JPH0333438A - エンジンにおけるバルブ作動特性の切換制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ１発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、バルブ作動特性が切換自在となったエンジン
に関する。

なお、バルブ作動特性の切換とは、吸気バルブもしくは
排気バルブの開閉時期および開放期間とバルブリフト量
との両方あるいは一方を切り換えることを言い、１気筒
内の複数の吸気バルブまたは排気バルブの少なくとも１
つのバルブの開放期間を実質的に零にしてこれを閉弁状
態に切り換えることも含む。

（従来の技術） 従来、特公昭４９−３３２８９号公報により、吸気バル
ブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブ作動特性を
、低回転領域に適した低速バルブ作動特性と、高回転領
域に適した高速バルブ作動特性とに切換自在とするエン
ジンが知られている。このエンジンにおいては、エンジ
ンの回転数が所定値以下で且つ吸気負圧が所定圧以下（
真空側）の領域で低速バルブ作動特性に切り換え、他の
領域では高速バルブ作動特性に切り換えるようにしてい
る。

このようなバルブ作動特性の切換制御を行うと、切換時
にエンジン出力が変化して切換シロツクが発生するおそ
れがあるため、特願昭８３−１９２２３９号では、エン
ジン出力が一致する点で切換を行わせるような制御を提
案している。

（発明が解決しようとする課題） バルブ作動特性の切換制御としては、種々の方法が考え
られるが、この切換制御がなされるエンジンの使用条件
等に応じてその切換制御の要求内容が異なることが多い
。このため従来のような切換制御では、１つの要求を満
足させることができても他の要求は完全には満たすこと
ができないという問題があった。

例えば、上記特願昭８３−１９２２３９号の提案のよろ
に出力の変化がない点において切換制御を行えば切換シ
ロツクの防止という要求は満足させることができるが、
エンジンの運転条件にょうては多少の切換シロツクはあ
っても燃費がベストとなるような運転が要求されること
もあり、このような要求には上記制御はあまり適してい
ないという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みたもので、エンジンの運
転条件などに対応して種々の切換制御を行えるような切
換制御装置を提供することを目的とする。

口２発明の構成 （課題を解決するための手段） このような目的達成のため、本発明の切換制御装置は以
下の構成のバルブ作動特性切換手段を備えている。すな
わち、この切換手段は、バルブ作動特性の切換制御用の
バルブ作動特性切換マツプを複数有し、エンジン使用条
件、運転条件等に応じていずれか１つのバルブ作動特性
切換マツプを選択するとともにこの選択した切換マツプ
に基づいてバルブ作動特性の切換を行う。

なお、バルブ作動特性切換マツプとしては、例えば、エ
ンジン出力が等しくなる時点でバルブ作動特性の切換を
行わせる等出力切換マツプ、エンジンの燃料消費率が等
しくなる時点でバルブ作動特性の切換を行わせる等燃費
切換マツプ、エンジン温度が低温のときに選択される低
温用切換マツプ等がある。

（作用） 上記制御装置を用いると、例えば、このエンジンが自動
車に搭載されたような場合において、走行を重視するよ
うな場合には、等出力切換マツプを選択して切換シロツ
クのない走行特性に優れた切換制御を行い、一方、経済
性、すなわち燃費を重視するような場合には、等燃費切
換マツプを選択して燃費の良い走行となる切換制御を行
うといったよろなことが可能となる。なお、エンジン温
度が低温の場合には、バルブ作動特性の切換を行ろ作動
油温も低温であり、切換作動遅れが発生するといろ問題
があるので、低温用切換マツプを選択し、この場合には
、所定のバルブ作動特性を設定したまま切換を行わせな
いという制御も可能である。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の好ましい実施例について
説明する。

第１図は、本発明に係る切換制御装置によりパルプ作動
特性の切換制御がなされるエンジンＥと、このエンジン
Ｅに繋がれた自動変速機ＡＴとからなる動カニニットを
示す。エンジンＥはバルブ作動特性切換のための可変バ
ルブタイミング・リフト機構ＶＴを有し、自動変速機Ａ
Ｔは変速制御のための油圧コントロールバルブＣｖを有
する。

ここで可変バルブタイミング・リフト機構ＶＴは、エン
ジンＥの吸気バルブの開閉時期、開放期間およびリフト
量を、低回転領域に適した低速バルブ作動特性と、高回
転領域に適した高速パルプ作動特性とに切り換える機構
であり、この切換は、後述するように、ソレノイドバル
ブ９１のＯＮ・ＯＦＦ作動による所定油圧の給排により
行われる。また、油圧コントロールバルブＣＶは、自動
変速機ＡＴ内のロックアツプクラッチの保合制御および
変速クラッチの作動制御等を行うバルブであり、この作
動制御は、ソレノイドパルプ２５１．２５２，２５３，
２５５によりなされる。

上記ソレノイドバルブ９１，２５１，２５２゜２５３．
２５５の作動は、コントロールユニットＣＵからの作動
信号により制御される。このため、コントロールユニッ
トＣＵには、水温センサ８２からのエンジン冷却水温信
号、スロットルセンサ９３からのスロットル開度信号、
エンジン回転センサ９４からのエンジン回転信号、変速
機回転センサ９５からの変速機出力回転信号等の各種信
号が入力されており、これら各種信号に基づいて、コン
トロールユニットＣＵから上記各ソレノイドバルブに作
動信号が出力される。この構成から分かるよろに、コン
トロールユニットＣＵおよびソレノイドバルブ９１によ
りバルブ作動特性切換手段が構成される。

まず最初に、可変バルブタイミング・リフト機横ＶＴに
ついて第２図および第３図を参照しながら説明する。エ
ンジンＥの各機構毎に一対の吸気バルブ１ａｔｌｂが配
設され、これら一対の吸気バルブ１ａｔｌｂは、エンジ
ンの回転に同期して１／２の回転比で駆動されるカムシ
ャフト２に一体的に設けられた第１低速用カム３．第２
低速用カム３′および高速用カム５と、カムシャフト２
と平行なロッカシャフト６に枢支される第１．第２およ
び第３０ツカアーム７．８．９との働きによって開閉作
動される。

カムシャフト２はエンジン本体の上方で回転自在に配設
されており、第１低速用カム３は一方の吸気バルブ１ａ
に対応する位置でカムシャフト２に一体的に設けられ、
第２低速用カム３′は他方の吸気パルプ１ｂに対応する
位置でカムシャフト２に一体的に設けられる。また、高
速用カム５は両吸気パルプｌａ、ｌｂ間に対応する位置
でカムシャフト２に一体的に設けられる。しかも、第１
および第２低速用カム３．３′はエンジンの低速運転時
に対応した高位部３ａｓ　３ａ’を有する。

高速用カム６はエンジンの高速運転時に対応した高位部
５ａを有する。

ロッカシャフト６には第１〜第３０ツカアーム７〜９が
それぞれ枢支され、第１および第２０ツカアーム７．８
は各吸気バルブ１ａ＋１ｂの上方位置まで延設される。

また、第１０ツカアーム７の上部には低速用カム３に摺
接するカムスリッパ１０が設けられ、第２０ツカアーム
８の上部には第２低速用カム４に当接し得るカムスリッ
パ１１が設けられる。なお、各吸気バルブ１ａ、１ｂは
、バルブばね１８．１７により閉弁方向すなわち上方に
向けて付勢されている。

第３０ツカアーム９は、第１および第２０ツカアーム７
．８間でロッカシャフト６に枢支される。この第３０ツ
カアーム９は、ロッカシャフト６から両吸気バルブ１ａ
、ｉｂ側に僅かに延出され、その上部には高速用カム５
に摺接するカムスリッパが設けられる。

第３図に示すように、第１〜第３０ツカアーム７．８．
９は、相互に摺接されており、それらの相対角度変位を
可能とする状態と、各ロッカアーム７〜９を一体的に連
結する状態とを切換可能な連結手段２１が第１〜第２０
ツカアーム７．８゜９に設けられる。

連結手段２１は、第１および第３０ツカアーム７．９を
連結する位置およびその連結を解除する位置間で移動可
能な第１ピストン２２と、第３および第２０ツカアーム
９，８を連結する位置およびその連結を解除する位置間
で移動可能な第２ピストン２３と、第１および第２ピス
トン２２．２３の移動を規制するストッパ２４と、第１
および第２ピストン２２．２３を連結解除位置側に移動
させるべくストッパ２４を付勢するばね２５とを備える
。

これ、ら第１および第２ピストン２２．２３の移動は、
ソレノイドバルブ９１の作動に応じて油路３１．３２．
３’Ｏを通って油圧室２８内に供給される油圧により行
われる。

なお、このような可変バルブタイミング・リフト機構は
、例えば、特開昭８２−１２１８１１号公報に詳細に開
示されている。

次に、上記のように構成された可変バルブタイミング・
リフト機構ＶＴの作動について説明する。

エンジンＥの低速運転時には、ソレノイドバルブ９１が
ＯＦＦであり、第３図に示すように油路３１と油圧源（
図示せず）との連通が断たれており、連結切換手段２１
の油圧室２９に油圧が供給されず、ストッパ２４はばね
２５によって第３０ツカアーム９側に押圧される。この
ため各ロッカアーム７．８．９はそれぞれ独立して変位
可能である。

このよろな連結切換手段２１の連結解除状態にあって、
カムシャフト２の回転動作により、第１０ツカアーム７
は第１低速用カム３との摺接に応じて揺動し、第２０ツ
カアーム８は第２低速用カム３′との摺接に応じて揺動
する。したがって、両吸気バルブ１ａ＋１ｂが、第１お
よび第２低速用カム３．３′によって開閉作動する。こ
のとき、第３０ツカアーム９は高速用カム５との摺接に
より揺動するが、その揺動動作は両吸気バルブ１ａｓｔ
ｂの作動に何の影響も及ぼさない。

このようにして、エンジンＥの低速運転時には、第６Ａ
図において破線３および一点鎖線３′で示すよろに、一
方の吸気バルブ１ａが第１低速用カム３の形状に応じた
タイミングおよびリフト量で開閉作動し、他方の吸気バ
ルブ１ｂが第２低速用カム３′の形状に応じたタイミン
グおよびリフト量で開閉作動する。したがって低速運転
に適した混合気流人速度が得られ、燃費の低減およびキ
ラキング防止を図るとともに、最適な低速運転を行わせ
ることができる。

なお、低速運転に適した混合気流人速度を得るために、
例えば、第５Ｂ図に示すように、第２低速用カム３′の
高位部３ａ’を低くして低速運転時には吸気バルブ１ｂ
の開放時間・量を極く僅かにするよろにしても良く、さ
らには、上記高位部３ａ’を零にして、低速運転時には
吸気バルブ１ｂを全く開弁させないようにしてバルブ休
止状態を作り出すようにしても良い。

エンジンＥの高速運転に際しては、ソレノイドバルブ９
１がＯＮであり、第４図に示すようにソレノイドバルブ
９１により油圧源（図示せず）と油路３１とが連通され
ており、連結切換手段２１の油圧室２９に作動油圧が供
給される。これにより、第４図に示すように、ストッパ
２４が規制段部３６に当接するまで、第１および第２ピ
ストン２２．２３が移動し、第１ピストン２２により第
１および第３０ツカアーム７．９が連結され、第２ピス
トン２３により第３および第２０ツカアーム９．８が連
結される。

このようにして、第１〜第３０ツカアーム７゜８．９が
連結切換手段２１によって相互に連結された状態では、
高速用カム６に摺接した第３０ツカアーム９の揺動量が
最も大きいので、第１および第２０ッカナーム７，８は
第３０ツカアーム９とともに揺動する。したがって、エ
ンジンＥの高速運転時には、第５Ａ図において実線５で
示すように、両吸気バルブ１ａ＋１ｂが、高速用カム５
の形状に応じたタイミングおよびリフト量で開閉作動す
る。この場合のタイミングおよびリフト量は、低速運転
時のそれらより大きく、高速運転に適する吸気が縛られ
るよつになっており、エンジン出力の向上を図ることが
できる。

以上のような作動において、第１および第２低速用カム
３．３′に基づく吸気パルプｌａ、ｌｂの開閉タイ主ン
グおよびリフト量を低速バルブ作動特性と称し、高速用
カム５に基づく吸気バルブ１ａ、１ｂの開閉タイミング
およびリフト量を高速バルブ作動特性と称する。両バル
ブ作動特性は、低速運転領域と高速運転領域とに分けて
用いられ、このときのエンジン出力トルクとエンジン回
転数との関係は第６図のようになる。前述のように、こ
の図において低速バルブ作動特性運転での特性を線りで
示し、高速バルブ作動特性運転での特性を線Ｈで示して
おり、線Ａｔ−Ａ２で示す特性が高トルクバルブ作動特
性であり、１ａＢ１゜Ｂ２で示す特性が低トルクバルブ
作動特性である。

以上説明したような構成の動カニニットにおいて、エン
ジンＥの可変バルブタイミング・リフト機構ＶＴによる
バルブ作動特性の切換制御について、第７図の制御フロ
ーを参照して説明する。

この制御においては、まず、水温センサ９２によりエン
ジン冷却水温７ｗを、スロットルセンサ９３によりエン
ジンスロットル開度θＴＨを、エンジン回転センサ９４
によりエンジン回転数Ｎｅをそれぞれ検出するとともに
、シフトレバーポジシロンを検出する（ステツプＳ２）
。

そして、ステップＳ２において、エンジン冷却水温７ｗ
が所定温度ＴＬより低温か否か判断する。Ｔｗ　＜Ｔｔ
、でエンジンが充分に暖まっていない場合には、バルブ
作動特性の切換を行う制御油温も低温であり、バルブ作
動特性の切換を行わせるために、連結切換手段２１の油
圧室２９に作動油圧を供給しても作動油の粘度が高く作
動遅れが生じるといろ問題がある。このため、この場合
には、ステップＳ６に進み、バルブ作動特性切換マツプ
として低速バルブ作動特性を保持して高速バルブ作動特
性への切換は行わせない低温用切換マツプを選択する。

なお、全く切換を行わせないのでなく、エンジン回転が
所定回転以上の高回転領域においては切換を許容するよ
うなマツプを用いても良い。

なお、ここではエンジン冷却水温Ｔ、が低温から否かを
判断しているが、制御油温か低温か否かを判断できれば
良いので、この制御油温を直接検出してその温度を判断
したり、エンジンのシリンダブロック温度を検出して温
度判断をするようにしても良い。

ＴｗｋＴＬの場合には、バルブ作動特性の切換を行って
も上記のよろな問題は生じないので、ステップＳ３に進
み、検出されたシフトレバ−ポジシロンから走行（重視
）モードか否かが判断される。

例えば、シフトレバーポジシロンが“Ｄ”の場合には、
１速から４速までの間での変速がなされ、“３″の場合
には１速から３速までの間での変速がなされるようにな
っており、このため、通常の走行を望むときにはレバー
をＤポジシ曹ンに位置させ、山路走行、加速走行等のよ
うな加速感のある走行を望むときにはレバーを３ポジシ
１ンに位置させる。すなわち、Ｄポジシロンでは燃費等
を考慮した経済的な走行が期待され、３ポジシｅンでは
駆動トルク重視で加速感のある走行が期待されると言え
る。

このため、シフトレバ−がＤポジションである場合には
燃費を重視した経済的な走行（燃費モード）が要求され
ていると考えられるので、ステップＳ４に進み、一方、
シフトレバ−が３ポジシθンの場合には、走行性重視で
加速感のある走行（走行モード）が要求されていると考
えられるので、ステップＳ５に進む。

ステップＳ４においては、バルブ作動特性の切換を燃費
が等しくなる時点で行う等燃費切換マツプを選択する。

具体的には、第８Ａ図に示すように、正味燃料消費率（
ＢＳＦＣ）とエンジン回転数Ｎｅとの関係を各負荷毎に
示す曲線を各バルブ作動特性毎に求める。そして、高速
バルブ作動特性に係る燃費を示す線（線Ｈ）と低速バル
ブ作動特性に係る燃費を示す線（線Ｌ）との交点、すな
わち、燃費が等しくなる点を各負荷毎に求め、これら交
点を結ぶ曲線Ｐｌを求める。ここで各負荷はスロットル
開度θ７Ｈに対応するため、この曲線Ｐ、を第８Ｂ図に
示すスロットル開度θＴＨとエンジン回転数Ｎｅとの関
係を示すグラフ上に線Ｑｌとして示す。この線Ｑｌが低
速バルブ作動特性と高速バルブ作動特性との切換点を示
し、この線Ｑｌにおいてバルブ作動特性の切換を行わせ
ると、燃費の良い切換制御となる。

一方、ステップＳ５に進んだ場合には、バルブ作動特性
の切換をエンジン出力が等しくなる時点で行う等出力切
換マツプを選択する。具体的には、第９Ａ図に示すよう
に、エンジン出力に対応するエンジン出力トルクとエン
ジン回転数Ｎｅとの関係を各負荷毎に示す曲線を各バル
ブ作動特性毎に求める。そして、高速バルブ作動特性に
係る出力トルクを示す線（線Ｈ）と低速バルブ作動特性
に係る出力トルクを示す線（線Ｌ）との交点、すなわち
、エンジン出力トルクが等しくなる点をを各負荷毎に求
め、これら交点を結ぶ曲線Ｐ２を求める。そしてこの曲
線Ｐ、を第９Ｂ図に示すスロットル開度θＴＨとエンジ
ン回転数Ｎｅとの関係を示すグラフ上に線Ｑ２として示
す。この線Ｑ２が低速バルブ作動特性と高速バルブ作動
特性との切換点を示し、この線Ｑ２においてバルブ作動
特性の切換を行わせると、利用可能最大トルクを用いる
ことができるとともにトルク変動のないスムーズな切換
が行われる。

以上のようにして、エンジン冷却水温Ｔｗおよびシフト
レバ−ポジシーンに応じて、バルブ作動特性切換マツプ
の選択がなされると、次いで、ステップＳ７に進み、ス
ロットル開度θＴＨとエンジン回転数Ｎｅとで定まる状
態が、ステップ８４゜Ｓ５もしくはＳ８において選択し
た切換マツプにおいて低速バルブ作動特性領域（第８Ｂ
図および第９Ｂ図の場合は線Ｑ□もしくはＱ２より左側
の領域）にあるか否かの判断を行う。

上記状態が低速バルブ作動特性領域にある場合には、ス
テップＳ９に進んでバルブ作動特性を低速バルブ作動特
性に設定する。すなわち、可変バルブタイミング・リフ
ト機構ＶＴにおける連結手段２１の油圧室２９への油圧
供給は行わず、これを連結解除状態にする。一方、上記
状態が低速バルブ作動特性領域にない場合には、ステッ
プＳ８に進んで高速バルブ作動特性に設定する。すなわ
ち、油圧室２８へ作動油圧を供給し、これを連結状態に
する。

以上の制御を行うと、シフトレバ−ポジシロンおよびエ
ンジン冷却水温等に応じて、等燃費切換マツプ、等出力
切換マツプもしくは低温用切換マツプのいずれかが選択
されてバルブ作動特性の切換が行われる。すなわち、エ
ンジンの使用条件に対応した適切な切換制御がなされる
。

なお、以上の例においては、シフトレバーポジシロンに
対応して、バルブ作動特性の切換マツプを選択するよう
になっているが、本発明はこれに限られないことは無論
である。例えば、運転席の操作ボタンにより、エコノミ
ーモードおよびノーマルモード（もしくはスポーティモ
ー）Ｉ）の切換を可能となっているような場合に、この
モード切換に対応してバルブ作動特性切換マツプの選択
を行わせるようにしても良い。

ハ６発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、バルブ作動特性切
換手段がバルブ作動特性の切換制御用のバルブ作動特性
切換マツプを複数有し、エンジン使用条件、運転条件等
に応じていずれか１つのバルブ作動特性切換マツプを選
択するとともにこの選択した切換マツプに基づいてバル
ブ作動特性の切換を行うようになっているので、エンジ
ンの使用条件に対応して常に適切な切換制御を行わせる
ことができる。

具体的には、例えば、このエンジンが搭載された自動車
において、走行を重視するような場合には、等出力切換
マツプを選択して切換シロツクのない走行特性に優れた
切換制御を行い、経済性、すなわち燃費を重視するよう
な場合には、等燃費切換マツプを選択して燃費の良い走
行となる切換制御を行つといったようなことが可能とな
る。さらに、エンジン温度が低温の場合には、バルブ作
動特性の切換を行う作動油温も低温であり、切換作動遅
れが発生するという問題があるので、低温用切換マツプ
を選択し、この場合には、所定のバルブ作動特性を設定
したまま切換を行わせないという制御も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御装置によりバルブ作動特性切
換制御がなされるエンジンを有した動カニニットを示す
概略図、 第２図は上記エンジンに用いられる可変パルプタイミン
グ・リフト機構の断面図、 第３図および第４図はこの機構の断面図、第５Ａ図およ
び第５Ｂ図は吸気バルブの開閉作動特性を示すグラフ、 第６図は上記エンジンの出力トルクと回転数との関係を
示すグラフ、 第７図は本発明に係る制御装置の制御作動を示す゛ノミ
−チャート、 第８Ａ図および第９Ａ図はそれぞれ、正味燃料消費率（
ＢＳＦＣ）およびエンジン出力トルクとエンジン回転数
との関係を示すグラフ、第８Ｂ図および第９Ｂ図はそれ
ぞれ、エンジンスロットル開度とエンジン回転数との関
係からバルブ作動特性切換マツプを示すグラフである。 ３、３′・・・低速用カム　５・・・高速用カム６・・
・ロッカシャフト　　２１・・・連結手段２２．２３・
・・ピストン　２９・・・油圧室９２・・・水温センサ
　　　９３・・・スロットルセンサ８４・・・工゛ンジ
ン回転センサ ９５・・・変速機回転センサ ＣＵ…コントロールユニット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバル
   ブ作動特性を切換自在なエンジンにおいて、前記バルブ
   作動特性の切換制御用のバルブ作動特性切換マップを複
   数有し、前記エンジンの使用条件等に応じていずれか１
   つのバルブ作動特性切換マップを選択するとともにこの
   選択した切換マップに基づいてバルブ作動特性の切換を
   行うバルブ作動特性切換手段を有することを特徴とする
   エンジンにおけるバルブ作動特性の切換制御装置。 ２）前記バルブ作動特性切換マップとして、エンジン出
   力が等しくなる時点で前記バルブ作動特性の切換を行わ
   せる等出力切換マップおよびエンジンの燃料消費率が等
   しくなる時点で前記バルブ作動特性の切換を行わせる等
   燃費切換マップを有していることを特徴とする請求項第
   １項記載の制御装置。 ３）前記バルブ作動特性切換マップとして、エンジン温
   度が低温のときに選択され、前記バルブ作動特性の１つ
   を選択するとともにこれをエンジン回転の全領域もしく
   は所定回転に至るまでの領域内で保持する低温用切換マ
   ップを有していることを特徴とする請求項第１項もしく
   は第２項記載の制御装置。