JPH0585724B2 - - Google Patents

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
リフト量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８図、第９図に示すよう
な本出願人が先に提案したものがある（特願昭60
−5511号参照）。

図示のものはオーバーヘツドカム型の例であ
り、ロツカーアーム４が吸気弁用カム１の周面に
形成されたカムプロフイルに応じて揺動し、吸気
弁２を弁ばね３に抗して押し下げるのであるが、
このロツカアーム４の揺動支点を固定とするので
はなく、ロツカアーム４の背面４Ａと転がり接触
をするレバー６（の一端６Ａ）をブラケツト７
（シリンダヘツドに固設される）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、ロツカアーム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ツトであ
る。

すなわち、リフト制御カム８の周面には軸芯か
らの距離が相違する４つの略平らなカム面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、ロツカアーム背面４ＡがXa点
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、第１０図のL_Dで示す長い開弁時間と
高い弁リフト量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、ロツカーアーム
背面４Ａがレバー６と転がり接触する位置がXe
から転がることとなる。すなわち転がり接触する
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、第１０図のL_Aで示す短い開
弁時間と低い弁リフト量を有するリフト特性が得
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、リフト制御カム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転するステツプモータ１
５が使用され、ステツプモータ１５はコントロー
ルユニツト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。

ここに、運転状態は回転数センサ１７にて検出
される機関回転数Ｎとスロツトル弁開度センサ１
８にて検出されるスロツトル弁開度〓に応じて運
転域Ａ〜Ｄ（アイドル域Ａ、低速域Ｂ、中速域Ｃ、
高速域Ｄ）が第１１図に示すように定められてあ
り、この運転域Ａ〜Ｄの順にそれぞれ対応して第
１０図の吸気弁リフト特性L_A〜L_Dが得られるよ
うに、カム制御軸１１の回転位置を制御し、さら
にこの回転位置に比例した電圧を出力するポテン
シヨメータ１９からの信号を用いて、検出された
カム制御軸の実際位置が目標位置と一致するよう
にフイードバツク制御するのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで低速中負荷域または所定の中負荷域は
実用域として頻繁に使用されるために、こうした
実用域では特にNOx排出量の低減が厳しく要求
される。

この要求を満たすことを目的とする各種装置が
既に公知となつており、その中にたとえば、排気
還流（以下〓EGR〓という。）装置がある。この
EGR装置によれば、排気管と吸気管を連通する
EGR通路を介して排気ガスの一部を吸気管に再
循環し、燃焼温度を下げることによりNOx排出
量を少なくするのである。

しかしながら、EGR装置を外部に別に設ける
ことはそれだけコストアツプとなるが、リフト特
性、すなわちバルブオーバーラツプを可変制御す
る先願では、このバルブオーバーラツプを利用し
て排気弁下流から吸気管へと既燃ガスを逆流さ
せ、残留ガスを多くする、いわゆる内部EGRを
行わせることができ、この方法によれば、多量の
残留ガスによる燃焼温度の低下によりNOx排出
量の低減を図ることができ、かつEGR通路等の
外部EGR用部分を必要としないので、コストア
ツプを招くことがない。

この発明は低速中負荷域または所定の中速域
で、バルブオーバーラツプを大きくするようにし
た弁リフト制御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リフト特性を可変と
する吸排気弁リフト可変機構である。

この吸排気弁リフト可変機構２０を制御対象と
するフイードバツク制御系は、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２１と、機関運転状態に応じて運転域を判別
する運転域判別手段２３と、この運転域に応じて
カム制御軸の目標位置を設定する目標位置設定手
段２４と、カム制御軸の実際の位置を検出する位
置検出手段２５と、この検出された実際位置と目
標位置との偏差に応じた操作量を駆動手段２１に
出力する制御手段２６とから構成される。なお、
運転状態（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、前記リフト制
御カムに中速域よりも大きなリフト特性を有する
実用域用カム面を形成するとともに、低速中負荷
域または所定の中速域であるときを実用域である
と判別する実用域判別手段２７と、実用域を判別
したときにリフト特性を中速域よりも大きなリフ
ト特性とするカム制御軸の目標位置を設定する実
用域目標位置設定手段２８とを設けた。

なお、これら実用域判別手段２７、実用域目標
設定手段２８の機能を、それぞれ前記運転域判別
手段２３、目標位置設定手段２４に持たせること
によつても構成することができる。

（作用） このように構成すると、実用域にはリフト特性
が中速域よりも大きなバルブオーバーラツプを有
するリフト特性にて吸排気弁が開閉される。

バルブオーバーラツプが大きくなると、吸気系
への排気ガスの逆流により大量の残留ガスが燃焼
室内に残り、これによりNOx排出量を低減する
ことができる。

かつ、こうした内部EGRによれば、外部EGR
用部分を設ける必要がなく、これにより実用域で
のNOx排出量を低減しつつコストを低減するこ
とができる。

（実施例） 第２図はこの発明の一実施例のブロツク構成図
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、３５は駆動手段としてのステツプ
モータ、４１はステツプモータ３５の駆動回路、
３６は位置検出手段としてのポテンシヨメータ、
３７は回転数センサ、３８は絞り弁開度センサで
ある。

吸排気弁リフト可変機構２０のカム制御軸を目
標位置にフイードバツク制御するコントロールユ
ニツト４０はポテンシヨメータ３６にて検出され
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４１
に出力する。

この発明の要部は、リフト制御カムに中速域よ
りも大きなリフト特性を有する実用域用カム面を
形成するとともに、低速中負荷域または所定の中
速域にあるときを実用域であると判別する手段
と、実用域を判別したときにリフト特性を中速域
よりも大きなリフト特性とするカム制御軸の目標
位置を設定する手段とを設けた点にある。

先にリフト制御カムについて説明すると、リフ
ト制御カム８の周面には、第３図に示すように、
４つのカム面８Ａ〜８Ｄ（アイドル域用カム面８
Ａ、低速域用カム面８Ｂ、中速域用カム面８Ｃ、
高速域用カム面８Ｄ）の他に、軸芯からの距離が
中速域用カム面８Ｃよりも大きい略平らな実用域
用カム面８Ｅを形成する。なお、その他の部分は
先願と同様である。

ここに、カム面８Ｅによるリフト特性L_Eは第
４図に示すように、L_Cよりも大きなリフト特性
となり、この結果排気弁とのバルブオーバーラツ
プがL_Cよりも広くなる。

次に、運転状態から実用域を判別し、実用域を
判別したときにリフト特性L_Eとするようにカム
制御軸の目標位置を設定する機能はコントロール
ユニツト４０にて果たされる。

そこで、コントロールユニツト内で行なわれる
動作を第５図に基づいて説明する。なお、コント
ロールユニツト４０は主に中央演算装置（CPU）
４２、メモリ（RAM）４３、メモリ（ROM）
４４、入出力回路（Ｉ／Ｏ）４５を有するマイク
ロコンピユータから構成すれよい。数字は各ステ
ツプを示す。

同図において、５１が低速中負荷域または所定
の中速域であるときを実用域であると判別する手
段として、５２がこの実用域に応じてカム制御軸
の目標位置を設定する手段として機能する部分で
あり、これらがこの発明の要部となる。

すなわち、第６図は機関回転数Ｎとスロツトル
弁開度Θに応じて設定した運転域を示すマツプで
あるが、同図において、運転域Ａ〜Ｄ（アイドル
域Ａ、低速域Ｂ、中速域Ｃ、高速域Ｄ）の他に低
速域Ｂでも中負荷域である領域と中速域Ｃでも中
央の領域が実用域Ｅとなる。

そして、この実用域Ｅになると、前述した第４
図のリフト特性L_Eが得られるように、第５図の
５２にてカム制御軸の実用域目標位置〓_Eを定め
るのである。なお、この位置Θ_Eは第７図に示す
ように、中速域目標位置Θ_Cと高速域目標位置Θ_D
の間に設定される。

このように構成すると、実用走行上使用頻度の
高い実用域Ｅになると、それまでリフト特性が中
速域のリフト特性L_Cや低速域のリフト特性L_Bに
あつたところが、これらのL_C，L_Bよりも大きい
リフト特性L_Eとなり、バルブオーバーラツプが
拡大される。

このため、大量の排気ガスが吸気系へと逆流し
て燃焼室内に残留する排気割合を高め、燃焼温度
を低下させてNOxの排出量を低減するが、この
場合、EGR通路がEGR弁等の外部EGR用部品は
不要であり、実用運転域でのNOx低減を図りつ
つ、コストを低減することができる。

なお、５１にて他の運転域Ａ〜Ｄが判別された
ときは、５７にてＡ〜Ｄに応じたカム制御軸の目
標位置Θ_A〜Θ _Dが設定され、５３〜５６では先
順と同様、第７図のポテンシヨメータ３６の出力
から得られるカム制御軸の実際位置が目標位置と
一致するようにフイードバツク制御が行なわれ
る。

なお、駆動手段は、第２図に示したステツプモ
ータ３５に限定されるものでなく、DCモータで
あつても構わない。

（発明の効果） この発明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
する駆動手段と、機関運転状態に応じて運転域を
判別する運転域判別手段と、この運転域に応じて
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と目標位置と
の偏差に応じた操作量を前記駆動手段に出力する
制御手段とを備える内燃機関の吸排気弁リフト制
御装置において、前記リフト制御カムに中速域よ
りも大きなリフト特性を有する実用域用カム面を
形成するとともに、低速中負荷域または所定の中
速域にあるときを実用域であると判別する実用域
判別手段と、実用域を判別したときにリフト特性
を中速域よりも大きなリフト特性とするカム制御
軸の目標位置を設定する実用域目標位置設定手段
とを設けたので、実用域にはリフト特性が中速域
よりも大きなバルブオーバーラツプを有するリフ
ト特性にて吸排気弁が開閉される。

この大きなバルブオーバーラツプを利用して多
量の内部EGRが行なわれ、これにより実用域で
のNOx排出量を低減しつつ、外部EGR用部品を
不要としてコストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を明示するための全体
構成図、第２図はこの発明の一実施例のブロツク
構成図、第３図は機械的構成を示すこの実施例の
吸排気弁リフト可変機構の縦断面図、第４図はこ
の実施例によるリフト特性図である。第５図はこ
の実施例のコントロールユニツト内で行なわれる
動作を説明する流れ図、第６図はこの実施例によ
る各運転域を説明する説明図、第７図はこの実施
例のポテンシヨメータの出力特性図である。第８
図は先願の吸排気弁リフト可変機構の縦断面図、
第９図は同じく平面図、第１０図は同じくリフト
特性図、第１１図は同じく各運転域を説明する説
明図である。 １…吸気弁用カム、２…吸気弁、３…弁ばね、
４…ロツカーアーム、４Ａ…ロツカーアーム背
面、６…レバー、８…リフト制御カム、８Ａ…ア
イドル域用カム面、８Ｂ…低速域用カム面、８Ｃ
…中速域用カム面、８Ｄ…高速域用カム面、８Ｅ
…実用域用カム面、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
…駆動手段、２２…運転状態検出手段、２３…運
転域判別手段、２４…目標位置設定手段、２５…
位置検出手段、２６…制御手段、２７…実用域判
別手段、２８…実用域目標位置設定手段、３５…
ステツプモータ、３６…ポテンシヨメータ、３７
…回転センサ、３８…スロツトル弁開度センサ、
４０…コントロールユニツト、４１…駆動回路、
４２…中央演算装置、４３，４４…メモリ、４５
…入出力回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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駆動
   手段と、機関運転状態に応じて運転域を判別する
   運転域判別手段と、この運転域に応じてカム制御
   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と目標位置との偏差
   に応じた操作量を前記駆動手段に出力する制御手
   段とを備える内燃機関の吸排気弁リフト制御装置
   において、前記リフト制御カムに中速域よりも大
   きなリフト特性を有する実用域用カム面を形成す
   るとともに、低速中負荷域または所定の中速域に
   あるときを実用域であると判別する実用域判別手
   段と、実用域を判別したときにリフト特性を中速
   域よりも大きなリフト特性とするカム制御軸の目
   標位置を設定する実用域目標位置設定手段とを設
   けたことを特徴とする内燃機関の吸排気弁リフト
   制御装置。