JPH09209786A - 内燃機関における可変バルブタイミング制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の吸気系への吹き返しを無くすと共
に、内部ＥＧＲによってエミッションの低減と、燃費の
向上及び機関出力の上昇を図る。 【解決手段】 少なくとも部分負荷域の運転状態におい
て、排気弁と吸気弁のバルブオーバラップ期間ＢＯＶ’
を上死点（ＴＤＣ）よりも後に設定することによって、
ピストンが上昇する排気行程におけるバルブオーバラッ
プ期間を皆無とする可変バルブタイミング制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に用いら
れる可変バルブタイミング機構におけるバルブタイミン
グ制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、従来の内燃機関に用いられてい
る可変バルブタイミング機構におけるタイミング制御で
は、図３のバルブリフト線図（横軸はクランクアング
ル）に示すように、吸気弁の開弁時期及び閉弁時期の双
方を同時に同量だけ変化させるような制御を行ってい
る。図３における曲線Ｌipは部分負荷域の運転状態にお
ける吸気弁のリフト曲線を示すものであり、曲線Ｌihは
高回転高負荷域の運転状態における吸気弁のリフト曲線
を示すものである。また曲線Ｌe は排気弁のリフト曲線
を示すものである。

【０００３】この従来例の部分負荷域では、排気弁の開
弁期間と吸気弁の開弁期間との間のバルブオーバラップ
の期間が増大するように、吸気弁のバルブタイミングを
進角方向（矢印Ａの方向）に変更することによって、拡
大されたバルブオーバラップの期間ＯＶにおいて比較的
多量の内部ＥＧＲを行わせて、燃焼温度を低下させるこ
とによりＮＯx の排出を抑える（エミッションの低減を
図る）と共に、ポンピングロスを低減させて燃費の向上
を図っている。これに対して高回転高負荷域において
は、吸気弁の閉弁時期Ｃihが最適の値となるようなタイ
ミング制御をすることにより充填効率の向上と出力の上
昇を図っている。

【０００４】他の従来例としては、図４のバルブリフト
線図（横軸はクランクアングル）に示すように、吸気弁
の最大リフト量を可変にすることによって開弁時期及び
閉弁時期のタイミング制御を行っているものがある。例
えば、特公平５−８５７２４号公報に記載された吸排気
弁のリフト制御装置では、基本的には部分負荷域におけ
る吸気弁の最大リフト量Ｌip-xよりも高回転高負荷域に
おける吸気弁の最大リフト量Ｌih-xの方が大きくなるよ
うに制御している。つまり、高回転高負荷域になるほど
吸気弁の最大リフト量を増大させて、吸気抵抗の低減と
吸気弁の閉弁時期Ｃihを遅くすることによって充填効率
を向上させて出力上昇を図っている。

【０００５】しかし、この従来技術の特徴は、通常の自
動車用内燃機関の常用運転領域、即ち、頻繁に使用され
る特定の部分負荷域の運転状態における、吸気弁の最大
リフト量を、それよりも高回転高負荷域の最大リフト量
よりも更に大きくして、その特定の部分負荷域の内部Ｅ
ＧＲ量を増大させている点にあり、それによって、その
特定の運転状態におけるエミッションの低減を図るとい
う特別の制御を行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のバルブタイミン
グ制御によれば、図３及び図４に示すバルブオーバラッ
プの期間が長くなる運転状態におけるオーバラップの期
間ＯＶの中でも、上死点（ＴＤＣ）よりも前の期間Ｏ
Ｖ’ではピストンが上昇しつつある状態であることと、
吸気通路内の圧力が排気通路内の圧力よりも低くなって
いることから、排気通路から吸気通路に向かって多量の
排気ガスや未燃ＨＣ等の逆流が生じる。図５はその状況
を示したもので、内燃機関の気筒１の燃焼室２に開口す
る吸気通路３及び排気通路４は、それぞれ吸気弁５及び
排気弁６によって開閉されるが、燃料噴射弁７が設けら
れた吸気通路３には、吸気弁５及び排気弁６が共に開弁
しているバルブオーバラップの期間に、矢印のように排
気通路４から排気ガスや未燃のＨＣ等が燃焼室２を介し
て逆流する。

【０００７】通常、このような排気ガス等の逆流現象を
「吹き返し」と呼んでいるが、燃料噴射弁７から噴射さ
れた燃料が吸気通路３へ多量に吹き返えされると、蒸発
しない燃料が吸気通路３の壁面に付着して濡れたように
なり、比較的厚い燃料の液膜を形成するので、過渡期の
運転状態ではその液膜の生成によって空燃比が大きく変
動して、実際の空燃比が制御目標値から外れるような状
態が生じ、噴射量の制御が非常に困難になる。また、排
気ガス成分が吸気系に堆積して所謂デポジットを形成
し、何らかのトラブルの原因になるという懸念もある。

【０００８】本発明は、従来技術における前述のような
問題に対処して、比較的簡単な手段によってそれらの問
題を解消し、吸気系への吹き返しを無くすと共に、従来
技術と同様に、部分負荷域では十分な量の内部ＥＧＲを
行ってエミッションの低減を図り、且つポンピングロス
の低減によって燃費も向上させる一方、高回転高負荷域
の運転状態においては、充填効率を向上させて機関の出
力を上昇させることができるバルブタイミング制御方法
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するための手段として請求項１に記載された内燃機
関における可変バルブタイミング制御方法を提供する。
この方法によれば、少なくとも部分負荷域の運転状態に
おいては、ピストンが上昇する排気行程におけるバルブ
オーバラップ期間を、可変バルブタイミング機構を備え
ていない機関と同程度、もしくは皆無とし、その状態に
おける排気系から吸気系への吹き返しを防止する。それ
によって、吸気通路の壁面への燃料の付着を防止し、過
渡期の運転状態における空燃比の変動を抑えると共に、
デポジットの生成をも抑制することができる。

【００１０】その反面で、上死点よりも後の吸入行程に
おいて必要な長さの排気弁開弁期間をとるので、必要な
量の内部ＥＧＲが行われてエミッションの低減を図るこ
とができ、ポンピングロスの低減による燃費の向上をも
図ることができる。また、高回転高負荷域においては、
吸気弁の閉弁時期を任意の時期にとることによって、充
填効率の向上を図り、機関の出力を上昇させることがで
きる。

【００１１】請求項２の制御方法においては、少なくと
も部分負荷域の運転状態において、実質的に長さが零で
あるバルブオーバラップの期間を、気筒の吸気行程が始
まる上死点よりも遅角側となるように制御することによ
って、その運転状態におけるピストンが上昇する排気行
程におけるバルブオーバラップ期間を皆無とし、機関の
排気通路から吸気通路への吹き返しも皆無とすることが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図２
に全体の概略構成を示すと共に、図１のバルブリフト線
図にバルブタイミングの制御方法を示す。図２に示すよ
うに、内燃機関の本体に取り付けられたエアフローセン
サ８から送られる吸入空気量信号と、回転数センサ９か
ら送られる回転数信号が入力されて演算処理される制御
用のコンピュータ１０によって、運転状態の判定が常時
行われる。そしてコンピュータ１０はバルブタイミング
可変機構１１に対して、その時の運転状態に適したバル
ブタイミングを指令してバルブタイミングの変更を行わ
せる。

【００１３】図１に例示しているバルブタイミング制御
方法においては、回転数センサ９とエアフローセンサ８
が検出する回転数信号と吸入空気量信号から、機関の運
転状態が部分負荷域に入ったとコンピュータ１０が判断
したときに、高回転高負荷域における排気弁６の開弁時
期Ｏeh及び同排気弁６の閉弁時期Ｃehと、吸気弁５の開
弁時期Ｏih及び同吸気弁５の閉弁時期Ｃihを、同時に遅
角側（矢印Ｄ方向）へ変更することによって、排気弁６
及び吸気弁５の開閉タイミングの特性がリフト曲線Ｌep
及びリフト曲線Ｌipの形になるようにしている。

【００１４】この制御例では、高回転高負荷域のタイミ
ングにおける基本的なバルブオーバラップ量ＢＯＶ（吸
気弁５の開弁時期Ｏihから排気弁６の閉弁時期Ｃehまで
のバルブオーバラップ期間の長さ）は、可変バルブタイ
ミング機構を備えていない通常の内燃機関と同程度の大
きさに設定している。そして、部分負荷域において遅角
調整されたバルブタイミングのバルブオーバラップ量Ｂ
ＯＶ’（吸気弁５の開弁時期Ｏipから排気弁６の閉弁時
期Ｃepまでのバルブオーバラップ期間の長さ）も、基本
的なバルブオーバラップ量ＢＯＶと同程度の長さとして
おり、特に、この期間が上死点（ＴＤＣ）よりも後にな
るようにしているため、排気通路４から吸気通路３への
吹き返しを抑えることが可能になる。

【００１５】このように、吸気弁５及び排気弁６のバル
ブタイミングを共に遅角させて、吸気行程（ＩＳ）にお
いて排気弁６を開弁し続ける期間ＥＯを設けることによ
り、燃焼室２内へ排気ガスや未燃焼ＨＣの一部吸い戻し
を行う。部分負荷域の運転状態においては、吸気行程に
おいて排気弁６を開く期間ＥＯの長さを重視した最適な
バルブタイミングに合わせることによって、エミッショ
ンの低減を図ることができると共に、吸気弁５の閉弁時
期ＣihをＣipまで遅角させるので、ポンピングロスの低
減による燃費向上の効果もある。

【００１６】高回転高負荷域においては、充填効率を向
上させるために、吸気弁５の閉弁時期Ｃipの位置を重視
したバルブタイミング判断による出力向上を図る。この
ような制御により、吹き返しを確実に抑えながらも、従
来技術による場合と同等の機関性能を確保することが可
能となる。

【００１７】図６のバルブリフト線図は、前述の実施形
態とは異なる別の制御例を示すものである。この例で
は、高回転高負荷域のバルブタイミングにおける同排気
弁６の閉弁時期Ｃehと吸気弁５の開弁時期Ｏihは実質的
に同時であって、その時期を上死点（ＴＤＣ）と一致さ
せている。部分負荷域において遅角調整された後のバル
ブタイミングにおける排気弁６の閉弁時期Ｃepと、吸気
弁５の開弁時期Ｏipは実質的に同時であって、その時期
が上死点（ＴＤＣ）よりも十分後になるようにしてい
る。

【００１８】このようにして、この制御例によれば、部
分負荷域において遅角調整されたバルブオーバラップの
時期だけではなく、高回転高負荷域におけるバルブオー
バラップの時期についても、上死点（ＴＤＣ）よりも先
ではなく、しかも、バルブオーバラップがあるとは言っ
てもその長さが実質的に零に近い値であるから、吹き返
しが全くなくなると共に、従来の内燃機関と同等の機関
性能を確保することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態としての制御例を示す
バルブリフト線図である。

【図２】本発明方法を実施する内燃機関の全体の概略構
成を示す全体構成図である。

【図３】従来の制御例を示すバルブリフト線図である。

【図４】従来の他の制御例を示すバルブリフト線図であ
る。

【図５】従来技術の問題点を説明するための機関の縦断
正面図である。

【図６】本発明の他の実施形態を示すバルブリフト線図
である。

【符号の説明】

１…内燃機関の気筒 ２…燃焼室 ３…吸気通路 ４…排気通路 ５…吸気弁 ６…排気弁 ７…燃料噴射弁 ８…エアフローセンサ ９…回転数センサ １０…コンピュータ １１…バルブタイミング可変機構 Ｌeh…高回転高負荷域における排気弁のリフト曲線 Ｌep…部分負荷域における排気弁のリフト曲線 Ｌih…高回転高負荷域における吸気弁のリフト曲線 Ｌip…部分負荷域における吸気弁のリフト曲線 ＴＤＣ…上死点 Ｏ…開弁時期 Ｃ…閉弁時期 ＯＶ…バルブオーバラップ期間（量） ＯＶ’…上死点よりも前のバルブオーバラップ期間
（量） ＢＯＶ…基本的なバルブオーバラップ量 ＢＯＶ’…上死点よりも後へ遅角調整されたバルブオー
バラップ期間（量）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今竹 信夫 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 渡辺 聖彦 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気弁及び排気弁の開閉のタイミングを
   変更することができる機構を備えた内燃機関において、
   同一の気筒の前記吸気弁の開弁期間の一部と前記排気弁
   の開弁期間の一部が重なるバルブオーバラップ期間の全
   域が、少なくとも部分負荷域の運転状態において前記気
   筒の吸気行程が始まる上死点よりも遅角側となるように
   制御することを特徴とする内燃機関における可変バルブ
   タイミング制御方法。
2. 【請求項２】 少なくとも部分負荷域の運転状態におい
   て、排気弁の閉弁時期と吸気弁の開弁時期が実質的に同
   時であって、実質的に長さが零であるバルブオーバラッ
   プの期間を、同一の気筒の吸気行程が始まる上死点より
   も遅角側となるように制御することを特徴とする内燃機
   関における可変バルブタイミング制御方法。