JPS62121817A - 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り７Ｆ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へラドカム型の例であり、ロッカ
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
ロフィルに応じて揺動し、吸気弁２を弁ばね；３に抗し
て押しｒ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−４６Ａ）をブラケッ
ト７（シリング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の揺動支点を可変文人
り：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、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ＬＤで示す艮い開弁時間と高
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、ロッカーアーム背面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、ｆｊＳｉｏ図のＬＡ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ップモータ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。

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とスロットル弁開度センサ１８にて検出され
るスロットル弁開度ｅに応じて運転域Ａ−Ｄ（アイドル
域Ａ、低速域Ｂ、中速域Ｃ９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ＬＡ−ＬＤ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ボテンシ
シメータ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ィードバッ
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
として煩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
となっており、その中にたとえば、排気還流（以下「Ｅ
ＧＲＪ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１ΣＧＲ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’）ＮＯｘ排出量を少な（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
れだけコストアップとなるが、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〃スを多くする、いわゆる内
部Ｅ　Ｇ　Ｒ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Ｅ　ａ　Ｆ＜通路等
の外部ＥＧＲ用部分を必要としないので、コストアップ
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） ｔＪ＆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槻構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ｆｉｖ！２
０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（ｉ！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撹作址を駆動手段２１
に出力する制御手段２６とから構成される。なお、運転
状！！！！（たとえば機関回転数と絞り弁開度）は運転
状態検出手ｐ′ｉ２２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ｔｒＩ別したときに９７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．実用域目標位置設定
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っても構成す
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
よりも大きなパルプ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。

パルプオーバーラツプが大きくなると、吸気系への排気
ブスの逆流により大量の残留が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、
３５は駆動手段としてのステップモータ、４１はステッ
プモータダ３５の駆動回路、３６は位置検出手段として
のポテンショメータ、３７は回転数センサ、３８は絞り
弁開度センサである。

吸排気弁り７Ｆ可変機構２０のカム制御軸を目標位置に
フィードバック制御するフントロールユニット４０はポ
テンショメータ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、ＩＪ７ト制御カムに中速域よりも大
さ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ｆｌＩ別したと
きにリフト特性を中速域よりも大きなり７Ｆ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の局面には、ｆ５３図に示すように、４つのカム面
８Ａ〜８Ｄ（アイドル域用カム面８Ａ、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
格子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ＬＥは第４図に示
すように、Ｌｃよりも大きなリフト特性となり、この結
果排気弁とのパルプオーバーラツプがＬｃよりも広くな
る。

次に、運転状態から実用域をｔｑ別し、実用域を１゛り
別したときにリフト特性をＬＥ　とするようにカム制御
軸の目標位置を設定する眠記はコントロールユニット４
０にて果たされる。

そこで、コントロールユニッ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、コントロールユニット
４０は主に中火演算装置（ｃ　ｐ　ｕ　）４２、メモリ
（ＲＡＭ）４：ｑ、メモリ（Ｉ？ＯＭ）４４゜入出力回
路（Ｉｌｏ）４５を有するマイクロコンピュータから構
成すればよい。数字は各ステップを示す。

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図は磯関回転数Ｎとスロットル弁開度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Ｃ７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、＠述した第４図のリフ
ト特性り、が得られるように、ｆｆｉ　５図の５２にて
カム制御軸の実用域目標位置ｅＥを定めるのである。な
お、この位置ｅＥは第７図に示すように、中速域目標位
置θＣと高速域目標位置θ。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
域にになると、それまでリフト特性が中速域のリフト特
性Ｌｃや低速域のリフト特性り。

にあったところが、これらのＬｃ、Ｌｕよりも大きいリ
フト特性ＬＥ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Ｎ
Ｏｘの排出量を低減するが、この場合、ＥＧＲ通路やＥ
ＧＲ弁等の外部Ｅ　Ｇ　Ｒ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〜１）に応じたカム制御軸の目＋フ位置ｅＡ
−ｅｒ１が設定され、５３〜５６では先願と同様、第７
図のポテンショメータ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ィードバッ
ク制御が行なわれる。

なお、駆動手段は、第２図に示したステップモータ３５
に限定されるものでなく、ＤＣモータであっても構わな
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Ｉ弾性部材を介して連結される
カム制御軸とを有し、弾性部材に替えられる弾性エネル
押により回りＪするリフト制御カムの段階的変化に応じ
て９７ト特性を可変とする吸排気弁リフト町変磯構と、
カム制御軸を回動する駆動手段と、機関運転状態に応じ
て連；１云域を１す別する運転域１゛す別手段と、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１、二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ａｎ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ら大きなり７Ｆ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ｉ或判別手段と、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１没定手段と
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
Ｅ　ａ　Ｒ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Ｅ　Ｇ　Ｒ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１１ｑ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ック構成図、！
ｊＳ３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ット内で行なわ
れる動作を説明する流れ図、１６図はこの実施例による
各運転域を説明する説明図、ｆ５７図はこの実施例のポ
テンショメータの出力特性図である。 ｆ５８図は先願の吸排気弁す７Ｆ可変磯横の縦断面図、
第９図は同じく平面図、第１（）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・・・ロッカーアーム、４Ａ・・・ロッカーアー
ム背面、６・・・レバー、８・・・リフト制御カム、８
Ａ・・・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
可変代構、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・・・ステップモータ、３６・・
・ポテンショメータ、３７・・・回転センサ、３８・・
・スロットル弁開度センサ、４０・・・コントロール二
二ツ）、４１・・・駆動ｌｉｄ路、４２・・・中央演算
装置、４３．４４・・・メモリ、４５・・・入出力回路
。 特許出願人　日産自動車株式会社 第３図 第４図 フランツ角（０） ↑ 幸。 七ド　＋：ｔトハ、へｍ＼−ト月ｇ 本ト 第１０図 第１１図 機関回転殻Ｎ　（ｒｐｍ）

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。