JP2000248948A - エンジンの排気制御方法とその装置 - Google Patents

エンジンの排気制御方法とその装置

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JP2000248948A
JP2000248948A JP11052614A JP5261499A JP2000248948A JP 2000248948 A JP2000248948 A JP 2000248948A JP 11052614 A JP11052614 A JP 11052614A JP 5261499 A JP5261499 A JP 5261499A JP 2000248948 A JP2000248948 A JP 2000248948A
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JP
Japan
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exhaust
cam
valve
engine
intake
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JP11052614A
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Masahiro Aso
雅宏 麻生
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Suzuki Motor Corp
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Suzuki Motor Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Characterised By The Charging Evacuation (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マニホールドには何の変更も加えることな
く、吸気効率を向上することができるエンジンの排気制
御方法とその装置を提供すること。 【解決手段】 カムの外周によりバルブを押圧して開弁
する複数気筒のエンジンにおいて、任意の気筒の排気開
始タイミングを遅らせる。具体的手段の一例として、カ
ムのプロフィール2aを、従来のカムのプロフィール2
bに対して、少なくともバルブリフト開始点Aからカム
頂点Bまでを小径にすることによって、排気開始タイミ
ングを遅らせる。このように排気開始タイミングを遅ら
せることにより、その排気圧が吸気タイミングにある他
の気筒に影響を与えることが少なくなり、吸気効率が向
上して、エンジンの出力トルクが増大する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
に適用する、エンジンの排気制御方法とその装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】自動車用エンジンは、円滑に走行するた
めに、4気筒以上の気筒を有する多気筒になっている。
多気筒エンジンの場合、吸排気の各系統はマニホールド
によって連通しているので、ある気筒の吸気タイミング
が他の気筒の排気タイミングに合致すると、その影響を
受けて吸気効率が低下し、トルク特性が悪くなることが
ある。すなわち、4気筒、4ストロークエンジンでは、
いずれかの気筒の吸気バルブと他の気筒の排気バルブ
が、ピストンの上死点(TDC)において両方共に開く
時期があるので、吸気タイミングの気筒に排気タイミン
グの気筒の排気圧が影響を与え、吸気効率を低下させる
ことがある。
【0003】図6は、4気筒4ストロークエンジンにお
ける吸排気特性をとったグラフである。この図は、横軸
にピストンの昇降タイミングを、縦軸に圧力(正圧)を
とってある。この図で、、に示すように排気側と吸
気側のバルブリフトをとった場合、吸気ポート圧力は
のように変化し、また、排気ポート圧力はのように変
化する。ここで排気ポート圧力のうちのE’部の圧力値
を観察すると、ある気筒の排気圧力が、他の気筒の吸気
直前に高まることから、その排気圧力波が排気マニホー
ルドを通じて伝播し、排気バルブが開いたままで、吸気
タイミングにある気筒の内部に影響して燃焼室圧力を
上昇させるため、吸気効率が低下することになる。
【0004】これを防止するためには、排気圧力波の伝
播時間を長くするのがよい。そのため、従来では、4気
筒の各シリンダに接続されたブランチをそれぞれ2系統
ごとに統合して全体として2系統にし、さらにこれを統
合して1系統にする、いわゆる4−2−1集合形のデュ
アルマニホールドを用いていた。このデュアルマニホー
ルドによれば、ある気筒の排気圧力が他の気筒の吸気圧
力に影響を与えるのを少なくすることができるが、構造
的にマニホールドの全長寸法が大きく(長く)なるの
で、限られた容積のエンジンルーム内にレイアウトする
のが難しく、また仮にレイアウトできたとしても作業工
数が増えるので、コスト高となる問題があった。
【0005】また、この分野の先行技術である特開平9
−21336号公報には、エンジンの出力トルクを向上
させる手段として、エンジン回転数に合わせて吸排気バ
ルブのバルブタイミングを油圧により調節する機構が開
示されている。また、特開平10−89019号公報に
は、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ調整を互
いのカム軸の回転を電子クラッチ制御で行う技術が開示
されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの技
術とは異なった手段により、マニホールドには何の変更
も加えることなく、吸気効率を向上することができるエ
ンジンの排気制御方法とその装置を提供しようとするも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、請求項1に記載された方法の
発明では、カムの外周によりバルブを押圧して開弁する
と共に、吸気バルブと排気バルブとの開弁時期がオーバ
ーラップし、かつ、排気圧ピークにほぼ重複する複数気
筒のエンジンにおいて、任意の気筒の排気開始タイミン
グを所定角度遅らせたことを特徴とする。
【0008】また、請求項2に記載された方法の発明で
は、上記請求項1に記載されたものにおいて、前記排気
開始タイミングの遅れを、排気バルブが排気下死点前3
5度近傍から開くように設定したことを特徴とする。
【0009】さらに、請求項3に記載された装置の発明
では、バルブリフトを押圧するカムのプロフィールを、
少なくともバルブリフト開始点からカム頂点に至るまで
を小径にしたことを特徴とする。
【0010】上記した請求項1、2及び3の発明によれ
ば、任意の気筒の排気開始タイミングを遅らせたことに
より、他の気筒の吸気タイミングとのずれが生ずるの
で、排気干渉を生じない。また、常に排気開始タイミン
グが遅れるので作用が安定する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
について説明する。この図は排気バルブリフト1を直打
式に開閉するカム2のプロフィールを示すものである。
まず、従来のカムのプロフィール2bについて説明す
る。従来のカム2は、矢印の方向(時計方向)に回転し
てバルブリフト1を作動させるものであり、バルブリフ
ト開始点(A’)からカム2のカム頂点(B’)までの
プロフィールと、カム2のカム頂点(B’)からバルブ
リフト終了点(C)までのプロフィールがほぼ対称形状
に形成されている。これに対して、本発明のカムのプロ
フィール2aは、バルブリフト開始時期を従来のカムよ
りも遅らせるために、バルブリフト開始点(A)が、従
来のカムのバルブリフト開始点(A’)よりも、カム2
の反回転方向に所定角度ずらして形成されている。つま
り、本発明のカムのプロフィール2aは、バルブリフト
開始点(A)を、従来のカムのバルブリフト開始点
(A’)よりも、ベース円3上においてカム2の反回転
方向に所定角度ずらして設定すると共に、カム2のカム
頂点(B)(従来のカムのカム頂点(B’)に相当す
る)を従来のカムのカム頂点(B’)よりも小径になる
ようにして、少なくともバルブリフト開始点(A)から
カム2のカム頂点(B)までのプロフィールを、従来の
カムのプロフィール2bよりも小径になるように形成し
ている。また、カム2のカム頂点(B)からバルブリフ
ト終了点(C)までのプロフィールは、従来のカムのカ
ム頂点(B’)からバルブリフト終了点(C)までのプ
ロフィールとほぼ同じ形状に形成されている。ここで、
バルブリフト開始点(A)(A’)は、カム2のベース
円3に接する接線の接点であり、カム2のリフト部4は
この接点(バルブリフト開始点)からベース円3に連続
して形成されている。
【0012】また、図2は本発明の別の実施の形態を示
しており、本発明のカムのプロフィール2cは、バルブ
リフト開始点(A)を、従来のカムのバルブリフト開始
点(A’)よりも、ベース円3上においてカム2の反回
転方向に所定角度ずらして設定すると共に、カム2のカ
ム頂点(B)を従来のカムのカム頂点(B’)とほぼ同
じ径になるようにして、少なくともバルブリフト開始点
(A)からカム2のカム頂点(B)までのプロフィール
を、従来のカムのプロフィール2dよりも小径になるよ
うに形成している。また、カム2のカム頂点(B)から
バルブリフト終了点(C)までのプロフィールは、従来
のカムのカム頂点(B’)からバルブリフト終了点
(C)までのプロフィールと同じ形状に形成されてい
る。
【0013】図1及び図2に示すように、カム2のプロ
フィールを変えることにより、図3に示すように、本発
明の排気バルブが開き始めるタイミングaは、従来の排
気バルブが開き始めるタイミングbよりも約20度遅れ
ることになる。つまり、従来の吸排気バルブのバルブリ
フト量は、カム2のプロフィールがほぼ対称に形成され
ているため、bに示すように、排気バルブのリフト量と
吸気バルブのリフト量とはほぼ同じようになるが、本発
明の吸排気バルブのバルブリフト量は、カム2のプロフ
ィールが非対称に形成されているため、aに示すよう
に、排気バルブの開き始めるタイミングが、従来の排気
バルブが開き始めるタイミングよりもクランク角で約2
0度遅れて、排気バルブのリフト量は従来の排気バルブ
のリフト量に比べて小さくなる。これによって、図4に
示すように、排気ポート圧力はに示すように変位し
て、従来の排気ポート圧力(図6の参照)より排気圧
ピークを遅らせることができるようになる。
【0014】ここで、図4は、本発明の吸排気特性の効
果を説明するものであり、従来の吸排気特性を示した図
6に対応するものである。図4と図6とを比較すると、
本発明の排気開始タイミングが従来の排気開始タイミン
グよりもクランク角で約20度遅れることにより、吸気
タイミングにある気筒に他の気筒の排気圧力波の伝播が
遅れ、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップでの
排気圧力が低下して、排気ガスの燃焼室内への逆流が発
生することがなくなり、吸気効率が改善される。つま
り、図4に示すように、排気リフトを、排気バルブが
排気下死点前35度近傍から開くように、即ち、排気開
始タイミングを、従来の排気開始タイミングよりクラン
ク角で約20度遅らせることにより、排気圧ピークは、
図6のF’部から図4のF部のように変位して、排気下
死点(180度)以降となり、また、排気ポート圧力
(図6では)は、図6のE’部から図4のE部のよう
に変位して、吸気バルブと排気バルブとの開弁時期がオ
ーバーラップし、かつ、排気圧ピークに重複する吸排気
上死点(360度)付近から外れるので、吸気タイミン
グにある気筒の吸気を妨げることはなくなる。その結
果、図5に示すように、本発明のエンジンのトルク変化
cは、従来のエンジンのトルク変化dに比較して格段に
向上されることとなる。
【0015】以上の排気バルブのバルブリフト制御にお
いては、排気バルブの閉じるタイミングを変えないこと
が重要である。排気バルブが開くタイミングを遅くした
分、閉じるタイミングを遅くすると、排気リフトが閉ま
る前に排気圧力ピークが作用して、吸気タイミングにあ
る気筒の吸気を妨げることになるからである。本発明に
よれば排気バルブの作用角は従来のものより狭くなり、
実質的に作動するリフトタイミングは約145〜375
度程度となる。
【0016】以上説明した実施の形態では、排気バルブ
の作動開始タイミングを遅らす構造として、排気バルブ
リフトを直打式に開閉するカムのプロフィールを変化さ
せる場合について説明したが、本発明はこれに限られる
ものではない。
【0017】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
たエンジンの排気制御方法とその装置であり、請求項1
に記載の発明では、カムの外周によりバルブを押圧して
開弁すると共に、吸気バルブと排気バルブとの開弁時期
がオーバーラップし、かつ、排気圧ピークにほぼ重複す
る複数気筒のエンジンにおいて、任意の気筒の排気開始
タイミングを所定角度遅らせたことにより、その排気圧
が吸気タイミングにある他の気筒に影響を与えることが
少なくなり、吸気効率が向上して、エンジンの出力トル
クを増大させることができる。
【0018】また、請求項2に記載された発明によれ
ば、請求項1記載の発明において、前記排気開始タイミ
ングの遅れを、排気バルブが排気下死点前35度近傍か
ら開くように設定したことにより、請求項1の発明と同
様に、吸気効率が向上して、エンジンの出力トルクを増
大させることができる。
【0019】さらに、請求項3に記載された発明によれ
ば、バルブリフトを押圧するカムのプロフィールを、少
なくともバルブリフト開始点からカムのカム頂点に至る
までを小径にしたことにより、排気圧が吸気タイミング
にある他の気筒に影響を与えることが少なくなり、吸気
効率が向上して、エンジンの出力トルクを増大させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例であるカムの形状を
示す正面図である。
【図2】本発明の実施の形態の他の例であるカムの形状
を示す正面図である。
【図3】本発明と従来技術のバルブリフト量の比較図で
ある。
【図4】本発明の吸排気特性を説明するグラフ図であ
る。
【図5】本発明と従来技術のトルク特性を比較するグラ
フ図である。
【図6】従来技術の吸排気特性を説明するグラフ図であ
る。
【符号の説明】
1 排気バルブリフト 2 カム 2a、2c 本発明のカムのプロフィール 2b、2d 従来のカムのプロフィール 3 ベース円 4 リフト部 A、A’ バルブリフト開始点 B、B’ カム頂点 C バルブリフト終了点

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カムの外周によりバルブを押圧して開弁
    すると共に、吸気バルブと排気バルブとの開弁時期がオ
    ーバーラップし、かつ、排気圧ピークにほぼ重複する複
    数気筒のエンジンにおいて、任意の気筒の排気開始タイ
    ミングを所定角度遅らせたことを特徴とするエンジンの
    排気制御方法。
  2. 【請求項2】 前記排気開始タイミングの遅れを、排気
    バルブが排気下死点前35度近傍から開くように設定し
    たことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気制
    御方法。
  3. 【請求項3】 バルブリフトを押圧するカムのプロフィ
    ールを、少なくともバルブリフト開始点からカム頂点に
    至るまでを小径にしたことを特徴とするエンジンの排気
    制御装置。
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