JPH02215926A - 内燃機関用出力制御装置 - 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、内燃機関用出力制御装置に関し、特に互いに
容量の異なる複数の過給機と、作動状態可変式動弁装置
とを有する内燃機関の出力制御装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の出力特性をより一層ワイドレンジ化する手法
として、気筒毎に設けられた吸気弁あるいは排気弁の作
動角及び揚程の少なくともいずれか一方を主にエンジン
回転速度に対応して変化させるようにした作動状態可変
式動弁装置（特開昭６３−１６１１１号公報参照）や、
互いに容量の異なる複数の過給機を主にエンジン回転速
度に対応してその作動を選択的に切換えるようにした２
段式過給装置（特開昭６３−１２９１２４号公報参照）
などが種々提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、エンジンの出力特性は、良く知られているよ
うに、回転速度の増大に応じてその出力も増大するが、
吸気充填効率の頭打ちなどの理由にである速度を超える
とむしろ出力が減少傾向を示す山なりのカーブを描くこ
とが一般的である。

一方、上記装置は、いずれもエンジンの回転速度を主要
なパラメータとしてその作動制御が行なわれるものであ
ることから、その切換えタイミングによっては切換点に
於いて出力トルクの谷を生ずることがあり、場合によっ
ては好ましくない息つきとして運転者が体感することが
ある。

本発明は、このような不都合を改善すべくなされたもの
であり、その主な目的は、より広い運転範囲に亙るより
円滑な出力特性が得られる内燃機関用出力制御装置を提
供することにある。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、低速運転域に適合
した第１過給機と、高速運転域に適合した第２過給機と
、当該内燃機関の運転状態に応じて吸気弁あるいは排気
弁の少なくともいずれか一方の作動状態を段階的に切換
える動弁切換手段と、前記運転状態を検出する検出手段
とを有し、前記第１・第２過給機及び前記動弁切換手段
の作動状態が、前記検出手段の出力に応じて選択的に制
御されることを特徴とする内燃機関用出力制御装置を提
供することにより達成される。

〈作用〉 このようにすれば、動弁装置の作動状態をエンジンの運
転状態に応じて複数段階に切換えることにより、広い運
転速度範囲に亙って吸気充填効率が高められる。と同時
に、適合する運転速度範囲が互いに異なる複数の過給機
をエンジンの運転状態に応じて持ち換えることにより、
より一層広い運転速度範囲に亙って出力トルクを増大し
、かつフラット化を達成することができる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
境明する。

第１図は、本発明が適用される２段式過給装置の全体を
図式的に示しており、概略的には、エンジン１に供給す
べくエアクリーナ２から導入される吸気を、ターボチャ
ージャ３及びこれと並列接続されたスーパチャージャ４
により過給するようになっている。本実施例に於いては
、スーパーチャージャ４をそのベーン間容積にて低速運
転域に適合した第１過給機として、またタボチャ・−ジ
ャ３をそのＡ／Ｒ・ノズル面積にて高速運転域に適合し
た第２過給機として、各々の作動領域を好適に設定して
いる。

エアクリーナ２から導入された空気は、例えばターボチ
ャージャ３の吸気人口５に導入され、コンプレッサ６に
より圧縮されて吸気通路７に送り出される。ターボチャ
ージャ３のコンプレッサ６は、回転軸８を介して排気タ
ービン９に連結されており、エンジン１の排気管１０か
ら送り出される排気ガスにより駆動される。排気ガスは
、排気タービン９を駆動した後に三元触媒１１を介して
排出されることとなるが、必要に応じてウェストゲート
弁、あるいはスクロール通路に設けられた可動フラップ
や可動ベーンからなるＡ／Ｒ可変装置など、公知の調節
装置にて過給圧の調節を行なうことができる。この過給
圧調節装置１２は、アクチュエータ１３に接続されてお
り、排気タービン９への排気流入通路のノズル面積を最
大に開いて実質的に過給が行なわれない状態と、ノズル
面積を絞って過給圧を供給し得る状態とが選択的に制御
される。

一方、エアクリーナ２から導入された空気は、エアクリ
ーナ２の下流で分流し、スーパチャージャ４の吸気人口
１４に導入される。スーパチャージャ４は、エンジン１
の出力軸からベルト１５を介して動力を伝達され、スー
パチャージャ４側のプーリに付設された電磁クラッチ１
６により、ロータ１７への動力の供給を断続し得るよう
にされている。即ち、電磁クラッチ１６のオフ状態では
過給が行なわれず、オン状態にてエンジン速度に応じた
過給がなされる。

スーパチャージャ４の吐出口１８は吸気通路７に合流し
ている。吸気通路７に於けるターボチャージャ３及びス
ーパチャージャ４の吐出口の合流部下流には、スロット
ル弁１９及びその下流側に燃料噴射弁２０が設けられて
いる。また、スーパーチャージャ４の吐出口１８下流近
傍には、吐出方向への空気の流動のみを許容する一方向
弁２１が設けられている。

他方、各気筒の燃焼室への混合気の吸入及び燃焼ガスの
排出を制御するための動弁装置３ｏは、エンジン本体１
にて駆動されるオイルポンプ２２が発生する油圧を電磁
弁２３ａ・２３ｂを介して制御することにより、そのバ
ルブタイミングを３段階に可変し得るようにされている
。このバルブタミングを切換えるための電磁弁２３ａ・
２３ｂは、ターボチャージャ３の過給圧調節用アクチュ
エータ１３、スーパーチャージャ４の電磁クラッチ１６
、及び燃料噴射弁２０と共に、エンジン回転速度検出器
２４の出力Ｎ８、吸気負圧検出器２５の出力ＰＢ、過給
圧検出器２６の出力Ｐ２、スロットル弁開度検出器２７
の出力θア、１などの情報に基づいて、電子制御回路２
８からの出力信号によりそれぞれ制御される。

次に第２図〜第５図を参照して動弁装置３０について説
明する。

本発明が適用されるエンジンは、吸気弁と排気弁とがそ
れぞれ別個のカムシャフトにて駆動される所１ＤＯＨｃ
型エンジンであり、各気筒にそれぞれ２個の吸気弁と排
気弁とを備え、かつ各々の作動状態を段階的に切換える
動弁切換装置を備えているが、両弁は基本的に同様の構
成を有するので、以下吸気側の動弁装置のみについて説
明する。

シリンダヘッドに固定されたロッカシャフト５０には、
各シリンダ毎に３個のロッカアーム５１・５２・５３が
、隣接して揺動自在に、かつ互いに相対角変位可能に枢
支されている。これらロッカアーム５１・５２・５３の
上方には、シリンダヘッドに形成されたカムジャーナル
（図示せず）により、回転自在にカムシャフト５４が支
持されている。

カムシャフト５４には、作動角及びリフト量が相対的に
小さい低速用カム５５と、作動角及びリフト量が相対的
に大きい高速用カム５６と、これら両カム５５・５６の
ベース円と実質的に等しい真円輪郭をなす***部５４ａ
とが一体的に形成されている。また、***部５４ａ及び
低速用カム５５に摺接する第１及び第２０ツカアーム５
１・５２の遊端部には、コイルばね５７をもって常時閉
弁方向に弾発付勢された一対の吸気弁５８ａ・５８ｂに
於けるバルブステムの上端が当接している。

他方、第１及び第２０ツカアーム５１・５２の間に配置
され、かつ高速用カム５６に摺接する第３０ツカアーム
５３は、シリンダヘッド５９に於ける該第３０ツカアー
ム５３に対応する部分に設けられたりフタロ０により常
時上向きに付勢力を与えられている。

これら第１〜第３０ツカアーム５１〜５３は、各ロッカ
アーム５１〜５３のカムスリッパ５１ａ〜５３ａが、各
カム５５・５６及び***部５４ａのベース内部分に摺接
している状態で互いに同一軸線となるように、ロッカシ
ャフト５ｏと平行に穿設された孔内に装着された後記す
る第１・第２連結切換装置６１ａ・６１ｂにより、隣接
するもの同士がそれぞれ一体的に揺動し得る状態と、相
対変位し得る状態とを切換可能なようにされている。

第３図に良く示されるように、第１・第３両ロッカアー
ム５１・５３間には第１連結切換装置６１ａが、そして
第２・第３両ロッカアーム５２・５３間には第２連結切
換装置６１ｂが１．それぞれ設けられている。これら第
１・第２連結切換装置６１ａ・６１ｂは、構造・作動要
領共に基本的に同一であり、以下第１連結切換装置６１
ａ側のみについて説明する。

第１０ツカアーム５１には、第３０ツカアーム５３側に
向けて開放する有底の第１ガイド孔６２が、ロッカシャ
フト５０に平行して穿設されている。そして、第３０ツ
カアーム５３には、第１０ツカアーム５１の第１ガイド
孔６２七同心・同径をなし、第１０ツカアーム５１側に
向けて開放する有底の第２ガイド孔６３が穿設されてい
る。

第２ガイド孔６３の内部には、第１及び第３０ツカアー
ム５１・５３を連結する位置及びその連結を解除する位
置間で第１・第２両ガイド孔６２・６３にまたがって移
動し得る切換ピン６６が、そして第１ガイド孔６２の内
部には、切換ピン６６の第１ガイド孔６２に対する突入
距離を規定するストッパ６７が、それぞれ装着されてい
る。

切換ピン６６の軸線方向寸法は、第２ガイド孔６３内の
底部にその一端が当接した際に、第１ガイド孔６２内に
その他端が突入しないように設定されている。そして第
２ガイド孔６３の底部には、油圧室６８が郭成されてい
る。また、ストッパ６７の内面と第１ガイド孔６２の底
面との間には、リターンスプリング６９が縮設されてお
り、ストッパ６７を切換ピン６６に向けて常時押圧付勢
している。

ロッカシャフト５０内には、オイルポンプ２２からの油
圧が供給される一対の作動油供給通路７０ａ・７０ｂが
穿設されている。そして第１連結切換装置６１Ｈの油圧
室６８に連通ずるように第３０ツカアーム５３内に穿設
された油路７１と、第１作動油供給通路７０ａに連通ず
るようにロッカシャフト５０の周壁に穿設された連通孔
７２とを介し、第１作動油供給通路７０ａから供給され
る作動油を、第３０ツカアーム５３の揺動状態の如何に
拘らず、第１連結切換装置６１ａの油圧室６８内に導入
し得るようにされている。即ち、この第１作動油供給通
路７０ａから連通孔７２及び油路７１を介して油圧室６
８に供給される作動油の油圧により、第１連結切換装置
６１ａの切換ピン６６がリターンスプリング６９の付勢
力に抗して変位することにより、互いに隣接する第１・
第３０ツカアーム５１・５３同士が連結される。

これら第１、第２両連結切換装置６１ａ・６１ｂは、第
３０ツカアーム５３の中心に対して対称的に配設されて
おり、２つの油路７０ａ・７０ｂを介して第１・第２両
連結切換装置６１ａ・６１ｂに対し、単独にあるいは同
時に油圧を作用させることが可能なようにされている。

次に以上説明した本装置の作動要領について第６図を併
せて参照して説明する。

第１ステツプＳ１にて現状のエンジン回転速度ＮＥが第
１回転速度判定値ＮＥｓ１を超えているか否かを判別し
、ここでＮＥ≦ＮＩ！、、と判別された場合には、第２
ステツプＳ２にて現状の吸気負圧Ｐ、と第１負圧判定値
ｐａｓ□とを比較する。ここでＰ８≦ＰｎＳｌと判別さ
れた場合には、第３ステツプＳ３にて両電磁弁２３ａ・
２３ｂに消磁指令を発すると共に、スーパーチャージャ
４の電磁クラッチ１６にオフ指令を発し、かつアクチュ
エータ１３にターボチャージャ３のノズル開放指令を発
する。

エンジン回転速度が極低速のＮＥＳＩ以下であり、かつ
吸気負圧の絶対値がｐａｓｔ以下の高負荷低速運転域に
於いては、ターボチャージャ３及びスーパチャージャ４
共に過給圧を発生するには十分な動力が与えられず、む
しろエンジンの動力損失とならないように、スーパーチ
ャージャ４の電磁クラッチ１６をオフし、かつターボチ
ャージャ３のノズルを開放した状態に設定しておく。と
同時に両電磁弁２３ａ・２３ｂを消磁し、動弁装置３０
を低速モードに設定する。この両電磁弁２３ａ・２３ｂ
が消磁状態にあっては、両件動油供給通路７０ａ・７０
ｂに油圧が供給されず、従って、第１・第２両連結切換
装置６１ａ・６１ｂは、それぞれストッパ６７のリター
ンスプリング６９の付勢力により連結解除位置側にあり
、全てのロッカアーム５１〜５３は単独に揺動し得る状
態にある。

この状態では、中央の第３０ツカアーム５３は、高速用
カム５６により駆動されてリフタ６０を繰り返し押し下
げるのみの所謂ロストモーション運動を行なうのに対し
、低速カム５５は、該カムのカムプロフィルに従って第
２０ツカアーム５２を揺動させ、第２０ツカアーム５２
に対応する側の吸気弁５８ｂのみを開閉駆動する。また
、***部５４ａは、ベース円のみにて形成されているこ
とから、第１０ツカアーム５１は揺動せず、残りの吸気
弁５８ａは動作しない。従って、燃焼室に対して偏在し
、かつ開度の低い吸気弁５８ｂにより、高い流速とスワ
ール効果にて高効率にて吸気が充填される。

第２ステツプＳ２にてＰＢ＞ＰＢｓｔと判別された場合
には、第４ステツプＳ４にて第１電磁弁２３ａにのみ励
磁指令を発して第１作動油供給通路７０ａのみ・に油圧
を供給すると共に、両過給機３・４の作動は停止状態を
維持しておく。これにより、第１連結切換装置６１ａの
みが連結位置側に変位し、第１０ツカアーム５１と第３
０ッカアーム５３とを連結する。従って、第１・第３両
ロッカアーム５１・５３は、相対的に高い揚程を有する
高速用カム５６のカムプロフィルに応動して第１０ツカ
アーム５１側の吸気弁５８ａを開閉駆動し、相対的に低
い揚程を有する低速用カム５５にて他方の吸気弁５８ｂ
を開閉駆動する。従って両吸気弁５８ａ・５８ｂが異な
るモード、即ち中速モードで駆動され、回転速度の増大
に応じて吸気の充填効率が更に増大する。

第１ステツプＳ１にてＮＥ＞ＮＥｓ□と判別された場合
には、第５ステツプＳ５にて現状の速度Ｎ５と前記第１
速度判定値ＮＥＳＬより高い第２速度判定値Ｎ、ｖ、と
を比較する。ここでＮ８≦Ｎ８ｖ１と判別された場合に
は、第６ステツプＳ６にて現状の吸気負圧ＰＢと前記第
１負圧判定値Ｐお、より高い第２負圧判定値ＰＢＶＩと
を比較する。ここでＰＢＳＰａｖ＋と判別された場合に
は、第７ステツプＳ３にて両電磁弁２３ａ・２３ｂに消
磁指令を発して動弁装置３０を低速モードに設定すると
共に、アクチュエータ１３にノズル開放指令を発し、か
つスーパーチャージャ４の電磁クラッチ１６にオン指令
を発することにより、スーパーチャージャ４のみからの
過給が行われるようにする。

また第６ステツプＳ６にてＰａ＞ＰＢＶＩと判別された
場合には、第８ステツプＳ８にて第１電磁弁２３ａにの
み励磁指令を発して動弁装置３０を中速モードに設定す
ると共に、スーパーチャージャ４の運転状態は維持して
おく。

第５ステツプＳ５にてＮＥ＞ＮＥｖ、と判別された場合
には、第９ステツプＳ９にて現状の速度Ｎ８と前記第２
速度判定値ＮＥｖ１より高い第３速度判定値Ｎ８５２と
を比較する。ここでＮＥＳＮＥｓ２と判別された場合に
は、第１０ステツプＳＩＯにて現状の吸気負圧Ｐ、と前
記第２負圧判定値ｐｎｖ１より高い第３負圧判定値Ｐ　
ＢＳ２とを比較する。

ここでＰＢ≦Ｐ　ＢＳ２と判別された場合には、第８ス
テツプＳ８へ進み、スーパーチャージャ４側のみから過
給を行なうと共に、動弁装置３０を中速モードにて運転
する。

また、第１０ステツプＳＩＯにてＰ［］＞ＰＢＳ２と判
別された場合には、第１１ステツプＳｌｌにて両電磁弁
２３ａ・２３ｂに励磁指令を発し、かつスーパーチャー
ジャ４の運転状態は維持しておく。

ここで両電磁弁２３ａ・２３ｂを励磁すると、第１・第
２両連結切換装置６１ａ・６１ｂが共に連結位置側に作
動して第１〜第３０ツカアーム５１〜５３が全て一体的
に連結される。この状態にあっては、高速用カム５６の
揚程が最も高いことから、両吸気弁５８ａ〜５８ｂは共
に高速用カム５６のカムプロフィルに応動する高速モー
ドにて開弁駆動される。

第９ステツプＳ９にてＮＥ＞ＮＥｓ２と判別された場合
には、第１２ステツプ８１２にて現状の速度ＮＥと前記
第３速度判定値Ｎ５Ｓ２より高い第４速度判定値ＮＥｖ
□とを比較する。ここでＮＥ≦ＮＥＶ２と判別された場
合には、第１３ステツプ８１３にて現状の吸気負圧Ｐ、
と前記第３負圧判定値ｐＢｓ□より高い第４負圧判定値
Ｐ　ＢＶ２とを比較する。ここでＰＢ≦Ｐ　ＢＶ２と判
別された場合には、第１４ステツプＳ１４へ進み、動弁
装置３０を中速モードに設定すると共に、電磁クラッチ
１６をオフし、かつアクチュエータ１３にてターボチャ
ージャ３のノズルを閉じることにより、ターボチャージ
ャ３側のみから過給を行なうようにする。

そして第１２ステツプＳ１２にてＮＥ＞ＮＥｖ２と判別
された場合、あるいは第１３ステツプＳ１３にてＰＢ＞
ＰＢＶ２と判別された場合には、共に第１５ステツプＳ
１４にて両電磁弁２３ａ・２３ｂに励磁指令を発して動
弁装置３０を高速モードに設定すると共に、ターボ−チ
ャージャ３の運転状態は維持しておく。

ここで本実施例に於いて吸気負圧ＰＢは、エンジンの負
荷状態判別手段として検知されるが、該検知結果に対す
る比較判別値の絶対値は、Ｐ　ＢＶ２＞　Ｐ　ＢＳ２　
＞　Ｐ　ｓｖｔ　＞　ｐ　ａｓｔと、その数値が低くな
るにつれてより高負荷状態を検知するように設定されて
いる。

このようにして、本発明に於いては、エンジン回転速度
Ｎ６及び吸気負圧Ｐ、によりエンジンの運転状態を正確
に把握し、作動領域が低速運転域に適合するように予め
設定されたスーパーチャージャ４と、高速運転域に適合
するように予め設定されたターボチャージャ３とを、そ
の把握した各運転状態に応じて各々作動させることによ
り運転状態に適合した過給圧を発生させ、その発生過給
圧を有効に利用するために吸・排気弁の作動状態を段階
的に切換え、吸気効率並びに排気効率の適正化を計るも
のとしている。従って、エンジン回転速度及び負荷状況
に応じたより適切な出力トルク特性を得ることが可能と
なる。

尚、本実施例に於いては、スーパーチャージャとターボ
チャージャとを連携するものとしたが、この構成に限定
されるものではなく、容量の異なるターボチャージャを
並列接続し、両者の吐出路を弁により切換えるようにし
ても良い。また、動弁装置の構成についても、種々の変
形態様にて実施し得る。

［発明の効果］ このように本発明によれば、複数段にその作動状態を可
変し得る動弁装置と、互いに容量の異なる複数の過給機
とを組み合わせることにより、切換点に於ける出力トル
クの落ち込みを好適に補完することが可能となり、エン
ジンの出力特性を広い運転範囲に亙って改善するうえに
多大な効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の全体を示すブロック図である。 第２図は本発明が適用される動弁装置の構成図であり、
第３図は同じく水平断面図であり、第４図は一部切除し
て示す第２図の■矢視図であり、第５図は第２図の■−
Ｖ線に沿う断面図である。 第６図は本発明装置の作動を示すフローチャートである
。 １・・・エンジン　　　　２・・・エアクリーナ３・・
・ターボチャージャ４・・・スーパーチャージャ５・・
・吸気人口　　　　６・・・コンプレッサ７・・・吸気
通路　　　　８・・・回転軸９・・・排気タービン　　
１０・・・排気管１１・・・三元触媒　　　１２・・・
過給圧調節装置１３・・・アクチュエータ１４・・・吸
気人口１５・・・ベルト　　　　１６・・・電磁クラッ
チ１７・・・ロータ　　　　１８・・・吐出口１９・・
・スロットル弁　２０・・・燃料噴射装置２１・・・一
方向弁　　　２２・・・オイルポンプ２３ａ拳２３ｂ・
・・電磁弁 ２４・・・エンジン回転速度検出器 ２５・・・吸気負圧検出器２６・・・過給圧検出器２７
・・・スロットトル弁開度検出器 ２８・・・電子制御回路　３０・・・動弁装置５０・・
・ロッカシャフト ５１〜５３・・・ロッカアーム ５４・・・カムシャツ！・　５４ａ・・・***部５５・
・・低速用カム　　５６・・・高速用カム５７・・・コ
イルばね ５８ａ・５８ｂ・・・吸気弁 ５９・・・シリンダヘッド６０・・・リフタ６１ａ・６
１ｂ・・・連結切換装置 ６２・・・第１ガイド孔　６３・・・第２ガイド孔６６
・・・切換ピン　　　６７・・・ストッパ６８・・・油
圧室　　　　６９・・・リターンスプリング７０ａ・７
０ｂ・・・作動油供給通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）低速運転域に適合した第１過給機と、高速運転域
   に適合した第２過給機と、当該内燃機関の運転状態に応
   じて吸気弁あるいは排気弁の少なくともいずれか一方の
   作動状態を段階的に切換える動弁切換手段と、前記運転
   状態を検出する検出手段とを有し、 前記第１・第２過給機及び前記動弁切換手段の作動状態
   が、前記検出手段の出力に応じて選択的に制御されるこ
   とを特徴とする内燃機関用出力制御装置。