JPH04171230A - 内燃機関の出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は運転条件によってカムを切換える可変動弁機構
を備える内燃機関の出力制御装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関の吸排気弁を駆動する動弁装置は、機関の要求
する出力特性に合わせて、最適なバルブタイミングが得
られるように設定されている。

ところが、この要求バルブタイミングは機関の運転条件
によってそれぞれ異なり、例えば低負荷域ではバルブリ
フト、開弁期間は共に小さく、これに対して高負荷域で
は大きなバルブリフトと開弁期間が要求される。自動車
用内燃機関のように運転条件が広範囲にわたるものは、
バルブタイミングをどの運転領域を対象に設定するかが
なかなか難しく、いずれにしても、総ての運転条件で最
適なマツチングとすることはできない。

そこで、特開昭６３−１６７０１６号公報にあるように
、カム特性（カムプロフィル〉の異なる複数のカムを備
えておき、運転条件によってカムの切換えを行うことに
より、それぞれにおいて最適なバルブタイミングで運転
することを可能とした、可変動弁装置が提案されている
。

これは低回転域で高いトルク特性をもつ低速型のカムと
、高回転域で高いトルク特性の高速型カムとを、運転条
件により切換えるもので、低速域から高速域まで高出力
を発揮させようとするものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記したカムの切換えは、切換の前後で機関
出力が不連続に変化することのないように、同一のスロ
ットル開度において出力が一致する回転数を選んで行な
われる。

ところが、選択されるカムとして、低回転域と高回転域
とで全開出力（ドルクンを重視した特性の２つの出力カ
ム（あるいは全回転域ので出力を重視した特性の単一の
出力カム）と、部分負荷域で燃費を重視した燃費カムと
を備えている場合、燃費カムから出力カムへの切換（あ
るいはこの逆へめ切換〉は、燃費カムでの発生トルクが
相対的に低いことから、切換の前後で同一のスロットル
開度を維持しようとするとトルク段差が非常に大きくな
ってしまう。

上記したように低速型の出力カムと高速型の出力カムと
の間の切換は、同一の出力となる回転数を境に切換れば
よいが、燃費カムの場合は吸気弁のリフトが小さく、閉
弁時期も下死点前にあり、要求トルクを確保するのに必
要なスロットル開度が相対的に大きく、このためボンピ
ングロスが少なく燃費が良いのであるが、この燃費カム
からリフトも開弁期間も大きい出力カムへと切換るとき
は、スロットル開度が同一のままでは発生トルクが大き
すぎて、切換時に大きなトルクショックが発生するので
ある。もちろんこのことは、出力カムから燃費カムへの
切換時にも、発生トルクの急減というかたちで現れる。

なお、カムへの切換は運転者の意志、つまりアクセルペ
ダルの開度変化等に応じて行なわれ、例えば燃費カムで
の運転中にアクセルペダルがさらに踏み込丈れて燃費カ
ムでの領域を越えた出力トルクを要求しているときは、
そのときの回転域から低速型か高速型の出力カムのいず
れかが選択され、切換られることになる。

したがって、カム切換が燃費カムと出力カムとの間で実
行されるときは、そのままのアクセル開度を維持すると
、運転者の全く予期しない出力トルクの急変を生じるこ
とになり、運転者はアクセルを戻したり、踏み込んだり
のアクセル操作を要求され、運転操作性が著しく悪化し
てしまう。

そこで本発明は、アクセルペダルとスロットルバルブと
を切り離して、カムの切換に同期してスロットル開度を
制御することにより、切換時のトルク段差を吸収するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） そこで本発明は、第１１Ｎに示すように、高出力を発生
する特性に設定した出力カム６１と、燃費が良好となる
特性に設定した燃費カム６２と、これらのカムを運転状
態によって選択的に切換えると共にこのカムの運動を吸
気弁に伝達するカム切換機構６３とを備えた内燃機関に
おいて、アクセルペダルとは独立してスロットルバルブ
を開閉駆動する手段６４と、要求アクセル開度に応じた
出力トルクが生じるようにスロットル開度を制御する手
段６５と、前記カムの切換時に切換前後の発生トルクが
同一となるようにスロットル開度を補正する手段６６と
を備える９ （作用） カムの切換時期が判断され、燃費カムから出力カムへの
切換時には、トルクの急増を防ぐようにスロットル開度
が減少補正され、また、出力カムから燃費カムへの切換
時には、トルクの急減を防ぐようにスロットル開度が増
加補正され、それぞれ切換の前後において同一のトルク
を維持する。

したがって運転者はカム切換の前後でアクセルの補正操
作をする必要が全くなく、運転上の違和感をなくすこと
ができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第２図、第３図に可変動弁装置の具体的な構成を
示すが、これ自体は本出願人により、特願平２−１１７
２６１号として、既に提案されている。

２１は燃費重視型のカムプロフィルに設定され、カムリ
フト及びリフト区間の共に小さい第１カム（燃費カム）
、２２は低回転域で高トルクを発生するカムプロフィル
に設定され、前記第１カム２１よりもカムリフトが相対
的に大きい第２カム（低速型出力カム）、２３は高回転
域で高トルクを発生するカムプロフィルに設定され、第
２カム２２よりもカムリフト、リフト区間の大きい第３
カム（高速型出力カム）で、これらは同一のカムシャフ
トに並列的に設けられる。

２４は吸・排気弁（吸気弁または排気弁）、２５はロー
ラ２６を介して前記第１カム２１と常時接触するメイン
ロッカーアームで、ロッカーシャフト２７を支点に揺動
して、吸・排気弁２４を開閉する。

メインロッカーアーム２５にはンヤフト３０を支点にし
て揺動する２つのサブロッカーアーム２８．２９が前記
ローラ２６と並列的に支持され、一方のサブロッカーア
ーム２８は前記第２カム２２と、他方のサブロッカーア
ーム２９は前記第３カム２３と接触する。

これらサブロッカーアーム２８．２９はメインロッカー
アーム２５と係合していないときは、ロストモーション
スプリング３１により常時第２゜第３カム２２．２３に
接触するように付勢され、メインロッカーアーム２５か
らは独立して運動（揺動）する。

これらサブロッカーアーム２８．２９をメインロッカー
アーム２５に対して選択的に係合するため、まず一方の
サブロッカーアーム２８の揺動部位には円柱形のビン３
２が、またメインロッカーアーム２５にもこのビン３２
と同軸上にビン３４が、それぞれカムシャフト方向に摺
動自由に配設され、かつこれらビン３２．３４は常時は
リターンスプリング３６に付勢されて第２図の状態に保
持され、メインロッカーアーム２５との係合を解かれて
いるが、ビン３４の収装された油圧室３８に通路４０を
介して圧油が導かれると、ビン３２と３４が所定量だけ
押し出されて、サブロッカーアーム２８がメインロッカ
ーアーム２５と係合するようになっている。

サブロッカーアーム２８がメインロッカーアーム２５と
一体になるのは、第１カム２１及び第２カム２２がベー
スサークルにあるときで、一体後は第１カム２１よりも
リフトの大きい第２カム２２に従ったバルブタイミング
に切換わる。

つまり、第１カム２１による燃費重視の特性から、第２
カム２２による低回転域での出力重視の特性に切換ちれ
るのである。

他方のサブロッカーアーム２９についても、これと同様
に構成され、油圧室３９に通路４１を介して圧油が導か
れると、ビン３５と３３がリターンスプリング３７に抗
して押し出され、サブロッカーアーム２９がメインロッ
カーアーム２５に係合することにより、バルブタイミン
グは前記と同じく第１カム２１よりもリフト、リフト区
間の共に大きい第３カム２３に依存するように切換られ
、高回転域での出力重視の特性が得られるのである。

なお、第４図に第１カム２１から第３カム２３までのバ
ルブリフト特性を示す。そして、各カムを用いたときの
全開出力特性は、第５図のようになり、第１カム２１に
よれば、発生トルクは低いものの燃費が良く、第２カム
２２ては低回転域での最大トルクが最も高く、第３カム
２３は低回転域での発生トルクは第２カム２２よりも小
さいものの、高回転域での最大トルクは最も大きくなる
。

ところで、第１カム２１から第２、第３カム２２．２３
への切換や、その反対に第２、第３カム２２．２３から
第１カム２１への切換を制御するなめに第６図に示すよ
うなコントロールユニット５１が備えられ、運転状態に
よって最適なカムが選択されるのである。

コントローユニット５１におけるこのカムの選択は第５
図の特性に基づいて、要求するトルクと回転数が例えば
燃費カムである第１カム２１の領域にあるときはこの燃
費カムを用い、この状態からアクセル開度が増加して要
求トルクが燃費カムの領域を外れて例えば低速型出力カ
ムである第２カム２２の領域に移行すると、燃費カムか
ら低速型出力カムに切換られ、また、回転数が低回転域
から高回転域に上昇してくると、高速型出力カムである
第３カム２３に切換られるのである。

このため、コントロールユニット５１には機関回転数、
クランク角度位置を検出するクランク角センサ５２、ア
クセルペダルの操作量〈踏込量）を検出するアクセル操
作量センサ５３、実際に選択されたカム位置を検出する
カムポジションセンサ５８からの信号が入力し、これら
に基づいて上記のようにカムの切換時期が判定されたら
、前記２つの油圧室３８．３９への油圧の切換を行う電
磁弁４５と４６の作動を制御するのである。

つまり、一方の電磁弁４５が開かれると第２カム２２を
働かせるために油圧室３８にオイルポンプからの圧油が
導かれ、他方の電磁弁４６を開くことにより今度は第３
カム２３を働かせるため油圧室３９に圧油が導かれるの
である。

ところでコントロールユニンｌ〜５１は、このようなカ
ムの切換時に大きなトルク段差を生じ、不連続な出力変
動により運転性を悪化させたり、車体振動を誘発したり
する現象を回避するために、切換に対応して吸気通路に
設けたスロットルバルブ５７の開度と、点火装置５つの
点火時期を補正制御する。

スロットルバルブ５７はコントロールユニット５１から
の信号を受けるサーボ駆動回路５５、及びこの駆動信号
に基づいて作動するサーボモータ５６を介して、図示し
ないアクセルペダルとは独立して開度が増減され、同時
にスロットルバルブ５７の実際の開度はスロットル開度
センサ５４を介してコントロールユニット５１にフィー
ドバックされる。なお、スロットルバルブ５７は各気筒
毎に独立させた吸気通路にそれぞれ設けることもできる
。

コントロールユニット５】は基本的にはアクセル操作量
センサ５３の信号から要求トルクを判断し、カムポジシ
ョセンサ５８の出力から求めたそのときのカム位置で、
要求トルクを発生するのに必要なスロットル開度位置を
演算し、サーボモータ５６を介してスロットルバルブ５
７の開度を決定する。そして、カム切換が判断されたと
きは、第１カム２１から第２または第３カム２２．２３
への切換時には、サーボ駆動回路５５、サーボモータ５
６を介してスロットルバルブ５７の開度を、その切換目
標とのトルク段差に応じて減少するように補正し、トル
ク増大分を吸収する。また、第２または第３カム２２．
２３から第１カム２１に切換るときは、逆にスロットル
バルブ５７の開度を増大させてトルク段差を吸収する方
向に出力の補正制御を行う。

また、コントロールユニット５１は同時に点火装置５９
に対する点火時期信号をカム切換時に一定時間だけリタ
ードさせることにより、トルク段差を吸収する方向に出
力を補正制御する。

なお、第２カム２２と第３カム２３との間の切換は、第
５図のように、アクセル全開で同一トルクを発生する機
関回転数があるので、このときを境にして行えばよく、
もちろんスロットル全開でないところでも、同一スロッ
トル開度でトルクが一致する回転数があるのて、この回
転数で切換ればスロットル開度の補正は必要ない。

したがって、カム切換時に出力の補正制御が必要となる
のは、主として燃費カムと出力カムとの間であり、これ
らの制御動作について具体的に、第７図のフローチャー
ト並びに第８図（ａ）（ｂ）のタイミングチャートにし
たがって説明する。

ステップ１．２でクランク角度センサの出力からクラン
ク角度θ、回転数Ｎ、アクセル操作員センサの出力から
アクセル開度Ａｃｅを読み取る。

そして、運転状態がカムの切換領域にきたかどうかを第
５図をもとに判定し、切換の必要性が判定されたならば
、燃費カムから出力カムへの切換か、あるいはその逆の
切換かを判断する（ステップ３．４）。

燃費カムから出力カムへの切換時にはスロットル開度を
減少する補正を行うが、第９図にも示すように、そのと
きの回転数Ｎとスロットル開度Ｔｖｏから求まる負荷（
トルク）が、切換の前後で同一となるような補正スロッ
トル開度Ｔｖｏを、予め回転数とスロットル開度を基準
に設定されたテーブルから読込む。また、同様にして点
火時期のリタード値も読込む（ステップ５．６〉。

そして、カムの切換が前記したように油圧制御により実
際に行なわれる時期にきたかどうかを判断し、切換時期
に達したときに前記スロットル開度Ｔｖｏの補正信号と
、点火時期のリタード信号を出力する（ステップ７．８
）。

これに対して、カムが出力カムから燃費カムへ切換られ
るときは、スロットル開度の増加補正が行なわれるが、
上記と同じようにして、テーブルルックアップにより、
補正スロットル開度Ｔｖｏを読み取り、さらに点火時期
のリタード値を読み取る（ステップ９ＪＯ）。

そして、こんどはカムの切換時期よりも所定のクランク
角度θだけ早めに、スロットル開度と点火時期の補正信
号を出力する（ステップＩＬ１２）。

これらの出力補正制御の様子を具体的に示しなのが第８
図（ａ）（ｂ）て、前者は燃費カムから出力（低速型）
カムに切換な場合、後者は出力カムから燃費カムに切換
な場きである。

第８図（ａ）に示すように、燃費カムから出力カムに切
換なときに、スロットル開度（Ｔｖｏ）を実線のように
切換前後で変化させない場合、トルクは大きく増加する
。なお、ブースト（吸入負圧）も切換に伴い強まる。

これに対して、切換時に前述したようにして、スロット
ル開度を点線で示すように所定量だけ減少させ、かつ点
火時期を一時的にリタードさせると、−点鎖線で示すよ
うに、トルクは切換前と同一値をとり、トルク変動が吸
収されるのである。

なお、スロットル開度を減少させるにもかかわらず、切
換直後にトルクが定常時よりも過渡的に増加するのは、
ブーストが小さい状態で燃費カムから出力カムに切換わ
る結果、切換直後にシリンダ内に蓄えられる吸入空気量
（燃料量）の実効量が一時的に増えるためで、この分を
点火時期のりタートによる出力の低下で補正するのであ
る。

次に出力カムから燃費カムに切換なときは、第８図（ｂ
）で示すように、スロットル開度が同一のままではトル
クが大きく減少するが、スロットル開度を点線で示すよ
うに所定値だけ開く増加〉くことで、トルクの落ち込み
を防ぐことができる。

しかもこの場合、切換直前の強いブーストのまま出力カ
ムから燃費カムに切換ることにより、さらにトルクが急
減少するのを、切換前から予めスロットルを開くことに
より防ぎ、また、そのままだとトルクが大きくなり過ぎ
るので、点火時期を同時にリタードさせることにより、
切換の前後におけるトルクを同一に維持する。

なお、切換と同時にスロットル開度を開くと、いったん
トルクが下がってから同一値へと収束するが、このアン
ダーシュート分についてはトルク増加させることができ
ないので、カムの切換前にスロットル制御を実行してト
ルクをオーバーシュートさせておき、この分について点
火時期のリタードによる出力低下で吸収するのである。

なお、この実施例ではカムの切換時にスロットル開度の
補正と同時に点火時期の補正を行うようにしたが、少な
くともスロットル開度の補正がなされれば、運転者がア
クセル操作−トの戸惑いを生じるような出力変動は吸収
でき、切換の前後で発生する大きなトルク段差を吸収す
るためのアクセル操作が運転者に要求されるというよう
な事態は確実に回避できる。

（発明の効果） このように本発明は、スロットルバルブをアクセルペダ
ルとは切り離し、カムの切換に対応してスロットル開度
を自動的に補正することにより、切換前後のトルク変動
を吸収するので、運転者がアクセル操作上の違和感をも
つことなく、トルクショックのないカムの切換が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の実施例を示
す平面図、第３図はＸ−Ｘ線断面図、第４図はカムリフ
ト特性を示す特性図、第５図は各カムを用いたときの全
開出力特性を示す特性図、第６図は制御系統の構成図、
第７区はコントロールユニットで実行されるカム切換時
の出力の補正制御を示すフローチャート、第８図（ａ）
　＜ｂ）はカム切換時の１〜ルク変動を様子を示す説明
図、第９図はスロットル開度と出力トルクの関係を燃費
カムと出力カムを対比して示す特性図である。 ２１〜２３・・・カム、２４・・・吸・排気弁、２５・
・・メインロッカーアーム、２８．２９・・・サブロッ
カーアーム、５１・・・コントロールユニット、５２・
・・クランク角センサ、５３・・・アクセル操作量セン
サ、５７・・・スロットルバルブ。 第１図 ２５−、％インロッカアーム　２８．２９−一一ブフ゛
口、７力７Ａ第３図 ２１〜２３−　カム 第４図 第５図 エンシン匣漣二奎丈ｒｐｍ 第 ８図 力ムシυ央２党　　　　　　晴間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高出力を発生する特性に設定した出力カムと、燃費
   が良好となる特性に設定した燃費カムと、これらのカム
   を運転状態によって選択的に切換えると共にこのカムの
   運動を吸気弁に伝達するカム切換機構とを備えた内燃機
   関において、アクセルペダルとは独立してスロットルバ
   ルブを開閉駆動する手段と、要求アクセル開度に応じた
   出力トルクが生じるようにスロットル開度を制御する手
   段と、前記カムの切換時に切換前後の発生トルクが同一
   となるようにスロットル開度を補正する手段とを備える
   ことを特徴とする内燃機関の出力制御装置。 ２、前記補正手段は、燃費カムから出力カムへの切換時
   はカム切換と同時に、出力カムから燃費カムへの切換時
   には切換以前にスロットル開度の補正を行なうようにな
   っている請求項１に記載の内燃機関の出力制御装置。