JP2959735B2 - エンジンのバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気的に作動されてカ
ムシャフトとクランクシャフトとの位相を変化させるバ
ルブタイミング可変機構を備えたエンジンのバルブタイ
ミング制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開昭６３−１６２９１０
号公報に示されているように、位相変更用の部材（アド
バンシングリング等）と電気的に作動される押圧部材
（リターダ）とを有し、電圧印加と電圧解除とに応じて
押圧部材が位相変更用の部材に対して押圧状態と押圧解
除状態とに切換わることに伴いカムシャフトとクランク
シャフトとの位相が変化するように構成されたバルブタ
イミング可変機構は知られている。すなわち、この公報
に示された装置は、カムシャフトに取り付けられたハブ
部材と、クランクシャフトに連動する入力部材とに対
し、軸方向に一定範囲内で移動可能なアドバンシング部
材を接続し、このアドバンシング部材の軸方向移動に伴
って上記ハブ部材と入力部材とが相対回転するように構
成するとともに、このアドバンシング部材に相対回転可
能に結合されたアドバンシングリングとハブ部材とにね
じ状部分を設けて互いに螺合させ、このアドバンシング
リングに対向させて、電磁コイルからなる不回転の押圧
部材を配置した構造となっている。そして、上記押圧部
材に電圧が印加されると、電磁力で押圧部材がアドバン
シングリングに押付けられて、摩擦力によるブレーキ力
がアドバンシングリングに作用することにより、アドバ
ンシングリングが所定回転角だけ相対変位し、これに伴
ってアドバンシング部材が軸方向に移動し、それによっ
て入力部材に対するカムシャフトの回転位相が変化す
る。このようにして、上記押圧部材に電圧が印加された
ときと印加電圧が解除されたときとで、吸気バルブまた
は排気バルブの開閉タイミングが変わるようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の装置におい
て、バルブタイミングを、一般のバルブタイミング固定
の場合と同等の基本タイミングと、これに対してポンピ
ングロス低減方向に変更した特定タイミングとに切換可
能とし、例えば吸気バルブの開閉タイミングを基本タイ
ミングとこれより遅角させて圧縮量を減少させるように
した特定タイミングとに切換可能とし、燃費改善の要求
が強い常用運転領域で上記特定タイミングに制御するこ
とは、従来から行なわれている。そして、上記の電磁コ
イルからなる押圧部材を有するバルブタイミング可変機
構を用いる場合、ノーマル状態に相当する電圧解除状態
のときに上記基本タイミングとなり、電圧印加時に上記
特定タイミングとなるような構造とするのが、一般的で
ある。

【０００４】しかし、このようにすると、燃費改善が要
求される常用運転領域で、上記特定タイミングとされる
ことによりポンピングロスが低減されても、電圧が印加
されることから電力が消費されるとともに、上記押圧部
材による摩擦力が回転部分に加わることによるエネルギ
ーロスも生じるため、燃費改善の効果が削減されてしま
う。

【０００５】そこで、電圧解除状態のときにポンピング
ロスが低減される特定タイミングとなるようにバルブタ
イミング可変機構を構成しておき、常用運転領域で電圧
解除状態とするように制御することにより、ポンピング
ロス低減時に電力消費や摩擦抵抗によるエネルギー損失
も低減することが考えられるが、この場合に次のような
課題が残されていた。

【０００６】すなわち、このようにする場合、アイドル
運転時等に上記特定タイミングとすると燃焼安定性が損
なわれ易くなることから、低回転領域では電圧印加状態
とすることによりバルブタイミングを基本タイミングと
して燃焼性を高めることが望ましい。そしてエンジン始
動時にも、特に、エンジン温度が低い冷間始動時には燃
焼性を高めて始動促進を図ることが要求されるが、その
反面、エンジン始動時にはスタータ等に多くの電力が必
要となるので、バルブタイミング可変機構での電力消費
をできるだけ抑えたいという要求がある。このような点
で改善の余地があった。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑み、常用運転
領域での燃費効率を向上し、かつ、冷間始動時の始動性
を向上する一方、温間始動時にバルブタイミング可変機
構での電力消費を抑え、バッテリの負担を軽減すること
ができるエンジンのバルブタイミング制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電圧印加と電圧解除とに応じて押圧部材
が位相変更用の部材に対して押圧状態と押圧解除状態と
に切換わることに伴いカムシャフトとクランクシャフト
との位相が変化するように構成されたバルブタイミング
可変機構を有するエンジンにおいて、電圧印加時にバル
ブタイミングが所定の基本タイミングとなり電圧解除時
にバルブタイミングが上記基本タイミングと比べてポン
ピングロスを低減する特定タイミングとなるようにバル
ブタイミング可変機構を設定するとともに、このバルブ
タイミング可変機構に対して電圧印加状態と電圧解除状
態との切換えを行う制御部に、所定回転数より高回転側
の低中負荷領域では上記電圧解除状態とし、所定回転数
より低回転側の領域および高負荷領域では上記電圧印加
状態とする基本制御手段と、エンジン始動時のエンジン
温度の検出に基づいて冷間始動時には上記電圧印加状態
とし、温間始動時には上記電圧解除状態とする始動時制
御手段とを設けたものである。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、常用運転領域である所定回
転数より高回転側の低中負荷領域では、バルブタイミン
グが上記特定タイミングとされることでポンピングロス
が低減されることに加え、上記電圧解除状態とされるこ
とにより電力が節減されるとともに、押圧部材の摩擦力
によるエネルギーロスが除去される。また、上記始動時
制御手段の制御により、冷間始動時には始動促進に有利
なバルブタイミングとされる一方、本来的に始動性が比
較的良好な温間始動時には、バルブタイミング可変機構
での電力消費が避けられる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例におけるバルブタイミング可変機構の
構造を図２に示す。この図において、１はエンジンの吸
・排気バルブ（図示省略）の開閉タイミングを規制する
カムシャフトであり、その一端側の外方には、外周面に
ギヤプーリ２ａを有してエンジンの駆動力が伝達される
入力部材２が配置され、この入力部材２とカムシャフト
１との間にバルブタイミング可変機構３が設けられてい
る。このバルブタイミング可変機構３は、カムシャフト
１の端部に取り付けられたハブ４と、位相変更用の部材
としてのドラム５およびアドバンシングプレート６と、
電圧印加と電圧解除とに応じて上記ドラム５に対して押
圧状態と押圧解除状態とに切換わる電磁コイル式の押圧
部材７等で構成されている。

【００１１】上記ハブ４は、カムシャフト１の端部に具
備された端部材８およびカムシャフトボルト９によって
カムシャフト１に固着されている。上記ドラム５は、カ
ムシャフト１の周囲に配置されるとともに、リターンス
プリング１０によってハブ４に連結され、かつストッパ
プレート１１によりカムシャフト１およびハブ４に対す
る相対回転範囲が規制されている。このドラム５の外周
面と上記アドバンシングプレート６の内周面とには相対
応するねじ部１２，１３が形成されて、アドバンシング
プレート６がドラム５に螺合している。アドバンシング
プレート６の外周面には、上記入力部材２の内周面に突
設された軸方向に延びる凸条１４が係合する係合溝１５
と、上記ハブ４に連設されたヘリカル爪１６に係合する
斜行溝１７とが形成されている。このヘリカル爪１６お
よび斜行溝１７は軸方向に対して一定角度だけ円周方向
に傾斜している。

【００１２】一方、上記電磁コイルからなる押圧部材７
は、カムシャフト１の周囲において上記ドラム５に対面
するように配置されるとともに、エンジン本体に対して
回り止めされ、かつ軸方向には移動可能に取り付けられ
ている。そして、押圧部材７に電圧が印加されていない
ときには、押圧部材７がドラム５から遊離してドラム５
に制動力が作用しない状態で、上記入力部材２とアドバ
ンシングプレート６、ハブ４およびドラム５等が一定の
位置関係で回転する。一方、押圧部材７に電圧が印加さ
れると、ドラム５に押圧部材７が圧接して制動力を加え
ることにより、ドラム５がハブ４に対してストッパプレ
ート１１で規制された所定回転角だけ相対回転し、これ
に伴って上記アドバンシングプレート６が軸方向に一定
量だけ移動し、これによって入力部材２とカムシャフト
１とが回転方向に相対変位する。このようして、上記押
圧部材７に対する電圧印加と電圧解除とに応じ、クラン
クシャフトに対するカムシャフト１の位相が変化し、バ
ルブタイミングが変わるようになっている。

【００１３】当実施例におけるバルブタイミング可変機
構３は、図３に示すように、ヘリカル爪１６がカムシャ
フト回転方向Ｍ側に傾斜することなどにより、上記押圧
部材７に対する電圧印加時（ドラム５に対する制動力作
用時）には電圧解除時よりもバルブタイミングが進角す
るような構造となっている。そして、このバルブタイミ
ング可変機構３により、図４のように、少なくとも吸気
バルブの開閉タイミングが変更されて、電圧印加時のバ
ルブタイミングよりも電圧解除時のバルブタイミングの
方がポンピングロスが低減されるように設定されてい
る。つまり、従来からも知られているように、吸気バル
ブのバルブタイミングが所定の基本タイミング（ポンピ
ングロス低減を意図しない一般的なバルブタイミング）
よりも遅角するとポンピングロス低減作用が得られるの
で、電圧解除時のバルブタイミングが基本タイミングよ
りも一定量遅角した特定タイミングとなり、電圧印加に
より進角されると上記の基本タイミングとなるように、
予めバルブタイミング可変機構３が設定されている。

【００１４】上記バルブタイミング可変機構３に対し、
電磁コイル式の押圧部材７への電圧印加、電圧解除の切
換えを行う制御部としてのコントロールユニット（ＥＣ
Ｕ）２０が具備され、上記電磁コイル式の押圧部材７が
リード線７ａを介してコントロールユニット２０に接続
されている。このコントロールユニット２０には、吸入
空気量を検出するエアフローメータ２１と、エンジン回
転数を検出する回転数センサ２２と、エンジンの始動を
検出するスタータスイッチ２３と、エンジンの冷却水温
を検出する水温センサ２４とからの各信号が入力され
る。

【００１５】図１に示すように、上記コントロールユニ
ット２０は、エアフローメータ２１からの信号などから
求められる吸気充填量等のエンジン負荷相当量と回転数
センサ２２によって検出されるエンジン回転数とにより
運転状態を判定する手段２５と、この運転状態の判定に
応じた電圧印加の制御を行う基本制御手段２６と、スタ
ータスイッチ２３からの信号およびエンジン回転数等に
基づいてエンジンの始動を判定する手段２７と、この始
動判定と水温センサ２４からの信号とに応じた電圧印加
の制御を行う始動時制御手段２８とを構成している。上
記基本制御手段２６による制御としては、図５の制御マ
ップに示すように、所定回転数より高回転側の低中負荷
領域ではバルブタイミング可変機構３の押圧部材７をＯ
ＦＦ（電圧解除状態）とし、所定回転数より低回転側の
領域および高負荷領域では上記押圧部材７をＯＮ（電圧
印加状態）とするもので、このような制御マップは予め
コントロールユニット２０内に格納されている。また、
上記始動時制御手段２８による制御としては、冷間始動
時に上記押圧部材７をＯＮとし、温間始動時に上記押圧
部材７をＯＦＦとするようになっている。

【００１６】図６は上記コントロールユニット２０によ
る制御をフローチャートで示している。この制御は、イ
グニッションスイッチおよびスタータスイッチがオンし
てエンジンの始動が開始されたときにスタートし、この
エンジン始動段階において、ステップＳ１でエンジン水
温が読み込まれ、ステップＳ２で上記エンジン水温が設
定値以上か否かにより温間始動か否かが判定される。

【００１７】ステップＳ２の判定がＮＯのとき、つまり
冷間始動時には、ステップＳ３で上記押圧部材７がＯＮ
とされる。そして、ステップＳ４でエンジン回転数の検
出等によって始動完了か否かが判定され、始動が完了す
るまではステップＳ１からの処理が繰返され、始動が完
了すると後記ステップＳ８以降の処理に移る。

【００１８】ステップＳ２の判定がＹＥＳのとき、つま
り温間始動時には、ステップＳ５で上記押圧部材７がＯ
ＦＦとされる。そして、ステップＳ６で始動完了か否か
が判定されて、始動が完了するまではステップＳ１から
の処理が繰返され、始動が完了すると、ステップＳ７で
上記押圧部材がＯＮとされた上で、ステップＳ８以降の
処理に移る。

【００１９】ステップＳ８では、エアフローメータ２１
およびエンジン回転数センサ２２からの信号によって運
転状態が判定される。続いてステップＳ９で、基本制御
手段２６の機能を果たす処理として、図５に示す制御マ
ップに基づき、運転状態に応じて上記押圧部材７のＯ
Ｎ、ＯＦＦを切換える制御を行う。

【００２０】このような当実施例の装置によると、エン
ジンの始動時以外は、上記基本制御手段２６としての処
理により図５の制御マップに基づいてバルブタイミング
可変機構３が制御される。この制御マップに基づく制御
により、所定回転数より高回転側の低中負荷領域では、
吸気バルブのバルブタイミングが遅角側である特定タイ
ミングとされてポンピングロスが低減され、さらに、押
圧部材７に対する電圧解除時にこのようなバルブタイミ
ングとなるように予め設定されているので、ポンピング
ロス低減時には電力も節減され、かつ押圧部材７による
摩擦抵抗によるエネルギーロスも除去されて、この領域
での燃費効率が向上される。高負荷領域では、押圧部材
７に対し電圧印加状態とされてバルブタイミングが基本
タイミングまで進角されることにより、エンジン出力が
高められ、また、所定回転数よりも低回転側の領域でも
基本タイミングまで進角されることにより、アイドル運
転時等における燃焼安定性が高められる。

【００２１】一方、始動時制御手段２８によるエンジン
始動時の制御として、冷間始動時には、上記制御マップ
に基づく場合の低回転領域と同様に、上記電圧印加状態
とされてバルブタイミングが基本タイミングまで進角さ
れることにより、燃焼性が高められて始動が促進される
が、温間始動時には、上記電圧解除状態とされることに
よりバッテリの負担が軽減される。つまり、エンジンの
始動時にはスタータの駆動により消費電力が増大してバ
ッテリの負担が増大し易い状況にあるため、上記電圧解
除状態とすることでバルブタイミング可変機構３での電
力消費を避けることがバッテリの負担軽減に有効であ
り、またこうすることでバルブタイミングが遅くなる
が、エンジン温度が高ければ燃焼不良を招くようなこと
はなく、始動性は確保される。

【００２２】なお、上記実施例では、吸気バルブのバル
ブタイミングを基本タイミングとこれよりも一定量遅角
した特定タイミングとに切換えるようにしているが、ポ
ンピングロスを低減する特定タイミングとしては基本タ
イミングよりも一定量進角したタイミングでもよく、こ
のようにする場合は、電圧解除時にバルブタイミングが
進角されるようにしておけばよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、バルブタイミングが電圧印加
時に基本タイミング、電圧解除時にポンピングロス低減
用の特定タイミングとなるようにバルブタイミング可変
機構を設定するとともに、このバルブタイミング可変機
構に対し、所定回転数より高回転側の低中負荷領域では
上記電圧解除状態とする基本制御手段と、エンジンの冷
間始動時には上記電圧印加状態とし温間始動時には上記
電圧解除状態とする始動時制御手段とを設けている。こ
のため、常用運転領域ではポンピングロス低減と電力消
費および機械抵抗の減少により燃費効率を高め、また冷
間始動時には燃焼性を高めて始動を促進し、しかも温間
始動時にバルブタイミング可変機構での電力消費を避け
てバッテリの負担を軽減することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるバルブタイミング制御
装置の機能ブロック図である。

【図２】バルブタイミング可変機構の全体断面図であ
る。

【図３】バルブタイミング可変機構の要部を断面とした
側面図である。

【図４】バルブタイミングの説明図である。

【図５】運転状態に応じたバルブタイミング可変機構の
制御のための制御マップを示す図である。

【図６】バルブタイミング制御のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

３ バルブタイミング可変機構 ７ 電磁コイル式の押圧部材 ２０ コントロールユニット ２１ エアフローメータ ２２ 回転数センサ ２３ スタータスイッチ ２４ 水温センサ ２６ 基本制御手段 ２８ 始動時制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 13/02 F01L 1/34 F02N 17/08 F01L 13/00 F01L 9/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧印加と電圧解除とに応じて押圧部材
   が位相変更用の部材に対して押圧状態と押圧解除状態と
   に切換わることに伴いカムシャフトとクランクシャフト
   との位相が変化するように構成されたバルブタイミング
   可変機構を有するエンジンにおいて、電圧印加時にバル
   ブタイミングが所定の基本タイミングとなり電圧解除時
   にバルブタイミングが上記基本タイミングと比べてポン
   ピングロスを低減する特定タイミングとなるようにバル
   ブタイミング可変機構を設定するとともに、このバルブ
   タイミング可変機構に対して電圧印加状態と電圧解除状
   態との切換えを行う制御部に、所定回転数より高回転側
   の低中負荷領域では上記電圧解除状態とし、所定回転数
   より低回転側の領域および高負荷領域では上記電圧印加
   状態とする基本制御手段と、エンジン始動時のエンジン
   温度の検出に基づいて冷間始動時には上記電圧印加状態
   とし、温間始動時には上記電圧解除状態とする始動時制
   御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。