JPS631728A - 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または弁リフト量あるい
はこれらの双方を運転条件に応じて可変ｆｆｉ！Ｉ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晴朗及び弁す７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４図
、第５図に示すようなものがある（特開昭６０−２６１
０９号参照）。

図示のものはオーバーヘン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
押し下げるのであるが、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−′４１６　Ａ　）をブ
ラケ２ドア（シリングヘッドに固設される）に支７α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ットである。

すなわち、９７Ｆ制御カム８の局面にはその軸芯からの
距離が相違する６つの格子らなカム面８Ａ〜８Ｆが形成
されており、たとえば、カム面８Ｆ（軸芯からの距離が
最も長いカム面である。）に支持される図示状態では、
口・ｚカアーム背面４ＡがＸ１点から左方に転がり接触
をしつつ４ｆｉ　勤するが、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、ｆ：ｔＳ７図のり
、で示す長い開弁時間を持ち、かつ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
カム面である。）によれば、レバー６が図示状態から上
方１こ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と転がり接触する装置が、今度はＸａが
ら転がることとなる。

すなわち転がり接触する装置が図中右方にずれ、揺動支
点と弁頭２Ａまでの距離が短くなるので、第７図のＬＡ
で示す短い開弁時間と低い弁リフト量とを有するリフト
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
泪しないカム１のベースサークル域で、ＩＪ７ト制御カ
ム８が所定のカム面８八〜８Ｆへと駆動される。

このカム制御軸１１の駆動手段には、ステップモータ等
の７２チユエータ１５が使用され、アクチュエータ１５
はコントロールユニツ）２５＋こおいて運転状態に応じ
て求められた目標装置となるようにカム制御軸１１を所
定角度回動する。なお、アクチュエータ１５の右回転に
より１７７　）が大きくなるようにしてあり、以下の説
明の便宜上リフトを大きくすることを９７トアツプ、逆
にリフトを小さくすることをリフトグウンと称す。

次に、コントロールユニット２５にて実行されるＩＪ７
トアツプやリフトダウンの制御（リフト制御）の動作内
容を第１０図の流れ図に基づいて説明すると、リフト制
御は運転状態の判別（ステップ４１〜５０）、目標装置
の設定（ステップ５１〜５５）並びに目標装置への駆動
制御（ステップ５６〜７０）とに大きく分かれ、下記の
運転状態に応じて設定される７ラグ（Ｆｐｏｓ）の値（
目標位１ｉりとカム制御軸１１の実際装置を示すフラグ
（Ｖｐｏｓ）の値とが下表のように対応するように、ア
クチエエータ１５が駆動される。

ここに、７ラグＦ　ｐｏｓの値１〜４は基本的には機関
回転数ＮＥと絞り弁開度Ｃ■とに応じて第６図に示すよ
うに設定される。また、７ラグＶ　ｐｏｓの値１〜６は
ｖＪ８図に示すカム制御軸の各回転装置θ１〜θ６（ｅ
１〜θ６の順にカム面８Ｆ〜８Ａが対応する。）に応じ
て出力されるボンテンシミメータ出力値（カム制御軸の
実際装置）をデジタル値に変換した値である。

すなわち、Ｆ　ｐｏｓの値とＶ　ｐｏｓの値とが上表の
ように対応しない場合には対応するまでアクチエータ１
５が駆動される（ステップ５６〜６９）。なお、７ラグ
Ｆｔｈの値にてリフトアツプであるがリフトダウンであ
るかを判別し、７クチユータ１５を右回転しくリフト７
ツプ）、あるいは左回転している（リフトダウン）。

なお、上表に記す運転状！！！Ｉ〜■の検出には、第９
図に示すように、各種のセンサＭ１７〜２１（回転数セ
ンサ１７．絞り弁開度センサ１８．ニュートラルスイッ
チ２０．クラッチスイッチ２１）が設けられており、コ
ントロールユニツ）　２５　テハこれら検出信号に基づ
いて駆動回路２３を介し７クチユエータ１５を駆動制御
するものである。

また、４つの運転状態Ｉ〜■に対しては４つのカム面で
足りるが、アイドル状態Ｉと発進藻体状態■とで大きく
リフトが変わる場合には、−気にＩＪ７トを変化させる
のではなく、段階的に変化させることにより、衝撃を防
ぐことができる。このため、Ｖ　ｐｏｓの値が２，３で
ある場合のリフトは使われていない。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このような装置では吸排気弁リフト可変ｆｉ
ｖｔの負荷トルクと７クチユエータ（駆動手段）の駆動
トルクとのマツチングは常用される運転状態をめざして
行なわれるので、常用運転状態を外れると、負荷トルク
と駆動トルクとのマツチングも外れ、１Ｊ７ト可変＠構
を正常に作動することができなくなる運転状態が生じる
。

たとえば、ＩＪ７ト可変機構の潤滑に使用される油の粘
度は機関温度に依存するので、粘度に応じて大きくなる
負荷トルクが７クチユエータの駆動トルクを上回るほど
の極低温時になると、もはやす７ト可変機構を駆動する
ことができな（なる。

また、アクチエエータの駆動トルクを決定する電源電圧
が異常に低下した場合には、この駆動トルクがリフト可
変機構の負荷トルクを下回ることになり、同じ＜　１７
７　）可変機構を駆動することができなくなる。

一力、動弁８２構には機関を安全に運転することのでき
る回転数領域（安全運転領域）があり、弁す７トに応じ
て変化する。これは、弁す７トに応じて変化する弁ばね
３の取り付は荷重やぼね定数で定まる所定の回転数を越
えると、もはやカムプロフィルに従って吸気弁２を閉じ
ておくことができず、吸気弁２にバウンスを生じて弁閉
時期が設計値と大幅に狂うことになるからである。機関
回転数ＮＥと弁リフトに対する安全運転領域を第１１図
に示すと、危険運転領域との境界の回転数は弁す７トが
Ｌｌにあるときが最も小さくなっている。

したがって、ＩＪ７ト制御を行うことができない運転状
態が生じるのであるから、機関が危険運転領域で運転さ
れることがないように予め対策を講じておかなければな
らない。たとえば、同図において機関を安全運転領域内
で運転させるには、す７ト制御に先立ってリフト制御を
行うことができる運転状態であるかどうかを判別し、リ
フト制御を行うことができない運転状態であることを判
別したときには機関回転数がＮ１を越えることがないよ
うに許容される回転数の上限値を制限しておけば、弁リ
フトが制御不能によりいずれに固定されるにせよ、機関
が危険運転領域に入って運転されることを避けることが
できる。

この発明はこのような従来例の問題点に着目してなされ
たもので、リフト制御に先立ってリフト制御を行うこと
ができる運転状態であるかどうかを判別し、リフト制御
を行うことができない運転状態であることを判別したと
きにはリフト制御を停止し、同じく機関回転数を制限す
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） この発明では、第１図に示すように構成した。

従来例で構成される部分を先に説明すると、８０が吸排
気弁のり７Ｆ特性を可変とする機構であり、このリフト
可変８！構８０を制御対象とする制御系は、該機構８０
と、この機構８０を駆動する手段８１と、実際のリフト
装置を検出する手段８３と、検出された実際のリフト装
置が運転状態に応じた目標リフト装置となるように前記
駆動手段８１を駆動制御する手段８４とから構成される
。

なお、前記運転状態（たとえば機関回転数と絞り弁開度
）は運転状態を検出する手段８２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、電源電圧または機関温度信号
に基づき前記制御手段８４のリフト制御を正常に行うこ
とができる運転状態であるかどうかを予め判別する手段
８７と、正常にリフト制御を行うことができない運転状
態であることをｆｑ別したときはリフト制御を停止する
手段８８と、同じく該運転状態であると判別したときに
機関回転数を１１１１限する手段８９とを設けた。

なお、８５は電源電圧を検出する手段、８６は機関温度
を検出する手段である。

（作用） このように構成すると、１１７ト可変８！枯の負荷トル
クとアクチュエータの駆動トルクとの相対的なバランス
が崩れてリフト制御を行うことができない運転状態は電
源電圧が異常に低下している場合や極低温時であり、こ
のような状態が電源電圧信号や機関温度信号に基づいて
判別され、この場合にはリフト制御が停止されるととも
に機関の回転数５！制限される。

このため、リフト制御を行うことができないために弁リ
フトがいずれかに固定され、こうした状態で機関回転数
が上昇しようと、危険運転領域に入って機関が運転され
ることがないように機関回転数が制限されるので、これ
により安全運転を行わせることができる。

以下実施例を用いて説明する。

（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あり、
先に従来例と同様の部分から説明すると、１５は吸排気
弁リフト可変機構のカム制御軸を回転駆動するアクチエ
ータ（たとえばＤＣモータ）、２３はアクチエータ２１
の駆動回路である。

また、センサ類にはカム制御軸の実際装置を検出するボ
テンシ１メータ１９、機関回転数ＮＥを検出する回転数
センサ１７、絞り弁開度ＣＶを検出する絞り弁開度セン
サ１８・ニュートラルスイッチ２０、クラッチスイッチ
２１があり、これらセンサ類からの信号はコントロール
ユニット２５に入力される。２２はＡ／Ｄ変換器である
。

コントロールユニット２５はカム制御軸の実際装置が運
転状態に応じて設定される目標装置となるように７クチ
ユータ１５を駆動制御する。これは従来例でも実行され
ているところであり、先にこの駆動制御、すなわち目標
装置へのリフト制御について第３図ＣＢ）に基づき概説
すると、運転状態の検出信号から運転状態を判別しくス
テップ４１〜５０）、判別した運転状態に最適なリフト
を指示する７ラグＦ　ｐｏｓを立て（ステップ５１〜５
５）、カム制御軸の実際装置を示す７ラグＶ　ｐｏｓの
値ｋ　Ｆ　ｐｏｓの値とが前述の表のように対応しない
場合には対応するまでアクチュエータ１５を右回転ある
いは左回転させる（ステップ５６〜７０）。ここに、ス
テップ４１〜５０は運転状態判別手段、ステップ５１〜
５５は目標装置設定手段、ステップ５６〜７０は駆動制
御手段として機能する部分であり、これら手段は全体と
して第１図に示す手段８４を構成する。

なお、最近はこうした場合、コントロールユニット２５
を第２　図ニ示ｔ　ヨウＩ：　ＲＯＭ　２６　、　ＲＡ
　Ｍ２７、入出力ボート２８．クロック２９．ＣＰＵ３
１からなるマイクロコンピュータにて構成することが多
く、ｔｌＳ３図（Ｂ）に示す流れ図もＣＰＵ３１内で実
行される動作を表すものである。

次１こ、この発明の特徴部分は、電源電圧または機関温
度信号に基づきリフト制御を正常に行うことができる運
転状態であるかどうかを判別し、正常に゛す７ト制御を
行うことができない運転状態であることを判別したとき
はす７ト制御を停止するとともに８１関回転数を制限す
るようにしたことである。

すなわち、第３図（Ｂ）のステップに先立って実行され
る第３図（Ａ）のステップ１０１〜１０７を新たに設け
た。慌がこの発明の特徴部分であり、ステップ１０１．
１０２が第１図の手段８７の機能に、ステップ１０３，
１０４が同図の手段８８の機能に、ステップ１０３，１
０５が同図の手段８９の機能にそれぞれ相当する。

まず、１１７ト制御を正常に行うことができるかどうか
は電源電圧Ｖｏまたは機関温度Ｔｗとこれらの基準値Ｖ
ａ（１，７ｗ６との比較にて判別される。

すなわち、９７ト制御を正常に行うことができない場合
とはリフト可変ｆｉ構の負荷トルクと７クチユエータの
駆動トルクとの相対的なバランスが崩れる場合であり、
具体的には駆動トルクが負荷トルクを下回る場合と逆に
負荷トルクが駆動トルクを上回る場合とがある。前者は
アクチュエータの駆動トルクを決定する電源電圧Ｖｅの
異常な低下により駆動トルクが負荷トルクを下回る場合
に発生し、後者は機関温度Ｔｗの異常な低下により機関
温度に依存する油粘度が増大し駆動トルクが十分でもそ
れ以上に負荷トルクが大きくなる場合に発生する。

このため、Ｖａ≦ＶＢＯまたはＴｗ≦Ｔｌ１ＩＯである
と正常にリフト制御を行うことができない状態であると
判別される（ステップ１０１，１０２）。

なお、電源電圧Ｖａを検出するセンサ３２と機関温度Ｔ
ｗを検出するセンサ３３とが第２図に示すように設けら
れる。たとえば、電源電圧信号には制御回路３５内の電
圧信号が、また機関温度信号には油温あるいは冷却水温
が使用される。なお、簡便にはいずれか一方のみの検出
でも構わない。

そして、正常にリフト制御を行うことができない運転状
態であることが判別されたときにはＥＭ倍信号す７ト制
御不可信号）を出力し、アクチュエータ１５の駆動を停
止させる（ステップ１０３，１０４）、これによりなと
えリフト制御を行ってもリフトを変えることはできない
のだから、以後のリフト制御が停止される。

また、’７７）制御を停止するのであるから、危険運転
領域で機関が運転される可能性が生じるので、これを回
避するため、機関回転数の制限を行う（ステップ１０３
，１０５）、この例ではｔｌＳ１１図に示す危険運転領
域との境界の回転数のうち最低の回転数Ｎｌを越えるこ
とがないように、燃料供給量を制限する制御を行わせる
。すなわち、第２図における３５は燃料供給量の制御回
路であり、ＥＭ倍信号出力されると、機関回転数の上限
値をＮ１としてこの範囲内で燃料供給量の制御を行うの
である。

なお、第１１図に示すように、弁リフトに応じて危険運
転領域との境界の回転数が変わるので、ＩＩＩ　１１不
能を判別した状態における弁リフトを判別し、この弁９
７Ｆに応じて機関回転数の上限値を変えるようにすれば
、運転領域を広く確保しておくことができる。＊た、回
転数を制限するには、燃料カット、点火信号のカット等
の方法であってもよい、要は危険運転領域に入ってまで
運転されることがないように、回転数の上限値を低下さ
せることができればよい。

したがって、このように構成された場合の作用を説明す
ると、たとえば始動直後において電源電圧■８が異常に
低下しておりあるいは寒冷地のために、機関温度が異常
に低下しでいる等正常にリフト制御を行うことができな
い運転状態においては、１７７　トが１つの装置（たと
えばＬｌの装置）に固定され、このような場合において
運転状態の変化により回転数が上昇して危険運転領域に
入ることも考えられる。

これに対して、この実施例では、１Ｊ７ト制御に入るの
に先立って、電源電圧Ｖａまたは機関温度Ｔｗがそれぞ
れの基準値ＶＢｏ＋Ｔｗ（１と比較され、Ｖｅ≦ＶＢＯ
またはＴｗ≦Ｔｌｌ１ｏである場合には、たとえリフト
制御に入ってもリフトを変えることはできず、したがっ
て正常に９７ト制御を行うことができない場合であると
判別され、これによりアクチュエータ１５の駆動が停止
され、かつ機関回転数がＮ１を越えないように機関に供
給される燃料量が制限される（ステップ１０１〜１０５
）。

すなわち、リフト可変機構やアクチュエータ自体に′Ａ
常はなくとも、見掛は上リフト制御が不可能になる状態
が有り得るのであり、このような状態です７ト制御を開
始しても運転状態に応じてリフトを可変制御することは
できず、したがってリフト制御に入るまでもなく制御を
停止して機関の安全運転を確保するのである。

そして、運転の！１続によｒ）電源電圧ＶａがＶ２Ｏを
越えるほどに回復し、がっｌ１１ｍが行なわれＴ誓がＴ
ｗｏを越えた後は、ＥＭ倍信号解除される（ステップ１
０１，１０２，１０６）、これに上り機関回転数の制限
が解除され、リフト制御が開始される（ステ・ンプ１０
７．４１以降）、リフト制御は運転状態に応じて設定し
た７ラグＦ　ｐｏｓの値と実際のカム制御軸装置を示す
７ラグＶ　ｐｏｓの値とを上表に示すように対応させる
制御であり、Ｆ　ｐｏｓとＶ　ｐｏｓの値が上表に示す
対応関係となるまで従来例と同様にアクチュエータが駆
動され（ステップ４１〜７０）、これにより低速域にお
ける機関安定性の改良と高速域における出力の向上を図
ることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明では電源電圧または機関
温度信号に基づきリフト制御を正常に行うことができる
運転状態であるがどうかを判別し、正常にリフト制御を
行うことができない運転状態であることを判別したとき
はリフト制御を停止するとともに機関回転数を制限する
ようにしたので、９７ト制御ができない運転状態におい
て危険運転領域で機関が運転されることがなく、これに
より機関を安全に運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の概念構成図、第２図はこの発明の一
実施例のブロック構成図、第３図（Ａ　）。 第３図（Ｂ）はそれぞれこの実施例の動作内容を説明す
る流れ図である。 第４図は従来例の吸排気弁リフト可変機構の縦断面図、
第５図は同じく平面図、第６図は同じく機関回転数と絞
り弁開度との関係から各運転域を説明する線図、ｆ：ｔ
Ｓ７図は同じくリフト特性を示す線図、第８図は同じく
ポテンショメータの出力特性を示す線図である。 第９図は従来例におけるプロ・ンク構成図、第１０図は
同じく従来例における作用を説明する流れ図、第１１図
は機関回転数と弁す７トに対する安全運転領域を示す線
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１制御カム、
８Ａ〜８Ｆ・・・カム面、１０・・・コイルばね、１１
・・・カム制御軸、１５・・・アクチュエータ、１７・
・・回転数センサ、１８・・・絞り弁開度センサ、１９
・・・ポテンショメータ、２０・・・ニュートラルスイ
ッチ、２１・・・クラッチスイッチ、２２・・・Ａ／Ｄ
変換器、２３・・・駆動回路、２５・・・コントロール
ユニット、２６・・・ＲＯＭ、２７・・・ＲＡＭ、２８
・・・Ｉ１０ボート、２９・・・クロック、３１・・・
ＣＰＵ、３５・・・燃料供給量の制御回路、８０・・・
吸排気弁リフト可変機構、８１・・・駆動手段、８２・
・・運転状態検出手段、８３・・・装置検出手段、８４
・・・制御手段、８５・・・電源電圧検出手段、８６・
・・機関温度検出手段、８７・・・判別手段、８８・・
・制御停止手段、８９・・・回転数制限手段。 特許出願人　　　　日産自動車株式会社第２図 ２！５ 第４図 第５図 第６図 第７図 クランク％ｌ／’ノ　　　　− 第８図 力Ａｔ、’Ｉ御軸の回転角 御名回転 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸排気弁のリフト特性を可変とする機構と、このリフト
   可変機構を駆動する手段と、実際のリフト装置を検出す
   る手段と、検出された実際のリフト装置が運転状態に応
   じた目標リフト装置となるように前記駆動手段を駆動制
   御する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、電源電圧または機関温度信号に基づき前記
   制御手段のリフト制御を正常に行うことができる運転状
   態であるかどうかを判別する手段と、正常にリフト制御
   を行うことができない運転状態であることを判別したと
   きはリフト制御を停止する手段と、同じく該運転状態で
   あると判別したときに機関回転数を制限する手段とを設
   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。