JPH0596444U - 動弁機構のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可変バルブタイミングを利用して膨張比、排
気ガス温度を可変にし、冷態やアイドリング時のエミッ
ションを改善して、負荷運転時の排気系の熱害を減じ、
燃費等を向上する。 【構成】 動弁機構３０の排気弁１３の側にバルブタイ
ミングを可変する位相制御装置４０を設け、エンジン運
転時の冷態時や暖機状態のアイドリング時には、制御ユ
ニット５０の位相決定部５５により位相制御装置４０で
排気カム３２ａの位相を進角して排気弁１３を早開き
し、膨張比の減少で排気ガス温度を高くして触媒等を早
期に活性化する。また負荷運転時や触媒の温度が異常上
昇すると、位相制御装置４０で排気カム３２ａの位相を
遅い位置に戻して排気弁１３を通常の遅開きにし、膨張
比等の増大で排気ガス温度を低下して、燃費を向上し、
排気系の熱害を少なくし、触媒の温度上昇も抑制する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、車両用エンジンの動弁機構において、吸、排気弁の開閉時期を可変 制御するバルブタイミング制御装置に関し、詳しくは、位相制御装置により排気 弁のバルブタイミングを可変する方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に４サイクルエンジンの動弁機構においては、例えば排気弁の排気カムに 位相制御装置を設け、エンジン運転状態等により位相制御装置を作動して、排気 弁の開閉時期を早く又は遅くするように位相制御することが知られている。この 場合に排気弁が早開きに設定されると、必然的に膨張比が小さくなるが、高速時 には吸排気慣性により充填効率が良くなる。また排気弁が遅開きに設定されると 膨張比や仕事量は大きくなるが、高速時の充填効率が低下する。そこで、このよ うな特性を考慮して、排気弁のバルブタイミングを可変制御することが多い。

【０００３】 ところでエンジンの冷態、アイドリング時には、エミッションを改善する上で 排気ガス温度を高くして触媒やＯ₂ センサを早期活性化することが望まれる。ま た負荷運転時には、出力アップする以外に、排気系の耐久性や熱害対策として排 気ガス温度を低下することが望まれる。ここで、排気ガス温度は排気弁を開く時 期、即ち膨張比に依存して変化するため、排気弁の可変バルブタイミングを利用 して膨張比、排気ガス温度を可変制御し、上述のような効果を奏することが望ま れる。

【０００４】 従来、上記動弁機構のバルブタイミング可変制御に関しては、例えば特開昭６ ０−２７７１１号公報の先行技術がある。ここでエンジンの中負荷領域では排気 弁の開弁時期を遅れ側にずらし、膨張比を大きくして燃費を向上し、高負荷領域 では排気弁の開弁時期を早めて排気効率を向上し、高出力を得ることが示されて いる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記先行技術のものにあっては、中負荷以上の領域で排気弁の開弁 時期を変化して燃費や出力を向上する技術思想であるから、冷態時のエミッショ ンを改善することはできない。また高負荷領域では排気弁の開弁時期を早めるた め、排気ガス温度が上昇することになり、このため排気系の耐久性、熱害対策の 点で不利になる等の問題がある。

【０００６】 本考案はこの点に鑑みてなされたもので、可変バルブタイミングを利用して膨 張比、排気ガス温度を可変し、冷態やアイドリング時のエミッションを改善し、 負荷運転時の排気系の熱害を減じ、燃費等を向上することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案は、少なくとも排気弁のバルブタイミングを 可変する位相制御装置を備えた動弁機構において、エンジンの冷態の有無を判断 する冷態判定手段と、アイドリングを判断するアイドル判定手段と、触媒の上、 下流に設けられる２つの排気ガス温度センサの信号により触媒の温度と反応状態 を検出する触媒温度検出手段と、冷態時と暖機状態のアイドリング時には位相進 角を決定し、触媒が活性化温度に達した場合の負荷運転時、触媒の温度が異常上 昇する場合に遅れた位相に決定する位相決定手段と、この位相制御信号を位相制 御装置に出力する駆動手段とを備えるものである。

【０００８】

【作用】

上記構成に基づき、エンジン運転時の冷態時やアイドリング時には位相決定手 段の位相進角信号により位相制御装置が作動して、排気弁のバルブタイミングが 早開きになり、これにより排気ガス温度が高くなって触媒等が早期に活性化する ようになる。また負荷運転時や触媒の温度が異常上昇すると、位相決定手段の遅 い位相の信号で位相制御装置が作動して、排気弁のバルブタイミングが遅開きに なり、このため膨張比等が大きくなって出力アップする。この場合は排気ガス温 度が低下することで、燃費が向上し、排気系の熱害が少なくなり、触媒の温度上 昇も抑制されるようになる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図２において、エンジンの 全体の概略について説明すると、符号１はエンジン本体であり、クランクケース ２のシリンダ３にピストン４が往復動可能に挿入され、このピストン４がコンロ ッド５を介してクランク軸６に連結される。シリンダヘッド７の燃焼室８には点 火プラグ９が取付けられ、吸気ポート１０に吸気弁１１が、排気ポート１２に排 気弁１３がそれぞれ設けられる。また吸気ポート１０は吸気管１４、スロットル 弁１５等を介してエアクリーナ１６に連結され、吸気ポート１０の箇所に燃料噴 射するインジェクタ１７が取付けられ、排気ポート１２からの排気管１８が触媒 １９を有するコンバータ２０に連結される。

【００１０】 動弁機構３０は、直動式のＤＯＨＣ型であり、吸気弁１１と排気弁１３とがＶ 字形に配置され、これらの吸、排気弁１１，１３の延長線上においてシリンダヘ ッド７にカバー２１が被着され、カバー２１内部に吸気カム３１ａを有する吸気 カム軸３１、排気カム３２ａを有する排気カム軸３２がそれぞれ平行に配設され る。これらのカム軸３１，３２はそれぞれカムスプロケット３３，３４が取付け られ、このカムスプロケット３３，３４とクランク軸６にタイミングベルト３５ が掛けられて、回転するようになっている。また吸気弁１１のステムエンドはバ ルブスプリング３６が付勢されると共に、バルブクリアランスを調整する油圧式 リフタ３７を介して吸気カム３１ａに摺接され、吸気カム３１ａの回転により直 動式に吸気弁１１を開弁するようになっている。

【００１１】 排気弁１３も同様にバルブスプリング３８と油圧式リフタ３９を有して、排気 カム３２ａの回動により直動式に開弁する構成であり、この排気カム軸３２に位 相制御装置４０が装着されている。位相制御装置４０は、電気信号によりカムス プロケット３４に対して排気カム軸３２を所定量だけ回転変位して、排気カム３ ２ａの位相を例えば通常の遅れた位置と、それより進角した位置に２段階に切換 えるように構成される。

【００１２】 バルブタイミング可変の制御系について説明すると、エンジン本体１のクラン ク軸６にクランク角センサ４３が、冷却水通路２２に水温センサ４４が設けられ る。また、吸気系にエアフローメータ４５が、スロットル弁１５にスロットル開 度センサ４６が設けられ、触媒コンバータ２０にＯ₂ センサ４７が設けられる。 この触媒コンバータ２０の触媒１９の上流と下流にはそれぞれ排気温度センサ４ ８，４９が設けられて、触媒１９の温度や反応状態を検出する。そしてこれらの センサ信号は制御ユニット５０に入力して処理され、位相制御信号を位相制御装 置４０に出力するようになっている。

【００１３】 図１において、制御ユニット５０について説明すると、クランク角センサ４３ の信号が入力するエンジン回転数検出部５１を有してエンジン回転数Ｎを検出す る。このエンジン回転数Ｎと水温センサ４４の水温Ｔｗは冷態判定部５２に入力 して、エンジン始動時に水温Ｔｗが低い場合に冷態を判断する。エンジン回転数 Ｎ、スロットル開度センサ４６のスロットル開度α、エアフローメータ４５の吸 入空気量Ｑはアイドル判定部５３に入力し、低速無負荷の運転状態の場合にアイ ドリングを判断する。また、触媒１９の上、下流の２つの排気温度センサ４８， ４９の排気温度Ｔｉ，Ｔｏは触媒温度検出部５４に入力して、これらの排気温度 Ｔｉ，Ｔｏにより触媒活性化温度Ｔｓに達したかどうか、または反応状況により 異常に温度上昇しているかどうかを検出する。そしてこれらの冷態、運転領域、 触媒温度の判定、検出信号は位相決定部５５に入力する。

【００１４】 位相決定部５５は、冷態時や暖機状態のアイドリング時に位相進角を決定し、 触媒活性温度Ｔｓに達した場合の負荷運転時、または触媒の温度が異常上昇した 場合には、通常の遅れた位相を決定する。そして駆動部５６によりこの位相制御 信号を位相制御装置４０に出力するように構成される。

【００１５】 次に、この実施例の動作について説明すると、エンジン運転時にクランク軸６ によりタイミングベルト３５、カムスプロケット３３，３４を介して動弁機構３ ０の吸気カム軸３１と排気カム軸３２が回転する。そして吸気行程では吸気カム ３１ａにより吸気弁１１が、図３の曲線ＩＮのようにリフトし、所定のバルブタ イミングで直動式に開弁する。

【００１６】 このとき制御ユニット５０においてエンジンの状態や運転、触媒温度が判断さ れており、エンジン始動の冷態時には位相進角信号が位相制御装置４０に出力し て、排気カム３２ａの位相が進角される。そこで排気行程において排気カム３２ ａにより排気弁１３が、図３の曲線ＥＸ２のようにリフトして早開きで開弁する ようになる。このため膨張行程で早目に排気されて、膨張比ａや仕事量Ｗが小さ くなるが排気ガス温度Ｔｅｘが高くなり、この高い温度の排気ガスが触媒コンバ ータ２０に流入する。そこで触媒１９やＯ₂ センサ４７が早期に活性化して、良 好に排気ガス浄化されると共に空燃比制御されるようになる。またこの場合はオ ーバラップｄが小さくなることで、低速安定性等が良くなる。

【００１７】 暖機状態のアイドリング時にも、上述と同様に排気弁１３の位相が進角制御さ れ、このため安定した運転状態を保持し、触媒の活性化を促して活発に排気ガス 浄化される。

【００１８】 一方、アクセル踏込みにより負荷運転する場合において、触媒１９が活性化温 度Ｔｓに達していると、制御ユニット５０により位相遅れ信号が位相制御装置４ ０に出力し、排気カム３２ａの位相が通常の遅れた位置に戻る。そこで排気行程 において排気弁１３が、図３の曲線ＥＸ１のようにリフトして遅開きで開弁する ようになり、このため膨張行程では上述と逆に遅く排気され、膨張比ａ、仕事量 Ｗ、オーバラップｄが大きくなって出力アップする。この場合は排気ガス温度Ｔ ｅｘが低下するため、排気系の熱害が低減する。また濃混合気で燃料冷却して排 気ガス温度を低下することが不要になるので、リーンに空燃比制御することが可 能になる。

【００１９】 上述の冷態時やアイドリング時に、触媒が激しく反応して温度が異常上昇する と、この場合も直ちに排気弁１３の位相が上記の遅れた位置に戻るように制御さ れる。そこで排気ガス温度Ｔｅｘの低下により、触媒の反応と共に温度上昇を抑 制して、危険が回避される。

【００２０】 以上の各動作をまとめて示すと、表１のようになる。

【表１】

【００２１】 以上、本考案の実施例について説明したが、動弁機構の構造の異なるものにも 適応できる。また位相制御装置によりバルブタイミングの位相を、３段階以上に 切換えることもできる。

【００２２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、動弁機構において排気弁の可変バルブタ イミングにより膨張比を変化する構成であるから、排気ガス温度が有効に変化し て、排気系の熱的な問題等に積極的に活用することができる。冷態時や暖機状態 のアイドリング時には排気弁の早開きにより排気ガス温度を高く制御するので、 触媒やＯ₂ センサが早期に活性化して、エミッションを向上することができる。 触媒が活性化温度に達した負荷運転では排気弁の遅開きで排気ガス温度を低下す るように制御するので、特に、高速高負荷時の排気系の熱害が少なくなって耐久 性、信頼性が向上する。また燃料冷却が不要になって、燃費が向上する。

【００２３】 触媒コンバータには触媒の上、下流に排気ガス温度センサが設けられるので、 触媒の温度や反応状況を正確に検出することができる。触媒の温度の異常上昇時 には排気ガス温度を低下するように制御するので、その温度上昇を有効に抑制す ることができる。排気弁の可変バルブタイミングに位相制御装置を用いるので、 オーバラップも変化して低速安定性、エンジン出力も向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る動弁機構のバルブタイミング制御
装置の実施例を示すブロック図である。

【図２】本考案が適応されるエンジンと動弁機構を示す
断面図である。

【図３】本考案によるバルブリフト特性と、可変バルブ
タイミングの状態を示す図である。

【符号の説明】

１ エンジン本体 １３ 排気弁 ３０ 動弁機構 ４０ 位相制御装置 ５０ 制御ユニット ５２ 冷態判定部 ５３ アイドル判定部 ５４ 触媒温度検出部 ５５ 位相決定部 ５６ 駆動部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも排気弁のバルブタイミングを
   可変する位相制御装置を備えた動弁機構において、エン
   ジンの冷態の有無を判断する冷態判定手段と、アイドリ
   ングを判断するアイドル判定手段と、触媒の上、下流に
   設けられる２つの排気ガス温度センサの信号により触媒
   の温度と反応状態を検出する触媒温度検出手段と、冷態
   時と暖機状態のアイドリング時には位相進角を決定し、
   触媒が活性化温度に達した場合の負荷運転時、触媒の温
   度が異常上昇する場合に遅れた位相に決定する位相決定
   手段と、この位相制御信号を位相制御装置に出力する駆
   動手段とを備えることを特徴とする動弁機構のバルブタ
   イミング制御装置。