JPH02119641A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、過給機を備えたエンジンにおける動弁装置に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、例えば特開昭６２−８７６１５号公報等に開
示されるように、エンジンの吸気通路に過給機を備え、
この過給機の作動により吸気を過給して、その気筒に対
する吸気充填量を増加させることにより、エンジンの出
力トルクを増大させるようにした過給機付エンジンは広
く一般によく知られている。

前記のような過給機を備えたエンジンにおいて、高負荷
状態もしくは高回転状態で過給圧が上昇した状態では、
最終的な圧縮比が高くなることからノッキングが発生し
やすくなり、このノッキングの発生を回避することから
エンジンそのものの圧縮比を低く設定するようにしてい
る。しかし、この圧縮比の低下は、過給圧が低くなる低
負荷域における燃焼性の悪化を招くことになる。

上記点に対し、吸気バルブと排気バルブとの開時期のオ
ーバーラツプ期間を大きく設定することにより、その高
負荷域で過給される吸気の高い過給圧を利用し、上記過
給された吸気により気筒内燃焼室の高温の残留排気ガス
を排気側に押出して掃気効果を高め、残留排気ガスによ
る吸気圧縮温度の上昇を抑制してノッキング限界を高く
し、吸気の圧縮比を高く設定して燃費を向上させるよう
にすることが可能である。

（発明が解決しようとする課題） しかして、前記のように吸気バルブと排気バルブとの開
時期のオーバーラツプ期間を大きく設定して高負荷域の
ノッキング対策を行うと、エンジンのアイドリングなど
の低負荷域のおける燃焼安定性が低下する問題を有する
。

すなわち、低負荷域では前記ノッキング対策によって圧
縮比は高くなるが、オーバーラツプ期間が長くしかも過
給圧が低いため、この低負荷域で吸気負圧が大きくなる
のに伴って掃気効果が得られず、排気ガスの吸気通路へ
の吹き返しが生じ、この吹き返した排気ガスがそのまま
燃焼室に流入して残留排気ガスが増大し、燃焼性が低下
することになるものである。

そこで、本発明は上記点に鑑み、吸気バルブまたは排気
バルブの開閉タイミングを変更する位相可変バルブタイ
ミング機構を設置し、高負荷時のノッキング防止を図る
と共に低負荷時の燃焼安定性を確保するようにしたエン
ジンの動弁装置を提供することを目的とするものである
。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明のエンジンの動弁装置は
、過給機を備えると共に、吸気バルブもしくは排気バル
ブのどちらか一方の開閉タイミングの位相を変更する位
相可変バルブタイミング機構を設け、さらに、吸気バル
ブと排気バルブとのオーバーラツプ期間が高負荷時に大
きく、低負荷時に小さくなるように上記位相可変バルブ
タイミング機構の作動を制御する制御手段を設けるよう
に構成したものである。

（作用） 上記のような動弁装置では、高負荷時には位相可変バル
ブタイミング機構によってオーバーラツプ期間を大きく
し、上昇した過給圧による掃気効果を高めて残留排気ガ
スを低減し、その排気ガスの持ち込む熱量を減少させて
ノッキングの発生を抑制し、圧縮比を高める一方、低負
荷時には位相可変バルブタイミング機構によってオーバ
ーラツプ期間を小さくし、排気ガスの持ち込みを低減し
て燃焼安定性を確保するようにしている。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図は一実施例におけるエンジンの動弁
装置の概略構成を示している。

エンジン本体１はシリンダブロック２とシリンダヘッド
３とを備え、シリンダブロック２にはピストン４を往復
動可能に嵌挿した気筒５が形成されている。一方、シリ
ンダヘッド３には上記気筒５に連通ずる吸気ポート８お
よび排気ポート９が形成され、この吸気および排気ポー
ト８，９は、それぞれ吸気バルブ６および排気バルブ７
によって開閉される。

上記吸気ポート８は吸気通路１０の下流端部を構成して
おり、この吸気通路１０の上流端はエアクリーナ１１に
接続されている。吸気通路１０の途中には、上流側から
順に、吸入空気口を検出するエアフローメータ１２と、
吸気通路１０を絞り開閉するスロットルバルブ１３と、
エンジン１によって駆動され、吸気を過給する機械式過
給機１４と、サージタンクとが配設され、上記過給機１
４の直上流および下流の吸気通路１０は、過給機１４に
より過給された吸気を過給機１４上流側にリリーフさせ
るバイパス通路１５によって接続され、このバイパス通
路１５には吸気のリリーフ量を制御するバイパスリリー
フ制御バルブ１６が配設されている。１７は吸気ポート
８内に燃料を噴射供給するインジェクタである。

上記吸気および排気バルブ６．７はそれぞれ力ムンヤフ
ト１８．１９上のカム２０．２１によって開閉駆動され
る。上記カムシャフト１８．１９は、シリンダヘッド３
に回転自在に支持されていて、その一端に取り付けたタ
イミングプーリ２２゜２３および該プーリ２２，２３に
巻き掛けられる図示しないタイミングベルトを介してエ
ンジン１のクランクシャフト（図示せず）により回転駆
動される。上記排気側カムシャフト１９は、そのタイミ
ングプーリ２３近傍で軸方向に駆動側シャフト１９ａと
従動側シャフト１９ｂとに分離され、その分離された両
シャフト１９ａ、１９ｂの対向端部外周には互いに異な
る方向に旋回する螺旋状のスプライン２４．２５か形成
され、該スプライン２４．２５にはステッピングモータ
２７によって駆動されるスリーブ２６がその内周のスプ
ライン（図示せず）にて軸方向に摺動可能に外嵌合され
ており、ステッピングモータ２７によってスリブ２６を
軸方向に移動させることにより、駆動側シャフト１９ａ
に対する従動側シャフト１９ｂを相対的に回転させて、
排気バルブ７の開閉タイミングの位相を変更するように
した位相可変バルブタイミング機構２８が構成されてい
る。

上記スリーブ２６を駆動するステッピングモータ２７は
ＣＰＵ内蔵のコントロールユニット３０による制御手段
によって作動制御される。このコントロールユニット３
０にはエンジン１の回転数を検出する回転センサ３１と
、吸入空気量等に基づいてエンジン負荷を検出する負荷
検出手段としての負荷センサ３２との各信号が入力され
ている。

上記コントロールユニット３０では排気バルブ７の開閉
タイミングの進角制御が次のような制御手順でもって行
われる。すなわち、まず、回転センサ３１により検出さ
れたエンジン回転数と、負荷センサ３２により検出され
たエンジン負荷とをそれぞれ入力させ、予め設定された
マツプに基づいて排気バルブ７の開閉タイミングの位相
を設定し、この設定された位相にステッピングモータ２
７を駆動させるものである。

上記マツプは、第３図に例示するように、エンジン１の
運転領域を低速低負荷領域■つまりアイドル領域と高速
高負荷領域を含むその他の領域Ｉとに分け、エンジン１
の高速高負荷領域Ｉでは、第４図Ａに示すように、排気
バルブ７の開閉タイミングの位相は遅くされ、吸気バル
ブ６の開弁時１０から排気バルブ７の閉弁時ＥＣまでの
オーバーラツプ期間θ。を大きくし、かつ、このオーバ
ーラツプ期間θ。において、ピストン４の上死点ＴＤＣ
から排気バルブ７の閉弁時ＥＣまでの期間θ２が吸気バ
ルブ６の開弁時１０から上死点ＴＤＣまでの期間θ１よ
りも長くなる（θ２〉θ１）ように設定される。一方、
アイドル領域■では、第４図Ｂに示すように、上記高速
高負荷領域Ｉの開閉タイミングより進み側に排気バルブ
７の位相が変更され、吸気バルブ６の開弁時１０から排
気バルブ７の閉弁時ＥＣまてのオーバーラツプ期間θ。

が小さくされる。

なお、第３図に破線で示すように、エンジン回転数に関
係なく、高負荷領域１′においてのみオーバーラツプ期
間θ０を大きくし、それ以下の軽負荷領域■′ではオー
バーラツプ期間θ。を小さくするように設定してもよい
。

上記実施例の作用を説明すれば、エンジン回転数が回転
センサ３１により、エンジン負荷が負荷センサ３２によ
りそれぞれ検出され、コントロールユニット３０におい
て上記エンジン回転数および負荷に基づいて排気バルブ
７の開閉タイミングの位相が設定され、その位相となる
ように位相可変バルブタイミング機構２８のステッピン
グモータ２７が作動制御されて、排気バルブ７の開閉タ
イミングが変更される。

そして、エンジン１の高負荷領域では排気バルブ７の開
閉タイミングの位相を遅らせて（第４図Ａ）、吸気バル
ブ６の開期間とのオーバーラツプ期間θ。を大きくし、
過給機１４により気筒５内の残留排気ガスを排気ポート
９に効果的に押出すことができ、掃気効果を高めて圧縮
温度を低下させノッキング防止を行うようにしている。

また、低負荷時には排気バルブ７の開閉タイミングの位
相を進めて（第４図Ｂ）、排気バルブ７を早い時期に閉
じるようにオーバーラツプ期間θ。を小さくし、吸気の
吹き返しを抑制して残量排気ガス量を低減し、燃焼安定
性を得るものである。

その際、高負荷時において、上死点ＴＤＣから排気バル
ブ７の閉弁時ＥＣまでの期間θ２が吸気バルブ６の開弁
時ＩＯから上死点ＴＤＣまでの期間θ！よりも長くなる
（θ２〉θ１）ように設定してオーバーラツプ期間θ０
が大きくなるように設定し、低負荷時に上記排気バルブ
７の位相を進めて、オーバーラツプ期間θ。を短くした
際に、吸気バルブ６の開弁時１０が早すぎて残留排気ガ
ス量が増加するのを抑制するようにする。すなわち、上
記条件から外れると低負荷時に吸気バルブ６が早く開き
過ぎることになって、吸気側に大量の燃焼ガスが吹き返
し、残留排気ガス量が増大することになる。

上記実施例においては、排気バルブ７の開閉タイミング
の位相を可変として、開閉タイミングを固定した吸気バ
ルブ６の開閉時期に対してオーバーラツプ期間θ。を増
減制御するようにしているが、前記位相可変バルブタイ
ミング機構２８を吸気側のカムシャフト１８に設置して
、吸気バルブ６の開閉タイミングの位相を変更してオー
バーラツプ期間θ。を高負荷時に大きく、低負荷時に小
さくなるように制御してもよい。

この吸気バルブ６の開閉タイミングの位相可変によるオ
ーバーラツプ期間θ。の変更では、例えば、第５図Ａに
高負荷状態を示すように、吸気バルブ６の開閉タイミン
グの位相を進めて吸気開弁時１０を早め、排気バルブ７
の閉弁時ＥＣまでのオーバーラツプ期間θ０を長くする
。また、低負荷時には同図Ｂに示すように、吸気バルブ
６の開閉タイミングの位相を遅らせて、吸気開弁時ＩＯ
を遅らせて排気バルブ７の閉弁時ＥＣまでのオバーラッ
プ期間θ０を小さくする。

なお、高負荷状態において、オーバーラツプ期間θ。の
吸気開弁時１０から上死点ＴＤＣまでの期間θｌを上死
点ＴＤＣから排気閉弁時ＥＣまての期間θ２より長く設
定するのが好ましい。

前記排気バルブ７の開閉タイミングの位相可変制御と、
吸気バルブ６の開閉タイミングの位相可変制御とでは、
機能上で次のような差異かある。

まず、排気バルブ７の位相可変制御では、吸気バルブ６
の開閉タイミングは吸気効率を高める点から広く設定す
ると共に、開弁時１０は早すぎて吸気の吹き返しが過大
とならないように上死点ＴＤＣ前の所定時期に設定し、
また、吸気閉弁時ＩＣは遅すぎて有効圧縮期間が短くな
らないように下死点ＢＤＣ後の所定時期に固定設定した
ものに対し、高負荷時の遅角状態で排気閉弁時ＥＣを遅
らせてオーバーラツプ期間θ０を長くし、低負荷状態で
排気閉弁時ＥＣを進角してオーバーラツプ期間θ。を縮
小することになる。そして、この排気閉弁時ＥＣは、早
すぎると排気効率が低下し、遅すぎると吸気を阻害する
ことになり、所定の範囲で上死点ＴＤＣ後の時期に設定
し、一方、排気開弁時ＥＯは排気効率の点から下死点Ｂ
ＤＣ前の遅すぎない時期に開くように設定することにな
るが、低負荷時にオーバーラツプ期間θ０を縮小するよ
うに開閉タイミングの位相を進めた時に、排気開弁時Ｅ
Ｏが早くなり過ぎると有効膨張期間が短くなって、排気
ガスのエネルギーが有効利用されずに排出されることに
なる。

また、吸気バルブ６の位相可変制御では、排気バルブ７
の開閉タイミングは排気効率を高める点から広く設定す
ると共に、開弁時ＥＯは早すぎて有効膨張期間が短くな
らないように下死点ＢＤＣ前所定時期に設定し、また、
排気閉弁時ＥＣは遅すぎて吸気を阻害しないよう上死点
ＴＤＣ後に固定設定したものに対し、高負荷時の進角状
態て吸気開弁時■０を早くしてオーバーラツプ期間θ。

を長くし、低負荷状態で吸気開弁時１０を遅角してオー
バーラツプ期間θ。を縮小することになる。

そして、この吸気開弁時１０は早すぎて吸気の吹き返し
が過大とならないように、また遅すぎて吸気効率が低下
しないように上死点ＴＤＣ前の所定時期に設定し、一方
、吸気閉弁時ＩＣは吸気効率の点から下死点ＢＤＣ後の
早すぎない時期に開くように設定することになるが、低
負荷時にオーバーラツプ期間θ０を縮小するように開閉
タイミングの位相を遅らせた時に、吸気閉弁時ＩＣが遅
くなり過ぎると有効圧縮期間が短くなって、圧縮圧力お
よび温度が上昇せず燃焼効率が低くなることになる。逆
に、高負荷時に吸気閉弁時ＩＣを進角して早くなり過ぎ
ると、実質的に圧縮を開始する時期が早くなって有効圧
縮比が高まり、ノッキングが発生しやすくなり、高速異
常燃焼の問題が生起する。

上記のようにオーバーラツプ期間θ０の変更を排気バル
ブ７の位相可変によって行うか、吸気バルブ６の位相可
変によって行うかは、固定設定側の開閉タイミングの最
適設定と、それぞれの位相変更範囲との関係で一長一短
の効果があり、どちらを選択して行うかは各種要求に応
じて設定するものである。

一方、高負荷時には高回転になるにしたがって過給圧と
排気圧力の差が縮まり、また、オーバーラツプ期間θ０
となっている時間もエンジン回転の上昇に伴って短くな
り、掃気効果が低下することになるので、オーバーラツ
プ期間θ０を前記のように負荷に応じて変更すると同時
にエンジン回転数に応じて変更するように設定してもよ
い。すなわち、エンジン回転数が上昇するのに伴ってオ
ーバーラツプ期間θ０を長くするように位相制御しても
よい。

この制御例を第６図Ａ−Ｃに示す。第６図Ａは、アイド
ル状態のような低速軽負荷領域ではエンジン回転数およ
び負荷の上昇により相対的に小さいオーバーラツプ期間
θ０を順次増大制御し、一方、オーバーラツプ期間θ０
を大きくするそれ以外の非アイドル領域では、エンジン
回転数の上昇により順次オーバーラツプ期間θ。を増大
するようにした例である。これにより、軽負荷域も比較
的大きなオーバーラツプ期間θ０によって残留排気ガス
を増大した内部ＥＧＲによるＮＯｘ低減、排気ガス熱量
の利用および容積率の増大によるボンピングロス低減効
果を得ている。また、低速軽負荷域はオーバーラツプ期
間θ。を縮小して燃焼安定性を確保する。

また、第６図Ｂは、非アイドル領域ではエンジン回転数
の上昇に伴ってオーバーラツプ期間θ０を順次大きくす
るものであるが、負荷の増大に対してオーバーラツプ期
間θ。を小さくするように設定した例である。これによ
り、軽負荷状態の残留排気ガスをさらに増大し、前記熱
利用およびポンピングロス低減効果を向上するようにし
ている。

さらに、第６図Ｃは高負荷領域のみエンジン回転数の増
大に応じてオーバーラツプ期間θ。を大きくするように
設定した例である。

なお、全負荷状態でエンジン回転数が上昇したときに、
過給圧より排気圧力の方が高くなるようなエンジンの場
合には、このような状態で前記オーバーラツプ期間θ０
を長くすると掃気作用が得られずに残留排気ガスの増大
を招くことから、上記のような回転数を越えた領域では
オーバーラツプ期間θ０を低負荷時よりもさらに縮小す
るように設定してもよい。

なお、前記実施例においては、過給機として機械式過給
機の例を示したが、ターボ式過給機の場合についても本
発明は適用可能である。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、吸気を過給する過給機を
備えると共に、吸気バルブまたは排気バルブのどちらか
一方に開閉タイミングの位相を変更する可変バルブタイ
ミング機構を設け、吸排気のオーバーラツプ期間を高負
荷時に大きく、低負荷時に小さくなるように制御するよ
うに設けたことにより、高負荷時には上昇した過給圧に
よる掃気効果を高めて残留排気ガスを低減して、その排
気ガスの持ち込む熱量を減少させてノッキングの発生を
抑制し、圧縮比を高めることができ、過給圧の低い領域
の圧縮比を確保して燃焼性を改善することができる一方
、低負荷時には小さいオーバーラツプ期間で排気ガスの
持ち込みを低減して燃焼安定性を確保することができる
ものである。

さらに、上記ようなオーバーラツプ期間の変更を吸気も
しくは排気バルブのいずれか一方に開閉タイミングの位
相を変更する位相可変バルブタイミング機構を設置して
構成することにより、構成が簡単で低コストで実現でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるエンジンの動弁装置
の概略構成図、 第２図は位相可変バルブタイミング機構の概略構成を示
す平面図、 第３図は吸排気バルブのオーバーラツプ期間の変更制御
領域を示す特性図、 第４図Ａ、Ｂはエンジンの運転状態に応じて排気バルブ
の開閉タイミングの位相変更例を示す開弁線図、 第５図Ａ、Ｂはエンジンの運転状態に応じて吸気バルブ
の開閉タイミングの位相変更例を示す開弁線図、 第６図Ａ−Ｃはエンジン回転数の変化にも対応して吸排
、気バルブのオーバーラツプ期間の変更制御を行う場合
の制御特性をそれぞれ例示する特性図である。 １・・・・・・エンジン、４・・・・・・ピストン、５
・・・・・・気筒、６・・・・・・吸気バルブ、７・・
・・・・排気バルブ、８・・・・・・吸気ボート、９・
・・・・・排気ポート、１４・・・・・・過給機、２８
・・・・・・位相可変バルブタイミング機構、３０・・
・・・・コントロールユニット（制御手段）、３２・・
・・・・負荷センサ、θ０・・・・・・オーバーラツプ
期間。 （Ｂ） ０Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）過給機を備えたエンジンにおいて、吸気バルブも
   しくは排気バルブのどちらか一方の開閉タイミングの位
   相を変更する位相可変バルブタイミング機構を設けると
   共に、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間
   が高負荷時に大きく、低負荷時に小さくなるように上記
   位相可変バルブタイミング機構の作動を制御する制御手
   段を設けたことを特徴とするエンジンの動弁装置。