JPS60169673A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は、気筒毎に閉時期の異なる複数の吸気弁を備え
、かつ、閉時期の遅れ大側の吸気弁に至る吸気ポートに
機関運転条件に応じて開閉される開閉弁を備えた内燃機
関の点火時期制御装置に関する。

〈背景技術〉 従来この４’ｉｌｉの内燃機関としては、例えば実開昭
５５−１３９２２６号公報に示されるようなものがある
。このものは、第１図に示すように気筒毎に閉時期の遅
れ大の高速型吸気弁１人と閉時期の遅れ小の低速型吸気
弁１Ｂとを備えると共に、高速型吸気弁１Ａに至る吸気
ボー）２Ａに開閉弁３を備え、該開閉弁３を機関の低速
域では閉じ、高速域では開くようにしている。

即ち、低速域では、閉時期の遅れが小さな低速型吸気弁
１Ｂに至る吸気ポー　ト２Ｂのみを通じて吸気を行うこ
とによシ、実質的な圧縮比（以下実圧縮比という）を高
めて吸気充填効率を高めると共に、接線方向に流入する
吸気流を利用して燃焼室４内にスワールを大きく発生す
ることにより、低速時の燃焼性致着を図９、一方、高速
域では閉時期の遅れが大きな高速型吸気弁１Ａを併用し
て吸気を行うことにより、吸気の慣性効果を有効に利用
しかつ、２つの吸気ポートを開通させることにより吸気
抵抗を減少させて吸気充填効率を高め出方向上を図って
いる。尚、５Ａ、５Ｂは排気弁、６Ａ、６Ｂは排気ボー
トである。

ところが、実際には、かかる機関では開閉弁３の開閉時
期はノッキング抑制のため慣性効果を利用した過給が効
いてくる高速領域よりも低速側に設定されているため、
開閉弁３が開かれた後、回転速度が上昇して慣性過給が
効いてくる速度に達するまでの間は第２図に示すように
吸入空気量、及び開閉弁３下流の吸気圧力（高速型吸気
弁１Ａ閉時の燃焼室圧力と略等しい）とも減少し、した
がってこの間における最適点火時期は開閉弁閉時に比べ
て進み側に存在する。

しかしながら、従来の点火式内燃機関（特にガソリン機
関）においては、一般に吸気絞υ弁の下流近傍に設けた
負圧センサによって検出した吸入負圧（負荷）に基づい
て点火時期制御を行っているため、かかる制御方式を前
記開閉弁を備えた機関に採用した場合、吸気絞り弁下流
近傍の吸気圧力は、開閉弁の開閉によっては殆んど変化
しないので（例えば吸気絞り弁全開の場合、略大気圧で
一定、又はターボ過給機付のものでは、コンプレッサ吐
出圧で一定）、点火時期の切換が行えず、例えば開閉弁
３閉時の低速領域に合わせて点火時期を設定した場合、
開閉弁３開後の点火時期が最適点火時期よりも大幅に遅
れ側に制御される結果、出力、燃費共大幅に悪化すると
いう問題を生じていた。

〈発明の目的〉 本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、開閉弁の
切換に応じて点火時期制御の切換が行われ、もって常に
真の負荷条件に対応した良好な点火制御が行えるように
した内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的
とする。

〈発明の構成〉 このため、本発明は気筒毎に閉時期の異なる複数個の吸
気弁とこれら吸気弁に至る複数個の吸気ボートを備え、
閉時期の遅れが大きい側の吸気弁に至る吸気ボートに機
関運転条件に応じて開閉制御される開閉弁を備えてなる
内燃機関の点火時期制御装置において、開閉弁下流の吸
気ボート内の吸気圧力を検出する圧力センサを設けると
共に、該圧力センサからの吸気圧力信号に基づいて点火
時期を制御する手段を設けた構成とする。

〈実施例〉 以下、本発明の詳細な説明する。

第３図〜第６図は排気ターボ過給機（以下過給機という
）１１を備えた内燃機関１２に適用した第１の実施例を
示す。図において、内燃機関１２の吸気通路１３には過
給機１１のコンプレッサ１４が介装されており、排気通
路１５に介装した刊気タービン１６を排気圧力で回転さ
せることにより、これと同軸のコンプレッサ１４を回転
駆動して、吸入空気を内燃機関に圧送（過給）する。排
気タービン１６をバイパスする排気バイパス通路１７に
は排気バイパス弁１Ｂが介装されており、吸気通路１３
のコンプレッサ１４及び吸気絞シ弁１９間の過給圧と大
気圧との差圧により作動するダイヤフシム式アクチュエ
ータ２０を用いて前記排気バイパス弁１８を開閉制御す
る。これにより排気タービン１６を回動しないで排気バ
イパス通路１７にバイパスする排気流量を過給圧に応じ
て制御し、もって過給圧が過大となるのを防止する。又
、吸気絞υ弁１９下流の吸気通路には吸気圧力が所定値
以上となることを防止するリリーフ弁が設けられ、かつ
、各気筒毎に燃料噴射弁２２が設けられる。

かかる過給機付内燃機関は第４図に示すように、前記吸
気通路１３から分岐して燃焼室３０に至る２つの吸気ボ
ー）３１Ａ、３１Ｂが形成され、これら吸気ボート３１
Ａ、３１Ｂに夫々吸気弁３２Ａ。

３２Ｂが介装されている。又、排気ボー）３３Ａ。

３３Ｂには夫々排気弁３４Ａ、３４Ｂが介装され排気通
路１５に連なっている。

前記第１及び第２の吸気弁３２Ａ、３２Ｂ並びに排気弁
３４Ａ、３４Ｂは、第５図に示すように夫々に当接作動
するカム３５　（３５Ａ　、　３５　Ｂ＞並びにカム３
６に従動して開閉される。ここで第８図に示すように第
１の吸気弁３２Ａ用のカムの第１のカム３５Ａは第１の
吸気弁３２Ａの閉時期を大きく遅らせて圧縮行程中ば近
くとし、第２の吸気弁３２Ｂ用の第２のカム３５Ｂは第
２の吸気弁３４Ｂの閉時期を上記より早めて吸気下死点
近傍とするカム形状に設定しである。また、排気弁との
オーバラップ量を決定する第１及び第２の吸気弁３２Ａ
、３２Ｂの開時期は第１の吸気弁３２Ａの開時期の方が
第２の吸気弁３２Ｂの開時期より若干早く、例えば前者
が上死点前１０”程度、後者が上死点近傍とするような
カム３５Ａ、３５Ｂ形状とする。尚、このとき排気弁３
４Ａ、３４Ｂの開時期は例えば下死点前４０〜５０°、
閉時期は上死点後１０〜２０°と、共に等しい値となっ
ていて吸気弁３２Ａ、３２Ｂとはオーバーラツプ量が小
さ寿値となるようにしである。３７は点火栓である。

前記各気筒毎の第１．第２の吸気ポート３１　Ａ。

３１Ｂには第１の吸気ポート３１Ａ側にバタフライ式の
開閉弁３８を装着したバルブチャンバ３９が介装されて
いる。

各気筒の開閉弁３Ｂの支軸３Ｂ＆は両端部がバ部にはレ
バー４０が固定され、該レバー４０の端部とバルブチャ
ンバ３９外壁とに夫々固定されたビン４０ａ、３９ａに
引張スプリング４１の両端が係止して取り付けられる。

これにより開閉弁３８は引張スプリング４１の付勢力に
よって閉弁方向に付勢される（第６図参照）。

又、支軸３８ａの他端部にもレバー４２が固定の され、各気筒レバー４２を夫々一本のロッド４３に定間
隔毎に軸支し、該ロッド４３の一端部にリンク４４を介
してダイヤフラム式アクチュエータ４５の出力ロット４
５＆が連結される。

前記アクチュエータ４５は出力ロット４５ａを固定した
ダイヤフラム４５ｂにより一側に仕切られる圧力作動室
４５ｃが過給圧導入管４６を介して過給機１１のコンプ
レッサ１４下流の吸気通路１３に連通接続され、他側に
仕切られる大気圧室４５ｄにはリターンスプリング４５
ｅが介装される。

そして、圧力作動室４５ｃに導かれるコンプレッサ１４
の過給圧が機関回転速度が急増するインターセプト点付
近の圧力に達すると、リターンスプリング４５ｄを押し
縮めつつ出力ロット４５＆が延出し、リンク４４、ロッ
ド４３、レバー４２の作動を介しつつ各気筒の開閉弁３
８を全開状態から回動させて開くようになっている。

次に本実施例の点火時期制御装置部分を説明する。

前記バルブチャンバ３９壁に、開閉弁３８下流側の吸気
ポート３１Ａに臨む圧力センサ４Ｔを設け、該圧力セン
ザ４Ｔによって検出される吸気ボー）３１Ａ内の吸気圧
力信号をコントロールユニット４８に入力させる。

コントロールユニット４８には第３図に示すように前記
吸気圧力信号の他、ディストリビュータ４９からの機関
回転速度信号、コンプレッサ１４上流の吸気通路１３に
設けたエア７０−メータ５゜からの吸気流量信号、シリ
ンダヘッドに設けた水温センサ５１からの水温信号、排
気通路１５に設けた０２センザ５２からの排気中酸素濃
度信号、／リンダブロックに設けたノックセンサからの
ノック検出（Ｎ号、トランスミッション５４出力軸に臨
設した車速センサ５５からの車速信号等が入力される。

そして、コントロールユニット４Ｂは、周知の如く主と
して機関回転速度と負荷に対応する吸気圧力とに基づき
、水温等によって補正して最適点火時期をめ、該点火時
期信号を点火コイル５６に出力し、その他、前記各種信
号に基づいて燃料噴射制御等を行う。

次に本実施例の一連の作用を説明する。

機関回転速度が例えば１６００ｒｐｍ以下の低速領域で
は、コンプレッサ１４下流の過給圧が小さいだめ、アク
チュエータ４５の出力ロツ）’４５ａはリターンスプリ
ング４５ｅの付勢力によって最短長さまで引込まれてお
シ、この状態でリンク４４Ｘロツド４３、レバー４２を
介して連結される各気筒の開閉弁３８は全閉となって第
１の吸気ポート３１Ａを遮断１７ている。かかる低速領
域では、吸入空気は、まず第２の吸気弁３２Ｂが開かれ
る吸気行程上死点近傍から同下死点近傍まで第２の吸気
ボー）３１Ｂのみを通じて燃焼室３０内に供給され、燃
焼室３０内にスワールが太きく形成され、燃焼が良好と
なる。

また、第２の吸気弁３２Ｂの閉時期は下死点付近となり
早くなっているから、機関ピストンの有効ストロークが
増大して実圧縮比が大きくなる。

従って当該運転領域では排気エネルギが小さいため過給
圧力はさほど上らないが、実圧縮比が他のｒノ 運転領域よりも増大するし、第２の吸気弁３２Ｂが早期
に閉じるので一旦燃焼室３０に吸入した吸気の吹き戻り
がなく吸気充填効率が良いから、燃費及びトルクの増大
が得られる。

一方、コントロールユニット４８からの出カニより点火
時期制御が行われるが、最高点火時期をめる運転条件（
負荷）の信号として圧力センサ４７によシ検出される開
閉弁３８下流の吸気ポート３１Ａ内圧力は、＠１の吸気
弁３２Ａの閉時は吸気ボー）３１Ａに近接する燃焼室３
０内圧力に略等しく、第１の吸気弁３２Ａが圧縮行程半
ばで閉じた後は、開閉弁３８も閉じているため、ひき続
く圧縮、膨張、排気行程を経て、吸気弁３２Ａが再度開
くまでの間は吸気弁３２Ａが閉じた時の燃焼室内圧力に
保持される。

尚、圧縮、膨張、排気行程中の一定の吸気圧力を所定の
タイミングでコントロールユニット４８に導き、点火時
期制御を行うようにしてもよい。

即ち、圧力センサ４７によって検出される吸気圧力は、
実際に燃焼室３０内に吸入される空気量と良く対応して
おり、該空気量は負荷に比例すると考えられるから、該
吸気圧力信号に某づいて真に１顎適な点火時期をめるこ
とができ、もって良好な点火時期制御を行え、前記した
吸気特性効果と相俟って低速域での燃焼性、出力、燃費
等を可及的に向上させることができる。

又、機関回転速度が増大して１６０Ｏｒｐｍを超え排気
ターボ堝給機１１の過給圧が約２０　（ｌ　ｍｍＨｙ以
上に達するとアクチュエータ４５の出力ロット４５ａが
延出し、リンク４４．ロッド４３゜レバー４２を介して
各気筒の開閉弁３８が支軸３８ａ回りに回動して開き始
め、過給圧が３００ｍ２程度に達すると全開となシ第１
の吸気ポート３１Ａを開通させる。

このようにして第１の吸気ボー）３１Ａが開か、　れ、
該吸気ポート３１Ａからも吸気が行われると、第１の吸
気弁３２Ａの閉時期の遅れが大きく、がっ、開閉弁３８
が開かれる時の回転速度では未だ吸気の慣性効果は小さ
いため、圧縮下死点付近から半ばにかけて開状態に保持
されている第１の吸気弁３２Ａ及び同じく開状態の開閉
弁３８を経て上流の吸気通路１３へ吸気の吹き返しを生
じる。

したがって燃焼室３ｏ内に吸入される空気量は前記吹き
返し分だけ減少するが、これに伴って開閉弁３８下流の
吸気圧力も減少すネため、該吸気圧力を負荷条件として
められる最適点火時期は開閉弁３８閉時に比べて進み、
コントロールユニット４８は点火時期を進角した制御に
切換える。このようにして、吸入空気量の低下及び実圧
縮比の減少に応じた点火時期制御が行われることにょム
開閉弁３８の開動作切換直後の出力低下を可及的に防市
でき、燃費も向上する。

開閉弁３８が開いた後、機関回転速度が上昇して吸気の
慣性効果が大となる高速領域に移行すると、閉時期の遅
れ犬な第１の吸気弁３２Ａが閉じるまでに慣性効果を利
用した過給が有効に行われる結果、燃焼室３０内に吸入
される空気量は開閉弁３８閉時の低速域の場合を上回っ
て増大する。

この場合も開閉弁３８下流の吸気圧力が増大するため、
これに応じて点火時期は修正され、吸入空気量の増大に
応じた点火時期制御が行われ、ノッキングの発生を抑制
しつつ可及的に出力を増大することができる。

とのように、吸気絞シ弁近傍の圧力が開閉弁３８の開閉
によっては殆んど変化せず、実際に燃焼室３０に吸入さ
れる空気量の変化に対応でき々いのに対し、開閉弁３８
下流の吸気ボー）３１Ａ内圧力は開閉弁３８の開閉及び
運転状況の変化によって変化する真の吸入空気量に良好
に対応しているため、該圧力（＋４号に基づいて常に最
適な点火時期制御を行えるのである。

第７図は、前記第１の実施例の構成に、吸気行程末期か
ら圧縮行程初期にかけて過給を行う構成を付加した実施
例を示す。

即ち、前記過給を行うだめのエアポンプ６０を設け、該
エアポンプ６０の吐出口６０ａとノくシブチャンバ３９
′壁を貫通して形成された吸入孔３９’ａ　、！：　ｅ
　ロータリ一式のタイミング制御弁６１を介装した過給
通路６２によって接続する。

エアポンプ６０は例えば機関爪動され、又、タイミング
制御弁６１は吸・排気弁駆動用カムシャフトのＷの速度
で回転する弁体６１Ａに弁孔６１ａが設けられ、第８図
に示すように該弁孔６１ａが第２の吸気弁３２Ｂが閉じ
る吸気行程下死点近傍から第１の吸気弁３２Ａが閉じる
圧縮行程中ばまでの間だけ開となるように設定されてい
る。

尚、圧力センサ４７は、バルブチャンノく３９′下流側
の吸気ボート３１Ａ壁に設けられる。

かかる構成によれば、タイミング制御弁６１が開となる
吸気行程下死点近傍から圧縮行程中ばにかけて、エアポ
ンプ６０から吐出される高圧空気が過給通路６２を介し
て開閉弁３８下流の第１の吸気ボー）３１Ａから燃焼室
３０内に過給される。

この場合、第８図に示すように第２の吸気弁３２Ｂが閉
じる時点では第１の吸気弁３２Ａはまだ相当リフト量が
あり（酸大リフトのＡ程度、例えば４咽）過給のための
高圧空気は大きな抵抗を受けることなく速かに充填され
る。

又、第２の吸気弁３２Ｂはエアポンプ６０からの過給開
始と略同時に閉じるので過給空気の第２の吸気ボー）３
１Ｂへの吹き返しを防止できる。

したがって、特に排気ターボ過給機１１の過給圧が小さ
いインターセプト点以下の低速領域においてエアポンプ
６０による過給で排気ターボ過給機１１の過給不足を十
二分に補うことができ、高い吸気充填効率が得られ出力
を高めることができる。この他エアポンプ６０で過給さ
れた高圧空気が第１の吸気弁３２４が閉じた後、第１吸
気ボート３１Ａ内に残留し、第１の吸気弁３２Ａが開い
た直後、排圧まで膨張し、燃焼室３０内に残留している
燃焼ガスを排気ボー）　３３Ａ、　３３　Ｂへ押し出し
て効果的に掃気することができるので、この面からも新
気の充填効率を高めて出方向上に寄与できる等の利点を
兼ね備える。

そして、このものでは開閉弁３８閉時の開閉弁３８下流
の吸気圧力はエアポンプ６０の過給圧まで高められ、開
閉弁３８開直後の排気ターボ過給機１１の過給圧が低い
うちはエアポンプ６０からの過給空気の大部分は開閉弁
３８上流側へ吹き返されてしまう。このため開閉弁３８
の開閉による下流側の吸気圧力変化は、エアポンプ６０
を備えない場合に比較して犬きく、シたがって該部分の
吸気圧力を検出して点火時期制御を行う本発明の効用は
より大きい。

尚、以上２つの実施例では排気ターボ過給機を備えたも
のを示したが、この場合、高速領域でのノッキングを抑
制すべく機関仕様により設定される圧縮比は、排気ター
ボ過給機を備えないものに比べてかなり小さめに設定し
であるため、過給が効きにくくノッキング発生傾向の小
さな低速域で閉時期の遅れ犬な第２の吸気弁３２Ｂのみ
から吸気を行って実圧縮比を高めることは吸気充填効率
を可及的に高めて出力を最大限にまで高めることができ
るので極めて効用が高い。

又、高速域で第１の吸気弁３２Ａからも吸気を行って実
圧縮比を低下させることは、ノッキングの発生を抑制し
つつ吸気の慣性を利用した過給が行え、該慣性過給は外
部から仕事を加えられるものでないため、湿度上昇が殆
んどなく、ノッキング発生傾向を殆んど助長させること
がない。換言すれば、ノッキング発生領域を高過給圧側
にスライドさせることができ、その分過給圧を高めて最
大出力を向上させることができるので、これ又、効用が
高い。

世し、本発明は排気ターボ堝給機を備えない機関にも適
用できることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、閉時期の遅れ大側
の吸気弁に至る吸気ボートに運転条件に応じて開閉制御
される開閉弁を備えた機関において、開閉弁下流の吸気
ボート内圧力を検出して点火時期制御を行う構成とした
ため、開閉弁の開閉に応じて変化する真の吸入空気量及
び実圧縮比に良好に対応して最適な点火時期制御を行う
ことができ、もって機関の全運転領域に亘って出力、燃
費等の運転性能を可及的に向上できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多弁式内燃機関の一例を示す吸・排気系
統の要部横断面図、第２図は上記従来例及び本発明に係
る機関における開閉弁の切換による吸入空気量、吸気圧
力、最適点火時期の特性を示す線図、第３図は本発明の
第１の実施例を示す全体構成図、第４図は同じく吸・排
気系統の要部横断面図、第５図は同じく要部縦断面図、
第６図（Ａ）、（Ｂ）は夫々同じく開閉弁駆動機構を示
す平面図及び正面図、第７図は本発明の第２の実施例を
示す要部縦断面図、第８図は第２実施例の各部特性（バ
ルブリフ）４？性については第１実施例と共通）を示す
線図である。 １２・・・内燃機関　１３・・・吸気通路　３１Ａ・・
・第１の吸気ボート　３１Ｂ・・・第２の吸気ボート　
３２Ａ・・・第１の吸気弁　３２Ｂ・・・第２の吸気弁
　３８・・・開閉弁　４２・・・レバー４３・・・ロッ
ド　４４・・・リンク　４５・・・ダイヤフラム式アク
チュエータ　４７・・・圧力センサ４８・・・コントロ
ールユニツ）　５６・・・点火コイル 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人弁理士笹　島　富二雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気筒毎に閉時期の異方る複数個の吸気弁とこれら吸気弁
   に至る複数個の吸気ボートを備え、閉時期の遅れが大き
   い側の吸気弁に至る吸気ポートに機関運転条件に応じて
   開閉制御される開閉弁を備えてなる内燃機関の点火時期
   制御装置において、開閉弁下流の吸気ボート内の吸気圧
   力を検出する圧力センサを設けると共に、該圧力センサ
   からの吸気圧力信号に基づいて点火時期を制御する手段
   を設けたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置
   。