JPH073200B2 - 可変バルブタイミング機関の制御方法 - Google Patents

可変バルブタイミング機関の制御方法

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JPH073200B2
JPH073200B2 JP2841385A JP2841385A JPH073200B2 JP H073200 B2 JPH073200 B2 JP H073200B2 JP 2841385 A JP2841385 A JP 2841385A JP 2841385 A JP2841385 A JP 2841385A JP H073200 B2 JPH073200 B2 JP H073200B2
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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters

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〕
上述のような内燃機関において、機関冷間時、触媒温度
が低いために触媒が活性化しにくいという問題があり、
また過給時に排気系の温度が上昇しすぎて触媒が熱害を
被るおそれがあるという問題がある。本発明はこの問題
を排気弁のバルブタイミングを変更することにより解決
しようとするものである。
〔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、機関の温度が低
い時、排気弁のバルブタイミングを相対的に早くし、機
関の温度が高い時、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によりそれぞれクランク軸
64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、エンジン本体10に形成されたウォータジャケッ
トには水温検知器70がそれぞれ取付けられる。
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、回転数検知器25からエンジン回転数を示す信
号、水温検知器70から冷却水温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をクランク軸64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
うに互い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6
03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6
05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62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602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は機関の温度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、冷却水温TWが所定
値TOより低い場合、第5図(a)に示されるように排気
弁18のバルブタイミングを相対的に早くし、逆に冷却水
温TWが所定値TOより高い場合、第5図(b)に示される
ように排気弁18のバルブタイミングを相対的に遅くす
る。つまり、冷間時には排気バルブタイミングを早くし
て下死点よりクランク角θ1だけ前方において排気弁18
を開弁させるようにし、これにより膨張比を小さくして
排気圧力および排気温度を高め、触媒の暖機性を良くし
ている。
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。ステップ301では電子制御部50のメ
モリに格納された冷却水温TWのデータを読む。このデー
タは水温検知器70が検出した水温の信号をA/D変換して
電子制御部50に入力されたものである。ステップ302で
は冷却水温TWが所定値TOより高いか否か判定する。冷却
水温TWが所定値TOよりも高い場合、ステップ303を実行
して排気弁18のバルブタイミングを遅らせるための設定
を行なう。すなわち、下死点よりクランク角θ2(第5
図(b))だけ前方において排気弁18が開弁し始めるよ
うに、可変バルブタイミング機構60のステップモータ60
7(第3図)の目標角度位置を定める。一方、冷却水温T
Wが所定値TOよりも低い場合、ステップ304に移り、排気
弁18のバルブタイミングを進めるための設定を行ない、
排気弁18が下死点よりクランク角θ1(第5図(a))
だけ前方において開弁し始めるように、ステップモータ
607(第3図)の目標角度位置を定める。なお、排気バ
ルブタイミングは、冷却水温TWによってステップ状に変
える必要はなく、冷却水温TWに応じて直線的に変化させ
るようにしてもよい。
次にステップ305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303,304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306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、次に述
べる第7図のフローチャートに従って行なわれる。
第7図において、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のバルブ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204,202,203
のループが繰返される。
以上のように本実施例は、冷却水温により冷間時か否か
を判別し、冷間時には排気バルブタイミングを進ませる
ものである。したがって燃焼ガスの膨張比が小さくな
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θ1だけ前方においてステップ状に低
下するが、その後ほぼ一定値をとるようになり(図中、
実線で示す)、この結果、排気バルブタイミングが相対
的に遅い場合(図中、破線で示す)に比べて下死点近傍
において大きくなる。すなわち、燃焼ガスはあまり膨張
せず、排気温度が高くなって触媒の暖機性が良くなり、
排気ガスエミッションが改善される。一方、通常運転時
には排気バルブタイミングが遅くなり、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って、
これにより燃焼室13内の残留ガスの掃気効果が高めら
れ、出力および燃費が向上する。また燃焼ガスの膨張比
が大きくなるので排気温度が低く抑えられ、触媒の熱害
を防止することができる。
なお、冷却水温TWに代え、エンジン油温あるいは触媒温
を用いて上述の制御を行なってもよい。
第8図は第2実施例のフローチャートを示す。ステップ
311では電子制御部50のメモリに格納された排気温TEX
よび触媒温TCCROのデータを読む。排気温TEXは排気管に
取付けられた排気温検知器71(第2図に想像線で示す)
により検出され、触媒温TCCROは触媒に取付けられた触
媒温検知器72(第2図に想像線で示す)により検出され
る。ステップ312では排気温TEXが所定値T1より高いか否
か判別し、高ければステップ313へ移り、排気バルブタ
イミングを遅らせるための設定を行なう。またステップ
312において排気温TEXが所定値T1低いと判断した場合、
ステップ314へ移り、触媒温TCCROが所定値T2より高いか
否か判別し、高ければステップ313を実行し、逆に低け
ればステップ315を実行して排気バルブタイミングを進
めるための設定を行なう。ステップ315において排気バ
ルブタイミングθ(排気弁18が開弁し始める時の、下死
点から前方へ測ったクランク角)を進ませる場合、第9
図に示すように、エンジン回転数Nおよびエンジン負荷
Q/N(Q:吸入空気量、N:エンジン回転数)の関係として
作成したマップにより、エンジン回転数Nが高いほど進
ませ、またエンジン負荷Q/Nが大きいほど進ませる。す
なわちエンジンの運転条件に応じた排気バルブタイミン
グが得られ、出力および燃費が良好なものとなる。
次にステップ316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313,315において設定されたも
の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31
7へ移り、第7図のフローチャートに従って排気バルブ
タイミングの変更を行なう。
以上のように第2実施例は、排気系温度に応じて排気バ
ルブタイミングを変化させるものである。すなわち、排
気系温度が高い時、排気バルブタイミングを遅らせて燃
焼ガスの膨張比を大きくし、これにより排気温度を低下
させて触媒の熱害を防止することができる。また排気系
温度が低い時、排気バルブタイミングはエンジンの回転
数および負荷により定められ、出力、燃費および運転状
態の安定性が良好なものとなるようになっている。
〔発明の効果〕
以上のように本発明は、機関の温度に応じて排気バルブ
タイミングを変化させるものであるから、触媒の暖機性
を良くして活性化を早めることができ、また触媒の熱害
を防止することができるという効果が得られる。
【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)は機関の低温時の排気バルブタイミングを示
すグラフ、第5図(b)は機関の高温時の排気バルブタ
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図はエ
ンジン回転数と負荷によって変化する排気バルブタイミ
ングを示すグラフである。 18……排気弁、70……水温検知器、71……排気温検知
器、72……触媒温検知器。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機械式過給機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機関の温度が低い時、排気弁
    のバルブタイミングを相対的に早くし、機関の温度が高
    い時、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】冷却水温に応じて排気弁のバルブタイミン
    グを変化させ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。
  3. 【請求項3】排気温に応じて排気弁のバルブタイミング
    を変化させ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。
  4. 【請求項4】触媒温に応じて排気弁のバルブタイミング
    を変化させ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。
  5. 【請求項5】エンジン油温に応じて排気弁のバルブタイ
    ミングを変化させ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。
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