JPH04109039A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の吸気弁の開閉動作時期を運転状態に
応じて制御するバルブタイミング制御装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、バルブタイミング制御装置では、エンジンの運転
状態に応じて吸気側カムシャフトの回転の位相を変化さ
せて、吸気弁の開閉時期を早めたり遅らせたりしている
。すなわち、第９図に示すように第１領域Ｚｌ（低速・
高負荷運転状態）と第２領域Ｚ２（アイドル運転時を含
む低速軽負荷運転状態及び高速運転状態）とに区分して
、エンジンの運転状態が第１領域Ｚｌにあれば、吸気弁
の閉弁時期を早め、吸気の吹き返しを防止して吸気充填
効率を高め高出力を得るようにする。また、エンジンの
運転状態が第２領域Ｚ２にあれば、吸気弁の閉弁時期を
遅らせバルブオーバーラツプを小さくし燃焼の安定と高
出力を得るようにしている。

つまり、第１０図に示すようにエンジンの運転状態が第
１領域Ｚｌにあるときには、図中破線で示した早開じの
バルブタイミングを用いることで低回転域での吸気充填
効率ηＶが高く、第２領域Ｚ２にあるときには、高回転
域では遅閉じのバルブタイミングを用いることで吸気充
填効率ηＶが高くなるようにしている。

しかしながら、前記した従来のバルブタイミング制御装
置においては、電源電圧が低下し、点火プラグへ供給す
る電圧（以下、供給電圧という）が、同点火プラグが点
火するのに必要な電圧（以下、点火要求電圧という）よ
りも低くなった場合、点火不良に基づく失火が起こり、
これがドライバビリティに悪影響を及ぼすという問題が
あった。

そこで、特開昭５９−１１３２２２号公報には電源電圧
を監視し、その電源電圧が所定値よりも低くなった場合
には吸気弁の閉弁時期を最も遅い値に保持するようにし
たバルブタイミング制御装置が提案されている。

つまり、電源電圧が所定値よりも低くなった場合には吸
気弁の閉弁時期を遅くするために、エンジン運転状態と
は無関係に前記第２領域Ｚ２での処理を行う。このよう
にすると、第１０図からも明らかなようにエンジンの低
回転域では吸気充填効率ηＶが低くなって点火要求電圧
が低下する。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記従来のバルブタイミング制御装置におい
ては、電源電圧が所定値よりも低くなった場合、高回転
域での吸気充填効率ηＶが依然として高く、点火要求電
圧も高いままである。そのため、前記のように吸入弁の
閉弁時期を最も遅い値に保持しただけでは対策が不十分
であり、高回転域における前記点火不良等の問題を解消
することができない。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的は、電源電圧が低下した場合にも点火プラグの
点火不良を防止してドライバビリティの向上を図ること
が可能な内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手゛段コ 上記目的を達成するために本発明の内燃機関のバルブタ
イミング制御装置では、第１図に示すように、内燃機関
Ｍ１の回転に同期して開閉動作する吸気弁の少なくとも
閉弁時期を調整するバルブタイミング調整手段Ｍ２と、
点火プラグ用電源電圧を検出する電源電圧検出手段Ｍ３
と、前記内燃機関Ｍｌの回転数を検出する回転数検出手
段Ｍ４と、前記電源電圧検出手段Ｍ３及び回転数検出手
段Ｍ４に基づき、電源電圧が所定値以下で、かつ回転数
が所定値以下の状態では、前記バルブタイミング調整手
段Ｍ２を制御して吸気弁の閉弁時期を遅（し、前記電源
電圧が所定値以下で、かつ前記回転数が所定値よりも大
きい状態では、前記バルブタイミング調整手段Ｍ２を制
御して吸気弁の閉弁時期を早める制御手段Ｍ５とを備え
ている。

［作用コ 内燃機関Ｍｌの運転時には、電源電圧検出手段Ｍ３によ
って点火プラグ用電源電圧が検出されるとともに、回転
数検出手段Ｍ４によって内燃機関Ｍｌの回転数が検出さ
れる。制御手段Ｍ５は、前記電源電圧検出手段Ｍ３によ
る電源電圧が所定値以下で、かつ回転数検出手段Ｍ４に
よる回転数が所定値以下の状態では、バルブタイミング
調整手段Ｍ２を制御し、内燃機関Ｍｌの回転に同期して
開閉動作する吸気弁の閉弁時期を遅くする。また制御手
段Ｍ５は、前記電源電圧が所定値以下で、かつ前記回転
数が所定値よりも大きい状態では、前記バルブタイミン
グ調整手段Ｍ２を制御して吸気弁の閉弁時期を早める。

このため、電源電圧が所定値より低くなった場合には、
内燃機関Ｍｌの全回転域において吸気充填効率が低くな
り、これにともない点火要求電圧も低下する。従って、
常に点火要求電圧が供給電圧よりも低いことになり、点
火が確実に行われる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を第２〜８図に従っ
て説明する。

第２図は本実施例の内燃機関のバルブタイミング制御装
置の概略構成を示す図である。内燃機関としてのエンジ
ンｌは吸気管２を介して外気を取り込むとともに、燃料
噴射弁３から噴射される燃料を取り込む。エンジンｌは
前記燃料と外気との混合気を吸気弁４を介して燃焼室５
へ導入し、同燃焼室５内にて爆発させて駆動力を得た後
、その排気ガスを排気弁６を介して排気管７へ導出して
外部へ排出する。

前記吸気弁４及び排気弁６は、カムシャフト８゜９上に
形成されたカムの作用により開閉動作する。

本実施例では吸気弁４の開弁時期及び閉弁時期がバルブ
タミング制御装置によって制御されるようになっている
。

第３図はバルブタミング調整手段の一部を構成するバル
ブタイミング可変機構ｌＯの部分断面図である。前記カ
ムシャフト８の一端内部にはオイル通路１２が貫設され
るとともに、同カムシャフト８の端部上には円環状内側
ケース１３が相対回動可能に支持されている。内側ケー
ス１３外周のタイミングプーリ１４とクランク軸のブー
９（図示しない）との間にはタイミングベルト１５が掛
装されており、クランク軸の回転力がタイミングベルト
１５、タイミングプーリ１４及び内側ケース１３を介し
てカムシャフト８に伝達される。

また、前記カムシャフト８の端面には外側ケース１６が
固定されており、この外側ケース１６と前記内側ケース
１３との間に円環状ピストン１７が介装されている。ピ
ストン１７の内周面及び外周面にはそれぞれヘリカルス
プラインが形成されており、両ヘリカルスプラインはこ
れらに対応して内外側ケース１３．１６に形成されたヘ
リカルスプラインに噛み合っている。なお、前記ピスト
ン１７は圧縮ばね１８により常に第３図の左方へ付勢さ
れている。

そして、前記バルブタイミング可変機構ＩＯとともにバ
ルブタイミング調整手段を構成する油圧ソレノイド１１
　（第２図参照）のオン・オフ動作によりピストン１７
に油圧を作用させ、このピストン１７を回転駆動させる
ことによって、カムシャフト８の回転の位相を遅角させ
るかあるいは進角させるようになっている。

すなわち、第３図に示すように油圧ソレノイド１１をオ
フさせた遅角時には、オイル通路１２に油圧が作用せず
、そのため圧縮ばね１８の付勢力によってピストン１７
が図の左側に位置する。また、第４図に示すように油圧
ソレノイド１１をオンさせた進角時には、オイル通路１
２を介してピストン１７に油圧が作用し、そのため同ピ
ストン１７は圧縮ばね１８の付勢力に抗し回転しながら
右方へ移動する。従って、ヘリカルスプラインによって
連結された内側ケース１３と外側ケース１６の位相がず
れ、これに伴ってカムシャフト８とクランクシャフトの
回転の位相がずれることになる。

第２図に示すように前記吸気管２には、アクセルペダル
（図示しない）の操作に連動して開閉されるスロットル
バルブ１９が設けられており、このスロットルバルブ１
９の開閉により、吸気管２への吸入空気量が調節される
。スロットルバルブ１９の近傍にはその開度を検出する
スロットルセンサ２０が設けられている。また、前記ス
ロットルバルブ１９の上流側には、吸入空気量を検出す
るためのエアフロメータ２１が配設されている。

前記エンジンｌに装着された点火プラグ２２には、ディ
ストリビュータ２３にて分配された点火電圧が印加され
る。ディストリビュータ２３はイグナイタ２４から出力
される高電圧をエンジンｌのクランク角に同期して各点
火プラグ２２に分配するためのものであり、各点火プラ
グ２２の点火タイミングはイグナイタ２４からの高電圧
出力タイミングにより決定される。ディストリビュータ
２３には、そのロータの回転からエンジンの回転数ＮＥ
を検出する回転数センサ２５が取付けられている。

一方、前記排気管７には排気ガス中の酸素濃度を検出す
る酸素センサ２６が取付けられている。

また、エンジンｌのシリンダブロックｌａには水温セン
サ２７が取付けられている。さらに、電源電圧検出手段
としての電圧計３５はバッテリの電圧を検出する。

前記エアフロメータ２１、スロットルセンサ２０、回転
数センサ２５、酸素センサ２６、水温センサ２７及び電
圧計３５は電子制御装置（以下、単にｒＥｃＵＪという
）２８の入力側に電気的に接続されている。また、各燃
料噴射弁３、油圧ソレノイド１１及びイグナイタ２４は
、ＥＣＵ２８の出力側に電気的に接続されている。

ＥＣＵ２８は、制御手段としての中央処理装置（以下Ｃ
ＰＵという）２９と、読み出し専用メモリ（以下ＲＯＭ
という）３０と、ランダムアクセスメモリ（以下ＲＡＭ
という）３１と、入力ポート３２と、出力ポート３３と
を備え、これらは互いにバス３４によって接続されてい
る。ＣＰＵ２９は予め設定された制御プログラムに従っ
て各種演算処理を実行し、ＲＯＭ３０はＣＰＵ２９で演
算処理を実行するために必要な制御プログラムや初期デ
ータを予め記憶している。また、ＲＡＭ３１はＣＰＵ２
９の演算結果を一時記憶する。

ＣＰＵ２９は入力ポート３２を介して前述したスロット
ルセンサ２０、エアフロメータ２１、回転数センサ２５
、酸素センサ２６、水温センサ２７及び電圧計３５から
の信号を入力する。ＣＰＵ２９はこれらの検出信号に基
づいて、出力ポート３３に接続された燃料噴射弁３、油
圧ソレノイド１１及びイグナイタ２４を制御する。

すなわち、ＣＰＵ２９は前記センサ等の検出値に基づき
、負荷に相当するスロットル開度、吸入空気量、排気ガ
ス中の酸素濃度、冷却水温及びエンジン回転数を割り出
し、それらの割出した値に基づいて目標燃料噴射量を算
出する。そして、その目標燃料噴射量に基づいて燃料噴
射弁３に開弁時間信号を出力して燃料噴射を実行する。

また、ＣＰＵ２９は回転数センサ２５、スロットルセン
サ２０及び電圧計３５の検出信号に基づき、次の４つの
状態の中からそのときのエンジン１の状態を割出し、油
圧ソレノイド１１の駆動タイミングを制御する。すなわ
ちバッテリ電圧ＶＢが所定値よりも高く、かつエンジン
回転数ＮＥが所定値す以下の状態を第１の状態とし、前
記バッテリ電圧ＶＢが所定値よりも高（、かつ前記エン
ジン回転数ＮＥが所定値すよりも大きい状態を第２の状
態とする。さらに、前記バッテリ電圧ＶＢが所定値以下
で、かつ前記エンジン回転数ＮＥが所定値す以下の状態
を第３の状態とし、前記バッテリ電圧ＶＢが所定値以下
で、かつ前記エンジン回転数ＮＥが所定値すよりも大き
い状態を第４の状態としている。

次に、前記のように構成された本実施例のバルブタイミ
ング制御装置の作用を説明する。第５図はＣＰＵ２９に
よって実行される各処理のうち、吸気弁４のバルブタイ
ミングを制御するためのフローチャートであり、所定時
間毎の定時割り込みで実行される。

処理がこのルーチンに移行すると、ＣＰＵ２９はまずス
テップ１０１において、スロットルセンサ２０によるス
ロットル開度ＴＡを読み込み、ステップ１０２において
回転数センサ２５によるエンジン回転数ＮＥを読み込む
。続いて、ＣＰＵ２９はステップ１０３で電圧計３５に
よるバッテリ電圧ＶＢと所定値とを比較する。

ＣＰＵ２９はバッテリ電圧ＶＢが所定値よりも高いと判
定するとステップ１０４へ移行し、前記ステップ１０１
で読み込んだスロットル開度ＴＡと所定値ａとを比較す
る。そして、ＣＰＵ２９はこのときのスロットル開度Ｔ
Ａが所定値ａよりも大きいと判定すると、ステップ１０
５へ移行し、前記ステップ１０２で読み込んだエンジン
回転数ＮＥと所定値すとを比較する。

ＣＰＵ２９はエンジン回転数ＮＥが所定値すよりも小さ
いと判定すると、そのときの運転状態が前記第１の状態
のうち第６図での第１領域Ｚ１にあるとし、ステップ１
０６で油圧ソレノイド１１をオンさせるための制御信号
を出力する。すると、カムシャフト８が第４図に示すよ
うに進角側へ相対回転し、その結果、吸気弁４の開弁時
期及び閉弁時期が早められる。このように低回転域で吸
気弁４の閉弁時期が早くなると吸気充填効率ηＶが高く
なる。

また、ＣＰＵ２９は前記ステップ１０４でスロットル開
度ＴＡが所定値ａ以下と判定した場合、及びステップ１
０５でエンジン回転数ＮＥが所定値す以上であると判定
した場合には、そのときの運転状態が前記第１及び第２
の状態のうちの第６図における第２領域Ｚ２にあるとし
、ステップ１０７で油圧ソレノイド１１をオフさせるた
めの制御信号を出力する。すると、第３図に示すように
カムシャフト８が遅角側へ相対回転し、吸気弁４の開弁
時期及び閉弁時期がともに遅くなる。特に、高回転域で
吸気弁４の閉弁時期が遅（なると吸気充填効率ηＶが高
くなる。

つまり、吸気充填効率ηＶは第８図において実線で示す
ような特性となり、低回転域においても高回転域におい
ても吸気充填効率ηＶが高い。

一方、ＣＰＵ２９は前記ステップ１０３においてバッテ
リ電圧ＶＢが所定値以下であると判定すると、点火プラ
グ２２への供給電圧も低下しており、点火不良の発生す
るおそれがあると判断し、ステップ１０８へ移行する。

ステップ１０８においてＣＰＵ２９はステップ１０１で
読み込んだスロットル開度ＴＡと所定値ａとを比較する
。ＣＰＵ２９はスロットル開度ＴＡが所定値ａよりも大
きいと判定すると、ステップ１０９へ移行し、前記ステ
ップ１０２で読み込んだエンジン回転数ＮＥと所定値す
とを比較する。そして、ＣＰＵ２９はエンジン回転数Ｎ
Ｅか所定値すよりも大きいと判定すると、そのときの運
転状態が前記第３の状態のうちの第７図における第４領
域Ｚ４にあるとし、ステップ１０６で油圧ソレノイド１
１をオンさせるための制御信号を出力する。

すると、第４図に示すようにカムシャフト８が進角側へ
相対回転し、吸気弁４の開弁時期及び閉弁時期が早めら
れる。高回転域で吸気弁４の閉弁時期が早くなると、吸
気充填効率ηＶが低下する。

また、ＣＰＵ２９は前記ステップ１０８でスロットル開
度ＴＡが所定値ａ以下であると判定した場合、及びステ
ップ１０９でエンジン回転数ＮＥが所定値す以下である
と判定した場合には、そのときの運転状態が前記第３及
び第４の状態のうちの第７図における第３領域Ｚ３にあ
るとし、ステップ１０７で油圧ソレノイド１１をオフさ
せるための制御信号を出力する。すると、第３図に示す
ようにカムシャフト８が遅角側へ相対回転し、吸気弁４
の開弁時期及び閉弁時期が遅くなる。特に、低回転域で
吸気弁４の閉弁時期が遅くなると吸気充填効率ηＶが低
下する。

つまり、吸気充填効率η■は第８図において二点鎖線で
示すような特性となり、前記バッテリ電圧ＶＢが所定値
よりも高い場合に比べ、吸気充填効率ηＶは低回転域に
おいても高回転域においても低い。

なお、ＣＰＵ２９はステップ１０６又はステップ１０７
で油圧ソレノイド１１に制御信号を出力した後、このル
ーチンを終了する。

このように本実施例では、バッテリ電圧ＶＢが所定値よ
りも高い場合には、エンジン回転数ＮＥが所定値す以下
で、かつスロットル開度ＴＡが所定値ａよりも大きいと
き（第６図の第１領域Ｚｌ）に、またバッテリ電圧ＶＢ
が所定値以下の場合には、エンジン回転数ＮＥが所定値
すよりも大きく、かつスロットル開度ＴＡが所定値ａよ
りも大きいとき（第７図の第４領域Ｚｌ）に、前記油圧
ソレノイド１１をオンさせてカムシャフト８の回転の位
相を早める。また、前記以外の状態（第６図の第２領域
Ｚ２，７図の第３領域Ｚ３）では油圧ソレノイド１１を
オフさせてカムシャフト８の回転の位相を遅らせるよう
にした。

そのため、従来の制御装置ではバッテリ電圧ＶＢが所定
値よりも低いときには一義的に吸気弁の閉弁時期を最も
遅い値に保持したにすぎなかったが、本実施例ではバッ
テリ電圧ＶＢが所定値以下に低下しても、吸気充填効率
ηＶを低くすることで点火要求電圧を下げて、これを供
給電圧よりも低くすることができる。従って、本実施例
によれば点火不良にともなうエンジンｌの不具合を未然
に防止することができ、ドライバビリティの向上を図る
ことが可能となる。

なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものでは
なく、例えば以下のように発明の趣旨から逸脱しない範
囲で任意に変更してもよい。

（１）前言己実施例ではカムシャフト８の回転の位相を
変えることにより吸気弁４の開弁時期及び閉弁時期を同
時に制御するようにしたが、少なくとも吸気弁４の閉弁
時期を制御すればよく、例えば開弁時期を変えないよう
にしたり、別の機構を用いて開弁時期を調整するように
してもよい。

（２）前記実施例ではエンジン回転数ＮＥに加えスロッ
トル開度ＴＡも考慮して吸気弁４の閉弁時期を制御する
ようにしたが、エンジン回転数ＮＥのみによって同閉弁
時期を制御するようにしてもよい。この場合、エンジン
回転数ＮＥと所定値すとを比較して、エンジン回転数Ｎ
Ｅが所定値すよりも大きいときと所定値す以下のときと
で吸気弁４の閉弁時期を制御することになる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の内燃機関のバルブタイミ
ング制御装置によれば、電源電圧が低下して所定値以下
になった場合に全回転域にわたって充填効率を低下させ
ることにより、点火要求電圧を下げるようにしたので、
常に点火要求電圧を供給電圧よりも低くでき、点火不良
を未然に防止しドライバビリティの向上を図ることが可
能になるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す図、第２〜８図は本
発明を具体化した一実施例を示し、第２図は内燃機関の
バルブタイミング制御装置の概略構成を示す図、第３図
は遅角時のバルブタイミング可変機構の断面図、第４図
は進角時のバルブタイミング可変機構の断面図、第５図
はバルブタイミング制御装置の作用を説明するためのフ
ローチャート、第６図はバッテリ電圧が所定値よりも大
きい場合のエンジン回転数とスロットル開度との関係を
示す図、第７図はバッテリ電圧が所定値以下の場合のエ
ンジン回転数とスロットル開度との関係を示す図、第８
図はエンジン回転数と吸気充填効率との関係を示す図で
あり、第９，１０図は従来技術を示し、第９図はエンジ
ン回転数と負荷との関係を示す図、第１θ図はエンジン
回転数と吸気充填効率との関係を示す図である。 Ｍｌ・・・内燃機関、Ｍ２・・・バルブタイミング調整
手段、Ｍ３・・・電源電圧検出手段、Ｍ４・・・回転数
検出手段、Ｍ５・・・制御手段、ｌ・・・内燃機関とし
てのエンジン、１０・・・バルブタイミング調整手段の
一部を構成するバルブタイミング可変機構、１１・・・
バルブタイミング調整手段の一部を構成する油圧ソレノ
イド、２５・・・回転数検出手段としての回転数センサ
、２９・・・制御手段としてのＣＰＵ、３５・・・電源
電圧検出手段としての電圧計、ａ、　ｂ・・・所定値、
ＮＥ・・・回転数、ＶＢ・・・電源電圧としてのバッテ
リ電圧。 特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社代理人　弁理士
　恩田博宣（ほか１名）佇−１５ Ｌｌ−４−７−く １〜・１５ Ｌ−一−、−、＋　−−４ 図 エンジンロ転数ＮＥ 図 図 エンジン回転数ＮＥ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関の回転に同期して開閉動作する吸気弁の少
   なくとも閉弁時期を調整するバルブタイミング調整手段
   と、点火プラグ用電源電圧を検出する電源電圧検出手段
   と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と
   、 前記電源電圧検出手段及び回転数検出手段に基づき、電
   源電圧が所定値以下で、かつ回転数が所定値以下の状態
   では、前記バルブタイミング調整手段を制御して吸気弁
   の閉弁時期を遅くし、前記電源電圧が所定値以下で、か
   つ前記回転数が所定値よりも大きい状態では、前記バル
   ブタイミング調整手段を制御して吸気弁の閉弁時期を早
   める制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関のバ
   ルブタイミング制御装置。