JP4248036B2

JP4248036B2 - ターボ過給機付内燃機関の吸気弁制御装置および制御方法

Info

Publication number: JP4248036B2
Application number: JP02622297A
Authority: JP
Inventors: 俊一青山; 信一竹村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2017-02-10
Also published as: JPH10220256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用機関等として用いられるターボ過給機付内燃機関、特にガソリン機関に関し、さらに詳しくは、可変動弁機構を具備したターボ過給機付内燃機関の吸気弁制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気タービンによって同軸上のコンプレッサを駆動するターボ過給機は、自動車用ガソリン機関等において従来から多用されているが、この過給機の特性は、そのタービンのＡ／Ｒ（図１に示すように、Ａはスクロール最狭部断面積、Ｒはシャフト中心からの距離である）によって大きく異なるものとなる。図２は、このＡ／Ｒの設定によるトルク特性の差を示したものであり、図示するように、Ａ／Ｒが大であると、排気流量の多い高速時にターボ過給機の効率が良くなるため、最大出力性能は良好になるが、その反面、排気流量の少ない低速時にターボ過給機の回転数がなかなか上昇しないため過給圧の立ち上がりが遅れ、定常条件での低速トルクが低くなるのは勿論のこと、発進時等の過渡時のターボ過給機の応答性が低く、運転性が悪化してしまう。そのため、一般的な自動車のターボ過給機付内燃機関においては、ターボ過給機のＡ／Ｒの設定を、応答性を重視した比較的小さめの設定としてある。
【０００３】
また、実用されているターボ過給機付内燃機関の多くは、固定的な特性の動弁機構と組合わされており、吸気弁の開閉時期は常に一定である。通常、吸気弁閉時期は、下死点後（ＡＢＤＣ）５０゜前後に設定されている。
【０００４】
一方、内燃機関の吸気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁機構は従来から種々の形式のものが提案されており、一部で既に実用に供されている。例えば、カムシャフトと該カムシャフトを駆動するクランクシャフトとの間の位相関係を相対的にずらすことによって、吸気弁の開閉時期を同方向へ変化させるものや、異なるカムプロフィールを有する２つのカムに従動する２つのロッカアームを設け、吸気弁が実際に連動するロッカアームを選択的に切り換えることによって、バルブリフト特性を２種類に切り換えるようにした装置などが実用されている。また、特開平６−１８５３２１号公報には、不等速軸継手の原理を応用して、円筒状カムシャフトを不等速回転させることでバルブリフト特性を連続的に可変制御し得るようにした可変動弁機構が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにターボ過給機付内燃機関の多くは、そのタービンのＡ／Ｒが比較的小さく設定されているのであるが、このようにＡ／Ｒが小さいと、タービンの入口部が絞られるため、タービン上流の排気圧力は高いレベルとなる。図２において、過給圧が目標レベルに到達した後は、排気をバイパスさせるウエストゲートバルブが開き、排圧の上昇が抑制されるが、この時点での排圧レベルが既に相当に高いレベルとなる（図４参照）。このように排圧のレベルが高いと、（１）排気行程での排気仕事の増大による出力低下、（２）残留ガス量の増大による吸気量（充填率）の低下、（３）高温の残留ガスによる吸気温上昇ひいては耐ノック性の悪化、といった問題が生じる。
【０００６】
上記（１）の出力低下や（２）の充填率の低下は、過給圧を高くすることで、ある程度は補うことができる。しかしながら、（３）の耐ノック性の悪化については、仮にインタークーラを装着したとしても、燃焼室内の残留ガス温度を下げることはできないので、効果がなく、圧縮比を低く設定してノッキングを防止せざるを得ない。この圧縮比の低下は、燃費の悪化を招く。
【０００７】
本発明の目的は、ターボ過給機付内燃機関において、ウエストゲートバルブの開弁時期に合わせて吸気弁の閉時期を可変制御する可変動弁機構と、タービンのＡ／Ｒを大きく設定したターボ過給機とを組み合わせることにより、ノッキングの発生を防止しつつ機関の圧縮比を高く設定することを可能にすることである。また、Ａ／Ｒを大きく設定したことに伴う低速時のトルク低下ならびに応答性の悪化を吸気弁閉時期の最適化により補い、動力性能の確保と燃費の向上との両立を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る吸気弁制御装置は、吸気弁の作動角を可変制御することにより該吸気弁の閉時期を制御可能な可変動弁機構を備えるとともに、ターボ過給機を備えてなるターボ過給機付内燃機関において、
上記ターボ過給機は、ウエストゲートバルブが開弁する以前の全負荷領域でタービン入口の排気圧力がコンプレッサ出口の過給圧と略同レベルもしくはそれ以下となるように、タービンのスクロール最狭部断面積Ａをタービンシャフト中心からの距離Ｒで除算した値（Ａ／Ｒ）によりその過給圧特性が設定されており、
上記ウエストゲートバルブが閉じているときは第１の制御マップを用いて絞弁開度と機関回転数とから上記閉時期の目標値を検索し、上記ウエストゲートバルブが開弁しているときは第２の制御マップを用いて過給圧と機関回転数とから上記閉時期の目標値を検索し、
上記第１の制御マップは、主に機関回転数によって目標値が変化する特性を有するとともに、低速域では下死点に近づくように吸気弁閉時期が設定されており、
上記第２の制御マップは、主に過給圧によって目標値が変化する特性を有するとともに、高速域では、実圧縮比が実膨張比よりも小さくなるように吸気弁閉時期がより遅角側に設定されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項７に係る吸気弁制御方法は、吸気弁の作動角を可変制御することにより該吸気弁の閉時期を制御可能な可変動弁機構を備えるとともに、ターボ過給機を備えてなるターボ過給機付内燃機関において、
上記ターボ過給機の過給圧特性を、タービンのスクロール最狭部断面積Ａをタービンシャフト中心からの距離Ｒで除算した値（Ａ／Ｒ）により、ウエストゲートバルブが開弁する以前の全負荷領域でタービン入口の排気圧力がコンプレッサ出口の過給圧と略同レベルもしくはそれ以下となるように設定するとともに、
上記ウエストゲートバルブが閉じているときは第１の制御マップを用いて絞弁開度と機関回転数とから上記閉時期の目標値を検索し、上記ウエストゲートバルブが開弁しているときは第２の制御マップを用いて過給圧と機関回転数とから上記閉時期の目標値を検索するようにし、
上記第１の制御マップは、主に機関回転数によって目標値が変化する特性を有するとともに、低速域では下死点に近づくように吸気弁閉時期が設定されており、
上記第２の制御マップは、主に過給圧によって目標値が変化する特性を有するとともに、高速域では、実圧縮比が実膨張比よりも小さくなるように吸気弁閉時期がより遅角側に設定されていることを特徴としている。
【００１０】
上記のような過給圧特性は、例えば、請求項２のように、上記ターボ過給機のタービンのＡ／Ｒを調整することによって設定されている。
【００１１】
そして、請求項３では、機関定常条件の全負荷領域において上記の過給圧特性が満たされるように設定されている。
【００１２】
すなわち、吸気弁の閉時期を例えば下死点後５０°前後に固定的に設定した場合、中速域ではよいが、低速域では、吸気の慣性効果が小さいため、圧縮行程の初期に筒内から吸気が逆流する。これに対し、本発明では、吸気弁閉時期を、機関低速域では、例えば下死点後２０°に早め、中速域〜高速域では、例えば下死点後４０°〜６０°程度に遅らせる。このようにすることで、低速時には、圧縮行程初期の吸気逆流を防止することができるため、低速トルクを向上させることができる。しかも、吸気量ひいては排気量の増大によりターボ過給機の回転数の立ち上がり特性も改善されるので、タービンのＡ／Ｒの大きなターボ過給機であっても、運転性の悪化は生じない。
【００１３】
ところで、残留ガス量を減らすためには、排圧が低いほどよく、Ａ／Ｒを大きくする必要があるが、その反面、過度にＡ／Ｒが大きいと、過給機として機能しないので、耐ノック性を悪化させない限界付近のＡ／Ｒを選定することが重要となる。本発明では、ターボ過給機の過給圧特性を、ウエストゲートバルブが開弁する以前の全負荷領域でタービン入口の排気圧力がコンプレッサ出口の過給圧と略同レベルとなるように設定することで、結果的に最適なＡ／Ｒとなる。
【００１４】
図３は、吸気圧（過給圧）を一定としたときの排気圧力の上昇（Ａ／Ｒを徐々に小にしていくことを想定している）による残留ガス量の変化（計算により求めたもの）を示している。この図には、バルブオーバーラップを、１０°、２０°、３０°とした場合の特性をまとめてあるが、吸気圧（過給圧Ｐｃ）を一定とした場合、排圧Ｐｅと吸気圧（過給圧Ｐｃ）とが等しい条件では、バルブオーバーラップの大小による残留ガス量の差はなく、またその前後の領域では、残留ガス量の変化はバルブオーバーラップの影響を大きく受ける。その理由は、排圧Ｐｅと吸気圧との差圧による排気の逆流に起因する残留ガス量の変化が、バルブオーバーラップの影響を受けるためであり、通常の２０°程度のバルブオーバーラップでも、排圧Ｐｅが吸気圧より大きい領域（Ｐｅ＝Ｐｃの線よりも右側の領域）では、残留ガス量は急激に増加する特性となっている。これに対し、逆に排圧Ｐｅが吸気圧よりも低い条件（Ｐｅ＝Ｐｃの線よりも左側の領域）も考えられ、この場合は、吸気系から排気系へ新気が吹き抜ける特性となる。しかしながら、ターボ過給機を備えている場合には、吸気圧（過給圧Ｐｃ）が排圧Ｐｅを大きく上回ることは原理的に考えにくく、通常の場合、タービンのＡ／Ｒを大きく設定したとしても、図５に示すように、過給圧Ｐｃが排圧Ｐｅを僅かに上回る程度に止まる。なお、Ａ／Ｒが小さい場合には、図４に示すように、排圧Ｐｅが過給圧Ｐｃを大きく上回る。このため、Ａ／Ｒを大きくして排圧Ｐｅを低下させた場合に、図３の排圧Ｐｅ＜吸気圧（過給圧Ｐｃ）の領域では、排圧Ｐｅの影響は密度変化のみに止まり、残留ガス量の変化は、バルブオーバラップの大小に拘わらず、実線ａのような特性となる。
【００１５】
従って、ウエストゲートバルブが開作動する以前つまり排気の全量がタービンを通過する条件において、排圧のレベルが過給圧を越えないように設定すれば、残留ガス量のレベルを低く抑制することが可能であり、耐ノック性が向上するため、ターボ過給機付内燃機関であっても、その圧縮比を高く設定することができるのである。
【００１６】
なお、ウエストゲートバルブが開弁した後の高速側の領域においては、過給圧が所定値に制限されるため、排圧の方が必然的に高くなるが、Ａ／Ｒを大きく設定するほどウエストゲートバルブの開作動が高速側で行われるようになり、なおかつ高速時にはノッキングが発生しにくくなるため、ウエストゲートバルブが開弁するまでの領域における特性が非常に重要なものとなる。
【００１７】
また本発明において重要な点は、可変動弁機構として、作動角を可変制御することにより吸気弁閉時期が変化するものが用いられていることである。特に、請求項４のように、吸気弁開時期は略一定に保たれ、作動角の可変制御に伴って吸気弁閉時期が相対的に大きく変化することが望ましい。これにより、バルブオーバラップを大きく変化させずに、最適な吸気弁閉時期に制御できる。
【００１８】
ところで、上記の図５等の関係は、機関の負荷、回転数あるいは温度等が略一定の定常条件の全負荷領域におけるものであり、過渡時、例えば発進加速時などは、ターボ過給機の回転上昇遅れがあるため、排圧レベルが定常時よりも上昇し、Ａ／Ｒを上述したような特性に設定したとしても、ウエストゲートバルブが開弁しない段階で排圧が過給圧を大幅に上回る現象が発生する。そして、実際の使用態様においても、ターボ過給機付内燃機関の特徴として、この発進加速のような状況の頻度は高い。しかしながら、ノッキングに関して圧縮比の影響が最も厳しく現れるのは、定常の全負荷条件である。その理由は、全負荷運転をある程度の期間継続することにより各部の温度が最大限に上昇しきっており、熱的に最も厳しい条件となるからである。そして、耐ノック性は、この熱的条件に最も大きく影響される。従って、機関の負荷、回転数あるいは温度等が略一定の定常条件の全負荷領域において最適に圧縮比を与えておけば、短時間の発進加速等の過渡時においては、何ら問題はない。
【００１９】
さらに本発明においては、上記ターボ過給機のウエストゲートバルブ開弁条件よりも高速側の全負荷領域において、実圧縮比が実膨張比よりも小さくなるように吸気弁閉時期を制御する。すなわち、過給圧が所定値に達した高速側の領域で、吸気弁の閉時期を通常よりも遅らせることにより実圧縮比を低下させる。これにより、いわゆるミラーサイクルとなり、耐ノック性が向上する。
【００２０】
また請求項５のように、吸気弁上流側における過給圧を検出する手段を有し、この過給圧を含む機関運転条件に対応して吸気弁閉時期を制御するようにしてもよい。
【００２１】
また上記のような吸気弁閉時期の可変制御を実現するために、請求項６に係る吸気弁制御装置は、上記可変動弁機構として、機関の回転に同期して回転する駆動軸と、この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸気弁を駆動するカムを外周に有するカムシャフトと、このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された一方のフランジ部と、この一方のフランジ部に対向するように上記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された他方のフランジ部と、上記両フランジ部の間に揺動自在に配設された環状ディスクと、この環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各係合溝内に夫々係合するピンと、上記環状ディスクを機関運転状態に応じて揺動させる駆動機構とを備えている。
【００２２】
この構成においては、環状ディスクの回転中心が駆動軸およびカムシャフトの中心と同心状態にある場合には、駆動軸とカムシャフトとが等速回転し、また環状ディスクが偏心位置にある場合には、両者が不等速回転する。従って、上記環状ディスクの位置に応じて、吸気弁のバルブリフト特性が連続的に変化し、吸気弁の開閉時期と作動角とが変化する。なお、駆動軸とカムシャフトとの位相が常に一致する同位相点をバルブリフト開始時期と一致させておけば、請求項４のように、吸気弁開時期が常に一定となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ターボ過給機付内燃機関において、タービンのＡ／Ｒを大きく設定したターボ過給機を用いることが可能となり、耐ノック性の向上により機関の圧縮比を高く設定することが可能となる。そして、タービンのＡ／Ｒを大きく設定したことに伴う低速時のトルク低下ならびに応答性の悪化を、ウエストゲートバルブの開弁時期に合わせて吸気弁閉時期を制御することで最適化することができ、ウエストゲートバルブ開弁以前の比較的低速域では残留ガスを効果的に排出することで、確実にノッキングの発生を防止することができる。
【００２４】
また、本発明ではウエストゲートバルブ開弁以後の比較的高速域において、いわゆるミラーサイクルとして耐ノック性をさらに高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図６は、この発明に係るターボ過給機付内燃機関の一実施例を示すもので、シリンダブロック１に複数のシリンダ２が直列に配置されているともに、各シリンダ２内にピストン３が摺動可能に嵌合している。シリンダ２頂部を覆うシリンダヘッド４には、吸気弁５によって開閉される吸気ポート６と、排気弁７によって開閉される排気ポート８とが形成されている。上記吸気ポート６に接続される吸気通路の上流側には、ターボ過給機９、具体的にはそのコンプレッサ９ａが介装されている。このコンプレッサ９ａを駆動する排気タービン９ｂは、排気ポート８下流の排気通路に介装されている。また、上記排気タービン９ｂの出口側と入口側との間には排気バイパス通路１０が設けられており、ここに電子制御型のウエストゲートバルブ１１が介装されている。さらに、コンプレッサ９ａの出口側つまり吸気ポート６上流側に、過給圧を検出する過給圧センサ１２が配設されている。
【００２７】
上記ウエストゲートバルブ１１は、過給圧を所定の特性に保つように機関高速側で開かれるものであり、詳しくは、コントロールユニット１３によって制御されている。このコントロールユニット１３には、機関の回転数、負荷、冷却水温、潤滑油温および上記過給圧センサ１２による過給圧等の検出信号が入力され、過給圧を機関運転条件に応じた特性に制御している。
【００２８】
上記ターボ過給機９は、そのタービン９ｂのＡ／Ｒが、比較的大きな値に設定されている。これにより、機関の圧縮比を高く設定することが可能となる。具体的には、上記ウエストゲートバルブ１１が開弁する以前の全負荷領域でタービン入口の排気圧力がコンプレッサ出口の過給圧と略同レベルとなるように、その過給圧特性、詳しくはＡ／Ｒが設定されている。なお、タービン入口の排気圧力がコンプレッサ出口の過給圧よりも僅かに下回る程度に設定しても良い。
【００２９】
排気弁７は、図示せぬ排気側カムシャフトによって固定的なバルブタイミングでもって開閉されるようになっている。これに対し、吸気弁５は、後述する可変動弁機構によって、その閉時期を作動角とともに可変制御できる構成となっている。
【００３０】
上記可変動弁機構は、特開平６−１８５３２１号公報や米国特許第５，３６５，８９６号明細書等において開示されているように、不等速軸継手の原理を応用して各気筒の円筒状カムシャフト２２を不等速回転させることでバルブリフト特性を連続的に可変制御し得るようにしたものである。
【００３１】
この機構自体は公知であるので、図７および図８を参照して簡単に説明すると、図において、２１は図外の機関クランク軸からタイミングチェーン１４を介して回転力が伝達される駆動軸、２２は該駆動軸２１の外周に回転自在に嵌合した中空円筒状のカムシャフトである。このカムシャフト２２は、各気筒毎に分割して構成されている。
【００３２】
上記カムシャフト２２は、シリンダヘッド４上端部のカム軸受に回転自在に支持されていると共に、外周に、各気筒一対の吸気弁５を開作動させる一対のカム２６が形成されている。また、カムシャフト２２は、上述したように複数個に分割形成されているが、その一方の分割端部に、第１フランジ部２７が設けられている。また、この複数に分割されたカムシャフト２２の端部間に、それぞれスリーブ２８と環状ディスク２９が配置されている。上記第１フランジ部２７には、半径方向に沿った細長い係合溝が形成されている。
【００３３】
上記スリーブ２８は、駆動軸２１に固定されているものであって、該スリーブ２８に、上記第１フランジ部２７に対向する第２フランジ部３２が形成されている。この第２フランジ部３２には、やはり半径方向に沿った細長い係合溝が形成されている。
【００３４】
両フランジ部２７，３２の間に位置する上記環状ディスク２９は、略ドーナツ板状を呈し、駆動軸２１の外周面との間に環状の間隙を有するとともに、ディスクハウジング３４の内周面に回転自在に保持されている。また、互いに１８０°異なる直径線上の対向位置にそれぞれ反対側へ突出する一対のピン３６，３７を有し、各ピン３６，３７が各係合溝に係合している。
【００３５】
ディスクハウジング３４は、略三角形をなし、その円形の開口部内に環状ディスク２９が保持されているとともに、三角形の頂部となる２カ所に、それぞれ第１カム嵌合孔３８および第２カム嵌合孔３９が貫通形成されている。
【００３６】
そして、上記第１カム嵌合孔３８および第２カム嵌合孔３９内には、それぞれ第１偏心カム４１および第２偏心カム４３の円形カム部４１ａ，４３ａが回動自在に嵌合している。
【００３７】
上記第２偏心カム４３は、図５に示すように、互いに所定量偏心している円柱状の軸部４３ｂと円形カム部４３ａとからなり、両者が回転可能に嵌合されて一体化されている。なお、円形カム部４３ａは、スナップリング３０により抜け止めされている。上記軸部４３ｂは、図７に示すように、フレーム３３の隔壁部に圧入固定されている。
【００３８】
また上記第１偏心カム４１は、機関前後方向に沿って複数気筒に亙って連続した制御カム軸４２と、該カム軸４２に各気筒に対応して固設された複数個の円形カム部４１ａとからなり、両者が所定量偏心している。なお、各気筒の円形カム部４１ａは、それぞれカム軸４２の所定の角度位置において偏心している。上記制御カム軸４２は、上記フレーム３３にカムブラケット３５を介して回転自在に保持されている。機関の一端部に位置する上記制御カム軸４２の一端には、駆動機構として回転型の油圧アクチュエータ４６が取り付けられている。また、内燃機関の前部に位置する制御カム軸４２の他端には、該制御カム軸４２の回転位置つまり円形カム部４１ａの位相を検出する回転型のポテンショメータ４７が取り付けられている。
【００３９】
上記の可変動弁機構においては、第１偏心カム４１を介して環状ディスク２９の偏心位置を可変制御することにより、カムシャフト２２が不等速回転し、駆動軸２１との間で、その偏心量に応じた位相差が生じる。例えば、図８の（Ａ）に示すように、環状ディスク２９の中心Ｙと駆動軸２１の中心Ｘとが一致している状態では、カムシャフト２２が駆動軸２１と等速で同期回転するため、図９の実線（イ）に示すようなカムプロフィールに沿ったバルブリフト特性が得られる。これに対し、図９の（Ｂ）に示すように、環状ディスク２９の中心Ｙが一方へ偏心した状態では、偏心量に応じた位相差が生じ、これに伴って図９に一点鎖線（ロ）で示すようなバルブリフト特性が得られる。
【００４０】
なお、駆動軸２１が１回転する間に、正方向の位相差と負方向の位相差とが生じ、その途中に、同位相点が存在する。そして、この実施例では、カムリフトの開始点が上記同位相点にほぼ一致している。従って、環状ディスク２９の中心が偏心してバルブ作動角が増減変化しても、図９に示すように、開時期は殆ど変化せずに、閉時期のみが変化するようになる。
【００４１】
上記油圧アクチュエータ４６に供給される油圧は、上述したコントロールユニット１３からの制御信号に基づき図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。コントロールユニット１３には、上述したように機関運転条件を示す種々の信号が入力され、これらに基づいて吸気弁５の閉時期を可変制御している。
【００４２】
図１０は、コントロールユニット１３により実行される吸気弁５の閉時期の制御の流れを示すフローチャートであって、まずステップ１において、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）の制御マップを読み込む。この制御マップとしては、図１１に特性の一例を示す通常運転用のマップと、図１２に特性の一例を示す高過給・低圧縮比用のマップと、図示せぬ冷間時用のマップとが、予め設定されている。次にステップ２において、冷却水温ｔｗを所定の基準温度（暖機が完了したとみなせる温度）ｔ０と比較し、このｔ０以下である場合には、ステップ３へ進む。ステップ３では、図示せぬ冷間時用の制御マップを用いて、そのときの負荷と機関回転数等に対応する吸気弁閉時期の目標値を決定する。また、暖機が完了していて冷却水温ｔｗが基準温度ｔ０より高い場合には、ステップ４へ進む。ステップ４では、機関の潤滑系統における油圧が基準油圧ｐ０以上であるか否かを、図示せぬ油圧センサの信号に基づいて判定する。この基準油圧ｐ０は、上述した可変動弁機構を正常に制御し得るレベルに設定されており、始動直後のように、油圧がこの基準油圧ｐ０以下である場合には、油圧が十分に上昇するまで待機する。そして、油圧が基準油圧ｐ０より大きければ、ステップ５へ進み、過給圧Ｐｃが所定の基準レベルＰｃ０よりも大きいか否かを判定する。この基準レベルＰｃ０は、上記ターボ過給機９におけるウエストゲートバルブ１１が開き始めるときの過給圧にほぼ相当している。つまり、排気の全量がタービン９ｂに導入される状態であるか否かを判定している。なお、この過給圧の判定に代えて、ウエストゲートバルブ１１の開閉状態を判定するようにしても良い。
【００４３】
ステップ５で過給圧Ｐｃが基準レベルＰｃ０より低い場合には、ステップ６へ進み、図１１に示す通常運転用の制御マップを用いて、そのときの機関運転条件、主に機関回転数に応じて吸気弁閉時期の目標値を決定する。同様に、ステップ５で過給圧Ｐｃが基準レベルＰｃ０より高い場合には、ステップ７へ進み、図１２に示す高過給・低圧縮比用の制御マップを用いて、そのときの機関運転条件、特に過給圧に対応する吸気弁閉時期の目標値を決定する。
【００４４】
そして、ステップ８へ進み、油圧アクチュエータ４６を閉時期目標値に沿って駆動するとともに、ステップ９で、ポテンショメータ４７によって実際の制御カム軸４２の回転位置を検出し、油圧アクチュエータ４６を閉ループ制御する。
【００４５】
この実施例では、図１１に示すように、吸気弁閉時期を、機関低速域では、下死点後２０°程度に早めるので、圧縮行程初期の吸気逆流を防止することができ、低速トルクが向上する。しかも、吸気量ひいては排気量の増大によりターボ過給機９の回転数の立ち上がり特性も改善されるので、応答性が向上する。つまり、タービン９ａのＡ／Ｒの大きなターボ過給機９であっても、運転性の悪化は生じない。
【００４６】
そして、ウエストゲートバルブ１１が開弁している高過給時には、図１２に示すように、実圧縮比が実膨張比よりも小さくなるように吸気弁閉時期が下死点から大きく遅れる。これによりいわゆるミラーサイクルが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターボ過給機のＡ／Ｒの説明図。
【図２】Ａ／Ｒの設定によるトルク特性の差を示す機関の全開トルク特性図。
【図３】排圧による残留ガスの変化を示す特性図。
【図４】Ａ／Ｒが小さい場合の過給圧Ｐｃと排圧Ｐｅとの関係を示す特性図。
【図５】Ａ／Ｒが大きい場合の過給圧Ｐｃと排圧Ｐｅとの関係を示す特性図。
【図６】この発明に係るターボ過給機付内燃機関の一実施例を示す構成説明図。
【図７】その可変動弁機構の構成を示す要部の斜視図。
【図８】この可変動弁機構の作動を示す説明図であって、（Ａ）は同心状態、（Ｂ）は偏心状態の様子を示す説明図。
【図９】この可変動弁機構により得られるバルブリフト特性を示す特性図。
【図１０】吸気弁閉時期の制御の流れを示すフローチャート。
【図１１】通常運転用の吸気弁閉時期制御マップの特性を示す特性図。
【図１２】高過給・低圧縮比用の吸気弁閉時期制御マップの特性を示す特性図。
【符号の説明】
５…吸気弁
９…ターボ過給機
１１…ウエストゲートバルブ
１２…過給圧センサ

Claims

吸気弁の作動角を可変制御することにより該吸気弁の閉時期を制御可能な可変動弁機構を備えるとともに、ターボ過給機を備えてなるターボ過給機付内燃機関において、
上記ターボ過給機は、ウエストゲートバルブが開弁する以前の全負荷領域でタービン入口の排気圧力がコンプレッサ出口の過給圧と略同レベルもしくはそれ以下となるように、タービンのスクロール最狭部断面積Ａをタービンシャフト中心からの距離Ｒで除算した値（Ａ／Ｒ）によりその過給圧特性が設定されており、
上記ウエストゲートバルブが閉じているときは第１の制御マップを用いて絞弁開度と機関回転数とから上記閉時期の目標値を検索し、上記ウエストゲートバルブが開弁しているときは第２の制御マップを用いて過給圧と機関回転数とから上記閉時期の目標値を検索し、
上記第１の制御マップは、主に機関回転数によって目標値が変化する特性を有するとともに、低速域では下死点に近づくように吸気弁閉時期が設定されており、
上記第２の制御マップは、主に過給圧によって目標値が変化する特性を有するとともに、高速域では、実圧縮比が実膨張比よりも小さくなるように吸気弁閉時期がより遅角側に設定されていることを特徴とするターボ過給機付内燃機関の吸気弁制御装置。
上記ターボ過給機のタービンのＡ／Ｒを調整することにより上記のように過給圧特性が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機付内燃機関の吸気弁制御装置。
機関定常条件の全負荷領域において上記の過給圧特性が満たされるように設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボ過給機付内燃機関の吸気弁制御装置。
吸気弁開時期は略一定に保たれ、作動角の可変制御に伴って吸気弁閉時期が相対的に大きく変化することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のターボ過給機付内燃機関の吸気弁制御装置。
吸気弁上流側における過給圧を検出する手段を有し、この過給圧を含む機関運転条件に対応して吸気弁閉時期を制御することを特徴とする請求項４に記載のターボ過給機付内燃機関の吸気弁制御装置。
上記可変動弁機構は、機関の回転に同期して回転する駆動軸と、この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸気弁を駆動するカムを外周に有するカムシャフトと、このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された一方のフランジ部と、この一方のフランジ部に対向するように上記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された他方のフランジ部と、上記両フランジ部の間に揺動自在に配設された環状ディスクと、この環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各係合溝内に夫々係合するピンと、上記環状ディスクを機関運転条件に応じて揺動させる駆動機構とを備え、上記環状ディスクの位置に応じて吸気弁の作動角が変化するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のターボ過給機付内燃機関の吸気弁制御装置。
吸気弁の作動角を可変制御することにより該吸気弁の閉時期を制御可能な可変動弁機構を備えるとともに、ターボ過給機を備えてなるターボ過給機付内燃機関において、
上記ターボ過給機の過給圧特性を、タービンのスクロール最狭部断面積Ａをタービンシャフト中心からの距離Ｒで除算した値（Ａ／Ｒ）により、ウエストゲートバルブが開弁する以前の全負荷領域でタービン入口の排気圧力がコンプレッサ出口の過給圧と略同レベルもしくはそれ以下となるように設定するとともに、
上記ウエストゲートバルブが閉じているときは第１の制御マップを用いて絞弁開度と機関回転数とから上記閉時期の目標値を検索し、上記ウエストゲートバルブが開弁しているときは第２の制御マップを用いて過給圧と機関回転数とから上記閉時期の目標値を検索するようにし、
上記第１の制御マップは、主に機関回転数によって目標値が変化する特性を有するとともに、低速域では下死点に近づくように吸気弁閉時期が設定されており、
上記第２の制御マップは、主に過給圧によって目標値が変化する特性を有するとともに、高速域では、実圧縮比が実膨張比よりも小さくなるように吸気弁閉時期がより遅角側に設定されていることを特徴とするターボ過給機付内燃機関の吸気弁制御方法。