JP2706779B2 - エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの燃焼制御装置に関し、特に、吸
気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを可変制御す
るバルブタイミング可変機構を備えたエンジンの燃焼制
御装置に関する。

（従来技術） エンジンの制御装置において、従来からエンジンの運
転状態に応じて吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミ
ングを制御し、できるだけそれぞれの運転状態に対応し
た最適のバルブタイミングにに近いバルブタイミングを
設定するようにしたものは公知である。

実開昭62−132206号公報には、バルブタイミング可変
機構の１例が開示されている。

ところで、通常のエンジンでは、吸気バルブは吸気行
程における上死点よりも僅かに早くひらき吸気行程の下
死点後に閉じるように設定されており、排気バルブは、
排気行程に於ける下死点よりも僅かに早くひらき、吸気
行程の開始する上死点後に閉じるように設定されてい
る。

そして、バルブタイミングを変化させると、吸気の吹
き返し量、残留排気ガス量、吸気充填量あるいは有効燃
焼圧力等が変化しこの結果エンジン出力あるいは、排気
ガス性状に影響を与える。

吸気バルブ及び排気バルブの開弁期間を変えずまた両
者の位相関係を固定のまま、全体として開弁タイミング
を制御する場合、全負荷すなわちアクセルがほぼ全開の
ときには、アイドル運転状態すなわち低負荷低回転時に
比して、開弁タイミングを全体として遅れ側に設定する
バルブタイミング可変制御が知られている。

このように、アイドル状態においてバルブタイミング
を全体として早いタイミングに維持することによって吸
気の吹き抜けを抑制し、燃焼性を向上させることができ
る。また、全負荷状態において、バルブタイミングを遅
れ側に制御することにより、掃気効果が大きくなって高
出力を確保することができる。

（解決しようとする課題） しかし、従来の制御では、部分負荷状態におけるバル
ブタイミングは、アイドル状態において設定したものを
継続して使用するか、または、アイドル状態を脱した場
合には、全負荷状態のバルブタイミングに切り換えその
設定タイミングを使用するようにしており、したがっ
て、部分負荷状態におけるバルブタイミングはからなず
しも適正に設定されていなかった。

本発明は上記事情に鑑みて構成されたもので、部分負
荷状態においても適正なバルブタイミングを与え、優れ
た排気ガス性状を与える、特にNOXの含有量を低減する
ことができるエンジンの燃焼制御装置を提供することを
目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有す
る。

すなわち、本発明はエンジンの運転状態に応じて、吸
気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを共に同方向
へ可変制御するバルブタイミング可変機構を備えたエン
ジンの燃焼制御装置であって、エンジンの運転状態がア
イドル域より所定量高回転かつ高負荷である部分負荷状
態にある時の吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミン
グをアイドル運転状態での吸気バルブ及び排気バルブの
開閉タイミングより進み側に設定されていることを特徴
とする。

（作 用） 本発明によれば、アイドル状態でのバルブタイミング
は、燃焼室に極力新気の導入を促進し、かつ残留排気量
を少なくすることによって燃焼性を向上させるように比
較的進み側に設定される。

そして、部分負荷状態では、アイドル状態よりも進み
側にバルブタイミングを変更する。これによって、吸気
バルブの開弁タイミングが早まって吸気導入が早まると
同時に排気バルブの閉弁タイミングが早まるので燃焼室
のガス量が増大し、有効圧縮比が増大する。

この場合、排気バルブの閉弁タイミングが早まること
自体は、燃焼室内に残存する燃焼排気ガス量を増大させ
る結果、燃焼安定性を阻害する要因となるが、上記のよ
うに排気バルブの閉弁タイミングが早まることによって
有効圧縮比が増大するので、これによって燃焼性が向上
し、残存排気ガス量の増大による燃焼性低下が補填され
る。

したがって、このように吸気バルブ及び排気バルブの
タイミングを全体としてアイドル状態よりも進み側に変
更することにより、燃焼性低下を防止しつついわゆる内
部EGR効果が発揮されることとなる。

また、エンジンが実質的に全負荷状態の場合には、ア
イドル状態よりも遅れ側に設定することが望ましい。

特に、全負荷高回転状態では、吸気の慣性力が強いの
で吸気バルブの閉弁タイミングを遅くしても吸気の吹き
返しの問題が生じることは少なく、反面、排気の掃気効
果を得て高出力を確保することができる。

なお、全負荷状態ではバルブタイミングの変更はエン
ジンの特性に与える影響は減少するので、特別に当該運
転状態に対応したバルブタイミング設定することは必ず
しも重要でなく、制御の簡素化のためにアイドル状態ま
たは、部分負荷状態におけるバルブタイミングを採用す
ることも可能である。

（実施例の説明） 以下、図面を参照しつつ本発明の１実施例について説
明する。

第１図を参照すると、エンジン１には、燃焼室２に連
通する吸気通路３及び排気通路４が形成されており、こ
の通路を開閉するように吸気バルブ５及び排気バルブ６
がそれぞれ設けられる。

吸気バルブ５及び排気バルブ６は吸気バルブ用カムシ
ャフト７上に形成された吸気用カム８及び排気バルブ用
カムシャフト９上に形成された排気用カム10によって開
閉駆動させられるようになっている。

吸気バルブ５及び排気バルブ６のバルブステム5a及び
6aの基端部は、タペット7a、8aを介して吸気用カム８及
び排気用カム10に係合している。

第２図に示すように、吸気バルブ用カムシャフト７に
は歯車11が設けられ、排気バルブ用カムシャフト９に
は、上記歯車11と噛み合う歯車12が設けられており、こ
れによって吸気バルブ用カムシャフト７及び排気バルブ
用カムシャフト９同じ位相で連動するようになってい
る。

排気バルブ用カムシャフト９はタイミング調整装置13
を介してカムシャフトスプロケット14を有するシャフト
15に接続されている。

カムシャフトスプロケット14は、アイドルローラ16a
を介してかけ渡されたタイミングベルト16を介してクラ
ンクシャフト17に設けられたクランクシャフトスプロケ
ット18に連結されており、これによって、クランクシャ
フト17の回転に同期して駆動される。

タイミング調整装置13は、排気バルブ用カムシャフト
９の端部及び、このシャフト９と同軸上に配置され、カ
ムシャフトスプロケット14を有するシャフト15の端部の
両方に跨がって配置されるカップリングスリーブ19を備
えている。

このカップリングスリーブ19には内歯が形成されてお
り、この内歯は、排気バルブ用カムシャフト９の係合端
部に形成されたらせん状の外歯及びシャフト15上に形成
された同様のらせん状の外歯と噛み合っている。

さらに、タイミング調整装置13は上記カップリングス
リーブ19をシャフト９及び15の軸方向に変位させるレバ
ー20を備えている。

レバー20によって、カップリングスリーブ19がシャフ
ト９及び15の軸方向すなわち、第２図において、上下方
向に変位したとき、排気バルブ用カムシャフト９はシャ
フト15に対して僅かに相対的に回転し、これによってカ
ムシャフトスプロケット14の回転位相に対して排気バル
ブ用カムシャフト９の回転位相がずれる。この結果、排
気用カム10の位相も変化して、排気バルブ６の開閉タイ
ミングが変化することとなる。そして排気バルブ用カム
シャフト９と吸気バルブ用カムシャフト７とは歯車11及
び12によって連動するようになっているので、排気バル
ブ用カムシャフト９の回転位相がずれると、吸気バルブ
用カムシャフト７の回転位相も変化し、これにともなっ
て、吸気バルブ５の開閉タイミングも変化することとな
る。

上記バレー20は、アクチュエータ21によって駆動され
るようになっており、アクチュエータ21は、コントロー
ルユニット22からの信号によって起動される。

コントロールユニット22には、エンジン回転数、及び
エンジン負荷を表す信号が入力されるようになってお
り、コントロールユニット22は、この信号を演算して、
エンジン１の運転状態を検出し、これに応じてアクチュ
エータ21を制御してバルブの開閉タイミングを制御す
る。

なお、エンジン回転数を検出するには、クランク角セ
ンサを用いることもできるが、クランクシャフト17その
ものの回転数を検出するようにしてもよい。

さらに、エンジン負荷を検出するにあたってはスロッ
トル弁の開度あるいは吸気負圧、吸気流量等を検出する
ことによって行うことができる。

以上のようなバルブタイミング可変機構の構成におけ
る制御について説明する。

本例においては、第３図に示す特性にもとづいて、バ
ルブタイミングの可変制御を行うようになっている。

第３図において、本例では、特性線ａ及び特性線ｂに
よって運転領域を区分し、それぞれの領域において所定
をバルブタイミングを設定するようになっている。

第３図の領域（１）は、アイドル状態のような低回転
低負荷の領域であり、領域（３）は、高回転高負荷の領
域である。そして、両者に囲まれる領域（２）は部分負
荷領域である。

エンジン１の運転状態が領域（１）にある場合すなわ
ち、アイドル状態のような場合には、コントロールユニ
ット22は、第４図に示すようなバルブタイミングになる
ようにアクチュエータ21を制御してタイミング調整装置
13のレバー20を調節する。

この場合、吸気バルブ５の開タイミングIoは、吸気行
程の上死点前の所定タイミングに設定されており、吸気
バルブ５の閉タイミングIcは、吸気行程の下死点後の所
定タイミングに設定されている。

また、排気バルブ６の開タイミングEoは、吸気行程下
死点前に設定されており、閉タイミングEc排気行程の上
死点直後の所定タイミングに設定されている。

そして、運転状態が領域（２）になった場合には、コ
ントロールユニット22は、アクチュエータ21を起動して
タイミング調整装置13を移動させる。この場合、吸気バ
ルブ５及び排気バルブ６の開閉タイミングを所定量ΔΘ
だけ進め、第５図にしめすようにタイミングで開閉駆動
するように調整する。

これによって、吸気バルブ５の閉タイミングIc及び排
気バルブ６の閉タイミングEcがそれぞれ同じ量ΔΘだけ
早まる。吸気バルブ５の閉タイミングIcが早まることに
よって、燃焼室内の有効圧縮比が増大し、燃焼性が向上
する。

一方、排気バルブ６の閉タイミングEcを同様に早まっ
て内部EGR量が増大する。一般には、残留排気ガス量が
増大すると、燃焼性を阻害する要因となるが、本例の制
御では、上記のように吸気バルブ５の閉タイミングIcが
早まることによって燃焼性が向上するので、内部EGR量
の増大は、障害とならない。むしろ、この場合において
は、多量の残留排気ガスの存在は、燃焼温度の不当な上
昇を抑制する効果を有し、これによって、排気ガス中の
NOXを減少させることとなる。

したがって、部分負荷運転状態においてバルブタイミ
ングを早くすることは内部EGR量の許容量を増大させる
結果となり、排気ガス性状の面でこのましい結果を与え
る。

また、エンジンの運転状態が、高回転高負荷量領域す
なわち、第３図において領域（３）になった場合には、
コントロールユニット22は、第６図に示すように所定量
ΔΘだけ、上記領域（１）の場合に比較してバルブ開閉
タイミングを全体的に遅くする制御を行うようになって
いる。

この領域では、吸気慣性がつよいので吸排気バルブの
閉タイミングを遅くすることによって、吸気充填効率を
向上させることができ、高出力を得ることができる。

なお、領域（３）においては、吸排気バルブを同期し
て制御する本例のバルブタイミングの制御はそれぼとエ
ンジンの出力性能に影響を与えないので必ずしも、第６
図のようにバルブタイミングを設定する必要はなく、領
域（１）あるいは、領域（２）のタイミングを用いるこ
ともできる。

（発明の効果） 上記のように、本発明のバルブタイミング可変機構の
構成によって、部分負荷状態における排気ガスの性状を
良好に維持することができる。

とくに、燃焼性の低下を招くことなく、多量のEGRを
許容することができ、有効にNOXの排出量を低減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例にかかるバルブタイミング
可変機構の側面図、第２図は、第１図のバルブタイミン
グ可変機構の平面図、第３図は、本発明に係るバルブタ
イミング可変制御の制御特性を示す特性図、第４図、第
５図及び第６図は、特定の運転領域におけるそれぞれの
バルブタイミングを示す特性図である。 １……エンジン、２……燃焼室、 ３……吸気通路、４……排気通路、 ５……吸気バルブ、６……排気バルブ、 ７……吸気バルブ用カムシャフト、 ８……吸気用カム、 ９……排気バルブ用カムシャフト、 10……排気用カム、11、12……歯車、 13……タイミング調整装置、 14……カムシャフトスプロケット、 15……シャフト、16……タイミングベルト、 16a……アイドルローラ、 17……クランクシャフト、 19……カップリングスリーブ、 20……レバー、21……アクチュエータ、 22……コントロールユニット。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの運転状態に応じて、吸気バルブ
   及び排気バルブの開閉タイミングを共に同方向へ可変制
   御するバルブタイミング可変機構を備えたエンジンの燃
   焼制御装置であって、エンジンの運転状態がアイドル域
   より所定量高回転かつ高負荷である部分負荷状態にある
   時の吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングをアイ
   ドル運転状態での吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイ
   ミングより進み側に設定されていることを特徴とするエ
   ンジンの燃焼制御装置。