JP2679403B2 - エンジンのバルブ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はエンジンのバルブ制御装置、特にエンジン
の運転条件に応じてバルブ特性を切換えるものに関す
る。

（従来の技術） 低中速運転時の燃費と高速運転時の出力の向上とを両
立する目的で、運転条件に応じて吸気バルブまたは排気
バルブのリフト特性を異ならせ、これによって吸排気の
タイミングあるいは吸排気量を制御することが知られて
いる。（たとえば特開昭63−167016号公報、特開昭63−
57805号公報参照）。

たとえば、第９図のように、そのときの運転条件によ
り、３つあるカムのうちいずれのカムを使うのかはカム
ポジションマップにしてあらかじめ定めてあり、第１カ
ムによれば、スロットル弁を全開にしても高出力は得ら
れないものの、ポンピングロスが小さいため燃費が良
く、逆に第２カム、第３カムではフリクショントルクが
大きいものの、そのエンジンのほぼ全開性能ともいえる
高出力が得られる（第５図に全開性能を示す）。

このマップを参照するため、第８図のステップ１でア
クセルペダル操作量（エンジン負荷相当量）αとエンジ
ン回転数Neを読み込み、これらから定まる運転条件に対
する最適なカムポジション（次に使用するカムポジショ
ン）P_CNEXTを、第９図のマップより求める（ステップ
２）。

ステップ３では、現在使用中のカムポジションP_CNOW
と同じであるかどうかをみて、同じでなければカムを切
換える場合であると判断し、次カムポジションP_CNEXTと
なるようにカムを切換える（ステップ４）。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、このような装置では、ドライバーが急激に
アクセルペダルを踏みこむような、大きなトルクを即座
に要求している条件のときでも、アクセルペダル操作量
やエンジン回転数が変化して、第９図で示したカム領域
の境界を越えない限り、カムの切換が行われることはな
く、ドライバーの要求に対するレスポンスを悪いものに
している。

この場合に、スロットル弁開度を含めたエンジン運転
条件に応じて２段のバルブタイミングを切換えるものに
おいて、スロットル弁開度に加えてスロットル弁の作動
速度を取り入れることで切換時期の判断を行うものが特
開昭58−158334号公報に開示されているので、この装置
を適用して、運転条件が第１カムを使用する領域にある
場合に、アクセルペダル操作量の変化速度（単位時間当
たりの変化量）があらかじめ定めた値よりも大きいとき
第２カムへと切換え、あるいは運転条件が第２カムを使
用する領域にある場合に、アクセルペダル操作量の変化
速度があらかじめ定めた値よりも大きいとき第３カムへ
と切換えることにより、カム切換のレスポンスの向上を
はかることが考えられる。

しかしながら、バルブリフト特性やバルブタイミング
特性の異なる３段階のカム作動態様をもつものにおいて
は、ドライバーの要求に即座に応えられないことがあ
る。つまり、運転条件が第１カムを使用する領域にある
場合に、ドライバーが第３カムを使用しての大きなエン
ジン出力を即座に要求したとしても、第１カムから第２
カムへとまず切換え、続いて第２カムから第３カムへと
切換えるのでは、切換のたびに油圧機構やメカ機構の応
答遅れが生じ、ドライバーの要求する大きなトルクが即
座に得られないことになるのである。

そこで、この発明はアクセルペダル操作量の変化速度
と比較するための所定値を大小で２段階に用意し、運転
条件が第１カムを使用する領域にある場合において、ア
クセルペダル操作量の変化速度が小さい側の所定値より
大きいときは段階的に次のカムである第２カムに切換え
るのに対して、アクセルペダル操作量の変化速度が大き
い側の所定値より大きいときは第２カムを飛ばしていき
なり第３カムに切換えることにより、カム作動態様の切
換時のレスポンスの一層の向上をはかる装置を提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、第１図で示すように、エンジンの出力特
性が異なる少なくとも３つ以上のカム作動態様と、これ
らのカム作動態様を切換えうる機構とからなる可変動弁
装置61と、エンジンの負荷相当量（たとえばアクセルペ
ダル操作量α）を検出するセンサ62と、このセンサ検出
値に基づいて定まる運転条件に応じて、次に使用するカ
ム作動態様を選択する手段63と、現在使用中のカム作動
態様を検出するセンサ64と、この現在使用中のカム作動
態様と前記次に使用するカム作動態様との比較によりカ
ム作動態様を切換える場合であるかどうかを判定する手
段65と、カム作動態様の切換と判定された場合に次に使
用するカム作動態様に切換えるように前記可変動弁装置
61に切換信号を出力する手段66とを備えるエンジンのバ
ルブ制御装置において、アクセルペダル操作量αを検出
するセンサ67と、このセンサ検出値からアクセルペダル
操作量の変化速度ΔACCを演算する手段68と、大小の２
つの所定値ACC2、ACC0を設定する手段69と、前記第１の
カム作動態様で運転している場合にこの２つの所定値AC
C2、ACC0と前記変化速度ΔACCとを比較する手段70と、
この比較結果より変化速度ΔACCが小側の所定値ACC0以
上となりかつ大側の所定値未満のとき前記第１のカム作
動態様よりも出力特性の高い第２のカム作動態様に、ま
た変化速度ΔACCが大側の所定値ACC2以上となったとき
前記第２のカム作動態様よりも出力特性の高い第３のカ
ム作動態様に切換えるように前記切換信号出力手段66に
指示する手段71とを設けた。

（作用） 第１のカム作動態様で運転している場合において、ア
クセルペダル操作量の変化速度が小側の所定値以上とな
りかつ大側の所定値未満になったときと、アクセルペダ
ル操作量の変化速度が大側の所定値以上となったときと
では、アクセルペダル操作量の変化速度が大側の所定値
以上となったときのほうがドライバーのエンジン出力に
対する増加要求が大きい。

この場合に（つまりアクセルペダル操作量の変化速度
が大側の所定値以上となったとき）、本発明では第２の
カム作動態様に切換えることなくただちに第３のカム作
動態様に切換えることから、いったん第２のカム作動態
様に切換えた後に第３のカム作動態様に切換える場合に
比べて、油圧機構やメカ機構の応答遅れがほぼ半分にな
り、ドライバーの要求する大きなエンジン出力が即座に
得られる。

（実施例） 第２図と第３図で示した可変動弁装置はいわゆるエン
ドピボット式のもので、その構成自体はすでに提案され
ている。

21は燃費のよい第１カム、22と23は出力の大きな第2,
第３カム、24は吸気バルブ（または排気バルブ）、25は
カムフォロア部をローラ26とし、このローラ26が第１カ
ム21と接する、いわゆるローラロッカーアーム（後述す
るサブロッカーアームに対してはメインロッカーアーム
となる）、27はロッカーシャフトである。

メインロッカーアーム25には、シャフト30を介して２
つのサブロッカーアーム28,29が揺動自在に支持され、
一方のサブロッカーアーム28には第２カム22が、他方の
サブロッカーアーム29には第３カム23がそれぞれ摺接さ
れる。ただし、サブロッカーアーム29（28についても）
はバルブ24と接する部位を持たず、第３図のように、ロ
ストモーションスプリング31の弾性力によりカムから離
れないようにされている。

一方のサブロッカーアーム28の揺動部位には円柱状の
ピン32が、またメインロッカーアーム25にもピン32と軸
心を同じくかつ同径のピン34がそれぞれロッカーシャフ
ト方向に揺動自在に設けられ、リターンスプリング36に
より常時は第２図において下方に付勢され、図示状態に
ある。この状態では、一体に形成されたカム21〜23が回
転すると、第１カム21にしたがってメインロッカーアー
ム25が揺動し、吸気バルブ24が開閉される。

この状態からピン34の収まる油圧室38に油通路40を介
して作動油が導かれると、カムのベースサークル域でリ
ターンスプリング36に抗し２つのピン34,32がともに第
２図において押し上げられ、サブロッカーアーム28がメ
インロッカーアーム25に対してくし刺し状態となる。こ
のくし刺し状態では、メインとサブの両ロッカーアーム
28,29が一体的に動作するので、バルブリフト特性は第
２カム22にしたがう。つまり、バルブリフト特性が動力
重視に切換えられ、発生するトルクが増やされる。第５
図に各カム21〜23の全開性能を示す。

他方のサブロッカーアーム29についてもその構成は一
方のサブロッカーアーム28と同様である。

なお、カム21〜23はそれぞれ部分負荷時、低速高負荷
時、高速高負荷時においてそれぞれ要求されるバルブリ
フト特性を満足するように異なるプロフィールを持ち
（第４図参照）、共通のカムシャフトに一体に形成され
ている。

上記油圧室38,39への油圧の切換は、第６図に示した
２つのソレノイドバルブ45,46により行なわれる。各ソ
レノイドバルブ45,46はいずれも常閉のタイプで、コン
トロールユニット51からのON信号により図示のように一
方のソレノイドバルブ45が開かれると、第２カム22を働
かせるための油圧室38へとオイルポンプからの作動油が
導かれ、また一方のバルブ45を閉じ他方のバルブ46を開
くことにより、今度は第３カム23を働かせるための油圧
室39に作動油が導かれる。

第６図において、マイクロコンピュータからなるコン
トロールユニット51には、エンジン回転数Neを検出する
センサ（たとえばクランク角センサ）52、アクセルペダ
ル操作量（エンジン負荷相当量）αを検出するセンサ5
3、カムポジションセンサ54からの信号が入力され、コ
ントロールユニット51では、２つのソレノイドバルブ4
5,46にON,OFF信号を出力することによりカム21〜23の切
換を行う。

この場合、カム切換の判定については、第９図に示し
たカムポジションマップによるほか、アクセルペダル操
作量の変化速度の程度に応じても、カムを切換えるかど
うかの判断を行うことで、ドライバーの要求するトルク
の急増に対しても、レスポンス良く対応させるようにし
ている。

つまり、アクセルペダル操作量の変化速度が大きい場
合は、第９図の特性とは関係なく、即座にカムを高出力
側に切換え、同じアクセルペダル操作でもエンジンの出
力トルクを大きくして、ドライバーの駆動力の増加要求
にすみやかに答えるのである。

こうした制御を行わせるため、第７図のフローチャー
トが作られている。これは、所定の時間（たとえば4mse
c）ごとに実行される。

このフローチャートを用いて、この例の作用を説明す
ると、まずドライバーの要求する駆動力がどんなもので
あるかをつかむため、アクセルペダル操作量αの変化速
度（単位時間当たりの変化量）ΔACCと所定値ACC0を比
較し、ΔACC≧ACC0のときアクセルペダルの踏みこみ速
度が大きいとき、ドライバーが急加速あるいは大きな駆
動力を要求していると判断する（ステップ13,14）。

いま燃費重視の第１カムが使用されている場合でみる
と、こうした大きな駆動力が要求されるときでも、従来
装置によれば、カムはそのままで、スロットル弁を開き
吸入される空気量を多くすることで、出力トルクを大き
くする。そして、第９図で示したように、アクセルペダ
ル操作量αそのものやエンジン回転数Neがカム領域の境
界を越えて第２カムの領域に移ったときにカム切換信号
を出力して高出力の第２カムに切換える。

これに対して、この例では、アクセルペダル操作量の
変化速度ΔACCが所定値ACC0を越えたと判定されたとき
第２カムへと切換える。（ステップ14,15,19）。ΔACC
≧ACC0であると判定された時点でのアクセルペダル操作
量αやエンジン回転数Neが第９図において第１カムの領
域内にあり、まだ第２カム領域との境界より遠く離れて
いる場合であっても、次に使用するカムへと切換えられ
るのである。

また、アクセルペダル操作量の変化速度ΔACCにより
ドライバーの要求を判断するのであれば、第１カムより
いきなり第３カムに切換えたほうがドライバーの要求に
合う場合だって考えられる。このため、変化速度ΔACC
の所定値ACC1からのずれ量ΔACC1（＝ΔACC＝ACC1）を
計算し（ステップ17）、このずれ量ΔACC1が非常に大き
い場合（ΔACC1≧所定値ACC2）には、第１カムより直接
第３カムに切換える。（ステップ18,16）。

言い替えると、アクセルペダル操作量αが第９図で示
したカム領域の境界を越えるのを、あるいは出力増加に
伴う回転数Neの立ち上がりを待つよりも、アクセルペダ
ル操作量の変化速度（ドライバーの要求に良く合致す
る）の程度に即応してカム切換を行うことのほうが、ド
ライバーのすみやかな駆動力の増加要求にこたえられる
のである。

なお、第７図によるカム切換が第８図でのカム切換に
優先して実行されることはいうまでもない。

実施例では、ドライバーの駆動力要求の程度をアクセ
ルペダル操作量の変化速度でみたが、アクセルペダルと
連動するスロットル弁の変化速度をみて、同様のカム切
換操作を行うようにすることもできる。

なお、第１図との関係では、第８図のステップ２が次
カムポジション選択手段63、ステップ３がカム切換判定
手段65、ステップ４が切換信号出力手段66、第７図のス
テップ13が変化速度演算手段68、ステップ14が比較手段
69、ステップ15,19またはステップ15,16が指示手段70の
機能を果たしている。

（発明の効果） この発明では、第１のカム作動態様で運転している場
合に、アクセルペダル操作量の変化速度が大側の所定値
以上となったとき、ただちに第３のカム作動態様に切換
えるようにしたため、いったん第２のカム作動態様に切
換えた後に第３のカム作動態様に切換える場合に比べ
て、油圧機構やメカ機構の応答遅れがほぼ半分になり、
ドライバーの要求する大きなエンジン出力を即座に得る
ことができる。」

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図は一実施例
の可変動弁装置の平面図、第３図は第２図のＸ−Ｘ線断
面図、第４図と第５図はこの装置のバルブリフトと全開
トルクの各特性図、第６図は前記実施例の制御システム
図、第７図はこの実施例の制御動作を説明するための流
れ図である。 第８図は従来例の制御動作を説明するための流れ図、第
９図は従来例のカムポジションのマップ特性図である。 21……第１カム、22……第２カム、23……第３カム、25
……メインロッカーアーム、28,29……サブロッカーア
ーム、32〜35……ピン、38,39……油圧室、45,46……ソ
レノイドバルブ、51……コントロールユニット、52……
クランク角センサ（エンジン回転数センサ）、53……ア
クセルペダル操作量センサ（エンジン負荷相当量セン
サ）、54……カムポジションセンサ、61……可変動弁装
置、62……エンジン負荷相当量センサ、63……次カムポ
ジション選択手段、64……カムポジションセンサ、65…
…カム切換判定手段、66……切換信号出力手段、67……
アクセルペダル操作量センサ、68……変化速度演算手
段、69……所定値設定手段、70……比較手段、71……指
示手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン出力特性が異なる少なくとも３つ
   以上のカム作動態様と、 これらのカム作動態様を切換えうる機構とからなる可変
   動弁装置と、 エンジンの負荷相当量を検出するセンサと、 このセンサ検出値に基づいて定まる運転条件に応じて、
   次に使用するカム作動態様を選択する手段と、 現在使用中のカム作動態様を検出するセンサと、 この現在使用中のカム作動態様と前記次に使用するカム
   作動態様との比較によりカム作動態様を切換える場合で
   あるかどうかを判定する手段と、 カム作動態様の切換と判定された場合に次に使用するカ
   ム作動態様に切換えるように前記可変動弁装置に切換信
   号を出力する手段と を備えるエンジンのバルブ制御装置において、 アクセルペダル操作量を検出するセンサと、 このセンサ検出値からアクセルペダル操作量の変化速度
   を演算する手段と、 大小の２つの所定値を設定する手段と、 前記第１のカム作動態様で運転している場合にこの２つ
   の所定値と前記変化速度とを比較する手段と、 この比較結果より変化速度が小側の所定値以上となりか
   つ大側の所定値未満のとき前記第１のカム作動態様より
   も出力特性の高い第２のカム作動態様に、また変化速度
   が大側の所定値以上となったとき前記第２のカム作動態
   様よりも出力特性の高い第３のカム作動態様に切換える
   ように前記切換信号出力手段に指示する手段と を設けたことを特徴とするエンジンのバルブ制御装置。