JP4517772B2 - Multi-cylinder engine intake system - Google Patents
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Description
本発明は多気筒エンジンの吸気装置に関し、特に、気筒内に高圧波を生成するパルス発生装置を備えた多気筒エンジンの吸気装置に関する。 The present invention relates to an intake device for a multi-cylinder engine, and more particularly to an intake device for a multi-cylinder engine provided with a pulse generator that generates a high-pressure wave in a cylinder.
従来より、インテークマニホールドのサージタンクと、サージタンクから分岐して各気筒の吸気ポートに接続された分岐管が設けられた多気筒エンジンの吸気装置において、体積効率を高める技術が種々開発されている。 Conventionally, various technologies for increasing volumetric efficiency have been developed in an intake manifold of a multi-cylinder engine provided with a surge tank of an intake manifold and a branch pipe branched from the surge tank and connected to an intake port of each cylinder. .
例えば、特許文献1には、吸気ポート毎に経路長の異なる複数の吸気通路を設け、これら吸気通路を切替弁によって択一的にサージタンクと連通する技術が開示されている。
For example,
他方、非特許文献1には、インパルスによる低回転領域のトルクアップを図る技術が開示されている。その構成では、インテークマニホールドの分岐管途中に、当該分岐管の経路方向にストロークする電磁弁を設け、吸気行程の途中までは、電磁弁を閉じて負圧を形成し、吸気行程の下死点近傍にて電磁弁を開放することによって、急激に気筒内に空気を供給する構成が開示されている。
On the other hand, Non-Patent
また、非特許文献2には、インパルスを生成する装置として、フラップ弁を用いてパルスを発生させる装置が開示されている。
特許文献1の構成では、エンジンの低速側と高速側とで吸気通路を変更することにより、エンジンの低速側と高速側とでそれぞれ体積効率を高めることが可能になるという優れた効果を奏する。しかしながら、各気筒に複数の吸気通路を形成する必要があるので、通路構成が複雑になるとともに、対応可能な回転領域に限界があった。
According to the configuration of
非特許文献1の構成では、電磁弁が吸気通路の経路方向に移動するものであるため、吸気の流れを阻害し、吸気抵抗が非常に大きくなることになる。そのため、体積効率が低下するばかりでなく、低回転領域で負圧を生成した後、瞬間的に開弁する動作を行わせると、甚大な脈動が生じ、大きな異音が発生するため、実用化は困難であった。
In the configuration of Non-Patent
他方、非特許文献2の構成では、フラップ弁を開閉する構成であるため、吸気管を通過する空気の抵抗を受けやすい。また低中速回転領域といえども、吸気弁の開閉タイミングに同期させて開閉制御を実現することは極めて困難であり、実用化に至らなかった。
On the other hand, in the configuration of Non-Patent
本発明は前記不具合に鑑みてなされたものであり、広範囲にわたるエンジンの回転領域において、適切な吸気圧を得て、体積効率を高めることのできる多気筒エンジンの吸気装置を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an intake device for a multi-cylinder engine that can obtain appropriate intake pressure and increase volumetric efficiency in a wide range of engine rotation. Yes.
前記課題を解決するために、本発明は、空気を供給する吸気管、吸気管の下流側に設けられた吸気ポート、および吸気ポートを開閉する吸気弁を複数の気筒毎に設け、前記吸気管および吸気ポートからなる吸気通路を通じて各気筒に導入される空気の流通を上記吸気弁の開閉により制御するとともに、前記吸気弁の開弁タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構と、各気筒の吸気行程に対応して、少なくとも当該エンジンの吸気行程途中の所定時期まで閉弁して前記吸気通路を遮断することにより気筒内に負圧を生成するとともに、前記所定時期に開弁することで、高圧波を伴う新気を気筒内に流入させるパルス発生装置と、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、エンジン回転速度検出手段の検出値に基づいてパルス発生装置の開弁時期および可変バルブタイミング機構のバルブ開閉時期を制御する開弁タイミング制御手段を備え、前記開弁タイミング制御手段は、エンジンの回転領域が高速側になるに連れてパルス発生装置の開弁時期を進角させるとともに吸気弁の開弁タイミングが遅れるようにパルス発生装置と可変バルブタイミング機構とを制御するものであることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置である。 In order to solve the above problems, the present invention provides an intake pipe for supplying air, an intake port provided downstream of the intake pipe, and an intake valve for opening and closing the intake port for each of a plurality of cylinders. And a variable valve timing mechanism capable of changing the opening timing of the intake valve and controlling the flow of air introduced into each cylinder through an intake passage including an intake port and the intake stroke of each cylinder in response to, and generates a negative pressure in the cylinder by blocking the intake passage is closed until a predetermined timing in the middle intake stroke of at least the engine, by opening the predetermined time, the high pressure wave a pulse generator for flowing fresh air into the cylinder with an engine rotational speed detecting means for detecting a rotational speed of the engine, based on the detected value of the engine rotational speed detecting means Valve opening timing control means for controlling the valve opening timing of the pulse generator and the valve opening / closing timing of the variable valve timing mechanism, and the valve opening timing control means is provided with the pulse generator as the engine rotation region becomes higher. The multi-cylinder engine intake device is characterized in that the valve generating timing and the variable valve timing mechanism are controlled so that the valve opening timing is advanced and the intake valve opening timing is delayed.
この態様では、エンジンの低中速回転領域では、まず、吸気弁が開き、パルス発生装置が閉じた状態で吸気行程を行うので、吸気行程途中までは、気筒内に負圧が形成される。その後、パルス発生装置が開弁することにより、新気が高圧波を伴って気筒内に導入される。従って、低中速回転領域においては、パルス発生装置による圧力波によって、充分な空気を吸気行程にある気筒に導入することが可能になる。さらに、高回転領域では、パルス発生装置の開弁タイミングが進角するとともに、吸気弁の開弁タイミングが遅れることにより、両者の開弁タイミングがオーパラップする。そのため、吸気流速が高い高速回転領域において、吸気充填時間を確保し、充分な体積効率を得ることが可能になる。この結果、パルス発生装置で高圧波を気筒内に導入する当たり、導入された高圧波(新気)を気筒内に閉じこめるタイミングを広い回転領域で適性化しつつ、高速回転領域では、吸気弁による吸気充填時間を確保して、広い運転領域で高い体積効率を得ることが可能になる。 In this aspect, in the low / medium speed rotation region of the engine, first, the intake stroke is performed with the intake valve opened and the pulse generator closed, so a negative pressure is formed in the cylinder until the middle of the intake stroke. Thereafter, when the pulse generator opens, fresh air is introduced into the cylinder with a high-pressure wave. Therefore, in the low and medium speed rotation region, sufficient air can be introduced into the cylinder in the intake stroke by the pressure wave generated by the pulse generator. Further, in the high rotation region, the valve opening timing of the pulse generator is advanced and the valve opening timing of the intake valve is delayed, so that both valve opening timings overlap. Therefore, in the high-speed rotation region where the intake air flow rate is high, it is possible to secure the intake charge time and obtain sufficient volume efficiency. As a result, when the high-pressure wave is introduced into the cylinder by the pulse generator, the timing for closing the introduced high-pressure wave (fresh air) in the cylinder is optimized in a wide rotation region, and in the high-speed rotation region, the intake air by the intake valve It is possible to secure a filling time and obtain a high volumetric efficiency in a wide operation region.
本発明の請求項2記載の発明は、請求項1記載の多気筒エンジンの吸気装置において、各気筒の単一の行程容積に対する吸気ポートの下流端から前記パルス発生装置の開閉弁位置までの単一の吸気通路容積の割合が70パーセント以上130パーセント以下の範囲に設定されている。
The invention according to
この態様における設定範囲は、本件発明者が鋭意研究の結果、シミュレーションによって見出した範囲であり、詳しくは後述するように、3500rpmでの体積効率を約90%以上に向上することができる範囲である。なお、各気筒の単一の行程容積に対する吸気ポートの下流端から前記パルス発生装置の開閉弁位置までの単一の吸気通路容積の割合をこの明細書では「行程/吸気通路容積率」と呼称する。この行程/吸気通路容積率が130パーセントを超えたとしても、体積効率は、必ずしも低下しない。しかし、その場合には、吸気通路が長くなるため、トルク向上に対するレスポンスが低下する傾向を持つ。そのため、定常的な走行時のトルクを高くすることができたとしても、加速時の過渡的な状態では、必ずしもトルクを向上させることができなくなる恐れがある。他方、行程/吸気通路容積率が70パーセントを下回った場合、今度は、気筒に必要な空気量を確保することができなくなるため、レスポンスは高くなるものの、体積効率は低下する。そこで、本態様では、行程/吸気通路容積率を70パーセント以上130パーセント以下に設定している。この結果、定常時のトルクはもちろん、加速時の過渡的な状態でのトルクも効率よく高めることが可能になる。なお「70パーセント以上130パーセント以下」という限定は、発明を実施するに当たって不可避的な測定誤差や個体差によるばらつきをも排除する趣旨ではない。
The setting range in this embodiment is a range found by simulation by the present inventors as a result of intensive research, and is a range in which the volumetric efficiency at 3500 rpm can be improved to about 90% or more as will be described in detail later. . The ratio of the single intake passage volume from the downstream end of the intake port to the opening / closing valve position of the pulse generator with respect to the single stroke volume of each cylinder is referred to as “stroke / intake passage volume ratio” in this specification. To do. Even if the stroke / intake passage volume ratio exceeds 130%, the volumetric efficiency is not necessarily lowered. However, in that case, since the intake passage becomes longer, the response to the torque improvement tends to decrease. Therefore, even if the torque during steady running can be increased, the torque may not necessarily be improved in a transient state during acceleration. On the other hand, if the stroke / intake passage volume ratio falls below 70%, the air amount necessary for the cylinder cannot be secured this time, so the response increases but the volume efficiency decreases. Therefore, in this aspect, the stroke / intake passage volume ratio is set to 70% or more and 130% or less. As a result, not only the torque at the steady state but also the torque in the transient state at the time of acceleration can be efficiently increased. The limitation of “70% or more and 130% or less” is not intended to exclude variations due to measurement errors and individual differences that are unavoidable in carrying out the invention.
本発明の請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の多気筒エンジンの吸気装置において、前記吸気管の上流側に、各吸気管と連通する集合部を気筒列方向に沿って設け、前記パルス発生装置は、集合部に内蔵されて開閉弁を内部と連通するロータリバルブであり、前記集合部の気筒列方向の長さは、各吸気管の気筒列方向における下流端側の間隔よりも短くなるように設定されている。
According to a third aspect of the present invention, in the intake system for a multi-cylinder engine according to the first or second aspect , a collecting portion communicating with each intake pipe is provided upstream of the intake pipe along the cylinder row direction. The pulse generator is a rotary valve that is built in the collecting portion and communicates an on-off valve with the inside. The length of the collecting portion in the cylinder row direction is the interval between the downstream ends of the intake pipes in the cylinder row direction. Is set to be shorter.
この態様では、各吸気管と連通する集合部に内蔵されたロータリバルブでパルス発生装置を構成することにより、大きな吸気抵抗を受けることなく、クランク軸が高速回転領域で回転する場合でも低速域で回転する場合でも周波数を確実に同調させて所望のタイミングで気筒内に高圧波を生成することが可能になる。また、ロータリバルブを各吸気管の集合部に設けることにより、大きな周速によって、瞬間的に吸気管を開いて大きな圧力波を生成し、体積効率を高めて高いトルクを生成することが可能になる。さらに、上記集合部の長さが、各吸気管の気筒列方向における下流端側の間隔よりも短くなるように設定されているので、パルス発生装置のトルク向上に対するレスポンスが向上する。 In this aspect, the pulse generator is configured with a rotary valve built in a collecting portion communicating with each intake pipe, so that even when the crankshaft rotates in the high speed rotation region without receiving a large intake resistance, Even in the case of rotation, it is possible to reliably tune the frequency and generate a high-pressure wave in the cylinder at a desired timing. In addition, by providing a rotary valve at the collecting section of each intake pipe, it is possible to generate a large pressure wave by instantaneously opening the intake pipe at a large peripheral speed, generating volumetric efficiency and generating high torque Become. Further, since the length of the collecting portion is set to be shorter than the interval at the downstream end side in the cylinder row direction of each intake pipe, the response of the pulse generator to the torque improvement is improved.
本発明の請求項4記載の発明は、請求項1から3の何れか1記載の多気筒エンジンの吸気装置において、前記開弁タイミング制御手段は、停止しているエンジンを始動する際には、エンジンの回転領域を低速側と判定してパルス発生装置と可変バルブタイミング機構とを制御するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the intake system for a multi-cylinder engine according to any one of the first to third aspects, the valve opening timing control means is configured to start the stopped engine. The engine speed range is determined as the low speed side, and the pulse generator and the variable valve timing mechanism are controlled.
この態様では、いわゆる冷間停止状態にあるエンジンの始動時に、吸気弁とパルス発生装置の開弁期間とのオーパラップ部分が可及的に短くなるので、大きな負圧が発生した時点で急激に高圧波を伴う新気が吸気行程にある気筒に導入される。この結果、気筒内の断熱圧縮作用が高まり、気筒内の温度が上昇するので、エンジンの始動性能が向上する。 In this mode, when the engine in the so-called cold stop state is started, the overlap portion between the intake valve and the valve opening period of the pulse generator becomes as short as possible, and therefore, when the large negative pressure is generated, Fresh air with high pressure waves is introduced into the cylinder in the intake stroke. As a result, the adiabatic compression action in the cylinder increases and the temperature in the cylinder rises, so that the engine starting performance is improved.
本発明の請求項5記載の発明は、請求項1から4の何れか1記載の多気筒エンジンの吸気装置において、前記エンジンに、中速回転領域よりもエンジン速度が高速になった場合にウェィストゲートが開くように中速回転領域に前記ウェィストゲートの開弁開始点であるインターセプト点を有するターボチャージャを設け、前記開弁タイミング制御手段は、ターボチャージャのインターセプト点より高速側の回転領域で吸気弁とパルス発生装置とを同時に開弁する期間が最大になるように制御するものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the multi-cylinder engine intake device according to any one of the first to fourth aspects, when the engine speed becomes higher than that in the medium speed rotation region, the way is increased. A turbocharger having an intercept point which is a valve opening start point of the waste gate is provided in a medium speed rotation region so that the strike gate is opened , and the valve opening timing control means is a rotation region on the high speed side from the intercept point of the turbocharger. The control is performed so that the period during which the intake valve and the pulse generator are simultaneously opened is maximized.
この態様では、ターボチャージャのインターセプト点に至るまでの回転領域では、パルス発生装置によって、気筒内に圧力波を導入することができるとともに、インターセプト点以降の中高速回転領域においては、吸気弁とパルス発生装置の開弁期間をオーパラップさせて、吸気充填時間を充分に確保することが可能になる。従って、ターボチャージャによる過給効果が充分に得られる低速回転領域での吸気をパルス発生装置で補うことができる一方、ターボチャージャによる過給圧がインターセプト点に過給効果を有効に発揮させて充填効率を高めることが可能になる。 In this aspect, in the rotation region up to the intercept point of the turbocharger, the pulse generator can introduce a pressure wave into the cylinder, and in the middle and high speed rotation region after the intercept point, the intake valve and the pulse By sufficiently overlapping the valve opening period of the generator, it is possible to secure a sufficient intake charge time. Therefore, it is possible to supplement the intake in the low-speed rotation range where the turbocharger can sufficiently obtain the supercharging effect with the pulse generator, while the supercharging pressure by the turbocharger effectively fills the intercept point with the supercharging effect. Efficiency can be increased.
本発明の請求項6記載の発明は、請求項1から5の何れか1記載の多気筒エンジンの吸気装置において、前記可変バルブタイミング機構は、クランク角に対する位相を変更して当該吸気弁を開弁するものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the intake device for a multi-cylinder engine according to any one of the first to fifth aspects, the variable valve timing mechanism changes a phase with respect to a crank angle to open the intake valve. It is something to be said.
この態様では、フルリフトで開閉される吸気弁を用いつつ、吸気圧を調整することが可能になるので、パルス発生装置との組み合わせが容易になり、低速回転領域から高速回転領域に至るまで適切な吸気圧を調整することが可能になる。特に、高速回転領域では、吸気弁の開弁リフト量をフルリフトに設定することができるので、パルス発生装置の開弁タイミングを進角させて調整するに当たり、当該パルス発生装置による高圧波を適切な吸気圧に調整することが容易になる。 In this aspect, the intake pressure can be adjusted while using an intake valve that is opened and closed with a full lift. Therefore, the combination with the pulse generator is facilitated, and it is appropriate from the low speed rotation region to the high speed rotation region. It becomes possible to adjust the intake pressure. In particular, in the high-speed rotation region, the valve opening lift amount of the intake valve can be set to a full lift. Therefore, when adjusting the valve opening timing of the pulse generator by advancing and adjusting the high-pressure wave generated by the pulse generator, It becomes easy to adjust to the intake pressure.
本発明の請求項7記載の発明は、請求項1から6の何れか1記載の多気筒エンジンの吸気装置において、エンジンのクランク軸の動力を駆動源として前記パルス発生装置に伝達する動力伝達手段を備えている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the intake system for a multi-cylinder engine according to any one of the first to sixth aspects, the power transmission means for transmitting the power of the crankshaft of the engine to the pulse generator as a drive source. It has.
この態様では、エンジンのクランク軸とパルス発生装置とを物理的に同期させて開弁動作を行わせることが可能になる。動力伝達手段としては、例えば、プーリとタイミングベルトが好適である。 In this aspect, the valve opening operation can be performed by physically synchronizing the crankshaft of the engine and the pulse generator. As the power transmission means, for example, a pulley and a timing belt are suitable.
本発明の請求項8記載の発明は、請求項1から6の何れか1記載の多気筒エンジンの吸気装置において、前記パルス発生装置は、電動モータを駆動源として有している。
According to an eighth aspect of the present invention, in the multi-cylinder engine intake device according to any one of the first to sixth aspects, the pulse generator has an electric motor as a drive source.
以上説明したように本発明によれば、広範囲にわたるエンジンの回転領域において、適切な吸気圧を得て、体積効率を高めることができるという顕著な効果を奏する。 As described above, according to the present invention, there is a remarkable effect that an appropriate intake pressure can be obtained and volume efficiency can be increased in a wide range of engine rotation.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の一形態に係る吸気装置40を採用した4サイクル火花点火式エンジンの右側面図、図2は、図1のA−A断面略図である。
FIG. 1 is a right side view of a four-cycle spark ignition engine employing an
各図を参照して、このエンジンは、シリンダブロック11およびこのシリンダブロック11の上部に一体化されたシリンダヘッド12とを有しているエンジン本体10を備えている。エンジン本体10には、第1〜第4気筒12A〜12Dが設けられるとともに、各気筒12A〜12Dの内部には、クランク軸3に連結されたピストン4が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室15が形成されている。
Referring to the drawings, the engine includes an
シリンダヘッド12には、前記各気筒12A〜12Dの燃焼室15毎に点火プラグ16が固定されている。各点火プラグ16は、その先端が対応する燃焼室15の内部に頂部から臨むように設置されている。
A
また、シリンダヘッド12には、前記気筒12A〜12D毎に燃焼室15に向かって開口する吸気ポート17、排気ポート18がそれぞれ形成されているとともに、これらのポート17、18には、吸気弁19および排気弁20がそれぞれ装備されている。
The
吸気弁19および排気弁20は、エンジン本体10に支承された図略の吸気弁用および排気弁用のカムシャフトによって、所定位相差で同期して吸気ポート17、排気ポート18を開閉するように構成されている。前記カムシャフトは、図略のカムスプロケットロケットギヤに連結され、このカムスプロケットギヤは、カムプーリ30から図略のタイミングベルトを介して動力を受けている(図3参照)。カムプーリ30は、エンジン本体10の前面にクランク軸3と平行な軸線を中心に回転自在に取り付けられている。他方、クランク軸3にはエンジン本体10の前面側に取り付けられた出力プーリ32が固定されており、両プーリ30、32は、タイミングベルト34によって同期連動するように構成されている。
The
なお、各カムシャフトに対し、その回転の位相を調節することにより、開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構21、22が設けられている。この結果、吸気弁19は、クランク角に対する位相を変更することができるようになっている。
Each camshaft is provided with variable
本発明に係る吸気装置40は、エンジン本体10の側部に固定されるインテークマニホールド41と、このインテークマニホールド41に内蔵されるロータリバルブ50とを有している。
The
インテークマニホールド41は、図略の支持部材を介してエンジン本体10に固定されており、エンジン本体10の前後方向(各気筒12A〜12Dが並んでいる方向)に水平に延びる集合部としてのサージタンク42と、このサージタンク42に接続され、それぞれが分離した吸気通路PH1〜PH4を形成する吸気管としての第1〜第4分岐管43A〜43Dとを一体に有している。サージタンク42の後端部には、スロットルボディ44が固定されており、このスロットルボディ44の内部には、図略のスロットルバルブが内蔵されている。
The
サージタンク42は、略円筒形部材であり、分岐管43A〜43Dと連通することによって、各分岐管43A〜43Dの差圧を吸収し、異音やセンサの誤作動を防止する機能を果たすものである。当実施形態において、このサージタンク42の気筒列方向の長さSLは、次に説明する各分岐管43A〜43Dの気筒列方向における下流端側の間隔DLよりも短くなるように設定されている(図1参照)。
The
各分岐管43A〜43Dは、気筒12A〜12D毎に設けられ、正面視略L字形に湾曲した状態で、それぞれ対応する気筒12A〜12Dをサージタンク42と連通させている。図示の実施形態において、各分岐管43A〜43Dは、その吸気通路PH1〜PH4の経路長(当実施形態においては、吸気ポート17からサージタンク42内のロータリバルブ50の周面51までの長さ)が同じ長さに設定されている。各吸気通路PH1〜PH4の長さは、500mm以内に設定されており、これによって、後述するロータリバルブ50によるトルクへのレスポンスの向上を図っている。さらに、「吸気通路/行程容積率」(各気筒の単一の行程容積に対する吸気ポート17の下流端からロータリバルブ50の開口52、53までの単一の吸気通路容積の割合)は、70パーセント以上130パーセント以下(吸気通路の経路長が500mm以下)の範囲に設定されている。この容積は、エンジンの高速回転領域(4500rpm以上)において、吸気が同調共鳴する固有振動数に対応するように決定される。この結果、高速で固有振動数が同調共鳴することになるので、その領域では、吸気弁19の開弁時間を確保することができ、エンジンの高回転領域で経路長設定による慣性過給効果を発揮させ、体積効率を高めることが可能なる。
Each of the
加えて、当実施形態においては、各分岐管43A〜43Dに燃料噴射弁45が設けられている。この燃料噴射弁45は、ニードル弁およびソレノイドを内蔵し、エンジンのECU60から入力されたパルス信号のパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を前記点火プラグ16の電極付近に向けて噴射するように構成されている。
In addition, in this embodiment, the
ロータリバルブ50は、円筒形部材であり、その外周面51がサージタンク42の内周面に摺接した状態で、回転自在に配置されている。
The
図3は、当実施形態の要部を簡略化して示す斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view schematically showing a main part of the present embodiment.
同図を参照して、ロータリバルブ50の前端部には、入力ギア54Aが同心に設けられている。入力ギア54Aは、前記カムプーリ30と同心に設けられた出力ギア54Bが噛合しており、この出力ギア54Bを介して、クランク軸3から1:0.5の比率で動力が伝達されるようになっている。換言すれば、ロータリバルブ50は、カムプーリ30と1:1の比率で同期している。このロータリバルブ50の周面には、サージタンク42の内部と分岐管43A〜43Dとを連通する一対の開口52、53が形成されている。各開口52、53は、周方向に180°位相がずれており、軸方向において、前方の開口52が後方の開口53に対して、回転方向上流側にずれている。なお図において、55はアイドラである。
Referring to the figure, an
図示の実施形態においては、ロータリバルブ50と入力ギア54Aとの間にロータリバルブ進角機構56が設けられている。このロータリバルブ進角機構56は、基本的には、本件出願人が先に提案している回転位相制御装置(特開平11−107718号公報参照)等を用いることにより、入力ギア54Aとロータリバルブ50との間に位相を形成することにより、当該ロータリバルブ50の開弁タイミングを変更するための機構である。
In the illustrated embodiment, a rotary
図示のエンジンは、直列4気筒エンジンであって、エンジン本体10の前方から順に各気筒を第1〜第4気筒12A〜12Dとするとき、吸気行程を迎える順番は、第1気筒12A、第3気筒12C、第4気筒12D、第2気筒12Aとなるように設定されている。この結果、第1気筒12Aが吸気行程を迎える時点を起点とすると、各気筒と行程の関係は、表1の通りとなる。
The illustrated engine is an in-line four-cylinder engine, and when the cylinders are first to
そこで、当実施形態では、ロータリバルブ50の開口52に対して、第1分岐管43Aを回転方向上流側、第2分岐管43Bを回転方向下流側に位相をずらせて対向可能に配置するとともに、開口53に対して第4分岐管43Dを回転方向上流側、第3分岐管43Cを回転方向下流側に位相をずらせて対向可能に配置している。
Therefore, in the present embodiment, the
より詳細に説明すると、第1気筒12Aに接続される第1分岐管43Aと第2気筒12Bに接続される第2分岐管43Bが、前方の開口52に対向可能な位置に、上流側から順に90°位相をずらした状態でサージタンク42に固定されているとともに、第4気筒12Dに接続される第4分岐管43Dと第3気筒12Cに接続される第3分岐管43Cが、後方の開口53に対向可能な位置に、上流側から順に90°位相をずらした状態でサージタンク42に固定されている。さらに、第1分岐管43Aと第4分岐管43D(従って、第2分岐管43Bと第3分岐管43C)がサージタンク42の周方向において同一位相に配置されている。従って、この構成では、エンジンの回転速度に拘わらず、所定のタイミングで分岐管43A〜43Dを開閉することが可能になっているとともに、各分岐管43A〜43Dの等長化並びにコンパクト化に寄与することになる。この結果、吸気通路PH1〜PH4を可及的に短縮化し、トルク向上に対するレスポンスの高い吸気構造を構成することが可能になる。また、上述したように、サージタンク42の気筒列方向の長さSLは、次に説明する各分岐管43A〜43Dの気筒列方向における下流端側の間隔DLよりも短くなるように設定されている(図1参照)ことと相俟って、各分岐管43A〜43Dの上流端は、下流端に比べて気筒列方向に集束している。このため、当実施形態においては、極めてトルク向上に対するレスポンスが高くなる構造になっている。
More specifically, in order from the upstream side, the
図4は図2の要部を拡大した断面図である。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG.
同図を参照して、ロータリバルブ50の直径Dは、各分岐管43A〜43Dの断面幅よりも大きく設定されている。このロータリバルブ50をクランク軸3と同期させて回転させることにより、各開口52、53が対応する分岐管43A〜43Dを開く時間も短くなる。またロータリバルブ50が回転によって、周面に形成された開口52、53によって、当該周面に臨む分岐管43A〜43Dに空気を供給するものであるので、空気の脈動を抑制することができ、異音の発生も少なくなる。
With reference to the figure, the diameter D of the
さらに、ロータリバルブ50に形成された各開口52、53の開口角度θは、後述するシミュレーションに基づき、吸気行程の後半部分から圧縮行程後半まで開くことができる範囲に設定されている。これにより、吸気行程の前半部分では、吸気弁19が吸気ポート17を開いてもロータリバルブ50がサージタンク42を遮蔽した状態になるので、ロータリバルブ50が開くまでの間、吸気行程によって、対応する分岐管43A(〜43D)内に負圧が生じることになる。
Furthermore, the opening angle θ of each of the
さらにエンジン本体10には、2つのクランク角センサ61、62が設けられている。各クランク角センサ61、62は、所定の位相差をもってクランク軸3の周囲に配置されており、一方のクランク角センサ61から出力される検出信号に基づいてエンジンの回転速度が検出されるとともに、両クランク角センサ61、62から出力される検出信号に基づいてクランク軸3の回転方向および回転角度が検出されるようになっている。
Further, the
次に、図2および図5を参照して、前記エンジンのECU60について説明する。
Next, the
図5は、当実施形態のECU60の構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the
同図に示すように、ECU60には、エンジンが高負荷にあるか否かの判定等を行う運転状態判定手段60Aと、ロータリバルブ50の開弁タイミングを制御する開弁タイミング制御手段60Bと、燃料噴射弁45の燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段60Cとを機能的に有している。
As shown in the figure, the
ECU60には、前記クランク角センサ61、62と、アクセル開度センサ63とが接続されている。ECU60の運転状態判定手段60Aは、これら各センサ61〜63の検出信号に基づいて、エンジンの回転数およびエンジンの負荷状況を判定するように構成されている。
The
ECU60の開弁タイミング制御手段60Bは、前記クランク角度センサ61、62の検出信号に基づき、エンジン回転速度に応じて可変バルブタイミング機構21、22やロータリバルブ進角機構56を制御するように構成されている。
The valve opening timing control means 60B of the
図6は、バルブリフト量とクランク角CAとの関係を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the valve lift amount and the crank angle CA.
図6を参照しながら詳細に説明すると、可変バルブタイミング機構21の制御に関し、エンジンの回転領域が高速側に行くに連れて、曲線V1からV5に示すように、開弁タイミングを遅延させるように設定されている。他方、ロータリバルブ50の開弁タイミングに関し、開弁タイミング制御手段60Bは、図6のLV1で示すように、エンジンの低回転領域(約2500rpm以下)では、比較的遅いタイミング(吸気行程を迎えている気筒のピストン4が約120°CAのタイミング)で開弁するように設定されているとともに、高速側へ行くに連れて、開弁タイミングを進角させ、エンジン高回転領域(約4000rpm以上)では、図6のLV2で示すように吸気弁19の開弁期間とのオーパラップが最大になるように設定されている。
Referring to FIG. 6 in detail, regarding the control of the variable
さらに、ECU60の燃料噴射制御手段60Cは、開弁タイミング制御手段60Bによって決定されたロータリバルブ50の開弁タイミングに応じて、少なくとも高負荷側では、吸気行程で燃料を噴射するように設定されている。
Further, the fuel injection control means 60C of the
具体的には、ロータリバルブ50が開弁する直前くらいで噴射を始めるように設定されている。これにより、ロータリバルブ50によって生じた高圧波に噴射された燃料が乗って気筒内に効率よく燃料を供給することが可能になる。また、高負荷側で吸気行程にある気筒に燃料を噴射することにより、噴射された燃料によって気筒内の温度が下がるため、自着火を防止し、ノッキングの発生を抑制することが可能になる。尤もこの「ロータリバルブ50が開弁する直前くらい」というタイミングは、遅くとも吸気行程であればよく、高速回転領域において、ロータリバルブ50を進角させる必要がある場合には、吸気行程に限らず、前行程の排気行程で燃料を噴射してもよい。
Specifically, the injection is set to start just before the
また、噴射される燃料の量は、車両の走行状態に応じて、周知の制御手段と同様に、適宜調整されるが、その量が増加するに連れて、噴射タイミングは、ロータリバルブ50の開弁タイミングよりも早く噴射されるように設定される。これにより、空燃比をリッチにして燃焼させる際に、より多くの燃料を噴射した場合でも、ロータリバルブ50によって生じた高圧波に燃料を乗せて、効率よく気筒内に燃料を供給することが可能になる。
Further, the amount of fuel to be injected is adjusted as appropriate according to the running state of the vehicle, similarly to the known control means, but as the amount increases, the injection timing is determined by opening the
次に、当実施形態におけるECU60の制御手順について説明する。
Next, a control procedure of the
図7は図1の実施形態に係るECU60の制御手順を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure of the
同図を参照して、エンジンが停止状態から始動した場合(ステップS1)、ECU60は、運転状態判定手段60A、開弁タイミング制御手段60B、および燃料噴射制御手段60CをPGVモードに設定する(ステップS2)。このPGVモードでは、エンジンの回転速度Neに応じて図6のV1からV5の特性で吸気弁19が開閉するとともに、同図のLV1からLV2までのタイミングでロータリバルブ50が開弁する。この結果、低速回転領域では、吸気弁19の開弁タイミングが速くなる一方、ロータリバルブ50の開弁タイミングは遅くなるので、ピストン4が下死点近傍に至った時点で初めてサージタンク42と気筒とが連通し、大きな圧力波を発生させることが可能になる一方、中高速側では、ロータリバルブ50による圧力波の発生を適切に抑制しながら、高い体積効率を得ることが可能になる。さらに、エンジンの回転速度Neが所定の高速回転領域(例えば4500rpm以上)に至った場合には、各手段60A〜60Cの制御モードを高速回転領域モードにシフトする(ステップS3、ステップS4)。この高速回転領域モードでは、図6のV5の特性で吸気弁19が開閉するとともに、同図のLV2までのタイミングでロータリバルブ50が開弁する。この結果、吸気が充分に得られる高速回転領域では、過度に吸気圧が上昇するのを抑制することが可能になる。
Referring to the figure, when the engine is started from a stopped state (step S1),
次に、図2、図8〜図10、図11を参照しながら、PGVモードでのロータリバルブ50の開閉タイミングについて説明する。図8〜図10は、PGVモードでの吸気行程から排気行程に至るまでの状態を示す断面略図である。また、図11は、第1気筒12Aのクランク角(CA)と筒内圧力P、吸気弁のリフト量との関係を示すグラフである。
Next, the opening / closing timing of the
まず、図2、図8を参照して、例えば第1気筒12Aが吸気行程(図11のCA1からCA2)に移行するに当たり、吸気弁19は、排気行程から吸気行程に移行する直前(図11のCA0)から開き始めるが、ロータリバルブ50の開口52は、この段階では閉じた状態にあるので、図11のL1、L4で示すように、ピストン4が下死点に向かって移動するに連れて、分岐管43A、第1気筒12A内には、負圧が形成される。
First, referring to FIGS. 2 and 8, for example, when the
図9に示すように、ピストン4が下死点近傍まで近づくと(図示の実施形態では、図11のCA4:約120°CA)、ロータリバルブ50が大きな周速を伴って瞬間的に開く。このため、サージタンク42内の空気は、第1気筒12A内に生成された負圧によって、パルス(圧力波)が発生し、第1気筒12A内に急激に吸引されることになる。このロータリバルブ50の開弁直前から所定時間(図11のCA6〜CA7)、燃料噴射制御手段60Cは、燃料噴射弁45による燃料の噴射を行う。これにより、噴射された燃料は、第1気筒12A内に生成されたパルス(圧力波)によって、新気とともに第1気筒12A内に急激に吸引されることになる。従って、リッチでの燃焼を行う際においても、燃料の通路壁への付着がなくなり、効率よく所望量の燃料を気筒内に供給することができる。
As shown in FIG. 9, when the
また図10に示すように、ピストン4が下死点に到達したタイミング(図11のCA2)では、「吸気通路/行程容積率」が、70パーセント以上130パーセント以下(吸気通路の経路長が500mm以下)の範囲に設定されていることと相俟って、サージタンク42からの空気が急速に第1気筒12A内に充填される。その直後(図示の実施形態では、CA3:約225°CA)に吸気弁19を閉じることによって、極めて高い体積効率を広い回転速度の範囲(2000rpm以上)で得ることが可能になる。
Further, as shown in FIG. 10, at the timing when the
その後は、ピストン4が圧縮行程、膨張行程を迎え、点火プラグが燃料噴射後に点火することによって、混合気が燃焼され、燃焼後は、排気行程によって排気される。また、ロータリバルブ50の開口52は、吸気弁19が吸気ポート17を閉じた後、所定のタイミング(図11のCA5:約270°CA)で分岐管43Aを閉じることになる。
Thereafter, the
次にロータリバルブ50の開閉タイミングと、吸気弁19の開閉タイミングの関係について説明する。
Next, the relationship between the opening / closing timing of the
図12は、吸気弁19の開閉タイミングとロータリバルブ50が開口するタイミングを種々変えてシミュレーションした例を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing an example in which the opening / closing timing of the
同図に示すように、発明者は、吸気弁19の開閉タイミングL21〜L23およびロータリバルブ50の開口タイミングL31〜L35を変化させてシミュレーションより体積効率を求め、最も体積効率の高い開閉タイミングL21〜L23、開口タイミングL31〜L35を選び出すようにした。
As shown in the figure, the inventor obtains volumetric efficiency from simulation by changing the opening / closing timings L21 to L23 of the
次に、各バルブタイミングL31〜L35について、吸気弁19の開弁期間(クランク角)が大きく、上記CA3よりも遅いクランク角で閉じる高速域の体積効率を重視したスポーツカーに好適な高速型エンジン(4気筒)と、吸気弁19の開弁期間(クランク角)が相対的に小さい(約25°〜30°CA小さい)低中速域の体積効率を重視した一般乗用車に好適な低中速型エンジン(4気筒)との体積効率を調べた。
Next, for each of the valve timings L31 to L35, a high-speed engine suitable for a sports car in which the valve opening period (crank angle) of the
図13は、高速型エンジンの体積効率とエンジン回転数との関係を示すグラフであり、図14は、低中速型エンジンの体積効率とエンジン回転数との関係を示すグラフである。なお吸気弁19の開閉タイミングは、エンジン回転数に応じて体積効率を高めるように調整している。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the volume efficiency of the high speed engine and the engine speed, and FIG. 14 is a graph showing the relationship between the volume efficiency of the low and medium speed engine and the engine speed. The opening / closing timing of the
これらの図を参照して、何れの車両で計測した場合でも、回転速度Neが3200rpmから4500rpmの範囲では、体積効率が100パーセント以上となった。 Referring to these figures, the volumetric efficiency was 100% or more in the range of the rotational speed Ne from 3200 rpm to 4500 rpm, regardless of which vehicle was used for measurement.
図15は、図13、図14における各開口タイミングL31〜L35での最高値をグラフにして重ね合わせたものである。 FIG. 15 is a graph in which the maximum values at the respective opening timings L31 to L35 in FIGS.
同図において、F10は、それぞれ高速型エンジンの体積効率、F11は低中速型エンジンの体積効率の最高値を示している。また、F21、F22は、高速型エンジン、低中速型エンジンのそれぞれについて、ロータリバルブを用いていない場合の体積効率を示している。 In the figure, F10 indicates the volume efficiency of the high speed engine, and F11 indicates the maximum volume efficiency of the low / medium speed engine. F21 and F22 indicate the volumetric efficiency when no rotary valve is used for each of the high-speed engine and the low-medium-speed engine.
図15から明らかなように、ロータリバルブを用いない場合、回転速度が2000rpmから3000rpmの範囲では、体積効率が大幅に低下するのに対し、ロータリバルブを上述した実施形態のように用いた場合、回転速度が2000rpmから3000rpmの範囲であっても、体積効率は100パーセント前後を確保していることがわかる。このように当実施形態の態様では、体積効率が落ち込みやすい低中速回転領域においても、良好な体積効率を得られることが確認された。 As can be seen from FIG. 15, when the rotary valve is not used, the volumetric efficiency is greatly reduced when the rotational speed is in the range of 2000 rpm to 3000 rpm, whereas when the rotary valve is used as in the above embodiment, It can be seen that even when the rotational speed is in the range of 2000 rpm to 3000 rpm, the volumetric efficiency is secured around 100%. Thus, in the aspect of this embodiment, it was confirmed that good volume efficiency can be obtained even in the low and medium speed rotation region where volume efficiency tends to drop.
次に、行程容積と吸気通路容積との関係について説明する。 Next, the relationship between the stroke volume and the intake passage volume will be described.
本件発明者は、上述した実施形態の吸気装置40を構成するに当たり、表2の仕様のシリンダで当該シリンダの行程容積と分岐管の容積との関係についてシミュレーションを行った。
The present inventor performed a simulation on the relationship between the stroke volume of the cylinder and the volume of the branch pipe in the cylinder of the specification shown in Table 2 when configuring the
表2において、吸気通路長は、吸気ポート17と分岐管43A(43B、43C、43D)の経路長さの和であり、具体的には、吸気ポート17の燃焼室5に対する開口端(下流端)からロータリバルブ50の開口52(53)までの長さである(図2参照)。行程容積Vhは、シリンダ14のピストン上死点からピストン下死点までの容積であり、吸気通路容積Vは、シリンダヘッド12に形成された吸気ポート17の容積と分岐管43A(43B、43C、43D)の容積の和である。
In Table 2, the intake passage length is the sum of the path lengths of the
図16は、本仕様で体積効率ηvと回転速度Neの関係を示したグラフである。 FIG. 16 is a graph showing the relationship between the volumetric efficiency ηv and the rotational speed Ne in this specification.
図16の測定結果は、吸気通路長が200mmの場合(R3の場合)をベースとして、ロータリバルブを115°CAで開いたときの吸気弁の開閉範囲が50°CA/30°CAから10°CA/70°CAのときの最高値を示したものである。同図に示すように、吸気通路/行程容積率が低い場合、吸気通路/行程容積率が70パーセントを下回ると、図のR1で示すように、全体的に体積効率ηvが低くなり、特に3500rpmの体積効率ηvが大きく落ち込んでしまう。これは、吸気通路容積Vが小さすぎるため、ロータリバルブによるパルス発生作用によっても充分な空気量を確保することができないこと、並びにパルス発生時に低回転領域(2500rpmの範囲)と高速回転領域(4500rpm〜5500rpm)がピーキーになり、3500rpmのところで谷ができてしまうことによるものと考えられる。他方、吸気通路長がベース長さよりも長い場合(吸気通路/行程容積率が96パーセント以上の場合)には、高速回転領域でのピークが緩和される結果、低速回転領域での体積効率ηvが高くなっても、3500rpmの谷が小さくなる傾向となることがわかった。尤も、吸気通路長が長くなると、吸気のレスポンスも悪くなる結果、加速時の過渡的なトルクが小さくなる恐れがある。これらの観点から、吸気通路/行程容積率が70パーセント以上130パーセント以下(吸気通路長さが500mm以下)である場合には、定常時、過渡時の双方において高トルクを得ることができ、しかも、レスポンスも向上することがわかった。 The measurement result of FIG. 16 is based on the case where the intake passage length is 200 mm (in the case of R3), and the opening / closing range of the intake valve when the rotary valve is opened at 115 ° CA is 50 ° CA / 30 ° CA to 10 °. The maximum value at CA / 70 ° CA is shown. As shown in the figure, when the intake passage / stroke volume ratio is low and the intake passage / stroke volume ratio falls below 70%, the overall volume efficiency ηv decreases as shown by R1 in the figure, particularly 3500 rpm. The volumetric efficiency ηv is greatly reduced. This is because the intake passage volume V is too small, so that a sufficient amount of air cannot be secured even by the pulse generation action by the rotary valve, and the low rotation region (2500 rpm range) and the high speed rotation region (4500 rpm) at the time of pulse generation. ~ 5500rpm) becomes peaky, and it is considered that a valley is formed at 3500rpm. On the other hand, when the intake passage length is longer than the base length (when the intake passage / stroke volume ratio is 96% or more), the peak in the high-speed rotation region is relaxed, resulting in a volumetric efficiency ηv in the low-speed rotation region. It was found that the valley at 3500 rpm tends to be small even when it is high. However, if the intake passage length is increased, the response of intake air is also deteriorated, so that the transient torque during acceleration may be reduced. From these viewpoints, when the intake passage / stroke volume ratio is 70% or more and 130% or less (the intake passage length is 500 mm or less), a high torque can be obtained both in the steady state and in the transient state. It was found that the response was improved.
以上説明したように、当実施形態によれば、パルス発生装置として、クランク軸3と同期して回転するロータリバルブ50を採用しているので、大きな吸気抵抗を受けることなく、クランク軸3が高速回転領域で回転する場合でも低速域で回転する場合でも周波数を確実に同調させて所望のタイミングで気筒12A〜12D内に高圧波を生成することが可能になる。この結果、火花点火型のエンジンでありながら、ディーゼルエンジン並みの出力を確保することが可能になる。また、ロータリバルブ50の径が分岐管43A〜43Dの断面幅よりも大きく設定されているので、分岐管43A〜43Dに対して速い周速で開閉動作を行ない、強い圧力波を発生させることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the
さらに、吸気通路/行程容積率が70パーセント以上130パーセント以下の範囲となる位置に設定されている結果、定常時のトルクはもちろん、加速時の過渡的な状態でのトルクも効率よく高めることが可能になり、低中高速回転領域での同期をも確実にとることができ、低速回転領域でも静音で体積効率を高めることができるという顕著な効果を奏する。しかも、この範囲に設定することにより、吸気通路を短く設定することができるので、燃料噴射弁45から噴射された燃料が気筒に到達する距離も短くなり、高い吸気流速に燃料を乗せることができる作用と相俟って、ポート壁面への燃料付着もなくなり、燃料供給効率も高くなる。
Furthermore, as a result of the intake passage / stroke volume ratio being set at a position that is in the range of 70% to 130%, the torque in the transient state during acceleration as well as the steady state torque can be efficiently increased. This makes it possible to reliably achieve synchronization in the low, medium, and high speed rotation regions, and achieves a remarkable effect that volumetric efficiency can be increased with low noise even in the low speed rotation region. In addition, by setting this range, the intake passage can be set short, so the distance that the fuel injected from the
また当実施形態では、燃料噴射弁45は、ロータリバルブ50が開弁する付近で燃料を噴射するので、前記圧力波が発生する直前に燃料が噴射されるとともに、この燃料が吸気に乗って、気筒内にいわば押込まれる状態となる。この結果、燃料も効率よく気筒内に導入され、新気と混合されるので、混合状態が促進するとともに、燃料の気化潜熱によって新気が冷却されることになる。従って、高負荷状態において空燃比をエンリッチにした場合でも、通路壁面に燃料が付着するのを抑制し、気化潜熱によるノッキング防止機能を高めることができる。
In this embodiment, the
また、空燃比をリッチ側にするに連れて、燃料が先に噴射されているので、燃料による気化霧化性能とノッキング抑制とを両立することが可能になる。 In addition, since the fuel is injected first as the air-fuel ratio is made richer, it is possible to achieve both vaporization atomization performance by the fuel and knocking suppression.
特に当実施形態では、エンジンのクランク軸3の動力を駆動源として前記ロータリバルブ50に伝達する動力伝達手段を備えているので、エンジンのクランク軸3とロータリバルブ50とを物理的に同期させて開弁動作を行わせることが可能になる。従って、ロータリバルブ50と各気筒12A〜12Dの位相とを精緻に同期させ、より精度の高いパルス発生機能を奏して体積効率を高めることが可能になる。
In particular, in this embodiment, power transmission means for transmitting the power of the
また、当実施形態において、前記動力伝達手段は、クランク軸3の回転速度に対して1/2の速度でロータリバルブ50を回転させるものであるので、ロータリバルブ50の開弁周期を吸気弁19の開弁周期と機械的に同期させて圧力波を気筒12A〜12D内へ伝播させることができる。
Further, in the present embodiment, the power transmission means rotates the
さらに、当実施形態では、ロータリバルブ50の開弁周期を吸気弁19の開弁周期と機械的に同期させて圧力波を気筒12A〜12D内へ伝播させることができるので、吸気通路の等長化を実現することが容易になる。
Further, in this embodiment, the pressure wave can be propagated into the
さらに当実施形態では、各分岐管43A〜43Dの吸気通路長は、略同一寸法に設定されているので、何れの気筒12A〜12Dにおいても、同一条件で同じ体積効率を得ることができるので、気筒12A〜12D毎にトルクのばらつきが生じなくなり、より安定したトルク生成特性を得ることが可能になる。
Furthermore, in this embodiment, since the intake passage lengths of the
さらに当実施形態では、分岐管43A〜43Dの上流端に各分岐管43A〜43Dと連通する集合部としてのサージタンク42を設け、前記サージタンク42は、前記ロータリバルブ50を同心に内蔵しているので、サージタンク42の内部で吸気通路PH1〜PH4の開閉動作を行うことができ、サージタンク42内の容積を有効利用することが可能なる。従って、装置全体が大型化することなく、ロータリバルブ50の径をより大きく設定することが可能になる。
Further, in the present embodiment, a
また上述した態様では、吸気通路/行程容積率が70パーセント以上130パーセント以下の範囲となる位置に設定されていたが、仮にこの範囲を外れていたとしても、サージタンク42内にロータリバルブ50を内蔵した構成を採用した場合には、大きな周速によって、瞬間的に分岐管43A〜43Dを開いて大きな圧力波を生成し、定常時のトルクはもちろん、加速時の過渡的な状態でのトルクも効率よく高めることが可能になる。従って、低中高速回転領域での同期をも確実にとることができ、低速回転領域でも静音で体積効率を高めることができる。
In the above-described aspect, the intake passage / stroke volume ratio is set to a position in the range of 70% to 130%. However, even if the intake passage / stroke volume ratio is out of this range, the
特に、当実施形態において、前記分岐管43A〜43Dは、4気筒12A〜12Dエンジンに接続されるものであり、各分岐管43A〜43Dの経路長は、略同じ長さに設定されているので、何れの気筒12A〜12Dにおいても、同一条件で同じ体積効率を得ることができ、気筒12A〜12D毎にトルクのばらつきが生じなくなる結果、より安定したトルクを生成することが可能になる。
In particular, in this embodiment, the
また当実施形態においては、エンジンが、気筒列方向一端側から第1〜第4の4つの気筒12A〜12Dを備えているとともに、吸気行程が第1、第3、第4、第2の順にクランク角で180°の位相差をもって行なわれる4気筒4サイクルエンジンであり、前記ロータリバルブ50は、クランク軸3の速度の1/2の速度で回転するものであるとともに、軸方向に間隔を隔てて周方向に180°ないし略180°位相をずらした2つの開口52、53を有し、前記第1気筒12Aと第2気筒12Bの分岐管43A、43Bの上流端の開口が周方向に90°ないし略90°位相をずらすようにサージタンク42に接続されているとともに、前記第4気筒12Dと第3気筒12Cの分岐管43D、43Cの上流端の開口が周方向に90°ないし略90°位相をずらすようにサージタンク42に接続されており、第1気筒12Aと第4気筒12Dの分岐管43A、43Dの上流端の開口並びに第2気筒12Cと第3気筒12Dの分岐管43B、43Cの上流端の開口が、ロータリバルブ50の周方向において、同一位相に配置されている。
In the present embodiment, the engine includes the first to
従って、ロータリバルブ50に2つの開口を設けることによって、4気筒12A〜12Dエンジンの分岐管43A〜43Dに対して圧力波を所望のタイミングで伝播させることができ、体積効率ηvを高めて高いトルクを得ることが可能になるので、等長化によるトルク生成特性の向上と、吸気通路の短縮化によるレスポンスの向上とを両立することができる。
Therefore, by providing two openings in the
また当実施形態においては、エンジンの低中速回転領域では、まず、吸気弁19が開き、ロータリバルブ50が閉じた状態で吸気行程を行うので、吸気行程途中までは、各気筒12A〜12D内に負圧が形成される。その後、パルス発生装置としてのロータリバルブ50が開弁することにより、新気が高圧波を伴って各気筒12A〜12D内に導入される。従って、中速回転領域においては、ロータリバルブ50による圧力波によって、充分な空気を吸気行程にある気筒に導入することが可能になる。さらに、高回転領域では、ロータリバルブ50の開弁タイミングが進角するとともに、吸気弁19の開弁タイミングが遅れることにより、両者の開弁タイミングがオーパラップする。そのため、吸気流速が高い高速回転領域において、吸気充填時間を確保し、充分な体積効率を得ることが可能になる。この結果、ロータリバルブ50で高圧波を各気筒12A〜12D内に導入する当たり、導入された高圧波(新気)を各気筒12A〜12D内に閉じこめるタイミングを広い回転領域で適性化しつつ、高速回転領域では、吸気弁19による吸気充填時間を確保して、広い運転領域で高い体積効率を得ることが可能になる。
Further, in the present embodiment, in the low / medium speed rotation region of the engine, first, the intake stroke is performed with the
また、当実施形態では、ロータリバルブ50の開口52、53から吸気弁19までの吸気通路の容積をエンジン高回転領域で同調共鳴する固有振動数に設定し、開弁タイミング制御手段60Bが、エンジン高回転領域では、吸気弁19とロータリバルブ50の開弁期間を最大になるように制御するものであることから、ロータリバルブ50によるインパルス作用を得ることのできない高回転領域においても、経路長設定による慣性過給効果を発揮させ、体積効率を高めることが可能なる。従って、幅広い回転領域で体積効率を高めることが可能になる。
In this embodiment, the volume of the intake passage from the
しかも、この範囲に設定することにより、吸気通路を短く設定することができるので、燃料噴射弁45から噴射された燃料が気筒に到達する距離も短くなり、高い吸気流速に燃料を乗せることができる作用と相俟って、ポート壁面への燃料付着もなくなり、燃料供給効率も高くなる。
In addition, by setting this range, the intake passage can be set short, so the distance that the fuel injected from the
さらに当実施形態では、各気筒12A〜12Dの単一の行程容積に対する吸気ポート17の下流端からロータリバルブ50の前記開口までの単一の分岐管43A〜43D容積の割合が70パーセント以上130パーセント以下(吸気通路の経路長が500mm以下)の範囲に設定されているので、定常時のトルクはもちろん、加速時の過渡的な状態でのトルクも効率よく高めることが可能になる。
Furthermore, in this embodiment, the ratio of the volume of the
さらに当実施形態では、前記分岐管43A〜43Dの上流側に、各分岐管43A〜43Dと連通する集合部としてのサージタンク42を気筒列方向に沿って設け、このサージタンク42の気筒列方向の長さSLは、各分岐管43A〜43Dの気筒列方向における下流端側の間隔DLよりも短くなるように設定されているので、ロータリバルブ50のトルク向上に対するレスポンスが向上する。
Further, in this embodiment, a
さらに当実施形態において、開弁タイミング制御手段60Bは、いわゆる冷間停止状態にあるエンジンを始動する際には、エンジンの回転領域を低速側と判定してロータリバルブ50と可変バルブタイミング機構21とを制御するので、当該エンジン始動時に、吸気弁19とロータリバルブ50の開弁期間とのオーパラップ部分が可及的に短くなるので、大きな負圧が発生した時点で急激に高圧波を伴う新気が吸気行程にある気筒に導入される。この結果、各気筒12A〜12D内の断熱圧縮作用が高まり、各気筒12A〜12D内の温度が上昇するので、エンジンの始動性能が向上する。
Furthermore, in this embodiment, when starting the engine in the so-called cold stop state, the valve opening timing control means 60B determines that the rotation region of the engine is the low speed side, the
また、当実施形態において、前記可変バルブタイミング機構21は、クランク角に対する位相を変更して当該吸気弁19を開弁するものであるので、フルリフトで開閉される吸気弁19を用いつつ、吸気圧を調整することが可能になり、ロータリバルブ50との組み合わせが容易になる。従って、低速回転領域から高速回転領域に至るまで適切な吸気圧を調整することが可能になる。特に、高速回転領域では、吸気弁19の開弁リフト量をフルリフトに設定することができるので、ロータリバルブ50の開弁タイミングを進角させて調整するに当たり、当該ロータリバルブ50による高圧波を適切な吸気圧に調整することが容易になる。
Further, in the present embodiment, the variable
さらに当実施形態においては、エンジンのクランク軸3の動力を駆動源として前記ロータリバルブ50に伝達する動力伝達手段(入力プーリ32、54、タイミングベルト34等)を備えているので、エンジンのクランク軸3とロータリバルブ50とを物理的に同期させて開弁動作を行わせることが可能になる。
Further, in this embodiment, power transmission means (input pulleys 32, 54,
上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。 The above-described embodiments are merely preferred specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments.
図17は、本発明の別の実施形態を示すエンジンの断面略図であり、図18は図17の実施形態に係るブロック図である。 FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of an engine showing another embodiment of the present invention, and FIG. 18 is a block diagram according to the embodiment of FIG.
同図に示すように、ロータリバルブ50を駆動する手段としては、電動モータ156を採用してもよい。その場合には、ECU60に設けられた開弁タイミング制御手段60Bは、当該電動モータ156の回転数を制御することによって、ロータリバルブ50の位相を調整することが可能になる。
As shown in the figure, an
図19は、本発明のさらに別の実施形態を示すエンジンの断面略図であり、図20は、図19の実施形態のフローチャートである。 19 is a schematic cross-sectional view of an engine showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a flowchart of the embodiment of FIG.
同図を参照して、図19に係る実施形態では、ターボチャージャ58が設けられている。ターボチャージャ58は、排気管18aを介して排気ポート18に接続されるタービンセクション58aと、タービンセクション58aに駆動されるコンプレッサセクション58bとを有しており、タービンセクション58aに内蔵されたファンが排気ポート18から排出された排気ガスによって回動することにより、コンプレッサセクション58bに内蔵されたファンが外気を吸引して、インテークマニホールド41のサージタンク42内に新気を過給するように構成されている。このターボチャージャ58のタービンセクション58aには、中速回転領域(例えば2000rpmから3000rpmの間)をインターセプト点とするウェィストゲート58cが設けられており、前記中速回転領域よりもエンジン速度が高速になった場合には、このウェイストゲート58cが開いて排気をバイパスするようになっている。
Referring to FIG. 19, in the embodiment according to FIG. 19, a
次に図20を参照して、図19の実施形態では、エンジンを始動し(ステップS11)、各制御手段60A〜60CがPGVモードに移行(ステップS12)した後、エンジン回転速度がターボチャージャ58のインターセプト点以上になるか否かをモニタし(ステップS13)、インターセプト点を超えた後は、直ちに高速回転領域モードに移行し、エンジンが停止するまでインターセプト点をモニタするようになっている(ステップS14、ステップS15)。この実施形態の態様では、ターボチャージャ58のインターセプト点に至るまでの回転領域では、ロータリバルブ50によって、各気筒12A〜12D内に圧力波を導入することができるとともに、インターセプト点以降の中高速回転領域においては、吸気弁19とロータリバルブ50の開弁期間をオーパラップさせて、過剰な圧力差が発生するのを防止し、所望の吸気圧で新気を各気筒12A〜12D内に導入することが可能になる。従って、低速回転領域での吸気をロータリバルブ50で補うことができる一方、ターボチャージャ58による過給圧がインターセプト点に過給効果を有効に発揮させて充填効率を高めることが可能になる。
Next, referring to FIG. 20, in the embodiment of FIG. 19, the engine is started (step S11), and after each control means 60A-60C shifts to the PGV mode (step S12), the engine rotation speed is set to the
図21は、本発明のさらに別の実施形態に係るバルブリフト量とクランク角との関係を示すグラフであり、図22は、図21の実施形態のフローチャートである。 FIG. 21 is a graph showing the relationship between the valve lift amount and the crank angle according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 22 is a flowchart of the embodiment of FIG.
これら図を参照して、可変バルブタイミング機構を採用するに当たり、バルブリフト量(開弁期間)も調整可能とし、低速回転領域では、図21のV6で示すように、低リフト(短い開弁期間)で吸気弁を開閉してブースト圧を得るようにしている。すなわち、中高速回転領域では、図6の場合と同様に、図21のV1〜V5で示すように、高リフトで吸気弁を開閉するように構成されている場合、低速回転領域では、ロータリバルブを作動させると却って充填効率を高めるための時間が長くなる恐れがある。そこで、図22に示すように、低速回転領域において、低リフトで吸気弁を開閉してブースト圧を得る構成を採用している場合には、エンジンを始動(ステップS21)した後は、各制御手段を低速回転領域モードに設定するようにしている(ステップS22)。この低速回転領域モードにおいては、バルブリフト量が低リフトに設定されている回転領域において、ロータリバルブ60の開弁タイミングを図21で示すLV2に設定して吸気弁19の開弁タイミングと同期させ、専らバルブリフト量の調整によってブースト圧を得るようにし、中速回転領域以上にエンジンの回転領域がシフトした場合には、図7で説明した制御モードと同様に、エンジンの回転領域に応じて各制御手段60A〜60Cの制御モードをPGVモードまたは高速回転領域モードに切り換えるようにしている(ステップS23〜S27)。
Referring to these drawings, when the variable valve timing mechanism is adopted, the valve lift amount (valve opening period) can also be adjusted. In the low speed rotation region, as shown by V6 in FIG. 21, a low lift (short valve opening period) is possible. ) To open and close the intake valve to obtain boost pressure. That is, in the middle and high speed rotation region, as shown in FIG. 21 as in the case of FIG. 6, when the intake valve is configured to open and close with a high lift, in the low speed rotation region, On the contrary, there is a possibility that the time for increasing the filling efficiency may be lengthened. Therefore, as shown in FIG. 22, in the case of adopting a configuration in which the intake valve is opened and closed with low lift to obtain boost pressure in the low speed rotation region, each control is performed after the engine is started (step S21). The means is set to the low speed rotation region mode (step S22). In this low speed rotation region mode, in the rotation region where the valve lift is set to low lift, the valve opening timing of the
この態様では、エンジン負荷に対する高い追随性が要求される低回転領域では、低リフトで吸気弁19を開閉することにより、高圧の新気を短時間で一気に各気筒12A〜12D内に供給することができるとともに、中速回転領域では、当該吸気弁19の位相変更によってロータリバルブ50による高圧波を抑制可能な高リフトで吸気弁19を開閉することが可能になる。さらに、吸気を充分に確保できる高速回転領域では、吸気弁19の開弁期間とロータリバルブ50の開弁期間とをオーパラップさせて、過剰な圧力が生じるのを抑制することが可能になる。
In this aspect, in a low rotation region where high followability to engine load is required, the
なお、具体的には図示していないが、燃料噴射弁45は、シリンダヘッド12に形成された吸気ポート17に取り付けられていてもよい。
Although not specifically shown, the
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。 It goes without saying that various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention.
3 クランク軸
4 ピストン
10 エンジン本体
11 シリンダブロック
12 シリンダヘッド
12A〜12D 気筒
14 シリンダ
17 吸気ポート
19 吸気弁
30 カムプーリ
32 出力プーリ
34 タイミングベルト
40 吸気装置
41 インテークマニホールド
42 サージタンク(集合部の一例)
43A〜43D 分岐管(吸気管の一例)
45 燃料噴射弁
50 ロータリバルブ(パルス発生装置の一例)
52 開口
53 開口
60 ECU
60A 運転状態判定手段
60B 開弁タイミング制御手段
60C燃料噴射制御手段
D 直径
DL 各分岐管の気筒列方向における下流端側の間隔
SL 集合部の気筒列方向の長さ
12A〜12D 気筒
Ne 回転速度
PH1〜PH4 吸気通路
V 吸気管容積
Vh 行程容積
ηv 体積効率
θ 開口角度
3
43A-43D Branch pipe (an example of an intake pipe)
45
52
60A Operating state determination means 60B Valve opening timing control means 60C Fuel injection control means D Diameter DL Distance SL on the downstream end side in the cylinder row direction of each
Claims (8)
前記吸気弁の開弁タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構と、
各気筒の吸気行程に対応して、少なくとも当該エンジンの吸気行程途中の所定時期まで閉弁して前記吸気通路を遮断することにより気筒内に負圧を生成するとともに、前記所定時期に開弁することで、高圧波を伴う新気を気筒内に流入させるパルス発生装置と、
エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
エンジン回転速度検出手段の検出値に基づいてパルス発生装置の開弁時期および可変バルブタイミング機構のバルブ開閉時期を制御する開弁タイミング制御手段を備え、
前記開弁タイミング制御手段は、エンジンの回転領域が高速側になるに連れてパルス発生装置の開弁時期を進角させるとともに吸気弁の開弁タイミングが遅れるようにパルス発生装置と可変バルブタイミング機構とを制御するものであることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
An intake pipe for supplying air, an intake port provided on the downstream side of the intake pipe, and an intake valve for opening and closing the intake port are provided for each cylinder, and introduced into each cylinder through an intake passage composed of the intake pipe and the intake port. Control of the air flow by opening and closing the intake valve,
A variable valve timing mechanism capable of changing the opening timing of the intake valve;
Corresponding to the intake stroke of each cylinder, the valve is closed at least to a predetermined time during the intake stroke of the engine and the intake passage is shut off to generate a negative pressure in the cylinder and to open at the predetermined time. it is a pulse generator for flowing fresh air with high pressure wave into the cylinder,
Engine rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the engine;
Valve opening timing control means for controlling the valve opening timing of the pulse generator and the valve opening / closing timing of the variable valve timing mechanism based on the detection value of the engine speed detection means;
The valve opening timing control means is configured to advance the valve opening timing of the pulse generating device and to delay the valve opening timing of the intake valve as the rotational region of the engine becomes a high speed side, and the variable valve timing mechanism. And a multi-cylinder engine intake device.
各気筒の単一の行程容積に対する吸気ポートの下流端から前記パルス発生装置の開閉弁位置までの単一の吸気通路容積の割合が70パーセント以上130パーセント以下の範囲に設定されていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。 The ratio of the single intake passage volume from the downstream end of the intake port to the opening / closing valve position of the pulse generator with respect to the single stroke volume of each cylinder is set in the range of 70% to 130%. Multi-cylinder engine intake system.
前記吸気管の上流側に、各吸気管と連通する集合部を気筒列方向に沿って設け、 On the upstream side of the intake pipe, a collecting portion communicating with each intake pipe is provided along the cylinder row direction,
前記パルス発生装置は、集合部に内蔵されて開閉弁を内部と連通するロータリバルブであり、 The pulse generator is a rotary valve that is built in a collecting portion and communicates with an on-off valve.
前記集合部の気筒列方向の長さは、各吸気管の気筒列方向における下流端側の間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。 An intake device for a multi-cylinder engine, wherein the length of the collecting portion in the cylinder row direction is set to be shorter than the interval on the downstream end side in the cylinder row direction of each intake pipe.
前記開弁タイミング制御手段は、停止しているエンジンを始動する際には、エンジンの回転領域を低速側と判定してパルス発生装置と可変バルブタイミング機構とを制御するものであることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。 The valve opening timing control means controls the pulse generator and the variable valve timing mechanism by determining the rotation region of the engine as a low speed side when starting the stopped engine. Multi-cylinder engine intake device.
前記エンジンに、中速回転領域よりもエンジン速度が高速になった場合にウェィストゲートが開くように中速回転領域に前記ウェィストゲートの開弁開始点であるインターセプト点を有するターボチャージャを設け、 The engine is provided with a turbocharger having an intercept point as a valve opening start point of the waste gate in the middle speed rotation region so that the waste gate opens when the engine speed becomes higher than the middle speed rotation region. ,
前記開弁タイミング制御手段は、ターボチャージャの前記インターセプト点より高速側の回転領域で吸気弁とパルス発生装置とを同時に開弁する期間が最大になるように制御するものであることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。 The valve opening timing control means controls so that a period during which the intake valve and the pulse generator are simultaneously opened is maximized in a rotation region at a high speed side from the intercept point of the turbocharger. Multi-cylinder engine intake system.
前記可変バルブタイミング機構は、クランク角に対する位相を変更して当該吸気弁を開弁するものであることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。 The variable valve timing mechanism changes the phase with respect to the crank angle and opens the intake valve.
エンジンのクランク軸の動力を駆動源として前記パルス発生装置に伝達する動力伝達手 A power transmission hand that transmits the power of the crankshaft of the engine to the pulse generator as a drive source
段を備えていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。An intake device for a multi-cylinder engine comprising a stage.
前記パルス発生装置は、電動モータを駆動源として有していることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。 The pulse generator has an electric motor as a drive source, and is an intake device for a multi-cylinder engine.
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