JP2000179365A - カム位相可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン始動後の進角制御をより適正に行う
ことが可能なカム位相可変装置を提供する。 【解決手段】 カム位相可変装置１０は、クランクシャ
フトと同期回転するスプロケット１１に設けるハウジン
グ１２と、ハウジング１２に対し相対回転可能でカムシ
ャフト２０と同期回転するロータ２１と、油圧アクチュ
エータ５３を構成するベーン４０および遅角油室および
進角油室と、制御手段９０と、温度センサ９１と、エン
ジン運転センサ９２などを有している。制御手段９０
は、エンジン運転センサ９２の出力に基いてコントロー
ルバルブ７０の作動を制御してカム位相を可変制御す
る。この制御手段９０は、エンジン始動後の所定時間内
はカム位相可変制御を中止するように構成され、しかも
温度センサ９１によって検出されるエンジン温度の高さ
に応じて上記所定時間を短くするように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車等の内燃
機関（エンジン）のバルブの開閉タイミングを可変制御
するためのカム位相可変装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃費向上あるいは環境への配慮から、車
両停止時にエンジンが自動停止するように制御される自
動車が提案されている。この種の車両では、エンジンが
再始動する時のクランキングの圧縮反力による振動が問
題となる。この振動を低減するための一手段として、エ
ンジンの吸気バルブの開弁時機をシフトさせることがで
きるカム位相可変装置を用いて、クランキング時に吸気
バルブを最遅角位相に設定し、吸入空気量を減らすこと
が提案されている。この種の車両において、低中速域で
は、上記カム位相可変装置によって、クランキング時や
アイドリング時よりも吸気バルブを進角側にシフトさせ
ることにより、トルクを増大させることが行われる。し
たがってこの車両をエンジン停止状態からフル加速させ
るには、クランキング時の最遅角状態からエンジン点火
後は素早く進角側に変化させる必要がある。

【０００３】上記カム位相可変装置として、例えばベー
ン式のものがある。ベーン式のカム位相可変装置は、カ
ムシャフトと同期回転するスプロケットにハウジングを
固定し、このハウジングの内部に、カムシャフトに固定
されるベーンを相対回転可能に収容したもので、ベーン
とハウジングとの間に遅角油室と進角油室とを形成して
いる。そしてコントロールバルブを介して上記遅角油室
および進角油室に油を供給することにより、ベーンとハ
ウジングとの回転方向の相対位置を変化させ、スプロケ
ットとカムシャフトとの位相をずらして吸気バルブの開
閉タイミングをシフトさせる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしベーン式のカム
位相可変装置は、ベーンで仕切られている遅角油室と進
角油室に油が充満していない状態（空気が入っている状
態）で上記位相制御を行うと、吸気バルブの駆動トルク
変動により空気が圧縮されたり膨張するなどしてベーン
の位相が変化し、所望の進角制御あるいは遅角制御を行
うことができないことが問題である。

【０００５】上記ベーンは、エンジン停止時にロック機
構によって最遅角側に固定されるようになっている。そ
してエンジン停止後は、コントロールバルブのスプール
隙間などから油がリークするなどして遅角油室内に空気
が吸い込まれることから、比較的短時間に油量が減少す
る。このような油挙動はオイル粘度が低いほど早く進行
する。

【０００６】このためエンジン再始動時に遅角油室が油
で満たされていない状態となり、そのまま進角制御を行
ってしまうと、ベーンを所定位置に保持できなくなり、
カムシャフトとスプロケットの位相ばたつきを生じ、失
火の原因となる。また、位相ばたつきによって、ベーン
等の油圧アクチュエータ構成要素に過剰な負荷がかか
り、耐久性に悪影響を与えることにもなる。このため点
火後に素早く進角側に移行させることができず、エンジ
ン停止状態からのフル加速制御などに支障が生じる。こ
のことはベーン式に限らず、ヘリカル式等の油圧を用い
てカム位相可変するものにもあてはまる。

【０００７】さらには、前記コントロールバルブがオイ
ルパン油面よりも高い位置にあると長時間エンジンが停
止していた時に、オイルポンプからコントロールバルブ
に至る供給油路中の油が自重により落ちてしまい、供給
油路に空気が入り込む。このため長時間停車していた車
両では、油温が下がっていることにより粘度が高く、流
動しにくいことから、エンジン始動直後にオイルポンプ
から遅角油室に送られる空気の混入した油が比較的ゆっ
くりと遅角油室に供給され、遅角油室内の空気が排出さ
れにくいことから、前述の問題が助長されてしまう。

【０００８】そこで、エンジン始動後に無条件に所定時
間の間、カム位相制御を中止することも考えられるが、
そのようにすると、例えばハイブリッド車のように短時
間のエンジン停止後にエンジンを再始動し、始動と同時
に高出力が要求される状況においては、上記所定時間は
ベーンが最遅角側に保持されたままとなるため、高出力
が出せずにドライバビリティが悪化してしまう。

【０００９】従って本発明の目的は、位相ばたつきを防
止することができ、かつ、エンジン停止時間が短い時に
はエンジン始動後に進角制御を速やかに行うことが可能
なカム位相可変装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を果たすための
請求項１に記載された本発明では、エンジン温度検出手
段は、エンジン始動時の油温あるいはエンジン冷却水等
の温度を検出し、エンジンの温度に関する電気的な信号
を出力する。エンジンが暖まっていれば、エンジンが停
止していた時間が短く、油が低粘度に維持されていて流
動しやすい状態にあると判断される。エンジン運転状態
検出手段は、エンジンの回転あるいはアクセル開度など
を検出し、エンジンが動いているか否かの情報やエンジ
ンの運転速度などに関する信号を出力する。

【００１１】エンジンコントロールコンピュータ等を利
用する制御手段は、エンジン運転状態検出手段から出力
される電気的な信号に基き、エンジンが動いている間、
コントロールバルブの作動を制御して油圧アクチュエー
タを作動させ、カム位相を可変制御する。この制御手段
は、エンジン始動後の所定時間内は上記カム位相可変制
御を中止し、かつ、上記エンジン温度検出手段によって
検出されるエンジン温度の高さに応じて上記所定時間を
短く設定するように構成されている。すなわちエンジン
温度が高いときには上記所定時間を短縮し（ゼロでもよ
い）、エンジン始動後に速やかにコントロールバルブに
よるカム位相制御を開始できるようにする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の一実施形態の
ベーン式カム位相可変装置について、添付図面を参照し
て説明する。図１に示すベーン式カム位相可変装置１０
は、エンジンのクランクシャフトと同期して回転するス
プロケット１１に設けたハウジング１２を備えている。
スプロケット１１とハウジング１２は、この発明でいう
第１回転部材の一例である。スプロケット１１は、図示
しないタイミングベルトによってクランクシャフトと同
期回転する。

【００１３】ハウジング１２は、その周壁を構成するハ
ウジングブロック１５と、ハウジングブロック１５の前
面を塞ぐ蓋部１６と、蓋部１６に設けたキャップボルト
１７などによって構成されている。このハウジング１２
は、ボルト１８（図２等に示す）によって、スプロケッ
ト１１の円板部１１ａに液密に締結されている。図２に
示すようにハウジング１２の内部には、正面側からみて
十字形のベーン油室を規定する内壁面１２ａが形成され
ている。

【００１４】エンジンの動弁系を構成するカムシャフト
２０の端部に、この発明でいう第２回転部材として機能
するロータ２１が設けられている。ロータ２１は、その
中心部に位置するボルト２２によってカムシャフト２０
の端面に固定され、カムシャフト２０とロータ２１とが
一体に回転するようになっている。すなわちカムシャフ
ト２０とロータ２１は、スプロケット１１とハウジング
１２に対して軸回りに相対回転変位可能であり、後述す
る油圧アクチュエータ５３によって相対回転角を変える
ことができる。

【００１５】カムシャフト２０は、軸受部材２５によっ
てエンジンのシリンダヘッド側に回転自在に支持されて
いる。軸受部材２５に２系統の流通部２６，２７が形成
されている。第１の流通部２６は、カムシャフト２０に
形成された流通孔３０を介して、ロータ２１の遅角油室
用油路３１に連通している。第２の流通部２７は、カム
シャフト２０に形成された流通孔３２とボルト２２に形
成された流通孔３３を介して、ロータ２１の進角油室用
油路３４に連通している。

【００１６】ハウジング１２の内部にベーン４０が収容
されている。図２に示すようにベーン４０は、ロータ２
１の外周側にロータ２１と一体に放射状に形成されてい
る。すなわちこれらのベーン４０はロータ２１の径方向
に延出している。なお図示例のベーン４０は４枚である
が、２枚あるいはそれ以外の枚数でもかまわない。ベー
ン４０の先端部にはハウジング１２の内壁面１２ａとの
間をシールするためのシール材４１が設けられている。

【００１７】図２に示すように、各ベーン４０の時計回
り側の面４０ａとハウジング１２の内壁面１２ａとの間
に、遅角油室５０が形成されている。各ベーン４０の反
時計回り側の面４０ｂとハウジング１２の内壁面１２ａ
との間に、進角油室５１が形成されている。ハウジング
１２とベーン４０は互いに相対回転変位自在であるか
ら、ハウジング１２とベーン４０との相対位置に応じ
て、遅角油室５０と進角油室５１との容積比が変化する
ことになる。

【００１８】上記ベーン４０と遅角油室５０と進角油室
５１などは、この発明で言う第１回転部材（スプロケッ
ト１１など）と第２回転部材（ロータ２１）との相対回
転角を調整するための油圧アクチュエータ５３を構成す
る。

【００１９】このカム位相可変装置１０は、図３および
図４に示すようにロック機構５５を備えている。ロック
機構５５は、ベーン４０に設けたロックピン５６と、ス
プロケット１１に設けたピン嵌合穴５７と、ロック用油
路５８と、ロック解除用油路５９などからなる。ピン嵌
合穴５７は、ベーン４０が最遅角位置まで回動したとき
にロックピン５６の先端が嵌合できる位置に形成されて
いる。

【００２０】ロック用油路５８はロックピン５６の基端
側と遅角油室５０に連通し、遅角油室５０に導入される
油圧により、ロックピン５６をピン嵌合穴５７に向かっ
て押し出すようになっている。ロック解除用油路５９は
ロックピン５６の先端側と進角油室５１に連通し、進角
油室５１に導入される油圧により、ロックピン５６をピ
ン嵌合穴５７から出す方向に移動させることができるよ
うになっている。

【００２１】図１に示すように、この位相可変装置１０
は油圧を発生するための油圧供給源６１を備えている。
油圧供給源６１としては、エンジンの潤滑系に標準装備
されているオイルポンプ等を利用できる。油圧供給源６
１は、その吐出側に接続される供給油路６２と下記コン
トロールバルブ７０を介して、遅角油室５０と進角油室
５１とに接続される。供給油路６２の途中に、エンジン
潤滑部６３への潤滑油路６４が分岐する分岐部６５が設
けられている。

【００２２】油圧供給源６１および分岐部６５の上方
に、オイルコントロールバルブ７０が設けられている。
このコントロールバルブ７０は、分岐部６５よりも高い
位置において供給油路６２に設けられ、後述するエンジ
ン運転センサ９２の出力に基いて、エンジンコントロー
ルコンピュータ等の下記制御手段９０からの指令によっ
てスプール位置を制御するように構成されている。

【００２３】電磁弁の一種であるコントロールバルブ７
０は、例えば制御電流非通電時（デューティ：ゼロ）に
は図１に示す第１ポジションにあって、遅角油室５０は
流通孔３０、流通部２６、第１油路７１を介して油圧供
給源６１と連通する。進角油室５１は、流通孔３２，３
３、流通部２７、第２油路７２を介してドレンタンク７
３、排出油路７４と連通する。また制御電流通電時（デ
ューティ：１００％）にはスプール位置が第２ポジショ
ンに切り替わり、油圧供給源６１とドレンタンク７３、
排出油路７４とが逆になる。そしてスプール中立位置の
とき油路７１，７２を遮断するといった制御が行われ
る。

【００２４】上記供給油路６２は、分岐路６５とコント
ロールバルブ７０との間の流通部８０にチェックバルブ
８１を備えている。このチェックバルブ８１は、コント
ロールバルブ７０側からの油の逆流を阻止するものであ
り、分岐部６５の下流側でかつこの分岐部６５の近傍に
設けられている。従ってチェックバルブ８１からコント
ロールバルブ７０に至る供給油路６２は、その全長がチ
ェックバルブ８１よりも高い位置にある。

【００２５】上記チェックバルブ８１を備えた供給油路
６２を採用したことにより、エンジン停止後に３０分経
過してもベーン油室（遅角油室５０と進角油室５１）に
は約９０％の残油量が確保され、さらに長期間が経過し
てようやく５０％程度の残油量に至る。なお、チェック
バルブ８１を設けない場合には、エンジン停止後に数分
間で２５％ほど油量が急減し、その後は徐々に油量が減
少して数時間で５０％前後の残油量となる。いずれにせ
よ、放置時間が長ければ残油量は減少する。

【００２６】この実施形態のカム位相可変装置１０は、
エンジンコントロールコンピュータ等を利用した制御手
段９０と、エンジン温度を検出するためのエンジン温度
検出手段の一例として機能する温度センサ９１と、エン
ジンの運転状態を検出するためのエンジン運転状態検出
手段として機能するエンジン運転センサ９２を備えてい
る。温度センサ９１は、例えば潤滑油の温度あるいは冷
却水温を検出するものである。エンジン運転センサ９２
は、例えばエンジン回転数あるいはアクセル開度などを
検出することによって、エンジンが動いているか否かを
判断し、かつ、エンジンの運転速度などに関する電気的
な信号を制御手段９０に出力するようになっている。

【００２７】制御手段９０は、エンジン運転センサ９２
の出力に基いてコントロールバルブ７０の作動を制御し
て油圧アクチュエータ５３によりカム位相を可変制御す
る。そしてこの制御手段９０は、エンジン始動後の所定
時間内は、エンジン運転センサ９２の出力に基く前記カ
ム位相制御を中止し、温度センサ９１が検出するエンジ
ン温度の高さに応じて上記所定時間を短縮するようにプ
ログラミングされている。

【００２８】図５は、制御手段９０の機能の一例とし
て、しきい値に基いて前記所定時間を判断する場合を示
している。このフローチャートの機能例では、エンジン
始動時にエンジン潤滑油の油温を検出し、油温が例えば
６０℃のしきい値に達しているか否かを判断する。そし
て油温が上記しきい値（６０℃）に達している場合に、
エンジン停止時間が短いと判断する。

【００２９】言い換えると、エンジン停止時間が短かけ
れば油圧アクチュエータ５３の遅角油室５０に十分な残
油量があると判断され、かつ、油温が高いことにより油
の粘度が低く、流通抵抗が小さいことにより、油圧供給
源６１から遅角油室５０に短時間で油が供給されると判
断することができる。従ってこの場合、前記所定時間を
短縮する（例えばゼロにする）ことにより、エンジン始
動後に直ちにコントロールバルブ７０を作動させて、カ
ム位相進角制御を行うようにしている。

【００３０】また図５に示すフローチャートにおいて、
油温が前記しきい値に達していない場合には、エンジン
停止から長時間経過していたと判断する。その場合、遅
角油室５０の残油量が減少している可能性があるととも
に、油の粘度が高くなっていて流通抵抗が大きいと判断
される。従ってこの場合には、遅角油室５０に油が充填
されるまでにある程度時間がかかると判断することによ
り、前記所定時間を長く設定し、エンジン始動後のカム
位相進角制御を一時中止するように構成されている。

【００３１】なお、上記しきい値を用いる代りに、油温
と時間との関係を表すマップをコンピュータのメモリに
記憶しておき、このマップに基いて前記所定時間を設定
するように構成してもよい。その場合、エンジン停止後
の経過時間とベーン油室の残油量との関係を予め測定し
ておき、また、エンジン始動からベーン油室に油が満た
されるのに要する時間を予め求めてマップ化しておき、
始動時のエンジン温度が低いときほど前記所定時間を長
く設定するような制御を行ってもよい。このような制御
を行えば、ベーン油室に油が満たされた直後に進角制御
が行えるため、いかなる状況においても、その状況下
で、正確かつ一番早い制御を行うこととなる。

【００３２】次に上記カム位相可変装置１０の作用につ
いて説明する。エンジン回転中は、クランクシャフトの
回転に同期して動くタイミングベルトによりスプロケッ
ト１１が回転する。また、油圧供給源６１によって加圧
された油が分岐部６５と潤滑油路６４を経てエンジン潤
滑部６３に供給され、エンジンの潤滑がなされる。

【００３３】クランキング時やアイドリング時あるいは
エンジンが停止するときには、ベーン４０が最遅角側に
位置するように制御手段９０によってコントロールバル
ブ７０が制御される。すなわち油圧供給源６１から送ら
れる油がコントロールバルブ７０を経て遅角油室５０に
供給され、ベーン４０が最遅角側に移動する。このと
き、ロックピン５６は遅角油室５０に導入された油圧に
よってピン嵌合穴５７の方向に押されるため、図６およ
び図７に示すようにロックピン５６がピン嵌合穴５７に
嵌合し、ロック状態になる。

【００３４】エンジンの始動時に、温度センサ９１から
の電気的な出力とエンジン運転センサ９２からの電気的
な出力が制御手段９０に入力され、エンジン始動後の所
定時間内は、前記カム位相制御を中止し、かつ、温度セ
ンサ９１によって検出されるエンジン温度の高さに応じ
て上記所定時間を短縮する。すなわち、エンジン温度が
高ければ速やかにカム位相制御に移行できるようにし、
エンジン温度が低い場合には所定時間だけカム位相制御
を中止する。カム位相制御を中止している間、ベーン４
０は主にロック機構５５によって最遅角側に保持され、
クランクキングおよびエンジン始動後の回転が維持され
る。

【００３５】前記実施形態では、チェックバルブ８１の
下流側からコントロールバルブ７０に至る間の供給油路
６２に油が常に確保されているから、エンジンが長期間
停止することによって遅角油室５０の残油量が減少して
も、エンジンを始動させたときにオイルポンプ等の油圧
供給源６１が作動することにより、それまで供給油路６
２内に残留していた油（チェックバルブ８１によって閉
じ込められていた空気の混入していない油）が速やかに
遅角油室５０に充填されることになる。このため前記所
定時間（待ち時間）を可及的短く設定することが可能と
なる。

【００３６】そしてエンジンの中低速域では、エンジン
運転センサ９２の出力に基いて、図２に示すようにベー
ン４０がエンジン回転数に応じて進角側に移動するよう
にコントロールバルブ７０が制御される。この場合、油
圧供給源６１から送られる油がコントロールバルブ７０
を経て進角油室５１に供給され、ベーン４０が進角側に
移動する。このときロックピン５６は、進角油室５１に
導入された油圧によってピン嵌合穴５７から抜ける方向
に付勢されている。

【００３７】なお、この発明はベーン式以外のカム位相
可変装置、例えばヘリカル式カム位相可変装置などにも
適用することができる。またこの発明を実施するに当た
ってこの発明を構成する第１回転部材、第２回転部材、
油圧アクチュエータ、コントロールバルブ、エンジン温
度検出手段、エンジン運転状態検出手段をはじめとし
て、各構成要素をそれぞれ適宜に変形して実施できるこ
とは言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、エン
ジンが長時間停止していてもエンジン始動後に油圧アク
チュエータ内に油が満たされたのちにカム位相制御に移
行するため、位相ばたつきが防止され、失火の発生が回
避される。また、短時間のエンジン停止後の再始動時に
はクランキングから加速に移行する際の迅速なカム位相
制御が可能となり、高出力が得られることにより加速性
能が向上する。また、油圧アクチュエータ内に空気が入
ったまま位相制御が行われてしまうことを回避できるた
め、ベーン等の油圧アクチュエータ構成要素の負担が軽
減し、始動回数が多くても耐久性が確保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態を示すカム位相可変
装置の断面図。

【図２】 図１中のＦ２−Ｆ２線に沿うカム位相可変装
置の非ロック状態の断面図。

【図３】 図２中のＦ３−Ｆ３線に沿う上記カム位相可
変装置の一部の断面図。

【図４】 図２中のＦ４−Ｆ４線に沿う上記カム位相可
変装置の断面図。

【図５】 上記カム位相可変装置に使われる制御手段の
機能を示すフローチャート。

【図６】 図１中のＦ２−Ｆ２線に沿う上記カム位相可
変装置のロック状態の断面図。

【図７】 図６中のＦ７−Ｆ７線に沿う上記カム位相可
変装置の断面図。

【符号の説明】

１０…ベーン式カム位相可変装置 １１…スプロケット（第１回転部材） １２…ハウジング（第１回転部材） ２１…ロータ（第２回転部材） ５３…油圧アクチュエータ ７０…コントロールバルブ ９０…制御手段 ９１…温度センサ（エンジン温度検出手段） ９２…エンジン運転センサ（エンジン運転状態検出手
段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 友 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BA22 BA38 CA13 CA21 CA24 CA33 CA36 CA40 CA48 CA51 CA52 CA59 DA04 DA06 DA22 GA00 GA07 3G092 AA11 AC03 DA09 DF04 DF09 DG05 EA10 EA14 EA17 FA05 FA06 FA11 FA13 GA01 HE01Z HE08Z HF08Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クランクシャフトと同期して回転する第１
   回転部材と、 上記第１回転部材に対し相対回転変位可能に設けられか
   つカムシャフトと同期回転する第２回転部材と、 上記第１回転部材と上記第２回転部材との相対回転角を
   調整可能に設けられた油圧アクチュエータと、 上記油圧アクチュエータへの油の供給を制御するコント
   ロールバルブと、 エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段と、 エンジンの運転状態を検出するエンジン運転状態検出手
   段と、 上記エンジン運転状態検出手段の出力に基いて上記コン
   トロールバルブの作動を制御してカム位相を可変制御す
   るとともに、エンジン始動後の所定時間内は上記エンジ
   ン運転状態検出手段の出力に基くカム位相可変制御を中
   止し、上記エンジン温度検出手段から検出されるエンジ
   ン温度の高さに応じて上記所定時間を短く設定するよう
   に構成された制御手段と、 を具備したことを特徴とするカム位相可変装置。