JP2003328792A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

内燃機関の可変動弁装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カムの切り換えに関わらず、燃焼室内の点火
時期を最適化する。 【解決手段】 吸気弁のリフト・作動角を、所定の大リ
フト・大作動角とする第１カムと、吸気弁のリフト・作
動角を所定の小リフト・小作動角とする第２カムと、を
有し、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて第１カ
ムと第２カムの切り換えを行い、吸気弁のリフト・作動
角を変更する内燃機関の可変動弁装置において、第１カ
ムから第２カムに切り換えられる際には、カム切り換え
前後でのエンジンの吸入空気量が略等しくなるよう調整
され、かつ第２カムに切り換え後の燃焼室内の点火時期
Ａを、第１カムを用いる際の燃焼室内の点火時期Ｂより
も進角させている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の可変動
弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特許第２７６５２１８号公報には、カム
切り換えによる過渡時のトルク段差を、点火時期のリタ
ードによって吸収するようにした可変動弁装置が開示さ
れている。また、特開平６−１０７４７公報には、カム
切り換え時の空気量の変化に応じて、点火時期と燃料噴
射量を制御する可変動弁装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許第
２７６５２１８号公報並びに特開平６−１０７４７公報
に開示されたような可変動弁装置は、カムの切り換え前
後での燃焼の違いによるＭＢＴ（出力や燃料消費率が最
良となる点火時期）を考慮しているものではないため、
カム切り換え後の点火時期を最適化することができず、
燃費の悪化やエミッションの悪化を招くという問題があ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項１に記載
の発明は、吸気弁のリフト・作動角を、所定の大リフト
・大作動角とする第１カムと、吸気弁のリフト・作動角
を所定の小リフト・小作動角とする第２カムと、を有
し、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて第１カム
と第２カムの切り換えを行い、吸気弁のリフト・作動角
を変更する内燃機関の可変動弁装置において、第１カム
から第２カムに切り換えられる際には、カム切り換え前
後でのエンジンの吸入空気量が略等しくなるよう調整さ
れ、かつ第２カムに切り換え後の燃焼室内の点火時期Ａ
を、第１カムを用いる際の燃焼室内の点火時期Ｂよりも
進角させていることを特徴としている。小リフト・小作
動角となる第２カムでの運転は、大リフト・大作動角と
なる第１カムに比べて、タンブル流が弱まり燃焼が著し
く遅延することになるが、第２カムでの火時期Ａは、こ
の燃焼の遅延を考慮して第１カムでの点火時期Ｂよりも
進角させているので、点火時期Ａ及びＢは最適化され
る。
【０００５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、第１カムを用いる際の燃焼室内の点火
時期Ｂを算出する第１点火時期決定手段を有し、第２カ
ムに切り換え後の燃焼室内の点火時期Ａは、第１点火時
期決定手段で算出された点火時期Ｂをエンジン回転数に
応じて算出された所定補正量Ｐ進角させたものであるこ
とを特徴としている。
【０００６】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、上記所定補正量Ｐは、エンジン回転数
が高いほど大きくなることを特徴としている。高リフト
の第１カムを用いた際の燃焼室内の燃焼と、低リフトの
第２カムを用いた際の燃焼室内の燃焼と、の差は、ガス
流動が弱まり、主燃焼期間が遅延することにより起こる
ため、エンジン回転数が高くなるほど第１カムと第２カ
ムのＭＢＴの差は広がることになる。これによって、エ
ンジンが高回転になるほど広がる第１カムと第２カムの
ＭＢＴの差を考慮して第２カムの点火時期が決定される
ことになる。
【０００７】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、第１カムを用いる際の燃焼室内の点火
時期を算出する第１点火時期決定手段と、第２カムを用
いる際の燃焼室内の点火時期を算出する第２点火時期決
定手段と、を有し、第２点火時期決定手段で算出される
第２カムの点火時期Ａは、第１点火時期決定手段で算出
される第１カムの点火時期Ｂに対して相対的に進角して
いることを特徴としている。
【０００８】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明において、上記第２点火時期決定手段で算出され
る第２カムの点火時期Ａは、上記第１点火時期決定手段
で算出される第１カムの点火時期Ｂに対して、エンジン
回転数が高くなる程進角していることを特徴としてい
る。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、第１カム及び第２カム
の双方ついて、点火時期を最適化することができるの
で、燃費の向上とエミッションの低減を図ることができ
る。
【００１０】また、請求項２の発明によれば、第２カム
での点火時期Ａは、第１点火時期決定手段での算出値を
補正することによって得ることができるので、簡便に点
火時期Ａを算出することができる。
【００１１】特に、請求項３の発明のようにすれば、精
度良く第２カムの点火時期Ａを算出することができる。
【００１２】そして、請求項４の発明によれば、第１カ
ムの点火時期Ｂ、第２カムの点火時期Ａは、それぞれ第
１点火時期決定手段、第２点火時期決定手段から個別に
算出されるので、第１カム使用時の点火時期Ｂ及び第２
カム使用時の点火時期Ａを一層精度良く算出することが
できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて詳細に説明する。
【００１４】エンジンは、図１に示すように、燃費を重
視し、かつ吸気弁のリフト・作動角を小リフト・小作動
角とするカムプロフィルの燃費カムと、吸気弁のリフト
・作動角を大リフト・大作動角とするカムプロフィルの
出力カムを有している。
【００１５】燃費カムと出力カムの切り換えは、図２に
示すように、エンジン負荷とエンジン回転数に応じて決
定されており、概ね、エンジン低回転でエンジン負荷が
比較的小さい領域が燃費カム運転領域となり、エンジン
高回転でエンジン負荷が比較的大きい領域が出力カム運
転領域となっている。
【００１６】また、上記エンジンは、このような燃費カ
ムと出力カムの切り換えを行うバルブリフト可変機構
（図示せず）を備えている。このバルブリフト可変機構
は、カム切り換えソレノイド（後述）を介して供給され
る作動油圧によって、燃費カムと出力カムの切り換えを
行っている。
【００１７】図３は、上記エンジンの制御のシステム構
成を示す説明図である。
【００１８】エンジンコントロールユニットは、カム切
り換え判断部と、スロットル開度算出部と、燃焼室内の
点火時期を算出する基本点火時期算出部と、燃費カム点
火時期補正分算出部と、上記カム切り換えソレノイドに
制御信号を出力するソレノイド駆動指令部と、電制スロ
ットルバルブに制御信号を出力する電制スロットルバル
ブ駆動指令部と、を有している。
【００１９】カム切り換え判断部は、エンジン回転数検
出手段及び負荷要求検出手段からの検出信号に基づいて
燃費カムと出力カムのどちらのカムを用いるべきか判断
する。尚、本実施例においては、負荷要求検出手段は、
アクセルペダル開度を検出するものである。
【００２０】スロットル開度算出部は、エンジン回転数
検出手段及び負荷要求検出手段からの検出信号に基づい
て、電制スロットルバルブの開度を算出する。
【００２１】基本点火時期算出部は、図４に示すベース
点火時期マップが予め内部に記憶されているものであっ
て、エンジン回転数検出手段及びエアフローメータ等の
吸入空気量検出手段からの検出信号に基づいて、基本点
火時期を算出する。
【００２２】燃費カム点火時期補正分算出部は、図５に
示す点火時期補正量テーブルが予め内部に記憶されてい
るものであって、そのときのエンジン回転数に応じた補
正量Ｐを算出する。この点火時期補正量テーブルは、エ
ンジン回転数が高くなるほど、算出される補正量Ｐの値
が大きくなるよう設定されている。
【００２３】ソレノイド駆動指令部は、カム切り換え判
断部からの指令に基づいて、上記カム切り換えソレノイ
ドに制御信号を出力し、所定のタイミングで上述したバ
ルブリフト可変機構を作動させる。
【００２４】電制スロットルバルブ駆動指令部は、スロ
ットル開度算出部からの指令に基づいて、電制スロット
ルバルブの開度を変更する。
【００２５】尚、点火コイルは、基本点火時期算出部で
算出された基本点火時期（点火時期Ｂ）もしくは基本点
火時期（点火時期Ｂ）に燃費カム点火時期補正算出部で
算出された補正量Ｐを加えた点火時期Ａ、のタイミング
で点火する。詳述すれば、出力カムでの運転時には、基
本点火時期（点火時期Ｂ）のタイミングで点火コイルを
点火し、燃費カムでの運転時には、基本点火時期（点火
時期Ｂ）から補正量Ｐだけ進角させた点火時期Ａのタイ
ミングで点火コイルを点火する。
【００２６】ここで、略等トルクで、出力カムから燃費
カムへの切り換えする下記のようなケースについて考え
る。
【００２７】 定常運転に近いような緩減速で出力カ
ム運転領域から燃費カム運転領域に場合。
【００２８】 エンジンの油水温が低いエンジン初動
時には、出力カムで始動し、油水温がカムの切り換えが
可能な油水温条件を満たすまでは全ての運転条件を出力
カムで運転し、エンジンの油水温がカムの切り換え条件
を満たした後に燃費カムでの運転を可能とする仕様にお
いて、出力カムでの運転中にエンジンの油水温が上昇
し、燃費カムに切り換える場合。
【００２９】燃費カムを用いた小リフトの運転は、タン
ブル流が弱まり、燃焼室内での燃焼が著しく遅延するこ
とが判っている。つまり、略等トルク等空気量での運転
であっても、高リフトの出力カムと低リフトの燃費カム
とでは、それぞれのＭＢＴは異なっている。更に、この
燃焼の差は、ガス流動が弱まり、主燃焼期間が遅延する
ことにより起こるため、エンジンが高回転になるにした
がって影響が大きくなり、燃費カムと出力カムのＭＢＴ
の差はエンジンが高回転になるほど広がる傾向にある。
【００３０】そこで、本実施例においては、出力カムか
ら燃費カムに切り換えられる際に、図６に示すように、
カムの切り換え前後でのエンジン吸入空気量が略等しく
なるよう電制スロットバルブの開度を開き（開度を大き
くする）、かつ燃費カムに切り換え後の燃焼室内の点火
時期Ａを、燃費カムに切り換わる前の出力カムにおける
燃焼室内の点火時期Ｂよりも進角させている。尚、吸入
空気量は略一定であるが厳密には燃費改善分だけ若干で
はあるが少なくなる。
【００３１】詳述すれば、カム切り換え判断部にて、出
力カムから燃費カムへの切り換えを行う、と判断される
と、スロットル開度算出部にて、カムの切り換え前後で
のエンジン吸入空気量が略等しくなるようカム切り換え
後の電制スロットル開度を算出し、この算出値となるよ
う電制スロットルバルブの開度を調整する。一方、出力
カム運転時の点火時期Ｂは、基本点火時期算出部内のベ
ース点火時期マップから算出され、カム切り換え後の燃
費カム運転時の点火時期Ａは、点火時期補正量テーブル
から算出された補正量Ｐを、点火時期Ｂに加えることに
よって算出される。すなわち、燃費カムでの点火時期Ａ
は、出力カムの点火時期Ｂに対して、補正量Ｐだけ進角
させたものになっている。
【００３２】そのため、カムの状態に関わらず常に点火
時期の最適化を図ることができ、燃費の向上と、エミッ
ションの向上を図ることができる。
【００３３】また、燃費カムの点火時期Ａは、ベース点
火時期マップからの算出値に点火時期補正量テーブルか
ら算出された補正量Ｐを加えることによって算出される
ので、ＥＣＵ内のメモリーの容量増加を最小限に抑える
こができる。
【００３４】図７は、上述した実施例の制御の流れを示
すフローチャートである。
【００３５】ステップ１では、出力カムから燃費カムへ
の切り換え指令があるかどうかを判定し、切り換え指令
が有る場合にはステップ２に進み、切り換え指令が無い
場合にはステップ３に進みベース点火時期マップから算
出される点火時期に基づいて運転する。ステップ２で
は、出力カムから燃費カムへの切り換えを行うと共に、
電制スロットルバルブのスロットル開度を目標トルクを
発生する開度へ変更する。そして、ステップ４に進み、
ベース点火時期マップから算出される値に、点火時期補
正量テーブルから算出される補正量Ｐを加えた点火時期
Ａで点火する。
【００３６】尚、燃費カムから出力カムへ略トルクで切
り換える場合には、上記補正量Ｐを加算せずにベース点
火時期マップから算出される値を点火時期とする。
【００３７】また、上述した実施例においては、燃費カ
ムの点火時期Ａは、ベース点火時期マップから算出され
る値を補正することによって算出しているが、出力カム
専用の点火時期マップと燃費カム専用の点火時期マップ
を、ＥＣＵ内部に記憶させておき、エンジン回転数検出
手段及び負荷要求検出手段からの検出信号を基に、燃費
カムの点火時期Ａ及び出力カムの点火時期Ｂを互いに独
立して算出するようにしてもよい。この場合、燃費カム
専用の点火時期マップから算出される点火時期Ａは、出
力カム専用の点火時期マップから算出される点火時期Ｂ
に対して相対的に進角したものとなっていると共に、そ
の進角量はエンジン回転数が高くなるほど大きくなてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるバルブリフト特性線図。
【図２】本発明に係る可変動弁装置の機関運転条件に対
する制御の状態を示す説明図。
【図３】本発明に係る可変動弁装置の制御のシステム構
成を示す説明図。
【図４】点火時期Ｂを算出するためのベース点火時期マ
ップを示す説明図。
【図５】補正量Ｐを算出するための点火時期補正量テー
ブルを示す説明図。
【図６】出力カムから燃費カムに切り換えられる際の制
御状態を示すタイミングチャート。
【図７】本発明に係る可変動弁装置の制御の流れを示す
フローチャート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G018 AB02 BA07 EA02 EA11 EA16 FA06 FA08 GA01 3G084 BA02 BA05 BA17 BA23 DA11 EB11 FA07 FA10 FA11 FA32 FA33 3G092 AA01 AA11 DA04 DC01 EA01 EA02 EC01 FA04 FA05 FA09 GA14 HA01Z HA06Z HA11Z HA13Z HC09X HE01Z HE06Z HF08Z 3G301 HA01 HA19 JA04 LA01 LA07 ND03 NE01 NE06 NE11 NE12 PA01Z PA11Z PA17Z PD12Z PE01Z PE03Z PE09Z PF03Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気弁のリフト・作動角を、所定の大リ
    フト・大作動角とする第１カムと、吸気弁のリフト・作
    動角を所定の小リフト・小作動角とする第２カムと、を
    有し、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて第１カ
    ムと第２カムの切り換えを行い、吸気弁のリフト・作動
    角を変更する内燃機関の可変動弁装置において、 第１カムから第２カムに切り換えられる際には、カム切
    り換え前後でのエンジンの吸入空気量が略等しくなるよ
    う調整され、かつ第２カムに切り換え後の燃焼室内の点
    火時期Ａを、第１カムを用いる際の燃焼室内の点火時期
    Ｂよりも進角させていることを特徴とする内燃機関の可
    変動弁装置。
  2. 【請求項２】 第１カムを用いる際の燃焼室内の点火時
    期Ｂを算出する第１点火時期決定手段を有し、 第２カムに切り換え後の燃焼室内の点火時期Ａは、第１
    点火時期決定手段で算出された点火時期Ｂをエンジン回
    転数に応じて算出された所定補正量Ｐ進角させたもので
    あることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変
    動弁装置。
  3. 【請求項３】 上記所定補正量Ｐは、エンジン回転数が
    高いほど大きくなることを特徴とする請求項２に記載の
    内燃機関の可変動弁装置。
  4. 【請求項４】 第１カムを用いる際の燃焼室内の点火時
    期を算出する第１点火時期決定手段と、第２カムを用い
    る際の燃焼室内の点火時期を算出する第２点火時期決定
    手段と、を有し、 第２点火時期決定手段で算出される第２カムの点火時期
    Ａは、第１点火時期決定手段で算出される第１カムの点
    火時期Ｂに対して相対的に進角していることを特徴とす
    る請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  5. 【請求項５】 上記第２点火時期決定手段で算出される
    第２カムの点火時期Ａは、上記第１点火時期決定手段で
    算出される第１カムの点火時期Ｂに対して、エンジン回
    転数が高くなる程進角していることを特徴とする請求項
    ４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
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