JPS6032913A - 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】 技術分野 本発明は、可変パルプタイミング機構を倫えた内燃機関
における加速運転制御装置に関する。

従来技術 エンジンの出力特性即ちトルクの向上のため可変パルプ
タイミング機構を設けることが行わ【る。

可変パルプタイミング機構により、エンジンの運転条件
即ちエンジン回転数及びスロットル開度に応じた複数の
バルブタイミングが設定される。そのため、各運転条件
にわたって谷のないトルク特性を得ることができる。し
かしながら、反面、可変パルプタイミング機構を備えた
エンジンではトルク特性がフラットであることか−ら、
トルク特性がピーキイなエンジンに比しかえって車輪の
〃口述フィーリングが欠けるという不満がある。

発明の目的 本発明はかかる点に鑑みてなされたものであ広可変バル
ブタイミング機構付エンジンにおいて、２速又は３速等
の加速フィーリングな要求される連速時にその欲求に十
分こたえることができる装置を提供することにある。

発明の構成 本発明の構成を略示する第１図において、バルブタイミ
ング設定手段Ａはエンジンの運転条件センサＢからの信
号に応じて、その運転条件に適合した少くとも２種のバ
ルブタイミング値の設定ヲ行う。シフト位置検知手段Ｃ
は、変速機りのギヤポジションが加速感が要求されるシ
フト位置にあるか否か判定する。加速感を要求されない
シフト位置のときは、エンジン運転条件に応じたバルブ
タイミング値を第１の選択手段Ｅによって選択する。加
速感の必要なギヤポジションと判定したときは、第２の
選択手段Ｆは、エンジンの低回転時にあってはトルクを
最適するタイミングとは違ったタイミングとなり高回転
になるに従って最適タイミングとなるようにバルブタイ
ミングを選択する。バルブタイミング制御機構Ｇはその
ように選択されたバルブタイミングをエンジンがとるヨ
ウに作動する。

実施例 第２図において、２は空気クリーナ、４はスロットル弁
、６はサージタンク、１０はエンジン本体、１２はクラ
ンク軸である。この内燃機関はいわゆるＤＯＨＣ型であ
って吸気弁用のカム軸１４と排気弁用のカム軸１６とを
持つ。クランク軸１２上のプーリ１８は、吸気カム軸１
４上のプーリ２０及び排気カム軸１６上のプーリ２２に
タイミングベルト２４を介して連結される。２６は補機
類の駆動用のプーリ、２８，３０．３２はテンションプ
ーリである。

吸気弁用のカム軸１４上のタイミングゾーリ２０に近接
した一対のテンションプーリ２８及び３０はバルブタイ
ミング切替板３２に取付けられる。

このバルブタイミング切替板３２はカム軸１４の軸心の
回りで回転自在になっておシ、バルブタイミング切替機
構に連結される。この機構はこの実施例ではステップモ
ータ３６より成シ、その出力軸３６１はクランク３６２
上のクランクピン３６３、コネクティングロッド３６４
及びビン３６５によってバルブタイミング切替板３２に
カム軸１４から比較的離れたところで連結されている。

第３図に示すように、モータ３６はそのハウジング３６
６内にロータ軸３６７を有し、このロータ軸３６７はウ
オーム歯車部３６７Ａを備える。このウオーム歯車部３
６７Ａは出力軸３６１上の歯車３６８に噛合う。３６９
は界磁巻線を略示する。

第２図で４０は本発明に従ってバルブタイミング切替制
御を行うマイクロコンピュータシステムとしての制御回
路でちる。制御回路４０はスロットル開度センサ４２、
ギヤポジションセンサ４３及び回転数センサ４４からの
信号に応じて必要な計算を行いステップモータ３６への
駆動信号の形成を行うよう後述のソフトウェアを持って
いる。

スロットル開度センサ４２はスロットル弁４の弁軸に連
結されたクランク。メータの機能金持ち、負荷の代表ノ
卆うメータとしてのスｏ、）ル開度を検知する。回転数
センサ４４はエンジンの回転数に応じたパルス信号を発
生する電磁ビ、クアップトシて構成す杷とができる。ギ
ヤポジションセンサ４３は後述のように加速フィーリン
グが要求されるギヤ比、例えば第２速、第３速を検知す
るスイッチとして構成できる。

制御回路４０は入力ポート４０１を備え、ギヤポジショ
ンセンサ４３、回転数センサ４４及びスロットル開度セ
ンサ４２が接続される。４０２は〜勺コンバータである
。出力ポート４０３はステップモータ３６の界磁巻線３
６９に接続さｎる。入力ポート４０１及び出力ポート４
０３は、パス４０４を介し、マイクロコンピータの構成
要素であるマイクログロセシングユニット（ＭＰＵ）４
０５、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）　４０６、ランダ
ムアクセスメモリ（ＲＡＭ）　４０７に結線される。

４０８はクロックジェネレータである。

ＲＯＭ　４０６には本発明を実行するソフトウェアが記
憶されているが、これケ説明するに先立って第４図で本
発明のバルブタイミング制御の基本的アイディアを説明
する。第２図において、パルブタイミング切替板３２を
時計方向に回すとベルトの張シの変化分だけタイミング
プーリ２０即ち吸気カム軸１４が同方向に回シ、これは
吸気バルブの開閉でいえばその開となるクランク角度は
上死点に近づき、いわゆるオーバラッグは小てくなる。

このオーバラッグの小さい状態はエンジン低速に適した
バルブタイミングであり、このときのトルクの回転数に
対する変化は第４図（イ）の１１のように表わされ、低
回転側の回転数でトルクが出る。

第２図でバルブタイミング切替板３２を反時計方向に回
すと、カムシャフト１４も同方向に回り、このときは吸
気バルブの開となるクランク角度は上死点から離れ、オ
ーバラップは大きくなる。このオーバラップの大きい状
態はエンジンの高速に適したバルブタイミングであシ、
トルクの回転数に対する変化は第４９（イ）のｔ２で光
わさｎ１高回転側の回転数でトルクが出る。（尚、第５
図のｍｌ、ｍ２は夫々Ｚｌ　＋　ｔｌｌで運転したとき
の車輛加速度な示す。） 従来の、この種のバルブタイミングの切替装置では、両
袖ａｔ！　とｔ２との交点を境にバルブタイミングを切
替え、そｎよシ低回転ではｔｌ、高回転ではｔ２とし、
これによシ両者なつなげた同（ロ）のｔ３のようなトル
ク特性を１９ていた。このため、エンジンの回転域にお
いてフラットな特性を得ていた。しかし、トルク特性が
フラットであると、反面、加速フィーリングが運転者に
もの足りなく感ぜられることがある。即ち、第５図（Ｏ
）のｍ３はこのように低速では低速タイミング、高速で
は高速タイミングとして切替えた場合の車幅前後が速度
の変化を示す。加速フィーリングが必要とされるβから
αの回転数で車輌前後が速度の変化はほとんどなく平坦
であり、加速フィーリングに欠ける。そこで本発明では
、第１速や第４速のように加速フィーリングを要求され
ない運転域にあっては第４図（ロ）のｔ３のようにバル
ブタイミングをエンジン低速時にはオーバラップの少な
い低速向のタイミングで運転しているが、一方第２速や
第３速のように加速フィーリングの要求される運転域で
は第４図（ハ）のｐのようにエンジン低速では高速タイ
ミング（ｔ２　）としβの回転数から次第にバルブタイ
ミング直線的なトルク増加がｑの如く得ら扛るように高
低タイミングと低速タイミングとの組合せとして変化さ
せ、αの回転数以降からｒのように高速タイミング（ｔ
３　）の特性とする。

このようなバルブタイミングの制御によシ第５図（ハ）
のｍ４のように低回転側では車輌加速度が低く、加速感
の必要となる回転数β−αで加速度が次第に′に−きく
なり最欠加速度に至る特性となる。このような加速度変
化によって加速フィーリングを良くすることができる。

以上述べたバルブタイミング制御を実行するソフトウェ
アを制御回路４０はもってお、９、ＲＯＭ４０６内にプ
ログラムとして書かｒている。以下そのゾログラム内容
を次回の７０−チャートによって説明する。

第６図はパルスモータ３６の目標位置設定ルーチンな示
すものであシ、現在の回転数及びスロットル開度に応じ
たバルブタイミングが得られるようステップモータの目
標位置を設定する。５０はこのルーチンの開始を示し、
５２では、ステップモータ３６が第７図のルームンによ
って同モータが目標位置までその回転を実行している際
中は立てられ、その終了後に下されるフラグｆの判定を
行う。ｆ＝ｌの場合、即ち、ステップモータが偏差分の
回転を実行している際は、Ｙｅｓに分岐し、何もしない
で５４でメインルーチンへ復帰する。

５２でｆ＝０と判定した場合、即ち、ステップモータが
偏差制御をしていないときはＮＯに分岐し、そのときの
運転状態に応じたステップモータ３６の目標位置の演算
を行う以下の処理を行う。５６ではＭＰＵ４０５　はＲ
ＡＭ４０７の所定のエリヤに格納されているギヤポジシ
ョンセンサ４３からのデータを取シ込む。次の５８では
現在のシフト位置が第２速か又は第３速かの判定を行う
。第２速又は第３速でない場合はＮＯに分岐し、６０に
行く。

６０ではＭＰＵ４０５　はＲＡＲＩＩ４０７に格納され
ているスロットル開度センサ４２からのスロットル開度
データを取り込み、そのときのスロットル開度ＴＡが所
定値７以上か否か判定する。スロットル開度ＴＡがγよ
り小さいときは、Ｎｏに分岐し、６２に進む。６２では
ステップモータ３６の目標位置ｋを０とする。：ン：、
前亀己目Ｙ象住またと１マ基準のモータの位置に対し何
パルスステップモータを回した位置であるか示している
。そして、基準の位置とは、第２図において、ステップ
モータ３６の出力軸３６１が最も反時計方向に回動した
極限位置Ｘ！とする。（尚、ウオーム３６７Ａによシこ
の位ａＸ１　とＸ２とのθの角度においてのみ、出力軸
３６１は回転し得るものとする。）このに＝ｏの位置で
は、パルプタイミング切替板３２は第２図の最も時計方
向に回動した位置をとる。

従って、スロットル弁４の開度がγ以下ではパルプタイ
ミングの設定としては低速指向のオーバラップが小さい
設定となる。

ステップ６０でスロットル開度ＴＡがγよシ大きいと認
識したときは６４に進む。６４では、ＭＰＵ　４０５は
、回転数センサ４４からの回転数のデータを格納するＲ
ＡＭエリヤよシ、回転数Ｎｅのデータを取シ込み、その
値が所定値αよシ大きいか否か判定する。Ｎｅ　＜αの
場合はＮｏに分岐し、６２に進み前に述べたようにステ
ップモータの目標位置ｋｉｏ、即ち、パルプタイミング
をオーバラップの少い低速向けの設定とする。

ステラｆ６４で回転数Ｎｅが所定値αよυ大きいと認識
したときはＹｅｓに分岐し、６６に進む。

６６では、ステップモータの目標回転ステップ数ｋをに
、　とする。ここにに！のステップ数とは、前述原点（
ｋゴ０）の位置Ｘｌ　より出力軸３６１をθの角度時計
方向にＸ２まで回すのに要するステップ数をいう。この
に＝に１の状態ではバルブタイミング切替板３２は図の
反時計方向に最も回動した位置Ｘｚｆとる。この位置で
はパルプタイミングはオーバラッグが大きい高速指向の
設定となる。

以上の第２速又は第３速以外のギヤポジションでは、パ
ルプタイミングは、エンジン低回転では低回転向の設定
（ｋ＝ｏ　）となり、工／ノン高回転では高回転向の設
定（ｋ＝ｋｌ）となシ、第４図（ロ）の如き平坦なトル
ク特性を得ることができる。

ステップ５８でギヤポジションが第２速又は第３速と認
識したときは７０に進む。７０ではスロットル開度ＴＡ
が所定値γよシ大きいか否か判定する。スロットル開度
ＴＡが所定値γよシ小さいときはＮｏに分岐し、６２に
進み、ステップモータの位置目標値含に＝０とする。そ
のためパルプタイミングはオーバラッグの小さい低速指
向に設定される。

ステップ７０でスロットル開度ＴＡがγよシ大きいと認
識したときはＹｅｓに分岐し、７２に進み、回転数Ｎｅ
がβよシ大きいか否か判定する。回転数Ｎｅがβよシ小
さいときは、これは第４図（ハ）のｐの領域である。こ
のときは高トルクを得るためには低速指向のオーバラッ
グの小さいパルプタイミングに設定するのが本来である
。しかし、本発明では前述のようにβ−αの回転数よシ
の加速フィーリングを良くするため、高速指向のパルプ
タイミングとする。そのため、ステップモータの目標位
置は高速指向のパルプタイミングに対応したに１とする
ため、前述の６６のステップに進む。

ステップ７２で回転数Ｎｅがβよシ太きいと判定したと
きはＹｅｓに分岐し、７４に進む。７４では回転数Ｎｏ
がαよシ大きいが判定する。回転数Ｎｏがαよシ小さい
ときはＮｏに分岐し、７６に進み、ステップモータの目
標位置ｋを回転数の関数として変化する値に２　（Ｎｏ
）とする。このに２（Ｎｅ）は、第４図のβ−αの回転
数域において９のトルク特性となるようにステップモー
タの位置を定めたものである。即ち、回転数に対してｑ
のトルクが得られるパルプタイミングがステップモータ
の位置（即ち原点よりのステップモータの回転数）とし
てＲＯＭに記憶されている。ＭＰＵはそのときの回転数
Ｎｅに対して、ＲＯＭよりｔ４のトルクを得る目標ステ
ップ回転数に２　（Ｎｅ）を演η−し、これをｋとして
ＲＡＭに格納する。

７４で回転数Ｎｅがαより太きいときはＹｅｓに分岐し
、６６に進む。そのためステップモータ３６の目標位置
としては、パルプタイミングを高速向とするに１となる
。

以上のように第２連、第３速のギヤポジションのときは
、ステップモータの目標位置は、低速で゛は高速向けの
バルブタイミングが、β−αの回転域では組合せタイミ
ングが、それからα以上の回転数では高速向はタイミン
グをとるようなものとさする。

第７図はパルプタイミングが第６図のルーチンの実行に
よって演算された目標値をとるようにステップモータ３
６の駆動を行うためのルーチンを示す。８０はそのよう
なルーチンの開始透水し、このルーチンは所定時間間隔
毎に実行される割込みルーチンであり、その割込み間隔
はステップモータ３６が１ステツプの間転を開始してか
らそｎを終了するのに要する時間より十分大きく設定さ
れている。８２では、現在のステップモータの位置ｋｌ
　Ｙ取９込み、こ扛が第６図のルーチンで得らｎた目標
値にと一致するか否か判定する。（尚、ｋヶ知るため独
立のセンサ、例えばポテンショメータを設けても良いし
、ソフトウェア上からステップモータ位置を知ることも
できる。）実測値と目標値とに食い違いがあれば、ｋ’
＝にではなく、Ｎｏと判定さｔｌ　８４ではンラグｆ’
ｌｔ立てる。この７ラグｆは第６図のステップ５２で目
標値演算をするか否かの判定に使用される。次いで、８
６では実測値に′が目標値によυ大きいか否か判定する
。実測値ｋが目標値により太きいときはＹｅ＋に分岐し
、８８ｋから１を引いたものをｋとし、９０でＭＰＵ４
０１はステップモータを１ステツプ反転させる指令透出
力ポート４０３よりモータ３６の界磁巻線に印加する。

そのため、ステップモータは１ステツプ反転することが
できる。

一方８６で実測値かに′が目標値より大きいと判定した
ときはＮＯに分岐し、９２に進み、ｋに１に加えたもの
ｉｋとし、９４で、ＭＰＵ４０１はステップモータな１
ステツグ正転させる指令を出カポ−）　４０３よりモー
タ３６の界磁巻線に印加する。

そのためステップモータは１ステツプ正転する。

８８−９０又は９２−９４の実行によって目標値に実測
値が合うまで１ステツプづつ回嘔れる。

このような制御の結果３、目標値と実測値とが一致する
と、８２ではＹｅｓと判定６第１，９６でフラグが立て
ら扛、メインルーチンに戻る。

発明の効果 第２速又は第３速のような加速フィーリングを要求され
る運転時に低速時に高速向はバルブタイミングと選定し
、回転数が上るにつれてバルブタイミングを＋命、タイ
ミンクに選定することで、加速の伸び感を良好とするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の実施例の全体概略図、第３図は第２図中のパルスモ
ータのたて断面図、第４図は回転数に対するトルク特性
を各バルブタイミングにて示す線図、 第５図は加速開始からの経過時間（又は回転数）に対す
る車輛加速度の変化を各バルブタイミングで示す線図、 第６図、第７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。 ４・・・スロットル弁、１６・・・吸気カム軸、１８・
・・クランク軸、３２・・・パルプタイミング切替板、
３６・・・ステップモータ、４０・・・制御回路、４２
・・・スロットル開度センサ、４３・・・ギヤＩジショ
ンセンサ、４４・・・回転数センサ。 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 弁理士三井孝夫 弁理士　山　口　昭　之 弁理士　西　山　雅　也 第３図 回転数 第５図 （又は経過時間） 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 可変バルブタイミング機構付の内燃機関において、エン
   ジンの運転条件に応じて出力特性音最適とするパルプタ
   イミング要求値を設定する設定手段、エンジンの運転条
   件の検知を行うセンナ手段、エンジンが加速感を要求さ
   れるシフト位置にあるか否か検知する手段、 加速感を要求されないシフト位置にあるとの判定のとき
   はエンジン運転条件に適合したバルブタイミングを選択
   する第１の選択手段、 加速感を要求されるシフト位置にあるときはエンジンの
   低回転側においては出力特性な最適とするバルブタイミ
   ングとは異ったパルプタイミングを選択し、高回転側で
   は出力特性を最適とするパルプタイミングを選択する第
   ２の選択手段、第２の選択手段又は第２の選択手段によ
   って選択さするパルプタイミングをとるように可変パル
   プタイミング機構の駆動を行う手段、 よル成る内燃機関のバルブタイミング制御装置。