JP2982099B2 - エンジンの可変バルブ切り換え制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの可変バルブ切
り換え制御装置に関し、詳しくは、トルク段差の発生を
回避しつつバルブ開特性を切り換え制御する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、低中速運転時の高トルク特性
と高速運転時の出力向上とを両立させる目的で、吸気バ
ルブ又は排気バルブのリフト特性（開特性）を、例えば
高速用カムと低速用カムとを運転条件に応じて使い分け
ることにより異ならせ、これによって、吸排気のタイミ
ング或いは吸排気量を制御することが知られている（特
開昭６３−１６７０１６号公報，特開昭６３−５７８０
５号公報，特開平５−１７１９０９号公報等参照）。

【０００３】上記のようなバルブのリフト特性の切り換
え（高速用カムと低速用カムとの使い分け）によって、
図８に示すように、低速域におけるトルク特性と高速域
におけるトルク特性とが合成され、低回転域から高回転
域にわたってトルクを高めることができるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に、高速域に対応するバルブ開特性と低速域に対応する
バルブ開特性とを切り換え制御する場合には、エンジン
回転速度が予め設定された基準回転速度を越えているか
否かの判別結果に基づいて、バルブ開特性として高速用
のもの（高速用カム）と低速用のもの（低速用カム）と
のいずれを用いるかを決定していた。

【０００５】前記基準回転速度は、図８に示すように、
低速用の特性と高速用の特性とで出力トルクが略同じに
なる境界であり、前記基準回転速度を境にして特性を切
り換えることで、バルブ開特性の切り換えに伴うトルク
段差の発生を回避しつつ、前記基準回転速度で分けられ
る各速度域でより高いトルクが得られるようにしてい
る。

【０００６】しかしながら、上記のエンジン回転速度に
基づくバルブ開特性の切り換え制御では、大きなトルク
段差が発生しない切り換えを安定的に実行させることが
できず、バルブ特性（使用カム）を切り換えたときに大
きなトルク段差が生じて、運転ショックを発生させるこ
とがあった。本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、バルブの開特性を切り換えるときに、大きなトル
ク段差の発生を確実に回避できるようにすることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかるエンジンの可変バルブ切り換え制御装置は、図
１に示すように構成される。図１において、バルブ開特
性切り換え手段は、エンジンのバルブ開特性を予め設定
された複数種に切り換える。

【０００８】また、基準空気量設定手段は、回転速度検
出手段で検出されるエンジンの回転速度に基づいて基準
空気量を設定する。そして、空気量による切り換え制御
手段は、吸入空気量検出手段で検出されたエンジンの吸
入空気量と、前記基準空気量設定手段で設定された基準
空気量との比較に基づいて前記バルブ開特性切り換え手
段によるバルブ開特性の切り換え動作を制御する手段で
あって、前記切り換え動作の制御においてヒステリシス
を有する。

【０００９】ここで、請求項２の発明にかかる装置で
は、前記バルブ開特性切り換え手段が、バルブを開閉駆
動するカムを高速用カムと低速用カムとのいずれか一方
に切り換える構成であり、前記空気量による切り換え制
御手段が、エンジンの吸入空気量が前記基準空気量より
も多いときに前記高速用カムに切り換え制御する一方、
エンジンの吸入空気量が前記基準空気量よりも少ないと
きに前記低速用カムに切り換え制御する構成とした。

【００１０】

【作用】請求項１の発明にかかるエンジンの可変バルブ
切り換え制御装置では、エンジンの吸入空気量と、エン
ジンの回転速度に基づいて設定される基準空気量とが比
較される。そして、前記比較結果、即ち、基準空気量に
対して実際に検出された空気量が多いか少ないかによっ
て、いずれのバルブ開特性を用いるべきであるかが判断
され、これに従って実際のバルブ開特性の切り換えが行
われる。

【００１１】バルブ開特性の切り換えは、切り換え前の
特性と切り換え後の特性とで略同じトルクが得られる条
件下で行われることが要求される。一方、エンジン出力
トルクは、エンジン吸入空気量（シリンダ吸入空気量）
に相関し、各開特性でエンジン吸入空気量が同じになる
条件下での吸入空気量の絶対値は、エンジン回転速度に
よって異なる。

【００１２】そこで、エンジン回転速度によって切り換
えタイミングとなるエンジン吸入空気量（基準空気量）
を設定させ、この基準空気量に対して実際のエンジン吸
入空気量が多いか少ないかによって、いずれの開特性を
用いるかを判別させるようにした。更に、前記開特性の
判別においてヒステリシスを設け、空気量の変動による
切り換え判別のハンチングの発生を防止できるようにし
た。一方、請求項２の発明にかかる装置は、高速用カム
と低速用カムとのいずれか一方を用いてバルブを開閉駆
動させる構成とし、実際のエンジン吸入空気量と前記基
準空気量とを比較して、基準空気量を越える吸入空気量
が得られている条件では高速用カムを用い、基準空気量
を下回る吸入空気量が得られている条件では低速用カム
を用いる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２は本
実施例のシステム構成の概略を示すブロック図である。
この図２において、図示しないエンジンには、バルブの
開特性（リフト特性）を予め設定された複数種に選択的
に切り換える可変バルブ機構101 （バルブ開特性切り換
え手段）が設けられている。

【００１４】前記可変バルブ機構101 は、作動油圧によ
ってバルブ開特性を切り換える油圧式の可変機構であ
り、前記作動油圧の供給は、コントロールユニット102
によって駆動制御される切換弁103 によって調整される
構成となっている。マイクロコンピュータを内蔵した前
記コントロールユニット102 は、エンジン回転速度Ｎｅ
を検出する回転速度センサ104 （回転速度検出手段），
エンジンの吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメー
タ105 （吸入空気量検出手段）等からの検出信号を入力
し、これら検出信号に基づいてバルブ開特性を決定し、
該決定に従って前記切換弁103 を制御する。

【００１５】即ち、本実施例では、コントロールユニッ
ト102 はエンジン回転速度Ｎｅと吸入空気流量Ｑａとに
基づいて、バルブ開特性の切り換えタイミングを検出
し、切換弁103 の駆動制御を介してバルブ開特性を切り
換える。従って、前記コントロールユニット102 が、本
実施例における空気量による切り換え制御手段に相当す
る。

【００１６】ここで、図３〜図６に前記可変バルブ機構
101 の具体例を示す。これについて説明すると、各気筒
には２本の吸気バルブＶに対応した単一のロッカアーム
１が設けられている。前記ロッカアーム１の基端は、各
気筒に共通な中空のメインロッカシャフト３を介してシ
リンダヘッドに揺動自在に支持され、ロッカアーム１の
二股の各先端は、吸気バルブＶのステム頂部に当接す
る。

【００１７】ロッカアーム１は平面視において略二股状
に形成され、ロッカアーム１には略その中央上方に単一
の自由カムフォロア２が設けられている。そして、図４
において、自由カムフォロア２の両側には低速用カム2
1，21が当接するローラ11，11が設けられている。自由
カムフォロア２の基端は、サブロッカシャフト16を介し
てロッカアーム１に揺動自在（相対回転可能）に支持さ
れている。自由カムフォロア２は吸気バルブＶに当接す
る部位を持たず、その先端には高速用カム22に摺接する
カムフォロア部２Ａが円弧状に突出して形成されてい
る。

【００１８】また、自由カムフォロア２の下側には、ス
プリングリテーナ29を摺動自在に嵌合する凹部27が形成
され、前記スプリングリテーナ29は、その基端が前記凹
部27の底面に支持されるコイルスプリング26の弾性付勢
力によって、ロッカシャフト３に当接するようになって
いる。更に、前述の自由カムフォロア２には、カムフォ
ロア部２Ａの下側に、後述のレバー部材７が係合する段
部２Ｂと、これに連なる傾斜部２Ｃとが形成されてい
る。また、ロッカアーム１の下方側には、ロッカシャフ
ト３の側方でピン６に揺動自在に支承されたレバー部材
７が設けられている。

【００１９】前記レバー部材７の上方側方には、突起７
Ａが一体に形成され、ロッカアーム１に形成された凹部
８に収容されたリターンスプリング９及びスプリングリ
テーナ10で、前述の自由カムフォロア２との係合が解除
される方向に付勢されている。一方、レバー部材７の下
端部には、ロッカアーム１に設けられた油圧室34に対す
る作動油圧の供給によって駆動される作動プランジャ31
が当接している。

【００２０】前記油圧室34に作動油圧を導く油通路は、
ロッカアーム１及びメインロッカシャフト３の内部を通
して設けられる。ロッカアーム１には、油圧室34に一端
が開口すると共に、他端がメインロッカシャフト３に対
する軸受面に貫通する通孔41が形成されている。また、
メインロッカシャフト３の内部にはオイルギャラリ42が
軸方向に形成され、このオイルギャラリ42は通孔43を介
してロッカアーム１の通孔41と連通している。

【００２１】前記オイルギャラリ42には、前記コントロ
ールユニット102 でその作動が制御される切換弁103 を
介して、エンジンによって駆動されるオイルポンプ（図
示省略）の吐出油圧が選択的に導かれる。低速用カム2
1，21とこれらの間の高速用カム22とは、それぞれ共通
のカムシャフト20に一体形成され、エンジンの低回転時
と高回転時とにおいて要求されるバルブリフト特性（開
特性）を満足するように異なる形状に形成されている。
つまり、高速用カム22は、低速用カム21に比べ、バルブ
リフト量若しくはバルブ開期間の少なくとも一方を大き
くするカムプロフィールを有している。尚、本実施例で
は、バルブリフト量と開期間とを共に大きくするもので
あり、前記高速用カム22と低速用カム21との使い分けに
よってバルブ開特性を２種類の切り換えることが可能と
なっている。

【００２２】上記構成の可変バルブ機構101 によると、
油圧室34に作動油圧が供給されない状態では、ロッカア
ーム１は低速用カム21のカムプロフィールに従って揺動
し、各吸気バルブＶの開閉駆動を行う。このとき、自由
カムフォロア２は高速カム22によって揺動されるもの
の、スプリング９の付勢力により、レバー部材７は図５
に実線で示す位置にある。従って、自由カムフォロア２
から入力があっても、スプリング26が撓むのみで、ロッ
カアーム１の動きが影響されることはない。

【００２３】これに対して、油圧室34に作動油圧が供給
されると、作動プランジャ31がレバー部材７をリターン
スプリング９に抗して揺動させ、図５で破線で示す位置
にもらたす。この状態では、レバー部材７の端部が、自
由カムフォロア２の段部２Ｂに係合することにより、ロ
ッカアーム１及びカムフォロア２が連結され一体となっ
て、メインロッカシャフト３を中心として揺動すること
になる。

【００２４】ここで、高速用カム22は低速用カム21に比
較して、バルブ開角度及びバルブリフト量が共に大とな
るように形成されているから、自由カムフォロア２がロ
ッカアーム１と一体化された揺動時は、ロッカアーム１
のローラ11が低速用カム21から浮き上がり、各吸気バル
ブＶは高速用カム22のプロフィールに従って開閉駆動さ
れ、開角度及びリフト量が共に大きくなる。

【００２５】一方、高速用カム22から低速用カム21への
切り換えは、切換弁103 の制御により油圧室34に導かれ
る油圧を低下させ、リターンスプリング９の弾性復元力
によりレバー部材７及び作動プランジャ31が元の位置
（図５の実線位置）に移動して、ロッカアーム１の拘束
を解除することによって行われる。このように、切換弁
103 による油圧室34に対する作動油圧の選択的な供給に
よって、低速用カム21のプロフィールに従った低速域に
適合するバルブ開特性と、高速用カム22のプロフィール
に従った低速用カム21よりも開角度及びリフト量の大き
な高速域に適合するバルブ開特性とのいずれを切り換え
選択できるようになっている。

【００２６】本実施例において、バルブ開特性切り換え
手段は、前記ロッカアーム１，自由カムフォロア２，レ
バー部材７，プランジャ31，油圧室34，切換弁103 等に
よって構成される。尚、本実施例では、高速用カム22と
低速用カム21との切り換えを、前述のように、レバー部
材７の揺動によって前記ロッカアーム１とカムフォロア
２とを連結させるか否かによって行わせる構成とした
が、カムの切り換え機構を上記に限定するものではな
い。

【００２７】例えば、特開昭６３−１６７０１６号公
報，特開昭６３−５７８０５号公報等に開示されるもの
のように、高速用ロッカアームと低速用ロッカアームと
を、ロッカシャフトと平行な方向における嵌合穴とプラ
ンジャとの係合，解除によって選択的に連結させること
で、高速用カムと低速用カムとの切り換えが行われる構
成であっても良い。

【００２８】更に、複数のカムを使い分ける構成ではな
く、作動角一定のままカム位相を制御し得るカムスプロ
ケットをカムシャフトに取付け、吸気バルブ開閉時期を
速度域毎の適正時期に切り換えることが可能な可変バル
ブタイミング制御装置（「新型車解説書（ＦＧＹ32−
１）」第Ｂ−44頁〜第Ｂ−45頁、編集発行 日産自動車
株式会社、1991年８月発行等参照）であっても良く、可
変バルブ機構101 の構成を限定するものではない。

【００２９】ここで、前記コントロールユニット102 に
よって切換弁103 を介して行われるバルブ開特性の（高
速用カムと低速用カムとの）切り換え制御を、図７のフ
ローチャートに従って説明する。尚、本実施例におい
て、空気量による切り換え制御手段及び基準空気量設定
手段としての機能は、前記図７のフローチャートに示す
ように、コントロールユニット102 がソフトウェア的に
備えている。

【００３０】図７のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
回転速度センサ104 で検出されるエンジン回転速度Ｎｅ
を読み込む。そして、次のステップ２では、予めエンジ
ン回転速度Ｎｅ毎に基準吸入空気量Ｑｓ（基準空気量）
を記憶したマップを参照し、ステップ１で読み込んだ現
在のエンジン回転数Ｎｅに対応する基準吸入空気量Ｑｓ
を求める。

【００３１】前記基準吸入空気量Ｑｓは、各回転速度Ｎ
ｅ毎に、低速用カム21と高速用カム22とのいずれを用い
てもエンジン吸入空気量（トルク）が略等しくなるとき
のエンジン吸入空気量の絶対値を予め求めておき、これ
を基準吸入空気量Ｑｓとしたものである。ここで、同じ
回転速度Ｎｅにおいて前記基準吸入空気量Ｑｓを境界と
して、より高負荷側の空気量の多い側では高速用カム22
を用いた方が高いトルクが得られ、より低負荷側の空気
量が少ない側では低速用カム21を用いた方が高いトルク
が得られる。

【００３２】即ち、高速用カム22と低速用カム21との切
り換えは、カム切り換え前後で略同じトルクが得られる
条件下で行われることが要求される。一方、エンジン出
力トルクは、エンジン吸入空気量（シリンダ吸入空気
量）に相関し、各カムでエンジン吸入空気量が同じにな
る条件下での吸入空気量の絶対値は、エンジン回転速度
Ｎｅによって異なる。

【００３３】そこで、エンジン回転速度Ｎｅによって切
り換えタイミングとなるエンジン吸入空気量（基準吸入
空気量Ｑｓ）を設定させ、この基準吸入空気量Ｑｓに対
して実際の空気量Ｑが多いか少ないかによって、いずれ
のカムでより高い出力トルクが得られる運転領域である
かを判別させるようにしたものである。そして、カムの
切り換えは、前記基準吸入空気量Ｑａを実際の吸入空気
量Ｑが横切ったときに行われ、実際の吸入空気量Ｑが基
準吸入空気量Ｑｓとなるときには、いずれのカムを用い
ても同等の空気量が得られる条件であるから、カム切り
換えに伴う空気量の変化を抑制して、トルク段差の発生
を回避できるものである。

【００３４】尚、当然に、各回転速度Ｎｅ毎の基準吸入
空気量Ｑｓが得られるときのスロットル弁開度は異なる
ことになる。次のステップ３では、エアフローメータ10
5 で検出される吸入空気流量Ｑａとエンジン回転速度Ｎ
ｅとからエンジン吸入空気量Ｑ（シリンダ吸入空気量）
を求める。

【００３５】そして、ステップ４では、前記基準吸入空
気量Ｑｓと前記ステップ３で求めた実際のエンジン吸入
空気量Ｑとを比較する。実際のエンジン吸入空気量Ｑ
が、前記基準吸入空気量Ｑｓよりも大きい運転領域であ
る場合には、本実施例において高速用カム22を用いた方
がより高いトルクが得られるので、ステップ４で実際の
エンジン吸入空気量Ｑが前記基準吸入空気量Ｑｓを越え
ていると判別されたときには、ステップ５へ進み、高速
用カム22によって吸気バルブＶが開閉されるように切換
弁103 を制御する。

【００３６】具体的には、前記油圧室34に作動油が供給
されるように切換弁103 を制御し、これによって、レバ
ー部材７の端部を自由カムフォロア２の段部２Ｂに係合
させ、これにより、ロッカアーム１と高速用カム22が摺
接するカムフォロア２とが連結され一体となって、メイ
ンロッカシャフト３を中心として揺動するようにする。

【００３７】一方、ステップ４で、実際のエンジン吸入
空気量Ｑが、前記基準吸入空気量Ｑｓ以下であると判別
されたときには、かかる運転領域では、本実施例におい
て低速用カム21を用いた方がより高いトルクが得られる
ので、ステップ６へ進み、低速用カム21によって吸気バ
ルブＶが開閉されるように切換弁103 を制御する。具体
的には、前記油圧室34の油圧を低下させるべく切換弁10
3 を制御し、これによって、ロッカアーム１と自由カム
フォロア２との係合を解除する。

【００３８】上記のように、エンジン回転速度Ｎｅでは
なく、エンジン回転速度Ｎｅに応じて設定したエンジン
吸入空気量Ｑに基づいて高速用カム22と低速用カム21と
の切り換え（バルブ開特性の切り換え）を判別させる構
成とすれば、高速用カム22と低速用カム21との間の切り
換え時にエンジン吸入空気量Ｑが大きく変化し、以て、
大きなトルク段差が発生することを回避できる。

【００３９】また、特に、本実施例のように高速用カム
22と低速用カム21とを使い分ける構成においては、前記
基準吸入空気量Ｑｓに基づくカム切り換え制御によっ
て、カム切り換えに伴うトルク段差の発生を回避できる
と共に、より高いトルクが得られるカムを的確に選択さ
せることができ、エンジンのトルク性能を最大限に得る
ことができるようになる。

【００４０】上記の基準吸入空気量Ｑｓと実際の吸入空
気量Ｑとの比較に基づくカム切り換え制御において、基
準吸入空気量Ｑｓ付近での空気量の変動によって頻繁に
カム切り換えが行われることがないように、基準吸入空
気量Ｑｓと実際の吸入空気量Ｑとの比較による切り換え
タイミングの判別において、ヒステリシスを設けて、無
用にカム切り換えが繰り返されることを回避できるよう
にしてある。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかるエンジンの可変バルブ切り換え制御装置による
と、エンジン回転速度に応じて設定される基準空気量
と、実際のエンジン吸入空気量との比較に基づいてバル
ブ開特性の切り換えを行わせるようにしたので、切り換
え前後におけるトルク段差の発生を安定的に小さくで
き、バルブ開特性の切り換えに伴う運転ショックの発生
を回避でき、また、前記切り換え制御においてヒステリ
シスを設けたことで、頻繁にバルブ開特性が切り換えら
れることを回避できるという効果がある。

【００４２】また、請求項２の発明にかかる装置では、
バルブ開特性の切り換えを、高速用カムと低速用カムと
の使い分けによって行う構成において、前記高速用カム
と低速用カムとの間で切り換えを行うときにトルク段差
の発生を回避できると共に、前記基準空気量で分けられ
る運転領域毎に適切なカムを用いることができて高いト
ルクを得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステムブロック図。

【図３】実施例の可変バルブ機構を示す図。

【図４】実施例の可変バルブ機構を示す図（図３のIV−
IV断面図) 。

【図５】実施例の可変バルブ機構を示す図（図４のＶ−
Ｖ断面図）。

【図６】実施例の可変バルブ機構を示す図（図４のVI−
VI断面図) 。

【図７】実施例のバルブ開特性制御を示すフローチャー
ト。

【図８】従来技術の問題点を説明するためのバルブ切り
換え特性図。

【符号の説明】

１ ロッカアーム ２ 自由カムフォロア ３ メインロッカシャフト ７ レバー部材 ９ リターンスプリング 10 スプリングリテーナ 21 低速用カム 22 高速用カム 31 作動プランジャ 34 油圧室 101 可変バルブ機構 102 コントロールユニット 103 切換弁 104 回転速度センサ 105 エアフローメータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F02D 13/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンのバルブ開特性を予め設定された
   複数種に切り換えるバルブ開特性切り換え手段と、 エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、 該回転速度検出手段で検出されるエンジンの回転速度に
   基づいて基準空気量を設定する基準空気量設定手段と、 エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
   と、 該吸入空気量検出手段で検出されたエンジンの吸入空気
   量と、前記基準空気量設定手段で設定された基準空気量
   との比較に基づいて前記バルブ開特性切り換え手段によ
   るバルブ開特性の切り換え動作を制御する手段であっ
   て、前記切り換え動作の制御においてヒステリシスを有
   する空気量による切り換え制御手段と、 を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの可変バ
   ルブ切り換え制御装置。
2. 【請求項２】前記バルブ開特性切り換え手段が、バルブ
   を開閉駆動するカムを高速用カムと低速用カムとのいず
   れか一方に切り換える構成であり、前記空気量による切
   り換え制御手段が、エンジンの吸入空気量が前記基準空
   気量よりも多いときに前記高速用カムに切り換え制御す
   る一方、エンジンの吸入空気量が前記基準空気量よりも
   少ないときに前記低速用カムに切り換え制御することを
   特徴とする請求項１記載のエンジンの可変バルブ切り換
   え制御装置。