JPH03172535A - 排気ターボ式過給機付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、吸気弁の閉タイミングを切換える可変バルブ
タイミング手段と排気通路の連通位置を切り換える排気
連通手段とを備えた排気ターボ式過給機付エンジンの制
御装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、エンジンの排気エネルギで過給を行う排気タ
ーボ式過給機を備えると共に、吸気弁の閉タイミングを
可変とし、低回転高負荷時の加速時に過給圧の立ち上が
りが遅れる状態では、吸気弁の閉タイミングを遅らせて
低回転領域での充填効率を高めるようにした技術が、例
えば、米国特許第ＬＯ１５，９８４号に見られるように
公知である。

（発明が解決しようとする課題） しかして、前記排気ターボ式過給機を設置したエンジン
に、吸気弁の閉タイミングを切換える可変バルブタイミ
ング手段を組み合わせて設けるようにした場合に、低速
域では前記排気ターボ式過給機による過給効果は低くエ
ンジン出力が不足することから、吸気弁の閉タイミング
を早くして、低回転領域での吸気充填効率を高めるよう
に制御するものであるが、吸気弁の早閉じタイミングの
ままエンジン回転数が上昇すると、ノッキングが発生す
る問題があり、また、過給圧の上昇によるエンジン出力
の増大は排気エネルギも増大して排気ターボ式過給機の
耐熱限界を越える恐れがある。

排気ガス温の低下を図るものとして、各気筒の排気通路
を比較的上流側の部分で連通すると、各気筒から順次排
出される排気ガスが多気筒の排気通路を通って流出し、
排気通路での放熱量が増大して、排気ターボ式過給機に
流入する排気ガス温を抑制することが考えられるが、排
気ガス温の問題のない領域で上流連通を行うと、出力特
性が低下することになる。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、可変バルブタイミン
グ手段による吸気閉タイミングの切換えと排気連通切換
手段による排気連通位置の切換えとを最適状態で行うよ
うにして全運転域の出力特性の向上並びに排気ガス温の
適正化を得るようにした排気ターボ式過給機付エンジン
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に本発明のエンジンの制御装置
は、排気ターボ式過給機と、各気筒に対する排気通路の
相互連通位置を、低回転で下流側に高回転で上流側に切
り換える排気連通切換手段と、吸気弁の閉タイミングを
高負荷低回転で早閉じタイミングに、高負荷高回転で遅
閉じタイミングに切り換える可変バルブタイミング手段
とを備え、エンジン回転数の上昇に対して、前記排気連
通切換手段の上流側連通に切り換える作動時期より、前
記可変バルブタイミング手段の遅閉じタイミングに切り
換える作動時期を低回転側に設定して構成したものであ
る。

（作用） 上記のような排気ターボ式過給機付エンジンの制御装置
では、エンジンの低回転領域においては過給不足に対し
て可変バルブタイミング手段を吸気早開じタイミングに
作動して、この早閉じタイミンクに対応して低速時の充
填効率の向上を得ると共に、この低回転領域では排気連
通切換手段は下流側連通として、低速トルク、レスポン
スを確保するようにしている。

一方、エンジン回転数の上昇に対応して過給圧が上昇し
充填量が増大するのに伴ってノッキングが発生しやすく
なるが、低回転側で可変バルブタイミング手段を遅閉じ
タイミングに切り換えて掃気効果によって燃焼温度の低
下を図ってノッキングの発生を抑制しつつ十分な過給作
用で出力特性を確保し、さらに、エンジン回転数が上昇
した時点で排気連通切換手段を上流側連通に切り換えて
放熱量の増大によって排気ガス温を低下して高い過給圧
で十分な過給を行って高い出力特性を得るようにしてい
る。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の各実施態様を説明する。

実施例１ 第１図にこの実施例の制御装置を備えた排気り一ボ式過
給機付エンジンの概略構成を示す。この実施例は、排気
連通切換手段と可変バルブタイミング手段とに加えて、
吸気系の固有振動数を切換える可変吸気手段を備えた例
である。

４気筒エンジンＥは第１気筒１ａ、第３気筒ＩＣ１第４
気筒１ｄ、第２気筒１ｂの順に点火順序が設定されてい
る。第１〜第４気筒１ａ〜１ｄの吸気ポートにはそれぞ
れ独立吸気通路２ａ〜２ｄが接続され、吸気行程が連続
しない第１および第４気筒の独立吸気通路２ａ、２ｄが
第１集合吸気通路３ａに、また同様に、第２および第３
気筒の独立吸気通路２ｂ、２ｃが第２集合吸気通路３ｂ
に接続されている。両集合吸気通路３ａ、３ｂの上流部
にはそれぞれスロットルバルブ６ａ、６ｂが配設され、
その上流部分で集合されている。

そして、前記第２，３気筒の独立吸気通路２ｂ。

２Ｃを直接第１集合吸気通路３ａに連通ずる吸気連通路
４が設けられ、この吸気連通路４には可変吸気制御バル
ブ５がそれぞれ配設され、圧力波反転部分までの吸気通
路長を変更することで吸気系の固有振動数を切換える可
変吸気手段Ａが構成されている。

上記可変吸気手段Ａの可変吸気制御バルブ５は、吸気連
通路４を閉じている際には、集合吸気通路３ａ、３ｂの
上流側集合部分を圧力反転部とした長い振動系で、吸気
系の固有振動数は低い同調回転数となり、吸気連通路４
を開くと下流側の第１集合吸気通路３ａを圧力反転部と
した短い振動系で、吸気系の固有振動数は高い同調回転
数となる。

上記集合吸気通路３ａ、３ｂの上流側の吸気通路３は、
インタークーラ７を経由して排気ターボ式過給機Ｂのコ
ンプレッサ８に連通し、エアフローメータ９を介して図
示しない吸気開口部に連通している。

また、第１〜第４気筒１ａ〜１ｄの排気ポートにはそれ
ぞれ独立排気通路１１ａ〜ｌｉｄが接続され、第１．４
独立排気通路１１ａ、ｌｉｄが第１集合排気通路１２ａ
に、第２．３独立排気通路１１ｂ、ｌｌｃが第２集合排
気通路１２ｂに集合され、両集合排気通路１２ａ、１２
ｂは相互に排気連通路１０によって連通されると共に、
この連通部分より下流側で両集合排気通路１２ａ、１２
ｂは合流して連通ずる。そして、合流後の排気通路１２
には、排気ターボ式過給機Ｂのタービン１３が介装され
ている。上記排気通路１２のタービン１３よりも上流域
と下流側とは排気バイパス通路であるウェストゲート１
５を介して連通し、ウェストゲート１５の開口部には開
閉するウェストゲートバルブ１６が配設されている。ま
た、前記排気連通路１０には開閉バルブ１７が介装され
、この開閉バルブ１７の開閉で排気連通位置を切り換え
る排気連通切換手段Ｃが構成されている。

この排気連通切換手段Ｃの開閉バルブ１７を駆動するア
クチュエータ１８は、開閉バルブ１７を開閉操作するロ
ッド１７ａが連結されたダイヤフラム１９を備え、この
ダイヤフラム１９によってケーシング内が背部側の圧力
室１８ａと、反対側の大気室１８ｂとに区画形成されて
いる。そして、大気室１８ｂには開閉バルブ１７を閉弁
方向に付勢するスプリング２０が縮装されている。

また、上記圧力室１８ａには圧力導入通路２１を介して
スロットルバルブ６ａ下流の独立吸気通路２ａの吸気圧
力（過給圧）が導入され、圧力導入通路２１には三方ソ
レノイド２３が介装されている。この三方ソレノイド２
３は、その大気開放ポートが開放通路２１ａを介してコ
ンプレッサ８上流の吸気通路３に接続され、アクチュエ
ータ１８の圧力室１８ａに過給圧を導入するか、大気開
放するように作動するものであって、その作動がコント
ロールユニット１４によって制御される。

上記排気連通切換手段Ｃの作動により、三方ソレノイド
２３が閉じて圧力室１８ａを大気開放している状態で開
閉バルブ１７は閉じ、第１．第２集合排気通路１２ａ、
１２ｂは下流側の合流部で相互に連通ずることで、各気
筒からの排気ガスの流通面積は狭く放熱量を少なくする
一方、三方ソレノイド２３を開いて圧力室１８ａに過給
圧を導入した状態で開閉バルブ１７が開き、第１．第２
集合排気通路１２ａ、１２ｂは上流側の排気連通路１０
で相互に連通ずることで、各気筒からの排気ガスの流通
面積は広く放熱量を増大して排気ガス温の上昇を抑制す
るものである。

また、前記可変吸気手段Ａの可変吸気制御バルブ５の回
転軸には、連係機構を介してその開閉操作を行うアクチ
ュエータ２６が接続されている。

このアクチュエータ２６は、可変吸気制御バルブ５に連
係されたロッド２９が固着されたダイヤフラム２７によ
ってケーシングが背部の圧力室２６ａと反対側の大気室
２６ｂとに区画され、大気室２６ｂには可変吸気制御バ
ルブ５を閉弁方向に付勢するスプリング２８が縮装され
ている。そして、上記圧力室２６ａには、スロットルバ
ルブ６ａ下流の集合吸気通路３ａの吸気圧力（過給圧）
を導入する圧力導入通路２５が接続され、この圧力導入
通路２５には三方ソレノイド２４が介装されている。こ
の三方ソレノイド２４は、その大気開放ポートが開放通
路２５ａを介してコンプレッサ８上流の吸気通路３に接
続され、開作動時にアクチュエータ２６の圧力室２６ａ
に過給圧を導入して可変吸気制御バルブ５を開作動する
ように構成されている。

次に、各気筒１ａ〜１ｄの吸気弁の開閉機構には、閉タ
イミングを変更する可変バルブタイミング手段りが設置
されている。可変バルブタイミング手段りは、吸気弁を
開閉駆動する２種類のカム部３１ｂ、３１ｃを有するス
ライド可能なカム軸３１と、該カム軸３１の移動を操作
するアクチュエータ３２とを備えている。カム軸３１は
、クランク軸（図示せず）によってカムプーリ３１ａの
部分で同期駆動され、吸気弁の閉タイミングを異なる位
相に設定した２種類のカム部３１ｂ、３１Ｃがそれぞれ
の吸気弁に対応して配置され、そして、このカム軸３１
の移動により、吸気弁の閉タイミングが変更可能となる
ものであり、上記アクチュエータ３２の作動がコントロ
ールユニット１４によって制御される。

上記可変バルブタイミング手段りの作動により、吸気弁
の閉タイミングは、第３図に示すように、低回転用の早
閉じタイミングＰ（実線）と、高回転用の遅閉じタイミ
ングＳ（破線）とに切換え操作される。

前記コントロールユニット１４は、ＣＰＵ、制御プログ
ラムを格納したメモリー、入出力インターフェースなど
から構成され、エンジン回転センサからのエンジン回転
数信号Ｎｅ、スロットル開度センサ等による負荷センサ
からのエンジン負荷信号り等が入力され、前記排気連通
切換手段Ｃおよび可変吸気手段Ａの切換え操作を行う三
方ソレノイド２３．２４並びに可変バルブタイミング手
段りのアクチュエータ３２に制御信号がそれぞれ出力さ
れる。

本例の作用を第２図に基づいて説明する。エンジン回転
数Ｎｅが第１設定回転数Ｎ１以下の低回転領域では、前
記コントロールユニット１４は両方の三方ソレノイド２
３．２４を閉じると共に可変バルブタイミング手段りの
アクチュエータ３２には早閉じ信号を出力し、第２図（
Ｂ）、（Ｃ）に示すように可変バルブタイミング手段り
では吸気弁の閉タイミングは早閉じタイミングＰとなり
、また、可変吸気制御バルブ５は閉じて長い吸気振１ 動系で固有振動数を低回転側に設定している。さらに、
第２図（Ｄ）に示すように排気連通切換手段Ｃでは開閉
バルブ１７の閉作動で排気連通路１０は閉じて下流側連
通に設定される。これにより、吸気弁の早閉じタイミン
グＰに対し吸気充填効率は低回転領域で高くなり、その
結果、第２図（Ａ）に示すようにエンジントルクはその
同調回転数でピークとなる曲線Ｉに沿って変化する。

この低回転時には排気ガス温は問題なく、排気系の排気
連通は下流側で、排気エネルギは冷却で低下せず有効に
タービン１３に作用して過給レスポンスが増大し、排気
干渉による損失がなく低速トルクが確保できる。

エンジン回転数Ｎｅが第１設定回転数Ｎ１に達すると、
コントロールユニット１４は可変バルブタイミング手段
りのアクチュエータ３２に対する制御信号を切換え、吸
気弁の閉タイミングを遅閉じタイミングＳに切り換える
。これにより、過給圧による掃気効果の増大で、燃焼室
内に残留する排気ガス量が低減して吸気温度が低下する
と共に、２ 吸気閉タイミングの遅れで有効圧縮比が低下し、第２図
（Ｅ）のようにエンジン回転数Ｎｅの上昇に伴う過給圧
の増大に対してノッキングの発生が抑制される。

また、エンジン回転数Ｎｅが上昇して第２設定回転数Ｎ
２となると、コントロールユニット１４は連通開閉バル
ブ１７を開くように排気連通切換手段Ｃの三方ソレノイ
ド２３を開作動する制御信号を出力する。このため、過
給圧の増大等に伴って上昇傾向にある排気ガス量を、排
気連通路１０を介して両方の集合排気通路１２ａ、１２
ｂを流通させることで、放熱量を増大して排気ガス温の
上昇を抑制し、排気ターボ式過給機Ｂの耐久性を損なう
ことなく多量の排気ガスの導入で高い過給圧を得る。

さらに、エンジン回転数Ｎｅが第３設定回転数Ｎ３に達
すると、コントロールユニット１４は可変吸気手段Ａの
三方ソレノイド２４を開くように制御信号を切換え、可
変吸気制御バルブ５を開き短い吸気振動系で吸気系の固
有振動数が高回転側に切換る（第２図Ｃ）。これにより
、吸気系の固有振動数と同調する高回転側のエンジン回
転数で共鳴過給効果を生じ、該回転数近傍で吸気充填効
率が高くなり、その結果、第２図（Ａ）に示すようにエ
ンジントルクは上記同調回転数でピークとなる曲線■に
沿って変化する。

なお、エンジン停止状態ではウェストゲートバルブ１６
は全閉状態にあり、エンジン回転数Ｎｅの上昇に対応し
て排気ターボ式過給機Ｂの過給圧は上昇し、過給圧が設
定圧ＰＩに達した時点で、そのアクチュエータ（図示せ
ず）に導入された過給圧によってウェストゲートバルブ
１６が開き始め、タービン１３に流入する排気ガス量を
低減して、エンジン回転数Ｎｅが上昇してもタービン回
転数の上昇を抑制して過給圧を設定圧に規制するように
過給圧に応じてウェストゲートバルブ開度が調整される
ものである。

本例では、ノッキングの抑制のために排気連通切換手段
Ｃおよび可変吸気手段Ａより低回転側で先に可変バルブ
タイミング手段りを切換えて、その後に排気ガス温対策
として排気連通切換手段Ｃを切り換えて過給圧を高める
ようにし、さらに、その後に可変吸気手段Ａを切換えて
全運転領域で良好な出力特性を得るようにしている。

実施例２ 第４図にこの実施例の制御装置を備えた過給機付エンジ
ンの概略構成を示す。この実施例は、前例に対して排気
通路構造並びに排気連通切換手段の変形例を示す。

エンジンＥの吸気系の通路構成は実施例１と同様に形成
され、可変吸気手段Ａの可変吸気制御バルブ５の開閉を
アクチュエータ２６によって操作して、固有振動数を切
換えるようにしている。

また、吸気弁の閉タイミングを切換える可変バルブタイ
ミング手段りも、前記実施例１と同様に形成され、その
アクチュエータ３２にコントロールユニット１４から制
御信号が出力される。

一方、排気系には排気ターボ式過給機Ｂとして、タービ
ン１３に排気ガスを導入する通路が２つ形成されたツイ
ンスクロールターボ方式のものが配置５ 設されている。そして、第１〜第４気筒１８〜１ｄの排
気ボートにそれぞれ接続された独立排気通路１１ａ′〜
１１ｄ′において、第１．　２気筒の独立排気通路１１
ａ’、ｌｌｂ’は集合されて排気ターボ式過給機Ｂのタ
ービン１３に対する第１導入通路１２ａ′に接続され、
また、第３，４気筒の独立排気通路１１ｃ’　、ｌｉｄ
’は集合されて排気ターボ式過給機Ｂのタービン１３に
対する第２導入通路１２ｂ′に接続されている。

また、前記独立排気通路１１８′〜１１ｄ′の上流部分
には、各通路１１ａ′〜１１ｄ′を相互に連通ずる排気
連通路１０′がそれぞれ接続され、この排気連通路１０
′の中間部分すなわち、第２゜３気筒への連通部分の中
間に両側の連通を遮断する排気連通切換手段Ｃ′の開閉
バルブ１７を介装してなる。

上記開閉バルブ１７には前例と同様に構成されたアクチ
ュエータ１８が接続されて開閉操作が行われ、その圧力
導入通路２１には三方ソレノイド２３が介装され、この
三方ソレノイド２３にコン６ トロールユニット１４から制御信号が出力されて制御さ
れる。

前記各手段Ａ、Ｃ’　、Ｄの制御は、前例と同様に行わ
れるもので、前記第２図のエンジン回転数Ｎｅに対する
特性に基づいて、それぞれの切換時期が制御される。

上記各構造において、前記実施例と同一構成部分には同
一符号を付して説明を省略する。

本例においては、排気連通切換手段Ｃ′の開閉バルブ１
７が閉じている際には、上流側の相互連通の遮断により
、各気筒の排気ガスは２系統の通路１２ａ’　、１２ｂ
’を別々に流下して、高い流速を維持してタービン１３
に導入して、低速域でのタービン効率の向上を得るよう
にしている。また、開閉バルブ１７が開いて各気筒の独
立排気通路１１ａ′〜１１ｄ′を相互に連通ずると、各
気筒からの排気ガスは各通路を流下して放熱量の増大に
よって排気ガス温の上昇を抑制する作用は、前例と同様
である。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、排気ターボ式過給機と、
各気筒に対する排気通路の相互連通位置を下流側と上流
側に切り換える排気連通切換手段と、吸気弁の閉タイミ
ングを早閉じタイミングと遅閉じタイミングに切り換え
る可変バルブタイミング手段とを備え、エンジン回転数
の上昇に対して、排気連通切換手段の上流側連通に切り
換える作動時期より、可変バルブタイミング手段の遅閉
じタイミングに切り換える作動時期を低回転側に設定し
たことにより、エンジンの低回転領域においては過給不
足に対して可変バルブタイミング手段を吸気半閉じタイ
ミングに作動し低速時の充填効率の向上を得ると共に、
この低回転領域では排気連通切換手段は下流側連通とし
て低速トルク、レスポンスを確保することができる一方
、エンジン回転数の上昇に対応して過給圧が上昇し充填
量が増大するのに伴ってノッキングが発生しやすくなる
のを可変バルブタイミング手段を遅閉じタイミングに切
り換えることでノッキングの発生を抑制しつつ十分な過
給作用で出力特性を確保し、さらに、エンジン回転数が
上昇した時点で排気連通切換手段を上流側連通に切り換
えて排気放熱量の増大によって排気ガス塩を低下し、高
い過給圧で十分な過給を行って出力特性を向上すること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における制御装置を備え
た排気ターボ式過給機付エンジンの概略構成図、 第２図はエンジン回転数に対する制御特性を示す特性図
、 第３図は吸気弁の開閉タイミングの変更例を示す特性図
、 第４図は第２の実施例における制御装置を備えた排気タ
ーボ式過給機付エンジンの概略構成図である。 Ｅ・・・・・・エンジン、Ａ・・・・・・可変吸気手段
、Ｂ・・・・・・排気ターボ式過給機、ｃ、　　ｃ’・
・・・・・排気連通切換手段、Ｄ・・・・・・可変バル
ブタイミング手段、４・・・・・・吸気連通路、５・・
・・・・可変吸気制御バルブ、８・・・・・・　９ コンプレッサ、１０．１０’・・・・・・排気連通路、
１３・・・・・・タービン、１７・・・・・・開閉バル
ブ、１８・・・・・・アクチュエータ、２１．２５・・
・・・・圧力導入通路、２３．２４・・・・・・三方ソ
レノイドバルブ、２６・・・・・・アクチュエータ、３
１・・・・・・カム軸、３２・旧・・アクチュエータ。 ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気ターボ式過給機を備えると共に、各気筒に対
   する排気通路の相互連通位置を、低回転で下流側に高回
   転で上流側に切り換える排気連通切換手段と、吸気弁の
   閉タイミングを高負荷低回転で早閉じタイミングに、高
   負荷高回転で遅閉じタイミングに切り換える可変バルブ
   タイミング手段とを備えたエンジンの制御装置であって
   、エンジン回転数の上昇に対して、前記排気連通切換手
   段の上流側連通に切り換える作動時期より、前記可変バ
   ルブタイミング手段の遅閉じタイミングに切り換える作
   動時期を低回転側に設定したことを特徴とする排気ター
   ボ式過給機付エンジンの制御装置。