある。
Although FIG. 11 shows a state in which the
図12は本実施形態における前記機関始動時の各気筒の状態を示すタイムチャートである。 FIG. 12 is a time chart showing the state of each cylinder when the engine is started in the present embodiment.
点火順序としては、#1気筒、#3気筒、#4気筒、#2気筒の順になっており、これが繰り返される。圧縮行程が#1気筒であると、遅角のデフォルトIC(IC3)に対してクランク角Zが進角しており、前述のメカニズムで上死点コンプレッションが安定する。一方、吸気行程にある#3気筒は、停止クランク角Zが吸気弁4,4の開時期であるデフォルトIO(IO3)付近まで進角しているので、前述と同様に停止クランク角Zからピストン01の十分な吸気ストロークを確保できる。したがって、燃料の霧化時間を十分に取れ、混合気の均質度を高めることができる。この結果、始動燃焼性(完爆性能)が良好になってさらに始動性を向上させることが可能になる。
The order of ignition is # 1 cylinder, # 3 cylinder, # 4 cylinder, # 2 cylinder, and this is repeated. When the compression stroke is the # 1 cylinder, the crank angle Z is advanced with respect to the default IC (IC3) of the retard angle, and the top dead center compression is stabilized by the above-described mechanism. On the other hand, in the # 3 cylinder in the intake stroke, the stop crank angle Z is advanced to the vicinity of the default IO (IO3) that is the opening timing of the
一方、吸気弁4,4の閉時期(IC3)は最大に遅角しているので、上死点コンプレッションが十分低下し、始動初期の過度な負荷トルク増加が抑制されて、始動振動を抑制できる。
On the other hand, since the closing timing (IC3) of the
次の#4気筒は、吸気弁4,4開時期IO3から十分な吸気ストロークを取ることができ、同様に吸気弁4,4の閉時期(IC3)が最大に遅角しているので、#3気筒と同様な振動抑制効果が得られる。
The
さらに、次の#2気筒では、吸気行程を迎えるまでに吸気VEL1で中間作動角D2、吸気VTC2で中間位相に変換されて、吸気弁4,4の閉時期を下死点に近づける(IC2)。#4気筒は3燃焼目で回転もやや高まっているため、始動振動が発生しにくくなっていることから、吸気弁4,4の閉時期ICを下死点に近づけて吸気充填効率を高め、燃焼トルクを増加させる。これによって、さらに回転の上昇が促進される。
Further, in the
さらに、次の#1気筒では、吸気行程を迎えるまでに吸気VEL1によって小作動角D1、吸気VTC2によって進角側に変換されることによって吸気弁4,4の閉時期ICをさらに下死点に近づける(IC1)。これにより、さらに吸気充填効率を高めて、回転上昇が加速されて迅速な始動性が実現できる。
Further, in the
図13及び図14は前記本実施形態の作用を、前記電子コントローラ22による制御フローチャートであって、図13は機関停止に至る部分のフローチャート、図14は機関始動時からのフローチャートである。
FIGS. 13 and 14 are flowcharts showing the operation of the present embodiment, and a control flowchart by the
まず、図13に示すステップ1では、イグニッションスイッチがオフあるいはアイドルステップ条件などの機関停止条件になっているか否かを判別する。ここで、停止条件になっていることを確認すると、ステップ2で、前記デフォルト位置への制御信号を出力する。つまり、吸気弁4,4の閉時期ICは、最遅角のIC3に機械的に落ち着こうとするが、さらに前記吸気VTC2によって最遅角側への変換信号を出力すると共に、吸気VEL1によって最大作動角への変換信号を出力する。これらの変換動力によって閉時期IC3への移行を早め、より確実なものとすることができる。
First, in
そして、ステップ3では、吸気VEL1と吸気VTC2による吸気弁4,4の閉時期と開時期の実位置を検出する。
In
続いて、ステップ4では、前記両者1,2による実閉時期ICが目標閉時期IC3に十分近いか否かを判別する。つまり、実閉時期IC−IC3の絶対値が所定の微小角度ΔIC未満であるか否かを判別する。ここで、未満であると判別した場合はステップ5に移行する。
Subsequently, in
このステップ5では、前記駆動モータ07によりクランク角Zの停止位置制御を行い(Z0±α)、閉時期IC3よりも進角側のZ0に制御する。制御ばらつき±αを考慮しても閉時期IC3より進角側に設定される。この状態でステップ6において機関を停止させる処理を行う。
In
したがって、図11に示すように、所望の停止クランク角と吸気弁4,4の閉時期が得られる。
Therefore, as shown in FIG. 11, a desired stop crank angle and closing timing of the
また、前記ステップ4で、微小角度ΔIC未満でないと判別した場合は、ステップ7に移行する。つまり、前記吸気VEL1や吸気VTC2に故障などによるいわゆるしぶり現象が発生したと認識して、閉時期ICによるデコンプができないと判断してステップ7に移行し、クランク停止位置をZ0に対して遅角側のZ1を目標にしたクランク停止位置制御に変更する。したがって、この場合は、閉時期ICではなく、停止クランク角により、初回の上死点コンプレッションを低減させて最低限の始動性を確保する。また、クランク停止位置制御自体を解除することによって停止クランク角のばらつきは大きくなるものの、遅角側にシフトするので、同様に初回の上死点コンプレッションを低減させて最低限の始動性を確保する。
If it is determined in
次に、図14のフローチャートを説明する。まず、ステップ10で機関始動条件になったと判断すると、ステップ11で、実閉時期ICが十分にデフォルトIC3に近いことを確認し、ステップ12でクランキングを開始してステップ13に移行する。
Next, the flowchart of FIG. 14 will be described. First, when it is determined in
ステップ13では、前記ステップ2と同じく、クランキング開始後も閉時期IC3に変換する信号を出力する。これによって、閉時期IC3にさらに一致させることができる。
In
そして、ステップ14で、クランキングによって所定クランク角(Za)に達したか否かを判別し、達しないと判別した場合はステップ13に戻るが、達したと判別した場合は、ステップ15に移行する。
Then, in
このステップ15では、吸気VEL1と吸気VTC2によって吸気弁4,4の作動角を中間作動角へ、リフト位相を中間位相にそれぞれ変換する信号を出力する。これによって、#3気筒、#4気筒の次に吸気(吸入)行程を向かえる#2気筒で閉時期IC2(中間位相、中間作動角)に制御する。この時点では3燃焼目(吸入)なので、クランキング回転数をやや増加していることから振動の影響が小さくなっている。したがって、閉時期ICを下死点に近づけて吸気充填効率を向上させることで、トルクを高めてクランキング回転をより高めることができる。
In this
さらに、ステップ16では、クランク角(Zb)が所定のクランク角に達したか否かを判別し、達しないと判別した場合は、ステップ5に戻り、達したと判別した場合は、ステップ17において、吸気VEL1と吸気VTC2によって作動角を小作動角に、リフト位相を進角側の位相になるようにそれぞれ制御信号を出力する。これによって、#3気筒と#4気筒及び#2気筒の次に吸気(吸入)行程を向かえる#1気筒から閉時期IC1(小作動角、進角位相)に制御する。この時点では、4燃焼目(吸入)なので、クランク回転数をさらに増加してことから振動の影響がさらに小さくなる。このため、閉時期ICを下死点にさらに近づけ(IC1)、一層吸気充填効率を向上させることによってトルクをさらに高めてクランキング回転を一層高めることができる。これによって、良好で俊敏な機関始動性を実現できる。
Further, in
ステップ18では、機関水温が所定温度に達したか否かを判別し、未だ達していないと判別した場合は、ステップ17に戻るが、達していると判別した場合、つまり暖機完了したと判別した場合はステップ19に移行する。ここでは、機関回転と負荷マップに基づく通常の制御に移行する。
In
なお、前記ステップ11において、実ICがデフォルトIC3に対して大きく乖離していると判断した場合は、吸気VEL1、吸気VTC2が故障などによってしぶりが発生したと判断して、ステップ20〜22に移行してデフォルトIC3に変換する信号を出力し続けるようにすると共に、機関フェールセーフ制御モードに移行する。つまり、ステップ20では、クランキングを開始させる信号を出力し、ステップ21では吸気VEL1と吸気VTC2に、デフォルト位置(IC3)への変換信号を出力しつつステップ22で実ICに基づき、最低限の運転性を確保するフェールセーフ制御を行うのである。
〔第2実施形態〕
図15は本発明の第2実施形態を示し、前記燃料噴射弁による燃料噴射を気筒内(燃焼室04内)にダイレクトに行ういわゆる直噴式の内燃機関に適用されたもので、前記駆動モータ07の駆動に依らず主に燃料を噴射して点火・燃焼することで(自力燃焼)でピストン01を押し下げて回転を開始するもの(自力始動)である。他の構成は第1実施形態と同じである。
If it is determined in
[Second Embodiment]
FIG. 15 shows a second embodiment of the present invention, which is applied to a so-called direct injection type internal combustion engine in which fuel injection by the fuel injection valve is directly performed in a cylinder (inside the combustion chamber 04). Independently of the drive, fuel is injected and ignited and burned (self-combustion) to push down the
図15に示す圧縮行程にある#1気筒のクランク位置は、図11に示す場合と同じくZ、吸気弁4,4の閉時期も同じくデフォルトIC3となっている。
The crank position of the # 1 cylinder in the compression stroke shown in FIG. 15 is Z as in the case of FIG. 11, and the closing timing of the
ここで膨張行程の気筒は#2気筒であって、#1気筒のピストン01が下死点側に進んでいるため、#2気筒のピストン01は上死点側に進んでいる。したがって、膨張行程のピストンストロークを長く取れて、燃焼による膨張仕事を多くさせることができるので、ピストン01を有効に押し下げることで、自力燃焼による始動性を高めることが可能になる。
Here, the cylinder in the expansion stroke is the # 2 cylinder, and the
また、排気弁5,5の開時期(EO)のデフォルト時期EO1は最遅角となっており、下死点に近い位置になっている。この結果、燃焼中に排気弁5,5が開くことによる燃焼圧抜けを抑制し、さらに膨張仕事を増加しピストン01を有効に押し下げることが可能になる。
Further, the default timing EO1 of the opening timing (EO) of the
一方、圧縮行程の#1気筒のピストン01の位置は、図11の場合と同一であり、比較的下死点に近く、吸気弁4,4の閉時期(IC3)は最遅角位置である。したがって、第1実施形態と同様に上死点コンプレッションはIC3で決定され、低くかつ安定的なコンプレッションが得られる。
On the other hand, the position of the
したがって、自力燃焼のトルクによって容易に#1気筒の圧縮上死点越えを実現し、この点からも自力始動性を高めることができる。 Accordingly, the compression top dead center of the # 1 cylinder is easily realized by the self-combustion torque, and the self-startability can be enhanced from this point.
図16は各気筒の作動タイムチャートを示し、停止クランク角Zにおいて、膨張行程の#2気筒で自力燃焼が行われるが、停止クランク角Zから排気弁5,5の開時期(EO1)までのクランク角、すなわち、ピストンストロークが拡大しているため、燃焼によってピストン01が押し下げられる期間やストロークが増加して膨張仕事を増やして駆動トルクを高めることができる。
FIG. 16 is an operation time chart of each cylinder, and self-combustion is performed in the # 2 cylinder in the expansion stroke at the stop crank angle Z, but from the stop crank angle Z to the opening timing (EO1) of the
さらに、圧縮行程の#1気筒のコンプレッションを安定的に低下させることができるので、この駆動トルクによって容易に#1気筒の圧縮上死点(コンプレッション最大)を乗り越えることができる。つまり、上死点前側に押し戻されることがなく、確実に自力燃焼による正回転が得られる。 Further, since the compression of the # 1 cylinder in the compression stroke can be stably reduced, the driving top torque can easily overcome the compression top dead center (maximum compression) of the # 1 cylinder. That is, it is not pushed back toward the top dead center, and positive rotation by self-combustion is reliably obtained.
さらに、#2気筒の次に燃焼する#1気筒について考察すると、初期の圧縮行程において停止クランク位置Zが進んでおり、吸気弁4,4の閉時期(IC3)が遅角しているので、停止クランク角Zから閉時期IC3までの間で筒内の空気を一部排出して閉時期IC3を向かえ、その後、上死点に向けてピストン01が上昇して行き、その途中で筒内に燃料を噴射して点火する。上死点ではある程度のコンプレッションが生じているので、点火すると#2気筒の自力燃焼以上の燃焼トルクが得られ、回転上昇が促進される。
Further, considering the # 1 cylinder that burns next to the # 2 cylinder, the stop crank position Z is advanced in the initial compression stroke, and the closing timing (IC3) of the
次に、#1気筒の次に燃焼する#3気筒について考察すると、初期の吸入行程においてクランク角Zが進んだ位置にあるのでピストン01の吸気ストロークを長く取れることから、筒内直噴燃料の霧化が促進されて燃焼が安定化する。また、吸気弁4,4の閉時期IC3が最大に遅角していることから、吸気の急激な充填効率増加が抑制されると共に、デコンプ効果により、極低回転域で問題となる振動を抑制できる。
Next, considering the # 3 cylinder that burns next to the # 1 cylinder, the crank angle Z is in the advanced position in the initial intake stroke, so that the intake stroke of the
次の#4気筒の燃焼では、吸気弁4,4の開時期IO3から吸入できるので、さらに吸気ストロークを長くでき霧化が一層改善され、また吸気弁閉時期IC3の遅角制御による振動低減効果は維持される。
In the next combustion of the # 4 cylinder, the
次の#2気筒の燃焼(2回目)では、吸入行程までに吸気VEL1による作動角減少制御と吸気VTC2による進角制御が行われ、閉時期ICは下死点側に変化する。これによって、吸気充填効率(ηv)が向上してトルクが増加することから機関の回転上昇が促進されて俊敏な始動性が得られる。ここでは、既にある程度回転が上昇しているので、始動振動は問題とはならない領域になっているのである。 In the next combustion of the # 2 cylinder (second time), the operating angle reduction control by the intake air VEL1 and the advance angle control by the intake air VTC2 are performed by the intake stroke, and the closing timing IC changes to the bottom dead center side. As a result, the intake charge efficiency (ηv) is improved and the torque is increased, so that the engine rotation is promoted and agile startability is obtained. Here, since the rotation has already increased to some extent, the start-up vibration is an area where there is no problem.
そして、次の#1気筒の燃焼(2回目)では、吸入行程までにさらに吸気VEL1による作動角減少制御、吸気VTC2による進角制御によって吸気弁4,4の閉時期ICは下死点付近に進角する。これにより、さらに吸気充填効率(ηv)が向上してトルクが高められ、さらに俊敏な回転により始動性が促進される。
Then, in the next combustion of the # 1 cylinder (second time), the closing timing IC of the
続いて、次の#3気筒の燃焼(2回目)では、逆に吸気弁4,4の閉時期ICを再び遅角させる(IC3)。これは、回転のオーバーシュートを抑制するためにトルクを低下させるのである。あるいは、車両駆動系の共振点と一致する回転数において同様の閉時期ICの遅角制御を行って再度デコンプにして振動対策をすることも可能になる。
Subsequently, in the next combustion of the # 3 cylinder (second time), the closing timing IC of the
また、排気VTC3によって排気弁5,5のリフト位相を中間位相まで進角制御して排気弁5,5の開時期EOを進角する(EO1→EO2)。これによって、膨張行程で燃焼ガスの温度が低下する前に、排気ポートEP側に燃焼ガスを排出することによって、下流の触媒温度の上昇を促し、排気エミッションを低減できる。これは俊敏な始動を実現した次のステップとして、排気エミッション低減を促進するわけであるが、前述のように、始動時間を短くなっているので、排気エミッションの低減効果が大きい。
Further, the exhaust VTC3 advances the lift phase of the
そして、機関水温が所定温度に達した後は、運転性の要求に応じた機関回転と負荷マップによって吸気VEL1、吸気VTC2、排気VTC3が制御されることとなる。 Then, after the engine water temperature reaches a predetermined temperature, the intake VEL1, the intake VTC2, and the exhaust VTC3 are controlled by the engine rotation and the load map according to the demand for operability.
以下、本実施形態におけるコントローラによる制御を図17に示す制御フローチャートによって説明する。 Hereinafter, control by the controller in the present embodiment will be described with reference to a control flowchart shown in FIG.
まず、ステップ20では、機関始動条件か否かを判別し、始動条件にない場合は処理を終了するが、始動条件にある場合は、ステップ21に移行する。
First, in
このステップ21では、クランク角センサと吸気側駆動軸角度センサによって現在の膨張行程にある気筒を判別する。ここで、この膨張行程気筒が例えば#2気筒であったとする。
In this
ステップ22では、吸気VEL1と吸気VTC2によって吸気弁4,4の閉時期がIC3になるように変換する信号を出力する。これにより、前記閉時期IC3に一致させることができる。
In
そして、ステップ23において、膨張行程の#2気筒に筒内噴射と点火を行い、これによって燃焼を開始させる。つまり、自力燃焼を行わせる。
Then, in
この自力燃焼によって、ステップ24で機関の回転を開始させ、ステップ25で点火順序にしたがって燃料噴射と点火信号を出力する。
By this self-combustion, engine rotation is started in
ステップ26では、クランク角Zが所定クランク角(Za)まで回転したか否かを判別し、未だ回転していない場合は戻り、回転している場合は、ステップ27に移行する。
In
このステップ27では、次の#2気筒の燃焼(2サイクル目)の吸入行程に間に合うように吸気VEL1と吸気VTC2にそれぞれ中間作動角、中間位相となるように信号を出力して吸気弁4,4の閉時期をIC2に変換させる。
In this
ステップ28では、ステップ26と同じく、クランク角Zが所定クランク角(Zb)まで回転したか否かを判別し、未だ回転していない場合は戻り、回転している場合は、ステップ29に移行する。
In
ステップ29では、次の#1気筒の燃焼(2サイクル目)の吸入行程に間に合うように、吸気VEL1に小作動角制御信号を、吸気VTC2に進角位相制御信号をそれぞれ出力して吸気弁4,4の閉時期をIC1に変換する。
In
ステップ30では、ステップ28と同じく、クランク角Zが所定クランク角(Zc)まで回転したか否かを判別し、未だ回転していない場合は戻り、回転している場合は、ステップ31に移行する。
In
ここでは、次の#3気筒の燃焼(2サイクル目)の吸入行程に間に合うように、吸気VEL1に最大作動角制御信号を、吸気VTC2に最遅角位相制御信号をそれぞれ出力して吸気弁4,4の閉時期をIC3に変換する。
Here, the
ステップ32では、機関水温が所定温度に達したか否かを判別し、未だ所定温度に達していない場合は戻り、達している場合は、暖機完了であるとしてステップ33に移行する。
In
このステップ33では、機関回転と負荷マップに応じて吸気VEL1と吸気VTC2及び排気VTC3に適宜制御信号を出力して吸気弁4、4の作動角、リフト位相と排気弁5,5のリフト位相をそれぞれ制御して機関運転状態に応じた最適な機関性能を発揮させる。
In this
これら一連の制御による効果は前述と同じである。 The effects of these series of controls are the same as described above.
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではない。また、吸気弁4,4側では、吸気VEL1と吸気VTC2とを併用する例を示したが、一方だけでも構わない。また、排気弁5,5側の排気VTC3を併用する例を示したが、これは必ずしも必要ではない。
The present invention is not limited to the configuration of the embodiment. Moreover, on the
また、吸気弁の閉時期ICや開時期IO、排気弁の開時期や開時期は、まさしく吸気弁、排気弁のリフト開始、終了する時期でもよいが、緩やかなリフト勾配をもつ微小リフト領域であるいわゆるランプ領域を除いた状態でのリフト開始、終了する時期としてもよい。後者の場合が実質的な燃焼ガスの吸い始め・終わり、燃焼ガスの吐き始め・終わりと対応する。 In addition, the intake valve closing timing IC and opening timing IO and the exhaust valve opening timing and opening timing may be exactly the timing of starting and ending lift of the intake valve and exhaust valve, but in a minute lift region having a gradual lift gradient. The lift may be started and finished in a state excluding a certain so-called ramp region. The latter case corresponds to the start / end of substantial combustion gas suction and the start / end of combustion gas discharge.
前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項a〕請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記吸気弁の閉じ状態を、付勢手段の付勢力によって機械的に安定化させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項b〕請求項aに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
可動部がストッパに当接することによって、前記吸気弁の閉じ状態を機械的に安定させたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項c〕請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記吸気弁の作動角を大きくすることによって前記閉時期を可変にするように構成され、機関停止時には、最大作動角で機械的に安定化させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項d〕請求項cに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記吸気弁のリフト位相のみを可変制御する第1可変機構と、前記吸気弁の作動角を可変制御する第2可変機構と、を備え、
前記第1可変機構は、吸気弁のリフト位相を最遅角位置で機械的に安定化することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
The technical ideas of the invention other than the claims ascertained from the embodiment will be described below.
[Claim a] The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the closed state of the intake valve is mechanically stabilized by an urging force of an urging means.
[Claim b] In the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim a,
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the movable portion abuts against a stopper to mechanically stabilize the closed state of the intake valve.
[Claim c] In the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the closing timing is made variable by increasing the operating angle of the intake valve, and mechanically stabilized at the maximum operating angle when the engine is stopped.
[Claim d] In the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim c,
A first variable mechanism that variably controls only the lift phase of the intake valve; and a second variable mechanism that variably controls the operating angle of the intake valve;
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the first variable mechanism mechanically stabilizes the lift phase of the intake valve at the most retarded position.
この発明によれば、2つの可変機構とも吸気弁の閉時期が遅角される側に機械的に安定化するので、吸気弁の閉時期を十分に遅らせることができ、この結果、クランク回転の立ち上げを一層早めることが可能になる。
〔請求項e〕請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
排気弁の開時期を可変制御する排気弁可変機構を設けると共に、該排気弁可変機構は、機関停止時に、排気弁の開時期が遅角側で安定化させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
According to the present invention, since both of the two variable mechanisms are mechanically stabilized so that the closing timing of the intake valve is retarded, the closing timing of the intake valve can be sufficiently delayed. It will be possible to start up even faster.
[Claim e] In the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to
An exhaust valve variable mechanism that variably controls the opening timing of the exhaust valve is provided, and the exhaust valve variable mechanism is characterized in that the opening timing of the exhaust valve is stabilized on the retard side when the engine is stopped. Variable valve device.
この発明によれば、膨張仕事を十分に行わせて燃焼トルクを高めることができ、機関のフリクションが高い始動時において十分な回転の立ち上がりを可能にできる。
〔請求項f〕請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
機関停止時に、前記吸気弁の閉時期が下死点を通過して上死点側で安定化させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項g〕請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
イグニッションスイッチの操作によらず自動的に機関が停止する機関に適用したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項h〕請求項2に記載の内燃機関の始動システムにおいて、
1つの気筒に対してクランク角が180°異なる気筒を備えた多気筒機関に適用されたことを特徴とする内燃機関の始動システム。
According to the present invention, the expansion work can be sufficiently performed to increase the combustion torque, and a sufficient start of rotation can be achieved at the time of start-up with high engine friction.
[Claim f] The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein when the engine is stopped, the closing timing of the intake valve passes through the bottom dead center and is stabilized on the top dead center side.
[Claim g] In the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the variable valve operating apparatus is applied to an engine that automatically stops regardless of operation of an ignition switch.
(Claim h) In the internal combustion engine start system according to
A start system for an internal combustion engine, which is applied to a multi-cylinder engine having a cylinder whose crank angle is 180 ° different from that of one cylinder.
この発明によれば、機関停止時に、クランク停止位置制御手段によって圧縮行程にある気筒のクランク位置が前記遅角側の一定位置でのクランク位置よりも進角側に制御したことに伴い、吸気行程にある気筒のクランク位置も進角するので、ピストンの吸気ストロークを長くできる。したがって、燃料の霧化時間を十分に取れ、混合気の均質度を高めることができる。 According to the present invention, when the engine is stopped, the crank position of the cylinder in the compression stroke is controlled by the crank stop position control means to the advance side rather than the crank position at the constant position on the retard side. Since the crank position of the cylinder is also advanced, the intake stroke of the piston can be lengthened. Therefore, sufficient fuel atomization time can be taken and the homogeneity of the air-fuel mixture can be increased.
一方、吸気弁の閉時期が遅角しているので、始動初期のコンプレッションによる過度な負荷トルク増大を抑制でき、始動時の振動を抑制できる。
〔請求項i〕請求項hに記載の内燃機関の始動システムにおいて、
機関停止時の膨張行程の気筒を判定する気筒判別手段と、
筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
筒内の燃料に点火する燃料点火手段と、を備え、
前記気筒判別手段によって膨張行程と判別された膨張行程気筒に前記燃料噴射手段によって燃料を噴射し、前記燃料点火手段によって燃料に点火して機関を始動させることを特徴とする内燃機関の始動システム。
On the other hand, since the closing timing of the intake valve is retarded, an excessive load torque increase due to the compression at the initial stage of the start can be suppressed, and vibration at the start can be suppressed.
[Claim i] The internal combustion engine start system according to claim h,
Cylinder discriminating means for determining the cylinder of the expansion stroke when the engine is stopped;
Fuel injection means for injecting fuel into the cylinder;
Fuel ignition means for igniting the fuel in the cylinder,
An internal combustion engine start system characterized in that fuel is injected by the fuel injection means into an expansion stroke cylinder determined to be an expansion stroke by the cylinder determination means, and the engine is started by igniting the fuel by the fuel ignition means.
この発明によれば、膨張行程にある気筒を燃焼させて自立始動させる場合に、圧縮行程にある気筒の上死点コンプレッションが低下かつ安定しているので、比較的小さな自立燃焼トルクでも圧縮行程にある気筒が容易に上死点を安定的に乗り越えることができることから、自立始動性が向上する。
〔請求項j〕請求項hに記載の内燃機関の始動システムにおいて、
複数気筒のうち1つの気筒を、前記クランク位置制御手段によって前記ピストンの位置を下死点側に制御し、
前記可変動弁装置によって、吸気弁の閉時期を上死点側に制御したことを特徴とする内燃機関の始動システム。
According to the present invention, when the cylinder in the expansion stroke is burned and started independently, the top dead center compression of the cylinder in the compression stroke is reduced and stable. Since a certain cylinder can easily overcome the top dead center, the self-starting performance is improved.
(Claim j) The internal combustion engine start system according to claim h,
One of a plurality of cylinders is controlled by the crank position control means so that the position of the piston is at the bottom dead center side,
A starting system for an internal combustion engine, wherein the closing timing of the intake valve is controlled to the top dead center side by the variable valve operating device.
この発明によれば、機関始動時における吸気弁の閉時期を安定化させ、かつ上死点コンプレッションが吸気弁の閉時期で決定されるので、上死点コンプレッションが安定して始動クランキング特性を安定化でき、この結果、始動の安定化が図れる。
〔請求項k〕請求項2に記載の内燃機関の始動システムにおいて、
機関停止前に、前記吸気弁の閉弁時期が前記遅角側の一定位置から所定以上乖離した場合には、前記クランク位置制御手段の制御を変更あるいは解除することを特徴とする内燃機関の始動システム。
According to the present invention, the closing timing of the intake valve at the time of starting the engine is stabilized and the top dead center compression is determined by the closing timing of the intake valve, so that the top dead center compression is stabilized and the start cranking characteristic is improved. As a result, the start can be stabilized.
(Claim k) The internal combustion engine starting system according to
Before starting the engine, if the closing timing of the intake valve deviates from a predetermined position on the retard side by a predetermined amount or more, the control of the crank position control means is changed or canceled, and the internal combustion engine is started system.
この発明によれば、可変動弁装置にしぶりなどの以上が発生した場合でも上死点コンプレッションをある程度低下させることができ、最低限の始動性は確保できる。
〔請求項l〕請求項2に記載の内燃機関の始動システムにおいて、
イグニッションスイッチの操作によらずに自動的に停止する機関に用いられていることを特徴とする内燃機関の始動システム。
〔請求項m〕請求項3に記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記クランク位置制御手段によってピストンの位置を下死点側に制御し、
前記可変動弁装置によって、前記吸気弁の閉時期を上死点側に制御したことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
〔請求項n〕請求項3に記載の内燃機関の始動制御装置において、
機関停止直前に前記吸気弁の閉時期が前記遅角側の一定位置から所定以上乖離している場合には、前記クランク位置制御手段の制御を変更あるいは解除することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
〔請求項o〕請求項3に記載の内燃機関の始動制御装置において、
イグニッションスイッチの操作によらず自動的に停止する機関に適用されることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
According to the present invention, the top dead center compression can be reduced to some extent even when the variable valve operating apparatus has the above-described occurrence, and the minimum startability can be ensured.
[Claim 1] The internal combustion engine start system according to
A starting system for an internal combustion engine, characterized in that it is used in an engine that automatically stops regardless of the operation of an ignition switch.
[Claim m] In the internal combustion engine start control apparatus according to
The piston position is controlled to the bottom dead center side by the crank position control means,
An internal combustion engine start control device characterized in that the closing timing of the intake valve is controlled to the top dead center side by the variable valve operating device.
[Claim n] In the internal combustion engine start control apparatus according to
If the closing timing of the intake valve deviates from a predetermined position on the retarded side by a predetermined amount or more immediately before stopping the engine, the control of the crank position control means is changed or canceled, and the internal combustion engine is started Control device.
[Claim o] In the internal combustion engine start control apparatus according to
A start control device for an internal combustion engine, which is applied to an engine that automatically stops regardless of operation of an ignition switch.
01…ピストン
02…クランクシャフト
04…燃焼室
07…駆動モータ(クランク位置制御手段)
1…吸気VEL(第2可変機構)
2…吸気VTC(第1可変機構)
3…排気VTC(第3可変機構)
4…吸気弁
5…排気弁
6…駆動軸
19…駆動機構
20…電動モータ
21…ボール螺子伝達手段
22…電子コントローラ
31…コイルスプリング(吸気VEL側の最大作動角への付勢手段)
55・56…コイルスプリング(吸気VTC側の最遅角方向への付勢手段)
01 ...
1 ... Intake VEL (second variable mechanism)
2 ... Intake VTC (first variable mechanism)
3. Exhaust VTC (third variable mechanism)
DESCRIPTION OF
55, 56 ... Coil spring (means for urging in the most retarded direction on the intake VTC side)
Claims (3)
少なくとも吸気弁の閉時期を可変制御できると共に、
機関停止時に、前記吸気弁の閉時期を、前記ピストンの停止位置制御範囲内で最も遅れた位置よりもさらに遅角側の位置で機械的に安定化させるように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 A variable valve operating device used for an internal combustion engine capable of controlling a stop position of a piston to a position passing through a bottom dead center when the engine is stopped,
At least the intake valve closing timing can be variably controlled,
An internal combustion engine characterized in that, when the engine is stopped, the closing timing of the intake valve is mechanically stabilized at a position more retarded than a position most delayed in the stop position control range of the piston. Variable valve gear for engine.
前記機関停止時に、ピストンの停止位置を吸気弁の閉時期よりも進んだ位置に制御するクランク位置制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の始動システム。 A variable valve system configured such that at least the closing timing of the intake valve can be variably controlled, and when the engine is stopped, the closing timing of the intake valve is stopped at a fixed position on the retard side from the bottom dead center;
Crank position control means for controlling the stop position of the piston to a position advanced from the closing timing of the intake valve when the engine is stopped;
An internal combustion engine starting system comprising:
機関停止時に、クランクシャフト及びピストンの停止位置を制御するクランク位置制御手段と、
を備えた内燃機関の始動制御装置であって、
前記機関停止時に、前記可変動弁装置によって吸気弁の閉時期が下死点よりも遅角側の一定位置になるように制御すると共に、前記クランク位置制御手段によってピストンの停止位置を前記吸気弁の閉時期よりも進んだ位置に制御することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。 A variable valve gear capable of variably controlling at least the closing timing of the intake valve; and
Crank position control means for controlling the stop position of the crankshaft and the piston when the engine is stopped;
An internal combustion engine start control device comprising:
When the engine is stopped, the intake valve is controlled by the variable valve device so that the closing timing of the intake valve becomes a fixed position on the retard side of the bottom dead center, and the stop position of the piston is controlled by the crank position control means. A start control device for an internal combustion engine, wherein the start control device controls to a position advanced from the closing timing of the engine.
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