JPS59110818A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

内燃機関のバルブタイミング制御装置

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JPS59110818A
JPS59110818A JP57220327A JP22032782A JPS59110818A JP S59110818 A JPS59110818 A JP S59110818A JP 57220327 A JP57220327 A JP 57220327A JP 22032782 A JP22032782 A JP 22032782A JP S59110818 A JPS59110818 A JP S59110818A
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JP
Japan
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valve timing
step motor
timing
camshaft
engine
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JP57220327A
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JPH063125B2 (ja
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Norihiko Nakamura
徳彦 中村
Toyoichi Umehana
豊一 梅花
Yoshiaki Shibata
芳昭 柴田
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34403Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft
    • F01L1/34406Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft the helically teethed sleeve being located in the camshaft driving pulley

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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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】 本発明は、エンジン運転条件に応じた多段階のバルブタ
イミング制御を行うことができる装置に関する。
バルブタイミング制御装置として本出願人の提案に係る
カム軸側のインナスリーブとタイミングプーリ側のアウ
タスリーブとに近接する一対のスリットを設けたものが
ある。その一対のスリットは相互に傾斜する方向に延び
そのスリット内にはローラベアリングが投首される。ロ
ーラベアリングはカム軸方向に移動可能な筒状移動体に
より担持される。回転駆動モータは、その出力軸上のね
じ部及びこれに係合するナツトよシ成るIM1転運動−
直線運動変換手段を介し前記移動体に連結される。モー
タの回転方向に応じて交差スリット内をローラベアリン
グはカム軸方向に移動しこれが一対のスリーブの相対回
転を惹起させる。その結果バルブタイミングが、モータ
の一方向への回転極限位置と他方向への回転極限位置と
の間で2段階に変化する。
本発明はかかる本出願人の提案のパルプタイミング装置
を改善し、より多段階に精密制御を可能とする技術を提
案することを目的とする。この目的を達成するため、本
発明にあっては、回転駆動モータとしてステップモータ
を採用し、制御回路のメモリ中には各運転条件における
バルブタイミング目標値を記憶しておき、エンジンの運
転中にその運転条件における目標値に実測のパルプタイ
ミングが一致するようステップモータを駆動している。
以下添附図面によって説明すると、1はシリンダブロッ
ク、2はシリンダヘッド、3はシリンダヘッドカバー、
4は吸気管、6はスロットル弁、8は排気管である。1
0はクランク軸でコネクティングロッド12を介しピス
トン14に連結される。カム軸18上にカム20が形成
され、カム20はロッカアーム22.23を介して吸気
弁24、排気弁25にバルブスプリング26に抗して作
用する。カム軸18の一端にタイミングプーリ28が位
置し、タイミングベルト30を介してクランク軸10上
のプーリ32に巻掛けられている。タイミングプーリ2
8とカム軸18とは本発明に係るバルブタイミング制御
装置34によって連結される。
バルブタイミング制御装置34は第2図にその構成が示
される。カム軸18の一端にインナスリープ36が?シ
ト3フによって固設される。前記のタイミングプーリ2
8はこのインナスリーブ36上に軸受39によって取付
けられる。タイミングプーリ28のデス部からはインナ
スリーブ36と同軸となるようにアウタスリーブ38が
一体に延びている。インナスリープ36とアウタス(3
) リープ38とは近接するスリット40及び42を備える
。第3図の如くその一方40は真直ぐであるが他方42
は傾斜しておシ、その結果相互に交差する関係にある。
スリット40及び42内には夫々ベアリング44及び4
6が位置している。ベアリング44及び46は、カム軸
の方向に沿って往復する筒状の移動体4Bから半径方向
に一体に延びる軸部48′上に軸支されている。
50はステップモータであシ、回転運動−直線運動変換
手段を介して移動体48に連結される。
この手段はいわゆるリサーキュレーティング& −ルね
じとして構成される。即ち、モータ50の出力軸50′
上に外ねじが切られ、ナツト52には無端の内ねじが切
られ、ボール54がこれらのねじ条間に位置している。
モータ50のハウジングから延びるガイド棒51はナツ
ト52に形成されるカム軸方向ガイド溝52′と嵌合し
ている。かかる構造よ)して、モータ50の出力軸50
′の回転運動がす、ト52の直線運動に変換されること
は明らかであろう。ナツト52はベアリング60を介(
4) して移動体48に連結され、ベアリング44及び46が
カム軸方向に駆動される。
62はケースであシ一端でデルトロ4によってタイミン
グプーリ28のハブ部に固定され、他端はベアリング6
6によってモータハウジングに回転自在に連結される。
68はタイミングベルトカバーであり、本発明のバルブ
タイミング制御装置をも含めてタイミングベルト30を
収納している。
クランク軸100回転はタイミングプーリ32、タイミ
ングベルト30を介してタイミングプーリ28に伝えら
れる。タイミングプーリ28の回転は、これに一体なア
ウタスリーブ3gのスリット42内に位置するローライ
アリング46を介して、軸部48′に伝えられる。軸部
48′の回転は、スリット40内に位置するローラベア
リング44よジインナスリーブ36に伝わシ、カム軸1
8は回転駆動される。カム軸18上のカム20が山のと
ころに来るとロッカアーム22.23を介してパルプ2
4.25のステムを押し、パルプスプリング26に抗し
てパルプ24.25の開弁を行う。
ステップモータ50が駆動されると、その出力軸50′
が回シナット52は第2図のA又はB方向に動く。その
ため、ナツト52と一緒に動く移動体48の軸部上に設
けたローラベアリング44及び46も同方向に夫々のス
リット40及び42内を動く。スリット40及び42は
第3図の如く相互に交差しているためベアリング44及
び46のカム軸方向における直線運動はインナスリーブ
46とアウタスリーブ38との、第3図のC又はD方向
における相対回転に変換される。従って、被駆動側であ
るインナスリーブ36に連結されたカム軸18の、駆動
側であるアウタスリーブ38即ちタイミングプーリ28
更にはクランク軸10に対する位相は変化する。そのた
め、バルブ24゜25にカム20が作用するときのクラ
ンク角度位置であるバルブタイミングが可変となる。そ
のバルブタイミングはカム軸方向における移動体4Bの
位置、換言すれば原点位置からのステップモータ50の
回転角度に応じて定められる。
上述の構造によυモータ500回転に応じて連続的に変
化したバルブタイミングが取り得ることが明らかである
が、本発明ではこのことに着目しエンジン運転条件に応
じてステップモータの回転角度を変え、多段階でバルブ
タイミングを制御しようとしておシ、その原理は次の通
りである。即ち、バルブタイミングは、エンジンの運転
条件、例えばエンジン回転数N。、負荷を代表する吸気
管圧力Pb、水温、 T)IW等で定まり、例えばNe
とPbとについていえば第4図の如く等高’fllAV
1. V鵞。
・・・に従って変化する。本発明では、バルブタイミン
グを第4図に精密に一致するよう制御することを自相し
ている。即ち、第4図の様な等高純はテーブルとしてコ
ンピュータのメモリに記憶されており、機関の運転中に
実測される回転数Ne1吸気管圧力Pb等よシテーブル
中の一点が目標バルブタイミング位置として計算設定さ
れ、この目標値と実際のバルブタイミング位置との偏差
が計算され、その偏差に相当したステップ分だけステッ
プモータ50を回転させ、これによって、バルブタイミ
ングを常に目標値に維持するものである。以下このよう
なステップモータの回転制御を実現する構成について説
明する。
60は本発明に係るバルブタイミング制御を行う制御回
路でありマイクロコンピュータとしての機能を持つ。制
御回路60には種々の運転条件検知センサ群からの信号
が入力している。吸気管圧力センサ62は吸気管4に設
けられ吸気管圧力Pbを検知する。回転数センサ64は
クランク軸上に設けた検知片64′の位置に応じた。−
eルス信号を発生する。また水温センサ66はシリンダ
ブロック1のところに設けられ冷却水温を検知する。
制御回路60はこれらのセンサ群62,64゜66から
の信号を処理しステップモータ50の駆動信号を形成す
る。
第5図は制御回路60の大略をブロック図として示すも
のである。入出カポ−トロ8は吸気管圧力センサ62、
回転数センサ64及び水温センサ66からの信号を受け
る。出力ポードア0は、ラッチ回路72、ダート74を
介してステップモータ50のステータコイルに結線され
る。図示しな(9)            〜^ いがステップモータ50は、複数の励磁コイルを持ち、
磁化すべき励磁コイルを順次選択することによシ、所定
方向に1ステツプ毎に回転する。ダート74は、そのよ
うな複数の励磁コイルのうちの磁化すべき一部の励磁コ
イルを選択する役目を持つ。また、ラッチ回路72は、
ステップモータを1ステツプ所定方向に回転すべき信号
をマイクロコンピュータより指令を受けその指令をステ
ップモータの回転完了まで保持する役目を負う。尚、ス
テップモータ50の詳細構造については、本発明の特徴
と無関係であるから、ここでは詳しく述べないが、もし
必要であれば本出願人の出願に係る特願昭56−814
7号の願書に添附した明細書及び図面の記載を参照され
たい。
入出力r −) 68及び70はパス80によってマイ
クロコンピュータシステムの構成要素でアル、マイクロ
プロセシングユニット82 (MPU)、IJ−ドオン
リメモリ84(ROM)、ランダムアクセスメモリ86
 (RAM)に結線される。88はクロック信号発生器
(CLOCK )である。ROM 84には、前(10
) に概観したような本発明のバルブタイミング切替制御を
実現するルーチンがプログラムの形で格納されている。
MPU 82は、ROM 84のがかる記憶内容に従っ
て、バルブタイミング制御を行う。このプログラムは第
6図にフローチャートとして示されておシ、以下このフ
ローチャートについて順を追って説明する。
第6図において96はこのルーチンの開始を示し、所定
時間毎に実行される割込ルーチンである。
この時間間隔はステップモータ5oが1ステツプ回転す
べきという指令を受けてからこれを完了するのに十分な
時間に設定される。MPU 82にこの割込要求が入る
と、98ではステップONフラグが1か否かの判定を行
う。このフラグは、バルブタイミングの制御中即ちステ
ップモータの回転中に立つフラグであシ、最初は0であ
る。従って、98の判定はNoであシ、次いで100で
は各運転条件における・9ルプタイミングの目標値vs
tepの演算を行う。即ち、MPU 82 Fi、、R
AM 86の所定エリアに格納されている圧力センサ6
2からの吸気管圧力Pbのデータ及び回転数センサ64
からの回転数Neのデータ、更には水温センサ66から
の水温THWのデータを取込む。ROM 84には、第
4図の如き等高線データがテーブルとして記憶されてお
シ、MPU82は実測した圧力Pb及び回転数N8のデ
ータよりそのときの目標バルブタイミングを例えばステ
ップモータの、基準位置よりの回転角vstepとして
計算する。そしてそのときの水温TT(Wに応じ必要な
補正を行う。
次の104では、MPU 82はRAM 86の所定エ
リアに格納されている現在のステップモータの回転角位
置V、。stlを取、り込み、上述の如く計算された目
標値vstepから減算する。この減算結果5TEPは
目標値に対するパルプタイミングの偏差をステップモー
タの回転すべきステップ数として表わしたものである。
106では、5TEP=0か否かの判定を行う。
Yesであればパルプタイミングが目標値からずれてい
ないと認識し、108に分岐しメインルーチンに戻る。
Noであればパルプタイミングが目標値(11) からずれていると考えられ、109でステップONフラ
グをセットした後、110のステップに入る。110で
は、5TEP>0が否がを判定する。
Yesであれば、ステップモータ5oを正転させる方向
に修正すべきと認識し、112で回転方向標示フラグD
IRをO″とする。またNoであれば、ステップモータ
50を逆転する方向に修正すべきと認識し、114で回
転方向表示フラグDIRを1”とする。この場合、10
4で計算される、ステップモータの回転すべきステップ
数5TEPは負となるから、116で絶対値をとシ正符
号に変換する。
次の118のステップではDIRが1か否かの判定を行
う。Yesであればステップモータ5oは逆転すべきで
あシ120で逆転処理を行う。MPU82は出力ポード
ア0にステップモータを現在位置より1ステツプだけ逆
転させるためのデジタル信号を書き込む。この書き込み
内容はラッチ回路72で保持され、f−)74はラッチ
回路72の内容に従って開閉されステップモータ5oの
各励磁コ(12) イルは現在位置から1ステツプ逆転するよう励磁される
もし、118でNoの判定であればステップモータ50
は正転すべきであシ122で正転処理が行われる。即ち
、出力ポードア0にはステップモータ50を現在位置か
ら1ステツプ正転させるようなデジタル信号が現われラ
ッチ回路72はその内容を保持し、ダートはステップモ
ータを1ステツプ正転するよう開閉される。
次に割込みが開始されると、98ではステップONフラ
グが1であるから、YelIと判定され、130に進み
、ここでは5TEPから1引いたものを5TEPとする
。132では5TEP = 0か否かが判定され、0で
なければNoに分岐し、118以下の処理が行われる。
104で計算された偏差分に一致したステップ数だけス
テップモータが回転すると、132での判定結果がYe
sとなり、134に進む。134ではMPU82は出力
ポードア0にステップモータをその位置に停止させる指
令を送り、ラッチ72はその内容を保持し、ダート74
はステップモータ50をその位置に保持するよう駆動さ
れる。136はステッゾONフラグのリセットを示す。
以上述べたように本発明ではステップモータによりバル
ブタイミングを運転条件に応じ精密制御することができ
、燃費率を高く維持した上で出力の向上を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る内燃機関の全体概略図、第2図は
可変バルブタイミング機構のカム軸方向断面詳細図、 第3図は第2図の■方向矢視図、 第4図はエンジン回転数及び吸気管圧力の組み合せに対
するバルブタイミングの要求特性を示す線図、 第5図は制御回路のブロック図、 第6図は本発明のソフトウェア構成を示すフローチャー
ト図。 10・・・クランク軸、18・・・カム軸、24.25
・・・バルブ、34・・・可変バルブタイミング機構、
36・・・アウタスリーブ、38・・・インナスリープ
、40.42・・・スリット、44.46・・・ローラ
ベアリング、50・・・ステップモータ、60・・・制
御回路、62・・・圧力センサ、64・・・回転数セン
サ、66・・・水温センサ。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士 青水 朗 弁理士 西舘和之 弁理士 中山恭介 弁理士  山 口 昭 之 第 1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 カム軸と同軸に設けられかつクランク軸に連結される回
    転被駆動部材とカム軸とに夫々連結される相互に同軸の
    内側及び外側のスリーブ部材、該スリーブに相互に交差
    するように形成される一対のスリット、 該スリット内に位置するベアリング、 カム軸の方向に沿って往復移動可能にベアリングを担持
    する移動部材、 ステップモータとしての回転駆動部材、ステップモータ
    からの回転運動を移動部材の直線運動に変換する回転運
    動−直線運動変換手段、前記一対のスリーブの相対的な
    角度位置として定まるバルブタイミング代表値を機関の
    各運転条件に応じて記憶しておくメモリ手段、 機関の運転中にその運転条件に対応したパルプタイミン
    グ代表値を前記のメモリ手段より演算する手段、 機関の運転中に実測のパルプタイミング代表値を検知す
    る手段、 演算されたパルプタイミング代表値と実測のパルプタイ
    ミング代表値との偏差を演算する手段、上記偏差に応じ
    たパルス数だけステップモータへの駆動信号の供給を行
    う手段、 より成る内燃機関のバルブタイミング制御装置。
JP22032782A 1982-12-17 1982-12-17 内燃機関のバルブタイミング制御装置 Expired - Lifetime JPH063125B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5832910A (ja) * 1981-07-14 1983-02-26 アトラス・フア−ルツオイクテヒニク・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング カム軸制御装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5832910A (ja) * 1981-07-14 1983-02-26 アトラス・フア−ルツオイクテヒニク・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング カム軸制御装置

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