JP4258089B2

JP4258089B2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP4258089B2
Application number: JP2000050141A
Authority: JP
Inventors: 功松本; 正司勝間田; 正明田中; 啓二四重田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: JP2001234762A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などに搭載される内燃機関に関し、特に電磁力を利用して排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構を備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車などに搭載される内燃機関では、吸排気弁の開閉駆動に起因した機械損失の防止、吸気のポンピング損失の防止、正味熱効率の向上等を目的として、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを任意に変更可能な動弁機構の開発が進められている。
【０００３】
上記した動弁機構としては、例えば、磁性体からなり吸気排気弁に連動して進退動作するアーマチャと、励磁電流が印加されたときに前記アーマチャを閉弁方向へ吸引する閉弁用電磁石と、励磁電流が印加されたときに前記アーマチャを開弁方向へ吸引する開弁用電磁石と、前記アーマチャを閉弁方向へ付勢する閉弁側戻しばねと、前記アーマチャを開弁方向へ付勢する開弁側戻しばねとを備えた電磁駆動式の動弁機構が知られている。
【０００４】
このような電磁駆動式動弁機構によれば、従来の動弁機構のように機関出力軸（クランクシャフト）の回転力を利用して吸排気弁を開閉駆動する必要がないため、機関出力軸による吸排気弁の駆動に起因した機関出力の損失が防止される。
【０００５】
更に、上記したような電磁駆動式動弁機構によれば、従来の動弁機構のように機関出力軸の回転と連動して吸排気弁を開閉駆動する必要がなく、開弁用電磁石と閉弁用電磁石に対する励磁電流の印加タイミングを変更することによって吸排気弁を任意の時期に開閉させることが可能となるため、吸気絞り弁（スロットル弁）を用いることなく各気筒の吸入空気量を制御することが可能となる。この結果、スロットル弁に起因した吸気のポンピングロスが抑制される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
４サイクルの内燃機関では、混合気の燃焼によって発生する燃焼圧力を機関出力軸（クランクシャフト）の回転トルクに有効に反映させるべく各気筒の排気行程下死点で排気弁を開弁させるとともに、排気の慣性力を利用して排気効率を向上させるべく各気筒の排気行程上死点直後で排気弁を閉弁させることが好ましい。
【０００７】
このようなバルブタイミングが直列４気筒や直列６気筒の４サイクル内燃機関のように複数の気筒のうちの一の気筒が排気行程上死点もしくは排気行程上死点の直前にあるときに他の気筒が排気行程下死点となる内燃機関に適用された場合には、一の気筒の排気弁が閉弁する直前に他の気筒の排気弁が開弁されることになる。
【０００８】
ここで、内燃機関の各気筒において排気弁が開弁した直後は、気筒内と排気通路との圧力差が大きいため、気筒内の既燃ガスが音速で一斉に排気通路へ噴出する、所謂ブローダウン現象が発生し、そのブローダウン現象による排気の圧力波（正圧波）が排気通路を経て他の気筒へ伝播されることになる。
【０００９】
このため、前述したバルブタイミングが直列４気筒又は直列６気筒の４サイクル内燃機関に適用されると、一の気筒が排気行程上死点の近傍にあるときに他の気筒のブローダウン現象による正圧波が前記一の気筒へ到達する場合がある。
【００１０】
ところで、一の気筒が排気行程上死点近傍にあるとき、言い換えれば一の気筒が排気行程の終了間際にある時は気筒内と排気通路との圧力差が小さくなるため、そのような状況下で他の気筒のブローダウン現象による正圧波が前記一の気筒に伝播されると、排気通路の圧力が気筒内の圧力より高くなり、排気通路の排気が気筒内へ逆流してしまう虞がある。
【００１１】
排気行程終了間際の気筒に排気が逆流すると、排気行程が終了した後も気筒内に排気が残留することとなり、続く吸気行程における吸気の充填効率が低下し、その結果、内燃機関の出力が低下する虞がある。
【００１２】
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、電磁力を利用して排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構を備えた内燃機関において、ブローダウン現象に起因した排気効率の低下を抑制する技術を提供することにより、吸気の充填効率を向上させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る内燃機関は、複数の気筒と、電磁力を利用して各気筒の排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構とを備え、前記複数の気筒の中の一の気筒が排気上死点となるとき又は排気行程上死点の直前となるときに他の気筒が排気行程下死点となる内燃機関において、
前記他の気筒の排気弁が開弁した際に発生する圧力波が前記一の気筒へ伝播する時期と前記一の気筒が排気上死点近傍となる時期とを異ならせるべく前記電磁駆動式動弁機構を制御するバルブタイミング制御手段を備えることを特徴としている。
【００１４】
このように構成された内燃機関では、バルブタイミング制御手段は、一の気筒が排気行程上死点近傍となる時期と他の気筒の排気弁が開弁した際に発生する圧力波（ブローダウン現象による正圧波）が一の気筒に伝播する時期とを異ならせるべく電磁駆動式動弁機構を制御することになる。
【００１５】
この場合、他の気筒の排気弁が開弁した際に発生するブローダウン現象による正圧波は、一の気筒が排気上死点近傍にあるときに該一の気筒へ伝播されることがなくなるため、排気通路内の圧力が前記一の気筒内の圧力より高くなることがなく、排気通路内の排気が前記一の気筒内へ逆流することがない。
【００１６】
この結果、前記一の気筒の排気行程が終了する間際では、排気の慣性力によって前記一の気筒内の既燃ガスが排気通路へ排出されるため、該一の気筒内に排気が残留することがなく、前記一の気筒の吸気行程において吸気の充填効率が向上することになる。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関において、バルブタイミング制御手段は、例えば、他の気筒の排気弁が開弁する時期を所定量遅角させるべく電磁駆動式動弁機構を制御するようにしてもよい。
【００１８】
この場合、他の気筒の排気弁開弁時期が遅角されることによってブローダウン現象による正圧波の発生時期が遅くなるため、その正圧波が一の気筒へ到達する時期は、一の気筒の排気行程上死点より後であって、一の気筒の排気弁が閉弁した後となる。
【００１９】
この結果、一の気筒の排気弁が閉弁する間際に、他の気筒で発生したブローダウン現象による正圧波が一の気筒に伝播されることがない。
尚、前記した所定量は、他の気筒で発生したブローダウン現象による正圧波の伝播速度と内燃機関の機関回転速度との相対差に基づいて決定されるようにしてもよい。
【００２０】
これは、内燃機関における排気弁の開閉時期は機関出力軸たるクランクシャフトの回転角度位置で特定されるため、一の気筒の排気弁閉弁時期と他の気筒の排気弁閉弁時期との時間的な間隔は機関回転速度に応じて変化することになるが、ブローダウン現象による正圧波の伝播速度は音速で略一定となるためである。
【００２１】
また、本発明に係る内燃機関、すなわち、複数の気筒の中の一の気筒が排気上死点となるとき又は排気行程上死点の直前となるときに他の気筒が排気行程下死点となる内燃機関としては、直列４気筒の４サイクル内燃機関や、直列６気筒の４サイクル内燃機関等を例示することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１及び図２は、本実施の形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１及び図２に示す内燃機関１は、４つの気筒２１を備えた直列４気筒の４サイクルガソリンエンジンである。
【００２４】
内燃機関１は、４つの気筒２１及び冷却水路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１ａとを備えている。
【００２５】
前記シリンダブロック１ｂには、機関出力軸たるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に装填されたピストン２２と連結されている。
【００２６】
各気筒２１のピストン２２上方には、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１ａには、燃焼室２４に臨むよう点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されている。
【００２７】
前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気ポート２６の開口端と２つの排気ポート２７の開口端とが燃焼室２４に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が吸気ポート２６に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００２８】
前記シリンダヘッド１ａには、前記吸気ポート２６の各開口端を開閉する吸気弁２８が進退自在に設けられている。各吸気弁２８には、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記吸気弁２８を進退駆動する電磁駆動機構３０（以下、吸気側電磁駆動機構３０と記す）が取り付けられている。
【００２９】
前記シリンダヘッド１ａには、前記排気ポート２７の各開口端を開閉する排気弁２９が進退自在に設けられている。各排気弁２９には、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁２９を進退駆動する電磁駆動機構３１（以下、排気側電磁駆動機構３１と記す）が取り付けられている。
【００３０】
ここで、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１の具体的な構成について述べる。尚、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１とは同様の構成であるため、排気側電磁駆動機構３１のみを例に挙げて説明する。
【００３１】
図３は、排気側電磁駆動機構３１の構成を示す断面図である。図３において内燃機関１のシリンダヘッド１ａは、シリンダブロック１ｂの上面に固定されるロアヘッド１０と、このロアヘッド１０の上部に設けたアッパヘッド１１とを備えている。
【００３２】
前記ロアヘッド１０には、各気筒２１に対応した排気ポート２７が形成され、各排気ポート２７の燃焼室２４側の開口端には、排気弁２９の弁体２９ａが着座するための弁座１２が設けられている。
【００３３】
ロアヘッド１０には、各排気ポート２７の内壁面からこのロアヘッド１０の上面にかけて断面円形の貫通孔が形成され、この貫通孔には、この貫通孔に挿通される排気弁２９の弁軸２９ｂを進退自在に保持する筒状のバルブガイド１３が挿入されている。
【００３４】
アッパヘッド１１には、第１コア３０１及び第２コア３０２が嵌入される断面円形のコア取付孔１４が設けられ、このコア取付孔１４は前記バルブガイド１３と軸心が同一となる位置にある。コア取付孔１４は下部が径大に形成され、その上部の径小部１４ａと下部の径大部１４ｂを備えている。
【００３５】
前記径小部１４ａには、軟磁性体からなる環状の第１コア３０１と第２コア３０２とが所定の間隙３０３を介して軸方向に直列に嵌挿されている。これらの第１コア３０１の上端と第２コア３０２の下端には、それぞれフランジ３０１ａとフランジ３０２ａが形成されており、第１コア３０１は上方から、また第２コア３０２は下方からそれぞれコア取付孔１４に嵌挿され、フランジ３０１ａとフランジ３０２ａがコア取付孔１４の縁部に当接することにより第１コア３０１と第２コア３０２の位置決めがされて、前記間隙３０３が所定の距離に保持されるようになっている。
【００３６】
第１コア３０１の上方には、筒状のアッパキャップ３０５が設けられている。このアッパキャップ３０５は、その下端に形成されたフランジ部３０５ａにボルト３０４を貫通させてアッパヘッド１１上面に固定されている。この場合、フランジ部３０５ａを含むアッパキャップ３０５の下端が第１コア３０１の上面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第１コア３０１がアッパヘッド１１に固定されることになる。
【００３７】
一方、第２コア３０２の下部には、コア取付孔１４の径大部１４ｂと略同径の外径を有する環状体からなるロアキャップ３０７が設けられている。このロアキャップ３０７にはボルト３０７が貫通し、そのボルト３０７により前記径小部１４ａと径大部１４ｂの段部における下向きの段差面に固定されている。この場合、ロアキャップ３０７が第１コア３０２の下面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第２コア３０２がアッパヘッド１１に固定されることになる。
【００３８】
前記第１コア３０１の前記間隙３０３側の面に形成された溝部には、第１の電磁コイル３０８が把持されており、前記第２コア３０２の間隙３０３側の面に形成された溝部には第２の電磁コイル３０９が把持されている。その際、第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とは、前記間隙３０３を介して向き合う位置に配置されるものとする。
【００３９】
前記間隙３０３には、該間隙３０３の内径より径小な外径を有する環状の軟磁性体からなるアーマチャ３１１が配置されている。このアーマチャ３１１の中空部には、該アーマチャ３１１の軸心に沿って上下方向に延出した円柱状のアーマチャシャフト３１０が固定されている。このアーマチャシャフト３１１は、その上端が前記第１コア３０１の中空部を通ってその上方のアッパキャップ３０５内まで至るとともに、その下端が第２コア３０２の中空部を通ってその下方の径大部１４ｂ内に至るよう形成され、前記第１コア３０１及び前記第２コア３０２によって軸方向へ進退自在に保持されている。
【００４０】
前記アッパキャップ３０５内に延出したアーマチャシャフト３１０の上端部には、円板状のアッパリテーナ３１２が接合されるとともに、前記アッパキャップ３０５の上部開口部にはアジャストボルト３１３が螺着され、これらアッパリテーナ３１２とアジャストボルト３１３との間には、アッパスプリング３１４が介在している。尚、前記アジャストボルト３１３と前記アッパスプリング３１４との当接面には、前記アッパキャップ３０５の内径と略同径の外径を有するスプリングシート３１５が介装されている。
【００４１】
一方、前記大径部１２ｂ内に延出したアーマチャシャフト３１０の下端部には、排気弁２９の弁軸２９ｂの上端部が当接している。前記弁軸２９ｂの上端部の外周には、円板状のロアリテーナ２９ｃが接合されており、そのロアリテーナ２９ｃの下面とロアヘッド１０の上面との間には、ロアスプリング３１６が介在している。
【００４２】
このように構成された排気側電磁駆動機構３１では、第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁コイル３０９に励磁電流が印加されていないときは、アッパスプリング３１４からアーマチャシャフト３１０に対して下方向（すなわち、排気弁２９を開弁させる方向）への付勢力が作用するとともに、ロアスプリング３１６から排気弁２９に対して上方向（すなわち、排気弁２９を閉弁させる方向）への付勢力が作用し、その結果、アーマチャシャフト３１０及び排気弁２９が互いに当接して所定の位置に弾性支持された状態、いわゆる中立状態に保持されることになる。
【００４３】
尚、アッパスプリング３１４とロアスプリング３１６の付勢力は、前記アーマチャ３１１の中立位置が前記間隙３０３において前記第１コア３０１と前記第２コア３０２との中間の位置に一致するよう設定されており、構成部品の初期公差や経年変化等によってアーマチャ３１１の中立位置が前記した中間位置からずれた場合には、アーマチャ３１１の中立位置が前記した中間位置と一致するようアジャストボルト３１３によって調整することが可能になっている。
【００４４】
また、前記アーマチャシャフト３１０及び前記弁軸２９ｂの軸方向の長さは、前記アーマチャ３１１が前記間隙３０３の中間位置に位置するときに、前記弁体２９ａが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置（以下、中開位置と称する）となるように設定されている。
【００４５】
前記した排気側電磁駆動機構３１では、第１の電磁コイル３０８に励磁電流が印加されると、第１コア３０１と第１の電磁コイル３０８とアーマチャ３１１との間に、アーマチャ３１１を第１コア３０１側へ変位させる方向の電磁力が発生し、第２の電磁コイル３０９に励磁電流が印加されると、第２コア３０２と第２の電磁コイル３０９とアーマチャ３１１との間にアーマチャ３１１を前記第２コア３０２側へ変位させる方向の電磁力が発生する。
【００４６】
従って、上記した排気側電磁駆動機構３１では、第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに交互に励磁電流が印加されることにより、アーマチャ３１１が進退動作し、以て弁体２９ａが開閉駆動されることになる。その際、第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁コイル３０９に対する励磁電流の印加タイミングと励磁電流の大きさを変更することにより、排気弁２９の開閉タイミングを制御することが可能となる。
【００４７】
ここで、図１及び図２に戻り、内燃機関１のシリンダヘッド１ａには、４つの枝管からなる吸気枝管３３が接続され、各気筒２１の吸気ポート２６が前記吸気枝管３３の各枝管と連通している。
【００４８】
前記吸気枝管３３は、吸気の脈動を抑制するためのサージタンク３４に接続されている。前記サージタンク３４には、吸気管３５が接続されている。前記吸気管３５は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス３６と接続されている。
【００４９】
前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流れる空気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付けられている。前記吸気管３５において前記エアフローメータ４４より下流の部位には、該吸気管３５内を流れる吸気の流量を調整するスロットル弁３９が設けられている。
【００５０】
前記スロットル弁３９には、ステッパモータ等からなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０と、前記スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ４１と、アクセルペダル４２に機械的に接続され該アクセルペダル４２の操作量に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４３とが取り付けられている。
【００５１】
一方、前記内燃機関１には、４本の枝管が内燃機関１の直下流において１本の集合管に合流するよう形成された排気枝管４５が接続され、各気筒２１の排気ポート２７が前記排気枝管４５の各枝管と連通している。
【００５２】
前記した排気枝管４５の集合管は、排気浄化触媒４６と接続されている。排気浄化触媒４６は、排気管４７が接続され、排気管４７は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【００５３】
前記排気枝管４５の集合管には、該排気枝管４５内を流れる排気の空燃比、言い換えれば、前記排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられている。
【００５４】
前記排気浄化触媒４６は、例えば、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する三元触媒、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、流入排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ還元・浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を還元・浄化する選択還元型ＮＯx触媒、もしくは上記した各種の触媒を適宜組み合わせてなる触媒である。
【００５５】
また、内燃機関１は、クランクシャフト２３の端部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタイミングロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクランクポジションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成された冷却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２とを備えている。
【００５６】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）２０が併設されている。
【００５７】
前記ＥＣＵ２０には、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、クランクポジションセンサ５１、水温センサ５２等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００５８】
前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、燃料噴射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０が各種センサの出力信号値をパラメータとしてイグナイタ２５ａ、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、燃料噴射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０を制御することが可能になっている。
【００５９】
ここで、ＥＣＵ２０は、図４に示すように、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰＵ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップＲＡＭ４０４と入力ポート４０５と出力ポート４０６とを備えるとともに、前記入力ポート４０５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４０７を備えている。
【００６０】
前記Ａ／Ｄ４０７は、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、水温センサ５２等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されている。前記Ａ／Ｄ４０７は、前記した各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に前記入力ポート４０５へ送信する。
【００６１】
前記入力ポート４０５は、前述したスロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、水温センサ５２等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと前記Ａ／Ｄ４０７を介して接続されるとともに、クランクポジションセンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサと直接接続されている。
【００６２】
前記入力ポート４０５は、各種センサの出力信号を直接又はＡ／Ｄ４０７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４００を介してＣＰＵ４０１やＲＡＭ４０３へ送信する。
【００６３】
前記出力ポート４０６は、イグナイタ２５ａ、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、燃料噴射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０等と電気配線を介して接続されている。
【００６４】
前記出力ポート４０６は、ＣＰＵ４０１から出力された制御信号を双方向性バス４００を介して入力し、その制御信号をイグナイタ２５ａ、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、燃料噴射弁３２、又はスロットル用アクチュエータ４０へ送信する。
【００６５】
前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸気弁２８を所望の目標開弁タイミング及び目標閉弁タイミングに従って開閉させるための吸気弁開閉制御ルーチン、排気弁２９を所望の目標開弁タイミング及び目標閉弁タイミングに従って開閉させるための排気弁開閉制御ルーチン、各気筒２１の点火栓２５の点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、スロットル弁３９の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００６６】
前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気弁２８の目標開閉タイミングとの関係を示す吸気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気弁２９の目標開閉タイミングとの関係を示す排気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量との関係を示す励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態と各点火栓２５の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁３９の開度との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。
【００６７】
前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ４０３に記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。
【００６８】
前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値等を記憶する。
前記ＣＰＵ４０１は、前記ＲＯＭ４０２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、点火制御を実行すると共に、本発明の要旨となるバルブタイミング制御を実行する。
【００６９】
以下、本実施の形態に係るバルブタイミング制御について述べる。
４サイクルの内燃機関では、混合気の燃焼によって発生する燃焼圧力をクランクシャフトの回転トルクに有効に反映させるべく排気弁の開弁時期を排気行程下死点に設定し、且つ、排気の慣性力を利用して排気効率を向上させるべく排気弁の閉弁時期を排気行程上死点後に設定することが好ましい。尚、以下では、排気弁の開弁時期が排気行程下死点となり且つ排気弁の閉弁時期が排気行程上死点後となるバルブタイミングを基準排気バルブタイミングと称するものとする。
【００７０】
ところで、内燃機関１は直列４気筒の４サイクル内燃機関であるため、気筒間の点火間隔が１８０°ＣＡとなり、４つ気筒２１のうちの一の気筒２１の排気行程上死点と他の気筒２１（点火順序が一の気筒２１の次となる気筒２１）の排気行程下死点とが同期することになる。
【００７１】
例えば、内燃機関１の点火順序が１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順序となる場合は、図５に示すように、１番気筒が排気行程上死点となるときに３番気筒が排気行程下死点となり、３番気筒が排気行程上死点となるときに４番気筒が排気行程下死点となり、４番気筒が排気行程上死点となるときに２番気筒が排気行程下死点となり、２番気筒が排気行程上死点となるときに１番気筒が排気行程下死点となる。
【００７２】
このため、内燃機関１において基準排気バルブタイミングが適用された場合は、一の気筒２１の排気弁２９が閉弁する前に他の気筒２１の排気弁２９が開弁することになる。
【００７３】
他の気筒２１の排気弁２９が開弁した直後は、前記他の気筒２１内の既燃ガスが音速で一斉に排気枝管４５へ噴出するブローダウン現象が発生し、そのブローダウン現象による正圧波が排気枝管４５を介して一の気筒２１の排気ポート２７へ伝播することになる。
【００７４】
他の気筒２１のブローダウン現象による正圧波が一の気筒２１の排気ポート２７へ伝播されると、図６に示すように、前記排気ポート２７内の圧力が急激に高くなる。その際、一の気筒２１の排気弁２９が閉弁していないと、排気ポート２７から気筒２１内へ排気が逆流し、排気効率が悪化してしまうことになる。
【００７５】
特に、本実施の形態で例示した排気枝管４５のように、４つの枝管が内燃機関の直下流において１本の集合管に合流するよう形成された排気枝管を備えた内燃機関では、他の気筒から一の気筒へ至る排気通路の距離が短くなるため、他の気筒のブローダウン現象による正圧波が一の気筒の排気弁閉弁前に該一の気筒へ伝播する可能性が高くなる。
【００７６】
一方、ブローダウン現象による正圧波の伝播速度が音速で略一定となるため、他の気筒２１のブローダウン現象による正圧波が一の気筒２１に到達するのに要する時間（以下、ブローダウン伝播時間：ＴBと称する）は略一定となる。
【００７７】
これに対し、基準排気バルブタイミングにおける他の気筒２１の排気弁開弁時期と一の気筒２１の排気弁閉弁時期との時間的な間隔（以下、気筒間排気弁動作間隔：ＴVと称する）は、機関回転速度（機関回転数）に応じて変化することになる。例えば、内燃機関１の機関回転数が低くなるほど気筒間排気弁動作間隔：ＴVは長くなり、内燃機関１の機関回転数が高くなるほど気筒間排気弁動作間隔：ＴVは短くなる。
【００７８】
そこで、本実施の形態では、内燃機関１に関して、気筒間排気弁動作間隔：ＴVとブローダウン伝播時間：ＴBとが等しくなる機関回転数（以下、基準機関回転数と称する）を予め実験的に求めておき、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の機関回転数が前記基準機関回転数以下であるときには、各気筒２１の排気弁開弁時期を基準排気バルブタイミングの排気弁開弁時期（排気行程下死点）より所定量遅角させるようにした。
【００７９】
このように排気弁開弁時期が遅角された場合は、ブローダウン現象の発生時期は、基準排気バルブタイミングに従って排気弁２９が開弁する場合に比して遅くなる。
【００８０】
その際、ＣＰＵ４０１が排気弁開弁時期の遅角量を最適化することにより、図７に示すように、内燃機関１の一の気筒２１の排気弁２９が閉弁する前に、他の気筒２１のブローダウン現象による正圧波が前記一の気筒２１に到達することがない。言い換えれば、前記他の気筒２１のブローダウン現象による正圧波は、前記一の気筒２１の排気弁２９が閉弁した後に、該一の気筒２１へ到達することになる。
【００８１】
尚、排気弁開弁時期の遅角量は、所定の固定値であってもよく、あるいは、機関回転数に応じて変更される可変値であってもよいが、本実施の形態では、排気弁開弁時期の遅角量が可変値とされる例について述べる。
【００８２】
排気弁開弁時期の遅角量が可変値とされる場合は、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の機関回転数が基準機関回転数より低いことを条件に、機関回転数が低くなるほど遅角量を大きくし、機関回転数が高くなるほど遅角量を小さくする。
【００８３】
具体的には、ＣＰＵ４０１は、先ず、内燃機関１の機関回転数をパラメータとして気筒間排気弁動作間隔：ＴVを算出する。次いで、ＣＰＵ４０１は、前記気筒間排気弁動作間隔：ＴVからブローダウン伝播時間：ＴBを減算して前記気筒間排気弁動作間隔：ＴVと前記ブローダウン伝播時間：ＴBとの時間差：ＴV−ＴBを求め、前記した時間差：ＴV−ＴBが大きくなるほど遅角量を大きくし、前記した時間差：ＴV−ＴBが小さくなるほど遅角量を小さくする。
【００８４】
その際、時間差：ＴV−ＴBと遅角量との相関関係を実験的に求め、それらの関係を予め二次元マップ化してＲＯＭ４０２の所定領域に記憶しておくようにしてもよい。但し、その場合には、ＣＰＵ４０１は、気筒間排気弁動作間隔：ＴV及び時間差：ＴV−ＴBを算出した上で遅角量を算出することになり、ＣＰＵ４０１にかかる負荷が大きくなるので、機関回転数と遅角量との相関関係を実験的に求め、それらの関係を予め二次元マップ化してＲＯＭ４０２の所定領域に記憶させておくことにより、ＣＰＵ４０１にかかる負荷を低減するようにしても良い。
【００８５】
次に、本実施の形態に係るバルブタイミング制御について具体的に述べる。
バルブタイミング制御では、ＣＰＵ４０１は、図８に示すような排気側バルブタイミング制御ルーチンを実行することになる。この排気側バルブタイミング制御ルーチンは、予めＲＯＭ４０２に記憶されているアプリケーションプログラムであり、ＣＰＵ４０１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００８６】
排気側バルブタイミング制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ８０１において、ＲＡＭ４０３へアクセスし、最新の機関回転数（Ｎｅ）を読み出す。
Ｓ８０２では、ＣＰＵ４０１は、ＲＯＭ４０２へアクセスし、予め実験的に求められた基準機関回転数（Ｎｅｓ）を読み出す。
【００８７】
Ｓ８０３では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０１で読み出された機関回転数（Ｎｅ）が前記Ｓ８０２で読み出された基準機関回転数（Ｎｅｓ）以下であるか否かを判別する。
【００８８】
前記Ｓ８０３において前記機関回転数（Ｎｅ）が前記基準機関回転数（Ｎｅｓ）より高いと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、基準排気バルブタイミングにおける気筒間排気弁動作間隔：ＴVがブローダウン伝播時間：ＴBより短くなるとみなし、Ｓ８０７へ進む。
【００８９】
Ｓ８０７では、ＣＰＵ４０１は、基準排気バルブタイミングに従って排気弁２９を開閉動作させるべく排気側電磁駆動機構３１を制御する。
具体的には、ＣＰＵ４０１は、先ず、クランクポジションセンサ５１の出力信号に基づいてクランクシャフト２３の回転角度位置を算出する。続いて、ＣＰＵ４０１は、算出された回転角度位置が基準排気バルブタイミングの排気弁開弁時期と一致した時点（もしくは、ＣＰＵ４０１が制御信号を出力した時点から排気弁２９が実際に開弁動作する時点までの応答遅れ時間の分だけ排気弁開弁時期より早い時点）で、排気側電磁駆動機構３１の第１の電磁コイル３０８に対する励磁電流の印加を停止し、次いで第２の電磁コイル３０９に対する励磁電流の印加を開始する。
【００９０】
また、ＣＰＵ４０１は、クランクシャフト２３の回転角度位置が基準排気バルブタイミングの排気弁閉弁時期と一致した時点（もしくは、ＣＰＵ４０１が制御信号を出力した時点から排気弁２９が実際に閉弁動作する時点までの応答遅れ時間の分だけ排気弁閉弁時期より早い時点）で、排気側電磁駆動機構３１の第２の電磁コイル３０９に対する励磁電流の印加を終了し、次いで第１の電磁コイル３０８のに対する励磁電流の印加を開始する。
【００９１】
この場合、内燃機関１の各気筒２１の排気弁２９は、基準排気バルブタイミングに従って開閉動作し、一の気筒２１の排気弁２９が閉弁する前に他の気筒２１の排気弁２９が開弁することになるが、他の気筒２１の排気弁２９が開弁する時点から一の気筒２１の排気弁２９が閉弁する時点までの時間（すなわち、気筒間排気弁動作間隔：ＴV）は、他の気筒２１のブローダウン現象による正圧波が一の気筒２１へ到達するのに要する時間（すなわち、ブローダウン伝播時間：ＴB）より短くなるため、一の気筒２１の排気弁は、他の気筒２１のブローダウン現象による正圧波が該一の気筒２１へ到達する前に閉弁することになる。
【００９２】
ＣＰＵ４０１は、上記したようなＳ８０７の処理を実行し終えると、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、前記したＳ８０３において前記機関回転数（Ｎｅ）が前記基準機関回転数（Ｎｅｓ）以下であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、基準排気バルブタイミングにおける気筒間排気弁動作間隔：ＴVがブローダウン伝播時間：ＴBより長くなるとみなし、Ｓ８０４へ進む。
【００９３】
Ｓ８０４では、ＣＰＵ４０１は、排気弁開弁時期の遅角量を算出する。その際、ＣＰＵ４０１は、機関回転数と遅角量との相関関係を示す二次元マップを用いて遅角量を算出するようにしてもよく、あるいは、気筒間排気弁動作間隔：ＴVとブローダウン伝播時間：ＴBとの時間差：ＴV−ＴBを算出した上で、その時間差：ＴV−ＴBと遅角量との相関関係を示す二次元マップを用いて遅角量を算出するようにしてもよい。
【００９４】
Ｓ８０５では、ＣＰＵ４０１は、基準排気バルブタイミングの排気弁開弁時期を前記Ｓ８０４で算出された遅角量に従って補正する。
Ｓ８０６では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０５で補正された排気弁開弁時期、及び基準排気バルブタイミングの排気弁閉弁時期に従って排気弁２９を開閉動作させるべく排気側電磁駆動機構３１を制御する。そして、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０６の処理を実行し終えると本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００９５】
この場合、各気筒２１の排気弁開弁時期は、基準排気バルブタイミングの排気弁開弁時期より遅角されるため、内燃機関１の一の気筒２１の排気弁２９が閉弁する前に他の気筒２１のブローダウン現象による正圧波が前記一の気筒２１へ到達することがない。
【００９６】
この結果、内燃機関１の一の気筒２１の排気弁２９が閉弁する直前であって、一の気筒２１が排気行程上死点近傍にあるときには、一の気筒２１内に残留していた既燃ガスの略全てが排気の慣性力を受けて該一の気筒２１内から排気ポート２７へ引き出されることになり、一の気筒２１の排気効率が向上する。
【００９７】
更に、排気弁２９が閉弁する直前の気筒２１において既燃ガスの略全てが排出されると、排気弁２９が閉弁する時点で気筒２１内の圧力が負圧となるため、続く吸気行程における吸気の充填効率が向上し、内燃機関１の出力を高めることが可能となる。
【００９８】
尚、排気弁２９の開弁時期が排気行程下死点後に遅角されると、排気行程下死点から排気弁２９が開弁されるまでの期間において内燃機関１が気筒２１内の既燃ガスを圧縮する仕事を行うこととなり、それによって機関出力の一部が損失されることになるが、排気弁開弁時期の遅角量を必要最小限に抑えることにより、排気弁開弁時期の遅角に起因した機関出力の損失量に比して、吸気の充填効率向上による機関出力の増大量を大きくすることが可能となる。
【００９９】
以上述べたようにＣＰＵ４０１が排気側バルブタイミング制御ルーチンを実行することにより、本発明にかかるバルブタイミング制御手段が実現されることになる。
【０１００】
従って、本実施の形態に係る内燃機関１によれば、一の気筒２１が排気行程上死点近傍にあるとき、つまり一の気筒２１が排気行程の終了間際にあるときに、他の気筒２１のブローダウン現象による正圧波が前記１の気筒２１へ伝播することがなくなるため、一の気筒２１へ排気が逆流することがなく、排気効率の向上と吸気の充填効率向上とを図ることが可能となり、以て内燃機関１の出力を向上させることができる。
【０１０１】
尚、本実施の形態では、直列４気筒の４サイクル内燃機関を例に挙げたが、これに限られるものではなく、直列６気筒の４サイクル内燃機関１であってもよい。要は、複数気筒のうちの一の気筒が排気行程上死点近傍にあるときに他の気筒が排気行程下死点となる内燃機関であればよい。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関によれば、複数の気筒の中の一の気筒が排気上死点となるとき又は排気行程上死点の直前となるときに他の気筒が排気行程下死点となる内燃機関において、他の気筒の排気弁が開弁した際に発生する圧力波が一の気筒へ伝播する時期と一の気筒が排気上死点近傍となる時期とを異ならせることが可能となるため、一の気筒が排気上死点近傍にあるときに、他の気筒のブローダウン現象による正圧波が前記一の気筒へ伝播されることがなくなる。
【０１０３】
この結果、一の気筒が排気行程上死点近傍にあるとき、言い換えれば一の気筒が排気行程の終了間際にあるときに、一の気筒内に残留していた既燃ガスの略全ては、排気の慣性力を受けて排出されることとなり、既燃ガスが気筒内に残留することがなく、以て吸気行程における吸気の充填効率を向上させ、内燃機関の出力を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の一実施態様を示す平面図
【図２】本発明に係る内燃機関の一実施態様を示す断面図
【図３】排気側電磁駆動機構の構成を示す断面図
【図４】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図５】内燃機関のサイクルを示すタイミングチャート図
【図６】基準排気バルブタイミングにおいてブローダウン現象による正圧波が伝播するタイミングを示す図
【図７】排気弁開弁時期が遅角された場合においてブローダウン現象による正圧波が伝播するタイミングを示す図
【図８】排気側バルブタイミング制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２０・・・ＥＣＵ
２６・・・吸気ポート
２７・・・排気ポート
２８・・・吸気弁
２９・・・排気弁
３０・・・吸気側電磁駆動機構
３１・・・排気側電磁駆動機構
３３・・・吸気枝管
３４・・・サージタンク
３５・・・吸気管
３６・・・エアクリーナボックス
３９・・・スロットル弁
４０・・・スロットル用アクチュエータ
４１・・・スロットルポジションセンサ
４２・・・アクセルペダル
４３・・・アクセルポジションセンサ
５１・・・クランクポジションセンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and more particularly to an internal combustion engine equipped with an electromagnetically driven valve mechanism that opens and closes an exhaust valve using electromagnetic force.
[0002]
[Prior art]
In recent years, internal combustion engines mounted on automobiles and the like have intake and exhaust valve opening / closing timings to prevent mechanical loss due to intake / exhaust valve opening / closing drive, to prevent intake pumping loss, and to improve net thermal efficiency. Development of a valve mechanism that can arbitrarily change the above is underway.
[0003]
As the valve operating mechanism described above, for example, an armature made of a magnetic material that moves forward and backward in conjunction with the intake and exhaust valves, and a valve closing electromagnet that attracts the armature in the valve closing direction when an excitation current is applied, A valve-opening electromagnet that attracts the armature in the valve-opening direction when an exciting current is applied, a valve-closing return spring that biases the armature in the valve-closing direction, and biases the armature in the valve-opening direction. 2. Description of the Related Art An electromagnetically driven valve mechanism that includes a valve opening side return spring is known.
[0004]
According to such an electromagnetically driven valve mechanism, there is no need to open and close the intake / exhaust valve using the rotational force of the engine output shaft (crankshaft) unlike the conventional valve mechanism, so the engine output shaft Loss of engine output due to driving of the intake / exhaust valve due to is prevented.
[0005]
Furthermore, according to the electromagnetically driven valve mechanism as described above, it is not necessary to open and close the intake / exhaust valve in conjunction with the rotation of the engine output shaft unlike the conventional valve mechanism, and the valve opening electromagnet is closed. By changing the timing of applying the exciting current to the valve electromagnet, the intake and exhaust valves can be opened and closed at any time, so the intake air amount of each cylinder can be controlled without using the intake throttle valve (throttle valve) It becomes possible to do. As a result, intake pumping loss due to the throttle valve is suppressed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the four-cycle internal combustion engine, the exhaust valve is opened at the bottom dead center of the exhaust stroke of each cylinder so that the combustion pressure generated by the combustion of the air-fuel mixture is effectively reflected in the rotational torque of the engine output shaft (crankshaft). In order to improve the exhaust efficiency by utilizing the inertia force of the exhaust, it is preferable to close the exhaust valve immediately after the top dead center of the exhaust stroke of each cylinder.
[0007]
When one of the plurality of cylinders is at the exhaust stroke top dead center or just before the exhaust stroke top dead center, such as in-line 4-cylinder or in-line 6-cylinder 4-cycle internal combustion engine, When the cylinder is applied to an internal combustion engine whose exhaust stroke is at the bottom dead center, the exhaust valve of another cylinder is opened immediately before the exhaust valve of one cylinder is closed.
[0008]
Here, immediately after the exhaust valve is opened in each cylinder of the internal combustion engine, the pressure difference between the cylinder and the exhaust passage is large, so that the burned gas in the cylinder is jetted into the exhaust passage all at once at the speed of sound. A down phenomenon occurs, and an exhaust pressure wave (positive pressure wave) due to the blow-down phenomenon is propagated to other cylinders through the exhaust passage.
[0009]
For this reason, when the valve timing described above is applied to an in-line 4-cylinder or in-line 6-cylinder 4-cycle internal combustion engine, when one cylinder is near the top dead center of the exhaust stroke, A pressure wave may reach the one cylinder.
[0010]
By the way, when one cylinder is near the exhaust stroke top dead center, in other words, when one cylinder is just before the end of the exhaust stroke, the pressure difference between the cylinder and the exhaust passage becomes small. When a positive pressure wave due to the blowdown phenomenon of another cylinder is propagated to the one cylinder, the pressure in the exhaust passage becomes higher than the pressure in the cylinder, and the exhaust in the exhaust passage may flow back into the cylinder. .
[0011]
If exhaust flows back into the cylinder just before the end of the exhaust stroke, the exhaust remains in the cylinder even after the exhaust stroke ends, and the intake charge efficiency in the subsequent intake stroke decreases, resulting in a decrease in the output of the internal combustion engine. There is a risk of doing.
[0012]
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and in an internal combustion engine having an electromagnetically driven valve mechanism that opens and closes an exhaust valve using electromagnetic force, exhaust caused by a blowdown phenomenon is provided. An object of the present invention is to improve the charging efficiency of intake air by providing a technique for suppressing the decrease in efficiency.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, an internal combustion engine according to the present invention includes a plurality of cylinders and an electromagnetically driven valve mechanism that opens and closes an exhaust valve of each cylinder using electromagnetic force, and one cylinder among the plurality of cylinders In the internal combustion engine in which the other cylinders become the exhaust stroke bottom dead center when the exhaust top dead center or just before the exhaust stroke top dead center,
The electromagnetically driven operation is performed so that the timing at which the pressure wave generated when the exhaust valve of the other cylinder is opened propagates to the one cylinder and the timing at which the one cylinder is near the exhaust top dead center. A valve timing control means for controlling the valve mechanism is provided.
[0014]
In the internal combustion engine configured as described above, the valve timing control means includes a pressure wave (blow-down phenomenon) generated when one cylinder is near the top dead center of the exhaust stroke and when the exhaust valve of another cylinder is opened. Thus, the electromagnetically driven valve mechanism is controlled so that the time at which the positive pressure wave) propagates to one cylinder is different.
[0015]
In this case, the positive pressure wave due to the blow-down phenomenon that occurs when the exhaust valve of the other cylinder is opened is not propagated to the one cylinder when the one cylinder is near the exhaust top dead center. The pressure in the exhaust passage does not become higher than the pressure in the one cylinder, and the exhaust in the exhaust passage does not flow back into the one cylinder.
[0016]
As a result, immediately after the exhaust stroke of the one cylinder is completed, the burnt gas in the one cylinder is discharged to the exhaust passage by the inertia force of the exhaust, so that the exhaust remains in the one cylinder. Therefore, the intake charging efficiency is improved in the intake stroke of the one cylinder.
[0017]
In the internal combustion engine according to the present invention, the valve timing control means may control the electromagnetically driven valve mechanism so as to delay, for example, the timing at which the exhaust valves of the other cylinders open by a predetermined amount. .
[0018]
In this case, the timing of generating the positive pressure wave due to the blowdown phenomenon is delayed by delaying the exhaust valve opening timing of the other cylinders, so the timing when the positive pressure wave reaches the one cylinder is It is after the exhaust stroke top dead center and after the exhaust valve of one cylinder is closed.
[0019]
As a result, the positive pressure wave due to the blow-down phenomenon generated in the other cylinder is not propagated to the one cylinder just before the exhaust valve of the one cylinder is closed.
The predetermined amount may be determined based on the relative difference between the propagation speed of the positive pressure wave caused by the blowdown phenomenon generated in another cylinder and the engine speed of the internal combustion engine.
[0020]
This is because the opening / closing timing of the exhaust valve in the internal combustion engine is specified by the rotational angle position of the crankshaft which is the engine output shaft, so the time between the exhaust valve closing timing of one cylinder and the exhaust valve closing timing of the other cylinders This is because the normal interval changes according to the engine speed, but the propagation speed of the positive pressure wave due to the blow-down phenomenon is substantially constant at the sound speed.
[0021]
Further, the internal combustion engine according to the present invention, that is, when one cylinder among a plurality of cylinders becomes exhaust top dead center or immediately before exhaust stroke top dead center, the other cylinders become exhaust stroke bottom dead center. Examples of the internal combustion engine include an in-line 4-cylinder 4-cycle internal combustion engine and an in-line 6-cylinder 4-cycle internal combustion engine.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
1 and 2 are diagrams showing a schematic configuration of an internal combustion engine and an intake / exhaust system thereof according to the present embodiment. The internal combustion engine 1 shown in FIGS. 1 and 2 is an in-line four-cylinder four-cycle gasoline engine having four cylinders 21.
[0024]
The internal combustion engine 1 includes a cylinder block 1b in which four cylinders 21 and a cooling water channel 1c are formed, and a cylinder head 1a fixed to the upper portion of the cylinder block 1b.
[0025]
A crankshaft 23 serving as an engine output shaft is rotatably supported on the cylinder block 1b. The crankshaft 23 is connected to a piston 22 slidably loaded in each cylinder 21.
[0026]
A combustion chamber 24 surrounded by the top surface of the piston 22 and the wall surface of the cylinder head 1 a is formed above the piston 22 of each cylinder 21. An ignition plug 25 is attached to the cylinder head 1a so as to face the combustion chamber 24, and an igniter 25a for applying a drive current to the ignition plug 25 is connected to the ignition plug 25.
[0027]
The cylinder head 1 a is formed with the opening ends of the two intake ports 26 and the opening ends of the two exhaust ports 27 facing the combustion chamber 24, and the fuel injection valve so that the injection holes thereof face the intake port 26. 32 is attached.
[0028]
The cylinder head 1a is provided with an intake valve 28 that opens and closes each open end of the intake port 26 so as to freely advance and retract. Each intake valve 28 is attached with an electromagnetic drive mechanism 30 (hereinafter referred to as an intake-side electromagnetic drive mechanism 30) that drives the intake valve 28 back and forth using an electromagnetic force generated when an excitation current is applied. ing.
[0029]
The cylinder head 1a is provided with an exhaust valve 29 that opens and closes each open end of the exhaust port 27 so as to freely advance and retract. Each exhaust valve 29 is attached with an electromagnetic drive mechanism 31 (hereinafter referred to as an exhaust-side electromagnetic drive mechanism 31) that drives the exhaust valve 29 forward and backward using an electromagnetic force generated when an excitation current is applied. ing.
[0030]
Here, specific configurations of the intake-side electromagnetic drive mechanism 30 and the exhaust-side electromagnetic drive mechanism 31 will be described. Since the intake side electromagnetic drive mechanism 30 and the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 have the same configuration, only the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 will be described as an example.
[0031]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31. In FIG. 3, the cylinder head 1 a of the internal combustion engine 1 includes a lower head 10 fixed to the upper surface of the cylinder block 1 b and an upper head 11 provided on the upper portion of the lower head 10.
[0032]
An exhaust port 27 corresponding to each cylinder 21 is formed in the lower head 10, and a valve seat 12 for seating a valve body 29 a of the exhaust valve 29 is formed at the opening end of each exhaust port 27 on the combustion chamber 24 side. Is provided.
[0033]
The lower head 10 is formed with a through hole having a circular cross section from the inner wall surface of each exhaust port 27 to the upper surface of the lower head 10, and the valve shaft 29 b of the exhaust valve 29 inserted through the through hole is advanced and retracted in the through hole. A cylindrical valve guide 13 that is freely held is inserted.
[0034]
The upper head 11 is provided with a core mounting hole 14 having a circular cross section into which the first core 301 and the second core 302 are fitted, and the core mounting hole 14 is located at the same axis as the valve guide 13. The lower portion of the core mounting hole 14 is formed with a large diameter, and includes an upper small diameter portion 14a and a lower large diameter portion 14b.
[0035]
An annular first core 301 and second core 302 made of a soft magnetic material are fitted in the small diameter portion 14a in series in the axial direction with a predetermined gap 303 interposed therebetween. The upper end of the first core 301 and the lower end of the second core 302 are respectively formed with a flange 301a and a flange 302a. The first core 301 is from above and the second core 302 is from below the core mounting holes. 14 and the flanges 301a and 302a abut against the edge of the core mounting hole 14, whereby the first core 301 and the second core 302 are positioned, and the gap 303 is held at a predetermined distance. It is like that.
[0036]
A cylindrical upper cap 305 is provided above the first core 301. The upper cap 305 is fixed to the upper surface of the upper head 11 by passing a bolt 304 through a flange portion 305a formed at the lower end thereof. In this case, the lower end of the upper cap 305 including the flange portion 305 a is fixed in a state where the lower end of the upper cap 305 is in contact with the peripheral edge of the upper surface of the first core 301, and as a result, the first core 301 is fixed to the upper head 11. become.
[0037]
On the other hand, a lower cap 307 made of an annular body having an outer diameter substantially the same diameter as the large-diameter portion 14 b of the core mounting hole 14 is provided at the lower portion of the second core 302. A bolt 307 passes through the lower cap 307, and is fixed to the downward step surface of the step portion of the small diameter portion 14a and the large diameter portion 14b by the bolt 307. In this case, the lower cap 307 is fixed in a state where the lower cap 307 is in contact with the peripheral surface of the lower surface of the first core 302, and as a result, the second core 302 is fixed to the upper head 11.
[0038]
A first electromagnetic coil 308 is gripped in the groove formed on the surface of the first core 301 on the gap 303 side, and the groove formed on the surface of the second core 302 on the surface of the gap 303 is The second electromagnetic coil 309 is gripped. At this time, the first electromagnetic coil 308 and the second electromagnetic coil 309 are arranged at positions facing each other with the gap 303 therebetween.
[0039]
An armature 311 made of an annular soft magnetic material having an outer diameter smaller than the inner diameter of the gap 303 is disposed in the gap 303. A columnar armature shaft 310 extending in the vertical direction along the axis of the armature 311 is fixed to the hollow portion of the armature 311. The armature shaft 311 has an upper end passing through the hollow portion of the first core 301 and reaching the upper cap 305 above it, and a lower end passing through the hollow portion of the second core 302 and a large diameter portion below it. 14b, and is held by the first core 301 and the second core 302 so as to be movable back and forth in the axial direction.
[0040]
A disk-shaped upper retainer 312 is joined to the upper end of the armature shaft 310 extending into the upper cap 305, and an adjustment bolt 313 is screwed into the upper opening of the upper cap 305. An upper spring 314 is interposed between the upper retainer 312 and the adjusting bolt 313. A spring seat 315 having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the upper cap 305 is interposed on the contact surface between the adjustment bolt 313 and the upper spring 314.
[0041]
On the other hand, the upper end portion of the valve shaft 29b of the exhaust valve 29 is in contact with the lower end portion of the armature shaft 310 extending into the large diameter portion 12b. A disc-shaped lower retainer 29c is joined to the outer periphery of the upper end portion of the valve shaft 29b, and a lower spring 316 is interposed between the lower surface of the lower retainer 29c and the upper surface of the lower head 10.
[0042]
In the exhaust-side electromagnetic drive mechanism 31 configured as described above, when no excitation current is applied to the first electromagnetic coil 308 and the second electromagnetic coil 309, the upper spring 314 moves downward from the armature shaft 310. An urging force in the direction of opening the exhaust valve 29 (that is, the direction in which the exhaust valve 29 is opened) acts, and an urging force in the upward direction from the lower spring 316 (that is, the direction in which the exhaust valve 29 is closed) is exerted. As a result, the armature shaft 310 and the exhaust valve 29 are held in contact with each other and elastically supported at a predetermined position, that is, in a so-called neutral state.
[0043]
The urging force of the upper spring 314 and the lower spring 316 is set so that the neutral position of the armature 311 coincides with an intermediate position between the first core 301 and the second core 302 in the gap 303. When the neutral position of the armature 311 is deviated from the above-described intermediate position due to initial tolerance or aging of components, the adjustment bolt 313 can be adjusted so that the neutral position of the armature 311 matches the above-described intermediate position. It has become.
[0044]
Further, the axial lengths of the armature shaft 310 and the valve shaft 29b are such that when the armature 311 is positioned at an intermediate position of the gap 303, the valve body 29a is fully opened and fully closed. And an intermediate position (hereinafter referred to as a middle open position).
[0045]
In the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 described above, when an excitation current is applied to the first electromagnetic coil 308, the armature 311 is placed between the first core 301, the first electromagnetic coil 308, and the armature 311. When an electromagnetic force in a direction to be displaced toward the 301 side is generated and an excitation current is applied to the second electromagnetic coil 309, the armature 311 is placed between the second core 302, the second electromagnetic coil 309, and the armature 311. An electromagnetic force is generated in a direction to be displaced toward the second core 302 side.
[0046]
Therefore, in the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 described above, the excitation current is alternately applied to the first electromagnetic coil 308 and the second electromagnetic coil 309, so that the armature 311 moves forward and backward, thereby causing the valve element 29a. Is driven to open and close. At that time, the opening / closing timing of the exhaust valve 29 can be controlled by changing the excitation current application timing and the excitation current magnitude for the first electromagnetic coil 308 and the second electromagnetic coil 309.
[0047]
Here, returning to FIGS. 1 and 2, an intake branch pipe 33 including four branch pipes is connected to the cylinder head 1 a of the internal combustion engine 1, and an intake port 26 of each cylinder 21 is connected to each of the intake branch pipes 33. It communicates with the branch pipe.
[0048]
The intake branch pipe 33 is connected to a surge tank 34 for suppressing intake air pulsation. An intake pipe 35 is connected to the surge tank 34. The intake pipe 35 is connected to an air cleaner box 36 for removing dust and dirt in the intake air.
[0049]
An air flow meter 44 that outputs an electric signal corresponding to the mass of air flowing through the intake pipe 35 (intake air mass) is attached to the intake pipe 35. A throttle valve 39 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 35 is provided in a portion of the intake pipe 35 downstream of the air flow meter 44.
[0050]
The throttle valve 39 is composed of a stepper motor or the like, and a throttle actuator 40 that opens and closes the throttle valve 39 according to the magnitude of applied power, and a throttle that outputs an electrical signal corresponding to the opening of the throttle valve 39. A position sensor 41 and an accelerator position sensor 43 that is mechanically connected to the accelerator pedal 42 and outputs an electric signal corresponding to the operation amount of the accelerator pedal 42 are attached.
[0051]
On the other hand, the internal combustion engine 1 is connected to an exhaust branch pipe 45 formed so that four branch pipes merge with a single collecting pipe immediately downstream of the internal combustion engine 1, and an exhaust port 27 of each cylinder 21 is connected. The exhaust branch pipe 45 communicates with each branch pipe.
[0052]
The collecting pipe of the exhaust branch pipe 45 is connected to the exhaust purification catalyst 46. An exhaust pipe 47 is connected to the exhaust purification catalyst 46, and the exhaust pipe 47 is connected to a muffler (not shown) downstream.
[0053]
An air-fuel ratio sensor that outputs an electric signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust flowing through the exhaust branch pipe 45, in other words, the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the exhaust purification catalyst 46, is provided in the collecting pipe of the exhaust branch pipe 45. 48 is attached.
[0054]
The exhaust purification catalyst 46 is, for example, a hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (HC) contained in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 46 is a predetermined air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. CO), a three-way catalyst for purifying nitrogen oxide (NOx), and when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 46 is a lean air-fuel ratio, it stores the nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, the storage reduction type NOx catalyst that reduces and purifies while releasing the stored nitrogen oxide (NOx) flows into the exhaust purification catalyst 46. A selective reduction type NOx catalyst for reducing and purifying nitrogen oxide (NOx) in exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust is in an oxygen-excess state and a predetermined reducing agent is present, or a combination of the above-mentioned various catalysts as appropriate Is a catalyst .
[0055]
The internal combustion engine 1 includes a crank position sensor 51 including a timing rotor 51a attached to an end of the crankshaft 23 and an electromagnetic pickup 51b attached to a cylinder block 1b in the vicinity of the timing rotor 51a. And a water temperature sensor 52 attached to the cylinder block 1b so as to detect the temperature of the cooling water flowing through the cooling water passage 1c.
[0056]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 20 for controlling the operating state of the internal combustion engine 1.
[0057]
Various sensors such as a throttle position sensor 41, an accelerator position sensor 43, an air flow meter 44, an air-fuel ratio sensor 48, a crank position sensor 51, a water temperature sensor 52, and the like are connected to the ECU 20 through electric wiring, and output signals of the respective sensors. Is input to the ECU 20.
[0058]
The ECU 20 is connected to an igniter 25a, an intake-side electromagnetic drive mechanism 30, an exhaust-side electromagnetic drive mechanism 31, a fuel injection valve 32, a throttle actuator 40, and the like via electrical wiring, and the ECU 20 outputs output signal values of various sensors. As parameters, the igniter 25a, the intake side electromagnetic drive mechanism 30, the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31, the fuel injection valve 32, and the throttle actuator 40 can be controlled.
[0059]
Here, as shown in FIG. 4, the ECU 20 includes a CPU 401, a ROM 402, a RAM 403, a backup RAM 404, an input port 405, and an output port 406 that are connected to each other via a bidirectional bus 400. A connected A / D converter (A / D) 407 is provided.
[0060]
The A / D 407 is connected to sensors that output signals in the form of analog signals, such as a throttle position sensor 41, an accelerator position sensor 43, an air flow meter 44, an air-fuel ratio sensor 48, a water temperature sensor 52, etc., through electrical wiring. Yes. The A / D 407 converts the output signal of each sensor described above from an analog signal format to a digital signal format and transmits the converted signal to the input port 405.
[0061]
The input port 405 is connected to a sensor that outputs an analog signal format signal such as the throttle position sensor 41, the accelerator position sensor 43, the air flow meter 44, the air-fuel ratio sensor 48, the water temperature sensor 52, and the A / D 407. And is directly connected to a sensor that outputs a signal in the form of a digital signal, such as the crank position sensor 51.
[0062]
The input port 405 inputs output signals of various sensors directly or via the A / D 407 and transmits these output signals to the CPU 401 and the RAM 403 via the bidirectional bus 400.
[0063]
The output port 406 is connected to the igniter 25a, the intake side electromagnetic drive mechanism 30, the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31, the fuel injection valve 32, the throttle actuator 40, and the like through electrical wiring.
[0064]
The output port 406 receives a control signal output from the CPU 401 via the bidirectional bus 400, and the control signal is input to the igniter 25a, the intake side electromagnetic drive mechanism 30, the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31, and the fuel injection valve 32. Or to the actuator 40 for throttle.
[0065]
The ROM 402 opens and closes the fuel injection amount control routine for determining the fuel injection amount, the fuel injection timing control routine for determining the fuel injection timing, and the intake valve 28 according to desired target valve opening timing and target valve closing timing. Intake valve opening / closing control routine for exhaust, exhaust valve opening / closing control routine for opening / closing the exhaust valve 29 in accordance with desired target valve opening timing and target valve closing timing, ignition for determining the ignition timing of the spark plug 25 of each cylinder 21 Application programs such as a timing control routine and a throttle opening control routine for determining the opening of the throttle valve 39 are stored.
[0066]
The ROM 402 stores various control maps in addition to the application programs described above. The above-described control map is, for example, a fuel injection amount control map showing the relationship between the operation state of the internal combustion engine 1 and the fuel injection amount, a fuel injection timing control map showing the relationship between the operation state of the internal combustion engine 1 and the fuel injection timing, Intake valve opening / closing timing control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target opening / closing timing of the intake valve 28, and the exhaust valve opening / closing timing control showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target opening / closing timing of the exhaust valve 29 Map, excitation current amount control map showing the relationship between the operation state of the internal combustion engine 1 and the excitation current amount to be applied to the intake side electromagnetic drive mechanism 30 and the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31, the operation state of the internal combustion engine 1 and each spark plug 25 is an ignition timing control map showing a relationship with the ignition timing of 25, a throttle opening degree control map showing a relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the opening degree of the throttle valve 39, and the like.
[0067]
The RAM 403 stores output signals of the sensors, calculation results of the CPU 401, and the like. The calculation result is, for example, the engine speed calculated based on the output signal of the crank position sensor 51. Various data stored in the RAM 403 is rewritten to the latest data every time the crank position sensor 51 outputs a signal.
[0068]
The backup RAM 45 is a non-volatile memory that retains data even after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped, and stores learning values and the like related to various controls.
The CPU 401 operates according to an application program stored in the ROM 402, and executes fuel injection control, intake valve opening / closing control, exhaust valve opening / closing control, and ignition control, and also performs valve timing control that is the gist of the present invention.
[0069]
Hereinafter, the valve timing control according to the present embodiment will be described.
In a four-cycle internal combustion engine, the exhaust valve opening timing is set at the bottom dead center of the exhaust stroke so that the combustion pressure generated by the combustion of the air-fuel mixture is effectively reflected in the rotational torque of the crankshaft, and the inertial force of the exhaust It is preferable to set the closing timing of the exhaust valve after the top dead center of the exhaust stroke in order to improve exhaust efficiency using In the following, the valve timing at which the exhaust valve opening timing becomes the exhaust stroke bottom dead center and the exhaust valve closing timing after the exhaust stroke top dead center is referred to as the reference exhaust valve timing.
[0070]
By the way, since the internal combustion engine 1 is an in-line four-cylinder four-cycle internal combustion engine, the ignition interval between the cylinders is 180 ° CA, and the exhaust stroke top dead center of one of the four cylinders 21 and other cylinders. The exhaust stroke bottom dead center of the cylinder 21 (the cylinder 21 next to the cylinder 21 with the one ignition order) is synchronized.
[0071]
For example, when the ignition order of the internal combustion engine 1 is the order of the first cylinder, the third cylinder, the fourth cylinder, and the second cylinder, as shown in FIG. 5, when the first cylinder becomes the top dead center of the exhaust stroke. When the third cylinder is at the exhaust stroke bottom dead center, the third cylinder is at the exhaust stroke top dead center, the fourth cylinder is at the exhaust stroke bottom dead center, and the second cylinder is at the exhaust stroke top dead center. The No. 1 cylinder becomes the exhaust stroke bottom dead center, and the No. 1 cylinder becomes the exhaust stroke bottom dead center when the No. 2 cylinder becomes the exhaust stroke top dead center.
[0072]
For this reason, when the reference exhaust valve timing is applied in the internal combustion engine 1, the exhaust valves 29 of the other cylinders 21 are opened before the exhaust valve 29 of one cylinder 21 is closed.
[0073]
Immediately after the exhaust valves 29 of the other cylinders 21 are opened, a burn-down phenomenon occurs in which the burned gas in the other cylinders 21 is simultaneously ejected to the exhaust branch pipe 45 at the speed of sound. The pressure wave propagates to the exhaust port 27 of one cylinder 21 through the exhaust branch pipe 45.
[0074]
When a positive pressure wave due to a blow-down phenomenon of the other cylinder 21 is propagated to the exhaust port 27 of one cylinder 21, the pressure in the exhaust port 27 increases rapidly as shown in FIG. At that time, if the exhaust valve 29 of one cylinder 21 is not closed, the exhaust gas flows backward from the exhaust port 27 into the cylinder 21 and exhaust efficiency deteriorates.
[0075]
In particular, in an internal combustion engine having an exhaust branch pipe formed so that four branch pipes merge into one collecting pipe immediately downstream of the internal combustion engine, such as the exhaust branch pipe 45 exemplified in the present embodiment, Since the distance of the exhaust passage from another cylinder to the one cylinder is shortened, there is a high possibility that the positive pressure wave due to the blowdown phenomenon of the other cylinder propagates to the one cylinder before the exhaust valve of the one cylinder is closed. Become.
[0076]
On the other hand, since the propagation speed of the positive pressure wave due to the blowdown phenomenon is substantially constant at the sound speed, the time required for the positive pressure wave due to the blowdown phenomenon of the other cylinders 21 to reach one cylinder 21 (hereinafter referred to as blowdown propagation time). : Referred to as TB) becomes substantially constant.
[0077]
On the other hand, the time interval between the exhaust valve opening timing of the other cylinder 21 and the exhaust valve closing timing of one cylinder 21 at the reference exhaust valve timing (hereinafter referred to as inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV). Changes according to the engine speed (engine speed). For example, the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV becomes longer as the engine speed of the internal combustion engine 1 becomes lower, and the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV becomes shorter as the engine speed of the internal combustion engine 1 becomes higher.
[0078]
Therefore, in the present embodiment, with respect to the internal combustion engine 1, an engine speed (hereinafter referred to as a reference engine speed) at which the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV and blowdown propagation time: TB are equal is experimentally determined in advance. The CPU 401 determines that the exhaust valve opening timing of each cylinder 21 is the exhaust valve opening timing (exhaust stroke bottom dead) of the reference exhaust valve timing when the engine speed of the internal combustion engine 1 is equal to or less than the reference engine speed. Point) is delayed by a predetermined amount.
[0079]
When the exhaust valve opening timing is thus retarded, the blowdown phenomenon occurs at a later timing than when the exhaust valve 29 opens according to the reference exhaust valve timing.
[0080]
At this time, the CPU 401 optimizes the retard amount of the exhaust valve opening timing, and as shown in FIG. 7, before the exhaust valve 29 of one cylinder 21 of the internal combustion engine 1 is closed, other cylinders are closed. The positive pressure wave due to the blowdown phenomenon 21 does not reach the one cylinder 21. In other words, the positive pressure wave due to the blow-down phenomenon of the other cylinder 21 reaches the one cylinder 21 after the exhaust valve 29 of the one cylinder 21 is closed.
[0081]
The retard amount of the exhaust valve opening timing may be a predetermined fixed value, or may be a variable value that is changed according to the engine speed. An example in which the amount of retardation of the valve opening timing is a variable value will be described.
[0082]
When the retard amount of the exhaust valve opening timing is a variable value, the CPU 401 sets the retard amount as the engine speed decreases, on the condition that the engine speed of the internal combustion engine 1 is lower than the reference engine speed. Increase the value and decrease the retard amount as the engine speed increases.
[0083]
Specifically, the CPU 401 first calculates an inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV using the engine speed of the internal combustion engine 1 as a parameter. Next, the CPU 401 subtracts the blow-down propagation time: TB from the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV to obtain the time difference: TV−TB between the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV and the blow-down propagation time: TB. The retardation amount is increased as the time difference: TV-TB increases, and the retardation amount is decreased as the time difference: TV-TB decreases.
[0084]
At this time, the correlation between the time difference: TV-TB and the amount of retardation may be experimentally obtained, and these relationships may be converted into a two-dimensional map and stored in a predetermined area of the ROM 402 in advance. However, in this case, the CPU 401 calculates the retard amount after calculating the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV and the time difference: TV-TB, and the load on the CPU 401 increases, so the engine speed increases. The load on the CPU 401 may be reduced by experimentally determining the correlation between the number and the retard amount, and preliminarily storing the relationship in a two-dimensional map and storing it in a predetermined area of the ROM 402.
[0085]
Next, the valve timing control according to the present embodiment will be specifically described.
In the valve timing control, the CPU 401 executes an exhaust side valve timing control routine as shown in FIG. This exhaust valve timing control routine is an application program stored in advance in the ROM 402, and is a routine that is repeatedly executed by the CPU 401 every predetermined time (for example, every time the crank position sensor 51 outputs a pulse signal).
[0086]
In the exhaust side valve timing control routine, first, in step S801, the CPU 401 accesses the RAM 403 and reads the latest engine speed (Ne).
In step S <b> 802, the CPU 401 accesses the ROM 402 and reads a reference engine speed (Nes) obtained experimentally in advance.
[0087]
In S803, the CPU 401 determines whether or not the engine speed (Ne) read in S801 is equal to or less than the reference engine speed (Nes) read in S802.
[0088]
If it is determined in S803 that the engine speed (Ne) is higher than the reference engine speed (Nes), the CPU 401 determines that the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV at the reference exhaust valve timing is blowdown propagation time: TB. It is considered that the time is shorter, and the process proceeds to S807.
[0089]
In S807, the CPU 401 controls the exhaust-side electromagnetic drive mechanism 31 to open / close the exhaust valve 29 according to the reference exhaust valve timing.
Specifically, the CPU 401 first calculates the rotational angle position of the crankshaft 23 based on the output signal of the crank position sensor 51. Subsequently, the CPU 401 determines when the calculated rotation angle position coincides with the exhaust valve opening timing at the reference exhaust valve timing (or when the exhaust valve 29 actually opens from the time when the CPU 401 outputs the control signal). At the time earlier than the exhaust valve opening timing by the response delay time until the exhaust valve opening timing), the application of the excitation current to the first electromagnetic coil 308 of the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 is stopped, and then the excitation to the second electromagnetic coil 309 is performed. Start applying current.
[0090]
Further, the CPU 401 determines when the rotation angle position of the crankshaft 23 coincides with the exhaust valve closing timing of the reference exhaust valve timing (or when the exhaust valve 29 actually performs the closing operation from the time when the CPU 401 outputs the control signal. Application of the excitation current to the second electromagnetic coil 309 of the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 is terminated at a time earlier than the exhaust valve closing timing by the response delay time until Start applying excitation current.
[0091]
In this case, the exhaust valve 29 of each cylinder 21 of the internal combustion engine 1 opens and closes according to the reference exhaust valve timing, and the exhaust valve 29 of the other cylinder 21 opens before the exhaust valve 29 of one cylinder 21 closes. However, the time from when the exhaust valve 29 of the other cylinder 21 opens to the time when the exhaust valve 29 of one cylinder 21 closes (that is, the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV) is Since the time required for the positive pressure wave due to the blowdown phenomenon of the other cylinder 21 to reach one cylinder 21 (ie, blowdown propagation time: TB) is shorter, the exhaust valve of one cylinder 21 The positive pressure wave due to the blowdown phenomenon 21 is closed before reaching the one cylinder 21.
[0092]
When the CPU 401 finishes executing the processing of S807 as described above, the CPU 401 once ends the execution of this routine.
On the other hand, if it is determined in S803 that the engine speed (Ne) is equal to or less than the reference engine speed (Nes), the CPU 401 blows down the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV at the reference exhaust valve timing. Propagation time: considered to be longer than TB, and proceeds to S804.
[0093]
In S804, the CPU 401 calculates the retard amount of the exhaust valve opening timing. At that time, the CPU 401 may calculate the retard amount using a two-dimensional map indicating the correlation between the engine speed and the retard amount, or the inter-cylinder exhaust valve operation interval: TV and blowdown. Propagation time: Time difference from TB: After calculating TV-TB, the amount of retardation may be calculated using a two-dimensional map showing the correlation between the time difference: TV-TB and the amount of retardation. .
[0094]
In step S805, the CPU 401 corrects the exhaust valve opening timing of the reference exhaust valve timing according to the retard amount calculated in step S804.
In S806, the CPU 401 controls the exhaust-side electromagnetic drive mechanism 31 to open and close the exhaust valve 29 according to the exhaust valve opening timing corrected in S805 and the exhaust valve closing timing of the reference exhaust valve timing. Then, when the CPU 401 finishes executing the process of S806, the execution of this routine is once ended.
[0095]
In this case, the exhaust valve opening timing of each cylinder 21 is retarded from the exhaust valve opening timing of the reference exhaust valve timing, so that before the exhaust valve 29 of one cylinder 21 of the internal combustion engine 1 closes, The positive pressure wave due to the blowdown phenomenon of the cylinder 21 does not reach the one cylinder 21.
[0096]
As a result, immediately before the exhaust valve 29 of the one cylinder 21 of the internal combustion engine 1 is closed and when the one cylinder 21 is in the vicinity of the top dead center of the exhaust stroke, the remaining in the one cylinder 21 is already present. Substantially all of the fuel gas receives the inertia force of the exhaust and is drawn out from the one cylinder 21 to the exhaust port 27, so that the exhaust efficiency of the one cylinder 21 is improved.
[0097]
Further, when almost all of the burned gas is discharged in the cylinder 21 immediately before the exhaust valve 29 is closed, the pressure in the cylinder 21 becomes negative at the time when the exhaust valve 29 is closed. The intake charging efficiency in the engine is improved, and the output of the internal combustion engine 1 can be increased.
[0098]
If the opening timing of the exhaust valve 29 is delayed after the exhaust stroke bottom dead center, the internal combustion engine 1 burns in the cylinder 21 during the period from the exhaust stroke bottom dead center until the exhaust valve 29 is opened. It will do the work of compressing the gas, and a part of the engine output will be lost, but by suppressing the retard amount of the exhaust valve opening timing to the minimum necessary, the exhaust valve opening timing can be reduced. Compared to the amount of engine output loss due to the retard, the amount of increase in engine output due to improved intake charging efficiency can be increased.
[0099]
As described above, the CPU 401 executes the exhaust side valve timing control routine, thereby realizing the valve timing control means according to the present invention.
[0100]
Therefore, according to the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, when one cylinder 21 is in the vicinity of the exhaust stroke top dead center, that is, when one cylinder 21 is just before the end of the exhaust stroke, the other cylinder 21 Since the positive pressure wave due to the blowdown phenomenon does not propagate to the one cylinder 21, the exhaust does not flow back to the one cylinder 21, and it is possible to improve the exhaust efficiency and the intake charging efficiency. Thus, the output of the internal combustion engine 1 can be improved.
[0101]
In the present embodiment, an in-line four-cylinder four-cycle internal combustion engine is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and an in-line six-cylinder four-cycle internal combustion engine 1 may be used. In short, any internal combustion engine may be used as long as one cylinder of the plurality of cylinders is in the vicinity of the exhaust stroke top dead center and the other cylinder is in the exhaust stroke bottom dead center.
[0102]
【The invention's effect】
According to the internal combustion engine of the present invention, when one cylinder among the plurality of cylinders becomes the exhaust top dead center or immediately before the exhaust stroke top dead center, the other cylinder becomes the exhaust stroke bottom dead center. In an internal combustion engine, the timing at which a pressure wave generated when an exhaust valve of another cylinder is opened propagates to one cylinder can be made different from the timing at which one cylinder is near exhaust top dead center. Therefore, when one cylinder is near the exhaust top dead center, the positive pressure wave due to the blowdown phenomenon of the other cylinder is not propagated to the one cylinder.
[0103]
As a result, when one cylinder is near the exhaust stroke top dead center, in other words, when one cylinder is just before the end of the exhaust stroke, almost all of the burned gas remaining in the one cylinder is The exhaust gas is exhausted due to the inertial force of the exhaust gas, and the burned gas does not remain in the cylinder, thereby improving the charging efficiency of the intake air in the intake stroke and improving the output of the internal combustion engine. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of an exhaust side electromagnetic drive mechanism
FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the ECU
FIG. 5 is a timing chart showing the cycle of the internal combustion engine.
FIG. 6 is a diagram showing a timing at which a positive pressure wave due to a blowdown phenomenon propagates at a reference exhaust valve timing.
FIG. 7 is a diagram showing the timing at which a positive pressure wave due to a blowdown phenomenon propagates when the exhaust valve opening timing is retarded
FIG. 8 is a flowchart showing an exhaust side valve timing control routine.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
20 ... ECU
26 ... Intake port
27 ... Exhaust port
28 ... Intake valve
29 ... Exhaust valve
30 ... Intake side electromagnetic drive mechanism
31 ... Exhaust side electromagnetic drive mechanism
33 ... Intake branch pipe
34 ... Surge tank
35 ... Intake pipe
36 ... Air cleaner box
39 ... Throttle valve
40 ... Throttle actuator
41 ... Throttle position sensor
42 Accelerator pedal
43 Accelerator position sensor
51 ... Crank position sensor

Claims

複数の気筒と、電磁力を利用して各気筒の排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構とを備え、前記複数の気筒の中の一の気筒の排気弁が閉弁する前に他の気筒の排気弁が開弁する内燃機関において、
前記他の気筒の排気弁が開弁した際に発生する圧力波が前記一の気筒へ伝播する時期を前記一の気筒の排気弁が閉弁する時期より遅らせるべく前記電磁駆動式動弁機構を制御するバルブタイミング制御手段を備えることを特徴とする内燃機関。A plurality of cylinders, before an electromagnetic drive valve operating mechanism for opening and closing the exhaust valve of each cylinder by using an electromagnetic force, closes the exhaust valve of one - cylinder of the plurality of cylinders in the combustion engine within the exhaust valve of other gas cylinder is opened,
The other cylinders exhaust valves period the previous SL one - cylinder exhaust valve base rather the electromagnetic drive delaying from time to closing when the pressure wave propagates to the one cylinder that occurs when the opening An internal combustion engine comprising valve timing control means for controlling a valve operating mechanism.

前記バルブタイミング制御手段は、前記他の気筒の排気弁が開弁する時期を所定量遅角させるべく前記電磁駆動式動弁機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the valve timing control unit controls the electromagnetically driven valve mechanism so as to delay a timing at which an exhaust valve of the other cylinder opens by a predetermined amount.

前記所定量は、前記一の気筒の排気弁が開弁する時期と前記他の気筒の排気弁が開弁する時期との時間的な間隔である気筒間排気弁動作間隔と、前記圧力波が前記一の気筒に到達するのに要する時間であるブローダウン伝播時間と、の相対差に基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。Wherein the predetermined amount is a temporal inter-cylinder exhaust valve operation interval is an interval between the time when the exhaust valve timing and the other cylinders exhaust valves of the one cylinder is opened is opened, before Symbol pressure wave The internal combustion engine according to claim 2, wherein the internal combustion engine is determined based on a relative difference between a blowdown propagation time which is a time required to reach the one cylinder .

前記内燃機関は、直列４気筒又は直列６気筒の４サイクル内燃機関であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is an in-line 4-cylinder or in-line 6-cylinder 4-cycle internal combustion engine.