JPH0596445U - 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
ミングを可変するカム切換装置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のリフト決定部５５によりカム切換装置４０
で広開角高リフトカム３２ａを選択して排気弁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。また低出力時や高出力時、または
触媒の温度が異常上昇する場合には、カム切換装置４０
で狭開角低リフトカム３２ｂを選択して排気弁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。更に中出力時には、広開角高リフ
トカム３２ａを選択して排気弁１３を早開きし、排気能
力を向上する。

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、カム切換装置により排気 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、例えば排気弁の動弁系に 狭開角低リフトカムと広開角高リフトカムを有するカム切換装置を設ける。そし てエンジン運転状態等によりいずれか一方のカムを選択して、リフト特性を変更 し、排気弁の開閉時期を早くまたは遅くするように可変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能力を向上し、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、 高出力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 可変するカム切換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、アイドリングを含む種々の運転領域を判断する運転領域判 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、触媒が活性化温 度に達する前の低・中・高出力時または触媒が活性化温度に達した場合の中出力 時には広開角高リフトを決定し、触媒が活性化温度に達した場合の低出力時、高 出力時、または触媒の温度が異常上昇する場合に狭開角低リフトを決定するリフ ト決定手段と、このリフト信号をカム切換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、触媒が活性化温度に達する前の 低・中・高出力時又は触媒が活性化温度に達した場合の中出力時には、リフト決 定手段の高リフト信号によりカム切換装置で広開角高リフトカムが選択され、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。また触媒が活性化温度に達した場合にお いて、低出力時又は高出力時には、低リフト信号により狭開角低リフトカムが選 択され、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 なって出力アップし、且つ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る。更に中出力時には、高リフト信号により排気弁が早開き で開弁し、排気能力を向上するようになる。

【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内部に吸気カム軸３１と排気カム軸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３ １ａ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は、ステムエンドにバルブスプリング３８が付勢され、そのステム エンドと排気カム軸３２がカム切換装置４０を備えたロッカアーム３９により連 結されている。カム切換装置４０は、排気カム軸３２に広開角高リフトカム３２ ａと、狭開角低リフトカム３２ｂを有し、ロッカアーム３９にいずれか一方のカ ム３２ａまたは３２ｂを選択する選択手段４１を有して構成される。そして電気 信号により選択手段４１が狭開角低リフトカム３２ｂを選択すると、このカム３ ２ｂのプロフィルによりロッカアーム３９を揺動して排気弁１３を、遅開きのバ ルブタイミングで開弁する。また広開角高リフトカム３２ａを選択した場合は、 このカム３２ａのプロフィルにより排気弁１３を早開きのバルブタイミングで開 弁するように２段階に切換える。尚、これらの２種類のカム３２ａ，３２ｂは、 排気弁１３の閉弁位置が同一に設定され、切換えによりオーバラップは変化しな いように形成されている。

【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、リフト制御信号をカム切換 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は運転領域判定部５３に入力して、図３に定義する低出力，中出力， 高出力の各運転領域を判断する。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、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、検出信号はリフト決定部５５に入力する。

【００１４】 リフト決定部５５は、冷態時、触媒が活性化温度に達する前の低・中・高出力 時又は触媒が活性化温度に達した場合の中出力時に広開角高リフトを決定する。 また触媒が活性化温度に達した場合の低出力時もしくは高出力時、又は触媒の温 度が異常上昇した場合には、狭開角低リフトを決定する。そして駆動部５６によ り、このリフト信号をカム切換装置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４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高リフト信号がカム切換装置４０に出力し て、広開角高リフトカム３２ａが選択される。そこで排気行程において排気弁１ ３が広開角高リフトカム３２ａにより、図４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が小さいことで、低速安定性等が良くなる。

【００１７】 触媒が活性化温度に達する前のアイドリング時にも排気弁１３は、上述と同様 に早開きのバルブタイミングに制御される。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のリフト決定部５５で各運転状態によ りバルブタイミングが可変制御される。即ち、低出力時には低リフト信号がカム 切換装置４０に出力し、狭開角低リフトカム３２ｂが選択される。そこで排気行 程において排気弁１３が、図４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が大きくなって低速トルクが増大する。またオーバラップｄが上述と同様に 小さいため、低速安定性が確保され、且つこの場合は排気ガス温度Ｔｅｘが低下 するため、特に渋滞走行でも排気系の熱害が低減する。

【００１９】 次いで中出力時には高リフト信号の出力で排気弁１３が広開角高リフトの特性 になり、この場合は排気弁の早開きにより排気能力が向上する。更に高出力時に は低リフト信号の出力により排気弁１３が狭開角低リフトの特性になり、このた め排気ガス温度Ｔｅｘが低下することで、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。

【００２０】 上述の広開角高リフト特性時に、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、この場合は直ちに排気弁１３が狭開角低リフトの 特性になる。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。

【００２１】 以上の各動作をまとめて示すと、表１のようになる。

【表１】

【００２２】 以上、本考案の実施例について説明したが、動弁機構やカム切換装置４０の構 造の異なるものにも適応できる。

【００２３】

【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において、特に中出力時には排気弁を広開角 高リフトの特性に制御するので、排気能力が向上する。また高出力時には排気弁 を狭開角低リフトの特性に制御するので、排気ガス温度が低下し、排気系の熱害 が少なくなって耐久性、信頼性が向上し、且つ燃料冷却が不要になって、燃費が 向上する。

【００２４】 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、排気弁を狭開角低リフトの特性に制御して排気ガス温度を低下するので、 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 カム切換装置を用いるので、カムのプロフィルによりリフト特性を任意に定める ことができ、オーバラップが同一に設定されるので常に低速安定性等が良い。

【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】運転時の排気弁のリフト状態を示す図である。

【図４】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 ３２ａ 広開角高リフトカム ３２ｂ 狭開角低リフトカム ４０ カム切換装置 ５０ 制御ユニット ５２ 冷態判定部 ５３ 運転領域判定部 ５４ 触媒温度検出部 ５５ リフト決定部 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
   可変するカム切換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
   ングを含む種々の運転領域を判断する運転領域判定手段
   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、触媒が活性化温度に達する前
   の低・中・高出力時または触媒が活性化温度に達した場
   合の中出力時には広開角高リフトを決定し、触媒が活性
   化温度に達した場合の低出力時、高出力時、または触媒
   の温度が異常上昇する場合に狭開角低リフトを決定する
   リフト決定手段と、このリフト信号をカム切換装置に出
   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。