JP2855890B2

JP2855890B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2855890B2
Application number: JP15695191A
Authority: JP
Inventors: 眞木村; 裕神山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JPH051577A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は運転条件によって選択的
にカムを切換える自動車用等の内燃機関の制御装置に関
する。

【０００２】

【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。

【０００３】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、全ての
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（カム作動態様）を備えておき、運転条件によ
って選択的に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。

【０００５】これは低回転域で高いトルク特性をもつ低
速型の高出力カムと、高回転域で高いトルク特性の高速
型の高出力カムとを、運転条件に応じて切換えることに
より、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、これに加えて低中回転、部分負荷
域での燃費特性にすぐれた低出力カム（燃費カム）を備
え、部分負荷域での燃費向上を図ることも提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】ところで、登坂路走
行時など、コーナーの入口でいったんアクセルを戻し、
コーナー出口から大きくアクセルを踏み込むというよう
なアクセル操作が頻繁に繰り返されるが、このような場
合、コーナー入口でアクセルを戻すと負荷の減少と認
め、その都度、低出力カムに切換られてしまう。

【０００７】したがってその直後の加速は低出力カムに
よって行われるため、コーナー出口からの加速の立ち上
がりが悪く、登坂路での駆動力も不足し、しかも、加速
性能を確保するには余分にアクセルを踏み込んで高出力
カムに切換えなければならず、アクセルの操作量も大き
くなって運転性も悪化する。

【０００８】このように登坂路走行を含めて相対的に高
負荷運転を要求されるときは、一時的に低負荷で運転す
ることがあっても低出力カムに切換ずに、そのまま高出
力カムを保持している方が、スムーズな運転性がえられ
るのである。

【０００９】また、カムの切換時には、カムの切換に伴
い吸気充填効率（あるいは同時に排気効率）が大きく変
化し、仮にスロットル開度が同一のままでも、吸気管ボ
リュームの大きさ等に依存して、切換直後にシリンダに
吸入される燃料及び空気量がそれまでに比べて大幅に変
動するため、機関の発生トルクがカム切換前後で急激に
変化し、たとえカム切換時に燃料や点火時期を補正制御
したとしても、このトルクショックを完全に吸収するこ
とが難しいため、乗り心地が悪化するという問題もあっ
た。

【００１０】そこで本発明は、登坂路走行時のように高
出力運転頻度の高いときには、低出力カムへの切換を禁
止して高出力カムを維持することにより、十分な駆動力
を確保し、不必要なアクセル開閉操作を防いで、運転性
や乗り心地の改善を図ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は図１に示すよう
に、出力特性の異なる複数のカム作動態様８０と、これ
らのカム作動態様を運転状態によって選択的に切換える
カム作動態様切換機構８１とを備えた内燃機関におい
て、高負荷運転頻度の高い走行状態を判定する手段８２
と、高負荷運転頻度の高いときは低出力カム作動態様へ
の切換を禁止して高出力カム作動態様での運転を維持す
る手段８３とを備えた。

【００１２】

【作用】登坂路走行時など高負荷運転頻度の高い走行状
態では、アクセル開度が頻繁に変化して、減速、加速が
繰り返されても、低出力カム作動態様への切換が禁止さ
れるので、十分な駆動力が確保され、またカム作動態様
切換に伴うトルクショックも減り、円滑で良好な運転性
が確保される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１４】まず、図２、図３に可変動弁機構の基本的
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もので、低
回転域と高回転域でそれぞれ出力を重視した２つの高出
力カムと、これとは別に部分負荷域などで燃費を重視し
た低出力（燃費）カムとの３つのカム（カム作動態様）
を運転状況に応じて切り換えるようになっている。

【００１５】２１は燃費重視型のカムプロフィルに設定
され、カムリフトが小さく、かつリフト開始が遅くリフ
ト終了が早いリフト区間の小さい第１カム(低出力カ
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(低速型高出力カム)、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(高速型高出力カム)で、これらは同一のカム
シャフトに並列的に設けられる。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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２４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
向に摺動自由に配設され、かつこれらピン３２,３４は
常時はリターンスプリング３６に付勢されて図２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３８に通路４
０を介して圧油が導かれると、ピン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。

【００２０】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の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られるのである。

【００２１】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
フト量、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。

【００２２】なお、図４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５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。

【００２３】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
６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。

【００２４】コントローユニット５１におけるこのカム
の選択は図５の特性に基づいて、要求するトルクと回転
数が例えば低出力の燃費カムである第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。

【００２５】このため、コントロールユニット５１には
運転状態を代表するパラメータとして、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からの各信号が入力し、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。

【００２６】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。

【００２７】ところでコントロールユニット５１は、カ
ムの切換時に、スロットル開度が同一のままでは、カム
の出力特性により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
たりするため、これを防ぐように、カム切換に対応して
吸気通路に設けたスロットルバルブ５７の開度を補正制
御している。

【００２８】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。

【００２９】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、カムポジョシンセンサ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。

【００３０】そして、カム切換が判断され、例えば第１
カム２１から出力トルクの大きい第２または第３カム２
２、２３への切換時には、トルク増大分を吸収するよう
に、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、その切換目標カムとのト
ルク段差に応じて減少補正し、また、第２または第３カ
ム２２、２３から出力トルクの小さい第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ように出力の補正制御を行
う。

【００３１】図示しないが、同時に点火装置の点火時期
を補正制御することにより、切換時の出力変動をさらに
抑制することも可能である。

【００３２】一方、この発明において、コントロールユ
ニット５１はたとえば登坂路走行や積載重量の大きい状
態で発進、停止を繰り返す走行時など、高負荷運転頻度
の高い走行状態を判定したときは、高出力側の第２、第
３カム２２、２３から低出力側の第１カム２１への切換
を禁止し、つづら折りの登坂路走行時などに頻繁に起き
るアクセルペダルの踏み込みと解除の繰り返し、つまり
加減速の繰り返し時における低出力側カムへの切換を中
止させ、アクセル操作量に対する発生駆動力を相対的に
増大させると同時にトルク特性を一定させ、高出力カム
によるスムーズな加速とエンジンブレーキの効いた減速
を実現すると共に、カム切換に伴って発生するトルクシ
ョクを減少させるようになっている。

【００３３】コントロールユニット５１は、高負荷運転
頻度の高い走行状態を判定するために、アクセル操作量
センサ５３の信号に基づいて、アクセル開度の移動平均
値や時間当たりのアクセル変化量を演算し、これらが所
定値を上回ったとき、あるいは、車体の前後方向の傾き
を測定する傾斜角センサ６０からの信号が所定値よりも
増加したときに、登坂路走行等の高負荷運転頻度の高い
走行状態にあると判断し、このときはアクセル開度が小
さくなって、機関回転数や負荷などから低出力カムであ
る第１カム２１への切換条件が成立しても、カム切換は
行わず、高出力カムである第２または第３カム２２，２
３のまま保持する。

【００３４】また、高速道路での渋滞時など、加速と減
速の繰り返し頻度が高いときも、カム切換を行わずに、
高出力カムのまま運転した方がアクセル操作に対する出
力応答性がよくなるため、車速センサ６１からの信号
と、アクセル操作量センサ５３の出力に基づいて、アク
セル開度移動平均値あたりの車速積分値を演算し、これ
が所定値以下のときは渋滞と判断し、低出力カムへの切
換を禁止して高出力カムを保持したまま運転する。

【００３５】なお、上記したアクセル開度の移動平均値
等は次のようにして演算される。まず、アクセル開度の
移動平均値Ａは、Ａ＝｛（Ｎ₁−１）＊Ａ＋ＡＣ｝／Ｎ₁ （１）同じく車速積分値ＳＶは、ＳＶ＝｛（Ｎ₂−１）＊ＳＶ＋ＶＳＰ＊Ｔ｝／Ｎ₂ （２）ただし、［ＡＣ：アクセル開度ＶＳＰ：車速Ｎ₁，
Ｎ₂：サンプル数（例えば６０ｓｅｃ）Ｔ：サンプリ
ング間隔］をそれぞれ表す。

【００３６】次にこれらの演算結果に基づいてコントロ
ールユニット５１で実行される制御動作を、図７のフロ
ーチャートにしたがって説明する。

【００３７】ステップ１〜３において、アクセル開度Ａ
Ｃ、車速ＶＳＰ、車体の前後方向の傾きθを読み込む。
そして、ステップ４で上記（１）式にしたがってアクセ
ル開度移動平均値Ａを、また、ステップ５で時間当たり
のアクセル変化量Ｂを演算する。さらにステップ６で
（２）式にしたがって車速積分値ＳＶを求める。

【００３８】ステップ７では上記のように求めたアクセ
ル開度移動平均値Ａまたはアクセル変化量Ｂを、予め設
定した所定値Ｘ（またはＸＸ）と比較し、これが所定値
よりも大きいときは、高負荷運転頻度の高い走行状態に
あると判定する。そして、このときは、ステップ１１に
移行して低出力カムへの切換を禁止して高出力カムを保
持する。

【００３９】また、ステップ８では前記傾斜センサ出力
θを所定値Ｙと比較して、登坂路走行かどうかを判定す
る。登坂路走行のときは、上記と同じく低出力カムへの
切換を禁止し、高出力カムでの運転を継続する。なお、
この登坂路走行の判定は、ステップ７の高負荷運転頻度
の判定によって代行することもできる。

【００４０】また、ステップ９において、アクセル開度
移動平均値あたりの車速積分値、つまりＳＶ／Ａを予め
設定した所定値Ｚと比較して、のろのろ運転の渋滞中か
どうかを判定する。ＳＶ／Ａが所定値以下ならば渋滞中
で、この場合はステップ１１に移行して、低出力カムへ
の切換を禁止する。

【００４１】ステップ７，８，９において、高負荷、登
坂路、渋滞のいずれにもないときは、ステップ１０に移
行して通常のカム切換制御を維持する。

【００４２】したがって、本発明では高負荷運転頻度の
高い走行状態が判定されると、低出力カムへの切換が禁
止され、このため、たとえば積載荷重が大きい状態で市
街地の混雑した道路を走行し、発進や停止を頻繁に繰り
返すときや、つづら折りの登坂路走行においてコーナー
の入口で減速し、コーナーから抜け出るときに加速する
ときなどのように、アクセルのオンオフ操作が頻繁に繰
り返されても、その都度カムが切換わることなく、常に
高出力カムが保持されるので、要求される十分な駆動力
を保証することができ、この結果、スムーズな加速特性
やエンジンブレーキを効かせての減速が実現でき、また
アクセル操作に対する発生駆動力特性も一定すると共
に、カム切換毎に発生するトルクショックが防止でき、
円滑で良好な運転性が確保できる。

【００４３】またこの低出力カムへの切換禁止は、渋滞
中についても実行されるので、高速道路での渋滞のよう
に、発進と停止とが頻繁に繰り返されるときにも、高い
駆動力によりきびきびとした運転性が得られる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高負荷運
転頻度の高い走行状態が判断されると低出力カム作動態
様への切換を禁止して高出力カム作動態様を維持するよ
うにしたため、登坂路走行時や積載荷重の大きな状態で
の渋滞走行時など、アクセル開度が頻繁に変化して減
速、加速が繰り返されても、常に高出力カム作動態様に
よる十分な駆動力が保証され、過大なアクセル開閉操作
を必要とすることなく、スムーズな加速とエンジンブレ
ーキの効いた減速が可能となり、またカム作動態様切換
に伴うトルクショックも減り、これらの結果運転性や乗
り心地の著しい改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成図である。

【図２】本発明の実施例を示す可変動弁機構の平面図で
ある。

【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】各カムのリフト特性を示す説明図である。

【図５】各カムによる出力特性をトルクと回転数に基づ
いて示す説明図である。

【図６】コントロールユニットのブロック図である。

【図７】コントロールユニットにおいて実行される制御
動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

２１第１カム２２第２カム２３第３カム２４吸・排気弁２５メインロッカアーム２８サブロッカアーム２９サブロッカアーム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６０傾斜角センサ６１車速センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 13/02 F01L 13/00 301 F02D 41/04 320 F02D 45/00 312

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】出力特性の異なる複数のカム作動態様
と、これらのカム作動態様を運転状態によって選択的に
切換えるカム作動態様切換機構とを備えた内燃機関にお
いて、高負荷運転頻度の高い運転状態を判定する手段
と、この高負荷運転頻度の高いときは低出力カム作動態
様への切換を禁止して高出力カム作動態様での運転を維
持する手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御
装置。