JPH0612227Y2 - 内燃機関のバルブリフト特性切換え制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、自動車等内燃機関のバルブリフト特性切換え
制御装置に係り、詳しくは、吸・排気弁のバルブリフト
特性をエンジン回転数に応じて可変的に制御する装置の
改良に関する。

（従来の技術） 一般に、吸気バルブ閉時期が早いと低中速域において吸
入効率が向上し（第８図IIのトルクカーブ参照）、吸気
バルブ閉時期が遅いと高速域において吸入効率が向上
（同図Ｉのトルクカーブ参照）してトルク向上が図られ
ることが知られている。そこで吸気カムシャフト前部に
油圧制御により、カム位相差を可変に制御できるカムプ
ーリーを取りつけ、エンジン回転、負荷に応じて吸気バ
ルブ閉時期を２段階に切り換える可変バルブタイミング
コントロールシステムを備えたエンジンも既に実用化さ
れている。また、機関のバルブタイミングの中で重要な
もののひとつにバルブオーバラップがあり、例えば機関
の負荷が小さい場合には機関の燃焼安定性を確保し、排
気ガスを減少させるために吸排気弁のバルブオーバラッ
プを相対的に小さくする。また、同じ負荷状態であって
も回転数や燃料噴射パルス幅によってそのバルブオーバ
ラップの最適値が変わってくる。

このようなより高い運転性を目指すために、機関の運転
状態に応じてバルブタイミングを可変的に制御するもの
が開発されており、例えばそのようなものとしては特公
昭６１−１３０８２号公報に記載の装置がある。この装
置では、エンジンの温度を検出する温度センサを設け、
エンジンの冷気時は暖機時よりもリフト量を大きく設定
することにより、エンジン冷機時における吸気負圧を吸
気通路とフロート室との差圧の増大によりノズルからの
燃料を吸気通路に勢い良く噴出するようにして微粒化を
図り、燃料の気化、霧化を促進増大して、エンジン冷機
時の燃焼安定性の向上を図ろうとしている。このよう
に、吸気バルブの閉時期、吸排気バルブのオーバラップ
量やバルブリフト量などのバルブリフト特性をエンジン
回転数に応じて切換え制御するものである。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の内燃機関のバルブリフ
ト特性切換え制御装置にあっては、エンジン回転数が切
換え回転数Ｎ_Ｔに到達したときに、切換え信号をＯＮと
する構成となっていたため、信号ＯＮの時点から、実際
に切換え装置が切り換わるまでのタイムラグ（ソレノイ
ドバルブの応答遅れや油圧制御による応答遅れ等による
切換え装置の作動遅れ）の間にエンジン回転数が変化す
る、例えば加速中においては、目標の切換え回転数Ｎ_Ｔ
とは離れた回転数Ｎ_Ｓが実際の切り換わり点となってし
まい、その結果、第９図のハッチング部分に示すような
トルク低下域が発生するという問題点があった。

（考案の目的） そこで本考案は、バルブリフト特性の切換え期間中にお
けるトルク低下域の発生の防止を目的としている。

（課題を解決するための手段） 本考案による内燃機関のバルブリフト特性切換え制御装
置は、上記目的を達成するため、エンジン回転数Ｎを含
むエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａ
と、エンジンの低速運転状態に適合した第１のバルブリ
フト特性とエンジンの高速運転状態に適合した第２のバ
ルブリフト特性とを所定の信号の出力に応答して切換え
るバルブリフト特性切換え手段ｂと、エンジン回転数Ｎ
の変化率Δｎを演算する変化率演算手段ｃと、運転状態
検出手段の出力に基づいて、前記バルブリフト特性の切
換え作動遅れ時間ｔを推定する作動遅れ時間推定手段ｄ
と、前記変化率演算手段の出力と前記作動遅れ時間推定
手段の出力とに基づいて、切換え開始回転数Ｎｘを演算
する切換え開始回転数演算手段ｅと、エンジン回転数Ｎ
が該切換え開始回転数Ｎｘに一致したときに、前記所定
の信号を出力する信号出力手段ｆと、を備えている。

（作用） 本考案では、エンジン回転数の加速状況と、バルブリフ
ト特性切換え装置の実際の作動遅れ時間とを考慮した早
めのタイミングで、バルブリフト特性切換え装置の切換
え制御が開始され、バルブリフト特性の切換期間中にお
けるトルク低下域の発生が防止される。

（実施例） 以下、本考案を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本考案の一実施例を示す図である。まず、
構成を説明する。第２図において、１はＶ型６気筒エン
ジンであり、吸入空気は図中矢印で示すようにエアクリ
ーナ２より吸気通路３を通してインテークマニホールド
４を介して各気筒に供給され、燃料は噴射信号Ｓｉに基
づいて各気筒に設けられたインジェクタ５により噴射さ
れる。そして、気筒内で燃焼した排気は排気管６を通し
て触媒コンバータ７に導入され、触媒コンバータ７内で
排気中の有害成分を洗浄化してマフラ８を通して外部に
排出される。

各気筒には点火プラグ９が装着されており、点火プラグ
９にはパワトラユニット10を介してイグニッションコイ
ル11からの高圧パルスＰｉが供給される。点火プラグ
９、パワトラユニット10およびイグニッションコイル11
は混合気に点火する点火手段12を構成しており、点火手
段12は点火信号Ｓｐに基づいて高圧パルスＰｉを発生し
て放電させる。そして、気筒内の混合気は高圧パルスＰ
ｉの放電によって着火、爆発し、排気される。

吸入空気の流量Ｑａはホットワイヤ式のエアフローメー
タ13により検出され、吸気通路３の分離通路（コレク
タ）３ａ、３ｂのスロットルチャンバ14、15内の連動す
る絞弁16、17によって制御される。絞弁16の開度ＴＶＯ
は絞弁開度センサ18により検出され、絞弁16、17をバイ
パスする空気流量はＡＡＣバルブ19により調節され、こ
れによりアイドル回転数が所定値にフィードバック制御
される。ＡＡＣバルブ19は補助空気量制御信号Ｓ_Ａに基
づいて駆動される。分離通路３ａと３ｂとの間の連通路
20には可変吸気コントロールバルブ21が設けられてお
り、可変吸気制御信号Ｓ_Ｒに基づいて低速域と高速域と
でバルブの開閉の切換を行う。エンジン１の運転状態が
低速のときは可変吸気コントロールバルブ21が閉じられ
て、左右の分離通路３ａ、３ｂは導通せず、左右のバン
クの吸気通路は独立し、吸気ポートは絞弁16、17から吸
気バルブ22までとなり長いポートから吸入されるため吸
気慣性効果によって吸入効果が高められ低速トルクが向
上する。また、運転状態が高速のときは可変吸気コント
ロールバルブ21が開かれて、分離通路３ａ、３ｂは導通
し、互いに吸気干渉を起こすため実質的にはインテーク
マニホールド４の太く短いポートから吸入されることに
なり吸気抵抗が減少して高出力化が図られる。また、吸
気バルブ22の閉時間は可変バルブタイミングコントロー
ルバルブ（バルブリフト特性切換え手段）23による油圧
制御によりカム位相を可変制御することにより行われ、
高負荷、高回転時には吸気バルブ22閉時期を遅らせて吸
入効率を高め、低・中速域の低負荷時には同吸気バルブ
22の閉時期を早くして燃費の向上を図る。可変バルブタ
イミングコントロールバルブ23は可変バルブタイミング
制御信号（発明の要旨に記載の所定の信号に相当；以下
ＶＴＣ切換え信号）Ｓ_Ｄのデューティ値に基づいて油圧
によりカム位相差を変え、バルブタイミングを調整す
る。

また、エンジン１のクランク角はクランク角センサ24に
より検出され、クランク角センサ24は爆発間隔（６気筒
エンジンでは120°、４気筒エンジンでは180°）毎に各
気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）前の所定位置、例えばＢＴ
ＤＣ70°で〔Ｈ〕レベルのパルスとなる基準信号Ｃａを
出力するとともに、クランク角の単位角度（例えば２
°）毎に〔Ｈ〕レベルのパルスとなる単位信号Ｃ_１を出
力する。なお、基準信号Ｃａのパルスを計数することに
より、エンジン回転数Ｎを知ることができる。ウォータ
ジャケットを流れる冷却水の温度Ｔ_Ｗすなわちエンジン
１の温度を水温センサ（温度検出手段）25により検出さ
れ、エンジン１本体の振動Ｖｅはノックセンサ26により
検出される。さらに、排気中の酸素濃度Ｖｓは酸素セン
サ27により検出され、排出ガスの温度は排気温度センサ
28により検出される。排気温度センサ28はスイッチング
モジュール29に接続されており、スイッチングモジュー
ル29は排気温度センサ28の検出出力に基づいて排気温度
警告灯30を点灯する。また、トランスミッション31のニ
ュートラル位置Ｎｃはニュートラルスイッチ32により検
出され、車速ＶＳＰは車速センサ33により検出される。
可変バルブタイミングコントロールバルブ23により油圧
制御される油の温度（油温）Ｔｏは油温センサ34により
検出される。なお、35はキャニスタ、36はフェエルポン
プである。

上記エアフローメータ13、絞弁開度センサ18およびクラ
ンク角センサ24は運転状態検出手段41を構成しており、
運転状態検出手段41、水温センサ25、ノックセンサ26、
酸素センサ27、ニュートラルスイッチ32、車速センサ3
3、油温センサ34および図外のキースイッチ、バッテリ
からの各信号はコントロールユニット42に入力される。
コントロールユニット42は、変化率演算手段、作動遅れ
時間推定手段、切換え開始回転数演算手段および信号出
力手段としての機能を有し、マイクロコンピュータ等に
より構成される。そして、コントロールユニット42は内
部メモリに格納されているプログラムに従ってセンサ情
報に基づいてバルブタイミング制御等エンジンの燃焼制
御に必要な処理値を演算し、その演算結果に応じてイン
ジェクタ５、パワトラユニット10、ＡＡＣバルブ19、可
変吸気コントロールバルブ21、可変バルブタイミングコ
ントロールバルブ23およびフュエルポンプ36を駆動する
各信号Ｓｉ、Ｓｐ、Ｓ_Ｒ、Ｓ_ＤおよびＳ_Ｆを出力してエ
ンジン１の運転状態を最適に制御する。なお、43、44は
モニターチェックランプであり、コントロールユニット
42の故障検出信号に基づいてドライバーおよび整備者に
警報を発する。

次に、作用を説明する。

第３図はバルブタイミング制御のプログラムを示すフロ
ーチャートであり、本プログラムは所定期間（例えば、
10mｓ）毎に一度実行される。まず、Ｐ_１でコントロー
ルユニット42内のＲＯＭに予め設定されているＶＴＣ作
動遅れ時間ｔおよびＶＴＣ切換目標回転数Ｎ_Ｔを読み込
む。ここで、Ｎ_Ｔは第４図に示すように吸気バルブ22の
閉時期が早い場合のトルクカーブIIと閉状態が遅い場合
のトルクカーブＩとが切り換わるときの実切換点を示
し、エンジン回転数Ｎをパラメータとして予め実験等に
より最適な値が設定される。次いで、Ｐ_２でエンジン回
転数Ｎを読み込み、Ｐ_３で水温センサ25から冷却水温Ｔ
_Ｗを読み込む。なお、冷却水温Ｔ_Ｗに代えて油温センサ
34から油温Ｔ_Ｏを読み込むようにしてもよい。次いで、
Ｐ_４で、油圧との間に第６図に示すような相関関係を有
するエンジン回転数Ｎに基づいてＶＴＣ作動遅れ時間ｔ
を補正するための補正係数ｔ_Ｎを演算し、Ｐ_５で油圧と
の間に第７図に示すような相関関係を有する冷却水温Ｔ
_Ｗ（油温Ｔ_Ｏでもよい）に基づいてＶＴＣ作動遅れ時間
ｔを補正するための補正係数ｔ_TWを演算する。

ここで、エンジン油圧は、エンジン回転数Ｎが高まるに
つれて上昇し、ある一定の圧力に到達するとリリーフ弁
が開いて一定値に収まるが、エンジンの温度が上昇する
と、エンジンの各部材が熱膨張して各部の隙間が増大
し、しかも、油温の上昇に伴って油の粘度が低下するか
ら、油の漏れが多くなり、結局、油圧は低下傾向を示す
ことになる。かかる油圧の低下傾向は、エンジン温度や
エンジン冷却水温度、又は油温からほぼ正確に推定する
ことができる。

次いで、Ｐ_６で次式に従ってＶＴＣ作動遅れ時間ｔを
補正し、 ｔ＝ｔ′×ｔ_Ｎ×ｔ_TW…… 但し、ｔ′：補正前の値 （Ｐ_１で読み出したｔの値） Ｐ_７で次式に従ってエンジン回転上昇率Δｎ（エンジ
ン回転数Ｎの変化率に相当）を演算する。

Δｎ＝ΔＮ／Δｔ…… 次いで、Ｐ_８で次式に従って信号切換え回転数Ｎｘを
演算し、 Ｎｘ＝Ｎ_Ｔ−Δｎ×ｔ…… 但し、ｔ：式の答 Ｐ_９でエンジン回転数Ｎが切換え目標回転数Ｎ_Ｔより大
きい（Ｎ＞Ｎ_Ｔ）か否かを判別する。Ｎ＞Ｎ_Ｔのときは
エンジン回転数Ｎが切換目標回転数Ｎ_Ｔを超過しており
既に可変バルブタイミングコントロールバルブ23の切換
は完了していると判断してＰ₁₀で可変バルブタイミング
コントロールバルブ23にＶＴＣオフ信号を出力して今回
の処理を終える。一方、Ｎ≦Ｎ_ＴのときはＰ₁₁でエンジ
ン回転数Ｎが信号切換回転数Ｎｘより大きいか（Ｎ＞Ｎ
ｘか）否かを判別し、Ｎ≦Ｎｘのときはエンジン回転数
Ｎが未だ信号切換回転数ＮｘになっておらずＶＴＣ切換
条件にないと判断してＰ₁₂でＶＴＣオン信号を出力して
可変バルブタイミングコントロールバルブ23の切換は行
わずに処理を終え、Ｎ＞Ｎｘのときはエンジン回転数Ｎ
が信号切換回転数Ｎｘを超えたと判断してＰ₁₀でＶＴＣ
オフ信号を出力して可変バルブタイミングコントロール
バルブ23の切換えを行う。すなわち、Ｐ₁₀に進む場合
は、Ｎ＞Ｎ_Ｔ又はＮ＞Ｎｘの場合であり、Ｎ_Ｔ≧Ｎｘで
あるから、要するに、エンジン回転数Ｎが信号切換え回
転数Ｎｘ（補正後の目標回転数Ｎ_Ｔに相当する）よりも
大きい場合には、Ｐ₁₀で、吸気バルブ22の閉時期を遅く
するように同吸気バルブ22のリフト特性をコントロール
する信号（ＶＴＣオフ信号）を出力する一方、そうでな
い場合には、Ｐ₁₂で、吸気バルブ22の閉時期を早めるよ
うに同吸気バルブ22のリフト特性をコントロールする信
号（ＶＴＣオン信号）を出力することになる。

したがって、第４図に示すように、エンジン回転数の変
化量Δｎに応じてＶＴＣ作動遅れ時間ｔに相当する回転
分が切換目標回転数Ｎ_Ｔよりも早い回転数Ｎｘで切換信
号として出力され、目標回転数Ｎ_Ｔで実切換（回転数Ｎ
ｓ）が行われる。すなわち、第５図に示すようにある回
転数Ｎｏから加速した場合、回転上昇割合（図中では急
加速および緩加速として示す）に応じてＮ_Ｔから所定の
ＶＴＣ作動遅れ時間ｔ分早めに切換えるための切換信号
Ｎ_ＬあるいはＮ_Ｈの回転数が演算され、エンジン回転数
ＮがＬ_ＬあるいはＮ_Ｈになるとこの時点で可変バルブタ
イミングコントロールバルブ23に切換信号Ｓ_Ｄが出力さ
れ、切換動作が行われる。したがって、回転数Ｎｓを実
切換点とすることにより、従来の問題点で指摘したよう
な第９図ハッチング部分に示すトルク低下域を解消する
ことができ、エンジンの性能を格段に向上させることが
できる。さらに、本実施例では、ＶＴＣ作動遅れ時間ｔ
をエンジン回転数Ｎおよび冷却水温Ｔ_Ｗ（あるいは油温
Ｔ_Ｏ）によって補正しているので、ＶＴＣ作動遅れ時間
ｔの算出精度が高く、切換え回転数Ｎｘを最適なものと
することができる。

なお、本実施例ではエンジン回転が上昇する場合（すな
わち、加速時）のＶＴＣ切換を示したが、勿論これには
限定されず、下降する場合（すなわち、減速時）にも適
用できることは言うまでもない。

また、本実施例では吸気弁のバルブタイミングを可変す
る例を示したが、排気弁の場合にも同様の方法でバルブ
タイミングの可変を行うことが可能である。

（考案の効果） 本考案によれば、エンジン回転数の加速状況と、エンジ
ン油圧やエンジン温度等によって変動するバルブリフト
特性切換え装置の実際の作動遅れ時間とを考慮した早め
のタイミングでＶＴＣの切換え制御を開始することがで
き、同切換え制御期間中におけるトルク低下域の発生を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の基本概念図、第２〜７図は本考案の一
実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第３
図はそのバルブタイミング制御のプログラムを示すフロ
ーチャート、第４図はその作動状態を説明するための
図、第５図はその作用を説明するための図、第６図はそ
のエンジン回転数Ｎと油圧との関係を示す図、第７図は
その冷却水温Ｔ_Ｗと油圧との関係を示す図、第８、９図
は従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置の作動状
態を示す図である。 １……エンジン、 23……可変バルブタイミングコントロールバルブ（バル
ブリフト特性切換え手段）、 25……水温センサ（温度検出手段）、 41……運転状態検出手段、 42……コントロールユニット（変化率演算手段、作動遅
れ時間推定手段、時間補正手段、切換え開始回転数演算
手段、信号出力手段）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）エンジン回転数Ｎを含むエンジンの運
   転状態を検出する運転状態検出手段と、 ｂ）エンジンの低速運転状態に適合した第１のバルブリ
   フト特性とエンジンの高速運転状態に適合した第２のバ
   ルブリフト特性とを所定の信号の出力に応答して切換え
   るバルブリフト特性切換え手段と、 ｃ）エンジン回転数Ｎの変化率Δｎを演算する変化率演
   算手段と、 ｄ）運転状態検出手段の出力に基づいて、前記バルブリ
   フト特性の切換え作動遅れ時間ｔを推定する作動遅れ時
   間推定手段と、 ｅ）前記変化率演算手段の出力と前記作動遅れ時間推定
   手段の出力とに基づいて、切換え開始回転数Ｎｘを演算
   する切換え開始回転数演算手段と、 ｆ）エンジン回転数Ｎが該切換え開始回転数Ｎｘに一致
   したときに、前記所定の信号を出力する信号出力手段
   と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のバルブリフト特性
   切換え制御装置。