JPH0642379A - 動弁機構のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

動弁機構のバルブタイミング制御装置

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JPH0642379A
JPH0642379A JP5121530A JP12153093A JPH0642379A JP H0642379 A JPH0642379 A JP H0642379A JP 5121530 A JP5121530 A JP 5121530A JP 12153093 A JP12153093 A JP 12153093A JP H0642379 A JPH0642379 A JP H0642379A
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JP
Japan
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valve
valve timing
engine
opening angle
cold state
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Pending
Application number
JP5121530A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenzo Watanabe
謙三 渡辺
Masatoshi Yamada
正俊 山田
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Subaru Corp
Original Assignee
Fuji Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 可変バルブタイミングを利用して特に冷態時
のHCを効果的に低減する。 【構成】 動弁機構30の吸気弁11の側にカム切換装
置37を、排気弁13側に位相制御装置41をそれぞれ
設け、電子制御装置50におけるバルブタイミング決定
手段54により駆動手段55を介して出力する制御信号
によって作動させる。そしてエンジン運転時において特
に冷態時のアイドリング運転では、広開角によりオーバ
ラップの大きいバルブタイミングに制御し、多量の高温
ガスの吹き返しにより燃焼室の燃料の霧化を促進してH
Cの濃度を低下する。また冷態時の通常運転では狭開角
によりオーバラップの小さいバルブタイミングに制御
し、オーバラップ期間中の燃料の吹き抜けを抑えてHC
の排出量を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用エンジンの動弁
機構において、吸,排気弁の開閉時期を可変制御するバ
ルブタイミング制御装置に関し、詳しくは、冷態時の排
気ガスのHC低減に関する。
【0002】
【従来の技術】4サイクルエンジンの動弁機構において
は、吸気弁と排気弁の動弁系にカム切換装置等を設け、
低中速域では吸気弁と排気弁の開き角やオーバラップを
小さくして燃費の向上や安定性を図り、高速域ではオー
バラップを大きくして出力性能を増すようにバルブタイ
ミングを可変制御することが知られている。
【0003】ここでエンジンの冷態時は、吸気管の内壁
に燃料が付着することを見込んで予め多めに燃料が供給
される。このため各運転域で暖機の場合と同様にバルブ
タイミングを制御すると、排気ガス中のHC濃度が高く
なる。そこで冷態時のHCの低減に、バルブタイミング
の可変制御を有効に利用することが望まれる。
【0004】従来、上記動弁機構のバルブタイミング可
変制御に関しては、例えば特開昭60−27711号公
報の先行技術がある。ここでエンジンの中負荷領域で
は、排気弁の開弁時期を遅れ側にずらし、膨張比を大き
くして燃費を向上し、高負荷領域では、排気弁の開弁時
期を早めて排気効率を向上し、高出力を得ることが示さ
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術のものにあっては、中負荷以上の領域で排気弁の開弁
時期を変化して燃費や出力を向上する技術思想であるか
ら、冷態時の排気エミッションを改善することはできな
い等の問題がある。
【0006】本発明は、この点に鑑みてなされたもの
で、可変バルブタイミングを利用して特に冷態時のHC
を効果的に低減することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、吸,排気弁の動弁系にそれぞれバルブタ
イミング可変手段を設けた動弁機構において、エンジン
冷態状態かエンジン暖機状態かを判断する冷態判定手段
と、エンジン運転状態に基づきエンジン運転領域を判断
する運転領域判定手段と、冷態時のアイドリング運転,
あるいは暖機時の高回転域と判断された場合には広開角
によりオーバラップを大きく決定し、通常運転と判断さ
れた場合には狭開角によりオーバラップを小さく決定す
るバルブタイミング決定手段と、バルブタイミング決定
に基づく制御信号を各バルブタイミング可変手段に出力
する駆動手段とを備えるものである。
【0008】
【作用】上記構成に基づき、エンジン運転時の冷態時に
おいてアイドリング運転では、広開角によりオーバラッ
プの大きいバルブタイミングに制御され、このため多量
の高温ガスの吹き返しにより燃焼室の燃料の霧化が促進
してHCの濃度が低下する。また通常の負荷運転では、
狭開角によりオーバラップの小さいバルブタイミングに
制御されるため、オーバラップ期間中の燃料の吹き抜け
が抑えられてHCの排出量が少なくなる。こうして冷態
時のいずれの運転の場合も、バルブタイミング制御によ
り排気ガス中のHCが低減される。そしてエンジンが暖
機状態になると、アイドリング及び低中回転域ではオー
バラップが小さく制御されて、運転安定性等が良くな
る。また高回転域ではオーバラップが大きく制御され
て、高出力の特性になる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図2において、エンジンの全体の概略について
説明すると、符号1はエンジン本体であり、クランクケ
ース2のシリンダ3にピストン4が往復動可能に挿入さ
れ、このピストン4がコンロッド5を介してクランク軸
6に連結される。シリンダヘッド7の燃焼室8には点火
プラグ9が取付けられ、吸気ポート10に吸気弁11
が、排気ポート12に排気弁13がそれぞれ設けられ
る。また吸気ポート10は吸気管14、スロットル弁1
5等を介してエアクリーナ16に連結され、吸気管14
における吸気ポート10直上流にインジェクタ17が取
付けられ、排気ポート12からの排気管18が触媒19
を有するコンバータ20に連結される。
【0010】動弁機構30はDOHC型であり、吸気弁
11と排気弁13とがV字形に配置され、これらの吸,
排気弁11,13の延長線上においてシリンダヘッド7
にカバー21が被着され、カバー21内部に吸気カム軸
31、排気カム軸32がそれぞれ平行に配設される。こ
れらのカム軸31,32はそれぞれカムスプロケット3
3,34が取付けられ、このカムスプロケット33,3
4とクランク軸6に連設されたクランクスプロケット6
aとにタイミングベルト35が掛けられて、回転するよ
うになっている。
【0011】また吸気弁11のステムエンドにはバルブ
スプリング36が付勢され、この動弁系にカム切換装置
37が設けられる。即ち、吸気カム軸31が広開角高リ
フトカム31aと、狭開角低リフトカム31bを有し、
これらのカム31a,31bがそのいずれか一方を選択
する選択手段38を有するロッカアーム39を介して吸
気弁11のステムエンドに連結される。そして電子制御
装置50からの制御信号によりカム切換装置37を介し
て選択手段38が狭開角低リフトカム31bを選択する
と、このカム31bのプロフィールによりロッカアーム
39を揺動して吸気弁11を、小さい開き角度で開閉す
る。また広開角高リフトカム31aを選択した場合は、
このカム31aのプロフィールにより吸気弁11を大き
い開き角度で開閉し、且つオーバラップを増大変化する
ようになっている。
【0012】一方、排気弁13も同様にステムエンドに
バルブスプリング40が付勢されるが、この動弁系には
位相制御装置41が設けられる。即ち、排気弁13のス
テムエンドが油圧式リフタ42を介して排気カム軸32
の1種類の排気カム32aに摺接され、カムスプロケッ
ト34に対して排気カム軸32を所定量だけ回転変位す
ることが可能に構成される。そして電子制御装置50か
らの制御信号により位相制御装置41を動作して排気カ
ム32aの位相を通常の遅れた位置にして排気弁13を
遅開きし、またはその位相を進角して排気弁13を早開
きするようになっている。
【0013】バルブタイミング可変の制御系について説
明すると、エンジン本体1のクランク軸6に連設された
図示しないクランクロータにクランク角センサ43が対
設され、冷却水通路22に水温センサ44が設けられ
る。また、吸気系に吸入空気量センサ45が、スロット
ル弁15にスロットル開度センサ46が設けられ、触媒
コンバータ20上流にO2 センサ47が設けられてい
る。これらセンサ信号はマイクロコンピュータなどから
なる電子制御装置50に入力して演算処理され、制御信
号として位相信号を位相制御装置41に、リフト信号を
カム切換装置37にそれぞれ出力するようになってい
る。
【0014】図1において、電子制御装置50の機能構
成について説明すると、クランク角センサ43からの信
号に基づきエンジン回転数算出手段51によりエンジン
回転数Nを算出する。このエンジン回転数Nと水温セン
サ44による水温Twとに基づき冷態判定手段52で、
N≠0のときエンジン運転と判断し、エンジン運転時に
水温Twが設定値以下の場合にエンジン冷態状態,設定
値以上になるとエンジン暖機状態と判断する。エンジン
回転数N,スロットル開度センサ46によるスロットル
開度α,吸入空気量センサ45による吸入空気量Qに基
づき運転状態判定手段53によって低速無負荷のアイド
リング、低中回転域,高回転域の運転領域を判断する。
そして冷態判定手段52と運転領域判定手段53による
各判定結果に基づきバルブタイミング決定手段54によ
ってバルブタイミングを決定する。
【0015】バルブタイミング決定手段54は、図3に
示すテーブルを参照して、エンジンの状態と運転領域に
応じたバルブタイミングを決定する。即ち、冷態時のア
イドリング運転と暖機時の高回転域の場合に、排気バル
ブタイミングは通常で吸気開角は広開角に決定する。ま
た冷態時のアイドリング以外の運転域や暖機時のアイド
リングと低中回転域に、排気バルブタイミングは進角で
吸気開角は狭開角に決定する。このバルブタイミング決
定手段54による決定結果に応じ、駆動手段55を介し
て排気の進角と通常の位相に対応した位相信号を位相制
御装置41に出力し、吸気の広開角と狭開角に対応した
リフト信号をカム切換装置37に出力するように構成さ
れる。
【0016】次に、この実施例の動作について説明す
る。先ず、エンジン運転時にクランク軸6によりタイミ
ングベルト35、カムスプロケット33,34を介して
動弁機構30の吸気カム軸31と排気カム軸32が回転
する。このとき電子制御装置50においてエンジンの状
態や運転領域が判断される。
【0017】そこで水温Twが低いエンジンの冷態時に
おいてアイドリング運転では、バルブタイミング決定手
段54により駆動手段55を介してカム切換装置37に
広開角信号が出力して広開角高リフトカム31aが選択
される。このため吸気行程において吸気弁11がこのカ
ム31aによりリフトして、図4の曲線IN2のように
大きい開き角度で開閉する。また位相制御装置41には
通常の遅い位相信号が出力して、排気カム32aの位相
が遅くなるため、排気行程において排気弁13が図4の
曲線EX1のようにリフトして遅開きで開弁する。この
ため吸,排気弁11,13の各リフト特性により両者の
オーバラップdが大きく設定される。
【0018】従ってこの冷態時のアイドリング運転にお
いては、吸入負圧が深いため排気ガスが逆に排気側から
吸気側に吹き返して、オーバラップdが大きくてもオー
バラップ期間中の燃料の吹き抜けは無くなる。またオー
バラップdが大きいことで、排気側から多量の高温ガス
が吹き返して燃焼室8で燃料の霧化が促進される。この
ため多めに供給される燃料の燃焼が良好になって、排気
ガス中のHCの濃度が低下する。
【0019】エンジンの冷態時において通常運転して走
行する場合は、上述と全く逆に制御される。即ち、バル
ブタイミング決定手段54により駆動手段55を介して
カム切換装置37に狭開角信号が出力して狭開角低リフ
トカム31bが選択され、吸気行程において吸気弁11
がこのカム31bによりリフトして、図4の曲線IN1
のように小さい開き角度で開閉する。また位相制御装置
41には進角信号が出力して排気カム32aの位相が進
角され、排気行程において排気弁13が図4の曲線EX
2のようにリフトして早開きで開弁する。このため吸,
排気弁11,13の各リフト特性により両者のオーバラ
ップdが小さく設定される。
【0020】従って、この負荷運転では吸気系の燃料付
着を見込んで多めに燃料が供給されても、オーバラップ
dが小さいことで、オーバラップ期間中の燃料の吹き抜
けが抑えられ、HCの排出量が低減される。こうして冷
態時には、いずれの運転領域でもバルブタイミングによ
るオーバラップdの変化で排気ガスのHCが有効に低減
される。
【0021】次いで、エンジンの水温Twが上昇した暖
機状態において、アイドリングや低中回転域では、バル
ブタイミング決定手段54により排気バルブタイミング
は進角で吸気開角は狭開角に制御される。このためオー
バラップdが小さく設定され、アイドル時あるいは低速
時には安定した運転状態が確保される。また膨張行程で
早目に排気されて排気ガス温度が高くなり、この高い温
度の排気ガスが触媒コンバータ20に流入する。そこで
触媒19が早期に活性化して、良好に排気ガス浄化され
る。
【0022】暖機状態の高回転域では、バルブタイミン
グ決定手段54により排気バルブタイミングは通常の遅
い位相で吸気開角は広開角に制御され、オーバラップd
が大きく設定される。このため膨張行程では遅く排気さ
れて膨張比や仕事量が大きくなり、吸気の体積効率も増
大して高出力化した特性になる。また排気ガス温度が低
下して、排気系の熱害が低減する。
【0023】以上、本発明の実施例について説明した
が、動弁機構の構造の異なるものにも適応できる。また
吸,排気弁のバルブタイミング可変手段として、他のも
のを使用することもできる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
動弁機構において吸,排気弁のバルブタイミングをエン
ジンの冷態時の運転状態に応じて変化する構成であるか
ら、冷態時の排気ガスエミッション改善にも利用でき
て、可変バルブタイミングの用途が拡大する。冷態時の
アイドリング運転ではオーバラップが大きく制御され、
通常運転ではオーバラップが小さく制御されるので、い
ずれも排気ガス中のHCを有効に低減できる。
【0025】排気弁の動弁系に位相制御装置を、吸気弁
の動弁系にカム切換装置をそれぞれ設けた構成であるか
ら、各運転状態でのバルブタイミングを最適に設定し
て、可変制御を適確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る動弁機構のバルブタイミング制御
装置の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図2】本発明が適用されるエンジンと動弁機構を示す
断面図である。
【図3】各運転領域の吸,排気弁のバルブタイミングの
テーブルを示す図である。
【図4】本発明によるバルブリフト特性と、可変バルブ
タイミングの状態を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン本体 11 吸気弁 13 排気弁 30 動弁機構 37 カム切換装置 41 位相制御装置 50 電子制御装置 52 冷態判定手段 53 運転状態判定手段 54 バルブタイミング決定手段 55 駆動手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸,排気弁の動弁系にそれぞれバルブタ
    イミング可変手段を設けた動弁機構において、エンジン
    冷態状態かエンジン暖機状態かを判断する冷態判定手段
    と、エンジン運転状態に基づきエンジン運転領域を判断
    する運転領域判定手段と、冷態時のアイドリング運転,
    あるいは暖機時の高回転域と判断された場合には広開角
    によりオーバラップを大きく決定し、通常運転と判断さ
    れた場合には狭開角によりオーバラップを小さく決定す
    るバルブタイミング決定手段と、バルブタイミング決定
    に基づく制御信号を各バルブタイミング可変手段に出力
    する駆動手段とを備えることを特徴とする動弁機構のバ
    ルブタイミング制御装置。
JP5121530A 1992-05-27 1993-05-24 動弁機構のバルブタイミング制御装置 Pending JPH0642379A (ja)

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JP16197792 1992-05-27
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