JP2016070069A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関の吸気弁1の開閉を行う吸気弁用のカム軸8aと排気弁2の開閉を行う排気弁用のカム軸8bとに夫々弁開閉時期制御装置V1,V2を備えると共に、吸気弁用の弁開閉時期制御装置V1及び排気弁用の弁開閉時期制御装置V2の少なくとも何れか一方が電動式であり、吸気弁用の弁開閉時期制御装置V1或いは排気弁用の弁開閉時期制御装置V2のうち電動式のものが故障したとき、故障した弁開閉時期制御装置を最進角位相に位相変換すると共に、故障していない弁開閉時期制御装置を進角側に位相変換し、吸気弁1と排気弁2とのオーバーラップ量を軽減する制御ユニットECUを備えている。
【選択図】図1
Description
即ち、この弁開閉時期制御装置では、故障が発生した場合でも内燃機関の始動を可能にするよう吸気弁用に設けた電動式の弁開閉時期制御装置を最遅角側に位相制御すると共に、排気弁用の弁開閉時期制御装置が最進角側に位相制御される。
そこで本願発明の目的は、多様な形式の内燃機関に適用できる始動性に優れた弁開閉時期制御装置を提供することにある。
一方、排気弁用の弁開閉時期制御装置を油圧式とすることで、弁開閉時期制御装置の構造が電動式のものに比べて簡単かつコンパクトなものとなり、内燃機関への搭載性を損なわずコストの上昇も抑えることができる。
本発明を、以下、図1〜5に基づいて説明する。
図1は、本願に係る第1弁開閉時期制御装置および第2弁開閉時期制御装置が設けられた内燃機関の周りの装備状況を示す。
尚、以降においては弁開閉時期制御装置をVVT(Variable Valve Timing)と略称し、内燃機関をエンジンEと称する。
図2に、第1VVT V1が電動式である場合の模式図を示す。当該第1VVT V1は、遊星歯車式の構造を有する。クランク軸3からの回転力はまずアウタロータ6に設けられたスプロケット5に入力される。このアウタロータ6はリングギアとして機能し、内周面に内歯6aを設けてある。一方、アウタロータ6と同軸芯状にカム軸8が設けてあり、カム軸8の先端にはサンギアとして機能するインナロータ7が設けられている。さらに、アウタロータ6の内歯6aとインナロータ7の外歯7aとに噛み合う状態にプラネタリギア9が設けてある。プラネタリギア9は、例えば二個の平歯車を一対とした三組の歯車部を支持板10に備えている。当該支持板10は、モータ11により、アウタロータ6およびインナロータ7の回転軸芯Xと同軸芯状に回転駆動される。
図1に示す如く、第2VVT V2としては、通常の油圧式のものを用いている。油圧式とすることで、第2VVT V2の構造が電動式のものに比べて簡単かつコンパクトなものとなり、内燃機関への搭載性を損なわずコストの上昇も抑えることができる。この第2VVT V2には、クランク軸3と同期回転するアウタロータ6と、このアウタロータ6と同軸状に配置され、第2カム軸8bと一体回転するインナロータ7とを備えている。当該アウタロータ6は、インナロータ7に対して所定の位相範囲内で相対回転可能に外装され、スプロケット5を備えている。このスプロケット5と吸気弁用のアウタロータ6に設けられたスプロケット5、及び、クランク軸3に設けられたスプロケット5との間にタイミングチェーンやタイミングベルト等の動力伝達部材4が架設される。
尚、図示は省略するが、油圧式のVVTには、アウタロータ6とインナロータ7との相対位相を固定するロック機構が設けられている。即ち、インナロータ7とアウタロータ6との間には、両ロータの相対回転位相が最進角位相と最遅角位相との間に設定された所定の中間ロック位相にあるときに、両ロータの相対回転を拘束できるロック機構が設けられている。エンジンEの始動に際してはVVTがこの位相に設定され、良好な始動性を得ることができる。なお、本発明は、中間ロック位相を備えていないVVTに適用されてもよい。
例えば、吸気弁用に設けられた電動式の第1VVT V1が故障した場合には、以下のように第2VVT V2を動作させる。
図3の左図には、吸気弁1の第1VVT V1、および、排気弁2の第2VVT V2が正常に稼働している場合の、エンジン始動時の吸気弁1および排気弁2の弁開閉タイミングを示してある。一方、図3の右図には、第1VVT V1が故障した場合の、エンジン始動時の吸気弁1および排気弁2の弁開閉タイミングを示す。第1VVT V1が故障すると、プラネタリギア9が駆動できなくなる。そのため、アウタロータ6に対してプラネタリギア9の回転が遅れ、インナロータ7と一体の第1カム軸8が最進角位相に変位する。この最進角位相は、アウタロータ6とインナロータ7とに亘って設けられた係合部15cおよび最進角ストッパ15aによって機械的に決められる。第1カム軸8aの回転位相が適切でなくなると、吸気側の第1カム軸センサ12・排気側の第2カム軸センサ13・クランク軸センサ14の各出力により故障が検出される。この検出結果に基づいてECUの故障診断部36は、健全な第2VVT V2の相対位相がさらに進角方向に変換可能であるときはこれを進角制御する。
図4、図5に示す如く、本実施形態においては、ECUが電動式の第1VVT V1が故障したことを検知した段階で、エンジンEのアイドル回転数を上昇させることとしてもよい。
即ち、吸気弁1および排気弁2のオーバーラップ量を制御した場合でも、当該オーバーラップ量が最適にならない場合がある。例えば、オーバーラップ量が大きくなると排気の一部が吸気に混入してしまい、燃焼性が悪化することとなる。特に、エンジンEが高温で低回転運転を行うような場合に影響は大きくなり、VVTが正常なときに比べてアイドル安定性が劣るものとなる。これを改善するため、本実施形態のごとくアイドル回転数を上昇させることで、シリンダ22に供給する混合気量が増大して混合気の燃焼性が高まり、アイドル安定性が改善される。
本実施形態にあっては、図4、図5に示す如く、電動式の第1VVT V1が故障したとき、吸気弁1および排気弁2の開閉時期の設定状態に応じてECUの点火時期制御部34が内燃機関の点火時期を早めるように構成してもよい。
上記電動式のVVTは、吸気弁1に用いるだけでなく、排気弁2に用いられてもよい。また、電動式のVVTを排気弁用のみに使用し、吸気弁用としては油圧式の第2VVT V2を使用するものであっても良い。
仮に、電動式の第2VVT V2が故障した場合には、当該VVTの位相も最進角制御させる。ただし、排気弁2にあっては、通常始動時の位相が排気側に設定されているので、最進角位相に変位させた場合であっても始動状態に大きな変化はない。よって、この場合には、故障していない吸気弁1の位相をそれほど大きく進角方向に変位させる必要はなく、排気弁2の最進角位相に応じてエンジン始動が最適となる位相まで吸気弁1の位相を進角させればよい。
この場合には、エンジンEの始動性を高めるべく、アイドル回転数を増大させる制御や点火時期の早期化制御を併用するとよい。
2 排気弁
3 クランク軸
6 アウタロータ
7 インナロータ
8a 吸気弁用の第1カム軸
8b 排気弁用の第2カム軸
12 第1カム軸センサ
13 第2カム軸センサ
14 クランク軸センサ
ECU 制御ユニット
V1 第1弁開閉時期制御装置
V2 第2弁開閉時期制御装置
Claims (5)
- 内燃機関の吸気弁の開閉を行う第1カム軸、および、内燃機関の排気弁の開閉を行う第2カム軸の少なくとも何れか一方に設けられた電動式の弁開閉時期制御装置と、
前記電動式の弁開閉時期制御装置が故障したとき、当該電動式の弁開閉時期制御装置を最進角位相に位相変換する制御ユニットとを備えている弁開閉時期制御装置。 - 前記電動式の弁開閉時期制御装置が故障したとき、前記制御ユニットが内燃機関のアイドル回転数を予め設定してある回転数まで増大する請求項1に記載の弁開閉時期制御装置。
- 前記第1カム軸および前記第2カム軸の夫々の回転角を検出するカム軸センサと、
クランク軸の回転角を検出するクランク軸センサと、
前記内燃機関のクランク軸と同期回転するアウタロータと、
前記アウタロータと同軸上に回転可能に支持されるインナロータとを備え、
前記電動式の弁開閉時期制御装置が故障したとき、前記吸気弁および前記排気弁の開閉時期の設定状態に応じて、前記カム軸センサおよび前記クランク軸センサによって検出された情報および前記制御ユニットに予め記憶されたマップに基づき、前記制御ユニットが前記内燃機関の点火時期を早める請求項1または2に記載の弁開閉時期制御装置。 - 前記第1カム軸に第1弁開閉時期制御装置が設けられ、前記第2カム軸に第2弁開閉時期制御装置が設けられており、
このうち電動式の弁開閉時期制御装置が故障して最進角位相に変換され、故障していない他の弁開閉時期制御装置がさらに進角方向に位相変換可能であるとき、
前記故障した電動式の弁開閉時期制御装置だけが最進角制御された状態での前記吸気弁の開放期間と前記排気弁の開放期間とがオーバーラップする期間に対し、前記故障していない他の弁開閉時期制御装置を進角方向に位相変換させたのちのオーバーラップ期間が短くなるように前記制御ユニットが前記他の弁開閉時期制御装置を進角側に位相変換する請求項1から3の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。 - 前記第1弁開閉時期制御装置が電動式であり、前記第2弁開閉時期制御装置が油圧式である請求項4に記載の弁開閉時期制御装置。
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