JP2902092B2

JP2902092B2 - バルブタイミング制御装置

Info

Publication number: JP2902092B2
Application number: JP25700290A
Authority: JP
Inventors: 勉中山; 敏裕岡本; 孝至猪飼
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JPH04136403A

Description

【発明の詳細な説明】《産業上の利用分野》本発明は、エンジンの動弁機構に用いられるバルブタ
イミング制御装置に関する。

《従来の技術》この種のバルブタイミング制御装置としては、例え
ば、特開昭58−185914号公報に開示されるものがあり、
動弁機構の回転伝達経路に、交叉スリットが形成された
スリーブにらり構成される相対回転機構を設け、スリー
ブを電気モータにより回転させることにより、タイミン
グギアとカムシャフトとを相対回転させ、もって、バル
ブタイミングの制御が行われるようになっている。

前記バルブタイミングの進，遅（カム位相角の増，
減）は、前記電気モータの正転，逆転により行われ、つ
まりは、この電気モータに出力される駆動電流値の制御
により行われるようになっている。

ところで、このように電気制御によりバルブタイミン
グを制御する方法としては、例えば、電磁クラッチを用
いて作動させる相対回転機構が考えられるが、この場合
は電磁クラッチの磁力変化をもって行われ、バルブタイ
ミングを変化させるに、この電磁クラッチに印加される
電圧が制御される。

例えば、前記電磁クラッチに印加される電圧制御とし
ては、第６図に示すようにバルブタイミングの切り換え
初期では、一定電圧を所定時間τだけ印加して相対回転
機構を切り換え作動し、その後は相対回転機構の一定の
切り換え状態を保持するために、パルス状の電圧を印加
してデューティー制御することが望ましい。

尚、前記電圧印加時間τはエンジン回転数によって変
化されるため、例えば、第７図に示すようにエンジン回
転数の上昇に伴ってこの電圧印加時間τが短縮される。

《発明が解決しようとする課題》ところで、上述した電磁クラッチを用いて行うバルブ
タイミング制御装置で、電磁クラッチや相対回転機構を
潤滑油により潤滑した場合、温度によって潤滑油粘度が
変化するため、切り換え作動抵抗が変化する。即ち、潤
滑油が低温の場合は粘度が高く、切り換え作動抵抗が大
きいため、切り換え作動時間が長くなり、高温の場合は
粘度が低く、切り換え作動抵抗が小さいため、切り換え
作動時間は短くなる。このため、前記電磁クラッチおよ
び相対回転機構での切り換え作動を確実に完了させるた
めに、電磁クラッチへの電圧印加時間（切り換え作動通
電時間）τでは作動時間を長く要する低温時に合わせて
設定している。

しかしながら、このように作動通電時間を低温時に合
わせて設定していると、潤滑油の粘度が低くなる高温時
には前記切り換え作動通電時間τが、真に必要な切り換
え作動時間に対して不必要に長くなり過ぎ、無駄に電力
を消費してしまうという問題があった。

本発明はかかる従来の課題に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、バルブタイミングを切り換え作動させ
る時にバルブタイミング切り換え手段に通電する切り換
え作動用の通電時間τを潤滑油温度に応じて緻密に変更
することにより、電力消費量の可及的な低減化が図れる
ようにしたバルブタイミング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》かかる目的を達成するために本願発明の請求項１に記
載のバルブタイミング制御装置では、動弁機構の回転伝
達経路に設けられる相対回転機構と、前記相対回転機構
の相対位置を変更してバルブタイミングを切り換え作動
させるバルブタイミング切り換え手段と、前記バルブタ
イミング切り換え手段の切り換え作動を通電により制御
する作動制御手段と、エンジン内を潤滑する潤滑油の温
度を検知する油温検出手段とを備え、前記作動制御手段
は、前記油温検出手段によって検知された潤滑油温度に
応じて、前記バルブタイミング切り換え手段への切り換
え作動通電時間を変更する通電時間変更手段を含んでい
る構成とした。

また、本願発明の請求項２に記載のバルブタイミング
制御装置では、前記通電時間変更手段は、前記潤滑油温
度が高くなるに従って前記切り換え通電時間を短縮する
構成とした。

ここで請求項３に記載するように、請求項１または請
求項２の発明は、前記バルブタイミング切り換え手段
が、電圧印加により発生される磁力で前記相対回転機構
の相対位置を切り換える電磁クラッチとすることができ
る。

《作用》以上の構成により、請求項１記載のバルブタイミング
制御装置の発明では、動弁機構の回転伝達経路に設けら
れる相対回転機構の相対位置が、バルブタイミング切り
換え手段により切り換えられることで、エンジン回転に
対するバルブの作動タイミングが変化される。このと
き、油温検知手段によって検出されたエンジン内を潤滑
する潤滑油温度に応じて、このバルブタイミング切り換
え手段の切り換え作動通電時間を作動制御手段内の通電
時間変更手段により変更されるので、バルブタイミング
切り換え手段および相対回転機構を確実に作動するため
に必要な最低限度の通電時間にすることができる。

また、請求項２記載のバルブタイミング制御装置の発
明では、前記通電時間変更手段による切り換え通電時間
変更は、潤滑油温度が高くなるに従って前記切り換え通
電時間を短縮するようにしたので、潤滑油の粘度変化に
応じて最も効率の良い通電時間にすることができる。

ここで、請求項３に記載するように、前記バルブタイ
ミング切り換え手段を、通電により発生される磁力で前
記相対回転機構の相対位置を切り換える電磁クラッチと
すれば、油温検出手段によって検出された潤滑油温度に
応じて、この電磁クラッチへの切り換え作動通電時間を
作動制御手段内の通電時間変更手段により変更して、当
該電磁クラッチおよび相対回転機構が確実に切り換え作
動完了するために必要な最低限度の通電時間に制御する
ことができる。

《実施例》以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明にかかるバルブタイミング制御装置の
概略構成を示す概念図である。図示するように、動弁機
構の回転伝達経路に設けられる相対回転機構ａの相対位
置は、バルブタイミング切り換え手段としての電磁クラ
ッチｂにより切り換え作動されて、エンジン回転に対す
るバルブの作動タイミングが変化される。このとき、こ
の電磁クラッチｂに通電する切り換え作動用の通電時間
は、油温検知手段ｃによって検出されたエンジン内を潤
滑する潤滑油温度に応じて、電磁クラッチｂおよび相対
回転機構ａが確実に切り換え作動を完了するために必要
な最低限度の通電時間に作動制御手段たる電圧制御手段
ｄ内の通電時間変更手段によって適宜変更されるように
なっている。

即ち、第２図は本発明にかかるバルブタイミング制御
装置に用いられる相対回転機構10の一実施例を示す要部
の分解斜視図であり、同図中12はタイミングギア、14は
カムシャフトである。

前記タイミングギア12には図外のタイミングベルトを
介してクランクシャフト回転が伝達され、そして、この
タイミングカム12の回転が前記カムシャフト14に伝達さ
れることにより、このカムシャフト14に形成された図外
のカムにより、吸気バルブおよび排気バルブを開閉する
ようになっている。

そして、前記クランクシャフトからタイミングベルト
およびタイミングギア12を介してカムシャフト14に至る
間で、動弁機構の回転伝達経路が構成されるようになっ
ている。

前記相対回転機構10は、前記タイミングギア12の内周
に嵌合されるアドバンシングプレート16と、このアドバ
ンシングプレート16の内周に螺合されるドラム18と、こ
のドラム18を一定回転方向に付勢するスプリング20と、
カムシャフト14に固設されるハブ22とを備えて構成され
る。

即ち、前記アドバンシングプレート16の外周には係合
突起16aが形成されると共に、前記タイミングギア12の
内周には軸方向に延びる係合溝12aが形成され、この係
合溝12aに前記係合突起16aが係合されることにより、ア
ドバンシングプレート16はタイミングギア12と一体に回
転しつつ、軸方向の相対移動が可能となっている。

前記アドバンシングプレート16の内周には雌ねじ16b
が形成されると共に、前記ドラム18の外周には雄ねじ18
aが形成され、これら雌ねじ16bと雄ねじ18aとが螺合さ
れることにより、アドバンシングプレート16とドラム18
との相対回転により、これら両者が軸方向に相対移動さ
れるようになっている。

前記スプリング20は渦巻きスプリングとして構成さ
れ、その外周端部20aは前記ドラム18に係止されると共
に、内周端部20bは前記ハブ22に係止され、このスプリ
ング20によりドラム18は一方の回転方向に付勢される。

前記ハブ22の外周には軸方向に折曲され、かつ、螺旋
状に傾斜されるヘリカル突起22aが形成され、かつ、前
記アドバンシングプレート16の外周には螺旋状のヘリカ
ル溝16cが形成され、このヘリカル溝16cに前記ヘリカル
突起22aが係合されることにより、アドバンシングプレ
ート16の軸方向移動に伴ってこれらアドバンシングプレ
ート16とハブ22とが相対回転されるようになっている。

かかる構成になる相対回転機構10は、通常時ではタイ
ミングギア12の回転が係合溝12aと係合突起16aとを介し
てアドバンシングプレート16に伝達され、更に、このア
ドバンシングプレート16の回転がヘリカル溝16cとヘリ
カル突起22aとを介してハブ22に伝達され、このハブ22
の回転によりカムシャフト14を回転するようになってい
る。

従って、かかる通常時ではタイミングギア12の回転が
そのままカムシャフト14に伝達されることになる。

次に、かかる状態からドラム18がスプリング20の付勢
力に逆らってタイミングギア12に対して相対回転される
と、アドバンシングプレート16がタイミングギア12に対
して軸方向に相対移動される。

すると、ヘリカル突起22aに対してヘリカル溝16cが軸
方向移動されるため、ハブ22はアドバンシングプレート
16、つまり、タイミングギア12に対して相対的に若干回
転され、延いては、このタイミングギア12に対してカム
シャフト14が相対回転されることになり、バルブタイミ
ングを変化させることができる。

ところで、前記ドラム18の内周には、この内周径より
若干小径に形成された環状のソレノイドコイル24が嵌合
され、このコイル24の中心穴24aにはボルト26が相対回
転自在に挿通され、そして、このボルト26が前記カムシ
ャフト14の端部中心に螺着されることにより、ソレノイ
ドコイル24はドラム18に対して回転自在かつ同心状に支
持される。

また、前記ソレノイドコイル24の外側（図中右側）に
は、２本のピン24b,24bが突設される一方、図外のシリ
ンダヘッドに取り付けられるブラケット28が、これらピ
ン24b,24bに係合されるようになっている。

このため、前記ソレノイドコイル24はエンジン本体側
に固定されると共に、このソレノイドコイル24と前記ド
ラム18の内周との間で電磁クラッチ30が構成される。

従って、バルブ切り換え手段としての前記電磁クラッ
チ30は通電されない状態では、ソレノイドコイル24とド
ラム18との間に吸引力が発生されないため、前記相対回
転機構10は作動されない状態、つまり、タイミングギア
12の回転がそのままカムシャフト14伝達される状態にあ
る。

そして、この状態からソレノイドコイル24に通電して
磁力を発生させると、このソレイドコイル24に吸引され
てドラム18に回転抵抗が生じ、電磁クラッチ30が作動さ
れた状態となる。

勿論、前記ドラム18は感磁性の材料、例えば、鉄等に
より形成されている。

従って、前記電磁クラッチ30が作動されると、ドラム
18はブレーキングされるため、このドラム18は前記アド
バンシングプレート16に対して回転遅れを生じ、つまり
は相対回転されることになり、これに伴ってタイミング
ギア12とカムシャフト14とが相対回転され、バルブタイ
ミングの切り換え（本実施例ではタイミングを早める方
向への切り換え）が行われる。

尚、前記スプリング20の付勢方向は、前記電磁クラッ
チ30が接続された時にドラム18がタイミングギア12と相
対回転される方向とは反対方向となる。

そして、前記ソレノイドコイル24への通電を停止する
ことにより、ドラム18は前記スプリング20の付勢力で初
期状態に復帰され、この復帰時にはドラム18が電磁クラ
ッチ30の作動時とは逆方向に回転されることにより、相
対回転機構10は逆方向に作動されることになる。

つまり、相対回転機構10が逆方向に作動されると、タ
イミングギア12とカムシャフト14とは逆に相対回転され
て初期のバルブタイミングに戻される。

尚、前記電磁クラッチ30はエンジン内を潤滑する潤滑
油が給送されて潤滑され、ソレノイドコイル24とドラム
18との間の相対回転が滑らかに行われるようになってい
る。

ところで、前記ソレノイドコイル24への通電は、作動
制御手段としてのコントローラ32により制御される。

即ち、前記コントローラ32にはエンジン回転センサ34
から出力されるエンジン回転数信号と、油温検出手段と
しての油温センサ36から出力される油温信号がそれぞれ
入力され、これら各信号に基づいてコントローラ32内に
含まれる通電時間変更手段により通電時間が決定され制
御される。

つまり、前記コントローラ32は、例えば、第３図
（Ａ）に示すように制御され、バルブタイミングの変化
を必要としない場合は通電を停止状態（0V）に保持（Ｒ
状態）し、この状態からバルブタイミングを切り換える
ときは、通電時間変更手段によりカム位相角の変更動作
に必要な切り換え作動通電時間τの間だけ一定電圧（例
えば、14V）を印加する。

そして、作動終了後は省電力を図るため電圧をパルス
状に出力してデューティー制御することにより、バルブ
タイミングの切り換え状態が保持される。

従って、電磁クラッチ30に通電されることにより、第
３図（Ｂ）に示すようにバルブタイミング（カム位相
角）が変化される。

第４図は前記コントロールローラ32で実行される制御
のフローチャートを示し、まず、ステップ100でエンジ
ン回転数Ｎと油温Ｔとを検知し、これら両信号に基づい
て次のステップ101では前記切り換え作動通電時間たる
電圧印加時間τが計算される。

このとき、τ＝ｆ（N,T）の関数として求められ、そ
のデータマップとしては第４図に示すようにデジタル変
換されて求められた湯温Ｔ（T1,T2,…）に応じてτが求
められる。

次に、ステップ102によりバルブタイミングの切り換
え信号が発生されているかどうかを判断し、この信号が
発生されている場合はステップ103に進んで制御電圧を
電磁クラッチ30に印加し通電する一方、切り換え信号が
発生されていない場合は通電すること無くそのままリタ
ーンされる。

従って、本実施例では電磁クラッチ30への切り換え作
動通電時間τが制御される際、この切り換え作動通電時
間である電圧印加時間τは第５図に示したように、エン
ジン回転数の上昇及び油温の上昇に伴ってそれぞれ短縮
される方向に制御される。

このように、電磁クラッチ30の潤滑油温度が低く、そ
の粘度が著しく高くなっている場合は、切り換え作動通
電時間τを長くして電磁クラッチ30の作動力を増大する
ことができるため、潤滑油の粘性による作動力低下に影
響されること無く、カム位相角を目的の角度までスムー
ズに変化させることができる。

一方、前記潤滑油温度が高くなって粘度が低い状態で
は、切り換え作動通電時間τを短くして余分な電力消費
を無くし、省電力を達成できる。

尚、エンジン回転数が上昇された場合は、一定の時間
あたりにドラム18が相対回転される量が多くなるため、
切り換え作動通電時間τを短縮させることで目的のカム
位相角を得ることができる。

また、本実施例では、通電時の印加電圧値を一定とし
てその切り換え作動通電時間τを変化させるようにした
ものを開示したが、これに限ることなく電圧値自体を変
化させソレノイドコイル24とドラム18との間の吸引力を
調製するように制御することもできる。

ところで、以上説明した本実施例のバルブタイミング
制御装置にあっては、潤滑油温度により変化される粘度
の影響を考慮して切り換え作動通電時間τを制御する場
合を開示したが、電磁クラッチ30に発生される磁力は温
度によって微妙に変化され、つまり、ソレイドコイル24
の電気抵抗は温度上昇に伴って増加されることにより磁
力の低下が来される。

従って、潤滑油の粘度に限ることなく、油温信号を磁
力変化に応じた制御を行う場合に用いることができ、こ
のように磁力変化を考慮した通電時間制御を行うことに
より、省電力の効果を更に向上させることができる。

《発明の効果》以上説明したように請求項１に係る発明のバルブタイ
ミング制御装置では、動弁機構の回転伝達経路に設けら
れる相対回転機構の相対位置が、バルブタイミング切り
換え手段により切り換えられることで、エンジン回転に
対するバルブの作動タイミングが変化される。このと
き、油温検知手段によって検出されたエンジン内を潤滑
する潤滑油温度に応じて、このバルブタイミング切り換
え手段の切り換え作動通電時間を作動制御手段内の通電
時間変更手段により変更されるので、バルブタイミング
切り換え手段および相対回転機構を確実に作動するため
に必要な最低限度の通電時間に緻密に制御して、バルブ
タイミング切り換えに必要な電力消費を著しく低減する
ことができる。

また、請求項２記載の発明は、前記通電時間変更手段
による切り換え通電時間変更は、潤滑油温度が高くなる
に従って前記切り換え通電時間を短縮するようにしたの
で、潤滑油の粘度変化に応じて最も効率の良い通電時間
にすることができる。

ここで、請求項３に記載するように、前記バルブタイ
ミング切り換え手段を、通電により発生される磁力で前
記相対回転機構の相対位置を切り換える電磁クラッチと
することもできる。この場合、油温検出手段によって検
出されたエンジン内を潤滑する潤滑油温度に応じて、こ
の電磁クラッチへの切り換え作動用の通電時間を作動制
御手段内の通電時間変更手段により緻密に変更でき、前
記磁クラッチおよび相対回転機構を確実に切り換え作動
完了するために必要な最低限度の通電時間に可及的に近
づけることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるバルブタイミング制御装置の
概略構成を示す概念図、第２図は本発明の一実施例に用
いられる要部構成を示す分解斜視図、第３図（Ａ）は本
発明で制御される印加電圧の特性図、第３図（Ｂ）は本
発明で制御されることにより得られるカム位相角の特性
図、第４図は本発明で実行される制御の一処理例を示す
フローチャート、第５図は本発明の制御に用いられる電
圧印加時間のデータマップ、第６図は従来の電磁クラッ
チを用いたバルブタイミング制御装置の制御電圧特性
図、第７図は従来のバルブタイミング制御装置で制御さ
れる電圧印加時間の特性図である。 10…相対回転機構、12…タイミングギア 14…カムシャフト、16…アドバンシングプレート 18…ドラム、20…スプリング 22…ハブ、24…ソレノイドコイル 30…電磁クラッチ（バルブタイミング切り換え手段） 32…コントローラ（作動制御手段・通電時間変更手段） 34…エンジン回転センサ 36…油温センサ（油温検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−186395（ＪＰ，Ａ) 特開平１−240710（ＪＰ，Ａ) 実開平１−118110（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01L 1/34 F01L 1/46 F01L 13/00 301 F02D 13/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】動弁機構の回転伝達経路に設けられる相対
回転機構と、前記相対回転機構の相対位置を変更してバルブタイミン
グを切り換え作動させるバルブタイミング切り換え手段
と、前記バルブタイミング切り換え手段の切り換え作動を通
電により制御する作動制御手段と、エンジン内を潤滑する潤滑油の温度を検知する油温検出
手段とを備え、前記作動制御手段は、前記油温検出手段によって検知さ
れた潤滑油温度に応じて、前記バルブタイミング切り換
え手段への切り換え作動通電時間を変更する通電時間変
更手段を含んでいることを特徴とするバルブタイミング
制御装置。
【請求項２】前記通電時間変更手段は、前記潤滑油温度
が高くなるに従って前記切り換え通電時間を短縮するこ
とを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング制御
装置。
【請求項３】前記バルブタイミング切り換え手段が、通
電により発生される磁力で前記相対回転機構の相対位置
を切り換える電磁クラッチであることを特徴とする請求
項１または２のいずれかに記載のバルブタイミング制御
装置。