(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の開閉タイミングを可変制御する吸気タイミング可変機構と、排気弁の開閉タイミングを可変制御する排気タイミング可変機構と、吸気，排気タイミング可変機構による吸気弁，排気弁の開閉タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御する可変機構制御手段とを備えたエンジンの運転制御装置において、上記可変機構制御手段は、吸気弁及び排気弁の両方が開いているオーバーラップ期間の中心時期が、エンジンの低速回転低負荷運転域（図１の運転域Ａ）では上死点（ＴＤＣ）に略一致し、残りの運転域（図１の運転域Ｂ１〜Ｂ４）の大部分においては、上死点後（ＡＴＤＣ）となり、上記残りの運転域の一部分である低中速回転高負荷運転域（図１の運転域Ｂ２）においては、吸気弁開タイミングの進角量を大、排気弁閉タイミングの遅角量を小〜大の間で可変とすることにより上死点前（ＢＴＤＣ）〜略上死点（ＴＤＣ）の間で可変となるよう上記吸気，排気タイミング可変機構を制御することを特徴とするエンジンの運転制御装置。
【請求項２】
請求項１において、上記残りの運転域の大部分とは、低中速回転低中負荷運転域（図１の運転域Ｂ１）及び高速回転低中負荷運転域（図１の運転域Ｂ３）であることを特徴とするエンジンの運転制御装置。
【請求項３】
吸気弁の開閉タイミングを可変制御する吸気タイミング可変機構と、排気弁の開閉タイミングを可変制御する排気タイミング可変機構と、吸気，排気タイミング可変機構による吸気弁，排気弁の開閉タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御する可変機構制御手段とを備えたエンジンの運転制御装置において、上記可変機構制御手段は、エンジンの運転域をＡ，及びＢ１〜Ｂ４に分割した場合にオーバーラップ期間の中心時期が各運転域において下記の如くなるように上記吸気，排気タイミング可変機構を制御することを特徴とするエンジンの運転制御装置。
Ａ（低速回転低負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を最小（最遅角）、排気弁閉タイミングの遅角量を最小（最進角）とすることにより上記中心時期をＴＤＣに略一致させる。
Ｂ１（低中速回転低中負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を小、排気弁閉タイミングの遅角量を大とすることにより上記中心時期をＡＴＤＣとする。
Ｂ２（低中速回転高負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を大、排気弁閉タイミングの遅角量を小〜大の間で可変とすることにより上記中心時期をＢＴＤＣ〜略ＴＤＣの間で可変とする。
Ｂ３（高速回転低中負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を最小（最遅角）、排気弁閉タイミングの遅角量を大とすることにより上記中心時期をＡＴＤＣとする。
Ｂ４（高速回転高負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を小、排気弁閉タイミングの遅角量を小とすることにより上記中心時期を略ＴＤＣとする。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかにおいて、実質的な排気通路長を可変制御する排気制御弁と、該排気制御弁による実質的排気通路長をエンジンの運転状態に応じて制御する排気制御弁制御手段とを備え、上記排気制御弁制御手段は、排気脈動による負圧波が上記オーバーラップ時に排気ポートに達する実質的排気通路長となるよう上記排気制御弁を制御することを特徴とするエンジンの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転状態に応じて吸気弁開閉タイミング，及び排気弁開閉タイミングを可変制御するようにした運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの運転制御装置として、従来、吸気弁の開閉タイミングを変化させる吸気タイミング可変機構と、該吸気タイミング可変機構による吸気弁の開閉タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御する可変機構制御手段とを備えたものがある。
【０００３】
この従来装置では、エンジンの低中速回転域においては、吸気弁の開閉タイミングを進角することにより、吸気弁をいわゆる早閉じとして吸気の押し戻しを減少し低中速トルクを増加し、またオーバーラップを大きくして内部ＥＧＲを増加し燃費を向上することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来の運転制御装置では、吸気弁の開閉タイミングを進角して早閉じとして吸気の押し戻しを減少しても、排気脈動の正圧波が吸気弁の開期間に排気ポートに到達する領域では掃気効果が低く、吸入空気量が増加せず、トルクの向上を図ることができない。また内部ＥＧＲを増加しても外部ＥＧＲに比べて燃費を向上することはできない。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、排気脈動の負圧波により掃気効果を向上して吸気量を増加でき、また燃費を向上できるエンジンの運転制御装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、吸気弁の開閉タイミングを可変制御する吸気タイミング可変機構と、排気弁の開閉タイミングを可変制御する排気タイミング可変機構と、吸気，排気タイミング可変機構による吸気弁，排気弁の開閉タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御する可変機構制御手段とを備えたエンジンの運転制御装置において、上記可変機構制御手段は、吸気弁及び排気弁の両方が開いているオーバーラップ期間の中心時期が、エンジンの低速回転低負荷運転域（図１の運転域Ａ）では上死点（ＴＤＣ）に略一致し、残りの運転域（図１の運転域Ｂ１〜Ｂ４）の大部分においては、上死点後（ＡＴＤＣ）となり、上記残りの運転域の一部分である低中速回転高負荷運転域（図１の運転域Ｂ２）においては、吸気弁開タイミングの進角量を大、排気弁閉タイミングの遅角量を小〜大の間で可変とすることにより上死点前（ＢＴＤＣ）〜略上死点（ＴＤＣ）の間で可変となるよう上記吸気，排気タイミング可変機構を制御することを特徴としている。
【０００７】
削除
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、上記残りの運転域の大部分とは、低中速回転低中負荷運転域（図１の運転域Ｂ１）及び高速回転低中負荷運転域（図１の運転域Ｂ３）であることを特徴としている。
を特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、吸気弁の開閉タイミングを可変制御する吸気タイミング可変機構と、排気弁の開閉タイミングを可変制御する排気タイミング可変機構と、吸気，排気タイミング可変機構による吸気弁，排気弁の開閉タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御する可変機構制御手段とを備えたエンジンの運転制御装置において、上記可変機構制御手段は、エンジンの運転域をＡ，及びＢ１〜Ｂ４に分割した場合にオーバーラップ期間の中心時期が各運転域において下記の如くなるように上記吸気，排気タイミング可変機構を制御することを特徴としている。
【００１１】
Ａ（低速回転低負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を最小（最遅角）、排気弁閉タイミングの遅角量を最小（最進角）とすることにより上記中心時期をＴＤＣに略一致させる。
Ｂ１（低中速回転低中負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を小、排気弁閉タイミングの遅角量を大とすることにより上記中心時期をＡＴＤＣとする。
Ｂ２（低中速回転高負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を大、排気弁閉タイミングの遅角量を小〜大の間で可変とすることにより上記中心時期をＢＴＤＣ〜略ＴＤＣの間で可変とする。
Ｂ３（高速回転低中負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を最小（最遅角）、排気弁閉タイミングの遅角量を大とすることにより上記中心時期をＡＴＤＣとする。
Ｂ４（高速回転高負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を小、排気弁閉タイミングの遅角量を小とすることにより上記中心時期を略ＴＤＣとする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかにおいて、実質的な排気通路長を可変制御する排気制御弁と、該排気制御弁による実質的排気通路長をエンジンの運転状態に応じて制御する排気制御弁制御手段とを備え、上記排気制御弁制御手段は、排気脈動による負圧波が上記オーバーラップ時に排気ポートに達する実質的排気通路長となるよう上記排気制御弁を制御することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図４は請求項１〜４の発明の一実施形態によるエンジンの運転制御装置を説明するための図であり、図１，図２本実施形態装置の構成及び制御動作を説明するための図、図３は吸気弁，排気弁の開閉タイミング，オーバーラップ状態を示す模式図、図４は本実施形態装置の模式全体構成図である。
【００１４】
図において、１は水冷式４サイクル４気筒４バルブエンジンであり、該エンジン１は各気筒当たり２本の吸気ポートを開閉する吸気弁２，２と、排気ポートを開閉する排気弁３，３とを備えている。該各吸気弁２，排気弁３はそれぞれ吸気カム軸４，排気カム軸５で開閉駆動される。そして該吸気カム軸４には吸気弁２の開閉タイミングを可変制御する吸気タイミング可変機構６が、また排気カム軸５には排気弁３の開閉タイミングを可変制御する排気タイミング可変機構７がそれぞれ配設されている。
【００１５】
上記吸気，排気タイミング可変機構は、カム軸のクランク軸に対する位相角度を運転状態に応じて変化させるタイプのものであり、例えば吸気弁の開タイミングをθだけ進角させるとその閉タイミングも同時にθだけ進角し、同様に排気弁の閉タイミングをθだけ遅角させるとその開タイミングも同時にθだけ遅角するように構成されている。なお、この種のタイミング可変機構の具体的構造は従来周知であるから説明は省略する。また、カムノーズ形状の異なるカムを複数備え、運転状態に応じて何れかのカムを選択するタイプのタイミング可変機構を採用することも勿論可能である。
【００１６】
上記エンジン１の排気装置８は、左，右端部の気筒の排気ポートを合流させる右マニホールド９ａと、中央の２つの気筒の排気ポートを合流させる左マニホールド９ｂと、さらに該左，右マニホールド９ａ、９ｂを１つに合流させる合流管９とを備えている。なお９ｄは消音器である。
【００１７】
そして上記左，右マニホールド９ａ，９ｂの途中部分は連通管９ｃで連通されており、該連通管９ｃには該連通管９ｃを開閉する排気制御弁１０が配設されている。排気装置８の実質的排気通路長は、上記排気制御弁１０を閉にすると「長」となり、開にすると「短」となる。
【００１８】
１１はエンジン１の運転状態を制御するＥＣＵであり、該ＥＣＵ１１は、入力されたエンジン回転数，エンジン負荷（アクセルペダル踏み込み量）に応じて、上記吸気，排気タイミング可変機構６，７による吸気弁２，排気弁３の開閉タイミングを制御する可変機構制御手段としての機能と、上記排気制御弁１０による上記連通管９ｃの開閉を制御する排気制御弁制御手段としての機能とを備えている。
【００１９】
上記ＥＣＵ１１による可変機構制御機能は、吸気弁２の開タイミング及び排気弁３の閉タイミングを、低速回転低負荷運転域（アイドル回転域）を基準とし、エンジン回転数と負荷に基づいて、エンジントルクの向上，又は燃費低減，あるいは排気ガス性状の改善，さらには排気ガス温度の低減等の観点から、それぞれ進角側，遅角側に制御する。
【００２０】
上記ＥＣＵ１１による排気制御弁制御機能は、排気脈動による負圧波が吸気弁，排気弁のオーバーラップ時に排気ポートに達する実質的排気通路長となるよう上記排気制御弁１０を開閉制御する。通常、排気制御弁１０は、実質的排気通路長を２段階に変化させるものであり、必ずしも各段階のエンジン回転数に対して上記負圧波をオーバーラップ時に排気ポートに達するよう同調させることは困難であるが、本実施形態では、排気弁３の閉タイミングを変化させることにより各エンジン回転数において上記同調を精度良く実現するものである。
【００２１】
次に、本実施形態装置の作用効果について説明する。
本実施形態装置では、エンジンの運転状態に応じて吸気弁２，排気弁３の開閉タイミングが可変制御され、特に吸気弁２，及び排気弁３の両方が共に開いているオーバーラップの大きさ及びその中心時期が上死点前（ＢＴＤＣ）〜上死点後（ＡＴＤＣ）の間で可変制御され、また排気制御弁１０が、排気脈動の負圧波が上記オーバーラップ時に排気ポートに達するように制御される。
【００２２】
まず上記オーバーラップの大きさ，中心時期の位置の制御に関しては、エンジンの運転域を図１に示すようにＡ，Ｂ１〜Ｂ４に分割し、各運転域毎に以下のように制御される。
【００２３】
Ａ（低速回転低負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を最小（図３のｂ１遅開き参照）、排気弁閉タイミングの遅角量を最小（同図のｂ１′早閉じ参照）とすることにより、図３に破線で示すように、上記オーバーラップの中心時期をＴＤＣ（上死点）に略一致させる。なお、この運転域Ａにおける進角量，遅角量を制御の基準とする（図１のＡ（アイドリング）参照）。
【００２４】
Ｂ１（低中速回転低中負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を小（ｂ３）、排気弁閉タイミングの遅角量を大（同図のｂ２′遅閉じ）とすることにより上記中心時期をＡＴＤＣ（上死点後）とする（図１のＢ１参照）。
【００２５】
Ｂ２（低中速回転高負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を大（同図のｂ２早開き）、排気弁閉タイミングの遅角量を小〜大（ｂ３′〜ｂ２′）の間で可変とすることにより上記中心時期をＢＴＤＣ（上死点前）〜略ＴＤＣの間で可変とする。
【００２６】
ここで上記運転域Ｂ２において、排気弁閉タイミングの遅角量を小〜大に変化させるのは、排気脈動の負圧波がオーバーラップ時に排気ポートに到達するようにするためである。
【００２７】
Ｂ３（高速回転低中負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を最小（ｂ１）、排気弁閉タイミングの遅角量を大（ｂ２′）とすることにより上記中心時期をＡＴＤＣとする。
【００２８】
Ｂ４（高速回転高負荷運転域）：吸気弁開タイミングの進角量を小（ｂ３）、排気弁閉タイミングの遅角量を小（ｂ３′）とすることにより上記中心時期を略ＴＤＣとする。
【００２９】
また、上記排気制御弁１０の制御に関しては、エンジンの運転域を図２に示すようにエンジン回転数に基づいてＮ１〜Ｎ４に分割し、該各運転域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４において上記排気制御弁１０をそれぞれ閉，開，閉，開とする。
【００３０】
このように本実施形態では、低中速回転高負荷運転域（Ｂ２）では、吸気弁２を開タイミングを大きく進角させることにより早閉じとするとともに、排気弁３の閉タイミングの遅角量を小〜大に変化させて、排気脈動の負圧波がオーバーラップ時に排気ポートに到達するようにしたので、吸気の押し戻しが少なくなるとともに、排気の負圧波により掃気効果が高まることから、低中速回転域でのトルクを増大できる。
【００３１】
また低中速回転低中負荷運転域（Ｂ１），及び高速回転低中負荷運転域（Ｂ３）の両方というエンジン運転域の大部分において、排気弁閉タイミングを大きく遅角させることによりオーバーラップの中心位置をＡＴＤＣ側寄り、つまり吸気行程側寄りとしたので、吸気行程開始時におけるポンピングロスを低減でき、燃費の向上を図ることができる。
【００３２】
さらにまた高速回転低中負荷運転域（Ｂ３）では、吸気弁開タイミングの進角量を最小にして吸気弁２を遅閉じとしたことにより、実圧縮比が低下してノッキングが回避されることから点火時期を大きく進角でき、また排気弁閉タイミングの遅角量を大きくして排気弁３を遅開きにしたことにより、実膨張比が増加して熱効率を向上でき、排気ガス温度を低減できる。
【００３３】
また本実施形態では、排気弁３の閉タイミングを図１に示すように可変制御するとともに、排気制御弁１０を図１及び図２に示すように開閉制御したので、大部分の運転域において、排気脈動による負圧波を吸排気弁のオーバーラップ時に同調させることができ、掃気効果が増大し、図２に破線のトルクカーブで示すように、特に低中速回転でのトルクを向上できる。
【００３４】
【発明の作用効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、吸気弁及び排気弁の両方が開いているオーバーラップ期間の中心時期が、エンジンの低速回転低負荷運転域（Ａ）では上死点（ＴＤＣ）に略一致し、残りの運転域（運転域Ｂ１〜Ｂ４）のうちの大部分、例えば請求項２の発明のように低中速回転中負荷運転域（Ｂ１）及び高速回転低中負荷運転域（Ｂ３）においては上死点後（ＡＴＤＣ）となるよう上記吸気弁，排気弁の開，閉タイミングを制御することにより、大部分の運転域で排気弁の閉タイミングを遅くし、オーバーラップの中心時期をＡＴＤＣ側寄り、つまり吸気行程側寄りとしたので、吸気行程開始時期でのポンピングロスが低減し、燃費を向上できる効果がある。
【００３６】
また上記高速回転低中負荷運転域（Ｂ３）では、吸気弁を遅閉じとしたことにより、実圧縮比が低下してノッキングが回避されることから点火時期を大きく進角でき、また排気弁閉タイミングの遅角量を大きくして排気弁を遅開きにしたことにより、実膨張比が増加して熱効率を向上でき、排気ガス温度を低減できる効果がある。
【００３７】
さらにまた、上記オーバーラップ期間の中心時期を低中速回転高負荷運転域（Ｂ２）においては上死点前（ＢＴＤＣ）から略上死点（ＴＤＣ）の間で可変となるように上記吸気弁，排気弁の開，閉タイミングを可変制御したので、この一部運転域では、吸気弁が早閉じとなり、吸気の押し戻しを少なくできるとともに、排気の負圧波により排気効果が高まることから吸入空気量を増大してトルクを向上できる効果がある。
【００３８】
請求項３の発明によれば、上記オーバーラップの中心時期を、低速回転低負荷運転域ＡではＴＤＣに略一致させ、低中速回転中負荷運転域Ｂ１及び高速回転低中負荷運転域Ｂ３ではＡＴＤＣとし、大部分の運転域で排気の閉タイミングを達し、オーバラップの中心時期をＡＴＤＣ側寄りとしたので、上記請求項１の発明における、吸気行程開始時でのポンピングロスを低減して燃費を向上でき、熱効率を向上して排気ガス温度を低減できるという効果を具体的に実現できる。また、低中速回転高負荷運転域Ｂ２ではＢＴＤＣ〜略ＴＤＣの間で可変としたので、吸気弁が早閉じとなり、吸気の押し戻しを少なくできるとともに、排気の負圧波により排気効果が高まることから吸入空気量を増大してトルクを向上できる。
【００３９】
請求項４の発明によれば、上記オーバーラップの中心位置をエンジンの運転状態に応じてＢＴＤＣ〜ＡＴＤＣの間で可変制御するとともに、排気制御弁により実質的排気通路長を排気脈動による負圧波が上記オーバーラップ時に排気ポートに達する長さとなるよう制御したので、大部分の運転域において、排気脈動による負圧波を吸排気弁のオーバーラップ時に同調させることができ、掃気効率を向上して吸入空気量を増加でき、特に低中速回転域でのトルクを向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１〜４の発明の一実施形態によるエンジンの運転制御装置の構成及び動作を説明するための図である。
【図２】上記運転制御装置の構成及び動作を説明するための図である。
【図３】上記運転制御装置の吸，排気弁の開閉タイミング，オーバーラップ状態を説明するための図である。
【図４】上記運転制御装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１    エンジン
２    吸気弁
３    排気弁
６    吸気タイミング可変機構
７    排気タイミング可変機構
１０  排気制御弁
１１  ＥＣＵ（可変機構制御手段，排気制御弁制御手段）
Ａ    低速回転低負荷運転域
Ｂ１  低中速回転中負荷運転域
Ｂ２  低中速回転高負荷運転域
Ｂ３  高速回転低中負荷運転域
Ｂ４  高速回転高負荷運転域
ＡＴＤＣ  上死点後
ＢＴＤＣ  上死点前
ＴＤＣ    上死点
Ｏ／Ｌ    オーバーラップ期間
【図１】
0003678861.tif 000002
【図２】
0003678861.tif 000003
【図３】
0003678861.tif 000004
【図４】
0003678861.tif 000005