JPH07247870A - エンジンのバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 バルブタイミング切換え時のトルク段差を低
減する。 【構成】 吸・排気弁の開弁時期相対位相を調節するバ
ルブタイミング調節機構Ａと、運転状態に応じて燃焼室
に流入する吸気の速度を変えて燃焼室に生起される空気
流動の勢力を調節するスワール調節機構Ｂと、スワール
調節機構の作動状態を検出する手段Ｄと、スワール調節
機構の作動状態に応じて吸・排気弁の開弁時期相対位相
を設定するバルブタイミング設定手段Ｅと、設定された
吸・排気弁の開弁時期相対位相が得られるようにバルブ
タイミング調節機構Ａを作動させるバルブタイミング制
御手段Ｆとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのバルブタイ
ミング制御装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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−
１９１６３６号公報、参照)。

【０００３】例えば低速高負荷時に、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、低速トルクを高められる。

【０００４】また、低速低負荷時や高速高負荷時に、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。

【０００５】こうした吸気弁の開弁時期を進ませたり、
遅らせるバルブタイミングの切換前後で、エンジンの発
生トルクが大きく変化する、いわゆるトルク段差が発生
する可能性がある。このトルク段差が発生しないよう
に、予め設定された所定の運転点（等トルク点）でバル
ブタイミングを切換える制御が行われている(特開平２
−４２１０５号公報、参照)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンの
燃焼性を改善する方法として、燃焼室に流入する吸気の
速度を変えて燃焼室に生起されるスワールの勢力を調節
するスワールコントロールバルブを備えるものがある。

【０００７】スワールコントロールバルブが閉弁した運
転状態では、スワールコントロールバルブが開弁した運
転状態に比べて、スワールコントロールバルブが吸気の
流れに付与する圧力損失が増大し、吸入空気量が減少す
る。このため、スワールコントロールバルブの閉弁した
運転状態は、開弁した運転状態に比べて、エンジンの発
生トルクが低下する。

【０００８】バルブタイミング調節機構とスワールコン
トロールバルブの両方を備えるエンジンにあっては、ス
ワールコントロールバルブが開弁した運転状態でバルブ
タイミングを切換える運転点を等トルク点で設定した場
合、スワールコントロールバルブが閉弁した運転状態で
バルブタイミングの切換える時にトルク段差が発生する
という不具合が生じる。

【０００９】本発明は上記の問題点に着目し、バルブタ
イミング切換え時のトルク段差を低減することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のバルブタ
イミング制御装置は、図１０に示すように、吸・排気弁
の開弁時期相対位相を調節するバルブタイミング調節機
構Ａと、運転状態に応じて燃焼室に流入する吸気の速度
を変えて燃焼室に生起される空気流動の勢力を調節する
スワール調節機構Ｂと、スワール調節機構の作動状態を
検出する手段Ｄと、スワール調節機構Ａの作動状態に応
じて吸・排気弁の開弁時期相対位相を設定するバルブタ
イミング設定手段Ｅと、設定された吸・排気弁の開弁時
期相対位相が得られるようにバルブタイミング調節機構
Ａを作動させるバルブタイミング制御手段Ｆとを備え
る。

【００１１】請求項２記載のバルブタイミング制御装置
は、図１１に示すように、吸気弁の開弁時期を調節する
バルブタイミング調節機構Ｇと、吸気通路に介装されて
燃焼室に生起される空気流動の勢力を調節するスワール
コントロールバルブＨと、運転状態に応じてスワールコ
ントロールバルブＨの開弁作動を制御するスワール制御
手段Ｉと、スワールコントロールバルブＨの開閉作動を
検出するスワール検出手段Ｊと、スワールコントロール
バルブＨの閉弁時において吸気弁の開閉時期を切換える
運転点を、スワールコントロールバルブＨの開弁時にお
いて吸気弁の開閉時期を切換える運転点より低回転側あ
るいは低負荷側の少なくとも一方に移行させて設定する
バルブタイミング設定手段Ｋと、設定された吸気弁の開
弁時期が得られるようにバルブタイミング調節機構Ｇを
作動させるバルブタイミング制御手段Ｌとを備える。

【００１２】

【作用】請求項１記載のバルブタイミング制御装置は、
スワール調節機構Ｂの作動により吸入空気量や燃焼性が
変化し、スワール調節機構Ｂの作動に関係なくバルブタ
イミング調節機構Ａを作動させた場合、バルブタイミン
グ調節機構Ａの作動に伴ってエンジンの発生トルク段差
が生じる可能性がある。

【００１３】バルブタイミング調節機構Ａの作動を、ス
ワール調節機構Ｂの作動に対応して制御することによ
り、バルブタイミング調節機構Ａの作動時にエンジンの
発生トルク段差が生じることを防止できる。

【００１４】請求項２記載のバルブタイミング制御装置
は、スワールコントロールバルブＨの閉弁作動により吸
気の流れに付与する圧力損失が増大し、エンジンの発生
トルクが低下するため、スワールコントロールバルブＨ
の開閉作動に関係なくバルブタイミング調節機構Ａを作
動させた場合、バルブタイミング調節機構Ａの作動に伴
ってエンジンの発生トルク段差が生じる可能性がある。

【００１５】スワールコントロールバルブＨの閉弁時に
おいて吸気弁の開閉時期を切換える運転点を、スワール
コントロールバルブＨの開弁時において吸気弁の開閉時
期を切換える運転点より低回転側あるいは低負荷側の少
なくとも一方に移行させることにより、バルブタイミン
グ調節機構Ｇの作動時にエンジンの発生トルク段差が生
じることを防止できる。

【００１６】

【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。

【００１７】図１において、１はエンジン本体、２はシ
リンダ、３はピストン、５はシリンダヘッド、６はこれ
らの間に画成される燃焼室、７は吸気通路、８は排気通
路である。吸気通路７には燃料を噴射する燃料噴射弁１
１が設置され、燃焼室６には混合気に点火する点火栓１
９が設置される。

【００１８】スワール調節機構として、吸気ポート７ａ
の直上流側にスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）１
７が設置される。スワールコントロールバルブ１７は、
その閉弁時に吸気を集める切欠き部１７ａを有し、吸気
を切欠き部１７ａを通すことにより、燃焼室６の外周部
に流入する吸気流速を高めて、燃焼室６にスワールを生
起するようになっている。

【００１９】スワールコントロールバルブ１７はダイヤ
フラム式アクチュエータ１６を介して開閉駆動される。
アクチュエータ１６は、その負圧室に電磁弁１８を介し
てスロットルバルブ３１より下流側に生じる吸入負圧が
導入されることにより、スワールコントロールバルブ１
７を閉弁させるようになっている。

【００２０】図中、９は吸気弁、１０は排気弁、２０，
２１は吸・排気弁９，１０を閉弁方向に付勢するバルブ
スプリング、２６，２７は吸・排気弁９，１０を開閉駆
動するカムシャフト、２９，２８は各カムシャフト２
６，２７に図示しないタイミングベルトまたはチェーン
を介してクランクシャフトからの回転力が伝達されるカ
ムプーリである。各カムシャフト２６，２７が回転し、
各カム２４，２５がバルブリフタ２２，２３を介して吸
・排気弁９，１０をバルブスプリング２０，２１に抗し
て押し下げて、開弁させるようになっている。

【００２１】図２に示すように、吸気弁側カムシャフト
２６とカムプーリ２８の間にバルブタイミング調節機構
３０が設けられる。バルブタイミング調節機構３０は、
運転条件に応じてカムシャフト２６とカムプーリ２８の
位相角度を変えて吸気弁９の開閉時期を調節するように
なっている。なお、吸気弁９の開閉時期を調節するバル
ブタイミング調節機構として、プロフィールの異なる複
数のカムを設け、吸気弁９の開閉作動に携わるカムを切
換える構造としてもよい。

【００２２】バルブタイミング調節機構３０はカムシャ
フト２６の端部に筒形のインナハウジング５２がボルト
５１を介して締結される。

【００２３】インナハウジング５２の外周に回転可能に
嵌合する筒形のアウタハウジング５５が設けられ、アウ
タハウジング５５にカムプーリ２８が一体形成される。

【００２４】インナハウジング５１とアウタハウジング
５５の間にはリング状のヘリカルギア５４が介装され
る。ヘリカルギア５４の内外周とインナハウジング５２
の外周およびアウタハウジング５５の外周には、互いに
噛合うヘリカルスプラインが形成され、ヘリカルギア５
４が軸方向に移動するのに伴いアウタハウジング５５に
対してインナハウジング５２が相対回転し、カムプーリ
２８に対するカムシャフト２６の回転方向の位相角が変
化する。

【００２５】ヘリカルギア５４とインナハウジング５２
の間にはリターンスプリング６４が介装され、リターン
スプリング６４によりヘリカルギア５４が図中左方向に
付勢されて、初期位置に保持される。

【００２６】インナハウジング５１とアウタハウジング
５５とヘリカルギア５４の間には油圧室５６が画成され
る。油圧室５６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５４はリターンスプリング６４を
圧縮しながら図中右方向に移動する。

【００２７】油圧室５６はカムシャフト２６の内部に形
成された軸孔６２と、シリンダヘッド５に形成されたオ
イルギャラリ６１を介して図示しないオイルポンプから
の吐出油圧が導入される。

【００２８】カムシャフト２６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弁６３が設けられる。
電磁弁６３は非通電時に軸孔６２を開いて油圧室５６に
導かれる油圧を低下させ、通電時に軸孔６２を閉塞して
油圧室５６に導かれる油圧を高めるようになっている。

【００２９】これにより、電磁弁６３が非通電状態（制
御信号ＯＦＦ時）となってヘリカルギア５４が初期位置
にあるときに、図３に示すように、吸・排気弁９，１０
の開閉時期はピストン上死点（ＴＤＣ）より進角側で所
定の小さいバルブオーバラップを持つタイミング１に切
換えられる。電磁弁６３が通電状態（制御信号ＯＮ時）
となってヘリカルギア５４が図２において左方向に移動
したときに、吸・排気弁９，１０の開閉時期はピストン
上死点を挟んで所定のバルブオーバラップを持つタイミ
ング２に切換えられる。

【００３０】燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御
し、点火栓１９に点火する点火時期を制御し、電磁弁１
８を介してスワールコントロールバルブ１７を開閉制御
するとともに、電磁弁６３を介して吸気弁９の開閉時期
を制御するために、コントロールユニット１２が設けら
れる。

【００３１】コントロールユニット１２は、エアフロー
センサ１４の検出する吸入空気量Ｑと、回転センサ３２
の検出するエンジン回転数Ｎ、エンジン冷却水温センサ
１３の検出するエンジン冷却水温度Ｔｗ、スロットルセ
ンサ１５の検出するスロットルバルブ３１の開度ＴＶＯ
の各検出信号を入力する。

【００３２】コントロールユニット１２は、エンジン１
の冷間時における低速低負荷域にスワールコントロール
バルブ１７を閉弁して、スワールを強める制御を行う。

【００３３】図４のフローチャートはコントロールユニ
ット１２において実行される上記制御プログラムを示し
ており、これは一定周期毎に実行される。

【００３４】これについて説明すると、まずステップ１
において、エンジン水温Ｔｗとエンジン回転数Ｎおよび
吸入空気量Ｑを読込む。

【００３５】ステップ２に進んで、エンジン負荷を代表
するパラメータとして、基本燃料噴射量Ｔｐを、エンジ
ン回転数Ｎと吸入空気量Ｑに基づいて、Ｔｐ＝Ｋ・Ｑ／
Ｎとして算出する。なお、エンジン負荷を代表するパラ
メータとして、基本燃料噴射量Ｔｐに代えて、スロット
ル開度ＴＶＯ等を用いてもよい。

【００３６】続いてステップ３に進み、エンジン水温Ｔ
ｗが基準温度Ｔｗｌ（例えば４０°Ｃ）以上かどうかを
判定する。

【００３７】ステップ３においてエンジン水温Ｔｗが基
準値Ｔｗｌより高いと判定された暖機後は、ステップ７
に進んでスワールコントロールバルブ１７を開弁する。

【００３８】ステップ３においてエンジン水温Ｔｗが基
準温度Ｔｗｌ以下と判定された暖機時は、ステップ３，
４に進んでエンジン回転数Ｎが基準値Ｎｌ（例えば２８
００ｒｐｍ）以下であり、基本燃料噴射量Ｔｐが基準値
Ｔｐｌ以下ある、現在の運転状態が低速低負荷時である
ことを判定する。

【００３９】現在の運転状態が所定の低速低負荷域であ
ると判定された場合、ステップ５に進んでスワールコン
トロールバルブ１７を閉弁し、それ以外の運転時と判定
された場合、ステップ７に進んで、スワールコントロー
ルバルブ１７を開弁する。

【００４０】このようにエンジンの冷間時における低速
低負荷域では、スワールコントロールバルブ１７を閉弁
して燃焼室６に生起されるスワールを強化することによ
り燃焼性を高めて、燃焼室６から排気通路８に排出され
る未燃焼ＨＣ量を大幅に減らすことができる。

【００４１】ところで、バルブタイミング調節機構３０
の作動を、スワールコントロールバルブ１７の開閉作動
に関係なく制御した場合、バルブタイミング調節機構３
０の作動時にエンジン１の発生トルク段差が生じるとい
う不具合が起きる。これは、スワールコントロールバル
ブ１７を閉弁することにより、吸気通路７を流れる吸気
の流れに付与する圧力損失が増大し、エンジン１の発生
トルクが低下するためである。

【００４２】これに対処して、コントロールユニット１
２は、図６、図９に示すように、スワールコントロール
バルブ１７の開閉作動に対応したタイミング１とタイミ
ング２の切換え領域を設定し、バルブタイミング調節機
構３０の作動を制御する。

【００４３】図６、図７、図９において、ＮＯ（Ｔｐ）
はスワールコントロールバルブ１７の開弁時におけるタ
イミング１とタイミング２における発生トルクが互いに
等しくなる等トルク点を結んだ線分である。ＮＯは、全
負荷時の等トルク点である。

【００４４】図６において、Ｎ２（Ｔｐ）はスワールコ
ントロールバルブ１７の閉弁時におけるタイミング１と
タイミング２における発生トルクが互いに等しくなる等
トルク点を結んだ線分である。図８にも示すように、等
トルク点Ｎ２（Ｔｐ）は、等トルク点ＮＯ（Ｔｐ）より
低速低負荷側に移行している。

【００４５】スワールコントロールバルブ１７が開閉作
動する暖機中に、タイミング１とタイミング２をトルク
段差なく切換えるため、図６において斜線を入れて示す
ように、スワールコントロールバルブ１７を開弁した運
転状態では、等トルク点ＮＯ（Ｔｐ）を結んだ線分より
低回転側の運転領域をタイミング１に設定し、スワール
コントロールバルブ１７を閉弁した運転状態では、等ト
ルク点Ｎ２（Ｔｐ）を結んだ線分より低回転側の運転領
域をタイミング１に設定し、それ以外の運転領域をタイ
ミング２に設定する。

【００４６】スワールコントロールバルブ１７が開弁し
た状態を維持する暖機後に、タイミング１とタイミング
２をトルク段差なく切換えるため、図９において斜線を
入れて示すように、等トルク点ＮＯ（Ｔｐ）を結んだ線
分より低回転側の運転領域をタイミング１に設定し、等
トルク点ＮＯ（Ｔｐ）を結んだ線分より高回転側の運転
領域をタイミング２に設定する。

【００４７】図５のフローチャートはコントロールユニ
ット１２において実行されるバルブタイミング調節機構
３０の制御プログラムを示しており、これは一定周期毎
に実行される。

【００４８】これについて説明すると、まずステップ１
１において、エンジン回転数Ｎおよび吸入空気量Ｑを読
込む。

【００４９】ステップ１２に進んで、エンジン負荷を代
表するパラメータとして、基本燃料噴射量Ｔｐを、エン
ジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑに基づいて、Ｔｐ＝Ｋ・Ｑ
／Ｎとして算出する。

【００５０】続いてステップ１３に進み、スワールコン
トロールバルブ１７が閉弁しているかどうかを判定す
る。ステップ１３において、スワールコントロールバル
ブ１７が開弁していると判定された場合は、ステップ１
９に進んでエンジン回転数ＮがＮＯ（Ｔｐ）の最小値Ｎ
Ｏ′以下かどうかを判定する。

【００５１】ステップ１９でエンジン回転数ＮがＮＯ′
より高いと判定された場合、ステップ１８に進んで、電
磁弁６３をＯＦＦとしてバルブタイミング調節機構３０
を作動させて、タイミング２に切換える。

【００５２】ステップ１９でエンジン回転数ＮがＮＯ′
以下と判定された場合、ステップ２０に進んで、図９に
示すマップに基づいて、切換え負荷Ｔｐ′（Ｎ）と等ト
ルク点ＮＯ（Ｔｐ）を読込む。

【００５３】ステップ２１または２２に進んで、Ｔｐ≦
Ｔｐ′（Ｎ）かつＮ≦ＮＯ（Ｔｐ）と判定された場合、
ステップ２３に進んで、電磁弁６３をＯＮとしてバルブ
タイミング調節機構３０を作動させて、タイミング１に
切換える。

【００５４】ステップ２１または２２に進んで、Ｔｐ＞
Ｔｐ′（Ｎ）かつＮ＞Ｏ（Ｔｐ）と判定された場合、ス
テップ１８に進んで、電磁弁６３をＯＦＦとしてバルブ
タイミング調節機構３０を作動させて、タイミング２に
切換える。

【００５５】ステップ１３において、スワールコントロ
ールバルブ１７が閉弁していると判定された場合は、ス
テップ１４に進んで、図６に示すマップに基づいて、切
換え負荷Ｔｐ（Ｎ）と等トルク点Ｎ２（Ｔｐ）を読込
む。

【００５６】ステップ１５または１６に進んで、Ｔｐ≦
Ｔｐ（Ｎ）かつＮ≦Ｎ２（Ｔｐ）と判定された場合、ス
テップ２３に進んで、電磁弁６３をＯＮとしてバルブタ
イミング調節機構３０を作動させて、タイミング１に切
換える。

【００５７】ステップ１５に進んで、Ｔｐ＞Ｔｐ（Ｎ）
と判定された場合、ステップ１８に進んで、電磁弁６３
をＯＦＦとしてバルブタイミング調節機構３０を作動さ
せて、タイミング２に切換える。

【００５８】ステップ１６に進んで、Ｎ＞Ｎ２（Ｔｐ）
と判定された場合、ステップ１７に進んで、スワールコ
ントロールバルブ１７を開弁した後、ステップ１８に進
んで、電磁弁６３をＯＦＦとしてバルブタイミング調節
機構３０を作動させて、タイミング２に切換える。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載のバル
ブタイミング制御装置は、バルブタイミング調節機構の
作動を、スワール調節機構の作動に対応して制御するこ
とにより、バルブタイミング調節機構の作動時にエンジ
ンの発生トルク段差が生じることを防止できる。

【００６０】請求項２記載のバルブタイミング制御装置
は、スワールコントロールバルブの閉弁時において吸気
弁の開閉時期を切換える運転点を、スワールコントロー
ルバルブの開弁時において吸気弁の開閉時期を切換える
運転点より低回転側あるいは低負荷側の少なくとも一方
に移行させることにより、スワールコントロールバルブ
の閉弁作動により吸気の流れに付与する圧力損失が増大
し、エンジンの発生トルクが低下することに対応して、
バルブタイミング調節機構の作動時にエンジンの発生ト
ルク段差が生じることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すシステム図。

【図２】同じくバルブタイミング調節機構を示す断面
図。

【図３】同じく吸・排気弁のバルブリフト特性図。

【図４】同じくスワールコントロールバルブを開閉する
制御内容を示すフローチャート。

【図５】同じくバルブタイミングの制御内容を示すフロ
ーチャート。

【図６】同じくスワールコントロールバルブおよびバル
ブタイミング調節機構の制御マップ。

【図７】同じく等トルク点ＮＯ（Ｔｐ）の特性図。

【図８】同じく等トルク点ＮＯ（Ｔｐ），Ｎ２（Ｔｐ）
の特性図。

【図９】同じくバルブタイミング調節機構の制御マッ
プ。

【図１０】請求項１記載の発明のクレーム対応図。

【図１１】請求項２記載の発明のクレーム対応図。

【符号の説明】

Ａ バルブタイミング調節機構 Ｂ スワール調節機構 Ｄ スワール検出手段 Ｅ バルブタイミング設定手段 Ｆ バルブタイミング制御手段 Ｇ バルブタイミング調節機構 Ｈ スワールコントロールバルブ Ｉ スワール制御手段 Ｊ スワール検出手段 Ｋ バルブタイミング設定手段 Ｌ バルブタイミング制御手段 １ エンジン ７ 吸気通路 ８ 排気通路 １２ コントロールユニット １４ エアフロメータ １７ スワールコントロールバルブ ３０ バルブタイミング調節機構 ３２ エンジン回転センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸・排気弁の開弁時期相対位相を調節する
   バルブタイミング調節機構と、 運転状態に応じて燃焼室に流入する吸気の速度を変えて
   燃焼室に生起される空気流動の勢力を調節するスワール
   調節機構と、 スワール調節機構の作動状態を検出するスワール検出手
   段と、 スワール調節機構の作動状態に応じて吸・排気弁の開弁
   時期相対位相を設定するバルブタイミング設定手段と、 設定された吸・排気弁の開弁時期相対位相が得られるよ
   うにバルブタイミング調節機構を作動させるバルブタイ
   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バルブタイミング
   制御装置。
2. 【請求項２】吸気弁の開弁時期を調節するバルブタイミ
   ング調節機構と、 吸気通路に介装されて燃焼室に生起される空気流動の勢
   力を調節するスワールコントロールバルブと、 運転状態に応じてスワールコントロールバルブの開閉作
   動を制御するスワール制御手段と、 スワールコントロールバルブの開閉作動を検出するスワ
   ール検出手段と、 スワールコントロールバルブ閉弁時において吸気弁の開
   弁時期を切換える運転点を、スワールコントロールバル
   ブ開弁時において吸気弁の開弁時期を切換える運転点よ
   り低回転側あるいは低負荷側の少なくとも一方に移行さ
   せて設定するバルブタイミング設定手段と、 設定された吸気弁の開弁時期が得られるようにバルブタ
   イミング調節機構を作動させ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バルブタイミング
   制御装置。