(57)【要約】  【課題】エンジン回転数が上昇するときに、排気脈動の正圧波による悪影響を防止あるいは抑制して、エンジントルクを十分に向上できるようにする。  【解決手段】吸気弁と排気弁とがそれぞれ開弁されたオーバラップ期間に排気脈動による負圧波が排気弁に到達するよう場合に、回転数上昇率が大きいほど排気弁の開弁時期が進角される。排気脈動の負圧波をクランク角に対して進角させてその位相遅れが防止あるいは抑制されて、エンジントルクを十分に向上させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁と排気弁とがそれぞれ開弁されたオーバラップ期間に排気脈動による負圧波が到達するように排気弁を制御するエンジンの排気バルブ制御方法であって、
回転数上昇率が大きいほど排気弁の開弁時期を進角させるステップを備えている、
ことを特徴とするエンジンの排気バルブ制御方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２ステップにおいて、排気弁の開弁時期を進角させると共に排気弁の開弁角を大きくして、前記オーバラップ期間を確保する、ことを特徴とするエンジンの排気バルブ制御方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記第２ステップにおける排気弁の最大進角量が、排気弁の進角に応じて排気弁の閉弁時期が進角されることによって前記オーバラップ期間が０になるまでとされている、ことを特徴とするエンジンの排気バルブ制御方法。
【請求項４】
吸気弁と排気弁とがそれぞれ開弁されたオーバラップ期間に排気脈動による負圧波が到達するように排気弁を制御するエンジンの排気バルブ制御装置であって、
エンジンの回転数上昇率に関する値を検出する回転数上昇率検出手段と、
排気弁の開弁時期を変更する可変バルブ手段と、
前記回転数上昇率検出手段で検出された回転数上昇率が大きいほど排気弁の開弁時期を進角させるように前記可変バルブ手段を制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とするエンジンの排気バルブ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気バルブ制御方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおいては、排気効率を向上させて体積効率つまりトルクを向上させるために、吸気弁と排気弁とが共に開弁されたオーバラップ期間を設定するのが一般的となっている。一方、排気ポートには、排気脈動が作用するが、排気脈動の負圧波が上記オーバラップ期間に到達するタイミングでは排気効率が向上されることになる。特許文献１には、吸気弁の開弁時期を位相変更して、上記オーバラップ期間に排気脈動の負圧波が到達するようなタイミングではこのオーバラップ期間を大きくし、逆に、オーバラップ期間に正圧波が到達するタイミングではオーバラップ期間を小さくすることが開示されている。また、特許文献２には、エンジン回転数に応じて吸気脈動による動的効果が最適値となるように、吸気弁と排気弁のバルブタイミングを位相変更するものが開示されている。特許文献３、特許文献４には、吸気弁の開弁時期と開弁角とを変更する可変バルブ手段が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−０２２４９９号公報
【特許文献２】特開平１１−９３７１３号公報
【特許文献３】特開２００６−３４８７７４号公報
【特許文献４】特開２００１−３７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、吸気弁と排気弁が共に開弁されるオーバラップ期間に排気脈動の負圧波を到達させるように設定した場合に、エンジン回転数が急上昇される加速時、特に急加速時に、エンジントルクが十分に上昇できない場合がある、ということが判明した。このような原因を追及したところ、エンジン回転数が上昇されるときに、排気脈動の負圧波がクランク角に対して位相遅れを生じるためであるということが判明した。すなわち、定常運転状態ではオーバラップ期間に負圧波が到達するタイミングであっても、エンジン回転数が上昇されると、負圧波がクランク角に対して位相遅れを生じてしまい、このため、オーバラップ期間に負圧波とは逆の正圧波が到達してしまって、エンジントルクを十分に向上させることができないものとなる。
【０００４】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、エンジン回転数が上昇するときに、排気脈動の正圧波による悪影響を防止あるいは抑制して、エンジントルクを十分に向上できるようにしたエンジンの排気バルブ制御方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明方法にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
吸気弁と排気弁とがそれぞれ開弁されたオーバラップ期間に排気脈動による負圧波が到達するように排気弁を制御するエンジンの排気バルブ制御方法であって、
回転数上昇率が大きいほど排気弁の開弁時期を進角させるステップを備えている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、エンジン回転数の上昇率に応じて排気弁の開弁時期を進角させるので、排気脈動の負圧波をクランク角に対して進角させてその位相遅れを防止あるいは抑制して、エンジントルクを十分に向上させることができる。なお、吸気弁は、排気脈動に関連してバルブタイミングを変更する必要がないので、吸気弁用のバルブ可変手段を設けないことによる構造の簡単化やコスト低減の上で好ましいものとなり、また吸気弁用の可変バルブ手段を設けたとしても、この吸気弁用の可変バルブ手段を排気脈動に関連した制御用として用いることが不用となって、もっぱら吸気弁側について要求されるバルブタイミングの変更要求にのみ対応すればよいことになる。
【０００６】
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２、請求項３に記載のとおりである。すなわち、
前記第２ステップにおいて、排気弁の開弁時期を進角させると共に排気弁の開弁角を大きくして、前記オーバラップ期間を確保する、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、オーバラップ期間に負圧波を到達させることによるトルク向上を確実に得る上で好ましいものとなる。
【０００７】
前記第２ステップにおける排気弁の最大進角量が、排気弁の進角に応じて排気弁の閉弁時期が進角されることによって前記オーバラップ期間が０になるまでとされている、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、オーバラップ期間が０になってからもさらに排気弁を不必要に進角させる必要がないばかりでなく、排気弁の開弁時期を進角させ過ぎることによる膨張比の低下等の悪影響を防止する上でも好ましいものとなる。
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明措置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項４に記載のように、
吸気弁と排気弁とがそれぞれ開弁されたオーバラップ期間に排気脈動による負圧波が到達するように排気弁を制御するエンジンの排気バルブ制御装置であって、
エンジンの回転数上昇率に関する値を検出する回転数上昇率検出手段と、
排気弁の開弁時期を変更する可変バルブ手段と、
前記回転数上昇率検出手段で検出された回転数上昇率が大きいほど排気弁の開弁時期を進角させるように前記可変バルブ手段を制御する制御手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項１に記載の制御方法を実現するための制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エンジン回転数が上昇するときに、排気脈動の正圧波による悪影響を防止あるいは抑制して、エンジントルクを十分に向上させることができる。
また、排気脈動に関連して、吸気弁
Ｎ応答性はの変化にかかわらず、負圧波を利用したトルク向上を得ることができる。また、吸気弁の閉弁時期を一定あるいはほぼ一定としてあるので、充填効率や有効圧縮比に大きな影響を与えることが防止される。さらに、第１バルブタイミング可変手段を安価な位相式としてあるので、コストの点でも好ましいものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１において、エンジンＥは、実施形態では自動車用の直列４気筒の火花点火式エンジンとされている。エンジンＥの各気筒１Ａ〜１Ｄは、それぞれ、２つの吸気ポート２と２つの排気ポート３とを有する。図２に示すように、吸気ポート２は吸気弁４によって開閉され、排気ポート３は排気弁５によって開閉される。そして、各気筒１Ａ〜１Ｄには、燃料噴射弁６および点火プラグ７が配設されている。なお、燃料噴射弁６は、燃焼室内に直接燃料噴射を行う直噴式とされているが、吸気ポート２に燃料噴射するポイント噴射式であってもよい。
【００１１】
図２において、８はシリンダブロック、９はシリンダヘッド、１０はピストン、１１は吸気弁４を開閉駆動する吸気弁用カムシャフト、１２は排気弁５を開閉駆動する排気弁用カムシャフトである。排気弁用カムシャフト１２には、バルブタイミング可変手段としての可変バルブ機構１３が設けられている。この可変バルブ機構１３は、実施形態では位相式とされて、排気弁５の開弁角を一定にしたまま、開弁時期を変更するものとされている（開弁時期の変更に伴って閉弁時期も変更される）。このようなバルブ可変機構１３は、例えばクランク軸とカムシャフト１２との連動機構の一部を構成するプーリに組み込むことができる。
【００１２】
再び図１において、前記各吸気ポート２は、分岐吸気通路２１を介してサージタンク２２に接続されている。このサージタンク２２には、共通吸気通路２３が接続されて、この共通吸気通路２３には、その上流側から下流側へ順次、エアクリーナ２４，スロットル弁２５が配設されている。
【００１３】
前記各排気ポート３は、分岐排気通路３１に接続されている。各気筒毎の分岐排気通路３１は、集合部３２において集合された後、最終的に１本の共通排気通路３３へと連なっている。そして、共通排気通路３３には、排気ガス浄化触媒としての三元触媒３４が配設されている。
【００１４】
ここで、前記集合部３２は、各排気ポート３から排出される排気ガスの圧力波が反転される反転部となり、集合部３２から各排気ポート３までの排気通路長さが、排気脈動の等価排気管長となる。そして、排気脈動の負圧波（正圧波）は、音速でもって各排気ポート３と集合部３２との間で往復することになる。
【００１５】
図２に示すように、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）Ｕによって、可変バルブ機構１３が後述のように制御される。また、コントローラＵには、エンジン回転数を検出する回転数センサＳ１からの信号が入力される。
【００１６】
図３の（ａ）は、吸気弁４と排気弁５とがそれぞれ開弁するオーバラップ期間に排気脈動の負圧波が到達する様子の一例を示すものである。図中、１次の負圧波が符合α１で示され、２次の負圧波が符合α２で示され、３次の負圧波が符合α３で示される（αの後の数値が次数を示す）。そして、次数の小さい負圧波ほどその振幅が大きくなって、排気ガスの吸い出し効果が高いものとなる。
【００１７】
図３の（ａ）では、２次の負圧波α２がオーバラップ期間に到達する状態となっているが、この（ａ）は、エンジン回転数が一定あるいはほぼ一定の定常運転状態のときを示している。すなわち、図３（後述する図４，図５についても同じ）において、エンジン回転数の変化する様子が実線で示され、クランク角速度が変化する様子が一点鎖線で示されるが、定常運転状態であることから、エンジン回転数およびクランク角速度共に一定（あるいはほぼ一定）とされる。
【００１８】
一方、図３の（ｂ）は、エンジン回転数が大きく回転上昇されたときの様子を示し、エンジン回転数およびクランク角速度共に上昇されている。この場合、排気弁４の開弁時期が図３の（ａ）と同じままであると、２次の負圧波α２がクランク角に対して位相遅れを生じて、オーバラップ期間に負圧波とは逆の正圧波（図３では２次正圧波）が到達して、エンジントルクの向上が阻害されることになってしまう。
【００１９】
本発明では、エンジン回転数が上昇するときに、図３の（ｂ）で示すようなオーバラップ期間に正圧波が到達してしまうことの悪影響を防止あるいは抑制するものとなっている。このため、本発明では、図４に示すように、排気弁５の開弁時期を進角させて、オーバラップ期間に正圧波が到達したとしてもそのピーク値よりも小さい正圧が作用するように、あるいは負圧波が作用するようにしてある。すなわち、排気弁５の開弁時期を進角させることにより、排気脈動の発生するタイミングがクランク角に対して進角されて、エンジン回転数の上昇時に遅角されようとする負圧波の位相を進角させることができる。そして、排気弁５の最大進角量は、オーバラップ期間が丁度０になるクランク角までに限定してある。なお、排気弁５を進角させることによるオーバラップ期間の短縮化は、正圧波による悪影響の防止あるいは抑制という点では好ましいものとなる。
【００２０】
図５は、本発明の第２の実施形態を示すものである。本実施形態では、排気弁５の開弁時期のみならず、開弁角をも変更可能としてある。すなわち、可変バルブ機構１３として、位相式ではなく、閉弁時期を一定あるいはほぼ一定したまま、開弁時期を変更できるようにしてある。本実施形態によれば、排気弁５の開弁時期の進角に伴って開弁角が拡大されるので、オーバラップ期間が常に所定の大きさに確保することができ、オーバラップ期間に負圧波を到達させることによるトルク向上を得る機会がより確保されることになる。なお、開弁時期を進角させつつ開弁角を拡大する可変バルブ機構としては、例えば特許文献３，特許文献４に示す機構を利用することができ、また排気弁５をアクチュエータによって直接的あるいは間接的に駆動する場合に、このアクチュエータの駆動を制御することによって行うことができる（アクチュエータを可変バルブ機構として利用）。
【００２１】
前述したようなコントローラＵによる制御のうち、位相式のバルブ可変機構１３を用いた場合（図４に示す場合）の具体例について、図６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、Ｑ１においてセンサＳ１からの信号に基づいて、エンジン回転数ｒｐｍが読み込まれる。次いでＱ２において、読み込まれたエンジン回転数ｒｐｍに基づいて、排気弁５の基本の進角量Ｔが決定される。コントローラＵには、例えば、エンジン回転数ｒｐｍと基本進角量Ｔとを対応づけたマップがあらかじめ記憶されていて、コントローラＵはこのマップからエンジン回転数ｒｐｍに応じた基本進角量Ｔを読み出すことになる。
【００２２】
上記Ｑ２の後、Ｑ３において、エンジン回転数の上昇率△ｒｐｍが算出される。次いでＱ３において、回転数上昇率△ｒｐｍに基づいて、補正進角量△Ｔが決定される。コントローラＵには、例えば、回転数上昇率△ｒｐｍと補正進角量△Ｔとを対応づけたマップがあらかじめ記憶されていて、コントローラＵはこのマップから回転数上昇率△ｒｐｍに応じた補正進角量△Ｔを読み出すことになる。
【００２３】
上記Ｑ４の後、Ｑ５において、基本進角量Ｔと補正進角量△Ｔとを加算することによって、進角量Ｃが算出される。この後、Ｑ６において、進角量Ｃが、所定値以上であるか否かが判別される。この所定値は、オーバラップ期間が丁度０になるときの進角量とされている。このＱ６の判別でＹＥＳのときは、進角量が所定値に設定された後、Ｑ８において進角量Ｃが実現される。また、Ｑ６の判別でＮＯのときは（オーバラップ期間が０でないときは）、Ｑ７を経ることなくＱ８へ移行される。なお、図５に示すような開弁角を変更可能なバルブ可変機構を用いる場合は、Ｑ６での所定値は、オーバラップ期間の大きさとは関係なく、排気弁５を過度に進角させることのない値に設定される。
【００２４】
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。エンジンＥとしては、３気筒や６気筒等、他の多気筒エンジンであってもよい。また、ガソリンエンジンで代表される火花点火式エンジンに限らず、ディーゼルエンジンで代表される圧縮着火式エンジンであってもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。なお、本発明にあっては、オーバラップ期間に正圧波（特にそのピーク値）が到達しないように、あるいは積極的に負圧波が到達するように制御するので、例えばエンジン回転数の上昇時にオーバラップ期間に正圧波（とくにそのピーク値）が到達するようなときは、気筒内の断熱圧縮が高まってプリイグニッションやノッキングという異常燃焼を生じやすいものとなるが、この異常燃焼を防止する上でも好ましいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、エンジンの全体系統を示す簡略平面図。
【図２】図１に示すエンジンの簡略側面断面図。
【図３】オーバラップ期間と排気脈動との関係を、定常運転状態と急加速時とで比較して示す図。
【図４】本発明による制御例を示す図３に対応した図。
【図５】本発明の第２の実施形態を示すもので、図４に対応した図。
【図６】本発明の制御例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２６】
Ｕ：コントローラ
Ｓ１：回転数センサ
α１：１次負圧波
α２：２次負圧波
α３：３次負圧波
Ｅ：エンジン
１Ａ〜１Ｄ：気筒
２：吸気ポート
３：排気ポート
４：吸気弁
５：排気弁
１３：可変バルブ機構
３２：集合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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