JP2809434B2 - Ｄｏｈｃエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、吸気側と排気側との両カム軸の進角量を可
変としたDOHC（２頭上カム軸式）エンジンに関するもの
である。

（発明の背景） 高速出力を重視した４サイクルエンジンにおいては、
高速時の出力増大のために、バルブリフトとバルブ開度
の広角化（カム作動角の増大化）を行うことが考えられ
るが、この場合にはアイドリング運転が不安定になる。
特に１気筒に対し複数づつの吸気弁と排気弁とを設け、
例えば４バルブあるいは５バルブとしたエンジンでは、
実質的にバルブオーバーラップが増大したのと等価にな
るため、混合気の吹き抜け、あるいは吸・排気系の干渉
等の影響が大きくなり、アイドリング運転の不安定化が
一層顕著になる。そこでバルブ作動角を大きくしつつバ
ルブオーバーラップを小さくすることが考えられるが、
この場合には吸気弁の開期間全体を遅らせる必要が生
じ、吸気弁の閉じるタイミングが遅くなる。このため低
中速時において、吸気の吹き返しが発生して充填効果が
落ち、低速トルクが低下するという問題が生じる。

そこで吸気弁と排気弁とを独立に別々のカム軸で開閉
する２頭上カム軸式として、吸・排気側のカム軸をそれ
ぞれ独立に運転条件に対応させて進角あるいは遅角させ
るバルブタイミング制御システムが出願人により提案さ
れている（同日出願の特許願（１）参照）。この既提案
のものは、吸気側カム軸とタイミングベルトのプーリと
の間に、これらにスパイラルスプラインによって係合す
るピストンを介在させ、このピストンを油圧によって移
動させることによりカム軸の位相を変化させるものであ
る。すなわち油圧の断・続によってカム軸を２つの位相
位置に切換るものである。

一方、従来のエンジンにおいて、カム軸に点火時期検
出用のディストリビュータや回転角センサを設け、各気
筒の点火時期を決めるものがある。すなわちディストリ
ビュータ方式のものでは、カム軸に直結されたロータの
回転によって各気筒の点火時期を求め、点火コイルで発
生される高電圧をディストリビュータで各気筒に分配す
る。またカム軸に回転角センサを設けるいわゆるディス
トリビュータレス方式のものでは、クランク角度センサ
により求めたクランク軸回転角とカム軸角とを用いて角
気筒の点火時期を求め、複数の点火コイルに選択的に電
流を断続して角気筒の点火を行う。

しかし、前記のように、吸・排気側のカム軸を共に進
角あるいは遅角制御する場合に、このようにカム軸の回
転角を用いて点火時期を決めるものでは、カム軸の進角
・遅角によって点火時期が変化してしまうという不都合
が生じる。

（発明の目的） 本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであ
り、吸・排気側の両カム軸を独立に進角あるいは遅角可
能にして運転状態に応じた最適なバルブタイミングとバ
ルブオーバーラップを得るようにした場合に、常に正し
い点火時期を検出することが可能なDOHCエンジンを提供
することを目的とする。

（発明の構成） 本発明によればこの目的は、互いに平行に並設された
吸気側カム軸と排気側カム軸とに、バルブタイミングを
変えるためのバルブタイミング切換機構をそれぞれ設
け、これらバルブタイミング切換機構を介してクランク
軸の回転を両カム軸に伝えるDOHCエンジンであって、前
記バルブタイミング切換機構は、両カム軸の同一端部を
支持する軸受の外側で各カム軸にそれぞれ固定された略
円筒状の内筒体と、これらの内筒体にそれぞれ外側から
被冠された略円筒状の外筒体と、前記内筒体と外筒体と
の間にあって前記内・外筒体間の相対回転位置を変える
駆動機構とを備え、タイミング伝動帯が巻掛けられるス
プロケット歯を前記両外筒体の外周面にそれぞれ前記軸
受に近接させて形成する一方、いずれか一方の前記外筒
体の外周面の前記スプロケット歯より外側に突起を設
け、この突起の通過を検出するセンサをシリンダヘッド
側に取付け、このセンサの出力に基づいて点火時期を求
めることを特徴とするDOHCエンジン、により達成され
る。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図はそのタ
イミングチェーン配置図、第３図はタイミング切換機構
の拡大断面図であって第3A図は非励磁時をまた第3B図は
励磁時を示す。第4A、4B図はこのタイミング切換機構の
コントロールバルブの動作を示す断面図、第5A〜5B図は
それぞれ異なる運転状態に対する各カム軸の進角特性を
示す図、また第６図は両カム軸の進角制御マップ図であ
る。

第２図において符号10はシリンダボデー、12はシリン
ダヘッド、14はヘッドカバーであり、シリンダヘッド12
とヘッドカバー14との合面間に吸気側カム軸16と排気側
カム軸18とが保持されている。吸気側カム軸16には１つ
の気筒に対して３つのカム16aが形成され、排気側カム
軸18には同じく２つのカム18aが形成されている。これ
らカム16a、18aはそれぞれ吸気弁と排気弁とをバルブリ
フタを介して開閉する。すなわち１つの気筒に対して３
つの吸気弁と２つの排気弁とを有する５弁式の直動式２
頭上カム軸式エンジンとなっている。第１図で20はシリ
ンダボアを、また22は点火栓位置を示している。

カム軸16、18の左端にはそれぞれタイミング切換機構
24、26が装着されている。これらの機構24、26は全く同
じ構造なのでその一方のみを説明する。

第3A、Ｂ図において28はカム軸16の軸受であり、この
軸受28には図示しない潤滑油メインギャラリから所定圧
のエンジン潤滑油が導かれ、この潤滑油はさらにカム軸
16に形成した環状油路30および半径方向の油路32によっ
てカム軸16の中心線上のボルト孔34に導かれる。36は内
筒体としての内カム体、38は外筒体としての外カム体で
ある。内カム体36は略円筒状であって、ボルト40によっ
てカム軸16の端に固定されている。すなわちこのボルト
40は内カム体36を貫通してボルト孔34に螺入されてい
る。42は内カム体36とカム軸16との位置づれを防ぐため
のノックピンである。外カム体38は円筒状に作られ、そ
の一端は内カム体36のフランジ部分に僅かに回動可能に
保持され、その他端と内カム体36の外周縁との間にはリ
ング状のシールブロック44が油密に装着されている。こ
のシールブロック44にはカバー46が固定されて、このカ
バー46と内カム体36との間に油室48が形成される。なお
前記ボルト40には油孔40aが形成され、前記油路30、32
から所定圧の潤滑油が導かれている。

内・外カム体36,38は、駆動機構によって両者の相対
回転位置が変化する。すなわちこれら内・外カム体36,3
8の間には円筒状のピストン50が装填され、このピスト
ン50と両カム体36、38とはスパイラルスプラインによっ
て互いに噛み合っている。またこのピストン50はリター
ンばね52によってシールブロック44側への復帰習性が付
与される一方、このピストン50とシールブロック44との
間には小孔54を介して油室48内の油圧が導かれている。

この油室48内の油圧は、カバー46に設けたコントロー
ルバルブ56および電磁ソレノイド58により制御される。
このバルブ56は第4A、4B図に示すように、ケース60とス
ライダ62と、復帰ばね64とを備える。ケース60とスライ
ダ62にはそれぞれ油孔60a、62aが設けられ、これらの油
孔60a、62aはスライダ62の復帰位置では連通して第4A図
に矢印で示すように油室48内の油を切換機構24の外へ導
く。このため油室48内の油圧が下がる。電磁ソレノイド
58のプランジャ58aはスライダ62に対向し、このソレノ
イド58の励磁によりプランジャ58aは突出してスライダ6
2を押圧する。この状態では第4B図に示すようにスライ
ダ62がケース60の油孔60aを閉じる。このため油室48内
の油圧は上昇し、この上昇した油圧は小孔54を介してピ
ストン50を第３図で右方向へ押す。ピストン50はスパイ
ラルスプラインによって内・外カム体36、38に噛み合っ
ているから、このピストン50の移動によって内・外カム
体36、38は相対的に回転する。

以上のように構成されたタイミング切換機構24、26、
の外カム体38、38Aには前記軸受28側に近接した位置に
スプロケット歯66、66Aが形成され（第２図）、両スプ
ロケット歯66、66Aにはタイミング伝動帯としてのタイ
ミングチェーン68が巻掛けられている。すなわちクラン
ク軸70の回転は、チェーン72、第１中間軸74、チェーン
76、第２中間軸78、チェーン68を介して各スプロケット
歯66、66Aに伝えられる。このように外カム体38、38Aは
タイミングチェーン68が巻掛けられるタイミングスプロ
ケットとなっている。

第１、２図において80はシリンダヘッド12側に取付け
た回転角センサであり、一方の切換機構28の外カム体38
Aの前記スプロケット歯66Aよりも外側に設けた突起81の
通過を電気的あるいは磁気的に検出し、点火栓の着火タ
イミングを検出するものである。

タイミング切換機構24、26の電磁ソレノイド58、58A
は、両カム軸16、18の位相が第５、６図に示す特性にな
るように、マイクロコンピュータ等の制御回路82により
オン・オフ制御される。すなわち吸気側の切換機構24
は、ソレノイド58の非励磁時にはTDC（上死点）から角
度（ハ）遅れた位相で吸気弁リフトが最大となり（第5
A、Ｃ、Ｄ図参照）、また励磁時にはTDCから角度（ニ）
遅れた位相（ただし（ハ）＞（ニ））で吸気弁リフトが
最大となるように設定されている。（第5B図）。また排
気側の切換機構26は、ソレノイド58Aの非励磁時に上死
点から角度（イ）進んだ位相で排気弁リフトが最大とな
り（第5A、Ｂ、Ｃ図参照）、励磁時に上死点から角度
（ロ）進んだ位相でリフトが最大になる（第5D図）。こ
こに角度イ、ロ、ハ、ニは次の関係を持って設定され
る。

（イ−ロ）＞（ニ−ハ） ……（１） 制御回路82にはメモリ84に記憶された動作プログラム
に従って動作を行う。このメモリ84には第６図に示す制
御特性もメモリされている。すなわち制御回路82にはエ
ンジン回転速度Ｎや、スロットル弁開度などから検出し
た負荷Ｌ、さらには回転角センサ80等の信号が入力さ
れ、高速時においては排気側の切換機構のソレノイド58
Aのみを励磁してカム軸18をTDCを基準にして角度（イ）
から（ロ）に遅角させる。この時のバルブオーバーラッ
プは、吸・排気側を共に非励磁とするアイドリング時
（第5A図）や中速時（5C図）におけるバルブオーバーラ
ップＡに対して、Ｃに増大する。また低速高負荷時にお
いては吸気側のソレノイド58のみを励磁して、カム軸16
を角度（ハ）から（ニ）に進角させる（第5B図）。この
時のバルブオーバーラップＢは前記（１）の関係によ
り、 Ａ＜Ｂ＜Ｃ となる。

以上のように両カム軸16、18を進角あるいは遅角させ
るので、吸・排気弁のカム作動角を大きくして高速時の
出力増大を図る一方（第5D図）、アイドリングや中速時
（第5A、Ｃ図）におけるバルブオーバーラップをＣから
Ａに減らして運転を安定化させることができる。また、
低速高負荷時においては（第5B図）吸気側カム軸を進角
させることにより吸気の吹き返しを防ぎ、充填効率トル
ク増大と燃費の向上とが図れる。なお、この時には排気
側カム軸は進角しているので、バルブオーバーラップも
減少し吸気の吹き抜けが減少して燃費の向上が可能であ
る。

次に点火装置を第１図に基づき説明する。前記制御回
路82には前記回転角センサ80の出力θ_２と共に、第２図
に示すクランク角センサ86が出力する信号θ_１とが入力
される。制御回路82は、これらの信号θ_２、θ_１に基づ
いてトランジスタユニット88のいずれかのパワートラン
ジスタをオン・オフする。すなわちクランク角センサ86
の信号θ_１は各気筒の点火時期をカウントするための基
準信号であり、またカム軸の回転角を示す信号θ_２は特
定の気筒（例えば第１および４気筒）の上死点付近を識
別するものである。制御回路82はこれら信号θ_１、θ_２
から第１、４気筒の点火時期に先行してトランジスタユ
ニット88のいずれかをオンし、点火時期にオフする。こ
のオフ時においてオイルユニット90の一方のコイルに高
電圧が誘導され、このコイルの二次側に接続された同時
点火気筒（例えば第１、４気筒）の点火栓92a、92bに火
花を発生させる。トランジスタユニット88の他方のトラ
ンジスタがオフする時に他の同時点火気筒（第２、３気
筒）の点火栓92b,92cに火花が発生される。

カム軸16、18の回転角はタイミング切換機構24、26の
クランク軸70と一体に回転する部分である外カム体36A
から検出するから、タイミング切換機構24、26の作動状
態に関係なくクランク軸70に対する一定位置に点火時期
を検出することができる。

なお制御回路82にはエンジン温度、吸気温度ノックセ
ンサなどの情報も入力され、これらに基づいて各気筒の
点火時期は所定の制御マップにより制御される。

第１図で94は電池、、96はイグニッションスイッチで
ある。

（発明の効果） 本発明は以上のように、吸・排気用の各カム軸を独立
に進角あるいは遅角可能にした場合に、バルブタイミン
グ切換機構の外カム体にカム軸の軸受側に近接させてス
プロケット歯を形成し、一方の外カム体にスプロケット
歯よりも外側に突起を設け、この突起の通過をシリンダ
ヘッド側に取付けたセンサで検出するから、この進角、
遅角によって変化しない回転部分から点火時期を求める
ことになり、常に正しい点火時期を検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図はそのタイ
ミングチェーン配置図、第3A、Ｂ図はタイミング切換機
構の異なる動作状態を示す拡大断面図、第4A、Ｂ図はコ
ントロールバルブの動作説明図、第5A〜Ｄ図は各カム軸
の進各特性図、第６図は両カム軸の進角制御マップ図で
ある。 12……シリンダヘッド、 16……排気側カム軸、 18……吸気側カム軸、 24、26……バルブタイミング切換機構、 36……内筒体としての内カム体、 38……外筒体としての外カム体、 50……ピストン、 80……回転角センサ、 81……突起、 82……制御回路、 86……クランク角センサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに平行に並設された吸気側カム軸と排
   気側カム軸とに、バルブタイミングを変えるためのバル
   ブタイミング切換機構をそれぞれ設け、これらバルブタ
   イミング切換機構を介してクランク軸の回転を両カム軸
   に伝えるDOHCエンジンであって、 前記バルブタイミング切換機構は、両カム軸の同一側の
   端部を支持する軸受の外側で各カム軸にそれぞれ固定さ
   れた略円筒状の内筒体と、これらの内筒体にそれぞれ外
   側から被冠された略円筒状の外筒体と、前記内筒体と外
   筒体との間にあって前記内・外筒体間の相対回転位置を
   変える駆動機構とを備え、タイミング伝動帯が巻掛けら
   れるスプロケット歯を前記両外筒体の外周面にそれぞれ
   前記軸受に近接させて形成する一方、いずれか一方の前
   記外筒体の外周面の前記スプロケット歯より外側に突起
   を設け、この突起の通過を検出するセンサをシリンダヘ
   ッド側に取付け、このセンサの出力に基づいて点火時期
   を求めることを特徴とするDOHCエンジン。