JPH0988646A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気弁によって開閉される吸気ポートに燃料
弁を備えた４サイクルエンジンにおいて、ＮＯ_X 排出量
とポンンプ損失とを低減する。 【解決手段】 膨脹行程後半から排気行程前半にかけて
の所定期間に吸気ポートを微小量開弁して、既燃ガスを
吸気ポートに還流させる手段と、エンジン回転数および
負荷の増大に応じて、既燃ガス還流時における吸気ポー
トの有効開弁面積を増大させる手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの制御装
置に関し、特に、吸気弁によって開閉される吸気ポート
に燃料噴射弁を備えた４サイクルエンジンにおいて、特
に、既燃ガスを吸気系に還流させてエミッション特性の
向上を図ったエンジンの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用エンジンでは、排気ガス浄
化の観点から、排気ガスの一部を吸気系または燃焼室に
還流して、排気ガス中のＮＯ_X の含有率を低下させるこ
とが行われている。

【０００３】この排気ガス還流（以下「ＥＧＲ」と略称
する）には、排気通路と吸気通路とを、途中に流量制御
弁（ＥＧＲ弁）を設けたパイプで連通させ、このパイプ
を通じて排気ガスの一部を吸気系に還流する外部ＥＧＲ
方式と、既燃ガスの一部を燃焼室内に残留させる内部Ｅ
ＧＲ方式とに大別される。

【０００４】ところで、上記内部ＥＧＲ方式の場合、既
燃ガスの一部が燃焼室内に残留するので、比較的温度の
高い残留ガスが新規混合気を加熱するため、燃料の気化
を促進させることができる。そして、この内部ＥＧＲ
は、吸気行程と排気行程とのオーバーラップ期間を長く
することにより達成でき、例えば、特開平５−２７２３
６４号公報には、吸気行程と排気行程とのオーバーラッ
プ期間を可変することによって、エンジンの運転状態に
応じた内部ＥＧＲ量を得るようにしたエンジンが記載さ
れている。

【０００５】一方、吸気ポートに燃料噴射弁を備えた従
来の４サイクルエンジンでは、特に冷間時において、液
状の燃料が吸気ポートの壁面に付着すことに起因して、
排気ガス中のＨＣ含有量が多く、その低減が望まれてい
た。

【０００６】ところで、排気行程とこれに続く吸気行程
との間のオーバーラップ期間には、比較的温度の高い既
燃ガスの一部が吸気ポートに超音速で還流され、この既
燃ガスが、冷間時に吸気ポートの壁面に付着した液体状
態の燃料を気化させるように作用するから、上記オーバ
ーラップ期間を長くすることにより、冷間時におけるＨ
Ｃ排出量を低減できることが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記オ
ーバーラップ期間を長くすると、運転状態によっては燃
焼の安定性が損なわれるという問題があり、さらに、オ
ーバーラップ期間における既燃ガスの吸気ポートへの還
流が、筒内圧力が低下した排気行程の末期に行われるた
めに、オーバーラップ期間のごく初期にしか既燃ガスの
超音速流が発生せず、したがって、従来の内部ＥＧＲ方
式による冷間時のＨＣ排出量低減効果は僅かなものであ
った。

【０００８】そこで、本出願人は、先に特願平６−１６
０１９３号明細書により、還流既燃ガスの超音速流を有
効に利用して、主として冷間時におけるＨＣ排出量低減
を図ったエンジンの制御装置を提案した。

【０００９】本発明者等は、上記明細書記載の技術につ
いて、数々の実験を行なった結果、この技術は、冷間時
のみでなく、種々の運転領域において、ＮＯ_X 低減およ
び燃費低減に効果があることを確認するに至った。よっ
て、本発明を提案するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるエンジンの
制御装置は、請求項１に記載されているように、吸気弁
によって開閉される吸気ポートに燃料噴射弁を備えた４
サイクルエンジンの制御装置であって、図１（ａ），
（ｂ）に示すように、膨脹行程後半から排気行程前半に
かけての所定期間に吸気ポートを微小量開弁して、既燃
ガスを吸気ポートに還流させる手段を備えるとともに、
エンジン回転数の増大およびエンジン負荷の増大に応じ
て、上記既燃ガス還流時における単位時間当たりの既燃
ガス還流量、すなわち、吸気ポートの有効開弁面積を増
大させる手段を備えてなることを特徴とするものであ
る。

【００１１】その場合、吸気弁が既燃ガス還流に兼用さ
れることが好ましい。なお、図１（ｂ）において、ＢＤ
Ｃ₁ は膨脹下死点、ＴＤＣは排気上死点、ＢＤＣ₂ は吸
気下死点である。

【００１２】本発明によるエンジンの制御装置の一実施
の形態によれば、上記吸気弁が、互いに独立的に形成さ
れた第１および第２の吸気ポートにそれぞれ設けられた
第１および第２の吸気弁からなり、第１の吸気弁のみが
既燃ガス還流に兼用されるとともに、上記第１の吸気ポ
ートに開閉弁が配設され、既燃ガス還流時における吸気
ポートの有効開弁面積を増大させる手段が、上記開閉弁
の開度を増大させる手段よりなる。

【００１３】また、本発明によるエンジンの制御装置の
他の実施の形態によれば、上記吸気弁が、互いに独立的
に形成された第１および第２の吸気ポートにそれぞれ設
けられた第１および第２の吸気弁からなり、該第１およ
び第２の吸気弁の双方が既燃ガス還流に兼用されるとと
もに、上記第１の吸気ポートに開閉弁が配設され、既燃
ガス還流時における吸気ポートの有効開弁面積を増大さ
せる手段が、上記開閉弁の開度を増大させる手段よりな
る。

【００１４】さらに、本発明によるエンジンの制御装置
の他の実施の形態によれば、上記吸気弁が、互いに独立
的に形成された第１および第２の吸気ポートにそれぞれ
設けられた第１および第２の吸気弁からなり、既燃ガス
還流時における吸気ポートの有効開弁面積を増大させる
手段が、上記第１の吸気弁のみが既燃ガス還流に兼用さ
れる状態から上記第１および第２の吸気弁の双方が既燃
ガス還流に兼用される状態へ切換える手段よりなる。

【００１５】既燃ガス還流時における上記吸気ポートの
有効開弁面積を増大させる手段は、既燃ガス還流時にお
ける既燃ガス還流に兼用される吸気弁のリフト量を増大
させる手段とすることもできる。

【００１６】また、既燃ガス還流時における吸気ポート
の有効開弁面積を増大させる手段は、既燃ガス還流時に
おける上記既燃ガス還流に兼用される吸気弁のリフトタ
イミングを早める手段とすることもできる。

【００１７】さらに、本発明によるエンジンの制御装置
は、請求項８に記載されているように、吸気弁によって
開閉される吸気ポートに燃料噴射弁を備えた４サイクル
エンジンの制御装置であって、膨脹行程後半から排気行
程前半にかけての所定期間に吸気ポートを微小量開弁し
て、既燃ガスを上記吸気ポートに還流させる手段を備え
るとともに、低・中負荷領域においては、上記既燃ガス
還流手段を作動させた状態で空燃比をλ≧１に制御し、
スロットルバルブ全開領域においては、上記既燃ガス還
流手段の作動を停止させた状態で空燃比をλ＜１に制御
し、低・中負荷領域とスロットルバルブ全開領域との間
の負荷領域においては、上記既燃ガス還流手段の作動を
停止させた状態で空燃比をλ＞１に制御する制御手段を
備えてなることを特徴とするものである。

【００１８】そして、上記構成において、エンジン回転
数の増大およびエンジン負荷の増大に応じて、既燃ガス
還流時における吸気ポートの有効開弁面積を増大させる
手段を備えたものとすることができる。

【００１９】この場合にも、上記吸気弁が上記既燃ガス
還流に兼用されることが好ましい。そして、上記エンジ
ンの排気通路に空燃比センサを設けることが好ましい。
また、上記エンジンの吸気通路に吸気圧センサを設ける
ことが好ましい。さらに、既燃ガスをが還流される吸気
ポートに吸気温センサを設けることが好ましい。

【００２０】

【発明の効果】請求項１に記載されている発明によれ
ば、図１（ｂ）に示すように、膨脹行程後半から排気行
程前半にかけての所定期間に吸気ポートを微小量開弁し
て、既燃ガスを吸気ポートに還流させる手段を備えてい
ることにより、図１（ａ）に示すように、高温の既燃ガ
スの一部が超音速で吸気ポートに還流（ブローバック）
して、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧に衝突するか
ら、燃料の気化、霧化が促進されるとともに、多量の既
燃ガス還流により、ＮＯ_X 排出量が低減される。

【００２１】図２の曲線Ｉは外部ＥＧＲによるＥＧＲ量
（最大限度Ａ）とポンプ損失との関係を示し、曲線IIは
通常の内部ＥＧＲによるＥＧＲ量（最大限度Ｂ）とポン
プ損失との関係を示し、曲線III は通常の内部ＥＧＲに
よるＥＧＲ量（最大限度Ｃ）とポンプ損失との関係を示
す。また、曲線IVは既燃ガス還流量に対するポンプ損失
とＮＯ_X 排出量との関係を示す。

【００２２】図２から明らかなように、ブローバックに
よる既燃ガスの還流が、他の既燃ガス還流手段に比較し
て還流量を増大させることができ、これによって、ポン
プ損失およびＮＯ_X 排出量を大幅に低減することができ
る。

【００２３】なお、上述した特願平６−１６０１９３号
明細書に記載された構成では、このブローバックによる
既燃ガスの還流量は、エンジン回転数の増大に伴う既燃
ガス還流期間の短縮に伴って減少し、負荷の増大に伴う
吸気圧の上昇（負圧の低下）に伴って減少するが、本発
明では、エンジン回転数および負荷の増大に応じて、既
燃ガスの還流時における吸気ポートの有効開弁面積を増
大させる手段を備えているから、エンジン回転数および
負荷の増大に拘らず、既燃ガス還流率をほぼ一定に保つ
ことができる。

【００２４】そして、この既燃ガスの還流には、膨脹行
程後半から排気行程前半にかけての所定期間に開弁され
る既燃ガス還流弁を別個に設けてもよいが、吸気弁を既
燃ガス還流に兼用することにより、既燃ガス還流弁を別
個の設ける必要がなくなり、エンジンの燃焼室に対する
弁配置は変更せずに動弁機構の変更のみで本発明を実施
することができる利点がある。

【００２５】また、吸気弁が、互いに独立的に形成され
た第１および第２の吸気ポートにそれぞれ設けられた第
１および第２の吸気弁からなり、かつ、第１の吸気弁の
み、または双方の吸気弁を既燃ガス還流に兼用する場合
において、既燃ガスの還流時に、第１の吸気ポートに配
設した開閉弁の開度を増大させることにより吸気ポート
の有効開弁面積を増大させるように構成した場合は、既
燃ガス還流量を連続的に制御することが可能になるか
ら、既燃ガス還流量の切換え時におけるトルクショック
の発生を抑制することができるとともに、動弁機構の切
換え手段を用いずに本発明を実施でき、低コスト化を図
ることができる。

【００２６】さらに、低負荷時においては、吸気行程で
上記開閉弁を閉じて、吸気を第２の吸気ポートのみから
燃焼室内に供給することにより、燃焼室内にスワールを
生成させて、燃焼性を向上させることができる。すなわ
ち、上記開閉弁は、低負荷時に閉弁されるそれ自体は公
知のスワールコントロールバルブを兼用することが可能
である。

【００２７】また、第１および第２の吸気弁の一方のみ
が既燃ガス還流に兼用される状態から、第１および第２
の吸気弁の双方が既燃ガス還流に兼用される状態へ切換
える手段によって、既燃ガスの還流時における吸気ポー
トの有効開弁面積を増大させる手段を構成した場合は、
既燃ガス還流量ゼロの状態も容易かつ確実に実現できる
利点がある。

【００２８】一方、エンジンの空燃比を理論空燃比より
も大きくして（λ＞１）、燃費低減のための稀薄燃焼
（リーンバーン）技術がある。その場合は、排気浄化の
ための三元触媒が使用できないため、ＨＣおよびＮＯ_X
排出量がともに増大するおそれがあるが、本発明では、
多量の既燃ガス還流により、ＮＯ_X 排出量の増大が抑制
されるとともに、高温の既燃ガスの還流により、気化、
霧化が促進されて、ＨＣ排出量の増大も抑制される。

【００２９】請求項８に記載されている発明によれば、
最も頻繁に使用される低・中負荷領域において、空燃比
がλ＞１となる稀薄燃焼とブローバックとを組み合わせ
ることによって、ＮＯ_X およびＨＣの排出量を増大させ
ることなしに、稀薄燃焼による燃費低減を達成すること
ができる。

【００３０】その場合も、エンジン回転数の増大および
エンジン負荷の増大に応じて、既燃ガス還流時における
吸気ポートの有効開弁面積を増大させる手段を備えるこ
とによって、エンジン回転数および負荷の増大に拘ら
ず、既燃ガス還流率をほぼ一定に保つことができる。

【００３１】また、エンジンの吸気通路に吸気圧（ブー
スト）センサを設けることによって、エンジン回転数、
吸入空気量、燃料噴射量および吸気圧から算出される既
燃ガス還流量に基づいて、既燃ガス還流時における吸気
ポートの有効開弁面積を増大させる手段を制御すること
ができる。

【００３２】さらに、一般にエンジンには、燃料噴射量
の演算に用いられる吸気温度を検出するための吸気温セ
ンサが設けられているが、この吸気温センサとは別個
に、既燃ガスをが還流される吸気ポートに吸気温センサ
を設けることによって、既燃ガス還流量が過大になった
場合にこれを検出して、警告を発する等の処置を速やか
にとることができる利点がある。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【００３４】＜第１の実施の形態＞図３は、本発明の第
１の実施の形態に係わるエンジンの制御装置のシステム
構成図を示し、エンジンＥは、シリンダブロック１のシ
リンダボア１ａ内に摺動自在に収納されたピストン２
と、上記シリンダブロック１の上端に固定されたシリン
ダヘッド３とを備え、シリンダブロック１とピストン２
とシリンダヘッド３とによって燃焼室４が形成されてい
る。

【００３５】シリンダヘッド３には、図４（ａ），
（ｂ）に示すように、燃焼室４に開口する第１および第
２の吸気ポート５ａ，５ｂが互いに独立的に形成されて
いるとともに、これら吸気ポート５ａ，５ｂをそれぞれ
開閉する第１および第２の吸気弁７ａ，７ｂが設けられ
ている（図３では吸気ポート５ｂおよび吸気弁７ｂの図
示を省略）。また、シリンダヘッド３には、第１および
第２の排気ポート６ａ，６ｂが形成されているととも
に、これら排気ポート６ａ，６ｂをそれぞれ開閉する第
１および第２の排気弁８ａ，８ｂが装着されている（図
３では排気ポート６ｂおよび排気弁８ｂの図示を省
略）。排気ポート６ａ，６ｂは排気通路１５に連通して
いる。

【００３６】第１の吸気ポート５ａには、この吸気ポー
ト５ａを開閉する開閉弁１８が配設され、この開閉弁１
８を駆動するアクチュエータ２７が設けられている。１
０は燃料噴射弁で、図４（ａ）においては、燃料噴射弁
１０が第２の吸気ポート５ｂに取り付けられて、この吸
気ポート５ｂに燃料が噴射され、図４（ｂ）において
は、燃料噴射弁１０が吸気ポート５ａ，５ｂの中間に取
り付けられて、両吸気ポート５ａ，５ｂに燃料が噴射さ
れるようになっている。

【００３７】図３に示すように、吸気ポート５ａ，５ｂ
はがそれらの上流側で吸気通路２８に連通し、吸気通路
２８は、吸気ポート５ａ，５ｂの開閉に伴う吸気エアの
脈動を緩和するために一定の容積を有するサージタンク
１１が配置され、吸気通路２８のサージタンク１１の上
流側には、エンジンＥに供給する吸気量をアクセルペダ
ル（図示は省略）の踏み込み量に応じて制御するスロッ
トルバルブ１２が介設されている。また、スロットルバ
ルブ１２の上流側には、エンジンＥに供給される吸気量
を軽量するエアフローメータ１３と、吸気系の入口部に
位置するエアクリーナ１４とが配置されている。エアク
リーナ１４内には吸気温センサ（図示は省略）が設けら
れている。

【００３８】サージタンク１１内には吸気圧センサ２４
が設けられ、また、開閉弁１８が設けられている吸気ポ
ート５ａには、開閉弁１８の下流側に別個の吸気温セン
サ２５が設けられている。

【００３９】本発明が適用されるエンジンは、図１に示
したように、膨脹行程後半から排気行程前半にかけての
所定期間に吸気ポート微小量開弁して、既燃ガスを吸気
ポートに還流させる手段を備えていることを特徴として
いるが、本実施の形態では、既燃ガス還流弁を別途に設
けることなしに、吸気弁を既燃ガス還流に兼用してい
る。そのため、吸気行程で開弁される第１および第２の
吸気弁７ａ，７ｂの双方または第１の吸気弁７ａのみ
が、膨脹行程後半から排気行程前半にかけての所定期間
において運転状態に応じて微小量開弁されるように、吸
気弁７ａ，７ｂの動弁機構１６が構成されている。

【００４０】既燃ガス還流に兼用される吸気弁７ａまた
は７ａ，７ｂを駆動するカムは図１（ｂ）および図５に
示すようなカムプロフィールを有している。すなわち、
図５から明らかなように、吸気用カムシャフト３０に
は、吸気行程において吸気弁を駆動するためのカム部３
１ａに加えて、膨脹行程後半から排気行程前半にかけて
の所定期間において吸気弁を微小量開弁させるためのカ
ム部３１ｂを備えたカム３１が固定されている。カム部
３１ｂによる吸気弁のリフト量は約０．６mmである。

【００４１】本実施の形態においては、開閉弁１８の開
度によって既燃ガス還流量が制御されるとともに、低負
荷時には、吸気行程において開閉弁１８が閉弁されて第
１の吸気ポート５ａが閉じられ、これにより、吸入空気
を第２の吸気ポート５ｂに流速を速めながら流入させ
て、燃焼室４内にスワールを発生させるように構成され
ている。すなわち、この開閉弁１８は、従来のスワール
コントロールバルブによって兼用させることができる。

【００４２】さらに、第１および第２の吸気弁７ａ，７
ｂの双方または第１の吸気弁７ａのみが既燃ガス還流弁
として微小量開弁される期間に同期して、燃料噴射弁１
０から燃料が噴射されるように構成され、これによっ
て、燃焼室４内から第１および第２の吸気ポート５ａ，
５ｂの双方または第１の吸気ポート５ａのみに超音速で
還流（ブローバック）される高温・高圧の既燃ガスが燃
料噴霧に衝突して、粗大燃料液滴をも分裂・崩壊させ、
気化を促進する。したがって、燃料の壁面付着が低減さ
れて、特に冷間時のＨＣ排出量の低減に効果がある。ま
た、同時に多量の内部ＥＧＲが行われることにより、Ｎ
Ｏ_X 排出量も低減され、またポンプ損失も低減される。

【００４３】上記コントロールユニット２０には、アク
セルペダル（図示は省略）の踏み込み量、すなわち、エ
ンジン負荷に応じてその弁開度が変化するスロットル弁
１２の開度を検出するアクセル開度センサ２１からのア
クセル開度信号、エアフローメータ１３からの吸気量信
号、クランク角センサ２２からのクランク角信号、水温
センサ２３からの水温信号、吸気通路２８内の圧力を検
出する吸気圧センサ２４、既燃ガスが還流される吸気ポ
ート５ａ内の吸気温度を検出する吸気温センサ２５およ
び排気通路１５に配設された空燃比センサ２６等の各種
運転条件に関するデータが入力される。

【００４４】コントロールユニット２０には、エンジン
回転数、吸入空気量、燃料噴射量および吸気圧と既燃ガ
ス還流量との関係を表すデータが予め格納されており、
エンジンＥの運転状態に基づいて上記データから既燃ガ
ス還流量を算出し、既燃ガス還流率がほぼ一定になるよ
うに開閉弁１８のアクチュエータ２７に指令信号を出力
して、開閉弁１８の開度を制御する。また同時に、燃料
噴射弁１０にパルス信号を出力して、燃料噴射弁１０か
ら噴射される燃料の噴射タイミングおよび噴射期間を制
御する。

【００４５】また、コントロールユニット２０は、吸気
ポート５ａに設けられた吸気温センサ２５により、既燃
ガス還流量が過大になった場合にこれを検出して、警告
を発する等の処置をとるようになっている。

【００４６】本実施の形態によれば、開閉弁１８の開度
制御により、既燃ガス還流量を連続的に制御することが
可能であるから、トルクショックの発生を抑制すること
ができるとともに、複雑な動弁機構の切換え手段等を用
いずに本発明を実施することができるから、低コスト化
を図ることができる。また、吸気ポートにスワールコン
トロールバルブを備えたエンジンにおいては、このスワ
ールコントロールバルブを開閉弁１８と兼用することが
可能である。

【００４７】図６は、横軸にエンジン回転数を、縦軸に
エンジン負荷をとった場合の運転領域における既燃ガス
還流（ブローバック）制御（図６では「ＢＢ」と略称し
てある）と空燃比制御との組合わせ状態を示すマップで
ある。

【００４８】図６において、アイドリング領域Ａおよび
極低負荷・極低回転領域Ｂでは、ブローバックは行なわ
ず、空燃比はλ＝１とする。また、低回転・低負荷領域
Ｃでは、ブローバックを行なうとともに、空燃比はλ＝
１とする。中負荷領域および低負荷・中高回転領域Ｄで
は、ブローバックを行なうとともに、空燃比はλ≧１
（リーンバーン）とする。スロットルバルブ１２の全開
領域Ｆでは、ブローバックは行なわず、空燃比はλ＜１
とする（エンリッチ）。領域Ｄと領域Ｆとの間の領域Ｅ
では、ブローバックは行なわず、空燃比はλ≧１とす
る。

【００４９】そして、ブローバックを行なう領域におい
ては、既燃ガス還流率がほぼ一定になるように、エンジ
ン回転数およびエンジン負荷の増大に応じて、開閉弁１
８の開度を増大させて、単位時間当たりの既燃ガス還流
量を増大、すなわち、既燃ガス還流時における有効開弁
面積を増大させている。

【００５０】このように、最も頻繁に使用される低・中
負荷領域Ｄにおいて、空燃比がλ＞１となる稀薄燃焼と
ブローバックとを組み合わせることによって、ＮＯ_X お
よびＨＣの排出量を増大させることなしに、稀薄燃焼に
よる燃費低減を達成することができる。

【００５１】なお、領域Ｂと領域Ｃとの間における既燃
ガス還流、非還流の制御切換え時に、吸気通路２８にお
けるスロットルバルブ１２のバイパスエア量を併せて制
御すると、上記制御切換え時におけるトルクショックを
低減することができる。

【００５２】すなわち、図示は省略したが、この種エン
ジンの吸気通路２８には、スロットルバルブ１２のバイ
バス通路が設けられ、このバイバス通路に、コントロー
ルユニット２０からの指令信号によって、この通路を通
過するエア量をデューティ制御する電磁弁（アイドルス
ピードコントロールバルブ）が配設されている。そこ
で、領域Ｂから領域Ｃへの移行時にはバイパスエア量を
増大させ、領域Ｃから領域Ｂへの移行時にはバイパスエ
ア量を減少させることにより、トルクショックを低減す
ることができる。

【００５３】＜第２の実施の形態＞図７は、本発明によ
るエンジンの制御装置の第２の実施の形態を、図３に対
応させて示すシステム構成図である。

【００５４】本実施の形態においては、上述した第１の
実施の形態における開閉弁１８およびそのアクチュエー
タ２７を備えておらず、代わりに図８〜図１４に示すよ
うな切換手段を備えた動弁機構１６と、この動弁弁機構
１７を油圧によって切換えるアクチュエータ１７を備え
ていることを除いては、図３のものと同一の構成を有す
るので、対応する部位に同一の符号を付し、重複する説
明は省略する。

【００５５】図８は、各気筒にそれぞれ設けられる動弁
機構１６の一例構成を模式的に示す説明図である。

【００５６】図８において、吸気側のカムシャフト３０
には、吸気行程で吸気弁７ａ，７ｂをリフトさせるため
の通常の吸気用カム３１を中央にして、その両側に第１
および第２のブローバック用カム３２ａ，３２ｂが所定
の間隔をおいて一体に形成されている。ブローバック用
カム３２ａ，３２ｂは図９（ａ）に示すようなカムプロ
フィールを有し、吸気用カム３１は図９（ｂ）に示すよ
うなカムプロフィールを有している。そして、カムシャ
フト３０と平行に配置された図示しないロッカーシャフ
トに、５個のロッカーアーム３４ａ，３５ａ，３３，３
５ｂおよび３４ｂがこの順序で揺動自在に配設されてい
る。なお、図９において、ＢＤＣ₁ は膨脹下死点、ＴＤ
Ｃは排気上死点、ＢＤＣ₂ は吸気下死点である。

【００５７】図８において左端に位置する第１のロッカ
ーアーム３４ａは、一方のブローバック用カム３２ａに
常時当接し、中央に位置する第３のロッカーアーム３３
は吸気用カム３１に常時当接し、右端に位置する第５の
ロッカーアーム３４ｂは、他方のブローバック用カム３
２ｂに常時当接しており、これら３個のロッカーアーム
３４ａ，３３，３４ｂは吸気弁７ａ，７ｂに係合する端
部を備えておらず、ロッカーアーム３４ａと３３との間
に隣接して介装された第２のロッカーアーム３５ａが第
１の吸気弁７ａに常時係合し、また、ロッカーアーム３
３と３４ｂとの間に隣接して介装された第４のロッカー
アーム３５ｂが第２の吸気弁７ｂに常時係合するように
構成されている。

【００５８】ロッカーアーム３４ａと３５ａとの間に
は、両ロッカーアーム３４ａ，３５ａを連動状態または
非連動状態に択一的に切換える切換手段を構成する第１
のピン結合機構３６Ａが設けられ、ロッカーアーム３５
ａと３３との間には、両ロッカーアーム３５ａ，３３を
連動状態または非連動状態に択一的に切換える切換手段
を構成する第２のピン結合機構３６Ｂが設けられ、ロッ
カーアーム３３と３５ｂとの間には、両ロッカーアーム
３３，３５ｂを連動状態または非連動状態に択一的に切
換える切換手段を構成する第３のピン結合機構３６Ｃが
設けられ、ロッカーアーム３５ｂと３４ｂとの間には、
両ロッカーアーム３５ｂ，３４ｂを連動状態または非連
動状態に択一的に切換える切換手段を構成する第４ピン
結合機構３６Ｄが設けられている。

【００５９】これら第１〜第４のピン結合機構３６Ａ〜
３６Ｄは、油圧で作動されるピストン機能を有するピン
３７をそれぞれ備えている。これらピン結合機構３６Ａ
〜３６Ｄの構成を第１の結合機構３６Ａを例にとってさ
らに詳細に説明すると、ピン３７は、ロッカーアーム３
４ａのロッカーアーム３５ａ側の面に開口する嵌装孔
（シリンダとして機能する）３８内に摺動自在に嵌装さ
れ、この嵌装孔３８に対向して、ロッカーアーム３５ａ
側にも、上記ピン３７が摺動自在に嵌入し得る嵌装孔３
９が嵌装孔３８と同軸的に形成されている。これら嵌装
孔３８，３９の軸線はカムシャフト３０の軸線と平行で
ある。嵌装孔３８の底部には油室４０が形成され、油室
４０は油路４１を通じてロッカーシャフト内の油路（図
示は省略）に連通しており、この油路が油圧供給源（図
示は省略）に接続されている。そして、油室４０に油圧
が供給されないときには、図８に示すように、ロッカー
アーム３４ａ，３５ａが独立的に揺動し得る非連動状態
にあるが、油室４０に油圧が供給されると、ピン３７の
一部分がロッカーアーム３５ａの嵌装孔３９に挿入さ
れ、これによって、ロッカーアーム３４ａ，３５ａがピ
ン３７を介して結合されて連動状態に切換えられる。

【００６０】残る第２〜第４のピン結合機構３６Ｂ〜３
６Ｄも同様の構成を有するが、図８から明らかなよう
に、ロッカーアーム３３に第２および第３のピン結合機
構３６Ｂ，３６Ｃの油室４０が形成され、ロッカーアー
ム３４ｂに第４のピン結合機構３６Ｄの油室４０が形成
されている。

【００６１】次に、以上のような構成を有する動弁機構
１６の動作に関する５つのケース(1) 〜(5) について、
図１０〜図１４を参照しながら説明する。なお、図１０
〜図１４の各図において、ブローバック用カム３２ａ，
３２ｂによる吸気弁７ａ，７ｂのリフト状態を左方に、
吸気用カム３１による吸気弁７ａ，７ｂのリフト状態を
右方に示してある。

【００６２】(1) 図１０：第１、第２および第４のピン
結合機構３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｄの油室４０に油圧が供
給され、ロッカーアーム３４ａ，３５ａ，３３が連動状
態、ロッカーアーム３３，３５ｂが非連動状態、ロッカ
ーアーム３５ｂ，３４ｂが連動状態になる。したがっ
て、ブローバック時には吸気弁７ａ，７ｂの双方がリフ
トされる。また、吸気行程では吸気弁７ａのみがリフト
されて、吸気弁７ｂは休止状態となり、燃焼室４内にス
ワールを発生させて、既燃ガス還流による燃焼性の悪化
を抑制する。

【００６３】(2) 図１１：第１〜第４のピン結合機構３
６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄのすべての油室４０に油
圧が供給され、５個のロッカーアーム３４ａ，３５ａ，
３３，３５ｂ，３４ｂがすべて連動状態になる。したが
って、ブローバック時にも吸気行程においても、吸気弁
７ａ，７ｂの双方がリフトされる。

【００６４】(3) 図１２：第１、第２ピン結合機構３６
Ａ，３６Ｂの油室４０に油圧が供給され、ロッカーアー
ム３４ａ，３５ａ，３３が連動状態、ロッカーアーム３
３，３５ｂが非連動状態、ロッカーアーム３５ｂ，３４
ｂが非連動状態になる。したがって、ブローバック時に
も吸気行程においても、吸気弁７ａのみがリフトされ
て、吸気弁７ｂは休止状態となり、吸気行程において燃
焼室４内にスワールを発生させる。

【００６５】(4) 図１３：第２ピン結合機構３６Ｂの油
室４０のみに油圧が供給され、ロッカーアーム３５ａ，
３３が連動状態、他は非連動状態になる。したがって、
ブローバックは行われず、吸気行程においては、吸気弁
７ａのみがリフトされて、吸気弁７ｂは休止状態とな
り、燃焼室４内にスワールを発生させる。

【００６６】(5) 図１４：第２、第３ピン結合機構３６
Ｂ，３６Ｃの油室４０に油圧が供給され、ロッカーアー
ム３５ａ，３３，３５ｂが連動状態になる。したがっ
て、ブローバックは行われず、吸気行程においては、吸
気弁７ａ，７ｂの双方がリフトされる。

【００６７】上記５つのケースにおける第１〜第４のピ
ン結合機構３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄおよび吸気
弁７ａ，７ｂの動作状態を下記の表１にまとめて示す。

【００６８】

【表１】

【００６９】以上の５つのケースを図６に示す運転領域
Ａ〜Ｆに適用してみると、先ずブローバックを行なわな
い領域Ａ，Ｂでは、吸気行程では吸気弁７ａのみがリフ
トされる図１３の構成が適している。また、ブローバッ
クを行なわない高負荷領域Ｅ，Ｆでは、吸気行程におい
て吸気弁７ａ，７ｂの双方がリフトされる図１４および
吸気弁７ａのみがリフトされる図１３（低回転側）の構
成が適している。

【００７０】次に、ブローバックを行なう領域のうち、
低負荷・低回転領域である領域Ｃでは、ブローバック時
にも吸気行程においても、吸気弁７ａのみがリフトされ
る図１２の構成が的しており、中高回転・中負荷領域を
含む領域Ｄでは、ブローバック時には吸気弁７ａ，７ｂ
の双方がリフトされる図１０および図１１（高回転側）
の構成が適している。

【００７１】このように、本実施の形態においては、ブ
ローバック時に吸気７ａのみがリフトされる状態（図１
２）から、エンジン回転数およびエンジン負荷の増大に
伴って吸気弁７ａ，７ｂの双方がリフトされる状態（図
１０および図１１）に切換えることによって、有効開弁
面積を増大させ、これにより、既燃ガス還流率をほぼ一
定にしている。

【００７２】なお、図８〜図１４に示す構成において
は、ブローバック用カム３２ａ，３２ｂのリフト量を同
一にしているが、ブローバック用カム３２ａ，３２ｂの
リフト量を互いに異ならせ、かつ、ブローバック時に単
独にリフトされる吸気弁を選択するようにすれば、さら
に有効開弁面積を細かく制御することが可能になる。

【００７３】本実施の形態によれば、エンジンの運転領
域に応じて最適のブローバック切換え状態を実現するこ
とができ、特に、図１３および図１４に示すように、ブ
ローバックが全く行われない状態を容易かつ確実に実現
できる利点がある。

【００７４】＜その他の実施の形態＞ブローバック時に
おいて有効開弁面積を可変することは、図１５に示すよ
うに、ブローバック用カムのリフト量を変えることによ
っも達成できる。すなわち、リフト量を大にすれば、単
位時間当たりの既燃ガス還流量が増大し、有効開弁面積
を増大させることができる。このようなリフト量可変構
造はそれ自体公知であり、リフト量が回転軸線方向に変
化するテーパーカムを固定したカムシャフトを回転軸線
方向に移動させる構造を用いることによって実現可能で
ある。

【００７５】また、上記有効開弁面積を可変すること
は、図１６に示すように、既燃ガス還流用カムのリフト
タイミングを変えることによっても達成可能である。こ
の場合は、既燃ガス還流用カムのリフトタイミングを早
めることによって、単位時間当たりの既燃ガス還流量が
増大し、有効開弁面積を増大させることができる。この
ようなカムの位相変更構造も公知である。

【００７６】さらに、図８〜図１０に示す構成と、リフ
ト量可変構造と、リフトタイミング可変構造とのうちの
少なくとも２つを組み合わせてもよい。

【００７７】また、図１７に示すように、既燃ガス還流
用カムおよび吸気用カムのリフトタイミングを実線Ｉで
示す状態から鎖線IIで示す状態に遅角させることによ
り、中高回転・高負荷領域における吸気の充填効率を高
め、図６のマップに示す燃費改善領域であるブローバッ
ク領域Ｄの中高回転・高負荷領域側を拡大することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエンジンの制御装置の構成および
その作用を示す説明図

【図２】ＥＧＲ量とポンプ損失およびＮＯ_X 排出量との
関係を示すグラフ

【図３】本発明によるエンジンの制御装置の第１の実施
の形態を示すシステム構成図

【図４】同、エンジンの吸気ポートの構成を説明する模
式的平面図

【図５】同、吸気カムの構成を示す正面図

【図６】運転領域による既燃ガス還流制御と空燃比制御
との組み合わせ状態を示すマップ

【図７】本発明によるエンジンの制御装置の第２の実施
の形態を示すシステム構成図

【図８】同、動弁機構の一例構成を示す説明図

【図９】吸気弁の開弁特性を示す特性図

【図１０】既燃ガス還流時には第１および第２の吸気弁
の双方を開弁させ、吸気行程では第１の吸気弁のみを開
弁させる場合の動弁機構の動作説明図

【図１１】既燃ガス還流時および吸気行程の双方で第１
および第２の吸気弁を開弁させる場合の動弁機構の動作
説明図

【図１２】既燃ガス還流時および吸気行程の双方で第１
の吸気弁のみを開弁させる場合の動弁機構の動作説明図

【図１３】既燃ガス還流時にはいずれの吸気弁をも開弁
させず、吸気行程で第１の吸気弁のみを開弁させる場合
の動弁機構の動作説明図

【図１４】既燃ガス還流時にはいずれの吸気弁をも開弁
させず、吸気行程で第１および第２の吸気弁を開弁させ
る場合の動弁機構の動作説明図

【図１５】既燃ガス還流時の有効開弁面積を可変する構
成の説明図

【図１６】既燃ガス還流時の有効開弁面積を可変する構
成の説明図

【図１７】燃費改善領域拡大の説明図

【符号の説明】

５ａ，５ｂ 吸気ポート ７ａ，７ｂ 吸気弁 １６ 動弁機構 １７，２７ アクチュエータ １８ 開閉弁 ２０ コントロールユニット ３０ カムシャフト ３１ 吸気用カム ３２ａ，３２ｂ 既燃ガス還流用カム ３３ ロッカーアーム ３４ａ，３４ｂ ロッカーアーム ３５ａ，３５ｂ ロッカーアーム ３６Ａ〜３６Ｄ ピン結合機構 （切換手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 69/00 ３６０ Ｆ０２Ｍ 69/00 ３６０Ｃ (72)発明者 稲目 力 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気弁によって開閉される吸気ポートに
   燃料噴射弁を備えた４サイクルエンジンの制御装置であ
   って、 膨脹行程後半から排気行程前半にかけての所定期間に吸
   気ポートを微小量開弁して、既燃ガスを上記吸気ポート
   に還流させる手段と、エンジン回転数の増大およびエン
   ジン負荷の増大に応じて、上記既燃ガス還流時における
   上記吸気ポートの有効開弁面積を増大させる手段とを備
   えてなることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 【請求項２】 上記吸気弁が上記既燃ガス還流に兼用さ
   れることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装
   置。
3. 【請求項３】 上記吸気弁が、互いに独立的に形成され
   た第１および第２の吸気ポートにそれぞれ設けられた第
   １および第２の吸気弁からなり、上記第１の吸気弁のみ
   が上記既燃ガス還流に兼用されるとともに、上記第１の
   吸気ポートに開閉弁が配設され、上記既燃ガス還流時に
   おける上記吸気ポートの有効開弁面積を増大させる手段
   が、上記開閉弁の開度を増大させる手段よりなることを
   特徴とする請求項２記載のエンジンの制御装置。
4. 【請求項４】 上記吸気弁が、互いに独立的に形成され
   た第１および第２の吸気ポートにそれぞれ設けられた第
   １および第２の吸気弁からなり、該第１および第２の吸
   気弁の双方が上記既燃ガス還流に兼用されるとともに、
   上記第１の吸気ポートに開閉弁が配設され、上記既燃ガ
   ス還流時における上記吸気ポートの有効開弁面積を増大
   させる手段が、上記開閉弁の開度を増大させる手段より
   なることを特徴とする請求項２記載のエンジンの制御装
   置。
5. 【請求項５】 上記吸気弁が、互いに独立的に形成され
   た第１および第２の吸気ポートにそれぞれ設けられた第
   １および第２の吸気弁からなり、上記既燃ガス還流時に
   おける上記吸気ポートの有効開弁面積を増大させる手段
   が、上記第１の吸気弁のみが上記既燃ガス還流に兼用さ
   れる状態から上記第１および第２の吸気弁の双方が上記
   既燃ガス還流に兼用される状態へ切換える手段よりなる
   ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの制御装置。
6. 【請求項６】 上記既燃ガス還流時における上記吸気ポ
   ートの有効開弁面積を増大させる手段が、上記既燃ガス
   還流時における上記既燃ガス還流に兼用される吸気弁の
   リフト量を増大させる手段よりなることを特徴とする請
   求項２または５記載のエンジンの制御装置。
7. 【請求項７】 上記既燃ガス還流時における上記吸気ポ
   ートの有効開弁面積を増大させる手段が、上記既燃ガス
   還流時における上記既燃ガス還流に兼用される吸気弁の
   リフトタイミングを早める手段よりなることを特徴とす
   る請求項２、５または６記載のエンジンの制御装置。
8. 【請求項８】 吸気弁によって開閉される吸気ポートに
   燃料噴射弁を備えた４サイクルエンジンの制御装置であ
   って、 膨脹行程後半から排気行程前半にかけての所定期間に吸
   気ポートを微小量開弁して、既燃ガスを上記吸気ポート
   に還流させる手段を備えるとともに、低・中負荷領域に
   おいては、上記既燃ガス還流手段を作動させた状態で空
   燃比をλ≧１に制御し、スロットルバルブ全開領域にお
   いては、上記既燃ガス還流手段の作動を停止させた状態
   で空燃比をλ＜１に制御し、低・中負荷領域とスロット
   ルバルブ全開領域との間の負荷領域においては、上記既
   燃ガス還流手段の作動を停止させた状態で空燃比をλ＞
   １に制御する制御手段を備えてなることを特徴とするエ
   ンジンの制御装置。
9. 【請求項９】 エンジン回転数の増大およびエンジン負
   荷の増大に応じて、上記既燃ガス還流時における上記吸
   気ポートの有効開弁面積を増大させる手段を備えてなる
   ことを特徴とする請求項８記載のエンジンの制御装置。
10. 【請求項１０】 上記吸気弁が上記既燃ガス還流に兼用
    されることを特徴とする請求項９記載のエンジンの制御
    装置。
11. 【請求項１１】 上記エンジンの排気通路に空燃比セン
    サを備えてなることを特徴とする請求項９または１０項
    記載のエンジンの制御装置。
12. 【請求項１２】 上記エンジンの吸気通路に吸気圧セン
    サを備えてなることを特徴とする請求項８ないし１１の
    いずれか１項記載のエンジンの制御装置。
13. 【請求項１３】 既燃ガスが還流される吸気ポートに吸
    気温センサを備えてなることを特徴とする請求項８ない
    し１２のいずれか１項記載のエンジンの制御装置。