JP2782819B2 - バルブタイミングリフト制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の動弁系に取付けられるバルブタイ
ミングリフト制御装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関はその機関出力や燃費の向上を図ることがで
きるように各種運転条件が設定されている。特に、車両
用の内燃機関は運転状態が時々刻々と変化することが多
いため、各時点で機関出力や燃費を効率良く得る、ある
いは機関の安定性を得るための運転条件が異なることが
多い。処で、通常の内燃機関の動弁系は一定形状の吸排
気ポートを開閉し、一定リフト量、一定開弁時期を保っ
て全運転域で開閉作動するという構成を採っている。こ
のため、固定値の設定に当っては最高出力、最多使用域
での運転を可能とする値が選択されることが多い。この
結果、その設定運転条件を外れた運転域では運転効率が
低下することとなり、機関の出力性能等が十分に発揮さ
れないこととなっている。

そこで、常に運転効率良く内燃機関を駆動させるた
め、バルブタイミングあるいはリフト量を増減調整する
ことが行なわれている。

例えば、内燃機関の動弁系に第９図に示すような開弁
時期切り替え手段M1を取り付け、所定の運転モードに応
じて、吸気バルブの開弁時期を進角し、あるいは遅角さ
せている。

ここで、開弁時期切り替え手段M1はカム軸ひねり機構
を内臓する。即ち、図示しないシリンダヘッド上の軸受
１に枢支される吸気カム軸２の端部に帽着され、ボルト
止めされる筒状の円筒部材３と、この内筒部材３に外嵌
されるタイミングギア４のボス部５と、このボス部５の
内壁に形成されるスプライン状の傾斜歯列６と、内筒部
材３の外周面に形成され、傾斜歯列６と対向する位置に
形成されるスプライン状の傾斜歯列７と両傾斜歯列6,7
間に噛み合う内外歯部701,702を備えたカム部材８と、
カム部材８に押圧力を加える受圧部材９と、第１、第２
の戻しばね10,11とを備える。

この開弁時期切り替え手段M1は、図示しない制御系に
より供給されたひねり油圧を、カム軸２内の油路12及び
圧力室13を通して受圧部材９に伝達し、これより加わる
押圧力によりカム部材８が第１戻しばね10の弾性力に抗
して右（第９図において）移動する。このカム部材８の
移動時において、一対の傾斜歯列6,7と内外歯部701,702
との共働作用により、カム軸２とタイミングギア４との
相対的な回転方向のずれを得ることができ、これを適時
に増減変化させることができる。

このような開弁時期切り替え手段M1はその制御系の油
圧のオン、オフの切り替え操作に基づき、第10図に示す
ように吸排気弁の開閉時期であるバルブタイミングを進
角モードａあるいは遅角モードｂに切り替えることがで
きる。ここで、低速運転域で進角モードａを選択するこ
とにより、低速出力の増加を図れ、高速運転域及びアイ
ドル時に遅角モードｂを選択することにより、高速時の
吹き抜けによる燃費の低下を防止でき、アイドル安定性
を確保できる。

他方、内燃機関の動弁系にリフト量切り替え手段M2を
取付け、所定の運転域に応じて、吸気バルブのリフト量
を大小切り替えている。なお、このリフト量切り替え手
段M2としては、実開昭63−67603号公報に開示されてい
るもの等が知られており、その関連構造を第11図に示し
た。

このリフト量切り替え手段M2は、吸気２弁式のエンジ
ンに装着され、カム軸16の各気筒対向部に高速カム17と
それを挟む一対の低速カム18を備え、ロッカ軸19のカム
対向位置には高速カム17により駆動されるミッドロッカ
アーム20と、これを挟む一対のプライマリーロッカアー
ム21及びセカンダリーロッカアーム22と、これらロッカ
アーム内に摺動自在に支持され、カム軸と並行な方向に
移動可能な一対の第１第２油圧ピストン23,24と、セカ
ンダリーロッカアーム22内に支持され第２油圧ピストン
24をスライダー26を介して戻し方向に押圧する戻しばね
25と、プライマリーロッカアーム21内に形成され、ロッ
カ軸19内の油路27に連通する圧力室28とを備える。

このようなリフト量切り替え手段M2は、その制御系の
油圧オン、オフの切り替え操作に基づき、第12図に示す
ように吸排気弁のリフト量及び弁作用角θe,θｉを大き
く保つ高リフトモードｃ、あるいはリフト量及び弁作用
角θe,θｉを小さく保つ低リフトモードｄに切り替える
ことができる。ここで、低リフトモードｄを選択するこ
とにより、アイドル安定性及び低速運転域での低速トル
クの確保が容易となり、高リフトモードｃを選択するこ
とにより、最高出力の確保が容易となる。

（発明が解決しようとする課題） この様に、従来装置はバルブタイミングあるいはリフ
ト量のいずれか一方の切り替え制御を行なっているが、
いずれの場合も、単一のモード切り替え手段M1あるいは
M2を切り替えさせて複数のそれぞれ異なる切り替えモー
ドでの運転を達成させていた。しかし、この様な単一の
モード切り替え手段の切り替えのみでは、運転条件の変
化に対応してより的確に機関出力や燃費を向上させるべ
く切り替えモードを替えることができず、改良が望まれ
ていた。

本発明の目的は、機関の運転域でより的確な切り替え
モードを選択することにより、機関出力や燃費の向上を
より的確に図ることができるバルブタイミングリフト制
御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の
動弁系に取付けられると共に吸気バルブのリフト量を増
減切り替えるリフト量切り替え手段と、上記動弁系に取
付けられると共に吸気バルブの開弁時期を切り替える開
弁時期切り替え手段と、上記内燃機関の吸気圧情報を発
する吸気圧センサと、上記内燃機関の出力情報を発する
負荷センサと、上記内燃機関の回転数情報を発する回転
センサと、低回転高負荷時の低リフト大オーバーラップ
のＡモードと低回転低負荷時の低リフト小オーバーラッ
プのＢモードと高回転低負荷時の高リフト大オーバーラ
ップのＣモードと高回転高負荷時の高リフト小オーバー
ラップのＤモードの少なくとも４つの切り替えモードを
確保するように上記吸気圧情報と出力情報と回転数情報
とに基づき上記リフト量及び開弁時期の切り替えによっ
て組み合わされる少なくとも４つの切り替えモードを確
保するように上記リフト量切り替え手段及び開弁時期切
り替え手段を選択的に切り替え作動させるコントローラ
とを有したことを特徴とする。

（作用） 車両運転域に応じて、Ａモード,Bモード,Cモード,Dモ
ードの少なくとも４つのモードを予め設定しておき、コ
ントローラにより、現在の吸気圧情報と出力情報と回転
数情報とに応じた運転域を求め、その運転域に適したモ
ードでのリフト量とオーバーラップ量を設定するモード
を選択し、そのモードで設定されたリフト量とオーバー
ラップ量を確保するようにリフト量切り替え手段及び開
弁時期切り替え手段を選択的に切り替える。これによ
り、各モードで最適なリフト量とオーバーラップ量で動
弁系を駆動し、内燃機関に適正な出力を発揮させること
が出来る。

（実 施 例） 第１図のバルブタイミングリフト制御装置は４気筒４
サイクルのエンジン30であり、各気筒当り２本ずつの吸
排気カム軸31,32がクランク軸33の回転をタイミングベ
ルト34を介して受けて駆動するよう構成されている。

ここでエンジン30の油圧系35はオイルパン36内の油を
ギアポンプ37、フィルタ38を介してメインオイルギャラ
リー39に導き、メインオイルギャラリー39より各潤滑部
分に圧油が供給されている。

エンジン30は吸気系よりの吸気中に図示しない燃料系
よりの燃料を供給し、混合気を二又状の吸気ポート40を
通し、吸気各シリンダS1,S2,S3,S4の燃焼室41に導き、
排ガスを２又状の排気ポート42を通し、図示しない排気
系に排出し、この燃焼室41での燃料の燃焼により得られ
たクランク軸33の回転を出力するように構成されてい
る。

各吸気ポート40は２つの吸気弁（第５図中に１つのみ
記した）43の開閉作動により、燃焼室41に連通可能であ
り、各排気ポート42は２つの排気弁（第５図中に１つの
み記した）44の開閉作動により、燃焼室41に連通可能で
ある。

各気筒と対向する各一対の吸気弁43は、ロッカ軸45に
一端を枢支された一対のロッカアーム（第５図中に１つ
のみ記した）46の回動端により押圧され、一対の図示し
ない弁ばねの弾性力に抗して開作動できる。

同じく、各一対の排気弁44は、ロッカ軸47に一端を枢
支された一対のロッカアーム（第５図中に１つのみ記し
た）48の回動端により押圧され、一対の図示しない弁ば
ねの弾性力に抗して回作動できる。なお、第５図中符号
51,52は第１あるいは第２油圧ピストン（第11図中の油
圧ピストンと同一のもの）を示している。

ここで各一対の吸気弁43及び排気弁44は、第９図、第
10図で説明したと同様の開弁時期切り替え手段M1及びリ
フト量切り替え手段M2を介して弁駆動力を受け、第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示した、４つの切り
替えモードに応じ、切り替え作動できる。なお、開弁時
期切り替え手段M1及びリフト量切り替え手段M2にはメイ
ンオイルギャラリー39よりそれぞれ圧油が供給されてい
る。

ここで、リフト量切り替え手段M2は切り替え電磁弁V1
を備え、これは後述するコントローラ50の出力電流を受
ける。ここで、オン時には高圧油を圧力室28（第11図中
の圧力室と同じ）に続く油路49に与え、オフ時には圧力
室28をドレーン側に開放するよう作動できる。このた
め、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すよう
に、オン時において、吸気、排気弁43,44は共に高リフ
トH2、大作用角θe2、θi2の高リフトモード（Ｃ、Ｄモ
ード）を確保でき、オフ時において吸気、排気弁43,44
は共に低リフトH1、小作用角θe1、θi1の低リフトモー
ド（A,Bモード）を確保できる。なお、Ａモードは低回
転高負荷において、低速トルクを比較的向上でき、Ｂモ
ードはオーバーラップ量Δθ０が小さく着火が安定し、
吹き抜けが少なく、アイドル安定性、燃費の向上を図れ
る。Ｃモードは高回転低負荷での高速トルクの向上を図
りやすく、Ｄモードは高回転高出力で比較的オーバーラ
ップ量Δθ０が小さくなり、出力向上に加え、吸気の吹
き抜けを押えられ、燃費の向上を図れる。

吸気、排気カム軸31,32は、第９図に示したと同様の
開弁時期切り替え手段M1を介してクランク軸39の回転力
を受けるように構成されている。

ここで、開弁時期切り替え手段M1は各カム軸31,32を
タイミングギア4i,4e（第９図のタイミングギア４に相
当する）に対してひねるひねり機構を内蔵し（第９図参
照）、その切り替え電磁弁V2及びV3を介してひねり油圧
を各圧力室13（第９図参照）で受ける。

切り替え電磁弁V2及びV3はコントローラ50の出力電流
により駆動する。このうち、電磁弁V2はデューティ弁で
あり、各デューティ比出力40％、60％、80％、100％に
基づくひねり油圧を油路55を介して圧力室13（第９図参
照）に導き、これに応じてひねり機構が働き、第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）、第４図に示すような
開弁時期θI1,θI2,θI3,θI4で吸気弁43を駆動でき
る。

電磁弁V3は切り替え弁であり、オン、オフ出力に基づ
くひねり油圧を油路56を介して排気側ひねり機構内の圧
力室13（第９図参照）に伝える。この場合、第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）、第４図（ｂ）に示す
ような開弁時期θE1,θE2に、排気弁44を駆動できる。

コントローラ50はマイクロコンピュータ57、電源58の
電力を受ける電源回路59、M2に出力電流を発するリフト
駆動回路60、M1,M2に出力電流を発するひねり駆動回路6
1等より構成されている。

ここでマイクロコンピュータ57はエンジンの出力トル
ク情報を発するトルクセンサ62、エンジンの回転数情報
を発する回転センサ63、エンジンの吸気圧情報を発する
吸気圧センサ64と、エンジンのアイドル情報を発するア
イドルスイッチ65等より入力を受け、第７図のバルブタ
イミングリフト制御プログラムに沿って開弁時期切り替
え手段M1及びリフト量切り替え手段M2を駆動制御する。

更に、マイクロコンピュータ57のメモリーには第６図
に示す切り替えモード設定マップが記憶処理されてい
る。ここでの切り替えモード域は次のように決定されて
いる。

まず、Ａモード域とＢモード域の区分及びＣモード域
とＤモード域の区分は設定等ブースト（例えば、1/2負
荷に応じた吸気圧）でのトルク線Tb,Tcにより区分され
る。なお、トルク線Ta,Tdは全負荷でのものである。

Ａモード域とＤモード域を区分するPadラインは等ブ
ースト等回転数で互いの出力が一致する交差点（第６図
中に×印で示した）の軌跡として求められている。同じ
くＢモード域とＣモード域を区分するPbcラインは等ブ
ースト等回転数で互いの出力が一致する交差点（第６図
中に×印で示した）の軌跡として求められている。

これら各切り替えモード域に現運転域があると判断し
たマイクロコンピュータ57は、第３図の各切り替えモー
ドを確保するように開弁時期及び、弁リフトを切り替え
制御することと成る。

この様なバルブタイミングリフト制御装置の作動を第
７図のバルブタイミングリフト制御プログラムに沿って
説明する。

マイクロコンピュータ57は、現運転状態に応じた運転
情報を、各センサよりのデータの取り込みにより行な
う。

そして、切り替えモード域の判定処理に入る。ここで
は、エンジン回転数と出力トルクとにより、現運転位置
P0を判定する。その上で、トルクの上下方向のしきい値
となっている設定等ブースト圧と現ブースト圧を比較
し、現運転域が、A,Dモード域側が、B,Cモード域側かを
判定する。続いて、エンジン回転数の大小のしきい値と
なっているPadライン及びPbcラインに基づき、現回転数
が、A,Bモード域側か、C,Dモード域側かを判断する。そ
して、判定された現運転域が属する切り替えモード域情
報により、所定のモードエリアを書き換える。

この後、ステップa3に達すると、ここでは、現モード
域に応じた切り替えモードを達成すべく、リフト駆動回
路60及びひねり駆動回路61に制御信号を出力する。これ
により、各駆動回路60,61より開弁時期切り替え手段M
1、リフト量切り替え手段M2の各電磁弁V1,V2,V3に所要
の出力電流が供給され、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのいずれかのモ
ード（第３図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）参照）で
吸気弁43、排気弁44の開弁時期及びリフト量が駆動する
ことと成る。この結果、その時の回転数とアクセル踏み
込み量に対して、出力トルク及び、燃費をより効率良く
向上させることができる。

上述のところにおいて、マイクロコンピュータは第６
図に示したような区分に４つのモード域を設定していた
が、これに代えて、第８図のようなラインLab、Lbc、Lc
dで区分した切り替えモード設定マップを設定しても良
い。

ここでは、まず、機関をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの切り替えモ
ード（第３図参照）でそれぞれ駆動させ、全負荷より吸
気圧を順次低下させた等ブーストでの各トルク線Tb、T
a、Tc、Tdを求める。その上で、等ブースト等回転数で
互いの出力が一致する交差点（第８図中に×印で示し
た）の軌跡とし求められている。

この様な切り替えモード設定マップに基づき、機関の
吸気、排気系の各バルブタイミングとリフト量を制御し
た場合も第６図の切り替えモード設定マップを用いた場
合とほぼ同様の高かを得られ、特に、この場合は、機関
の全開出力を機関回転数のほぼ全域にわたって向上させ
ることができる。

（発明の効果） 本願発明は、現在の吸気圧情報と出力情報と回転数情
報とに応じた運転域を求め、その運転域に適したリフト
量とオーバーラップ量を設定するモードを選択し、その
モードで設定されたリフト量とオーバーラップ量で動弁
系を駆動する。このように少なくとも４つの特定運転域
のそれぞれでリフト量とオーバーラップ量を特定状態と
することにより、Ａモードでは低速トルクの向上、Ｂモ
ードてはアイドル安定性及び燃費の向上、Ｃモードては
高速トルクの向上、Ｄモードでは出力と燃費の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのバルブタイミングリ
フト制御装置の全体概略構成図、第２図は同上装置で用
いるコントローラを含む制御系のブロック図、第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は同上装置で用いるバ
ルブタイミングリフトのそれぞれ異なる切り替えモード
線図、第４図（ａ），（ｂ）は同上装置内の各電磁弁V
2,V3の切り替えに基づき得られる吸気弁の開弁位置特性
線図、第５図は同上装置内の動弁系の要部断面図、第６
図は同上装置のマイクロコンピュータで用いる切り替え
モード設定マップの特性線図、第７図は同上装置のマイ
クロコンピュータが行なうバルブタイミングリフト制御
の流れを示すフローチャート、第８図は第６図の切り替
えモード設定マップに代えて採用可能なその他の切り替
えモード設定マップの特性線図、第９図は開弁時期切り
替え手段M1の断面図、第10図は第９図の手段により駆動
した吸排気弁のバルブタイミングモードの特性線図、第
11図はリフト量切り替え手段M2の要部概略平断面図、第
12図は第11図の手段により駆動した吸排気弁のリフト量
及び弁作用角モードの特性線図。 30……エンジン、40……吸気ポート、42……排気ポー
ト、43……吸気弁、44……排気弁、45,47……ロッカ
軸、46,48……ロッカアーム、50……コントローラ、53,
54……カム軸、57……マイクロコンピュータ、62……ト
ルクセンサ、63……回転センサ、64……吸気圧センサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の動弁系に取付けられると共に吸
   気バルブのリフト量を増減切り替えるリフト量切り替え
   手段と、上記動弁系に取付けられると共に吸気バルブの
   開弁時期を切り替える開弁時期切り替え手段と、上記内
   燃機関の吸気圧情報を発する吸気圧センサと、上記内燃
   機関の出力情報を発する負荷センサと、内燃機関の回転
   数情報を発する回転センサと、低回転高負荷時の低リフ
   ト大オーバーラップのＡモードと低回転低負荷時の低リ
   フト小オーバーラップのＢモードと高回転低負荷時の高
   リフト大オーバーラップのＣモードと高回転高負荷時の
   高リフト小オーバーラップのＤモードの少なくとも４つ
   の切り替えモードを確保するように上記吸気圧情報と出
   力情報と回転数情報とに基づき上記リフト量切り替え手
   段及び開弁時期切り替え手段を選択的に切り替え作動さ
   せるコントローラとを有したバルブタイミングリフト制
   御装置。