JPH04105947U - エンジンの出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カムの切換に同期してブースト圧を瞬時に変
化させることにより、切換時のトルクのオーバーシュー
トやアンダーシュートを軽減する。 【構成】 スロットルバルブとは別にブースト圧を増減
する機構７４を設ける。運転状態が変化して、カム切換
機構７３により、燃費カム７２から出力カム７１に切換
えると、この切換後も応答遅れによりシリンダに遅れて
流入する空気が少なくなるように、この切換に合わせ
て、ブースト圧調整手段７５が前記ブースト圧増減機構
７４を駆動して、ブースト圧を応答よく強くする。この
逆に、出力カム７１から燃費カム７２への切換時には、
ブースト圧調整手段７５が、ブースト圧を応答よく弱め
て、シリンダに流入する空気をすみやかに増す。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案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。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記したカムの切換は、切換の前後でエンジン出力が不連続に変化 することがないように、同一のスロットル開度において出力が一致する回転数を 選んで行われる。

【０００７】 ところが、選択されるカムとして、低回転域と高回転域とで全開出力（トルク ）を重視した特性の２つの出力カム（あるいは全回転域での出力を重視した特性 の単一の出力カム）と、部分負荷域で燃費を重視した燃費カムとを備えている場 合、燃費カムから出力カムへの切換（あるいはこの逆への切換）は、燃費カムで の発生トルクが相対的に低いことから、切換の前後でトルク段差が生じるだけで なく、吸気管の容積効果により、トルクの行き過ぎ現象が大きくなってしまう。 上記したように吸気弁のリフトが小さく、閉弁時期も下死点前にある燃費カム とリフトも開弁期間も大きい出力カムとでは、スロットル開度が同一のとき、出 力カムのほうがスロットルバルブ下流の吸気管圧力（この圧力を以下ブースト圧 という）が相対的に強いのであるが、燃費カムから出力カムへと切換えたからと いって、ブースト圧は急に変化することができず、応答遅れをもって強まってい く（値としては小さくなる）ため、この応答遅れの過渡的区間では定常時よりも 相対的にブースト圧が弱く、その分シリンダ流量が多くなって、発生するトルク が増すのであり、このトルク増が、オーバーシュート（いったん最終値よりも行 き過ぎた後、最終値へと収束する現象）を大きくしてしまうのである。もちろん このことは、出力トルクから燃費カムへの切換時にも、トルクのアンダーシュー トの増大というかたちで現れる。

【０００８】 なお、カムへの切換は運転者の意思、つまりアクセルペダルの開度変化等に応 じて行われ、たとえば燃費カムでの運転中にアクセルペダルがさらに踏み込まれ て燃費カムでの領域を越えた出力トルクを要求しているときは、そのときの回転 域から低速型か高速型の出力カムのいずれかが選択され、切換えられることにな る。

【０００９】 したがって、カム切換が燃費カムと出力カムとのあいだで実行されるときは、 運転者のまったく予期しない出力トルクの急変を生じるだけでなく、トルクのい き過ぎ現象が拡大されることになり、運転者はアクセルを戻したり、踏み込んだ りのアクセル操作を要求され、運転操作性が著しく悪化してしまう。

【００１０】 そこで、本考案は、スロットルバルブとは別にブースト圧を調整する機構を設 け、カムの切換に同期してブースト圧を瞬時に変化させることにより、切換時の トルクのオーバーシュートやアンダーシュートを軽減することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

そこでこの考案は、図１で示すように、高出力を発生する特性に設定した出力 カム７１と、燃費が良好となる特性に設定した燃費カム７２と、これらのカムを 運転状態によって選択的に切換えるとともにこのカムの運動を吸気弁に伝達する カム切換機構７３とを備えたエンジンにおいて、スロットルバルブとは別にブー スト圧を増減する機構７４と、前記カムの切換時にブースト圧の応答が早くなる ように前記ブースト圧増減機構７４を駆動してブースト圧を調整する手段７５と を備える。

【００１２】

【作用】

カムの切換時期が判断され、燃費カムから出力カムへの切換時には、スロット ルバルブはそのままにして、ブースト圧が出力カムに対する定常時の値まで応答 よく減少されることで、吸気管の容積効果によりシリンダに遅れて流入する空気 が減らされ、また、出力カムから燃費カムへの切換時には、ブースト圧が燃費カ ムに対する定常時の値まで応答よく増加されることで、シリンダに流入する空気 が遅れないように増やされることになって、定常時に発生するトルクをいき過ぎ る現象が軽減される。

【００１３】 したがって運転者はカム切換直後にアクセルの調整操作をする必要が和らげら れ、運転上の違和感をなくすことができる。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１５】 まず、図２，図３に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 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３０を支点にして揺動する２つのサブ ロッカーアーム２８,２９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４０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。

【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３ ９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２９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４に第１カム２１から第３カム２３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２２，２３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。

【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５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、燃費カムから低速型出力カムに切換えられ、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。

【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４ ５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、トルク段 差を生じるだけでなく、吸気管の容積効果に伴ってトルクのいき過ぎが大きくな 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、スロットルバルブと並列に設けたブースト圧増減機構（ブース ト圧を減少させる機構と増加させる機構）を作動させることで、スロットルバル ブはそのままで、瞬時にブースト圧を強めたり、弱めたりする。

【００３０】 このうちブースト圧減少機構は、スロットルバルブ５７をバイパスする通路（ コレクタ部５６があるときはこれもバイパスさせる）５９に、負圧ポンプ６０と 常閉のＯＮ−ＯＦＦ電磁弁６１を直列に設けたものからなり、電磁弁６１を開い て負圧ポンプ６０により、スロットルバルブ下流の空気を吸引させると、ピスト ンのポンピング作用によるだけよりもブースト圧を早く強くすることができる。 なお、ブースト圧は、本来スロットルバルブ５７の開度とそのときに選択され ているカム特性に応じて定まり、カム切換の過渡時には、スロットルバルブ５７ と吸気弁５８のあいだの空気容積で定まる応答遅れをもって変化するので、特に コレクタ部５６の容積が大きいほど、その変化もゆっくりしたものとなる。この ときでも、負圧ポンプ６０の容量とバイパス通路５９の断面積を大きくすること で、ブースト圧を瞬時に強化できる。

【００３１】 一方、スロットルバルブ５７をバイパスする他方の通路６２に常閉のＯＮ−Ｏ ＦＦ電磁弁６３を設けたものは、ブースト圧増加機構であり、スロットルバルブ ５７がある程度閉じられているときに電磁弁６３を開くと、スロットルバルブ５ ７の周囲を通って流れる空気に、このバイパス通路６２を通る空気が加わって、 スロットルバルブ５７の下流に流入するため、ブースト圧の弱まるのが早くなる 。

【００３２】 コントロールユニット５１はカム切換が判断されたときは、第１カム２１から 第２または第３カム２２、２３への切換時には、瞬時にブースト圧が要求値まで 強くなるように、一方の電磁弁６１を開き負圧ポンプ６０を作動させて、トルク のオーバーシュートを弱める。また、第２または第３カム２２、２３から第１カ ム２１に切換えるときは、逆に他方の電磁弁６３を開きブースト圧を急速に弱め て、トルクのアンダーシュートを小さくする方向に出力の調整を行う。

【００３３】 燃費カムとのカム切換時の制御動作について具体的に、図７のフローチャート ならびに図８のタイミングチャートにしたがって説明する。

【００３４】 ステップ１でクランク角度センサの出力から回転数Ｎ、アクセルセンサの出力 からアクセル開度Ａccを読み取る。このときのアクセル開度Ａccは負荷相当量で あり、これに限られることはなく、吸入空気量や吸入負圧でもかまわない。

【００３５】 そして、運転状態がカムの切換領域にきたかどうかを図５をもとに判定し、切 換の必要性が判定されたならば、燃費カムから出力カムへの切換か、あるいはそ の逆の切換かを判断する（ステップ２，３）。

【００３６】 燃費カムから出力カムへの切換時には、切換に同期して、一方の電磁弁６１を 開き、かつ負圧ポンプ６０をＯＮにして作動させる（ステップ４，５）。このと き、他方の電磁弁６３は閉じたままである（ステップ６）。これに対して、カム が出力カムから燃費カムへ切換えられるときは、負圧ポンプ６０を作動させるこ となく、他方の電磁弁６３のみを開く（ステップ７〜９）。

【００３７】 これら出力調整の様子を具体的に示したのが図８で、左半分が燃費カムから出 力（低速型）カムに切換えた場合、右半分が出力カムから燃費カムに切換えた場 合である。

【００３８】 図８の左半分に実線で示すように、燃費カムから出力カムに切換えたとき、出 力カムでの最終値とのあいだでトルク段差を生じるほか、最終値からのいき過ぎ 量が拡大している。カム特性が同一であるとき発生トルクはブースト圧が弱まる ほど（増加するほど）大きくなるところ（シリンダ流量が増えるため）、カムが 切換えられたからといって、ブースト圧がポンピング作用により強くなるのを待 つだけでは、切換後のカム特性により定まる値へと一気に強くなることができず 、応答遅れを生ずる過渡的区間で、定常時よりも相対的にブースト圧が弱くなっ て、それだけトルクが増すからである。

【００３９】 これに対して、切換時に前述したようにして、ブースト圧を点線で示すように 瞬時に強くしてやると、強くなったブースト圧のためにシリンダ流量が減って発 生するトルクも低下し、点線で示すように、最終値からのいき過ぎ量が小さくさ れるのである。

【００４０】 次に出力カムから燃費カムに切換えたときは、右半分に実線で示すように、ブ ースト圧がゆっくりとしか弱くならないために、トルクが最終値よりも大きく落 ち込んでいるが、このアンダーシュートは、点線で示すようにブースト圧を瞬時 に弱めて、シリンダ流量を増してやることで、軽減することができる。

【００４１】 このようにしてブースト圧の調整を介して出力制御を行うと、カム切換の前後 で発生するトルクのいき過ぎを吸収するためのアクセル操作が運転者に要求され るというような事態を確実に回避できる。

【００４２】 なお、カム切換前後で生じるトルク段差については、相変わらず残るが、これ については、アクセルペダルとは独立してスロットルバルブを開閉駆動するよう に構成し、要求アクセル開度に応じた出力トルクが生じるようにスロットルバル ブ開度を制御するとともに、カムの切換時に切換前後の発生トルクが同一となる ようにスロットル開度を補正することで、解消することができる（特願平２−２ ９７７８０号）。

【００４３】 一方、第２カム２２と第３カム２３とのあいだの切換は、図５のように、アク セル全開で同一トルクを発生するエンジン回転数があるので、このときを境にし て行えば、カム特性の相違に基づくトルク段差を吸収することができる（もちろ んスロットル全開でないところでも、同一スロットル開度でトルクが一致する回 転数があるので、この回転数で切り換える）。しかしながら、このときも吸気管 内空気の応答遅れによりトルクのいき過ぎ現象が大きくなることに変わりなく、 本考案を同様に適用することができる。

【００４４】 図９は第２の実施例で、コレクタ部５６の下流の吸気通路５５に通路６５を介 して一定の容積を有するサージタンク６６を接続し、前記通路６５に常閉のＯＮ −ＯＦＦ電磁弁６７を設けたもので、燃費カムから出力カムへの切換時に電磁弁 ６７を開くと、コレクタ部下流の空気がサージタンク６６へと流れる分だけ、ブ ースト圧が強まる。この例でも、ブースト圧が急変するように、サージタンク６ ６の容量を定めることで、カム切換に合わせてブースト圧を要求値まで瞬時に強 めることができる。

【００４５】 なお、サージタンク６６は閉じた空間であるため、サージタンク６６と吸気通 路５５が同一の圧力になったあとは、それ以上ブースト圧を強めることができな いので、吸気通路５５とサージタンク６６にそれぞれ設けた圧力センサ６８，６ ９が同一の圧力を示したときは、電磁弁６７を閉じる。

【００４６】 これに対して、出力カムから燃費カムへの切換時に、電磁弁６７を開くと、サ ージタンク６６に蓄えられていた空気が、スロットルバルブ５７を介して流入す る空気に加わって、スロットルバルブ５７の下流に充填されるため、その分ブー スト圧が早く弱められる。

【００４７】

【考案の効果】

このように本考案は、スロットルバルブとは別にブースト圧を増減する機構を 設け、カムの切換時にブースト圧の応答が早くなるように前記ブースト圧増減機 構を駆動してブースト圧を調整することにより、カム切換前後のトルクのオーバ ーシュートやアンダーシュートを軽減するので、運転者がアクセル操作上の違和 感をもつことなく、カムの切換が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案のクレーム対応図である。

【図２】この考案の実施例を示す平面図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】バルブリフトの特性図である。

【図５】各カムを用いたときの全開出力の特性図であ
る。

【図６】制御系統の構成図である。

【図７】コントロールユニットで実行されるカム切換時
の出力の調整制御を示すフローチャートである。

【図８】カム切換時のトルクとブースト圧の変化を示す
波形図である。

【図９】他の実施例の制御系統の構成図である。

【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 メインロッカーアーム ２８，２９ サブロッカーアーム ４５，４６ 電磁弁 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 アクセルセンサ ５４ カムポジションセンサ ５５ 吸気通路 ５６ コレクタ部 ５７ スロットルバルブ ５９，６２ バイパス通路 ６０ 負圧ポンプ ６１，６３ 電磁弁 ６５ 通路 ６６ サージタンク ６７ 電磁弁 ６８，６９ 圧力センサ ７１ 出力カム ７２ 燃費カム ７３ カム切換機構 ７４ ブースト圧増減機構 ７５ ブースト調整手段

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高出力を発生する特性に設定した出力カ
   ムと、燃費が良好となる特性に設定した燃費カムと、こ
   れらのカムを運転状態によって選択的に切換えるととも
   にこのカムの運動を吸気弁に伝達するカム切換機構とを
   備えたエンジンにおいて、スロットルバルブとは別にブ
   ースト圧を増減する機構と、前記カムの切換時にブース
   ト圧の応答が早くなるように前記ブースト圧増減機構を
   駆動してブースト圧を調整する手段とを備えることを特
   徴とするエンジンの出力制御装置。