JPH0639939B2 - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、運転状態に応じてバルブリフト特性を変える
ことのできるエンジンの動弁装置に関し、特に空燃比の
制御に関連した動弁系の制御に関するものである。

（従来技術） エンジンの吸，排気ハルブの作動特性を設定する場合
に、低速時にはバルブオーバーラップ期間における排気
の吹返しや吸気の吹抜けを抑制する等により燃焼の安定
性および燃費の向上を図るため、吸気と排気のオーバー
ラップ量を比較的小さくすることが望ましく、高速時に
は出力の向上等のため、低速時と比べてバルブリフト量
や開弁期間を大きくすることが望ましい。

このような要求を満足するため、運転状態に応じて、吸
気と排気の少なくとも一方のバルブにおいて、低速用バ
ルブリフト特性と、この低速用バルブリフト特性より開
弁期間とリフト量の少なくとも一方が大きい高速用バル
ブリフト特性とにバルブの動作が切替制御されるように
した動弁装置は従来から知られている。例えば実開昭５
７−１８２２０５号公報に示された装置では、吸気バル
ブもしくは排気バルブに対し、低速用バルブリフト特性
を与える低速型カムと高速用バルブリフト特性を与える
高速型カムとを設けることともに、これらのカムおよび
バルブに当接するロッカーアームの高速型カム側端部に
摺動可能な高速カム当接部材およびその摺動を阻止する
ストッパを装備している。そして、このストッパを作動
するアクチュエータを運転状態に応じて制御することに
より、低速時には上記高速カム当接部材が遊動して高速
型カムの作動がバルブに伝達されず低速型カムでバルブ
が作動され、高速時には上記高速カム当接部材の摺動が
阻止されて高速型カムの作動がバルブに伝達されるよう
にしている。

ところで、燃料噴射装置を備えたエンジンにおいては一
般に、経済走行が要求されるような運転域ではＯ_２セン
サの出力に応じて空燃比をフィードバック制御し、出力
が要求される高負荷域や高速域ではフィードバック制御
を停止するようにしているが、この種のエンジンに上記
の動弁装置を用いる場合に次のような問題点があった。
すなわち、従来では、空燃比がフィードバック制御され
る運転域内でもバルブの動作が低速用バルブリフト特性
から高速用バルブリフト特性に切替わることがあるが、
高速用バルブリフト特性となるとバルブオーバーラップ
期間のガス吹き抜け量が増加し、またバルブリフト特性
の切替わり時には吸，排気量が急激に変化してこれに上
記フィードバック制御が追従しきれずに一時的に空燃比
のずれが生じる。このため、トルクショックが生じると
ともに、エミッションおよび燃費が悪化するおそれがあ
った。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、バルブリフト特性を運
転状態に応じて適正に制御し、空燃比がフィードバック
制御される領域でエミッションおよび燃費を良好に保
ち、トルクショックを低減することができるエンジンの
動弁装置を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、運転状態に応じて、吸気と排気の少なくとも
一方のバルブにおいて、低速用バルブリフト特性と、こ
の低速用バルブリフト特性より開弁期間とリフト量の少
なくとも一方が大きい高速用バルブリフト特性とにバル
ブの動作が切替えられるようにしたエンジンの動弁装置
において、上記低速用バルブリフト特性でバルブを作動
する運転域が空燃比をフィードバック制御する運転域を
包含するように、フィードバック制御する運転域より高
速側でバルブリフト特性の切替えを行なわせる制御装置
を設けたものである。

つまり、空燃比がフィードバック制御されている状態に
あるときは必ず低速用バルブリフト特性でバルブが作動
され、空燃比のフィードバック制御中にバルブリフト特
性が切替えられることのないようにしたものである。

（実施例） 第１図乃至第４図は、バルブリフト特性を切替可能とす
る装置の一例を示し、図では１気筒当り２個の吸気バル
ブを備えたエンジンに適用した場合について示してい
る。これらの図において、１は気筒で、２ａ，２ｂは気
筒１に装備された吸気バルブであり、排気バルブとその
駆動系については図示を省略している。上記吸気バルブ
２ａ，２ｂに対し、低速用バルブリフト特性を与えるた
めの低速型カム３と高速用バルブリフト特性を与えるた
めの高速型カム４ａ，４ｂとが共通のカムシャフト５に
配設されるとともに、これらのカム３，４ａ，４ｂと吸
気バルブ２ａ，２ｂとの間にはロッカーアーム６が配置
されている。

上記低速型カム３と高速型カム４ａ，４ｂとは後述の切
替機構によって選択的にいずれかがバルブに連係される
ものであって、図ではカムからの力がバランスよくロッ
カーアーム６に作用するように、ロッカーアーム６の略
幅方向中央に対応する位置に低速型カム３が配置され、
その両側に対称的に２個の高速型カム４ａ，４ｂが配置
されている。上記低速型カム３は、吸気バルブ２ａ，２
ｂの開弁期間およびリフト量を小さくして排気バルブと
のオーバーラップ量を小さくするようにカムノーズが小
さく形成され、高速型カム４ａ，４ｂは低速型カム３よ
りも、開弁期間とリフト量の少なくとも一方を大きくす
るようにカムノーズが大きく形成されている。

また、上記ロッカーアーム６にはカムとバルブとの連係
を切替えることによってバルブリフト特性を変化させる
切替機構が設けられている。当実施例ではこの切替機構
として、上記ロッカーアーム６が、両高速型カム３ａ，
３ｂに当接する左右一対のアーム部７ａ，７ｂおよび上
部の連結部分７ｃを一体に備えた第１アーム７と、両吸
気バルブ２ａ，２ｂへの当接部分８ａ，８ｂおよび低速
型カム４への当接部分８ｃを一体に備えた第２アーム８
とに分割されて、この両アーム７，８がロッカーシャフ
ト９回りに相対運動可能となるように支承されるととも
に、この両アーム７，８を接続状態と非接続状態とに切
替えるためのプランジャ１１およびレバー部材１２等か
らなるセレクタ１０が設けられている。

上記セレクタ１０は、具体的には次のような構造となっ
ている。すなわち、第１アーム７の上部には第２アーム
８の上部に向かって開口するガイド孔１３が形成され、
このガイド孔１３に上記プランジャ１１が移動可能に収
容され、このプランジャ１１はガイド孔１３内のスプリ
ング１４によって第２アーム８に当接するように付勢さ
れており、プランジャ１１の途中部には小径の係合部１
５が形成されている。また、第１アーム７の上部には、
上記レバー部材１２がプランジャ１１に直交してロッカ
ーシャフト９の軸方向に移動可能に支承されており、こ
のレバー部材１２には、プランジャ１１より若干大径の
プランジャ挿通孔１６と上記係合部１５に対応する大き
さで上記プランジャ挿通孔１６に連なった係止孔１７と
が形成されている。

こうして、上記レバー部材１２の係止孔１７がプランジ
ャ１１の係合部１５から離脱してプランジャ挿通孔１６
にプランジャ１１が挿通される非ロック位置にレバー部
材１２が移動したときは、プランジャ１１の摺動が許容
されることにより両アーム７，８の相対運動が許容され
（このときが非接続状態）、他方、係止孔１７が係合部
１５に係合するロック位置にレバー部材１２が移動した
ときは、プランジャ１１の摺動が阻止されることによ
り、両アーム７，８の上部が互いに接近する方向の相対
運動が阻止されるようになっている（このときが接続状
態）。そして、上記両アーム７，８が非接続状態となっ
たときは、ロッカーアーム６の回転に伴う第１アーム７
の揺動が第２アーム８に伝達されないため低速型カム３
の回転に応じた第２アーム８の揺動により吸気バルブ２
ａ，２ｂか作動され、また両アーム７，８が接続状態と
なったときは、高速型カム４ａ，４ｂの回転に応じて両
アーム７，８が一体的に揺動することにより吸気バルブ
２ａ，２ｂが作動されるようにしている。

上記レバー部材１２の端部は第１アーム７の外部に突出
し、ロッカーシャフト９の周囲に回転可能に支承された
環状の油圧式のアクチュエータ２０にレバー部材１２の
アーム１２ａを介して連結されており、このアクチュエ
ータ２０は、その油圧室２１に図外のオイルポンプから
オイル通路２２を介してオイルが供給されたときにはレ
バー部材１２を上記ロック位置に向けて移動させ、オイ
ルがリリーフされたときはリターンスプリング２３によ
りレバー部材１２を上記非ロック位置に向けて移動させ
るようになっている。上記オイル通路２２中には、アク
チュエータ２０の油圧室２１に対するオイルの供給、排
出を制御する制御弁２６が設けられている。

なお、２７，２８は第２アーム８に配設されたバルブク
リアランス調整用のアジャスタであり、また、２９はシ
リンダヘッドである。

第５図は上記のような動弁系に対するバルブリフト特性
の切替えの制御と、エンジンに装備された燃料噴射装置
に対する燃料制御とを行う制御系を示している。この図
において、３０はマイクロコンピュータ等を用いた制御
回路であり、エンジン回転数検出信号３１および吸入空
気量検出信号３２等の運転状態を検出する信号を受け、
上記制御弁２６を介してセレクタ１０のアクチュエータ
２０を制御する一方、図外の吸気通路中に設けられた燃
料噴射弁３４を制御しており、さらに図に示す実施例で
は冷却水温等のエンジン温度検出信号３３も入力信号と
し、また排気還流装置のＥＧＲ弁３５も制御している。
上記の吸入空気量検出信号３２はエアフローメータの出
力、吸気負圧、ベンチュリ負圧、背圧等の信号であれば
よい。

上記制御回路３０においては、燃料噴射装置に対し、図
外のＯ_２センサからの信号に基いて空燃比をフィードバ
ック制御する運転領域とフィードバック制御によらない
運転領域とが予め設定され、他方、動弁系に対し、吸気
バルブ２ａ，２ｂを低速型カム３によって作動させる低
速用リフト特性領域と吸気バルブ２ａ，２ｂを高速型カ
ム４ａ，４ｂによって作動させる高速用リフト特性領域
とが予め設定されている。これらの領域は第６図のよう
に設定されている。つまり、上記フィードバック制御領
域はこの図の破線内の比較的低回転、低負荷側の特定領
域に設定され、マップとして記憶されている。また低速
用と高速用のリフト特性領域は、低速用リフト特性での
最高出力曲線Ａと高速用リフト特性での最高出力曲線Ｂ
との交点を基準に低負荷ほど高回転側にずれるようにし
た境界線Ｃを境として設定され、かつ、低速用リフト特
性領域が上記フィードバック制御領域を包含するように
設定されている。この設定により、フィードバック制御
する運転域より高速側でバルブリフト特性の切替えを行
なわせるようになっている。このような領域の設定は吸
入空気量によって行うことができ、つまり一定の吸入空
気量に設定しておけば上記境界線Ｃが得られ、この吸入
空気量の設定値を境にリフト特性を切替えるようにすれ
ばよい。あるいはエンジン回転数と負荷とによるマップ
で上記のような領域を設定してもよい。また単に上記フ
ィードバック領域より高回転側の特定回転数の境に低速
用と高速用のリフト特性領域を設定してもよい。

なお、常用運転領域と、排気還流装置を作動するＥＧＲ
領域も上記低速用リフト特性領域に含まれるように設定
しておくことが望ましい。また、エンジン温度が低いと
きは、運転領域に関係なく低速用リフト特性で吸気バル
ブ２ａ，２ｂを作動し、あるいは第６図に一点鎖線で示
すように低速用リフト特性領域を拡大するように設定す
ることが望ましい。これらの設定が望ましい理由は後に
説明する。

上記制御回路３０による燃料噴射弁３４の制御は第７図
のフローチャートに従って行われ、動弁系の制御は第８
図のフローチャートに従って行われるようにしている。

すなわち、第７図のフローチャートにおいては、先ずス
テップＳ_１，Ｓ_２でエンジン回転数検出信号３１および
吸入空気量検出信号３２に基いてエンジン回転数および
吸入量を算出し、次にステップＳ_３でＦ／Ｂ（フィード
バック制御）領域か否かを判別する。そして、Ｆ／Ｂ領
域であればステップＳ_４で図外のＯ_２センサの出力等に
基いてフィードバック補正係数Ｃfbを算出し、ステップ
Ｓ_５で、吸入空気量等に応じて求めた基本パルス幅Ｔｐ
に上記フィードバック補正係数Ｃfbを乗算することによ
り噴射パルス幅Ｔを求め、ステップＳ_６，Ｓ_７で、噴射
タイミングとなったとき上記噴射パルス幅Ｔの噴射パル
スを出力して燃料噴射弁３４を駆動する。このフィード
バック制御においては、リーン状態となったとき次第に
燃料を増量させ、リッチ状態となったときは次第に燃料
を減量させるように上記フィードバック補正係数Ｃfbの
算出等の処理を行う。またステップＳ_３でＦ／Ｂ領域で
ないと判定されたときはステップＳ_８で上記フィードバ
ック補正係数Ｃfbを１としてからステップＳ_５〜Ｓ_７の
処理を行い、つまりフィードバック制御を行わずに吸入
空気量等に応じた燃料供給を行う。

第８図のフローチャートにおいては、ステップＳ₁₁で吸
入空気量を算出してから、ステップＳ₁₂で低速用リフト
特性領域にあるか否かを判定する。この判定結果がＹＥ
Ｓであれば、ステップＳ₁₃でアクチュエータ２０をＯＦ
Ｆとすることにより、吸気バルブ２ａ，２ｂを低速型カ
ム３に連係する状態にセレクタ１０を作動する。またス
テップＳ₁₂での判定結果がＮＯであれば、ステップＳ₁₄
でアクチュエータ２０をＯＦＦとすることにより、吸気
バルブ２ａ，２ｂを高速型カム４ａ，４ｂに連係する状
態にセレクタ１０を作動する。

このような制御により、前述の第６図に示した低速用リ
フト特性領域では吸気バルブ２ａ，２ｂが低速型カム３
で作動されて排気オーバーラップ量が小さくされ、吸気
の吹き抜けや吹き返しが防止される。これによって比較
的低速側の領域での燃焼性および燃費、トルク等が向上
される。一方、高速用リフト特性領域では吸気バルブ２
ａ，２ｂが高速型カム４ａ，４ｂで作動されてリフト
量、開弁期間が大きくされ、これによって高速側では吸
気導入量が増大されて出力が高められる。

そして、本発明では特に低速用リフト特性領域に空燃比
のフィードバック制御領域が包含されるため、フィード
バック制御中の空燃比のずれが防止される。つまり、前
述のフィードバック制御では吸気量が変動したときの空
燃比の補正は徐々に行われるので、もしフィードバック
制御中に吸気バルブ２ａ，２ｂのリフト特性が切替わる
と、この吸気導入量の急激な変動により空燃比がずれて
燃費やエミッションが悪化し、かつトルクショックが生
じてしまうが、低速用リフト特性領域がフィードバック
制御を包含するように設定しておくと、このような事態
が確実に防止され、燃費およびエミッション等が良好に
保たれることとなる。

さらに低速用リフト特性領域が前記のように常用運転域
を包含するようにしておけば、常用運転域での燃費、エ
ミッション等が良好に保たれることとなる。また低速用
リフト特性領域がＥＧＲ領域を包含するようにしておけ
ば、この領域では排気還流装置によりＮＯｘが低減され
る一方、高速用リフト特性領域ではバルブリフト量が大
きくなることによる内部ＥＧＲによりＮＯｘの低減が図
られることとなる。また、エンジン温度が低いときに低
速用リフト特性とするか低速用リフト特性領域を拡大す
るように設定しておけば、内部ＥＧＲの抑制により暖機
作用が促進される。

なお、カム３，４ａ，４ｂと吸気バルブ２ａ，２ｂとの
間で連係を切替えてバルブリフト特性を変える機構は上
記実施例に限定されず、種々変更可能である。例えば第
９図および第１０図に示すように、ロッカーアーム６を
一体化し、その高速型カム４ａ，４ｂに対応する端部
に、高速型カム４ａ，４ｂに当接する摺動可能なプラン
ジャ４１と、これを高速型カム４ａ，４ｂに向けて付勢
するスプリング４２と、上記プランジャ４１に係脱する
ストッパ部材４３とを備えたセレクタ４０を設けること
により、この端部で高速型カム４ａ，４ｂの作動の吸
収、伝達を行うようにしてもよい。

また、上記実施例では吸気バルブに適用した場合を示し
たが、本発明装置は排気バルブに適用してもよく、この
場合も、排気バルブのリフト特性を変えることによって
バルブオーバーラップ量が変化し、排気量および吸気量
が変動するので、吸気バルブに適用した場合と同様の制
御を行うようにすればよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、運転状態に応じてバルブの動作
を低速用リフト特性と高速用リフト特性とに切替えると
ともに、低速用リフト特性領域が空燃比のフィードバッ
ク制御領域を包含するように、フィードバック制御する
運転域より高速側でバルブリフト特性の切替えを行なわ
せることとしているので、フィードバック制御中にバル
ブリフト特性の切替わりによる空燃比のずれを生じるこ
とがなく、トルクショックを防止することができるとと
もに、燃費、エミッションを良好に保つことができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置における動弁系の一実施例を示す平
面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は第１
図のIII−III線断面図、第４図はロッカーシャフト位置
での縦断正面図、第５図は制御系の概略ブロック図、第
６図は領域の設定を示す説明図、第７図および第８図は
制御のフローチャート、第９図は動弁系の別の実施例を
示す平面図、第１０図は第９図のＸ−Ｘ線断面図であ
る。 ２ａ，２ｂ…吸気バルブ、３…低速型カム、４ａ，４ｂ
…高速型カム、６…ロッカーアーム、１０，４０…セレ
クタ、３０…制御回路、３４…燃料噴射弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転状態に応じて、吸気と排気の少なくと
   も一方のバルブにおいて、低速用バルブリフト特性と、
   この低速用バルブリフト特性より開弁期間とリフト量の
   少なくとも一方が大きい高速用バルブリフト特性とにバ
   ルブの動作が切替えられるようにしたエンジンの動弁装
   置において、上記低速用バルブリフト特性でバルブを作
   動する運転域が空燃比をフィードバック制御する運転域
   を包含するように、フィードバック制御する運転域より
   高速側でバルブリフト特性の切替えを行なわせる制御装
   置を設けたことを特徴とするエンジンの動弁装置。