JPS59113225A - 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パルプタ
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ジーり側のアウ
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す、トよ構成る回転運動−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、よシ多段階にかつ確実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
ルプタイミングが一致するようステップモータを駆動し
、かつその駆動完了後ステ、ゾモータにホールド信号を
印加し、パルプタイミングがカムの回転を受けてもずれ
ないようにしている。

以下添付図面によって説明すると、１はシリンダプロ、
り、２はシリンダヘッド、３はシリンダへラドカバー、
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に抗シて作
用する。カム軸１Ｂ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２８とカム軸１８とは本発明に係るパルプ
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がポル
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？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。インナスリーブ３６とアウタスリー
プ３８とは近接するスリブ）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
ブ）４０及び４２内には夫々ペアリンダ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
体に延びる軸部４８′上に軸支されている。

５０はステ、ゾモーメであシ、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′ｌ
：に外ねじが切られ、ナツト５２には無端の内ねじが切
られ、？−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。かかる構造よりして、モータ５０の出力軸５０
′の回転運動がナツト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はケースであり一端でポルト６４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夛、本発明のパルプ
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１０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に伝えら
れる。タイミングプーリ２Ｂの回転は、これに一体なア
ウタスリーブ３８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、軸受４８′に伝えられる。軸受
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よシインナスリーブ３θに伝わり、カム軸１
８は回転駆動される。カム＠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’
が回りナツト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
３６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に対する位置は変化する。そのた
めパルプ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４８の位
置、換言すれば基準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。

上述の構造によシモータ５ｏの回転忙応じて連続的に変
化したバルブタイミングが取シ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
電である。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Ｎｅ、負荷を代表する吸気
管圧力ｐｂ、水温ＴＨＷ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ｍｖｔ＊ｖ・２・・
・に従って変化する。本考案では、バルブタイミングを
第４図に精密に一致するよう面制御することを自相して
いる。即ち、第４図の様々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Ｎｏ、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、その後ステ、プモータのホール
ドを行いバルブタイミングを単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は本発明に係るパルプタイミング制御を行う制御回
路であシ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′の位置に応じたノ４
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Ｉ［動信号を形成
する。

第５図は制御回路６０の大略をプロ、り図として示すも
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、ゲート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。ゲート７
４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７
２は、ステップモータ５０を１ステップ回転する間出力
ポートからのダート駆動信号の保持を行う。尚、ステ、
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
の願誓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ある、（１０） 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。ＲＯＭ８４・には、前
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、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）、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９９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。

ＭＰＵ８２にこの割込要求が入ると、１００ではステッ
プオンフラジが１か否かの判定が行われる。

バルブタイミングの切替に先立しこの７ラグは下されて
いるからＮｏに分岐し、次いで１０２では、現在の運転
状態からパルプタイミングの目標値Ｖａｔｓｐ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、る圧力センナ６２からの吸気管圧力ｐ
ｂのデータ及び回転数センサ６４からの回転数Ｎｏ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り、ＭＰＵ８２は実測
した圧力ｐｂ及び回転数Ｎｅのデータよりそのとき目標
バルブ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Ｖｓｔａｐとして計算する。そしてそのと
きの水温ＴＨＷに応じ必要な補正を行う。

次の１０４では、ＭＰＵ８２はＲＡＭ８６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
Ｐｏ８．ｉＴを取り込み、上述の如く計算された目標値
Ｖｓｔｓｐ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口偏差が
あれば判定結果はＮｏであり１０８でステップＯＮフラ
グのセット後１１０に行（ａｌｌＯでは５ＴＥＰ　）　
Ｏか否かを判定する。Ｙ・８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ＤＩＲ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、１１．６で
絶対値をと９止杆号に変換する。１１７で回転方向表示
フラグＤＩＲの判定が行われ、その判定に応じ１１８又
は１１９では、ステップモータの−／４’ルス分の正転
又は逆転信号を表わす信号が出力ポードア０に書き込ま
れ、これは、現在のステ、デモータの位置及び回転方向
がわかっていることから計算することができる。従って
ステップモータ５０はその方向に１ステップ回転する。

再び割込みに入ると１００ではステ、ｆＯＮフラグのセ
ット（１０ｇ）ＫよシＹｅｓと判定され１２０に進み現
在の５ＴＥＰから１引いたものが５ＴＥＰと置きかえら
れ、１２２では５ＴＥＰが０か否かの判定がなされ、５
ＴＥＰが０でなければ（Ｎｏ）　１１７に戻す再び１パ
ルス分ステップモータが回転され、８ＴＥＰ＝Ｏ（１２
２でＹｅｓ）となるまで即ち目標値との偏差が解消する
まで繰返される。

偏差が々くなると、１２２での判定結果はＹｅｓとなり
１２３でステップＯＮフラグがリセットされる。

次に割込みで依然として偏差がないとすれば１０６でＹ
ｅａとなり、１３０に進みＨｏ１ｄフラグが１かどうか
判定される。このフラグはＨｏ１ｄ命令が出たとき立つ
。フラグ；１の場合はＹｅｓに分岐し、１３２でカウン
タＣＨをｎと設定する。このカウンタはホールド時にお
けるステ、プモータの駆動信号の出る間隔を設定する。

次に１３４ではＣｔ（＝０か否かが判定され、最初はＮ
ｏへの分岐が生じ、１３６でホールドクリア出力を出す
。このときう、チア２がクリアされ、ゲート７４はＯＦ
Ｆ’となり、ステップモータへの通電は解除される。１
３８はＨｏ１ｄ　　フラグのクリヤを示す。

次に割込みが開始され、１３０に来ると、Ｈｏ１ｄフラ
グはＯであるから、Ｎｏへの分岐が生じ１４０でカウン
タＣＨはエデクリメントされる。このようにして、割込
が実行される毎にカウンタは減算され、０となると、１
３４での判定結果はＹｅｓとなり、１４２に進みホール
トノＪ？ルスが出力される。

この場合ラッチ７２には前回のステップモータへの駆動
信号と同一の信号が出され、その結果パルスモータはそ
の位置に保持される。１４４はＨｏ１ｄフラグのセット
を示す。

以上述べたように、本発明では、目標値と実測値との偏
差がなくなったとき、所定間隔でホールド信号を出すこ
とによって、カムからの回転力が加わってもステップモ
ータそのパルプタイミング位置に拘束することができる
。

【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・・・可変パルプタイミング機構、
３６・・・アウタスリーブ、３８・・・インナスリーブ
、４０．４２・・・スリ、）、４４．４６・・・ローラ
ベアリング、５０・・・ステ、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

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、 機関の運転中にこ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シ演算する手段、 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
   たノＪ？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、 前記ステップ数だけのステップモータの回転が完了後ホ
   ールド信号をステップモータに印加する手段、 よシ成る内燃機関のバルブタイミング制御装置。