JPS59113227A - 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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JPS59113227A
JPS59113227A JP57222090A JP22209082A JPS59113227A JP S59113227 A JPS59113227 A JP S59113227A JP 57222090 A JP57222090 A JP 57222090A JP 22209082 A JP22209082 A JP 22209082A JP S59113227 A JPS59113227 A JP S59113227A
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valve timing
engine
step motor
timing
camshaft
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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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    • 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プ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
よシ担持きれる。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誤作動なく行うこと
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、運転状態に応じてステップ
モータをフィードバック制御している。そして、そのよ
うなフィードバック制御はクランキング時には行われず
、そのときは、イグニッションスイッチのオフ後行われ
るイニシャライズ時に設定されるバルブタイミングに選
定する。
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はシリングヘッド、3はシリンダへッドカパー、
4は吸気管、6はスロットル弁、8は排気管でおる。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上のノーリ32に巻掛けられている。タイ
ミングプーリ28とカム軸18とは本発明に係るバルブ
タイミング制御装置t34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ブ36がボル
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ポールねじ
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、ゲール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。かかる構造よシして、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rルト64によってタイミン
グプーリ28のノ九ブ部に固定され、他端はベアリング
66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パーでアシ、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回転はタイミンググー932%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、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
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を介してノ々ルブ
24.25のステムを押し、バルプスグリング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。
そのだめ、ナツト52と一緒に動く移動体48の軸部上
に設けだローラベアリング44及び46も+i1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は卯、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3B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1
8の、駆動側であるアウタスリーブ38即ちタイミング
オーリ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48の位置、換言すれば基準位置からのステツノモ
ータ500回転角度に応じて定められる。
上述の構造によシモータ50の回転に応じて連続的に変
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、本発明ではと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り、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い負荷を代表する吸気管
圧力Pbz水温T副等で定まり、例えばN。とPbとに
ついていえば第4図の如く等高線V1+’rt+・・・
に従って変化する。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N。、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、バルブタ
イミングを常に目標値に維持するものである。
また始動時についていうと、クランキングの回転数が低
いため、精度の良い制御ができない。始動時にバルブタ
イミングを初期化するのは困難があるので、エンジン停
止時にそのようなバルブタイミングの初期化(イニシャ
ライズ)を行い、始動時回転が低いときには前述のよう
なバルブタイミングの制御を何も行わなくても、バルブ
タイミングはその初期化された値に維持される。
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け
クランク軸上に設けた検知肖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。入出力# −トロ Bは吸気管圧力センサ6
2、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、デート7
4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ステツグ毎に回転する。ゲート74は、そ
のような検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ピュータよυ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、
ステージモータ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56−81
47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
マイクロコンピュータシステムの構成要素である、マイ
クロプロセシングユニット82(MPU )、リードオ
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。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
含めたパルプタイミング制御を実行する。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p、y、
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では機関のイグニ
ッションスイッチがオンかオフかを記録するRAM86
のエリヤを見に行きイグニッションスイッチがオンか否
かを判別する。Yesであれば、103に行きエンジン
回転数がクランキングより高い例えば400 r、p、
mより大きいか否か判定する。400 r、p、mより
高い、即ち機関は作動中であ、9,104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からのエンジ
ン運転状態信号をもとにそのときのパルプタイミングの
目標値をテーブルにて計算し、この計算目標値と実測の
パルプ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74に信号が出され、励
磁コイル50−1.・・・、50−nは所定方向に所定
ステップ数だけステップモータ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(11
) を示す。
102でイグニッショ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INIを検定する。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
104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、始動時のパルプタイミングの設定位置(始
めに述べたようにこのパルプ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を最大限正転さ
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Oに対する停止
直後のパルプタイミングにおけるステップモータの回転
角度Vpositに対する偏差5TEPが計算される。
次の112では、この110で計算されたものに20ス
テツプを加えたものを5TEPとする。即ち110で計
算したステ、f数だけステ、プモータを回せば停止時の
パルプタイミング位置から始動時のパルプタイミング位
置ま(12) 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、fモータを1ス
テツノ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 、 OFFされ、その結果ステップ
モータ50の各励磁コイル50−1 、・・・、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であり、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5TEPが0か否か判定され、0でない(No
)と判定したときは114に進み前ト同様にステップモ
ータ50の1ステツノ回転を起させる。
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 = 0 (Yes)となり、120のステ
ップに進む。MPU 82は出力ポードア0にリレー9
0の励磁コイルを消磁させる信号を送り接点90−1を
OFFとする。そのため、制御回路60への通電が解除
される。
次の再始動時、イグニッションスイッチカ回すれ、10
2の判定でYesとなり、103に進む。
この場合クランキング時はエンジン回転数は400 r
、p、mより小さく、判定はNoとなり何も行わずメイ
ンルーチンへ復帰する。このときのバルブタイミングは
108以下のイニシャライズ処理により設定される遅角
側の値となる。そのため、始動性が確保されると共に、
クランキング時のスタータの負荷によるバッチIJ [
圧の降下があっても、バルブタイミングが狂うことがな
い。
【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・・・インナスリーブ
、40.42・・・スリッ)、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。

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ゾ部材、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、機関の停止時にバルブタイミン
    グが固定の域る値となるようにステップモータの回転ス
    テツブ数及び回転方向を制御するイニシャライズ手段、
    機関始動後のエンジン回転数の検知を行う手段、回転数
    がアイドル回転数よシ相当低い所定値以上あるか否かの
    判定を行う手段、 回転数が所定値以上と判定したときはバルブタイミング
    が運転条件に応じて定まる所定値となるようにステップ
    モータの回転ステップ数及び回転方向を制御する手段、 回転数が所定値以下と判定したときは、イニシャライズ
    時のバルブタイミングにステップモータを維持する手段
    より成る内燃機関のバルブタイミング制御装置。
JP57222090A 1982-12-20 1982-12-20 内燃機関のバルブタイミング制御装置 Granted JPS59113227A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008029242A2 (en) * 2006-08-29 2008-03-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Variable valve timing system and method for controlling the same

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US7909008B2 (en) 2006-08-29 2011-03-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Variable valve timing system and method for controlling the same

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