JPH07238817A - エンジンの可変バルブタイミング機構の切換制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】可変バルブタイミング機構の切換ショックを軽
減する。 【構成】気筒毎の可変バルブタイミング機構に油圧を供
給する分岐通路111毎に切換弁103 を介装し、それらを
所定時間ずつずらせて切換動作することにより、切換に
よるトルク段差の発生を分散させ、以て切換時のショッ
クを軽減するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は吸・排気バルブの開閉タ
イミングを機関運転条件に基づいて切り換える可変バル
ブタイミング機構を備えたエンジンにおいて、可変バル
ブタイミング機構の作動を制御する装置に関する。

【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】

【発明が解決しようとする課題】かかる可変バルブタイ
ミング機構においては、切換時 (例えば低速カムと高速
カムとの切換時) には各カム使用時に発生するエンジン
トルクが略同一となる運転条件で切換を行うことによ
り、切換時のトルク段差によるショックを緩和すること
を狙っている。

【０００４】しかしながら、図13に示すように、エンジ
ンの充填効率 (ブースト圧) によってトルクに段差を生
じないエンジン回転速度は変化するため、実際にはエン
ジン回転速度とブースト圧とで定まる運転条件毎に切換
点を設定する必要があるが、このようにすると、制御が
複雑化し、また、切換点の設定の自由度が制約されてし
まうことがあった。

【０００５】また、経時変化やバラツキにより運転条件
に対応する機構の作動誤差により、切換ショックを生じ
ることもあった。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、各可変バルブタイミング機構を順
次所定時間ずつ遅らせて切り換えることが可能な構成と
し、以て、複雑な制御を行うことなく、切換時のトルク
段差によるショックを軽減し、かつ、切換タイミングの
設定の自由度を高めたエンジンの可変バルブタイミング
機構の切換制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１に係る
発明は、図１ (Ａ) に示すように、吸・排気バルブの開
閉タイミングを機関運転条件に応じて切り換える可変バ
ルブタイミング機構を備えたエンジンにおいて、複数の
可変バルブタイミング機構を個別に又は複数の群に区分
し、夫々独立して切換自由に構成すると共に、前記区分
された各可変バルブタイミング機構を所定時間ずつずら
せて切換を行う切換時期制御手段を、備えたことを特徴
とする。

【０００７】また、請求項２に係る発明は、図１ (Ｂ)
に示すように、複数の可変バルブタイミング機構を個別
に又は複数の群に区分し、前記区分された各可変バルブ
タイミング機構の切換時、作動油圧を互いに異なる値に
制御することにより、各可変バルブタイミング機構の切
換を所定時間ずつずらして行わせるようにした切換油圧
制御手段を、備えたことを特徴とする。

【０００８】ここで、前記複数の可変バルブタイミング
機構が、気筒毎に区分される構成としてもよく、あるい
は、吸気側と排気側とで区分される構成としてもよい。

【０００９】

【作用】請求項１に係る発明では、エンジン運転条件に
よる可変バルブタイミング切換機構の切換条件の成立
時、区分された各可変バルブタイミング切換機構の切換
時期を所定時間ずつずらせることにより、切換時のトル
ク段差が散発的に時間を置いて発生するため、切換によ
るショックを軽減できる。

【００１０】そして、このようにショックを軽減できる
ことにより、運転条件 (ブースト圧) が異なる毎に、切
換点を変更する必要がなく、また、区分された可変バル
ブタイミング切換機構毎のトルク段差は、ある程度大き
い所での切換も実質的に可能となるから、切換点設定の
自由度が増大する。請求項２に係る発明では、エンジン
運転条件による可変バルブタイミング切換機構の切換条
件の成立時、区分された各可変バルブタイミング切換機
構への作動油圧を異ならせることにより、切換制御は同
時に行っても切換は所定時間ずつずれて行われることと
なり、請求項１に係る発明と同様に切換によるショック
を軽減でき、運転条件毎の切換点の変更の必要性や切換
点設定の自由度の制約を回避できる。

【００１１】区分方法として、請求項３に係る発明のよ
うに、気筒毎に区分すれば切換の分散度が大きいため切
換ショック軽減効果が大きいが、請求項４に係る発明の
ように、吸気側と排気側とに区分するだけでも十分切換
ショックを軽減できる。

【００１２】

【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タイミング機構101 （バルブ開
特性切り換え手段）が設けられている。

【００１３】前記可変バルブタイミング機構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、切り換え指令出力
手段としての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 （油圧制御弁）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 ，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 ，前記可変バル
ブタイミング機構101 における作動油の温度を検出する
油温センサ106 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、該決定に対応す
るバルブ開特性への切り換えを行わせるべく、前記切換
弁103 に切り換え指令（開閉制御信号）を出力する。

【００１４】ここで、図３〜図６に前記可変バルブタイ
ミング機構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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】ここで、前記メインロッカシャフト３は気
筒毎に独立して設けられ、又は、気筒毎に両端を閉塞し
たシャフト部材を連結して１本のシャフトに形成され、
各気筒毎にオイルギャラリ42は独立して形成されてい
る。そして、図７に示すように、エンジンによって駆動
されるオイルポンプ（図示省略）の吐出油圧は、メイン
通路110 から気筒毎に分岐する通路111 を介して各気筒
の吸気バルブ側と排気バルブ側の前記オイルギャラリ42
に夫々導かれる。そして、前記分岐通路111 に夫々夫々
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 が介装され、請求項１に係る発明では、該切
換弁103 の切換動作時期を気筒毎に所定時間ずつずらし
て制御することにより、気筒毎の可変バルブタイミング
機構の切換を所定時間ずつずらして行うように制御す
る。

【００２０】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、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。

【００２１】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（切換弁103 に
よる油圧リリーフ状態）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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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22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21のプロフィール
に従った低速用カム22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。

【００２５】本実施例において、可変バルブタイミング
機構は、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21と
低速用カム22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。

【００２６】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。

【００２７】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
変バルブタイミング機構101 の構成を限定するものでは
ない。

【００２８】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）切換制御を、図８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、切
換時期制御手段としての機能は、図８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。

【００２９】図８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、
エンジン回転速度Ｎｅと切換点の回転速度Ｎ₀ とを比較
する。そして、Ｎｅ＜Ｎ₀ のときはステップ２へ進ん
で、Ｎｅ＜Ｎ₀ が満たされた直後 (１回目) か否かを判
定し、直後のときは、低速用カムへの切換点であると判
断してステップ３へ進み、まず、一番目の気筒の切換制
御用の切換弁103 (図ではＡとする) を閉弁する。

【００３０】次に、ステップ４で所定時間の経過を待っ
た後、ステップ５で二番目の気筒の切換制御用の切換弁
103 (図ではＢとする) を閉弁し、同様にステップ６で
所定時間の経過後ステップ７で三番目の気筒の切換制御
用の切換弁103(図ではＣとする) を閉弁し、更にステッ
プ８で所定時間経過後ステップ９で四番目の気筒の切換
制御用の切換弁103(図ではＤとする) を閉弁する。

【００３１】また、ステップ１でＮｅ≧Ｎ₀ と判定され
たときは、ステップ10へ進み、その直後か否かを判定
し、直後と判定された場合は高速用カムへの切換点であ
ると判断して、ステップ11以降へ進む。ステップ11〜ス
テップ16では、低速用カムへの切換時と同様にして気筒
毎に所定時間ずつずらせて切換弁103 を開弁させてい
く。

【００３２】かかる制御を行えば、図９に示すように可
変バルブタイミング機構の切換が気筒毎に十分時間をず
らせて行われるので、トルク段差によるショックを十分
に低減することができ、経時変化やバラツキ等による影
響も受けずに済む。また、その結果、切換点設定の自由
度が増大し、トルク特性切換制御の自由度が拡がる。

【００３３】次に、請求項２に係る発明の実施例につい
て説明する。この発明では、各可変バルブタイミング機
構の切換時における作動油圧を互いに異ならせることに
より、切換時期をずらせるものである。図10は、本実施
例における可変バルブタイミング機構の全体油圧回路を
示すもので、切換弁103 は従来同様メイン通路110 に１
個のみ設けるが、各分岐通路111 に通路抵抗を径の異な
るオリフィス201 〜204 を介装することで、可変バルブ
タイミング機構への作動油圧を相違させる。

【００３４】図11は、可変バルブタイミング機構の切換
制御を示す。ステップ11, 12, 14は夫々前記実施例の図
８におけるステップ１, ２，10と同様にして、切換時期
を判断するもので、本実施例では切換弁103 は１つしか
ないので、ステップ13, 15での開閉切換制御自体は、各
可変バルブタイミング機構について同時に開始されるこ
ととなる。

【００３５】しかし、オリフィス201 〜204 の径が大き
いほど、通路抵抗が小さく圧力損失が小さいため、径が
最大のオリフィス201 を介装した分岐通路111 から対応
する気筒の可変バルブタイミング機構に供給される油圧
が最大で、該気筒の可変バルブタイミング機構の切換が
最も早く行われ、次いで所定時間ずつ遅れて二番目,三
番目, 四番目の気筒の可変バルブタイミング機構が切り
換えられる。

【００３６】したがって、前記実施例同様、切換時のシ
ョックを軽減でき、切換点設定の自由度ひいてはトルク
特性切換制御の自由度が拡がる。また、作動油圧を相違
させる方法は、油圧レギュレーターを各分岐通路に個別
に設けるなども考えられるが、本実施例のようにすれ
ば、径の異なるオリフィスを設けるだけの簡単な構成で
よく、切換弁は１個で済むから低コストに実施でき、制
御も１回行うだけで簡単で済む。また、オリフィスを介
装する代わりに通路開口面積の異なる分岐通路としても
よい。

【００３７】また、以上示した実施例では複数の可変バ
ルブタイミング機構を気筒毎に区分して作動時期をずら
すものを示したが、吸気側と排気側とで区分するような
構成としてもよい (請求項４の発明) 。図12は、かかる
構成の実施例を示したもので吸気側と排気側とで夫々各
気筒のオイルギャラリ42は、１本のメインロッカシャフ
ト３内に連通して形成されており、吸気側のオイルギャ
ラリ42に連結された分岐通路111 と排気側のオイルギャ
ラリ42に連結された分岐通路111 とに、夫々切換弁103
を介装して構成され、これら各切換弁103 の切換制御時
期をずらせて可変バルブタイミング機構の切換を吸気側
と排気側とでずらせることにより、切換ショックを軽減
させるものである。また、この場合も、メイン通路110
に１個の切換弁103 を介装し、各分岐通路111 に径の異
なるオリフィスを介装して作動油圧を異ならせることで
切換時期をずらせる構成としてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように請求項１に係る
発明では、独立して制御可能に区分された各可変バルブ
タイミング切換機構の切換時期を所定時間ずつずらせる
ことにより、また、請求項２に係る発明では、区分され
た各可変バルブタイミング切換機構への作動油圧を異な
らせることにより、夫々切換によるショックを軽減でき
る。

【００３９】また、前記ショック軽減効果に伴い、切換
点設定の自由度が増大する。また、請求項３に係る発明
のように、気筒毎に区分すれば切換の分散度が大きいた
め切換ショック軽減効果が大きいが、請求項４に係る発
明のように、吸気側と排気側とに区分するだけでも十分
切換ショックを軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び請求項２に係る発明の構成を示す
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タイミング機構を示す図。

【図４】実施例の可変バルブタイミング機構を示す図
（図３のIV−IV断面図) 。

【図５】実施例の可変バルブタイミング機構を示す図
（図４のＶ−Ｖ断面図）。

【図６】実施例の可変バルブタイミング機構を示す図
（図４のVI−VI断面図) 。

【図７】請求項１に係る発明の実施例のシステム構成を
示す平面図。

【図８】同上実施例の可変バルブタイミング機構の切換
制御を示すフローチャート。

【図９】同上実施例による各可変バルブタイミング機構
の切換タイミングを示すタイムチャート。

【図10】請求項２に係る発明の実施例のシステム構成を
示す平面図。

【図11】同上実施例の可変バルブタイミング機構の切換
制御を示すフローチャート。

【図12】請求項４に係る発明の実施例のシステム構成を
示す平面図。

【図13】運転条件によって変化する可変バルブタイミン
グ機構の切換点を説明するための図。

【符号の説明】

21 低速用カム 22 高速用カム 42 オイルギャラリ 101 可変バルブタイミング機構 102 コントロールユニット 103 切換弁 110 メイン通路 111 分岐通路 201 〜204 オリフィス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸・排気バルブの開閉タイミングを機関運
   転条件に応じて切り換える可変バルブタイミング機構を
   備えたエンジンにおいて、 複数の可変バルブタイミング機構を個別に又は複数の群
   に区分し、夫々独立して切換自由に構成すると共に、前
   記区分された各可変バルブタイミング機構を所定時間ず
   つずらせて切換を行う切換時期制御手段を、備えたこと
   を特徴とするエンジンの可変バルブタイミング機構の切
   換制御装置。
2. 【請求項２】吸・排気バルブの開閉タイミングを機関運
   転条件に応じて切り換える可変バルブタイミング機構を
   備えたエンジンにおいて、 複数の可変バルブタイミング機構を個別に又は複数の群
   に区分し、前記区分された各可変バルブタイミング機構
   の切換時、作動油圧を互いに異なる値に制御することに
   より、各可変バルブタイミング機構の切換を所定時間ず
   つずらして行わせるようにした切換油圧制御手段を、備
   えたことを特徴とするエンジンの可変バルブタイミング
   機構の切換制御装置。
3. 【請求項３】複数の可変バルブタイミング機構が、気筒
   毎に区分されることを特徴とする請求項１又は請求項２
   に記載のエンジンの可変バルブタイミング機構の切換制
   御装置。
4. 【請求項４】複数の可変バルブタイミング機構が、吸気
   側と排気側とで区分されることを特徴とする請求項１又
   は請求項２に記載のエンジンの可変バルブタイミング機
   構の切換制御装置。