JP2754978B2 - ６気筒内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸・排気バルブの開閉
動作時期を調整する可変バルブタイミング機構を備えた
６気筒内燃機関の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの運転状態に応じて吸・
排気バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）を早
めたり遅らせたりするようにした可変バルブタイミング
装置がある。この装置では、低速・高負荷運転状態と、
アイドル運転時を含む低速軽負荷運転状態及び高速運転
状態とでバルブタイミングが切替えられる。すなわち、
エンジンの運転状態が前者の状態であれば、吸気バルブ
の閉弁時期を早めバルブオーバーラップを大きくし、吸
気の吹き返しを防止して高出力を得るようにする。ま
た、エンジンの運転状態が後者の状態であれば、吸気バ
ルブの閉弁時期を遅らせバルブオーバーラップを小さく
し、燃焼の安定と高出力を得るようにしている。

【０００３】ところが、バルブオーバーラップ時には排
気バルブ及び吸気バルブがともに開弁しているため、気
筒内に残留している燃焼ガスが吸気ポートに逆流する
と、吸気行程時における実質吸入空気量が減少し、吸気
効率が低下する。この現象は特にバルブオーバーラップ
が拡大される低速・高負荷運転時に問題となる。

【０００４】そこで、本出願人は先に、今回爆発する気
筒でのブローダウン（排気バルブの開弁直後に燃焼室内
の圧力の高い燃焼ガスが排気ポートへ勢いよく排出され
る現象）による圧力波を利用して前記不具合を解消する
ようにした技術を提案している（特願平２−２３６３８
号参照）。

【０００５】この技術では、図１２で示すように、４気
筒内燃機関１０１の各気筒＃１，＃２，＃３，＃４に排
気枝管１０２，１０３，１０４，１０５が接続されてい
る。排気枝管１０２と排気枝管１０５とは下流側で合流
して第１合流管１０６が形成され、排気枝管１０３と排
気枝管１０４とは下流側で合流して第２合流管１０７が
形成されている。さらに、両合流管１０６，１０７は集
合部１０８にて合流され、排気本管１０９が形成されて
いる。集合部１０８の断面積は、第１合流管１０６及び
第２合流管１０７の各断面積よりも大きくなっており、
この集合部１０８で前記圧力波の向きを反転させて排気
バルブへ向かう負圧波にしている。

【０００６】前記集合部１０８よりも上流側において、
第１合流管１０６と第２合流管１０７とは連通管１１０
によって接続され、この連通管１１０内に排気制御弁１
１１が開閉可能に設けられている。この排気制御弁１１
１が開弁されると、第１合流管１０６は連通管１１０を
介して第２合流管１０７に連通されるため、第１合流管
１０６の断面積は連通管１１０との接続部分で急激に拡
大される。そのため、排気制御弁１１１の開弁時にもブ
ローダウンによる圧力波の向きが反転されて、排気バル
ブへ向かう負圧波にされる。

【０００７】そして、可変バルブタイミング装置１１２
によって吸気バルブの開閉時期が早められているとき
（バルブオーバーラップが拡大されているとき）に、機
関の運転状態に応じて排気制御弁１１１が開閉制御さ
れ、ブローダウンにより発生した圧力波の向きが反転さ
れて負圧波が排気バルブに到達するまでの経路（以下、
伝播経路という）の長さが切替えられる。すなわち、機
関の低回転時には排気制御弁１１１を閉弁することによ
り、今回爆発する気筒でのブローダウンによる圧力波を
集合部１０８で反転させ、伝播経路を長くする。また、
機関の中高回転時には排気制御弁１１１を開弁すること
により、今回爆発する気筒でのブローダウンによる圧力
波を連通管１１０部分で反転させ、伝播経路を短くす
る。これにより、バルブオーバーラップ時に負圧波が排
気バルブまで到達し、燃焼室内の燃焼ガスを排気ポート
から吸い出し、吸気ポートからシリンダ内に流入する新
気を増大させる。その結果、吸気効率が向上する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来技
術を６気筒内燃機関に適用した場合、今回爆発する気筒
での点火時期から次回爆発する気筒での点火時期までの
間隔が、４気筒内燃機関ではクランク角で１８０度であ
ったものが、６気筒内燃機関ではクランク角で１２０度
になる。そのため、今回爆発する気筒でのブローダウン
による負圧波に対し、前回爆発した気筒でのブローダウ
ンによる負圧波や次回爆発する気筒でのブローダウンに
よる負圧波が与える影響が時期的に異なってくる。これ
により、前記伝播経路の長さを、６気筒内燃機関と４気
筒内燃機関とで変える必要がでてくる。従って、従来技
術をそのまま６気筒内燃機関に適用しても、同内燃機関
の出力等を十分なレベルにまで向上させることができな
い。

【０００９】つまり、４気筒内燃機関の低速域において
は、所定気筒の爆発からクランク角で１８０度経過後に
次の気筒が爆発し、この次回爆発する気筒でのブローダ
ウン発生時期が、今回爆発する気筒でのバルブオーバー
ラップに丁度重なる。このため、次回爆発する気筒での
ブローダウンによる負圧波は、今回爆発する気筒でのバ
ルブオーバラップ開始後に到達することになる。これに
対し、６気筒内燃機関の低速域においては、今回爆発す
る気筒のバルブオーバーラップ時に、次回爆発する気筒
でのブローダウンによる負圧波を、その今回爆発する気
筒の排気バルブまで到達させることが可能である。従っ
て、６気筒内燃機関の場合、この次回爆発する気筒での
ブローダウンによる負圧波を積極的に利用すれば、低速
域でのトルク等の性能向上を図ることが可能である。

【００１０】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、今回爆発する気筒のバルブオー
バーラップ時において、次回爆発する気筒でのブローダ
ウンによる負圧波を、その今回爆発する気筒の排気バル
ブまで到達させ、吸気効率及び機関出力を向上させるこ
とが可能な６気筒内燃機関の制御装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、図１で示すように、６つの気筒（Ｍ１，Ｍ
２）を有する内燃機関Ｍ３に設けられ、同内燃機関Ｍ３
の燃焼室への吸気通路を開閉する吸気バルブ、及び燃焼
室からの２つの排気通路Ｍ４，Ｍ５を開閉する排気バル
ブのうち少なくともいずれか一方のバルブのバルブタイ
ミングを調整するための可変バルブタイミング機構Ｍ６
と、前記内燃機関Ｍ３の運転状態を検出する運転状態検
出手段Ｍ７と、前記運転状態検出手段Ｍ７による内燃機
関Ｍ３の運転状態に応じて前記バルブの目標バルブオー
バーラップを算出し、実際のバルブオーバーラップがそ
の目標バルブオーバーラップとなるように前記可変バル
ブタイミング機構Ｍ６を制御するタイミング制御手段Ｍ
８と、前記排気通路Ｍ４，Ｍ５に設けられ、前記各気筒
（Ｍ１，Ｍ２）における爆発・排気行程でのブローダウ
ンにより発生し、かつ前記排気通路Ｍ４，Ｍ５内を伝播
する圧力波の向きを反転させて前記気筒（Ｍ１，Ｍ２）
の排気バルブへ向かう負圧波とするための断面積拡大部
Ｍ９と、前記断面積拡大部Ｍ９よりも上流側において両
排気通路Ｍ４，Ｍ５間を連通させる連通路Ｍ１０に開閉
可能に設けられ、その開閉動作にて同連通路Ｍ１０での
前記圧力波の向きの反転を許容又は阻止するための排気
制御弁Ｍ１１と、前記内燃機関Ｍ３の機関回転数を検出
する回転数検出手段Ｍ１２と、今回爆発する気筒Ｍ１で
のブローダウンに基づく負圧波又は次回爆発する気筒Ｍ
２でのブローダウンに基づく負圧波を、前記可変バルブ
タイミング機構Ｍ６によるバルブオーバーラップ時にお
いて、今回爆発する気筒Ｍ１の排気バルブまで到達させ
るべく、前記回転数検出手段Ｍ１２による機関回転数が
予め定めた第１の回転数以上のとき、及びその第１の回
転数よりも低い第２の回転数以下のときには、前記排気
制御弁Ｍ１１を開弁させることにより、前記圧力波及び
負圧波の伝播経路の長さを所定長さとし、前記回転数検
出手段Ｍ１２による機関回転数が前記第２の回転数より
も高くかつ前記第１の回転数よりも低いときには、前記
排気制御弁Ｍ１１を閉弁させることにより、前記伝播経
路の長さを前記所定長さよりも長くする開閉制御手段Ｍ
１３とを備えている。

【００１２】

【作用】内燃機関Ｍ３の運転時には、その運転状態が運
転状態検出手段Ｍ７によって検出され、機関回転数が回
転数検出手段Ｍ１２によって検出される。タイミング制
御手段Ｍ８は、前記運転状態検出手段Ｍ７による内燃機
関Ｍ３の運転状態に応じて前記バルブの目標バルブタイ
ミングを算出し、実際のバルブタイミングがその目標値
となるように、可変バルブタイミング機構Ｍ６によるバ
ルブのバルブタイミングを制御する。

【００１３】このような可変バルブタイミング機構Ｍ６
によるバルブオーバーラップ時には、気筒（Ｍ１，Ｍ
２）内に残留している燃焼ガスが吸気通路側へ逆流する
おそれがある。ところが、本発明では、各気筒（Ｍ１，
Ｍ２）における爆発・排気行程でのブローダウンにより
発生する圧力波を利用して、前記燃焼ガスの吸気通路側
への逆流を防止する。

【００１４】すなわち、開閉制御手段Ｍ１３は、前記回
転数検出手段Ｍ１２による機関回転数が予め定めた第１
の回転数以上のとき、及びその第１の回転数よりも低い
第２の回転数以下のときには、排気制御弁Ｍ１１を開弁
させる。すると、前記ブローダウンによる圧力波の向き
が連通路Ｍ１０部分で反転され、同圧力波は今回爆発し
た気筒Ｍ１の排気バルブへ向かう負圧波となる。このと
きの圧力波及び負圧波の伝播経路の長さは所定長さとな
る。

【００１５】また、開閉制御手段Ｍ１３は、前記回転数
検出手段Ｍ１２による機関回転数が前記第２の回転数よ
りも高くかつ前記第１の回転数よりも低いときには、前
記排気制御弁Ｍ１１を閉弁させる。すると、前記ブロー
ダウンによる圧力波の向きが断面積拡大部Ｍ９で反転さ
れ、同圧力波は今回爆発した気筒Ｍ１の排気バルブへ向
かう負圧波となる。このときの伝播経路の長さは前記所
定長さよりも長くなる。

【００１６】このような可変バルブタイミング機構Ｍ６
によるバルブオーバーラップ時において、機関回転数に
応じて開閉制御弁Ｍ１１が開閉されて伝播経路の長さが
切替えられると、今回爆発する気筒Ｍ１でのブローダウ
ンに基づく負圧波又は次回爆発する気筒Ｍ２でのブロー
ダウンに基づく負圧波を、今回爆発する気筒Ｍ１の排気
バルブまで到達させることが可能となる。

【００１７】そして、前記のようにバルブオーバーラッ
プ時に排気バルブまで到達した負圧波は、今回爆発した
気筒Ｍ１内の燃焼ガスを排気通路Ｍ５側へ吸い出そうと
する。このため、同燃焼ガスが吸気通路側へ逆流するこ
とが防止される。その結果、吸気行程時での前記逆流に
基づく実質吸入空気量の減少、及び吸気効率の低下が全
機関回転数域にわたって防止され、燃焼室内の残留ガス
量が低減し、吸気効率が向上する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図２〜
図１１に従って説明する。図２は６気筒内燃機関として
のＶ型６気筒エンジン１を上方から見た概略図である。
エンジン１のシリンダブロック２には前後方向（図の左
右方向）へ延びるクランクシャフト３が回転可能に支持
され、その前端にクランクプーリ４が一体回転可能に取
付けられている。前記シリンダブロック２はクランクシ
ャフト３を中心としてＶ字状に分岐され、その左側部分
（図の下側部分）が左バンク５を構成し、右側部分（図
の上側部分）が右バンク６を構成している。

【００１９】右バンク６内には第１気筒＃１、第３気筒
＃３及び第５気筒＃５が順に並設されている。右バンク
６内において、前記各気筒＃１，＃３，＃５の上方に
は、互いに近接した状態で前後方向へ延びる吸気側カム
シャフト９及び排気側カムシャフト１０がそれぞれ回転
可能に支持されている。両カムシャフト９，１０上に
は、１気筒当たり２つのカム９ａ，１０ａが形成されて
いる。

【００２０】また、左バンク５内には第２気筒＃２、第
４気筒＃４及び第６気筒＃６が順に並設されている。左
バンク５内において、前記各気筒＃２，＃４，＃６の上
方には、互いに近接した状態で前後方向へ延びる吸気側
カムシャフト７及び排気側カムシャフト８がそれぞれ回
転可能に支持されている。両カムシャフト７，８上に
は、１気筒当たり２つのカム７ａ，８ａが形成されてい
る。

【００２１】前記クランクシャフト３の回転を、左バン
ク５内のカムシャフト７，８及び右バンク６内のカムシ
ャフト９，１０に伝達するために次に構成が採られてい
る。すなわち、左右両バンク５，６内の排気側カムシャ
フト８，１０の前端にそれぞれカムプーリ１１，１２が
一体回転可能に取付けられている。そして、両カムプー
リ１１，１２と前記クランクプーリ４とにはタイミング
ベルト１３が掛装され、このタイミングベルト１３を介
してクランクシャフト３の回転が両排気側カムシャフト
８，１０に伝達される。また、左右両バンク５，６内の
排気側カムシャフト８，１０の後端部に駆動ギヤ１４，
１５が一体回転可能に取付けられるとともに、各吸気側
カムシャフト７，９の後端部に被動ギヤ１６，１７が設
けられている。そして、これらの駆動ギヤ１４，１５と
被動ギヤ１６，１７とが互いに噛合されている。そのた
め、排気側カムシャフト８，１０が回転すると吸気側カ
ムシャフト７，９が反対方向へ回転する。

【００２２】次に、左右両バンク５，６内において吸気
側カムシャフト７，９及び排気側カムシャフト８，１０
によって駆動される動弁機構等について説明する。図３
で示すように前記右バンク６内には、紙面と直行する方
向に第１〜３の気筒＃１，＃３，＃５（図では第１気筒
＃１のみ図示）が並設されている。各気筒＃１，＃３，
＃５内には、前記クランクシャフト３の回転にともない
上下動するピストン１８が収容されている。ピストン１
８の上方には燃焼室１９が形成され、この燃焼室１９に
吸気通路Ｂ及び排気通路Ｃが連通している。燃焼室１９
と吸気通路Ｂとの連通部分は吸気ポート２１となってお
り、この吸気ポート２１はシリンダヘッド２２に上下動
可能に取付けられた吸気バルブ２３によって開閉され
る。また、燃焼室１９と排気通路Ｃとの連通部分は排気
ポート２４となっており、この排気ポート２４はシリン
ダヘッド２２に上下動可能に取付けられた排気バルブ２
５によって開閉される。

【００２３】吸気バルブ２３及び排気バルブ２５の上部
には圧縮状態のバルブスプリング２６，２７、バルブリ
フタ２８，２９等が組付けられている。一方のバルブス
プリング２６は、バルブリフタ２８が前記吸気側カムシ
ャフト９上のカム９ａを常に押圧するように吸気バルブ
２３を上方へ付勢している。また、他方のバルブスプリ
ング２７は、バルブリフタ２９が前記排気側カムシャフ
ト１０上のカム１０ａを常に押圧するように排気バルブ
２５を上方へ付勢している。これらの付勢方向は、いず
れも前記吸気ポート２１及び排気ポート２４を閉じる方
向である。

【００２４】そのため、前記クランクシャフト３の回転
がタイミングベルト１３を介してカムプーリ１２に伝達
される（図２参照）と、排気側カムシャフト１０及び吸
気側カムシャフト９が回転する。これにともない、カム
１０ａ，９ａがバルブスプリング２７，２６の付勢力に
抗してバルブリフタ２９，２８を周期的に押し下げる
と、これらのバルブリフタ２９，２８が排気バルブ２５
及び吸気バルブ２３を下方へ押圧して開閉動作を行わせ
る。

【００２５】前記吸気通路Ｂにおいて、吸気ポート２１
の近傍には燃料噴射弁３１が取付けられている。また、
この燃料噴射弁３１よりも上流の吸気通路Ｂ内には、ア
クセルペダル３２の操作に連動して開閉動作するスロッ
トルバルブ３３が設けられている。そして、このスロッ
トルバルブ３３の開閉により、吸気通路Ｂへの吸入空気
量が調節される。さらに、燃料噴射弁３１とスロットル
バルブ３３との間には、吸入空気の脈動を平滑化させる
ためのサージタンク３４が配設されている。

【００２６】前記燃料噴射弁３１から噴射される燃料と
吸気通路Ｂ内へ導入された外気とからなる混合気は、吸
気バルブ２３の開かれる際に、吸気ポート２１を通じて
燃焼室１９内へ導入される。この燃焼室１９に導入され
た混合気へ着火するために、シリンダヘッド２２には点
火プラグ３５が取付けられている。この点火プラグ３５
はディストリビュータ３６にて分配された点火信号に基
づいて駆動される。ディストリビュータ３６はイグナイ
タ３７から出力される高電圧をエンジン１のクランク角
に同期して点火プラグ３５に分配するためのものであ
る。

【００２７】そして、点火プラグ３５の点火によって燃
焼室１９内へ導入された混合気が爆発・燃焼され、ピス
トン１８及びクランクシャフト３等を介してエンジン１
の駆動力が得られる。本実施例では、クランク角で１２
０度毎に、点火プラグ３５による点火が第１気筒＃１、
第２気筒＃２、第３気筒＃３、第４気筒＃４、第５気筒
＃５、第６気筒＃６の順に行われる。

【００２８】前記のように燃焼室１９にて混合気が燃焼
されることにより燃焼ガスが生ずる。この燃焼ガスは、
排気バルブ２５が開かれる際に排気ポート２４から排気
通路Ｃを通じて外部へ排出される。そして、この燃焼ガ
スの排出により排気通路Ｃへ向けて種々の圧力波からな
る排気脈動が伝播する。この排気脈動のうち最も大きな
圧力波はブローダウンによる圧力波である。このブロー
ダウンは、爆発・排気行程において排気ポート２４より
も圧力の高くなっている燃焼室１９内の燃焼ガスが、排
気バルブ２５の開弁直後に排気ポート２４へ勢いよく排
出され、同排気ポート２４の圧力が急激に上昇する現象
である。本実施例のエンジン１は６気筒であるため、こ
のブローダウンがクランク角で１２０度毎に生じること
になる。

【００２９】なお、左バンク５の内部構成は前述した右
バンク６と基本的に同一であるので、ここでは説明を省
略する。前記のようなエンジン１の基本的構成に加え、
本実施例では前記吸気バルブ２３の開閉タイミングを調
整するための可変バルブタイミング機構５１，５２が、
左右各バンク５，６毎に搭載されている。次に、これら
の可変バルブタイミング機構５１，５２について詳述す
るが、いずれの機構５１，５２も基本的に同一構成のた
め、ここでは右バンク６側に搭載された可変バルブタイ
ミング機構５２のみ説明する。

【００３０】図４で示すように、吸気側カムシャフト９
の後端部（図４の右端部）には、前記被動ギヤ１７が設
けられている。被動ギヤ１７の外周には外歯１７ａが形
成され、この外歯１７ａが排気側カムシャフト１０の駆
動ギヤ１５に噛合している。被動ギヤ１７の内周部には
ボス１７ｂが形成され、このボス１７ｂにおいて被動ギ
ヤ１７が吸気側カムシャフト９の後端部外周に相対回動
可能に嵌合されている。

【００３１】また、吸気側カムシャフト９の後端には前
面を開放したケーシング５３がボルト５４によって締付
固定され、このケーシング５３と前記被動ギヤ１７とに
よって環状空間５５が形成されている。環状空間５５内
にはほぼ円環状をなすリングギヤ５６が配設され、この
リングギヤ５６によって被動ギヤ１７のボス１７ｂとケ
ーシング５３とが連結されている。リングギヤ５６の内
外周にはヘリカル歯５６ａ，５６ｂが形成されており、
軸方向へ移動することによってリングギヤ５６が吸気側
カムシャフト９に対し相対回動可能となっている。各ヘ
リカル歯５６ａ，５６ｂは被動ギヤ１７におけるボス１
７ｂ外周のヘリカル歯１７ｃ及びケーシング５３内周面
のヘリカル歯５３ａにそれぞれ噛合している。

【００３２】従って、クランクシャフト３の回転がカム
プーリ１２、排気側カムシャフト１０及び駆動ギヤ１５
を介して被動ギヤ１７に伝達されることにより（図２参
照）、リングギヤ５６で連結された被動ギヤ１７とケー
シング５３とが一体的に回転され、吸気側カムシャフト
９が回転駆動される。

【００３３】前記被動ギヤ１７とケーシング５３とによ
って囲まれる環状空間５５において、リングギヤ５６の
後側は圧力室５７となっている。圧力室５７には、吸気
側カムシャフト９内、シリンダヘッド２２内等に形成さ
れたオイル通路５８，５９等を通じて加圧オイルが供給
される。同じく環状空間５５においてリングギヤ５６の
前側はばね室６１となっており、このばね室６１には、
前記加圧オイルに対向する釣り合い用の圧縮コイルばね
６２が収容されている。

【００３４】前記オイル通路５９とオイルポンプ等の加
圧オイル源との間には油圧制御弁６３が設けられてい
る。この油圧制御弁６３は３つのポートを備え、入口側
のポートがオイル供給通路６４を介して加圧オイル源に
接続されている。また、出口側の一方のポートが前記オ
イル通路５９，５８を介して前記圧力室５７に接続さ
れ、他方のポートがオイル戻し通路６５を介してオイル
パンに接続されている。

【００３５】そして、エンジン１の運転中に油圧制御弁
６３が開かれると、オイル通路５８，５９がオイル供給
通路６４に連通され、加圧されたオイルが圧力室５７内
に供給される。これにより、リングギヤ５６の後面にオ
イルによる圧力が作用するため、同リングギヤ５６は圧
縮コイルばね６２の付勢力に抗して前方へ移動する。こ
の移動にとない、リングギヤ５６は被動ギヤ１７に対し
て同被動ギヤ１７の回転方向へ向かって相対的に回転変
位させられる。さらに、前記移動にともない、ケーシン
グ５３はリングギヤ５６に対して同リングギヤ５６の回
転方向に向かって相対的に回転変位される。

【００３６】従って、リングギヤ５６が前方へ移動する
と、吸気側カムシャフト９が被動ギヤ１７に対してその
回転方向へ、リングギヤ５６の回転変位量とケーシング
５３の回転変位量の和だけ相対的に回転変位することと
なる。このため、吸気バルブ２３の開弁時期及び閉弁時
期が吸気側カムシャフト９の変位量に応じて早められる
ことになる。このようにリングギヤ５６が環状空間５５
の前端位置にあるときの吸気バルブ２３の開・閉弁時期
を、以後「早期タイミング」という。

【００３７】一方、油圧制御弁６３が閉じられるとオイ
ル通路５８，５９はオイル戻し通路６５に連通される。
そして、圧力室５７内の加圧オイルがオイル戻し通路６
５を介してオイルパンに戻される。この際、圧力室５７
からオイルが流出してリングギヤ５６に作用している圧
力が低下するため、同リングギヤ５６は圧縮コイルばね
６２の付勢力によって後方へ移動する。すると、前述し
た動作とは逆の動作によって、吸気側カムシャフト９は
被動ギヤ１７に対してその回転方向と反対方向へ相対的
に回転変位することとなる。このため、吸気バルブ２３
の開弁時期及び閉弁時期が吸気側カムシャフトの変位量
に応じて遅らされる。このようにリングギヤ５６が環状
空間５５の後端位置にあるときの吸気バルブ２３の開・
閉弁時期を、以後「通常タイミング」という。

【００３８】なお、前記のように油圧制御弁６３の開閉
により吸気側カムシャフト９が相対的に回転変位する際
には、リングギヤ５６にバックラッシが生じるが、その
バックラッシに基づくガタツキはビスカスカップリング
６６の作用により緩衝されて異音の発生が抑えられる。
このビスカスカップリング６６は、前記被動ギヤ１７に
圧入固定されたアウタプレート６７と、ケーシング５３
外周に形成されたインナプレート６８とからなり、両者
６７，６８の間に高粘度の粘性流体が封入されている。

【００３９】また、前記圧力室５７からばね室６１へ漏
れ出たオイルをオイルパンへ戻すために、被動ギヤ１
７、吸気側カムシャフト９及びシリンダヘッド２２には
ドレン通路６９が形成されている。

【００４０】図５（ａ），（ｂ）には、前記のように構
成された可変バルブタイミング機構５２（５１）による
吸気バルブ２３の開・閉弁時期と排気バルブ２５の開・
閉弁時期とを示す。また、図６には吸気バルブ２３及び
排気バルブ２５の開・閉弁時期をバルブリフト量との関
係で示す。吸気バルブ２３は「通常タイミング」におい
ては、排気上死点前の開弁時期ａ1 で開弁され、吸気下
死点後の閉弁時期ｂ1で閉弁される。また、吸気バルブ
２３は「早期タイミング」においては、前記開弁時期ａ
1 よりも所定角度早い開弁時期ａ2 で開弁され、前記閉
弁時期ｂ1 よりも所定角度早い閉弁時期ｂ2 で閉弁され
る。一方、排気バルブ２５の開弁時期ｄ及び閉弁時期ｃ
は変更されず、「通常タイミング」においても「早期タ
イミング」においても常に一定である。

【００４１】従って、吸気バルブ２３及び排気バルブ２
５がともに開弁している期間であるバルブオーバーラッ
プは、「通常タイミング」よりも「早期タイミング」の
方が大きくなる。

【００４２】図２及び図３で示すように、前記可変バル
ブタイミング機構５１，５２を装着したエンジン１の運
転状態を検出するために、回転数センサ７１と絶対圧セ
ンサ７２とが設けられている。回転数センサ７１は前記
クランクプーリ４の近傍に配設され、クランクシャフト
３の回転からエンジン回転数ＮＥを検出する。また、絶
対圧センサ７２はサージタンク３４に設けられ、その吸
気通路Ｂ内の吸気管圧力（絶対圧）Ｐを検出する。

【００４３】次に、前記排気通路Ｃについて説明する。
図２で示すように、排気通路Ｃの最も上流側は、前記左
右両バンク５，６の外側面に取付けられた排気マニホル
ド３８，３９によって構成されている。各排気マニホル
ド３８，３９の下流端には第１排気枝管４１及び第２排
気枝管４２が接続されている。右側の排気マニホルド３
９は、前記気筒＃１，＃３，＃５から排出される燃焼ガ
スを集合させて第２排気枝管４２へ導くためのものであ
り、左側の排気マニホルド３８は、前記気筒＃２，＃
４，＃６から排出される燃焼ガスを集合させて第１排気
枝管４１へ導くためのものである。

【００４４】前記両排気枝管４１，４２は下流側で合流
して排気本管４３となっている。この合流部分は、前記
第１排気管４１又は第２排気枝管４２の断面積よりも大
きな断面積を有する断面積拡大部４４を構成している。
このため、右バンク６内の気筒＃１，＃３，＃５でのブ
ローダウンによる圧力波は、排気マニホルド３９、第２
排気枝管４２を順に伝わり、断面積拡大部４４に至ると
同部で反転され、負圧波となって前記気筒＃１，＃３，
＃５へ向けて伝播してゆく。同様に、左バンク５内の気
筒＃２，＃４，＃６でのブローダウンによる圧力波は、
排気マニホルド３８、第１排気枝管４１を順に伝わり、
断面積拡大部４４に至ると同部で反転され、負圧波とな
って前記気筒＃２，＃４，＃６へ向けて伝播してゆく。

【００４５】前記第１排気枝管４１と第２排気枝管４２
とは、その中間部分で連通管４５によって相互に連通さ
れている。連通管４５内の連通路の断面積は、第１排気
枝管４１及び第２排気枝管４２の各断面積とほぼ同一で
ある。連通管４５内には、その連通路を開閉する排気制
御弁４６が回動可能に設けられている。排気制御弁４６
が開弁されると、第１排気枝管４１は連通管４５を介し
て第２排気枝管４２にも連通されるため、第１排気枝管
４１の断面積は連通管４５との接続部分で実質的にほぼ
２倍となり、断面積が急激に拡大されることとなる。こ
れは、第２排気枝管４２についても同様である。

【００４６】従って、排気制御弁４６が開弁されると、
第１排気枝管４１と連通管４５との接続部分、及び第２
排気枝管４２と連通管４５との接続部分においてブロー
ダウンによる圧力波の向きが反転され負圧波となる。こ
の場合の排気脈動のエネルギーの大部分は連通管４５部
分で反転されるため、前記断面積拡大部４４で反転され
た負圧波は非常に小さくなり、実質的な影響を及ぼさな
い。

【００４７】そして、本実施例では、今回爆発する気筒
でのブローダウンに基づく負圧波又は次回爆発する気筒
でのブローダウンに基づく負圧波がバルブオーバーラッ
プ時において、今回爆発する気筒の排気バルブ２５まで
到達するように、前記断面積拡大部４４から気筒＃１〜
＃６の各排気バルブ２５（図３参照）までの長さＬ、及
び排気枝管４１，４２と連通管４５との接続部分から各
排気バルブ２５までの長さＬを、次式に基づいて設定し
ている。

【００４８】 ｔ＝（１８０／３６０）・｛１／（Ｎ／６０）｝＝２Ｌ
／ｖ ここで、ｔは所定気筒でのブローダウン発生からバルブ
オーバーラップまでに要する時間である。また、３６０
はクランクシャフト３の１回転に要するクランク角であ
り、１８０は所定気筒でのブローダウン発生からバルブ
オーバーラップまでのクランク角である。Ｎはエンジン
回転数であり、１／（Ｎ／６０）はクランクシャフト３
が１回転するのに要する時間である。さらに、２Ｌはブ
ローダウンによる圧力波及び負圧波の伝播経路の長さで
あり、ｖは音速である。

【００４９】本実施例では上記式より、前記回転数セン
サ７１によるエンジン回転数ＮＥが予め定めた第１の回
転数α（例えば４４００ｒｐｍ）以上のとき、及びその
第１の回転数αよりも低い第２の回転数β（例えば２０
００ｒｐｍ）以下のときには、前記圧力波及び負圧波の
伝播経路の長さ２Ｌを所定長さ（約１．８ｍ）に設定
し、前記エンジン回転数ＮＥが前記第２の回転数βより
も高くかつ前記第１の回転数αよりも低いとき（２００
０ｒｐｍ＜ＮＥ＜４４００ｒｐｍ）には、前記伝播経路
の長さ２Ｌを前記所定長さよりも長く（約４．２ｍ）設
定している。

【００５０】前記第１排気枝管４１及び第２排気枝管４
２において、各排気マニホルド３８，３９の近傍には触
媒コンバータ４７，４８が設けられている。さらに、両
排気枝管４１，４２において連通管４５と断面積拡大部
４４との間にも触媒コンバータ４９，５０が設けられて
いる。これらの触媒コンバータ４７〜５０は、燃焼ガス
中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び酸化窒
素（ＮＯｘ）を触媒の作用によって浄化させるためのも
のである。

【００５１】図２で示すように、前記回転数センサ７１
及び絶対圧センサ７２は電子制御装置（以下、単に「Ｅ
ＣＵ」という）７３の入力側に電気的に接続されてい
る。また、前記両可変バルブタイミング機構５１，５２
の油圧制御弁６３及び連通管４５内の排気制御弁４６
は、ＥＣＵ７３の出力側に電気的に接続されている。

【００５２】ＥＣＵ７３は、タイミング制御手段及び開
閉制御手段としての中央処理装置（以下ＣＰＵという）
７４と、読み出し専用メモリ（以下ＲＯＭという) ７５
と、ランダムアクセスメモリ（以下ＲＡＭという）７６
と、入力ポート７７と、出力ポート７８とを備え、これ
らは互いにバス７９によって接続されている。ＣＰＵ７
４は、予め設定された制御プログラムに従って各種演算
処理を実行し、ＲＯＭ７５はＣＰＵ７４で演算処理を実
行するために必要な制御プログラムや初期データを予め
記憶している。また、ＲＡＭ７６はＣＰＵ７４の演算結
果を一時記憶する。

【００５３】前記回転数センサ７１からの信号は入力ポ
ート７７に入力される。また、絶対圧センサ７２からの
信号はＡ／Ｄ変換器８１を介して入力ポート７７に入力
される。そして、ＣＰＵ７４はこれらの信号によりエン
ジン回転数ＮＥ及び絶対圧Ｐを検知する。一方、ＣＰＵ
７４は出力ポート７８及び駆動回路８２を介して油圧制
御弁６３を開閉制御し、出力ポート７８及び駆動回路８
３を介して排気制御弁４６を開閉制御する。

【００５４】次に、前記のように構成された本実施例の
作用を図８及び図７を参照して説明する。図８はＣＰＵ
７４によって実行される各処理のうち、油圧制御弁６３
及び排気制御弁４６を開閉制御するためのフローチャー
トであり、所定時間毎の割り込みで実行される。また、
図７は、エンジン回転数ＮＥと絶対圧Ｐとの関係におい
て、可変バルブタイミング機構５１，５２による吸気バ
ルブ２３の通常タイミング領域及び早期タイミング領域
と、排気制御弁４６の開弁領域及び閉弁領域とを示す図
である。

【００５５】処理が図８の処理ルーチンへ移行すると、
ＣＰＵ７４はまずステップ１０１で絶対圧センサ７２に
よる絶対圧Ｐを読み込み、この絶対圧Ｐが予め定めた圧
力ＰＨ以上であるか否かを判定する。また、ＣＰＵ７４
はステップ１０２で回転数センサ７１によるエンジン回
転数ＮＥを読み込み、このエンジン回転数ＮＥが第３の
回転数γ（例えば６４００ｒｐｍ）以下であるか否かを
判定する。前記ステップ１０１で絶対圧Ｐが圧力ＰＨよ
りも低い（Ｐ＜ＰＨ）場合、又はステップ１０２でエン
ジン回転数ＮＥが第３の回転数γよりも高い（ＮＥ＞
γ）場合、ＣＰＵ７４はステップ１０３へ移行し、出力
ポート７８及び駆動回路８２を介して油圧制御弁６３を
閉じるための駆動信号を出力する。すると、オイル通路
５８，５９がオイル戻し通路６５に連通され、圧力室５
７内の加圧オイルがオイル戻し通路６５を介してオイル
パンに戻される。これにより、リングギヤ５６が圧縮コ
イルばね６２の付勢力によって環状空間５５の後端に位
置し、吸気バルブ２３の開・閉弁時期が「通常タイミン
グ」になる。

【００５６】また、ＣＰＵ７４は出力ポート７８及び駆
動回路８３を介して排気制御弁４６を開くための駆動信
号を出力し、このルーチンを一旦終了する。これにより
排気制御弁４６が開弁すると、各気筒における爆発・排
気行程でのブローダウンにより発生し、排気マニホルド
３８，３９、排気枝管４１，４２を伝播する圧力波が、
連通管４５部分で反転されて負圧波となる。そして、こ
の負圧波はバルブオーバーラップ時に排気バルブ２５ま
で到達する。

【００５７】前記ステップ１０１において絶対圧Ｐが圧
力ＰＨ以上（Ｐ≧ＰＨ）であり、ステップ１０２におい
てエンジン回転数ＮＥが第３の回転数γ以下（ＮＥ≦
γ）の場合、ＣＰＵ７４はステップ１０４へ移行する。
ステップ１０４でＣＰＵ７４は出力ポート７８及び駆動
回路８２を介して油圧制御弁６３を開くための駆動信号
を出力する。すると、オイル通路５８，５９がオイル供
給通路６４に連通され、加圧されたオイルが圧力室５７
内に供給される。これにより、リングギヤ５６が圧縮コ
イルばね６２の付勢力に抗して前方へ移動し、吸気バル
ブ２３の開・閉弁時期が「早期タイミング」になって、
「通常タイミング」よりもバルブオーバーラップが拡大
する。

【００５８】次に、ＣＰＵ７４はステップ１０５でエン
ジン回転数ＮＥが第１の回転数α（この場合４４００ｒ
ｐｍ）よりも低いか否かを判定し、さらにステップ１０
６でエンジン回転数ＮＥが第２の回転数β（この場合２
０００ｒｐｍ）よりも高いか否かを判定する。両判定に
より、そのときのエンジン回転数ＮＥが第２の回転数β
よりも高く第１の回転数αよりも低い（β＜ＮＥ＜α）
と、ＣＰＵ７４はステップ１０７で出力ポート７８及び
駆動回路８３を介して排気制御弁４６を閉じるための駆
動信号を出力し、このルーチンを一旦終了する。これに
より排気制御弁４６が閉弁すると、各気筒における爆発
・排気行程でのブローダウンにより発生し、排気マニホ
ルド３８，３９、排気枝管４１，４２を伝播する圧力波
が連通管４５部分で反転されず断面積拡大部４４で反転
されることになる。従って、このときの伝播経路の長さ
２Ｌは約４．２ｍとなる。

【００５９】一方、前記ステップ１０５及びステップ１
０６での判定により、エンジン回転数ＮＥが第１の回転
数α以上（ＮＥ≧α）の場合、及び同エンジン回転数Ｎ
Ｅが第２の回転数β以下（ＮＥ≦β）の場合、ＣＰＵ７
４はステップ１０８で出力ポート７８及び駆動回路８３
を介して排気制御弁４６を開くための駆動信号を出力
し、このルーチンを一旦終了する。これにより排気制御
弁４６が開弁すると、各気筒における爆発・排気行程で
のブローダウンにより発生し、排気マニホルド３８，３
９、排気枝管４１，４２を伝播する圧力波が、連通管４
５部分で反転されることになる。従って、このときの伝
播経路の長さ２Ｌは約１．８ｍとなる。

【００６０】そして、前記のように断面積拡大部４４又
は連通管４５で向きが反転された負圧波は、各気筒＃１
〜＃６でのバルブオーバーラップ時に排気バルブ２５ま
で到達し、同気筒＃１〜＃６の燃焼室１９内の燃焼ガス
を排気通路Ｃ側へ吸い出そうとする。このため、吸気ポ
ート２１から各気筒＃１〜＃６内に流入する新気の量が
増大する。その結果、各気筒＃１〜＃６の吸気効率が向
上し、ひいてはエンジン１全体の出力が向上する。ま
た、吸気ポート２１から各気筒＃１〜＃６内に流入する
新気の掃気作用によって燃焼室１９内のガス温度が低下
するため、ノッキングの発生を抑制することもできる。

【００６１】図９及び図１０は、第４気筒＃４の排気ポ
ート２４での排気圧力とクランク角との関係をエンジン
回転数ＮＥ毎に測定した結果を示すグラフである。この
うち、図９は伝播経路の長さ２Ｌが一定の場合を示し、
図１０はエンジン回転数ＮＥに応じて排気制御弁４６を
開弁又は閉弁させて伝播経路の長さ２Ｌを切替えた場合
を示している。これらの図では、排気ポート２４での排
気圧力の目盛りが、エンジン回転数ＮＥで８００ｒｐｍ
の場合のみ示され、他のエンジン回転数ＮＥに関しては
省略されている。

【００６２】図９において、エンジン回転数ＮＥが例え
ば８００ｒｐｍのときの排気ポート２４での排気圧力を
見ると、第３気筒＃３でのブローダウンによる圧力波Ｐ
３、第４気筒＃４でのブローダウンによる圧力波Ｐ４、
第５気筒＃５でのブローダウンによる圧力波Ｐ５、第６
気筒＃でのブローダウンによる圧力波Ｐ６、第１気筒＃
１でのブローダウンによる圧力波Ｐ１、第２気筒＃２で
のブローダウンによる圧力波Ｐ２が所定間隔毎に発生し
ている。そして、エンジン回転数ＮＥのほぼ全域にわた
って、第４気筒＃４のバルブオーバーラップ時におい
て、その第４気筒＃４の排気ポート２４の排気圧力が正
圧又はほぼ零になっていることがわかる。従って、伝播
経路の長さ２Ｌが一定の場合（図９）では、負圧波によ
る吸気効率の向上は望めない。これに対し、伝播経路の
長さ２Ｌを切替えた場合（図１０）において、エンジン
回転数ＮＥが８００ｒｐｍ及び１２００ｒｐｍについて
見ると、第５気筒＃５でのブローダウンによる圧力波Ｐ
５の向きが反転したと思われる負圧波（図１０の斜線部
分）が、第４気筒＃４でのバルブオーバーラップに同期
していることがわかる。さらに、エンジン回転数ＮＥが
２０００ｒｐｍの場合には、第４気筒＃４でのブローダ
ウンによる二次の負圧波が第４気筒＃４でのバルブオー
バーラップに同期している。

【００６３】また、エンジン回転数ＮＥが２４００ｒｐ
ｍの場合には、排気制御弁４６を閉じ、伝播経路の長さ
２Ｌが約４．２ｍと長くなるため、第４気筒＃４でのブ
ローダウンによる一次の負圧波がバルブオーバーラップ
に同期している。

【００６４】さらに、エンジン回転数ＮＥが４４００ｒ
ｐｍ以上の場合には、排気制御弁４６が再び開かれ、伝
播経路の長さ２Ｌが１．８ｍのとき発生する第４気筒＃
４でのブローダウンによる一次の負圧波が、第４気筒＃
４でのバルブオーバーラップに同期する。

【００６５】また、図１１にはエンジン回転数とトルク
との関係を示す。同図において実線は前記のように吸気
バルブ２３の開・閉弁時期及び伝播経路の長さ２Ｌを可
変とした本実施例を示し、破線は吸気バルブ２３の開・
閉弁時期を一定にし、かつ伝播経路の長さ２Ｌを一定に
した比較例を示している。この図から、本実施例では広
範囲のエンジン回転数域にわたって比較例よりも出力ト
ルクが上昇していることがわかる。

【００６６】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば以下のように発明の趣旨から
逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。 （１）前記実施例では、可変バルブタイミング機構５
１，５２として、通常タイミングと早期タイミングとの
２つのタイミングを切替え制御するタイプを用いたが、
これに代えて吸気バルブ２３の開・閉弁時期を連続的に
調節することが可能なタイプを用いてもよい。 （２）本発明の６気筒内燃機関の制御装置は、Ｖ型６気
筒エンジン１以外にも直列６気筒エンジンに適用するこ
ともできる。 （３）前記実施例では可変バルブタイミング機構５１，
５２におけるリングギヤ５６の内外周にヘリカル歯５６
ａ，５６ｂを形成したが、いずれか一方のみをヘリカル
歯としてもよい。 （４）前記実施例の可変バルブタイミング機構５１，５
２では吸気バルブ２３のみの開・閉弁時期を制御するよ
うにしたが、排気バルブ２５のみの開・閉弁時期を制御
したり、吸気バルブ２３及び排気バルブ２５の両方の開
・閉弁時期を制御したりしてもよい。 （５）前記実施例では、連通管４５及び排気制御弁４６
をそれぞれ１つだけ設けているが、これを複数設けても
よい。 （６）前記実施例では第１排気枝管４１及び第２排気枝
管４２を合流させて、その合流部分を断面積拡大部４４
としているが、両排気枝管４１，４２を合流させること
なく各々に断面積拡大部４４を設けてもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、今
回爆発する気筒のバルブオーバーラップ時において、今
回爆発する気筒でのブローダウンによる負圧波又は次回
爆発する気筒でのブローダウンによる負圧波を、その今
回爆発する気筒の排気バルブまで到達させるようにした
ので、広範囲の回転数域にわたり、吸気効率及び機関出
力を向上させることが可能になるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を示す図である。

【図２】本発明を具体化した一実施例の６気筒内燃機関
の制御装置を示す概略構成図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線方向の断面図である。

【図４】可変バルブタイミング機構を示す拡大断面図で
ある。

【図５】（ａ）は通常タイミングでの吸気バルブ及び排
気バルブの開・閉弁時期を示す図であり、（ｂ）は早期
タイミングでの吸気バルブ及び排気バルブの開・閉弁時
期を示す図である。

【図６】クランク角とバルブリフト量との関係を示す図
である。

【図７】エンジン回転数と絶対圧との関係において、可
変バルブタイミング機構による吸気バルブの通常タイミ
ング領域及び早期タイミング領域と、排気制御弁の開弁
領域及び閉弁領域とを示す図である。

【図８】本実施例の作用を説明するためのフローチャー
トである。

【図９】排気制御弁を用いない場合のクランク角と、第
４気筒の排気ポートでの排気圧力との関係をエンジン回
転数毎に測定した結果を示すグラフである。

【図１０】排気制御弁を用いた場合のクランク角と、第
４気筒の排気ポートでの排気圧力との関係をエンジン回
転数毎に測定した結果を示すグラフである。

【図１１】エンジン回転数とトルクとの関係を示すグラ
フである。

【図１２】従来技術を示す４気筒内燃機関及び排気系の
概略構成図である。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、１９…燃焼室、２３…
吸気バルブ、２５…排気バルブ、４４…断面積拡大部、
４５…連通路を構成する連通管、４６…排気制御弁、５
１，５２…可変バルブタイミング機構、７１…運転状態
検出手段の一部及び回転数検出手段を構成する回転数セ
ンサ、７２…運転状態検出手段の一部を構成する絶対圧
センサ、７４…タイミング制御手段及び開閉制御手段を
構成するＣＰＵ、＃１…第１気筒、＃２…第２気筒、＃
３…第３気筒、＃４…第４気筒、＃５…第５気筒、＃６
…第６気筒、Ｂ…吸気通路、Ｃ…排気通路、Ｌ…伝播経
路の長さ、α…第１の回転数、β…第２の回転数

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ６つの気筒を有する内燃機関に設けら
   れ、同内燃機関の燃焼室への吸気通路を開閉する吸気バ
   ルブ、及び燃焼室からの２つの排気通路を開閉する排気
   バルブのうち少なくともいずれか一方のバルブのバルブ
   タイミングを調整するための可変バルブタイミング機構
   と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 前記運転状態検出手段による内燃機関の運転状態に応じ
   て前記バルブの目標バルブオーバーラップを算出し、実
   際のバルブオーバーラップがその目標バルブオーバーラ
   ップとなるように前記可変バルブタイミング機構を制御
   するタイミング制御手段と、 前記排気通路に設けられ、前記各気筒における爆発・排
   気行程でのブローダウンにより発生し、かつ前記排気通
   路内を伝播する圧力波の向きを反転させて前記気筒の排
   気バルブへ向かう負圧波とするための断面積拡大部と、 前記断面積拡大部よりも上流側において両排気通路間を
   連通させる連通路に開閉可能に設けられ、その開閉動作
   にて同連通路での前記圧力波の向きの反転を許容又は阻
   止するための排気制御弁と、 前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段
   と、 今回爆発する気筒でのブローダウンに基づく負圧波又は
   次回爆発する気筒でのブローダウンに基づく負圧波を、
   前記可変バルブタイミング機構によるバルブオーバーラ
   ップ時において、今回爆発する気筒の排気バルブまで到
   達させるべく、前記回転数検出手段による機関回転数が
   予め定めた第１の回転数以上のとき、及びその第１の回
   転数よりも低い第２の回転数以下のときには、前記排気
   制御弁を開弁させることにより、前記圧力波及び負圧波
   の伝播経路の長さを所定長さとし、前記回転数検出手段
   による機関回転数が前記第２の回転数よりも高くかつ前
   記第１の回転数よりも低いときには、前記排気制御弁を
   閉弁させることにより、前記伝播経路の長さを前記所定
   長さよりも長くする開閉制御手段とを備えたことを特徴
   とする６気筒内燃機関の制御装置。