JPS63253132A - 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、排気弁の開弁タイミングを制御する排気弁の
開弁時期制御機能を備えたエンジンの制御装置に関する
ものである。

（従来技術） 一般に火花点火式エンジンにおけるノブキングの抑制は
、当該ノブキングの発生に対応して点火時期を所定量リ
タードしたり、空燃比Ａ／Ｆ”を所定値リッチ化するこ
とによってエンジン燃焼室内混合気の燃焼速度を低下さ
仕る槽成が採用されている（例えば特開昭５９−２００
０４２号公報参照）。

すなわち、上記のように点火時期をリタードし、また空
燃比をリッチにすると、ノッキングは生じにくくなる。

従って、ノッキングの防止手段として、最も有効に機能
する。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、一方上記のように燃焼速度を低下させるよう
にした場合において、それにも拘わらず排気弁の開弁タ
イミングが正規の燃焼速度の場合と同様であるとすると
、当該燃焼行程における燃焼ガスの膨張エネルギーを十
分に回収しないまま排気することになり、熱損失が増大
してエンジン出力が低下する（第６図参照）とともに排
気エミッションの悪化を招来する問題がある。また高温
の未燃混合気がそのまま排気系に供給されることは排気
浄化処理装置としてのキャタリストコンバータ保護の見
地からも好ましくない。

さらにこれと同様の問題は、上述のようなノッキング抑
制時の点火時期のリタード、空燃比エンリンチなどによ
る燃焼速度遅延の場合のみに限らず、例えばスワール制
御弁を備えた希薄燃焼方式のエンジンにおいて、リーン
バーン運転を行っている際に何等かの事情（故障等）で
上記スワール制燃焼速度の補償ができず、実質的に燃焼
速度が大、キく低下することになるので上述の場合と全
く同様の問題を生じる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の問題を解決することを目的としてなさ
れたもので、排気弁の開弁時期を制御する排気弁制御手
段を備え、エンジン燃焼室内混合気の燃焼最大圧力発生
時期に応じて上記排気弁の開弁時期を制御するようにし
てなる乙のである。

（作　用） 上記本発明の手段によると、エンジン燃焼室内混合気の
燃焼最大圧力発生時期に対応して排気弁の開弁時期が変
えられるようになるから、上記混合気の燃焼速度に応し
て適切な排気弁の開弁タイミングを設定することが可能
となる。

（実施例） 先ず、第２図および第３図は、本発明の実施例に係るエ
ンジンの制御装置を示すものであり、第２図は該実施例
装置の制御システムの概略図、第３図は同制御システム
におけるエンジンコントロールユニットによる制御動作
を示すフローチャートである。

先ず、最初に第２図を参照して本発明実施例の上記制御
システムの概略を説明し、その後要部の制御の説明に入
る。

第２図において、先ず符号Ｉはエンジン本体であり、該
エンジン本体ｌへの吸入空気はエアクリーナＡＣを介し
て大気中より吸入され、その後エアフロメータ２、スロ
ットル弁３、サージタンク６、吸気ボート４を経て各シ
リンダの燃焼室８内に供給される。また燃料は燃料ポン
プ２８により燃料タンク２９からエンジン側に供給され
てエアブリードタイプのフューエルインジェクタ５によ
り噴射されるようになっている。そして、エンジン運転
時における上記シリンダ内燃焼室８への吸入空気の量は
、上記スロットル弁３によって制御される。スロットル
弁３は、アクセルペダルに連動して操作され、アイドル
運転状態では、最小開度状態に維持されるようになって
いる。

また、符号ｌＯは、３光触媒コンバータＩＩを備えた排
気管を示し、符号１６は、該排気管１０の」１流に設置
された０２センサである。

さらに、符号１７は、上記エンジン本体ｌのシリンダヘ
ッド部ＩＡに設けられた点火プラグであり、該点火プラ
グ１７にはディストリビュータ１８、イグナイタ１９を
介して所定の点火電圧が印加されるようになっており、
この点火電圧の印加タイミング、すなわち点火時期はエ
ンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵと称とする）
２０より」二足イグナイタ１９に供給される点火時期制
御信号１ｇｃによってコントロールされる。さらに、符
号４０はブースト圧センサであり、エンジン負荷に対応
したエンジンブースト圧Ｂを検出して上記ＥＣＵ２０に
人力する。また、符号４１は、上記エンジン本体ｌのシ
リンダブロックＩＢに設置されたノックセンサであり、
該ノックセンサ４１の出力ＫＦ　ら上記ＥＣＵ２０に人
力される。

上記ＥＣＵ２０は、例えば演算部であるマイクロコンピ
ュータ（ＣＰＵ）を中心とし、メモリ（ＲＯＭおよびＲ
ＡＭ）、インタフェース（Ｉｌｏ）回路などを備えて構
成されている。そして、このＥＣＵ２０の上記インタフ
ェース回路には上述のブースト圧Ｂ１ノック出力ＫＦ等
の検出信号の他に例えば図示しないスタータスイッチか
らのエンジン始動信号（ＥＣＵＩ−リガー）、上記ディ
ストリビュータ１８に設置されたエンジン回転数ピック
アップからのエンジン回転数検出信号Ｎ、エンジン側ウ
ォータジャケットの水温サーミスタにより検出されたエ
ンジンの冷却水温度の検出信号、スロットル開度センサ
３ａにより検出されたスロットル開度検出信号ＴＶＯ、
エアフロメータ２によって検出された吸入空気量検出信
号Ｑ等の各種の検出信号も各々入力される。

上記エンジン本体ｌの吸気ボート４は、隔壁Ｉ２によっ
て低回転低負荷用の通路断面積の小さいプライマリポー
ト＝Ｉ　Ａと高回転高負荷用の通路断面積の大きいセカ
ンダリポート４Ｂとの上下２組のポートに区画されてお
り、上記プライマリボー）４Ａは上記エンジン本体のシ
リンダ内燃焼室８の中心に対してその吸気通路軸心を所
定角オフセットして形成されており、吸気行程において
上記燃焼室８内にスワールを生成する作用を奏するよう
になっている。

一方、上記セカンダリポート４Ｂには、その吸気上流端
部に位置してスワール制御弁２５が設置されている。該
スワール制御弁２５は、例えばダイヤプラムよりなるス
ワール制御弁作動用アクチュエータ（以下、単にアクチ
ュエータと称する）２６によってその開閉状態が制御さ
れるようになっている。このアクチュエータ２６は、ダ
イヤフラム弁を挟んで一端側に負圧室を、他端側に作動
室を備え、その一端側の負圧室側を上記エンジン側吸気
通路７のスロットル弁３下流に連通路４２により連通せ
しめられており、エンジン側の吸気負圧に応じて上記ス
ワール制御弁２５の弁開１ツを制御するようになってお
り、エンジンが低回転低負荷運転状態にあるときには上
記スワール制御弁２５を閉じて上述のプライマリポート
４Ａを介して吸気を供給することによりエンジン燃焼室
８内に十分なスワールを生成させ混合気を撹拌して該低
吸入空気量時の燃料の霧化を促進させろとともにリーン
バーン運転が可能となるように上記スワールによって積
極的に燃焼速度を向上させて低回転低負荷、リーンバー
ン運転時の燃焼性能を良好にする。

一方、高回転高負荷運転時には、その負荷り１に対応す
る吸気負圧に応じて弁開Ｉ変を大きくし、プライマリポ
ート４Δとともに吸気抵抗の少ない大口径のセカンダリ
ポート４Ｂから上記負荷量に見合った十分な吸気を供給
してエンジンの吹上りを良好にし、高出力を保障すると
ともに燃焼騒音を低減さける。

一方、符号１３は上記エンジン本体Ｉのシリンダヘッド
部ＩＡに支持して設けられた吸気弁、１４は同排気弁で
ある。そして、上記吸気弁１３および排気弁１４が設け
られた上記エンジン本体ｌのシリンダヘッド部ＩＡには
上記排気弁１４のバルブタイミングを制御する排気弁制
御装置４０が設けられている。この排気弁制御装置４０
は、カムンヤフト２４上にそのスラスト方向に任意にス
ライドする低速カム（エンジン低速運転領域におけろ排
気弁１４の開閉弁タイミングを決定するカム）３０と高
速カム（エンジン高速運転領域における排気弁Ｉ４の開
閉弁タイミングを決定するカム）３１との２つのカムを
備え、それら２つのカム３０．３１を電磁アクチュエー
タ３３によって任意に選択して当該排気弁１４のロッカ
ーアーム３５に対応させるようになっている。そして、
上記電磁アクチュエータ３３を上記エンジンコントロー
ルユニット（ＥＣＵ）２０により例えば第４図に示すよ
うなエンジン運転領域Ａ、Ｂ、Ｃに応じて適切に作動制
御することによって第５図に示すようにエンジン回転数
に対応した最適出力特性を得るようになっている。

次に、上記ＥＣＵ９によるエンジンコントロール動作（
特にその排気弁の開弁時期制御動作）について第３図の
フローチャートを参照して詳細に説明する。

先ずステップＳ１では、上述したエンジンコントロール
ユニット（ＥＣＵ）９のｆｌＡＭ中への各種入力の内、
エンジンブースト圧Ｐ１エンジン回転数Ｎ、ノックセン
サ出力ＫＦを各々読み込む。次にその上でステップＳ、
に進み、上記ステップＳ１で読み込まれたエンジンブー
スト圧Ｐの値およびエンジン回転数Ｎの値がそれぞれ所
定の設定値Ｉ〕１　、Ｎ　ｌを越えているか否か、すな
わち上記２つのパラメータから現在のエンジン運転領域
が第４図に示すリーンバーン運転領域Ａにあるか否かを
判定する。第４図は、エンジンの運転領域を上記エンジ
ンブースト圧Ｐとエンジン回転数Ｎとによって特定した
エンジンマツプを示しており、第１領域Ａは上記低速カ
ム３０によって排気弁１４の開弁時期が決定されるリー
ンバーン運転領域を、また第２領域Ｂは上記リーンバー
ン運転領域以外の低速カム３０によって排気弁１４の開
弁時期が決定されろ通常の低速運転領域を、さらに第３
領域Ｃは−に記高速カム３１によって排気弁１４の開弁
時１υ１か決定されろ高速運転領域をそれぞれ示してい
る。

そして、上記ステップＳ２においてＹＥＳの場合、すな
わち少なくともリーンバーン運転領域ではないと判断さ
れた場合には、ステップＳ３に進んで更に上記現在のエ
ンジン回転数Ｎが上記第２領域Ｉ３を仕切る括準エンジ
ン回転数Ｎ２よりら大でミ５るか否か、オなわら」二足
排気弁制御装置４０のカムを低速カム３０から高速カム
３１に切り替えるー＼き運転領域に入っているか否かを
判定する。

その結果、ＹＥＳの場合にはステップＳ、に進んで上記
排気弁制御装置４０のカムを低速カム３０から高速力１
．３１に切り替えて高速運転に対応した排気弁４の開弁
タイミングを設定し、エンジン回転数Ｎの上昇に対応し
た十分な出力特性（第５図（イ））を実現４−ろ。そし
て、次にステップＳ１、〜５ｉ１１のノッキングの抑制
を目的とした点火時期の制御動作に進む（この点火時期
の制御動作については、後に詳しく説明する）。また、
上記ステップＳ、でＮＯの場合には、現在のエンジン運
転領域が、上記第１領域（リーンバーン運転領域）Ａで
もなく、第３領域（高速運転領域）Ｃでもない通常の低
速カム作動による第２領域Ｂであることを示すから、上
記ステップＳ４の動作をジャンプしてステップＳ　１３
〜Ｓ　＋９に進む。この低速カム３０が選択される第２
領域Ｂでは、第５図（ロ）の特性に示すように当該低速
カム３０の作動特性によって上記吸・排気弁１３．１４
のバルブオーバラップ量が小さくなって吸気弁１４のイ
ンクローズ角も小さくなり、エンジン燃焼室内混合気の
燃焼速度の低下に合せて排気弁Ｉ４の閉弁時期を遅くし
てエンジントルクの増大を図る。

一方、上記ステップＳ２においてＮＯの場合、すなわち
リーンバーン運転領域（第１領域）Ａであると判定され
た場合には、ステップＳ、〜ＳＩ！のリーンバーン運転
時における点火時期の制御動作に移る。

すなわち、先ずステップＳ、に移ると、該時点で当該リ
ーンバーン運転時における上記エンジン燃焼室内混合気
の燃焼速度を大きく左右するスワール制御弁２５の弁開
度０を読み込み、続いてステップＳ８で当該スワール制
御弁２５が正常であるか否かをｔり定する。

モジ）結果、スワール制御弁２５が異常（ＮＯ）である
と閂定されると、先ずステップＳ７に進んで」二足フュ
ーエルインジェクタ５を制御（燃料噴射量制御信号Ｇの
デユーティ−比を所定虫小さく）してエンジン空燃比Ａ
／Ｆを弱リーン（中間的なり一ン値Ａ／Ｆ＝＋７）にす
るとともに先ず点火時期を所定進角ｍアドバンス（Ａ／
Ｆ＝２０に対して）して上記中間的なリーンバーン運転
状態に応じた適切な燃焼性能を可及的に維持させる。他
方、さらにステップＳ８に進んで、上記空燃比がリーノ
化され、しからスワール制御弁２５が異常でスワールが
形成されないことによって生じるエンジン燃焼室内混合
気の燃焼゛速度の低下による出力の低下（燃焼ガスの膨
張エネルギーの損失）を防止するために上記排気弁１４
の開弁タイミングを所定クランク角リタードする。その
結果、空燃比がエンリーンとなっているにも拘わらずス
ワールが形成されないことによって生じる上記燃焼速度
の低下に起因する燃焼ガス膨張エネルギーの損失を有効
に回収することができるようになり、その分上記エンジ
ン出力の低下を補償することができるようになる。その
結果、スワール制御弁２５の故障状態においても、安定
したリーンバーン運転を行う三とができ、燃費向上に寄
与し得るようになる。

そして、該ステップＳ８による排気弁リタード制御の実
行事実を次のステップＳ８でＦＬＡＧ　　Ｆｌを立てる
こと（Ｆ、＝１にセット）によって記憶した後、上記ス
テップＳ１３〜Ｓ　＋９の動作に進む。

他方、上記ステップＳ６の判断において、ＹＥＳと判定
されたスワール制御弁２５が正常（故障ではない）であ
って正常なスワール流の形成か期待できる場合には、先
ずステップＳ　１Ｇに進んで前回のＦＬＡＧＦ＋のセッ
ト値がＦ、＝１であるか否か、すなわち前制御周期にお
いて排気弁１４のリタード制御が行なわれているか否か
を判断し、ＹＥＳ（リタード制御あり）の場合にはステ
ップＳ１、に進んで上記リタードされている排気弁！４
の開弁タイミングを正規の開弁タイミングに復帰させる
とともに上記ＦＬＡＧ　　Ｆ、の値をｒ’、＝ｏにリセ
ットした後、ステップＳＩ、で上記エンジンの空燃比Ａ
／Ｐを通常のリーン値（例えばＡ／Ｐ＝２０）にフィー
ドバック制御した」二でステップ８１３〜Ｓ　１９に進
む。

次に、以上のステップＳ、−Ｓ４．Ｓ、、Ｓ２．Ｓ５〜
Ｓ９．５１Ｓｔ、Ｓｓ、Ｓｓ、Ｓ、ｏ−Ｓ、ｔの各ルー
チンを経てステップＳ　＋３に進むと、該ステップＳ　
＋３で先ず上記ノックセンサ４１の出力値ＫＦからノッ
キング発生の有無が判定されろ。

その結果、ノッキングが発生しているＹＥＳの場合には
、続いてステップＳ１４に進み、当該ノッキングの強度
に応じて所定進角点火時期をリタードしてノッキングを
抑制するとともに更にステップＳＩ５に進んで上記点火
時期のりタート量に対応して（換言すると、当該点火時
期のリタード量に対応して生ずるエンジン燃焼室内混合
気の燃焼速度の低下に対応して）上記排気弁１４の開弁
タイミングを所定進角量リタードさせる。そして、該リ
タード制御実行の事実をＦＬＡＧ　　Ｆ、＝１として表
示（ステップｓ、、）した上で上述のステップＳ１にリ
ターンする。この結果、上記ノッキング抑制のための点
火時期のリタードによって生じろ混合気燃焼速度の低下
による燃焼ガス膨張エネルギーの損失は、上記リーンバ
ーン運転時においてスワール制御弁２５が故障した場合
と同じように排気弁１４の開弁タイミングが遅くなるこ
とによってｒｌ−効に回収されエンジン出力の低下防止
等に寄与し得ることになる。

他方、上記ステップＳ　＋３の判断において、ノッキン
グの発生がないＮｏの場合にはステップＳｌ’１に移っ
てＦＬＡＧＰｇの値を基準に曲回の排気弁リタード制御
実行の事実を判定し、Ｆ２＝Ｉ（ＹＥＳ）の場合にはス
テップＳ＋８に進み、点火時期並びに排気弁１４の開弁
タイミングを正規の値に復帰させた後、ステップＳ　＋
９で上記ＰＬＡＧＦ２の１直をＰ、−０にリセットして
ステップＳ１にリターンする。またステップＳ１７でＮ
ｏと判定された場合、すなわち前回も排気弁１　＝１の
リタード制御は行なわれていなかった場合には、そのま
まステップＳ１にリターンする。

（発明の効果） 本発明は、以上に説明したように、排気弁の開弁時期を
制御する排気弁制御手段を備え、エンジン燃焼室内混合
気の燃焼最大圧力発生時期に応じて上記排気弁の開弁時
期を制御するようにしてなるしのである。

すなわち、本発明によると、エンジン燃焼室内混合気の
燃焼最大圧力発生時期に対応して排気弁の開弁時期が変
えられるようになるから、上記混合気の燃焼速度に応じ
て適切な排気弁の開弁タイミングを設定することが可能
となる。

その結果、混合気の燃焼速度が遅くなった場合には、そ
れに対応して排気弁の開弁タイミングを遅くして燃焼ガ
スの膨張エネルギーを有効に回収し、エンジン出力に寄
与さ仕得るようになるととしに排気エミッションの悪化
を防止でき、キャタリストコンバータ損傷の恐れらなく
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のクレーム対応図、第２図は、本発明
の実施例に係るエンノンの制御装置の制御システム図、
第３図は、同制御システムにおけるエンジンコントロー
ルユニットの制御動作を示すフローヂャート、第４図は
、上記制御システムにおける制御領域を示すエンジンマ
ツプ、第５図は、上記制御システムにおけるエンジンの
出力特性を示すグラフ、第６図は、エンジンの燃焼圧と
クランク角との関係を示すグラフである。 ｌ・・・・・エンジン本体 ２・・・・・エアフロメータ ３・・・・・スロットル弁 ４・・・・・吸気ボー）・ ４Ａ・・・・プライマリポート ４Ｂ・・・・セカンダリポート ５・・・・・フユーエルインノエクタ １３・・・・吸気弁 １４・・・・排気弁 １７・・・・点火プラグ １８・・・・ディストリビュータ ２０・・・・エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ） ２５・・・・スワール制御弁 ３０・・・・低速カム ３１・・・・高速カム エンジン回転数 第４図 第５図 ノッキング化′１・時 Ｌｌｒ ｉＩＪ＋ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、排気弁の開弁時期を制御する排気弁制御手段を備え
   、エンジン燃焼室内混合気の燃焼最大圧力発生時期に応
   じて上記排気弁の開弁時期を制御するようにしてなるエ
   ンジンの制御装置。