JP2715735B2 - エンジンの出力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この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エンジンの出力制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸排気弁を駆動する動弁装置
は、エンジン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。

【０００３】ところが、この要求バルブタイミングはエ
ンジンの運転条件によってそれぞれ異なり、たとえば低
負荷域ではバルブリフト、開弁期間はともに小さく、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。自動車用エンジン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
を対象とするかがなかなか難しく、いずれにしても、す
べての運転条件で最適なマッチングとすることはできな
い。

【０００４】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。

【０００５】これは低回転域で高いトルクをもつ低速型
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。また、こ
れに加えて部分負荷域での燃費特性に優れた燃費カムを
備え、部分負荷域での燃費向上をはかることも提案され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これら低速
型出力カム、高速型出力カム、燃費カムの切換は、油圧
により行われるが、この場合油温が低く、粘性が高く
て、カム切換機構の作動がスムーズに行われない状態で
は、切換は難しい。

【０００７】即ち、エンジンの始動時に同じく、油圧が
働かないときは、カム切換機構により常態として燃費カ
ムが維持されるようになっている。

【０００８】しかしながら、これだと始動後等、油温が
高まるまでは、常に燃費カムの駆動となることから、ア
クセルを踏み込んでも、図８のように燃費カムのトルク
しか得られない。

【０００９】このため、このようなときは、走行に入ろ
うとしても、要求通りに出力が得られず、限られた走行
を余儀なくされるのである。

【００１０】この場合、低速型出力カムを常態にしても
良いが、これでは一般走行時に燃費カムにするために、
オイルポンプを常時駆動せざるを得ず、燃費が悪くな
る。

【００１１】なお、特開平２ー１７３３１７号、１７３
３２１号公報に、ターボ過給機を組み合わせることで、
エンジン出力の一層の向上を図る一方、エンジン温度が
低いときは、過給を行わず低速型カムの駆動とするもの
があり、このものは冷間時でも低速型カムによって所定
の出力が得られるが、この場合にも燃費カムを設けたと
きは前述のような問題は避けられない。

【００１２】この発明は、このような問題点を解決する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、高出力を発
生する特性に設定した第１の弁作動態様と、燃費が良好
となる特性に設定した第２の弁作動態様と、これらの弁
作動態様を油圧により切換える弁作動態様切換機構とを
備えたエンジンにおいて、吸気を過給する過給機と、前
記弁作動態様切換用の油温相当温度を検出する温度セン
サと、油温相当温度が所定値以下にあり前記第２の弁作
動態様にあるときは、油温相当温度が所定値よりも高く
前記第２の弁作動態様にあるときに対して、相対的に吸
入圧力を増大させるように過給機を稼働する過給制御手
段とを設ける。

【００１４】

【作用】したがって、弁作動態様切換用の油温等が低
く、燃費が良好となる特性に設定した第２の弁作動態様
から高出力を発生する特性に設定した第１の弁作動態様
への切換を行えないときは、相対的に吸入圧力を増大さ
せるように過給機が稼働されるので、出力が高められ、
良好な走行が維持される。

【００１５】

【実施例】まず、図１，図２に実施例の可変動弁装置の
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２−１１７２６１号として、既に提案されている。

【００１６】２１は燃費重視型のカムプロフィルに設定
され、カムリフトおよびリフト区間のともに小さい弁作
動態様（第２の弁作動態様）を得る第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
相対的に大きい弁作動態様（第１の弁作動態様）を得る
第２カム（低速型出力カム）、２３は高回転域で高トル
クを発生する回転域プロフィルに設定され、第２カム２
２よりもカムリフト、リフト区間の大きい弁作動態様
（第１の弁作動態様）を得る第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。

【００１７】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。

【００１８】メインロッカーアーム２５にはシャフト３
０を支点にして揺動する２つのサブロッカーアーム２
８,２９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。

【００１９】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。

【００２０】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
円柱形のピン３２が、またメインロッカーアーム２５に
もこのピン３２と同軸上にピン３４が、それぞれカムシ
ャフト方向に摺動自在に配設され、かつこれらピン３
２，３４は常時はリターンスプリング３６に付勢されて
図１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、ピン３４の収装された油圧室３
８に通路４０を介して圧油が導かれると、ピン３２と３
４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。

【００２１】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および第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にしたがっ
たバルブタイミングに切換わる。

【００２２】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特性
に切換えられるのである。

【００２３】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、ピン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２
９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、リフト区間のともに大きい第３カム２３に依存す
るように切換えられ、高回転域での出力重視の特性が得
られるのである。

【００２４】なお、図３に第１カム２１から第３カム２
３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、図６のようになり、第１カ
ムによれば、発生トルクは低いものの燃費がよく、第２
カムで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。

【００２５】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２
２，２３から第１カム２１への切換を制御するために図
４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。

【００２６】コントロールユニット５１におけるこのカ
ムの選択は図６の特性に基づいて、要求するトルクと回
転数がたと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２１を使い、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２１の領域を外
れてたと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２１から低速型出力カム２２に
切換えられ、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
換えられるのである。また、オイルポンプから送られる
油温が低く、カムの切換を行えないときは、燃費カム２
１の常態に維持される。

【００２７】このため、コントロールユニット５１には
エンジン回転数、クランク角度位置を検出するクランク
角度センサ５２、アクセルペダルの操作量（踏み込み
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、
およびカム切換機構の油温を検出する温度センサ６０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。

【００２８】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。

【００２９】ところで、コントロールユニット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５９の点火時期を補正する。

【００３０】スロットルバルブ５７はコントロールユニ
ット５１からの指令信号を受けるサーボ駆動回路５５、
およびこの駆動信号に基づいて作動するサーボモータ５
６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。

【００３１】コントロールユニット５１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、カムポジションセンサ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５７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カムから第２または第３カ
ムへの切換時には、サーボ駆動回路５５、サーボモータ
５６を介してスロットルバルブ５７の開度を、その切換
時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カムから第１
カムに切換わるときは、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
を行う。

【００３２】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する。

【００３３】一方、図５に示すように、エンジン６１の
吸気通路６２に機械式の過給機６３が設けられ、この過
給機６３は駆動軸部に電磁クラッチ６４が設けられ、プ
ーリ６５を介してエンジン６１のクランクプーリ６６に
ベルト連結される。

【００３４】吸気通路６２には過給機６３のバイパス通
路６７が形成され、このバイパス通路６７にはバイパス
空気量を制御するための制御弁６８が介装される。

【００３５】オイルポンプからの圧油を前述のカム切換
機構に送る油通路６９の途中には、前記温度センサ６０
が設置される。なお、油温を検出する代わりに、エンジ
ンの冷却水温やエンジンルーム内の雰囲気温度を検出す
るようにしても良い。

【００３６】そして、過給機６３の電磁クラッチ６４、
バイパス通路６７の制御弁６８の駆動制御は、コントロ
ールユニット５１により行われる。

【００３７】コントロールユニット５１（過給制御手
段）は、温度センサ６０ならびに前記各センサの信号に
応じて、油温（もしくは油温相当温度）が所定値以下に
あり、燃費カム２１が吸・排気弁２４を駆動していると
きに、アクセルが一定以上踏み込まれると、電磁クラッ
チ６４をオンして過給機６３を稼動する。

【００３８】この際、過給機６３による急激なトルクの
発生を緩和するために、コントロールユニット５１は制
御弁６８を緩やかに閉制御する。

【００３９】また、高回転域にコントロールユニット５
１は制御弁６８を開制御し、過給圧が上限を越えないよ
うに調整する。

【００４０】即ち、油温（もしくは油温相当温度）が所
定値以下にあり、燃費カム２１の駆動にあるときに、ア
クセルが一定以上踏み込まれると、油温（もしくは油温
相当温度）が所定値よりも高く、燃費カム２１の駆動に
あるときに対して、相対的に吸入圧力を増大させるよう
に、過給機６３による過給を行い、図６のように高トル
クを得る。

【００４１】なお、油温（もしくは油温相当温度）が所
定値を越えると、コントロールユニット５１は電磁クラ
ッチ６４をオフし、制御弁６８を全開する。

【００４２】このような構成のため、カム切換機構の油
温が低く、常態の燃費カム２１から出力カム２２，２３
への切換えを行えないときに、アクセルを踏み込んでい
くと、カム切換機構の油温が所定値よりも高く、燃費カ
ム２１の駆動にあるときに対して、相対的に吸入圧力を
増大させるように、過給機６３が稼働され、過給が行わ
れる。

【００４３】このため、燃費カム２１の駆動に対し過給
によってトルクが高められ、これによりアクセルの踏み
込みに応じた出力が得られ、油温の上昇を待つことな
く、良好な走行が確保される。

【００４４】また、油温が所定値以上に高まると、運転
条件に応じてカム切換機構によりカムが切換えられ、部
分負荷域には燃費カム２１の駆動により燃費が大幅に改
善され、高負荷域には低速型出力カム２２、高速型出力
カムにより低回転域から高回転域の広範囲に高出力が確
保される。

【００４５】なお、燃費カム２１の駆動時には実圧縮比
が低いため、圧縮比を下げることなく、過給を行える。

【００４６】図７は他の実施例を示し、機械式過給機の
代わりにターボ過給機７０を装備したものである。

【００４７】ターボ過給機７０のコンプレッサ７１は吸
気通路７２の途中に、排気タービン７３は排気通路７４
の途中に設けられ、吸気通路７２のコンプレッサ７１の
バイパス通路７５ならびに排気通路７４の排気タービン
７３のバイパス通路７６に、それぞれ制御弁７７，７８
が介装される。

【００４８】そして、カム切換機構の油温もしくは油温
相当温度が所定値以上にあり、燃費カム２１の駆動にあ
るときは、カム切換機構の油温もしくは油温相当温度が
所定値よりも高く、燃費カム２１の駆動にあるときに対
して、相対的に吸入圧力を増大させるように、制御弁７
７，７８を閉制御し、また高回転域には過給圧が上限を
越えないように制御弁７８を開制御する。

【００４９】なお、油温もしくは油温相当温度が所定値
を越えると、制御弁７７，７８を全開する。

【００５０】

【発明の効果】以上のようにこの発明は、高出力を発生
する特性に設定した第１の弁作動態様と、燃費が良好と
なる特性に設定した第２の弁作動態様と、これらの弁作
動態様を油圧により切換える弁作動態様切換機構とを備
えたエンジンにおいて、吸気を過給する過給機と、前記
弁作動態様切換用の油温相当温度を検出する温度センサ
と、油温相当温度が所定値以下にあり前記第２の弁作動
態様にあるときは、油温相当温度が所定値よりも高く前
記第２の弁作動態様にあるときに対して、相対的に吸入
圧力を増大させるように過給機を稼働する過給制御手段
とを設けたので、第２の弁作動態様から第１の弁作動態
様への切換を行えないときでも、高出力を得ることがで
き、アクセルの踏み込みに応じて良好な走行を確保でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】可変動弁装置の平面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】各カムのバルブリフトの特性図である。

【図４】制御系統の構成図である。

【図５】過給機の配置図である。

【図６】各カムの全開トルクの特性図である。

【図７】他の実施例の過給機の配置図である。

【図８】従来例の各カムの全開トルク特性図である。

【符号の説明】

２１ 第１カム（燃費カム） ２２ 第２カム（低速型出力カム） ２３ 第３カム（高速型出力カム） 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 ３２〜３５ ピン ３８,３９ 油圧室 ４５,４６ 電磁弁（油圧切換弁） ５１ コントロールユニット ５２ クランク角度センサ(エンジン回転数センサ) ５３ アクセル操作量センサ ５４ スロットル開度センサ ５６ サーボモータ ５７ スロットルバルブ ５８ カムポジションセンサ ６０ 温度センサ ６３ 過給機 ６４ 電磁クラッチ ６７ バイパス通路 ６８ 制御弁 ７０ ターボ過給機 ７５，７６ バイパス通路 ７７，７８ 制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｆ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高出力を発生する特性に設定した第１の弁
   作動態様と、燃費が良好となる特性に設定した第２の弁
   作動態様と、これらの弁作動態様を油圧により切換える
   弁作動態様切換機構とを備えたエンジンにおいて、吸気
   を過給する過給機と、前記弁作動態様切換用の油温相当
   温度を検出する温度センサと、油温相当温度が所定値以
   下にあり前記第２の弁作動態様にあるときは、油温相当
   温度が所定値よりも高く前記第２の弁作動態様にあると
   きに対して、相対的に吸入圧力を増大させるように過給
   機を稼働する過給制御手段とを設けたことを特徴とする
   エンジンの出力制御装置。