JPS59113226A - 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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JPS59113226A
JPS59113226A JP57222089A JP22208982A JPS59113226A JP S59113226 A JPS59113226 A JP S59113226A JP 57222089 A JP57222089 A JP 57222089A JP 22208982 A JP22208982 A JP 22208982A JP S59113226 A JPS59113226 A JP S59113226A
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step motor
engine
valve timing
camshaft
timing
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JP57222089A
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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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    • 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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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
イミング制御を行な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If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ブの相対回転
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バルブタイミング装置
を改善し、より多段階に精密制御を可能とするため、モ
ータとしてステップモータを使用する改良技術、そのう
ちで特にステップモータのイニシャライズを行う;技術
を提供することを目的とする。この目的を達成するため
本発明にあっては機関の停止後にバルブタイミングが最
も遅れ側の位置を取るようにステップモータを駆動する
ことによυ制御回路のイニシャライズ処理を行っている
。従って、次の始動時にバルブタイミングは始動用のそ
れに既に変っておシ、パルスモータ、バッテリの負担を
押えることができる。
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に抗シて作
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とは本発明に係るパルプタイミング制御
装置34によって連結される。
バルブタイミングtV11 N装置34は@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ブ3
6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28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のがス部から
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。インナスリーブ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は傾斜しヤおpl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エレーティング?−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、?−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。かかる構造よシに1、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はケースでオシ一端で?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力パーであり、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28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
18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’e介してパル
プ24.25のステムを押し、パルプスゲリング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9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
リブ)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
るインナスリープ3乙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、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パルプ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。然るに、ステップモータ
はその単位ピッチの任意の倍数づつ自由に正転又は逆転
させることができる。従って、運転状態に応じて幾段階
にも変るパルプタイミングに適合するように可変バルブ
タイミング機構と駆動することができる〇 さて、このようなステップモータによるバルブタイミン
グ制御の場合、機関の停止時ステップモータは停止時の
パルプタイミング位置のとこ6に止まっている。その後
の再始動を考えるに、停止期間中に停止位置を記憶して
おかなければならない。また始動時に所定位置にイニシ
ャライズするとバルブタイミングを変更するのにはパル
プスプリング26に打勝ってカム軸18を回さなければ
ならない関係上、モータやバッテリに大きな負荷がかか
る問題がある。そこで、本発明では、ステップモータの
イニシャライズ処理を機関が停止するとともに行うよう
にするものである。
60はこのようなイニシャライズ処理をも含めた本発明
のパルプタイミング制御を行う制御回路であυマイクロ
コンビエータとしその機能を持つ。
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ヲ検知する。
回転数センサ64はクランク軸上に設けた検知片64′
の位置に応じたパルス信号を発生する。また水温センサ
66はシリングブロック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の駆動信号全形成す
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。入力ポートロ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、ダート群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。ステップモータ50は、複数の励磁コイル50−1
+・・・。
50、−n?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。f
−) 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50を−ステップ所
定方向に回転すべき信号をマイクロコンビエータよシ受
け、こ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56−8147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。
90は制御回路の作動を制御するリレーであり、電源B
を制御回路に供給する接点90−1を持つ。
またその励磁コイル90−2は出力ポードア0に結線さ
れる。リレー90は、後述の如く、機関の運転中はON
とされ、停止後イニシャライズが行われるとOFFとさ
れる。
入力ポートロ8及び出力ポードア0はパス80によって
マイクロコンビシータシステムの構成要素である、マイ
クロゾロセシ/グユニット82(MPU)、リンドオ/
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。MPU82は、ROM84のか
かる記憶内容に従って、本発明のイニシャライズ処理も
含めたバルブタイミング制御を実行する。このプログラ
ムは第5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5図において、100はこのルーチンが所定時間毎に
実行される時間割込ルーチンであることを示す。MPU
は割込み要求を受けると、次の102では機関のイブニ
ラシロンスイッチがオ/かオフかを記録するRAM86
のエリヤ金兄に行きイブニラシロンスイッチがオンか否
かを判別する。Yesであれば、機関は作動中であり、
104に行き、通常のバルブタイミング制御を実行する
。即ち、水温センサ66、回転数センサ64、圧力セン
サ62からのエンソン運転条態信号をもとにそのときの
バルブタイミングの目標値をテーブルにて計算し、この
計算目標値を実測のバルブタイミングとの偏差を計算し
、その偏差を解消する方向にその偏差に応じたステップ
数だけステップモータ50が回転駆動されるのである。
その際出力ポードア0からはラッチ72を介しゲート7
4にイぎ号が出力され、励磁コイル50−1.・・・+
 50−nはステップモータ50は所定方向に所定ステ
ップ数ステップモータ50が駆動されるよう順次励磁さ
れる。106はINIフラグのリセットを示す。
102でイグニツシ1ンスイッチがオンでなければ(N
o)、エンジン停止中と判別し、次の108では初期化
フラグlNl1検定する。106のところでこのフラグ
INIは運転中は°0”に保持されるから、停止直後の
108の判定結果はNoであり、109に分岐する。1
09では初期化フラグINIのセットが行われる。次の
110では、始動時のバルブタイミングの設定位置(始
めに述べたようにこのバルブタイミングは最も遅れ側で
あるが便宜上このときはステップモータラ最大限正転さ
せ移動体52を第2図の最も右方に移動した状態とする
。)におけるステップモータの回転角度ZEROに対す
る停止直後の/Jルブタイミングにおけるステップモー
タの回転角度V   に対するosit 偏差5TEPが計算される。次の112では、この11
0で計算されたものに20ステツプを加えたものQST
EPとする。即ち110で計算したステップ数だけステ
ップモータを回せば停止時のバルブタイミング位置から
始動時のバルブタイきング位置まで移動体48、即ちロ
ーラベアリング44゜46を駆動することは理論上は可
能であるが余裕をみて20ステツプだけ加える。従って
、この20という数値は単なる例示であり、限定的な意
味は少しもない。次の114では、MPU82は出力ポ
ードア0にステップモータを1ステツプだけ正転させる
デジタル信号を出力し、その内容はラッチ72で保持さ
れる。ゲート74はラッチ72の内容に従ってON、O
FFされ、その結果ステップモータ50の各励磁コイル
50−.l・・・、 50−nはステップモータ50の
正方向への一ステップ回転が生ずるように駆動される。
次の割込みが開始されると108での判定結果はINI
=1であることがらYesであ91次の116では現在
の5TEPから1引いたものを5TEPとする。118
ではこのSTF、Pが0か否か判定され、0でない(N
o )と判定したとき114に進み前と同様にステップ
モータ50の1ステツプ回転を起させる。
112で設定したステップ数の回転すると、移動体48
は第2図の最も右方にストッパに当るところまで位置し
、このときバルブタイミングは最も遅角側となる。この
ようにイニシャライズ処理が完了すると、118の判定
は5TEP= O(Yes )となり、120のステッ
プに進む。MPU82は出力、32−)70にリレー9
0の励磁コイル90−2を消磁させる信号を送り接点9
0−4をOFFとする。
そのため、制御回路60への通電が解除される。
本発明では機関停止直後にバルブタイばングの初期設定
を行っているため、始動時にイニシャライズが不要であ
シバルスモータやバッテリへの負荷を軽減することがで
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図は制御回路のブロック図 第5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l111.18・・・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
リーブ、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。 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 弁理土中山恭介 弁理士 山 口 昭 之 (15) 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、機関の運転から停止への切替1
    判別する手段、機関が運転中と判定したときは、機関の
    運転条件に応じたパルプタイミングが得られるようにス
    テップモータへの駆動信号を出力する手段、機関が停止
    と判定したときはパルプタイミングが初期値を取るよう
    にステップモータへの駆動信号を出力する手段、 より成る内燃機関のパルプタイミング制御装置。
JP22208982A 1982-12-20 1982-12-20 内燃機関のバルブタイミング制御装置 Expired - Lifetime JPH063126B2 (ja)

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