JPH02241937A - 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〕 本発明はエンジンの制御装置、特に運転状態に応じて吸
排気オーバラップ量を可変にするオーバラップ量変更手
段の可変幅を小さく出来、且つ低負荷低速状態のときの
エンジン安定性を確保し得るように改善したものに関す
る。

〔従来技術〕

従来、過給機付エンジンとして、例えば特開昭６１−１
８７５４３号公報に開示されるように、吸気通路に機械
式過給機を設け、この過給機をクラッチを介してエンジ
ン出力軸に連結し、高速高負荷域を中心とする過給領域
ではクラッチを接続して過給機を作動させることにより
エンジンを過給し、その出力を高める一方、上記過給領
域以外ではクラッチを分離してエンジンを自然吸気で運
転し、燃費の低減などを図るようにしている。また、エ
ンジンの動弁系に、ステップモータにより駆動され且つ
吸・排気タイミングを可変にするタイミング変更装置を
設けて吸・排気オーバラップ期間を可変にできるように
し、過給領域では過給領域以外よりもピストンの有効ス
トロークを小さくして圧縮比を実質的に下げることによ
りノッキングの発生を抑制するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようにタイミング変更装置を有する過給機付エン
ジンにおいて、高速高負荷状態において吸排気のオーバ
ラップ量を十分に大きくすればノッキング発生を防止で
きる。ところで、吸排気オーバラップ量の可変幅を小さ
くしてタイミング変更装置を簡単化・小型化し且つ作動
時間の短縮を図りたいという要請があるが、上記可変幅
を小さくすると、低速低負荷状態のときのオーバラップ
量もそれだけ大きくなることから、燃焼性の低下により
エンジンの安定性を確保できなくなる。特に、アイドル
領域など低速低負荷領域において、エンジンの安定性が
低下し、所定のアイドル回転数を確保することが難しく
なる。そのため、吸排気のオーバラップ量の可変幅を大
きく設定することが必要となり、タイミング変更装置が
複雑化し大型化しまた作動時間が長くなるという問題が
ある。

本発明の目的は、吸排気オーバラップの可変幅を小さく
出来また作動時間を短縮出来且つ低速低負荷時のエンジ
ンの安定性を確保し得るようなエンジンの制御装置を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

第１請求項に係るエンジンの制御装置は、運転状態に応
じて吸排気オーバラップ量を可変にするオーバラップ量
変更手段とアイドル状態のときの回転数を制御するアイ
ドル回転数制御手段とを備えたエンジンにおいて、エン
ジンの運転状態゛を検出する運転状態検出手段と、上記
運転状態検出手段からの出力を受けて、所定の低速低負
荷状態のときエンジンに外部負荷をかける負荷付加手段
とを備えたものである。

第２請求項に係るエンジンの制御装置は、エンジン出力
軸にクラッチを介して連結された機械式過給機と、運転
状態に応じて吸排気オーバラップ量を可変にするオーバ
ラップ量変更手段と、アイドル状態のときの回転数を制
御するアイドル回転数制御手段とを備え、吸排気オーバ
ラップ量が大きいときに過給するようにしたエンジンに
おいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手
段と、上記運転状態検出手段からの出力を受けて、所定
の低速低負荷状態のときに上記過給機を作動させる制御
手段とを備えたものである。

〔作用〕

第１請求項に係るエンジンの制御装置においては、オー
バラップ量変更手段によって低速低負荷状態のときにオ
ーバラップ量が小さく設定され、また上記以外の状態の
ときにノッキング発生を防止する為にオーバラップ量が
大きく設定される。

一方、アイドル状態のときには、アイドル回転数制御手
段によってエンジン回転数が設定値となるように制御さ
れる。

運転状態検出手段によってエンジンの運転状態（例えば
、回転数と吸入空気量）が検出され、その検出された運
転状態が所定の低速低負荷状態のときには、負荷付加手
段によってエンジンに外部負荷が付加される。この外部
負荷が付加されると、エンジン回転数が低下しようとす
るがアイドル回転数制御手段によってエンジン回転数が
設定値となるように吸気量が増量補正される。

つまり、負荷付加手段・を設けない場合には、アイドル
状態のときの吸排気オーバラップ量を十分に小さく設定
しない限り、燃焼性の低下により安定したアイドル状態
を維持することが難しい。

しかし、上記のように負荷付加手段を設けたので、所定
の低速低負荷状態のときの吸排気オーバラップ量が要求
値よりも大きくても、アイドル回転数制御手段を介して
の吸気充填量の増加によりエンジンの安定性を確保出来
る。つまり、高速高負荷状態など高吸気量時のオーバラ
ップ量を十分に確保してノッキングの発生を防止し得る
と同時に、オーバラップ変更手段で変える可変量の幅を
小さく設定してオーバラップ変更手段を簡単化し小型化
することが出来且つその作動時間を短縮することが出来
る。

上記のように外部負荷を付加すると燃費の悪化は避けら
れないが、低速低負荷状態から加速していく途中の中負
荷状態のときに排気ガスの一部が吸気通路に逆流して排
気ガス還流を行ったのと同様の効果（以下、内部ＥＧＲ
による燃費改善効果という）が得られて燃費が改善され
るので、トータルとして燃費の面で不利となることはな
い。

第２請求項に係るエンジンの制御装置においては、第１
請求項と同様にオーバラップ量変更手段によって低速低
負荷状態のときオーバラップ量が小さく設定され、また
上記以外の状態のときにオーバラップ量が大きく設定さ
れる。そして、オーバラップ量が大きいときに過給機を
駆動して過給が行われるが、オーバラップ量が大きく設
定されているので圧縮比が実質的に低下しノッキングが
発生することがない。

更に、所定の低速低負荷状態のときに制御手段によって
過給機のクラッチが接続され過給機が駆動される。その
結果、エンジン負荷が増加するので、第１請求項と同様
の作用が得られる。但し、過給吸気はバイパス通路を介
して還流されるのでエンジンに対しては実質的には過給
しないことになる。

〔発明の効果〕

第１請求項に係るエンジンの制御装置によれば、上記〔
作用〕の項で説明したように、負荷付加手段を設けたこ
とにより、高吸気量時の吸排気オーバラップ量を十分に
確保してノッキングの発生を防止し得るうえ、オーバラ
ップ量変更手段のオーバラップ量の可変幅を小さく設定
してオーバラップ量変更手段を簡単化し小型化すること
が出来且つその作動時間を短縮することが出来る。しか
も、所定の低速低負荷状態のときに要求オーバラップ量
よりも大きくなる分吸気の充填量を増してエンジンの安
定性を確保することが出来る。

第２請求項に係るエンジンの制御装置によれば、上記〔
作用〕の項で説明したように、所定の低速低負荷時に過
給機を作動させる制御手段を設けたことによって第１請
求項と同様の効果が得られる。

加えて、低速低負荷時に使用する必要のない過給機を外
部負荷として用いるので、外部負荷を格別に設ける必要
がな（、また他の制約なしに作動させることが出来、こ
のエンジンの制御装置の構成を簡単化することが出来る
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

本実施例は、自動車のＤＯＨＣタイプの過給機付エンジ
ンに本発明を適用した場合の一例である。

第１図に示すように、エンジンＥには４個の気筒１が設
けられ、各気筒１には吸気弁で開閉される吸気ボート２
と排気弁で開閉される排気ポート３とが設けられ、４個
の吸気弁は吸気用カムシャフト４で駆動され、４個の排
気弁は排気用カムシャフト５で駆動される。これらカム
シャフト４・５は後述のようにクランク軸プーリ６にタ
イミングベルト等で連動連結されている。

エンジンＥの吸気通路１０には上流側から順にエアクリ
ーナ１１とエアフロメータ１２とスロットル弁１３と機
械式過給機１４とインタクーラ１５とサージタンク１６
とが介設され、サージタンク１６は各分岐吸気管１７で
吸気ボート２に接続されている。各分岐吸気管１７には
吸気ボート２の方向へ燃料を噴射するインジェクタが設
けられている。上記スロットル弁１３はアクセルペダル
に連結され、スロットル弁１３にはその開度を電気的に
検出するスロットル開度センサ１８とその全閉時に閉成
されるアイドルスイッチ（図示略）とが設けられている
。上記スロットル弁１３と過給機１４の間の吸気通路１
０からサージタンク１６に連なるバイパス通路１９が設
けられ、バイパス通路１９にはバイパス弁２０が介設さ
れ、バイパス弁２０は負圧導入路２２を介してブースト
負圧が導入されるアクチュエータ２１で駆動される。

そして、このバイパス弁２０のバルブ開度の特性は第６
図のようになっている。

更に、アイドル回転数制御手段として、エアフローメー
タ１２とスロットル弁１３の間の吸気通路１０からサー
ジタンク１６に連なるアイドル用バイパス通路２３が設
けられ、このバイパス通路２３にはりニアソレノイド２
４ａで吸気流量を精密に制御し得るＩＳＣバルブ２４が
介装されている。尚、ＩＳＯとはアイドルスピードコン
トロールの略称である。

上記過給機１４の入力軸１４ａには電磁クラッチ２５が
介装され、入力軸１４ａのプーリ２６はクランク軸ブー
Ｉ７６にベルトやチェーンで連動連結されている。

上記電磁クラッチ２５とＩＳＣバルブ２４と後述の吸排
気オーバラップ量を大小切換える為のバルブタイミング
変更機構３０のオーバラップ切換用ソレノイド３１など
を制御するコントロールユニット２７が設けられ、この
コントロールユニット２７へはエアフローメータ１２か
らの信号とスロットル開度センサ１８からの信号とアイ
ドルスインチからの信号とディストリビュータからのエ
ンジン回転数信号Ｎなどが入力されている。

次に、第２図・第３図に基いてバルブタイミング変更機
構３０について説明する。

このエンジンの動弁装置において、排気用カムシャフト
５の端部には筒状のスペーサ３２が固着され、スペーサ
３２の外側に駆動用プーリ７が装着されている。このプ
ーリ７はボス部３４先端においてスペーサ３２の先端外
周に摺接し、そのボス部３４の基端側は排気用カムシャ
フト５に回転自在に装着された筒状の連結部材３５に固
定されている。上記連結部材３５はシリンダヘッド３６
の軸受部３６Ａに回転自在に枢支され、この連結部材３
５の他端には第１ギヤ８がスプライン結合されロックナ
ツト３７によって固定されている。

この第１ギヤ８には吸気用カムシャフト４の先端に固定
された第２ギヤ９が噛合連結されている。

プーリ７のボス部３４の内側には、スペーサ３２との間
に環状のピストン３８が組み込まれている。ピストン３
日は軸方向に二分割された構造で、両分割部は円周方向
に等間隔で配置された複数のピン３９によって相互に固
定されている。ピストン３８の内側及び外側には互いに
逆方向のヘリカルスプライン４０・４１が形成されてい
る。ピストン３８の内側のスプライン４０に対してスペ
ーサ３２の外周にヘリカルスプライン４２が形成され、
ピストン３８の外周のヘリカルスプライン４１に対して
プーリ７のボス部３４内周にヘリカルスプライン４３が
形成されている。ピストン３８は連結部材３５の端面と
の間に装着されたスプリング４４により先端側に付勢さ
れている。

排気用カムシャフト５には、軸心に沿ってオイル通路４
５が形成されている。筒状のスペーサ３２は止め部材４
６を介し固定ボルト４７によって排気用カムシャフト５
に固定されている。この固定ボルト４７にはオイル通路
４５に連通ずる軸方向の貫通穴４８が設けられている。

プーリ７のボス部３４先端には、ピストン３８の頭部に
面して、オイル通路４５からの油圧を導く圧力室４９が
設けられている。

上記排気用カムシャフト５の他端部は、シリンダへラド
３６の軸受部３６Ｂに回転自在に枢支され、その枢支孔
５０の端部はプラグ５１により閉塞されている。

第２図・第３図に示すように、オイル通路４５へ油圧を
供給したりオイル通路４５の油圧を排出したりする為、
上記枢支孔５０の側方においてシリンダヘッド３６には
オーバラップ切換ソレノイド３１により切換操作される
切換弁５２が組込まれ、第３図のようにソレノイド３１
がＯＦＦのときには切換弁５２は排出位置となってオイ
ル通路４５がドレン通路５３に接続され、ソレノイド３
１がＯＮのときには切換弁５２は供給位置となってオイ
ル通路４５が油圧供給路５４（オイルギャラリイ）に接
続される。油圧供給路５４へはクランク軸で駆動される
潤滑油ポンプから加圧オイルが供給される。

即ち、切換ソレノイド３１をＯＮにして切換弁５２を供
給位置に切換えると、オイル通路４５を介して上記圧力
室４９に油圧が供給されスプリング４４を圧縮してピス
トン３８が軸方向に移動する。その結果、このピストン
３８の内周及び外周に形成された逆方向のスプライン４
ｏ・４１と嵌合するスペーサ３２及びプーリ７は、一方
が他方に対して相対的に回転する。これにより、スペー
サ３２と一体の排気用カムシャフト５とプーリ７との相
対的位相が変わる。

後述のように、オーバラップ大領域では、オイル通路４
５へ油圧が供給されるので、第４図に示すように排気弁
閉時期が遅れ側に移行し、吸気弁開時期は変化しないの
で、吸排気のオーバラップ量が大きくなる。一方、オー
バラップ小領域では、オイル通路４５の油圧が排出され
、ピストン３８はスプリング４４の弾性力で復帰するの
で、オーバラップ量が小さくなる。

上記コントロールユニット２７は、Ａ／Ｄ変換器、波形
整形回路、人出力インタフエイス、マイクロコンビエー
タ及び複数の駆動回路などを備えた一般的な構成のもの
で、上記マイクロコンピュータのＲＯＭにはエンジンＥ
の運転状態に応じて電磁クラッチ２５を制御するプログ
ラムＰＡ、アイドル状態とその付近の低速低負荷状態の
ときにｔＳＣバルブ２４を介してアイドル回転数を制御
するプログラムＰＢ、運転状態に応じて切換ソレノイド
３１を介して吸排気オーバラップ量を大きく又は小さく
切換える吸排気オーバラップ制御のプログラムＰＣ１及
びその他点火時期制御や燃料噴射制御のプログラムなど
が予め入力格納されている。

第５図は、上記プログラムＰＡ−ＰＢ−ＰＣにテーブル
やマツプにて含まれる各種領域の説明図であり、曲線ａ
の内側の領域Ａはアイドル状態のときにエンジン回転数
Ｎが所定のアイドル回転数（例えば、８００ｒｐｍ）と
なるようにフィードバック制御するアイドル回転数フィ
ードバック領域であり、曲線ａと曲線す間の領域ＢはＩ
ＳＣバルブ２４を所定開度に保持する領域、低速低負荷
領域ＡとＢはエンジンの安定性確保のため外部負荷とし
ての過給機１４を作動させる第１電磁クラツチＯＮＭ域
、曲線Ｃの内側の領域ＡとＢとＣは切換ソレノイド３１
をＯＦＦに保持してオイル通路４５の油圧を抜き吸排気
オーバラップ量を「小」に保持するオーバラップ小領域
、曲線Ｃの外側の領域りとＥは切換ソレノイド３１をＯ
Ｎに保持してオイル通路４５に油圧を供給し吸排気オー
バラップ量を「大」に保持するオーバラップ大領域、曲
線すと折線ｄの間の領域ＣとＤは過給機１４を作動させ
ない電磁クラッチＯＦＦ領域、折線ｄの外側の領域Ｅは
過給機１４を作動させて過給する第２電磁クラツチＯＮ
領域（過給領域）である。

尚、直線ｅより低負荷側の領域でバイパスパルプ２０は
全開であり、直線ｅより高負荷側へ移行するのに応じて
バイパスパルプ２０の開度が減少し、所定の高負荷以上
になると全閉となる（第６図参照）。

次に上記制御プログラムＰＡ−ＰＢ−ＰＣのルーチンの
概要について第７図〜第９図に基いて説明する。尚、図
中Ｓｉ　（ｉ＝１．２．３・・・）は各ステップを示し
、これらのルーチンは所定時間毎の割込み処理或いはク
ランク軸１回転毎に図示外のクランク角センサから出力
されるクランク角信号の入力毎に割込み処理で実行され
る。

第７図は電磁クラッチＯＮ・ＯＦＦ制御のルーチンであ
り、制御開始後エンジン回転数Ｎ及びエアフローメータ
１２からの吸入空気ｉｌＱが読込まれ（Ｓ　１　）　、
次にこれらエンジン回転数Ｎと吸入空気ＩＱに対応する
運転状態が電磁クラッチＯＮ領域（第１電磁クラツチＯ
Ｎ領域と第２電磁クラツチ０Ｎ９１域）か否か判定され
（Ｓ　２　）　、ＯＮ？ｉｌｌ域のときには電磁クラッ
チ２５へ駆動電流を出力してＯＮ（接続）としくＳ　３
　）　、０Ｎｅｉ域でないときには駆動電流を断ってＯ
ＦＦ　（分離）としくＳ４）、メインルーチンへ復帰す
る。こうして、運転状態が第５図の領域ＡとＢとＥのと
きに電磁クラッチ２５が接続状態に保持され、領域Ｃと
Ｄのときに電磁クラッチ２５が分離状態に保持される。

但し、領域ＡとＢではバイパスパルプ２０が全開なので
、過給機１４が作動しても吸気の一部はサージタンク１
６からバイパス通！１９を通って還流するのでエンジン
Ｅは実質上過給されない。

第８図はアイドル回転数制御のルーチンであり、制御開
始後エンジン回転数Ｎと吸入空気領域Ｑとアイドルスイ
ッチ信号が読込まれ（３１０）、運転状態がＩＳＣ制御
領域（第５図の領域ＡとＢ）か否か判定され（Ｓｌｌ）
、ＹｅｓのときにはアイドルスイッチがＯＮか否か判定
され（Ｓ１２）、スロットル弁１８が全閉でアイドルス
イッチがＯＮのとき（第５図の領域Ａのとき）にはＩＳ
Ｃバルブ２４を介してアイドル回転数が目標アイドル回
転数Ｎｏとなるようにアイドル回転数制御が実行される
（Ｓ１３・５１４）。このアイドル回転数制御は既存周
知のものと同様なので詳しい説明は省略する。

一方、Ｓ１２においてアイドルスイッチがＯＮでないと
き（第５図の領域Ｂのとき）には■ＳＣパルプ２４が一
定開度に保持される（Ｓ１５・５１６）。他方、Ｓ１１
の判定の結果、運転状態が■ＳＣバルブ制御領域でない
ときには、ＩＳＣバルブ２４が全閉に制御される（Ｓ１
７・３１８）。

上記ルーチンの実行後メインルーチンへ復帰する。

第９図は切換ソレノイド３１を含むバルブタイミング変
更機構３０を介して吸排気オーバラップ量を制御するル
ーチンであり、制御開始後エンジン回転数Ｎと吸入空気
量Ｑが読込まれ（３２０）、運転状態がオーバラップ大
領域（第５図の領域りとＥ）か否か判定され（Ｓ２１）
、Ｙｅｓのときには切換ソレノイド３１がＯＮに制御さ
れ（３２２）、オイル通路４５へ油圧が供給され、バル
ブタイミング変更機構３０によって吸排気オーバラップ
量がｒ大」　（第４図に点線で図示）に切換えられる。

一方、オーバラップ大領域でないときには、切換ソレノ
イド３１がＯＦＦに制御され（Ｓ２３）、オイル通路４
５の油圧が排出され、タイミング変更機構３０によって
吸排気オーバラップ量が「小」に切換えられる。上記ル
ーチンの実行後メインルーチンへ復帰する。

上記エンジンの制御装置においては、エンジンＥの運転
状態が第５図の領域ＡとＢで示された所定の低速低負荷
領域のときには、電磁クラッチ２５を接続して過給機１
４を作動させ、これによりエンジン已に所定の負荷を付
加する。

その理由について説明すると、バルブタイミング変更機
構３０におけるピストン３８の作動ストロークを小さく
設定し、該変更機構３０の簡単化・小型化を図る場合に
は、吸排気オーバラップ量の可変幅が比較的小さくなる
。その結果、第５図の領域ＡとＢにおいて吸排気オーバ
ラップ量を十分に小さく設定出来なくなり、領域Ａのよ
うに極く低速低負荷領域にあるときに残留ガス量の増加
に起因する燃焼性の低下によりエンジンＥの安定性を確
保出来なくなるが、上記のように過給機１４を作動させ
て負荷を付加することにより、アイドル回転数制御手段
を介して吸気充填量が増加側へ補正されるので、エンジ
ンＥの安定性が向上し、目標アイドル回転数Ｎ０を維持
し得るようになる。

尚、第５図の領域Ｂでは必らずしも過給機１４を作動さ
せる必要はなく上記目的達成の為には領域Ａでのみ過給
機１４を作動させてもよい。

また、過給機１４の代りに空調装置のコンプレッサなど
の負荷を作動させることも有り得る。

更に、過給領域（第５図の領域Ｅ）において吸排気オー
バラップ量をｒ大」に保持するので、それだけ圧縮比が
実質的に低下し残留ガス量が減少するので、ノッキング
の発生を防止することが出来る。

上記のように領域ＡとＢにおいて過給機１４を作動させ
ることで燃費が若干悪化するものの、低速低負荷状態か
ら加速する途中において内部ＥＣＲ効果により燃費の改
善が得られるので、トータルとして燃費が悪化すること
はない。

尚、上記実施例では排気用カムシャフト５にバルブタイ
ミング変更機構３０を組込んだが、これを吸気用カムシ
ャフト４【組込み、排気弁のタイミングを固定し吸気弁
のタイミングを変えることにより吸排気オーバラップ量
を変えるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は過給機付
エンジンの全体構成図、第２図はバルブタイミング変更
機構の断面図、第３図は切換弁の断面図、第４図はバル
ブタイミングの説明図、第５図は過給領域等の説明図、
第６図はバイパスバルブの開度特性図、第７図は電磁ク
ラッチＯＮ・ＯＦＦ制御のルーチンのフローチャート、
第８図はアイドル回転数制御のルーチンのフローチャー
ト、第９図は吸排気オーバラップ量制御のルーチンのフ
ローチャートである。 Ｅ・・エンジン、　　４・・吸気用カムシャフト、５・
・排気用カムシャフト、　　１２・・エアフローメータ
、　　１４・・過給機、　２３・・アイドル用バイパス
通路、　２４・・ＩＳＣバルブ、２５・・電磁クラッチ
、　　２７・・コントロールユニット、　　３０・・バ
ルブタイミング変更機構、３１・・切換ソレノイド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）運転状態に応じて吸排気オーバラップ量を可変に
   するオーバラップ量変更手段とアイドル状態のときの回
   転数を制御するアイドル回転数制御手段とを備えたエン
   ジンにおいて、 エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 上記運転状態検出手段からの出力を受けて、所定の低速
   低負荷状態のときエンジンに外部負荷をかける負荷付加
   手段とを備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. （２）エンジン出力軸にクラッチを介して連結された機
   械式過給機と、運転状態に応じて吸排気オーバラップ量
   を可変にするオーバラップ量変更手段と、アイドル状態
   のときの回転数を制御するアイドル回転数制御手段とを
   備え、吸排気オーバラップ量が大きいときに過給するよ
   うにしたエンジンにおいて、 エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 上記運転状態検出手段からの出力を受けて、所定の低速
   低負荷状態のときに上記過給機を作動させる制御手段と
   を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。