(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動角を連続可変制御して吸気弁の開閉時期を変化させる可変動弁制御機構を備え、機関のアイドリング時には前記吸排気弁のバルブオーバーラップを減少させるように制御されるターボ過給機付き内燃機関において、
加速の過渡運転条件を検出する過渡運転条件検出手段を備え、
機関のアイドリング時には吸気弁の作動角を小さくして吸気弁の開弁時期を排気行程末期又は吸入行程初期まで遅らせるとともに吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点側に早めるように制御され、前記過渡運転条件が検出された時には吸気弁の作動角の拡大を定常運転時よりも遅らせるように制御することで、前記吸排気弁のオーバーラップを定常運転での同一負荷，同一回転数の運転条件における設定値よりも小さくするように制御することを特徴とするターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システム。
【請求項２】
作動角を連続可変制御して排気弁の開閉時期を変化させる可変動弁制御機構を備え、機関のアイドリング時には排気弁の作動角を小さくして排気弁の閉弁時期を吸入行程初期又は排気行程末期まで早めるように制御され、前記過渡運転条件が検出された時には排気弁の作動角の拡大を定常運転時よりも遅らせるように制御されることを特徴とする請求項１記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システム。
【請求項３】
前記吸気弁又は排気弁の作動角を連続可変制御する手段は、
機関の回転に同期して回転する駆動軸と、
この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸気弁又は排気弁を駆動するカムを外周に有するカムシャフトと、
このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された一方のフランジ部と、
この一方のフランジ部に対向するように前記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された他方のフランジ部と、
上記両フランジ部の間に揺動自在に配設された環状ディスクと、
この環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各係合溝内に各々係合するピンと、
前記環状ディスクを機関の運転状態に応じて揺動させる駆動機構とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システム。
【請求項４】
前記過渡運転条件検出手段は、吸気弁上流の圧力を検出する過給圧力検出手段と、この過給圧力検出手段で検出した過給圧を定常運転での同一負荷，同一回転数の運転条件における過給圧と比較する比較手段とからなる請求項１乃至３いずれか記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システム。
【請求項５】
前記過渡運転条件検出手段は、ターボ過給機の排気タービンの上流の圧力を検出する排気圧力検出手段と、この排気圧力検出手段で検出した排気圧を定常運転での同一負荷，同一回転数の運転条件における排気圧と比較する比較手段とからなる請求項１乃至３いずれか記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システム。
【請求項６】
前記過渡運転条件検出手段は、吸気弁上流の圧力を検出する過給圧力検出手段と、ターボ過給機の排気タービンの上流の圧力を検出する排気圧力検出手段とを備えてなる請求項１乃至３いずれか記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システム。
【請求項７】
前記過渡運転条件検出手段は、吸気絞り弁の開度を検出する絞り弁開度検出手段を有し、絞り弁の開度の変化から過渡運転条件を検出することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ過給機付き内燃機関においては、発進加速時などには、ターボ過給機の回転上昇の遅れがあるために、過給圧の上昇が遅れるとともに、排気タービン側の流れの停滞により排圧が上昇する。これらの結果、発進加速時には過給圧に比べて排圧が大幅に高くなる現象が生じる。図１３に示すように定常運転すなわちエンジンおよびターボ過給機の回転数が一定のときには、ほぼ全域で過給圧に対して排圧は＋１００mmHg程度であるのに対して、発進加速時には、過給圧１００mmHgのとき排圧は４００mmHgで両者の差圧は３００mmHgであり、さらに過給圧５００mmHgのとき排圧は１１００mmHgで差圧は６００mmHgと、定常運転時の差圧に比べて３〜６倍に達していることがわかる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように過給圧に比べて排圧が大幅に高くなったとき、吸排気弁のバルブオーバーラップが大きいと残留ガス量が増大してノックを発生したり、充填効率が低下して出力が低下するなどの問題が生じる。このためターボ仕様ではオーバーラップを小さく設定するのが一般的である。しかしその必要性が高いのは発進加速時などの過渡時であり、定常時には逆にある程度のオーバーラップを設定しておかないと、吸排気上死点前後のバルブリフトを十分にとれず吸排ロスが大きくなり、定格出力が低下するという問題があった。かかる問題点には従来の固定動弁方式で対応するのは困難である。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、発進加速時などの過渡運転時において、シリンダ内への残留ガス量の逆流を抑え、耐ノック性を向上させるとともに充填効率を向上させて出力増加を図ることができるターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムは、作動角を連続可変制御して吸気弁の開閉時期を変化させる可変動弁制御機構を備え、機関のアイドリング時には前記吸排気弁のバルブオーバーラップを減少させるように制御されるターボ過給機付き内燃機関において、加速の過渡運転条件を検出する過渡運転条件検出手段を備え、機関のアイドリング時には吸気弁の作動角を小さくして吸気弁の開弁時期を排気行程末期又は吸入行程初期まで遅らせるとともに吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点側に早めるように制御され、前記過渡運転条件が検出された時には吸気弁の作動角の拡大を定常運転時よりも遅らせるように制御することで、前記吸排気弁のオーバーラップを定常運転での同一負荷，同一回転数の運転条件における設定値よりも小さくするように制御することを特徴とする。
【０００６】
この請求項１記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムでは、発進加速時などの過渡運転条件が検出された時には吸排気弁のオーバーラップを小さくするように制御する。すなわち発進加速時などにはターボ過給機の回転上昇が遅れるため、排圧が増大し、シリンダ内に残留ガスが逆流しやすくなるが、本発明ではオーバーラップを小さくすることで、残留ガス量を抑えるようにする。これにより耐ノック性を向上させるとともに充填効率向上による出力増加が図られる。
【０００７】
請求項１記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムにおいて、オーバーラップを小さくするためには吸気弁の開弁時期を遅らせるように制御することとなり、機関のアイドリング時には吸気弁の作動角を小さくして吸気弁の開弁時期を排気行程末期又は吸入行程初期まで遅らせるとともに吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点側に早めるように制御され、前記過渡運転条件が検出された時には吸気弁の作動角の拡大を定常運転時よりも遅らせるように制御されることを特徴とする。
【０００８】
この請求項１記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムでは、前記過渡運転条件が検出された時には、吸気弁の作動角の拡大を遅らせることで、吸気弁の実質的な開弁時期を遅らせて、オーバーラップを小さくしている。
【０００９】
また請求項２記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムは、これに加えて、作動角を連続可変制御して排気弁の開閉時期を変化させる可変動弁制御機構を備え、機関のアイドリング時には排気弁の作動角を小さくして排気弁の閉弁時期を吸入行程初期又は排気行程末期まで早めるように制御され、前記過渡運転条件が検出された時には排気弁の作動角の拡大を定常運転時よりも遅らせるように制御されることを特徴とする。
【００１０】
この請求項２記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムでは、前記過渡運転条件が検出された時には、排気弁の作動角の拡大を遅らせることで、排気弁の実質的な閉弁時期を早め、オーバーラップを小さくしている。
【００１１】
請求項１又は２記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムにおいて、吸気弁又は排気弁の作動角を連続可変制御する手段は、種々に改変することができる。例えば、請求項３記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムは、前記吸気弁又は排気弁の作動角を連続可変制御する手段は、機関の回転に同期して回転する駆動軸と、この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸気弁又は排気弁を駆動するカムを外周に有するカムシャフトと、このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された一方のフランジ部と、この一方のフランジ部に対向するように前記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された他方のフランジ部と、上記両フランジ部の間に揺動自在に配設された環状ディスクと、この環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各係合溝内に各々係合するピンと、前記環状ディスクを機関の運転状態に応じて揺動させる駆動機構とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この請求項３記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムでは、運転条件に対応して吸排気弁の作動角を変化させ、吸排気弁の開閉時期を変化させ、オーバーラップを変化させる。閉時期又は開時期のみを大きく変化させる可変制御も可能となり、従来のカムの位相差制御のような作動角が変化しない方式とは大きく異なった動作をする。
【００１３】
請求項１乃至３記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムにおいて、過渡運転条件を検出する手段は、種々に改変することができる。例えば、請求項４記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムでは、前記過渡運転条件検出手段は、吸気弁上流の圧力を検出する過給圧力検出手段と、この過給圧力検出手段で検出した過給圧を定常運転での同一負荷，同一回転数の運転条件における過給圧と比較する比較手段とからなる。
【００１４】
また請求項５記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムでは、前記過渡運転条件検出手段は、ターボ過給機の排気タービンの上流の圧力を検出する排気圧力検出手段と、この排気圧力検出手段で検出した排気圧を定常運転での同一負荷，同一回転数の運転条件における排気圧と比較する比較手段とからなる。
【００１５】
また請求項６記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムでは、前記過渡運転条件検出手段は、吸気弁上流の圧力を検出する過給圧力検出手段と、ターボ過給機の排気タービンの上流の圧力を検出する排気圧力検出手段とを備えてなる。
【００１６】
さらに請求項７記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムでは、前記過渡運転条件検出手段は、吸気絞り弁の開度を検出する絞り弁開度検出手段を有し、絞り弁の開度の変化から過渡運転条件を検出することを特徴とする。
【００１７】
これら請求項４乃至７記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムでは、過渡運転条件が検出されたときに吸排気弁のオーバーラップを小さくするように制御する。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１乃至７記載のターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムによれば、発進加速時などの過渡運転条件が検出された時には吸排気弁のオーバーラップを小さくするように制御するので、ターボ過給機の回転上昇遅れにともなって排圧が高くなっても、シリンダ内への残留ガス量の逆流を抑えることができる。これにより耐ノック性を向上させるとともに充填効率向上による出力増加を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係るターボ過給機付き内燃機関の動弁制御システムの実施形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の動弁制御システムを備えた内燃機関の構成を示す模式図である。
【００２１】
図示の通りこの内燃機関では、吸気系においてコンプレッサ１と吸気弁２との間の圧力を検出する過給圧センサ３が備えられるとともに、排気系側には排気弁４と排気タービン５との間の圧力を検出する排圧センサ６が備えられており、これらの検出圧力はコントロールユニット７に入力されている。コントロールユニット７には内燃機関の回転数や冷却水温，油圧などの運転条件が入力され、内部に記憶されたマップに従って、後述するアクチュータ８を駆動制御する。なお９は排気バイパス弁（ウエストゲートバルブ）である。
ここで、過渡運転条件を検出する手段は、吸気弁上流の圧力を検出する過給圧力検出手段、すなわち過給圧センサ３と、この過給圧力検出手段で検出した過給圧を定常運転での同一負荷，同一回転数の運転条件における過給圧と比較する比較手段、すなわちコントロールユニット７とで構成することができる。
またこれに代えて、過渡運転条件を検出する手段は、ターボ過給機の排気タービンの上流の圧力を検出する排気圧力検出手段、すなわち排圧センサ６と、この排気圧力検出手段で検出した排気圧を定常運転での同一負荷，同一回転数の運転条件における排気圧と比較する比較手段、すなわちコントロールユニット７とで構成することもできる。
さらにこれに代えて、過渡運転条件検出手段は、吸気弁上流の圧力を検出する過給圧力検出手段、すなわち過給圧センサ３と、ターボ過給機の排気タービンの上流の圧力を検出する排気圧力検出手段、すなわち排圧センサ６との両方を備えることもできる。
さらにこれに代えて、過渡運転条件検出手段に、吸気絞り弁の開度を検出する絞り弁開度検出手段を設け、この絞り弁の開度の変化から過渡運転条件を検出するようにしても良い。
【００２２】
図２は、吸気弁の作動角を連続可変制御するための動弁機構を示す斜視図である。
【００２３】
図示の通りこの機構は、機関の回転に同期して回転する駆動軸１０と、駆動軸１０と同軸上に配設され、かつ吸気弁１１を駆動するカム１２を外周に有するカムシャフト１３と、カムシャフト１３の端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝１４ａが形成された一方のフランジ部１４と、この一方のフランジ部に対向するように前記駆動軸１０側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝１５ａが形成された他方のフランジ部１５と、両フランジ部１４，１５の間に揺動自在に配設された環状ディスク１６と、環状ディスク１６の両側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部１４，１５の各係合溝１４ａ，１５ａ内に各々係合するピン１７，１８と、環状ディスク１６を機関の運転状態に応じて揺動させる偏心カム１９と、偏心カム１９をコントロールシャフト２０を介して回転させるアクチュータ８とから構成されている。
【００２４】
この機構では、アクチュータ８を駆動すると環状ディスク１６の中心位置が駆動軸１０に対して揺動し、環状ディスク１６による駆動軸１０からカムシャフト１３への回転の伝達がいわゆる不等速継手のように作用して、カムの作動角を図３のように大きくしたり小さくしたりすることができる。アクチュータ８の駆動は図４のフローチャートに従って行われ、過給圧センサ３および排圧センサ６の検出圧力から発進加速等の過渡運転条件を検出すると、あらかじめ記憶された過渡運転のマップに切換えて吸気弁の開閉時期を制御する。
【００２５】
図５にバルブリフト制御特性を示す。図示の通り本実施形態では吸気弁のみについて開閉時期を可変制御するようにしており、発進加速中の吸気弁の作動角を定常時に比べて小さく抑えるように制御している。
【００２６】
図６は定常時における吸気弁の閉時期特性を示している。通常の固定動弁方式の場合、運転条件にかかわらず吸気弁の閉時期は下死点後（ＡＢＤＣ）５０゜前後に設定され、この設定は中速域では良好であるが、低速域では慣性効果が小さいために圧縮行程の初期にシリンダ内から吸気が逆流する特性となる。本発明では可変動弁機構を用いているために図示の通り機関回転数に対応した最適な吸気弁閉時期特性を与えることができている。これにより低速域の圧縮行程初期の吸気逆流を防止することができ、低速トルクを増強させることができる。
【００２７】
図７は定常時におけるバルブオーバーラップの特性を、図９は過渡運転時におけるバルブオーバーラップの特性を示している。過渡運転時には定常時よりもバルブオーバーラップが小さく制御される。これにより高い排圧による残留ガスの増加を防止している。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば上記実施形態に以下のような変形を加えてもよい。
【００２９】
上記実施形態では吸気弁について開閉時期を可変制御するようにしたが、図１０に示すように吸排気弁ともに開閉時期を可変制御するようにしてもよい。吸排気弁ともに制御するようにすると、吸気弁の作動角設定の自由度を拡大することができる。またこのときには吸気弁の作動角を定常運転時と同じ設定にしてもよい。また図１１には吸排気弁ともに過渡補正を行った例を、図１２には吸気弁にのみ過渡補正を行った例を示している。
【００３０】
すなわち、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動弁制御システムを備えた内燃機関の構成を示す模式図である。
【図２】吸気弁の作動角を連続可変制御するための動弁機構を示す斜視図である。
【図３】カムの作動角の変化によって得られるバルブリフト特性を説明する図である。
【図４】コントロールユニットにおける制御動作のフローチャートである。
【図５】実施形態における各種運転時のバルブリフト制御特性を示す図である。
【図６】定常走行時における吸気弁閉時期の制御特性を示すグラフである。
【図７】定常走行時におけるバルブオーバーラップの制御特性を示すグラフである。
【図８】過渡走行時における吸気弁閉時期の制御特性を示すグラフである。
【図９】過渡走行時におけるバルブオーバーラップの制御特性を示すグラフである。
【図１０】第１の変形例における各種運転時のバルブリフト制御特性を示す図である。
【図１１】第２の変形例における各種運転時のバルブリフト制御特性を示す図である。
【図１２】第３の変形例における各種運転時のバルブリフト制御特性を示す図である。
【図１３】従来技術の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１…コンプレッサ
２…吸気弁
３…過給圧センサ
４…排気弁
５…排気タービン
６…排圧センサ
７…コントロールユニット
８…アクチュータ
９…排気バイパス弁
１０…駆動軸
１１…吸気弁
１２…カム
１３…カムシャフト
１４…フランジ部
１４ａ…係合溝
１５…フランジ部
１５ａ…係合溝
１６…環状ディスク
１７，１８…ピン
１９…偏心カム
２０…コントロールシャフト
【図１】
0003932600.tif 000002
【図２】
0003932600.tif 000003
【図３】
0003932600.tif 000004
【図４】
0003932600.tif 000005
【図５】
0003932600.tif 000006
【図６】
0003932600.tif 000007
【図７】
0003932600.tif 000008
【図８】
0003932600.tif 000009
【図９】
0003932600.tif 000010
【図１０】
0003932600.tif 000011
【図１１】
0003932600.tif 000012
【図１２】
0003932600.tif 000013
【図１３】
0003932600.tif 000014