JPS6093137A - 過給機付内燃機関 - 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〉 本発明は吸気弁の作動時期を変えることにより機関の出
方向上を図る吸気弁作動装置を備えた過給機付内燃機関
に関する。

〈背景技術〉 排気ターボ過給機等、吸入空気をコンプレッサで機関に
過給することにより機関の吸入空気量を増大させ高出力
を発生させる過給機付内燃機関にあっては、現今の性能
改善の結果過給能率の面よシもノッキング防止の面から
出方が抑制されるようになっている。

とこでノッキングに関しては、第１図に示すように、圧
縮比が高い程、更には圧縮温度が高い程、発生率が高い
。

そこで従来から過給機付内燃機関の圧縮比を若干低めに
とり、点火タイミングを遅らせる方策を採っている。点
火タイミングを遅らせると排気温度が上昇するからこれ
を防止するため混合気の空燃比を濃化するがこれにょシ
燃費の悪化を来たす。

しかし排気ターボ過給機では、低速低負荷等の部分負荷
時に過給能力が低下或いはなくなるので上記方策は過給
が効かない領域でかえってマイナス要因となシ出力ダウ
ン、燃費悪化を招いてしまう。そこで圧縮比を可変制御
することが望まれるがこれは鮒しい。

ところで・吸気弁の閉時期を遅らせると、実質的な圧縮
比（以下、実圧縮ＩＬと呼ぶ）が低下し、ノッキングの
発生率が低下すると共に高過給圧化を図れる。しかし吸
気弁の開時期を変化させて排気弁とのオーバラップを大
きくすると、第２図に示すように排気ターボ過給機では
排圧が吸気圧力（過給圧）より大幅に増大するため排気
逆流現象が生じ充填効率、掃気効率が低下して出力ダウ
ンを招くし、ルーツブロア等による過給機では逆に排気
抵抗が小さいため排圧があ壕す上昇せず過給圧が上列す
るからオーバラップ期間に混合気が排気系に吹き抜けて
しまい好１１〜くない。この点特開昭５６−７７５１６
号が吸気弁の閉弁時期を進遅制御しても排気弁の開閉時
期並びに吸気弁の開弁時期をも大きく変えて機関高速時
のオーバーラツプ葉を増大していることは不都合である
。

また、吸気弁を、吸気が燃焼室に入った時点を見計らっ
て閉じるように可変制御することは吸気の慣性を利用し
て充填効率を向上させることと々る。然もこの慣性過給
の特徴は過給機による外部仕事を受けないので吸入空気
の温度が上昇し々い点である。したがって、慣性過給に
よれば、燃焼室に供給される吸入空気の温度が低いので
ノッキングの発生が避けられると共に高過給圧化が図れ
る。

このようにしてノッキングの余裕度を向上させれば、点
火時期を進ませることが可能となるから出力の増加と共
に排温の低下が見込壕れ、これに伴なって空燃比の濃化
を軽減でき、燃費向上を図れる。

〈発明の目的〉 本発明は、このような現状に鑑み、吸気弁の閉弁時期の
進遅切換を行なって実圧縮比を可変とし、これにより慣
性過給を行ない昇温のない過給を可能としてノッキング
の余裕代の増大を図ると共に吸気弁の開弁時期を大略同
一としてバルブオーバーラツプの増大を防止することに
より前記ノッキングの余裕代の中で充填効率ひいては過
給効果を高めて出方向上を図る。さらに、吸気弁の閉弁
時期を可変制御するとノッキングの余裕代が可変するか
らこれに応じて機関の点火時期と空燃比との少なくとも
一方を制％ｌＩ　シこれによっても機じ１の出方向上を
図る。

〈発明の構成〉 このため、本発明は、吸気弁の閉弁時期を選択的光なら
せる弁作動切換装置Ｈと、作動中の弁を検出する検出手
段を備えると共に、機関の点火時期の進み側特性と遅れ
側特性とを備える点火時期側制御手段及び機関空燃比の
濃側特性と薄側特性とを備える空燃比制御手段の少なく
とも一方を備え、さらに前記検出手段からの出力信号に
応じ前記点火時期制御手段及び空燃比制御手段に対し夫
々が有する前記２つの特性のうち一方を選択作動させる
選択制御手段を備えるようにした。

〈実施例〉 以下、本発明を第４図〜第１１図に示す一実施例に基づ
いて説明する。

第４図は本発明が適用される排気ターボ、過給°　（５
） 機（以下、過給機と呼ぶ）１を備えた内燃機関２を示す
。図において、内燃機関の吸気通路３には過給機１のコ
ンプレッサ４が介装され、排気通路５に介装した排気タ
ービン６を排気圧力で回転することによりこれと同軸の
コンプレッサ４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６をバイパスするバイパス排気通路７には
排気バイパス弁８が介装されており、吸気通路３のコン
プレッサ４及び吸気絞弁９間の過給圧と大気圧との比較
により作動するダイヤフラム式アクチュエータ１０を用
いて前記排気バイパス弁８を開閉制御する。これにより
排気タービン６を回転しないでバイパス排気通路７にバ
イパスする排気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。尚、図中１１は吸気絞弁
９下流の吸入空気圧力が所定値以上となることを防止す
るリリーフ弁、１２はエアフローメータ、１３は燃料噴
射弁である。

このような過給機付内燃機関における吸気弁２０の動弁
機構に作用して吸気弁２０の開閉制御を行（６） なう弁作動切換装置ｕ及びその制御装置を第５図〜第８
図に示す。

即ち、第５図〜第７図に示すように、４気筒内燃機関２
のロッカールーム２１内にはカムシャフト２２が回転自
由に軸支されており、その上方位置にロッカーシャフト
２３が固定支持されている。

カムシャフト２２にはす１〜＋４の各気筒毎に一対の吸
気弁作動用カム２４Ａ、２４Ｂと排気弁作動用カム２５
とが形成される。吸気弁作動用カムの一方のカム２４Ａ
は高速用であり、他方のカム２４Ｂは低速用である。

ロッカーシャフト２３には各気筒＋１〜＋−４毎に、吸
気弁用ロッカーアーム２６が回動並びに軸方向スライド
自由に軸支されると共に排気弁を作動するロッカーアー
ム２７が回動自由に軸支されており、吸気弁用ロッカー
アーム２６はその軸方向スライドにより高速用若しくは
低速用の一方のカム２４Ａ、又は２４Ａに選択的に当接
従動し排気弁用のロッカーアーム２７は排気弁作動用の
カム２５に当接従動する。

本実施例の場合点火順序又は噴射順序が４Ｐ１−す３−
寺４−≠２であるとすると、弁作動切換装置はΦ１気筒
及び≠２気筒に対応する吸気弁用の２つのロッカーアー
ム２６．２６を一体的に保持するホルダ２８と、ナ３気
筒及び≠４気筒に対応する吸気弁用の２つのロッカーア
ーム２６．２６を一体的に保持するホルダ２９とを有し
、これらホルダ２８．２９を夫々第１及び第２のアクチ
ュエータ３１．３２により軸方向に切換シフトし、ロッ
カーアーム２６夫々を対応する高速用カム２４Ａか低速
用カム２４Ｂの一方に選択接触させる。

前記第１及び第２のアクチュエータ３１．３２は夫々前
記ホルダ２８．２９に連結されたピストンを正又は逆方
向に移動させるための作動油出入口であるＡ、Ｂ及びＣ
，Ｄポートを有しておシ、これは第８図に示す制御装置
としての油圧作動回路に接続され、同じく制御装置とし
ての電子制御手段によって切換制御される。

即ち、第８図において、第１アクチユエータ３１のＡ、
Ｂポートは電磁方向切換弁３３を介して、また第２アク
チユエータ３２のＣ，Ｄボートは電磁方向切換弁３４を
介して、夫々アキュームレータ３５とオイルタンク３６
とに切換自由に接続されている。前記アキュームレータ
３５には内燃機関２により又は別置モータ３７により駆
動されるオイルポンプ３８によって、オイルタンク３６
から汲み上げたエンジンオイルが導入される。３９はオ
イルポンプ３Ｂの吐出圧を制御するリリーフパルプであ
る。前記電磁方向切換弁３３．３４はマイクロコンピュ
ータ等の電子制御手段４０を介して機関運転状態の検出
信号により切換制御される。・尚、手動の切換スイッチ
４１の操作によシ切換えるようにしてもよい。この電子
制御手段４０への入力信号としては機関回転速度（クラ
ンク角）信号、クランク角基準信号、車速信号及び機関
冷却水信号が入力される。

これら電磁方向切換弁３３．３４の夫々の切換作Ｗｉｔ
ｈにより、アキュームレータ３５内のオイルを第１及び
第２のアクチュエータ３１．３２のいずれか一方のポー
）（Ａ又はＢ、Ｃ又はＤ）に供給してピストンを一方向
に移動させ、もって吸気弁用ロッカーアーム２６を軸方
向に移動して高速用カム２４Ａ若しくは低速用カム２４
Ｂのいずれか一方と係合させ吸気弁の開閉時期を制御す
る。

ここで、高速用カム２４Ａは、第９図（Ａ）。

（Ｂ）に示すように、吸気弁の閉弁時期を大きく遅らせ
（例えば下死点後５０”〜ｓｏ”）、低速用カム２４Ｂ
は第９図（Ｃ）、（Ｄ）に示すように吸気弁の閉弁時期
を上記よシ早める（例えば同じく０〜３０°）カムプロ
フィルとする。また、排気弁とのオーバーラツプ量を決
定する吸気弁の開弁時期は例えば下死点前０〜１０°程
度に略等しくて排気弁とのオーバーラツプ量を小さくし
ている。このとき、排気弁の開弁時期は下死点前４０°
〜５０゛閉弁時期は上死点後１０°〜２０°の一定値と
なっている。

電子制御手段４０のメモリには燃料噴射弁４２から噴出
される燃料量がカムの係合位置に応じて変化するように
燃料噴射弁４２へのデユーティ比信号を切換えて空燃比
を薄側と前者より相対的に濃側（理論空燃比を基準とし
てでなく）とに切換わる２つの特性が記憶されている。

また、電子制御手段４０のメモリには機関の点火時期を
カムの保合位置に応じて変化さぜるように点火時期が進
角側と遅角側とに切換わる２つの特性が記憶されている
。

カム２４Ａ、２４Ｂと係合しているかを検出する検出手
段と、該検出手段からの信号を受けて前記メモリからカ
ムの保合位置ｆに応じて点火時期及び空燃比を読み出し
図示しない空燃比制御装置及び点火時期制御装置に作動
信号を出力する選択制御手段としての制御手段と、が設
けられている。

空燃比制御装置（図示せず）は周知のように燃料噴射弁
４２へのパルス信号を前記電子制御手段４０のメモリー
に記憶されているマツプに応じて制御することにより吸
気量に応じた噴射期間に可変する。点火時期制御装置（
図示せず）は点火装置のパワートランジスタの開閉時期
を前記電子制御手段４０のメモリに記憶されているマツ
プに応じて進角側と遅角側との点火時期に基づいて制御
する。

次に作用を説明する。

吸気弁２０の高速用カム２４Ａと低速用カム２４Ｂとの
機関運転中の切換制御は第１０図の如きタイミングをと
って行なう、ロッカーアーム２６と吸気弁用カム（２４
Ａ、２４Ｂ）とが接触中は、ロッカーアーム２６の切換
が不可能であるから、第１０図（Ａ）、（Ｂ）に示すよ
うに各気筒＋１〜＋４のロッカーアーム２６の切換可能
な領域が限定される。

＋１と≠２．≠３と＋４のロッカアーム２６は夫々−組
となっているから＋１．＋２のロッカーアームの共通の
移動可能域及び＋３．＋４の同じく共通の移動可能域に
おいて、電子制御手段４０がタイミングをとって切換制
御しなければならない。したがって第９図（Ｃ）に示す
ように第１のアクチュエータ３１による＋１．す２のロ
ッカーアーム移動時間と第２のアクチュエータ３２によ
るす３．す４のロッカーアーム移動時間とにはずれが生
じる。

また、機関の比較的高速回転中に切換制御を行なうとロ
ッカーアームの移動速度が高速でかつその切換タイミン
グが高精度となるから、本実施例では例えば高速道路に
入る直前或いは登板道路に入る直前の停車時のアイドリ
ンク状態等を狙って低速用カム２４Ｂから高速用カム２
４Ａへの切換えを行なうようにした例を示す。このよう
にすれば、低速、高速用カム２４Ｂ、２４Ａのベースサ
ークルとロッカーアーム端部とが対面している間に異な
るカムへのロッカーアームの切換を容易に行なうことが
できる。

このカム切換作動を第１１図に示すフローチャートを用
いて説明する。

通常の低速回転運転時は手動切換スイッチ４１をＯＦＦ
にする。これにより電子制御手段４０が電磁方向切換弁
３３．３４の右ポジションを選択するよう切換信号を出
力する。このためアキュームレータ３５のオイルは第１
及び第２のアクチュエータ３１，３２のＢ及びＤポート
に導入されピストンを作動してホルダ２８．２９を介し
吸気弁用ロッカーアーム２６を第５図で右方向に移動さ
せて低速用カム２４Ｂと係合させる。これにより吸気弁
２０の開弁時期はほぼ変わらないが閉弁時期を下死点方
向に進ませ機関ピストンの有効ストロークを増大して実
圧縮化を大きくする。

したがって、当該運転領域では過給圧力はさほど上昇し
ないが実圧縮比が増大するから過給機付内燃機関の欠点
である低速低負荷運転領域の出力の低下、燃費の悪化を
防止できる。

この運転領域ではロッカーアーム２６が低速用カム２４
Ｂと係合しているから保合位置検出手段からの信号に基
づき電子制御手段４０のメモリから遅角側の特性の点火
時期が読出されると共に濃側特性の空燃比が読み出され
、これらの点火時期及び空燃比に基づいて機関の運転が
なされる。

ここで、燃料噴射量制御と点火時期制御とを説明すると
、エアフローメータにより検出された吸入空気量とクラ
ンク角センサによシ検出された機関回転速度とから基本
噴射量Ｔｐを算出した後、この基本噴射量Ｔｐをバッテ
リ電５圧値等に応じて補正して通常の噴射−・を算出し
、これに基づいて空燃比を制御する。捷だ、点火時期制
御については機関回転速度と基本噴射量どを読込み、こ
れらの値にて電子制御手段４０に記憶されている点火時
期マツプから補間計算して点火時期を算出する。

この点火時期を水温等により補正し、点火時期が決定さ
れる。

その後手動切換スイッチ４１からのＯＮ信号が入力され
、カム切換時期の適否が判断される。すなわち、機関回
転数ＮＥがセット回転数ＮＳ例えばＮＳ二４　（１０ｒ
、ｐ、ｍ、以上にあることをクランク角センサによって
検出し、機関が始動されていることを知る。まだ、機関
冷却水温度センサによって検出された冷却水温度ＴＷが
６０°Ｃよシ低い場合には機関が冷間状態で燃焼温度が
比較的上昇しにくくノッキングが発生しにくいことを考
慮して高速カム２４Ａへの切換えは行なわない。

次に車速セン型によって検出された車速が０か、その近
傍であるか否かを判定してＯである停車時あるいは極低
速走行時のみ次のステップに進み、機関回転数ＮＥがセ
ット回転数ＮＬ例えばＮｔ、＝１００Ｏｒ、ｐ０ｍ、以
下にあるアイドリンク回転数領域において、ロッカーア
ーム２６の切換タイミング及び移動速度が容易であるこ
とを知る。

この段階でクランク角センサと基準クランク角センサと
の信号によりカム２４Ａ、２４Ｂのカム角度位置を知シ
、カム２４Ａ、２４Ｂが共にソフト領域にないことを知
る。

そして、ロッカーアーム２６を低速用カム２４Ｂから高
速用カム２４Ａに移動するタイミング信号が入力された
時点で電子制御手段４０が切換信号を出力して油圧作動
回路の電磁方向切換弁３３゜３４を左ポジションに移動
させる。このため、アキュームレータ３５のオイルは第
１及び第２のアクチュエータ３１．３２のＡ及びＣポー
トに導入され、吸気弁用ロッカーアーム２６を第５図で
左方向に移動させることにより高速用カム２４Ａに当接
させる。これによシ吸気弁２０の閉弁時期は下死点から
離れて遅れ、機関ピストンの有効ストロークが減じて実
圧縮比が低下する。このため、第１図に示すように高速
道路中におりるノッキング領域に入るだめの過給圧が高
くなシ、この分過給圧を増大して出方向上を図ることが
できる。

ここにおいて、上記過給圧の増大化は過給機によっても
なされるが、吸気弁の閉弁時期が遅れることにより慣性
に基づく吸気流のクランク角度に対する遅れ分を吸気弁
閉弁時期直前にシリンダ内に送り込むいわゆる慣性に基
づく過給によってもなされる。この慣性過給は過給機等
外部の仕事を受けないので、シリンダ内に送り込まれた
圧縮開始時の吸気温度を上昇させることがない。したが
って、第１図に点線で示すようにノッキング領域は相対
的に更に高過給圧側に存在し、より充分な過給圧を得る
ことができる。この結果、実圧縮比の低下分を充分な過
給圧増大によシ補償することができ、もって出力の低下
を防止しつつ燃費の悪化を重上できる。

このように機関そのものの圧縮比を可変とするものでは
々いが、実圧縮比を可変することによシ圧縮比可変と同
効を奏することができる。

上記作用において、吸・排気弁の開弁時期のオーバーラ
ツプ量は吸・排気弁の開弁時期が変わらないため略一定
で小さい。このため、オーバーラツプ期間において、排
気圧力が過給圧よりも高いこと（第２図）による排気の
吹返しを招くことが々い。これにより充填効率が増大し
て上記圧縮比低下を補償するために必要寿過給圧」−昇
を更に確保できる。

次に、カムの保合位置即ち、作動中の弁を切換信号から
検出し高速用カム２４Ａとロッカーアーム２６とが係合
している場合にはノッキングの余裕代が増大するので、
電子制御手段４０は燃料噴射量及び点火時期の補正を行
なう。すなわち、吸気弁の閉弁時期が遅れることにより
吸入空気の温度が低下するから排気の温度が低下するの
で、電子制御手段４０のメモリから薄側特性の空燃比読
み出し燃料噴射量を減少させて空燃比が薄化するように
補正し、この状態で空燃比制御を行なう。

また、ノッキングの余裕度が大きくなるから電子制御手
段４０のメモリから進角側特性の点火時期を読み出し点
火時期を進ませて最適点火時期に近づけ、この状態で点
火時期制御を行なう。したがって、これら制御により燃
費の向上及び出方向上を図れる。その後、ノックセンサ
からの信号によ多点火時期の補正を更に行なう。

尚、本実施例では、手動切換スイッチ４１を設けて手動
にてカムの切換えを行なうようにしたが、例えばカムの
切換えを機関回転速度（例えは２０００〜３０００　ｒ
、ｐ、ｍ　）により自動的に切換える場合にも適用でき
る。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明し７たように、吸気弁の閉弁時期を
進遅切換を行々うようにしたので、実圧縮比を可変でき
ると共に慣性過給を利用して昇温のない過給を一部行な
うことができ、機関の出力低下を招くことなくノッキン
グの発生しにくい領域で充分な過給を行なって機関を運
転するととができる。

また、吸・排気弁のオーバーラツプ期間が比較的小さく
なるように吸気弁の開弁時期を大略一定にして充填効率
の向上を図ったので、上記効果を更に助長できる。

また、上記構成によｐノッキングの余裕代が増大するが
ら空燃比及び点火時期をカムとロッカーアームとの保合
位置により選択的に可変して制御できるので、燃料量を
減少できると共に点火時期を最適点火時期に近づけるこ
とができ、燃費及び出力の向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は過給機付内燃機関の圧縮比、過給圧及びノッキ
ング領域の関係すグラフ、第２図は過給圧と排圧との関
係を示すグラフ、第３図は本発明の構成図、第４図は過
給機付内燃機関の概略構成図、第５図〜第７図は本発明
の一実施例の弁作動切換装置とその電子制御手段を示し
、第５図はロッカールーム内の平面図、第６図は横断面
図、第７図は同上の吸気弁用ロッカーアームとカムとの
関係を示す要部平面図、第８図は制御装置の電気及び油
圧回路図、第９図は吸・排気弁の開閉時期を示しくＡ）
は高速カムの吸気弁の開閉時期を不用の吸気弁と排気弁
との弁開特性を示すグラフ、第１０図は各気筒のロッカ
ーアーム移動可能タイミングを示し、（Ａ）は吸気弁リ
フト特性図、（Ｂ）はロッカーアーム移動可能な領域を
示すタイムチャート、（Ｃ）はカムリフト特性を示すグ
ラフ、第１１図は電子制御手段のフローチャートである
。 １・・・過給機　２・・・内燃機関　２０・・・吸気弁
２２・・・カムシャフト　２３・・・ロッカーシャフト
２４Ａ・・・高速用カム　２４Ｂ・・・低速用カム２５
・・・排気弁作動用カム　２６・・・ロッカーアーム　
３１・・・第１のアクチュエータ　３２・・・第２のア
クチュエータ　３３．３４・・・電磁方向切換弁　４０
・・・電子制御手段　４１・・・手動切換スイッチ　す
１〜÷４・・・気筒 時　許　出　願　人　日産自動車株式会社代理人弁理士
笹　島　富二雄 第１図 圧縮比　→九 第２図 機関回転黒度　→商

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気系に設けた過給機のコンプレッサにより吸入空
   気を機関に供給する過給機付内燃機関において、吸気弁
   の閉弁時期を選択的に異ならせる弁作動切換装置と、作
   動中の弁を検出する検出手段を備えると共に、一機関の
   点火時期の進み側特性と遅れ側特性とを備える点火時期
   制御手段及び機関空燃比の濃側特性と薄側特性とを備え
   る空燃比制御手段の少なくとも一方を備え、さらに前記
   検出手段の出力信号に応じ前記点火時期制御手段及び空
   燃比制御手段に対し夫々が有する前記２つの特性のうち
   一方を選択作動させる選択制御手段を備えたことを特徴
   とする過給機付内燃機関。