JPH04187806A - 内燃機関の制御装置 - 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） 本発明は運転条件によってカムを切換える可変動弁機構
を備える自動車用等の内燃機関の出力制御装置に間する
。

（従来の技術） 内燃機間の吸排気弁を駆動する動弁装置は、機関の要求
する出力特性に合わせて、最適なバルブタイミングが得
られるように設定されている。

ところが、この要求バルブタイミングは機関の運転条件
によってそれぞれ異なり、例えば低負荷域ではバルブリ
フト、開弁期間は共に小さく、これに対して高負荷域で
は大きなバルブリフトと開弁期間が要求される。自動車
用内燃機関のように運転条件が広範囲にわたるものは、
バルブタイミングをどの運転領域を対象に設定するかが
なかなか難しく、いずれにしても、総ての運転条件で最
適なマツチングとすることはできない。

そこで、特開昭６３−１６７０１６号公報にあるように
、カム特性（カムプロフィル）の異なる複数のカムを備
えておき、運転条件によってカムの切換えを行うことに
より、それぞれにおいて最適なバルブタイミングで運転
することを可能とした、可変動弁装置が提案されている
。

これは低回転域で高いトルク特性をもつ低速型の出力カ
ムと、高回転域で高いトルク特性の高速型の出力カムと
を、運転条件により切換えることにより、低速域から高
速域まで高出力を発揮させようとするものである。また
、これに加えて部分負荷域での燃費特性にすぐれた燃費
カムを備え、部分負荷域での燃費向上を図ることも提案
されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記したカムの切換えは、運転状態に応じて
出力や燃費が最良となるカムを目標とする制御であるた
め、車両の運転状況によってはカムの選択が必ずしも適
切ではないことがある。

例えば降坂路走行時などはエンジンブレーキを効かせな
がら運転したいことがあるが、カムの選択が出力を中ノ
Ｃ弓こして行なわれると、エンジンブレーキの効きが悪
くなる。

エンジンブレーキは降坂路走行だけでなく屈曲路走行時
にも要求されることがあり、また自動変速機付きの車両
では運転者の意志により第１、第２レンジ（自動変速し
ない）が選択されたときなども、エンジンブレーキが効
いた方が運転しやすいことがある。

そこで本発明は、エンジンブレーキを要求される運転状
態では、その運転状況において最も良くエンジンブレー
キが効くようにカムの切換を制御することを目的とする
。

（課題を解決するための手段） そこで本発明は、第１図（Ａ）に示すように、出力特性
の異なるカムプロフィルをもつ複数のカム１０と、これ
らのカム１０を運転状態によって選択的に切換えると共
にこのカムの運動を吸排気弁の少なくとも一方に伝達す
るカム切換機構１１とを備えた内燃機関において、エン
ジンブレーキを必要とする運転状態を検出する手段１２
と、エンジンブレーキの要求されるときはその運転域に
おける発生出力の比較的小さいカムに切換える手段１３
を備える。

また、第１図（Ｂ）に示すように、出力特性の異なるカ
ムプロフィルをもつ複数のカム１０と、これらのカム１
０を運転状態によって選択的に切換えると共にこのカム
の運動を吸排気弁の少なくとも一方に伝達するカム切換
機構１１とを備えた内燃機関において、エンジンブレー
キを必要とする運転状態を検出する手段１２と、屈曲路
走行状態２を判定する手段１４と、エンジンブレーキが
要求され、かつ屈曲路走行状態にあるときはアクセル開
度変化に対する出力変化量が最大となるカムに切換える
手段１５とを備える。

さらに第１図（Ｃ）に示すように、出力特性の異なるカ
ムプロフィルをもつ複数のカム１０と、これらのカム１
０を運転状態によって選択的に切換えると共にこのカム
の運動を吸排気弁の少なくとも一方に伝達するカム切換
！！Ａｌ１Ｉｆ１１とを備えた内燃機関において、エン
ジンブレーキを必要とする運転状態を検出する手段１２
と、所定の減速状態で行なわれる燃料供給の遮断を判定
する手段１６と、エンジンブレーキが要求され、かつ燃
料が遮断されるときはその運転域においてポンピングロ
スの最大となるカムに切換える手段１７とを備える。

〈作用） 第１の発明によれば、エンジンブレーキが必要となると
きに、その運転域で比較的出力の小さいカムが選択され
るので、良好なエンジンブレーキを効かせることができ
る。

第２の発明によれば、エンジンブレーキを必要とする屈
曲路走行時には、アクセル開度に対して出力トルクの変
化幅が最も大きなカムを選択することにより、エンジン
ブレーキと共に必要に応じてスムーズな加速もでき、良
好なドライバビリティが確保される。

第３の発明によれば、燃料遮断時には機関発生出力はゼ
ロで、ポンピングロスによるエンジンブレーキが効くが
、最もポンピングロスの大きなカムが選択されることに
より、エンジンブレーキの効きが最良となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第２図、第３図に可変動弁装置の基本的な構成を
示すが、これ自体は本出願人により、特願平２−１１７
２６１号として、既に提案されているもので、低回転域
と高回転域でそれぞれ出力を重視した２つの出力型カム
と、これとは別に部分負荷域などで燃費を重視した燃費
カムとの３つのカムを運転状況に応じて切り換えるよう
になっている。

２１は燃費重視型のカムプロフィルに設定され、カムリ
フトが小さく、かつリフト開始が遅くリフト終了が早い
リフト区間の小さい第１カム（燃費カム）、２２は低回
転域で高トルクを発生するカムプロフィルに設定され、
前記第１カム２１よりもカムリフトが相対的に大きい第
２カム（低速型出力カム）、２３は高回転域で高トルク
を発生するカムプロフィルに設定され、第２カム２２よ
りもカムリフト、リフト区間の大きい第３カム（高速型
出力カム）で、これらは同一のカムシャフトに並列的に
設けられる。

２４は吸・排気弁（吸気弁または排気弁）、２５はロー
ラ２６を介して前記第１カム２１と常時接触するメイン
ロッカーアームて゛、ロッカーシャフト２７を支点に揺
動して、吸・排気弁２４を開閉する。

メインロッカーアーム２５にはシャフト３０を支点にし
て揺動する２つのサブロッカーアーム２８．２９が前記
ローラ２６と並列的に支持され、一方のサブロッカーア
ーム２８は前記第２カム２２と、他方のサブロッカーア
ーム２９は前記第３カム２３と接触する。

これらサブロッカーアーム２８．２９はメインロッカー
アーム２５と係合していないときは、ロストモーション
スプリング３１により常時第２゜第３カム２２．２３に
接触するように付勢され、メインロッカーアーム２５か
らは独立して運動（揺動）する。

これらサブロッカーアーム２８．２９をメインロッカー
アーム２５に対して選択的に係合するため、まず一方の
サブロッカーアーム２８の揺動部位には円柱形のビン３
２が、またメインロッカーアーム２５にもこのビン３２
と同軸上にビン３４が、それぞれ力ムシタフｌ一方向に
摺動自由に配設され、かつこれらビン３２．３４は常時
はリターンスプリング３６に付勢されて第２図の状態に
保持され、メインロッカーアーム２５との係合を解かれ
ているが、ビン３４の収装された油圧室３８に通路４０
を介して圧油が導かれると、ビン３２と３４が所定量だ
け押し出されて、サブロッカーアーム２８がメインロッ
カーアーム２５と係合するようになっている。

サブロッカーアーム２８がメインロッカーアーム２５と
一体になるのは、第１カム２１のベースサークルにある
ときで、一体後は第１カム２１よりもリフトの大きい第
２カム２２に従ったバルブタイミングに切換わる。

つまり、第１カム２１による燃費重視の特性から、第２
カム２２による低回転域での出力重視の特性に切換られ
るのである。

他方のサブロッカーアーム２９についても、これと同様
に構成され、油圧室３９に通路４１を介して圧油が導か
れると、ビン３５と３３がリターンスプリング３７に抗
して押し出され、サブ口、７カーアーム２９がメインロ
ッカーアーム２５に係合することにより、バルブタイミ
ングは前記と同じく第１カム２１よりもリフト量、リフ
ト区間の共に大きい第３カム２３に依存するように切換
られ、高回転域での出力重視の特性が得られるのである
。

なお、第４図に第１カム２１から第３カム２３までのバ
ルブリフト特性を示す、そして、各カムを用いたときの
全開出力特性は、第５図のようになり、第１カム２１に
よれば、発生トルクは低いものの燃費が良く、第２カム
２２では低回転域での最大トルクが最も高く、第３カム
２３は低回転域での発生トルクは第２カム２２よりも小
さいものの、高回転域での最大トルクは最も大きくなる
。

ところで、第１カム２１から第２、第３カム２２．２３
への切換や、その反対に第２、第３カム２２．２３から
第１カム２１への切換を制御するために第６図に示すよ
うなコントロールユニット５１が備えられ、運転状態に
よって最適なカムが選択されるのである。

コントローユニット５１におけるこのカムの選択は第５
図の特性に基づいて、要求するトルクと回転数が例えば
燃費カムである第１カム２１の領域にあるときはこの燃
費カムを用い、この状態からアクセル開度が増加して要
求トルクが燃費カムの領域を外れて例えば低速型出力カ
ムである第２カム２２の領域に移行すると、燃費カムか
ら低速型出力カムに切換られ、また、回転数が低回転域
から高回転域に上昇してくると、高速型出力カムである
第３カム２３に切換られるのである。

このため、コントロールユニット５１には機関回転数、
クランク角度位置を検出するクランク角センサ５２、ア
クセルペダルの操作量（踏込量）を検出するアクセル操
作量センサ５３、実際に選択されたカム位置を検出する
カムポジションセンサ５８からの信号が入力し、これら
に基づいて上記のようにカムの切換時期が判定されたら
、前記２つの油圧室３８．３９への油圧の切換を行う電
磁弁４５と４６の作動を制御するのである。

つまり、一方の電磁弁４５が開かれると第２カム２２を
働かせるために油圧室３８にオイルポンプからの圧油が
導かれ、他方の電磁弁４６を開くことにより今度は第３
カム２３を働かせるため油圧室３９に圧油が導かれるの
である。

ところでコントロールユニット５１は、同一のスロット
ル開度に対してのカムの出力特性が異なり、そのままで
はカムの切換時に大きなトルク段差を生じ、不連続な出
力変動により運転性を悪化させたり、車体振動を誘発し
たりするが、これらの現象を回避するために、切換に対
応して吸気通路に設けたスロットルバルブ５７の開度と
、点火装置５９の点火時期を補正制御する。

スロットルバルブ５７はコントロールユニット５１から
の信号を受けるサーボ駆動回路５５、及びこの駆動信号
に基づいて作動するサーボモータ５６を介して、図示し
ないアクセルペダルとは独立して開度が増減され、同時
にスロットルバルブ５７の実際の開度はスロットル開度
センサ５４を介してコントロールユニット５１にフィー
ドバックされる。なお、スロットルバルブ５７は各気筒
毎に独立させた吸気通路にそれぞれ設けることもできる
。

コントロールユニット５１は基本的にはアクセル操作量
センサ５３の信号から要求トルクを判断し、カムポジシ
ョセンサ５８の出力から求めたそのときのカム位置で、
要求トルクを発生するのに必要なスロットル開度位置を
演算し、サーボモータ５７を介してスロットルバルブ５
７の開度を決定する。

そして、カム切換が判断されたときは、第１カム２１か
ら出力トルクの大きい第２または第３カム２２．２３へ
の切換時には、サーボ駆動回路５５、サーボモータ５６
を介してスロットルバルブ５７の開度を、その切換目標
とのトルク段差に応じて減少するように補正し、トルク
増大分を吸収する。また、第２または第３カム２２．２
３から出力トルクの小さい第１カム２１に切換るときは
、逆にスロットルバルブ５７の開度を増大させてトルク
段差を吸収するように出力の補正制御を行う。

図示しないが、同時に点火装置の点火時期を補正制御し
て出力の変動を抑制することも可能である。

一方、この発明において、コントロールユニット５１は
エンジンブレーキが要求される運転条件下においては、
その運転状態において最も良くエンジンブレーキが効く
ようにカムの選択を行うようにもなっている。

前述したように各カムの選択は、そのときの運転状態に
応じて最も燃費がよく、また発生出力が最大となること
を基準に実行されるが、同一のアクセル開度における機
関出力が小さいほど好ましい、エンジンブレーキが要求
される運転条件下では、このようなカムの選択は要求と
は必ずしも一致しない。そこで、エンジンブレーキが要
求される運転条件の下では、これに対応して機関出力が
比較的小さく（負の仕事も含めて〉なるようにカムを選
択するのである。

エンジンブレーキが要求される運転条件とは、例えば降
板路を走行するとき、自動変速機付き車両ではシフトレ
バ−を自動変速しない第１、第２レンジに操作したとき
、あるいは積極的にエンジンブレーキを効かずことを要
求された場合などがあり、そこでこのような条件を検出
する手段６０として、例えば車両の前後の傾きを検出す
る傾斜計、またはスロットル開度に対する加速度の変化
量から降坂路走行を推定する手段、変速機のシフト位置
を検出するシフト位置センサ、運転者によって操作可能
なエンジンブレーキ要求スイッチ等の少なくとも一つが
備えられる。

また、エンジンブレーキを効かずにあたり、カーブが連
続する屈曲路走行時などは減速と加速とを交互に繰り返
すことが多いので、アクセル操作に対応して発生トルク
を増減しやすいカムを選択することが好ましい、さらに
、減速燃料遮断時のように機関出力がゼロの状態では、
機関のポンピングロスの大きさによってエンジンブレー
キの効きが変化し、このような場合は、エンジンモータ
リング時にポンピングロスが最大となるカムを選択する
と良い。

そこでこれらの運転条件下でのエンジンブレーキの最適
制御も行うために、車両の操舵角度を検出する操舵角度
センサの単位時間当たりの出力変化量が設定値を越えた
ときに屈曲路走行状態にあると判定する手段６１と、ア
クセル開度が所定の低開度以下で機関回転数が所定回転
以上のときに行なわれる減速燃料遮断状態を判定する手
段６２とを備える。

コントロールユニット５１ではこれらの出力に基づいて
、第７図のフローチャートで示すようにしてエンジンブ
レーキ要求時に最もよくエンジンブレーキが効くように
カムの切換えを制御する。

ステップ１．２でエンジンブレーキ要求検出手段６０、
屈曲路走行判定手段６１、減速燃料遮断判定遮断６２等
からのエンジンブレーキを要求する判定入力を読み込む
と、まずエンジンブレーキの要求があるかどうかを判断
し、ないときはステップ１０で通常のカム切換制御に移
行するが、要求有りのときは、ステップ３．４で屈曲路
走行かどうか、さらには燃料遮断中かどうかをそれぞれ
判断する。

いずれにもないときは、ステップ５で機関回転数、アク
セル開度などの運転状況を読み込んでから、その運転域
で最も出力の小さいカムを予め設定しであるマツプから
選択し、カムの切換を行う（ステップ６．７）。

第８図に各カムによる最大スロットル開度の出力特性と
、カム領域間の等出力特性を示すが、この特性領域にし
たがって第９図のようにして、比較的小さな出力のカム
を選択するのである。

つまり、第８図のＡ領域で出力が最大となるのは第３カ
ム、Ｂ領域では第２カム、Ｃ領域では第１カムであり、
したがって、各領域でそれぞれこれとは異なるカムを選
択すれば発生トルクは小さくなり、アクセル開度を小さ
くすることにより即時に駆動力が減少し、高いエンジン
ブレーキ効果が得られる。

なお、そのときの運転域によっては２つのカムを選択し
うろこともあるが、この場合には、発生トルクのより小
さなカムを選択すれば、それだけエンジンブレーキの効
きを高められる。

次に、ステップ３で屈曲路走行と判断されたときは、ス
テップ９に移行してアクセル開度変化に対して最も出力
変化量の大きいカムを選択する。

第１０図にはアクセル開度と回転数に対する各カムの最
大出力特性を示してあり、したがって、等回転数におい
てアクセル開度の変化量に対して出力トルクの変化幅が
大きいのは、各領域において、最大出力をとるカムとい
うことになる。

第１１図はこれを示すもので、第２カムか第３カムのい
ずれかが選択さされることになる。カーブの連続する屈
曲路走行時には、各カーブに入るときにエンジンブレー
キを効かせ、出るときに加速することが多く、したがっ
て運転者のアクセル操作に対して発生トルクの変化幅が
大きいほど運転操作性が良好となる。

また、ステップ４で減速燃料遮断時と判断されると、ス
テップ８に移行して燃料遮断時にポンピングロスが最大
となるカムか選択される。

第１２図は燃料を供給しないときのポンピングロスの大
きさを示すもので、低回転域の第１カムのポンピングロ
スが最大となり、以下、第２、第３カムとなる。

したがって、第１３図に示すようにして、各領域でポン
ピングロスが最大のカムを選択することにより、エンジ
ンブレーキの効きを高められる。

なお、第１カムは同一トルクを発生するためのポンピン
グロスは最小となるが、燃料遮断時（モータリング時）
のように発生トルクがセロの状態での比較では、他のカ
ムに比較してカムリフトとリフト期間が小さい分だけ吸
入行程ての仕事損失（負の仕事〉が大きく、ポンピング
ロスを増大させている。

このようにして、エンジンブレーキが要求されたら、そ
のときの運転条件によって、最もエンジンブレーキ効果
が高く、かつ運転のしやすいカムが選択され、良好な運
転性が確保されるのである。

なお、カムの切換時には前述したようなトルク段差が発
生するので、コントロールユニット５１により、これを
防ぐようにスロットル開度の補正制御が行なわれる。こ
のため、カム切換の直後は原則として発生トルクの変動
はないが、エンジンブレーキをさらに効かせるように運
転者がアクセル開度を減少すれば、選択されたカムによ
り大きなエンジンブレーキの効果が得られるのである。

（発明の効果） 以上のように第１の発明によれば、エンジンブレーキを
必要とする運転状態を検出する手段と、エンジンブレー
キの要求されるときはその運転域における発生出力の比
較的小さいカムに切換える手段を備えたので、エンジン
ブレーキが必要となるときに、その運転域で比較的出力
の小さいカムが選択されるため、良好にエンジンブレー
キを効かせることができる。

また、第２の発明によれば、エンジンブレーキを必要と
する運転状態を検出する手段と、屈曲路走行状態を判定
する手段と、エンジンブレーキが要求され、かつ屈曲路
走行状態にあるときはアクセル開度変化に対する出力変
化量が最大となるカムに切換える手段とを備えたので、
エンジンブレーキを必要とする屈曲路走行時には、アク
セル開度に対して出力トルクの変化幅が最も大きなカム
を選択することにより、エンジンブレーキと共に必要に
応じてスムーズな加速もてき、良好なドライバビリティ
が確保される。

さらに第３の発明によれば、エンジンブレーキを必要と
する運転状態を検出する手段と、所定の減速状態で行な
われる燃料供給の遮断を判定する手段と、エンジンブレ
ーキが要求され、かつ燃料が遮断されるときはその運転
域においてポンピングロスの最大となるカムに切換える
手段とを備えたので、ポンピングロスによるエンジンブ
レーキが支配的となる燃料遮断時には、最もポンピング
ロスの大きなカムが選択されるため、エンジンブレーキ
の効きが最良となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明のそれぞれ構成図、第２
図は本発明の実施例を示す可変動弁機構の平面図、第３
図は同じくそのＸ−Ｘ線断面図、第４図は各カムのリフ
ト特性を示す説明図、第５図は各カムによる出力特性を
トルクと回転数に基づいて示す説明図、第６図はコント
ロールユニットのブロック図、第７図はコントロールユ
ニットにおいて実行される制御動作を示すフローチャー
ト、第８図は各カムの最大出力特性と等出力特性とによ
るカム領域を示す出力と回転数に基づいて示す説明図、
第９図はエンジンブレーキ要求時の各カムの選択領域を
示す説明図、第１０図は各カムによる出力特性をアクセ
ル開度と回転数に基づいて示す説明図、第１１図は屈曲
路走行時の各カムの選択領域を示す説明図、第１２図は
各カムのポンピングロス特性を回転数に基づいて示す説
明図、第１３図は燃料遮断時の各カムの選択領域を示す
説明図である。 ２１・・・第１カム、２２・・・第２カム、２３・・・
第３カム、２４・・・吸・排気弁、２５・・・メインロ
ッカアーム、２８．２９・・・サブロッカアーム、５１
・・コントロールユニット、５２・・・クランク角セン
サ、５３・・・アクセル操作量センサ、６０・・・エン
ジンブレーキ検出手段、６１・・・屈曲路走行判定手段
、６２・・・燃料遮断判定手段。 第１図（Ａ） 第１図（Ｃ） ２５−、￥インロッカアーム　２８．２９−−−ブフ゛
ロッカアーム第３図 ２１〜２３−　　カム 第４図 第５図 エンシ゛ン匣漣二奎丈ｒｐｍ 第８図 （小）　　　　機関回転数　　　　　　（大）第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、出力特性の異なるカムプロフィルをもつ複数のカム
   と、これらのカムを運転状態によって選択的に切換える
   と共にこのカムの運動を吸排気弁の少なくとも一方に伝
   達するカム切換機構とを備えた内燃機関において、エン
   ジンブレーキを必要とする運転状態を検出する手段と、
   エンジンブレーキの要求されるときはその運転域におけ
   る発生出力の比較的小さいカムに切換える手段を備えた
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 ２、出力特性の異なるカムプロフィルをもつ複数のカム
   と、これらのカムを運転状態によって選択的に切換える
   と共にこのカムの運動を吸排気弁の少なくとも一方に伝
   達するカム切換機構とを備えた内燃機関において、エン
   ジンブレーキを必要とする運転状態を検出する手段と、
   屈曲路走行状態を判定する手段と、エンジンブレーキが
   要求され、かつ屈曲路走行状態にあるときはアクセル開
   度変化に対する出力変化量が最大となるカムに切換える
   手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 ３、出力特性の異なるカムプロフィルをもつ複数のカム
   と、これらのカムを運転状態によって選択的に切換える
   と共にこのカムの運動を吸排気弁の少なくとも一方に伝
   達するカム切換機構とを備えた内燃機関において、エン
   ジンブレーキを必要とする運転状態を検出する手段と、
   所定の減速状態で行なわれる燃料供給の遮断を判定する
   手段と、エンジンブレーキが要求され、かつ燃料が遮断
   されるときはその運転域においてポンピングロスの最大
   となるカムに切換える手段とを備えたことを特徴とする
   内燃機関の制御装置。