JP3551558B2

JP3551558B2 - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JP3551558B2
Application number: JP17645495A
Authority: JP
Inventors: 憲一郎田中; 司原田; 義之進矢; 宏高木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JPH0932592A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、エンジンの吸気装置に関し、さらに詳しくは吸気弁の開弁期間とリフト量とによって定まる有効開弁量を運転状態に応じて変化させる可変動弁機構を備えたエンジンの吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジンにおける吸気充填量は、吸気弁の開弁期間とリフト量により定まる量（以下、有効開弁量という）に左右されることとなっている。
【０００３】
一方、吸気弁の開弁期間およびリフト量を運転状態に応じて変化させる可変動弁機構を採用したエンジンも従来から良く知られている。
【０００４】
上記のような可変動弁機構により吸気弁の開弁期間およびリフト量を変化させる場合、有効開弁量の変化に伴って吸気充填量が変化するところから、低速低負荷運転領域（特に、電気負荷等の外部負荷域）におけるエンジンの安定性が損なわれるおそれがある。例えば、スロットル開度が閉状態から全開状態に至る過程において吸気弁の有効開弁量（例えば、リフト量）を中リフト量から大リフト量へと変化させると、スロットル開度の中開度域においてポンピングロスが生じ、吸気充填量が不足するという現象が生じるおそれがある。
【０００５】
なお、可変動弁機構を備えたエンジンにおいて、アイドル運転時に対して低速低負荷域における吸気弁の開弁期間を大きくするようにしたものは既に知られている（例えば、特開平２−２７１０１７号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公知例の場合においても、アイドル運転時に対して低速低負荷域における吸気弁の開弁期間を大きくするようにしているため、前述したように低速低負荷運転領域においてポンピングロスが避けられず、エンジンの安定性が損なわれるおそれがある。
【０００７】
また、車両発進時あるいは極低車速時においては、ノッキング等を防止するために十分な吸入空気量を確保する必要があり、吸気弁の有効開弁量を大きく設定することが必要となる。
【０００８】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、スロットル開度の中開度域（例えば、低速低負荷運転域）におけるポンピングロスを低減することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明の基本構成では、上記課題を解決するための手段として、吸気弁の開弁期間とリフト量とによって定まる有効開弁量を運転状態に応じて変化させる可変動弁機構を備えたエンジンにおいて、スロットル開度が所定の中開度域にある時の有効開弁量を、スロットル開度が前記中開度域より小さい時における有効開弁量より小さい第１の有効開弁量として設定する第１有効開弁量設定手段を付設して、スロットル開度の中開度域におけるポンピングロスを低減し得るようにしている。
【００１０】
また、スロットル中開度域における有効開弁量を前記第１有効開弁量設定手段により設定される第１の有効開弁量より大きい第２の有効開弁量として設定する第２有効開弁量設定手段を付設して、車速が所定値以下の領域（即ち、低車速領域）における吸入空気量を十分に確保できるようにしている。
【００１１】
また、前記第１有効開弁量設定手段を、車速が所定値を超えた領域（即ち、高車速領域）において動作せしめるようにして、吸入空気量不足を起こすおそれのない運転領域（即ち、高車速領域）でのポンピングロス低減を効率的に行い得るようにしていて、その場合において、前記第２有効開弁量設定手段を、車速が前記所定値以下の領域（即ち、低車速領域）において動作せしめるようにして、所定値以下の車速領域（即ち、低車速領域）においてスロットル開度が中開度域にある時の吸入空気量を確保し得るようにしている。
【００１２】
本願発明の基本構成において、前記第２有効開弁量設定手段により設定される第２の有効開弁量を、スロットル開度が前記中開度域にある時とスロットル開度が該中開度域より小さい時とで同一となし、あるいは前記可変動弁機構による有効開弁量の変更を、大・小２種類の切換によるものとするとともに、前記第２有効開弁量設定手段により設定される第２の有効開弁量を、スロットル開度の変化にかかわらず大状態に固定するのが第２の有効開弁量の設定を一度に行える点でより好ましい。
【００１３】
【作用】
本願発明の基本構成では、上記手段により次のような作用が得られる。
【００１４】
即ち、スロットル開度が所定の中開度域にある時には、可変動弁機構の作動により変化させられる吸気弁の開弁期間およびリフト量により定まる有効開弁量が、スロットル開度が前記中開度域より小さい時における有効開弁量より小さい第１の有効開弁量に設定されることとなる。従って、スロットル開度の中開度域において吸気弁の有効開弁量が絞られることとなり、スロットル開度の中開度域において有効開弁量を絞ることをしなかった場合に従来生じていたポンピングロスが大幅に低減されることとなる。
【００１５】
また、車速が所定値以下の領域（即ち、低車速領域）においては、スロットル中開度域における有効開弁量を第１有効開弁量設定手段により設定される第１の有効開弁量より大きい第２の有効開弁量として設定する第２有効開弁量設定手段を付設した場合、車速が所定値以下の領域（即ち、低車速領域）においてはスロットル中開度域における有効開弁量が、第１の有効開弁量より大きい第２の有効開弁量として設定されることとなり、車速が所定値以下の領域（即ち、低車速領域）において吸入空気量が十分に確保でき、車両発進性が向上する。
【００１６】
また、前記第１有効開弁量設定手段を、車速が所定値を超えた領域（即ち、高車速領域）において動作せしめるようにした場合、有効開弁量を絞ることによる弊害（即ち、吸入空気量不足）が生じるおそれのない運転領域（即ち、高車速領域）におけるスロットル開度の中開度域においてのみ有効開弁量が小さく絞られることとなるため、吸入空気量不足を考慮することなく効率的なポンピングロス低減が行える。その場合において、前記第２有効開弁量設定手段を、車速が前記所定値以下の領域（即ち、低車速領域）において動作せしめるようにした場合、車速が所定値以下の領域（即ち、低車速領域）においてはスロットル中開度域における有効開弁量が、第１の有効開弁量より大きい第２の有効開弁量として設定されることとなり、車速が所定値以下の場合において吸入空気量が十分に確保でき、極低速低負荷（主にアイドル域）の外部負荷域（例えば、電気負荷等）等に対するエンジン安定性を確保しつつ車両発進性を向上することができる。
【００１７】
本願発明の基本構成において、前記第２有効開弁量設定手段により設定される第２の有効開弁量を、スロットル開度が前記中開度域にある時とスロットル開度が前記中開度域より小さい時とで同一となし、あるいは前記可変動弁機構による有効開弁量の変更を、大・小２種類の切換によるものとするとともに、前記第２有効開弁量設定手段により設定される第２の有効開弁量を、スロットル開度の変化にかかわらず大状態に固定するようにした場合、車速が所定値以下の領域（即ち、低車速領域）においては第２有効開弁量設定手段による第２の有効開弁量の設定を一度行えば済むこととなり、制御量を少なくできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態を説明する。
【００１９】
第１の実施の形態図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置の概略構成が示されている。
【００２０】
この実施の形態にかかるエンジンは、４サイクル４気筒エンジンとされており、図１において、符号１は吸気弁開閉用のカム軸、２はクランク軸であり、カム軸１とクランク軸２とは、それぞれのプーリ３，４に架設されたタイミングベルト５を介して連動されることとなっている。また、本実施例のカム軸１は、各気筒に対応して一対ずつ（例えば、Ｓポート用およびＰポート用）８個のカム６，６・・を備えており、該各カム６は、軸方向一方側（図示左方）へいくほど径が大きくなる円錐台形状の立体カムとされている。
【００２１】
符号７は燃料噴射手段として作用する燃料噴射弁であり、各気筒への吸気管（図示省略）にそれぞれ臨んで設置されている。
【００２２】
符号８は前記カム軸１を軸方向へ変位させるためのアクチュエータであり、該アクチュエータ８の作動に伴うカム軸１の変位量に応じて各カム６と吸気弁（図示省略）との当接部位が変化し、このことにより吸気弁の開閉タイミング（換言すれば、開閉時期）、開弁期間およびリフト量が変化されることとなっている。つまり、本実施の形態の場合、カム６およびアクチュエータ８が可変動弁機構の一部を構成することとなっているのである。なお、カム軸１をプーリ３（換言すれば、クランク軸２）に対して相対回転させる機構が併設されており、吸気弁の開閉タイミングも変化せしめられることとなっている。この可変動弁機構における位相変化機構の具体的構造については後に詳述する。
【００２３】
符号９は点火装置であり、各気筒に対応させて設置されており、イグニッションコイル１０の二次側に一対ずつ接続されている。つまり、第１および第４気筒の点火装置９，９と第２および第３気筒の点火装置９，９が同時に点火作動することとなっている。
【００２４】
前記可変動弁機構における位相変化機構は、図２に示すように、カム軸側のプーリ４とカム軸１とは第１のヘリカルスプライン１１および該ヘリカルスプライン１１に噛合する第１の中間部材１２を介して相対回転自在に連結されるとともに、前記プーリ４には、第２のヘリカルスプライン１３および該ヘリカルスプライン１３に噛合する第２の中間部材１４を介してドラム１５が相対回転自在に連結されている。そして、該ドラム１５はクラッチ１６のＯＮ作動によりカム軸１との間で回転位相差が生じることとされている。また、前記ドラム１５は、ツースホルダ１７との係脱によりカム軸１と共回り可能あるいは共回り不可能とされることとなっている。該ツースホルダ１７のドラム１５への係脱は、ソレノイド１８のＯＦＦ／ＯＮによりなされることとなっている。符号１９はプーリ４とドラム１５との間に介設されたリターン用の渦巻きバネ、２０はツースホルダ１７をリターンさせるためのウェイブスプリングである。
【００２５】
上記構成の位相変化機構は次のように作用する。
【００２６】
即ち、ソレノイド１８のＯＮ作動によりツースホルダ１７がドラム１５から切り離された後、クラッチ１６がＯＮされると、ドラム１５とカム軸１とに回転の位相差が生じるため、第１および第２の中間部材１２，１４が軸方向に移動せしめられる。この中間部材１２，１４の軸方向移動に伴ってカム軸１に対するプーリ４の位相が変化する。この状態の下に、ソレノイド１８がＯＦＦ作動されると、ウェイブスプリング２０の付勢力によってツースホルダ１７がドラム１５に係合し、カム６の位置が保持される。
【００２７】
つまり、アクチュエータ８によるカム軸１の軸方向移動および上記位相変化機構の作用とにより、吸気弁の開弁期間およびリフト量が変化せしめられることとなっているのである。この吸気弁の開弁期間およびリフト量により吸入空気量を左右する有効開弁量が定まることとなっているが、以下の説明においてはリフト量の変化により表現する。
【００２８】
符号２１はエンジン回転数Ｎｅを検出する回転数センサ、２２はカム軸１の変位位置（換言すれば、吸気弁の開弁期間およびリフト量）を検出するための位置センサ、２３はクランク角信号ＳＧＴを検出するクランクセンサ、２４は気筒判別信号を検出する気筒判別センサ、２５はスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ、２６は車速センサである。
【００２９】
そして、前記回転数センサ２１からの回転数信号、位置センサ２２からの位置信号、クランクセンサ２３からのクランク角信号、気筒判別センサ２４からの気筒判別信号、スロットルセンサ２５からのスロットル開度信号および車速センサ２６からの車速信号はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと略称する）２７へ入力され、前記ＥＣＵ２７からは、前記燃料噴射弁７，７・・、アクチュエータ８、イグニッションコイル１０，１０、クラッチ１６、ソレノイド１８へ各種制御信号が出力されることとなっている。
【００３０】
前記ＥＣＵ２７は、例えばマイクロコンピュータからなっており、図３に示すように、スロットルセンサ２５からの情報として得られるスロットル開度ｔｖｏが所定の中開度域ｔｖｏ₁にある時の有効開弁量（本実施の形態では、リフト量）を、スロットル開度ｔｖｏが前記中開度域ｔｖｏ₁より小さい所定値以下の時における有効開弁量（中リフト量）より小さい第１の有効開弁量（小リフト量）として設定する第１有効開弁量設定手段２７１と、スロットル中開度域ｔｖｏ₁における有効開弁量を前記第１有効開弁量設定手段２７１により設定される第１の有効開弁量（小リフト量）より大きい第２の有効開弁量（中リフト量）として設定する第２有効開弁量設定手段２７２とを備えて構成されている。
【００３１】
本実施の形態の場合、前記第１有効開弁量設定手段２７１は、車速センサ２６からの情報として得られる車速ｖが所定値ｖ₀を超えた領域において動作せしめられ、前記第２有効開弁量設定手段２７２は、車速ｖが前記所定値ｖ₀以下の領域（車両発進時を含む）において動作せしめられることとなっている（図４参照）。つまり、本実施の形態においては、前記ＥＣＵ２７は、第１有効開弁量設定手段２７１により有効開弁量を設定する際に用いられる高車速用マップ（図５（イ）参照）と、第２有効開弁量設定手段２７２により有効開弁量を設定する際に用いられる低車速用マップ（図５（ロ）参照）とを内蔵しているのである。
【００３２】
なお、本実施の形態の場合、第２有効開弁量設定手段２７２により設定される第２の有効開弁量（中リフト量）は、スロットル開度ｔｖｏが前記中開度域ｔｖｏ₁より小さい所定値以下の開度域における有効開弁量と同一（即ち、中リフト量）となしてリフト量の切換を行わないようにしているが、前記第２の有効開弁量（リフト量）は、第１の有効開弁量（小リフト量）より大きくなっていれば良い。
【００３３】
また、スロットル開度ｔｖｏの大開度域においては、有効開弁量（リフト量）はエンジン回転数Ｎｅに応じて中リフト量→中大リフト量→大リフト量と変化せしめられることとなっている（図５参照）。
【００３４】
上記有効開弁量制御時における吸気弁特性は、図６に示す通りである。
【００３５】
ついで、本実施の形態にかかるエンジンの吸気装置の作用（換言すれば、有効開弁量制御）を図７に示すフローチャートを参照して詳述する。
【００３６】
ステップＳ₁において各種信号（例えば、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度ｔｖｏ、車速ｖ等）が入力され、ステップＳ₂においてスロットル開度ｔｖｏが切換スロットル開度ｔｖｏ₁と比較され、ｔｖｏ＞ｔｖｏ₁と判定された場合には、ステップＳ₃において車速ｖが切換車速ｖ₀と比較され、ここでｖ＞ｖ₀と判定された場合にはステップＳ₄において判定フラッグＸｖｓｔ＝０とセットされる。また、ステップＳ₂およびステップＳ₃においてｔｖｏ≦ｔｖｏ₁およびｖ≦ｖ₀と判定された場合には、ステップＳ₅において判定フラッグＸｖｓｔ＝１とセットされる。
【００３７】
ついで、ステップＳ₆において判定フラッグＸｖｓｔ＝０か否かの判定がなされ、Ｘｖｓｔ＝０と判定された場合には、ステップＳ₇において図５（イ）に示す高車速用マップからエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度ｔｖｏとの関係から所定の有効開弁量（リフト量）が読み出され、ステップＳ₈において可変動弁機構の作動により所定の有効開弁量が得られるような吸気弁の開弁期間およびリフト量が設定され、その後ステップＳ₁へリターンする。即ち、有効開弁量（リフト量）は、中リフト量→小リフト量→大リフト量（本実施例の場合、中リフト量→中大リフト量→大リフト量）へと設定変更せしめられる。該設定は、第１有効開弁量設定手段２７１からの指令により実行される。
【００３８】
一方、ステップＳ₆においてＸｖｓｔ＝１と判定された場合には、ステップＳ₉において図５（ロ）に示す低車速用マップからエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度ｔｖｏとの関係から所定の有効開弁量（リフト量）が読み出され、ステップＳ₁₀において可変動弁機構の作動により所定の有効開弁量が得られるような吸気弁の開弁期間およびリフト量が設定され、その後ステップＳ₁へリターンする。即ち、有効開弁量（リフト量）は、中リフト量→大リフト量（本実施の形態の場合、中リフト量→中大リフト量→大リフト量）へと設定変更せしめられる。該設定は、第２有効開弁量設定手段２７２からの指令により実行される。
【００３９】
上記したように、本実施の形態によれば、車速ｖが所定値ｖ₀を超えた高車速領域であってスロットル開度ｔｖｏが所定の中開度域にある時には、第１有効開弁量設定手段２７１の作動により、吸気弁の開弁期間およびリフト量により定まる有効開弁量が、スロットル開度ｔｖｏが前記中開度域より小さい所定値以下の時における有効開弁量より小さい第１の有効開弁量（小リフト量）に設定されることとなっているので、車速ｖが所定値ｖ₀を超えた高車速領域におけるスロットル開度の中開度域においては吸気弁の有効開弁量が絞られることとなり、スロットル開度ｔｖｏの中開度域において有効開弁量を絞ることをしなかった場合に従来生じていたポンピングロスが大幅に低減される。従って、燃費向上に大いに寄与することとなる（図４（ハ）参照）。
【００４０】
しかも、車両発進時を含む低車速領域においてはスロットル中開度域における有効開弁量が、第１の有効開弁量（小リフト量）より大きい第２の有効開弁量（中リフト量）として設定されることとなっているため、車両発進時を含む低車速領域において吸入空気量が十分に確保でき、極低速低負荷（主にアイドル域）の外部負荷域（例えば、電気負荷等）等に対するエンジン安定性を確保しつつ車両発進性を向上させることができる（図４（ニ）参照）。
【００４１】
第２の実施の形態図８（イ）および（ロ）には、本願発明の第２の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置における有効開弁量制御において用いられるマップが示されている。
【００４２】
本実施の形態の場合、可変動弁機構による有効開弁量の変更は、大・小２種類の切換によるものとされており、高車速用マップにおいては、図８（イ）に示すように、有効開弁量（リフト量）が、大リフト量→小リフト量→大リフト量へと設定変更される一方、低車速用マップにおいては、図８（ロ）に示すように、有効開弁量（リフト量）が、大リフト量→大リフト量へと設定変更されることとなっている。つまり、第２有効開弁量設定手段２７２により設定される第２の有効開弁量（リフト量）は、スロットル開度の変化にかかわらず大状態に固定されることとなっているのである。このようにすれば、第２有効開弁量設定手段２７２による第２の有効開弁量（リフト量）の設定を一度行えば済むこととなり、制御量を少なくできる。その他の構成および作用効果は第１の実施の形態と同様なので重複を避けて説明を省略する。
【００４３】
本願発明は、上記各実施の形態における構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能なことは勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
本願発明によれば、スロットル開度が所定の中開度域にある時（あるいは車速が所定値を超えた高車速領域であってスロットル開度が所定の中開度域にある時）には、可変動弁機構の作動により変化させられる吸気弁の開弁期間およびリフト量により定まる有効開弁量を、スロットル開度が前記中開度域より小さい所定値以下の時における有効開弁量より小さい第１の有効開弁量に設定するようにして、スロットル開度の中開度域（あるいは車速が所定値を超えた高車速領域におけるスロットル開度の中開度域）においては吸気弁の有効開弁量を絞ることとしているので、スロットル開度の中開度域において有効開弁量を絞ることをしなかった場合に従来生じていたポンピングロスが大幅に低減されることとなり、燃費向上に大いに寄与するという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置の全体ハード構成図である。
【図２】本願発明の第１の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置における可変動弁機構の位相変化機構の概略構成を示す断面図である。
【図３】本願発明の第１の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置におけるエンジンコントロールユニットの内容を示すブロック図である。
【図４】（イ）は車速の時間変化を示すタイムチャート、（ロ）はスロットル開度の時間変化を示すタイムチャート、（ハ）は高車速用マップにより設定される有効開弁量（リフト量）の時間変化を示すタイムチャート、（ニ）は低車速用マップにより設定される有効開弁量（リフト量）の時間変化を示すタイムチャートである。
【図５】（イ）は本願発明の第１の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置における有効開弁量制御において用いられる高車速用マップ、（ロ）は本願発明の第１の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置における有効開弁量制御において用いられる低車速用マップである。
【図６】有効開弁量を変化させた時の吸気弁特性を示す特性図である。
【図７】本願発明の第１の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置における有効開弁量制御の内容を示すフローチャートである。
【図８】（イ）は本願発明の第２の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置における有効開弁量制御において用いられる高車速用マップ、（ロ）は本願発明の第２の実施の形態にかかるエンジンの吸気装置における有効開弁量制御において用いられる低車速用マップである。
【符号の説明】
１はカム軸、２はクランク軸、６はカム、８は可変動弁機構のアクチュエータ、２１は回転数センサ、２２は位置センサ、２３はクランクセンサ、２５はスロットルセンサ、２６は車速センサ、２７はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、２７１は第１有効開弁量設定手段、２７２は第２有効開弁量設定手段。

Claims

吸気弁の開弁期間とリフト量とによって定まる有効開弁量を運転状態に応じて変化させる可変動弁機構を備えたエンジンにおいて、スロットル開度が所定の中開度域にある時の有効開弁量を、スロットル開度が前記中開度域より小さい時における有効開弁量より小さい第１の有効開弁量として設定する第１有効開弁量設定手段と、スロットル開度が所定の中開度域にある時の有効開弁量を、前記第１有効開弁量設定手段により設定される第１の有効開弁量より大きい第２の有効開弁量として設定する第２有効開弁量設定手段とが付設されていて、
車速が所定値を超えたときであってスロットル開度が所定の中開度域にある時には、有効開弁量が前記第１有効開弁量設定手段により設定される第１の有効開弁量になるように制御する一方、車速が前記所定値以下であるときであってスロットル開度が所定の中開度域にある時には、有効開弁量が前記第２有効開弁量設定手段により設定される第２の有効開弁量になるように制御することを特徴とするエンジンの吸気装置。
前記第２有効開弁量設定手段により設定される第２の有効開弁量は、スロットル開度が前記中開度域にある時とスロットル開度が前記中開度域より小さい時とで同一となしたことを特徴とする前記請求項１記載のエンジンの吸気装置。
前記可変動弁機構による有効開弁量の変更は、大・小２種類の切換によるものとされており、前記第２有効開弁量設定手段により設定される第２の有効開弁量は、スロットル開度の変化にかかわらず大状態に固定されることを特徴とする前記請求項１および請求項２のいずれか一項記載のエンジンの吸気装置。