JPH07111128B2

JPH07111128B2 - 弁リフト可変制御装置

Info

Publication number: JPH07111128B2
Application number: JP61125847A
Authority: JP
Inventors: 功土井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-06-02
Filing date: 1986-06-02
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPS62284910A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明はエンジンの運転状態に応じて吸・排気弁のリフ
ト特性を可変制御する弁リフト可変制御装置に関する。

＜従来の技術＞この種の弁リフト可変制御装置としては、本出願人によ
り、例えば特開昭60−26109号，特開昭60−224909号に
提案しているように、ロッカアームと接触してロッカア
ームの支点を形成するレバーと、このレバーに係合して
その揺動位置を変化させることによりロッカアームの支
点位置を変化させる複数個のカム面を有するリフト制御
カムとを設けて、リフト制御カムの段階的変化に応じて
吸・排気弁のリフト特性を可変とする吸・排気弁リフト
可変機構を構成し、エンジンの回転数，絞り弁開度など
のエンジンの運転状態を検出して、運転状態の領域に応
じて所定のカム面を選択するようリフト制御カムを切換
制御するようにしたものがある。

したがって、これを吸気弁に適用した場合、例えばアイ
ドリング運転時には吸気弁のリフト特性を小リフト量，
小作動角とすることにより安定した燃焼を得て、燃費を
大巾に節約でき、高速高負荷運転時には吸気弁のリフト
特性を大リフト量，大作動角とすることにより高充填効
率を得て、エンジンの出力を向上させることができる。

＜発明が解決しようとする問題点＞しかしながら、このような弁リフト可変制御装置にあっ
ては、エンジンの潤滑油温度（以下油温という）や冷却
水温度（以下水温という）が高温の時でも通常通りエン
ジン運転状態に応じた弁リフト可変制御を行うと次のよ
うな問題を生じる。上記高温状態で吸・排気弁のリフト
量が大きい状態に制御されていると吸入空気量の増大に
より出力が増大し発生熱量の増大により油温や水温はさ
らに上昇してオーバーヒート状態となり、潤滑油の粘性
低下による潤滑性能低下や冷却水の冷却性能低下によ
り、エンジンのスカッフ，焼き付き等を発生し易くな
り、また、リフト可変機構の潤滑部の潤滑膜が薄くなっ
て摩耗を発生したり、油膜による制振機能が不良となっ
て異音を発生し易くなることがあった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので弁リフト制御の改善により油温や水温の異常上昇
を防止して上記問題点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＞このため本発明は、第１図に示すように、吸・排気弁の
リフト特性を可変とする吸・排気弁リフト可変機構ａ
と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段ｂ
と、エンジンの運転状態の領域に応じて所定のリフト量
を選択するように吸・排気弁リフト可変機構を切換制御
する制御手段ｃとを備える弁リフト可変制御装置におい
て、エンジンの温度状態を検出するエンジン温度検出手
段ｄと、エンジンの温度が、オーバーヒート相当の高温
状態に接近設定された所定温度を超えたときは、前記エ
ンジン運転状態の領域に拘わりなく吸・排気弁のリフト
特性をリフト量小とするように吸・排気弁可変機構を制
御する高温時用制御手段ｅとを設けた構成とする。

＜作用＞上記の構成においては、エンジン温度検出手段によりエ
ンジンが高温状態であることが検出された時は、高温時
用制御手段により吸・排気弁のリフト特性をリフト量小
とするように吸・排気弁リフト可変機構が制御される。

これにより吸入空気量を低く抑えられ、エンジン出力の
上昇を制御して油温や水温の過昇が防止される。

＜実施例＞以下に本発明の一実施例を第２図〜第９図に基づいて説
明する。

先ず吸・排気弁リフト可変機構の構成を説明する。

第２図に示すように、機関回転に同期して回転する吸・
排気弁駆動カム11と、吸・排気弁12のステムエンドとに
両端を当接させて、ロッカアーム13が設けられる。そし
て、ロッカアーム13の湾曲形成された背面13aと支点接
触すると共に、ロッカアーム13の両側壁から突出するシ
ャフト13bを保持部材14を介して凹溝15a内に保持するレ
バー15が設けられる。レバー15に形成されたスプリング
シート15bと保持部材14との間には、ロッカアーム13を
第２図中下方向に付勢するバネ定数小のスプリング16が
介装される。

また、シリンダヘッド17に取付けられたブラケット18に
嵌挿保持された油圧ピボット19の球状の下端面がレバー
15の吸・排気弁12のステムエンド側の端部頂壁に形成さ
れた凹陥部15cに嵌合して、該嵌合部を中心としてレバ
ー15を揺動自由に支持すると共に、ブラケット18に対し
て後述する如く回転自由に取付けられたリフト制御カム
20がレバー15の吸・排気弁駆動カム11側の端部頂壁に当
接してレバー15の揺動位置を規制している。

前記油圧ピボット19は、下端面がレバー15の凹部陥15c
に嵌合すると共に周面がブラケット18の取付孔18a内に
摺動自由に嵌挿された外筒19aと、該外筒19aに嵌挿され
る内筒19bとを備え、かつ、両者の間に形成された油圧
室19cにチェックバルブ19dを備えている。そして、ブラ
ケット18内部に形成された油圧供給通路18bから内筒19b
内部及びチェックバルブ19dを介して油圧を油圧室19cに
供給してバルブクリアランスを一定に保つようになって
いる。

前記リフト制御カムは20は、外周面に吸・排気弁12のリ
フト量を段階的に変えるように略平らな６つのカム面20
a〜20fを有すると共に、中心部に後述するカム制御軸21
を挿通する孔20gを有する。また、リフト制御カム20の
両側から突出して形成された円筒部20hの外周面は、第
３図及び第４図に示すように、ブラケット18に形成され
た下部円弧溝18cと、ブラケット18上にボルト22で締結
された一対のキャップ23に形成された上部円弧溝23aと
の間に回動自由に保持される。

そして、気筒数個設けたリフト制御カム20の中心部を貫
通して形成された孔20gに一本のカム制御軸21を通し、
第３図に示すように、カム制御軸21の各リフト制御カム
20両側部分にそれぞれ嵌挿した捩りコイルスプリング24
の一端をカム制御軸21の外周面にねじ込んだ止めビス21
aに係止すると共に、捩りコイルスプリング24の他端を
リフト制御カム20の円筒部20hの端面に形成した孔に嵌
挿して係止する。

前記カム制御軸21の一端は、第３図に示すように、継手
25を介してアクチュエータ（例えばステッピングモー
タ）26の駆動軸26aに連結されている。アクチュエータ2
6は制御回転27からの駆動信号SKにより駆動されたカム
制御軸21を回動するようになっている。

尚、第２図中28はバルブスプリングである。

次に、第５図に基づいて、制御回路27の構成を説明す
る。制御回路27は制御手段としての機能を有しており、
主にCPU30,ROM31,RAM32及びI/Oポート33により構成され
ている。CPU30はクロック34により規則的に作動し、ROM
31に書込まれているプログラムに従ってI/Oポート33よ
り必要とする外部データを取込んだり、またRAM32との
間でデータの授受をバスライン35を介して行ったりしな
がら演算処理し、必要に応じてデータをI/Oポート33へ
出力する。RAM32は外部データの一時記憶等を行う。

一方、エンジンの回転数NEは例えばクランク角センサか
らなる回転数センサ36により検出されて回転数信号とし
て、また絞り弁の開度CVは絞り弁開度センサ37により検
出されてA/D変換器38によりデジタル信号に変換された
後絞り弁開度信号として、それぞれI/Oポート33に入力
される。また、変速機のギヤのニュートラル位置はニュ
ートラルスイッチ39により検出されてニュートラル信号
として、またクラッチの踏込みはクラッチスイッチ40に
より検出されてクラッチ踏込み信号として、また潤滑油
温度は油温スイッチ44により所定値との比較信号とし
て、また冷却水温度は水温スイッチ45により所定値との
比較信号として夫々I/Oポート33に入力される。また、
カム制御軸21の回動位置はポテンショメータ41（位置検
出用スイッチでも良い）により検出されてA/D変換器42
でデジタル信号に変換された後回動位置信号Vposとして
I/Oポート33に入力される。さらに、アクチュエータ26
の作動・非作動を検出する作動・非作動信号SAが駆動回
路43を介してI/Oポート33に入力される。前記回転数セ
ンサ36,絞り弁開度センサ37,ニュートラルスイッチ39及
びクラッチスイッチ40は全体としてエンジンの運転状態
検出手段を構成し、また油温スイッチ44及び水温スイッ
チ45はエンジン温度検出手段を構成しており、制御回路
27は運転状態検出手段からの各信号，アクチュエータ26
からの作動・非作動信号SA及びカム制御軸21の回動位置
信号Vposに基づいて、制御値（カム制御軸21の回動量，
回動方向）を演算し、カム面20a〜20fのうちから所定の
カム面を選択するように駆動回路43を介して駆動信号SK
をアクチュエータ26に出力する。

次に作用を説明する。

第６図（Ａ），（Ｂ）はROM31に書込まれているリフト
制御カムを切換制御する制御プログラムを示すフローチ
ャートであり、図中P₁〜P₃₂はフローチャートの各ステ
ップを示している。このプログラムは例えばエンジン１
回転毎に実行される。

先ず、P₁〜P₁₀及びP₃₁,P₃₂からなる運転状態判別フロー
UHFでエンジンの運転状態を判別する。P₁〜P₁₀及びP₃₁,
P₃₂ではそれぞれ次のような条件を判別する。

P₁:絞り弁が全閉か P₂:クラッチペダルが踏込まれたか P₃:ギヤがニュートラル位置にあるか P₄:回転数NEが例えば600±300rpmのアイドル回転域にあ
るか P₅:エンジンが回転しているか P₆:アクチュエータ26が作動中か P₇:回転数NEが所定値E₃（例えば4000rpm）以上か P₈:回転数NEが所定値E₂（例えば3000rpm）以上か P₉:回転数NEが所定値E₁（例えば2000rpm）以上か P₁₀:絞り弁開度CVが所定値TH₀（例えば40゜）以上か P₃₁:潤滑油温度T₀が所定値T₀₁以上か P₃₂:冷却水温度Twが所定値Tw₁以上かそして、これらの判別結果からエンジンの運転状態が次
に示す（Ｉ）〜（Ｖ）の何れの状態に該当するかを判別
し、カム面選択フローKSFへ進む。

（Ｉ）アイドル状態 P₁で絞り弁が全閉である、P₂でクラッチペダルが踏込ま
れていない、P₃がギヤがニュートラル位置にある、P₄で
回転数NEがアイドル回転域にある、という条件を満たし
ているとき、アイドル状態にあると判別し、P₁₁でフラ
グFposを１にセットしてカム面選択フローKSFへ進む。

（II）停止状態非アイドル状態（すなわち、P₁で絞り弁が全閉でない、
またはP₁を経てP₂でクラッチペダルが踏込まれている、
またはP₁〜P₂を経てP₃でギヤがニュートラル位置にな
い、またはP₁〜P₃を経てP₄で回転数NEがアイドル回転域
でないとき）であって、P₅でエンジンが回転していない
ときは、車両が停止状態にあると判別し、P₁₃でフラグF
posを０にセットしてカム面選択フローKSFへ進む。

（III）発進操作状態 P₁〜P₄（非アイドル状態）を経てP₅でエンジンが回転中
である、P₆でアクチュエータ26が非作動である、P₃₁で
油温スイッチ44により検出される潤滑油温度T₀が所定値
T₀₁未満である、P₃₂で水温スイッチ45により検出される
冷却水温度Twが所定値Tw₁未満である、P₇で回転数NEが4
000rpm未満である、P₈で回転数NEが3000rpmであると
き、P₉で回転数NEが2000rpm未満であるとき、またはP₉
で回転数NEが2000rpm以上であっても、P₁₀で絞り弁開度
CVが所定値TH₀（例えば40゜）未満であるときは、車両
が発進操作状態に入ったと判別し、P₁₄でフラグFposを
２にセットしてカム面選択フローKSFへ進む。

（IV）走行状態 P₁〜P₇を経てP₈で回転数NEが3000rpm以上であるとき、
あるいはP₁〜P₉を経てP₁₀で絞り弁開度CVが所定値TH₀以
上であるときは、車両が走行状態にあると判別し、P₁₅
でフラグFposを３にセットしてカム面選択フローKSFへ
進む。

（Ｖ）高速走行状態 P₁〜P₆を経てP₇で回転数NEが4000rpm以上であるとき
は、車両が高速走行状態にあると判別し、P₁₆でフラグF
posを４にセットしてカム面選択フローKSFへ進む。

尚、非アイドル状態であって、P₆でアクチュエータ26が
作動中であるときはP₁へ戻る。

ここで、前記フラグFpos＝１〜４は、前述したようにし
て設定されるが、これを図解的に示すと、第７図のよう
に主にエンジンの回転数NEと絞り弁開度CVとの関係から
それぞれ各領域が設定される。この場合、絞り弁開度CV
の代わりに吸入空気量，吸入負圧等のエンジンの負荷状
態を示すものを置換えても良い。

次に、カム面選択のフローKSFでは、P₁₂でフラグFposの
セット値（０〜４）を判別する。すなわち、Fpos＝４で
あるときはP₁₇へ、Fpos＝３であるときはP₁₈へ、Fpos＝
２であるときはP₁₉へ、Fpos＝１であるときはP₂₀へそれ
ぞれ進み、Fpos＝０であるときはP₂₁でアクチュエータ2
6の回動を停止する。P₁₇〜P₂₀ではフラグFposのセット
値（１〜４）に対応してリフト制御軸21に取付けたポテ
ンショメータ41からのA/D変換器42を介して入力される
回動位置信号Vposを判別する。ここで、このVposは、リ
フト量の最も大きなカム面20aから順次リフト量の最も
小さなカム面20f迄それぞれのカム面20a〜20fに対応し
た各所定値（６〜１）となるように設定されている。す
なわち、カム面20aのときVpos＝６、カム面20bのときVp
os＝５、順次同様にカム面20fのときVpos＝１となるよ
うにそれぞれ設定されている。

P₁₇ではVposが１〜５のいずれかに該当するときはP₂₂で
フラグFthを１にセットしてP₂₃へ進み、Vposが６（リフ
ト量が最も大きなカム面20aに対応している）のときはP
₂₁へ進んでアクチュエータ26の回動を停止する。P₁₈で
はVposが１〜４のいずれかに該当するときはP₂₄でフラ
グFthを１にセットしてP₂₃へ進み、Vposが６のときはP
₂₅でフラグFthを０にセットしてP₂₃へ進み、またVposが
５のときはP₂₁でアクチュエータ26の回動を停止する。P
₁₉ではVposが１〜３のいずれかに該当するときはP₂₆で
フラグFthを１にセットしてP₂₃へ進み、Vposが５または
６のいずれかに該当するときはP₂₇でフラグFthを０にセ
ットしてP₂₃へ進み、またVposが４のときはP₂₁でアクチ
ュエータ26の回動を停止する。さらに、P₂₀ではVposが
２〜６のいずれかに該当するときはP₂₈でフラグFthを０
にセットしてP₂₃へ進み、またVposが１のときはP₂₁でア
クチュエータ26の回動を停止する。

P₂₃ではフラグFthが０または１のいずれであるかを判別
し、フラグFthが０のときはP₂₉でアクチュエータ26（そ
の駆動軸26a）を第２図で左方向に回転させ、フラグFth
が１のときはP₃₀でアクチュエータ26を右方向に回転さ
せる。

したがって、例えばエンジンがアイドル状態にあるとき
は、P₁₁でフラグFposを１にセットし、P₂₀でVposを判別
する。このとき、Vposが最もリフト量の大きいカム面20
aに対応した６であるとすると、P₂₈でフラグFthが０に
セットされて、P₂₉でアクチュエータ26の駆動軸26aは左
方向に回転する。これによりVposが5,4,3,2と順次変化
し、Vposが１（最もリフト量が小さいカム面20fに対応
した値）になると、P₂₁でアクチュエータ26の駆動軸26a
の回動が停止され、要求カム面24fが選択される。

このようにして、制御カム20がリフト量が小さいカム面
20fでレバー15に当接すると、レバー15の吸・排気弁駆
動カム11側の端部は凹陥部15cを支点とした揺動によっ
て上昇し、レバー15の下面も上方に後退する。レバー15
の下面はロッカアーム13が吸・排気弁駆動カム11のリフ
トを吸・排気弁12に伝えるための支点Ｆとなるが、この
支点Ｆが吸・排気弁12より遠ざかる側へ移動する。この
結果、第８図の曲線Ｄに示すように、リフト量が小さ
く、かつ、開弁時期が遅れ、閉弁時期が早まる特性とな
る。この状態ではリフト量が共に作動角も小さくなるた
め、フリクションが低減されると共に燃焼状態が改善さ
れ、燃費を大巾に節約することができる。また、バルブ
メカニズムが発する騒音も低減されて、エンジンの静粛
性を保持できる。

次にクラッチを踏込んで、車両の発進操作を行うと、P
₁₄でフラグFposは２セットされる。このとき、P₁₉でVpo
sを判別すると、前述のようにVposは１（カム面20fに対
応した値）となっているので、P₂₆でフラグFthは１にセ
ットされる。したがって、P₃₀でアクチュエータ26の駆
動軸26aが右方向に順次回転し、P₁₉でVposが４になる
と、駆動軸26aの回転は停止されて所定のカム面20cが選
択される。したがって、レバー15の下面とロッカアーム
13の背面との接触支点Ｆが、前記リフト量が最も小さい
カム面20fでレバー15に当接している時に比べて吸・排
気弁12側へ移動する。この結果、第８図の曲線Ｃに示す
ように、リフト量が大きくなり、作動角が広がる特性と
なり、円滑に加速状態に移行することができる。

次に車両の走行中、例えばエンジンの回転数NEが4000rp
m以上となった場合には、P₁₆でフラグFposは４にセット
される。そして、P₁₇でVposが１〜５のいずれかに該当
するときはP₂₂でフラグFthが１にセットされて、P₃₀で
アクチュエータ26の駆動軸26aは順次右方向に回転す
る。その後、Vposが６になると、P₂₁でアクチュエータ2
6の回動が停止されて、リフト量の最も大きいカム面20a
が選択される。したがって、第２図に示すように、リフ
ト制御20が最もリフト量の大きいカム面20aでレバー15
に当接し、レバー15が吸・排気弁駆動カム11側に最も押
し下げられた状態となる。このため、ロッカアーム13の
背面13aに支点接触されるレバー15の下面も下がり、支
点Ｆが吸・排気弁駆動カム11側に移動しつつリフトが吸
・排気弁12に伝達され、第８図の曲線Ａに示すようにリ
フト量が大きく、かつ、開弁時期が早まり、閉弁時期が
遅れる特性となる。その結果、高充填効率を確保するこ
とができるので、エンジンの出力を向上させることがで
きる。

また、車両走行中で、例えばエンジンの回転数NEが3000
rpm以上の場合にはP₁₅でフラグFposは３にセットされ
る。したがって、P₁₈でVposが５であるとき、P₂₁でアク
チュエータ26の回動が停止され、所定のカム面20bが選
択される。その結果、第８図の曲線Ｂに示すようなリフ
ト特性が得られ、走行状態に応じた高充填効率を確保す
ることができる。

このようにして、リフト制御カム20を回動してカム面20
a〜20fのいずれかをレバー15に当接させることにより吸
・排気弁12のリフト特性をエンジンの運転状態に応じて
段階的に細かく変化させることができる。

一方、P₁〜P₆を経てP₃₁に進み、潤滑油温度T₀が所定値T
₀₁以上の高温状態にあると判定されたとき、又は、潤滑
油温度T₀はT₀₁未満であってもP₃₂へ進んで冷却水温度Tw
が所定値Tw₁以上の高温状態にあると判定されたときはP
₁₁へ進んでフラグFposを１にセットしてカム面選択フロ
ーKSFへ進む。これにより、アイドル状態の場合と同様
にリフト量最小の要求カム面20fが選択される。即ち、
カム面20fが選択されるとリフト量が小さいため吸・排
気弁の有効開口面積が小さく、また開弁期間も短いため
有効吸・排気行程が短いことにより吸・排気効率が低下
して機関出力が減少する。この結果機関の出力が抑えら
れて発熱量が低下するので潤滑油温度T₀,冷却水温度Tw
が下げられエンジンの焼き付き、オーバーヒート等の不
具合を未然に防止できる。

また、本実施例では、上記のようなエンジン温度状態の
高温時にリフト量最小のカム面20fを選択したが、P₃₁又
はP₃₂の判定がYESの場合に第６図（Ａ）に点線に示すよ
うにP₁₄へ進んでフラグFposを２にセットしてリフト量
が２番目に小さいカム面20eを選択するようにしてもよ
い。即ち、高油温又は高水温状態においてもある程度の
エンジンの出力を確保しようとするものである。

＜発明の効果＞以上説明したように本発明によれば、エンジンがオーバ
ーヒートに近い高温状態であるときには、吸・排気弁の
特性をリフト量小の特性に保持するようにしたため、エ
ンジンの出力が抑えられ、油温や水温を低下させてオー
バーヒートを防止し、エンジンのスカッフ，焼き付等の
不具合を未然に回避できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示す吸・排気弁リフト可変機構の縦
断面図、第３図は同上の要部平面図、第４図はリフト制
御カムの部分の分解斜視図、第５図は制御回路のブロッ
ク図、第６図（Ａ），（Ｂ）は制御プログラムのフロー
チャート、第７図は運転状態の領域を示す図、第８図は
リフト特性を示す図である。 11……吸・排気弁駆動カム、12……吸・排気弁、13……
ロッカアーム、15……レバー、20……リフト制御カム、
20a〜20f……カム面、21……カム制御軸、24……捩りコ
イルスプリング、26……アクチュエータ、27……制御回
路、30……CPU、36……回転数センサ、37……絞り弁開
度センサ、39……ニュートラルスイッチ、40……クラッ
チスイッチ、41……ポテンショメータ、44……油温スイ
ッチ、45……水温スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸・排気弁のリフト特性を可変とする吸・
排気弁リフト可変機構と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジンの運転状態の領域に応じて所定のリフト量を選
択するように吸・排気弁リフト可変機構を切換制御する
制御手段とを備える弁リフト可変制御装置において、エンジンの温度状態を検出するエンジン温度検出手段
と、エンジンの温度が、オーバーヒート相当の高温状態に近
接設定された所定温度を超えたときは、前記エンジン運
転状態の領域に拘わりなく吸・排気弁のリフト特性をリ
フト最量とするように吸・排気弁可変機構を制御する高
温時用制御手段と、を設けたことを特徴とする弁リフト可変制御装置。