JPH03281950A - エンジンの制御装置 - 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） 本発明はエンジンの制御装置に関し、特に吸排気のオー
バーラツプ量を変えるようにしたものに関する。

（従来の技術） 従来、エンジンの制御装置として、吸気弁と排気弁の少
なくとも一方のバルブタイミングを可変にする可変バル
ブタイミング機構を備え、低負荷領域では吸排気のオー
バーラツプ量が小さくなる小モードに可変バルブタイミ
ング機構を切換えて燃焼室への排気ガスの逆流を防止す
ることにより燃焼安定性を高める一方、高負荷領域では
吸排気のオーバーラツプ量が大きくなる大モードに可変
バルブタイミング機構を切換えて掃気効果を高めること
によりエンジン出力を高めるようにしたものが知られて
いる（例えば特開昭６３−１９５３２５号公報参照）。

（発明が解決しようとする課８） ところで、このような制御装置を備えたエンジンでは、
例えば、 ■エンジンの高負荷時にクラッチを遮断して無負荷時に
移行したとき ■ニュートラル位置へのシフト時にアクセルをレーシン
グ操作してエンジンが高負荷時から無負荷時へ移行した
とき など、エンジンの高負荷時から無負荷時への急変時に以
下の問題が発生する。すなわち、可変バルブタイミング
機構には応答遅れがあるので、エンジンが高負荷時から
無負荷時に移行しても可変バルブタイミング機構の大モ
ードから小モードへの切換作動がこれに間に合わず、吸
排気のオーバーラツプ量が大きいままに無負荷時に移行
してしまい、燃焼悪化によってエンジンの回転数が落ち
込み、ついにはエンストするに至る。

本発明はこのような点に着目してなされたものであり、
その目的とするところは、エンジンの高負荷時から無負
荷時への急変時には可変バルブタイミング機構の操作を
早目に行って燃焼安定性の向上およびエンストの防止を
図ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、吸気弁
と排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを可変に
する可変バルブタイミング機構と、エンジンが受ける負
荷を検出する負荷検出手段と、この負荷検出手段の出力
を受け、切換ラインを境にして低負荷側よりも高負荷側
の方が吸排気のオーバーラツプ量が大きくなるように可
変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、上記負
荷検出手段の出力を受け、無負荷時には上記制御手段に
おける切換ラインを高負荷側に補正する補正手段とを備
える構成としたものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、負荷検出手段の出力に
基づいて制御手段により可変バルブタイミング機構が制
御され、切換ラインよりも低負荷側では吸排気のオーバ
ーラツプ量か小さくなって燃焼室への排気ガスの逆流が
防止されることにより燃焼安定性が高められる一方、切
換ラインよりも高負荷側では吸排気のオーバーラツプ量
が大きくなって掃気効果が高められることによりエンジ
ン出力が高められる。

そして、無負荷時には負荷検出手段の出力に基づいて補
正手段により上記切換ラインが高負荷側に補正されるの
で、エンジンの高負荷時から無負荷時への急変時、速や
かに切換ラインに至って可変バルブタイミング機構の作
動が開始する。その結果、エンジンが無負荷時に移行し
たときには可変バルブタイミング機構の応答遅れにも拘
らず吸排気のオーバーラツプ量が小さくなっており、燃
焼安定性が確保されると共にエンジン回転数の落ち込み
やエンストが防止される。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

本実施例は、自動車用の直列４気筒エンジンの制御装置
に本発明を適用した場合のものである。

第１図において、エンジンＥのシリンダブロック１、シ
リンダヘッド２、クランク軸３、コンロッド４、ピスト
ン５、吸気ポート６、吸気弁７、吸気通路８、排気ポー
ト９、排気弁１０、排気通路１１などは既存周知のもの
と同様のものなのでそれらの構造についての詳しい説明
は省略する。

上記吸気通路８には、上流側から順にエアクリーナ１４
、エアフローメータ１５、スロットル弁１６およびイン
ジェクタ１７などか設けられている。このエアフローメ
ータ１５は、エンジンＥか受ける負荷を検出する負荷検
出手段として機能している。

ディストリビュータ２０はイグニションユニット２１に
電気的に接続され、ディストリビュータ２０の回転軸は
図示外の機構を介してクランク軸３に連動連結され、デ
ィストリビュータ２０にはクランク軸３の回転速度を検
出するクランク角センサ２２と基準クランク角センサ２
３が設けられている。

更に、４つの気筒の吸気弁７を駆動する吸気用カム軸２
４と排気弁１０を駆動する排気用カム軸２５とが設けら
れ、これらカム軸２４．２５はタイミングベルトを介し
てクランク軸プーリに連動連結され、排気用カム軸２５
の前端側部分には吸・排気オーバーラツプ量を大小２段
に切換えるための可変バルブタイミング機構３０が設け
られている。

第２図、第３図に示すように、この可変バルブタイミン
グ機構３０は一般的な構造のもので、これについて簡単
に説明する。

排気用カム軸２５の端部にはスペーサ３１が固着され、
スペーサ３１の外側のプーリ２６はボス部３２の先端に
おいてスペーサ３１の先端外周に摺接し、そのボス部３
２の基端側は排気用カム軸２５に回転自在の連結部材３
３に固定されている。

上記連結部材３３はシリンダヘッド２の軸受部２Ａに回
転自在に枢支され、この連結部材３３の他端には第１ギ
ヤ２７がスプライン結合され、第１ギヤ２７には吸気用
カム軸２４の先端の第２ギヤ２８が噛合連結されている
。

プーリ２６のボス部３２の内側には、スペーサ３１との
間に環状のピストン３４が組み込まれ、ピストン３４は
軸方向に二分割された構造で、両分割部は複数のピンで
相互に固定され、ピストン３４の内外両面には互いに逆
方向のヘリカルスプラインが形成され、これらヘリカル
スプラインはスペーサ３１の外周のヘリカルスプライン
とブー１２６のボス部３２内周のヘリカルスプラインに
それぞれ噛合されている。ピストン３４はスプリング３
５により先端側に付勢されている。

排気用カム軸２５には、オイル通路３６が形成され、ス
ペーサ３１は止め部材３７を介し固定ボルト３８によっ
て排気用カム軸２５に固定され、固定ボルト３８にはオ
イル通路３６に連通する貫通穴３９が設けられ、プーリ
２６のボス部３２の先端には、オイル通路３６からの油
圧を導く圧力室４０が設けられている。

上記排気用カム軸２５の他端部は、シリンダヘッド２の
軸受部２Ｂに回転自在に枢支され、その枢支孔４１の端
部はプラグ４２で閉塞されている。

第２図、第３図に示すように、オイル通路３６へ油圧を
供給したり排出したりするため、シリンダヘッド２には
オーバーラツプ切換ソレノイド５１により切換操作され
る切換弁４３か組込まれ、第３図のようにソレノイド５
１がＯＦＦのとき切換弁４３は排出位置となりオイル通
路３６がドレン通路４４に接続され、ソレノイド５１が
ＯＮのとき切換弁４３は供給位置となりオイル通路３６
が油圧供給路４５（オイルギャラリイ）に接続される。

油圧供給路４５へはクランク軸３で駆動される潤滑油ポ
ンプから加圧されたオイルが供給される。

切換ソレノイド５１を介して切換弁４３を供給位置に切
換えると、オイル通路３６から圧力室４０に油圧が供給
されスプリング３５を圧縮してピストン３４が軸方向に
移動し、ピストン３４の内周および外周のスプラインを
介してスペーサ３２とプーリ２６は、相対的に回転する
ので、スペーサ３２と一体の排気用カム軸２５とプーリ
２６との相対的位相が変わる。

後述のように、オーバーラツプ大領域では、オイル通路
３６へ油圧が供給されるので、第４図に示すように排気
弁閉時期が遅れ側に移行し、吸気弁開時期は変化しない
ので、吸排気のオーバーラツプ量か大きくなる。一方、
オーバーラツプ小領域では、オイル通路３６の油圧が排
出され、ピストン３４はスプリング３５の弾性力で復帰
するので、オーバーラツプ量が小さくなる。

上記エンジンＥを制御するためのコントロールユニット
１２が設けられており、エアフローメータ１５、スロッ
トル弁１６の開度を検出するスロットル開度センサ１８
、アイドルスイッチ１９、クランク角センサ２２、基準
クランク角センサ２３およびその他図示外の種々のセン
サ類とスイッチ類からの信号がコントロールユニット１
２へ入力され、コントロールユニット１２がらはイグニ
ションユニット２１、インジェクタ１７、切換ソレノイ
ド５１などへ制御信号が出力されるようになっている。

上記コントロールユニット１２は、入出力インターフェ
イスとＣＰＵ　（中央演算装置）とＲＯＭ（リード・オ
ンリ・メモリ）とＲＡＭ　（ランダム−アクセス−メモ
リ）とを有するマイクロコンピュータと、エアフローメ
ータ１５からの吸入空気量信号をＡＤ変換するＡ／Ｄ変
換器、スロットル弁開度センサ１８からのスロットル開
度信号をＡＤ変換するＡ／Ｄ変換器と、インジェクタ１
７のための駆動回路、イグニションユニット２１のため
の駆動回路、切換ソレノイド５１のための駆動回路等を
備えたものである。

上記ＲＯＭには、点火時期制御の制御プログラムおよび
これに付随する基本点火進角のマツプ、インジェクタ１
７からの燃料噴射量を演算しインジェクタ１７を駆動す
る燃料噴射制御の制御プログラムおよびこれに付随する
基本燃料噴射量のマツプ、後述の切換ソレノイド５１を
介して吸排気オーバーラツプ量を切換制御するバルブタ
イミング切換制御の制御プログラムおよびこれに付随す
るマツプ、およびその他アイドル回転数制御などの種々
の制御プログラムが予め入力格納されている。

次に、上記バルブタイミング切換制御についてｍ５図お
よび第６図のフローチャートに基づいて説明するが、図
中Ｓｉ　（ｉ−１，２，３・・・）は各ステップを示す
ものである。

ます第５図のフローにおいて、エンジンＥの始動後制御
が開始されると、必要な初期設定が実行され（Ｓｌ）、
エアフローメータ１５からの吸入空気量信号およびクラ
ンク角センサ２２からのクランク信号が読込まれ（Ｓ２
）、次にクランク角信号に基づいてエンジン回転数が演
算されまたこのエンジン回転数と吸入空気量とに基づい
てエンジン負荷が演算され（Ｓ３）、次に吸排気オーバ
ーラツプ小領域か否か判定される（Ｓ４）。

第７図はエンジンＥの運転領域のうちの吸排気オーバー
ラツプ量を小さく設定するオーバーラツプ小領域および
吸排気オーバーラツプ量を大きく設定するオーバーラツ
プ大領域を示すもので、これはエンジン回転数と負荷と
をパラメータとするマツプとしてＲＯＭに予め入力格納
されており、Ｓ４では上記マツプに基づいて判定される
。ここで、実線で示す切換ラインは通常マツプのもので
あり、破線で示す切換ラインは小領域拡大マツプのもの
である。ここでは通常マツプに基づいて制御が実行され
ている。

判定の結果、エンジンＥの運転状態かオーバーラツプ小
領域にあるときには、切換ソレノイド５１をＯＦＦにす
る制御信号が駆動回路へ出力され、切換ソレノイド５１
がＯＦＦに制御され（ｓ５）、リターンする。これに対
して、エンジンＥの運転状態がオーバーラツプ大領域に
あるときには、切換ソレノイド５１をＯＮにする制御信
号が駆動回路へ出力され、切換ソレノイド５１がＯＮに
制御され（Ｓ６）、リターンする。

こうして、運転状態がオーバーラツプ小領域にあるとき
には、吸排気オーバーラツプ量が小さく制御され、運転
状態がオーバーラツプ大領域にあるときには、吸排気オ
ーバーラツプ量か大きく制御される。

次に、第６図は上記第５図のフローに割込み処理される
マツプルーチンを示す。このフローにおいて、まずエン
ジンＥが無負荷か否か判定され（Ｓ１１）、負荷がある
ときには通常マツプに基づく制御を続行して（Ｓ　１２
）リターンし、無負荷のときには通常マツプを小領域拡
大マツプに変更して切換ラインを高負荷側に補正して（
５１３）リターンする。

上記第５図のフローにより、負荷検出手段（エアフロー
メータ１５）の出力を受け、切換ラインを境にして低負
荷側よりも高負荷側の方が吸排気のオーバーラツプ量が
大きくなるように可変バルブタイミング機構３０を制御
する制御手段６１を構成している。また、第６図のフロ
ーにより、負荷検出手段（エアフローメータ１５）の出
力を受け、無負荷時には上記制御手段６１における切換
ラインを高負荷側に補正する補正手段６２を構成してい
る。

したがって、上記実施例においては、切換ラインよりも
低負荷側では吸排気のオーバーラツプ量が小さくなって
燃焼室への排気ガスの逆流が防止されることにより燃焼
安定性が高められる。また、切換ラインよりも高負荷側
では吸排気のオーバーラツプ量が大きくなって掃気効果
が高められることによりエンジン出力が高められる。

そして、無負荷時には切換ラインか高負荷側に補正され
るので、 ■エンジンの高負荷時にクラッチを遮断して無負荷時に
移行したとき ■ニュートラル位置へのシフト時にアクセルをレーシン
グ操作してエンジンが高負荷時から無負荷時へ移行した
とき など、エンジンの高負荷時から無負荷時への急変時に、
速やかに切換ラインに至って可変バルブタイミング機構
３０の作動が開始する。その結果、エンジンが無負荷時
に移行したときには可変バルブタイミング機構３０の応
答遅れにも拘らず吸排気のオーバーラツプ量が小さくな
っており、燃焼安全性が確保されると共にエンジン回転
数の落ち込みやエンストが防止される。

尚、本実施例では、無負荷時には次の各処理を実行して
エンジン回転数の落ち込みを更に抑制するようにしてい
る。

■スロットル弁をバイパスするバイパス通路を吸気通路
に設け、このバイパス通路を流れるバイパスエアの量を
増してシリンダに充填されるエアの量を増大させる。

■燃料増量を行う。

■点火時期を遅延させてトルクを向上させる。

上記実施例では無負荷時に切換ラインを高負荷領域の所
定位置までずらせたが、さらに高負荷側にずらせて無負
荷時には吸排気のオーバーラツプ量が大きくならないよ
うにしてもよい。

次に、可変バルブタイミング機構３０による吸排気オー
バーラツプ量の切換え時におけるトルクショック抑制対
策について説明する。まず、第８図に示すように、オー
バーラツプ小領域と大領域とではエンジンの要求する点
火時期、空燃比が異なっている。このため、オーバーラ
ツプ量の切換前後で点火時期、空燃比のマツプを変更す
ることが考えられるが、そうするとエンジンの出力トル
クが変わるため、トルクショックが大きくなる。

また、可変バルブタイミング機構３０の作動時間はエン
ジン回転数に応じて変動するので、このこともトルクシ
ョック発生の原因となる。

そこで、本実施例では、以下の対策を講じてオーバーラ
ツプ量切換時のトルクショックを軽減するようにしてい
る。

■可変バルブタイミング機構３０への切換信号出力時か
ら点火時期、空燃比等の変更時までの間にデイレイ時間
りを設定する。そして、このデイレイ時間における点火
時期、空燃比等はデイレイ時間の始点と終点における値
で補間する。その場合、デイレイ時間りは第９図に示す
ようにエンジン回転数の上昇に応じて小さく設定してい
る。

■第１０図に示すように、可変バルブタイミング機構３
０によるオーバーラツプ小から大への切換時、設定時間
だけ非同期噴射を実行する。この非同期噴射のパルス幅
は上記設定時間内で徐々に増加、減衰させる。ここでは
上記デイレイ時間りと一定時間Ｔ１との和（Ｄ＋Ｔ＋）
を設定時間としている。

■第１１図に示すように、可変バルブタイミング機構３
０によるオーバーラツプ大から小への切換時、設定時間
だけ点火時期を遅らせる。この点火時期の遅れ量は上記
設定時間内で徐々に増加、減衰させる。ここでは、上記
デイレイ時間りと一定時間Ｔ２との和（Ｄ＋Ｔ２　）を
設定時間としている。

これらの対策により得た結果を第１２図に示す。

ここで、実線は本実施例による結果である。すなわち、
上記対策■によって仮想線で示したトルクが得られる。

さらに上記対策■によって空燃比において斜線で示した
量が補正されると共に対策■によって点火時期において
斜線で示した量が補正される。これらの補正の結果、ト
ルクは実線で示すような緩やかな変化を示し、トルクシ
ョックが低減している。

尚、上記実施例では、排気用カム軸２５に可変バルブタ
イミング機構３０を組込み、排気弁１０のバルブタイミ
ングを切換えるようにしたが、吸気用カム軸２４に可変
バルブタイミング機構３０などを組込み、吸気弁７のバ
ルブタイミングを切換えるようにしてもよい。尚、過給
機付きエンジンの場合には、吸排気オーバーラツプ量を
幾分小さめにすることか望ましい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によ
れば、吸気弁と排気弁の少なくとも一方のバルブタイミ
ングを可変にする可変バルブタイミング機構を備え、切
換ラインを境にして低負荷側よりも高負荷側の方が吸排
気のオーバーラツプ量が大きくなるように上記可変バル
ブタイミング機構を制御し、無負荷時には上記切換ライ
ンを高負荷側に補正したので、低負荷時に燃焼安定性を
高め、高負荷時にエンジン出力を高めると共に、エンジ
ンの高負荷時から無負荷時への急変時、速やかに吸排気
のオーバーラツプ量を小さくして、燃焼安定性を確保で
きると共にエンジン回転数の落ち込みやエンストを防止
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体概略構成図
、第２図は可変バルブタイミング機構の断面図、第３図
は切換弁の断面図、第４図はバルブタイミングの説明図
、第５図および第６図はコントロールユニットの制御を
説明するフローチャート図、第７図はオーバーラツプ小
領域および大領域を示すマツプ図、第８図はエンジンの
要求制御量を示す特性図、第９図はデイレイ時間を示す
特性図、第１０図は非同期パルス幅を示す時間図、第１
１図は点火時期の遅れ量を示す時間図、第１２図はトル
ク変動の実験結果図である。 １５・・・エアフローメータ ３０・・・可変バルブタイミング機構 ６１・・・制御手段 ６２・・・補正手段 第 ６ 図 第 図 第１１ 図 第１２ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気弁と排気弁の少なくとも一方のバルブタイミ
   ングを可変にする可変バルブタイミング機構と、 エンジンが受ける負荷を検出する負荷検出手段と、 この負荷検出手段の出力を受け、切換ラインを境にして
   低負荷側よりも高負荷側の方が吸排気のオーバーラップ
   量が大きくなるように可変バルブタイミング機構を制御
   する制御手段と、上記負荷検出手段の出力を受け、無負
   荷時には上記制御手段における切換ラインを高負荷側に
   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制御装置。