JPH1193713A - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気／排気バルブタイミングの制御を適正化
する。 【解決手段】 吸気バルブと排気バルブの開閉タイミン
グを制御する吸気側カム軸位相差調整装置１８と排気側
カム軸位相差調整装置２０を設ける。ＥＣＵ２３は、各
負荷域で最適な目標排気残留割合（目標バルブオーバー
ラップ量）となるように吸気バルブ及び排気バルブの開
閉タイミングを設定する。この際、各エンジン回転数に
おける吸気バルブ閉時期が吸気脈動効果の最適値となる
ように吸気バルブの最遅角位置からの進角量の最大値を
設定する。そして、吸気バルブの進角量が最大値となる
運転領域では、排気バルブの最進角位置からの遅角量の
調整によって排気残留割合（バルブオーバーラップ量）
を目標値に制御する。更に、排気バルブ開時期が排気下
死点までとなるように排気バルブの最進角位置からの遅
角量の最大値を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の運転状
態に応じて吸気バルブと排気バルブの開閉タイミングを
制御する内燃機関の可変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】現在、実用化されている可変バルブタイ
ミング制御装置は、エンジン運転状態に応じて吸気バル
ブのタイミングを進角制御するものが多い。しかし、吸
気バルブの進角制御のみでは、吸気バルブと排気バルブ
の開弁期間のオーバーラップ量（バルブオーバーラップ
量）が吸気バルブの進角量によって決まってしまうた
め、バルブオーバーラップ量の制御による内部ＥＧＲ量
（排気残留割合）の制御を、吸気バルブの進角制御と独
立して行うことができず、その分、燃費、出力、排気エ
ミッションでのメリットが少なくなる。

【０００３】そこで、例えば、特開平６−２３５３０７
号公報、特開平７−３１７５１１号公報に示すように、
吸気バルブと排気バルブの双方のタイミングを可変制御
するようにしたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の吸気／排気
バルブタイミング制御装置は、エンジン回転数と負荷に
応じて吸気／排気バルブタイミングを可変制御するよう
にしている。この場合、内部ＥＧＲ量を適正に制御する
ために、バルブオーバーラップ量（吸気／排気バルブタ
イミング）を最適な目標排気残留割合となるように制御
する必要があるが、その際、吸気バルブの進角量を大き
くし過ぎると、吸気バルブ閉時期が早くなり過ぎて、燃
焼室内への新気の流入を促進する吸気脈動効果が低下し
てしまい、体積効率が低下して出力低下を招いてしま
う。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、吸気／排気バルブタ
イミングの制御とバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ
量）の制御を適正化できて、燃費向上、出力向上、排気
エミッション低減を実現することができる内燃機関の可
変バルブタイミング制御装置を提供することにある。

【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、本発明の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置
は、吸排気バルブタイミング設定手段が各負荷域で最適
な目標排気残留割合となるように吸気バルブ及び排気バ
ルブの開閉タイミングを設定する際に、各エンジン回転
数における吸気バルブ閉時期が吸気脈動効果の最適値と
なるように吸気バルブの最遅角位置からの進角量の最大
値を設定し、吸気バルブの進角量が最大値となる運転領
域では、排気バルブの最進角位置からの遅角量の調整に
よって前記最適な目標排気残留割合を実現するようにし
たものである（請求項１）。

【０００７】この構成では、吸気バルブ閉時期が吸気脈
動効果の最適値となるように吸気バルブの進角量の最大
値を設定するので、吸気バルブ閉時期が早くなり過ぎる
ことを未然に防止でき、最適な吸気脈動効果により燃焼
室内への新気の流入を促進して体積効率を向上させるこ
とができ、低速域トルク向上、高出力化を実現すること
ができる。そして、吸気バルブの進角量が最大値となる
運転領域では、排気バルブタイミングの遅角制御によっ
て最適な目標排気残留割合を実現するので、バルブオー
バーラップ量（内部ＥＧＲ量）の制御を適正化でき、Ｎ
Ｏｘ、ＨＣの排出量を低減できると共に、燃費も向上で
きる。特に、吸気バルブの進角量が最大値となる運転領
域で加速する際には、排気バルブのみを進角すれば良
く、加速レスポンスを向上でききる。しかも、全負荷域
で最適な吸気／排気バルブタイミングとすることができ
る。

【０００８】この場合、排気バルブ開時期が排気下死点
までとなるように排気バルブの最進角位置からの遅角量
の最大値を設定することが好ましい（請求項２）。これ
は、排気バルブ開時期が排気下死点よりも遅くなると、
排気が十分に行われず、燃焼室内への新気の取り入れが
阻害されて出力低下をきたすためである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。まず、図１に基づいてシステム全
体の概略構成を説明する。内燃機関であるＤＯＨＣエン
ジン１１は、クランク軸１２からの動力がタイミングチ
ェーン１３により各スプロケット１４，１５を介して排
気側カム軸１６と吸気側カム軸１７とに伝達されるよう
になっている。この吸気側カム軸１７には、クランク軸
１２に対する吸気側カム軸１７の進角量を調整する吸気
側カム軸位相差調整装置１８が設けられ、該吸気側カム
軸１７には、吸気側カム軸センサ１９が取り付けられて
いる。また、排気側カム軸１６には、クランク軸１２に
対する排気側カム軸１６の進角量を調整する排気側カム
軸位相差調整装置２０が設けられ、該排気側カム軸１６
には、排気側カム軸センサ２１が取り付けられている。

【００１０】一方、クランク軸１２には、クランク軸セ
ンサ２２が取り付けられている。このクランク軸センサ
２２は、クランク軸１２の１回転当たりＮ個のクランク
軸位相検出パルス信号を発生するのに対し、吸気側／排
気側カム軸センサ１９，２１は、吸気側／排気側カム軸
１７，１６の１回転当たり２Ｎ個のカム軸位相検出パル
ス信号を発生する。また、吸気側／排気側カム軸１７，
１６の最大進角量／最大遅角量をθｍａｘ℃Ａとした場
合、Ｎ＜３６０／θｍａｘとなるようにクランク軸位相
検出パルス信号数Ｎが設定されている。これによって、
クランク軸センサ２２からのクランク軸位相検出パルス
信号と、これに続いて発生する吸気側／排気側カム軸セ
ンサ１９，２１からのカム軸位相検出パルス信号との間
の相対回転角により吸気バルブと排気バルブ（いずれも
図示せず）の実バルブタイミング（吸気側カム軸１７の
実進角量と排気側カム軸１６の実遅角量）が算出され
る。

【００１１】クランク軸センサ２２及び吸気側／排気側
カム軸センサ１９，２１からの各検出パルス信号は、エ
ンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２３に入
力され、このＥＣＵ２３によって吸気バルブと排気バル
ブの実バルブタイミングが演算されると共に、クランク
軸センサ２２からの検出パルス信号の間隔によってエン
ジン回転数が演算される。また、図示はしないが、吸気
管圧力センサ、水温センサ、スロットルセンサ等のエン
ジン運転状態を検出する各種センサの出力もＥＣＵ２３
に入力され、これら各種センサ出力に基づいて、後述す
るように目標排気残留割合（目標バルブオーバーラップ
量）が演算されると共に、吸気バルブと排気バルブの目
標バルブタイミング（吸気側カム軸１７の目標進角量と
排気側カム軸１６の目標遅角量）が演算される。この機
能が特許請求の範囲でいう吸排気バルブタイミング設定
手段に相当する機能である。

【００１２】ＥＣＵ２３は、吸気バルブの実バルブタイ
ミング（吸気側カム軸１７の実進角量）を目標進角量に
一致させるように吸気側油圧回路２４の油圧制御弁（図
示せず）を制御して吸気側カム軸位相差調整装置１８を
フィードバック制御すると共に、排気バルブの実バルブ
タイミング（排気側カム軸１６の実遅角量）を目標遅角
量に一致させるように排気側油圧回路２５の油圧制御弁
（図示せず）を制御して排気側カム軸位相差調整装置２
０をフィードバック制御する。

【００１３】次に、ＥＣＵ２３による吸気バルブタイミ
ングと排気バルブタイミングの制御方法について具体的
に説明する。図２に示すように、吸気バルブタイミング
は、最遅角位置を基準にして進角側に制御され、排気バ
ルブタイミングは、最進角位置を基準にして遅角側に制
御される。吸気バルブと排気バルブの開弁期間が重なり
合うことをバルブオーバーラップというが、このバルブ
オーバーラップ量が大きくなるほど排気残留割合が増加
し、内部ＥＧＲ量が増加する。

【００１４】そこで、目標排気残留割合（目標バルブオ
ーバーラップ量）は、各負荷域で次のように設定され
る。

【００１５】（１）アイドル時 目標排気残留割合（目標バルブオーバーラップ量）を最
小値（０）に設定する。これにより、アイドル時の排気
の吸気への吹き返しがなくなるため、アイドル回転を安
定させることができる。

【００１６】（２）低負荷域 目標排気残留割合（目標バルブオーバーラップ量）を小
さくする。これにより、内部ＥＧＲ量を少なくして、燃
焼を安定させる。

【００１７】（３）中・高負荷域 目標排気残留割合（目標バルブオーバーラップ量）を大
きくする。これにより、内部ＥＧＲ量を増加させてポン
プ損失を低減し、燃費を向上させる。また、内部ＥＧＲ
量が増加することで、燃焼温度が低下してＮＯｘ排出量
が低減されると共に、内部ＥＧＲ量による未燃ガスの再
吸入、再燃焼によりＨＣ排出量も低減される。

【００１８】（４）ＷＯＴ（Wide Open Throttle） 目標排気残留割合（目標バルブオーバーラップ量）を中
負荷域よりも小さくする。これにより、内部ＥＧＲ量を
少なくして、トルク、出力を増大させる。

【００１９】ところで、排気残留割合（バルブオーバー
ラップ量）を大きくする際に、吸気バルブタイミングの
進角量を大きくし過ぎると、吸気バルブ閉時期が早くな
り過ぎて、燃焼室内への新気の流入を促進する吸気脈動
効果が低下してしまい、体積効率が低下して出力低下を
招いてしまう。

【００２０】そこで、本実施形態では、各エンジン回転
数における吸気バルブ閉時期が吸気脈動効果の最適値と
なるように吸気バルブの最遅角位置からの進角量の最大
値を設定する。エンジン回転数と吸気脈動効果の最適値
が得られる吸気バルブ閉時期との関係は図３に示され、
この図３の関係に基づいて、図４に示すように、各エン
ジン回転数毎に、吸気バルブの最遅角位置からの進角量
がスロットル開度（負荷）をパラメータとして設定され
る。図４の関係は予めマップ化されてＥＣＵ２３のＲＯ
Ｍ（記憶媒体）に記憶されている。図４のマップの特徴
は、各エンジン回転数における進角量の最大値が図３の
吸気脈動効果の最適値から外れないように制限されてお
り、中負荷領域から高負荷領域にかけて進角量が最大値
で一定となる。この特性により、吸気バルブ閉時期が早
くなり過ぎることを未然に防止でき、最適な吸気脈動効
果により燃焼室内への新気の流入を促進して体積効率を
向上させることができ、低速域トルク向上、高出力化を
実現することができる。

【００２１】そして、吸気バルブの進角量が最大値とな
る運転領域では、図５に示すマップにより、排気バルブ
を遅角制御して排気残留割合（バルブオーバーラップ
量）を目標値に制御する。図５に示すマップは、スロッ
トル開度（負荷）とエンジン回転数とをパラメータとし
て排気バルブの最進角位置からの遅角量を設定するマッ
プであり、ＥＣＵ２３のＲＯＭに記憶されている。

【００２２】このように、吸気バルブの進角量が最大値
となる運転領域では、排気バルブタイミングの遅角制御
によって最適な目標排気残留割合を実現すれば、バルブ
オーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）の制御を適正化で
き、ＮＯｘ、ＨＣの排出量を低減できると共に、燃費も
向上できる。特に、吸気バルブの進角量が最大値となる
運転領域で加速する際には、排気バルブタイミングのみ
を進角すれば良く、加速レスポンスを大幅に向上できき
る。

【００２３】更に、図５のマップでは、排気バルブ開時
期が排気下死点までとなるように排気バルブの最進角位
置からの遅角量の最大値が設定されている。これは、排
気バルブ開時期が排気下死点よりも遅くなると、排気が
十分に行われず、燃焼室内への新気の取り入れが阻害さ
れて出力低下をきたすためである。排気バルブ開時期が
排気下死点よりも早ければ、排気が十分に行われ、燃焼
室内への新気の取り入れが円滑に行われて、体積効率が
向上し、トルク増加、出力向上につながる。

【００２４】尚、図４及び図５のマップにおいて、負荷
のパラメータとして、スロットル開度に代えて、吸気管
圧力又は吸入空気量を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す可変バルブタイミン
グ制御装置全体の概略構成図

【図２】吸気バルブタイミングと排気バルブタイミング
との関係を示すタイムチャート

【図３】エンジン回転数と吸気脈動効果の最適値が得ら
れる吸気バルブ閉時期との関係を示す特性図

【図４】吸気バルブの進角特性を示す特性図

【図５】排気バルブの遅角特性を示す特性図

【符号の説明】

１１…ＤＯＨＣエンジン（内燃機関）、１２…クランク
軸、１６…排気側カム軸、１７…吸気側カム軸、１８…
吸気側カム軸位相差調整装置、１９…吸気側カム軸セン
サ、２０…排気側カム軸位相差調整装置、２１…排気側
カム軸センサ、２２…クランク軸センサ、２３…エンジ
ン制御回路（吸排気バルブタイミング設定手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブ
   及び排気バルブの開閉タイミングを制御する内燃機関の
   可変バルブタイミング制御装置において、 各負荷域で最適な目標排気残留割合となるように前記吸
   気バルブ及び前記排気バルブの開閉タイミングを設定す
   る吸排気バルブタイミング設定手段を備え、 前記吸排気バルブタイミング設定手段は、各エンジン回
   転数における吸気バルブ閉時期が吸気脈動効果の最適値
   となるように前記吸気バルブの最遅角位置からの進角量
   の最大値を設定し、前記吸気バルブの進角量が最大値と
   なる運転領域では、前記排気バルブの最進角位置からの
   遅角量の調整によって前記最適な目標排気残留割合を実
   現することを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミン
   グ制御装置。
2. 【請求項２】 前記吸排気バルブタイミング設定手段
   は、排気バルブ開時期が排気下死点までとなるように前
   記排気バルブの最進角位置からの遅角量の最大値を設定
   することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変
   バルブタイミング制御装置。