JPH073199B2 - 可変バルブタイミング機関の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は機械式過給機と可変バルブタイミング機構とを
備えた内燃機関の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

機関の出力を向上させるために過給機を設けられた内燃
機関がある。このような内燃機関において、過給機が効
いている高負荷運転時を考慮すると、燃焼室内の圧力が
過大となってノッキングが発生するのを防止するため圧
縮比を小さくすることが必要であり、また過給機が効い
ていない軽負荷運転時を考慮すると、燃焼室内の圧力が
低いことから熱効率が低下して燃費が悪化するので、圧
縮比を大きくすることが必要である。しかして従来、過
給機の運転状態に応じて圧縮比を変化させるのと同等の
効果を得べく、吸気弁の開閉タイミングを変化させる内
燃機関が知られている（例えば、特開昭56−69411号公
報、実開昭58−90338号公報、実開昭59−49742号公
報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

過給機を備えた可変バルブタイミング機関において、過
給時には吸気温度および吸気圧が高いので、燃焼温度が
高くなり、このため排気温度が上昇してしまう。ところ
が、排気系の温度は触媒の作用等の理由により一定値よ
り上昇させることができず、従来、混合気を出力空燃比
よりもリッチ側に定めて燃焼温度を低下させていた。こ
のため、燃費および出力性能の向上には一定の制限があ
るという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明は、過給器が駆動さ
れている時、排気弁のバルブタイミングを相対的に遅く
することを特徴としている。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第２図は本発明の一実施例を適用した内燃機関を示す。
図において、エンジン本体10に形成されたシリンダボア
11内にはピストン12が摺動自在に支持され、このピスト
ン12の上方には燃焼室13が形成される。燃焼室13には吸
気通路14と排気通路15が連通する。シリンダヘッド16に
支持される吸気弁17および排気弁18は、それぞれ吸気ポ
ート19および排気ポート20を開閉し、その開閉駆動はカ
ム21,22により行なわれる。カム22は、後述するように
可変バルブタイミング機構60によりそれぞれカム軸62に
対して相対回転変位させられ、排気弁18の開閉タイミン
グを変更させる。なお、吸気ポート19の吸気弁17の近傍
には燃料噴射弁23が設けられ、また、シリンダヘッド16
に取付けられたディストリビュータ24には回転数検知器
25が設けられる。

エアクリーナ26は吸気通路14の最も上流側に設けられ、
エアフロメータ27はその下流側に位置し、さらにその下
流側にはスロットル弁28が配設される。スロットル弁28
はアクセルペダル29に連動して吸気通路14内の流路面積
を変化させる。吸気通路14のスーパーチャージャ20の下
流側にはサージタンク30が形成され、サージタンク30に
は圧力検知器70が取付けられる。

スーパーチャージャ20の駆動軸34は、電磁クラッチを有
するプーリ35に連結され、このプーリ35は、エンジン本
体10に設けられたクランクプーリ36と無端状のベルト37
により連結される。したがってスーパーチャージャ20
は、電磁クラッチが接続状態にある時、クランクプーリ
36を介して駆動される。吸気通路14のスーパーチャージ
ャ20の上流側と下流側とはバイパス通路38により接続さ
れ、バイパス通路38の途中にはこれを開閉するバイパス
弁39が設けられる。バイパス弁39を開閉するアクチュエ
ータ40は、シェル41内をダイヤフラム42により区画して
負圧室43を形成するとともにこの負圧室43内にばね44を
設けて構成され、ダイヤフラム42はバイパス弁39に連結
される。負圧室43には切換弁45を介して大気圧もしくは
負圧が選択的に導かれるようになっており、大気圧はエ
アクリーナ16の開口部46から導かれ、負圧はスロットル
弁28の下流側の負圧ポート47から導かれる。

切換弁45はマイクロコンピュータを備えた電子制御部50
により制御されてアクチュエータ40に大気圧もしくは負
圧を導く。すなわち、スーパーチャージャ20による過給
を必要としない軽負荷時、切換弁45はアクチュエータ40
にスロットル弁28の下流側の負圧を導くように制御され
る。しかして負圧が所定値以上の大きさであると、ダイ
ヤフラム42はばね44に抗して下降し、バイパス弁39はバ
イパス通路38を開放する。これによりスーパーチャージ
ャ20が駆動されていてもその吐出空気の一部はバイパス
通路38を還流してスーパーチャージャ20の入口側へ戻
り、スーパーチャージャ20は実質的に過給を行なわな
い。これに対し、スーパーチャージャ20による過給を必
要とする高負荷時、切換弁45はアクチュエータ40に大気
圧を導くように制御される。しかして負圧室43内は大気
圧となり、バイパス弁39はばね44に付勢されてバイパス
通路38を閉塞し、これによりスーパーチャージャ20は過
給を行なうようになる。

電子制御部50は、エアフローメータ27から吸入空気量を
示す信号、回転数検出器25からエンジン回転数を示す信
号、圧力検知器70からサージタンク30内の圧力すなわち
過給圧P_Bを示す信号を入力され、上述のようなスーパー
チャージャ20およびバイパス弁39の制御を行なう他、次
のように可変バルブタイミング機構60を制御してカム22
をカム軸62に対して相対回転変位させ、排気弁18の開閉
タイミングを変更させる。

可変バルブタイミング機構60は第３図に示されるよう
に、カム軸62の一端に固定されるインナスリーブ601
と、このインナスリーブ601に回転自在に嵌合され、か
つタイミングプーリ63に固定されるアウタスリーブ602
とを有する。タイミングプーリ63は、図示しない無端状
のベルトを介してクランク軸64に連結される。アウタス
リーブ602とインナスリーブ601とは第４図に示されるよ
うに互に傾斜したスリット602Aと601Aとを持ち、このス
リット内にベアリング603が配置される。ベアリング603
を担持する軸604はカム軸62の軸線と直交する軸線を持
ち、インナスリーブ601内を左右に摺動するスライダ605
に取付けられる。スライダ605はナット606を介しステッ
プモータ607の出力軸608に連結される。ステップモータ
607の回転運動は出力軸608とナット606とのねじ嵌合に
よってスライダ605のカム軸26方向の水平運動に変換さ
れる。そのため傾斜溝601A,602A内をベアリング603が矢
印Ｘの様に動き、インナスリーブ601とアウタスリーブ6
02との相対回転運動を惹起させる。したがって、インナ
スリーブ側のカム軸62とアウタスリーブ側のタイミング
プーリ63、換言すればクランク軸64との相対位置が変化
する。これによりカム軸22上のカム山がバルブステムに
取付けられたバルブリフタと係合するタイミング、換言
すればバルブタイミングが変化する。制御回路50はバル
ブタイミングのこのような変化を制御するための信号を
可変バルブタイミング機構60、即ちステップモータ607
に印加する。

電子制御部50は、機関負荷の大きさに応じて排気弁18の
バルブタイミングを変える。例えば、機関負荷が所定値
より小さい時、スーパーチャージャ20を停止させるとと
もに、第５図（ａ）に示されるように、排気弁18の開弁
タイミングを相対的に早くする。これに対し、機関負荷
が所定値より大きい時、電子制御部50はスーパーチャー
ジャ20を駆動させるとともに、第５図（ｂ）に示される
ように、排気弁18の開弁タイミングを相対的に遅くす
る。

第１図および第７図は電子制御部50の行なう制御のフロ
ーチャートを示す。このフローチャートに示されるサブ
ルーチンを呼ぶメインルーチンにおいて、機関のイグニ
ッションキースイッチのONとともに、予めフラグｆは１
にイニシャライズされている。ステップ101では、吸入
空気量Ｑを機関回転数Ｎで剰した値Q/Nが負荷に対応す
るとして、このQ/Nが所定値Q₁より大きいか否か判別す
る。初めは負荷は所定値Q₁より小さいので、ステップ10
2へ移る。ステップ102ではフラグｆが０か否か判別す
る。上述のようにメインルーチンでｆ＝１が設定されて
いるので、初めてステップ102を実行するときは否定判
定され、ステップ103へ移ってスーパーチャージャ20の
電磁クラッチがOFFにされる。そしてステップ104を実行
し、排気弁18のバルブタイミングを進ませる。

ステップ104では第７図に示されるフローチャートに従
ってサブルーチンが実行され、ステップモータ607（第
３図）が回転駆動されてカム22のカム軸62に対する角度
位置が変更される。すなわち、まずステップ201でステ
ップモータ607の設定値つまり目標角度位置Ｉが読み込
まれる。この目標角度位置Ｉは排気弁18の開弁タイミン
グによって定まる。次いでステップ202ではステップモ
ータ607の実際の角度位置Ｊを読み、ステップ203で実際
の角度位置Ｊが目標角度位置Ｉに実質的に等しいか否か
を判別する。もし等しければステップモータ607の駆動
を停止すべく、このサブルーチンは終了するが、等しく
なければステップ204を実行し、ステップモータ607を１
パルス分回転させる。この場合、モータ607の回転方向
は実際の角度位置Ｊが目標角度位置Ｉより大きいか小さ
いかによって異なる。しかして再びステップ202を実行
し、ステップ203においてＪ＝Ｉとなるまで、ステップ2
04,202,203のループが繰返される。排気弁18のバルブタ
イミングの変更が行なわれると、次にステップ105を実
行し、フラグｆを０にセットしてこのルーチンは終了す
る。その直後再びこのルーチンが起動され、ステップ10
2が実行されると、ｆ＝０であるのでステップ103〜105
は実行されない。

ステップ101において負荷が所定値より大きいと判定さ
れた場合、上述と全く同様にしてステップ110以下が実
行される。まずステップ110においてフラグｆが１か否
か判別されるが、その前までｆ＝０であったので、ここ
では否定判定されてステップ111へ移る。しかしてステ
ップ111で電磁クラッチをONにしてスーパーチャージャ2
0を始動し、ステップ112において第７図のサブルーチン
により排気弁18のバルブタイミングを遅らせる。そして
ステップ113でフラグｆを１にした後このルーチンを終
了する。ひき続きこのルーチンが起動され、ステップ11
0が実行されると、ｆ＝１であるのでステップ111〜113
は実行されない。

以上のように本実施例は、スーパーチャージャ20の作動
時に排気弁18のバルブタイミングを第５図（ｂ）に示さ
れるように遅らせるものである。したがって、燃焼ガス
の膨張比が大きくなり、シリンダ内圧力は第６図に示さ
れるように、下死点よりもクランク角θ₂だけ前方にお
いてステップ状に低下し（図中、破線で示す）、排気弁
18のバルブタイミングが相対的に早い場合（図中、実線
で示す）に比べ、下死点近傍で小さくなる。すなわち、
燃焼ガスが十分に膨張して排気温度が低下し、これによ
り混合器をリーンにすることができる。またこの時、排
気弁18のバルブタイミングが遅くなることにより、吸気
弁17と排気弁18が共に開弁するオーバーラップ期間が長
くなり、燃焼室13内の残留ガスの掃気効果が高められ、
出力が向上する。一方、スーパーチャージャ20の停止時
には、排気弁18のバルブタイミングは第５図（ａ）に示
されるように進ませられ、オーバーラップ期間が短かく
なり、残留ガス量が少なくなり、燃焼の悪化を防止する
ことができる。

なお、過給時か否かの判別を、スーパーチャージャ20の
電磁クラッチにより行なうのではなく、スロットル弁28
の開度あるいはバイパス弁39の制御信号により行なって
もよい。

第８図は第２実施例を示す。この第２実施例は過給圧P_B
が高くなるほど排気弁18のバルブタイミングを遅らせる
ように制御するものである。このフローチャートにおい
て、ステップ301では、電子制御部50のメモリに格納さ
れた過給圧P_Bのデータを読む。このデータは圧力検知気
70が検出した信号をA/D変換して電子制御部50に入力さ
れている。ステップ302では過給圧P_Bに応じた排気バル
ブタイミングθを求める。排気バルブタイミングθは第
９図に示されるように過給圧P_Bの増加に従って直線的に
減少するように定められ、P_B＝０のときθ＝θ₁（最大
値）、P_B＝P_m（最大値）のときθ＝θ₂（最小値）をと
る。ステップ303では現在既に設定されている排気バル
ブタイミングがステップ302において求められた排気バ
ルブタイミングに実質的に等しいか否かを判定する。も
し等しければこのルーチンは終了するが、等しくなけれ
ばステップ304へ移り、排気バルブタイミングを変更す
る。この排気バルブタイミングの変更は、第７図のフロ
ーチャートに従って行なわれる。

このように第２実施例は、過給圧P_Bが高いほど排気バル
ブタイミングを遅くするものであるから、これにより燃
焼ガスの膨張比が大きくなり、排気圧力が低下して排気
温度が低くなる。すなわち第２実施例によっても上記第
１実施例と同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、排気温度を低下させるこ
とができるので、従来のように混合気をリッチにする必
要がなくなり、燃費および出力を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御を示すフローチャー
ト、第２図は本発明を適用した内燃機関を示す系統図、
第３図は可変バルブタイミング機構を示す断面図、第４
図は第３図のIV方向より見たスリット形状の矢視図、第
５図（ａ）は軽負荷時のバルブタイミングを示すグラ
フ、第５図（ｂ）は高負荷時のバルブタイミングを示す
グラフ、第６図はクランク角の変化に伴なうシリンダ内
圧力の変化を示すグラフ、第７図はステップモータの制
御を示すフローチャート、第８図は第２実施例における
制御を示すフローチャート、第９図は過給圧と排気バル
ブタイミングとの関係を示すグラフである。 18……排気弁、20……スーパーチャージャ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機械式過給器を備えた可変バルブタイミン
   グ機関の制御方法であって、前記過給器が駆動されてい
   る時、排気弁のバルブタイミングを相対的に遅くするこ
   とを特徴とする可変バルブタイミング機関の制御方法。
2. 【請求項２】過給圧が高いほど、排気弁のバルブタイミ
   ングを遅くすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の制御方法。