JP2577577B2

JP2577577B2 - エンジンのバルブ制御装置

Info

Publication number: JP2577577B2
Application number: JP26590587A
Authority: JP
Inventors: 謙二樫山
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH01110816A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はエンジンの吸気弁を駆動制御するためのバル
ブ制御装置に関する。更に詳しくは、本発明は、可変バ
ルブタイミング機構を備えたバルブ制御装置に関するも
のである。

（従来の技術）自動車等のエンジンにおいては、各気筒の吸気弁の開
閉制御をエンジン回転数に応じて高速用カムおよび低速
用カムを用いて切り替え制御する可変バルブタイミング
機構を備えた動弁機構が知られている。例えば、実開昭
61−58605号公報には、この動弁機構を備えたバルブ制
御装置が開示されている。この公報に開示の装置におい
ては、各気筒の吸気弁の上方に架け渡したカムシャフト
に、各気筒毎に低速用のカムプロフィールを有する低速
用カムと、高速用のカムプロフィールを有する高速用カ
ムとが形成されている。これら双方のカムのそれぞれに
第１および第２のロッカアームが配置されている。これ
らのうち第１のロッカアームのみが吸気弁のステム上端
に連結している。低速運転時には、低速用カムによって
揺動する第１のロッカーアームのみが吸気弁に当接して
いるので、吸気弁は低速用カムによって開閉制御され
る。しかるに、高速運転時には、油圧が作用してカム切
り替え手段としての連結ピンが移動して第２のロッカー
アームを第１のロッカアームに連結するので、大型の高
速用カムによって一体となったロッカーアームが揺動さ
れる。従って、高速用カムによって生ずる第２のロッカ
ーアームの揺動が第１のロッカーアームを介して吸気弁
に伝達される。従って、吸気弁は高速用カムによって開
閉制御される。

（発明が解決しようとする問題点）ここで、二種類のカムの切り替えはエンジン回転数に
基づき行なわれている。すなわち、予め設定したエンジ
ン回転数以下の低速回転では低速用カムに切り替え、そ
れ以上の高速回転では高速用カムに切り替えるようにな
っている。

このため、双方の運転領域の境界近傍の運転状態で
は、切り替え点である境界を越えて他方の領域に移行す
る毎に切り替えが実行される。従って、切り替え動作が
頻繁に行われ、切り替えを行うための連結ピン等の機構
部分の摩耗量が増加するおそれがある。これは、かかる
部分の耐久性、および信頼性の点からは好ましいことで
はない。

そこで、カム切り替え回転数を、エンジン回転数の上
昇時の値に対して下降時の値を低い値に設定することが
考えられる。ここに、カム切り替え回転数の設定は、切
り替えによってトルク特性が急激に変化しないように、
高速用および低速用カムのトルム特性線が交差する点あ
るいはその近傍の値とされる。しかし、上記のようにエ
ンジン回転上昇時と下降時とで切り替え回転数を異なっ
たものに設定した場合には、カムり替えによるトルク特
性の急変を回避できない場合がある。すなわち、高負荷
運転状態での減速時には、トルク特性が異なった低い回
転数でカム切り替えが行われるので、無視することので
きないトルクショックが発生するおそれがある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、カム
の頻繁な切り替え制御を回避できると共に、カム切り替
え時のトルクショックを回避することの可能なエンジン
のバルブ制御装置を実現することにある。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明のバルブ制御装
置においては、低速用バルブと高速用バルブとの切り替
えを次のように行うようにしている。すなわち、基本的
には、エンジン回転数が、第１の設定回転数よりも高い
高速回転側にある場合には高速用カムを選択し、エンジ
ン回転数が前記設定回転数よりも低い低速回転側にある
場合には低速用カムを選択するようにしてある。しかる
に、エンジン回転数が高速回転側から低速回転側に移行
したときには、ただちに低速用カムへ切り替えずに、高
速用カムの使用を継続するようにしている。そして、エ
ンジン回転数が前記第１の設定回転数よりも低い値の第
２の設定回転数よりも低くなった時に、低速用カムに切
り替えるようにしている。さらに、エンジン負荷が設定
負荷以上の運転状態にある場合には、前記第１の設定回
転数より高くなると高速用カムに、その値よりも低くな
ると低速用カムにそれぞれ直ちに切り替えるようにして
いる。

本発明の好ましい実施形態においては、エンジン回転
数が上記の第２の設定回転数以下に低下せずとも、この
第２の回転数と第１の設定回転数との間に一定時間以上
に渡って停まっている場合には、低速用カムに切り替え
るようにしている。

（作用）本発明のバルブ制御装置においては、エンジン運転状
態が低速領域から高速領域に移行した場合には、直ちに
低速用カムから高速用カムへの切り替えが行われる。高
速用カムを使用すれば吸気弁の開弁時間および開弁量が
増加し、高回転、高出力でエンジンを駆動させるのに好
適な運転状態が形成される。従って、本発明によれば直
ちにかかる運転状態が形成される。次に、エンジンが高
速領域から低速領域に移行した場合には、高速用カムの
使用がそのまま継続される。そして、エンジン回転数が
さらに低下して第２の設定回転数以下になったときに初
めて低速用カムへの切り替えが行われる。従って、一旦
高速用カムに切り替わった後に直ちに低速用カムに再び
切り替わることはない。すなわち、カムの切り替えが頻
繁に起こることが回避される。しかるに、エンジン負荷
が設定負荷以上の場合には、第１の設定回転数に基づき
カムの切り替えが行われる。従って、この第１の設定回
転数を、高速用カムと低速用カムのトルク特性がほぼ等
しくなる値に設定しておけば、高負荷運転時の無視し得
ないカム切り替えに伴うトルクショックを回避できる。

（発明の効果）このように、本発明においては、エンジンが高速回転
側から低速回転側に移行した場合には直ちに使用カムの
切り替えを行わず、さらに一定の量だけエンジン回転数
が低下して初めて切り替えを行うように制御している。
従って、本発明の装置によれば、カムの切り替え頻度を
少なくできる。また、本発明においては、高負荷運転状
態ではエンジン回転下降時であっても直ちにカムの切り
替えを行うようにしているので、かかる減速時のカム切
り替えに伴うトルクショックを回避することができる。

（実施例）以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本実施例は、３バルブ方式のエンジンの吸気弁に本発
明を適用したものである。第１図には、本例のエンジン
の動弁機構部分の断面を示してあり、第２図にはその吸
気弁側の動弁機構部分を拡大して示してあり、また第３
図には動弁機構を上方向から見た図を示してある。

図において、１は吸気弁であり、この弁１は１気筒に
つき２個づつ配置されている。２は排気弁であり、この
排気弁２は１気筒当たり１個配置されている。３はカム
軸であり、この軸には１気筒当たり３個の吸気弁駆動用
のカム4a、4b、５と１個の排気弁駆動用のカム６とが配
置されている。３個の吸気弁駆動用のカム4a、4b、５の
うち、２個のカム4a、4bは低速用のカムプロフィールを
有する低速用カムであり、残りの１個のカム５は高速用
のカムプロフィールを有する高速用のカムである。第３
図から分かるように、これらのカムは、各気筒毎に、低
速用カム4a、4bの間に、高速用カム５と排気弁駆動用の
カム６を配置した配列となっている。

カム軸３の上方には、これと平行に、ロッカーシャフ
ト７、８が両側に配置されている。排気弁側のロッカー
シャフト７によって、排気弁駆動用カム６と排気弁２と
の間に架け渡した排気弁駆動用のロッカーアーム31が揺
動自在に支持されている。また、吸気弁１側のロッカシ
ャフト８によって、揺動自在に３本の吸気弁駆動用のロ
ッカーアーム９、10、11が支持されている。低速用カム
4a、4bの上方に位置している２本のロッカーアーム９、
10は、低速用のロッカーアームである。第２図に示すよ
うに、これらの一方の側の揺動アーム端9a、10aは、ロ
ーラ12を介してカム軸３の低速用カム4a、4bに転がり接
触されていると共に、他方の揺動アーム端9b、10bは油
圧式ラッシュアジャスタ13を介して吸気弁１、１のバル
ブステム1a、1aに当接されている。

一方、ロッカーアーム11は高速用カムの上方に位置し
た高速用ロッカーアームであり、２本の低速用ロッカー
アーム９、10の対向側面にそれぞれ接した状態に配置さ
れている。この高速用のロッカーアーム11は、カム軸３
の側の揺動アーム端11aがスリッパー14によりカム軸３
の高速用カム５に滑り接触されている。また、この高速
用ロッカーアーム11のバルブ側の揺動アーム端11bは吸
気弁とは連絡されておらず、その変わりに、油圧式の切
り替え機構15が組みこまれている。この切り替え機構15
は、エンジン回転数に応じて制御されて、高速用のロッ
カーアーム11を低速用のロッカーアーム９、10に係脱さ
せる。この切り替え機構によって、高速用のロッカーア
ーム11が低速用のロッカーアームに連結されると、高速
用のロッカーアームは低速用のロッカーアーム９、10と
連動状態になる。すなわち、三本のロッカーアームは一
体となって揺動する。ここに、第４図に示すように、高
速用カムのリフト曲線のほうが低速用カムのそれよりも
大きい。従って、高速用のロッカーアーム11が低速用の
ロッカーアームと連動状態となると、これらの三本のロ
ッカーアームは高速用カムによって揺動する。これに対
して、高速用のロッカーアーム11が低速用のロッカーア
ームと切り離されている場合には、低速用カムによって
揺動される低速用のロッカーアーム９、10によって吸気
弁１の開閉制御が行われる。

次に上記の油圧式の切り替え機構15の構成を説明す
る。この機構15は、高速用ロッカーアーム11のバルブ側
のアーム内に形成された油圧室16を備えている。この油
圧室は低速用ロッカーアームの側面側に開口しており、
この開口から摺動自在にセレクトピン17が挿入されてい
る。一方、低速用ロッカーアームの側面には、油圧室の
開口に一致する位置に、セレクトピン挿入用の挿入孔18
が形成されている。この孔内には、リターンスプリング
19によって付勢されるレシーバー20が摺動自在に挿入さ
れており、このレシーバー20の表面とセレクトピン17の
先端17aとが当接状態とされている。上記の油圧室16内
には通常時には、低油圧が作用しており、この油圧とリ
ターンスプリングのばね力との平衡状態においては、セ
レクトピン17の先端が、丁度高速用ロッカーアームの側
面と一致した位置となっている（第６図参照）。これに
対して、油圧室に高油圧が作用すると、両者の平衡が崩
れてセレクトピン17はばね力に抗して低速用ロッカーア
ーム側の挿入孔18内に挿入する（第３図参照）。この結
果、高速用ロッカーアームと低速用ロッカーアームとが
このセレクトピンによって連結状態になる。

次に、第５図は切り替え機構15を制御する制御回路の
ブロック図である。図に示すように、切り替え機構15の
油圧室16には、オイルパン21に溜まっている油が、オイ
ルポンプ22およびソレノイドバルブ23を順次に介して供
給される。ソレノイドバルブ23は、コントロールユニッ
ト24によってオン、オフ制御される。このバルブがオン
状態になると、高油圧Phが切り替え機構の油圧室16に供
給される。一方、このバルブがオフ状態のときには、低
油圧P1が油圧室に供給される。コントロールユニット24
は、例えば１チップのマイクロコンピュータから構成す
ることができ、CPU、ROM、RAMを基本構成要素としてい
る。ROM内には、第７図および第８図に示すような切り
替え機構15の制御用のプログラムが格納されており、こ
のプログラムが実行されて、後述するようにエンジン回
転数センサー25によって検出されたエンジン回転数Neお
よびスロットル開度センサ26によって検出されたスロッ
トル開度Θに基づいて切り替え機構15が制御される。

第６図は本発明によるカム切り替え動作を示す図であ
り、第７図はカム切り替え制御動作を示すフローチャー
トである。第７図に従って説明すると、ステップST1に
おいて、スロットル開度Θが設定スロットル開度Θ_０以
上か否かによってエンジン負荷が設定負荷以上か否かを
判別する。スロットル開度がΘ_０未満の場合には低負荷
と判断されて次のようにカムが切り替え制御される。エ
ンジン回転数Neが零から上昇して、第２の設定回転数Na
よりも低い低回転領域L1にある場合（第６図の点ａ）、
あるいはそれよりも上昇して第１の設定回転数Nbよりも
低い回転領域LHにある場合（第６図の点ａ′）には、ス
テップST2からステップST6までのルーチンを実行する。
すなわち、この場合には、ソレノイドバルブ23をオンに
する場合に「１」、オフとする場合に「０」とされるフ
ラグF1は「０」のままとされる。よって、切り替え機構
15には低油圧P1が作用するのみなので、高速用ロッカー
アーム11は、低速用ロッカーアーム９、10とは切り離さ
れた状態にあり、従って、低速用カム4a、4bによって吸
気弁１が開閉制御される。次に、エンジン回転数Neが上
記の値Nb以上となって高回転領域H1内に移行した場合に
は（第６図の点ｂ）、ステップST3で肯定判定されるの
で、ステップST1、ST2、ST3、ST7、ST5、ST6を通るルー
チンが実行される。この結果、ST7でフラグF1が「１」
にセットされて、ソレノイドバルブ23がオンし、切り替
え機構15には高油圧Phが作用する。このため、第３図に
示すように切り替え機構のセレクトピン17が低速用ロッ
カーアーム９、10内に挿入されて、高速用および低速用
のロッカーアームが相互に連結される。この結果、吸気
弁１は高速用カム５によって開閉制御される。

この後に、エンジン回転数Neが再び低下して、値Nbと
この値よりも低い第２の設定回転数Naとの間の領域LH内
に停まる場合には（第６図の点ｃ）、ステップST1〜ST
2、ST8、ST10、ST13、ST14〜16のルーチンを実行する。
すなわち、フラグF1は「１」のままとされ（ステップST
16）、タイマが作動中である旨を示すフラグF2が「１」
にセットされた後（ステップST15）、タイマにより一定
時間Tkのカウントが開始される。このように、高回転領
域からこの領域に隣接する低回転領域LHに移行した場合
には、切り替え機構15は作動されず、そのまま高速用お
よび低速用ロッカーアームとの結合状態が保持される。
かかる領域LH内にエンジン回転数が停まっている場合に
は、以後はステップST13で肯定判定されるので、ステッ
プST17、ST18、ST16を実行することになる。しかるに、
この領域LH内に一定時間Tk以上停まっている場合には、
ステップST18で肯定判定されて、ステップST19、ST20を
実行して、フラグF1、F2がともに「０」にリセットされ
る。この結果、ソレノイドバルブ23がオフされて、切り
替え機構15には低油圧が供給される。これにより、セレ
クトピン17が高速用ロッカーアーム10、11側に復帰し、
低速用および高速用のロッカーアームの連結が解除され
る。これ以後は、低速用カム4a、4bによって吸気弁１、
１の開閉制御が行われる。

また、エンジン回転数が、値Naよりも低い低回転領域
L1に移行した場合には（第６図の点ｄ）、ステップST8
で肯定判定されて、ステップST9、ST5、ST6が実行され
る。従って、直ちにソレノイドバルブ23がオフにされ
る。すなわち、高速用および低速用のロッカーアームの
連結が解除され、使用カムは高速用カム５から低速用カ
ム4a、4bに切り替わる。

一方、ステップST1において否定判定されて、エンジ
ン負荷が設定負荷よりも高いと判断された場合にはステ
ップST3に進む。従って、この場合には、エンジン回転
数がNbよりも低い領域L2からそれ以上の領域H2に上昇し
た場合（第６図の点ｅから点ｆの方向）でも、この逆の
場合（第６図の点ｆから点ｅの方向）でも、Nbの点でカ
ムの切り替えが行われる。

以上説明したように、本例のバルブ制御装置において
は、エンジン負荷が所定の値以下の状態では、エンジン
回転下降時に、エンジン回転数が値Nb未満となっても直
ちに低速用カムには切り替えず、エンジン回転数がより
低い値Na未満となった場合に、切り替え動作を行うよう
にしている。従って、高速用および低速用カムの間の切
り替え動作が頻繁に行われる弊害を回避できる。また、
エンジン回転数が値Na未満とならない場合でも、一定時
間経過後には、カムを低速側に切り替えるようにしてい
る。従って、運転状態に不適当なカムの使用状態が継続
することを回避でき、効率のよい運転状態も確保でき
る。さらに、エンジン負荷が所定の値以上の場合には、
エンジン上昇時および下降時ともに値Nbでカムの切り替
えを行っている。従って、高負荷運転時には双方のカム
のトルク特性がかなり異なる回転数Naでのカムの切り替
えが行われない。よって、カム切り替え時のトルクショ
ックが発生することを回避できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したエンジンの動弁機構の部分を
示す部分断面図、第２図は第１図の吸気弁側の動弁機構
の部分を拡大して示す部分断面図、第３図は第１図の動
弁機構を上方側から見た上面図、第４図は第１図の高速
用および低速用カムのリフト曲線を示す特性図、第５図
は第１図の切り替え機構の制御装置の概略ブロック図、
第６図は第１図の高速用および低速用カムの切り替え制
御を説明した図、第７図は第１図の切り替え機構の制御
動作を示すフローチャートである。１……吸気弁３……カム軸 4a、4b……低速用カム５……高速用カム８……ロッカーシャフト９、10……低速用ロッカーアーム 11……高速用ロッカーアーム 15……切り替え機構 16……油圧室 17……セレクトピン 19……レリーススプリング 20……レシーバ 23……ソレノイドバルブ 24……コントロールユニット 25……回転数センサー L1、L2、LH……低回転領域 H1、H2……高回転領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】低回転領域での吸気弁の開閉動作を制御す
るための低速用カムと、高回転領域での前記吸気弁の開
閉動作を制御するための高速用カムと、前記高速用およ
び低速用カムのいずれを用いて前記吸気弁を制御するの
かを切り替えるカム切り替え手段と、エンジン回転数に
応じてカムを選択し、選択したカムに切り替わるように
前記カム切り替え手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、エンジン回転数が第１の設定回転数よ
りも高いときには前記高速用カムを選択し、第１の設定
回転数よりも低いときには前記低速用カムを選択する選
択手段と、エンジン回転数が前記第１の設定回転数より
も高い値から下降してこの設定回転数よりも低い値に低
下したときには前記選択手段に優先して前記高速用カム
を選択しつづける保持手段と、エンジン回転数が前記第
１の設定回転数よりも低い値に設定した第２の設定回転
数よりも低くなった場合には、前記保持手段による高速
用カムの選択を解除する第１の解除手段と、エンジン負
荷が設定負荷以上の場合に、前記保持手段による高速用
カムの選択を解除する第２の解除手段とを備えたことを
特徴とするエンジンのバルブ制御装置。
【請求項２】前記保持手段による前記高速用カムの選択
は、予め設定した時間幅に制限されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載のエンジンのバルブ制
御装置。