JPS59113221A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - 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】 本発明は、エンジン運転条件に応じた多段階のバルブタ
イミング制御を行うことができる装置に関する。

バルブタイミング制御装置として本出願人の提案に係る
カム軸側のインナスリーブとタイミングジーり側のアウ
タスリーブとに近接する一対のスリットを設けたものが
ある。その一対のスリ、トは相互に傾斜する方向に延び
そのスリット内にはローラベアリングが設置される。ロ
ーラベアリングはカム軸方向に移動可能な筒状移動体に
より担持される。回転駆動モータは、その出力軸上のね
じ部及びこれに係合するナツトより成る回転運動−直線
運動変換手段を介し前記移動体に連結される。モータの
回転方向に応じて交差スリット内をローラベアリングは
カム軸方向に移動しこれが一対のスリーブの相対回転を
惹起させる。その結果バルブタイミングが、モータの一
方向への回転極限位置と他方向への回転極限位置との間
で２段階に賛化する。

本発明はかかる本出願人の捺案のバルブタイミング装置
を改善し、より多段階に精密制御を可能とする技術を提
案することを目的とする。この目的を達成するため、本
発明にあっては、回転駆動モータとしてステップモータ
を採用し、制御回路のメモリ中には各運転条件における
バルブタイミング目標価を記憶しておき、エンジンの運
転中にその運転条件における目標値に実測の・ぐルブタ
イミングが一致するようステ、プモータを駆動し、アイ
ドル時を検知した場合は、アイドル運転に適した最大の
遅角側のタイミングに設定している。

以下添付図面によって説明すると、１はシリンタフロッ
ク、２はシリンダヘッド、３けシリンダヘット９カバー
、４は吸気管、６はスロットル弁、８は排気管である。

ＪＯはクランク軸でコネクティングロッＰ１２を介しピ
ストン１４に連結されている。カム軸Ｊ８上にカム２０
が形成され、カム２０はロッカーアーム２２．２３を介
して吸気弁２４、排気弁２５にバルブスプリング２６に
抗して作用する。カム軸１８の一端にタイミングプーリ
２８が相対回転可能に位置し、タイミングベルト３０を
介１−てクランク軸１０上のプーリ３２に巻掛けられて
いる。タイミングプーリ２８とカム軸１８とけ本発明に
係るバルブタイミング制御装置３４によって連結される
。

バルブタイミング制御装置３４は第２図にその構成が示
される。カム軸１８の一端にインナスリーブ３６がＭシ
ト３フによって固設される。前記のタイミングプーリ２
８はこのインナスリーブ３６上に軸受３９によって増付
けられる。タイミングプーリ２８のゲス部からはインナ
スリーブ３６と同軸となるようにアウタスリーブ３８が
一体に延びている。インナスリーブ３６をアウタスリー
ブ３８とは近接するスリット４０及び４２を備える。第
３図の如くその一方４０は真直ぐであるが他方４２は傾
斜しており、その結果相互に交差する関係にある。スリ
ット４０及び４２内には夫々ベアリング４４及び４６が
位置している。ベアリング４４及び４６は、カム軸の方
向に沿って往復する筒状の移動体４８から半径方向に一
体に延びる軸部４８′上に軸支されている。

５０けステップモータであり、回転運動が直線運動費換
手段を介して移動体４８に連結される。

この手段はいわゆるリサーキュレーテイングが一ルねじ
として構成される。即ち、モータ５０の出力軸５σ上に
外ねじが切られ、ナツト５２には無端の内ねじが切られ
、ゼール５４がこれらのねじ条間に位置している。モー
タ５０のハウジングから延びているガイド棒５１はナツ
ト５２に形成されるカム軸方向ガイＰ溝５２′と嵌合し
ている。かかる構造よりして、モータ５０の出力軸５σ
の回転運動がす、ト５２の直線運動に変換されることは
明らかであろう。ナツト５２はベアリング６０を介して
移動体４８に連結され、ベアリング４４及び４６がカム
軸方向に駆動される。

６２はケースであり一端で？ルト６４によってタイミン
グプーリ２８のハブ部に固定され、他端はベアリング６
６によってモータハウジングに回転自在に連結される。

６８はタイミングベルトカッぐ−テアリ、本発明のバル
ブタイミング制御装置をも含めてタイミングベルト３０
を収納している。

クランク軸】０の回転はタイミングプーリ３２、タイミ
ングベルト３０を介してタイミングプーリ２Ｂに伝えら
れる。タイミングプーリ２８の回転は、これに一体なア
ウタスリーブ３８のスリット４２内に位置するわ一うベ
アリング４６を介して、軸部４８′に伝えられる。軸部
４８′の回転は、スリット４０内に位置するローラベア
リング４４よりインナスリーブ３６に伝わり、カム軸１
８は回転駆動される。カム軸１８上のカム２０が山のと
ころに来るとロッカアーム２２．２３を介してバルブ２
４．２５のステムを押し、バルブスプリング２６に抗し
てバルブ２４．２５の開弁を行う◎ステ、プモータ５０
が駆動されると、その出力軸５σが回りナツト５２は第
２図のＡ又はＢ方向に動く。そのためナツト５２と一緒
に動く移動体４８の軸部上に設けたローラベアリング４
４及び４６も同方向に夫々のス＋）　、ト４０及び４２
内を動く。スリット４０及び４２は第３図の如く相互に
交差しているためベアリング４４及び４６のカム軸方向
における直線運動はインナスリーブ３６とアウタスリー
ブ３８との、筆３図のＣ又はＤ方向における相対回転に
変換される。従って、被駆動側であるインナスリーブ３
Ｇに連結されたカム軸１８の、駆動側であるアウタスリ
ーブ３８即ちタイミングプーリ２８更にはクランク軸１
０に対する位相は変化する。そのため、バルブ２４゜２
５にカム２０が作用するときのクランク角度位置である
バルブタイミングが可変となる。そのバルブタイミング
はカム軸方向における移動体４８の位置、換言すれば基
準位置からのステップモータ５０の回転角度に応じて定
められる。

上述の構造によりモータ５０の回転に応じて連続的に変
化したバルブタイミングが取り得ることが明らかである
が、本発明ではこのことに着目しエンジン運転条件に応
じてステップモータの回転角度を変え、多段階でバルブ
タイミングを制御しようとしており、その原理は次の通
りである。即ち、バルブタイミングは、エンジンの運転
条件、例えばエンジン回転数Ｎ０、負荷を代表する吸気
管圧力Ｐ１水温ＴＨＷ等で定まり、例えばＮ。とＰ。

とについていえば第４図の如く等高線Ｖ１＋ψ２　。

・・・に従って変化する。本考案では、ノクルブタイミ
ングを第４図に精密に一致するよう制御することを月相
している。即ち、第４図の様な等高線はテーブルとして
コンピュータのメモリに記憶されており、機関の運転中
に実測される回転数Ｎ０．吸気管圧力Ｐ６等よりテーブ
ル中の一点が目標・々ルブタイミング位置として計算設
定され、との目標値と実際のバルブタイミング位置との
偏差が計算され、その偏差に相当したステ、ゾ分だけス
テップモータ５０を回転させ、これによって、バルブタ
イミングを常に目標値に維持するものである。

またアイドル時には上記制御は行わず、移動体は第２図
の最も右方に駆動されてアイドルに適した遅角側のタイ
ミングとなる。

６０は本発明に係るバルブタイミング制御を行う制御回
路でありマイクロコンピュータとしての機能を持つ。制
御回路６０には種々の運転条件検知センサ群からの信号
が入力している。吸気管圧力センサ６２は吸気管４に設
けられ吸気管圧力Ｐ。

を検知する。回転数センサ６４はクランク軸上に設けた
検知片６４′の位置に応じたパルス信号を発生する。着
た水温センサ６６はシリンダブロック１のところに設け
られ冷却水温を検知する。また、スロットルスイッチロ
７がスロットル弁６のアイＰル位置検知のため設置され
る。

制御回路６０はこれらのセンサ群６２．６４゜６６．６
７からの信号を処理しステップモータ５０の駆動信号を
形成する。

第５図は制御回路６０の大略をブロック図として示すも
のである。入出カポ−トロ８は吸気管圧力センサ６２、
回転数センサ６４及び水温センサ６６、スロットルスイ
ッチ６７からの信号を受ける。出力ポードア０は、ラッ
チ回路７２、ダート７４を介してステップモータ５０の
ステータコイルに結線される。図示しないがステ、プモ
ータ５０は、複数の励磁コイルを持ち、磁化すべき励磁
コイルを順次選択することにより、所定方向に１ステツ
プ毎に回転する。デート７４は、そのような複数の励磁
コイルのうちの磁化すべき一部の励磁コイルを選択する
役目を持つ。また、ラッチ回路７２は、ステップモータ
の回転すべき方向および回転すべきステップ数をマイク
ロコンピュータより指令を受け、それを実行するようゲ
ート７４の開閉命令を所定シーケンスに従って出力する
役目を負う。尚、ステップモータ５ｏの許細構造につい
ては、本発明の特徴と無関係であるからここでは詳しく
述べ々いが、もし必要であれば本出願人の出願に係る特
願昭５６−８１４７号の願書に添附した明細書及び図面
の記載を参照されたい。

入出力ｙＮ−）６Ｂ及び７ｏはパス８ｏによってマイク
ロコンピュータシステムの構成要素である、マイクロプ
ロセシングユニッ）　８２　（ＭＰＵ）、ＩＪ　＝ドオ
ンリメそり８４　（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモＩ
Ｊ　８６　（ＲＡＭ）に結線される。８８はクロック信
号発生器（ＣＬＯＣＫ）　　である。ＲＯＭ８４には、
前に概観したような本発明のバルブタイミング切替制御
を実現する。ルーチンがプログラムの形で格納されてい
る。ＭＰＵ　８２は、ＲＯＭ８４のががる記憶内容に従
って、バルブタイミング制御を行う。このプログラムは
第６図にフローチャートとして示されており、以下この
フローチャートについて順を追って説明する。

第６図において１００はこのルーチンの開始を示し、所
定時間毎に実行される割込ルーチンである。ＭＰＵ８２
にこの時間割込要求が入ると、この割込ルーチンが実行
に移、！ｌ）、１０１では、ＭＰＵ８２はスロットルス
イッチ６７がらのデータを格納するＲＡＭ８６の所定エ
リヤの内容を見にゆき、スロットル弁６がアイドル位置
にあるが否が判定する。

アイドル中でなければ１０２のポイントに進み、このポ
イントでは、現在の運転状態からパルプタイミングの目
標値Ｖ　　の演算を行う。即ち、！ｔｅｐ ＭＰＵ８２は、ＲＡＭ８６の所定エリアに格納されてい
る圧力センサ６２がらの吸気管圧力Ｐ、のデータ及び回
転数センサ６４からの回転数Ｎ　のデータ、更には水温
センサ６６からの水温ＴＨＷのデータを取込む。ＲＯＭ
８４には、＠４図の如き等高線データがテーブルとして
記憶されており、ＭＰＵ８２は実測した圧力Ｐｂ及び回
転数Ｎｅ　のデータよりそのときの目標パルプタイミン
グヲ例えばステップモータの、基準位置よシの回転角ｖ
ｓｔｅｐとして計算する。そしてそのときの小部ＴＨｗ
に応じ必要な補正を行う。

次の１０４では、ＭＰＵ８２はＲＡＭ８６の所定エリア
に格納されている現在のステップモータの回転角位置ｖ
ｐｏｌｌｌｔを取シ込み、上述の如く計算された目標値
”５ｔｅｐから減算する。この減算結果５ＴＥＩ’は目
標値に対するバルブタイミングの偏差をステップモータ
の回転すべきステップ数として表わしたものである。

１０６では、５ＴＥＰ　＝　Ｏか否かの判定を行う。

Ｙｅｓであればパルプタイミングが目標値からずれてい
ないと認識し、１０８に分岐しメインルーチンに戻る。

Ｎｏであればパルプタイミングが目標値からずれている
と考えられ、１１ｏのステップに入る。１１０では、５
ＴＥＰ）　Ｑが否かを判定する。Ｙｅｓであれば、ステ
ップモータ５ｏを正転させる方向に修正すべきと認識し
、１１２で回転方向標示フラグＤＩＲを°゛０”とする
。またＮｏ　であれば、ステップモータ５ｏを逆転する
方向に修正すべきと認識し、１１４で回転方向表示フラ
グＤＩＲを１＃とする。この場合、１０４で計算される
、ステップモータの回転すべきステップ数５ＴＥＰは負
となるから、１１６で絶対値をとシ正符号に変換する。

次の１１８のステップではＤＩＲが１が否かの判定を行
う。Ｙｅｓであればステップモータ５ｏは逆転すべきで
あり１２０で逆転処理を行う。ＭＰＵ８２は、前回のス
テップ実行時のダートのＯＮ、ＯＦＦから、逆転すべき
ダートのＯＮ　、　ＯＦＦ状態を計算し、出力ホートよ
りラッチ７２に書き込む。そのためステップモータ５０
は１ステツプ逆転する。

もし、１１８でＮｏの判定であれば１２２で同様にして
逆転処理が行われる。次に１２４では、ｆｌつ１ ｓ’ｒｇｐから１引いたものを５ＴＥＰと置きかえ、１
２６では５ＴＥＰが０か否かの判定を行い、０となるま
で繰返す。その結果、ステップモータは、目標値と制御
値の偏差である１０４で計算されたステップ数だけ所定
方向に回転する。

１０１でアイドルスイッチＯＮ　、　　即ちアイドル時
と判定すれげ１３０に行き、ステップモータの目標値を
、第２図で移動体が最も左側に動いた状態、即ち、最も
遅角側のパルプタイミングに設定スル・次の１３２では
・ＶｐｏｓＩｔに２０を加えたものをｖｐｏａｉｔと入
れ換える。以下１０４以降のルーチンの実行によシ、移
動体４８は第２図の左方にストッパに当るところまで移
かされる。１３２で２０を加えた意味は、確実にストッ
パに当るよう余裕値を加えたものである。かくして、ア
イドル時にあってはパルプタイミングは最も遅れ側の値
とすることができる。

本発明によればステップモータによシパルブタイミング
をアイドル時も含めて運転条件に応じて精密制御するこ
とができる。

（１４）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の全体概略図、第２図は
可変・々ルプタイミング機構のカム軸方向断面詳細図、 第３図は第２図の■方向矢視図、 第４図はエンジン回転数及び吸気管圧力の組み合せに対
するバルブタイミングの要求特性を示す線図、 第５図は制御回路のブロック図、 第６図は本発明のソフトウェア構成を示すフローチャー
ト図。 １０・・・クランク軸、１８・・・カム軸、２４．２５
・・・バルブ、３４・・・可変パルプタイミング機構、
３６・・・アウタスリーブ、３８・・・インナスリーブ
、４０．４２・・・スリット、４４．４６・・・ローラ
ベアリング、５０・・・ステップモータ、６０・・・制
御回路、６２・・・圧力センサ、６４・・・回転数セン
サ、６６・・・水温センサ。 （１５） 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 カム軸と同軸に設けられかつクランク軸に連結される回
   転被駆動部材とカム軸とに夫々連結される相互に同軸の
   内側及び外側のスリーブ部材、該スリーブに相互に交差
   するように形成される一対のスリット、 該スリット内に位置するベアリング、 カム軸の方向に沿って往拶移動可能にベアリングを担持
   する移動部材、 ステップモータとしての回転駆動部材、ステップモータ
   からの回転運動を移動部材の直線運動に変換する回転運
   動が直線運動変換手段、機関のアイドル運転時か否かを
   検知する手段、アイドル時以外を検知したときは、エン
   ジン運転状態に応じたバルブタイミングが得られるよう
   にステップモータへの駆動信号を形成する手段、アイド
   ル時と判定したときは、成る一つの固定＋７）　／Ｊル
   ブタイミングが得られるようにステ、デモータへの駆動
   信号を形成する手段、 より成る内燃機関のバルブタイミング制御装置。