JP2577564B2 - エンジンのバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、吸気共鳴効果により充填量の増大を妨げる
ことなく、燃焼性を高めることのできるエンジンのバル
ブタイミング制御装置に関するものである。

先行技術 過給機付エンジンにおいて、燃焼室内の残留排気ガス
を、過給圧を利用して掃気し燃焼室内に排気ガスが残留
していることにより燃焼室温度が上昇し、とくに高負荷
運転領域で、ノッキングが生ずることを防止して、高圧
縮比化による燃費向上を図ったものが知られている。た
とえば、特開昭61−185628号公報は、過給機の駆動中
に、吸気弁が開始し始めてから、排気弁が閉弁し終わる
までの、いわゆるオーバーラップ期間を、吸気バルブお
よび排気バルブの開閉を制御することにより、エンジン
の運転状態に応じて、変化させ、過給気の圧力によっ
て、排気ガスを燃焼室から押出して、掃気し、燃焼性の
向上を図った機械式過給機付エンジンを開示している。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、吸気共鳴効果を利用して、少なくとも
低回転高負荷時に吸気通路中に発生する圧力脈動により
吸気を過給し、充填量を高め、出力の向上を図ったエン
ジンにおいては、吸気共鳴効果が得られるように、最適
な吸気バルブの開閉時期が設定されているので、燃焼室
内の掃気のために、吸気バルブの開閉時期を制御する
と、吸気共鳴効果が得られなくなり、充填量を高めて、
出力を向上させることができなくなるおそれがあった。

発明の目的 本発明は、少なくとも低回転高負荷運転時に吸気通路
中に発生する圧力脈動により吸気を過給するエンジンの
バルブタイミング制御装置であって、吸気共鳴効果によ
る充填量の増大を妨げることなく、燃焼性を高めること
のできるエンジンのバルブタイミング制御装置を提供す
ることを目的とするものである。

発明の構成 本発明のかかる目的は、エンジンの回転数を検出する
エンジン回転数検出手段と、エンジンの負荷状態を検出
するエンジン負荷検出手段とを備え、低回転高負荷運転
時に、排気バルブのみの閉時期を遅らせ、オーバーラッ
プ期間を増大させるように制御する制御手段を設けたエ
ンジンのバルブタイミング制御装置によって達成され
る。

本発明によれば、排気バルブの閉じるタイミングを制
御することにより、吸気バルブと排気バルブの開弁期間
のオーバーラップ期間を制御しているので、吸気共鳴効
果を利用して、充填量を増大させて、出力の向上を図り
つつ、十分な掃気効果を得ることができ、燃焼性を大幅
に改善して、燃焼特性および出力性能を向上させること
が可能となる。また、吸気バルブの開閉タイミングを制
御することにより、オーバーラップ期間を制御する場合
には、オーバーラップ期間を大きく制御するために、吸
気バルブを早く開いたとき、ピストンはまだ上昇過程に
あるので、ピストンの上昇圧力により、燃焼室内に吸入
された吸気は、燃焼室の上面を流れやすく、そのため、
ピストンの上面近傍の排気ガスが掃気されにくく、ま
た、ピストンが上死点近傍まで上昇したときには、ピス
トンの上昇圧力は小さくなるものの、排気バルブのリフ
ト量が小さくなるため、ピストン上面近傍の排気ガスの
掃気効果は期待できず、結局、残留排気ガスを十分に掃
気し得ない場合があるが、排気バルブの閉じる時期を制
御することにより、オーバーラップ期間を制御するとき
は、オーバーラップ期間が大きくなるように、排気バル
ブの閉じる時期を遅らせる場合、オーバーラップ時は、
ピストンは下降状態にあるため、燃焼室内の圧力が低下
して、吸気がピストンの上面近傍まで流入しやすくな
り、ピストン上面近傍のバルブをも十分に掃気すること
ができ、掃気効果がより高められ、ノッキングもおこり
にくくなるから、圧縮比をさらに高めることが可能とな
って、燃費特性および出力性能をより一層向上させるこ
とができる。

本発明の好ましい実施態様においては、エンジンのバ
ルブタイミング制御装置は、さらに、エンジン負荷が所
定値以上の運転領域において、エンジン負荷が大きくな
るにしたがって、排気バルブと吸気バルブの開弁期間の
オーバーラップ期間が大きくなるように、すなわち、排
気バルブの閉時期がより遅くなるように制御する手段を
備えている。

本発明の別の好ましい実施態様においては、エンジン
のバルブタイミング制御装置は、さらに、エンジン回転
数が大きくなるにしたがって、排気バルブと吸気バルブ
の開弁期間のオーバーラップ期間が大きくなるよに、す
なわち、排気バルブの閉時期がより遅くなるように制御
する手段を備えている。

本発明の他の好ましい実施態様においては、エンジン
のバルブタイミング制御装置は、さらに、エンジン負荷
が所定値以上でかつエンジン回転数が所定値以上の運転
領域においては、エンジン回転数が大きくなるにしたが
って、排気バルブと吸気バルブの開弁期間のオーバーラ
ップ期間が小さくなるように、すなわち、排気バルブの
閉時期を遅らせる量が小さくなるように制御する手段を
備えている。

また、本発明の他の好ましい実施態様においては、バ
ルブタイミング制御装置は、エンジン低回転高負荷運転
領域において、排気バルブと吸気バルブの開弁期間のオ
ーバーラップ期間が、クランク角度で、10度以上になる
ように制御する手段を備えている。

実施例 以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例につき、
詳細に説明を加える。

第１図は、本発明の実施例にかかるバルブタイミング
制御装置を含む機械式過給機付エンジンの概略図であ
り、第２図は、その気筒部分の略上面図である。

第１図および第２図において、エンジン１の燃焼室２
には、それぞれ２つの吸気ポート３および排気ポート４
が開口し、吸気ポート３には、吸気通路５が、排気ポー
ト４には、排気通路６が、それぞれ接続されている。２
つの吸気通路５は、吸気ポート３の上流で合流し、合流
部の上流には、燃料噴射弁７が設けられている。吸気ポ
ート３および排気ポート４は、それぞれ、吸気バルブ８
および排気バルブ９によって、開閉され、本実施例にお
いては、吸気ポート３の開閉タイミングイは一定に設定
され、排気ポート４の開閉は、運転状態に応じて、変え
得るようになっている。吸気通路５内の燃料噴射弁７の
上流側には、機械式過給機10が設けられるとともに、機
械式過給機10をバイパスするバイパス通路11が設けら
れ、バイパス通路11内には、バイパス通路11を開閉する
制御弁12が設けられている。機械式過給機10のさらに上
流側の吸気通路５内には、エアクリーナ13、エアーフロ
ーメータ14およびスロットルバルブ15が、それぞれ、設
けられている。コントロールユニット16には、エアフロ
ーメータ14の検出した吸入空気量検出信号、図示しない
クランク角センサの検出したエンジン回転数信号などが
入力されており、コントロールユニット16はこれらの入
力信号にしたがって、排気バルブ駆動モータ17に駆動信
号を出力し、排気バルブ駆動モータ17は、駆動信号にし
たがってウオームギア18を回転させ、運転状態に応じ
て、所定のタイミングで、排気バルブ９を開閉する。

第３図は、本実施例における吸気ポート３および排気
ポート４の開閉タイミング、すなわち吸気バルブ８およ
び排気バルブ９の開閉タイミングを示すタイムチャート
である。

第３図において、曲線Ｘは、吸気バルブ８のリフトカ
ーブ、曲線Ｙは、排気バルブ９のリフトカーブを、それ
ぞれ示しており、排気バルブ９の開閉タイミングは可変
とされ、運転状態に応じて、吸気バルブ８の開弁期間と
排気バルブ９の開弁期間とのオーバーラップ期間が、最
適となり、十分な掃気効果が得られるように、コントロ
ールユニット16により、制御されている。吸気バルブ８
の開閉は、吸気共鳴効果が得られる最適タイミングに設
定されている。第４図は、３気筒または６気筒エンジン
における吸気バルブ８の最適な開閉タイミングの設定例
を示すものである。

第５図は、排気バルブ９の閉弁タイミング、すなわ
ち、吸気バルブ８と吸気バルブ９の開弁期間のオーバー
ラップ量の制御例を示すもので、斜線で示される低回転
高負荷運転領域において、オーバーラップ量が大きくな
るように、その他の運転領域では、オーバーラップ量が
小さくなるように制御され、ノッキングが発生しやすい
低回転高負荷運転領域において、十分な掃気効果が得ら
れるように制御されている。このように、運転状態に応
じて、吸気バルブ８と排気バルブ９の開期間のオーバー
ラップ量を制御し、運転状態に応じた残留排気ガスの掃
気をおこなっているので、低回転高負荷運転領域でのノ
ッキングの発生を防止することができ、したがって、有
効圧縮比も増大させることができるため、燃費率を改善
することが可能となるとともに、排気バルブ９の閉弁タ
イミングを制御することによって、オーバーラップ期間
を制御しているので、吸気バルブ８は、吸気共鳴効果を
得るために設定した最適のタイミングで開閉させること
ができ、吸気共鳴効果を利用して、出力の向上を図るこ
とが可能となる。とくに、低回転高負荷運転領域におけ
る吸気バルブ８と排気バルブ９の開弁期間のオーバーラ
ップ期間を、クランク角度で、10度以上とすると、有効
圧縮比を8.5以上に設定しても、低回転高負荷運転領域
で、十分な掃気効果が得られるために、ノッキングの発
生が防止され、実用的な運転領域における燃焼性を向上
させることができ、燃費率を大幅に改善することが可能
となり、好ましい。

第６図は、排気バルブ９の閉弁タイミング、すなわ
ち、吸気バルブ８と排気バルブ９の開期間のオーバーラ
ップ量の他の制御例を示すものである。第６図の例で
は、梨地で示される低回転低負荷運転領域Ａにおいて
は、オーバーラップ量を大きくすると、燃焼が不安定に
なるので、オーバーラップ量がほとんどなくなるように
制御し、斜線で示される高負荷運転領域Ｂでは、オーバ
ーラップ量が大きくなるように制御している。さらに、
ノッキングが発生しやすい低回転高負荷運転領域Ｃにお
いては、エンジン回転数が大きくなるにしたがって、オ
ーバーラップ量が大きくなるように制御されている。こ
れは、エンジン回転数が大きくなるにしたがって、クラ
ンク角に基づくオーバーラップ量は同一でも、実際のオ
ーバーラップ時間は短くなるので、オーバーラップ量を
一定とすると、十分な掃気効果をあげることができない
ためである。しかし、高回転高負荷運転領域Ｄでは、吸
気圧力より、排気圧力の方が大きくなり、吸気が吸気側
へ吹き返すおそれがあるので、逆に、エンジン回転数が
大きくなるほど、オーバーラップ量が小さくなるよう
に、制御している。また、高回転低負荷領域Ｅでは、オ
ーバーラップ量は小さくなるように制御されている。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請
求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能
であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであ
ることはいうまでもない。

たとえば、前記実施例においては、機械式過給機付エ
ンジンのバルブタイミング制御装置につき、説明を加え
たが、本発明は機械式過給機付エンジンのバルブタイミ
ング制御装置に限定されるものではなく、広く、吸気共
鳴効果を利用して、少なくとも低回転高負荷運転時に吸
気通路中に発生する圧力脈動により吸気を過給し、充填
量を高め、出力の向上を図ったエンジンのバルブタイミ
ング制御に適用することができる。

さらに、前記実施例においては、運転状態に応じて、
排気バルブ９の開閉タイミングを変化させているが、排
気バルブ９の閉弁タイミングを、たとえば、２通り設定
しておき、低回転高負荷運転領域では、遅く閉じるタイ
ミングの採用して、オーバーラップ量が大きくなるよう
にし、他の運転領域では、排気バルブが９早く閉じるタ
イミングを採用するようにして、オーバーラップ量を制
御することもできる。

また、前記実施例においては、吸気ポートおよび排気
ポートは、それぞれ２つ設けているが、本発明にしたが
って、その開閉タイミングが制御されていれば、その数
を問わないことはいうまでもない。

発明の効果 本発明によれば、吸気共鳴効果を利用して、充填量を
大きくして、出力を向上させつつ、掃気効果により、ノ
ッキングの発生を防止して、有効圧縮比を大きくするこ
とができ、燃費率を大幅に向上させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の実施例にかかる機械式過給機付エン
ジンの概略図であり、第２図は、その略上面図である。
第３図は、本発明の実施例における吸気バルブおよび排
気バルブの開閉タイミングを示すタイムチャートであ
る。第４図は、３気筒または６気筒エンジンにおける吸
気バルブの最適な開閉タイミングの設定例を示すもので
ある。第５図および第６図は、それぞれ、排気バルブの
閉弁タイミング、すなわち吸気バルブと排気バルブの開
期間のオーバーラップ量の制御例を示すものである。 １……エンジン、２……燃焼室、 ３……吸気ポート、４……排気ポート、 ５……吸気通路、６……排気通路、 ７……燃料噴射弁、８……吸気バルブ、 ９……排気バルブ、 10……機械式過給機、 11……バイパス通路、12……制御弁、 13……エアクリーナ、 14……エアーフローメータ、 15……スロットルバルブ、 16……コントロールユニット、 17……排気バルブ駆動モータ、 18……ウオームギア。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも低回転高負荷運転時に吸気通路
   中に発生する圧力脈動により吸気を過給するエンジンの
   バルブタイミング制御装置において、エンジンの回転数
   を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジンの負荷
   状態を検出するエンジン負荷検出手段とを備え、低回転
   高負荷運転時に、排気バルブのみの閉時期を遅らせ、オ
   ーバーラップ期間を増大させるように制御する制御手段
   を設けたことを特徴とするエンジンのバルブタイミング
   制御装置。