JPS62113807A - 内燃機関の吸排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） この発明は吸排気弁の開閉時期及び弁リフト量を運転条
件に応じて可変制御する内燃機関の吸排気弁リフト制御
装置に関する。

（従来の技術） バルブオーバーラツプや新気の充填効率が常に最適に得
られるように吸排気弁の開閉時期及び弁＋７７　）　ｆ
ｉを機関の運転条件に応じて可変制御する吸排気弁リフ
ト制御装置は、従来から種々提案されており、その一つ
に第５図、第６図に示すようなものがある（特開昭６０
−２６１０９号公報参照）。

図示のものはオーバーへラドカム型の例であり、ロッカ
ーアーム４が吸気弁（あるいは排気弁）用カム１の周面
に形成されたカムプロフィルに応じで揺動し、吸気弁（
あるいは排気弁）２を弁ばね３に抗して押し下げるので
あるが、このロッカアーム４の揺動支点を固定とするの
ではなく、ロッカアーム４の背面４Ａと転がり接触をす
るレバー６（の一端６Ａ）をブラケット７（シリンダヘ
ッドに固設される）に支点支持し、このレバー６の傾き
角度をリフト制御カム８にて可変制御することにより、
ロッカアーム４の揺動支点を可変支点としたものである
。なお、９はバルブクリヤランスを零に保つ油圧ピボッ
トである。

すなわち、９７ト制御カム８の周面には軸芯からの距離
が相違する４つの格子らなカム面８Ａ〜８Ｄが形成され
ており、たとえば、カム面８Ｄ（軸芯からの距離が最も
長いカム面）に支持される図示状態では、ロッカアーム
背面４ＡがＡ魚から左方に転がり接触をしつつ揺動する
が、この可変揺動支点と吸気弁２の弁頭２Ａまでの距離
が長いので、長い開弁時間と高い弁す７トを有するリフ
ト特性になる。

これに対し、カム面８Ａ（軸芯からの距離が最も小さい
）によれば、レバー６が図示状態から上方に押し上げら
れて傾くために、ロッカ−７−ム背面４Ａがレバー６と
転がり接触する位置が右方にずれ、揺動支点と弁頭２Ａ
までの距離が短くなるので、短い開弁時間と低い弁す７
トを有するり７ト特性が得られる。

次に、リフト制御カム８には弾性部材としてのコイルば
ね１０を介してカム制御軸１１が連結されてあり、カム
制御軸１１を回動することによりコイルばね１０に蓄え
られる弾性エネルギを利用して、大きな弁ばね荷重が作
用しないカム１のベースサークル域で、す′７ト制御カ
ム８が所定のカム面８Ａ〜８Ｄへと駆動される。

このカム制御軸１１の駆動手段には、離散的なパルス電
圧を入力して回虻するステ・ンブモータ１５が使用され
、ステップモータ１５はコントロールユニット１６にて
運転状態に応じて求められた目標位置となるようにカム
制御軸１１を所定角度回動する。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、こうした装置では、コイルばね１０に蓄えた
弾性エネルギにて、弁ばね荷重が作用しないときに制御
カム８を回動駆動する構成であるため、制御カム８の回
動途中にも弁リフトが始まるが、制御カム８の回動位置
と弁り７トの開始位置との関係でステップモータ１５に
ピークトルクが作用することがある。

これを第７図に基づいて説明すると、同図はカム面８Ｂ
からカム面８Ｃに回動制御する場合について、任意気筒
の弁リフトに対するカム制御軸１１及びす７ト制御カム
８の回転角θ並びに制御カム８に生じる駆動トルクの発
生パターンを３つのケース■〜■に分けて示す。なお図
中の■〜■における制御カム８の回動位置を！＠８図（
Ａ）〜第８図（Ｄ）に対応して示す。

ケースＩは制御カム８が静止しているときに弁す７トが
始まる最も普通のケースであり、カム制御軸１１は弁リ
フトに関係なくステップモータ１５にて回動されるので
、カム制御軸１１の回転角（実線）は直線的に増加する
のに対し、制御カム８は、弁リフト中は大きな弁ばね荷
重Ｆによりレバー６が制御カム８に押し付けられるので
、ｆｊＳ８図（Ａ）に示す静止状態を保ち、この間コイ
ルばね１０には捩りによる弾性エネルギが蓄えられる。

弁す７トが終わるとＦがなくなるので、この位置より蓄
えられた弾性エネルギを利用して制御カム８が回動し、
カム面８Ｃがレバー６に当接する第８図（Ｄ）の状態に
落ち着く。

ここに、第７図において実線と破線（制御カム８の回転
角を示す）にて囲まれた面積がコイルばね１０に蓄えら
れる弾性エネルギに相当し、この弾性エネルギから制御
カム８を駆動するトルク（一点鎖線）が得られる。

ところが、制御カム８の回動途中にＦが作用する場合に
は、制御カム８がカム面８Ｂ、８Ｃの境界の突起ｇｌｓ
１８を乗り越える位置とＦの作用する位置との関係が駆
動トルクに大きな影響を与える。

たとえば、ケースＨにおいて、突起部１８を乗り越えた
直後にＦを受ける■の状態では、第８図（Ｂ）に示すよ
うに、Ｆが制御カム８の回動方向（時計方向）に重畳し
て作用するので、制御カム８は回動を補助されてカム面
８Ｃに落ち着く。

これに対し、ケース■において、突起部１８を来り越え
る直前にＦを受ける■の状態では、第８図（Ｃ）に示す
ように、今度はＦが制御カム８の回動力向とは逆向き（
反時計方向）に作用する。この場合Ｆは弾性エネルギの
放出により得られる駆動力よりもはるかに大きく、制御
カム１８はカム面８Ｃへの回動途中にも拘わらず、急激
に逆回転させられ、ちといたカム面８Ｂへと戻される。

したがって、このとき制御カム８には鋭く立ち上がるピ
ークトルクが作用し、このピークトルクはコイルばね１
０．カム制御軸１１を介して最終的にステップモータ１
５に作用するのであり、ピークトルクが第９図に示すプ
ルアラ））ルク（脱出トルク）を越えると、ステップモ
ータ１５は脱調現象を起こして操作量と実際の回転角と
が対応せずに回転角の不足を招いたり、動作不良を生じ
てしまう。

こうした税調現象を回避するためには、ステップモータ
１５に印加する電圧を高くするとよく、このため、第１
０図に示すように、バッテリ電圧Ｖ［＋を昇圧するＤＣ
−ＤＣコンバータ１９を付加して構成することが考えら
れるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９は通常高価であり、
コスト高となってしまう。また、ステップモータ１５を
高速まで使用するには、電流チョッピング制御により電
流を一定値に保持させる必要があり、回路構成を複雑に
するとともにコスト高にもなっている。なお、２０はこ
の電流チョッピング制御とステップモータ１５へのパル
スの振り分けを行うハイブリッドＩＣ回路で、ステップ
モータ１５の駆動回路を構成している。

さらに、ステップモータ１５ではモータを駆動しない停
止時も繰作量と実際の回転角との対応をとるために常に
保持電流を流しておく必要があり、バッテリの消費電力
を大きくしている。

この発明は回動途中の制御カムに対して逆回動方向に大
きな弁ばね荷重が作用することにより生じるピークトル
ク等の負荷変動があっても、モータに与える推作量とモ
ータの実際の回転角との対応づけがくずれず、しかもモ
ータの回路構成を簡略にするようにした装置を提供する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 第１図はこの発明の構成を明示するための全体構成図で
ある。

図中、２０は複数個のカム面を形成したリフト制御カム
及びこのリフト制御カムと弾性部材を介して連結される
カム制御軸とを有し、弾性部材に蓄えられる弾性エネル
ギにより回動するリフト制御カムの段階的変化に応じて
す７ト特性を可変とする吸排気弁リフト可変機構である
。

この吸排気弁り７ト可変磯構２０を制御対象とするフィ
ードバック制御系は、該吸排気弁リフト可変機構２０と
、前記カム制御軸を回動する駆動手段と、機関運転状態
に応じてカム制御軸の目標位置を設定する目標位置設定
手Ｆｉ２３と、カム制御軸の実際の位置を検出する位置
検出手段２４と、この検出された実際位置が目標位置と
一致するように前記駆動手段を駆動制御する制御手段２
５とから構成される。なお、連帳状態（たとえば機関回
転数と絞り弁開度）は運転状態検出手段２２にて検出さ
れる。

こうして構成される内燃機関の吸排気弁リフト制御装置
において、この発明では、制御手段２５と吸排気弁り７
ト可変成樅２０の間に位置する駆動手段をＤＣモータ２
１にて構成した。

（作用） ＤＣモータ２１によれば、停止状態で大きな拘束トルク
を有するので、この拘束トルクをピークトルクよりも大
きく設定しておけば、吸排気弁り７ト可変機構２０の構
造上避けることのできない大きなピークトルクが作用し
てもＤＣモータ２１の回転角が操作量に反してずれるこ
とがない。この結果、ステップモータに有りがちな回転
角の不足や動作不良を回避して制御の信頼性を向上する
ことができる。

また、ＤＣモータ２１はフィードバック制御により正し
く目標位置に制御されるので、運転状態に応じて精度良
く要求される弁り７トが得られる。

（実施例） 第２図（Ａ）はこの発明の一実施例のブロック構成図で
、２０は従来例と同様に構成される吸排気弁リフト可変
機構、３２は吸排気弁り７ト可変機構２０のカム制御軸
の実際位置を検出するポテンショメータである。

この発明の要部はこの吸排気弁リフト可変機構２０を駆
動するのにＤＣモータ２１を用いる点にある。ここに、
ＤＣモータ２１のトルク−回転数特性は、第４図に示す
ように静止位置（回転数が零）において最大となるトル
クＴＲ（拘束トルク）を有する。このＴＲは静止位置を
保持するトルクとして作用する。

また、３１はＤＣモータ２１を駆動する駆動回路で、第
２図（Ｂ）に示すトランジスタブリッジによるプッシュ
プル回路等にて構成される。

次に、カム制御軸を目標位置にフィードバック制御する
構成は既に公知であり、コントロールユニット３５がボ
テンシａメータ３２（こで検出されるカム制御軸の実際
位置と目標位置との偏差に応じた操作量を演算し、この
操作量を駆動回路３１に出力する。このコントロールユ
ニット３５はマイクロコンピュータがら構成すればよく
、コントｏ　−ルユ＝ット３５内で行なわれるフィード
バック制御動作第３図の流れ図にて示す。なお、数字は
各ステップを示す。

同図は、比例積分微分動作の例であり、４０にて目標位
置ｒとカム制御軸の実際の位置Ｃの偏差ｅｎ（＝ｒ−ｅ
）を求め、偏差ｅｎがあるときには、４２゜４５．４６
．４７において、ｅｎからそれぞれ求められる比例分Ｍ
Ｐ、微分分ＭＤＩ積分分Ｍ１を合計した操作量Ｍ（＝Ｍ
ｐ　＋Ｍｏ　＋Ｍ＋　）を駆動回路３１に出力するので
ある。なお、ｅｎ　−１は前回求められた偏差である。

、操作量Ｍはたとえばパルスデューティ幅とすればよい
。

なお、第２図（Ａ）において、３３．３４は運転状態変
数の代表値である機関回転数、絞り弁開度をそれぞれ検
出する回転センサ、絞り弁開度センサで、これらの信号
からカム制御軸の目標位置が設定される。

このように構成されると、カム制御軸の実際の位置と運
転状態に応じて設定される目標位置とを比較し、相違し
ていれば、実際の位置が目標位置となるように、たとえ
ば第２図（Ｂ）に示す端子ＡＩ、Ａ２あるいはＢ　１　
ｖ　Ｂ　２にパルス電流が供給され、ＤＣモータ２１が
パルスデューティ幅に応じて回動される。

ＤＣモータ２１では第４図に示すような負の傾斜を持つ
直線状のトルク−回転数特性が得られ、従って、回転停
止の状態で最大となる拘束トルクＴＲを持ち、この′「
Ｒにてカム制御軸をしっがりと保持する。

このため、前述したピークトルクよりもＴＲを大きく設
定しておくことにより、こうしたピークトルク等の大き
なトルク変動があっても、ＴＲを越えないトル、り変動
である限りモータ駆動軸が静止位置から回動されること
はない。

ところが、ステップモータでは、ピークトルクがプルア
ラ））ルクを越える場合には実際の回転角が操作量から
外れる脱調現象を生じて回転角の不足や動作不良を生じ
、この現象を回避するためにはコストアップを招くしか
ないのである。

これに対し、この発明では、実際の回転角が繰作量から
外れることがないので、ステップモータに有りがちな回
転角の不足や動作不良が回避され制御の信頼性が向上す
る。

また、ＤＣモータ２１の駆動回路３１はトランジスタブ
リッジによるプッシュプル回路等の簡単なＮＩＩ成で駆
動される。このため、ステップモータの駆動に必要とな
る＾価なりＣ−ＤＣコンバータや回路を複雑にする電流
チョッピング制御が不要となるので、コストダウンが図
れる。

さらにＤＣモータ２１では、ステップモータのように常
時電流を流さなくとも、繰作量と回転角の対応を容易に
とれるので、リフト制御カムが所定のカム面に落ち着い
た後は電流供給を遮断することができ、これによりバッ
テリの消費電力を低減することができる。

（発明の効果） この発明は複数個のカム面を形成したり７ト制御カム及
びこのリフト制御カムと弾性部材を介して連結されるカ
ム制御軸と、カム制御軸を駆動するＤＣモータとを有し
、弾性部材に蓄えられる弾性エネルギにより回動するリ
フト制御カムの段階的変化に応じてリフト特性を可変と
するＩ１ｇＰ気弁す７ト可変ｔｉ構を実際の検出値に基
づいてフイードパツク制御するように構成したので、弁
リフト可変ａｂｔの構造上避けることのできないピーク
トルク等の負荷変動があっても、ＤＣモータによる大き
な拘束トルクによりカム制御軸がしっかりと保持される
ので、モータの回転角が操作量に反してずれることがな
く、またＤＣモータによる回転位置はフィードバック制
御により正しく目標位置に制御されるので、これらの結
果、回転角の不足や動作不良を回避して制御の信頼性を
向上することができる。

また、ＤＣモータの採用により回路の構成が簡略化され
、コストダウンが図れる。

さらに、リフト制御カムが所定のカム面に落ち着いた後
は電流を流す必要がなく、バッテリの消費電力を低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は二の発明の構成を明示するための全体構成図、
第２図（Ａ）はこの発明の一実施例のブロック構成図、
第２図（Ｂ）はＤＣモータの駆動回路の回路図、第３図
はコントロールユニット内で行なわれるフィードバック
制御動作を説明する流れ図、第４図はＤＣモータのトル
ク−回転数特性図である。 ＠５図は従来例の吸排気弁す７Ｆ可変機構の縦断面図、
第６図は同じく平面図、第７図は従来例による作用を説
明するタイミングチャート、ｌ：ｌＳ８図（Ａ）〜第８
図（Ｄ＞はそれぞれｌＳ７図の■〜■に対応するり７ト
制御カムの回動位置を示す説明図、ｔＪＳ９図はステッ
プモータのトルク特性図、第１０図はステップモータの
回路構成図である。 １・・・吸気弁（あるいは排気弁）用カム、２・・・吸
気弁（あるいは排気弁）、３・・・弁ばね、４・・・ロ
ッカーアーム、４Ａ・−・ロッカーアーム背面、６・・
・レバー、８・・・＋７７　）制御カム、８Ａ〜８Ｄ・
・・カム面、１０・・・コイルばね、１１・・・カム制
御軸、２０・・・吸排気弁リフト可変機構、２１・・・
ＤＣモータ、２２・・・運転状態検出手段、２３・・・
目標位置設定手段、２４・・・位置検出手段、２５・・
・制御手段、３１・・・駆動回路、３２・・・ボテンシ
ａメータ、３３・・・回転数センサ、３４・・・絞り弁
開度センサ、３５・・・コントロールユニラフト。 特許出願人　日産自動車株式会社 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個のカム面を形成したリフト制御カム及びこのリフ
   ト制御カムと弾性部材を介して連結されるカム制御軸と
   を有し、弾性部材に蓄えられる弾性エネルギにより回動
   するリフト制御カムの段階的変化に応じてリフト特性を
   可変とする吸排気弁リフト可変機構と、カム制御軸を回
   動するＤＣモータと、機関運転状態に応じてカム制御軸
   の目標位置を設定する目標位置設定手段と、カム制御軸
   の実際の位置を検出する位置検出手段と、この検出され
   た実際位置が目標位置と一致するように前記ＤＣモータ
   を駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする内
   燃機関の吸排気弁リフト制御装置。