JP3711566B2 - エンジンのバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【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・排気弁の開閉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の作動時において吸・排気弁の開閉時期相対位相を切換える運転点を、スワール調節機構の非作動時において吸・排気弁の開閉時期相対位相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１１が設置され、燃焼室６には混合気に点火する点火栓１９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）１７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１７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２６，２７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５４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１８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Ｔｗ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２８００ｒｐｍ）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３０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１２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１１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１９に進んでエンジン回転数ＮがＮＯ（Ｔｐ）の最小値ＮＯ′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)

1. 吸・排気弁の開閉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時において吸・排気弁の開閉時期相対位相を切換える運転点を、スワール調節機構の非作動時において吸・排気弁の開閉時期相対位相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・排気弁の開閉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. 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。

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