(57)【要約】【課題】作動応答性の低下を招くことなく、オイルポンプの小型化・小容量化により装置の小型化・低コスト化・フリクション低減化等を図る。【解決手段】吸気弁側と排気弁側のそれぞれに、オイルポンプからの油圧により作動してバルブリフト特性を変更するバルブタイミング変更機構（ＶＴＣ）を設ける。油温センサにより検出される油温Ｏｔが所定の第２油温閾値Ｏｔ２を越えると（Ｓ１５ａ）、排気ＶＴＣの作動を禁止し（Ｓ１６ａ）、油温ＯｔがＯｔ２よりも高い値である第１油温閾値Ｏｔ１を越えると、吸気ＶＴＣの作動を禁止する。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動油を加圧する油圧源と、
油圧により作動して吸気弁のバルブリフト特性を変更する吸気側可変動弁機構と、
油圧により作動して排気弁のバルブリフト特性を変更する排気側可変動弁機構と、
油圧に関連する油圧パラメータを検出する油圧パラメータ検出手段と、
上記油圧パラメータに基づいて、吸気側可変動弁機構と排気側可変動弁機構の少なくとも一方の作動を禁止する作動禁止手段と、
を有する内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
上記油圧パラメータ検出手段が油温を検出する油温センサであり、
上記作動禁止手段は、油温センサにより検出される油温が第１油温閾値を越える場合に、吸気側可変動弁機構と排気側可変動弁機構の少なくとも一方の作動を禁止する請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
上記作動禁止手段は、油温センサにより検出される油温が第１油温閾値を越える場合に、吸気側可変動弁機構及び排気側可変動弁機構の双方の作動を禁止する請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
上記作動禁止手段は、油温センサにより検出される油温が第１油閾値よりも低い値である第２油温閾値を越える場合に、排気側可変動弁機構のみの作動を禁止する請求項２又は３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
上記油圧パラメータ検出手段が油圧を検出する油圧センサであり、
上記作動禁止手段は、油圧センサにより検出される油圧が第１油圧閾値よりも低い場合に、吸気側可変動弁機構と排気側可変動弁機構の少なくとも一方の作動を禁止する請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
上記作動禁止手段は、油圧センサにより検出される油圧が第１油圧閾値よりも低い場合に、吸気側可変動弁機構及び排気側可変動弁機構の双方の作動を禁止する請求項５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項７】
上記作動禁止手段は、油圧センサにより検出される油圧が第１油圧閾値よりも高い値である第２油圧閾値よりも低い場合に、排気側可変動弁機構のみの作動を禁止する請求項５又は６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項８】
上記油圧源から吸気側可変動弁機構への供給油圧を切換・制御する吸気側油圧制御弁と、上記油圧源から排気側可変動弁機構への供給油圧を切換・制御する排気側油圧制御弁と、を有し、
上記作動禁止手段は、油圧制御弁による油圧の供給を禁止することにより、可変動弁機構の作動を禁止する請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気側及び排気側の双方に、油圧により作動する可変動弁機構を設けた内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の出力や燃費の性能向上を図るために、従来より、吸・排気弁のバルブリフト特性を変更可能な様々な可変動弁機構が提案されている。例えば、特許文献１には、油圧式アクチュエータと電気式アクチュエータとを併用する可変動弁機構が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６１７２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
吸気側と排気側の双方に、オイルポンプ等の油圧源からの油圧により作動してバルブリフト特性を変更する可変動弁機構をそれぞれ設けた場合、以下のような課題がある。油圧が低い（油温が高い）状況では、双方の可変動弁機構の作動応答性を確保するためには、オイルポンプの大容量化・大型化を招き、コストの増加や装置の大型化を招いてしまう。あるいは、少なくとも一方の可変動弁機構を電動式とすると、やはりコストの増加を招くとともに、電力消費量が増大し、可変動弁機構による本来の目的である燃費の向上効果を十分に得ることができない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、吸気側と排気側のそれぞれに、油圧により作動してバルブリフト特性を変更する可変動弁機構を適用した内燃機関の可変動弁装置において、油圧の低下・油温の上昇等により可変動弁機構の作動応答性が確保できなくなることを回避しつつ、オイルポンプ等の油圧源の小型化・小容量化により低コスト化・燃費向上等を図ることができる新規な内燃機関の可変動弁装置を提供することを主たる目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
吸気弁側と排気弁側のそれぞれに、油圧源からの油圧により作動してバルブリフト特性を変更する可変動弁機構を設ける。油圧に関連する油圧パラメータを検出し、この油圧パラメータに基づいて、吸気側可変動弁機構と排気側可変動弁機構の少なくとも一方の作動を禁止する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧パラメータに基づいて少なくとも一方の可変動弁機構の作動を禁止しているため、オイルポンプ等の油圧源を大型化・大容量化することなく、可変動弁機構の作動応答性が不用意に低下することを回避できる。従って、フェールセーフ性の低下を招くことなく、油圧源を小型化・小容量化し、低コスト化・燃費向上等を図ることができる。
【０００８】
【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に基づいて詳細に説明する。図１を参照して、吸気側可変動弁機構としての吸気側可変バルブタイミング機構（以下、吸気ＶＴＣと呼ぶ）１３は、吸気弁のバルブタイミングを連続的に変更可能であり、排気側可変動弁機構としての排気側可変バルブタイミング機構（以下、排気ＶＴＣと呼ぶ）１５は、排気弁のバルブタイミングを連続的に変更可能である。これらのＶＴＣ（バルブ・タイミング・コントロール）自体は上述した特開２００２−１６１７２１号公報にも開示されているように公知であり、ここでは簡単な説明にとどめる。
【０００９】
各ＶＴＣは、クランクシャフトに連動して回転するカムスプロケット４７に固定されたハウジング４３と、このハウジング４３内に収容され、かつ、吸気カムシャフト１４又は排気カムシャフト１６に固定されたベーン４４と、を有している。ベーン４４とハウジング４３との間には、２本のＶＴＣ給油路３４又は３５（吸気側では３４ａ，３４ｂ；排気側では３５ａ，３５ｂ）にそれぞれ接続する２系統の油圧室４５，４６が液密に画成されている。これらの油圧室４５，４６に供給される油圧に応じて、ベーン４４がハウジング４３に対して回転し、クランクシャフトの位相に対するカムシャフト１４，１６の位相が変化し、吸・排気弁の作動角の位相が進角側・遅角側に変化する。
【００１０】
エンジンコントロールユニット１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータであり、後述するような各種制御処理を記憶及び実行する。すなわち、エンジンコントロールユニット１は、水温信号２、吸入空気量信号３、スロットルセンサ信号４，酸素センサ信号５、エンジン回転信号６、吸気カム角センサ信号１９、及び排気カム角センサ信号２０等の車両運転状態を表す様々な検出信号に基づいて、各種アクチュエータへ制御信号を出力し、特に、吸気側油圧制御弁としての吸気ＶＴＣソレノイド１１および排気側油圧制御弁としての排気ＶＴＣソレノイド１２へ、それぞれ指令値（通電量）としての吸気ＶＴＣ制御信号９と排気ＶＴＣ制御信号１０とを出力する。ＶＴＣソレノイド１１，１２は、指令値に応じてＶＴＣ給油路３４，３５の接続状況及び開度を制御して、油圧室４５，４６への供給油圧を制御する。
【００１１】
図２，６はＶＴＣ１３，１５の油圧回路を簡略的に示している。シリンダブロック４１には油圧源としてのオイルポンプ３１が設けられている。オイルポンプ３１により加圧された作動油（潤滑油・エンジンオイル）は、ブロックメインギャラリ３２，ＶＴＣソレノイド給油路３３，上述したＶＴＣソレノイド１１，１２及びＶＴＣ給油路３４，３５を経由して、シリンダヘッド４２に設けられたＶＴＣ１３，１５へ供給される。
【００１２】
後述する第１，２，５実施例では、図２に示すように、オイルポンプ３１からＶＴＣソレノイド１１，１２への油圧供給経路の途中、例えばブロックメインギャラリ３２に、油圧に関連する油圧パラメータとしての作動油の温度すなわち油温を検出する油温センサ（油圧パラメータ検出手段）２４が設けられている。後述する第３，４，６実施例では、図６に示すように、オイルポンプ３１からＶＴＣソレノイド１１，１２への油圧供給経路の途中、例えばＶＴＣソレノイド給油路３３に、作動油の圧力すなわち油圧を検出する油圧センサ（油圧パラメータ検出手段）２２が設けられている。
【００１３】
図３〜５，７，８，１０，１１は、エンジンコントロールユニット１により記憶・実行される制御処理を示すフローチャートである。図３を参照して、Ｓ（ステップ）１では、吸気ＶＴＣ切換許可フラグＶｉ及び排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅを０に初期化する。Ｓ２では、主に機関回転数及び機関負荷に基づいて、吸気ＶＴＣ１３の油圧室４５，４６の少なくとも一方に油圧を供給して吸気ＶＴＣ１３を作動する作動領域（ＯＮ領域）であるかを判定する。吸気ＶＴＣ１３の作動領域であると判定された場合には、Ｓ３へ進み、吸気ＶＴＣ切換許可フラグＶｉを１とする。吸気ＶＴＣ１３の作動領域でないと判定された場合、Ｓ３がバイパスされ、Ｖｉは０のままとなる。同様に、Ｓ４では、主に機関回転数及び機関負荷に基づいて、排気ＶＴＣ１５の油圧室４５，４６の少なくとも一方に油圧を供給して排気ＶＴＣ１５を作動する作動領域（ＯＮ領域）であるかを判定する。排気ＶＴＣ１３の作動領域であると判定された場合には、Ｓ５へ進み、排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅを１とする。排気ＶＴＣ１５の作動領域でないと判定された場合、Ｓ５がバイパスされ、Ｖｅは０のままとなる。
【００１４】
この図３のＳ２及びＳ４では、主に機関回転数及び機関負荷に基づく要求によりＶＴＣへ油圧を供給してＶＴＣを作動する領域であるかを判定しており、後述する実施例での油温の上昇や油圧の低下の影響は考慮されていない。
【００１５】
図４は、本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１１では、図３のルーチンにより設定された吸気ＶＴＣ切換許可フラグＶｉ及び排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅの値を読み込む。Ｓ１２では、吸気ＶＴＣ切換許可フラグＶｉが１であるかを判定する。Ｓ１３では、排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅが１であるかを判定する。Ｖｉ及びＶｅの双方が１と判定された場合、すなわち、吸気ＶＴＣ１３の作動領域であり、かつ、排気ＶＴＣ１５の作動領域である場合に限り、Ｓ１４以降の処理を行い、それ以外の場合、本ルーチンを終了する。
【００１６】
Ｓ１４では、図２に示す油温センサ２４の出力値Ｏｔ（図１の油温センサ信号２３）を読み込む。Ｓ１５では、出力値（油温）Ｏｔが、所定の第１油温閾値Ｏｔ１（例えば１２０〜１３０℃）を越える第１高油温状態であるかを判定する。第１高油温状態と判定された場合、Ｓ１６へ進み、吸気ＶＴＣ切換許可フラグＶｉの値を０とするとともに、排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅの値を０とする。つまり、吸気ＶＴＣ１３の作動を禁止するとともに、排気ＶＴＣ１５の作動を禁止する。
【００１７】
この第１実施例によれば、油温が高く、作動油の粘度が低下して油圧が低くなる第１高油温状態では、吸気ＶＴＣ１３及び排気ＶＴＣ１５の双方の作動、すなわち油圧の供給を禁止している。従って、ＶＴＣの作動応答性を保証するために、オイルポンプ３１の容量を過度に大きく確保することなく、ＶＴＣの作動応答性が不用意に低下することを回避でき、かつ、オイルポンプ３１の小型化・小容量化により、コストの低下・装置の小型化及びフリクションの低減化等を図ることができる。
【００１８】
図５は、本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１１〜Ｓ１４の処理は図４の第１実施例と同様である。Ｓ１５ａでは、油温センサ２４の出力値（油温）Ｏｔが、所定の第２油温閾値Ｏｔ２を越える第２高油温状態であるかを判定する。第２高油温状態と判定された場合、Ｓ１６ａへ進み、排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅの値を０とする。つまり、吸気ＶＴＣ１３の作動を禁止することなく、排気ＶＴＣ１５の作動のみを禁止する。
【００１９】
この第２実施例に係る作用・効果について図９を参照して説明する。
【００２０】
▲１▼例えばパーシャル域では、吸気ＶＴＣ１３により吸気弁開時期ＩＶＯを進角させて、ＩＶＯから排気弁開時期ＥＶＯまでのオーバーラップを増大することにより、内部ＥＧＲ量を増大させて燃費の向上を図る。
【００２１】
▲２▼低速域等では、吸気弁閉時期ＩＶＣを進角させて、このＩＶＣを下死点に近づけることにより、実圧縮比を高くして、トルクの向上を図る。
【００２２】
▲３▼排気通路（排気管）内の排気脈動によって、排圧が低いときに排気を排出する方が排気が排出され易いので、全開域等では、ＥＶＣを遅角して排気の排出を促進し、出力向上を図る。
【００２３】
従って、この第２実施例のように、第２高油温状態（フェール時）では、排気ＶＴＣ１５のみの作動を禁止することにより、吸気ＶＴＣ１３の作動による上記▲１▼，▲２▼の効果を確保しつつ、第１実施例と同様、オイルポンプ３１の小型化・小容量化によりコストの低減化・フリクションの低減化等を図ることができる。
【００２４】
高油温時に排気ＶＴＣ１５の作動を禁止するため、上記▲３▼の出力向上効果は得られない。しかしながら、このような高油温時には、出力向上を図る必要性が低く、実用上問題ない。
【００２５】
図９を参照して、（イ）吸気ＶＴＣ１３を進角してバルブオーバーラップを設けている場合と、（ロ）排気ＶＴＣ１５を遅角してバルブオーバーラップを設けている場合と、を比較すると、（イ）では、主として上死点前にＥＧＲが得られるため、ピストン上昇に伴いＥＧＲを排出させ易く、（ロ）では、主として上死点後にＥＧＲが得られるため、ピストン下降に伴いＥＧＲを筒内に引き込み易い。
【００２６】
油圧により作動するＶＴＣでは、信号入力から実作動がなされるまでにある程度の応答遅れを伴う。このため、例えば（イ）又は（ロ）の運転領域から急ブレーキを踏んでアイドル領域等の状態（ハ）へ移行する過渡期に、仮に（ロ）の状態が維持されると筒内にＥＧＲを引き込み易いため、燃焼が不安定となり易い。これに対し、（イ）の状態では燃焼が比較的安定する。従って、この第２実施例のように、高油温時には排気ＶＴＣのみの作動を禁止することにより、（ロ）のようなバルブオーバーラップとなることを抑制・回避して、燃焼安定性を向上することができる。
【００２７】
更に、上記の第２油温閾値Ｏｔ２を第１実施例の第１油温閾値Ｏｔ１よりも低く設定することにより、ＶＴＣの作動領域を拡大し、運転性の向上を図ることができる。
【００２８】
図７は本発明の第３実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１１〜Ｓ１４までの処理は上述した図４の第１実施例と同様である。Ｓ１５ｂでは、図６に示す油圧センサ２２の出力（図１の油圧センサ信号２１）、すなわち油圧Ｏｐが、所定の第１油圧閾値（例えば１００〜１５０Ｐａ）Ｏｐ１よりも低い第１低油圧状態であるかを判定する。第１低油圧状態であると判定された場合、Ｓ１６ｂへ進み、吸気ＶＴＣ切換許可フラグＶｉの値および排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅの値を０とする。これにより、吸気ＶＴＣ１３の作動が禁止されるとともに、排気ＶＴＣ１５の作動が禁止される。
【００２９】
吸気ＶＴＣおよび排気ＶＴＣは油圧により作動させており、油圧が低い場合に、その作動特性が悪化（応答性が遅くなる等）する。油温が高くなれば粘度の低下に伴い油圧が低下する特性を有しているため、前述した第１，第２実施例では油圧の代用特性として従来のエンジンにおいても一般的に用いられている油温センサの油温を油圧に関連するパラメータとして利用し、部品点数の低減化・低コスト化等を図っている。それに対して、この第３実施例では代用特性である油温に代えて油圧を直接的に検知しているため、吸気ＶＴＣおよび排気ＶＴＣの制御精度に優れている。
【００３０】
図８は、本発明の第４実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１１〜Ｓ１４までの処理は上記図４の第１実施例と同様である。Ｓ１５ｃでは、油圧センサ２２の出力（油圧）Ｏｐが、所定の第２油圧閾値Ｏｐ２よりも低い第２低油圧状態であるかを判定する。第２低油圧状態であると判定された場合、Ｓ１６ｃへ進み、吸気ＶＴＣ切換許可フラグＶｉを変更することなく、排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅの値のみを０とする。これにより、吸気ＶＴＣ１３の作動が禁止されることなく、排気ＶＴＣ１５の作動のみが禁止される。
【００３１】
このような第４実施例によれば、上述した第２実施例と第３実施例の主要な作用効果を併せて得ることができる。つまり、排気ＶＴＣのみの作動を禁止することにより、油圧に関する吸気ＶＴＣの作動領域を限界まで拡大でき、運転性が向上し、かつ、吸気ＶＴＣのみの作動を禁止する場合に比して、燃焼安定性が向上する。また、油圧を直接的に検知できるため、第３実施例と同様、制御精度を向上できる。更に、第２油圧閾値Ｏｐを第３実施例の第１油圧閾値Ｏｐ１よりも高く設定することにより、ＶＴＣの作動領域を拡大し、運転性の向上を図ることができる。
【００３２】
図１０は、本発明の第５実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１１〜Ｓ１６ａまでの処理は図５の第２実施例と同様である。すなわち、油温センサ２４により検出される油温Ｏｔが第２油温閾値Ｏｔ２より高い第２高油温状態では、Ｓ１５ａからＳ１６ａへ進み、排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅを０として、排気ＶＴＣ１５の作動を禁止する。続くＳ１７では、油温Ｏｔが、上記の第２油温閾値Ｏｔ２よりも高い値である第１油温閾値Ｏｔ１（Ｏｔ１＞Ｏｔ２）を越える第１高油温状態であるかを判定する。第１高油温状態と判定されると、Ｓ１８へ進み、吸気ＶＴＣ切換許可フラグＶｉを０として、吸気ＶＴＣ１３の作動を禁止する。
【００３３】
この第５実施例によれば、第２実施例とほぼ同様の効果が得られることに加え、油温の上昇に応じて排気ＶＴＣ１５の作動禁止と吸気ＶＴＣ１３の作動禁止とがこの順に適切に行われるため、ＶＴＣの作動応答性の不用意な低下等のフェール状態を確実に回避しつつ、ＶＴＣの作動領域を十分に確保し、機関運転性の向上を図ることができる。
【００３４】
図１１は本発明の第６実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１１〜Ｓ１６ｃまでの処理は図８の第４実施例と同様である。すなわち、油圧センサ２２により検出される油圧Ｏｐが第２油圧閾値Ｏｐ２より低い第２低油圧状態では、Ｓ１５ｃからＳ１６ｃへ進み、排気ＶＴＣ切換許可フラグＶｅを０として、排気ＶＴＣ１５の作動を禁止する。続くＳ１７ａでは、油圧Ｏｐが、上記の第２油圧閾値Ｏｐ２よりも更に低い値である第１油圧閾値Ｏｐ１（Ｏｐ１＜Ｏｐ２）よりも低い第１低油圧状態であるかを判定する。第１低油圧状態と判定されると、Ｓ１８へ進み、吸気ＶＴＣ切換許可フラグＶｉを０として、吸気ＶＴＣ１３の作動を禁止する。
【００３５】
この第６実施例によれば、第４実施例とほぼ同様の効果が得られることに加え、油圧の低下に応じて排気ＶＴＣ１５の作動禁止と吸気ＶＴＣ１３の作動禁止とがこの順に段階的に行われるため、ＶＴＣのフェール（作動応答性の低下）を確実に回避しつつ、ＶＴＣの作動領域を拡大し、機関運転性を向上することができる。
【００３６】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例ではバルブリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構が用いられているが、これに限らず、油圧の供給・停止に応じてバルブリフト特性を２段階に切り換える２位置切換型の可変動弁機構であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の可変動弁装置を示す概略構成図。
【図２】油圧回路に油温センサを設けた例を示す油圧回路図。
【図３】切換許可フラグの設定処理の流れを示すフローチャート。
【図４】本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図５】本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図６】油圧回路に油圧センサを設けた例を示す油圧回路図。
【図７】本発明の第３実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図８】本発明の第４実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図９】排気ＶＴＣの作動のみを禁止する場合の作用効果を説明するための説明図。
【図１０】本発明の第５実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図１１】本発明の第６実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジンコントロールユニット（作動禁止手段）
１１…吸気ＶＴＣソレノイド（吸気側油圧制御弁・作動禁止手段）
１３…吸気ＶＴＣ（吸気側可変動弁機構）
１２…排気ＶＴＣソレノイド（排気側油圧制御弁・作動禁止手段）
１５…排気ＶＴＣ（排気側可変動弁機構）
２２…油圧センサ（油圧パラメータ検出手段）
２４…油温センサ（油圧パラメータ検出手段）
３１…オイルポンプ（油圧源）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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