JPH01155026A - 過給機付エンジンのバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、過給機付エンジンにおいて実質的な吸気ポー
ト閉時期を運転状態に応じて変化させるようにしたバル
ブタイミング制御装置に関するものである。

（従来技術） 従来から、遵給機によって吸気を過給するようにしたエ
ンジンは一般に知られている〈例えば実開昭５６−１７
１６３０号公報参照）。このような過給機付エンジンで
は、圧縮圧が上野し過ぎるとノッキングが発生し易くな
るため、通常、圧縮比を低めに設定している。また、過
給圧の上昇によって排気温度が上がり過ぎると排気通路
中の触媒等が劣化し易くなるので、高速高負荷等の排気
温度が高くなり易い領域では、燃料をリッチにすること
により排気温度を引下げるようにしている。

ところが、この従来の過給機付エンジンによると、圧縮
比が低く設定されていることによって軽負荷時の燃焼性
とくにアイドル安定性が悪くなり、また燃料のリッチ化
等により高速高負荷時等の燃費が悪化する。

このような問題の対策としては、エンジンの幾何学的圧
縮比を高く設定しておく一方、吸気ポートの閉時期を遅
らせることで有効圧縮比を下げるようにすることが考え
られ、さらにこの場合に低回転域でのエンジン性能の改
善を図るものとして、先願の特願昭６２〜１０４９５９
号に、開時期が異なる２つの吸気ポートを用いて実質的
な吸気ポート閉時期（吸気終期）を運転状態に応じて調
節できるようにした装置を提案している。つまり、エン
ジンの幾何学的圧縮比を通常の過給機付エンジンより高
くしても、吸気ポート閉時期を遅らせれば、吹き返しに
より有効圧縮比は下がるのでノッキングの発生は抑えら
れ、また幾何学的圧縮比に対応して膨張比は大きくなる
ため断熱膨張により排気温度が引モげられ、高速高負荷
域等において燃料をリッチにしなくても温度上背を抑制
することができ、燃費が改善される。また、低、中負荷
域では吸気Ｒ閉じによりボンピングロスが低減されるの
で燃費が改善される。ただし、吸気遅閉じとした場合、
低速（ないし中速）の高負荷時に、吹き返しにより充填
効率が低下してトルクが落ち、また、アイドル等の低速
軽負荷時には吹き返しにより燃焼性が悪化し易くなる。

そこで上記先願の装置では、第１吸気ポートと、これよ
りも閉時期の遅い第２吸気ポートと、第２吸気ポートに
連通する吸気通路に設けられたシャッター弁からなる吸
気規制手段（遮断手段）とを備えるとともに、上記吸気
規制手段を制御する制御手段により、低速軽負荷時およ
び低速高負荷時には第２吸気ポートへの吸気を遮断する
方向（第２吸気ポートによる吸気遅閉じを解除する方向
）に、また低速中負荷時や高速時等には第２吸気ポート
への吸気供給により吸気遅閉じを利かせる方向に、上記
吸気規制手段を制御している。

ところでこの装置による場合、第２吸気ポートへの吸気
を完全に遮断するときには、上記吸気通路のシャッター
弁を全開とするが、このようにしても第２吸気ポートに
設けられた吸気弁はエンジンの作動に同期して開閉作動
するので、シャッター弁と吸気弁との間の通路が燃焼室
に対してデッドポリ１−ムとなる。そして、このデッド
ボリュームにより、この部分への混合気の吹き返し、体
積効率の低下、残留ガスの滞留が生じ、シャッター弁が
閉じられる領域での出力性能や燃焼安定性の向上に対す
る妨げとなっていた。

（発明の目的） 本発明は上記の事情に鑑み、開時期を遅らせた第２吸気
ポートへの吸気を運転状態に応じて規制覆ることにより
燃費性能の改善ならびに低速域でのエンジン性能の向上
を図るとともに、とくに第２吸気ポートへの吸気が遮断
される領域での出力性能、燃焼安定性をより一層向上す
ることができる過給機付エンジンのバルブタイミング制
ｍ＋装置を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、過給機を備えたエンジンにおいて、第１吸気
弁により開閉される第１吸気ポートと、第２吸気弁によ
り開閉されてその閉時期が上記第１吸気ボーｈの開時期
よりも遅く設定された第２吸気ポートと、この第２吸気
ポートに連通する吸見通路に設けられて第２吸気ポート
への吸気を遮断可能とする吸気規制手段と、低速軽負荷
時および低速高負荷時に上記第２吸気ポートへの吸気を
遮断する方向に上記吸気規制手段を制御する制御手段と
、上記第２吸気ポートへの吸気が完全に遮断されるとき
に上記第２吸気弁の作動を停止させる弁停止手段とを備
えたものである。

この構成によると、予め幾何学的圧縮比が大きくされた
過給機付エンジンにおいて、ノッキングの抑制および排
気温度の引下げが要求される領域やボンピングロスの低
減を図ろうとする領域では、上記第２吸気ポートによる
吸気遅閉じが利かされて有効圧縮比が適度に下げられる
一方、吸気遅閉じによると出力性能や燃焼安定性が悪化
するような領域では第２吸気ポートへの吸気を遮断して
遅閉じを解除する方向の制御が行なわれる。そしてとく
に、第２吸気ポートへの吸気が完全に遮断されるとぎに
、上記第２吸気弁が停止されることにより、燃焼室に対
してデッドボリュームが生じることが避けられる。

−〇　− （実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例についての過給機付エンジン
全体の概略構造を示す。この図において、１はエンジン
、２はエンジン１の各気筒であり、エンジン１の幾何学
的圧縮比は予め高く設定され、例えば８，５以上の高圧
縮比に設定されている。

上記各気筒２にはそれぞれ、第１吸気弁３により開閉さ
れる第１吸気ポート４と、第２吸気弁５により開閉され
る第２吸気ポート６と、排気弁７により開閉される排気
ポート８とが設けられており、上記各吸気ポート４，６
には吸気通路９が接続され、排気ボー１−８には排気通
路１０が接続されている。また、１１は過給機であって
、図に示す実施例では、排気通路１０に設けられたター
ビン１２と吸気通路９に設けられてタービン１２に連結
された」ンプレッサ１３とを有するターボ過給機が用い
られている。１４は排気通路１０のタービン１２をバイ
パスするウェストゲート通路、１５はウェストゲート通
路１４に設けられたウェストゲートバルブ、１６は過給
圧に応じてウェストゲートバルブ１５を開閉作動するア
クチュエータであり、これらにより最高過給圧が調整さ
れている。

上記吸気通路９は、ターボ過給機１１のコンプレッサ１
３、インタクーラ１７およびスロットル弁１８等が配設
された共通吸気通路１つと、そのスロットル弁下流に形
成されたサージタンク２０と、サージタンク２０から各
気筒別に分岐した分岐通路部分とを有し、その各分岐通
路部分には、Ｆ２第１吸気ポート４に連通する第１吸気
通路２１と第２吸気ポート６に連通する第２吸気通路２
２とが形成されている。また、各分岐通路部分に燃料噴
射弁２３が設けられている。

上記第２吸気ポート６に連通する第２吸気通路２２には
、吸気規制手段としてのシャッター弁２４が設けられて
いる。このシャッター弁２４はダイヤフラム式のアクチ
ュエータ２５に連結されており、このアクチュエータ２
５は三方ソレノイドバルブ２６を介してバキュームタン
ク２７に接続され、バキュームタンク２７はチエツクバ
ルブ２８を介してサージタンク２０に接続されている。

そして、上記三方ソレノイドバルブ２６がＯＦＦのとき
はシャッター弁２４が開状態となり、三方ソレノイドバ
ルブがＯＮとなって負圧がアクチュエータ２５に導入さ
れたときはシャッター弁２４が閉じられるようになって
いる。

上記三方ソレノイドバルブ２６へは、制御手段としての
コントロールユニット３０から制御信号が出力されてい
る。このコン１〜ロールユニツト３０は、エンジン回転
数を検出する回転数センサ３１と、スロットル弁１８下
流の吸気通路内圧力を検出する圧力センサ３２と、スロ
ットル弁３３の開度を検出するスロワ１−ル開度センサ
３３とからの各検出信号を受け、これらの検出信号に基
づいて調べられる運転状態に応じた制御信号を上記三方
ソレノイドバルブ２６に出力することにより、シャッタ
ー弁２４の開閉を制御している。

また、上記第２吸気弁５に対しては後に詳述する弁停止
手段３５が設けられている。そして、シャッター弁２４
が全開とされて第２吸気ポート６への吸気が遮断される
運転領域では、上記コントロールユニット３０から停止
手段３５に出力される信号に応じ、停止手段３５が第２
吸気弁５の作動を停止させるようになっている。

上記第１吸気弁３による第１吸気ポート４の開閉タイミ
ングおよび第２吸気弁５による第２吸気ポート６の開閉
タイミングは第２図に示すように設定され、つまり、第
１吸気弁３は通常のタイミングで作動するが、第２吸気
弁５は第１吸気弁３よりも遅く閉じるように開閉タイミ
ングが設定されている。従って、第２吸気ポート６側が
吸気供給状態（シャッター弁２４が開き、かつ第２吸気
弁５が作動している状態）とされれば吸気終期が第２吸
気弁５の閉時期まで遅らされる吸気遅閉し状態となり、
第２吸気ポート６側の吸気供給が停止されれば吸気遅閉
じが解除されて第１吸気弁３の閉時期が吸気終期となる
。

また、上記コントロールユニット３０においては、第１
吸気通路２１および第１吸気ポート４によるプライマリ
側（Ｐ側）のみから吸気が行なわれるように規制される
運転領域と、第２吸気通路２２および第２吸気ポート６
によるセカンダリ側（Ｓ側）からも吸気が行なわれる領
域とが、第３図のように設定されている。すなわち、低
速ないしは低・中速の高負荷域と、アイドル付近の低速
低負荷域とでは、Ｓ側の吸気を遮断してＰ側のみから吸
気を行ない、従ってこれらの領域では吸気遅閉じを解除
するようにし、それ以外の領域では、Ｐ側おＪ：びＳ側
の両方から吸気を行ない、吸気遅閉じを利かすようにし
ている。このように設定された領域は、マツプとしてコ
ントロールユニツ１−３０内に記憶されている。

第４図ないし第６図は動弁機構と第２吸気弁５に対する
弁停止手段３５の具体例を示している。

これらの図において、カムシャツｉ〜４０には第１吸気
弁用のカム４１と第２吸気弁用のカム４２とが配設され
、これらのカム４１．４２により、ロッカシャフト４３
に支承された第１吸気弁用および第２吸気弁用の各ロッ
カアーム４４．４５を介して第１吸気弁３および第２吸
気弁５がそれぞれ作動されるようになっている。上記各
カム４１゜４２は、前述の第２図に示した各吸気弁の開
閉特性が得られるようにそれぞれのカムノーズ４１ａ。

４２ａの形状、大きさが設定されている。

また、とくに第２吸気弁５に対してその停止を可能とす
るため、第２吸気弁用のロッカアーム４５は、一端部の
スリッパ−４６がカム４２に当接する駆動側ロッカアー
ム４５ａと、先端部が第２吸気弁５のバルブステム上端
に当接する被駆動側ロッカアーム４５ｂとに分けられて
いる。上記駆動側ロッカアーム４５ａには、セレクトピ
ン４７を出没可能に保持する保持穴４８が設けられ、こ
の保持穴４８に油圧通路５２が連通しており、−方、被
駆動側ロッカアーム４５ｂには、上記セレクトピン４７
に対応する係１穴４９が設けられ、この係止穴４９内に
レシーバ５０およびリターンスプリング５１が収容され
ている。そして、上記保持穴４８に油圧が加えられたと
きは、上記セレクトピン４７が突出して係止穴４９に係
合し、駆動側ロッカアーム４５ａと被駆動側ロッカアー
ム４５ｂとが連結されることにより、カム４２０回転に
伴って第２吸気弁５が作動される。また、上記保持穴４
８内の油圧が排除されたときは、セレクトピン４７がリ
ターンスプリング５１で押し戻されて係止穴４つから離
脱し、駆動側ロッカアーム４５ａと被駆動側ロッカアー
ム４５ｂとが分離することにより、第２吸気弁５の作動
が停止されるようになっている。

ト記油圧通路５２はオイルポンプ５３に接続されるとと
もに、リリーフ通路５４に接続され、このリリーフ通路
５４には、コン１〜ロールユニツト３０からの信号に応
じてＯＮ、ＯＦＦするソレノイドバルブ５５が設けられ
ている。そして、ソレノイドバルブ５５がＯＦＦ　（閉
）のときは上記保持穴４８に油圧が供給されることによ
り第２吸気弁５が作動状態となり、ソレノイドバルブ５
５がＯＮ（開）のときは上記保持穴４８内の油圧がリリ
ーフされることにより第２吸気弁５が停止状態となる。

こうして、第２吸気弁５に対する上記駆動側および被駆
動側のロッカアーム４５ａ、４５ｂと、上記のセレクト
ピン４フ等からなる係脱機構と、これを作動する油圧回
路とで、弁停止手段３５が構成されている。

第７図は、コントロールユニット３０によるシャッター
弁２４および弁停止手段３５の制御の具体例を７０−チ
ャートで示している。このフローチャートでは、まずス
テップＳ１でシステムの初期化を行なってから、ステッ
プＳ２でエンジン回転数Ｎｅ、吸気通路内圧力ｐｂおよ
びスロットル開度ＴＶＯを入力する。次に、ステップＳ
３で、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷に相当する吸
気通路内圧力ｐｂとによって運転状態を調べ、第３図中
のＰ領域にあるか否かを判定する。

上記ステップＳ３での判定がＹＥＳのときは、ステップ
Ｓ４でシャッター弁用の三方ソレノイドバルブ２６へＯ
Ｎ信号を出力することにより、第２吸気通路２２中のシ
ャッター弁２４を全開とし、かつ、ステップＳ５で弁停
止用のソレノイドバルブ５５へＯＮ信号を出力すること
により、弁停止手段３５で第２吸気弁５の作動を停止す
る状態と１−る。

ステップＳ３での判定がＮｏのときく第３図中のＳＡＰ
の領域にあるとき）は、ステップＳ６でスロットル開度
の変化率に基づいて加速が行なわれたか否かを調べる。

そして、加速が行なわれていない場合に、ステップＳ７
でシャッター弁用の三方ソレノイドバルブ２６へＯＦＦ
信号を出力することにより、上記シャッター弁２４を開
き、がつ、ステップＳ８で弁停止用のソレノイドバルブ
５５へＯＦＦ信号を出力することにより、第２吸気弁５
を作動状態とする。

また当実施例では、加速が行なわれたとぎには加速性能
向上のため、Ｐ側のみから吸気を行なう領域（Ｓ側の吸
気を遮断して吸気遅閉じを解除する領域）を拡大してい
る。すなわち、Ｐ領域にない場合でも加速が行なわれた
ときは、ステップＳ９〜Ｓ　＋ｔでの処理により、エン
ジン回転数が所定値Ｎ１より大きい高速域で吸気通路内
圧力Ｐｂが３００ｍＨｇ以下のときと、エンジン回転数
Ｎｅが所定値Ｎ１以下の低速域で吸気通路内圧力ｐｂが
−１００ｓａｇ以下のときとにそれぞれ、ステップ８４
．８５に移って吸気遅閉じを解除する状態とし、それ以
外のときにのみ、ステップＳ７　、　Ｓａに移って遅閉
じを利かす状態としている。

以上のような当実施例の装置によると、高速域や低速中
負荷域等では、ステップＳ７　、Ｓｓの処理で第２吸気
通路２２のシャッター弁２４が開かれるとともに第２吸
気弁５が作動され、第２吸気ポート６による吸気の遅閉
じが利かされた状態となる。これにより、高速高負荷域
では有効圧縮比を適度に低くしてノッキングを防止する
とともに排気温度を引下げる作用が得られ、低・中負荷
域ではボンピングロスを低減する作用が得られ、これら
の領域での燃費性能が改善される。

一方、低速高負荷域や低速軽負荷域では、ステップＳ４
．３５の処理で第２吸気通路２２のシャッター弁２４か
閉じられるとともに第２吸気弁５が停止され、第２吸気
ポート６への吸気の遮断により遅閉じが解除された状態
となる。これにより、吸気の吹き返し等が抑制され、と
くに、このようにシャッター弁２４が閉じられて第２吸
気ポート６への吸気が遮断されるとぎに、第２吸気弁５
の作動が停止されることにより、シャッター弁２４から
第２吸気ポート６までの通路が燃焼室に対してデッドポ
リ１−ムとなることがなく、低速時の出力性能等を向上
する効果が高められる。

このような効果を確認するするため、低・中速の高負荷
時（全負荷）において、本発明装置によりシャッター弁
２４を閉じるとともに第２吸気弁５を停止した場合と、
弁停止手段を設けずシャッター弁を閉じることのみによ
って吸気遅閉じを解除した場合と、吸気遅閉じを解除し
ない場合とにつきそれぞれ、残留ガス量、吸気終期の吹
き返し＠（両吸気ポートからの総吹き返し量）および体
積効率を調べたデータを第８図に示す。すなわち、第８
図中に破線でつないだデータは吸気遅閉じを解除しない
場合のものであり、この場合は第２吸気ポー１〜側での
排気ガスの逆流により残留ガスが多くなり、吸気の吹き
返し量も多く、体積効率は小さくなり、これらの要因で
出力性能が低下する。

−点鎖線でつないだデータはシャッター弁のみを用いて
吸気の遅閉じを解除した場合のものであり、この場合は
シャッター弁で排気の逆流および吸気の吹き返しが抑制
されることにより、吸気遅閉じを解除しない場合よりは
残留ガス量および吹き返し壜が少なくなり、体積効率が
増大される。また、実線でつないだデータは本発明によ
る場合のものであり、この場合は第２吸気弁５が停止さ
れてシャッター弁２４と第２吸気ポート６との間の通路
への逆流、吹き返しもなくなることにより、残留ガス量
のおよび吹き返し量の低減ならびに体積効率増大の効果
がより高められる。その結果、低速高負荷域での出力性
能が大幅に高められることとなる。

また、アイドル付近の低速軽負荷域でも、残留ガス酸の
減少および吹き返し量の減少等に伴い。

燃焼安定性向上の効果が高められることとなる。

なお、上記実施例では、運転状態に応じて第２吸気ポー
ト６側の吸気を完全に遮断する状態とシャッター弁２４
を全開して第２吸気ポートへの吸気を行なう状態とに切
替えているが、運転状態やノッキング発生状況等に応じ
てシャッター弁２４の開度を次第に変化させることによ
り第２吸気ポート６による吸気遅閉じの利き度合を調整
してもよく、この場合も、シャッター弁２３が全開とな
って第２吸気ポート６への吸気が完全に遮断されるとき
に、第２吸気弁５の作動を停止させればよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、高速時等には第２吸気ポートに
よる吸気遅閉じが利かされて燃費が改善される一方、低
速高負荷時および低速低負荷時には第２吸気ポー１−へ
の吸気が遮断されてエンジン性能の低下が防止され、と
くに第２吸気ポートへの吸気が完全に遮断されるときに
、第２吸気ポートを開開する第２吸気弁の作動を停止す
ることにより、デッドボリュームが生じることを避けて
いるため、低速高負荷時の出力性能および低速低負荷時
の燃焼安定性を大幅に向上することができるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体概略図、第２図は
第１吸気弁および第２吸気弁の各開閉タイミングを示す
説明図、第３図は吸気領域を示す説明図、第４図は動弁
機構に弁停止手段が設けられた部分の平面図、第５図は
同部分の断面図、第６図は弁停止手段の構造説明図、第
７図は吸気規制手段および弁停止手段に対する制御のフ
ローチャート、第８図は低速高負荷時における排気ガス
残留量、吹き返し喰および体積効率の測定データを示す
グラフである。 ３・・・第１吸気弁、４・・・第１吸気ポート、５・・
・第２吸気弁、６・・・第２吸気ポート、２４・・・シ
ャッター弁（吸気規制手段）、３０・・・コントロール
ユニット（制御手段）、３５・・・弁停止手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、過給機を備えたエンジンにおいて、第１吸気弁によ
   り開閉される第１吸気ポートと、第２吸気弁により開閉
   されてその閉時期が上記第１吸気ポートの閉時期よりも
   遅く設定された第２吸気ポートと、この第２吸気ポート
   に連通する吸気通路に設けられて第２吸気ポートへの吸
   気を遮断可能とする吸気規制手段と、低速軽負荷時およ
   び低速高負荷時に上記第２吸気ポートへの吸気を遮断す
   る方向に上記吸気規制手段を制御する制御手段と、上記
   第２吸気ポートへの吸気が完全に遮断されるときに上記
   第２吸気弁の作動を停止させる弁停止手段とを備えたこ
   とを特徴とする過給機付エンジンのバルブタイミング制
   御装置。