JPH051604A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カム特性に対応して制御特性を修正し、安定
したアイドル回転の制御を実現することを目的とする。 【構成】 低出力と高出力とのカムプロフィルをもつ少
なくとも２つのカム１と、これらのカムを選択的に切換
る手段２と、機関回転数を検出する手段と３、吸気通路
のスロットルバルブを迂回するバイパス通路に介装した
アイドル制御弁４と、アイドル回転数を目標値に一致さ
せるようにアイドル制御弁の開度をフィードバック制御
する手段５と、前記カムの切換を検出する手段６と、カ
ムの出力特性に対応してそれぞれ異なったフィードバッ
ク制御特性を設定した手段７と、前記フィードバック制
御手段５の制御特性を切換られたカムに対応して選択す
る手段８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は運転条件によって選択的
にカムを切換る可変動弁機構を備えた内燃機関の吸入空
気量制御装置に関する。

【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】これは低回転域で高いトルク特性をもつ低
速型の高出力カムと、高回転域で高いトルク特性の高速
型の高出力カムとを、運転条件に応じて切換ることによ
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、これに加えて低中回転、部分負荷域
での燃費特性にすぐれた低出力カム（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。

【０００６】ところで、内燃機関のアイドル回転を安定
させるために、スロットルバルブを迂回するバイパス空
気通路にアイドル制御弁を設け、所定の回転数に一致さ
せるようにフィードバック制御することが知られてい
る。

【０００７】例えば、エアコン等の補機負荷が加わると
アイドル回転数が低下するが、回転数の低下を検出して
アイドル制御弁が開き、吸入空気量を増量して回転数を
目標値まで上昇させ、逆に回転数が目標値よりも高くな
れば、アイドル制御弁の開度が減少して、回転数を下げ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】ところが、このアイ
ドル回転数のフィードバック制御を行うのに、従来の単
一の動弁系の場合は、制御特性もこれに対応して単一の
特性に設定するだけでよいが、このように複数の動弁系
を備え、運転状況によって出力特性の異なるカムに切換
ていくものでは、カムの種類によって吸気特性（容積効
率、吸気系の伝達関数等）が変化し、さらにカムを駆動
するのに必要なトルクやフリクション等が変わってくる
ため、同一の制御特性では応答性等が悪化することがあ
る。

【０００９】とくに、アイドル回転では機関出力に対す
るフリクションの占める影響割合が大きく、カムが相違
したときには、アイドル回転を精度よく目標値に収束さ
せるのが難しく、アイドル安定性が損なわれやすくな
る。

【００１０】そこで本発明は、カム特性に対応して制御
特性を修正し、安定したアイドル回転の制御を実現する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は図１に示すよう
に、低出力と高出力とのカムプロフィルをもつ少なくと
も２つのカム１と、これらのカムを選択的に切換える手
段２と、機関回転数を検出する手段と３、吸気通路のス
ロットルバルブを迂回するバイパス通路に介装したアイ
ドル制御弁４と、アイドル回転数を目標値に一致させる
ようにフィードバック制御特性に基づいてアイドル制御
弁４の開度をフィードバック制御する手段５とを備えた
内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記カムの切
換を検出する手段６と、カムの出力特性に対応してそれ
ぞれ異なったフィードバック制御特性を設定した手段７
と、前記フィードバック制御手段５の制御特性を切換ら
れたカムに対応して選択する手段８とを備える。

【００１２】

【作用】したがって、カムが切換られると、これに対応
したフィードバック制御特性が選択され、この制御特性
に基づいてアイドル回転数のフィードバック制御が行わ
れる。カムによって相違するフリクション特性等に対応
してフィードバック制御特性が選択されるので、カムが
切換られても、アイドル回転制御の応答性が常に最良の
状態に維持される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】ところでコントロールユニット５１は、カ
ムの切換時に、スロットル開度が同一のままでは、カム
の出力特性により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
たりするため、これを防ぐように、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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】図示しないが、同時に点火装置の点火時期
を補正制御することにより、切換時の出力変動をさらに
抑制することも可能である。

【００３２】ところで、図７にも示すように、機関のア
イドル回転数を目標値に精度よくフィードバック制御す
るために、吸気通路６２には前記スロットルバルブ５７
を迂回してバイパス通路６３が形成され、このバイパス
通路６３の開度を制御するアイドル制御弁６４が設けら
れる。なお、６５は燃料噴射弁で、所定の空燃比となる
ように吸入空気量に応じて燃料を吸気ポートに噴射す
る。

【００３３】そして、前記コントロールユニット５１は
クランク角センサ５２の出力に基づいて検出されたアイ
ドル回転数が目標とする回転数と一致するように、アイ
ドル制御弁６４の開度をフィードバック制御する。この
アイドル回転数の目標値は、水温センサ５９の出力や、
図示しないがエアコン用コンプレッサの負荷スイッチ等
からの信号に基づいて設定され、補機類の負荷が増加す
ると設定回転数も高くなる。

【００３４】図８はアイドル制御弁の開度と弁通過空気
量の関係を示す特性図、また、図９は、第１カム２１か
ら第３カム２３を用いたときの機関回転数と吸入空気量
との関係を表している。

【００３５】図９からも分かるように、ある回転数にお
ける必要空気量はカムの種類によって相違し、しかも空
気量を増減したときの回転数の変動率（応答感度）もカ
ムによって異なる。例えば機関回転数が７５０ｒｐｍの
ときの必要空気量は、第１カム２１のときは４．０ｇ／
ｓｅｃ、第２カム２２のときは４．３ｇ／ｓｅｃ、第３
カム２３では３．８ｇ／ｓｅｃとなっている。これらの
差はカムによって相違するフリクションや吸入抵抗に起
因する。

【００３６】したがって、具体的な１例を示すと、目標
とする機関回転数が７５０ｒｐｍであるとき、実際の回
転数が６５０ｒｐｍであったとすると、第１カム２１
（第１の動弁系）を使用している場合は、目標回転数に
するために必要な追加空気量は０．３ｇ／ｓｅｃであ
り、これはアイドル制御弁６４の開度にして３．０％の
増加となる。これに対して、第２カム２２（第２の動弁
系）を使用しているときは、追加空気量は０．４ｇ／ｓ
ｅｃで、開度の増加は４．０％となる。

【００３７】したがって、第２カム２２を使用している
とき、６５０ｒｐｍから７５０ｒｐｍに回転数をあげる
のに、もし、第１カム２１のときの制御特性のままでア
イドル制御弁６４の開度を制御したとすると、３．０％
だけしか開度が増加せず、空気量は０．１ｇ／ｓｅｃだ
け不足し、実際の回転数は７５０ｒｐｍよりも低い値に
なってしまう。つまり、第１カム２１と第２カム２２の
ときでは、同じ応答時間で回転数を同じだけ上昇させる
のに必要な制御定数は異なり、第１カム２１に比較して
第２カム２２のときはアイドル制御弁６４の制御定数を
概略３０％ほど増す必要がある。

【００３８】ただし、実際には、機関回転数を検出しな
がら目標回転数と一致するようにフィードバック制御を
しているので修正が行われ、ある時間を経過した時点で
は目標回転数と一致するが、それだけ応答時間が長くな
る。

【００３９】そこで本発明では、このような応答遅れを
避けるため、カムが切換られたときは、カムに対応した
制御定数に切換えるようにした。

【００４０】異なるカムに対する制御定数は、それぞれ
の回転数と吸入空気量との関係に基づいて完全に独立し
て設定しても良いし、また、アイドル回転数付近では、
図９のように、各特性はほぼ一次関数（直線）となって
おり、したがって静的特性の偏差及び傾きの差に基づい
て、例えば第１カム２１の制御定数を基本として、第
２、第３カムの制御定数を補正するようにしても良い。

【００４１】図１０、図１１はこのように制御定数をカ
ムによって切換るため、コントロールユニット５１で実
行される制御動作を示すフローチャートで、図１０は制
御定数を独立して設定した場合、図１１は基本の制御定
数を補正する場合を示す。

【００４２】図１０において、ＩＳＣ（アイドルスピー
ドコントロール）制御に移行すると、まずステップ１で
カムポジションセンサ５８の出力をみて、第１カム２１
（第１の動弁系）を使用しているかどうかを判断し、第
１カム２１のときは、ステップ２で第１カム２１に対応
して予め設定された制御定数をテーブルルックアップに
より選択する。

【００４３】この場合、ＰＩＤ制御の各制御定数とし
て、ｆｐｘは比例分、ｆｉｘは積分分、ｆｄｘは微分分
の制御定数をあらわし、これらは各カムに対応して設定
されているが、エアコン等の負荷やエンジン冷却水温等
の条件によって、さらに別の特性がテーブルに設定され
る。

【００４４】第１カム２１でないときは、ステップ４に
移行して第２カム２２（第２の動弁系）かどうかを判断
する。第２カム２２のときは、ステップ５において、第
２カムポジションセンサ２２に対応した各制御定数をテ
ーブルルックアップにより求める。

【００４５】さらに第２カム２２でもないときは、ステ
ップ６に移行して第３カム２３（第３の動弁系）に対応
した各制御定数をテーブルルックアップにより求める。

【００４６】このようにして、いずれかそのとき使用さ
れているカムに対応した制御定数を読み込んだら、ステ
ップ３において、これら各制御定数を用いてＰＩＤ制御
によりアイドル回転数を目標値に一致させるように制御
する。

【００４７】また、基本制御定数を補正する方式の図１
１にあっては、第１カム２１（第１の動弁系）の制御
（比例・積分・微分）定数が基本として設定してあり、
ステップ１において、この基本制御定数をテーブルルッ
クアップにより読み込み、次いでステップ２で第１カム
２１（第１の動弁系）を使用しているかどうかを判断し
て、第１カム２１の場合はそのままステップ３に移行し
て、前記基本の制御定数によってアイドル回転数のＰＩ
Ｄ制御を行う。

【００４８】これに対して、第１カム２１でないとき
は、ステップ４で第２カム２２（第２の動弁系）かどう
かを判断し、第２カム２２のときは、ステップ５で基本
制御定数を１．３倍して、これを第２カム２２による制
御定数とする。

【００４９】この場合、図９から、アイドル制御弁６４
の制御量に対する必要とする吸入空気量の変化率（感
度）が、第１カム２１に対して第２カム２２は１．３
倍、第３カム２３は０．８倍であると算出した。

【００５０】さらにステップ４において第２カム２２で
はないときは、第３カム２３（第３の動弁系）と判断し
て、ステップ６において各制御定数をそれぞれ０．８倍
したものを、第３カム２３による制御定数とする。

【００５１】そして、ステップ３において、各カムに対
応した補正された制御定数を用いてＰＩＤ制御を行う。
なお、この例では補正係数を１．３と０．８としたが、
これらは実際のカムに対応した数値を、実験等により求
めて設定するのであり、これらの数値は一例に過ぎな
い。

【００５２】このようにして、アイドル回転数を目標値
と一致するように、各カムに対応した制御定数を用いて
フィードバック制御することにより、どのカムの場合も
同一の応答性をもってアイドル回転数を精度よく目標と
する回転数に制御することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、カムの切
換に対応してフィードバック制御特性が選択され、この
制御特性に基づいてアイドル制御弁の開度が制御される
ため、使用されるカムによってフリクションや吸入抵抗
等が相違しても、アイドル回転制御の応答性は常に最良
の状態に維持され、アイドル回転数を精度よく目標値に
収束させることができ、機関のアイドル安定性を向上さ
せられる。

【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要部の平
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】各カムによる全開出力特性を示す説明図であ
る。

【図６】コントロールユニットのブロック図である。

【図７】吸気系の断面図である。

【図８】アイドル制御弁の開度と空気量の関係を示す特
性図である。

【図９】機関回転数と吸入空気量の関係を各カム毎に表
す説明図である。

【図１０】コントロールユニットで実行される制御動作
の一例を示すフローチャートである。

【図１１】同じくコントロールユニットで実行される制
御動作の他の例を示すフローチャートである。

【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 メインロッカアーム ２８ サブロッカアーム ２９ サブロッカアーム ５１ コントロールユニット ５２ クランク角センサ ５７ スロットルバルブ ５８ カムポジションセンサ ６３ バイパス通路 ６４ アイドル制御弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 低出力と高出力とのカムプロフィルをも
   つ少なくとも２つのカムと、これらのカムを選択的に切
   換る手段と、機関回転数を検出する手段と、吸気通路の
   スロットルバルブを迂回するバイパス通路に介装したア
   イドル制御弁と、アイドル回転数を目標値に一致させる
   ようにフィードバック制御特性に基づいてアイドル制御
   弁の開度をフィードバック制御する手段とを備えた内燃
   機関の吸入空気量制御装置において、前記カムの切換を
   検出する手段と、カムの出力特性に対応してそれぞれ異
   なったフィードバック制御特性を設定した手段と、前記
   フィードバック制御手段の制御特性を切換られたカムに
   対応して選択す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。