JPH0849576A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

内燃機関の吸排気弁駆動制御装置

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JPH0849576A
JPH0849576A JP6185057A JP18505794A JPH0849576A JP H0849576 A JPH0849576 A JP H0849576A JP 6185057 A JP6185057 A JP 6185057A JP 18505794 A JP18505794 A JP 18505794A JP H0849576 A JPH0849576 A JP H0849576A
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Seinosuke Hara
誠之助 原
Naomi Tomizawa
尚己 富澤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低回転低負荷域から低回転中・高負荷域への
移行時における作動角変換あるいは同作動角による加速
性能(レスポンス)及びトルクショックの発生を回避す
る。 【構成】 セクション1で機関回転数N,吸入空気量
Q,スロットル開度θTを読み込んだ後、セクション2
でスロットル回動速度Vを、3で基本噴射量TPを夫々
演算する。また、セクション4で高回転域と判断した場
合は9で吸気弁を大作動角制御するが、低回転域でかつ
6,7で低負荷域と判断した場合は、セクション8で小
作動角に制御する。そして、低回転域からスロットルバ
ルブを急回動させて高負荷域に移行した場合は、セクシ
ョン5からセクション8に進んで小作動角制御を行う。
一方、低回転中負荷域に移行した場合は、セクション1
0からセクション9に進んで徐々に大作動角に制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の運転状態に
応じて吸気・排気弁の開閉時期を可変制御する吸排気弁
駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車等の内燃機関にあっては、例えば
特開昭62−191636号公報に記載された発明によ
うに、吸気弁のバルブタイミングを機関低回転低負荷時
には開弁時期を遅角側に制御して吸気弁と排気弁のバル
ブオーバーラップを小さくして燃焼効率の改善を図る一
方、低中回転高負荷時には閉弁時期を進角側に制御して
下死点に近づけることにより吸気の充填効率を向上させ
て出力トルクのアップを図る所謂バルブタイミング機構
を備えたものがある。
【0003】また、特開平2−42105号公報に記載
された発明は、カムシャフトに低速用カムと高速用カム
を備え、機関低回転時と高回転時に前記低速用カムと高
速用カムを切り換えてバルブタイミングとカムリフト量
を可変にすると共に、低速用カムと高速用カムを低速時
と高速時の機関出力が一致する時点で切り換えることに
より、切り換えによる機関出力の変化が生じなくなり、
トルクショックが低減されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
従来例にあっては、前述のように機関低回転低負荷時に
バルブオーバーラップを小さく制御するために吸気弁の
閉時期も遅れ側になるので、吸気充填効率が低下してお
り、この状態からアクセルペダルを踏み込んで加速し中
負荷域に移行しても、吸気弁の閉時期は遅れ側に維持さ
れているため、充填効率が低く加速性が悪化する惧れが
ある。また、急加速して低負荷域から高負荷域へ移行し
た場合は、バルブタイミング制御機構の油圧アクチュエ
ータの作動遅れにより、直ちに充填効率を高めることが
できないため、この場合も加速性が十分に得られない惧
れがある。
【0005】また、カムシャフト1〜2回転中のカムの
ベースサークル期間の極めて短い期間で低速カムと高速
カムとの切り換えが行われるため、低速カム,高速カム
の各々で得られるトルクの差異により、比較的大きなト
ルクショックが生じる。そこで、このトルクショックを
回避するために、後者の従来例にあっては低速カムと高
速カムとの切り換えをトルク同一点で行うようにしてい
る。
【0006】しかし、この方法では、両カムの切り換え
可能な運転条件が制限されてしまう。したがって、たと
えば低回転低負荷条件に適したバルブタイミングから高
回転に適したバルブタイミングへの切り換えを低回転低
負荷域で行った場合は大きなトルクショックが生じる虞
れがある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記各従来例
の実情に鑑みて案出されたもので、前提構成は、前述の
各従来例とは全く異なり、駆動軸とカムシャフトとの角
速度を変化させる制御機構等によって構成したものであ
る。
【0008】即ち、請求項1の発明は、機関によって回
転駆動される駆動軸と、該駆動軸の同軸上に相対回転自
在に設けられ、外周に吸排気弁を作動させるカムを有す
るカムシャフトと、前記駆動軸とカムシャフトとを連繋
し、かつ駆動軸の軸心に対して同心あるいは偏心動して
駆動軸とカムシャフトとの角速度を変化させることによ
り前記吸排気弁の作動角を大小に制御する制御機構と、
機関運転状態に応じて前記制御機構を同心あるいは偏心
方向へ揺動させる駆動機構とを備えた吸排気弁駆動制御
装置において、前記駆動機構は、機関低回転低負荷域か
ら低回転高負荷域に移行した際には、前記制御機構を介
して吸排気弁を小作動角状態を維持する制御を行うと共
に、低回転低負荷域から少なくとも低回転中負荷域に移
行した際には、大作動角に制御することを特徴としてい
る。
【0009】請求項2の発明は、前記駆動機構が、スロ
ットルバルブの開度位置を検出する検出センサからの出
力信号に基づいてスロットルバルブの開閉回動速度を演
算し、所定回動速度以上では前記制御機構を介して小作
動角を維持するように制御することを特徴としている。
【0010】
【作用】前記構成の本発明によれば、機関低回転低負荷
域には、駆動機構が制御機構を介して例えば吸気弁を小
作動角に制御している。ここで、アクセルペダルを大き
く踏み込んで急加速を行い、低回転低負荷域から低回転
高負荷域に移行した場合は、駆動機構が制御機構を介し
て小作動角状態を維持するように制御する。このため、
吸気弁の閉時期が進み側に維持されて下死点近傍になっ
ているため、吸気の充填効率が向上して十分な出力トル
クが確保され、加速性能が良好になる。特に、バルブオ
ーバーラップの減少化により残留ガスも低減できるので
耐ノッキング特性が向上して、この分さらに点火時期の
進角制御により出力トルクの向上を図ることができる。
また、弁作動角の変換がないため、応答性の遅れ等の問
題もない。
【0011】一方、低回転低負荷域からアクセルペダル
を僅かに踏み込んで加速を行い、低回転中負荷域に移行
すると、駆動機構が吸気弁の作動角を小作動角から大作
動角に変換させる。このため、開弁時期が進み側に制御
されて排気弁とのバルブオーバーラップが大きくなり、
気筒内の残留ガスが増加して排気ガス中のNOXの発生
を抑制することができる。しかも、同時に閉弁時期が下
死点より遅れ側に制御されるため、機関のポンプ損失を
低減でき、燃費の向上が図れる。
【0012】また、斯かる小作動角から大作動角への変
換は例えば0.3〜0.5秒の時間を掛けて作動角が徐々
に変化するため、トルクショックの発生を回避できる。
【0013】
【実施例】図1〜図3は請求項1及び2の発明に係る装
置を多気筒機関(排気量2000cc)の吸気側に適用し
た一実施例を示している。
【0014】即ち、図中21は図外の機関のクランク軸
からスプロケットを介して回転駆動する駆動軸、22は
該駆動軸21の外周に一定の隙間をもって同軸上に配置
され、かつ駆動軸21と相対回転自在なカムシャフト、
23は駆動軸21とカムシャフト22との間に介装され
て、両者21,22を連繋する制御機構、24は該制御
機構23を揺動させる駆動機構である。
【0015】前記駆動軸21は、機関前後方向へ延設さ
れていると共に、軽量化を図るために内部中空状に形成
されている。
【0016】前記カムシャフト22は、長手方向の所定
位置で各気筒毎に軸直角方向から分割形成されており、
夫々がシリンダヘッド20上端部に有するカムブラケッ
ト20a,20aに回転自在に支持されていると共に、
外周の所定位置に吸気弁25をバルブスプリング25a
のばね力に抗してバルブリフター25bを介して開作動
させる夫々一対のカム26が一体に設けられている。
【0017】前記制御機構23は、図1〜図3に示すよ
うに各カムシャフト22の一端部に一体に設けられた第
1フランジ部27と、駆動軸21の所定外周にスリーブ
28を介して設けられ、前記第1フランジ部27と対向
する第2フランジ部32と、該両フランジ部27,32
の間に介装された環状ディスク29と、該環状ディスク
29の外周をベアリング35を介して回転自在に支持す
るディスクハウジング34とから主として構成されてい
る。
【0018】前記第1フランジ部27は、図4にも示す
ように中空部から半径方向に沿った細長い矩形状の係合
溝30が形成されており、また、その外側面に円周方向
に環状ディスク29の一側面に摺接する突起面27aが
一体に設けられている。一方、第2フランジ部32は、
図5に示すようにスリーブ28の機関後端側に一体に設
けられ、前記係合溝30と180°の反対位置に半径方
向に沿った細長い矩形状の係合溝33が形成されてお
り、また、外側面に環状ディスク29の他側面に摺接す
る突起面32aが一体に設けられている。
【0019】前記スリーブ28は、小径な一端部28b
が各カムシャフト22の前記他方側の分割端部内に回転
自在に挿入している共に、略中央位置に直径方向に貫通
した連結軸31を介して駆動軸21に連結固定されてい
る。
【0020】前記環状ディスク29は、略ドーナツ板状
を呈し、内径がカムシャフト22の内径と略同径に形成
されて、駆動軸21の外周面との間に環状の隙間部Sが
形成されており、また、直径線上の対向位置に貫通形成
されたピン孔29b,29cには、各係合溝30,33
に係合する一対のピン36,37が設けられている。こ
の各ピン36,37は、互いにカムシャフト軸方向へ逆
向きに突出しており、基部がピン孔29b,29c内に
回転自在に支持されていると共に、先端部の両側縁に図
4及び図5に示すように前記係合溝30,33の対向内
面30a,30b、33a,33bと当接する2面巾状
の平面部36a,36b、37a,37bが形成されて
いる。
【0021】前記ディスクハウジング34は、図3に示
すように略円環状を呈し、外周の上端一側部に有するボ
ス部34aに支持ピン38がカムシャフト22軸方向に
貫通配置されていると共に、ボス部34aの反対側にレ
バー39が一体に設けられている。したがって、ディス
クハウジング34は、支持ピン38を中心として揺動自
在に支持されていると共に、レバー39を介して駆動機
構24によって揺動するようになっている。
【0022】前記駆動機構24は、図3及び図5に示す
ようにシリンダヘッドの所定部位に対向して形成された
第1,第2シリンダ40,41と、該各シリンダ40,
41内から出没自在に設けられて各先端縁で前記レバー
39の円弧状先端を上下方向から挾持する油圧ピストン
42及びプランジャ43と、前記第1シリンダ40内の
受圧室40aに油圧を給排して油圧ピストン42を進退
動させる油圧回路44とを備えている。
【0023】前記プランジャ43は、略有底円筒状に形
成され、第2シリンダ41内に弾装されたコイルスプリ
ング45のばね力で進出方向(レバー39の下方向)に
付勢されている。
【0024】前記油圧回路44は、一端部がオイルパン
46内に、他端部が受圧室40aに夫々連通した油通路
47と、該油通路47のオイルパン46側に設けられた
オイルポンプ48と、該オイルポンプ48の下流側に設
けられた3ポート2位置型の電磁切換弁49とから主と
して構成されている。この電磁切換弁49は、機関回転
数や吸入空気量等の信号に基づいて現在の機関運転状態
を検出するコントローラ50からのON−OFF信号に
よって流路を切り換え作動し、ON信号によって油通路
47全体を連通する一方、OFF信号によって油通路4
7とドレン通路51を連通するようになっている。
【0025】また、前記コントローラ50は、機関のス
ロットルバルブの開度位置を検出するスロットル開度セ
ンサ52からの出力信号に基づいてスロットルバルブの
開閉回動速度を演算して、この情報と前述の機関運転状
態の変化と共に電磁切換弁49をON,OFF制御して
いる。
【0026】以下、制御機構23を介して吸気弁25の
作動角を可変制御するコントローラ50の制御フローを
図8に基づいて説明する。
【0027】まず、セクション1では、クランク角セン
サからの出力信号に基づいて現在の機関回転数Nと、エ
アーフローメータからの出力信号に基づいて現在の吸入
空気量Qあるいは吸入負圧検出センサからの出力信号に
基づいて現在の機関負荷と、スロットル開度センサ52
からの出力信号に基づいて現在の開度位置θTを読み込
む。次に、セクション2では、V=ΔθT/ΔT の式か
らスロットルバルブの開方向の回動速度Vを演算する。
続いて、燃料噴射弁から各気筒内に噴射される燃料の基
本噴射量Tpを前記機関回転数Nと吸入空気量Qとを用
いて式 Tp=(Q/N)×Keから演算する(Keは
係数)。
【0028】次に、セクション4で現在の機関回転数N
が、図9に示すように低中回転域と高回転域のしきい値
回転数N2(約5,000rpm)よりも低回転か否かを判
断し、YESつまり低中回転であると判断した場合は、
セクション5で前記スロットルバルブの現在の回動速度
Vが所定の回動速度VSよりも低速あるいは等しいと判
断した場合は、セクション6に進む。このセクション6
では、基本噴射量TPが図9に示す低負荷域と中負荷域
のしきい値噴射量TP1よりも小さいかあるいは等しいか
を判断し、小さいと判断した場合は、セクション7で今
度は現在の機関回転数Nが図9に示すように低回転域と
中回転域のしきい値回転数N1(約2000rpm)よりも
小さいか否かを判断する。ここで、小さいと判断した場
合は、アイドリングを含む低回転低負荷域(図9のA領
域)であるためセクション8で吸気弁25の小作動角制
御を行う。
【0029】即ち、コントローラ50から電磁切換弁4
9にOFF信号が出力され、油通路47の上流側を遮断
すると共に、油通路47の下流側とドレン通路51を連
通する。このため、受圧室40内の作動油は、オイルパ
ン46内に戻されて内圧が低下し、油圧ピストン42が
バルブスプリング25a及びコイルスプリング45のば
ね力でプランジャ45を介して後退移動(下方移動)す
る。これにより、ディスクハウジング34は、レバー3
9が図3,図6の一点鎖線で示すようにプランジャ43
により押し下げられて支持ピン38を中心として全体が
下方へ揺動し、環状ディスク29の中心Yが駆動軸21
の中心Xから下方へ偏心する。したがって、第2フラン
ジ部32の係止溝33とピン37並びに第1フランジ部
27の係止溝30とピン36との摺動位置が駆動軸21
の1回転毎に移動し、環状ディスク29の角速度が変化
して不等角速度回転になる。
【0030】これにより、カムシャフト22は駆動軸2
1に対して2重に増速された状態になり、両者の回転位
相差が図7Bに示すように変化(P点は同位相点)し、
したがって、吸気弁25は、そのバルブリフト特性が図
7Aの一点鎖線で示すように弁作動角が小さくなり、閉
弁時期が十分に早くなると共に、開弁時期が遅くなって
排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。この結
果、低回転低負荷時における吸気の気筒内の残留ガスが
減少し、燃焼が改善されるため、燃費を低減できる。
【0031】一方、前記セクション4で現在の機関回転
数NがN2よりも大きいと判断した場合は、高回転領域
(図9のD領域)であるため、セクション9に移行して
大作動角制御を行う。
【0032】即ち、コンピュータ59から電磁切換弁4
9にON信号が出力されて作動油が油通路47から受圧
室40aに供給される。したがって、受圧室40aの内
圧の上昇に伴い油圧ピストン42が図3,図6の実線で
示すようにコイルスプリング45のばね力に抗してレバ
ー39を押し上げるので、ディスクハウジング34が偏
心位置から同心方向へ揺動し環状ディスク29の中心Y
と駆動軸21の中心Xが合致する。したがって、カムシ
ャフト22と駆動軸21の回転位相差は生じず、両者2
1,22が制御機構23を介して同期回転する。このた
め、吸気弁25はカム26のプロフィールにしたがって
開閉作動し、図7Aの実線で示すようにバルブリフトを
一定としつつ作動角が大きくなり、開弁時期が早くなる
と共に、閉弁時期が遅くなり、バルブオーバアラップが
大きくなる。このため、吸気慣性力を利用した吸気充填
効率が向上し、高出力トルクが得られる。
【0033】また、前記セクション5でスロットルバル
ブの回動速度Vが所定の回動速度VSよりも大きいと判
断した場合は、低回転域から急加速を行って低中回転高
負荷域(図9のC領域)に移行した状態である。この場
合は、セクション6,7を経ずに直接セクション8へ移
行し、前述のA領域の場合と同様に吸気弁25の小作動
角制御を行う。したがって、閉弁時期が進んで下死点付
近になるため、吸気充填効率が高くなり出力トルクの向
上が図れ加速性能が良好になる。また、バルブオーバー
ラップが小さくなるので、気筒内の残留ガスが低減でき
る。この結果、耐ノッキング特性が向上し、この分さら
に点火時期を進角させて出力トルクを向上させることが
可能になる。また、小作動角状態を維持するために、ト
ルクショックの発生が防止されると共に、作動応答性等
の問題も発生しない。
【0034】更に、前記セクション6で、基本噴射量T
Pが図9に示す低負荷域と中負荷域のしきい値噴射量T
P1よりも大きいと判断した場合は、セクション10に進
み、ここではTPが中負荷域と高負荷域のしきい値噴射
量TP2よりも大きいか否かを判断する。ここで、大きい
と判断した場合つまり高負荷域であると判断した場合
は、セクション11に進む。ここでは、現在の機関回転
数Nが前記しきい値回転数N2より小さいか否かを判断
し、小さい場合は低中回転高負荷域(図9C領域)であ
るからセクション8に進んで小作動角制御を維持する。
【0035】また、前記セクション7で、NがN1より
も大きいと判断した場合は、中回転低負荷域であるから
B領域になるため、セクション9で図7Aの実線で示す
大作動角制御を行う。
【0036】他方、セクション10でTPがTP2よりも
小さいと判断した場合は、低回転低負荷域(A領域)か
ら低中回転中負荷域(図9のB領域)に移行したのであ
るからセクション9に進んで前述のような大作動角に制
御する。このため、吸気弁25の閉弁時期が下死点より
遅角制御されるので、ポンプ損失を低減でき、燃費が向
上する。また、バルブオーバーラップが大きくなるの
で、気筒内に残留ガスを増加させることにより(所謂内
部EGR)排気ガス中のNOXの発生を抑制することが
できる。この結果、排気エミッション性能が向上する。
【0037】しかも、斯かる小作動角から大作動角への
変換制御は、作動角の変化により吸気充填効率が変化す
るものの、所定の制御時間、約0.3〜0.5秒で作動角
が徐々に変化するため、大きなトルクショックが発生し
ない。特に、本実施例では、作動角が変化してもリフト
量は一定であるため、リフト量も変化させる場合に比較
して吸気弁25の開度の変化が少なく、充填効率の変化
も小さいため、この分トルクショックが発生しにくい。
【0038】更に、セクション11でNがN2よりも大
きいと判断した場合は、高回転高負荷域(図9のD領
域)であるため、大作動角に制御され、前述のような出
力トルクの向上が図れる。
【0039】更に、前述のようにB領域で大作動角制御
を行っている状態から急な減速(アクセルペダルを離
す)を行いA領域に移行した場合は、速やかに小作動角
制御が実施される。したがって、吸気弁25の閉弁時期
が下死点近傍になるので、有効吸入ストロークが長くな
りポンピングロスの増加によるエンジンブレーキの増大
効果が得られる。
【0040】図10は本発明の他例を示し、セクション
3と4の間にセクション12の判断処理を加えたもの
で、TPを演算後、現在の機関回転数Nが図11に示す
3の低回転域(約800〜900rpm)よりも大きいか
否かを判断し、大きい場合はセクション4に進んで前述
の処理を行うが、小さいと判断した場合は、たとえ中負
荷域(TP1〜TP2間)(図11参照)に移行してもそ
のままセクション8に進んで小作動角制御を維持する。
即ち、アイドリングに近い運転状態から例えば登坂に差
し掛かり中負荷状態に移行した場合でも電磁切換弁49
にはON信号が出力されずOFF状態になり、小作動角
制御が維持される。したがって、低回転域における吸気
充填効率の向上が維持されて十分なトルクによる加速性
とレスポンスが確保できる。換言すれば、オイルポンプ
の吐出量の少ない低回転域では電磁切換弁49がONさ
れずにエンジン潤滑油である作動油を用いる必要がない
ので、制御の作動遅れがなく加速性能(レスポンス)を
改善できる。
【0041】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、低回転低負荷域から低回転中負荷域に移行した
場合には、駆動機構が制御機構を介して小作動角から大
作動角に変換制御するため、吸気弁の閉弁時期が下死点
より遅角制御されるので機関のポンプ損失が低減できる
と共にバルブオーバラップが大きくなって、気筒内の残
留ガスが増加して排気ガス中のNOXの発生を制御でき
る。
【0042】また、斯かる小作動角から大作動角へは短
時間で急速に変換されるのではなく、徐々に変換される
ため、トルクショックの発生を回避できる。
【0043】一方、低回転低負荷域から急加速を行って
低回転高負荷域に移行した場合は、大作動角に制御する
ことなく小作動角制御を維持するため、バルブオーバー
ラップが小さく維持されて、吸気充填効率の向上が確保
されて、十分な出力トルクによる加速性能の向上が図れ
ると共に、トルクショックの発生も回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す要部縦断面図。
【図2】本実施例の要部平面図。
【図3】図1のA−A線断面図。
【図4】図2のB−B線断面図。
【図5】図2のC−C線断面図。
【図6】本実施例の駆動機構を示す概略図。
【図7】Aは本実施例のカムによるバルブリフト特性
図、Bは駆動軸とカムシャフトとの回転位相差の特性
図。
【図8】本実施例のコントローラによる制御フローチャ
ート図。
【図9】各運転領域を示すマップ。
【図10】本発明の他例を示すコントローラによる制御
フローチャート図。
【図11】各運転領域を示すマップ。
【符号の説明】
21…駆動軸 22…カムシャフト 23…制御機構 24…駆動機構 25…吸気弁 29…環状ディスク 50…コントローラ 52…スロットル開度センサ X…駆動軸の中心 Y…環状ディスクの中心

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機関によって回転駆動される駆動軸と、
    該駆動軸の同軸上に相対回転自在に設けられ、外周に吸
    排気弁を作動させるカムを有するカムシャフトと、前記
    駆動軸とカムシャフトとを連繋し、かつ駆動軸の軸心に
    対して同心あるいは偏心動して駆動軸とカムシャフトと
    の角速度を変化させることにより前記吸排気弁の作動角
    を大小に制御する制御機構と、機関運転状態に応じて前
    記制御機構を同心あるいは偏心方向へ揺動させる駆動機
    構とを備えた吸排気弁駆動制御装置において、 前記駆動機構は、機関低回転低負荷域から低回転高負荷
    域に移行した際には、前記制御機構を介して吸排気弁を
    小作動角状態を維持する制御を行うと共に、低回転低負
    荷域から少なくとも低回転中負荷域に移行した際には、
    大作動角に制御することを特徴とする内燃機関の吸排気
    弁駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 前記駆動機構は、スロットルバルブの開
    度位置を検出する検出センサからの出力信号に基づいて
    スロットルバルブの開閉回動速度を演算し、所定回動速
    度以上では前記制御機構を介して小作動角を維持するよ
    うに制御することを特徴とする請求項1記載の内燃機関
    の吸排気弁駆動制御装置。
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