JP2985328B2 - 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、切換直後はシリンダに吸入される燃料及び空気量が
大幅に変動するため、機関の発生トルクがカム切換前後
で急激に変化する。

【０００７】このため、カム切換に伴い燃料の供給量や
点火時期を補正制御して、トルクショックをできるだけ
小さくする必要があるが、制御の応答性の問題もあっ
て、カム切換が頻繁に繰り返される場合には、切換に伴
うトルクショックを完全に吸収することは難しい。

【０００８】とくにカーブが連続する屈曲路走行時は、
ハンドルの切換と共に、アクセルペダルのオンオフ（踏
み込みと解除）を頻繁に繰り返すことが多く、このため
アクセル開度に対応して低出力カムと高出力カムとの間
で頻繁にカムが切換わり、その都度トルクショックが発
生しやすく、またアクセル開度に対する発生駆動力の特
性も切り換わるので、乗り心地や運転性が損なわれるこ
とがあった。

【０００９】そこで本発明は、屈曲路走行時には、すな
わち上記のようにハンドルの切換、あるいはアクセルペ
ダルのオンオフが頻繁に行われる屈曲路走行状態では、
低出力（燃費）カムへの切換を禁止することにより、急
激なトルク変動を抑制し、運転性や乗り心地の改善を図
ることを目的とする。

【００１０】

【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、屈曲路走行状態が維持されている
か否かを判定する手段８２と、所定の屈曲路走行状態が
維持されていると判定されたときは、低い出力特性を有
するカム作動態様への切換を禁止する手段８３とを備え
た。前記判定手段８２は、頻繁な操舵操作を要する運転
状態のときに屈曲路走行状態にあると判定する。また、
前記判定手段８２は頻繁なアクセルのオンオフ操作を要
する運転状態のときに屈曲路走行状態にあると判定す
る。

【００１１】

【作用】屈曲路走行時に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、低出力側のカム作動
態様への切換が禁止されるので、トルクショックの発生
が抑制され、さらにアクセル開度に対する駆動力の特性
も一定し、同時に良好なエンジンブレーキと共にスムー
ズな加速もでき、運転性も改善される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】一方、この発明において、コントロールユ
ニット５１は、屈曲路走行状態を、例えば頻繁なハンド
ル操作を要する運転状態、あるいは頻繁なアクセルのオ
ンオフ操作を要する運転状態などから判定したときは、
第２、第３カムから第１カムへの切換を禁止し、屈曲路
走行時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カムの
切換を中止させ、カム切換に伴って発生するトルクショ
ックを減少させると共に、アクセル操作量に対する発生
駆動力の特性を一定させ、同時に高出力カムによるエン
ジンブレーキの効いた減速と、スムーズな加速を実現す
るようになっている。

【００３２】このため、コントロールユニット５１には
ハンドル操舵角度を検出する操舵角センサ６０からの信
号が入力し、操舵角センサ６０の出力を例えば６０秒毎
に移動平均演算し、この操舵角の移動平均値が予め設定
した所定値を越えたときに、ハンドルの切換が頻繁に行
われる屈曲路走行にあると判断し、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
２２，２３のまま保持する。

【００３３】屈曲路走行中であっても、渋滞によりのろ
のろ運転しているときは、この制御を中止して、低出力
カムへの切換を許可するようにすると、渋滞中の不必要
な高出力運転を防ぐことができる。

【００３４】そこで車速センサ６１からの信号により、
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、屈曲路走行状態にあっ
ても、通常のカム切換制御に移行させる。

【００３５】ここでコントロールユニット５１における
演算内容を説明すると、まず上記した操舵角の移動平均
値ＡＳは、 ＡＳ＝｛（Ｎ₁−１）＊ＡＳ＋ＤＳ｝／Ｎ₁ （１） 同じく、アクセル開度の移動平均値ＡＡと、車速積分値
ＳＶは次のようにして演算する。

【００３６】 ＡＡ＝｛（Ｎ₂−１）＊ＡＡ＋ＡＡＣ｝／Ｎ₂ （２） ＳＶ＝｛（Ｎ₃−１）＊ＳＶ＋ＶＳＰ＊Ｔ｝／Ｎ₃ （３） ただし、［ＤＳ：操舵角 ＡＡＣ：アクセル開度 ＶＳ
Ｐ：車速 Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃：サンプル数（例えば６０ｓ
ｅｃ） Ｔ：サンプリング間隔］をそれぞれ表す。

【００３７】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。

【００３８】ステップ１，２において、操舵角ＤＳを読
み込んだ後、これに基づいて、前記（１）式にしたがっ
て操舵角移動平均値ＡＳを算出する。

【００３９】また、ステップ３，４において、アクセル
開度ＡＡＣを読み込んでから、（２）式によりアクセル
開度移動平均値ＡＡを演算する。さらに、ステップ５，
６で車速ＶＳＰを読み込み、（３）式によって車速積分
値ＳＶを求める。

【００４０】このようにして求めた、操舵角移動平均値
ＡＳを予め設定した所定値Ｘと比較し、ＡＳが所定値よ
りも大きいときは、ハンドルを頻繁に切換操作する屈曲
路走行状態にあると判定する（ステップ７）。

【００４１】屈曲路走行のときは、さらにステップ８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／ＡＡを予め設定した所定値Ｙと比較して、
のろのろ運転の渋滞中かどうかを判定する。

【００４２】ＳＶ／ＡＡが所定値以上ならば渋滞中では
なく、この場合はステップ９に移行して、低出力カムへ
の切換を禁止する。

【００４３】これに対して、屈曲路走行状態でないと
き、あるいは屈曲路走行状態でも渋滞中は通常の制御を
維持し（ステップ１０）、低出力カムへの切換禁止制御
を行わない。

【００４４】したがって、本発明では屈曲路走行状態が
判定されると、低出力カムへの切換が禁止され、このた
め、カーブの手前で減速し、カーブから抜け出るときに
加速するというように、アクセルのオンオフ操作が頻繁
に繰り返される屈曲路走行時に、カムの切換が頻繁に起
きるのを防ぐことができ、この結果、カム切換毎に発生
するトルクショックが防止でき、また、アクセル操作に
対する発生駆動力の特性を安定させられ、同時に高出力
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
減速が実現できる。

【００４５】他方、屈曲路走行時であっても渋滞中は通
常のカム切換制御に戻すことにより低出力カムへの切換
を許容し、渋滞中の不必要な高出力運転を防いで、良好
な運転性を保つことができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によると、屈曲路走
行状態が判断されると低出力側のカム作動態様への切換
を禁止するようにしたため、アクセルのオンオフ操作が
頻繁に繰り返されても、カム作動態様の切換を抑制し、
これに伴うトルクショックの発生を減じることができる
一方、同一カム作動態様を用いることからアクセル変化
に対する出力特性が一定してアクセル調整がしやすくな
り、同時にカーブの前後における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、屈曲路走行時
の運転性の向上が図れる。

【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 操舵角センサ 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 F02D 29/02 F02D 45/00

Claims (2)

(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、頻繁な操舵操作を要する屈曲路走
   行状態が維持されているか否かを判定する手段と、所定
   の屈曲路走行状態が維持されていると判定されたとき
   は、低い出力特性を有するカム作動態様への切換を禁止
   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。
2. 【請求項２】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、頻繁なアクセルのオンオフ操作を
   要する屈曲路走行状態が維持されているか否かを判定す
   る手段と、所定の屈曲路走行状態が維持されていると判
   定されたときは、低い出力特性を有するカム作動態様へ
   の切換を禁止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。