JP2752705B2 - エンジンの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、バルブ作動特性を可変としたエンジンの制
御方法に関する。

なお、バルブ作動特性の切換とは、吸気バルブもしく
は排気バルブの開閉時期、開放期間およびバルブリフト
量の少なくとも一つを切換えることを言い、１気筒内の
複数の吸気バルブまたは排気バルブの少なくとも１つの
バルブの開放期間を実質的に零にして、これを閉弁状態
に切換えることも含む。

（従来の技術） 吸気バルブと排気バルブの両方またはどちらか一方の
バルブ作動特性を低回転領域に適した低速バルブ作動特
性と、高回転領域に適した高速バルブ作動特性とに切換
自在としたエンジンが、特公昭49−33289号公報に開示
されているが、このものでは、エンジンの回転数が所定
値以下で、且つ吸気負圧が所定値以下（真空側）の領域
で低速バルブ作動特性に切換わり、その他の領域では高
速バルブ作動特性に切り換わる。

また、特願昭63−192239号で提案されているバルブ作
動特性の切換制御方法においては、エンジンの低速バル
ブ作動特性使用状態での出力トルクと、高速バルブ作動
特性使用状態での出力トルクとが略一致する点でバルブ
作動特性の切換を行っている。

なお、バルブ作動特性使用状態とは、エンジンの全て
のバルブが、同じ回転領域に適したバルブ作動特性で作
動している状態をいう。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような切換方法を用いると、以下に説明するよ
うな、切換時のエンジントルクの変動に伴うショックが
問題となる。

まず、切換動作を安定させるためのヒステリシスによ
るものである。一般に、切換動作が頻繁に行われるのを
防ぐために、ある一方から他方へのバルブ作動特性使用
状態の切換点を両バルブ作動特性使用状態におけるエン
ジン出力トルクの一致点にセットして、これと逆すなわ
ち他方から一方への切換点は、ヒステリスを設けてトル
クの一致点からずらしてセットする。すると、この他方
から一方への切換点では両バルブ作動特性使用状態にお
けるエンジンの出力トルクに差ができるので、切換時に
急激なトルク変動が生ずる。

また、マニュアル操作等でバルブ作動特性使用状態を
強制的に切換える場合、この切換点ではトルク差がある
ことが多く、ここでもトルク変動が生ずる。

さらに、燃費重視の走行モード選択時においては、低
燃費走行に最適なように、等燃費曲線の交点においてバ
ルブ作動特性使用状態の切換が行われるが、この交点で
はトルクが一致せず、このためトルク変動が生ずる場合
が多い。

本発明は、以上の問題に鑑み、バルブ作動特性使用状
態切換時のショックを低減することができるようなエン
ジンの制御方法を提案することを目的とする。

ロ．発明の構成 （問題を解決するための手段） 以上のような問題を解決するために、本発明では、バ
ルブ作動特性を各気筒毎に切換自在とし、各気筒におけ
る吸気バルブのバルブ作動特性と排気バルブのバルブ作
動特性との組合わせに対応する複数の切換モードを設定
し、１のバルブ作動特性使用状態から他のバルブ作動特
性使用状態への切換条件が成立したときに、この１のバ
ルブ作動特性使用状態におけるエンジンの出力トルク
が、他のバルブ作動特性使用状態におけるエンジンの出
力トルクに、複数の切換モードを介して徐々に近づくよ
うに切換モードの選択順序を設定し、この選択順序に従
って、１のバルブ作動特性使用状態から他のバルブ作動
特性使用状態への切換を行うようにしている。

（作用） このような制御方法を用いれば、エンジンが、あるバ
ルブ作動特性使用状態から他のバルブ作動特性使用状態
に切換わるときに、この切換点において、両バルブ作動
特性使用状態でのエンジン出力トルクに差がある場合、
エンジンは、出力トルクが徐々に変化するように、切換
前のバルブ作動特性使用状態から段階的に切換目標のバ
ルブ作動特性使用状態に移行する。したがって、急激な
トルク変動のないスムーズな切換ができ、ショックの防
止に繋がる。

（実施例） 以下、本発明に係る制御方法の好ましい実施例につい
て、図面を用いて説明する。

第１図は、本発明に係る制御方法を用いるためのエン
ジンの構成を示したものである。

可変バルブタイミング・リフト機構VTは、シリンダこ
とに吸気バルブ用と、排気バルブ用とが別々に第１ロッ
カシャフト６および第２ロッカシャフト６′上に配設さ
れている。

オイルポンプOPから供給されたオイルは、第１リニア
ソレノイドバルブV1および第２リニアソレノイドバルブ
V2を介して、それぞれ第１ロッカシャフト６内の油路31
と、第２ロッカシャフト６′内の油路31′に入り、吸気
バルブ用の連結切換手段（21a〜21d）および排気バルブ
用の連結切換手段（21a′〜21d′）を作動させる。

ここで油路31および油路31′内の油圧は、上記リニア
ソレノイドバルブ（V1,V2）によって制御され、その制
御油圧は、コントロールユニットCUからの切換信号VTS
の電流値に応じたコイル101,102の励磁力とバランスが
とれるように設定される。

次に、可変バルブタイミング・リフト機構VTについて
第２図および第３図を参照しながら説明する。エンジン
Ｅの各機構毎に一対の吸気バルブ1a,1bが配設され、こ
れら一対の吸気バルブ1a,1bは、エンジンの回転に同期
して1/2の回転比で駆動されるカムシャフト２に一体的
に設けられた第１低速用カム3,第２低速用カム３′およ
び高速用カム５と、カムシャフト２と平行なロッカシャ
フト６に枢支される第1,第２および第３ロッカアーム7,
8,9との働きによって開閉作動される。

カムシャフト２はエンジン本体の上方で回転自在に配
設されており、第１低速用カム３は一方の吸気バルブ1a
に対応する位置でカムシャフト２に一体的に設けられ、
第２低速用カム３′は他方の吸気バルブ1bに対応する位
置でカムシャフト２に一体的に設けられる。また、高速
用カム５は両吸気バルブ1a,1b間に対応する位置でカム
シャフト２に一体的に設けられる。しかも、第１および
第２低速用カム3,3′はエンジンの低速運転時に対応し
た高位部3a,3a′を有する。高速用カム５はエンジンの
高速運転時に対応した高位部5aを有する。

ロッカシャフト６には第１〜第３ロッカアーム７〜９
がそれぞれ枢支され、第１および第２ロッカアーム7,8
は各吸気バルブ1a,1bの上方位置まで延設される。ま
た、第１ロッカアーム７の上部には低速用カム３に摺接
するカムスリッパ10が設けられ、第２ロッカアーム８の
上部には第２低速用カム４に当接し得るカムスリッパ11
が設けられる。なお、各吸気バルブ1a,1bは、バルブば
ね16,17により閉弁方向すなわち上方に向けて付勢され
ている。

第３ロッカアーム９は、第１および第２ロッカアーム
7,8間でロッカシャフト６に枢支される。この第３ロッ
カアーム９は、ロッカシャフト６から両吸気バルブ1a,1
b側に僅かに延出され、その上部には高速用カム５に摺
接するカムスリッパが設けられる。

第３図に示すように、第１〜第３ロッカアーム7,8,9
は、相互に摺接されており、それらの相対角度変位を可
能とする状態と、各ロッカアーム７〜９を一体的に連結
する状態とを切換可能な連結手段21が第１〜第２ロッカ
アーム7,8,9に設けられる。

連結切換手段21は、第１および第３ロッカアーム7,9
を連結する位置およびその連結を解除する位置間で移動
可能な第１ピストン22と、第３および第２ロッカアーム
9,8を連結する位置およびその連結を解除する位置間で
移動可能な第２ピストン23と、第１および第２ピストン
22,23の移動を規制するストッパ24と、第１および第２
ピストン22,23を連結解除位置側に移動させるべくスト
ッパ24を付勢するリターンスプリング25とを備える。

これら第１および第２ピストン22,23の移動は、切換
バルブ91の作動に応じて油路31,32,30を通って油圧室29
内に供給される油圧により行われる。

なお、このような可変バルブタイミング・リフト機構
は、例えば、特開昭62−121811号公報に詳細に開示され
ている。

次に、上記のように構成された可変バルブタイミング
・リフト機構VTの作動を説明する。

エンジンＥの低速運転時には、切換バルブ91がOFFで
あり、第３図に示すように油路31と油圧源（図示せず）
との連通が断たれており、連結切換手段21の油圧室29に
油圧が供給されず、ストッパ24はリターンスプリング25
によって第３ロッカアーム９側に押圧される。このため
各ロッカアーム7,8,9はそれぞれ独立して変位可能であ
る。

このような連結切換手段21の連結解除状態にあって、
カムシャフト２の回転動作により、第１ロッカアーム７
は第１低速用カム３との摺接に応じて揺動し、第２ロッ
カアーム８は第２低速用カム３′との摺接に応じて揺動
する。したがって、両吸気バルブ1a,1bが、第１および
第２低速用カム3,3′によって開閉作動する。このと
き、第３ロッカアーム９は高速用カム５との摺接により
揺動するが、その揺動動作は両吸気バルブ1a,1bの作動
に何の影響も及ぼさない。

このようにして、エンジンＥの低速運転時には、第5A
図において破線３および一点鎖線３′で示すように、一
方の吸気バルブ1aが第１低速用カム３の形状に応じたタ
イミングおよびリフト量で開閉作動し、他方の吸気バル
ブ1bが第２低速用カム３′の形状に応じたタイミングお
よびリフト量で開閉作動する。したがって低速運転に適
した混合気流入速度が得られ、燃費の低減およびキッキ
ング防止を図るとともに、最適な低速運転を行わせるこ
とができる。

なお、低速運転に適した混合気流入速度を得るため
に、例えば、第5B図に示すように、第２低速用カム３′
の高位部3a′を低くして低速運転時には吸気バルブ1bの
開放時間・量を極く僅かにするようにしても良く、さら
には、上記高位部3a′を零にして、低速運転時には吸気
バルブ1bを全く開弁させないようにしてバルブ休止状態
を作り出すようにしても良い。

エンジンＥの高速運転に際しては、切換バルブ91がON
であり、第４図に示すように切換バルブ91により油圧源
（図示せず）と油路31とが連通されており、連結切換手
段21の油圧室29に作動油圧が供給される。これにより、
第４図に示すように、ストッパ24が規制段部36に当接す
るまで、第１および第２ピストン22,23が移動し、第１
ピストン22により第１および第３ロッカアーム7,9が連
結され、第２ピストン23により第３および第２ロッカア
ーム9,8が連結される。

このようにして、第１〜第３ロッカアーム7,8,9が連
結切換手段21によって相互に連結された状態では、高速
用カム５に摺接した第３ロッカアーム９の揺動量が最も
大きいので、第１および第２ロッカアーム7,8は第３ロ
ッカアーム９とともに揺動する。したがって、エンジン
Ｅの高速運転時には、第5A図において実線５で示すよう
に、両吸気バルブ1a,1bが、高速用カム５の形状に応じ
たタイミングおよびリフト量で開閉作動する。この場合
のタイミングおよびリフト量は、低速運転時のそれらよ
り大きく、高速運転に適する吸気が得られるようになっ
ており、エンジン出力の向上を図ることができる。

以上のような作動において、第１および第２低速用カ
ム3,3′に基づく吸気バルブ1a,1bの開閉タイミングおよ
びリフト量を低速バルブ作動特性と称し、高速用カム５
に基づく吸気バルブ1a,1bの開閉タイミングおよびリフ
ト量を高速バルブ作動特性と称する。両バルブ作動特性
は、低速運転領域と高速運転領域とに分けて用いられ、
このときのエンジン出力トルクとエンジン回転数との関
係は第６図のようになる。この図においては、低速バル
ブ作動特性使用状態での特性を線Ｌで示し、高速バルブ
作動特性使用状態での特性を線Ｈで示しており、通常、
バルブ作動特性の切換は、これらの線Ｌ、Ｈの交点Ｃに
おいて行われる。しかし、前述のように低速バルブ作動
特性使用状態から高速バルブ作動特性使用状態への切換
点と、その逆の切換点とでヒステリシスが設けられてい
る場合や、マニュアル操作等で強制的に切換えられる場
合には、例えば、点Ｃ′のように両バルブ作動特性使用
状態における出力トルクに差がある点で切換が行われる
ことになり、この場合急激なトルク変動がある。

次に本制御方法において予め設定される切換モードに
ついて説明する。

このエンジンでは、前述のように、吸気バルブのバル
ブ作動特性と排気バルブのバルブ作動特性が別々に選択
可能であり、かつシリンダ毎にも別々に選択可能である
ので、これらの組合わせにより、例えば、エンジンを低
速バルブ作動特性使用状態から高速バルブ作動特性使用
状態へ切換える場合、第９図のような切換モードを設定
できる。

切換モードM1では、シリンダ＃１の排気バルブのみが
高速バルブ作動特性であり、他のバルブは、低速バルブ
作動特性のままである。次の切換モードM2では、シリン
ダ＃１とシリンダ＃２の排気バルブが高速バルブ作動特
性である。また切換モードM5では、全ての排気バルブと
シリンダ＃１の吸気バルブが高速バルブ作動特性であ
る。このように、切換モード番号が大きくなるにつれ、
高速バルブ作動特性に切換わっているバルブが増加し、
最終の切換モードM7では、シリンダ＃４の吸気バルブの
みが低速バルブ作動特性となっている。

次に、第７図の制御フローを用いて、エンジンが低速
バルブ作動特性使用状態から高速バルブ作動特性使用状
態へ切換わる場合について、本発明に係る制御方法を説
明する。

まずステップS1においてエンジン回転数Neおよびスロ
ットル開度θ_thを検出し、これら両パラメータからステ
ップS2において、切換条件が成立したか否かを判断す
る。切換条件が成立すると、ステップS3に進み、ここで
エンジン出力トルクが現在低速バルブ作動特性使用状態
での出力トルクから切換目標である高速バルブ作動特性
使用状態でのエンジン出力トルクに徐々に近づくよう
に、第９図のように設定されている各切換モードを使用
する順に並び換えて選択順序n_MODEを設定する。このと
き、切換前後のバルブ作動特性使用状態でのエンジン出
力トルクの差が比較的小さければ、例えば、第９図に示
した切換モードの中からM1,M3,M5…というように、一つ
置きに選択順序を設定したり、トルク差が比較的大きけ
れば、M1,M1,M2,M2,M3,M3…というように、全ての切換
モードを何度か繰り返すように選択順序を設定したりし
ても良い。

次に、ステップS4において、ステップS3で設定した選
択順序n_MODEに従って、n_MODE＝１の切換モードが選択さ
れる。ステップS5では、この切換モードの選択順序n
_MODEが最終選択順序n_LMTであるか否かを判断し、n_LMTで
ないときは、ステップS6に進む。ステップS6では、選択
された切換モードに従って各バルブのバルブ作動特性を
設定すべく、第１図に示した第１リニアソレノイドバル
ブV1および第２リニアソレノイドバルブV2に切換信号VT
Sを送って、油路31および油路31′内の油圧を変化させ
る。なお、第１図の吸気バルブ用の各連結切換手段（21
a〜21d）は、それぞれ異なるバネ定数のリターンスプリ
ング（25a〜25d）を有している。例えば、リターンスプ
リング（25a〜25d）のバネ定数をそれぞれk_a,k_b,k_c,k_d
として、k_a＜k_b＜k_c＜k_dとすると、前述のように連結切
換手段21の作動は、油圧室29内の油圧が、リターンスプ
リング25の反力に打ち勝った時に開始されるので、各連
結切換手段（21a〜21d）の作動開始油圧は、第８図のよ
うに、P_a＜P_b＜P_c＜P_dとなる。このことは、排気バルブ
用の連結切換手段（21a′〜21d′）も同様であるので、
それぞれのバネ定数をk_a,k_b,k_c,k_dとしても差し支えな
い。そこで第１リニアソレノイドバルブV1および第２リ
ニアソレノイドバルブV2に送る切換信号VTSの電流値を
適当に設定して、油路31および油路31′内の油圧を変化
させれば、吸気バルブ、排気バルブともバルブ毎にバル
ブ作動特性を設定することができる。例えば、第９図中
の切換モードM1であれば、連結切換手段21a′だけを第
４図のように連結状態にするために、油路31′内の油圧
をP_aに設定し、また、切換モードM5であれば、油路31内
の油圧をPaに、油路31′内の油圧をP_dに設定すれば良
い。

次回以降のルーチンでは、ステップS1,S2を経て、ス
テップS7において、選択順序n_MODE≠０であるのを見
て、切換モードが進行中であると判断し、ステップS4に
進み、次の選択順序の切換モードを選択する。このよう
にして、エンジンを低速バルブ作動特性使用状態から高
速バルブ作動特性使用状態に切換えた場合の出力トルク
の変化を示したものが第10図である。切換モード進行中
におけるエンジン出力トルクは、低速バルブ作動特性使
用状態LVTでの出力トルクT_Lから切換モードが進行する
に従って徐々に切換目標である高速バルブ作動特性使用
状態HVTでの出力トルクT_Hに近づく。

こうして、ステップS5において、最終選択順序n_LMTの
切換モードを終了した（n_MODE＞n_LMT）と判断すると、
ステップS8に進み、全てのバルブのバルブ作動特性を高
速バルブ作動特性とするような切換信号VTSを出力し、
切換動作を終了する。

以上のように、この制御方法では、エンジンが、低速
バルブ作動特性使用状態から高速バルブ作動特性使用状
態に切換わるときに、この切換点において、両バルブ作
動特性使用状態でのエンジン出力トルクに差がある場
合、エンジンは、出力トルクが徐々に変化するように、
低速バルブ作動特性使用状態から段階的に高速バルブ作
動特性使用状態に移行する。したがって、急激なトルク
変動のないスムーズな切換ができ、ショックの防止がで
きる。

なお、高速バルブ作動特性使用状態から低速バルブ作
動特性使用状態への切換の場合は、第９図に示した切換
モードを、この切換用のものとすれば同様の効果が得ら
れるので、ここでは説明を省略する。

また、本実施例では、リニアソレノイドバルブを用い
て各連結切換手段の作動油圧を制御したが、他の方法と
して、各連結切換手段それぞれに例えば、ソレノイドバ
ルブを用いて作動油を給排しても良い。この場合は、各
連結切換手段のリターンスプリングは、同一バネ定数の
もので良く、作動油圧も一定で良い。

（効果） 以上のような制御方法を用いれば、エンジンが、ある
バルブ作動特性使用状態から他のバルブ作動特性使用状
態に切換わるときに、この切換点において、両バルブ作
動特性使用状態でのエンジン出力トルクに差がある場
合、エンジンは、出力トルクが徐々に変化するように、
切換前のバルブ作動特性使用状態から段階的に切換目標
のバルブ作動特性使用状態に移行する。したがって、エ
ンジン出力トルクも徐々に変化し、急激なトルク変動の
ないスムーズな切換ができ、ショックの防止ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る制御方法を用いるためのエンジ
ンの構成を示す概略図、 第２図、第３図および第４図は、上記エンジンの可変バ
ルブタイミング・リフト機構を示す断面図、 第5A図と第5B図は、上記可変バルブタイミング・リフト
機構のバルブタイミングとリフト量の関係を示したグラ
フ、 第６図は、上記可変バルブタイミング・リフト機構によ
るエンジン出力トルクとエンジン回転数の関係を示した
グラフ、 第７図は、上記エンジンの制御方法の制御フロー、 第８図は、上記可変バルブタイミング・リフト機構の連
結切換手段の作動開始油圧を概念的に示したグラフ、 第９図は、本発明に係る制御方法に用いる切換モード、 第10図は、上記制御方法を用いたエンジンの出力トルク
の変化を概念的に示したグラフである。 1a,1b……吸気バルブ 3,3′……低速用バルブ、５……高速用バルブ 21……連結切換手段 25……リターンスプリング V1,V2……リニアソレノイドバルブ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方
   のバルブ作動特性が切換自在であり、このバルブ作動特
   性が切換自在であるバルブが、バルブ毎に独立してバル
   ブ作動特性を選択可能なエンジンにおいて、 各気筒における前記吸気バルブのバルブ作動特性と前記
   排気バルブのバルブ作動特性との組合わせに対応する複
   数の切換モードを設定し、 １のバルブ作動特性使用状態から他のバルブ作動特性使
   用状態への切換条件が成立したときに、この１のバルブ
   作動特性使用状態における前記エンジンの出力トルク
   が、他のバルブ作動特性使用状態における前記エンジン
   の出力トルクに、前記複数の切換モードを介して徐々に
   近づくように前記切換モードの選択順序を設定し、 この設定された選択順序に従って、前記１のバルブ作動
   特性使用状態から他のバルブ作動特性使用状態への切換
   を行うことを特徴とするエンジンの制御方法。