JPH051516A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気密度が低下すると低出力カムから高出力
カムへの切換を早めて、通常の空気密度のときと同じよ
うなアクセル開度に対する出力特性を確保し、運転フィ
ーリングの悪化を防ぐ。 【構成】 低出力と高出力の少なくとも２つのカム１
と、運転状態に応じてカムの切換領域を判定する判定手
段２と、カム切換指令にしたがってカムを切換えると共
にこのカムの運動を吸、排気弁の少なくとも一方に伝達
するカム切換機構３と、吸入空気の密度を算定する手段
４と、吸入空気密度に応じてカムの切換領域を移動させ
る手段５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は運転状態に応じて特性の
異なるカムを選択的に切換える可変動弁機構をもつ内燃
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)の異なる複数
のカムを備えておき、運転条件によって選択的にカムの
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】カムの切換は予め設
定されたカム切換領域に基づいて行われ、機関回転数と
アクセル開度（負荷）から求めた運転条件が、所定のカ
ム切換領域に入ると、対応するカムへの切換が自動的に
行われる。

【０００６】ところで、高地走行時のように大気圧が低
かったり、気温が非常に高いときなど、吸気密度の低下
により機関に実際に吸入される空気量（重量）が減少す
ると、これに応じて機関出力も低下する。この場合、と
くに燃費は良いが発生トルクの小さい低出力カムでの運
転中は、運転者のアクセル操作に対応した加速性能が得
られず、運転性が悪化するという問題を生じた。

【０００７】空気密度の低下により最大出力が下がるの
は避けられないが、アクセルを一杯に踏み込むような運
転状態はあまりないため、問題なのは低出力カムを使用
している部分負荷域でのアクセル操作範囲内において、
アクセル操作に対する出力特性が通常時と著しく相違す
ることであり、この場合には運転フィーリングが大きく
損なわれてしまう。

【０００８】そこで本発明は、機関に吸入される空気密
度に対応してカムの切換領域を移動させ、空気密度の低
いときは、低出力カムから高出力カムに早めに切換るこ
とにより、アクセル開度に対する出力トルクを確保し、
運転フィーリングの悪化を防止することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は図１に示すよう
に、低出力と高出力の少なくとも２つのカム１と、運転
状態に応じてカムの切換領域を判定する判定手段２と、
カム切換指令にしたがってカムを切換えると共にこのカ
ムの運動を吸、排気弁の少なくとも一方に伝達するカム
切換機構３とを備えた内燃機関の制御装置において、機
関に吸入される空気の密度を算定する手段４と、吸入空
気密度に応じてカムの切換領域を移動させる手段５とを
備える。

【００１０】

【作用】大気圧の低い高地走行時などのように空気密度
が低下すると、これに応じてカムの切換領域が移動し、
低出力カムでの運転領域が狭まり、早めに高出力カムへ
の切換が行われる。

【００１１】したがって、低出力カムでの運転中は早め
に出力トルクの大きい高出力カムに切換わるため、低地
走行時などと同じようなアクセル操作に対する出力特性
が得られ、運転フィーリングの悪化が避けられる。

【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】また、コントロールユニット５１はカムの
切換時におけるトルク変動を防ぐために、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するように補正し、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】ところで、図７に示すように、各カムによ
る出力特性は、通常の大気圧のときに比較して気圧が下
がるほど相対的に低下する（ただし、この図は低出力カ
ム（第１カム２１）と高出力カム（第２カム２２）の出
力特性のみを表している）。

【００３１】大気圧の低い高地走行時や、気温の高い炎
熱下での走行時には機関に吸入される吸気の密度が低下
し、実質的なシリンダ吸入空気量（重量）が減少して発
生出力が相対的に低下するのである。

【００３２】機関の最大出力を要求されるような運転状
態は少ないため、高出力カムでの運転領域では運転性の
悪化はそれほどでもないが、もともと発生トルクの小さ
い低出力カムでの運転はアクセル操作量に対するトルク
の落ち込みが目立ち、通常の大気圧下での運転に比べて
運転フィーリングが大きく損なわれる。

【００３３】そこで、コントローラ５１により、空気密
度に対応してカム切換領域をシフト（移動）し、空気密
度の低いときには低出力カムでの運転領域を狭め、早め
に低出力カムから高出力カムに切り換えることにより、
アクセル開度に対する出力トルクの低下を防ぎ、運転性
の悪化を回避するようにした。

【００３４】つまり、図７の低出力カムと高出力カムと
の切換点を、大気圧（空気密度）の低下に伴って相対的
に低回転、低負荷側に移行し、低出力カムによる加速時
など通常の大気圧下よりも早めに高出力カムへの切換を
行うようにした。

【００３５】なお、吸入空気密度を検出する手段とし
て、大気圧を測定する大気圧センサ６１を備え、コント
ロールユニット５１に検出した大気圧を入力することに
より空気密度を算出するが、これに代えて、吸入空気量
を重量として測定できる吸入空気量センサ６２を設け、
予め設定されたスロットル開度と機関回転数とから演算
される吸入空気量と、このセンサ出力とを比較すること
により、空気密度の変化を求めたり、あるいは、排気中
の酸素濃度等を測定する排気空燃比センサ６３を設け、
機関に供給する燃料と空気の比率（空燃比）が目標値と
なるようにフィードバック制御し、吸気密度に対応して
変化する燃料のフィードバック制御量（修正量）の学習
値から、空気密度の変化を演算することもできる。

【００３６】図８はコントロールユニット５１で実行さ
れる空気密度によるカム切換領域のシフト制御動作のフ
ローチャートである。

【００３７】まず、機関の回転数、負荷（アクセル操作
量）、大気圧を読み込み（ステップ１〜３）、ステップ
４で検出した大気圧を予め決められた設定値（たとえば
標準大気圧よりも所定値だけ低い値）と比較し、これよ
りも低いときは、ステップ５で予め設定された吸入空気
密度の低いときのカム切換領域特性をテーブルルックア
ップにより読み取り、また高いときは、ステップ６で通
常の空気密度（標準大気圧）のときのカム切換領域特性
をテーブルルックアップにより読み取る。

【００３８】これらのカム切換領域特性は図７のように
設定され、空気密度の低いときはカム切換の回転数、負
荷が相対的に減少側に移行する。

【００３９】ステップ７と８ではそれぞれ機関の回転数
と負荷が、テーブルルックアップした特性との対比によ
り、カム切換点に達したかどうかを判断し、切換点に達
したときは、ステップ９と１０で回転数あるいは負荷の
変化方向から、カムの切換方向を判断する。

【００４０】回転数あるいは負荷が増加するときは、ス
テップ１１と１３で低出力カムから高出力カムへの切換
を行い、逆に減少するときはステップ１２と１４で高出
力カムから低出力カムへと切換る。

【００４１】このようにして、吸入空気密度によってカ
ムの切換領域をシフトし、空気密度の低いときは低出力
カムでの運転領域を少なくするようにしたので、低出力
カムから高出力カムへの切換がより低出力側で行われ、
低出力カムによる運転域でのアクセル操作量に対する出
力特性が、高出力カムへの早めのカム切換により、通常
の空気密度のときとそれほど変わらず、空気密度変化に
伴う運転フィーリングの悪化を防止することができる。

【００４２】カム切換領域のシフトは、大気圧の変化に
よるだけでなく、気温の上昇により実際の吸気の密度が
低下したときにも同様に実行されるが、この場合、吸入
空気の温度を測定する温度センサを設けておき、この検
出温度によってカム切換領域をシフトすることもでき
る。

【００４３】また、この実施例では吸入空気密度の所定
値を境にして予め設定した２つのカム切換領域間でシフ
トを行ったが、空気密度に対応してその都度カム切換領
域のシフト量を演算し、２段階ではなく、連続的にカム
切換領域をシフトさせるようにしても良い。

【００４４】また、空気密度に対するカム切換領域のシ
フトは、低出力カムである第１カム２１と高出力カムで
ある第２カム２２との間で行っているが、さらに高出力
カムである第３カム２２と第２カム２２との間のカム切
換領域のシフトも、同様にして行うことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、大気圧の
低い高地走行時などのように機関に吸入される空気の密
度が低下すると、これに応じてカムの切換領域が移動
し、低出力カムでの運転領域が狭まり、早めに発生トル
クの大きい高出力カムへの切換が行われるため、通常の
低地走行時などと同じようなアクセル操作に対する出力
特性が得られ、吸気温度の上昇時を含めて、吸気密度の
低下時における運転フィーリングの悪化を避けることが
できる。

【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】吸入空気密度が変化したときのカム切換領域の
移動を示す特性図である。

【図８】コントロールユニットで実行されるカム切換領
域の移動制御動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ カム ２ 判定手段 ３ カム切換機構 ４ 吸入空気密度算定手段 ５ カム切換領域移動手段 ２１ 第１カム ２２ 第２カム ２３ 第３カム ２４ 吸・排気弁 ５１ コントロールユニット ５７ スロットルバルブ ６１ 大気圧センサ ６２ 吸入空気量センサ ６３ 排気センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 低出力と高出力の少なくとも２つのカム
   と、運転状態に応じてカムの切換領域を判定する判定手
   段と、カム切換指令にしたがってカムを切換えると共に
   このカムの運動を吸、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制御装置におい
   て、機関に吸入される空気の密度を算定する手段と、吸
   入空気密度に応じてカムの切換領域を移動させる手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。