JPH01277628A - 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、特に過給機を備えたエンジンにお
いて、その吸／排気バルブの開閉タイミングを制御する
バルブタイミング制御装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、例えば特開昭６２−８７６１５号公報等に開
示されるように、エンジンの吸気通路に過給機を備え、
この過給機の作動により吸気を過゛給して、その気筒に
対する吸気充填量を増加させることにより、エンジンの
出力トルクを増大させるようにした過給機付エンジンは
広く一般によく知られている。

そして、この過給機を備えたエンジンにおいては、その
高負荷域で過給される吸気の高い過給圧を利用し、高負
荷域で吸／排気行程のオーバーラツプを大きく設定する
ことにより、上記過給された吸気により気筒内燃焼室の
高温の残留排気ガスを排気側に押し出して掃気効果を高
め、残留排気ガスによる吸気圧縮温度の上昇を抑制して
ノッキング限界を高くし、吸気の圧縮比を高く設定して
燃費を向上させるようにすることが可能である。

しかし、反面、エンジンのアイドリング等の低負荷域で
は、吸気負圧が大きくなるため、排気ガスの吸気通路へ
の吹返しが生じ、燃焼性が低下することから、上記吸／
排気行程のオーバーラツプを小さくすることが必要であ
る。

ところで、少なくとも高負荷高速域では、背圧の上昇（
と伴う上記掃気効果の低下を補う目的で、吸気バルブの
閉弁時期を遅く設定することにより、その吸気バルブの
閉じ時期とピストン上死点時期とで決定される有効圧縮
比を小さくする一方、ピストン上死点時期と排気バルブ
開き時期とで決まる有効膨張比を大きくして、耐ノツク
性能及び排気ガス温度上昇の抑制を図ることが考えられ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかし、その場合、上記の如く、低負荷域での排気ガス
の吸気系への吹返しを抑制すべく、吸気バルブのバルブ
タイミングを遅らせて吸／排気行程のオーバーラツプを
縮小したときには、もともと遅れ側に設定されている吸
気バルブの閉弁時期がさらに遅れることとなり、上記有
効圧縮比が著しく低下する。その結果、オーバーラツプ
の縮小により残留排気ガスは減少するものの、圧縮ｉＲ
度が極度に低下してしまい、燃焼性が悪化して良好な燃
焼安定性が得られないという難がある。

本発明の目的は、上記エンジンの高負荷時に吸／排気行
程のオーバーラツプを大きくして、掃気効果を高める場
合において、エンジンのバルブタイミング制御機構を改
良することにより、エンジンの低負荷時の有効圧縮比の
極度の低下を回避しつつ、吸／排気行程でのオーバーラ
ツプを縮小して、残留排気ガスの低減を図ることにある
。

（課題を解決するための手段） Ｌ記の目的を達成するために、本発明の解決手段は、エ
ンジンの排気バルブのバルブタイミングを可変にするこ
ととし、エンジンの低負荷時には、その排気バルブのバ
ルブタイミングを高負荷時よりも遅れ側に制御する。

具体的には、本発明の構成は、第１図に示すように、吸
気を過給する過給機１４を備えたエンジン１において、
少なくとも気筒５の排気ボート９を開閉する排気バルブ
７のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更
手段２８を設ける。

また、エンジン負荷を検出する負荷検出手段３２と、該
負荷検出手段３２の出力を受け、エンジン１の高負荷時
には少なくともピストン上死点時から排気バルブ７の閉
弁時までの期間θＥＣが吸気バルブ６の開弁時からピス
トン上死点時までの期間θＩＯよりも長くなって排気バ
ルブのパルタイミングが遅れるように、低負荷時には排
気バルブ７のバルブタイミングが上記高負荷時のバルブ
タイミングよりも進み側になるように上記バルブタイミ
ング変更手段２８を制御する制御手段３０とを設ける。

（作用） 上記の構成により、本発明では、エンジン１の負荷状態
が負荷検出手段３２により検出され、この負荷検出手段
３２に出力を受けた制御手段３０によりバルブタイミン
グ変更手段２８が制御されて、排気バルブ７のバルブタ
イミングが変更される。すなわち、エンジン１の高負荷
時には、排気バルブ７のバルブタイミングが遅れるので
、吸／排気行程のオーバーラツプが長くなり、過給機１
４により過給された吸気により気筒５内の残留排気ガス
を排気側に効果的に押し出すことができ、掃気効果を高
めることができる。

その場合、少なくともピストン上死点時から排気バルブ
７の閉弁時までの期間θＥＣが吸気バルブ６の開弁時か
らピストン上死点時までの期間θｉ０よりも長くなるよ
うに排気バルブ７のバルブタイミングが調整される。こ
のため、逆の場合（θ１０≧θＥＣ）のように、バルブ
タイミングが固定された吸気バルブ６の開き時期をピス
トン上死点前に大きく進ませて設定せずに吸／排気行程
のオーバーラツプを大きくでき、よって上記掃気効果を
良好に確保することができる。

一方、エンジン１のアイドリング等の低負荷域では、上
記排気バルブ７のバルブタイミングが上記高負荷時のバ
ルブタイミングよりも進み側になるように変更される。

このため、吸／排気行程のオーバーラツプが縮小されて
、排気カスの吸気側への吹返しが抑制される。

その際、排気バルブ７のバルブタイミングが進み側に補
正されるため、吸気バルブ６のバルブタイミングを遅れ
側に補正する場合のように、有効圧縮比が極度に低下す
ることはなく、よってエンジンの低負荷域での良好な燃
焼安定性を確保できるのである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基づいて説
明する。

第２図は本発明の実施例の全体構成を示し、１はシリン
ダブロック２とシリンダヘッド３とを備えたエンジンで
あって、上記シリンダブロック２にはピストン４を往復
動可能に嵌装した気筒５゜５、・・・（シリンダ）が形
成されている。一方、シリンダヘッド３には上記各気筒
５に連通する吸／排気ボート８，９が形成され、この吸
／排気ボート８，９はそれぞれ吸／排気バルブ６．７に
よって開閉される。上記吸気ボート８は吸気通路１０の
下流端部を構成しており、この吸気通路１０の上流端は
エアクリーナ１１に接続されている。吸気通路１０の途
中には、上流側から順に、吸入空気量を検出するエアフ
ローメータ１２と、吸気通路１０を絞り開閉するスロッ
トルバルブ１３と、エンジン１によって駆動され、吸気
を過給する機械式過給機１４と、サージタンクとが配設
され、上記過給機１４の直上／下流部の吸気通路１０は
、過給機１４により過給された吸気を過給機１４上流側
にリリーフさせるバイパス通路１５によって接続され、
このバイパス通路１５には吸気のリリーフ量を制御する
バイパスリリーフ制御バルブ】６が配設されている。１
７は吸気ポート８内に燃料を噴射供給するインジェクタ
である。

上記各吸／排気バルブ６．７はそれぞれカムシャフト１
８．１９上のカム２０．２１によって開閉駆動される。

上記カムシャフト１８．１９は、シリンダヘッド３に回
転自在に支持されていて、その一端に取り付けたタイミ
ングプーリ２２，２３及び該プーリ２２，２３に巻き掛
けられる図示しないタイミングベルトを介してエンジン
１のクランクシャフトく図示せず）により回転駆動され
る。上記排気側カムシャフト１９は、そのタイミングプ
ーリ２３近傍で軸方向に駆動側シャフト１９ａと従動側
シャフト１９ｂとに分離され、その分離された両シャフ
ト１９ａ、１９ｂの対向端部外周には互いに異なる方向
に旋回する螺旋状のスプライン２４．２５が形成され、
該スプライン２４．２５にはステッピングモータ２７に
よって駆動されるスリーブ２６がその内周のスプライン
（図示せず）にて軸方向に摺動可能に外嵌合されており
、ステッピングモータ２７によってスリーブ２６を軸方
向に移動させることにより、駆動側シャフト１９ａに対
する従動側シャフト１９ｂを相対的に回転させて、排気
バルブ７のバルブタイミングを変更するようにしたバル
ブタイミング変更機構２８が構成されている。

上記スリーブ２６を駆動するステッピングモータ２７は
ＣＰＵ内蔵のコントロールユニット３０により作動制御
される。このコントロールユニット３０にはエンジン１
の回転数を検出する回転センサ３１と、吸入空気量等を
基にエンジン負荷を検出する負荷検出手段どしての負荷
センサ３２との各出力信号が入力されている。

上記コントロールユニット３０では排気バルブ７のバル
ブタイミングの進角制御が第４図に示す制御手順でもっ
て行われる。すなわち、まず、最初のステップＳ１で上
記回転センサ３１により検出されたエンジン回転数と負
荷センサ３２により検出されたエンジン負荷とをそれぞ
れ入力させ、次のステップＳ２では予め設定されたマツ
プに基づいて排気バルブ７のバルブタイミングの進角を
設定する。このマツプは、第５図に示すように、エンジ
ン１の運転領域を低速低負荷領域つまりアイドリング領
域と高速高負荷領域を含むその他の領域とに分け、エン
ジン１の高速高負荷領域では、第６図（ａ）に示す如く
、バルブタイミングは遅くされ、かつ少なくたちピスト
ン４の上死点時（ＴＤＣ）から排気バルブ７の閉弁時（
ＥＣ）までの期間θＥＣが吸気バルブ６の開弁時（１０
）からピストン４の上死点時（ＴＤＣ）までの期間θ１
０よりも長くなる（θＥＣ＞θＩＯ）ように設定され、
一方、アイドリング領域では、図（ｂ）に示す如く、上
記高速高負荷領域のバルブタイミングよりも進み側にな
るように設定されている。

次いで、ステップＳ３において上記設定された進角値に
ステッピングモータ２７を作動させた後、終了する。

よって、この実施例では、上記コントロールユニット３
０により、負荷センサ３２の出力を受け、エンジン１の
高負荷時には、少なくともピストン上死点時から排気バ
ルブ７の閉弁時までの期間θＥＣが吸気バルブ６の開弁
時からピストン上死点時までの期間θｒｏよりも長くな
って排気バルブ７のバルブタイミングが遅くなるように
、低負荷時には排気バルブ７のバルブタイミングが上記
高負荷時のバルブタイミングよりも進み側になるように
上記バルブタイミング変更機構２８を制御する制御手段
が構成されている。

したがって、上記実施例においては、エンジン回転数が
回転センサ３１により、エンジン負荷が負荷センサ３２
によりそれぞれ検出され、コントロールユニット３０に
おいて上記エンジン回転数及び負荷に基づいて排気バル
ブ７の進角値が設定され、その設定値になるようにバル
ブタイミング変Ｗ［構２８のステッピングモータ２７が
作動制御されて、排気バルブ７のバルブタイミングが変
更される。ぞして、エンジン１の高速高負荷領域では、
バルブタイミングは、第６図（ａ）に示す如く、排気バ
ルブ７のバルブタイミングが遅れる。

このため、吸／排気行程のオーバーラツプが長くなり、
過給機１４により過給された吸気により気筒５内の残留
排気ガスを排気ポート９に効果的に押し出すことができ
、掃気効果を高めることができる。

その際、少なくともピストン上死点時（ＴＤＣ）から排
気バルブ７の閉弁時（Ｅ　Ｃ）までの期間θＥＣが吸気
バルブ６の開弁時（１０）からピストン上死点時（ＴＤ
Ｃ）までの期間θ１０よりも長くなるように設定されて
いるため、逆にピストン上死点時（ＴＤＣ）から排気バ
ルブ７の閉弁時（Ｅ　Ｃ）までの期間θεＣが吸気バル
ブ６の開弁時（１０）からピストン上死点時（ＴＤＣ）
までの期間θ１ｏ以下の場合（θ１０≧θＥＣ）のよう
に、バルブタイミングが固定された吸気バルブ６の開き
時期をピストン上死点前に大きく進ませて設定すること
なく吸／排気行程のオーバーラツプを大きくでき、よっ
て上記掃気効果を良好に確保することができる。

一方、エンジン１のアイドリング等の低負荷域では、上
記排気バルブ７のバルブタイミングが上記高負荷時のバ
ルブタイミングよりも進み側になるように変更され、吸
／排気行程のオーバーラツプが縮小されて、吸気の吹返
しが抑制され、良好な燃焼性を確保することができる。

その際、排気バルブ７のバルブタイミングが進み側に補
正されるため、吸気バルブ６のバルブタイミングを遅れ
側に補正する場合のように、有効圧縮比が極度に低下す
ることはなく、燃焼安定性を確保することができる。よ
って、エンジン１゛の低負荷時の有効圧縮比の極度の低
下を回避しつつ、吸／排気行程でのオーバーラツプを縮
小して、残留排気ガスの低減を図ることができる。

尚、上記実施例では、排気バルブ７のバルブタイミング
のみをバルブタイミング変更機構２８によって変更する
ようにしたが、吸気バルブ６側にもそのバルブタイミン
グを変更する変更機溝を設けることも可能である。その
場合、排気バルブ７のバルブタイミング変更量を吸気バ
ルブのそれよりも大きくして、上記条件、つまり少なく
ともピストン上死点時（ＴＤＣ）から排気バルブ７の閉
弁時（Ｅ　Ｃ）までの期間θＥＣが吸気バルブの開弁時
（Ｎｏ）からピストン上死点時（ＴＤＣ）までの期間θ
ｒｏよりも長くなる条件を満たすようにすればよい。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によると、吸気を過給する過給機を
備え、高負荷域で吸／排気行程のオーバーラツプを大き
くして吸気の過給圧により掃気効果を得るようにしたエ
ンジンにおいて、エンジンの排気バルブのバルブタイミ
ングを可変にすることとし、エンジンの低負荷時には、
その排気バルブのバルブタイミングを高負荷時よりも進
み側に制御するようにしたことにより、エンジンの低負
荷時の有効圧縮比の極度の低下を回避しつつ、吸／排気
行程でのオーバーラツプを縮小して、残留排気ガスの低
減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す図である。第２図以下の図
面は本発明の実施例を示し、第２図はその全体構成を模
式的に示す縦断面図、第３図はバルブタイミング変更機
構を示す平面図、第４図はコントロールユニットにおけ
る排気バルブのバルブタイミング進角制御手順を示すフ
ローチャート図、第５図は排気バルブのバルブタイミン
グの進角制御を行う領域を示す特性図、第６図はエンジ
ンの運転状態の変化に伴う吸／排気バルブの開弁期間の
変化を示す図である。 １・・・エンジン、４・・・ピストン、５・・・気ａ、
６・・・吸気バルブ、７・・・排気バルブ、９・・・排
気ボート、１４・・・過給機、２８・・・バルブタイミ
ング変更機構（バルブタイミング変更手段）、３０・・
・コントロールユニット（制御手段）、３２・・・負荷
センサ（負荷検出手段）、θＥＣ・・・ピストン上死点
時から排気バルブの閉弁時までの期間、θｒｏ・・・吸
気バルブの開弁時からピストン上死点時までの期間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気を過給する過給機を備えたエンジンにおいて
   、少なくとも気筒の排気ポートを開閉する排気バルブの
   バルブタイミングを変更するバルブタイミング変更手段
   と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、該負荷検
   出手段の出力を受け、エンジンの高負荷時には少なくと
   もピストン上死点時から排気バルブの閉弁時までの期間
   が吸気バルブの開弁時からピストン上死点時までの期間
   よりも長くなって排気バルブのバルブタイミングが遅れ
   るように、低負荷時には排気バルブのバルブタイミング
   が上記高負荷時のバルブタイミングよりも進み側になる
   ように上記バルブタイミング変更手段を制御する制御手
   段と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。