JPH0472968B2 - - Google Patents

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。

可変バルブタイミング機構としては種々のタイ
プのものがあるが例えば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プーリ側の
アウタスリーブとに近接する一対のスリツトを設
けたものがある。その一対のスリツトは相互に傾
斜する方向に延びそのスリツ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一直線運動
変換手段を介し前記移動体に連結される。制御回
路によつて制御されるモータの回転方向に応じて
交差スリツ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段階に変化する。

可変バルブタイミング機構を備えている場合、
バルブタイミングは一定ではなくエンジンの運転
状態によつて変化するべきものである。即ち、可
変バルブタイミング機構は制御回路からの制御信
号を受けるステツプモータ等の電気式駆動手段を
備えており、制御回路からのバルブタイミング制
御信号によりステツプモータは所期のバルブタイ
ミングへの制御を行う。始動時については始動性
を良好にするため最適のバルブタイミングがあ
り、始動時にこのバルブタイミングになつていな
い場合は制御回路は始動に最適なバルブタイミン
グを得るべくステツプモータへの駆動信号を印加
する。ところが始動時にはスタータが回るときが
あり、スタータの電気的負荷は著しく大きいため
バルブタイミングの制御のためのステツプモータ
の駆動付加にスタータの付加が重畳されると、バ
ツテリの電力不足によつて誤動作が発生するおそ
れがある。本発明はこの欠点を解消することを目
的とするものである。

本発明の内燃機関のバルブタイミング制御装置
は、可変バルブタイミング機構と、制御回路とよ
り成り、 可変バルブタイミング機構は、制御回路からの
制御信号を受ける電気式駆動手段と、該電気式駆
動手段に連結され、カム軸の軸線と平行な方向の
直線運動を得る伝動手段と、該伝動手段に連結さ
れかつカム軸と同軸に回転可能に設けられて、ク
ランク軸に連結される回転被駆動部材の、カム軸
に対する相対角度位置としてのバルブタイミング
を制御する相対角度制御手段とより成り、前記制
御回路からの制御信号に応じて前記電気式駆動手
段は前記伝動手段を介し前記相対角度制御手段に
よるバルブタイミングを多段階に制御し、 前記制御回路は、 前記電気式駆動手段に供給される、エンジンの
運転条件に応じたバルブタイミングを得るための
制御信号を形成する手段と、 電気式駆動手段が作動しているか否かを検知す
る手段と、 エンジンが回転しているか否かを検知する手段
と、 前記電気式駆動手段がバルブタイミングを制御
するため作動中でかつエンジンが回転していない
ときスタータの作動を禁止する手段とより成る、
ことを特徴とする。

本発明によれは、バルブタイミングを変更する
ように制御してない場合はスタータはその本来の
作動を行うことが許容される。一方、バルブタイ
ミングを変更制御している場合はスタータはその
作動を禁止され、バルブタイミングの制御が終了
スタータは作動することが許容される。

以下添付図面によつて説明すると、１はシリン
ダブロツク、２はシリンダヘツド、３はシリンダ
ヘツドカバー、４は吸気管、６はスロツトル弁、
８は排気管である。１０はクランク軸でコネクテ
イングロツド１２を介してピストン１４に連結さ
れる。カム軸１８上にカム２０が形成され、カム
２０はロツカアーム２２，２３を介して吸気弁２
４、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の一端に回転被駆動部材と
してのタイミングプーリ２８が相対回転可能に位
置し、タイミングベルト３０を介してクランク軸
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とは本発明に係る可
変バルブタイミング機構３４によつて連結され
る。

可変バルブタイミング機構３４は第２図にその
構成が示される。可変バルブタイミング機構３４
は、本発明によれば、後述の制御回路６０からの
制御信号を受ける電気式駆動手段と、該電気式駆
動手段に連結され、カム軸の軸線と平行な方向の
直線運動を得る伝動手段と、該伝動手段に連結さ
れかつカム軸と同軸に回転可能に設けられて、ク
ランク軸に連結される回転被駆動部材（実施例で
はタイミングプーリ２８）の、カム軸に対する相
対角度位置としてのバルブタイミングを制御する
相対角度制御手段とより成る。まず、相対角度制
御手段について説明すると、カム軸１８の一端に
インナスリーブ３６がボルト３７によつて固設さ
れる。前記のタイミングプーリ２８はこのインナ
スリープ３６上に軸受３９によつて取付けられ
る。タイミングプーリ２８のボス部からはインナ
スリーブ３６と同軸となるようにアウタスリープ
３８が一体に延びている。インナスリープ３６と
アウタスリープ３８とは近接するスリツト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。スリツト４０及び４
２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
に沿つ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。
以上の実施例では、インナスリーブ３６、ボルト
３７、軸受３９、アウタスリーブ３８、スリツト
４０，４２、ベアリング４４，４６、及び移動体
４８が本発明の相対角度制御手段を構成する。

５０は電気式駆動手段としてのステツプモータ
であり、伝動手段を介して移動体４８に連結され
る。伝動手段はいわゆるリサーキユレーテイング
ボールねじとして構成される。即ち、モータ５０
の出力軸５０′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、ボール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
ングから延びるガイド棒５１はナツト５２に形成
されるカム軸方向ガイド溝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５０′
の回転運動がナツト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
５５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。

５６はケースであり一端でボルト５７によつて
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５８によつてモータハウジングに回
転自在に連結される。５９はタイミングベルトカ
バーであり、本発明の可変バルブタイミング機構
３４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１０の回転はタイミングプーリ３
２、タイミングベルト３０を介してタイミングプ
ーリ２８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
ツト４２内に位置するローラベアリング４６を介
して、軸部４８′に伝えられる。軸部４８′の回転
は、スリツト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ツカアーム２２，２３を介
してバルブ２４，２５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。

ステツプモータ５０が駆動されると、その出力
軸５０′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４４
及び４６も同方向に夫々のスリツト４０及び４２
内を動く。スリツト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、第３図のＣ又は
Ｄ方向における相対回転に変換される。従つて、
被駆動側であるインナスリーブ３６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１０
に対する位相は変化する。そのため、バルブ２
４，２５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ツプ
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ツプモータの回転
角度を換え、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、
例えば水温THW等で定まり、ステツプモータ５
０はこれらの運転条件に応じたバルブタイミング
となるように制御される。しかし、始動時スター
タを回すときもこの制御を行うとスタータで食わ
れる電流が大きいため脱調が生ずる可能性があ
る。そこで本発明ではステツプモータのオンオフ
を検知し、ステツプモータの作動中はスタータの
作動を禁止するような仕組みとしている。以下、
このように本発明の作動を実現する構成について
説明する。

６０は可変バルブタイミング機構３４を駆動す
ることにより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ユータとし
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Pb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。また水温センサ６６はシリンダ
ブロツク１のところに設けられ冷却水温を検知す
る。

制御回路６０はこれらのセンサ群６２，６４，
６６からの信号を処理しステツプモータ５０の駆
動信号を形成する。

第４図は制御回路６０の大略をブロツク図とし
て示すものである。入力ポート６８は吸気管圧力
センサ６２、回転数センサ６４及び水温センサ６
６からの信号を受ける。出力ポート７０は、ラツ
チ回路７２、ゲート７４を回してステツプモータ
５０のステータコイルに結線される。ステツプモ
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。ゲート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
ツチ回路７２は、ステツプモータの回転すべき方
向および回転すべきステツプ数をマイクロコンピ
ユ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つて出力
する役目を負う。尚、ステツプモータ５０の詳細
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ないが、もし必要であれ
ば本出願人の出願に係る特願昭56−8147号（特開
昭57−124047号公報参照）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。

９０はイグニツシヨンスイツチであり、始動接
点９０−１とスタータ接点９０−２とを持つ。始
動接点９０−１は入力ポート６８に結線され、ス
タータ接点９０−２はリレー９２の接点９２−１
を介しスタータ９４に結線される。リレー９２の
コイル９２−２は一端で出力ポート７０に結線さ
れ、他端はバツテリＢに至つている。

９４は制御回路の作動コントロール用のリレー
であり、その接点９４−１は入力ポート６８に結
線され、その作動コイル９４−２は出力ポート７
０に結線される。

入出力ポート６８及び７０はバス８０によつて
マイクロコンピユ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ツト８２
（MPU）、リードオンリメモリ８４（ROM）、ラ
ンダムアクセスメモリ８６（RAM）に結線され
る。８８はクロツク信号発生器（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。MPU８２
は、ROM８４のかかる記憶内容に従つて、バル
ブタイミング制御を行う。このプログラムは第５
図にフローチヤートとして示されており、以下こ
のフローチヤートについて順を追つて説明する。

第５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り、１０１ではMPU
はRAM８６の所定エリヤを見てイグニツシヨン
スイツチ９０の接点９０−１がONか否かを判定
する。Yesであれば１０２に行き、同じくRAM
８６の所定エリヤに格納されている、ステツプモ
ータ５０がオンか否かのデータを判定する。
Yes、即ち、ステツプモータの作動中と認識すれ
ば、１０４に行き、エンジン回転数センサ６４に
より検知される回転数Neが０かどうか判定する。
Yesであれば、エンジン停止中と判断し１０６に
行く。MPU８２はリレー９２のコイル９２−２
に至る出力ポートをOFFとしそのためコイル９
２−２に通電されず、接点９２−１は開き、スタ
ータ接点９０−２まで廻してもスタータ９４は駆
動されない。

１０２でステツプモータがオンでないと判定す
ればNoに分岐し、回転数Neが０かどうかの判定
をする。Ne＝０（Yes）であれば、スタータを駆
動しても良いと考え、１０８に行く。MPU８２
はリレー９２のコイル９２−２に至る出力ポート
をONとし、コイル９２−２に通電され、接点９
２−１を閉じ、スタータ９４を駆動することがで
きる。

スタータ９４が回され、機関が始動すると、１
０６の判定はNoとなり、１１０に来ると、前述
したように、各センサからの信号に応じバルブタ
イミングを制御するという通常のステツプモータ
制御が行われる。

その後機関の停止時に、イグニツシヨンスイツ
チはOFFとなる。そのため、Noへの分岐が１０
１で生じ、１２０ではイニシヤライズ処理が行わ
れる。その処理の内容としては、最も遅れ側のバ
ルブタイミングに設定する。イニシヤライズ処理
の終了後、出力ポート７０より、制御リレーのオ
フ命令が出される。このときリレー９４のコイル
９４−２は消磁され、接点９４−１は開く。

以上述べたように本発明ではステツプモータ駆
動時にスタータの作動を禁止することによりバル
ブタイミング制御装置の誤作動を防止することが
できる。

【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図は可変バルブ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図は制御回路のブロツク図、第５図は本発明の
ソフトウエア構成を示すフローチヤート図、 １０……クランク軸、１８……カム軸、２４…
…吸気弁、２５……排気弁、３４……可変バルブ
タイミング機構、３６……インナスリーブ、３８
……アウタスリーブ、４０，４２……スリツト、
４４，４６……ローラベアリング、５０……ステ
ツプモータ、６０……制御回路、６２……圧力セ
ンサ、６４……回転数センサ、６６……水温セン
サ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可変バルブタイミング機構と、制御回路とよ
   り成り、 可変バルブタイミング機構は、制御回路からの
   制御信号を受ける電気式駆動手段と、該電気式駆
   動手段に連結され、カム軸の軸線と平行な方向の
   直線運動を得る伝動手段と、該伝動手段に連結さ
   れかつカム軸と同軸に回転可能に設けられて、ク
   ランク軸に連結される回転被駆動部材の、カム軸
   に対する相対角度位置としてのバルブタイミング
   を制御する相対角度制御手段とより成り、前記制
   御回路からの制御信号に応じて前記電気式駆動手
   段は前記伝動手段を介し前記相対角度制御手段に
   よるバルブタイミングを多段階に制御し、 前記制御回路は、 前記電気式駆動手段に供給される、エンジンの
   運転条件に応じたバルブタイミングを得るための
   信号を形成する手段と、 電気式駆動手段が作動しているか否かを検知す
   る手段と、 エンジンが回転しているか否かを検知する手段
   と、 前記電気式駆動手段がバルブタイミングを制御
   するため作動中でかつエンジンが回転していない
   ときスタータの作動を禁止する手段とより成る、
   ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制
   御装置。