JPH04246249A - 内燃機関の実圧縮比制御装置 - Google Patents

内燃機関の実圧縮比制御装置

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JPH04246249A
JPH04246249A JP3010787A JP1078791A JPH04246249A JP H04246249 A JPH04246249 A JP H04246249A JP 3010787 A JP3010787 A JP 3010787A JP 1078791 A JP1078791 A JP 1078791A JP H04246249 A JPH04246249 A JP H04246249A
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valve
low
control circuit
compression ratio
speed
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Michihiro Yamane
山根　通宏
Akinobu Yoshibe
吉部　明信
Shuichi Nishimura
西村　周一
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Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機関の十分な出力トル
クを確保しつつ燃費を向上させることが可能な内燃機関
の実圧縮比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時自動車用内燃機関にあっては、高出
力化の要請に伴い機関運転状態に応じて吸気弁や排気弁
の開閉時期特性を制御するバルブタイミング制御機構を
備えたものが知られている（例えば実開平２−２４００
６号公報等参照）。
【０００３】これは、所謂ＤＯＨＣ型ガソリン機関の吸
気弁と排気弁とを開閉作動するカムを有する吸気側・排
気側の両カムシャフトを、夫々の端部に設けられた吸気
側・排気側のヘリカルギアにより連動連結し、前記吸気
側ヘリカルギアを、機関運転状態に応じて油圧やコイル
スプリング等を介して吸気側カムシャフトの軸方向へ移
動させ、これによって各ヘリカルギアの相対角度位相を
切り替えて吸気弁・排気弁の開閉時期特性を制御するよ
うになっている。即ち、機関の低中速回転高負荷運転域
では、吸気弁の開時期と閉時期のいずれも進み側に制御
して吸入効率を高め、低中速トルクの向上を図っている
（図１３の斜線域参照）。一方、前記運転域以外の高速
回転域，低中速回転低中負荷域では、吸気弁の開時期と
閉時期のいずれも遅れ側に制御して、機関回転数速度と
の相対関係で出力トルクの向上を図っている。尚、アイ
ドリング運転域では、前記高速回転域と同様な開閉時期
制御を行なってバルブオーバーラップを小さくしアイド
ル安定性を高めるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、最近、出力
性能に加えて燃費特性をも向上させる要求が強まってお
り、圧縮比をさらに高めて熱効率の向上を図ることが検
討されている。しかし、圧縮比を運転状態に拘わらず一
律に高くすると、高負荷時特に低速回転高負荷時にノッ
キングが発生し易くなる。とりわけ、前記のようなバル
ブタイミング制御機構を備えたものは吸入空気量の増加
に伴い実圧縮比がさらに高くなって一層ノッキングが発
生し易い。このため、点火時期の大巾な遅角制御が余儀
なくされ、したがって、燃焼状態が悪化して出力や燃費
が低下すると共に、エミッション性能の悪化を招来する
。依って、圧縮比を十分に高めることが困難である。
【０００５】尚、ここで、前記実圧縮比とは、運転条件
などに対する機関の吸込み能力を示す体積効率ηｖと、
Ｖ１／Ｖ２で求められる見かけ上の圧縮比εとの積で求
められる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の問
題点に鑑みて案出されたもので、まず請求項１の発明に
あっては、図１に示すように少なくとも機関回転数検出
手段１と負荷検出手段２からの出力信号によって現在の
機関運転状態を検出する制御回路３と、該制御回路３か
らの出力信号に基づいて吸気弁５と排気弁６の開閉時期
特性を進み側あるいは遅れ側に切り替えるバルブタイミ
ング制御機構４とを備え、前記制御回路３は、少なくと
も機関低回転低中負荷域ではバルブタイミング制御機構
４を介して吸気弁５と排気弁６の閉時期を進み側に制御
すると共に、低回転高負荷域で少なくとも排気弁６の閉
時期を遅れ側に制御することを特徴としている。
【０００７】請求項２の発明にあっては、図１に示すよ
うに少なくとも機関回転数検出手段１と負荷検出手段２
からの出力信号によって現在の機関運転状態を検出する
制御回路３と、該制御回路３からの出力信号に基づいて
吸気弁５の開閉時期特性を進み側あるいは遅れ側に切り
替えるバルブタイミング制御機構４とを備え、前記制御
回路３は、少なくとも機関低回転低中負荷域ではバルブ
タイミング制御機構４を介して吸気弁５の閉時期を進み
側に制御すると共に、低回転高負荷域では吸気弁５の閉
時期を遅れ側に制御することを特徴としている。
【０００８】請求項３の発明にあっては、図２に示すよ
うに少なくとも機関回転数検出手段１１と負荷検出手段
１２からの出力信号によって現在の機関運転状態を検出
する制御回路１３と、該制御回路１３からの出力信号に
基づいて吸気弁１５と排気弁１６のバルブリフト特性を
夫々低速側あるいは高速側に切り替えるバルブリフト制
御機構１４とを備え、前記制御回路１３は、少なくとも
機関低回転高負荷域ではバルブリフト制御機構１４を介
して吸気弁１５あるいは排気弁１６のいずれか一方のバ
ルブリフト特性を高速側に制御することを特徴としてい
る請求項４の発明にあっては、図２に示すように少なく
とも機関回転数検出手段１１と負荷検出手段１２からの
出力信号によって現在の機関運転状態を検出する制御回
路１３と、該制御回路１３からの出力信号に基づいて吸
気弁１５のバルブリフト特性を低速側あるいは高速側に
切り替えるバルブリフト制御機構１４とを備え、前記制
御回路１３は、少なくとも機関低回転高負荷域ではバル
ブリフト制御機構１４を介して吸気弁１５のバルブリフ
ト特性を高速側に制御することを特徴としている。
【０００９】
【作用】請求項１の発明のよれば、機関運転状態が低回
転低中負荷域では、制御回路３からの出力信号に基づい
てバルブタイミング制御機構４が吸気弁５の閉時期を進
み側に制御することにより、吸入効率が向上して機関出
力トルクの向上が図れる。一方、低回転高負荷域では、
排気弁６の閉時期を遅れ側に制御することにより、体積
効率が低下し実圧縮比を僅かに下げることが可能となる
。このため、点火時期の遅角制御を行なわずともノッキ
ングの発生を防止することができる。依って、ノッキン
グの発生限界までの高圧縮比化により出力トルクと燃費
の両方を向上させることができる。
【００１０】請求項２の発明によれば、低回転低中負荷
域での機関出力トルクの向上は勿論のこと、低回転高負
荷域では、制御回路３からの出力信号に基づいてバルブ
タイミング制御機構４が吸気弁５の閉時期を遅れ側に制
御することにより、吸入効率の低下に伴い体積効率が低
下して実圧縮比を僅かに下げることが可能となる。した
がって、請求項１の発明と同様に点火時期の遅角制御を
行なわずに高圧縮化を図りつつノッキングの発生を防止
できる。
【００１１】請求項３の発明によれば、低回転高負荷域
では、制御回路１３からの出力信号によりバルブリフト
制御機構１４が吸気弁１５あるいは排気弁１６の弁リフ
ト特性を高速側に切り替えることにより、吸気弁１５あ
るいは排気弁１６の閉時期が遅れ側に制御される。した
がって、前述の請求項１，２の発明と同様に体積効率が
低下して実圧縮比を下げることが可能となり、点火時期
遅角制御を行なわずにノッキングの発生を防止できる。
【００１２】請求項４の発明においても、低回転高負荷
域では、制御回路１３からの出力信号に基づきバルブリ
フト制御機構１４によって吸気弁１５側の閉時期が遅れ
側に制御され、請求項３の発明と同様な作用が得られる
。
【００１３】
【実施例】まず、請求項１の発明に係る実圧縮比制御装
置は、所謂ＤＯＨＣ型動弁機構を備えたガソリン機関に
適用されたもので、図１で示した如く現在の機関運転状
態を検出する制御回路３と、該制御回路３からの出力信
号に基づいて吸気弁５と排気弁６の両方の開閉時期特性
を夫々別個独立に制御するバルブタイミング制御機構４
を備えたものを前提としている。
【００１４】前記制御回路３は、主としてＣＰＵ，ＰＯ
Ｍ，ＲＡＭ，インターフェース等からなるマイクロコン
ピュータから構成され、少なくとも機関回転数検出手段
１たるクランク角センサからの機関回転数Ｎ信号と、負
荷検出手段２たるエアーフローメータからの吸入空気量
Ｑ信号とによって現在の機関運転状態を演算により算出
して、斯かる検出信号をバルブタイミング制御機構４に
出力している。
【００１５】前記バルブタイミング制御機構４は、その
一例として排気用カムシャフトと吸気用カムシャフトの
各端部に設けられて、クランク軸からの回転力が伝達さ
れるカムプーリと、該カムプーリと各カムシャフトとの
間にヘリカル噛合してカムシャフトの軸方向へ移動可能
な筒状歯車と、前記制御回路からの信号により筒状歯車
を軸方向に油圧等により移動させるソレノイド部などか
ら主として構成され、前記筒状歯車の軸方向の移動に伴
いカムプーリと各カムシャフトとの相対回転位相を切り
替えて吸気弁５と排気弁６の夫々の開閉時期特性を別個
独立に制御するようになっている。
【００１６】そして、前記制御回路３は、図３に示すフ
ローチャートに基づいてバルブタイミング制御状態のソ
レノイド部に制御信号を出力している。即ち、イグニッ
ションスイッチをＯＮした後（始動後）において、まず
セクション１でクランク角センサ及びエアーフローメー
タからの出力信号に基づいて機関回転数値のＮと吸入空
気量値のＱを読み込む。セクション２では機関回転数Ｎ
と吸入空気量Ｑに基づき燃料噴射量制御の基本的な値と
なる基本噴射量ＴＰを演算により求める。
【００１７】次に、セクション３〜５で現在の機関運転
状態つまり図４に示すようにアイドリング運転域Ａ，低
中速回転低中負荷域Ｂ，低中速回転高負荷域Ｃ，高回転
域Ｄか否かが判断される。セクション３では現在の機関
回転数Ｎが低中速回転域を判別するための基準となる機
関回転数Ｎ１よりも小さいか否かを判別する。ここで、
ＹＥＳつまり低中速回転域である場合は、セクション４
に進み、今度はアイドリング運転域を判別するため、現
在の燃料噴射量ＴＰがコンピュータに予め記憶されたＮ
とＴＰのデータメモリの基準値ＴＰ１よりも小さいか否
かを判別する。ここで、ＮＯつまりＴＰ１よりも大きい
と判別した場合は、セクション５に進み、ここでは低中
負荷域か高負荷域かを判別するため、現在の燃料噴射量
ＴＰが予め記憶されたデータメモリの基準値ＴＰ２より
も小さいか否かを判別する。
【００１８】そして、前記セクション４でＹＥＳつまり
アイドリング運転域Ａであると判別した場合は、セクシ
ョン６に進み、ここでは図５に示すように吸気弁５と排
気弁６の開閉時期特性即ち、バルブタイミング特性をバ
ルブオーバラップが最小となる（基準バルブタイミング
）信号（ＯＦＦ信号）をバルブタイミング制御機構４に
出力する。これによって、気筒内の残留ガス割合を少な
くして燃焼状態を良好ならしめアイドル安定性を確保す
る。
【００１９】また、セクション５でＹＥＳつまり低中速
回転低中負荷域Ｂであると判断した場合は、セクション
７で図６に示すように吸気弁５の閉じ時期を進み側に制
御する信号を出力する。即ち、この領域Ｂでは、前記の
制御により吸入効率を高めて体積効率を高く設定し、こ
れによって実圧縮比の向上により低中速トルクと燃費の
両方を向上させることができる。
【００２０】更に、セクション５でＮＯつまり低中速回
転高負荷域Ｃであると判断した場合は、セクション８で
図７に示すように、今度は吸気弁５の閉時期を進み側に
制御した状態で、排気弁６の閉時期を遅れ側に制御して
オーバラップを最大とする信号を出力する。即ち、吸気
弁５の閉時期を進み側に制御することで吸入効率が高く
なるものの、排気弁の閉時期も遅らすため、吸入行程時
に排気弁の開時間が長くなり空気の吸戻しが可能となる
。このため、体積効率が低下して実圧縮比が若干下がり
、したがって、点火時期の遅角制御を行なわずにノッキ
ングの発生を確実に防止することができる。この結果、
ノッキングの発生限界まで実圧縮比を高くすることが可
能となり、十分な出力を確保しつつ燃費の向上を図るこ
とができる。
【００２１】次に、前記セクション３でＮＯつまり高回
転域Ｄであると判断した場合は、セクション９に進む。 ここでは、図８に示すように吸気弁５を元の基準バルブ
タイミング位置に戻して閉時期を遅れ側に制御すると共
に、排気弁６の閉時期も遅れ側に制御する。これによっ
て、高回転域における吸入効率が向上して体積効率，実
圧縮比が最大に高くなる。このため、機関の最大出力ト
ルクが得られる。
【００２２】請求項２の発明に係る実圧縮比制御装置は
、例えば前記従来例のように吸気弁５のみの開閉時期特
性を制御するバルブタイミング制御機構４と、該バルブ
タイミング制御機構４を駆動制御する制御回路３とを備
えている。
【００２３】バルブタイミング制御装置４の概略構成を
図９に基づいて簡単に説明すれば、図中２１は機関のク
ランク軸から回転力が伝達されるカムプーリ、２２は端
部に該カムプーリ２１が固定された排気用カムシャフト
、２３は該排気用カムシャフト２２に並行に設けられた
吸気用カムシャフトであって、該吸気用カムシャフト２
３と排気用カムシャフト２２との各端部側には、互いに
噛合する排気側ヘリカルギア２４と吸気用カムシャフト
２３の軸方向に移動可能な吸気側ヘリカルギア２５が夫
々設けられている。
【００２４】一方、制御回路２６は、前記と略同一の構
成であって、吸気用カムシャフト２３の端縁に設けられ
たソレノイド部２７をＯＮ−ＯＦＦ制御して吸気側ヘリ
カルギア２５に対して図中右方向に作用する油圧の制御
を行なっている。また、吸気側ヘリカルギア２５は、一
端がカムシャフト２３端部のスラスト軸受２８に弾持さ
れた圧縮スプリング２９によって図中左方向に付勢され
ている。
【００２５】そして、制御回路２６は、請求項１の発明
に係る実施例と同様に吸気弁５の開閉時期特性を制御し
、アイドリング運転域Ａ及び低中回転低中負荷域Ｂでは
、図５及び図６に示す制御と同一であるが、低中速高負
荷域Ｃでは、吸気弁５の閉時期を進めるのではなくアイ
ドリング運転域Ａと同様の形、つまり閉時期を遅れ側に
制御することにより吸入効率が低下して、体積効率の低
下に伴い実圧縮比が若干下がる。これにより、点火時期
を遅角制御することなくノッキングの発生を防止できる
一方、実圧縮比をノッキング発生限界まで高められる。 この結果、出力と燃費の向上を両立させることが可能と
なる。
【００２６】また、高回転域Ｄでは、前記低中速高負荷
域Ｃの場合と同様に吸気弁５の閉時期を遅れ側に制御す
る。したがって、高回転域Ｄでの吸入効率が高くなり、
体積効率，実圧縮比も高められ、大きな出力トルクが得
られる。
【００２７】請求項３の発明に係る実圧縮比制御装置は
、図２に示したように機関運転状態を検出する制御回路
１３と、該制御回路１３からの出力信号に基づいてバル
ブリフト特性を制御するバルブリフト制御機構１４とを
備えている。
【００２８】前記バルブリフト制御機構１４は、構造的
には例えば特開昭６２−１２１８１１号公報等に記載さ
れたものと類似しており、一気筒当たり複数の吸気弁や
排気弁を設けると共に、ロッカシャフトに揺動自在に枢
支された低リフト用，高リフト用の３つのロッカアーム
に連結切換手段を設け、この連結切換手段を介して吸気
弁，排気弁のバルブリフト特性を夫々機関運転状態に応
じて低速用カムあるいは高速用カムに別個独立に切り替
えるようになっている。
【００２９】一方、制御回路１３は、請求項１，２の発
明に係る実施例のものと同様にマイクロコンピュータを
備え、機関回転数検出手段１１たるクランク角センサや
負荷検出手段１２たるエアーフローメータから出力され
た機関回転数Ｎ信号，吸入空気量Ｑ信号に基づいて現在
の機関運転状態を検出すると共に、その制御信号を前記
連結切換手段に出力するようになっている。そして、機
関運転状態は、図１０に示すようにアイドリング運転域
を含めた低中速低中負荷域Ａと低中速高負荷域Ｂ並びに
高回転域Ｃか否かを判断している。
【００３０】そして、機関運転状態がアイドリング運転
域あるいは低中速低中負荷域Ａである場合は、図１１に
示すようにバルブリフト特性を吸気弁１５，排気弁１６
ともに低速用カム側に切替制御してバルブオーバーラッ
プを最小とする（基準バルブタイミング）。したがって
、アイドリングの安定化が図れると共に、低速用カムに
よって吸気弁の閉時期を早められることにより、吸入効
率が向上し、これによって体積効率が高くなり実圧縮比
を十分に高くすることができるため、低中速トルクと燃
費の向上が図れる。
【００３１】また、低中速高負荷域Ｂに移行した場合は
、図１１に示すように吸気弁１５、あるいは図１２に示
すように排気弁１６のいずれか一方を高速用カム側に切
り替える制御を行なう。これによって、吸気弁１５また
は排気弁１６の閉時期が前記基準バルブタイミングより
も遅くなって吸入効率が低下し、これに伴い体積効率，
実圧縮比を若干低くすることができる。これによって、
点火時期の遅角制御を行なわずにノッキングの発生を防
止できる。この結果、実圧縮比をノッキング発生限界ま
で高められ、出力トルクの確保と燃費の向上が図れる。
【００３２】更に、高回転域Ｃの場合は、吸気弁，排気
弁の両方を高速用カム側に切替え制御し、バルブオーバ
ーラップを最大とし、これによって、吸入効率を大巾に
向上させて、体積効率を十分に高めて最大の出力トルク
が得られる。
【００３３】請求項４の発明に係る実圧縮比制御装置は
、吸気弁１５のみのバルブリフト特性を制御するバルブ
リフト制御機構１４を備えており、制御回路１３は、ア
イドリング運転域Ａでは吸気弁１５を低速用カム側に制
御してバルブオーバーラップを最小にする。一方、低中
速高負荷域Ｂでは吸気弁１５を図１１に示すように高速
用カム側に切替え制御する。これによって、吸気弁１５
の閉時期が遅くなって、前述と同様に実圧縮比の若干の
低下によりノッキングの発生を防止できる。尚、高回転
域Ｃでは、吸気弁を高速用カム側にして高出力化を図る
ことは勿論である。
【００３４】本発明は、前記各実施例の構成に限定され
るものではなく、例えば請求項１の発明では、アイドリ
ング運転域Ａにおいて前記基準バルブタイミングに拘わ
らず、吸気弁５の閉時期を遅れ側に、排気弁６の閉時期
を進み側に夫々制御してオーバーラップを小さくするこ
とも可能である。
【００３５】更に、バルブタイミング制御機構４やバル
ブリフト制御機構１４の構成も適宜変更することが可能
である。
【００３６】また、圧縮比を一律に高く設定した内燃機
関にも適用できることは云うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、各請求項
の発明に係る内燃機関の実圧縮比制御装置によれば、機
関運転状態を検出する制御回路によりバルブタイミング
制御機構あるいはバルブリフト制御機構を制御して、低
回転低中負荷域などにおける出力トルクと燃費の向上を
図ることは勿論のこと、とりわけノッキングの発生し易
い低回転高負荷域では、吸入効率を僅かに低下させて体
積効率を下げ、これによって実圧縮比を低下させる。こ
のため、点火時期の大巾な遅角制御を行なわずにノッキ
ングの発生を確実に防止することが可能となる。この結
果、ノッキングの発生限界まで実圧縮比を高められ、機
関の出力トルクを十分に確保しつつ燃費の向上が図れる
。
【図面の簡単な説明】
【図１】　　請求項１と２の発明に係るクレーム対応図
。
【図２】　　請求項３と４の発明に係るクレーム対応図
。
【図３】　　請求項１の発明の実施例に供される制御回
路の制御フローチャート図。
【図４】　　本実施例の制御回路により検出される機関
運転領域を示すマップ図。
【図５】　　本実施例におけるアイドリング運転域のバ
ルブタイミング特性図。
【図６】　　同低中速低中負荷域のバルブタイミング特
性図。
【図７】　　同低中速高負荷域のバルブタイミング特性
図
【図８】　　同高回転域のバルブタイミング特性図。
【図９】　　請求項２の発明の実施例に供されるバルブ
タイミング制御機構を示す概略図
【図１０】　　請求項３と４の発明に供される制御回路
により検出される機関運転領域を示すマップ図。
【図１１】　　請求項３と４の発明における低中速高負
荷域のバルブリフト特性図。
【図１２】　　請求項３の発明における低中速高負荷域
の他のバルブリフト特性図。
【図１３】　　従来のバルブタイミング制御機構のバル
ブタイミング切替領域を示すマップ図
【符号の説明】
１，１１…機関回転数検出手段、２，１２…負荷検出手
段、３，１３…制御回路、４…バルブタイミング制御機
構、１４…バルブリフト制御機構、５，１５…吸気弁、
６，１６…排気弁。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　少なくとも機関回転数検出手段と負荷
    検出手段からの出力信号によって現在の機関運転状態を
    検出する制御回路と、該制御回路からの出力信号に基づ
    いて吸気弁と排気弁の開閉時期特性を進み側あるいは遅
    れ側に切り替えるバルブタイミング制御機構とを備え、
    前記制御回路は、機関低回転低中負荷域ではバルブタイ
    ミング制御機構を介して少なくとも吸気弁の閉時期を進
    み側に制御すると共に、低回転高負荷域では少なくとも
    排気弁の閉時期を遅れ側に制御することを特徴とする内
    燃機関の実圧縮比制御装置。
  2. 【請求項２】　　少なくとも機関回転数検出手段と負荷
    検出手段からの出力信号によって現在の機関運転状態を
    検出する制御回路と、該制御回路からの出力信号に基づ
    いて吸気弁の開閉時期特性を進み側あるいは遅れ側に切
    り替えるバルブタイミング制御機構とを備え、前記制御
    回路は、機関低回転低中負荷域ではバルブタイミング制
    御機構を介して吸気弁の閉時期を進み側に制御すると共
    に、低回転高負荷域では吸気弁の閉時期を遅れ側に制御
    することを特徴とする内燃機関の実圧縮比制御装置。
  3. 【請求項３】　　少なくとも機関回転数検出手段と負荷
    検出手段からの出力信号によって現在の機関運転状態を
    検出する制御回路と、該制御回路からの出力信号に基づ
    いて吸気弁と排気弁のバルブリフト特性を夫々低速側あ
    るいは高速側に切り替えるバルブリフト制御機構とを備
    え、前記制御回路は、機関低回転高負荷域ではバルブリ
    フト制御機構を介して吸気弁あるいは排気弁のいずれか
    一方のバルブリフト特性を高速側に制御することを特徴
    とする内燃機関の実圧縮比制御装置。
  4. 【請求項４】　　少なくとも機関回転数検出手段と負荷
    検出手段からの出力信号によって現在の機関運転状態を
    検出する制御回路と、該制御回路からの出力信号に基づ
    いて吸気弁のバルブリフト特性を低速側あるいは高速側
    に切り替えるバルブリフト制御機構とを備え、前記制御
    回路は、機関低回転高負荷域ではバルブリフト制御機構
    を介して吸気弁のバルブリフト特性を高速側に制御する
    ことを特徴とする内燃機関の実圧縮比制御装置。
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