JPH09125994A - 排気ガスタービン式過給機付内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

排気ガスタービン式過給機付内燃機関の可変バルブタイミング制御装置

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JPH09125994A
JPH09125994A JP7290110A JP29011095A JPH09125994A JP H09125994 A JPH09125994 A JP H09125994A JP 7290110 A JP7290110 A JP 7290110A JP 29011095 A JP29011095 A JP 29011095A JP H09125994 A JPH09125994 A JP H09125994A
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exhaust gas
acceleration
valve
internal combustion
combustion engine
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JP7290110A
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English (en)
Inventor
Kiyonori Sekiguchi
清則 関口
Nobuyuki Murate
伸行 村手
Nobuo Imatake
信夫 今竹
Masatoshi Umasaki
政俊 馬▲崎▼
Harumasa Obata
治征 小幡
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Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加速に即応して排気ガス量を増加し、更に、
排気ガスの噴出速度を上げてタービンに供給し、過給圧
を迅速に上昇させて加速特性を改善せしめた排気ガスタ
ービン式過給機付内燃機関の可変バルブタイミング制御
装置の提供。 【解決手段】 エンジンの軽、中負荷運転から加速を行
なった時、図2(a)に示されるオーバラップの大きい
状態から図2(b)に示されるオーバラップの小さい状
態に直ちに切換えられ、新気量を急増させて燃焼量を増
加し、加速直後の立上りを早くできる。次に、加速運転
時には、図2(c)に示されるように排気弁の開弁時間
を短かくするように排気弁の開弁時期を遅らせる。これ
によって排出されるガスを圧縮加圧して過給機のタービ
ンに供給するので、タービン回転数の上昇を早めること
ができ、過給遅れを短縮できると共に過給圧の上昇をも
早めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガスタービン
式過給機付内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に
係り、特に、排気ガスタービン式過給機付内燃機関にお
いて、加速に即応して排気ガス量を増加し、更に、排気
ガスの噴出速度を上昇させてタービンに供給し、過給圧
を迅速に上昇させることにより加速特性を改善せしめた
可変バルブタイミング制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、加速応答性の向上は、特にター
ボ付内燃機関において要求が強い。その主たる理由は、
タービン回転数の立上りが遅いことである。これは排気
ガス量の増大が遅いためであったり、または、タービン
の慣性が無視できない等が理由である。
【0003】高速移行時の追従性を高めるための排気タ
ーボ過給機付エンジンの制御装置としては、従来、例え
ば特開平1−277654号公報に記載されたものがあ
る。同公報に記載された装置は、低速、低負荷の定常運
転において、点火時期を大幅に遅角させる、または、排
気ポートの開時期を早くする等、本来出力として取出さ
れるべきエネルギーの一部をターボに供給し、タービン
回転数を予め高めておこうとするものである。また、排
気ガスタービン式過給機の出力を増大させる制御方法
も、従来、例えば特開昭61−232335号公報に記
載されている。同公報に記載された制御方法も内燃機関
の排気弁の開時期を早めることによってターボへの供給
エネルギーを増大せしめ、タービン回転数を増速させよ
うとするものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの従来技術も、エンジン出力とならないエネルギー
を無駄に消費しており、定常的に燃費の悪化が避けられ
ないという問題点を有する。
【0005】本発明は、従来技術の有する叙上の問題点
に鑑みて創出されたものであり、その目的とするところ
は、加速に即応して排気ガス量を増加し、更に、排気ガ
スの噴出速度を上昇させてタービンに供給し、過給圧を
迅速に上昇させることにより加速特性を改善せしめ、ま
た、定常時は、吸排気弁のオーバラップガスにより、筒
内の燃焼を良好に維持して燃費を改善せしめた排気ガス
タービン式過給機付内燃機関の可変バルブタイミング制
御装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1記載の手段を採用することができる。この手
段によると、内燃機関の軽、中負荷運転状態において
は、排気弁と吸気弁とのバルブオーバラップを大きくと
る運転状態として筒内の総ガス量を増加させる。このよ
うな状態で加速を行なった時は、ただちにオーバラップ
を0(ゼロ)または小さくするように位相変更手段を作
動させて吸入新気量を増加させ、加速応答を速くするよ
うにする。このように加速直後においてはオーバラップ
が小さくなるため、筒内には新気量を急増させることが
でき、これに応じて燃料量を増加させれば燃焼量が増加
し、加速直後の立上りを早くすることがきる。このよう
なガス量の増加は瞬間的な出力の増加ばかりでなく、過
給機への排気ガス量の増加を瞬時に行なうことができる
ため、タービン回転数の立上りが早くなり、いわゆるタ
ーボラグを解消することができる。また、定常時は吸排
気弁のオーバラップガスにより筒内の燃焼を良好に維持
して燃費を改善することができる。また、上記課題を解
決するために、請求項2記載の手段を採用することがで
きる。この手段によると、内燃機関の加速運転時には、
排気弁の開弁時間を短かくするように排気弁の開弁時期
を遅らせるよう位相変更手段が作動する。これによっ
て、排気弁から排出される排気ガスを圧縮した状態にて
放出することができるため、過給機のタービンへの供給
エネルギーが増加し、タービン回転数の上昇を早めるこ
とが可能となり、過給圧の上昇を早めることができると
共に過給遅れを短縮することもできる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。図1は本発明の実施形態を適用するための
排気タービン式過給機付内燃機関のシステム全体を示す
システム概略図である。図において、吸気弁用アクチュ
エータ2及び排気弁用アクチュエータ3は、各カムシャ
フトの回転位相をエンジン1のクランクシャフト(図示
せず)に対して相対的に変更可能に作動するようになっ
ている。また、上記各アクチュエータ2,3は更にカム
プロフィールを切換え、または変更できる機能を備えて
いる。排気管5の下流側には排気ターボ過給機のタービ
ン(図示せず)が設けられ、該タービンの軸上にコンプ
レッサ(図示せず)が設けられており、排気エネルギー
によって回転するタービンによりコンプレッサが駆動さ
れこのコンプレッサが筒内に燃料を過給して加速性を高
めるものである。コントロールユニット6は前記各アク
チュエータ2,3と電気的、または、油、空圧で連結さ
れ、また、運転状態を表わす各種信号の図示しない検出
手段(センサ)から例えば、エンジン回転数、スロット
ル開度、等が上記コントロールユニット6に入力され
る。そして、コントロールユニット6はこれらの信号に
基づいて各アクチュエータ2,3を作動するようになっ
ている。
【0008】次に、可変バルブタイミング制御装置を示
す上記システムと関連させながら可変バルブタイミング
制御手段について説明する。エンジンの定常時における
中、低速、軽、中負荷領域での運転状態においては、該
運転状態を各種センサによって検出し、コントロールユ
ニット6により、吸気弁用アクチュエータ2を作動させ
る。図2は吸気弁と排気弁の開閉状態線図を示したもの
であり、図2(a)は定常時、図2(b)は加速直後、
図2(c)は加速時における吸気弁と排気弁の開閉状態
線図を示したものである。即ち、本実施形態において
は、図2(a)に示すように、定常時における吸気弁の
開時期(図2(a)において実線で示される吸気弁の開
閉状態線図参照。)を通常のエンジンで設定される吸気
弁の開き始めの時期(図2(a)において破線で示され
る吸気弁の開閉状態線図参照。)よりも進角させ、いわ
ゆる、排気弁とのオーバラップを大きくとるバルブタイ
ミングとする。このことにより、エンジン1の筒内で
は、燃焼後の既燃ガスが吸気管4に戻され再度吸入され
るため新気の取込みが減少する。従って、本来の出力を
維持するために、スロットル開度、即ち、アクセル開度
を大きく取り、新気吸入分を確保する。これを図3に基
づいて説明する。図3はスロットル開度と吸気量との関
係を示した図であり、図において、実線aは、スロット
ル開度に対する吸気量を示しており、吸気弁と排気弁と
のオーバラップを略0(ゼロ)、又は、小さくした従来
のエンジンでの特性を示したものであるが、必ずしも直
線関係ではない。また、破線bは、軽、中負荷領域にお
いて吸気弁と排気弁とのオーバラップを大きくとった場
合の特性を示したものである。このオーバラップによっ
て結果的に筒内に残留する既燃ガス、即ち、内部EGR
分が図に示されるハッチングの領域である。
【0009】例えば、通常のバルブタイミングにてスロ
ットル開度Ta1 で運転していた場合、吸気量はa1
あり全て新気である。そこで吸気弁のバルブタイミング
を進角し排気弁とのオーバラップを大きくして(図2
(a)において実線で示される吸気弁の開閉状態線図参
照。)同じ出力を得る場合、a1 と同一量の新気量を得
るためには、Ta2 なるスロットル開度で運転すればよ
く、この時の筒内の総ガス量はa2 と増加している。
【0010】次に、このような状態において、エンジン
の軽、中負荷領域運転から加速を行なった時、例えば、
スロットル開度の変化等により加速が検出された場合に
は、即座にコントロールユニット6より吸気弁用アクチ
ュエータ2に作動指令が行き、図2(b)に示されるよ
うな吸気弁と排気弁とのバルブタイミング、つまり従来
の吸気弁と排気弁におけるオーバラップの小さい状態に
切換えられる。このように、加速直後においてはオーバ
ラップが小さくなるため、筒内のガス状態は、図3のス
ロットル開度Ta2 におけるb1 →a2 へと瞬時に移行
して新気を急増させることができる。これに応じて、燃
料量を増加させれば燃焼量が増加し、加速直後の立上り
を早くすることができる。このような急峻なガス量の増
加は、瞬間的な出力の増加ばかりでなく、過給機への排
気ガス量の増加を瞬時に行なうことができるため、ター
ビン回転数の立上りが早くなり従来、満足できなかった
いわゆるターボラグを解消することができる。図4は時
間と過給圧、スロットル開度との関係を示す図であり、
本発明による加速特性向上の効果を示したものである。
図によると、加速開始時は過給機への排気ガス量の増加
を瞬時に行なうことができるため、従来の装置に比べて
過給圧の立上りが早い。
【0011】更に、エンジンの加速運転時には、図2
(c)に示すように、排気弁の開弁時間を短かくするよ
うに排気弁の開弁時期を遅らせるよう排気弁用アクチュ
エータ3を切換える。これによって、排気弁から排出さ
れるガスを圧縮加圧した状態にて放出することができる
ため、図4に示すように、過給圧が上昇して過給機のタ
ービンへの供給エルネギーが増加し、タービン回転数の
上昇を早めることが可能となり、過給遅れを短縮するこ
ともできる。そして、定常運転移行後は所定のバルブタ
イミングに移行させるようにする。
【0012】尚、本実施形態においては、バルブタイミ
ング用アクチュエータとして、各吸排気弁を電気または
油、空圧を利用して直接開閉制御しているが、電磁力を
用いて作動させる方式のものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を適用するための排気タービ
ン式過給機付内燃機関のシステム全体を示すシステム概
略図である。
【図2】吸気弁と排気弁の可変バルブタイミング制御を
説明するための開閉状態線図であり、図2(a)は定常
時、図2(b)は加速直後、図2(c)は加速運転時に
おける開閉状態線図である。
【図3】スロットル開度と吸気量との関係を示す説明図
である。
【図4】時間と過給圧、スロットル開度との関係を示す
特性図である。
【符号の説明】
1…エンジン 2…吸気弁用アクチュエータ 3…排気弁用アクチュエータ 4…吸気管 5…排気管 6…コントロールユニット
フロントページの続き (72)発明者 今竹 信夫 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 馬▲崎▼ 政俊 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小幡 治征 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気ガスによりタービンを回転させ、該
    タービンにより駆動されるコンプレッサにより吸気を過
    給する排気ガスタービン式過給機付内燃機関の可変バル
    ブタイミング制御装置において、 少なくとも吸気弁または排気弁の一方の位相を変更する
    ことができる位相変更手段と、内燃機関の運転状態を検
    出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段からの
    出力を受け、軽、中負荷定常運転においては、バルブオ
    ーバラップを大きくとる運転状態とし、 運転状態検出手段により加速を検出したときには、ただ
    ちにオーバラップを0(ゼロ)または小さくするように
    作動させて吸入新気量を増加させ、加速応答を速くする
    ように上記位相変更手段を制御する制御手段とを設けた
    ことを特徴とする排気ガスタービン式過給機付内燃機関
    の可変バルブタイミング制御装置。
  2. 【請求項2】 上記内燃機関の加速運転時には、上記制
    御手段により、排気弁の開弁時間を短かくするよう排気
    弁の開弁時期を遅らせて排気ガスの圧力を上昇させ、圧
    力上昇した排気ガスを過給機タービンに供給するように
    制御することを特徴とする排気ガスタービン式過給機付
    内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
JP7290110A 1995-11-08 1995-11-08 排気ガスタービン式過給機付内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 Withdrawn JPH09125994A (ja)

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