JPH04269339A - エンジンのバルブタイミング制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの吸・排気弁
のバルブオーバラップを変更するバルブタイミング制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エンジンの吸・排気弁の少な
くとも一方の開閉タイミングを変更可能とするバルブタ
イミング可変手段と、エンジンの運転状態に応じて上記
バルブタイミング可変手段を制御することにより吸・排
気弁のバルブオーバラップを変える制御手段とを備えた
バルブタイミング制御装置は種々知られている。例えば
特開昭６４−３２１６号公報には、吸気弁を低速用カム
で駆動する状態と高速用カムで駆動する状態とに切り換
える切換機構をカムシャフトと吸気弁との間に組込むこ
とにより吸気弁の開閉タイミングを２段階に変更可能に
するバルブタイミング可変手段を構成し、エンジンの運
転状態に応じて上記切換機構を作動させることにより、
低速領域では吸気弁の開弁期間を短くしてバルブオーバ
ラップを小さくし、高速領域では吸気弁の開弁期間を長
くしてバルブオーバラップを大きくするようにしている
。このような装置によると、高速領域では吸気充填量を
増大させてエンジン出力を高めることができ、またバル
ブオーバラップを大きくすることでそのオーバラップ中
に吸入負圧を小さくしてポンピングロスを低減すること
もできる。一方、吸気量の少ない低速領域ではバルブオ
ーバラップを小さくすることでバルブオーバラップ中の
内部ＥＧＲ（排気ガスの吹き返し）を低減し、内部ＥＧ
Ｒによる燃焼性の悪化を防止することができる。

【０００３】なお、バルブタイミング可変手段としては
、上記公報に示されたもののほかにも、例えばカムプー
リとカムシャフトとの間にカムシャフトの位相を変化さ
せる機構を設け、これにより、開弁期間は変えずに開閉
タイミングをずらすようにしたものも知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のこの
種の装置では、単に運転状態に応じてバルブタイミング
が変えられ、例えばバルブタイミングを２段階に切り換
えるものでは、低吸気量側（低速側）の領域でバルブオ
ーバラップが小さくされて、その領域は気圧に関係なく
一定に設定されていた。しかし、気圧が低くなる高地に
おいては、低地と比べ、同じ吸気量でも吸気負圧は低く
なり、かつ、外気圧力の低下に伴って排気ガスは外部へ
抜け易くなることから、内部ＥＧＲは同一運転状態での
低地と比べて減少する傾向がある。従って、高地でも低
地と同じ設定でバルブタイミングを制御するだけでは、
内部ＥＧＲの低減が要求される領域に対してバルブオー
バラップ量を小さくする領域が必要以上に大きくなり、
燃費等の面で改善の余地があった。

【０００５】本発明は上記の事情に鑑み、気圧が低くな
ったときに、燃焼性の悪化を招くことなくバルブオーバ
ラップを増大させることにより、燃費等を改善すること
ができるエンジンのバルブタイミング制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、エンジンの吸・排気弁の少なくとも
一方の開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミン
グ可変手段と、エンジンのアイドル付近よりも吸気量の
多い特定の運転領域で吸・排気弁のバルブオーバラップ
を大きくし、この運転領域よりも低流量側の運転領域で
上記バルブオーバラップを小さくするように上記バルブ
タイミング可変手段を制御する制御手段と、気圧を検出
する気圧検出手段と、この気圧検出手段の出力を受け、
気圧が低いときには上記バルブオーバラップを大きくす
る領域をエンジンの低吸気量側へ拡大するように補正す
る補正手段とを備えたものである。

【０００７】また第２の発明は、エンジンの吸・排気弁
の少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能とするバ
ルブタイミング可変手段と、エンジンの運転状態に応じ
て吸・排気弁のバルブオーバラップを変更するようにバ
ルブタイミング可変手段を制御する制御手段と、気圧を
検出する気圧検出手段と、この気圧検出手段の出力を受
け、気圧が低いときには気圧が高いときと比べて上記バ
ルブオーバラップを増大させるように補正する補正手段
とを備えたものである。

【０００８】これらの発明の構成において、上記バルブ
タイミング可変手段および制御手段は、例えば吸気弁の
開閉タイミングを変更可能とし、バルブオーバラップを
大きくすべきときに上記吸気弁が開く時期を早めるよう
にするものである。

【０００９】また、制御手段は、高速側の運転領域では
低速側の運転領域よりもバルブオーバラップを大きくす
るものであってもよい。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、気圧が低くなったとき、気
圧が高いときと比べて内部ＥＧＲが少なくなる傾向に応
じ、バルブオーバラップが大とされる領域が拡大され、
あるいはバルブオーバラップ量が増大されて、燃費の改
善やエンジン出力の向上に有利な方向に補正が行われる
。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 図１は本発明の一実施例による装置全体の概略構造を示
し、この図において、エンジン１の各気筒の燃焼室２に
は、吸気通路３の下流端側の吸気ポート及び排気通路４
の上流端側の排気ポートが開口し、各ポートが吸気弁５
および排気弁６で開閉されるようになっている。上記吸
気通路３にはエアフローメータ７、スロットル弁８、イ
ンジェクタ９等が配設されている。

【００１２】上記吸気弁５および排気弁６はそれぞれ動
弁機構により開閉作動されるが、その少なくとも一方に
バルブタイミング可変手段１１が設けられ、図に示す実
施例では、吸気弁５に対する動弁機構にバルブタイミン
グ可変手段１１が組込まれている。このバルブタイミン
グ可変手段１１は、吸気弁５の開閉タイミングを変更可
能とするもので、例えば図１および図２に示すように、
クランクシャフトに連動するカムプーリ等を有する回転
入力部１２とカムシャフト１３との相対位相を変更可能
としている。すなわち、上記回転入力部１２とカムシャ
フト１３との間に、これらにヘリカルスプラインで噛合
するスライド部材１４が設けられ、このスライド部材１
４の片側に油圧室１５が形成されるとともに、反対側に
リターンスプリング１６が設けられ、上記油圧室１５に
対する油圧の給排に応じたスライド部材１４の移動によ
り、回転入力部１２に対してカムシャフト１３の位相が
変化するようになっている。上記油圧室１５に通じる油
圧通路１７にはソレノイドバルブ１８が設けられ、この
ソレノイドバルブ１８のオン、オフにより、上記油圧室
１５に対する油圧の給排が行われる。

【００１３】従って、当実施例では、図３に示すように
、排気弁６の開閉タイミングＥＶＴは一定（例えば開時
期がＢＢＤＣ６０°、閉時期がＡＴＤＣ１０°）とされ
た状態で、上記ソレノイドバルブ１８のオン、オフによ
り吸気弁の開閉タイミングが２段階に切り換えられて吸
・排気弁のバルブオーバラップが変えられる。例えば、
ソレノイドバルブ１８がオンのときは吸気弁５が比較的
早いタイミングＩＶＴ１で開閉する（例えば開時期がＢ
ＴＤＣ２５°、閉時期がＡＢＤＣ４０°）ことによりバ
ルブオーバラップ大となり、ソレノイドバルブ１８がオ
フのときは吸気弁５が比較的遅いタイミングＩＶＴ２で
開閉する（例えば開時期がＢＴＤＣ５°、閉時期がＡＢ
ＤＣ６０°）ことによりバルブオーバラップ小となる。

【００１４】上記バルブタイミング可変手段１１は、マ
イクロコンピュータ等で構成されたコントロールユニッ
ト（ＥＣＵ）２０によって制御される。図１中に示すよ
うにこのコントロールユニット２０には、上記エアフロ
ーメータ７からの吸入空気量検出信号、エンジン回転数
を検出する回転数センサ２５からの信号、気圧を検出す
る圧力センサ（気圧検出手段）２６からの信号、エンジ
ン冷却水の温度を検出する水温センサ２７からの信号、
図外の自動変速機のレンジを検出するレンジセンサ２８
からの信号などが入力される。そしてこのコントロール
ユニット２０から上記ソレノイドバルブ１８にオン、オ
フを切り換える信号が出力されるようになっている。

【００１５】上記コントロールユニット２０は、後述の
フローチャートに示すようなプログラムに従った制御を
行うことにより、バルブタイミングの制御手段２１と気
圧に応じた補正手段２２とを構成している。上記制御手
段２１は、少なくともアイドル付近より吸気量の多い特
定の運転領域で上記バルブオーバラップを大きくし、こ
の運転領域よりも低吸気量側で吸・排気弁のバルブオー
バラップを小さくするようにバルブタイミングを制御す
るもので、当実施例では、図４に示すような領域設定に
基づき、オーバラップ小とオーバラップ大とに切り換え
るようになっている。すなわち、第１設定回転数Ｎ１（
例えば１０００ｒｐｍ）より低速側であるか、あるいは
中速低負荷側の領域でエンジン回転数および負荷（ＣＥ
）により設定された切換ラインＬｖｔｃｅよりも低吸気
量側となる領域では、オーバラップ小（ソレノイドバル
ブオフ）とされ、第１設定回転数Ｎ１と第２設定回転数
Ｎ２（例えば５０００ｒｐｍ）との間の中速領域で、か
つ、上記切換ラインＬｖｔｃｅより高吸気量側の領域で
はオーバラップ大（ソレノイドバルブオン）とされ、ま
た、第２設定回転数Ｎ２より高回転側の領域ではオーバ
ラップ小（ソレノイドバルブオフ）とされる。

【００１６】また、上記補正手段２２は、圧力センサ２
６からの信号を受け、気圧が低いときには上記バルブオ
ーバラップを大きくする領域をエンジンの低吸気量側へ
拡大するもので、例えば図４中における上記切換ライン
Ｌｖｔｃｅを気圧が低下するにつれて低吸気量側に変更
する（破線）ように補正する。

【００１７】図５は上記コントロールユニット２０によ
るバルブタイミングの制御手段２１および補正手段２２
としての制御の具体例をフローチャートで示している。 このフローチャートに示す制御がスタートすると、コン
トロールユニット２０は先ずステップＳ１で、気圧ＡＴ
Ｐ、エンジン回転数ＮＥ、水温ＴＷ、吸入空気量、レン
ジ信号等を入力し、ステップＳ２で、エンジン負荷相当
量として吸気充填量（エンジン１回転あたりの吸入空気
量）ＣＥを求める。

【００１８】続いてステップＳ３で、図６に示すような
気圧に対応した補正係数のテーブルより、その時の気圧
ＡＴＰに応じて補正係数ＶＴＡＴを設定する。この場合
、低地での通常時の気圧（７６０ｍｍＨｇ）では補正係
数ＶＴＡＴが「１．００」となり、これより気圧が低く
なるにつれて補正係数ＶＴＡＴが小さくなるように予め
気圧ＡＴＰと補正係数ＶＴＡＴとの関係が定められ、こ
れがテーブルとしてコントロールユニット２０内のメモ
リに記憶されている。ステップＳ３に続いてステップＳ
４では、エンジン負荷相当量についてのバルブタイミン
グ切換基準値の基本量ＶＴＣＮを、図７に示すようなテ
ーブルよりそのときのエンジン回転数ＮＥに応じて設定
する。この場合、上記基本量ＶＴＣＮがエンジン回転数
ＮＥに対し、図４中に実線の切換ラインＬｖｔｃｅで示
すような対応関係となるように予め定められ、これがテ
ーブルとしてコントロールユニット２０内のメモリに記
憶されている。

【００１９】ステップＳ４に続いてステップＳ５では、
上記のステップＳ４で設定した基本量ＶＴＣＮにステッ
プＳ３で設定した補正係数ＶＴＡＴを乗じることにより
、最終的なバルブタイミング切換基準値ＶＴＣＥを設定
する。

【００２０】次に、ステップＳ６〜Ｓ１０の各種条件判
定に基づき、上記バルブタイミング可変手段１１のソレ
ノイドバルブ１８をオンまたはオフとする（ステップＳ
１１，Ｓ１２）。当実施例では上記条件判定として、先
ずステップＳ６で水温ＴＷが設定温度ＴＷ１（例えば６
０℃）以上か否かを判定する。この判定がＮＯとなる低
温時には、燃焼性の悪化を防止するため、運転領域に関
係なくステップＳ１２に移ってソレノイドバルブ１８を
オフとすることによりバルブオーバラップを小とする。 ステップＳ６の判定がＹＥＳのときは、ステップＳ７で
自動変速機のレンジがＤレンジ（走行レンジ）か否かを
判定し、この判定がＮＯのときは、Ｎレンジでのレーシ
ング時等に不必要にバルブタイミングの切り換えが行わ
れることを避けるため、やはりステップＳ１２へ移る。

【００２１】また、ステップＳ６，Ｓ７の各判定がとも
にＹＥＳのときは、エンジン回転数ＮＥが第１設定回転
数Ｎ１以上か否かの判定（ステップＳ８）と、第２設定
回転数Ｎ２以下か否かの判定（ステップＳ９）と、エン
ジン負荷相当量ＣＥがステップＳ５で設定した基準値Ｖ
ＴＣＥ以上か否かの判定（ステップＳ１０）とにより、
図４中のどの領域にあるかを調べる。そして、エンジン
回転数ＮＥが第１設定回転数Ｎ１より低いとき、または
エンジン回転数ＮＥが第２設定回転数Ｎ２より高いとき
、あるいはエンジン負荷相当量ＣＥが基準値ＶＴＣＥよ
り低いときは、ステップＳ１２へ移ってソレノイドバル
ブ１８をオフとする。一方、エンジン回転数ＮＥが第１
設定回転数Ｎ１と第２設定回転数Ｎ２との間で、かつエ
ンジン負荷相当量ＣＥが基準値以上のときは、ステップ
Ｓ１１へ移ってソレノイドバルブ１８をオンとすること
によりバルブオーバラップを大とする。

【００２２】以上のような当実施例の装置によると、エ
ンジン暖機後で自動変速機がＤレンジにある場合に、図
４に示す領域設定に基づいて、第１設定回転数Ｎ１と第
２設定回転数Ｎ２との間の中速域で切換ラインＬｖｔｃ
ｅより高吸気量側の特定運転領域では、吸・排気弁のバ
ルブオーバラップが大とされる。この状態では、バルブ
オーバラップ期間中に吸入負圧が低減されることなどに
よりポンピングロスが低減され、また中速高負荷におい
ては掃気作用などで吸気の充填効率が高められることに
よりエンジン出力が高められる。また、第１設定回転数
Ｎ１よりも低速側であるかエンジン負荷相当量ＣＥが基
準値ＶＴＣＥ（切換ラインＬｖｔｃｅ）より低くなる低
吸気量領域では、バルブオーバラップが小さくされるこ
とにより、内部ＥＧＲの増大が避けられ、低吸気量領域
での燃焼性の悪化が防止される。

【００２３】ところで、気圧が低くなる高地では、低地
と比べ、同じエンジン負荷（吸気充填量）でもブースト
（吸気負圧）は小さくなり、かつ排気側では外気圧力の
低下により排気ガスが外部に抜け易くなるので、内部Ｅ
ＧＲは少なくなる傾向がある。従って、気圧の低下につ
れて切換ラインＬｖｔｃｅを図４に破線で示すように低
吸気量側にずらせても、切換点でのブーストが低地にお
ける場合と同程度となり、内部ＥＧＲが過度に増大する
ことがない。そして、このように気圧に応じて切換点を
ずらす補正（図５のフローチャート中のステップＳ３，
Ｓ５）により、バルブオーバラップ大とする領域が低吸
気量側に拡大され、この拡大された範囲でポンピングロ
スが低減される。

【００２４】また、当実施例ではエンジン回転数ＮＥが
第２設定回転数Ｎ２より高い高速領域でソレノイドバル
ブ１８をオフとしており、このようにしているのは、高
速領域では吸気流速が早いことから、吸気弁５の閉時期
を遅らせてできるだけ遅い時期まで吸気を流入させるこ
とにより充填効率の向上を図るためである。

【００２５】なお、上記実施例では、バルブオーバラッ
プを大、小の２段階に切り換えているが、例えばバルブ
タイミング可変機構１１のソレノイドバルブ１８にデュ
ーティソレノイドバルブを用いてこれをデューティ制御
することにより、バルブオーバラップ量を運転状態に応
じて連続的もしくは多段階に制御してもよい。このよう
にする場合でも、基本的に低吸気量側ではバルブオーバ
ラップを小さくしておく。またこの場合に、少なくとも
低吸気量領域ないし中吸気量領域で、バルブオーバラッ
プ量を気圧が低くなるにつれて増大されるように補正し
てもよい。

【００２６】また、バルブオーバラップを２段階に切り
換えるようにする場合でもその領域設定の仕方は上記実
施例に限定されず、例えば図８のように、設定回転数を
境にこれより低速側ではバルブオーバラップ小、高速側
ではバルブオーバラップ大としてもよい。そしてこのよ
うな領域設定による場合も、気圧が低いときはバルブオ
ーバラップ大の領域を低速側に拡大すればよく、あるい
はこのような２段階の切換に加えてバルブオーバラップ
量を補正できるようにし、気圧が低いときにバルブオー
バラップ量を大きくするようにしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明のバルブタイミング
制御装置は、請求項１に記載の構成によると、特定の運
転領域でバルブオーバラップを大きくし、この運転領域
よりも低流量側の運転領域でバルブオーバラップを小さ
くするようにバルブタイミング可変手段を制御する制御
手段を備えるとともに、気圧が低いときにはバルブオー
バラップを大きくする領域をエンジンの低吸気量側へ拡
大するように補正する補正手段を備えているため、気圧
が低くなったときは、低地と比べて内部ＥＧＲが少なく
なる傾向に見合うようにバルブオーバラップを大きくす
る領域が拡大され、内部ＥＧＲ増大による燃焼性の悪化
を招くことなく、バルブオーバラップを大きくすること
による燃費改善等の効果を高めることができる。

【００２８】また、エンジンの運転状態に応じて吸・排
気弁のバルブオーバラップを変更するようにバルブタイ
ミング可変手段を制御する制御手段を備えるとともに、
気圧が低いときには気圧が高いときと比べて上記バルブ
オーバラップを増大させるように補正する補正手段を備
えた構成によっても、内部ＥＧＲ増大による燃焼性の悪
化を招くことなく、バルブオーバラップを大きくするこ
とによる燃費改善、エンジン出力向上等の効果を高める
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による装置全体の概略図であ
る。

【図２】バルブタイミング可変手段の一例を示す断面図
である。

【図３】吸・排気弁の開閉タイミングを示す説明図であ
る。

【図４】バルブタイミングの制御における領域設定の一
例を示す説明図である。

【図５】バルブタイミングの制御の具体例を示すフロー
チャートである。

【図６】気圧に対応した補正係数のテーブルを示す図表
である。

【図７】エンジン回転数に対応した負荷相当量基準値の
テーブルを示す図表である。

【図８】バルブタイミングの制御における領域設定の別
の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　エンジン ５　　吸気弁 ６　　排気弁 １１　　バルブタイミング可変手段 １８　　ソレノイドバルブ ２０　　コントロールユニット ２１　　制御手段 ２２　　補正手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジンの吸・排気弁の少なくとも一
   方の開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング
   可変手段と、エンジンのアイドル付近よりも吸気量の多
   い特定の運転領域で吸・排気弁のバルブオーバラップを
   大きくし、この運転領域よりも低流量側の運転領域で上
   記バルブオーバラップを小さくするように上記バルブタ
   イミング可変手段を制御する制御手段と、気圧を検出す
   る気圧検出手段と、この気圧検出手段の出力を受け、気
   圧が低いときには上記バルブオーバラップを大きくする
   領域をエンジンの低吸気量側へ拡大するように補正する
   補正手段とを備えたことを特徴とするエンジンのバルブ
   タイミング制御装置。
2. 【請求項２】　　エンジンの吸・排気弁の少なくとも一
   方の開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング
   可変手段と、エンジンの運転状態に応じて吸・排気弁の
   バルブオーバラップを変更するようにバルブタイミング
   可変手段を制御する制御手段と、気圧を検出する気圧検
   出手段と、この気圧検出手段の出力を受け、気圧が低い
   ときには気圧が高いときと比べて上記バルブオーバラッ
   プを増大させるように補正する補正手段とを備えたこと
   を特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。
3. 【請求項３】　　バルブタイミング可変手段は吸気弁の
   開閉タイミングを変更可能とするものであり、制御手段
   は、バルブオーバラップを大きくすべきときに上記吸気
   弁が開く時期を早めるようにバルブタイミング可変手段
   を制御するものであることを特徴とする請求項１または
   請求項２記載のエンジンのバルブタイミング制御装置。
4. 【請求項４】　　制御手段は、高速側の運転領域では低
   速側の運転領域よりもバルブオーバラップを大きくする
   ものであることを特徴とする請求項１または請求項２記
   載のエンジンのバルブタイミング制御装置。