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JPH0979056A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

内燃機関のバルブタイミング制御装置

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Publication number
JPH0979056A
JPH0979056A JP7233820A JP23382095A JPH0979056A JP H0979056 A JPH0979056 A JP H0979056A JP 7233820 A JP7233820 A JP 7233820A JP 23382095 A JP23382095 A JP 23382095A JP H0979056 A JPH0979056 A JP H0979056A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
valve
exhaust
intake
timing
dead center
Prior art date
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Pending
Application number
JP7233820A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiyoshi Obata
喜代志 小端
Hisashi Oki
久 大木
Norihiko Nakamura
徳彦 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP7233820A priority Critical patent/JPH0979056A/ja
Priority to EP96114477A priority patent/EP0761950B1/en
Priority to DE69609463T priority patent/DE69609463T2/de
Publication of JPH0979056A publication Critical patent/JPH0979056A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
    • F02D13/0215—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only
    • F02D13/0219—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only by shifting the phase, i.e. the opening periods of the valves are constant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0261—Controlling the valve overlap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、内燃機関のバルブタイミング制御
装置に関し、筒内低温時において圧縮時のガス温度を十
分に高めることを課題とする。 【解決手段】 吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを
可変とする可変バルブタイミング機構を具備し、筒内低
温時には、排気弁の閉弁時期を排気上死点前に進角する
と共に、吸気弁の開弁時期を排気上死点直前以降に遅角
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のバルブ
タイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンにおいて、エンジン
全体の軽量化及び騒音低減のために、圧縮比を下げるこ
とが望まれている。しかしながら、このような低圧縮化
は、機関冷間時において、圧縮された吸気の温度が十分
に高められず、噴射された燃料を良好に着火させること
ができないために、白煙等の原因となる。
【０００３】特開平３−１７２５７５号公報には、この
ような問題を解決してディーゼルエンジンにおける低圧
縮化を実現するために、排気弁動弁系に可変バルブタイ
ミング機構を設け、機関冷間時には、排気弁の閉弁時期
を排気上死点前に進角して高温度の排気ガスの一部を気
筒内に残留させ、この排気ガスの熱を利用して圧縮時の
吸気温度を高めることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジンを
含む一般的な内燃機関は、吸排気効率を高めるために、
排気上死点近傍において吸排気弁が同時に開弁するバル
ブオーバーラップが起こるように、吸気弁の開弁時期が
排気上死点前に、また排気弁の閉弁時期が排気上死点後
にそれぞれ設定されている。従って、前述のディーゼル
エンジンにおいて、機関冷間時に排気弁が排気上死点前
に閉弁されると、排気行程における吸気弁の開弁中には
気筒内に残留する排気ガスの一部が吸気系に逆流し、こ
れが吸気行程において再び気筒内へ流入することにな
る。従って、この逆流排気ガスにおける熱の一部が吸気
系によって奪われるために、期待するほど圧縮時の吸気
温度を高めることはできない。
【０００５】従って、本発明の目的は、筒内低温時にお
いて圧縮時のガス温度を十分に高めることができる内燃
機関のバルブタイミング制御装置を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による内燃機関の
バルブタイミング制御装置は、吸気弁及び排気弁のバル
ブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構を
具備し、筒内低温時には、排気弁の閉弁時期を排気上死
点前に進角すると共に、吸気弁の開弁時期を排気上死点
直前以降に遅角することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明によるバルブタイ
ミング制御装置が取り付けられたディーゼルエンジンの
概略図である。同図において、１はピストン、２はピス
トン１頂面に形成された燃焼室、３は燃焼室２内に燃料
を噴射するための燃料噴射ノズルである。気筒内には排
気弁４を介して排気通路５が、また吸気弁６を介して吸
気通路７がそれぞれ連通している。本実施形態のディー
ゼルエンジンは、軽量化及び低騒音化を意図して、一般
的なものより低圧縮化されている。
【０００８】吸気弁６用のカムシャフト１１は、その端
部に設けられたプーリ１１ａによってベルト等を介して
クランクシャフトと連結され、またこのプーリ１１ａと
排気弁４用のカムシャフト１２の端部に設けられたプー
リ１２ａとがベルト等を介して連結されている。それに
より、クランクシャフトによって両カムシャフト１１，
１２は回転駆動され、吸気弁６及び排気弁４が開閉され
るようになっている。
【０００９】吸気弁６用のカムシャフト１１及び排気弁
４用のカムシャフト１２には、一般的に公知である可変
バルブタイミング機構が設けられている。これは、カム
シャフト１１，１２とプーリ１１ａ，１１ｂとを相対回
転させるものであり、例えば、両者を外歯としてヘリカ
ル歯を有する中間歯車を介して連結し、この中間歯車を
油圧力又は電磁力等を利用して軸線方向に移動させるこ
とによって前述の相対回転を実現するものであり、それ
により、吸気弁６及び排気弁４の開閉時期を無段階に変
化させることが可能となる。
【００１０】２０は、この可変バルブタイミング機構を
使用して吸気弁６及び排気弁４の開閉時期、すなわち、
バルブタイミングを制御するための制御装置であり、こ
の制御装置２０には、機関冷却水温を検出するための水
温センサ２１、アクセルペダルの踏み込み量を検出する
ためのアクセルペダルストロークセンサ２２、及び機関
回転数を検出するための回転センサ２３等が接続されて
いる。
【００１１】本実施形態のディーゼルエンジンは、吸排
気効率を高めるために、吸気弁６の開弁時期を排気上死
点前とし、排気弁４の閉弁時期を排気上死点後とするこ
とにより、排気上死点近傍において吸気弁６及び排気弁
４が同時に開弁されるバルブオーバーラップを起こすよ
うになっており、制御装置２０は、一般的に行われてい
るように、例えば、機関回転数に基づき高速時ほどバル
ブオーバーラップ期間が長くなるように、可変バルブタ
イミング機構を介して吸気弁６及び排気弁４の開閉時期
を制御するようになっている。
【００１２】制御装置２０は、さらに、図２に示すよう
に、水温センサ２１により検出される機関冷却水温に基
づき、機関暖機以前、すなわち、機関冷間時であると判
断された時には、排気上死点後における排気弁４の閉弁
時期を排気上死点前に進角し、排気上死点前における吸
気弁６の開弁時期を排気上死点に遅角するようになって
いる。
【００１３】このように、吸気弁６の開弁時期及び排気
弁４の閉弁時期が変化されると、排気行程において排気
弁４が閉弁された後は気筒内に排気ガスが残留し、この
時に吸気弁６は開弁されていないために、この排気ガス
が吸気通路７に逆流することはない。その後、吸気行程
において吸気弁６が開弁されて気筒内へ吸気が供給さ
れ、圧縮行程においてこの排気ガスを含む吸気が圧縮さ
れると、燃焼室２内のガス温度は、機関冷間時において
も残留させた排気ガスの熱を逃がすことなく有効に利用
して十分に高まり、燃料噴射ノズル３により燃焼室２内
に噴射される燃料を良好に着火させることができる。
【００１４】こうして、通常、低圧縮化に伴い機関冷間
時において圧縮された吸気の温度が十分に高くならず、
噴射された燃料が良好に着火せずに白煙等が発生するこ
とは防止される。また、排気ガスの一部を気筒内に残留
させることにより、排気ガスの主成分である不活性ガス
の大きな熱容量によって燃焼最高温度を低下させＮＯｘ
の発生量を低減させることができる。
【００１５】しかしながら、一方で、排気ガスを残留さ
せることは、燃焼を悪化させるために、燃料の着火性が
確保されれば、残留させる排気ガス量は少ない方が好ま
しく、それにより、水温センサ２１により検出される冷
却水温が高いほど残留させる排気ガスを少なくするため
に、排気弁４の閉弁時期を排気上死点側に近づけるよう
にしても良い。
【００１６】本実施形態において、可変バルブタイミン
グ機構は、ヘリカル歯を有する中間歯車を使用し、排気
弁４の閉弁時期を進角すると、図２に示すように、排気
弁４の開弁時期も同時に進角されるものであるが、例え
ば、カムと吸排気弁との間に流体シリンダを具備し、こ
の流体シリンダへの作動油等の流体の供給及び排出を制
御することにより、自由な時期に吸排気弁を開閉可能に
する可変バルブタイミング機構を使用し、吸気弁の閉弁
時期及び排気弁の開弁時期は最適な時期に固定して、吸
気弁の開弁時期及び排気弁の閉弁時期だけを前述のよう
に変化させるようにしても良い。
【００１７】また、図３に示すように、エンジンとして
二つの吸気弁及び二つの排気弁を有するものを使用し、
第１吸気弁６ａ及び第１排気弁４ａには、通常のバルブ
オーバーラップを実現するための第１吸気弁用カム１３
ａ及び第１排気弁用カム１４ａを配置し、第２吸気弁６
ｂ及び第２排気弁４ｂには、前述したように排気ガスが
気筒内に残留するようにするための第２吸気弁用カム１
３ｂ及び第２排気弁用カム１４ｂを配置し、機関温間時
には、第１吸気弁用カム１３ａ及び第１排気弁用カム１
４ａをそれぞれのカムシャフト１１’，１２’に固定す
ると共に、第２吸気弁用カム１３ｂ及び第２排気弁用カ
ム１４ｂをそれぞれのカムシャフト１１’，１２’に対
して空回りさせるように固定を開放し、機関冷間時に
は、逆に第２吸気弁用カム１３ｂ及び第２排気弁用カム
１４ｂだけをそれぞれのカムシャフト１１’，１２’に
固定するようにしても良い。この場合において、第２排
気弁用カム１４ｂの形状は、特に、第２排気弁の開弁時
期を膨張行程末期とするようになっている。
【００１８】本実施形態において、機関冷間時における
吸気弁６の開弁時期は排気上死点としたが、もちろん、
気筒内に残留する排気ガスをほとんど吸気通路に逆流さ
せないためには、排気上死点直前でも、排気上死点後で
も良い。さらに、機関冷間時に限らず、燃料噴射量が少
ない機関低負荷時であっても、燃焼熱が低いために筒内
温度が低く、低圧縮化されたディーゼルエンジンでは、
圧縮時の吸気温度が十分に高まらないことがあり、この
ような場合にも本発明は適用可能である。
【００１９】これまで、ディーゼルエンジンに関して説
明したが、本発明は、火花点火内燃機関においても適用
可能であり、筒内低温時に混合気温度を高めることはや
はり着火性を改善することになる。
【００２０】
【発明の効果】このように、本発明による内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置によれば、筒内低温時には、排
気弁の閉弁時期が排気上死点前に進角されると共に、吸
気弁の開弁時期が排気上死点直前以降に遅角されるため
に、排気弁閉弁後に気筒内に残留する排気ガスが吸気系
に逆流することはなく、従来に比較してこの排気ガスの
熱を逃がすことなく有効に利用して圧縮時におけるガス
温度を十分に高めることが可能である。さらに、排気行
程における排気弁閉弁後において、吸気弁が開弁される
従来は、残留排気ガスが排気系に流出して再び気筒内へ
流入するために、流体の移動に伴う抵抗が発生してポン
ピング損失となるが、吸気弁が開弁されない本発明のバ
ルブタイミング制御装置では、このようなポンピング損
失を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバルブタイミング制御装置が取り
付けられたディーゼルエンジンの概略断面図である。
【図２】バルブタイミングの制御を説明するための図で
ある。
【図３】可変バルブタイミング機構を説明するための図
である。
【符号の説明】
１…ピストン ２…燃焼室 ３…燃料噴射ノズル ４…排気弁 ６…吸気弁 ２０…制御装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを
    可変とする可変バルブタイミング機構を具備し、筒内低
    温時には、排気弁の閉弁時期を排気上死点前に進角する
    と共に、吸気弁の開弁時期を排気上死点直前以降に遅角
    することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御
    装置。
JP7233820A 1995-09-12 1995-09-12 内燃機関のバルブタイミング制御装置 Pending JPH0979056A (ja)

Priority Applications (3)

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JP7233820A JPH0979056A (ja) 1995-09-12 1995-09-12 内燃機関のバルブタイミング制御装置
EP96114477A EP0761950B1 (en) 1995-09-12 1996-09-10 A valve timing control device for an internal combustion engine
DE69609463T DE69609463T2 (de) 1995-09-12 1996-09-10 Ventilsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine

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