JPS59113224A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - 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】 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。

パルプ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プとタイミングプーリ側のアウ
タスリーブ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
のスリット内にけローラベアリングが設置される。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
り相持される。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り成る回転運動−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プの相
対回転を惹起させる。その結果パルプタイミングが、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耐久性を少くも悪化
させることなく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、本発明にありては、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パルプタイミング目
標値を記憶しており、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ぐングが一致するよ
うステップモータを駆動している。また、移動体の左右
の移動限界位置の近くにおいてその限界位置に向けてパ
ルプタイミングが変化している場合はこれを検知するこ
とによりステップモータのノ母ルス供給速度をスローダ
ウンし、ストッパに当る衝撃の緩和をし、耐久性の向上
を図っているＯ 以上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にパルプスプリング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が相
対回転可能に位置し、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日とカム軸１８とは本発明に係るノＺル
ゾタイミング制御装置３４によって連結される。

パルプ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がゲル
ト３７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プ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のゲス部からはインナ
スリープ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とアウタスリー
ブ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
斜しており、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４６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４８から半径方向に一
体に（５） 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り、回転ｊ甲転−直線運動変
換手段を介して移動体４８に連結される。

この手段はいわのるリサーキュレーティングゲールねじ
として構成される。即ち、モータ５０の■力＄ｈ５０’
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、ゾール５４がこれらのねじ条間に位置している。

モータ５０のノ・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。かかる構造よシして、モータ５０の出力軸５
０′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
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ゲルト６４によってタイミン
グプーリ２８のノ・プ部に固定され、他端はベアリング
６６によってモータフ１ウジングに回転自在に連結され
る。６Ｂはタイミングベルトカバーであり、本発明のパ
ルプタイミング制御装置（６） をも含めてタイミングペル）３０を収納している。

クランクＭ１０の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に云えら
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ベ
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よりインナスリープ３６に伝わり、カム軸１
Ｂは回転駆動される。カム軸１８上のカム２ｏが山のと
ころに来るとロッカアーム２２．２３を介シてパルプ２
４．２５のステムを押し、パルプスゲリング２６に抗し
てバルブ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
リブ）４０及び４２内を動く。スリブ）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プ
３゛６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
あるインナスリープ３６に連結されたカム軸１８の、１
駆動側であるアウタスリーｆ３８即ちタイミングプーリ
２８更にはクランク軸１゜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パルプタイミングが可食となる
。そのパルプタイミングはカム軸方向における移動体４
８の位置、換言すれば基準位置からのステップモータ５
０の回転角度に応じて定められる。

上述の構造によりモータ５０の回転に応じて連続的に変
化したパルプ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、多段階でパルプ
タイミングを制御しようとしておシ、その原理は次の通
電である、即ち、パルプタイミングは、エンジンの運転
条件、例えばエンジン回転数Ｎｅ、負荷を代表する吸気
管圧力Ｐｂ１水温ＴＴｆｆ等で定まり、例えばＮ。とＰ
ｂとについていえば第４図の如く等高線ｆｌ、Ｖ２゜・
・・に従って変化する。本発明では、パルプタイミング
を第４図に精密に一致するよう制御することを０指して
いる。即ち、第４図の様な等高線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Ｎ８、吸気管圧力Ｐｂ等よりテーブル中
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、パルプタイミン
グを常に目標値に維持するものである。また、制御可能
なパルプタイミングのうち、最も遅れ側は移動体４８が
インナスリーｆ３６と当る点で決まり、−力量も進み側
は移動体４８がモータ５０のハウジングと当る点で決ま
る。パルプタイミングの切替中に移動体４８がその限界
位置に向けてその近くまで移動している場合はステップ
モータ５０への・ぐルス供給間隔を長くシ、これによシ
移動体の移動をスローダウンし、移動体がストツ／’Ｐ
手段に当るときの衝撃を柔らげ、耐久性の向上を図って
いる。

６０は本発明に係るパルプ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ｔＪ
？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、ｆ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。出カポ−）７０は、ラッチ回路７２　、ｌ’　　）
　７４を介してステ、ｆモータ５０のステータコイルに
結線される。図示しな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の組合せを
順次選択することにより、所定方向に１ステツプ毎に回
転する。デート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、ステップモータの回転す
べき方向および回転すべきステップ数をマイクロコンピ
ュータより指令を受け、それを実行するようｒ−）　７
４の開閉命令を所定シーケンスに従って出力する役目を
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
５６−８１４７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。

入出カポ−トロ８及び７０はバス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ある、マイクロゾロ
七シ／グユニッ）　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、前に概
観したような本発明のパルプタイミング切替制御を実現
するソフトウェアがプログラムの形で格納されている。

ＭＰＵ　８２は、ＲＯＭ８４のかかる記憶内容に従って
、パルプ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り、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１００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。この割込間
隔は、ステップモータ５０が１ステ、ゾ回転すべきとい
う指令を受けてから、その指令を完全に実行するに十分
な時間に設定される。

ＭＰＵ　８２にこの時間割込要求が入ると、この割込ル
ーテンが実行に移り、ステップＯＮフラグが１か否かの
判定をし、もしＯであれば１０２に進み、１０２では、
現在の運転状態からパルプタイミングの目標値Ｖｓｔｅ
ｐの演算を行う。即ち、ＭＰＵ　８２は、ＲＡＭ８６の
所定エリアに格納されている圧力センサ６２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
Ｎ０のデータ、更には水濡センサ６６からの水温Ｔ）Ｔ
Ｗのデータを取込む。ＲＯＭ８４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り、ＭＰＵ８
２は実測した圧力Ｐｂ及び回転数Ｎ６のデータよりその
ときの目標パルプタイミングを例えばステ、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ＴＲＹに応じ必要な補正を行う。

次の１０４では、ＭＰＵ８２はＰＡＭ８６の所定エリア
に格納されている現在のステップモータ５０の回転角位
置Ｖｐｏｓｉｔ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か否かが判定される。Ｙｅ
ｓであればステップモータ５０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ＩＭＲを
＠０＃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、１０４
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で絶対値をとり正符号
に変換する。

１２０では１０４で計算した５ＴＥＩ：Ｐが０か否かの
判定が行われる。制御値と目標値との間に偏差がなけれ
ばＹｅｓと判定され、何もせずに１２４に進みここから
、メインルーチンに復帰する。ステ、ｆモータの駆動は
行われずバルブタイミングは現状に止まっている。

１２０で５ＴＥＰがＯでない（Ｎ　ｏ）と判定すれば制
御値と目標値に偏差があることを示し、１２５でステッ
ｆＯＮフラグを立て、以下のパルプタイミングがストッ
パに近けてそのストツノ９近くに位置しているか否かの
判定ルーチンに入る。先ず１３０では、ステップモータ
の目標位置Ｖｓｔａｐが第２図の右側限界位置から近い
Ｍｉｎの位置よシ小さい、即ちストッパ側か否か判定さ
れ、１３２では、ステップモータの原位置Ｖｐｏｓｌｔ
が目標位置Ｖｓｔｅｐより小さいか即ち左側か否かが判
定される。

１３０．１３２で共にＴｅｌの判定結果は、第７図の模
式的なパルプタイミングの変化線図において、１１の様
に右ストッパに近いところで右ストッ／’Ｐに向は移動
であることを示す。１３０．１３２のどちらもＹｅｓで
ない場合は、１３４に行き、ステップモータの目標位置
Ｖｓｔｓｐが第２図の左側限界位置から近いＭａｘより
大きい、即ちストッパ側か否か判定され、１３６では、
ステップモータの原位置Ｖｐｏｇｉｔかが目標位置より
小さいか否かが判定される。１３４，１３６で共にＹｅ
ｌｌの判定結果は、第７図において、パルプタイミング
がｌｘの様に左ストッパに近いところでその左ストッ／
４’に向は変化中であることを示す。それ以外の場合は
ｌｓ＋１４の様にストッパから離れたところでパルプタ
イミングが制御されていることを示す。

この後者の場合は、１３８でＭＡＸフラグ（１２２で説
明）がリセットされ、次いで１４０では回転方向フラグ
が検定され、その正負に応じ、１４２又け１４４で正転
又は逆転・母ルスが出力ポードア０よりラッチ７２に保
持され、ｒ−ドア４が駆動されステップモータは１パル
ス回る。次に割込が入ると１０１ではＹ８８であるから
１４５に進み、１４５で５ＴＥＰが１つ減らされ、１４
６では５ＴＥＰ＝Ｏか否か判定されＮｏであれば再び１
４０に入り、Ｏとなるまでステップモータは１ステツプ
づつ回る。１０４で計算された偏差分ステップモータが
回ると１４６の判定はｙｅｓとなり、１４７に進み、Ｍ
ＡＸフラグの判定をする。このフラグが立っていなけれ
ばＮＯに分岐し１４８でＭＰＶ８２は出力ポードア０よ
システップモータの停止信号を出しその内容がラッチ７
２に保持され、’ｒ’−）７４はステップモータが停止
するようその励磁コイルを制御する。１４９ではステッ
プＯＮフラグがリセットされる。その後１２４でメイン
ルーチンへの復帰が行われる。

移動体４８が第７図のｌｌｌ−１１ｍで示すように限界
近くに向けて動いているときは、１４９への分岐が生じ
、ぬ■フラグがセットされる。次いで、１５０では５Ｔ
ＥＰから１０を引いたものをＳ　ＴＥＰとする。ここに
１０とは、第７図のｘｌ又はｘ３即ちＭＩＮ　、　ＭＡ
Ｘからストッパ位ｔｉｔｔでステップモータ５０を回す
のに必要なステップ数とする。次いで、１５２では５Ｔ
ＥＰ　１というＲＡＭエリアを導入しそこにこの１０を
入れる。１５２はカウンタＣをｎとセットする。

１５０で、５ＴＥＰから１０ノぐルス分を引いたものを
５ＴＥＰとしたから、ステップモータを遅く動かし始め
るべ＠第７図の１．の時刻に来ると、１４６での判定は
Ｔｅ１ｌとなる。ＭＡＸフラグが友っていることから１
４７ではＴｅｌへ分岐し１５０で８ＴＥＰ１＝０か否か
判定する。Ｎｏであれば１６０ではカウンタを１デクリ
メントする。１６２ではカウンタがＯか否か判定される
。Ｎ、であればリターン１２４に行く。

０回の時間割込みが実行されると、Ｃ＝０となり１６２
での判定はｙｅｓとなり、ついで、１６４で１パルス分
ステップモータの回転が行われ、１６６で８ＴＥＰ　１
が１つ減らされ、１６８でカウンタＣが設定される。こ
のようなルーチンにより、ステップモータの作動間隔は
ｎ倍と浸り、第７図の１１又はＩｓの如くストッパ位置
に向は綬慢に動かすことができる。ストッパのところに
来ると、５ＴＥＰ　１は０となり１５０の判定けｙｅｓ
に代り、１４８．１４９を経由することによシステップ
モータはその位置に保持される。

以上述べたように本発明ではエン・シン運転条件に応じ
メモリされたパルプタイミングに一致するようフィード
バックしかつその際パルプタイミングが、左右の限界位
置に向けその近くを変化しているときはその変化速度を
スローダウンさせることによ）、作動時の衝撃を弱め耐
久性を向上させることができる。

【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
変パルプ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図は制御回路のプロ、り図 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 第７図は移動体の位置制御の線図。 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　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　之 （１９） 第　１図 第７図 −１４３−

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、ゾ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パルプ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、 移動部材の左右の限界位置に近いパルプタイミングにお
   いて、その限界位置に向けてバルブタイミングが変化し
   ていることを検知する手段パルプタイミングが限界位置
   に向けて変化していると判断した場合にパルス供給手段
   からステップモータへのパルス供給速度が遅くなるよう
   にノ４ルス供給速度を制限する手段、 より成る内燃機関のパルプタイミング制御装置。