JP2857436B2

JP2857436B2 - エンジンのバルブタイミング制御装置

Info

Publication number: JP2857436B2
Application number: JP32682189A
Authority: JP
Inventors: 浩市寺田; 勉中山; 靖典神田; 真也山本
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JPH03185230A

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バルブタイミング制御装置の改良
に関する。

（従来の技術）従来、エンジンの制御装置としては、例えば特開昭62
−191636号公報に開示されるように、エンジンのカムシ
ャフトに油圧駆動式のバルブタイミング可変機構を備
え、このバルブタイミング可変機構にエンジン潤滑油を
導入する油圧通路をカムシャフト軸受部等に形成し、特
定運転時に上記油圧通路を介してバルブタイミング可変
機構に油圧を作用させてこの機構を作動させ、バルブタ
イミングを変更するようにしたものが知られている。こ
のようにすれば運転状態に応じて最適なバルブタイミン
グを設定できて燃費の向上、出力の向上などを図ること
ができる。

（発明が解決しようとする課題）このようなバルブタイミング可変機構としては、例え
ばカムシャフト駆動ギヤに対する吸・排気カムの回転位
相を可変にして、吸・排気弁の開弁期間全体をクランク
角度に沿ってスライドさせるタイプ。

ロッカーアームまたはスイングアームを用いたエンジ
ンを前提として、一つの吸・排気弁に対してプロフィー
ルの異なる二種類のカムをカムシャフトに設け、選択す
べきカムに対応するロッカーアームまたはスイングアー
ムのみを可動状態にするタイプ。

カムのノーズ部分を他の部分に対してカムシャフト半
径方向にスライド可能に設け、ノーズ部分のスライド移
動によってカムのプロフィールを変更するタイプ。

がある。これら各タイプのバルブタイミング可変機構が
有する機能を包括して“バルブタイミングを変更する”
という概念でとらえることにする。その場合、バルブタ
イミングを連続して変更するのではなく、低回転側と高
回転側との２つのバルブタイミングのモードを設定して
おき、例えば所定のエンジン回転数、つまり切換回転数
でモードを切換えることも可能である。この場合、モー
ドの切換えを、各モードで得られるトルク特性線が重な
る交点において行ってトルクショックの発生を防止する
ことが行われる。

ところで、例えば吸入空気の温度が高くなってその密
度が小さくなると、エンジン低回転域において、ノッキング限界、つまりノッキングが発生し始める点
火時期が遅れ側に移行して通常の設定進角度ではノッキ
ングが発生し易くなる。

点火プラグ等に火点ができて、この点火プラグが発火
する前に上記火点を火だねにして混合気が着火する、い
わゆるプレイグニッションが発生し易くなる。

といった現象が発生する。このように異常燃焼が発生し
た場合、エンジンの出力トルクが低下する。また、異常
燃焼の発生を検出して、これを抑制すべく点火時期を遅
れ側に補正した場合においても、この補正によってエン
ジンの出力トルクが低下する。したがって、上述したよ
うに２つのバルブタイミングのモードを設定しておき、
所定のエンジン回転数でモードを切換えるようにした場
合、低回転側モード時に得られるトルク特性線が低くな
るので、各モードで得られるトルク特性線が重なる交点
と、上記モードの切換回転数とが一致しなくなってモー
ド切換時にトルクショックが発生する。

本発明はこのような点に着目してなされたものであ
り、その目的とするところは、異常燃焼の発生時には、
その発生初期において各モードのトルク特性線が重なる
交点でモードを切換えるようにしてモード切換時のトル
クショックの発生を緩和することにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明では、異常燃焼発生
時には、吸・排気弁のタイミングの切換えを通常よりも
低回転側で行うようにしている。

具体的に、本発明の講じた解決手段は、第１図に示す
ように、吸・排気弁のタイミングを、相異なるトルク特
性線を有する低回転側の第１モードと高回転側の第２モ
ードとに設定するバルブタイミング可変機構30と、エン
ジンの回転数を検出する回転数検出手段22と、この回転
数検出手段22の出力を受け、エンジン回転数を、上記第
１モードによるトルク特性線と上記第２モードによるト
ルク特性線との交点に対応する切換回転数と比較して、
エンジン回転数がこの切換回転数以下のときには上記バ
ルブタイミング可変機構30を上記第１モードに、エンジ
ン回転数が上記切換回転数以上のときには上記バルブタ
イミング可変機構30を上記第２モードにそれぞれ切換え
る制御手段81と、エンジンの異常燃焼を検出する異常燃
焼検出手段24と、この異常燃焼検出手段24の出力を受
け、異常燃焼発生時、上記制御手段81におけるモードの
切換回転数を、異常燃焼発生により変化する第１モード
によるトルク特性線と変化しない第２モードによるトル
ク特性線との交点に対応する，上記通常時の切換回転数
よりも低回転側の回転数に変更する補正手段82とを設け
たものとする。

（作用）上記の構成により、本発明では、回転数検出手段22の
検出したエンジン回転数と切換回転数との比較に基づい
て、制御手段81によりバルブタイミング可変機構30が制
御され、吸・排気弁のタイミングがエンジン回転数に応
じたモードに切換えられ、上記切換回転数以下のときに
は第１モードに、切換回転数以上のときには第２モード
にそれぞれ切換えられるので、燃費の向上、出力の向上
などが実現する。

その場合、異常燃焼発生時には、異常燃焼の発生また
はこれに対処すべくなされた点火時期の遅延処置によっ
て低回転側の第１モード時に得られるトルク特性線が低
下するが、異常燃焼検出手段24の検出に基づいて、補正
手段82により、上記制御手段81におけるモードの切換回
転数が、異常燃焼発生により変化する第１モードによる
トルク特性線と変化しない第２モードによるトルク特性
線との交点に対応する，上記通常時の切換回転数よりも
低回転側の回転数に変更されるので、モード切換がトル
クショックなく行われることになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の実施例に係るバルブタイミング制御
装置を備えたＶ形DOHCエンジンを示す。同図において、
１はエンジンであって、該エンジン１は左バンクＬと右
バンクＲとを備え、各バンクL,Rにシリンダ２が設けら
れている。このシリンダ２にはピストン３が摺動自在に
それぞれ嵌挿されており、これらのピストン３はクラン
ク軸４に連結されている。各シリンダ２にはピストン３
によって燃焼室５が形成されている。そして、各バンク
L,Rにおけるバンク間側および反バンク間側には、燃焼
室５に新気を導入する吸気ポート６および燃焼室５から
排気を導出する排気ポート７がそれぞれ設けられてい
る。この吸気ポート６および排気ポート７には、吸気弁
８および排気弁９がそれぞれ設けられている。

上記各バンクL,Rには吸気弁専用のカムシャフト11お
よび排気弁専用のカムシャフト12がクランク軸方向に設
けられ、クランク軸４により、タイミングベルトを介し
てそれぞれ駆動されている。この吸気カムシャフト11に
は吸気カム11aが、排気カムシャフト12には排気カム12a
がそれぞれ設けられており、この吸気カム11aおよび排
気カム12aがバケット13を介して吸気弁８および排気弁
９にそれぞれ接していて、吸気カムシャフト11および排
気カムシャフト12の回転に伴ない吸気弁８および排気弁
９を所定のタイミングでもって開閉するように構成され
ている。

上記各バンクL,Rの吸気ポート６には吸気通路14の分
岐端が接続されている。この吸気通路14は一本に集合さ
れ、エアクリーナ15を介して大気に開放されている。上
記各吸気ポート６には燃料を噴射供給するインジェクタ
16が設けられている。また、上記吸気通路14には過給機
17が設けられ、この過給機17をバイパスするバイパス通
路18が設けられている。このバイパス通路18にはバイパ
ス弁19が設けられている。また、バイパス通路18よりも
吸気上流の吸気通路14には吸気流量を調節するためのス
ロットル弁20が、更にその吸気上流の吸気通路14には吸
気流量を検出するためのエアフローメータ21が設けられ
ている。さらに、このエンジン１にはエンジン回転数を
検出する回転数検出手段としての回転数センサ22が設け
られている。また、このエンジン１にはノッキングを検
出するためのノックセンサ24が設けられている。このノ
ックセンサ24は、エンジン１の異常燃焼を検出する異常
燃焼検出手段として機能する。上記バイパス弁19は、ス
ロットル弁下流の吸気圧力に応じて開く。すなわち、過
給機17による過給が不十分なときにバイパス通路18によ
ってシリンダ２に新気を供給し、また過給圧が高くなっ
たときに過給エアを吸気上流側にリリーフして過給圧の
上限を規制し、駆動負荷を軽減するように構成されてい
る。

そして、各バンクL,Rの排気カムシャフト12には、排
気弁９のタイミングを複数のモードに切換える油圧式バ
ルブタイミング可変機構30がそれぞれ設けられている。
すなわち、このバルブタイミング可変機構30は、カムシ
ャフト駆動用プーリに対する排気カム12aの回転位相を
切換えて、第６図に示すように、排気弁９の開弁期間全
体をクランク角度に沿って第１、第２の２つのモードに
切換えるものである。この切換えによって排気弁９の吸
気弁８とのオーバーラップ期間が変更される。具体的に
は、油圧が作用するとオーバーラップ期間が大きくな
る。

上記バルブタイミング可変機構30の構造を第３図に基
づいて説明する。同図において、排気カムシャフト12の
端部には筒状のスペーサ31が固定され、このスペーサ31
の外側に駆動用プーリ32が装着されている。この駆動用
プーリ32はボス部33の先端において上記スペーサ31の先
端外周に摺接し、また、そのボス部33の基端側は排気カ
ムシャフト12に回転自在に装着された筒状の連結部材34
に固定されている。そして、この連結部材34の他端には
第１ギヤ35がスプライン結合されロックナット36によっ
て固定されている。この第１ギヤ35には吸気カムシャフ
ト11の先端に固定された第２ギヤ37が噛合連結されてい
る。

上記駆動用プーリ32のボス部33の内側には、上記スペ
ーサ31との間に環状のピストン38が組み込まれている。
このピストン38は軸方向に二分割されていて、両分割部
は円周方向に等間隔で配置された複数のピン39によって
相互に固定されている。ピストン38の内側および外側に
は、互いに逆方向のヘリカルスプライン40,41が形成さ
れている。そして、ピストン内側のスプライン40に対し
て上記スペーサ31の外側にヘリカルスプライン42が形成
され、またピストン外側のスプライン41に対して駆動用
プーリボス部33の内周にヘリカルスプライン43が形成さ
れている。ピストン38は上記連結部材34の端面との間に
装着されたスプリング44により先端側に付勢されてい
る。

排気カムシャフト12には、軸心に沿ってオイル通路45
が形成されている。この排気カムシャフト12における軸
受部60に対応する部分には、上記オイル通路45から分岐
する通路45aが設けられている。上記軸受部60には、上
記通路45aの排気カムシャフト外周面開口部に一致して
環状溝61が形成され、この環状溝61はオイル供給通路71
を介してオイルポンプ（図示省略）に接続されている。

また、第４図に示すように、左バンクＬおよび右バン
クＲの排気カムシャフト12の後端部（スペーサ31が固定
された側とは反対側の端部）には、オイル通路45の開口
を開閉するためのソレノイド弁72,73がそれぞれ設けら
れている。このソレノイド弁72,73を開くとオイル通路4
5内のオイルがリリーフされてカム室内に回収されるよ
うになっている。

一方、上記筒状のスペーサ31は止め部材46を介し固定
ボルト47によって排気カムシャフト12に固定されてい
る。そして、この固定ボルト47には上記オイル通路45に
連通する軸方向の貫通穴48が設けられている。また、駆
動用プーリ32のボス部先端には、ピストン38の頭部に面
して、上記オイル通路45からの油圧を導く圧力室49が設
けられている。よって、ソレノイド弁72,73を閉じてお
いてオイルポンプからオイル通路45を介してこれら圧力
室49に油圧を導入すると、ピストン38がスプリング44を
圧縮して軸方向に移動し、このピストン38の内周および
外周に形成された逆方向のスプライン40,41と嵌合する
スペーサ31および駆動用プーリ32は、一方が他方に対し
て相対的に回転する。これにより、スペーサ31と一体の
排気カムシャフト12と駆動用プーリ32との回転位相が変
わり、吸・排気のオーバーラップ期間が長い第２モード
にバルブタイミングが変わる。また、ソレノイド弁72,7
3を開いてオイル通路45のオイルをリリーフすると、ピ
ストン38がスプリング44を伸長させて軸方向に移動し、
このピストン38の内周および外周に形成された逆方向の
スプライン40,41と嵌合するスペーサ31および駆動用プ
ーリ32は、一方が他方に対して相対的に回転する。この
ことによって、スペーサ31と一体の排気カムシャフト12
と駆動用プーリ32との回転位相が変わり、吸・排気のオ
ーバーラップ期間が小さい第１モードにバルブタイミン
グが変わる。

上述した二つのソレノイド弁72,73はコントロールユ
ニット80によって制御される。このコントロールユニッ
ト80には上記エアフローメータ21、回転センサ22および
ノックセンサ24の出力信号が入力されている。

上記コントロールユニット80によるソレノイド弁72,7
3の制御を第５図のフローに基づいて説明する。まず、
スタート後、ステップS₁でセンサ類からデータを入力
し、ステップS₂でエンジン回転数Neを、第７図に示す第
１モードによるトルク特性線A₁と第２モードによるトル
ク特性線Ｂとの交点に対応する切換回転数Noと比較す
る。そして、Ne＜Noのときには低回転領域にあるので、
バルブタイミング可変機構30を第１モードに切換るべく
ステップS₃でソレノイド弁72,73を開いてステップS₅に
進む。このように第１モードに切換わると、排気弁９の
開閉タイミングは第６図に実線で示す位置から破線で示
す位置に進んで、吸気弁８と排気弁９とのオーバーラッ
プ期間OL2が小さくなる。このことにより、排気ガスが
吸気通路に吹き返して排気ガスがシリンダ内に持ち込ま
れることが抑制されて燃焼安定性が向上する。そして、
この場合のトルク特性線は第７図に実線A₁で示すものに
なる。

一方、Ne≧Noのときには高回転領域にあるので、バル
ブタイミング可変機構30を第２モードに切換るべくステ
ップS₄でソレノイド弁72,73を閉じて、そのままリター
ンする。このように第２モードに切換わると、排気弁９
の開閉タイミングは第６図に破線で示す位置から実線で
示す位置に遅れて、吸気弁８と排気弁９とのオーバーラ
ップ期間OL1が大きくなる。このことにより、シリンダ
内に残る残留排気ガスの量が低減し、シリンダ内温度が
低下して耐ノッキング性が向上する。そして、この場合
のトルク特性線は第７図に実線Ｂで示すものになる。し
たがって、タイミング可変機構30によって燃費の向上、
出力の向上などを図ることできる。

次に、低回転領域にあって、バルブタイミング可変機
構30が第１モードにあるときには、ステップS₅でノック
センサ24の出力信号が所定値以上か否かを判定する。そ
して、所定値を超えないときには、そのままリターンす
る。一方、ノックセンサ24の出力信号が所定値以上のと
きにはノッキングが発生していると判断してステップS₆
に進む。このように低回転域でノッキングが発生する要
因としては、例えば吸入空気の温度が高くなってその密
度が小さくなったためにノッキング限界が遅れ側に移行
したことなどが考えられる。そして、ステップS₆でマッ
プの変更処理によって切換回転数Noを、第７図に示すノ
ッキング発生により変化する第１モードによるトルク特
性線A₂と変化しない第２モードによるトルク特性線Ｂと
の交点に対応する，通常時の切換回転数Noよりも低回転
側の回転数No′に変更補正する。

すなわち、ノッキングが発生すると、ノッキングの発
生またはこれに対処すべくなされた点火時期の遅延処置
によって第１モード時に得られるトルク特性線は第７図
に仮想線A₂で示すものにまで低下する。その結果、通常
の切換回転数Noにおいては、第１モード時に得られるト
ルク特性線A₂と、第２モード時に得られるトルク特性線
Ｂとの間にトルク差Ｃができる。しかし、切換回転数No
を低回転側に補正してNo′にしたので、切換回転数がト
ルク特性線A₂,Bが重なる交点に対応する回転数に再設定
される。このことにより、モード切換がトルクショック
なく行われる。

以上のフローにおいて、ステップS₁〜R₄により、回転
数検出手段（回転センサ）22の出力を受け、エンジン回
転数Neを、第１モードによるトルク特性線A₁と上記第２
モードによるトルク特性線Ｂとの交点に対応する切換回
転数Noと比較して、エンジン回転数Neが切換回転数No以
下のときにはバルブタイミング可変機構30を上記第１モ
ードに、エンジン回転数Neが切換回転数No以上のときに
は上記バルブタイミング可変機構30を上記第２モードに
それぞれ切換える制御手段81を構成している。また、ス
テップS₅及びS₆により、異常燃焼検出手段（ノックセン
サ）24の出力を受け、異常燃焼発生時、上記制御手段81
におけるモードの切換回転数を、異常燃焼発生により変
化する第１モードによるトルク特性線A₂と変化しない第
２モードによるトルク特性線Ｂとの交点に対応する，通
常時の切換回転数Noよりも低回転側の回転数No′に変更
する補正手段82を構成している。

さらに、上記コントロールユニット80によってバルブ
タイミング可変機構30が故障した場合の制御が行われ
る。図示していないが、このエンジン１には、一端がオ
イルポンプからのオイルが供給されるオイルギャラリに
接続され、他端がレギュレータバルブを介してピストン
下方においてピストン内部に向けて開口するオイルジェ
ットがシリンダごとに設けられており、オイルギャラリ
の油圧がレギュレータバルブの設定圧力に達したときに
このオイルジェットによってピストン内部にオイルを吹
き掛けてピストンを冷却するようにしている。その場
合、第８図に実線で示すように、正常時にはエンジン１
が高回転域に入り、第１モードから第２モードに切換っ
てソレノイド弁72,73が閉じるとオイル通路45の油圧が
上昇し、このためにオイルギャラリの油圧がレギュレー
タバルブの設定圧力に達してオイルジェットによりピス
トンが冷却される。しかし、ソレノイド弁72,73が故障
などしてエンジン１が高回転域に入って単位時間あたり
の爆発回数が増加してピストン温度が上昇しているにも
拘らず、第１モードから第２モードに正常に切換わらず
にソレノイド弁72,73が開き放しになると、第８図に破
線で示すように、オイル通路45の油圧が上昇せず、この
ためにオイルギャラリの油圧がレギュレータバルブの設
定圧力にまで達せず、オイルジェットによるピストン冷
却機能が発揮されない。そのときにはピストン温度の上
昇によりノッキングが発生し易くなる。このため、この
ようにエンジン１が高回転域に入ってもバルブタイミン
グ可変機構30により第１モードから第２モードへの切換
えが実行されないときには点火進角度を少なく補正して
ノッキングの発生を防止している。

なお、上記実施例ではノッキングの発生を検出して切
換回転数を変更補正するようにしたが、プレイグニッシ
ョンの発生を検出して切換回転数を変更補正するように
してもよい。その場合には、例えばプレイグニッション
の発生時に起る発光現象をセンサでとらえてプレイグニ
ッションの検出を行っても良い。

また、上記実施例ではバルブタイミング可変機構を排
気カムシャフトに設けたが、吸気カムシャフトに設けて
もよいし、吸・排気カムシャフトの双方に設けても良
い。

さらに、バルブタイミング可変機構としては、上記実
施例のように、カムシャフト駆動ギヤに対する吸・排気
カムの回転位相を可変にして、吸・排気弁の開弁期間全
体をクランク角度に沿ってスライドさせるタイプに限定
されるものではない。他にも、ロッカーアームまたはス
イングアームを用いたエンジンを前提として、一つの吸
・排気弁に対してプロフィールの異なる二種類のカムを
カムシャフトに設け、選択すべきカムに対応するロッカ
ーアームまたはスイングアームのみを可動状態にするタ
イプでも本発明は適用できる。さらに、カムのノーズ部
分を他の部分に対してカムシャフト半径方向にスライド
可能に設け、ノーズ部分のスライド移動によってカムの
プロフィールを変更するタイプでも本発明は適用でき
る。

（発明の効果）以上説明したように、本発明のエンジンのバルブタイ
ミング制御装置によれば、吸・排気弁のタイミングを低
回転側の第１モードと高回転側の第２モードに切換える
バルブタイミング可変機構を備え、エンジン回転数を、
第１モードによるトルク特性線と第２モードによるトル
ク特性線との交点に対応する切換回転数と大小比較し
て、バルブタイミング可変機構を第１又は第２モードに
切換えるとともに、異常燃焼発生時は、上記モードの切
換回転数を、異常燃焼発生により変化する第１モードに
よるトルク特性線と変化しない第２モードによるトルク
特性線との交点に対応する，通常時の切換回転数よりも
低回転側の回転数に変更したので、エンジン回転数に応
じて最適なバルブタイミングを設定できるとともに、異
常燃焼発生時のモード切換をトルクショックなく行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図〜第８
図は本発明の実施例を例示し、第２図は全体概略構成
図、第３図はバルブタイミング可変機構の要部横断面
図、第４図は制御システム図、第５図はコントロールユ
ニットの制御を示すフローチャート図、第６図はバルブ
タイミングを示す説明図、第７図はトルクショックを説
明するトルク特性図、第８図は故障時の点火進角度補正
を示す説明図である。１…エンジン 12…排気カムシャフト 22…回転センサ（回転数検出手段） 24…ノックセンサ（異常燃焼検出手段） 30…バルブタイミング可変機構 81…制御手段 82…補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本真也広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭64−32034（ＪＰ，Ａ) 特開平２−42145（ＪＰ，Ａ) 実開平３−41150（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−159705（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 13/02 F01L 1/34 F01L 13/00 F02D 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】吸・排気弁のタイミングを、相異なるトル
ク特性線を有する低回転側の第１モードと高回転側の第
２モードとに設定するバルブタイミング可変機構と、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、この回転数検出手段の出力を受け、エンジン回転数を、
上記第１モードによるトルク特性線と上記第２モードに
よるトルク特性線との交点に対応する切換回転数と比較
して、エンジン回転数がこの切換回転数以下のときには
上記バルブタイミング可変機構を上記第１モードに、エ
ンジン回転数が上記切換回転数以上のときには上記バル
ブタイミング可変機構を上記第２モードにそれぞれ切換
える制御手段と、エンジンの異常燃焼を検出する異常燃焼検出手段と、この異常燃焼検出手段の出力を受け、異常燃焼発生時、
上記制御手段におけるモードの切換回転数を、異常燃焼
発生により変化する第１モードによるトルク特性線と変
化しない第２モードによるトルク特性線との交点に対応
する，上記通常時の切換回転数よりも低回転側の回転数
に変更する補正手段とを設けたことを特徴とするエンジンのバルブタイミング
制御装置。