JPH04191426A - 内燃機関の出力制御装置 - 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） 本発明は運転条件によってカムを切換える内燃機関の出
力制御装置に関する。

（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
フトと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出力カ
ムと、高回転域で高いトルク特性の高速型の出力カムと
を、運転条件により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
、これに加えて部分負荷域での燃費特性にすぐれた燃費
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。

（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運転状態が判断
されると、各気筒のカム切換アクチュエータを一斉に駆
動して行っていた。

しかし、カムの切換が指令されてから実際に切換が終了
するまでにはある時間がかかり、しかもクランク角度に
よっては切換が不能な範囲もあるので、総ての気筒でカ
ムの切換が同時に終了するとは限らず、このため、切換
を指令した直後は気筒によってどのカムで運転されてい
るのかは、必ずしも特定できない。

カムが切換ちれると、スロットル開度が変化しなくても
シリンダの吸気充填効率がカム特性によって大きく変わ
るため、要求される燃料の供給Ｉや点火時期も変化する
。

ところが、カム切換が指令された直後は使用カムが、前
のカムのままか既に新しいカムに切換っなかの特定がで
きないため、カムによって要求の異なる燃料供給量や点
火時期にマツチさせようとしても、タイミングの合った
制御ができず、切換前後でトルク変動による切換ショッ
クや排気組成の悪化が避けられなかった。

したがってカム切換が指令されたら、実際にカムが切換
っなことを検出する必要があり、検出したカム位置に対
応して燃料や点火時期を切換れば、このような問題も回
避できる。

しかし、カム切換を検出するのに、切換可動部分にセン
サを取付けるのは構造的に困難を伴うし、信頼性にも問
題があり、また新たなセンサの追加はコストアップの原
因にもなる。

そこで本発明は、カムの変化に相関性の高いエンジンパ
ラメータを測定し、この変化からカムの切換を推定し、
実際にカムが切換わってがら、燃料供給量や点火時期を
切換ることにより、切換時の運転性と排気浄化作用を向
上させることを目的とする。

（課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、出力特性の異な
るカムプロフィルをもつ複数のカム１０と、運転状態に
応じてカム１０の選択・切換えを判断する手段１１と、
選択されたカム１０により吸排気弁の少なくとも一方を
駆動するようにカム１０を切換えるカム切換機構１２と
を備えた内燃機関において、カムの切換と相関性をもつ
エンジンパラメータを測定する手段１３と、カム切換に
伴って変動するパラメータを予め設定した値と比較して
カムの切換を判定する手段１４と、カム切換が判定され
てから少なくとも切換後のカムに対応した燃料供給量か
点火時期に切換える手段１５とを備える。

また、上記エンジンパラメータを測定する手段１３とし
て、筒内圧縮圧を検出する手段を備える。

（作用） したがって、運転状態に応してカムの切換が指令される
と、カムの切換に相関性のあるエンジンパラメータの変
化にもとづいて実際にカムの切換が行なわれたがとうが
が判定され、その判定結果に応して燃料と点火時期の少
なくとも一方の切換が実行される。

このため、カムの切換に伴い同一の回転数と吸入負圧の
もとでも新気のシリンダ充填効率が大幅に変動すること
により、要求される燃料供給量と点火時期も大きく変化
するが、これに正しく対応した燃料と点火時期を与える
ことができ、切換に伴う瞬間的なトルク変動や排気組成
の悪化を確実に回避できる。

カムの切換の判定は、内燃機関の種々の制御に必要な情
報であるエンジンパラメータを共用することができるの
で、格別にセンサ等を設置する必要性もない。

（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２−１１７
２６１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つの出力型カム
と、これとは別に部分負荷域などで燃費を重視した燃費
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。

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（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（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。

メインロッカーアーム２５にはシャフト３ｏ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が
らは独立して運動（ＷＩ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ビン３
２が、またメインロッカーアーム２５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２５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２５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２５と
一体になるのは、第１カム２１及び第２のカム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
法こ構成され、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
。

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がら第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か備えられ、運転状態に
よって最適なカムが選択されるのである。

コントローユニット５１におけるこのカムの選択は第５
図の特性に基づいて、要求するトルクと回転数が例えば
燃費カムである第１カム２１の領域にあるときはこの燃
費カムを用い、この状態が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。

このため第６図にも示すように、コントロールユニット
５１には機関回転数、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、吸入空気量を検
出するエアフローセンサ５４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断された
ら、前記２−）の油圧室３８．３９への油圧の切換を行
う電磁弁４５と４６の作動を制御するのである。

電磁弁４５か開かれると第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、また電
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。

ところで、カム切換に伴いシリンダに吸入される吸気充
填効率は大きく変化し、出力カムと燃費カムとでは要求
される燃料供給量や点火時期が異なり、そのままではカ
ムの切換時にトルク段差を生じ、また排気組成も悪化す
る。そこで、これらの現象を回避するために、第９図に
も示すように、コントロールユニット５１はカム切換に
対応して、吸気の充填効率の高い出力カムと、充填効率
の低い燃費カムとで、燃料噴射弁５９から噴射される燃
料供給量さらには点火装置６０による点火時期を補正制
御し、しかもこれらの補正制御は、実際にカムの切換が
完了したことを確認した上で実行されるようになってい
て、これによりカム切換直後の切換ショックや排気組成
の悪化を確実に防止するのである。

そこで、コントロールユニット５１には前記カム切換領
域を判定するためのエンジンパラメータに加えて、実際
にカムの切換が行なわれたことを判定するのに必要なパ
ラメータとして、吸気マニホールドの吸入負圧を検出す
るための吸入負圧センサ６２、シリンダ内の圧力を検出
する筒内圧センサ６３、前記油圧室３８．３９に作用す
るアクチュエータ油圧を検出する油圧センサ６４、ある
いはカムシャフトの駆動トルクを検出するトルクセンサ
６５等からのカム切換に相関性のあるこれらエンジンパ
ラメータが入力し、カム切換に伴って生じる予め求めら
れた変動特性と比較することにより、実際のカムの切換
を判定するようになっている。

つまり、第７図＜Ａ）〜（Ｄ＞にも示すように、カムの
切換に伴い、吸入負圧、筒内圧縮圧力、アクチュエータ
油圧、カムシャフト駆動トルクの各特性が変化し、これ
を予め特定した設定値と比較することにより、実際のカ
ムの切換を判定することかできるのである。

いずれも燃費カムから出力カム（説明の便宜上高速型と
低速型を代表して出力カムとしている）に切換っなとき
の、所定の負荷及び回転数における各エンジンパラメー
タの変動状態を表しているが、吸入負圧は切換指令が出
力された後、実際に切換が終了した気筒が吸入行程に移
行してから相対的に強くなり、また、シリンダ内の圧縮
圧力も例えば圧縮上死点前０〜３０°〈クランク角度）
程度の圧力を測定することにより、その上昇度合から切
換が判定でき、さらに油圧室に対する油圧は、電磁弁の
切換に伴い上昇するが、この後油圧でビン（ピストン）
が移動するのに伴い一時的に油圧室が拡大して圧力が低
下することから判定でき、また、カムシャフトの駆動ト
ルクはリフトの大きい出力カムへの切換により相対的に
増加するのであり、これら、カム切換に伴い変動するパ
ラメータを予めその変動特性に対応して設定した値と比
較することにより、カム切換の判定が行えるのである。

なお、図の特性は所定の負菌、回転数のときのもので、
これらカム切換時の負荷と回転数によってそれぞれ変化
するので、これと比較する設定値については、負荷と回
転数等に応じて予め定められた設定値に切換ればよい。

第８図はコントロールユニット５１で実行されるこれら
のカム切換の判定動作及び、判定結果に基づいて実行さ
れる燃料と点火時期の制御動作を示すフローチャートで
あるが、これを参照しながら作用について説明する。

第８図（Ａ）はカム切換の判定を行う動作ルーチンで、
まず運転状態を代表する信号としての、アクセル開度、
回転数、吸入空気量等が読み込まれ、予め運転状態に応
じて設定されたカムの切換領域に基づいてカムの切換時
期が判断される（ステップ１．２）。

ステップ３でカムの切換信号が出力されると、カム切換
に相関性のあるエンジンパラメータとして、吸入負圧、
筒内圧縮圧力、アクチュエータ油圧、カムシャフト駆動
トルクの少なくとも１つが読み込まれる（ステップ４）
。

そしてステップらで、これら各エンジンパラメータ毎に
、そのときの負荷、回転数に応じて早め設定された値と
、エンジンパラメータの読込値とを比較することにより
、カムの切換か実際に行なわれたかどうかを判定する。

カム切換が行なわれると、切換フラグ−１にセットして
、切換判定を終了する。

第８図（Ｂ）はカム切換に伴って実行される燃料と点火
時期の補正ルーチンで、ステップ１０で切換フラグが１
かどうかをみて、カムの切換が判定されたときは、切換
後のカムに対応して補正された燃料噴射信号と点火時期
信号を出力する（ステップ１１）、なお、切換が行なわ
れていないときは、ステップ１２で補正しない前の状態
の燃料と点火時期信号を出力する。

そして、カム切換後、所定の移行期間が終了したならば
、切換フラグ＝０となるようにフラグをクリアする。

第９図は、燃費カムから出力カム（低速型または高速型
）に切換なときの、燃料供給量と点火時期の具体的な制
御特性を示すものであるが、これからも明らかなように
、カムの切換の前後でスロットル開度、機関回転数が変
化しなくても、シリンダに対する吸気充填効率が大きく
変化〈約２倍）するため、シリンダ内吸入空気量ｑａは
瞬間的に大きく増える。

したがって、燃料の供給量をこれに対応して増大させな
いと燃料不足になり、燃焼が悪化したり、失火したりす
る可能性もある。また、要求点火時期もこれに伴って進
角値が小さくなるように変化する。

とくに、カム切換直後はその要求値の変化も大きく、し
たがって、実際にカムの切換が完了したことを確認して
から、これに対応した燃料供給量と点火時期に切換える
ことにより、確実に切換時のトルク変動を抑制して切換
ショックを無くすと共に、排気組成の悪化を防止するこ
とができるのである９ なお、燃料の供給量は、スロットル通過空気量Ｑａと回
転数Ｎｅに基ついて燃費カムに対応した予備的噴射量（
１次噴射ｌ）が演算され、スロットル通過空気量Ｑａと
シリンダ吸入空気量ｑａとの差に基づいて出力カムが必
要とする増量分が演算される。

切換直後の最初の吸入行程に比べて、次回以降の吸入行
程でシリンダ内に吸入される空気量の変化が少なくなる
のは、切換直後が元の比較的小さい（弱い）吸入負圧の
ままシリンダ内に空気を吸入することで充填効率が一時
的に非常に高くなるためで、その後は吸入負圧の増加に
より、シリンダ内に吸入される実質的な空気量（充填効
率）は減少する。

したがって、燃料や点火時期の補正量は、切換直後に最
も大きく、その後は計測される吸入空気量と回転数に対
応しての通常の演算値に戻せばよい、なお、燃料供給量
を吸入負圧と回転数あるいは、スロットル開度と回転数
に基づいて制御する場合には、カム切換に伴い特性の異
なったマツプに基づいて演算すればよい。

次ぎに第１０図、第１１図はアクチュエータ油圧に基つ
いてカムの切換を判定する実施例で、第１０図にカム切
換時の油圧変化をあられし、第１１図に判定のための動
作ルーチンを示す。

アクチュエータ油圧は前述したように、カム切換のため
に電磁弁が切換ってから所定値まで上昇するが、その後
、ピンの移動により油圧が一時的に低下してから所定値
で安定するという特性をもつ。

これらの現象からカムの切換を判定するために、油圧変
化の立ち上がり、立ち下がりを微分により求め、また、
油圧を所定の設定値と比較し、さらにこれらの論理積（
Ａ　Ｎ　Ｄ　）を取り出して判定を行う。

ステップ２０で前記論理積がハイレベル（ＡＮＤ＝Ｈ）
かどうか判定し、ハイレベルのときは、第１の所定時間
Ｔ１よりも長くその状態が継続しているかを判断する（
ステップ２１）、そうでなけれは、これをノイズとみな
して、元に戻る。

そしてステップ２２〜２５て、論理積がローレベル（Ａ
　Ｎ　Ｄ　＝　Ｌ　’）に切換っなことを判定し、その
後、再びハイレベルに切換り（Ｔ２の期間）、それから
ローレベルに変化したときに、カム切換が完了したとし
て切換フラグ＝１にセットする。

このようにして、カム切換により油圧が所定値まで上昇
し、実際に切換が行なわれることにより、−時的に低下
した後に再度上昇したことを検出して、カム切換の実行
を判定するのである。

なお、上記実施例ではカム切換後に燃料供給量と点火時
期の両方を補正制御しているが、いずれか一方を制御し
ても、運転性や排気組成の改善に寄与することができる
。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、カムの切換と相関性をも
つエンジンパラメータを測定する手段と、カム切換に伴
って変動するパラメータを予め設定した値と比較してカ
ムの切換を判定する手段と、カム切換が判定されてから
少なくとも切換後のカムに対応した燃料供給量か点火時
期に切換える手段とを備えたため、実際にカムの切換が
完了したことと判定してから、そのカムにぎわせた燃料
と点火時期の切換が実行され、カムの切換に伴い新気の
シリンダ充填効率が変動して要求燃料供給量や点火時期
が大きく変化しても、これに正しく対応した燃料と点火
時期を与えることができ、切換に伴う瞬間的なトルク変
動や排気組成の悪化を確実に回避できる。

また、カムの切換の判定は、内燃機関の種々の制御に必
要な情報であるエンジンパラメータを共用することがで
きるので、格別にカム切換を判断するセンサ等を設置す
る必要がなく、システム全体のコストアップを回避でき
ると共に、信頼性にもすぐれている。

【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
すカム切換機構の平面図、第３図は同じくそのＸ−Ｘ線
断面図、第４図は各カムによるバルブリフト特性を示す
説明図、第５図は各カムによる出力特性を示す説明図、
第６図は制御系のブロンク図、第７図（Ａ＞、（Ｂ　）
、（Ｃ）、（Ｄ　）はカム切換に相関性をもつエンジン
パラメータのカム切換時の特性図、第８図（Ａ）、（Ｂ
）はコントロールユニットで実行される制御動作を示す
フローチャート、第９図はカム切換時の制御特性を示す
タイミングチャート、第１０図はカム切換時のアクチュ
エータ油圧の変化を示す特性図、第１１図はコントロー
ルユニットで実行される制御動作の他の実施例を示すフ
ローチャートである。 ２−１．２２．２３・・・カム、２４・・・吸・排気弁
、２５・・・メインロッカアーム、２８．２９・・・サ
ブロッカアーム、５１・・・コントロールユニット、５
２・・・クランク角センサ、５３・・・アクセル操作量
センサ、６２・・・吸入負圧センサ、６３・・・筒内圧
センサ、６４・・・油圧センサ、６５・・・カムシャフ
トトルクセンナ。 ２５−　メイシロッ力アーム ２８．２９−−サブロッカアーム 第３図 ２４−ｏｐ、　−ａｒ気弁 第４図 第５図。 工）シン匣Ｉ久（丈ｒｐｍ 第８図（Ａ） 第８図（８） 第１０図 Ｔｌ　　　　　　　　　　　　Ｔ２ 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、出力特性の異なるカムプロフィルをもつ複数のカム
   と、運転状態に応じてカムの選択切換えを判断する手段
   と、選択されたカムにより吸排気弁の少なくとも一方を
   駆動するようにカムを切換えるカム切換機構とを備えた
   内燃機関において、カムの切換と相関性をもつエンジン
   パラメータを測定する手段と、カム切換に伴って変動す
   るパラメータを予め設定した値と比較してカムの切換を
   判定する手段と、カム切換が判定されてから少なくとも
   切換後のカムに対応した燃料供給量か点火時期に切換え
   る手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の出力制御
   装置。 ２、エンジンパラメータを測定する手段が筒内圧縮圧を
   検出する手段である請求項１に記載の内燃機関の出力制
   御装置。