JPH01159431A - 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、エンジンの運転状態に応じて排気弁の開閉時
期を変えられるようにしたエンジンのバルブタイミング
制御装置に関するものである。

［従来技術］ 一般に、エンジンにおいては、酸化触媒と還元触媒とか
らなる三元触媒を用いた排気ガス浄化装置を排気通路に
介設して、排気ガスを浄化するようにしているが、上記
三元触媒は所定の温度以下では活性が低下し、排気ガス
浄化能力が低下するといった特性を有する。このため、
エンジン始動時等の冷機時においては、三元触媒の温度
が十分に高められていないので、三元触媒の排気ガス浄
化能力が不十分となり、エンジンのエミッション性能が
悪化するといった問題があった。

ところで、エンジンの運転状態に応じて吸気弁あるいは
排気弁の開閉時期を変えられるようにした、いわゆる可
変動弁機構は一般に知られているが（例えば、実開昭６
１−５８６０５号公報参照）、このような可変動弁機構
を排気弁に対して設けたエンジンにおいては、排気弁の
開弁時期を早めると、混合気の燃焼が完全に終了しない
うちに燃焼ガスが排気通路内に排出され、このような排
気ガス中の未燃焼燃料が排気通路中で燃焼し、排気通路
内の排気ガスが高温化するといった現象が生じる。そこ
で、このような現象を利用して、可変動弁機構を排気弁
に対して設けるとともに、三元触媒を用いた排気ガス浄
化装置を排気通路に介設したエンジンにおいて、第６図
に示すように、暖機完了時には曲線Ｇ、で示すように普
通のエンジンと同様のタイミングで排気弁を開閉する一
方、冷機時には排気弁を曲線Ｇ４で示すように、膨張行
程下死点（ＢＤＣ）よりかなり前となる所定のクランク
角θ３で開弁させ、若干の未燃焼燃料を含む燃焼ガスを
排気通路に排出して、この未燃焼燃料を排気ガス浄化装
置上流の排気通路内で燃焼させることによって、排気ガ
ス温度を高め、三元触媒の早期活性化を図ったものが提
案されている。なお、曲線Ｇ６は吸気弁の開弁時期を示
している。

ところが、この従来のものでは、第６図に示すように、
クランク角θ３においてシリンダ内圧がまだ高い状態で
排気弁が開かれ、曲線Ｇ７で示すように、排気弁が開か
れたθ、から後の膨張行程ではシリンダ内圧はほぼ大気
圧Ｐａとなり、熱エネルギが仕事に変換されないので、
排気弁か０４で開かれて曲線Ｇ８で示すように０４まで
熱エネルギが仕事に変換される普通のエンジンに比べて
、エネルギ損失が増加し、燃費性能が低下するといった
問題があった。

［発明の目的コ 本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、エンジンの冷機時において、燃費性能を低下させる
などといった不具合を生じさせることなく、迅速に三元
触媒の活性を高めることができる、エミッション性能の
優れたエンジンを提供することを目的とする。

［発明の構成］ 本発明は上記の目的を達するため、所定のタイミングで
開閉される排気弁を設けるとともに、エンジンの運転状
態に応じて上記排気弁の開閉タイミングを変更する排気
弁開閉時期変更手段を設けたエンジンにおいて、エンジ
ンの冷機状態を検出する冷機状態検出手段を設け、該冷
機状態検出手段によってエンジンが冷機状態にあること
が検出されたときには、排気弁の開弁時期を排気行程下
死点後の所定の時期まで遅らせるように、上記排気弁開
閉時期変更手段を制御する排気弁開閉時期制御手段を設
けたことを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御
装置を提供する。

［発明の効果コ 本発明によれば、冷機状態検出手段によってエンジンが
冷機状態にあることが検出されたときには、排気弁開閉
時期制御手段によって排気弁開閉時期変更手段が排気弁
の開弁時期を暖機完了時より早めるように制御される。

このため、冷機時においては、排気弁は膨張行程下死点
後所定の時期まで開かれないので、下死点から排気弁が
開かれるまでの間、燃焼室内の燃焼ガスはピストンの上
昇に伴って圧縮され、温度が上昇する。このようにして
排気ガスの温度が高められるので、高温の排気ガスによ
って三元触媒が迅速に昇温され、三元触媒の早期活性化
を図ることかでき、エンジンのエミッション性能の向上
を図ることができる。

そして、本発明では冷機時において、排気弁の開弁時期
を膨張行程下死点より後に設定することによって排気ガ
ス温度を高めるようにしているので、膨張比が大きくな
り、膨張行程における熱エネルギの仕事変換率が高（な
る。このため、本願従来技術で説明した、排気弁の開弁
時期を暖機完了時より早めることによって排気ガスの高
温化を図ったもののような熱エネルギの損失は発生しな
い。

したがって、本発明によれば、エンジン冷機時において
、燃費性能を低下させることなく、有効に三元触媒の早
期活性化が図られ、エミッション性能を向上させること
ができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図と第２図に示すように、２吸気ボ一ト式多気筒エ
ンジンＣＥは、例えば第１気筒＃ｌを例にとれば、第１
．第２吸気弁１．２が開かれたときに、夫々、第１．第
２吸気ボート３．４を介して第１、第２独立吸気通路５
．６から燃焼室７内に吸気（混合気）を吸入し、この吸
気（混合気）をピストン（図示せず）で圧縮して点火プ
ラグ（図示せず）で着火・燃焼させ、燃焼ガスを排気弁
８が開かれたときに排気ボート９を介して独立排気通路
１１に排出するといった、一連の行程が連続的に繰り返
されるような基本構成となっている。なお、各気筒の独
立排気通路１１．・・・は１つの共通排気通路１３に集
合され、該共通排気通路Ｉ３には三元触媒を用いた排気
ガス浄化装置１４が介設されている。

そして、上記第１．第２吸気弁１．２と排気弁８とを所
定のタイミングで開閉するために動弁機構が設けられ、
該動弁機構は、後で説明するように、エンンジンＣＥが
暖機完了状聾にあるか、それとも冷機状態にあるかに対
応して、排気弁８の開弁タイミングを切り換えるように
なっているが、以下この動弁機構について説明する。

クランク軸（図示せず）によって、これと同期して回転
駆動されるカム軸１７には、第１．第２吸気弁１，２を
、夫々第５図中の曲線Ｇ３で示すようなタイミングで開
閉するための第１．第２吸気弁カム１８．１９が取り付
けられている。さらに、カム軸１７には、後で詳しく説
明するように、エンジンＣＥの冷機時に第５図中の曲線
Ｇ、で示すようなタイミングで排気弁８を開閉するため
の冷機時用排気弁カム２１と、暖機完了時に第５図中の
曲線Ｇ、で示すようなタイミングで排気弁８を開閉する
ための暖機完了時用排気弁カム２２とが取り付けられて
いる。

上記第１吸気弁！に対しては、気筒配列方向と直交する
エンジンＣＥの幅方向（以下、単にエンジン幅方向とい
う）にみて、外側に位置する方の端部の下面が第１吸気
弁ｌの弁軸１ａの上端部に当接する一方、内側に位置す
る方の端部がローラタペットを介して第【吸気弁カム【
８の周面と当接する第１吸気弁ロツカアーム２３が設け
られ、該第１吸気弁ロツカアーム２３は吸気側ロッカア
ームシャフト２４によって回動自在に軸承されている。

同様に、第２吸気弁２に対しても、エンジン幅方向外側
の端部が第２吸気弁２の弁軸２ａの上端部に当接する一
方、内側の端部がローラタペットを介して第２吸気弁用
カム！９と当接する第２吸気弁ロツカアーム２６が吸気
側ロッカアームシャフト２４によって軸承されるように
して設けられている。

一方、後で説明するようにエンジンＧＥの冷機時におい
て、第５図中の曲線Ｇ、で示すようなタイミングで排気
弁８を開閉するための冷機時用排気弁ロッカアーム２８
が排気側ロッカアームシャフト２９によって軸承される
ようにして設けられ、該冷機時用排気弁ロッカアーム２
８のエンジン幅方向にみて外側に位置する方の端部は排
気弁８の弁軸８ａの上端部に当接する一方、内側に位置
する方の端部は冷機時用排気弁カム２１に当接している
。そして、これらの第１．第２吸気弁ロッカアーム２３
．２６及び冷機時用排気弁ロッカアーム２８の内側端部
が、夫々、第１．第２吸気弁カム１８．１９及び冷機時
用排気弁カム２１の膨出部に当接するときには、第１．
第２吸気弁１．２及び排気弁８がばねｌ　ｂ、　２　ｂ
、　８　ｂの付勢力に抗して押し下げられ、開弁されろ
ようになっている。

さらに、暖機完了時において、第５図中の曲線Ｇ、で示
すようなタイミングで排気弁８を開閉するための暖機完
了時用排気弁ロッカアーム３Ｉが排気側ロッカアームシ
ャフト２９によって軸承されるようにして設けられ、該
暖機完了時用排気弁ロッカアーム３１のエンジン幅方向
内側の端部は暖機完了時用排気弁カム２２の周面に当接
する一方、外側の端部は自由端となっている。

そして、暖機完了時用排気弁ロッカアーム３１の自由端
近傍上面側には、一方の端部が開口するとともに他方の
端部が閉じられた円筒形のセレクトシリンダ３３が、中
心軸が気筒配列方向に向き、かつ開口した方の端部が冷
機時用排気弁ロッカアーム２８側に向くように配置して
設けられ、該セレクトシリンダ３３の内部空間にはセレ
クトピン３４がセじクトンリンダ中心軸方向に摺動自在
に配置され、セレクトシリンダ３３内周面とセレクトピ
ン３４の底面とによって画成される空間部は、後で説明
するようにセレクトピン３４を摺動させるためのオイル
を閉じ込める油圧室３５を形成している。

また、上記セレクトシリンダ３３と対応する位置におい
て、冷機時用排気弁ロッカアーム２８の上面側には、上
記セレクトピン３４が冷機時用ロッカアーム２８側に突
出したときに、これを収容する略円筒形のセレクトピン
穴３６が形成されている。このセレクトピン穴３６内に
は、レシーバ３７がセレクトピン穴中心軸方向に摺動自
在に配置され、該レシーバ３７はリターンスプリング３
８によってセレクトピン穴中心軸方向においてセレクト
シリンダ３３側に付勢され、レシーバ３７とセレクトピ
ン３４とは常時セレクトシリンダ中心軸方向（すなわち
セレクトピン穴中心軸方向）に当接するようになってい
る。

そして、油圧室３５に高圧の油圧がかけられたときには
、該油圧によってセレクトピン３４が冷機時用排気弁ロ
ッカアーム２８側に押し出されてセレクトピン穴３６に
挿入され、セレクトピン３４を介して暖機完了時用排気
弁ロッカアーム３！と冷機時用排気弁ロッカアーム２８
とが力学的に接続されて連動するようになっている。

一方、油圧室３５に低圧の油圧がかけられたときには、
リターンスプリング３８の付勢力によってレシーバ３７
を介してセレクトピン３４が油圧室３５側に後退させら
れてセレクトピン穴３６から抜去され、暖機完了時用排
気弁ロッカアーム３Ｉと冷機時用排気弁ロッカアーム２
８との連動は解除されるようになっている。

そして、油圧室３５にかけられる油圧の切り換えは、油
圧室３５に油圧を供給する油圧供給通路４１から分岐す
るリリーフ通路４２に介設されたリリーフ弁４３を、水
温センサ４４（冷機状態検出手段）によって検出される
水温を入力情報とするコントロールユニット４５からの
信号に応じて開閉することにより行なわれるようになっ
ている。

なお、セレクトシリンダ３３、セレクトピン３４、セレ
クトビン穴３６等を含み、暖機完了時用排気弁ロッカア
ーム３！と冷機時用排気弁ロッカアーム２８とを連動さ
せ、あるいは連動を解除する手段と、油圧供給系統とは
、本願特許請求の範囲に記載された排気弁開閉時期変更
手段３９を構成する。また、コントロールユニット４５
は本願特許請求の範囲に記載された排気弁開閉時期制御
手段に相当する、マイクロコンピュータで構成された制
御装置である。

以下、第３図に示すフローチャートに従って、コントロ
ールユニット４５による油圧切換制御の制御方法を説明
する。

制御が開始されると、ステップＳｌでエンジンＣＥの水
温Ｔが読み込まれる。

次に、ステップＳ２で水温Ｔが所定値Ｔ。より高いか否
かが比較される。上記所定値Ｔ。は冷機時と暖機完了時
の境界となるような水温に設定されている。比較の結果
、Ｔ≦Ｔ、であれば（Ｎｏ）、エンジンＧＥは冷機状態
にあるので、排気弁８の開弁時期を早めて、第５図中の
曲線Ｇ１で示すようなタイミングで開閉するために、制
御はステップＳ４に進められる。

ステップＳ４では、リリーフ弁４３が開かれる。

この場合、第４図に示すように、オイルパン４７内に貯
留されたオイルはオイルポンプ４８から油圧供給通路４
１に吐出された後、リリーフ通路４２を通してオイルパ
ン４７に戻され、したがって油圧供給通路４１内の油圧
はリリーフされる。したがって、油圧室３５にはほとん
ど油圧がかけられない。このためセレクトピン３４はリ
ターンスプリング３８の付勢力によってセレクトシリン
ダ３３内に完全に収容され、暖機完了時用排気弁ロッカ
アーム３Ｉと冷機時用排気弁ロッカアーム２８との連動
は解除される。このとき、排気弁８は冷機時用排気弁ロ
ッカアーム２８のみを介して冷機時用排気弁カム２１に
よって開閉され、その開閉タイミングは第５図中の曲線
Ｇ１のようになり、排気弁８は膨張行程下死点（ＢＤＣ
）より所定のタイミングだけ遅れたクランク角Ｏ３で開
かれろ。

このため、ＢＤＣとθ、の間では排気弁８が閉じられた
ままピストンが上昇するので、燃焼ガスは圧縮され温度
が上昇する。このため、本願発明の効果で説明したよう
に、排気ガス浄化装置１４内の三元触媒は迅速に昇温さ
れ、早期活性化が行なわれ、エンジンＣＥのエミッショ
ン性能が向上する。この後、制御はステップＳｌに復帰
する。

一方、ステップＳ２での比較の結果、Ｔ＞Ｔｏてあれば
（ＹＥＳ）、エンジンＣＥは暖機完了状態にあるので、
排気弁８を第５図中の曲線Ｇ、で示すような普通のタイ
ミングで開閉するために、制御はステップＳ３に進めら
れる。

ステップＳ３では、リリーフ弁４３が閉じられる。この
場合、第４図に示すように、オイルパン４７内に貯留さ
れたオイルはオイルポンプ４８から油圧供給通路４１に
吐出された後、リリーフ通路４２側にリリーフされない
ので、オイルポンプ４８の吐出圧はほとんど低下せずに
油圧室３５に伝えられ、油圧室３５内は高圧となる。こ
のためセレクトピン３４は、上記油圧によってセレクト
シリンダ３３から冷機時用排気弁ロッカアーム２８側に
押し出され、セレクトピン３４はリターンスプリング３
８の付勢力に抗してセレクトピン穴３６内に挿入され、
暖機完了時用排気弁ロッカアーム３１と冷機時用排気弁
ロッカアーム２８とが連動するようになる。このとき、
第５図から明らかなように、暖機完了時の排気弁８の開
度（Ｇ、）はいかなるクランク角においても冷機時の排
気弁８の開度（００以上となっており、したがって、暖
機完了時用排気弁カム２２の周面は、冷機時用排気弁カ
ム２にの周面を含むような形状となっている。このため
、暖機完了時用排気弁ロッカアーム３１と冷機時用排気
弁ロッカアーム２８とが連動したときには、排気弁８は
常に暖機完了時用排気弁カム２２によって開閉されるこ
とになる。このため、暖機完了時には排気弁８の開閉特
性は第５図中の曲線Ｇ、で示すような普通の開閉特性と
なり、普通の運転が行なわれる。この後、制御はステッ
プＳｔに復帰する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるバルブタイミング制御装置を
備えたエンジンの吸・排気弁回りの正面断面説明図であ
る。 第２図は、第１図に示すエンジンの動弁機構の一部断面
平面説明図である。 第３図は、コントロールユニットによる排気弁の開閉タ
イミングの切り換え制御の制御方法を示すフローチャー
トである。 第４図は、油圧室への油圧供給系統を示す模式第５図は
、第１図に示すエンジンの排気弁及び吸気弁の開度のク
ランク角に対する特性を示す図である。 第６図は、冷機時には排気弁の開弁タイミングを早めて
排気ガス浄化装置の触媒の早期活性化を図った従来のエ
ンジンの排気弁及び吸気弁の弁開度と、燃焼室内圧のク
ランク角に対する特性を示す図である。 ＣＥ・・・エンジン、■・・・第１吸気弁、２・・・第
２吸気弁、７・・・燃焼室、８・・・排気弁、ＩＩ・・
・独立排気通路、１３・・・共通排気通路、１４・・・
排気ガス浄化装置、１７・・・カム軸、２Ｉ・・・冷機
時用排気弁カム、２２・・・暖機完了時用排気弁カム、
２８・・・冷機時用排気弁ロッカアーム、３Ｉ・・・暖
機完了時用排気弁ロッカアーム、３３・・・セレクトシ
リンダ、３４・・・セレクトピン、３５・・・油圧室、
３６セレクトビン穴、４３・・・リリーフ弁、４４・・
・水温センサ、４５・・・コントロールユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定のタイミングで開閉される排気弁を設けると
   ともに、エンジンの運転状態に応じて上記排気弁の開閉
   タイミングを変更する排気弁開閉時期変更手段を設けた
   エンジンにおいて、 エンジンの冷機状態を検出する冷機状態検出手段を設け
   、該冷機状態検出手段によってエンジンが冷機状態にあ
   ることが検出されたときには、排気弁の開弁時期を排気
   行程下死点後の所定の時期まで遅らせるように、上記排
   気弁開閉時期変更手段を制御する排気弁開閉時期制御手
   段を設け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。