JPH08319848A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸・排気カムシャフトの捩れ振動を抑えて、
エンジンの高速化をはかる。 【構成】 エンジンの最高回転数域に設定された所定の
バルブ運動限界回転数を越えて上昇するバルブ運動限界
領域Ｄを判定し、バルブ運動限界領域Ｄであると判定さ
れた場合に、バルブタイミング調整機構を作動させて吸
気弁と排気弁の中心角間角度θを小さくする制御を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸・排気弁のバルブタ
イミングをエンジン運転条件に応じて調節するエンジン
の動弁装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンが６０００ｒｐｍで回転してい
るときに、吸・排気弁は１秒間に５０回も開閉作動する
ので、吸・排気弁を開閉駆動するカムシャフト等の部品
が変形することは避けられない。カムシャフトの変形が
大きいほど、吸・排気弁はカム面に追従できなくなるバ
ルブ運動限界回転数が低下し、エンジンの高速化が妨げ
られる。

【０００３】エンジンの運転条件に応じて最適な吸気量
あるいは排気量が得られるように、エンジン回転数、負
荷等に応じて吸・排気弁の開閉時期を調節するバルブタ
イミング制御装置を備えるものがある(特開昭６２−１
９１６３６号公報、参照)。

【０００４】このバルブタイミング制御装置として、従
来例えば図７に示すマップに基づいて吸気弁のバルブタ
イミンを制御するものがあった。

【０００５】これについて説明すると、低速高負荷領域
Ｂにおいて、吸気弁の開弁時期を進めて排気弁とのバル
ブオーバラップを大きくすることにより、低速トルクの
向上がはかられる。

【０００６】低速低負荷領域Ａや高速領域Ｃにおいて、
吸気弁の開弁時期を遅らせて、排気弁とのバルブオーバ
ラップを小さくすることにより、アイドル時の燃焼安定
性を確保しつつ、高出力化がはかれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、吸・排気カ
ムシャフトがその回転に伴って、吸・排気カムによって
バルブスプリングに抗して吸・排気弁を開閉駆動すると
き、各バルブスプリングの弾性復元力が各ロッカアーム
を介して吸・排気カムシャフトのそれぞれに捩りトルク
として周期的に作用する。

【０００８】吸気カムシャフトと排気カムシャフトはチ
ェーン等を介してクランクシャフトの回転が伝達される
ため、吸・排気カムシャフトは、各バルブスプリングの
弾性復元力により働く捩りトルクを、それぞれの前端か
らチェーン等を介して伝達し合うと、両者に生じる捩れ
振動が大きくなって、吸・排気弁の開閉作動が正確に行
われなくなる可能性がある。

【０００９】吸・排気弁の中心角間角度θ（開弁時期相
対位相）が大きくなるほど、吸・排気カムシャフトに働
く捩りトルクがチェーン等を介して伝達し合い、両者に
生じる捩れ振動が大きくなる。このため、図６に示すよ
うに、吸・排気弁の中心角間角度θが大きくなるほど、
吸・排気弁が吸・排気カムに追従できなくなるバルブ運
動限界回転数が低くなる傾向があり、エンジンの高速化
が妨げられる。

【００１０】本発明は上記の問題点を解消し、吸・排気
カムシャフトの捩れ振動を抑えて、エンジンの高速化を
はかることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のエンジ
ンの動弁装置は、エンジンの回転に同期して回転し、吸
気弁を開閉駆動する吸気カムシャフトと、エンジンの回
転に同期して回転し、排気弁を開閉駆動する排気カムシ
ャフトと、吸気カムシャフトと排気カムシャフトの開弁
時期相対位相を変えて、吸気弁と排気弁の中心角間角度
θを変えるバルブタイミング調整機構と、エンジンの回
転数を検出する回転数検出手段と、検出されたエンジン
回転数が、エンジンの最高回転数域に設定された所定の
バルブ運動限界回転数を越えて上昇するバルブ運動限界
領域Ｄを判定するバルブ運動限界領域判定手段と、バル
ブ運動限界領域Ｄであると判定された場合に、バルブタ
イミング調整機構を作動させて吸気弁と排気弁の中心角
間角度θを小さくするバルブタイミング制御手段と、を
備える。

【００１２】請求項２に記載のエンジンの動弁装置は、
請求項１に記載の発明において、エンジンの負荷を検出
する負荷検出手段と、検出されたエンジン回転数が、エ
ンジンの最高回転数域に設定された所定のバルブ運動限
界回転数を越えて上昇し、かつ検出されたエンジン負荷
が所定値以下であるバルブ運動限界領域Ｄを判定するバ
ルブ運動限界領域判定手段と、バルブ運動限界領域Ｄで
あると判定された場合に、バルブタイミング調整機構を
作動させて吸気弁と排気弁の中心角間角度θを小さくす
るバルブタイミング制御手段と、を備える。

【００１３】請求項３に記載のエンジンの動弁装置は、
請求項２に記載の発明において、エンジンの吸入空気量
を絞るスロットルバルブと、負荷検出手段として、スロ
ットルバルブの開度を検出するスロットルバルブ開度セ
ンサと、を備える。

【００１４】請求項４に記載のエンジンの動弁装置は、
請求項２に記載の発明において、運転条件に応じてエン
ジンに供給される燃料噴射量を算出する手段と、算出さ
れた燃料噴射量を入力する負荷検出手段と、を備える。

【００１５】

【作用】請求項１に記載のエンジンの動弁装置におい
て、エンジンの運転時、吸・排気カムシャフトはチェー
ン等を介してクランクシャフトに同期して回転し、カム
の回転によりバルブスプリングを伸縮させながら吸・排
気弁を開閉作動させる。

【００１６】吸気カムシャフトと排気カムシャフトはチ
ェーン等を介してクランクシャフトの回転が伝達される
ため、吸・排気弁の中心角間角度θが大きくなるほど、
吸・排気カムシャフトに働く捩りトルクがチェーン等を
介して伝達し合い、両者に生じる捩れ振動が大きくな
る。

【００１７】本発明は、エンジン回転数が最高回転数付
近にあるバルブ運動限界領域Ｄにおいて、バルブタイミ
ング調整機構を作動させて吸気弁と排気弁の中心角間角
度θを小さくする制御を行う。

【００１８】中心角間角度θが小さくなることにより、
吸・排気カムシャフトに働く捩りトルクがチェーン等を
介して伝達し合うことが抑えられ、両者に生じる捩れ振
動が小さくなる。この結果、バルブ運動限界回転数を高
めて、エンジンの高速化がはかれる。

【００１９】請求項２に記載のエンジンの動弁装置にお
いて、検出されたエンジン回転数が、エンジンの最高回
転数域に設定された所定のバルブ運動限界回転数を越え
て上昇し、かつ検出されたエンジン負荷が所定値以下で
あるバルブ運動限界領域Ｄにおいて、バルブタイミング
調整機構を作動させて吸気弁と排気弁の中心角間角度θ
を小さくする制御を行う。

【００２０】例えばトランスミッションをギア比が最も
高いシフトポジションにして高速走行している状態か
ら、ギア比が比較的低いシフトポジションにシフトダウ
ンさせて、エンジン回転数がバルブ運動限界回転数を越
えて上昇するような運転条件において、通常運転者がア
クセルペダルを踏み込むことがなく、中心角間角度θを
小さくする本制御が行われる。

【００２１】中心角間角度θが小さくなることにより、
吸・排気カムシャフトに働く捩りトルクがチェーン等を
介して伝達し合うことが抑えられ、両者に生じる捩れ振
動が小さくなる。この結果、バルブ運動限界回転数を高
めて、エンジンの耐久性を維持できる。

【００２２】請求項３に記載のエンジンの動弁装置にお
いて、負荷検出手段として、スロットルバルブ開度セン
サを用いることにより、負荷に応じてバルブタイミング
を制御する応答性を高められる。

【００２３】請求項４に記載のエンジンの動弁装置にお
いて、負荷検出手段として、燃料噴射量を決定する信号
を入力することにより、スロットルバルブ開度センサ等
を廃止して、構造の簡素化がはかれる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００２５】図４に示すように、シリンダヘッド１は燃
焼室１９に吸気を導入する吸気ポート２、燃焼室１９か
ら排気を排出する排気ポート３等を有する。

【００２６】吸気ポート２を開閉する吸気弁１２と、排
気ポート３を開閉する排気弁１３がそれぞれ設けられ
る。吸・排気弁１２，１３は、シリンダヘッド１に対し
てバルブガイド５を介して摺動可能に支持される。

【００２７】吸・排気弁１２，１３のステム部にはリテ
ーナ６が嵌められ、リテーナ６とシリンダヘッド１の間
にコイル状のバルブスプリング７が介装される。バルブ
スプリング７の付勢力により吸・排気弁１２，１３は引
き上げられて、各バルブシート８にそれぞれ着座する。

【００２８】シリンダヘッド１上には吸・排気カムシャ
フト１５，１６が設けられる。吸・排気カムシャフト１
５，１６には２本の吸・排気弁１２，１３をＹ字形のロ
ッカアーム１１を介して開閉駆動する吸・排気カム２
２，２３がそれぞれ形成される。

【００２９】各ロッカアーム１１は、それぞれの基端が
ピボット１０を介して揺動可能に支持され、それぞれの
途中に吸・排気カム２２，２３を摺接させるカムフォロ
ワ部２５を有し、それぞれの先端が吸・排気弁１２，１
３のステム頂部にシムを介して摺接する。

【００３０】各ピボット１０は油圧ラッシュアジャスタ
２４を介してシリンダヘッド１に支持される。油圧ラッ
シュアジャスタ２４は、図示しないオイルポンプからオ
イルギャラリ２７を介して送られる油圧を受けてロッカ
アーム１１のカムフォロワ部２５を吸・排気カム２２，
２３に押し付けて、バルブクリアランスを零に保つ働き
をする。

【００３１】吸・排気カム２２，２３は、これが摺接す
ることにより吸・排気弁１２，１３を各バルブシート８
に着座させるベースサークル部２７と、これが摺接する
ことにより吸・排気弁１２，１３を各バルブシート８か
らリフトさせるカム山部２２を有する。

【００３２】図５に示すように、吸気カムシャフト１５
と排気カムシャフト１６の回転位相差を変えるバルブタ
イミング調整機構７０が設けられる。バルブタイミング
調整機構７０は吸気カムシャフト１５とカムプーリ７１
の間に設けられ、運転条件に応じて両者の位相角度を変
えて吸気弁１２の開閉時期を変えるようになっている。
カムプーリ７１はタイミングベルト６６を介してクラン
クシャフト（図示せず）からの回転力が伝達される。

【００３３】吸気カムシャフト１５の端部は筒形のイン
ナハウジング６５がボルト６４を介して締結される。イ
ンナハウジング６５の外周に回転可能に嵌合する筒形の
アウタハウジング６３が設けられ、アウタハウジング６
３にカムプーリ７１が一体形成される。

【００３４】インナハウジング６５とアウタハウジング
６３の間にはリング状のヘリカルギア７３が介装され
る。ヘリカルギア７３の内外周にヘリカルスプラインが
それぞれ形成され、各ヘリカルスプラインがインナハウ
ジング６５の外周とアウタハウジング６３の内周と噛合
い、ヘリカルギア７３がリターンスプリング７４に抗し
て軸方向に移動するのに伴いアウタハウジング６３に対
してインナハウジング６５が相対回転し、カムプーリ７
１に対する吸気カムシャフト１５の回転方向の位相角が
変化する。

【００３５】インナハウジング６５とアウタハウジング
６３とヘリカルギア７３の間には油圧室７５が画成され
る。油圧室７５に導かれる油圧力が所定値を越えて上昇
すると、ヘリカルギア７３が所期位置からリターンスプ
リング７４に抗して図中右方向に移動することにより、
吸気カムシャフト１５は吸気弁１２の開閉時期を進角さ
せる方向に回転するようになっている。

【００３６】これにより、ヘリカルギア７３が初期位置
にあるときは、図２に実線で示すように、吸気弁１２の
開閉時期が遅れる開閉特性ＩＮＴ１となり、ヘリカルギ
ア７３が最大に変位したときは、図２に破線で示すよう
に、吸気弁１２の開閉時期が進められる開閉特性ＩＮＴ
２となる。なお、排気弁１３の開閉特性ＥＸＨは、図２
に１点鎖線で示している。

【００３７】ここで、吸気弁１５と排気弁１６が一緒に
開弁するクランク角度をバルブオーバラップとすると、
このバルブオーバラップは上記開閉特性ＩＮＴ１で最大
となり、開閉特性ＩＮＴ２で零となる。

【００３８】また、図３にも示すように、排気弁１６の
リフト量が最大となるＥＸＨ中心角と、吸気弁１５のリ
フト量が最大となるＩＮＴ中心角の間の角度を中心角間
角度θと定義すると、この中心角間角度θは上記開閉特
性ＩＮＴ１で最大となり、開閉特性ＩＮＴ２で最小とな
る。

【００３９】油圧室７５は吸気カムシャフト１５の内部
に形成された軸孔７８と、シンダヘッド１に形成された
オイルギャラリ５９と、シリンダブロック６８に形成さ
れてオイル供給通路１３を構成するメインギャラリ５８
を介してオイルポンプ５０からの吐出油圧が導入され
る。

【００４０】動弁切換制御弁１５として、吸気カムシャ
フト１５の他端にはエンジン運転条件に応じて開閉制御
される電磁切換弁７９が設けられる。電磁切換弁７９は
非通電時に図のように軸孔７８を開いて油圧室７５に導
かれる油圧を低下させ、通電時に軸孔７８を閉塞して油
圧室７５に導かれる油圧を高めるようになっている。

【００４１】バルブタイミング調整機構７０の制御手段
として、電磁切換弁７９の通電を制御するコントロール
ユニット８０が設けられる。

【００４２】コントロールユニット８０は、エンジン回
転信号、エンジン負荷信号、冷却水温信号をはじめ、潤
滑油の温度信号、過給機による吸気の過給圧力信号等を
入力して、これらの検出値に基づいてエンジンの発生ト
ルクの急激な変動（トルク段差）を抑えつつ、バルブリ
フト特性の切換えを円滑に行うようになっている。

【００４３】なお、エンジン負荷を検出する手段とし
て、エンジンの吸入空気量を絞るスロットルバルブの開
度を検出するスロットルバルブ開度センサを設けるか、
またはエンジンの燃料噴射量を決定する信号を入力して
もよい。

【００４４】負荷検出手段として、スロットルバルブ開
度センサを用いることにより、負荷に応じてバルブタイ
ミングを制御する応答性を高められる。

【００４５】負荷検出手段として、燃料噴射量を決定す
る信号を入力することにより、スロットルバルブ開度セ
ンサ等を廃止して、構造の簡素化がはかれる。

【００４６】コントロールユニット８０は、図１に示す
マップに基づいてエンジン回転数と負荷に応じて、吸気
弁１５の開閉特性をＩＮＴ１とＩＮＴ２の間で切換える
ように、電磁切換弁７９の通電を制御する。

【００４７】低回転低負荷域Ａにおいて、吸気弁１２の
開閉時期を遅らせる開閉特性ＩＮＴ２とする。これによ
り、吸・排気弁１２，１３が一緒に開弁しているバルブ
オーバラップを小さくし、排気ポートからシリンダへの
排気の吹き返しを抑えられ、残留ガス率を低下させて燃
焼を安定させ、アイドル安定性を高められるとともに、
燃費の低減がはかれる。

【００４８】この低回転低負荷域Ａよりエンジン回転数
またはエンジン負荷のいずれかが高い領域Ｂにおいて、
吸気弁１２の開閉時期を進める開閉特性ＩＮＴ１とす
る。これにより、バルブオーバラップを大きくして、低
中回転域における吸気充填効率を高め、低速トルクの向
上がはかれる。

【００４９】領域Ｂよりエンジン回転数またはエンジン
負荷のいずれかが高い領域Ｃにおいて、吸気弁１２の開
閉時期を遅らせる開閉特性ＩＮＴ２とする。これによ
り、吸気弁１５がピストンの吸入下死点を越えて開弁す
る期間を長くし、吸気の慣性過給効果を利用して吸気充
填効率を高め、高出力化がはかれる。

【００５０】ところで、吸・排気カムシャフト１５，１
６がそれぞれの回転に伴って吸・排気カム２２，２３に
よってバルブスプリング７に抗して吸・排気弁１２，１
３を開閉駆動するとき、各バルブスプリング７の弾性復
元力が各ロッカアーム１１を介して吸・排気カムシャフ
ト１５，１６のそれぞれに捩りトルクとして周期的に作
用する。

【００５１】吸気カムシャフト１５と排気カムシャフト
１６は共通のタイミングベルト６６を介してクランクシ
ャフトの回転が伝達されるため、吸・排気カムシャフト
１５，１６は、各バルブスプリング７の弾性復元力によ
り働く捩りトルクを、それぞれの前端からカムプーリ７
１およびタイミングベルト６６等を介して伝達し合い、
両者に生じる捩れ振動が大きくなって、吸・排気弁１
２，１３の開閉作動が正確に行われなくなる可能性があ
る。

【００５２】ここで、吸・排気弁１２，１３が吸・排気
カム２２，２３に追従できなくなるエンジン回転数を、
バルブ運動限界回転数と定義する。吸・排気弁１２，１
３の中心角間角度θが大きくなるほど、吸・排気カムシ
ャフト１５，１６に働く捩りトルクがタイミングベルト
６６等を介して伝達し合い、両者に生じる捩れ振動が大
きくなる。このため、図６に示すように、吸・排気弁１
２，１３の中心角間角度θが大きくなるほど、バルブ運
動限界回転数が低くなる傾向があり、エンジンの高速化
が妨げられる。

【００５３】これに対処して本発明は、図１に示すよう
に、エンジンの高速域で、負荷が低下するのに伴って吸
気弁１２と排気弁１３の中心角間角度θを小さくするバ
ルブ運動限界領域Ｄを設定する。

【００５４】コントロールユニット８０は、図１に示す
マップに基づきエンジンの回転数および負荷の検出値に
応じて、運転条件が領域Ｃからバルブ運動限界領域Ｄに
入ったことを判定すると、電磁切換弁７９をＯＮからＯ
ＦＦに切換え、吸気弁１５の開閉特性をＩＮＴ２からＩ
ＮＴ１へと切換える制御を行う。

【００５５】コントロールユニット８０は、スロットル
開度もしくは燃料噴射量の検出値が予め設定された所定
値以下となり、かつエンジン回転数の検出値が所定値以
上となる運転条件をバルブ運動限界領域Ｄと判定するよ
うにしてもよい。

【００５６】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００５７】エンジン回転数が最高回転数付近にあり、
かつスロットルバルブが閉じているバルブ運動限界領域
Ｄでは、吸気弁１２の開閉特性がＩＮＴ１に切換えら
れ、吸気弁１２と排気弁１３の中心角間角度θが小さく
なる。

【００５８】吸・排気弁１２，１３の中心角間角度θが
小さくなるほど、吸・排気カムシャフト１５，１６に働
く捩りトルクがタイミングベルト６６等を介して伝達し
合うことが抑えられ、両者に生じる捩れ振動が小さくな
る。このように、バルブ運動限界領域Ｄにおいて、吸・
排気弁１２，１３の中心角間角度θが小さくすることに
より、図６に示すように、バルブ運動限界回転数が高く
なり、エンジンの高速化がはかれる。

【００５９】バルブ運動限界領域Ｄは、自動車の通常運
転ではあり得ないような高回転域に設定されるものであ
り、例えばトランスミッションをギア比が最も高い５速
にして高速走行している状態から、ギア比が比較的低い
２速にシフトダウンさせて、エンジンが強制的に回転さ
せられるような運転条件である。このような高回転域に
おいては、通常運転者がアクセルペダルを踏み込むこと
がなく、中心角間角度θを小さくする本制御が行われ
る。これにより、吸・排気カムシャフト１５，１６の捩
れ振動によって吸・排気弁１２，１３が吸・排気カム２
２，２３に追従できなくなることを防止し、エンジンの
耐久性を維持できる。

【００６０】また、中心角間角度θを小さくする制御を
低負荷域に限定することにより、エンジンの発生トルク
が急激な変動することを抑えられ、運転者に違和感を与
えることを防止できる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載のエ
ンジンの動弁装置においては、吸・排気カムシャフトの
捩れ振動を抑えて、エンジンの高速化をはかりつつ、動
弁系の耐久性を維持できる。

【００６２】請求項２に記載のエンジンの動弁装置にお
いては、車両の高速走行時からエンジンブレーキを働か
せるような運転条件において、バルブ運動限界回転数を
高めて、エンジンの耐久性を維持できる。

【００６３】請求項３に記載のエンジンの動弁装置にお
いては、負荷に応じてバルブタイミングを制御する応答
性を高められる。

【００６４】請求項４に記載のエンジンの動弁装置にお
いては、スロットルバルブ開度センサ等を廃止して、構
造の簡素化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示し、吸気弁の開閉特性を設
定したマップ。

【図２】同じく吸・排気弁のリフト特性図。

【図３】同じく中心角間角度θの説明図。

【図４】同じくバルブタイミング調整機構等の断面図。

【図５】同じくエンジンの断面図。

【図６】中心角間角度θとバルブ運動限界の関係を示す
特性図。

【図７】従来例を示し、吸気弁の開閉特性を設定したマ
ップ。

【符号の説明】 １ シリンダヘッド ２ 吸気ポート ３ 排気ポート ７ バルブスプリング １１ ロッカアーム １２ 吸気弁 １３ 排気弁 １５ 吸気カムシャフト １６ 排気カムシャフト ２２ 吸気カム ２３ 排気カム ６６ タイミングベルト ７１ カムプーリ ７０ バルブタイミング調整機構 ７３ 電磁切換弁 ８０ コントロールユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの回転に同期して回転し、吸気弁
   を開閉駆動する吸気カムシャフトと、 エンジンの回転に同期して回転し、排気弁を開閉駆動す
   る排気カムシャフトと、 吸気カムシャフトと排気カムシャフトの開弁時期相対位
   相を変えて、吸気弁と排気弁の中心角間角度θを変える
   バルブタイミング調整機構と、 エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、 検出されたエンジン回転数が、エンジンの最高回転数域
   に設定された所定のバルブ運動限界回転数を越えて上昇
   するバルブ運動限界領域Ｄを判定するバルブ運動限界領
   域判定手段と、 バルブ運動限界領域Ｄであると判定された場合に、バル
   ブタイミング調整機構を作動させて吸気弁と排気弁の中
   心角間角度θを小さくするバルブタイミング制御手段
   と、 を備えたことを特徴とするエンジンの動弁装置。
2. 【請求項２】エンジンの負荷を検出する負荷検出手段
   と、 検出されたエンジン回転数が、エンジンの最高回転数域
   に設定された所定のバルブ運動限界回転数を越えて上昇
   し、かつ検出されたエンジン負荷が所定値以下であるバ
   ルブ運動限界領域Ｄを判定するバルブ運動限界領域判定
   手段と、 バルブ運動限界領域Ｄであると判定された場合に、バル
   ブタイミング調整機構を作動させて吸気弁と排気弁の中
   心角間角度θを小さくするバルブタイミング制御手段
   と、 を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの
   動弁装置。
3. 【請求項３】エンジンの吸入空気量を絞るスロットルバ
   ルブと、 負荷検出手段として、スロットルバルブの開度を検出す
   るスロットルバルブ開度センサと、 を備えたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの
   動弁装置。
4. 【請求項４】運転条件に応じてエンジンに供給される燃
   料噴射量を算出する手段と、 算出された燃料噴射量を入力する負荷検出手段と、 を備えたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの
   動弁装置。