JPH03138443A - 多気筒エンジンの制御装置 - 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、各気筒の独立吸気通路に対してそれぞれスロ
ットル弁を配設するようにした多気筒エンジンの制御装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、多気筒エンジンの制御装置において、アクセ
ルレスポンスを高めることから、スロットル弁下流の吸
気通路容積を低減するために、各気筒の吸気ポート近傍
の独立吸気通路にそれぞれスロットル弁を配設すること
が考えられている。

また、各気筒の残留排気ガスの掃気効果を高めることか
ら吸気弁および排気弁のバルブタイミングを特定の状態
に設定した場合に、各吸気ポートに逆流する排気ガス量
を低減するために、各独立吸気通路にアイドル時に閉じ
る絞り弁を介装するようにした技術が、例えば、特開昭
６４−１５４２６号公報に見られるように公知である。

（発明が解決しようとする課題） ところで、各気筒の独立吸気通路にスロットル弁を配設
すると、スロットル下流容積が減少すると共に、気筒間
の圧力の干渉がなくなって、バルブオーバーラツプ直前
の排気行程終期で吸気弁が開く直前のポート圧力（吸気
圧力）が大気圧に近付くように高くなることから、アイ
ドル運転時には上記バルブオーバーラツプ期間中の燃焼
ガスの吸気側への逆流が低減して、次の吸気行程に持ち
込まれる排気ガス量いわゆるダイリューションガス量が
低減することになる。しかし、部分負荷状態のような比
較的エンジン出力に余裕がある負荷領域においては、Ｎ
Ｏｘの排出量を低減してエミッション性を改善すること
から、もしくはポンピングロスを低減して燃費性を改善
することから、この部分負荷状態等においてはある程度
のダイリューションガス量を増大することが好ましいも
のである。一方、高負荷状態においてはエンジン出力の
要求が優先され、ダイリューションガス量の増大はエン
ジン出力の低下を招いて好ましくないものである。

しかして、前記のような先行例のように各気筒に単にア
イドル時に閉じる絞り弁を配設したものでは、運転状態
に応じた排気ガスの還流量を得ることが困難となり、特
に部分負荷領域での排気ガス還流量が不足してエミッシ
ョン性、燃費性に影響を与える問題を有する。

すなわち、各気筒にスロットル弁を介装すると、このス
ロットル弁の開度が比較的小さい領域においては、前述
のように気筒間の吸気干渉がなくなると共に、排気ガス
が逆流する通路容積が小さくなって、全体としての吸気
系に吹き返す排気ガス量が低減することになり、また、
特定の運転状態で要求排気ガス還流量が得られるように
各種条件を設定しても、他の領域では排気ガス還流量に
過不足が生じるものである。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、各気筒に対してそれ
ぞれスロットル弁を配設してスロットルレスポンスを改
善すると共に、各種運転状態で良好な排気ガスの還流制
御を行って、出力性能を確保しつつエミッション性、燃
費性を改善するようにした多気筒エンジンの制御装置を
提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の多気筒エンジンの制御
装置は、各気筒に対してそれぞれ独立して接続された独
立吸気通路に、各々スロットル弁を設ける一方、排気弁
の閉タイミングが変更可能なバルブタイミング可変機構
を設け、上記バルブタイミング可変機構を操作し、排気
弁の閉タイミングを低負荷時には遅く、高負荷時には早
くするタイミング変更手段を備えて構成したものである
。

前記バルブタイミング可変機構は、排気弁のバルブタイ
ミングのみ、もしくは、排気弁と吸気弁のバルブタイミ
ングを同期して変更するように構成されている。

（作用） 上記のような制御装置では、アイドル状態においては各
独立吸気通路がスロットル弁によって閉じられ、スロッ
トル弁下流の通路容積が小さく、また、他の気筒との吸
気干渉がないことから排気ガスの吸気通路への逆流量が
少なく、アイドル安定性を得るようにしている。また、
部分負荷時のような低負荷時には、タイミング変更手段
によってバルブタイミング可変機構を制御して、排気弁
の閉タイミングを遅くし、−旦排気ポートに排出した排
気ガスを再び気筒内に吸入することで排気ガス還流量が
増大し、ＮＯｘ排出量の抑制およびＨＣ排出量の低減に
よるエミッション性を改善すると同時に、同一出力を得
るためのスロットル開度の増大による吸気負圧の低減に
伴うポンピングロスの低減による燃費性を改善するよう
にしている。一方、高負荷時には排気弁の閉タイミング
が早くなるようにタイミング変更手段によってバルブタ
イミング可変機構を制御し、排出した排気ガスの吸入を
抑制することで排気ガスの還流量を低減し、エンジン出
力の増大を得て運転性能を確保するようにしている。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の各実施態様を順に説明する
。

実施例１ 第１図および第２図は一実施例における多気筒エンジン
の制御装置の概略構成を示している。

エンジン本体１には４つの気筒２が設置され、各気筒２
の２つの吸気弁５，５によって開閉される吸気ポート３
には独立吸気通路４ａ〜４ｄがそれぞれ独立して接続さ
れ、各気筒２の２つの排気弁８，８によって開閉される
排気ポート６には排気通路７が接続されている。また、
前記各気筒２の独立吸気通路４ａ〜４ｄの上流端はサー
ジタンク９（吸気集合部）に接続されて集合され、さら
に上流の吸気通路４に吸気量センサ１２とエアクリーナ
１３が設置されている。

そして、各気筒２の独立吸気通路４ａ〜４ｄの途中には
、スロットル弁１１がそれぞれ配設されている。上記ス
ロットル弁１１は各気筒２のものが共通のスロットル軸
１１ａに固着されて、アクセル操作に応じて各気筒同時
に開閉作動される。

また、前記スロットル弁１１より下流の独立吸気通路４
ａ〜４ｄには、インジェクタ１４が配設されている。

上記吸気弁５および排気弁８はそれぞれカムシャフト１
５．１６　（ＤＯＨＣ）上のカム１５ａ。

１６ａによって開閉駆動される。上記カムシャフト１５
．１６は、一端に取り付けられたタイミングプーリ１７
．１８および該プーリ１７，１８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のクランクシ
ャフト（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１６は、そのタイミングプーリ
１８近傍で軸方向に駆動側シャフト１８ａと従動側シャ
フト１８ｂとに分離され、その分離された両シャフト１
８ａ、１８ｂ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１９．２０が形成され、該ス
プライン１９゜２０にはアクチュエータ２１（ステ・ソ
ピングモータ）によって駆動されるスリーブ２２がその
内周面のスプライン（図示せず）にて軸方向に摺動可能
に外嵌合されており、アクチュエータ２１によってスリ
ーブ２２を軸方向に移動させることにより、駆動側シャ
フト１８ａに対する従動側シャツト１８ｂを相対的に回
転させて、排気弁８の開閉タイミングの位相を変更する
ようにしたバルブタイミング可変機構２３が構成されて
いる。

上記スリーブ２２を駆動するアクチュエータ２１は、タ
イミング変更手段２４としてのＣＰＵ内蔵のコントロー
ルユニット２５によって作動制御される。このコントロ
ールユニット２５にはエンジン回転数信号および負荷信
号（例えば吸気量信号）が入力される。

上記コントロールユニット２５による排気弁８の閉タイ
ミングの変更は、第３図に示すように、吸気弁５（ＩＮ
）が上死点ＴＤＣの少し前の開タイミング１０で開き、
下死点ＢＤＣから所定後の閉タイミングＩＣに閉じるよ
うに設定されているのに対し、排気弁８（ＥＸ）の開閉
タイミングで、進角タイミングＩは下死点ＢＤＣのかな
り前の開タイミングＥＯａで開き、上死点ＴＤＣの直ぐ
後の閉タイミングＥＣａで早い時期に閉じる一方、遅角
タイミング■は下死点ＢＤＣの少し前の開タイミングＥ
Ｏｒで開き、上死点ＴＤＣのかなり後の閉タイミングＥ
Ｃｒで遅い時期に閉じるように変更される。上記進角タ
イミングＩでは排気弁８の閉タイミングＥＣａが早いこ
とから、吸気弁５が開いてから排気弁８が閉じるまでの
バルブオーバーラツプが短く、一方、遅角タイミング■
では排気弁８の閉タイミングＥＣｒが遅いことから、上
記バルブオーバーラツプが長くなる。

そして、上記排気弁８の閉タイミングは、エンジン回転
数と負荷とによる運転状態に応じ、第４図に例示するよ
うに、アイドル領域Ａ（極低負荷低回転領域）では前記
進角タイミングＩによって排気弁８の閉タイミングＥＣ
ａを早くし、高負荷領域Ｃでも同様に進角タイミングＩ
によって排気弁８の閉タイミングＥＣａを早くし、両者
間の低負荷領域Ｂ（中負荷領域）では前記遅角タイミン
グＨによって排気弁８の閉タイミングＥＣｒを遅くする
特性に基づいて制御される。

なお、高負荷領域Ｃでは低負荷領域Ｂよりも閉タイミン
グが早くなるように設定するものであって、アイドル領
域Ａの閉タイミングよりは遅らせてもよい。また、各領
域で運転状態に応じて細かく閉タイミングを設定し、制
御するようにしてもよい。

上記のような本例によれば、アイドル領域Ａおよび高負
荷領域Ｃでは、排気弁８の閉タイミングは早く、排気通
路７に排出した排気ガスを再び気筒２内に吸入すること
がなく、特に、アイドル領域Ａでは吸気弁５の開タイミ
ングを早くしても、スロットル弁１］の閉作動によって
残留ガスの逆流が防止され、排気ガス還流量はある値以
上は増加せず、出力性能および燃焼安定性を確保するこ
とができる。

一方、低負荷領域Ｂでは、排気弁８の閉タイミングは遅
く、−旦排気ポート６に排出した排気ガスを再び引き戻
すように吸入することで、多量の排気ガス還流量が確保
でき、絞り損失の低減に伴うボンピングロスの低減で燃
費性を改善すると共に、ＮＯｘの低減が得られ、さらに
、排気行程後半のＨＣ濃度高い排気ガスを還流して再燃
焼することでＨＣ排出量の低減効果か得られる。

実施例２ 第５図および第６図に直列４気筒エンジンの変形例にお
ける概略図を示す。

この例におけるエンジン本体１の気筒配列、独立吸気通
路４ａ〜４ｄの接続構造は、実施例１と同様であり、エ
ンジン本体１の各気筒２の吸気弁５によって開閉される
吸気ポート３に独立吸気通路４ａ〜４ｄかそれぞれ接続
され、各気筒２の排気弁８によって開閉される排気ポー
ト６に排気通路７が接続され、独立吸気通路４８〜４ｄ
の上流はサージタンク９に集合されている。そして、各
気筒２の独立吸気通路４ａ〜４ｄにスロットル弁１１が
それぞれ配設され、共通のスロットル軸】１ａに固着さ
れてアクセル操作に応じて各気筒同時に開閉作動される
。

上記吸気弁５および排気弁８はそれぞれカムシャフト１
５．１６　（ＤＯＨＣ）上のカム１５ａ。

１６ａによって開閉駆動される。上記カムシャツ）１５
，１６の駆動は、まず、排気側カムシャフト１６の一端
に取り付けられたタイミングプーリ１ ２ １８に図示しないタイミングベルトが巻き掛けられて、
この排気側カムシャフト１６かエンジンのクランクシャ
フト（図示せず）により回転駆動される。また、上記排
気側および吸気側カムシャツ）１５．１６の他端には、
それぞれカム間駆動プーリ２７，２８が取り付けられ、
両者間にベルトが掛けられて吸気側カムシャフト１５が
回転駆動される。

そして、上記排気側カムシャフト１６には、そのタイミ
ングプーリ１８近傍に前例と同様のバルブタイミング可
変機構２３が設置され、アクチュエータ２１の作動に伴
って駆動側シャフト１８ａに対する従動側シャフト１８
ｂが相対的に回転し、排気弁８の開閉タイミングの位相
が変更される。

また、上記排気弁８の開閉タイミングの変更に対応して
、同様に吸気側カムシャフト１５のエンジン回転に対す
る位相が変化し、吸気弁５の開閉タイミングが変更され
る。

すなわち、この実施例においては、吸気弁５と排気弁８
との相対的位相は同じであり、同一バルブオーバーラツ
プの状態で上死点（下死点）に対する開閉タイミングが
変更するように制御されるものである。

その他は、前例と同様であり、同一構成には同一符号を
付している。

上記アクチュエータ２１は前例同様にタイミンク変更手
段２４としてのコントロールユニット２５によって作動
制御され、運転状態に対する制御領域は前例の第４図と
同様に、アイドル領域Ａ、低負荷領域Ｂおよび高負荷領
域Ｃに区分して行われ、排気弁８の閉タイミングＥＣは
アイドル領域Ａで早く、低負荷領域Ｂで遅く、高負荷領
域Ｃではアイドル領域Ａより遅いが低負荷領域Ｂより早
くなるように設定制御される。

第７図（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれアイドル領域Ａ１低負
荷領域Ｂおよび高負荷領域Ｃのバルブタイミングを例示
している。

まず、アイドル領域Ａでは、第７図（Ａ）のように位相
を早め、排気弁８　（ＥＸ）を上死点ＴＤＣ後の早い閉
タイミングＥＣで閉じるようにして、旦排気ポート６に
排出した排気ガスを再度吸入するのを防止するもので、
これに応じ吸気弁５（ＩＮ）は上死点ＴＤＣ前の早い開
タイミング１０で開き、オーバーラツプ初期に吸気ポー
ト３に排気ガスが吹き返すことになるが、これはスロッ
トル弁１１の閉作動によって阻止してアイドル安定性を
確保する。

低負荷領域Ｂでは、第７図（Ｂ）のように位相を大きく
遅らせ、排気弁８　（ＥＸ）を上死点ＴＤＣ後の遅い閉
タイミングＥＣで閉じるようにして、旦排気ポート６に
排出した排気ガスを再度吸入するようにして排気ガス還
流量を増大し、エミッション性、ポンピングロスを改善
し、さらに、吸気弁５（ＩＮ）の閉タイミングＩｃが遅
くなって有効圧縮比の低減によって、さらにポンピング
ロスの低減による燃費性の向上が図れる。

高負荷領域Ｃでは、第７図（Ｃ）のように位相を早め、
バルブオーバーラツプの中間点が上死点ＴＤＣとなるよ
う、上死点ＴＤＣ前後の吸気弁５（ＩＮ）の開タイミン
グＩＯと排気弁８　（ＥＸ）の閉タイミングＥＣとが均
等になるような時期に、排気弁８を上死点ＴＤＣ後の比
較的早い閉タイミングＥＣで閉じるようにして、このオ
ーバーラツプ中の燃焼室容積を小さくして残留排気ガス
を低減して体積効率を高め、エンジン出力の向上を図る
ようにしている。

なお、上記各実施例においては、排気弁８の開閉タイミ
ングをカム位相を変更することによって調整するバルブ
タイミング可変機構２３の例を示したが、油圧を利用し
て位相を変更するもの、異なるカム形状を有するカムに
切り換えるようにしたものなどが必要に応じて適宜採用
可能である。

また、動弁機構としても、ＤＯＨＣのほか５ＯＨＣで構
成してもよく、また、ＤＯＨＣでもカム間ギヤによって
吸気側と排気側のカムシャフトの連係駆動を行うように
してもよい。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、各気筒に対してそれぞれ
スロットル弁を配設してスロットルレスポンスを改善す
ると共に、排気弁の閉タイミング５ ６ が変更可能なバルブタイミング可変機構を設け、タイミ
ング変更手段によって排気弁の閉タイミングを低負荷時
には遅く、高負荷時には早くするようにしたことにより
、部分負荷時のような低負荷時には排気弁の遅い閉タイ
ミングにより、−旦排気ポートに排出した排気ガスを再
び気筒内に吸入して多量の排気ガス還流量を得て、エミ
ッション性を改善すると同時に、ポンピングロスの低減
による燃費性を改善することができる一方、高負荷時に
は排気弁の早い閉タイミングによって排気ガスの吸入を
抑制することで排気ガスの還流量を低減し、エンジン出
力の増大による良好な運転性能を確保することができ、
各種運転状態で良好な排気ガスの還流制御を行うことが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における多気筒エンジンの
制御装置の概略平面構成図、 第２図は同概略正面構成図、 第３図は排気弁の閉タイミングの変更例を示す開弁特性
図、 第４図は運転状態に対応する制御領域を示す特性図、 第５図は第２実施例における多気筒エンジンの制御装置
の概略平面構成図、 第６図は同概略正面構成図、 第７図は各制御領域でのバルブタイミングを示す特性図
である。 １・・・・・・エンジン本体、２・・・・・・気筒、３
・・・・・・吸気ポート、４・・・・・・吸気通路、４
ａ〜４ｄ・・・・・・独立吸気通路、５・・・・・・吸
気弁、６・・・・・・排気ポート、８・・・・・・排気
弁、１１・・・・・・スロットル弁、１５．１６・・・
・・・カムシャフト、２３・・・・・・バルブタイミン
グ可変機構、２４・・・・・・タイミング変更手段、２
５・・・・・・コントロールユニット。 叩よ 跋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）各気筒に対してそれぞれ独立して接続された独立
   吸気通路に各々スロットル弁を設けた多気筒エンジンに
   おいて、排気弁の閉タイミングが変更可能なバルブタイ
   ミング可変機構を設け、上記バルブタイミング可変機構
   を作動し、排気弁の閉タイミングを低負荷時には遅く、
   高負荷時には早くするタイミング変更手段を備えたこと
   を特徴とする多気筒エンジンの制御装置。
2. （２）前記バルブタイミング可変機構は、排気弁のバル
   ブタイミングのみを変更することを特徴とする請求項１
   記載の多気筒エンジンの制御装置。
3. （３）前記バルブタイミング可変機構は、排気弁と吸気
   弁のバルブタイミングを同期して変更することを特徴と
   する請求項１記載の多気筒エンジンの制御装置。