JPH0331534A - エンジンの吸排気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、エンジンの吸排気タイミング制御装置に関す
る。

（従来技術） 吸気弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ吸気弁の開
閉時期を早めあるいは遅くする吸気弁開閉時期変更手段
は知られている。例えば、特開昭６０−２７７１４号公
報には、吸気弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ吸
気弁の開閉時期を早めあるいは遅くする吸気弁開閉時期
変更手段を備えたエンジンのバルブタイミング制御装置
であって、低回転高負荷領域において吸気弁閉時期を早
め、高回転領域では吸気弁閉時期を遅くして、広い回転
領域で充分な吸気量、ひいては高出力を確保するように
なった制御装置が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、吸気弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ低
回転領域で吸気弁の閉弁時期を早め、高回転領域で吸気
弁閉時期を遅くすると、低回転領域では吸、排気弁のオ
ーバーラツプ期間が長くなって吸気中の残留燃焼ガス量
が増え燃焼の安定性を損ない、高回転領域では吸、排気
弁のオーバーラツプ期間が短くなって掃気性の悪化を招
くという問題があった。

したがって、本発明は、吸気弁の開弁期間を所定の期間
に維持しつつ吸気弁の開閉時期を早めあるいは遅くする
吸気弁開閉時期変更手段を備えたエンジンの吸排気制御
装置において、吸気弁の開閉時期を変更して広い回転領
域で充分な吸気量を確保しつつ、吸、排気弁のオーバー
ラツプ期間の変化による悪影響の発生を抑制できるエン
ジンの吸排気制御装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明にあっては、吸気弁の
開弁期間を所定の期間に維持しつつ吸気弁の開閉時期を
早めあるいは遅くする吸気弁開閉時期変更手段と、排気
弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ排気弁の開閉時
期を早めあるいは遅くする排気弁開閉時期変更手段と、
吸気弁の開閉時期と排気弁の開閉時期の相対関係を所定
の関係に維持しつつエンジンの低回転領域では吸気弁の
開閉時期が早くなり、高回転領域では吸気弁の開閉時期
が遅（なるように前記吸気弁開閉時期変更手段と排気弁
開閉時期変更手段を制御する制御手段とを備えているこ
とを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。

本発明の好ましい実施態様にあっては、前記制御装置は
排気ターボ式過給機付エンジンの制御装置として構成さ
れる。

本発明の他の好ましい実施態様にあっては、前記制御装
置は動的過給手段を備えている自然吸気エンジンの制御
装置として構成される。

本発明の更に他の好ましい実施態様にあっては、前記吸
気弁開閉時期変更手段と排気弁開閉時期変更手段は単一
の共通手段から成る。

（作用） 本発明においては、エンジンの低回転領域では吸気弁の
閉弁時期が早くなり、高回転領域では吸気弁の閉時期が
遅（なるように前記吸気弁開閉時期変更手段が制御され
るので、はぼ全回転数領域に亘って充分な吸気量が確保
される。一方、吸気弁と排気弁の開閉時期の相対関係は
所定の関係に維持されるので、すなわち、吸、排気弁の
オーバーラツプ期間が所定期間に維持されるので、低回
転領域で燃焼室内の残留既燃ガス量が多くなって燃焼安
定性が損なわれ、或いは、高回転領域で掃気性の悪化を
招くことはない。

（実施例） 以下、添付の図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例に係る制御装置を備えた排気タ
ーボ式過給機付ＤＯＨＣエンジンの吸排気系の構成を示
し、第２図は吸気弁、排気弁の開閉時期変更手段の構成
を示す。

第１図において、本実施例に係るエンジンの吸気ポート
から延びる独立吸気通路１は燃料噴射弁２の上流部が集
合吸気通路３に接続され、集合吸気通路３はスロットル
バルブ４、インタークーラー５を経由して排気ターボ式
過給機６のコンプレッサ６ａに連通し、コンプレッサ６
ａの上流部は図示しないエアフローメータ、エアクリー
ナを介して吸気開口部に連通している。

一方、本エンジンの排気ポートは独立排気通路７を介し
て集合排気通路８に接続し、集合排気通路７の排気下流
部は排気ターボ式過給機６のタービン６ｂを経由して排
気通路９に連通している。

本エンジンはＤＯＨＣエンジンであり、吸気弁ｌＯ１排
気弁１１はそれぞれカム軸１２．１３に設置されたカム
１４．１５によって開閉、駆動される。

２０は吸気弁開閉時期変更装置、また３０は排気弁開閉
時期変更装置である。吸気弁開閉時期変更装置２０は、
吸気バルブｌＯを開閉駆動するカム１４を備えたカム軸
１２と、カム軸１２に組み込まれた略Ｈ形の軸方向断面
を有するスリーブ２１とコントロールユニットによって
制御される駆動レバー２２とから成る。カム軸１２は、
バルブ開閉駆動用カム１４を備えた部分１２ａと図示し
ないベルトをかいして図示しないクランク軸によって回
転駆動されるプーリー２３に連結された部分１２ｂとに
部分され、部分１２ａ、１２ｂの対峙する端部には互い
に反対方向に巻いたヘリカルスプライン２４ａ、２４ｂ
がそれぞれ形成されており、前記スリーブ２１の二つの
フランジ２１ａ、２１ｂの内縁がそれぞれヘリカルスプ
ライン２４ａ１２４ｂにスプライン嵌合している。

排気弁開閉時期変更装置３０は吸気弁開閉時期変更装置
２０と同様の構成を有する。

吸気弁開閉時期変更装置２０と排気弁開閉時期変更装置
３０はコントロールユニットによっテ制御される。コン
トロールユニットは制御プログラムを格納したメモリー
と入出力インターフェースとＣＰＵとから成る。コント
ロールユニットには、図示しないエンジン回転数センサ
からのエンジン回転数信号とエアフローメータからのエ
ンジン負荷信号とが入力され、またコントロールユニッ
トからは吸気弁開閉時期変更装置２０の駆動レバー２１
ｂと排気弁開閉時期変更装置３０の駆動レバーに制御信
号が出力される。

係る構成を有する本実施例に係るエンジンにあっては、
エンジンの所定の低回転数領域では、カム軸１２ａと１
２ｂの相対位相角、すなわちカム軸１２ａと図示しない
クランク軸の相対位相角は、吸気弁ｌＯの開閉タイミン
グが第３図に太実線で示すタイミング、すなわち早期に
吸気弁が閉じるタイミングとなる角度にスリーブ２２に
よって規制維持されている。一方、排気弁１１の開閉タ
イミングは、上記と同様の仕方で、吸気弁ｌＯの開閉タ
イミングと所定の相関関係を有するタイミング、すなわ
ち第３図に大破線で示すタイミングに設定維持されてい
る。

エンジン回転数が上昇して所定の高回転領域になると、
エンジン回転数信号に基づいてコントロールユニットは
エンジン回転数が所定の高回転領域にあると判断し、吸
気弁開閉時期変更装置２０の駆動レバー２２に制御信号
を送り、スリーブ２１を軸方向に移動させる。これによ
りスリーブ２１のフランジ２１ａ、２１ｂの内縁とスプ
ライン嵌合したカム軸１２ａと１−２ｂは、ヘリ力ルス
ブライン２４ａと２４ｂが逆方向に巻いているために相
対回転を生じ、その結果、カム軸１２ａと１２ｂの相対
位相角、すなわちカム軸ｔ２ａと図示しないクランク軸
の相対位相角が変化し、吸気弁の開閉タイミングが第３
図に細実線で示すタイミング、すなわち吸気弁１０が遅
く閉じるタイミングに平行移動する。一方コントロール
ユニットは吸気弁開閉時期変更装置２０に制御信号を送
ると同時に排気弁開閉時期変更装置３０にも制御信号を
送り、排気弁１１の開閉タイミングが吸気弁１０の開閉
タイミングと前記所定の関係を維持するように排気弁１
１の開閉タイミングを第３図の細破線の開閉タイミング
、すなわち排気弁１１が遅く閉じるタイミングに変更す
る。

すなわち、本実施例に係るエンジンにあっては、第３図
から分かるように、エンジンの低回転領域では吸気弁Ｉ
Ｏが早く開閉し、一方エンジンの高回転領域では吸気弁
ｌＯが遅く開閉する。また、吸気弁ＩＯと排気弁１１の
開閉タイミングはエンジン回転数に係わらず所定の相関
関係に保持され、その結果、エンジンの低回転領域では
排気弁１１は早く開閉し、エンジンの高回転領域では排
気弁は遅（開閉する。従って、低回転領域では吸気弁の
半閉じにより、高回転領域では吸気弁の遅閉じにより、
それぞれ充分な吸気量が確保され、一方眼、排気弁のオ
ーバーラツプ期間はエンジン回転数の如何に係わらず変
化しないので、低回転領域で残存既燃ガス量が増大して
燃焼安定性を損ない、或いは高回転領域で掃気性が低下
する等の弊害を生じない。更に、低回転領域で排気弁の
開弁時期が早くなることにより、■過給機付エンジンの
場合には高エネルギーの燃焼ガスにより過給機のタービ
ンが回されるので過給圧が高くなりエンジン出力が増大
する。■排気ガス温が高くなることにより、排気ガス浄
化用の触媒が活性化しエミッションが低減する。一方、
高回転領域で排気弁の開弁時期が遅くなることにより、
■過給機付エンジンの場合には排気ガス温度の低下によ
り過給機のタービンの耐久性が増す。■排気ガス温度の
低下により排気管の耐久性が増す。

なお、低回転低負荷領域では、吸気弁の開閉タイミング
のみを吸気弁が遅く閉じるタイミング、すなわち第３図
の細実線で示すタイミングに変更しても良い。このよう
にすることにより、第３図から分かるごとく、吸、排気
弁のオーバーラツプ期間、すなわち、細実線と太破線が
交差している期間が短くなり、既燃ガスの吸気通路への
逆流が防止され、低回転低負荷領域での燃焼安定性が担
保される。

第４図に本発明の他の実施例に係る制御装置を備えたエ
ンジンの吸排気系の構成を、第５図に該吸気系の吸気弁
の開閉時期変更手段の構成を示す。

図示のごとく、本実施例では、吸気弁駆動用カム軸１２
’と排気弁駆動用カム軸１３’がベルトまたは歯車１６
で連結され、吸気弁駆動用カム軸１２’のみに吸気弁開
閉時期変更装置２０′が配設されている。また、各気筒
の独立吸気通路１′には燃料噴射弁２′の上流部にコン
トロールユニットからの制御信号に基づいて開閉制御さ
れる吸気通路閉鎖用バルブ１７が配設されている。以上
の諸点を除き、本実施例に係るエンジンの吸排気系は第
１図、第２図の実施例に係るエンジンの吸排気系と同一
である。

係る構成を有する本実施例に係る制御装置にあっては、
吸気弁駆動用カム軸１２’と排気弁駆動用カム軸１３’
がベルトまたは歯車１６で連結され、吸気弁と排気弁の
開閉時期の相関関係が所定の関係に固定されているので
、吸気弁の開閉タイミングの変更のみを行えば良く、排
気弁の開閉タイミングを変更する手間が省ける。また、
本実施例に係る制御装置においては、所定の低回転低負
荷領域では、コントロールユニットは負荷信号と回転数
信号からエンジンが所定の低回転低負荷領域にあると判
断し、吸気通路閉鎖用バルブ１７に制御信号を送り、バ
ルブ１７を回転駆動して独立吸気通路１′を閉鎖する。

これにより、既燃ガスの吸気通路への逆流量が抑制され
低回転低負荷領域での燃焼安定性が担保される。

なお、前述の実施例では、ＤＯＨＣエンジンを対象とし
ていたが、５ＯＨＣエンジンを対象とする場合には、当
然のこととして、前記の吸気弁開閉時期変更装置２０と
同様の装置が吸気弁開閉時期変更装置と排気弁開閉時期
変更装置とを兼ねることになる。

以上の実施例では、排気ターボ式過給機付エンジンに本
発明に係る制御装置を適用していたが、本発明に係る制
御装置を自然吸気エンジンに適用できるのは言うまでも
ない。ただし、自然吸気エンジンの場合、低回転領域で
は排気ターボ式過給機付のエンジンに比べ吸気圧が低い
ため、低回転領域で吸気弁の開閉タイミングを吸気弁が
早く閉じるタイミング、すなわち吸気弁が早く開くタイ
ミングに設定すると吸気弁の開弁から上死点までの時間
が長くなることにより、既燃ガスが吸気通路に逆流して
燃焼安定性を損なうおそれがある。

したがって、自然吸気エンジンに本発明に係る制御装置
を適用する場合には、第６図〜第８図に説明するような
、低回転領域での既燃ガスの逆流防止対策を講するのが
望ましい。

すなわち第６図の実施例では、第１気筒４０　ａ　ｓ第
３気筒４０ｃ、第４気筒４０ｄ、第２気筒４０ｂの順に
点火順序が設定された４気筒エンジンの、吸気工程が連
続しない第１気筒、第４気筒の独立吸気通路４１ａ、４
１ｄが集合吸気通路４２ａに、また、同様に吸気工程が
連続しない第３気筒、第２気筒の独立吸気通路４１ｃ、
４１ｂが集合吸気通路４２ｂに接続されている。集合吸
気通路４２ａ、４２ｂはスロットルバルブ４３ａ１４３
ｂの上流部で連通している。連通部までの集合吸気通路
４２ａ、４２ｂの寸法は独立吸気通路４１ａ　〜４１ｄ
と集合吸気通路４２ａ、４２ｂとで構成される吸気通路
が所定の低エンジン回転数で共鳴過給効果を生ずるよう
に設定されている。

本実施例では、吸気弁開閉時期変更装置４４により低回
転領域で吸気弁の開閉タイミングが吸気弁が早く閉じる
タイミング、すなわち吸気弁が早く開くタンミングに設
定されても、低回転領域で共鳴過給効果により吸気圧が
高められているので、既燃ガスが吸気通路に逆流する恐
れはない。

第７図の実施例では、集合吸気通路の上流に機械式過給
機５１が配設されている。機械式過給機５１は所定の低
回転領域でのみ作動するように制御される。また、各気
筒の独立排気通路５２ａ〜５２ｄは充分な長さを有して
おり、それらの下流部は集合排気通路５３に連通してい
る。

本実施例では、吸気弁開閉時期変更装置５４により低回
転領域で吸気弁の開閉タイミングが吸気弁が早く閉じる
タイミング、すなわち吸気弁が早く開くタンミングに設
定されても、低回転領域で機械式過給機５１が作動して
吸気圧が高められ、また、低回転領域で排気の慣性効果
により排気負圧が大きくなるので、既燃ガスの吸気通路
への逆流が防止される。

第８図の実施例では集合吸気通路６０の上流に拡大室６
１が設けられている。また、排気順序が連続しない気筒
の独立排気通路６２ａ、６２ｄが集合排気通路６３ａに
接続され、同じく排気順序が連続しない気筒の独立排気
通路６２ｃ、６２ｂが集合排気通路６３ｂに接続されて
いる。集合排気通路６３ａ、６３ｂは充分な長があり、
それらの下流部は一本の排気通路６４に連通している。

本実施例では、吸気弁開閉時期変更装置６５により低回
転領域で吸気弁の開閉タイミングが吸気弁が早く閉じる
タイミング、すなわち吸気弁が早く開くタンミングに設
定されても、低回転領域において吸気負圧波め拡大室６
１での反転による過給効果により吸気圧が高まり、また
、低回転領域で排気の慣性効果により排気負圧が太き（
なるので、既燃ガスの吸気通路への逆流が防止される。

以上本発明の詳細な説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発
明の範囲内で種々改変が可能であることは言うまでもな
い。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明においては、エンジンの低回
転領域では吸気弁の閉弁時期が早くなり、高回転領域で
は吸気弁の閉時期が遅くなるように前記吸気弁開閉時期
変更手段が制御されるので、はぼ全回転数領域に亘って
充分な吸気量が確保される。一方、吸気弁と排気弁の開
閉時期の相対関係はエンジン回転数に係わらず所定の関
係に維持されるので、すなわち、吸、排気弁のオーバー
ラツプ期間が所定期間に維持されるので、吸、排気弁の
オーバーラツプ期間が変化することによって生ずる弊害
が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る制御装置を備えた排気タ
ーボ式過給機付ＤＯＨＣエンジンの吸排気系の構成図で
ある。 第２図は第１図の吸排気系の吸気弁、排気弁の開閉時期
変更手段の構成図である。 第３図は、第１図の実施例に係る吸排気系における吸気
弁と排気弁の開閉タイミングを示す図である。 第４図は、本発明の他の実施例に係る制御装置を備えた
排気ターボ式過給機付ＤＯＨＣエンジンの吸排気系の構
成図、第５図は該吸排気系の吸気時期変更装置の構成図
である。 第６図〜第８図は本発明の実施例に係る制御装置を備え
た自然吸気エンジンの吸排気系の構成図である。 ２０・・・吸気弁開閉時期変更装置、 ３０・・・排気弁開閉時期変更装置、 ２０′　・・・吸気弁開閉時期変更装置、５４．６５・
・・吸気弁開閉時期変更装置、第１図 １にＤ ｋｇＤ　にＯ 第４図 バルブ１７ 第７図 第６図 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ吸気
   弁の開閉時期を早めあるいは遅くする吸気弁開閉時期変
   更手段と、排気弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ
   排気弁の開閉時期を早めあるいは遅くする排気弁開閉時
   期変更手段と、吸気弁の開閉時期と排気弁の開閉時期の
   相対関係を所定の関係に維持しつつエンジンの低回転領
   域では吸気弁の開閉時期が早くなり、高回転領域では吸
   気弁の開閉時期が遅くなるように前記吸気弁開閉時期変
   更手段と排気弁開閉時期変更手段を制御する制御手段と
   を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. （２）吸気弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ吸気
   弁の開閉時期を早めあるいは遅くする吸気弁開閉時期変
   更手段と、排気弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ
   排気弁の開閉時期を早めあるいは遅くする排気弁開閉時
   期変更手段と、吸気弁の開閉時期と排気弁の開閉時期の
   相対関係を所定の関係に維持しつつエンジンの低回転領
   域では吸気弁の開閉時期が早くなり、高回転領域では吸
   気弁の開閉時期が遅くなるように前記吸気弁開閉時期変
   更手段と排気弁開閉時期変更手段を制御する制御手段と
   を備えている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。
3. （３）吸気弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ吸気
   弁の開閉時期を早めあるいは遅くする吸気弁開閉時期変
   更手段と、排気弁の開弁期間を所定の期間に維持しつつ
   排気弁の開閉時期を早めあるいは遅くする排気弁開閉時
   期変更手段と、吸気弁の開閉時期と排気弁の開閉時期の
   相対関係を所定の関係に維持しつつエンジンの低回転領
   域では吸気弁の開閉時期が早くなり、高回転領域では吸
   気弁の開閉時期が遅くなるように前記吸気弁開閉時期変
   更手段と排気弁開閉時期変更手段を制御する制御手段と
   、動的過給手段とを備えていることを特徴とする自然吸
   気エンジンの制御装置。
4. （４）前記吸気弁開閉時期変更手段と排気弁開閉時期変
   更手段が、単一の共通手段から成ることを特徴とする請
   求項第（１）乃至第（３）に記載のエンジンの制御装置
   。