JP3347950B2 - 排気バルブのタイミング制御装置 - Google Patents

排気バルブのタイミング制御装置

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JP3347950B2 JP22683196A JP22683196A JP3347950B2 JP 3347950 B2 JP3347950 B2 JP 3347950B2 JP 22683196 A JP22683196 A JP 22683196A JP 22683196 A JP22683196 A JP 22683196A JP 3347950 B2 JP3347950 B2 JP 3347950B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は排気バルブのタイミ
ング制御装置に関し、特に、排気バルブの開タイミング
を制御することによって、機関の排気系に設けられる酸
素センサや触媒の活性を促進させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関において、低温始動直後の排気
ガスの浄化を図るためには、排気を浄化する触媒や空燃
比フィードバック制御に用いる酸素センサなどの排気系
に設けられる部品を、始動後早期に活性化させる必要が
あり、従来、早期活性を図る方法として以下のＡ〜Ｃに
示すような方法があった。
【０００３】Ａ：低温始動後に所定期間だけ点火時期を
遅角補正することで、後燃えを発生させ、その排気熱を
利用して触媒等の早期活性を図る方法。 Ｂ：低温始動後に、混合気の空燃比をリッチ化させる一
方、触媒などの上流側の排気系にエアポンプによって空
気を強制的に送り込み、排気系における燃焼熱で触媒等
の早期活性を図る方法。
【０００４】Ｃ：触媒に大容量のヒータを内蔵させ、低
温始動後に前記ヒータに通電して強制的に触媒を加熱す
る方法。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法Ａでは、排気温度を充分に上昇させるために
は、極端な遅角補正が必要となり、運転性及び燃費性能
が悪化してしまうという問題があった。また、方法Ｂ場
合、エアーポンプや排気系に対する空気の送り込みを制
御するバルブ等のハードウェアを設置することが必要と
なり、コストが増大するという問題があった。
【０００６】更に、方法Ｃの場合、ヒータ等の設置にコ
ストがかかると共に、大容量ヒータへの通電を可能とす
るために機関の充電系の改良などが必要となり、コスト
高となってしまうという問題があった。本発明は上記問
題点に鑑みなされたものであり、運転性や燃費性能を悪
化させることがなく、然も、大幅なコストアップを招く
ことなく、触媒等の早期活性を図れる装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、図１に示すように構成される。図１において、
可変バルブタイミング手段は、排気バルブの開閉タイミ
ングを変化させる手段であり、機関温度検出手段は機関
の温度を検出し、機関回転速度検出手段は機関の回転速
度を検出し、スタータ検出手段はスタータスイッチのＯ
Ｎ・ＯＦＦを検出する。そして、開タイミング進角手段
は、前記スタータスイッチＯＮ時の機関温度が所定温度
以下であったときに、機関の回転速度が所定回転速度以
上なってから所定時間が経過した時点から、前記スター
タスイッチＯＮ時の機関温度に応じた所定時間が経過す
るまでの間において、機関が低負荷運転状態であるとき
にのみ、排気バルブの開タイミングを、機関の運転条件
に応じて可変に設定される所定角度だけ進角させるべく
前記可変バルブタイミング手段を制御する。かかる構成
によると、スタータスイッチＯＮ時の機関温度が所定温
度以下であったときには、機関回転速度が所定速度以上
になってから所定時間が経過した時点を補正の開始時期
とする一方、該開始時期からスタータスイッチＯＮ時の
機関温度に応じた所定時間が経過した時点を補正の終期
とし、前記補正期間において機関が低負荷運転状態であ
れば、排気バルブの開タイミングを、機関の運転条件に
応じて可変に設定される所定角度だけ進角させる。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】請求項２記載の発明では、前記開タイミン
グ進角手段が、機関の運転条件として機関の負荷と機関
回転速度とに応じて、排気バルブの開タイミングを進角
させる所定角度を可変に設定する構成とした。かかる構
成によると、排気バルブの開タイミングを進角させると
きの機関の負荷及び回転速度によって異なる進角角度が
設定され、該進角角度に従って排気バルブの開タイミン
グが進角される。
【００１４】
【００１５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、低温始動
時に、排気バルブの開タイミングを進角させることで、
シリンダ内の燃焼熱を排気系に積極的に排出させ、前記
燃焼熱によって排気系に設けられる触媒等を早期に活性
化させることができる一方、始動直後の不安定状態で、
排気バルブの開タイミングが進角され、機関の安定性が
損なわれることを回避でき、更に、機関が高負荷運転さ
れて十分な排気熱が確保できる状態において、排気バル
ブの開タイミングが無用に進角されることを回避でき、
更に、触媒等の温度に応じた時間だけ、排気バルブの開
タイミングを進角させることができ、触媒等を活性化さ
せるのに必要充分な時間だけ、排気バルブの開タイミン
グを進角させることができるという効果があると共に、
機関の運転状態毎に適切な進角制御を実行させて、運転
性を悪化させることなく、触媒等の早期活性を最大限に
促進させることができるという効果がある。
【００１６】
【００１７】
【００１８】請求項２記載の発明によると、機関の負荷
と機関回転速度とによって異なる適正な進角制御を実行
させて、運転性を悪化させることなく、触媒等の早期活
性を最大限に図れるという効果がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図２に示す内燃機関１は、吸気側カムシャフト２
と排気側カムシャフト３とをそれぞれ独立に備えてお
り、各カムシャフト２，３の端部に取付けられたカムプ
ーリー４，５には、クランクプーリ６に巻回されるタイ
ミングベルト７が噛み合い、クランクシャフト８の回転
に同期して各カムシャフト２，３が回転駆動されるよう
になっている。
【００２０】前記排気側カムシャフト３には、排気バル
ブ９の開閉タイミングを変更し得る可変バルブタイミン
グ機構10（可変バルブタイミング手段）が設けられてい
る。前記可変バルブタイミング機構10は、クランクシャ
フト８と排気側カムシャフト３との位相を制御すること
で、排気バルブ９の開閉タイミングを変化させるもので
あり、具体的には、図３に示すように構成されている。
【００２１】図３において、プランジャ11は、ヘリカル
ギヤ12を介して排気側カムプーリー５及び排気側カムシ
ャフト３と噛み合っており、オイルポンプ13から供給さ
れる作動油の油圧によってプランジャ11が軸方向に移動
すると、排気側カムプーリー５がタイミングベルト７を
介して固定されているから、排気側カムシャフト３がプ
ランジャ11と共に回転し、排気側カムプーリー５と排気
側カムシャフト３との周方向の相対位置が変化する。こ
れにより、クランクシャフト８に対する排気側カムシャ
フト３の位相が変化し、以て、作動角を一定として排気
バルブ９の開閉タイミングがシフトするようになってい
る。
【００２２】前記プランジャ11に対する作動油の供給
は、ソレノイドバルブ14によって制御されるようになっ
ており、ソレノイドバルブ14によって作動油の供給位置
及びドレーン位置を切り換えることで、前記プランジャ
11を軸方向に往復動させることができるようになってい
る。前記ソレノイドバルブ14を制御するコントロールユ
ニット20には、クランク角センサ21，排気側カム角セン
サ22，水温センサ23，エアフローメータ24，スタートス
イッチ25等からの信号が入力される。
【００２３】そして、クランク角センサ21からの検出信
号に基づいて機関回転速度Ｎｅを算出する一方（機関回
転速度検出手段）、該機関回転速度Ｎｅとエアフローメ
ータ24で検出される吸入空気流量Ｑとに基づいて機関の
負荷を示す値ＴＰを算出し、予め機関回転速度Ｎｅと機
関負荷ＴＰとに対応して排気バルブの開タイミングの目
標角度を記憶したマップを参照し、クランク角センサ2
1，排気側カム角センサ22からの検出信号に基づいて検
出される実際の開タイミングが前記目標角度になるよう
に、前記ソレノイドバルブ14をフィードバック制御す
る。
【００２４】また、特に、低温始動時には、排気系に設
けられる酸素センサや触媒の早期活性を図るべく、図４
のフローチャートに示すようにして、排気バルブの開タ
イミングを制御する。尚、開タイミング進角手段として
の機能は、前記図４のフローチャートに示すように、コ
ントロールユニット20がソフトウェア的に備えており、
また、スタータ検出手段としての機能は、前記スタート
スイッチ25と図４のフローチャートに示すコントロール
ユニット20のソフトウェア機能とによって実現される。
【００２５】図４のフローチャートにおいて、ステップ
１（図中ではＳ１と記してある。以下同様）では、スタ
ートスイッチ25のＯＮ・ＯＦＦを判別する。そして、ス
タートスイッチ25がＯＮであるクランキング時には、ス
テップ２へ進み、水温センサ23で検出される機関の冷却
水温度ＴＷが所定温度以下であるか否かを判別する。
【００２６】尚、冷却水温度ＴＷは機関の温度を代表す
るものであり、前記水温センサ23が機関温度検出手段に
相当する。水温ＴＷが所定温度以下であるとき、換言す
れば、排気系に設けられる酸素センサや触媒の温度が低
く非活性状態であると推定されるときには、ステップ３
へ進んで、フラグＦに１をセットし、次のステップ４で
は、タイマーＴＭＳＴをゼロリセットする。
【００２７】一方、水温ＴＷが所定温度を越えていると
きには、ステップ５へ進んで、前記フラグＦにφをセッ
トする。これにより、前記フラグＦは、排気系に設けら
れる触媒等を積極的に活性化させる制御が要求される低
温始動時に、１がセットされることになる。一方、ステ
ップ１でスタートスイッチ25がＯＦＦであると判別され
たときには、ステップ６へ進み、前記フラグＦの判別を
行い、フラグＦが１であるときにはのみステップ７以降
へ進む。
【００２８】ステップ６でフラグＦが１であって、低温
始動状態が判別されると、ステップ７へ進み、そのとき
の機関回転速度Ｎｅが所定回転速度以上であるか否かを
判別する。ここで、前記所定回転速度は、機関の完爆状
態を判別するための閾値であり、前記所定回転速度以上
になるまでは、ステップ７からステップ４へ進んで、前
記タイマーＴＭＳＴをゼロに保持させる（図５参照）。
【００２９】そして、機関回転速度Ｎｅが所定回転速度
以上になると、ステップ８へ進み、前記タイマーＴＭＳ
Ｔをカウントアップさせる。次のステップ９では、前記
タイマーＴＭＳＴが所定値(1) 以上になっているか否か
を判別することで、完爆後から所定時間が経過している
か否かを判別する（図５参照）。
【００３０】そして、前記タイマーＴＭＳＴが所定値
(1) 以上になるまでは、触媒等の早期活性を図る制御を
実行せずに、本ルーチンをそのまま終了させ、前記タイ
マーＴＭＳＴが所定値(1) 以上になると、ステップ10へ
進む。ステップ10では、前記タイマーＴＭＳＴが所定値
(2) （＞所定値(1))未満であるか否かを判別し（図５参
照）、前記タイマーＴＭＳＴが所定値(2) 未満であると
きには、ステップ11へ進む。
【００３１】ステップ11では、機関負荷ＴＰが所定値以
下である低負荷運転状態であるか否かを判別し、低負荷
運転状態であるときにのみ、ステップ12へ進む。ステッ
プ12では、触媒等の早期活性を図るべく、通常時よりも
進角側に設定される低温始動時用の目標角度マップか
ら、現在の機関負荷ＴＰと機関回転速度Ｎｅとに対応す
る目標角度ＴＧを検索する。
【００３２】そして、ステップ13では、前記ステップ12
で検索した目標角度ＴＧに基づいてソレノイド14をフィ
ードバック制御して、通常時よりも進角側に設定される
目標角度ＴＧに実際の排気バルブの開タイミングが一致
するようにする。尚、ステップ12，13に進まなかったと
きには、通常の目標角度に従って排気バルブの開タイミ
ングが制御されるものとする。
【００３３】排気バルブの開タイミングを進角させる
（早める）と、燃焼熱を排気系へより多く排出させるこ
とができ、これによって、排気系に設けられる酸素セン
サや触媒などの温度上昇を促進させて、早期活性を図れ
るものである（図６参照）。従って、可変バルブタイミ
ング機構10を備える機関であれば、ハードウェアを追加
することなく、触媒等の早期活性を図ることができ、然
も、点火時期を遅角させる場合に比べ、運転性に大きな
影響を与えることなく、活性を促進させることが可能で
ある。
【００３４】前記ステップ12で検索される低温始動時用
の目標角度に基づく制御は、完爆後所定時間(1) が経過
した時点を開始時期とし、完爆後所定時間(2) が経過し
た時点を終期として行なわれることになり（図５参
照）、かつ、前記期間内であっても、機関が高負荷運転
されると、その間は通常の開タイミングに戻すようにし
てある。
【００３５】機関の高負荷運転時には、必要充分な排気
熱を確保できるので、排気バルブの開タイミングを通常
よりも進角させる必要がなく、また、高負荷時にはトル
ク発生が要求されるから、開タイミングを無用に早める
ことは望ましくない。従って、低温始動時用の目標角度
に従って制御を行なう期間内であっても、機関が高負荷
運転されているときには、通常の制御に戻すようにして
ある。
【００３６】また、低温始動時用の目標角度に基づく制
御を、完爆後所定時間が経過していて機関が安定してい
ると推定されるときに行なわせることで、開タイミング
の進角によって機関の安定性が損なわれることを回避で
きる。前記所定値(2) は、スタートスイッチ25のＯＮ時
に検出された水温ＴＷに応じて可変に設定し、始動時の
水温ＴＷが低いときほど、低温始動時用の目標角度に基
づく制御をより長い時間行なわせるようにする。
【００３７】また、可変バルブタイミング機構を、図３
に示した構成のものに限定するものではなく、開タイミ
ングを変化させることができる機構であれば、同時にリ
フト量及び／又は作動角が変化するものであっても良
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明にかかる装置の基本構成ブ
ロック図。
【図２】実施形態における内燃機関のシステム構成図。
【図３】実施形態における可変バルブタイミング機構を
示す部分断面図。
【図４】触媒活性のためのバルブタイミング制御の様子
を示すフローチャート。
【図５】実施形態における開タイミングの進角補正を行
なう期間を示すタイムチャート。
【図６】排気バルブの開タイミングの進角補正と燃焼状
態との相関を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ 吸気側カムシャフト ３ 排気側カムシャフト ４，５ カムプーリー ６ クランクプーリー ７ タイミングベルト ８ クランクシャフト ９ 排気バルブ 10 可変バルブタイミング機構 11 プランジャ 12 ヘリカルギヤ 13 オイルポンプ 14 ソレノイドバルブ 20 コントロールユニット 21 クランク角センサ 22 排気側カム角センサ 23 水温センサ 24 エアフローメータ 25 スタートスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１０Ｑ (56)参考文献 特開 平８−135492（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−213125（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−83151（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−159428（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−158858（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−158897（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−250368（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−29452（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−96444（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 13/02 F01L 1/34 F01L 13/00 F02D 45/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気バルブの開閉タイミングを変化させる
    可変バルブタイミング手段と、 機関の温度を検出する機関温度検出手段と、 機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、 スタータスイッチのＯＮ・ＯＦＦを検出するスタータ検
    出手段と、 前記スタータスイッチＯＮ時の機関温度が所定温度以下
    であったときに、機関の回転速度が所定回転速度以上な
    ってから所定時間が経過した時点から、前記スタータス
    イッチＯＮ時の機関温度に応じた所定時間が経過するま
    での間において、機関が低負荷運転状態であるときにの
    み、排気バルブの開タイミングを、機関の運転条件に応
    じて可変に設定される所定角度だけ進角させるべく前記
    可変バルブタイミング手段を制御する開タイミング進角
    手段と、 を設けたことを特徴とする排気バルブのタイミング制御
    装置。
  2. 【請求項２】前記開タイミング進角手段が、機関の運転
    条件として機関の負荷と機関回転速度とに応じて、排気
    バルブの開タイミングを進角させる所定角度を可変に設
    定することを特徴とする請求項１記載の排気バルブのタ
    イミング制御装置。
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