JP3316656B2 - 内燃機関の可変バルブ切換制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の可変バルブ
切換制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、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
ルブ若しくは排気バルブのリフト特性（開閉特性）を、
例えば、高速カムと低速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ものが知られている
（特開昭６３−１６７０１６号公報，特開昭６３−５７
８０５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９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。

【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特性と低速域に対応するバ
ルブ特性とを切り換え制御するには、機関回転速度が予
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９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、上記の機関回転速度に基づ
くバルブ特性の切り換え制御では、例えば、変速機のギ
ア切り換えにより機関回転速度が前記基準回転速度近傍
で変動するとバルブ特性が頻繁に切り換わることになる
ため、バルブ特性切り換え機構の耐久性が悪化するとい
った問題点があった。本発明は、このような従来の問題
点に鑑みなされたものであり、バルブ特性の頻繁な切り
換えを防止して、バルブ特性切り換え機構の耐久性を向
上させた内燃機関の可変バルブ切換制御装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【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、請求項１の発明は、予め設定された複数のバルブ
特性を切り換えるバルブ特性切り換え手段と、車速を検
出する車速検出手段と、変速機のギア比を検出するギア
比検出手段と、予め各ギア比毎に前記バルブ特性を切り
換える車速が設定され、前記車速とギア比に基づいて前
記バルブ特性切り換え手段によるバルブ特性の切り換え
動作を制御する切り換え制御手段と、を含んで構成され
る。

【０００８】また、請求項２の発明は、前記バルブ特性
切り換え手段は、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から
なり、前記切り換え制御手段が、車速とギア比ににより
割りつけられた領域の切換信号に基づいて高速用カムと
低速用カムとのいずれか一方に切り換え制御するように
構成される。

【０００９】

【作用】かかる構成によれば、請求項１の発明では、車
速検出手段により検出された車速とギア比検出手段によ
り検出されたギア比に基づいて切り換え制御手段がバル
ブ特性切り換え手段によるバルブ特性の切り換え動作を
制御する。即ち、例えば、車速とギア比によって割りつ
けられた運転領域により推定される機関回転速度によっ
て切換信号（ＯＮ／ＯＦＦ）を設定し、いずれのバルブ
特性を用いるべきであるかが判断され、これに従って実
際のバルブ特性の切り換えが行われる。

【００１０】但し、ここで推定される機関回転速度は、
変速時等機関と車輪側との接続が断たれたときに過渡的
に変動するようなときには、該変動する回転速度が推定
されるのではなく、機関と車輪側との接続が保持されて
いると想定したときの機関回転速度であるから、急激に
変動するものではない。このように、車速とギア比とに
基づいて推定される過渡的変動のない機関回転速度に基
づいてバルブ特性の切り換え制御が行われるため、変速
機のギア切り換えにより実際の機関回転速度が変動して
も、バルブ特性が頻繁に切り換わることはなく、以て、
バルブ特性切り換え機構の耐久性を向上させることがで
きる。

【００１１】また、請求項２の発明では、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からなり、前記切り換え制御手段
が、車速とギア比により割りつけられた領域の切換信号
に基づいて高速用カムと低速用カムとのいずれか一方に
切り換え制御する。即ち、例えば、車速とギア比によっ
て割りつけられた運転領域により推定される機関回転速
度により切換信号（例えば、ＯＮ）を出力すると、前記
高速カムに切り換え制御する一方、車速とギア比によっ
て割りつけられた運転領域により推定される機関回転速
度により切換信号（例えば、ＯＦＦ）を出力すると、前
記低速カムに切り換え制御する。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明
する。図２において、内燃機関には、予め複数設定され
たバルブの開閉特性（リフト特性）を選択的に切換える
可変バルブ機構１０１（バルブ特性切換手段）が設けら
れている。

【００１３】この可変バルブ機構１０１は、作動油圧に
よってバルブ開閉特性を切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１０
２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、車速ＶＳＰを検
出する車速検出手段としての車速センサ１０４，ギア比
ＧＥＡＲを検出するギア比検出手段としてのギア比セン
サ１０５等からの検出信号を入力し、これら検出信号に
基づいてバルブ特性を決定し、該決定に従って前記切換
弁１０３を制御する。

【００１４】ここで、図３〜図６に基づき可変バルブ機
構１０１について説明する。即ち、各気筒には２本の吸
気弁Ｖに対応した単一のロッカーアーム１が設けられて
おり、該ロッカーアーム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、ロッカーアーム１の二股の各先端
は、吸気弁Ｖのステム頂部に当接する。

【００１５】ロッカーアーム１の略中央上方には、自由
カムフォロア２が設けられており、該自由カムフォロア
２の両端には低速用カム２１，２１が当接するローラ１
１，１１が設けられている。このローラ１１，１１は、
ロッカーアーム１に設けられた貫通孔１３に挿通された
ベアリングシャフト１２に、ニードルベアリングを介し
て回動自在に支承されている。

【００１６】自由カムフォロア２の基端は、サブロッカ
シャフト１６を介してロッカーアーム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
突設して形成されている。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。

【００１７】更に、前述の自由カムフォロア２には、カ
ムフォロア２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、ロッカーアーム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。前記レバー部材７の上方
側方には、突起７Ａが一体に形成され、ロッカーアーム
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。

【００１８】一方、レバー部材７の下端部には、ロッカ
ーアーム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。前記油圧室３４に作動油圧を導く油通路は、ロッ
カーアーム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。ロッカーアーム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
イ４２が軸方向に形成され、このオイルギャラリイ４２
は通孔４３を介してロッカーアーム１の通孔４１と連通
している。

【００１９】前記オイルギャラリイ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２１，２１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、機関
の低回転時と高回転時において要求されるバルブリフト
特性（開閉特性）を満足するように異なる形状に形成さ
れている。即ち、高速用カム２２は低速用カム２１に比
べて、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プロフィールを有している。ここで
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種類に切り換えることが可
能となっている。

【００２０】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
ッカーアーム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の開閉駆動を行なう。こ
のとき、自由カムフォロア２は高速用カム２２によって
揺動されるものの、リターンスプリング９の付勢力によ
って、レバー部材７は図５に実線で示す位置にあり、ロ
ストモーション機構２５が機能を発揮する第１位置での
連係状態にある。したがって、自由カムフォロア２から
入力があっても、ロストモーションスプリング２６が撓
むのみで、ロッカアーム１の動きが妨げられることはな
い。

【００２１】これに対して、機関の高速運転時に、作動
油圧がオイルギャラリ４２及び油通路４１を介して油圧
室３４に導かれると、作動プランジャ３１はレバー部材
７をリターンスプリング９の付勢力に抗して揺動させ、
図５に破線で示す第２位置にもたらす。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及び自由カムフ
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。

【００２２】ここで、高速用カム２２は低速用カム２１
比較して、バルブ開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ので、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、バルブ開度及びバルブリフト量が共に大きく
なる。

【００２３】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
性付勢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おこなわれる。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よりもバル
ブ開度及びバルブリフト量が共に大きな高速域に適合す
るバルブ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。

【００２４】尚、本実施例において、バルブ特性切り換
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，作動プランジャ３１，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。

【００２５】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２２と低速用カム２１との切り換えが行
われる構成であっても良い。

【００２６】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
域毎の適性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〜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。

【００２７】尚、本実施例において、切り換え制御手段
としての機能は、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。次に、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。

【００２８】先ず、ステップ１（以下「Ｓ１」とい
う。）では、車速センサ１０４で検出される車速ＶＳＰ
を読み込み、コントロールユニット１０２に入力する。
Ｓ２では、ギア比センサ１０５で検出されるギア比ＧＥ
ＡＲを読み込み、コントロールユニット１０２に入力す
る。Ｓ３では、前記車速ＶＳＰ及びギア比ＧＥＡＲに基
づき、マップに割りつけられた切換信号（ＯＮ／ＯＦ
Ｆ）を検索する。このマップは、図８に示すように、車
速とギア比によって割りつけられた運転領域により機関
回転速度が推定されるので、該推定された機関回転速度
によって切換信号（ＯＮ／ＯＦＦ）が設定されている。
但し、ここで推定される機関回転速度は、変速時等機関
と車輪側との接続が断たれたときに過渡的に変動するよ
うなときには、該変動する回転速度が推定されるのでは
なく、機関と車輪側との接続が保持されていると想定し
たときの機関回転速度であるから、急激に変動するもの
ではない。

【００２９】そして、ＯＮ信号であれば、Ｓ４で、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。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
速カム２２が摺動するカムフォロア２とが連結一体とな
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。

【００３０】一方、Ｓ３でＯＦＦ信号であれば、Ｓ５に
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１０３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。このように、車速とギア比とに
基づいて推定される過渡的変動のない機関回転速度に基
づいてバルブ特性の切り換え制御が行われるため、変速
機のギア切り換えにより実際の機関回転速度が変動して
も、可変バルブ機構１０１頻繁に切り換わることはな
く、以て、可変バルブ機構１０１の耐久性を向上させる
ことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
車速とギア比に基づいてバルブ特性切り換え手段による
バルブ特性の切り換え動作を制御する切り換え制御手段
を備えたので、車速とギア比とに基づいて推定される過
渡的変動のない機関回転速度に基づいてバルブ特性の切
り換え制御が行われ、変速機のギア切り換えにより実際
の機関回転速度が変動しても、バルブ特性が頻繁に切り
換わることはなく、以て、バルブ特性切り換え機構の耐
久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の可変バルブ切換制御装
置の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の実施例の全体構成を示すシステム図。

【図３】本発明の実施例に係る可変バルブ機構を示す平
面図。

【図４】図３のIV−IV線断面図。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図。

【図６】図４のVI−VI線断面図。

【図７】本発明の実施例の作用を示すフローチャート。

【図８】車速とギア比によって割りつけられた運転領域
により切換信号を設定したマップテーブル。

【図９】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 ロッカーアーム 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 11 ローラ 16 サブロッカシャフト 21 低速用カム 22 高速用カム 25 ロストモーション機構 26 スプリング 31 作動プランジャ 34 油圧室 42 オイルギャラリ 101 可変バルブ機構 102 コントロールユニット 103 切換弁 104 車速センサ 105 ギア比センサ Ｖ 吸気バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F02D 13/02 F02D 41/00 - 45/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め設定された複数のバルブ特性を切り換
   えるバルブ特性切り換え手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 変速機のギア比を検出するギア比検出手段と、予め各ギア比毎に前記バルブ特性を切り換える車速が設
   定され、 前記車速とギア比に基づいて前記バルブ特性切
   り換え手段によるバルブ特性の切り換え動作を制御する
   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内燃機関の可変バ
   ルブ切換制御装置。
2. 【請求項２】前記バルブ特性切り換え手段は、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からなり、 前記切り換え制御手段が、車速とギア比により割りつけ
   られた領域の切換信号に基づいて高速用カムと低速用カ
   ムとのいずれか一方に切り換え制御することを特徴とす
   る請求項１記載の内燃機関の可変バルブ切換制御装置。