JPH04143409A

JPH04143409A - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JPH04143409A
Application number: JP2265995A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Sugiuchi; 杉内　仁; Yutaka Kamiyama; 裕神山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-10-03
Filing date: 1990-10-03
Publication date: 1992-05-18
Also published as: US5159905A

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）本発明は運転条件によってカムを切換える内燃機関の可
変動弁装置に関する。

（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。

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、総ての運転条件で最
適なマツチングとすることはできない。

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
。

これは低回転域で高いトルク特性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。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上記したカムの切換えは、切換の前後で機関
出力が不連続に変化することのないように、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な
われるのであるが、選択されるカムとして、低回転域と
高回転域とで出力（トルク）を重視した特性の２つの出
力カムと、部分負荷域で燃費を重視した燃費カムとの、
３つのカムを備えている場合、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、切換の前後で同一の
スロットル開度を維持しようとするとトルク段差が非常
に大きくなってしまう。

つまり、低速型の出力カムから高速型の出力カムへの移
行は、上記したように同一の出力となる回転数を境に切
換ればよいが、燃費カムの場合はスロットル開度が同一
で出力トルクが一致することがないため、切換時に大き
なトルク段差が発生するのである。

そして燃費カムから出力カムへの切換は、低回転域では
低速型出力カム、高回転域では高速型出力カムへと行な
われるが、当然のことながら低回転域では低速型出力カ
ムの方が高速型出力カムよりも発生トルクは大きく、高
回転域では同じく逆になり、したがっていずれの回転域
で切換を行うにしても、大きなトルク段差が生じる。

なお、カムへの切換は運転者の意志、つ才りアクセルペ
ダルの開度変化等に応じて行なわれ、例えば燃費カムで
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、切換られることになる。

そこでこのような切換の前後で発生する大きなトルク段
差を吸収するため、スロットルバルブをアクセルペダル
とは切り離して独立して開度を制御できる構成にしてお
き、切換時のスロットル開度や回転数等から判定したト
ルク段差を吸収するのに必要なだけ、自動的にスロット
ル開度や点火時期等を補正することにより、出力を一致
させるようにしている６例えば燃費カムから出力カムへ
と移行するときは、そのま琥のスロットル開度では出力
トルクが急増するので、スロットルバルブの開度を減じ
、また点火時期を一時的にリタードするのである。

しかし、切換時の運転条件によっては、トルク段差を吸
収するためのスロットル開度等の要求補正量が非常に大
きくなることもあり、いくら急速に補正を行ったとして
も、出力トルクが目標値に達するまでの応答遅れ等が避
けられたいため、安定したスムーズな切換制御を実現す
るのは、非常に困難であった。

本発明は燃費カムと２つの出力カムとの間で切換えを行
う際に、そのときのトルク段差の少ない方を選択するこ
とにより、上記した問題を解決することを目的とする。

（Ｈ題を解決するための手段）そこで本発明は、第１図に示すように、低回転域で高出
力を発生する特性に設定した低速型出力カム６１と、高
回転域で高出力を発生する特性に設定した高速型出力カ
ム６２と、燃費が良好となる特性に設定した燃費カム６
３と、これらのカムを運転状態によって選択的に切換え
ると共にこのカムの運動を吸気弁または排気弁の少なく
とも一方に伝達するカム切換機構６４とを備えた内燃機
関の可変動弁装置において、運転状態を検出する手段６
５と、運転状態に応じて目標切換カムを判断する手段６
６と、現在のカム位置を判定する手段６７と、カム切換
時の回転数において現在の力ムに対して目標カムと他の
カムのうちトルク段差の少ない方のカムを選択して前記
カム切換機構６４を作動させる手段６８とを備える。

また上記の発明において、切換られたカムが目標カムと
相違するときに、所定の時間後にさらに次の目標カムへ
と移行させる手段６９を備える。

（作用）例えば燃費カムから出力カムへと切換る場合、そのとき
の回転数が低回転域にあれば、目標カムは低速型出力カ
ムとなるが、この回転域では低速型出力カムよりも高速
型出力カムの方が発生トルクは小さい。

低回転域にあって燃費カムから出力カムへと移行すると
きは、現在の燃費カムに対して、その回転数において発
生するトルクの差の少ない方のカム、すなわち高速型出
力カムが選択されるので、いきなり低速型出力カムに切
換られるのに比較して、切換の前後のトルク段差がそれ
だけ小さくなり、出力変動の少ないスムーズな切換が可
能となる。

また、切換られたカムが目標カム、つまり低速型出力カ
ムと相違するときは、さらに所定の短時間後に目標カム
へと切換られるので、遅滞なくその運転条件における最
適なカムが選択され、良好な運転性能を維持する。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第２図、第３図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２−１１７
２６１号として、既に提案されている。

２１は燃費重視型のカムプロフィルに設定され、カムリ
フト及びリフト区間の共に小さい第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。

２４は吸・排気弁（または吸気弁または排気弁の少なく
とも一方）、２５はローラ２６を介して前記第１カム２
１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。

メインロッカーアーム２４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。

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２４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２４か
らは独立して運動（揺動）する。

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２４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ビン３
２が、またメインロッカーアーム２４にもこのビン３２
と同軸上にビン３４が、それぞれカムシャフト方向に摺
動自由に配設され、かつこれらビン３２．３４は常時は
リターンスプリング３６に付勢されて第２図の状態に保
持され、メインロッカーアーム２４との係合を解かれて
いるが、ビン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、ビン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２４と係合するようになっている。

サブロッカーアーム２８がメインロッカーアーム２４と
一体になるのは、第１カム２１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。

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、ビン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２４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。

なお、第４図に第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、第５図のようになり、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
。

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第６図に示すよ
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。

コントロールユニット５１には機関回転数を検出するク
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
の信号が入力し、これらに基づいて後述するようにして
、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の作動が制御される。

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。

また、コントロールユニット５１はカムの切換時に、ス
ロットル開度が変化しないと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が、このような現象を回避するため
に、切換と同時に吸気通路５８に設けたスロットルバル
ブ５７の開度を補正制御する。

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。

つまり、コントロールユニット５１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、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、その切換目標とのトルク段差に応じ
て減少するように補正し、トルク増大分を吸収する。ま
た、第２または第３カム２２．２３から第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。

次に、コントロールユニット５１において行なわれる前
記カムの切換について述べると、第７図にも示すように
、カムの切換はトルク段差の少ない方のカムに向けて行
なわれる、例えば、燃費重視の第１カム２１から出力重
視の第２または第３カム２２または２３に切換わるとき
、そのときの回転数がＥ点よりも低回転域にあり、第２
カム２２に比べて第３カム２３の出力トルクが小さい場
合は、図中Ａ→Ｃ−＋Ｂで示すように、第１カム２１か
ら第３カム２３へと切換わり、その後に第２カム２２へ
と切換が行なわれるのであり、これに対してＤ点よりも
回転数が高い領域では、第３カム２３に比べて第２カム
２２の出力トルクが小さくなるので、第１カム２１から
第２カム２２、さらに第３カム２３へと切換が行なわれ
る。

なお、カムの切換はアクセルペダルの操作量と機関回転
数に基づいて制御されるのであり、第５図の特性図にお
いて、アクセル操作量から沃まる要求トルクと、そのと
きの回転数から、カム領域が決定される。この場合、第
１カム２１から第２または第３カム２２．２３への切換
は、基本的にはその回転域において発生トルクの大きい
方が選択されるのであり、したがって、第２カム２２と
第３カム２３の発生トルクが等しいＥ点よりも、回転数
が低い領域は第２カム２２が、高い領域は第３カム２３
が選択されるのであり、例えば前述のＡ−Ｃ−Ｂへの切
換は、あくまでも切換時のトルク段差を吸収するための
過渡的な制御ということになる。

第８図にコントロールユニット５１で実行されるカムの
切換を制御するためのフローチャートを示す。

ステップＳＩＧでカム切換指令、次の目標カムの指令、
現在のカムの状態をそれぞれ読込んだ後、カムの切換時
期にあり、かつ次に切換るカムが第１カムの場合は、減
速に伴い出力重視カムから燃費重視カムへの切換であり
、ステップ２１〜２９のルーチンに移行し、これに対し
て第２カムの場合は、加速に伴い燃費重視カムから出力
重視カムへの切換で、ステップ３１〜３９のルーチン、
また第３カムの場合は同じく出力重視カムへの切換で、
ステップ４１〜４８のルーチンへ移行する。

まず目標が第１カムの場合は、読込んだ現在のカム位置
が第２カムのときは、Ｓ３３で現在カムに対して２つの
異なったカムに対するトルク段差を判断し、つまり、第
２カムと第１カムとのトルク段差と、第２カムと第３カ
ムとのトルク段差を比較し、第１カムと第３カムのいず
れかトルク段差の小さい方のカムを選択する（Ｓ２４．
２５）。

また、現在のカム位置が第３のカムのときは、同じよう
にして、ステップＳ２６においてトルク段差を判断し、
第１カムと第２カムのいずれか小さい方のカムを選択す
る（Ｓ２７．２８）。

次に目標が第２カムの場合は、現在のカム位置が第１カ
ムか第３カムかを判断して、第１カムの場合は、第２カ
ムと第３カムのいずれかトルク段差の小さい方を選択す
る（８３３〜３５）。

また、現在のカム位置が第３カムの場合は、第１カムと
第２カムに対するトルク段差を判定して、いずれか小さ
い方を選択する（８３６〜３８）。

さらに目標カムが第３カムの場合は、現在のカム位置が
第１カムか第２カムかを判断した後、第１カムならば、
第２カムと第３カムのいずれかトルク段差の小さい方を
選択しく８４２〜４４）、また現在のカム位置が第２カ
ムならば、第１カムと第３カムのいずれかトルク段差の
小さい方を選択する（８４５〜４７）。

このようにして、燃費重視の運転域からトルク重視の運
転域に移行するときも、その逆の場合もカムの切換に伴
って発生するトルク段差の小さいカムが選択される。そ
して、この選択されたカムが目標カムのときは、その時
点で切換の制御は終了するが、目標カムではないときは
、さらにルーチンが継続することにより、目標カムへと
移るのである。

したがって、カム切換時に発生するトルク段差がそれだ
け少なくなり、これと併行してスロットルバルブ５７の
開度を補正し、また点火時期の補正を行うことにより、
さらにトルク変動を小さくすることが可能となる。

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、スロットルバルブ５７の開度を、その切換目
標とのトルク段差に応じて減少するように補正し、トル
ク増大分を吸収する。逆に第２または第３カム２２．２
３から第１カム２１に切換るときは、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。

そして、これらの制御は点火時期のリタード等を伴うこ
とにより、さらに効果を上げられるのであるが、いずれ
にしても、カムの切換を、トルク段差の小さいものを選
択しながら段階的に行うので、これらスロット開度や点
火時期の補正量そのものも、従来のようにいきなり目標
とするカムに切換るのと異なり、相対的に少なくするこ
とができ、したがってその分だけ補正制御にもゆとりが
生じ、切換時のトルク変動を確実に吸収することが可能
となるのである。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、カムの切換時に、そのと
きのカムに対して、発生するトルクの差の少ない方のカ
ムが選択されるので、切換の前後のトルク段差がそれだ
け小さくなり、同時に行うスロットル開度等の補正によ
るトルク段差の吸収のための制御に余裕が生じ、出力変
動の少ないスムーズな制御が可能となる。

また、選択されたトルク段差の少ないカムが目標カムと
相違するときは、所定の短時間後に目標カムに向けて切
換えられるので、運転状態に応じて要求される最適なカ
ムにより、良好な運転性能を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の実施例を示
す平面図、第３図はｘ−Ｘ線断面図、第４図はカムリフ
ト特性を示す特性図、第５図は各カムを用いたときの全
開出力特性を示す特性図、第６図は制御系統の構成図、
第７図はカムの切換特性を示す説明図、第８図はコント
ロールユニットで実行されるカムの切換制御を示すフロ
ーチャートである。２１〜２３・・・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、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、５８・・・カムポジションセンサ。２５−ｍ−メインロッカアーム２８．２９−−−サブ口・ンカアーム第３図２４−一一暖・ｐＦ気弁第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、低回転域で高出力を発生する特性に設定した低速型
出力カムと、高回転域で高出力を発生する特性に設定し
た高速型出力カムと、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
切換えると共にこのカムの運動を吸気弁または排気弁の
少なくとも一方に伝達するカム切換機構とを備えた内燃
機関の可変動弁装置において、運転状態を検出する手段
と、運転状態に応じて目標切換カムを判断する手段と、
現在のカム位置を判定する手段と、カム切換時の回転数
において現在のカムに対して目標カムと他のカムのうち
トルク段差の少ない方のカムを選択して前記カム切換機
構を作動させる手段とを備えることを特徴とする内燃機
関の可変動弁装置。２、切換られたカムが目標カムと相違するときに、所定
の時間後にさらに次の目標カムへと移行させる手段を備
えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変
動弁装置。