JPH0367032A - 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〕 本発明はエンジンの制御装置に関し、特に吸排気オーバ
ラップ期間を切換える切換え回転数を空燃比に応じて変
更するようにしたものに関する。

〔従来技術〕

一般に、エンジンの吸気弁及び排気弁の開閉タイミング
は、運転状態に応して種々設定するのが望ましいが、動
弁機構の機構が複雑化するので通常のエンジンでは上記
開閉タイミングは一律に設定されている。

しかし、最近では、特開昭６０−２７７７号公報にも記
載されているように、吸気弁及び／又は排気弁の開閉タ
イミングをバルブタイミング変更手段で切換え可能に構
威し、高負荷時には低負荷時よりも吸排気オーバラップ
期間を大きく設定するようにしたものが種々実用化され
ている。

低負荷時には吸気流量が少ないことから吸排気オーバラ
ップ期間が大きすぎると、残留既燃ガス量が増加して燃
焼性が低下するので好ましくないが、高負荷時には吸排
気オーバラップ期間を大きくしても吸気流量が多いので
残留既燃ガス量が余り増加せず吸気充填効率が高まり出
力の増加を図ることが出来る。

通常、バルブタイミング変更手段によるバルブタイミン
グの切換は、エンジン回転数が所定の切換え回転数にな
った時点で実行される。例えば、第１０図に示すように
、小さな吸排気オーバラップ期間の低速用カムによる理
論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）のときのトルク特性が曲
線Ａであり、大きな吸排気オーバラップ期間の高速用カ
ムによる理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）のときのトル
ク特性が曲ｋｌであるとすると、従来のバルブタイミン
グ変更手段においては曲線Ａと曲線Ｂとが交差する点ｐ
ｃ（つまりトルクが等しくなる点）のときのエンジン回
転数Ｎｌを境にしてバルブタイミングを切換えていた。

つまり、エンジン回転数Ｎ＜Ｎｌのときには低速用カム
を選択し、Ｎ≧Ｎｌのときには高速用カムが選択される
ようになっていた。

一方、燃費の改善の観点から、低負荷及び高負荷及び高
回転運転領域以外の特定運転領域においてエンジンの運
転状態に応して空燃比が理論空燃比よりも大きくなるよ
うに燃料噴射量を制御しり−ン燃焼させる空燃比制御技
術も既に実用化されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記バルブタイミング変更手段を備えたエンジンに上記
後者の空燃比制御技術を適用し、空燃比Ａ／Ｆ　＞１４
．７のリーン燃焼制御を実行した場合、高速時残留既燃
ガスの影響が大きく現われ、第１０図のトルク特性に示
すように、低速用カムによるトルク低下量ΔＴ１よりも
高速用カムによるトルク低下量ΔＴ２が大きくなること
から、バルブタイミングを切換える切換え回転数Ｎｌの
ときに点Ｐａと点１．間にトルクの段差が生し、切換え
回転数Ｎｌで低速用カムから高速用カムへ或いはその反
対にバルブタイミングを切換えるとトルクの不連続的な
変化が生じトルクショックを起すという問題がある。

本発明の目的は、理論空燃比よりも大きな空燃比にてリ
ーン燃焼制御実行中にバルブタイミングを切換えてもト
ルクショックが生じないようなエンジンの制御装置を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るエンジンの制御装置は、エンジン回転数が
切換え回転数以上のときに切換え回転数未満のときより
も吸気バルブ及び排気バルブのオーバラップ期間を大き
く設定するバルブタイミング変更手段と、少なくとも特
定の運転状態において空燃比を理論空燃比よりもリーン
側に制御する空燃比制御手段とを備えたエンジンの制御
装置において、上記空燃比制御手段で設定される空燃比
が理論空燃比よりも大きくなるのに応じて上記切換え回
転数を大きく変更する切換回転数変更手段を設けたもの
である。

〔作用〕

本発明に係るエンジンの制御装置においては、バルブタ
イミング変更手段によって、エンジン回転数が切換え回
転数以上のときに切換え回転数未満のときよりも吸気バ
ルブ及び排気バルブのオーバラップ期間が大きく設定さ
れ、また空燃比制御手段によって少なくとも特定の運転
状態において空燃比が理論空燃比よりもリーン側に制御
される。

切換回転数変更手段は、空燃比制御手段で設定される空
燃比が理論空燃比よりも大きくなるのに応して上記切換
え回転数を大きく変更する。

但し、切換回転数変更手段で空燃比に応して設定する切
換え回転数の特性は予めトルク特性に鑑みて設定されて
いるものとする。

即ち、理論空燃比よりも大きな空燃比のリーン燃焼時に
は、吸排気オーバラップ期間の大きな高回転時に残留既
燃ガスの影響が大きくなり、吸排気オーバラップ期間の
小さな低回転時よりもトルクの低下が大きくなる。従っ
て、上記切換回転数変更手段によって、空燃比が理論空
燃比よりも大きくなるのに応じて切換え回転数を大きく
変更することによりバルブタイミング切換時のトルクシ
ョックの発生を防止することが出来る。

〔発明の効果〕

本発明に係るエンジンの制御装置によれば、以上説明し
たように、上記切換回転数変更手段を設けたことにより
、ｆｌ理論空燃比りも大きな空燃比にてリーン燃焼制御
実行中、吸排気オーバラップ期間の大きなバルブタイミ
ングのとき、残留既燃ガスの影響により燃焼性が低下し
てトルクが低下しても、バルブタイミング切換え時のト
ルクショソクの発生を確実に防止することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

本実施例は、自動車用立型４気筒エンジンに本発明を適
用した場合の一例である。

第１図に示すように、エンジンＥの各燃焼室ｌはシリン
ダブロック２とシリンダヘッド３とピストン４とで形成
され、２つの吸気ボート５は夫々吸気弁６で開閉され、
１つの排気ポート７は排気弁８で開閉され、吸気ポート
５に連なる吸気通路１０には上流側から順にエアクリー
ナ１１とエアフローメータ１２とスロットル弁１３とサ
ージタンク１４が設けられ、サージタンク１４から分岐
した分岐吸気通路１０ａの１つにはインジェクタ１５が
設けられ、サージタンク１４にはコールドスタートイン
ジェクタ１６が設けられ、これらインジェクタ１５・１
６へは燃料タンクエフから燃料ポンプ１８により加圧燃
料が供給される。

次に、シリンダヘッド３に設けられた動弁機構２０及び
パルプタイミング変更機構２１について説明すると、第
２図・第３図に示すようにエンジンＥのクランク軸９に
連動連結されたカム軸２２がシリンダヘッド３の中央部
にクランク軸９と平行に配設され、排気弁８はカム軸２
２の排気用カムに摺接スるローラフォロアー２３とロッ
カーシャフト２４に枢着された排気用ロッカーアーム２
５を介して開閉駆動される。

一方の吸気弁６を開閉駆動する低速用ロッカーアーム２
６と他方の吸気弁６を開閉駆動する低速用ロッカーアー
ム２７とこれらロッカーアーム２６・２７を駆動する高
速用ロッカーアーム２８が設けられ、これらロッカーア
ーム２６・２７・２８はロッカーシャフト２９に枢支さ
れ、低速用ロッカーアーム２６・２７のローラフォロア
ー２６３・２７ａは夫々カム軸２２の低速用カムに摺接
し、高速用ロッカーアーム２８のローラフォロアー２８
ａはスプリング３０の弾性力でカム軸２２の高速用カム
に摺接している。

上記ロッカーシャフト２９よりも反カム軸２２側におい
て、高速用ロッカーアーム２８と低速用ロッカーアーム
２６とに亙ってビン孔３１が形成され、高速用ロッカー
アーム２８と低速用ロッカーアーム２７とに亙ってビン
孔３２が上記ビン孔３１と同心同径状に形成され、ビン
孔３１にはピン３３がまたビン孔３２にはピン３４が夫
々軸方向移動自在に装着され、各ピン３３・３４は圧縮
コイルバネ３５・３６で高速用ロッカーアーム２８の方
へ付勢され、これらビン孔３１・３２は高速用ロッカー
アーム２８内で連通しており、これらビン孔３１・３２
の端部の作動油室３７へは図示外の電磁切換弁３８　（
第１図参照）を有する油路から加圧オイルが供給可能に
構成され、作動油室３７の加圧オイルを排出したときに
は、１対のピン３３・３４はコイルバネ３５・３６の弾
性力で高速用ロッカーアーム２８内のピン孔部分へ移動
して吸気弁６は夫々低速用ロッカーアーム２６・２７で
駆動され、また作動油室３７へ加圧オイルを供給したと
きには１対のピン３３・３４は第３図に図示の位置に切
換えられて一方の吸気弁６は高速用ロッカーアーム２８
で低速用ロッカーアーム２６を介して駆動され、また他
方の吸気弁６は高速用ロッカーアーム２８で低速用ロッ
カーアーム２７を介して駆動される。つまり、作動油室
３７の加圧オイルを抜くとカム軸２２の低速用カムが選
択されて第４図に示すように吸排気オーバーラツプ期間
が短かくなり、また加圧オイルを供給するとカム軸２２
の高速用カムが選択されて吸排気オーバーランプ期間が
長くなる。

次に、上記エンジンの制御装置について説明する。

種々のセンサー類として、第１図に示すように、クラン
ク軸９のクランク角を検出するクランク角センサ４０と
、シリンダプロ・ノク２のウォータジャケット内の冷却
水温を検出する水温センサ４工と、排気管４２内を流れ
る排気ガス中の０２濃度を検出するリニア０２センサ４
３と、スロットル弁１３のスロットル開度を検出するス
ロソトル開度センサ４４と、吸気通路１０の上流部で吸
気温を検出する吸気温センサ４５などが設けられ、エア
フローメータ１２を含むこれらセンサ類からの検出信号
は夫々コントロールユニット５０へ入力され、インジェ
クタ１５・１６とバルブタイミング変更機構２１の電磁
切換弁３８とスロ７）ル弁工３をバイパスするエア通路
４６のりニアソレノイド式エアバルブ４７などが夫々コ
ントロールユニット５９により制御される。

上記コントロールユニット５０は、上記種々の検出信号
をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と入力出力インターフェ
イスとマイクロコンピュータとインジェクタ用駆動回路
及び電磁切換弁用駆動回路及びエアバルブ用駆動回路な
どで構成されている。

上記マイクロコンピュータのＲＯＭには、後述の第５図
に示す空燃比制御の制御プログラム及びこの制御プログ
ラムに付随する目標空燃比マツプであってエンジン回転
数Ｎと負荷とをパラメータとして第６図に例示したよう
に設定された目標空燃比マツプが予め入力格納され、更
に上記ＲＯＭには第７図に示すバルブタイミング変更制
御の制御プログラムであって第８図に示す切換え回転数
の特性を含んだ制御プログラムが予め人力格納されてい
る。

次に、上記空燃比制御について説明する。

この空燃比制御は、第６図に示すように、燃費低減の為
にエンジンの少なくとも特定運転状態（低負荷及び高負
荷及び高回転を除く運転領域）では運転状態に応じて理
論空燃比（Ａ／Ｆ　＝１４・７）よりも大きな空燃比Ａ
／Ｆとなるように制御するものである。

この空燃比制御について、第５図のフローチャートに基
いて説明するが、図中Ｓｉ　　（ｉ＝１．２、・・・・
）は各ステップを示し、この制御はクランク角センサ４
０からの信号に基いてクランク角９０°毎の割込み処理
にて実行される。

この空燃比制御が開始されると、この割込み処理の周期
よりエンジン回転数Ｎが演算され（Ｓｌ〉、次にエアフ
ローメータ１２から検出された吸入空気量Ｑ、が読込ま
れ（Ｓ２）、次に基本パルス巾Ｃ０がＣ，＝ＫＸＱ、／
Ｎの式で演算される（Ｓ３）。上記には所定の定数であ
る。

次に、上記得られた基本パルス巾００とエンジン回転数
Ｎをパラメータとして第６図のようなマツプから目標空
燃比Ａ／Ｆ　Ａ（演算されメモリに格納される（Ｓ４）
。次に、リニア０２センサ４３の検出信号が読込まれ（
Ｓ５）、この検出された排気ガス中のＯｚ’１Ｍ度に基
いて現在の実空燃比Ａ／Ｆが演算され（Ｓ６）、次に目
標空燃比Ａ／Ｆや実空燃比Ａ／Ｆなどに基いて噴射パル
ス巾τ、が次のように演算される（Ｓ７）。

ｔａ　＝Ｃ，ｘＫ　１　　　　　　　　　　　　　（ｔ
）ＣＬｏｃ　　＝　Ｃａｒ　（１＋ｃｓ＋ｃａｃｃ十ｃ
ｆｂ　）　　　　　　　（２）τ、＝ｔ、ＸＣ，。Ｌ　
Ｘ１４．７／目標空燃比／Ｃ，（３）ｒ１＝τ、十Δτ
　　　　　　　　　　　　（４）上記Ｋｌは所定の定数
、Ｃ１は吸気温センサ４５で検出された吸気温に応じて
所定のテーブルより求める吸気温補正係数、ｃｓはエン
ジンの始動後所定短期間の間のみ付加される所定の始動
増量補正項、ｃａｃｃはスロットル開度センサ４４で検
出されたスロットル開度に基いて加速時にのみ付加され
る所定の加速増量補正項、ｃｆｂは目標空燃比Ａ／Ｆと
実空燃比Ａ／Ｆとの偏差に基いて所定の演算式で決定さ
れるフィードバンク補正項、Ｃ，、は水温センサ４１で
検出された冷却水温に応じて所定のテーブルより決定さ
れる水温補正係数、Δτは無効噴射時間である。

上記のように、噴射パルス巾τ、が演算されると、Ｓ８
においてこの制御の割込み開始時点からの経過時間をカ
ウントしているソフトタイマに基いて噴射タイミングに
なるまで待機してから、噴射タイ旦ングになると、対応
するインジェクタ１５へ噴射パルス巾τ、の噴射駆動パ
ルスが出力されて燃料が噴射され（Ｓ９）、メインルー
チンへ復帰する。

上記空燃比制御によって、運転状態に応した目標空燃比
Ａ／Ｐとなるように燃料噴射量が制御され、低負荷時に
は略Ａ／Ｆ　＝１４．７また高負荷時や高回転時には略
Ａ／Ｐ　＝１３．０またこれら以外の領域では運転状態
に応じてＡ／Ｆ　＞１４．７となるように空燃比が制御
される。

次に、動弁機構２０のバルブタイミング変更機構２１を
切換えることにより吸気弁６のバルブタイミングを切換
えるバルブタイミング変更制御について、第７図のフロ
ーチャートに基いて説明する。但し、図中Ｓｉ　　（ｉ
＝２０．２１、・・）は各ステップを示すものである。

この制御は例えばクランク角３６０’毎の割込み処理に
て実行されるもので、制御が開始されると、前記空燃比
制御において求められてＲＡＭのメモリに更新しつつ格
納されているエンジン回転数Ｎと目標空燃比Ａ／Ｆとが
読込まれ（Ｓ２０）、この目標空燃比＾／Ｆに基いてテ
ーブルや演算式で与えられている第８図の特性から目標
空燃比Ａ／Ｆに対応する切換え回転数Ｎｃが演算され（
Ｓ２１）、次にＮ≧Ｎｃか否か判定しく５２２）、Ｎ＜
ＮＣのときには電磁切換弁３８を排出位置へ切換えて作
動油室３７の加圧オイルを排出させて低速用バルブタイ
ミングに切換え（Ｓ２３）、またＮ１２Ｎｃのときには
電磁切換弁３８を給油位置に切換えて作動油室３７へ加
圧オイルを供給して高連用バルブタイミングに切換え（
Ｓ２４）、その後メインルーチンへ復帰する。

次に、上記エンジンの制御装置の作用について説明する
。

上記説明した制御によってバルブタイミングを切換えた
とき、理論空燃比Ａ／Ｆ及び理論空燃比角／Ｆよりも大
きな空燃比Ａ／Ｆでリーン燃焼させる場合のトルク特性
は例えば第９図のようになる。

＾／Ｆ　＝１４．７のときの低速用カムによるトルク特
性線Ｌ０と高速用カムによるトルク特性線Ｈ０とは点Ｐ
ｏで交差しトルクが等しくなることから、点Ｐ、のとき
のエンジン回転数（例えば、３５００ｒｐ−でバルブタ
イ短ングを切換えればトルクショックを防止できる。

そして、リーン燃焼によって空燃比Ａ／Ｆ　＞１４．７
のときには高速用カムにより吸排気オーバーラツプ期間
を大きくすると、残留既燃ガスの影響が大きく現われて
トルクの低下が大きく現われる。即ち、Ａ／Ｆ　＝　１
６の場合を例にすると、低速用カムによるトルク特性線
Ｌ１高連用カムによるトルク特性線Ｈとすると、低速用
カムのときのトルク低下ΔＴｌよりも高速用カムのとき
のトルク低下ΔＴ２の方が大きくなることから、特性線
りと特性線Ｈとの交点Ｐにおけるエンジン回転数Ｎｌ＆
はＮ＋ｂ＞　３５００ｒｐｎ＋となり、へ／Ｆが大きく
なる程交点のエンジン回転数は大きくなる。

このように、Ａ／Ｆの増加に応じて増大する交点のエン
ジン回転数Ｎ１いＮ２゜、・・・を基にして第８図の特
性を予め設定しであるので、バルブタイミング変更時の
トルクショックを確実に防止することが出来る。従来装
置では空燃比Ａ／Ｆの値に拘らず常にＡ／Ｆ　＝１４．
７のときの切換え回転数（例えば３５００ｒｐｍ＋）で
バルブタイミングを切換えていたのでバルブタイミング
切換え時にトルクショックが発生していた。

尚、本実施例のバルブタイミング変更機構２１は一例を
示すものにすぎず、これに代えて既存の種々のバルブタ
イミング変更機構を適用したエンジンにも本発明を同様
に適用し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

図面のうち第１図〜第９図は本発明の実施例を示すもの
で、第１図はエンジンの制御装置の全体構成図、第２図
は動弁機構の断面図、第３図は動弁機構及びバルブタイ
ミング変更機構の部分切欠横断平面図、第４図はバルブ
リフ）ＩｔＯ線図、第５図は空燃比制御のフローチャー
ト、第６図は目標空燃比マツプの説明図、第７図はバル
ブタイ旦ング変更制御のフローチャート、第８図は切換
え回転数の特性図、第９図はトルク特性などの説明図、
第１０図は従来技術に係る第９図相当図である。 ２０・・動弁機構、　２１・・バルブタイミング変更機
構、　３８・・電磁切換弁、　４０・・クランク角セン
サ、　　４３・・リニア０２センサ、５０・・コントロ
ールユニット。 特許出廟人　　マツダ株式会社 第４図 第 図 リット−空燃比［Ａ／Ｆ］　　−一→リーンエンジン乱
黴Ｎ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジン回転数が切換え回転数以上のときに切換
   え回転数未満のときよりも吸気バルブ及び排気バルブの
   オーバラップ期間を大きく設定するバルブタイミング変
   更手段と、少なくとも特定の運転状態において空燃比を
   理論空燃比よりもリーン側に制御する空燃比制御手段と
   を備えたエンジンの制御装置において、 上記空燃比制御手段で設定される空燃比が理論空燃比よ
   りも大きくなるのに応じて上記切換え回転数を大きく変
   更する切換回転数変更手段を設けたことを特徴とするエ
   ンジンの制御装置。