JPH0435522Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は内燃機関の吸排気弁のバルブタイミン
グを運転状態に応じて可変的に制御する装置の改
良に関する。

（従来の技術） 内燃機関の吸排気弁の要求バルブタイミング
は、機関の運転状態によつて変化し、アイドル時
などは吸排気弁のバルブオーバラツプを小さくす
ると残留ガスの減少により燃焼の改善がはかれ、
高負荷時はバルブオーバラツプを大きくすること
により吸排気効率が高まり、出力が向上する。

通常は構造的な問題から吸排気弁のバルブタイ
ミングは固定的に設定されているのであるが、こ
のような要求を満たすために、従来例えば特開昭
59−120707号公報にて、バルブタイミングを可変
的に制御するようにした装置が提案されている。

この装置は吸排気弁を駆動するカムシヤフトの
回転をクランクシヤフトの回転に対して相対的に
変位させることにより、運転状態に応じてバルブ
開閉時期を変化させるもので、例えば吸気弁側の
カムシヤフトと排気弁側のカムシヤフトを別々に
設けて、少なくとも一方をこのように可変制御す
ることにより、吸排気弁のバルブオーバラツプを
変化させられるのである。（ただし同一のカムシ
ヤフトに吸排気弁を駆動するカムを形成したとき
は、カムシヤフトの回転位相を変化させることに
より、吸排気弁の開閉タイミングのみが変化する
ことになる。） この装置ではカムシヤフトにクランクシヤフト
からの回転を伝達する駆動輪を所定の角度だけ相
対回転可能に取付け、カムシヤフトと駆動輪との
間に同軸的に斜行するスプライン歯をもつた環状
のピストン部材を配置し、このピストン部材の軸
方向変位に伴つてカムシヤフトと駆動輪との間に
回転位相を生じるようにしてあり、ピストン部材
に作用する油圧を運転状態に応じて制御すること
により、ピストン部材を変位させてバルブタイミ
ングを変化させるのである。

（考案が解決しようとする問題点） ところでこの場合、バルブタイミングの可変制
御を正確に行うためにピストン部材の軸方向変位
量を検出する位置センサを設け、目標どおりピス
トン部材が変位しているかを判断し、ずれている
ときはその位置を修正するフイードバツク制御方
式を採用している。

しかしながら駆動輪とカムシヤフトとの間に同
軸的に介装されるピストン部材は、エンジン前面
のギヤケースで囲まれた部分に位置するので、こ
のピストン部材の位置を検出するには、位置セン
サをシリンダヘツドの前面でギヤケースの内部に
設置する必要があり、このため位置センサがギヤ
ケースの内部で飛散する潤滑油の侵入により作動
不良を起こしやすく、またセンサを耐油構造にす
るためにコスト高になつたり、あるいは位置セン
サの取付精度の調整などが困難となるという問題
があつた。さらに、位置センサをピストン部材等
と連動させるための機構をカムシヤフト端部に設
ける構造上、カムシヤフト端部のオーバーハング
重量が大きくなつてカム軸受の偏摩耗を生じるな
ど耐久性の面でも問題があつた。

本考案はこのような問題を解決することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） そこで本考案は第１図に示すように、内燃機関
のバルブを開閉制御するカムシヤフトに対して、
クランクシヤフトの回転を伝達するカム駆動輪を
所定角度回転可能に支持し、かつこの駆動輪のカ
ムシヤフトに対する回転位相を変化させるため油
圧に応動するピストン部材を設け、このピストン
部材に作用する油圧を電磁弁を介して制御するよ
うにした内燃機関のバルブタイミング制御装置に
おいて、機関の始動時を検出する手段と、機関の
温度、回転数、負荷を検出する手段と、前記ピス
トン部材に作用する油圧を検出する手段と、前記
回転数と負荷に応じて前記油圧の制御目標値を記
憶する記憶手段と、前記検出油圧が回転数と負荷
に応じての目標値と一致するように前記電磁弁の
開度をフイードバツク制御する手段とを備え、か
つ前記フイードバツク制御手段は、機関始動時で
なく、かつ機関温度が設定値以上であるときに前
記フイードバツク制御を行い、機関始動時または
機関温度が設定値未満のときには前記電磁弁開度
を所定量に固定するように構成した。

（作用） ピストン部材は油圧に応じて変位し、したがつ
て油圧を正確に目標値に制御すればピストン部材
の変位量に比例してクランク回転に対するカムシ
ヤフトの回転位相を変化させることができる。そ
してこのようにすると、ピストン部材に作用する
油圧の検出は、ピストン部材の近傍で行う必要は
なく、油圧配管を通して導く油圧を検出すればよ
く、油圧検出手段の取付けが容易になり、またそ
の調整なども簡単に行える。

一方、機関始動時または機関温度が設定値より
も低い低温時には電磁弁開度が所定量に固定され
るので、油圧作動が不安定になりがちな始動時ま
たは低油温時においてバルブタイミングを始動及
び暖機条件に対応した概略適切な位置に保持させ
ることが可能である。

（実施例） 以下本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第２図において、吸気弁、排気弁を開閉駆動す
るカムを取り付けたカムシヤフト１０は、シリン
ダヘツド１１に対して軸受１２を介して回転自由
に支持される。カムシヤフト１０の突出端には図
示しないクランクシヤフトの回転がチエーン等の
巻掛部材によつて伝達される駆動輪１３が配置さ
れる。円筒状の駆動輪１３とカムシヤフト１０と
の間には環状のピストン部材１４が介装され、ピ
ストン部材１４とカムシヤフト１０とはそれぞれ
の嵌合内周と外周に形成したスプライン歯１５に
より互いに係合し、同じくピストン部材１４と駆
動輪１３とはその嵌合内周と外周に形成したスプ
ライン歯６により係合し、駆動輪１３の回転をピ
ストン部材１４を介してカムシヤフト１０に伝達
しているが、前記スプライン歯１５または１６の
いずれかはスパイラル状の斜行歯に形成されてい
て、ピストン部材１４の軸方向への移動によりカ
ムシヤフト１０が駆動輪１３に対して相対的に回
転するようになつている。ピストン部材１４は駆
動輪１３の内周とカムシヤフト１０の外周との間
に区画形成した作動室１７に供給される油圧に応
動して、反対側に介装したリターンスプリング１
８に抗してカムシヤフト１０の軸方向に変位す
る。つまり油圧の上昇に応じて比例的にピストン
部材１１は変位し、これによりカムシヤフト１０
と駆動輪１３の回転位相が変化し、カムシヤフト
１０を介して開閉駆動される吸排気弁のバルブタ
イミングが変化する。

なお、作動室１７の端面はカムシヤフト１０と
一体の隔壁１９によつて油密的に画成され、この
作動室１７にはシリンダヘツド１１に形成した潤
滑油の供給通路２０からカムシヤフト１０の内部
を軸方向に貫通する通路２１を経由して、その半
径方向に開口する通路２２から前記スプライン歯
１５の間隙を通して潤滑油が導かれるようになつ
ている。そして通路２１にはオリフイス２３が形
成されると共に、通路２２が分岐したその下流側
は図示しないオイルパンなどに潤滑油を戻すよう
に接続されており，この途中に後述するコントロ
ールユニツト２４からの信号で弁開度をデユーテ
イ制御される電磁弁２５が介装されている。電磁
弁２５の開度が減少すると戻り量が規制され、前
記作動室１７の油圧は上昇する。

この電磁弁２５の上流からは作動室１７の圧力
と同一の圧力を検出するために油圧配管２７が分
岐し、ギヤケース（シリンダヘツドカバー）２９
の外部に位置してこの油圧配管２７に圧力センサ
２８が接続されている。

圧力センサ２８の検出信号はコントロールユニ
ツト２４に入力され、同様にしてコントロールユ
ニツト２４には機関回転数を検出する回転数セン
サ３０、吸入空気量を検出するエアフローメータ
３１、機関冷却水温を検出する水温センサ３２か
らの各検出信号が入力するようになつている。

コントロールユニツト２４はこれらの信号に基
づいて後述するように前記電磁弁２５の開度を調
整することにより、作動室１７の油圧を制御する
のであり、これによつてピストン部材１４の位置
を決定して機関の運転状態に応じてバルブタイミ
ングを調整する。

同時にコントロールユニツト２４は点火装置３
３と燃料供給装置３４の作動も制御し、機関に供
給する混合気の空燃比と点火時期を最適に制御す
るようになつている。

コントロールユニツト２４は入出力インターフ
エース、中央演算回路、記憶回路などからなるマ
イクロコンピユータで構成され、第３図に示すよ
うなフローチヤートにしたがつて、運転状態に応
じて第４図に示すような油圧特性が得られるよう
に、電磁弁２５の作動をデユーテイ制御する。

まず機関の回転数Ｎ、吸入空気量Qa、冷却水
温Tw、作動室１７の油圧Poを読み込み、機関負
荷として燃料噴射パルス幅Tpを演算する。なお、
Tp＝Ｋ・Qa／Ｎとして求められる。ついでスタ
ータスイツチのONであるか否かを判断し、機関
の始動が行なわれたときは、電磁弁２５のデユー
テイを100％に維持し、その開度を所定量に固定
する。また始動後に冷却水温Twが設定値（60
℃）よりも高いか否かを判断し、設定値未満のと
きも同様にデユーテイ100％とする。制御デユー
テイが大きいと電磁弁２５の開度が増大し、作動
室１７の圧力が低下する。この実施例では作動室
１７の圧力が低下するとピストン部材１４がリタ
ーンスプリング１８に押し戻され、吸排気弁のバ
ルブオーバラツプが小さくなるようになつてい
る。機関の始動時や暖機が終了しない低水温時
は、油圧及び油温が適度に上昇して油圧系統の作
動が安定化するまでのあいだ、始動性や低速安定
性をはかるためにバルブオーバラツプを相対的に
小さくするのである。

次に冷却水温Twが設定値以上となつたとき
は、燃料噴射パルス幅Tpと回転数Ｎとに基づい
て第４図のような特性で記憶されている油圧の目
標値Ｐをテーブルルツクアツプにより読み出す。

第４図のＡ領域として示す範囲は、機関の負荷
が小さく、したがつて機関の安定性を確保するた
めに吸排気弁のバルブオーバラツプを相対的に小
さくし、またＢ領域として示す範囲では、機関の
負荷、回転数の上昇にしたがつて、機関の吸排気
効率を高めて出力を向上させるために、吸排気弁
のバルブオーバラツプを相対的に大きくする。

なお、これらＡ領域、Ｂ領域において、Tpと
Ｎとをパラメータとして、油圧の目標値が縦軸と
横軸を各々16分割したマツプに割り付けてあり、
同じＡ領域あるいはＢ領域でも回転数やパルス幅
によつて目標値は異なつてくる。

機関の潤滑油の圧力は第５図に示すように、機
関回転数の上昇に応じて増加する。ただしバルブ
オーバラツプ量を所定の大きな値に保持するに
は、リターンスプリング１８に抗してピストン部
材１４を正確に移動させる必要があり、このため
には、電磁弁２５の開度を調整して作動室１７の
圧力を目標値まで正しく高めなければならない。

そこで運転状態に応じてこのように読み出した
圧力の目標値Ｐを、実際の作動室１７の油圧検出
値Poと比較するのである。そしてPo≧Ｐのとき
は制御デユーテイを所定値だけ増大させ、電磁弁
２５の開度を大きくして圧力を下げる。またPo
＜Ｐのときは逆に制御デユーテイを小さくして圧
力を高める。このようにして作動室１７の圧力が
目標値と一致するようにフイードバツク制御され
るのであり、この圧力に比例してピストン部材１
４が変位し、バルブオーバラツプ量が適正値に調
整される。

なお、第４図のＣ領域は前記Ａ領域とＢ領域と
をつなぐ中間の目標値の領域であつて、バルブオ
ーバラツプが機関の出力と回転の安定性を両立さ
せる範囲に設定してある。また、本実施例では機
関負荷として燃料噴射パルス幅を用いたが、機関
の吸入空気量、吸入負圧により代用することも可
能であり、また機関温度としては冷却水温の他に
油温を検出するようにしてもよい。

（考案の効果） 以上のように本考案は、ピストン部材の位置と
対応する作動室の油圧を、運転状態に応じて目標
値と一致するようにフイードバツク制御するの
で、バルブタイミングを運転状態に応じて正確に
適正な状態に調整し、機関の出力と回転安定性を
向上させることができる。そしてこのバルブタイ
ミングをフイードバツク制御するのに、ピストン
部材の位置を直接的に検出するかわりピストン部
材に作用する油圧を検出して行うため、油圧を検
出する圧力センサの取付けの自由度が高まりかつ
調整も容易になり、かつ位置センサに比べてオイ
ルの侵入などに伴う作動不良の心配がなく、また
カムシヤフト端部に無用なオーバーハング重量が
作用することもないので、検出精度、信頼性及び
耐久性の向上が期待できる。

また、本考案では機関始動時または冷却水温等
で代表される機関温度が設定値よりも低いときに
は電磁弁の開度を固定することにより、油圧制御
が不安定になりがちな始動時及び低温時のバルブ
タイミングを低温条件に対応した位置に保持し得
るようにしたので、始動時及び暖機時の機関運転
の安定性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のクレーム対応図、第２図は本
考案の実施例を示す概略構成図、第３図は制御動
作のフローチヤート、第４図は制御特性を示す説
明図、第５図は機関油圧の特性を示す説明図であ
る。 １０……カムシヤフト、１４……ピストン部
材、５，１６……スプライン歯、１７……作動
室、１８……リターンスプリング、２４……コン
トロールユニツト、２５……電磁弁、２８……圧
力センサ、３０……回転数センサ、３１……エア
フローメータ、３２……水温センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関のバルブを開閉制御するカムシヤフト
   に対して、クランクシヤフトの回転を伝達するカ
   ム駆動輪を所定角度回転可能に支持し、かつこの
   駆動輪のカムシヤフトに対する回転位相を変化さ
   せるため油圧に応動するピストン部材を設け、こ
   のピストン部材に作用する油圧を電磁弁を介して
   制御するようにした内燃機関のバルブタイミング
   制御装置において、機関始動時を検出する手段
   と、機関の温度、回転数、負荷を検出する手段
   と、前記ピストン部材に作用する油圧を検出する
   手段と、前記回転数と負荷に応じて前記油圧の制
   御目標値を記憶する記憶手段と、前記検出油圧が
   回転数と負荷に応じての目標値と一致するように
   前記電磁弁の開度をフイードバツク制御する手段
   とを備え、かつ前記フイードバツク制御手段は、
   機関始動時でなくかつ機関温度が設定値以上であ
   るときに前記フイードバツク制御を行い、機関始
   動時または機関温度が設定値未満のときには前記
   電磁弁開度を所定量に固定するように構成したこ
   とを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御
   装置。