JPS62191606A - 機関のバルブタイミング可変制御装置 - 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】 （産業−１−の利用分野） この発明は機関のバルブタイミング可変制御装置ｒｔに
関する。

（従来の技術） 排気行程の終わりの上死点は吸気始めの上死点でもあり
、この上死点付近で吸排気弁が同時に聞くことがあり、
これをパルプオーバーラツプというが、このパルプオー
バーラツプは機関の性能に大きく影響する。

たとえば、ａ閃の低負荷域や低速域１こパルプオーバー
ラツプがあると、大きな吸入負圧に引かれて排気弁の下
流から排気がシリング内へと逆流する。しかしながら、
低負荷時等はもともと燃料が多くは供給されないので、
残留ガス割合が多くなると、燃焼が不良となる。そこで
、こうした低負荷時等にはパルプオーバーラツプがない
ことが望ましい。逆に、高負荷時や高速域には、吸気の
慣性を利用して多くの吸気をシリング内に押し込み、吸
入効率を大きくしたほうが出力上得策であり、このため
、バルブオーバーラツプを積極的に利用することが望ま
しい。

このように、バルブタイミングに対する斐求が運転状態
により異なるので、運転状態に応じてバルブタイミング
を可変制御ｒるようにした装置が各種提案されている。

こうした装置の一例を第４図に示すと（特願昭Ｇｏ−１
１１１１５号公報参照。）、同図は機関のクランク軸回
転を伝達するカムプーリ７とカム軸：３０との間に、吸
気弁用カム軸３０とカムプーリ７とを相対回転させるね
じ機構を形成し、このねじ磯もηを運転状態に応じて駆
動する油圧制御機構を形成したものである。

すなわち、同図において、ねじ機構は内側ギヤ１０、中
間ギヤ１１外側ギヤ５の３つのギヤから構成され、内側
ギヤ１（）と外側ギヤ５とはそれぞれカムプーリ７とカ
ム軸３０に固定される。

そしてこれらギヤ５，１０に！＊さまれるように位置す
る円筒状の中間ギヤ１には、内外周の歯２Ａ、２１３の
いず？Ｌか一方あるいは両方をヘリカル状に形成してあ
り、この内外周の向２Ａ、２１Ｊと互いにかみ合う歯１
１．６が、内側ギヤ１（）の外周と外側ギヤ５の内周と
にそれぞれ形成されている。

かつ、中１１１１ギヤ】はカム軸方向にも直線運動をす
ることができるのに対し、内側ギヤ１０と外側ギヤ５と
は回転のみが許され、カム軸方向の移動が規制されでい
る。

このため、命中間ギヤ１をカム軸方向に直線運動させる
と、この運動によるトルクはねじ接触を介して内側ギヤ
１０あるいは外側ギヤ５をカム軸方向に移動あるいは回
転させようとするが、これらギヤ１０，５はカム軸方向
には動き得ないように規制されているので、回転だけが
許され、この結果ヘリカル状に形成した歯の捩れ角に応
じて内側ギヤ１０と外側ギヤ５とが相対回転するのであ
る。

次に、この中間ギヤ１を駆動制御する８！構であるが、
ここには中間ギヤ１をカム軸方向に駆動する油圧シリン
グと、通電Ｉ１．！にこの油圧シリングに制御油圧を作
用させる電磁か６５と、運転状態に応じてこの電磁弁６
５への通電制御を行い通電時にはバルブタイミングを変
化させる通電制御手段とからなる油圧側ａｌｌ　磯４９
を示している。

油圧シリングは、中間ギヤ１のカム軸方向の一方の側端
部３をピストンとし、このピストンに油圧を作用させる
油圧室５０と、他方の側端部４に介装したリターンスプ
リング５１とから構成され、たとえばメーンオイルギャ
ラリに連通する油通路５５　、５６等を介して導入され
る制御油圧と、リターンスプリング５１のばね力とのバ
ランスにより中間ギヤ１のカム軸方向における位置決め
を行っている。

第５図は、運転状態に応じて電磁弁６５への通電制御を
行う通電制御手段の動作を説明する流れ図である。

図示したように、運転状態の代表値として機関回転数Ｎ
と吸入空気量Ｑとが採ＩＩＩされ、これＣ〕の値から燃
料噴射量制御の基本的な値となる基本噴射量１’　、を
演算等にて求め、このＴＬＩと機関回転数Ｎとを用いて
電磁ｆｒ−６５への通電を行うか否かがｆｑ別される（
ステン１７０〜７２）。

たとえば、機関の尚負荷時や高速域には電磁弁６５への
通電を行うことにより、吸気弁の閉時期を早め、これに
よりバルブオーバーラツプを大きくし吸入効率を高めて
機関出力を向上させる。一方、機関の低負荷域や低速域
には電磁弁６５への通電を停止することにより中間ギヤ
１を初期１ｑ置に戻し、これによりバルブオーバーラツ
プを小さくして残留ガス割合の増加を防ぐ（ステップ７
２〜７４）。

（発明が解決しようとする問題豆） ところで、油圧制御８！補に用いる作動油の粘度は油圧
制御機構の性能を最良に維持するように選定しなければ
ならないが、こうした装置では、潤滑油を作動油として
用いており、この潤滑油の粘度に大きな影響を与える機
関温度（たとえば潤滑油温度あるいは冷却水温度）につ
いては４°ＩＦが払われていない。

このため、機関温度が所定の温度範囲内にあるときには
潤滑油の粘度もこれに応じて所定の粘度範囲内に収まる
ので、正常な作動を維持することができるが、この温度
範囲を外れる温度領域においては、潤滑油の粘度が極度
に小さくあるいは大きくなることから不都合を生じる。

たとえば、粘度が過度に低いと、電磁弁等の内部漏れを
招いて油圧が不足ぎみとなるし、制御の応答性が過敏に
なることから少しの油圧変動があってもこの影響を受け
やすくなる。このため、電磁弁Ｇ５を閉じて中間ギヤ１
に油圧を作用させても十分な油圧がイ：）られずに中間
ギヤ１がストロークの中間までしか移動できず、さらに
中間ギヤ１が油圧変動に応じてカム軸力向に振動しなが
らカムプーリ７の駆動力をカムＭ、３０に伝達するため
、ｈじ機構を構成するギヤ１，５．１０についての歯面
の摩耗が者しく大きくなる。

また、粘度が低下する高温時には同時に電磁弁６５の雰
囲気温度が上昇するため、電磁弁６５の通電状態ではソ
レノイドフィルが焼き切れる可能性もある。

逆に、粘度が高すぎると、摩擦抵抗が増ｒので応答性が
低ドし、油圧制御１機構の作動が不活発になる。このた
め、電磁弁６５に通電してバルブオーバーラツプを大き
（したものの、運転状態が変化して低負荷域になり通電
を停止しても、中間ぞヤ１が初期位置に戻らず、これに
より低負荷域であるのにバルブオーバーラツプが大きい
ままである状態が出現し、アイドル時等の低負荷時の運
転性を不良にする。

この発明はこうした問題、＋”ｊ、に着目してなされた
もので、所定の温度範囲を外れる温度領域では弁手段へ
の通電を停止してバルブオーバーラツプを太きくさせな
いようにしたＶｃ　ｉｆｆを提供することを目的とする
。

（問題〕、″７：を解決ｒるための手段）この発明は、
第１図に示すよう１こ構成される。

すなわち、８０は内外周の歯の少なくともいずれか一力
をヘリカル状に形成した円筒状の中間ギヤ及びこの中間
ギヤとそれぞれかみ合う外側ギヤ。

内側ギヤとの３つのギヤを、機関に同期して駆動される
カムプーリとカム軸との間に介在させるとともに、この
中間ギヤのカム紬ノｊ向の直＃ｉＩ運動により１１；ｊ
記カム紬とプーリとを相対回転運動させるｔ２じ機構で
ある。

また、油圧制０１１機構８１は曲記中間ギヤをカム軸ノ
Ｊ向に駆動ｒる油圧アクチュエータ８２と、通電時１こ
この油圧アクチュエータ８２に油圧を作用させる弁手段
８：（と、運転状態に応じてこの弁手段ε′Ｉ３への通
電制御を行いバルブタイミングを変化させる通電制御手
段８５とから構成される。

こうして、ねじ機構８０と油圧制御代りが８１とを備え
る機関のバルブタイミング可変制御装置ｉが構成される
が、この発明では、さらに、機関温度を検出する機関温
度検出手段８６と、この検出子＃１８６からの温度イざ
号に基づいて所定の１１４度範囲にあることを判別忙る
温度領域判別手段８７と、機関γ（シ度がこの温度範囲
以外にあるときは、１１１ｊ記弁手段８３への通電を停
止する通電停止手段８８とを付加して設けた。

（作用） このように構成すると、機関温度が所定の温度範囲以外
にあるときは、中間ギヤが駆動されることなく、初期位
置に保持される。

このため、粘度が過度に低くなり、内部漏れによる油圧
低下や応答性が過敏になる高温時に、中間イヤが駆動さ
れないので、中間ギヤがストロークの中間までしが駆動
されず、油圧振動１こｒｌｏってカム軸ノｊ向に振動し
ながらカムプーリからの伝達力をカム軸にｆ云えるとい
うことがなくなるので、ギヤ摩耗が防止される。

一方、粘度が過度に高くなり、応答性が低ドして作動が
不活発になる低温時にも、中間ギヤが駆ＬＥＪｓされる
ことがないので、運転状態の変化に際して中間ギヤが初
期位置に戻らず、これにより低負荷時であるのにバルブ
オーバーランプが大きくなってアイドル時等の低負荷時
に運転性の不良を招（ということから角イ放される。

以下、１（体側に−〔説明する。

（実施例） 第２図はこの発明の一実施例の機械的構成を示す概略図
である。同図のねじ８！構及び油圧制御機構の構成は従
来例と同様であり、機関温度検出手段としての温度セン
サ９３と、この温度センサ９３の信号に基づいてコント
ロールユニツ）９５内で実行される動作とが従来例と相
違し、この相違する部分がこの発明の要部となる。

まず、従来例と同様の部分から説明すると、同図におい
て、ねじ機構は内側イヤ１０．中間ギヤ１、外側ギヤ５
から構成され、内側ギヤ１０から平径方向外方に順次中
間ギヤ１．外側ギヤ５が位１ｄする。

円筒状の中間ギヤ１には、内外周の歯２人、２Ｉ３のい
ずれか一方あるいは両方をヘリカル状に形成してあり、
この内外周の１！！Ｉ２　Ａ、２　Ｂと互いにかみ合う
歯１１，６が、内側ギヤ１０の外周と外側ギヤ５の内周
に形成されている。

外側ギヤ５は、機関クランク細からの動力を伝達するチ
ェーンあるいはタイミングベルトが掛は回されるカムプ
ーリ７に固定あるいは一体に形成され、ブー９７は、通
常クランク軸の１／２で同期回転される。なお、外側ギ
ヤ５はハウジングもかねている。

内側ギヤ１０は、その内周にカム軸３０の側端に位置す
るカム軸外周部３２の全面にわたって密接する円筒状の
大径部１２と、ｇＩＩ端部３１に図中左方より当接する
リング状の段付きｇｌ　３とが形成されてあり、カムプ
ーリボルト４０をねじ込むことにより、段付き部１３と
１１１１１端部３１との圧接を介し内側ギヤ１０がカム
軸３０に固定される。

なお、１５はボルト４０の貫通する小ＰＥｇ、１６はワ
ッシャ４１の収まるシート部、３４はボルト孔である。

こうしてカム軸３０とカムプーリ７との間には、ねじ機
構が構成されるが、さらに前記中間ギヤ１は外側ギヤ５
．内側ギヤ１０とそれぞれかみ合うので、このままだと
、これら王者が自由に回転運動あるいはカム軸方向に直
線運動をするのであるが、外側ギヤ５と内側ギヤ１０と
はカム軸方向には動き得ないように規制されている。

このため、中間ギヤ１がカム軸方向に直線運動をすると
、この運動によるトルクはねじ接触を介して外側ギヤ５
あるいは内側ギヤ１０をカム軸方向に移動あるいは回転
させようとするが、これらギヤ５．１０は回転だけが許
され、この結果中間ギヤ１にヘリカル状に形成した歯の
捩れ角に応じて外側ギヤ５と内側ギヤ１０とが相対回転
、すなわちこれら５．１０がそれぞれ固定されているカ
ムブー９７とカム軸３０とが相対回転する。

次に、中間ギヤ１を駆動する油圧制御機構の油圧シリン
グは、中間ギヤ１のカム軸方向の一方の側端部３をピス
トンとし、このピストンに油圧を作用させる油圧室５０
と、他力の側端ＫＳ４に介装したリターンスプリング５
１とからｈ構成され、メーンオイルギャラリ５２に連通
ずる油通路を介して導入される制御油圧と、リターンス
プリング５１のばね力とのバランスｔこより中間ギヤ１
のカム紬ノｊ向１こおける位置決めが行なわれている。

なお、油通路は、オリフィス５４の介ＶＣされる油通路
５３、カム軸３０やボルト４０の軸芯を貫通する油通路
５５．５６等から構成されている。５８はオイルシール
、５９．６０はカバーである。

こうした油圧シリングでは、弁手段としての電磁弁６５
を開弁すると、油圧室５０にオリフィス５３にて減圧さ
れた適度の油圧が導かれ、リターンスプリング５１が押
し縮められて中間ギヤ１が図中右ノｊ向に移動する。こ
れによりねし８！構が作動してカム軸３０とカムプーリ
７とが相対１時１転し吸気弁のバルブタイミングが変わ
る０反対に電磁弁６５を開くと、リターンスプリング５
１により中間ギヤ１が図中左方に押し戻される。

こうしたねじａｈｔの作動に合わせて、電磁弁６５の■
弁１１．？に吸気弁の１１（時期が早まりパルプオーバ
ーラツプが生じるように、ギヤ１，５．１０等の回転部
分の回転方向とヘリカル状に形成する歯の捩れ方向とが
決定されている。すなわち、電磁弁６５への通″心を行
うと；パルプオーバーラツプが大きくなり、通電停市す
ると、バルブオーバーラッブが小さくなる。

次に、コントロールユニット９５は、運献状態の代表値
である機関回転数Ｎと吸入空気量Ｑとを検出する回転セ
ンサ９１と空気量センサ９２との信号に括づいて電磁弁
６５への通電制御を行うのであるが、このコントロール
ユニット９５ではさらに、第１図の手段８７．８８の機
能を有し、機関温度゛「を検出する温度センサ９３から
の温度信号に基づいて機関温度゛Ｉ゛が所定の温度範囲
にあるか否かをｆｌＩ別し、機関温度′ｒがこの温度範
囲以外の温度領域にあるときは、電磁弁６５への通電を
停止するようにした点にこの発明の特徴がある。

そこで、コントロールユニット内で実行される動作をｆ
ｊＳ３図の流れ図を参照しながら説明する。

なお、コントロールユニット９５は、主にｃｐｕ。

ＲＯＭ　、　ｌ（Ａ　Ｍ　、インターフェース等からな
るマイクロコンピュータからｈ１成され、同図は所定時
間毎あるいは機関回転に同期して実行される。図中の番
号は処理番号である。

同図において、第１図の温度領域判別手段８７の機能は
１００　、　］　０１にて、通電停止（二′Ｆ段５５８
の機能は１０６にて実行される。

すなわち、作動油としての潤滑油の粘度が低からず高か
らず、ねじ８！構の動作を良好に維持することができる
温度範囲として、その下限と」１限を’「＋　ｙｌ’２
　（Ｔ　Ｉ　＜　Ｔ　２　）と定め、機関温度′Ｉ゛が
この範囲を外れて低過ぎるがあるいは高過ぎることを判
別すると、電磁弁６５への通電を停止するのである。

ここに、機関温度として潤滑油温度を採用歓る場合ニハ
、ｉ”　＋　、！＝　１．でバー　２０−２０°Ｃ程度
、′ｒ２としては１１０〜１４０℃程度がそれぞれ通常
である。同様に、冷却水温度を採用する場合には、′Ｉ
゛１　としては−２０−２０°Ｃ程度、１゛２としては
１００〜１３０℃程度となる。これらの値は、潤滑油の
種類や使用環境により変動するものであり、それぞれの
使用環境や１μ種に応じて最適に定めることが必秋であ
る。

次に、この実施例の作用を述べると、機関温度］゛が所
定の温度範囲（１゛１≦′１゛≦ｉ’２）以外の温度領
域（Ｔ　＜　ｉ’　＋　アルイハ′ｌ”　＞　Ｔ２）ニ
アルト！１．ｔ、ステップ１０２へは進み得す、１０６
にて電磁弁６５への通常が停止される。

したがって、機関温度が所定の温度範囲を外れることに
より潤滑油の粘度がＩｎｉ過ぎたりあるいは低過ぎたり
して、油圧制御成端の正常な作動を保証しえない温度領
域には、中間ぞヤ１が駆動されることがない。

たとえば、粘度が過度に低（なり、電磁弁６５等の内部
漏れによる油圧低下や応答性が過敏になる高温時には、
中間イヤ１は駆動されない。これにより、中間ギヤ１が
ストロークの中間までしか駆動されず、油圧振動に伴っ
てカム軸方向に振動しながらカムプーリ７からの伝達力
をカム軸３０に伝えるということがなくなり、ギヤ摩耗
を防止することができる。

また、電磁弁６５の周囲温度がｉｌ’ｌｉい状態では通
電が１’なわれないので、ソレノイドコイルへの負担が
軽減され、電磁弁６５の耐久性を向上することができる
。

一刀、粘度が過度に高くなり、応答性が低１・°シて作
動が不活発になる低温時にも、中間ギヤ１が駆動されな
い。これにより、運軒状態の変化によっては、中間ギヤ
１が初期位置に戻らず、低負荷ｕ、′ｆであるのにパル
プオーバーラツプが大きくなってアイドル時等の低負荷
時に運転性の不良を招くということから解放される。

ところが、従来例では、機関温度が考慮されておらず、
このため、粘度が過度に低くあるいは高くなる温度領域
においても、中間ギヤ１が負荷や回転数の増加により駆
動され、これに上りねじ機稙を構成するギヤの摩耗を早
め、またアイドル時等低負荷時の運転性の不良を招いて
いたのである。

なお、１０１，１０２〜１０６は通電制御手段として機
能する部分であり、１０６は通電制御手段の一部として
も共用されている。

機関温度が所定の温度範囲内にあるときの制御は、第５
図に示す従来例と同様であり、次間運転状態に応じ、た
とえば高負荷時や高速時には通電が行なわれてパルプオ
ーバーラツプが大きくされ、逆に低負荷時や低速時には
通電が行なわれずバルブオーバーラツプが小さくされる
。

（発明の効果） 以上説明した通り、この発明では、内外周の歯の少なく
ともいずれか一力をヘリカル状に形成した円筒状の中間
ギヤ及びこの中間ギヤとそれぞれかみ合う外側ギヤ、内
側ギヤとの３つのギヤを、機関に同期して駆動されるカ
ムプーリとカム軸との間に介在させ、この中間ギヤのカ
ム軸力向の直線連動により前記カム軸とプーリとを相対
圓転運ｖＪさせるねじ機構と、弁手段への通電によりこ
のねじ機構に油圧を作用させ、バルブオーバーラツプが
大きくなるようにカム軸方向に駆動させる油圧制御手段
とを備える機関のバルブタイミング可変制御装置におい
て、機関温度を検出する手段からの温度１３号に基づい
て機関温度が所定の温度範囲にあるか否かを判別し、機
関温度がこの温度範囲以外にあるときは、前記弁手段へ
の通電を停止するようにしたので、潤滑油粘度が６′１
ｊ過ぎあるいは低過ぎる場合に中間ギヤが駆動されるこ
とによるギヤ＋？耗の防ＩＬとアイドル時等の運転性不
良の防止とを達成することができる。

図面のｆ２！ｌ１ｉｔな説明 第１図はこの発明の概念構成図、第２図は、二の発明の
一実施例の機械的補機を示す概略図、第３図はこの実施
例の作用を説明する流れ図である。

ｆｊＳ４図は従来例の概略断面図、第５図は同じく従来
例の流れ図である。

１・・・中間ギヤ、２　Ａ、２　Ｂ・・・歯、５・・・
外側ギヤ、６・・・内歯、７・・・カムプーリ、１０・
・・内側ギヤ、１１・・・外歯、３０・・・カム軸、５
０・・・油圧室、５１・・・リターンスプリング、５２
・・・メーンオイルギ計り、５　：（，５５，５６−−
・油ｍ路、６５　・・・電磁弁（弁ｒＸｊｆｆ　）、８
０・・・ねじ機構、８１・・・油圧制御機構、８；）・
・・弁゛ド段、８５・・・通電制御１段、８６・・・機
関温度検出手段、８７・・・温度領域ｆｌｌ別手段、８
８・・・通電停止手段、９１・・・回転センサ、９２・
・・空気量センサ、９３・・・温度センサ、９５・・・
コントロールユニット。

特許出願人　日産自動車株式会社 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内外周の歯の少なくともいずれか一方をヘリカル状に形
   成した円筒状の中間ギヤ及びこの中間ギヤとそれぞれか
   み合う外側ギヤ、内側ギヤとの３つのギヤを、機関に同
   期して駆動されるカムプーリとカム軸との間に介在させ
   るとともに、この中間ギヤのカム軸方向の直線運動によ
   り前記カム軸とプーリとを相対回転運動させるねじ機構
   と、前記中間ギヤをカム軸方向に駆動する油圧アクチュ
   エータと、通電時にこの油圧アクチュエータに油圧を作
   用させる弁手段と、運転状態に応じてこの弁手段への通
   電制御を行いバルブタイミングを変化させる通電制御手
   段とを備える機関のバルブタイミング可変制御装置にお
   いて、機関温度を検出する機関温度検出手段と、この検
   出手段からの温度信号に基づいて所定の温度範囲にある
   ことを判別する温度領域判別手段と、機関温度がこの温
   度範囲以外にあるときは、前記弁手段への通電を停止す
   る通電停止手段とを設けたことを特徴とする機構のバル
   ブタイミング可変制御装置。