JPH0584362B2

JPH0584362B2 -

Info

Publication number: JPH0584362B2
Application number: JP22323883A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujii; Shunichi Aoyama; Manabu Kato
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1993-12-01
Also published as: JPS60116822A

Description

【発明の詳細な説明】＜技術分野＞本発明は過給機付内燃機関において吸気弁の作
動時期を変えることにより機関の出力向上を図る
吸気弁作動装置に関する。

＜背景技術＞排気ターボ過給機等、吸入空気をコンプレツサ
で機関に過給することにより機関の吸入空気量を
増大させ高出力を発生させる過給機付内燃機関
（第３図参照）にあつては、現今の性能改善の結
果過給能力の面よりもノツキング防止の面から出
力が抑制されるようになつている。

ここでノツキングに関しては、第１図に示すよ
うに、圧縮比が高い程、更には圧縮温度が高い
程、発生率が高い。

そこで従来から過給機付内燃機関の圧縮比を若
干低めにとり、点火タイミングを遅らせる方策を
採つている。点火タイミングを遅らせると排気温
度が上昇するからこれを防止するため混合気の空
燃比を濃化するがこれにより燃費の悪化を来たす
のは止むを得ないとの判断である。

しかし排気ターボ過給機では定速低負荷等の部
分負荷時に過給能力が低下或いはなくなるので上
記方策は過給が効かない領域でかえつてマイナス
要因となり出力ダウン、燃費悪化を招いてしま
う。そこで圧縮比を可変制御することが望まれる
がこれは難しい。

ところで、吸気弁の閉時期を遅らせると、実質
的な圧縮比（以下、実圧縮比と呼ぶ）が低下し、
ノツキングの発生率が低下すると共に高過給圧化
を図れる。しかし吸気弁の開時期を変化させて排
気弁とのオーバラツプを大きくすると、第２図に
示すように排気ターボ過給機では排圧が吸気圧
（過給圧）より大幅に増大するため排気逆流現象
が生じ充填効率、掃気効率が低下して出力ダウン
を招くし、ルーツブロア等による過給機では逆に
排気抵抗が小さいため排圧があまり上昇せず過給
圧が上昇するからオーバーラツプ期間に混合気が
排気系に吹き抜けてしまい好ましくない。この点
特開昭56−77516号が吸気弁の閉弁時期を進遅制
御しても排気弁の開閉時期並びに吸気弁の開弁時
期をも大きく変えて機関高速時のオーバーラツプ
量を増大していることは不都合である。

また、吸気弁を、吸気が燃焼室に入つた時期を
見計らつて閉じるように可変制御することは吸気
の慣性を利用して充填効率を向上させることとな
る。然もこの慣性過給の特徴は過給機による外部
仕事を受けないので吸入空気の温度が上昇しない
点である。したがつて、慣性過給によれば、燃焼
室に供給される吸入空気の温度が低いのでノツキ
ングの発生が避けられると共に高過給圧化が図ら
れる。

このようにしてノツキングの余裕度を向上させ
れば、点火時期を進ませることが可能となるから
出力の増加と共に排温の低下が見込まれ、これに
伴なつて空燃比の濃化を軽減でき、燃費向上を図
れる。

ところで、吸気弁の作動時期を切換える手段
は、カムシヤフトに設けられたカムプロフイルの
異なるカムとロツカーシヤフトに設けられたロツ
カーアームとを相対的に軸方向に変化してロツカ
ーアームを前記一対のカムの一方に選択的に係合
させる構成であり、ロツカーアームの異なるカム
への切換えは吸気弁のリフト期間を避ける必要が
ある。この切換えは機関運転状態に応じ例えば機
関高速回転時に自動的に油圧等で行なおうとする
と、高い油圧で切換え速度を高速にし然も切換え
タイミングが精度良くなされなければならない。
これは徒らに装置を複雑かつ高価にするのみであ
る。

＜発明の目的＞本発明は、このような現状に鑑み、吸気弁の閉
時期を進遅切換を行なつて実圧縮比を可変とし、
これにより慣性過給を行ない昇温のない過給を可
能としてノツキングの余裕代の増大を図ると共
に、吸気弁の開時期を大略同一としてバルブオー
バラツプの増大を防止することにより前記ノツキ
ングの余裕代の中で充填効率ひいては過給効果を
高めて出力向上を図りつつ、上記吸気弁の閉弁時
期の切換えを極めて容易かつ簡単な構成で行なう
ことができるようにする。さらに、吸気弁の閉弁
時期を遅らせたときには実圧縮比が低下するの
で、このまま機関を停止しその後機関の再始動を
行なおうとするとクランキング回転域で圧縮濃度
が上昇せず点火栓まわりの混合気の空燃比が可燃
域になりにくいため始動が困難となるから機関始
動時には必ず実圧縮比の高い方のカムを選択する
ようにして機関の始動性を良好にする。

＜発明の構成＞このため、本発明は、機関の吸気弁を開閉駆動
するカムシヤフトに設けられ異なるプロフイルを
有して閉弁時期が異なる複数のカムと、該複数の
カムと前記吸気弁との係合を切り換える弁作動切
換装置と、該弁作動切換装置及び機関を制御する
制御装置と、を備え、該制御装置は、機関停止信
号を受けて前記吸気弁を閉弁時期の早いカムに係
合させるべく前記弁作動切換装置を作動させる切
換復帰手段と、切換復帰後機関停止を行わせる機
関停止手段と、を設けるようにした。

＜実施例＞以下、本発明を第３図〜第１１図に示す一実施
例に基づいて説明する。

第３図は本発明が適用される排気ターボ過給機
（以下、過給機と呼ぶ）１を備えた内燃機関２を
示す。図において、内燃機関の吸気通路３には
（過給機１のコンプレツサ４が介装され、排気通
路５に介装した排気タービン６を排気圧力で回転
することによりこれと同軸のコンプレツサ４を回
転駆動して吸入空気を内燃機関に圧送（過給）す
る。

排気タービン６をバイパスするバイパス排気通
路７には排気バイパス弁８が介装されており、吸
気通路３のコンプレツサ４及び吸気絞弁９間の過
給圧と大気圧との差圧により作動するダイヤフラ
ム敷設アクチユエータ１０を用いて前記排気バイ
パス弁８を開閉制御する。これにより排気タービ
ン６を回転しないでバイパス排気通路７にバイパ
スする排気量を過給圧に応じて制御し、もつて過
給圧が過大となるのを防止する。尚、図中１１は
吸気絞弁９下流の吸入空気圧力が所定値以上とな
ることを防止するリリーフ弁、１２はエアフロー
メータ、１３は燃料噴射弁である。

このような過給機付内燃機関における吸気弁２
０の動弁機構に作用して吸気弁２０の開閉制御を
行なう弁作動切換装置及びその制御装置を第４図
〜第７図に示す。

即ち、第４図〜第６図に示すように、４気筒内
燃機関２のロツカールーム２１内にはカムシヤフ
ト２２が回転自由に軸支されており、その上方位
置にロツカーシヤフト２３が固定支持されてい
る。カムシヤフト２２には＃１〜＃４の各気筒毎
に一対の吸気弁作動用カム２４Ａ，２４Ｂと排気
弁作動用カム２５とが形成される。吸気弁作動用
カムの一方のカム２４Ａは高速用であり、他方の
カム２４Ｂは低速用である。

ロツカーシヤフト２３には各気筒＃１〜＃４毎
に、吸気弁用ロツカーアーム２６が回動並びに軸
方向スライド自由に軸支されると共に排気弁を作
動するロツカーアーム２７が回動自在に軸支され
ており、吸気弁用ロツカーアーム２６はその軸方
向にスライドにより高速用若しくは低速用の一方
のカム２４Ａ、又は２４Ｂに選択的に当接従動し
排気弁用のロツカーアーム２７は排気弁作動用の
カム２５に当接従動する。

本実施例の場合点火順序又は噴射順序が＃１−
＃３−＃４−＃２であるとすると、弁作動切換装
置は＃１気筒及び＃２気筒に対応する吸気弁用の
２つのロツカーアーム２６，２６を一体的に保持
するホルダ２８と、＃３気筒及び＃４気筒に対応
する吸気弁用の２つのロツカーアーム２６，２６
を一体的に保持するホルダ２９とを有し、これら
ホルダ２８，２９を夫々第１及び第２のアクチユ
エータ３１，３２により軸方向に切換シフトし、
ロツカーアーム２６夫々を対応する高速用カム２
４Ａか低速用カム２４Ｂの一方に選択接触させ
る。

前記第１及び第２のアクチユエータ３１，３２
は夫々前記ホルダ２８，２９に連結されたピスト
ンを正又は逆方向に移動させるための作動油出入
口であるＡ，Ｂ及びＣ，Ｄポートを有しており、
これは第７図に示す制御装置としての油圧作動回
路に接続され、同じく制御装置としての電子制御
手段によつて切換制御される。

即ち、第７図において、第１アクチユエータ３
１のＡ，Ｂポートは電磁方向切換弁３３を介し
て、また第２アクチユエータ３２のＣ，Ｄポート
は電磁方向切換弁３４を介して、夫々アキユーム
レータ３５とオイルタンク３６とに切換自由に接
続されている。前記アキユムレータ３５には内燃
機関２により又は別置モータ３７により、駆動さ
れるオイルポンプ３８によつて、オイルタンク３
６から汲み上げたエンジンオイルが導入される。
３９はオイルポンプ３８の吐出圧を制御するリリ
ーフバルブである。前記電磁方向切換弁３３，３
４はマイクロコンピユータ等の電子制御手段４０
を介して機関運転状態の検出信号と手動選択装置
としての手動切換スイツチ４１とにより切換制御
される。この電子制御手段４０への入力信号とし
ては機関回転速度（クランク角）信号、クランク
角基準信号、車速信号、イグニツシヨン信号及び
機関冷却水信号が入力される。

これら電磁方向切換弁３３，３４の夫々の切換
作動により、アキユームレータ３５内のオイルを
第１及び第２のアクチユエータ３１，３２のいず
れか一方のポートＡ又はＢ，Ｃ又はＤに供給して
ピストンを一方向に移動させ、もつて吸気弁用ロ
ツカーアーム２６を軸方向に移動して高速用カム
２４Ａ若しくは低速用カム２４Ｂのいずれか一方
と係合させ吸気弁の開閉時期を制御する。

ここで、高速用カム２４Ａは、第８図Ａ，Ｂに
示すように、吸気弁の閉弁時期を大きく遅らせ
（例えば下死点後50°〜80°）、低速用カム２４Ｂは
第８図Ｃ，Ｄに示すように吸気弁の閉弁時期を上
期より早める（例えば同じく０〜30°）カムプロ
フイルとする。また、排気弁とのオーバーラツプ
量を決定する吸気弁の開弁時期は例えば下死点前
０〜10°程度に略等しくして排気弁とのオーバー
ラツプ量を小さくしている。このとき排気弁の開
弁時期は下死点前40°〜50°閉弁時期は上死点後10°
〜20°の一定値となつている。

また、電子制御手段４０には、イグニツシヨン
スイツチがOFFとなつたときすなわち機関停止
信号が入力されたとき電磁方向切換弁３３，３４
への出力信号からロツカーアーム２６がいずれの
カム２４Ａ，２４Ｂと係合しているかを判定し高
速カム２４Ａの場合にはロツカーアーム２６を低
速カム２４Ｂに係合させるべく電磁方向切換弁３
３，３４に切換信号を出力する切換復帰手段と、
この切換時には機関の停止を所定時間遅延して切
換を行なわせ切換後機関を停止させる機関停止手
段と、が設けられている。尚、以上において、電
磁方向切換弁３３，３４は、弁作動切換装置とし
ての機能を奏する。

次に作用を説明する。

吸気弁２０の高速用カム２４Ａと低速用カム２
４Ｂとの機関運転中の切換制御は第９図の如きタ
イミングをとつて行なう。ロツカーアーム２６と
吸気弁用カム２４Ａ，２４Ｂとが接触中は、ロツ
カーアーム２６の切換が不可能であるから、第９
図Ａ，Ｂに示すように各気筒＃１〜＃４のロツカ
ーアーム２６の切換可能な領域が限定される。

＃１と＃２，＃３と＃４のロツカーアーム２６
は夫々一組となつているから＃１，＃２のロツカ
ーアームの共通の移動可能域及び＃３，＃４の同
じく共通の移動可能域において、電子制御手段４
０がタイミングをとつて切換制御しなければなら
ない。したがつて第９図Ｃに示すように第１のア
クチユエータ３１による＃１，＃２のロツカーア
ーム移動時間と第２のアクチユエータ３２により
＃３，＃４のロツカーアーム移動時間とにはずれ
が生じる。

また、機関の比較的高速回転中に切換制御を行
なうとロツカーアームの移動速度が高速でかつそ
の切換タイミングが高精度となるから、本実施例
では例えば高速道路に入る直前或いは登坂道路に
入る直前の停車時、アイドリング状態等を狙つて
低速用カム２４Ｂから高速用カム２４Ａへの切換
えを用なうようにする。このようにすれば、低
速、高速用カム２４Ｂ，２４Ａのペースサークル
とロツカーアーム端部とが対面している間に異な
るカムへのロツカーアームの切換を容易に行なう
ことができる。

このカム切換作動を第１０図に示すフローチヤ
ートを用いて説明する。

通常の低速回転運転時は手動切換スイツチ４１
をOFFにする。これにより電子制御手段４０が
電磁方向切換弁３３，３４の右ポジシヨンを選択
するよう切換信号を出力する。このためアキユー
ムレータ３５のオイルは第１及び第２のアクチユ
エータ３１，３２のＢ及びＤポートに導入されピ
ストンを作動してホルダ２６，２９を介し吸気弁
用ロツカーアーム２６を第５図で右方向に移動さ
せて低速用カム２４Ｂと係合させる。これにより
吸気弁２０の開弁時期はほぼ変わらないが閉弁時
期を下死点方向に進ませ機関ピストンの有効ステ
ロークを増大して実圧縮比を大きくする。

したがつて、当該運転領域では過給圧力はさほ
ど上昇しないが実圧縮比が増大するから過給機付
内燃機関の欠点である低速負荷運転領域の出力の
低下、燃費の悪化を防止できる。

高速道路に入る直前例えば料金所入口手前或い
は登坂道路に入る直前に手動切換スイツチ４１を
ON（S₁）にする。そして機関回転数N_Eがセツト
回転数例えば400r.p.m以上にあることをクランク
角センサによつて検出し、機関が始動されている
ことを知る（S₂）。

また、機関冷却水温度センサによつて検出され
た冷却水温度T_Wが60℃より低い場合には機関が
冷間状態で燃焼温度が比較的上昇しにくいことを
考慮して、高速用カム２４Ａへの切換は行なわな
い（S₃）。

次に車速センサによつて検出された車速を判定
（S₄）して停車時あるいは低速時のみ次のステツ
プに進み、機関回転数N_Eがセツト回転数N_L＝
1000r.p.m以下にあるアイドリング回転数領域に
おいて、ロツカーアーム２６の切換タイミング及
び移動速度が容易であることを知る（S₅）。

この段階でクランク角センサと基準クランク角
センサとの信号によりカム２４Ａ，２４Ｂのカム
角度位置を知り、カム２４Ａ，２４Ｂが共にリフ
ト領域にないことを知る（S₆，S₇）。

そして、ロツカーアーム２６を低速用カム２４
Ｂから高速用カム２４Ａに移動するタイミング信
号が入力された時点で電子制御手段４０が切換信
号を出力して油圧作動回路の電磁方向切換弁３
３，３４を左ポジシヨンに移動させる。このた
め、アキユームレータ３５のオイルは第１及び第
２のアクチユエータ３１，３２のＡ及びＣポート
に導入され吸気弁用ロツカーアーム２６を第６図
で左方向に移動させることにより高速用カム２４
Ａと当接させる。これにより吸気弁２０の閉弁時
期は下死点から離れて遅れ、機関ピストンの有効
ストロークが減じて実圧縮比が低下する。このた
め、第１図に示すように高速道路走行中において
過給圧を高くしてもノツキング領域に入らず、こ
の分過給圧を増大して出力向上を図ることができ
る。

ここにおいて、上記過給圧の増大化は過給機に
よつてもなされるが、吸気弁の閉弁時期が遅れる
ことにより慣性に基づく吸気流のクランク角度に
対する遅れ分を吸気弁閉弁時期直前にシリンダ内
に送り込むいわゆる慣性に基づく過給によつても
なされる。この慣性過給き過給機等外部の仕事を
受けないのでシリンダ内に送り込まれた圧縮開始
時の吸気温度を上昇させることがない。したがつ
て、第１図に点線で示すようにノツキング領域は
更に高過給圧側に存在し、より過給圧を高めるこ
とができる。この結果、実圧縮比の低下分を充分
な過給圧増大により補償することができ、もつて
出力の低下を防止しつつ燃費の悪化を防止でき
る。

このように機関そのものの圧縮比を可変とする
ものではないが、実圧縮比を変えることにより圧
縮比可変と同効を奏することができる。

上記作用において、吸・排気弁の開弁時期のオ
ーバーラツプ量は吸排気弁の開弁時期が変わらな
いため略一定で小さい。このため、オーバーラツ
プ機関において、排気圧力が過給圧よりも高いこ
と（第２図）による排気の吹き返しを招くことが
ない。これにより充填効率が増大して上記圧縮比
低下を補償するために必要な過給圧上昇を更に確
保できる。また、異なるプロフイルのカム２４
Ａ，２４Ｂとロツカーアーム２６との切換えを、
例えば高速道路に入る直前等に、切換タイミング
及び切換速度共に容易な運転領域を狙つてその後
の運転状態を知る運転者等が、手動切換スイツチ
４１を操作することにより任意に行うことができ
るので、電磁方向切換弁３３，３４及びその制御
装置としての電子制御手段４０に高い応答速度を
要することなく装置の簡易化を図れる。

また、機関を停止させる場合においては、イグ
ニツシヨンスイツチがOFFとなると、第１１図
に示すように電子制御手段４０はイグニツシヨン
信号から機関が停止されると判定し、（S₁）、次に
前記電磁方向切換弁３３，３４への出力信号から
ロツカーアーム２６がいずれのカム２４Ａ，２４
Ｂと係合しているかを判定する（S₂）。そして、
高速用カム２４Ａと係合しているときには電子制
御手段４０は電磁方向切換弁３３，３４の右ポジ
シヨンを選択するように切換信号を電磁方向切換
弁３３，３４に出力する（S₃）。これによりアキ
ユームレータ３５のオイルは第１及び第２のアク
チユエータ３１，３２のＢ及びＤポートに導入さ
れピストンを作動してホルダ２８，２９を介し吸
気弁用ロツカーアーム２６を第５図で右方向に移
動させて低速用カム２４Ｂと係合させる。この切
換が完了するまで機関の停止は遅延されて（S₄）
切換えが完了した後機関は停止される。また、低
速用カム２４Ｂと係合されているときには遅延さ
れることなく機関は停止される。したがつて、機
関が停止しているときには必ずロツカーアーム２
６が低速用カム２４Ｂに係合されているので、吸
気弁の閉弁時期が早まるため、次回の始動時にお
いては実圧縮比が増大するから圧縮温度が上昇し
点火栓まわりの混合気の空燃比が可燃域になり易
く機関の始動性が向上する。

尚、上記実施例において、手動切換装置は、例
えば前記電磁方向切換弁３３，３４の上流側或し
くは下流側の油圧回路を手動で開閉する手段等の
他の電気的以外の手段を採用してもよい。弁作動
切換装置の制御装置は実施例では電子制御手段と
油圧作動回路とによつて構成したがこれに限らず
例えば電気的手段によつてのみ構成してもよい。

＜発明の効果＞本発明は、以上説明したように、吸気弁の閉弁
時期を進遅切換を行なうようにしたので、実圧縮
比を可変できると共に慣性過給を利用して昇温の
ない過給を一部行なうことができ、機関の出力低
下を招くことなくノツキングの発生しにくい領域
で充分な過給を行なつて機関を運転することがで
きる。

さらに、機関が停止する前に吸気弁の閉弁時期
が早いカムとロツカーアームとを係合させるよう
にしたので、次回の始動時においては実圧縮が増
大するから圧縮温度が上昇し点火栓まわりの混合
気の空燃比が可燃域になり易く機関の始動性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は過給機付内燃機関の圧縮比、過給圧及
びノツキング領域の関係を示すグラフ、第２図は
過給圧と排圧との関係を示すグラフ、第３図は過
給機付内燃機関の概略構成図、第４図〜第６図は
本発明の一実施例に係る弁作動切換装置とその電
子制御手段を示し、第４図はロツカールーム内の
平面図、第５図は弁作動切換装置の横断面図、第
６図は同上の吸気弁用ロツカーアームとカムとの
関係を示す要部平面図、第７図は制御装置の電気
及び油圧回路図、第８図は吸・排気弁の開閉時期
を示しＡは高速用吸気弁の開閉時期を示すグラ
フ、Ｂは高速用吸気弁と排気弁との弁開特性を示
すグラフ、Ｃは低速用吸気弁の開閉時期を示すグ
ラフ、Ｄは低速用吸気弁と排気弁との弁開特性を
示すグラフ、第９図は各気筒のロツカーアーム移
動可能タイミングを示しＡは吸気弁リフト特性
図、Ｂはロツカーアーム移動可能な領域を示すタ
イムチヤート、Ｃはカムリフト特性を示すグラ
フ、第１０図は弁作動切換装置の制御装置におけ
る電子制御手段のフローチヤート、第１１図は機
関停止時における電子制御手段のフローチヤート
である。１……過給機、２……内燃機関、２０……吸気
弁、２２……カムシヤフト、２３……ロツカーシ
ヤフト、２４Ａ……高速用カム、２４Ｂ……低速
用カム、２５……排気弁作動用カム、２６……ロ
ツカーアーム、２８……ホルダ、３１……第１の
アクチユエータ、３２……第２のアクチユエー
タ、３３，３４……電磁方向切換弁、４０……電
子制御手段、４１……手動切換スイツチ、４２…
…タイマ、＃１〜＃４……気筒。

Claims

【特許請求の範囲】１機関の吸気弁を開閉駆動するカムシヤフトに
設けられ異なるプロフイルを有して閉弁時期が異
なる複数のカムと、該複数のカムと前記吸気弁と
の係合を切り換える弁作動切換装置と、該弁作動切換装置及び機関を制御する制御装置
と、を備え、該制御装置は、機関停止信号を受けて前記吸気
弁を閉弁時期の早いカムに係合させるべく前記弁
作動切換装置を作動させる切換復帰手段と、切換
復帰後機関停止を行わせる機関停止手段と、を有
することを特徴とする内燃機関の吸気弁作動装置。