JPS61106907A - 内燃機関の吸気弁リフト制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、吸気弁のリフト特性を機関運転条件に応じ
て可変制御する内燃機関の吸気弁リフト制御装置に関す
る。

（従来の技術） バルブオーバラップや新気充填効率等が雷に最適に設定
されるように吸気弁のリフト特性（開　、閉時期及びリ
フト量）を可変制御する装置として、例えば第１１図に
示すものがある（参考文献：米国特許第３４１３９６５
号）。

このものの概要を同図に基づいて説明すると、吸気弁駆
動カム１に一端が当接し、他端が吸気弁２のステムエン
ドに嵌合して揺動自由シこ支持されたロッカアーム３の
背面３ａｔｌ−湾曲形成し、この背面３ａがレバー４に
支点接触しながらロッカアーム３が揺動することによっ
て吸気弁駆動カム１のリフトを吸気弁２に伝達するよう
になっている。

特に前記レバー４は一端部が機関本体に揺動自由に軸支
されており、該レバー４の揺動位置（（’Ｊ斜）を他端
部に当接するリフト制御カム５を油圧アクチュエータ等
により機関運転条件に応じて適切な位相に回転駆動する
ことによって制御し、もってロッカアーム３の背面３ａ
とレバー４との接触する支点位置を変化させて吸気弁２
のリフト特性を可変制御するようにしている。

例えば、リフト制御カム５によるレバー４の押し下げ量
が大であれば、吸気弁駆動カム１のヘ−スサークル状態
においてレバ゛−４の自由端部とロッカアーム３とが接
近しており、従って、吸気弁２の開弁時期が早まり閉弁
時期が遅れるとともにリフト量が大となる。その結果、
有効開口面積を大きくすることができ、吸気充填効率が
高められて高出力を得ることができる。すなわち、機関
高負荷時等に最適のリフト特性を得るものである。

逆に、リフト制御カム５による押し下げ量が小であれば
、吸気弁駆動カム１のベースサークル状態−（’アって
もレバー４の自由端部とロッカアーム３と力唱１間して
おり、従って、吸気弁２の開弁時期が遅れると共にリフ
ト量が小となるのである。こ）１　　　　　　″場合・
排気弁“０オーバ−５ツブ量が低減紅゛機関燃焼室への
排気逆流による残留ガスの割合が低下する。また、混合
気が吸気弁２の狭い開口部を通過することにより混合状
態が向上し、燃焼状態が改善される。また、吸気弁２を
駆動するための駆動損失も低減することができる。すな
わち、アイドリング運転時には絞り弁やアイドリング用
吸気バイパス通路が絞られて燃費が改善される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の吸気弁リフ
ト制御装置にあっては、機関のアイドリング運転状態か
ら負荷運転状態へ移行する際、すなわち、吸気弁のリフ
ト量が小リフト量から大リフト量へ急激に変化した瞬間
に、吸気弁の駆動損失が急激に増大するとともに、空気
の吸入遅れが発生し、大リフ１へ量に対応した吸入空気
量が不足する。その結果、アイドリング回転数が急激に
低下し、しばしばエンジンストールが発生するという問
題点があった。特に、この現象はアイドリング運転状態
から極低負荷状態への緩加速時に顕著である。

（問題点を解決するための手段） こめ発明は、前述のような問題点を解決するためになさ
れたものであって、その全体構成図は第１図に示される
。すなわち、この発明は機関の負荷を検出する負荷検出
手段（ａｌと、吸気弁のリフト一時間面積をアクチュエ
ータ（Ｃ１の制御値に応じて切り換える吸気弁リフト可
変機構（ｄｌと、アイドル時上記リフト一時間面積を小
とするように、一定負荷時リフト一時間面積を大とする
ように、上記制御値をそれぞれ設定する制御手段ｆｂ）
と、を備えた内燃機関の吸気弁リフト制御装置において
、絞り弁開度、アイドル用吸気バイパス通路の開度、点
火時期及び空燃比を一定としたアイドル状態で、上記負
荷時の制御値によるアイドル回転数が、上記アイドル時
の制御値によるアイドル回転数と同等かまたは大となる
ように、これらの各制御値を設定したものである。

（作用） このような構成を有するこの発明にあっては、アイドル
時は吸気弁により吸気絞り作用を行い、アイドリング運
転状態から一定の負荷運転状態へ移行する際、すなわち
、リフト一時間（角度面積）を大きくした瞬間において
、充分な吸入空気量が確保され、安定した燃焼状態が得
られる。したがって、エンジン回転数が低下することが
ないのでエンジンストールの発生が未然に防止される。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図〜第７図はこの発明の一実施例を示すものである
。まず、構成を説明すると、第２図および第３図におい
て、２１は吸気弁を示し、２２は機関出力軸に同期して
回転するカム軸２２Ａに固着されたバルブ駆動カムであ
る。２３はロッカアームであり、このロッカアーム２３
はその一端がバルブ駆動カム２２に当接し、その他端が
吸気弁２１のステムエンドに嵌合している。ロッカアー
ム２３の背面２３Ａは第２図中上方に凸状にわずかに湾
曲して形成されており、この背面２３Ａにレバー２４の
平坦な下面２４Ａが支点接触する。レバー２４の一端部
にはカム軸２２Ａ方向に平行に突出する支持軸２５が嵌
挿されており、レバー２４はこの支持軸２５を中心とし
てブラケット２６に揺動自由に支持されている。また、
レバー２４の他端にはリフト制御カム２７が係合してお
り、このリフト制御カム２７は吸気弁２１のリフト量を
大リフト量に変える略平らなカム面２７Ａと、リフト量
を小リフト量に変える略円弧状のカム面２７Ｂと、を有
している。このリフト制御カム２７にはその挿入孔２７
ｃにカム制御軸２８が挿通され、これらは第３図に示す
ようにコイルスプリング２９により連結されている。す
なわち、コイルスプリング２９の一端は止めどス３０で
カム制御軸２８に係止されており、その他端はリフト制
御カム２７の側壁に形成された孔２７Ｄに嵌挿されてい
る。なお、３１はパルプスプリングである。また、カム
制御軸２日の一端は、例えばステッピングモータ等から
なるアクチュエータ３２の駆動軸３２Ａに連結されてい
る。

アクチュエータ３２は制御回路３３からの駆動信号ＳＫ
により駆動され、カム制御軸２Ｂを所定角度回動さ・Ｕ
る。すなわち、以上の構成からなる吸気弁リフト可変機
構は、アクチュエータ３２の制御値に応じて吸気弁２１
のリフト一時間面積Ｐ（開弁時から閉弁時までのクラン
ク角でリフト量を積分した値）を可変とするものである
。

制御回路３３は、例えばマイクロコンピュータにより構
成されており、主にマイクロプロセッサ（中央演算装置
）と、メモリ　（記憶装置）と、インタフェース（入出
力信号処理回路）と、を有している。３４はエンジン回
転数センサであり、例えばディストリビュータに内蔵さ
れたクランク角センサからなり、エンジン回転数ＮＢを
検出してエンジン回転数信号をマイクロコンピュータ３
３に出力する。また、３５はクラッチスイッチであり、
このクラッチスイッチ３５はクラッチペダルが踏み込ま
れているときＯＮ信号を、踏み込まれていないときＯＦ
Ｆ信号を、それぞれマイクロコンピュータ３３に出力す
る。さらに、３６はニュートラルスイッチであり、変速
機のギヤのニュートラル位置を検出してニュートラル信
号をマイクロコンピュータ３３に出力する。これらのエ
ンジン回転数センサ３４、クラッチスイッチ３５、およ
びニュートラルスイッチ３６は全体として負荷検出手段
を構成している。

すなわち、マイクロコンピュータ３３は、アイドル時は
、上記リフト一時間面積Ｐを小とするようカム制御軸側
の回動量（制御値）を設定し、一定の負荷運転時は、該
リフト一時間面積Ｐをアイドル時のそれよりも大とする
その制御値を設定するものである。また、マイクロコン
ピュータ３３は、絞り弁開度、アイドル用吸気バイパス
通路の開度、点火時期及び空燃比を一定としたアイドル
状態で、一定の負荷時の制御値による（すなわち、大き
なリフ１−一時間面積）アイドル回転数が、アイドル時
の制御値による（小さなリフト一時間面積）アイドル回
転数と同等かまたは大となるように、これらの各制御値
を設定している。なお、このアイドル時のリフト時間面
積Ｐは、いわゆるバルブスロットリング（吸入行程で吸
入空気量に対して該面積（有効開口面積）が小さいため
、吸入空気が吸気弁２１によりチョークされる現象）を
生じる程度の値であり、例えば５０　ｍｍｄｅｇ　〜８
０　ｍｍｄｅｇである。

マイクロコンピュータ３３はこれらの信号に基づいて制
御値（カム制御軸２８の回動量）を演算してアクチュエ
ータ３２へ駆動信号ＳＫを出力する。

次に作用を説明する。

第４図はマイクロコンピュータ３３により前記リフト一
時間面積Ｐの制御プログラムを示すフローチャートであ
り、図中Ｐ、−Ｐ、は各ステップを示している。このプ
ログラムは、例えばエンジン１回転毎に１度実行される
。

まず、Ｐ、でエンジン回転数センサ３４で検出された実
際のエンジン回転数ＮＥを所定回転数ＮＣ（例えば、Ｎ
　Ｃ−８０Ｏｒ、ｐ、ｍ　）と比較し、エンジン回転数
ＮＢが所定回転数ＮＣ以下のときは、Ｐ２でクラッチス
イッチ３５がＯＦＦであるか否かを判別する。Ｐ２でク
ラッチスイッチ３５がＯＦＦのときはアイドル状態であ
ると判別してＰ３へ進む。また、Ｐ２でクラッチスイッ
チ３５がＯＮのときはＰ４でギヤがニュートラル位置に
あるか否かを判別して、ニュートラル位置にあれば、ア
イド生状態にあると判断してＰ３へ進む。一方Ｐ４でギ
ヤがニュートラル位置以外にあるときおよびＰｌでエン
ジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＣを超えるときはいずれ
もエンジンが負荷運転状態にあると判断してＰ、へ進む
。Ｐ５では前記リフト一時間面積Ｐが大きくなるよう制
御値を設定する。すなわち、制御回路３３は制御値を演
算して駆動信号３Ｋをアクチュエータ３２へ出力する。

この駆動パルス信号ＳＫはアクチュエータ３２の駆動軸
３２Ａを所定角度だけ回動させ、これに伴ってカム制御
軸羽も所定量だけ回動する。したがって、リフト制御カ
ム２７はリフト量の大きいカム面２７Ａでレバー２４に
当接し、レバー２４がバルブ駆動カム２２側に押し下げ
られた状態となる。このため、ロッカアーム２３の背ｉ
′ｊｉ２３Ａに支点接触されるレバー２４の下面２４Ａ
も下がり、支点接触位置がバルブ駆動カム２２側に移動
しつつリフトが吸気弁２１に伝達される。

この場合の吸気弁２１のリフト特性は第５図の曲線Ｘで
示される。すなわち、吸気弁２１のリフト一時間面積Ｐ
が大きく、かつ開弁時期が早く閉弁時期１′； が遅い特性となる。したがって、吸気充填効率が高めら
れて高出力を得ることができる。

一方、再び第４図に戻って、Ｐ３でリフト一時間面積Ｐ
をバルブスロットリングされる範囲まで小さく、例えば
５０〜８０ｍｍｄｅｇとなるように制御値を設定する。

したがって、この制御値に対応した所定パルス中の駆動
信号ＳＫが制御回路３３からアクチュエータ３２へ出力
され、その駆動軸３２Ａは所定角度だけ回動する。この
回動量に対応してリフト制御カム２７がカム制御軸２８
およびコイルスプリング２９を介して回動し、リフト量
が小さいカム面２７Ｂでレバー２４に当接すると、レバ
ー２４のバルブ駆動カム２２側の端部が上昇しレバー２
４の下面２４Ａも第２図中上方へ上昇する。このため、
支点位置は同図中右側（ロッカアーム２３の他端部側）
に移動して第５図の曲線Ｙに示すようなリフト特性とな
る。すなわち、吸気弁２１のリフト一時間面積Ｐが小さ
くなる（リフト量が小でかつ開弁時期が遅れ閉弁時期が
早まる特性となる）。

ここで、第６図はシリンダ容量１．８１４気ふ 筒エンジンで排気中のＣＯ濃度を５％、点火時期を１３
度ＢＴＤＣに設定し、エンジン回転数を７０゜ｒ、ｐ、
ｍとしたアイドリング状態で運転した場合のリフト一時
間面積Ｐと吸入負圧及び燃料消費量との関係を示したも
のである。同図から明らかなようにリフト一時間面積Ｐ
の減少とともに燃料消費量（曲線Ａ）は連続的に減少す
るが、吸入負圧（曲線Ｂ）はＰが略１００　ｎｖ＋ｄｅ
ｇ以下では急激に低下している。これはＰが１００　ｓ
ｎ＋ｄｅｇ以下の吸気弁２】のリフト状態では吸入空気
量が吸気弁２１によってチョークされるためである。な
お、この場合、所定の回転数（例えば７００　ｒ、ｐ、
ｍ　）を維持するために、アイドリング用吸気バイパス
通路や絞り弁の開度は若干間いた状態はなっている。

したがって、この実施例においては、リフト一時間面積
Ｐを例えば５０〜８０＋ｗｍｄｅｇに設定したため、ア
イドリング運転状態から一定の負荷運転状態に移行した
際（リフト角度面積Ｐを大きく、例えば１４００＋ｗｍ
ｄｅｇに変化させた瞬間には）、前述のチョーク現象が
解消するため、吸入空気量が増加して安定した燃焼状態
が得られる。その結果、エンジン回転数ＮＢが一次的に
低下することがないので、エンジンストールの発生を未
然に防止することができる。

次に第７図は絞り弁開度、点火時期及び空燃比を一定と
した条件下で、アイドリング回転数を７０Ｏｒ、ｐ、ｍ
に設定し、リフ１−一時間面積Ｐを１４００Ｈｄｅｇに
増大したときのエンジン回転数ＮＥの変化を示したもの
である。この図から明らかなようにリフト一時間面積Ｐ
を約８０ｍｍｄｅｇ以下に設定すると、負荷運転時にＰ
を１４００ｎ＋ｍｄｅｇに急増させても、吸入空気の一
次的不足を生じずエンジンの回転数ＮＥが低下すること
がない。なお、リフト一時間面積Ｐを８０ｍｍｄｅｇよ
りさらに著しく小さい値に設定した場合には負荷運転状
態に移行した際エンジンの回転数ＮＢが上昇し過ぎて運
転性が損なわれる場合がある。しかしながら、前述のよ
うにリフト一時間面積Ｐをある程度の小さい範囲、例え
ば５０〜８０ｍｍｄｅｇに設定すれば、負荷運転状態に
移行した瞬間にはエンジン回転数ＮＢが適度に上昇し、
クラッチをつないだ瞬間に起きるエンジンの回転落ちや
いわゆるクラッチエンストを回避することができるので
ある。なお、図中Ｃはエンジンが不安定となる領域を、
Ｄはエンスト発生領域を、それぞれ示す。また、負荷運
転時に直ちにＰを１４００ｍｍｄｅｇに急変させる場合
に限らず、Ｐを段階的に変化させるようにしても良いこ
とは勿論である。

次に第８図〜第１０図はこの発明の他の実施例を示した
図である。

第８図は吸気弁リフト可変機構の他の例を示すもので同
図中４１はロッカアームであり、このロッカアーム４１
の背面中央部に形成された溝４２内には小球体４３が挿
入されている。この小球体４３はスプリング４４により
弾性支持されており、小球体４３を中心として第８図中
略左右対称となるように２つの凹部４５Ａ、４５Ｂがロ
ッカアーム４１の背面にそれぞれ形成されている。また
、４６は制御カムであり、この制御カム４６の略凸状の
カム面４６Ａがレバー４７の駆動に応じて２つの四部４
５Ａ、４５Ｂのいずれか一方に当接するようになってい
る。したがって、このカム面４６Ａの移動により主とし
てロッカレシオを変化させて吸気弁のリフト特性を可変
制御することになる。この場合、リフト特性は第９図に
示すように、リフト一時間面積Ｐが小さいときも（曲線
Ｍ）、大きい場合（曲線Ｎ）の開弁時期および閉弁時期
とそれぞれ同一時期となる。ここで、リフト一時間面積
Ｐと吸入負圧および燃料消費量との関係は第１０図に示
され、この実施例にあっても前述した第６図における場
合と同等の関係が得られる。したがって、アイドリング
運転時にリフト一時間面積Ｐを例えば５０〜８０ｍｍｄ
ｅｇの範囲内に設定すれば、負荷運転状態へ移行する際
Ｐを大きく増大させた瞬間に充分な吸入空気量を確保す
ることができるので、燃焼の悪化を防止できる。その結
果、エンジンの回転数ＮＥの低下を防止することができ
、エンストの発生を未然に防止することができる。

なお、アイドリング運転時においてその最大リフト量が
負荷状態運転時のそれと同等であって、開弁時期が遅れ
閉弁時期が早まるようなリフト特性が得られる他の可変
吸気弁機構にこの発明を通用した場合にも前記と同様な
効果が得られることは言うまでもない。また、この発明
は手動変速機仕様の可変吸気弁機構にその通用が限定さ
れるものではなく、自動変速機仕様のそれも適用できる
。

（効果） 以上説明してきたように、この発明によれば、アイドリ
ング時吸気弁のリフト一時間面積を所定の範囲内に設定
したため、アイドリング運転状態から負荷運転状態へ移
行する際、充分な吸入空気量を確保をでき、安定した燃
焼状態を保持することができる。その結果、移行時のエ
ンジン回転数の一時的な低下を防止することができ、エ
ンジンストールの発生を未然に防止することができ、運
転性を良好に保持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る内燃機関の吸気弁リフト制御装
置を示すその全体構成図、第２図〜第７図はこの発明の
一実施例を示す図であり、第２図はその可変吸気弁機構
の断面図、第３図はその概略全体構成図、第４図はリフ
ト一時間面積の制御プログラムを示すそのフローチャー
ト、第５図はクランク角と吸気リフトとの関係を示すグ
ラフ、第６図はリフト一時間面積と吸入負圧及び燃料消
費量との関係を示すグラフ、第７図はリフト一時間面積
とエンジン回転数との関係を示すグラフである。第８図
〜第１０図はこの発明の他の実施例を示した図であり、
第８図は可変吸気弁機構の断面図、第９図はそのクラン
ク角と吸気弁リフトとの関係を示すグラフ、第１０図は
リフト一時間面積と吸入負圧および燃料消費量との関係
を示すグラフ、第１１は従来の内燃機関の吸気弁リフト
制御装置を示すその断面図である。 ２１−・−吸気弁、 ３２−・−アクチュエータ、 ３３−−−−−−マイクロコンピュータ（制御手段）、
３４．３５、あ・−−一−−負荷検出手段、Ｐ・・−・
リフト一時間面積。 第　５図 で 第６図 り７−−Ｂ＠Ａ＠ｎ　　（Ｐ）（ｒｍｒａｄｑ）第１０
図 リフト−庁面１（すＣ辱ｄｑジ 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の負荷を検出する負荷検出手段と、吸気弁のリフト
   一時間面積をアクチュエータの制御値に応じて切り換え
   る吸気弁リフト可変機構と、アイドル時上記リフト一時
   間面積を小とするように、一定負荷時リフト一時間面積
   を大とするように、上記制御値をそれぞれ設定する制御
   手段と、を備えた内燃機関の吸気弁リフト制御装置にお
   いて、絞り弁開度、アイドル用吸気バイパス通路の開度
   、点火時期及び空燃比を一定としたアイドル状態で、上
   記負荷時の制御値によるアイドル回転数が、上記アイド
   ル時の制御値によるアイドル回転数と同等かまたは大と
   なるように、これらの各制御値を設定したことを特徴と
   する内燃機関の吸気弁リフト制御装置。