JP2985327B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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）のことなる
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、カムの切
換は機関回転数と負荷などに応じて自動的に行われる
が、これは車両の前進時にだけでなく後退時にも同じよ
うに行われ、したがって後退時でもアクセルを大きく踏
み込むと、負荷の増大を認めて高出力カムに切換られて
いた。

【０００７】しかし、後退ギヤは一般的にギヤ比が高
く、高出力カムによる運転を行うとギクシャクした走行
となりやすく、後退走行がスムーズに行えなくなる。

【０００８】そこで本発明は、後退走行時には高出力カ
ムへの切換を禁止して低出力カムで運転することによ
り、円滑な後退走行を実現することを目的とする。

【０００９】

【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を運転
状態によって切換えるカム作動態様切換機構８１を備え
た内燃機関において、変速機の後退ギヤが選ばれている
ことを検出する手段８２と、後退ギヤ選択時にはそのと
きの運転状態に応じて高い出力特性を有するカム作動態
様への切換を禁止して低い出力特性を有するカム作動態
様での運転を維持する手段８３とを備えた。

【００１０】

【作用】後退走行時には、そのときの運転状態におい
て、高出力側のカム作動態様への切換が禁止され、低出
力側のカム作動態様で運転されるので、アクセル操作量
に対する駆動力の変化量が小さくなり、多少乱暴なアク
セル操作があっても緩やかに駆動力が変化し、安全で円
滑な後退走行が保証される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】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つのカムを運転状況に応じ
て切り換えるようになっている。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】一方、この発明において、コントロールユ
ニット５１は後退走行を判定したときは、低出力側の第
１カム２１から高出力側の第２、第３カム２２、２３へ
の切換を禁止し、後退時の高出力運転を中止して、ギク
シャクした運転を防ぐと共に、カム切換に伴ってのトル
クショックの発生を回避するようになっている。

【００３１】そこで、コントロールユニット５１には、
変速機の後退ギヤが選択されたことを検出するための手
段としての後退ギヤセンサ６０（自動変速機の場合はイ
ンヒビタースイッチによるＲレンジの検出、手動変速機
の場合はリバーススイッチ）からの信号に基づいて後退
ギヤが選ばれているときは、機関回転数や負荷から高出
力カムである第２、第３カム２２，２３への切換条件が
成立しても、カム切換は行わずに低出力カムである第１
カム２１のまま保持する。

【００３２】なお、この実施例では、後退時でも大出力
を要求されるとき、例えばキックダウンスイッチがオン
となるような大アクセル開度時には、上記した制御を中
止してカム切換を可能とし、また、登坂路を後退ギヤで
登っていくようなときも同様に中止して、高い駆動力を
発生させられるようにしてある。

【００３３】このため、アクセル操作量センサ５３の検
出するアクセル開度が大開度のとき、並びに車体の前後
の傾斜角度を検出する傾斜角センサ６１の出力が所定値
以上のときは、後退ギヤが選択されていても、カム切換
条件が成立すれば、高出力カムである第２、第３カム２
２，２３への切換を可能とした。

【００３４】コントロールユニット５１で実行されるこ
れらの制御について、図７のフローチャートにしたがっ
て説明する。

【００３５】ステップ１〜３において、後退ギヤの検出
信号、アクセル開度信号、傾斜角度センサ信号がそれぞ
れ読み込まれ、まずステップ４において、アクセル開度
が大開度であるかどうか判断される。

【００３６】大開度のときは、ステップ８に移行してそ
のまま通常のカム切換制御が実行されるが、そうでない
ときは、ステップ５において車体の傾斜角度から登坂路
走行であるかどうかを判定する。登坂路走行時にはやは
りステップ８に移行して通常のカム切換制御を維持す
る。

【００３７】これに対して登坂路走行でないときは、ス
テップ６において後退走行中であるかどうかを判定し、
後退走行時であるときは、ステップ７に移行して高出力
カムへの切換を禁止して低出力カムのまま維持する。

【００３８】このようにして後退ギヤ走行時には低出力
カムを維持することにより、アクセル操作量に対する駆
動力の変化量を小さくし、ギヤ比の高い後退ギヤでの走
行でもギクシャクした走行やエンストを防止し、円滑な
運転性を保証している。

【００３９】なお、例えばキックダウンスイッチがオン
となるようなアクセル大開度時や、登坂路を後退走行す
るときなどは、高出力カムへの切換が可能なため、必要
に応じて十分な駆動力を発揮することができ、後退時で
も高出力が要求されるときにはこれに対応することがで
きるのである。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、後退ギヤ
での走行状態が判断されると、そのときの運転状態にお
いて、高出力側のカム作動態様への切換を禁止して、低
出力側カム作動態様での運転を維持するので、後退時に
はアクセル操作に対する駆動力感度が鈍くなり、過度な
アクセル操作があっても緩やかな後退速度を保ち、安全
で円滑な運転性が保証される。

【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 後退ギヤセンサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 F02D 41/04 F02D 45/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力特性の異なる複数のカム作動態様を
   運転状態によって切換えるカム作動態様切換機構を備え
   た内燃機関において、変速機の後退ギヤが選ばれている
   ことを検出する手段と、後退ギヤ選択時にはそのときの
   運転状態に応じて高い出力特性を有するカム作動態様へ
   の切換を禁止して低い出力特性を有するカム作動態様で
   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。