JPH0331889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ミラーサイクルにおいて高負荷高
回転時に吸気充填率を向上させるエンジンの吸気
制御装置に関するものである。

（従来技術） ガソリンエンジンやテイーゼルエンジンの熱効
率等を向上させる手段として、いわゆるミラーサ
イクルがある（特開昭55−148932号公報参照）。
これは、吸気通路に、下死点の近傍で閉じる吸気
弁とは別個にタイミングバルブを設けて、吸気通
路をピストンの下死点手前の時点で上記タイミン
グバルブにより閉じることにより、この時点から
下死点までは断熱膨張させるものである。

このミラーサイクルを通常のオツトーサイクル
と比較した場合、つぎのような利点がある。

(1) スロツトル弁の代りにタイミングバルブを用
い、このタイミングバルブの開弁期間を移行さ
せることによりエンジンの回転制御を行なうも
のであるから、吸気通路がスロツトル弁により
絞られて負圧になることがなく、常時大気圧に
保たれるので、ピストンのポンピングロスが少
ない。

(2) 吸気行程の末期で断熱膨張するから、上死点
での圧縮圧力が低下する一方で、膨張比は同一
に保たれるので、出力の低下を抑制しながら、
機械負荷（燃焼室の最大圧力）および熱負荷
（燃焼温度）を低減させることができる。

ところが、このミラーサイクルでは、吸気行程
の末期に断熱膨張させるために、下死点よりも手
前でタイミングバルブを閉じて吸気通路を閉塞す
るので、吸気充填率が低下する。したがつて、高
負荷高回転時には十分大きな出力が得られないと
いう問題がある。

（発明の目的） この発明は上記従来の問題を解決するためにな
されたもので、高負荷高回転時には、オツトーサ
イクルに切り換えることにより、吸気充填率を向
上させて、出力を増大させるエンジンの吸気制御
装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、この発明は、高回
転用のタイミングで作動する吸気弁と、エンジン
の負荷検出手段と、回転数検出手段と、上記負荷
検出手段および回転数検出手段の出力を受けて作
動する吸気導入装置とを設け、この吸気導入手段
により、高負荷高回転時に上記吸気弁の開弁期間
のすべてにわたつて吸気通路を介して吸気を燃焼
室へ導入するようにしている。上記高回転用の吸
気弁は通常、下死点を若干越えた時点で閉じるも
のであり、この吸気弁の開弁期間のすべてにわた
つて吸気を燃焼室へ導入することにより、断熱膨
張のない通常のオツトーサイクルで、しかも、高
回転に適した吸気タイミングが得られる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面にしたがつて説
明する。

第１図において、１１は複数気筒の４サイクル
エンジンで、各気筒に、２つの吸気弁１２ａ，１
２ｂと１つの排気弁１３とが設けられている。こ
れら各弁１２ａ，１２ｂ，１３は、単一のカム軸
１４に設けられた各カム１５ａ，１５ｂ，１６に
連動するロツカーアーム１７ａ，１７ｂ，１８に
より開閉される。

吸気通路２１は、サージタンク２２よりも下流
側で分岐して、低回転用の第１分岐通路２１ａ
と、高回転用の第２分岐回路２１ｂとが形成され
ており、上記第１分岐通路２１ａが、低回転用の
タイミングで作動する第１吸気弁１２ａにより開
閉され、第２分岐通路２１ｂが、高回転用のタイ
ミングで作動する第２吸気弁１２ｂで開閉され
る。この高回転用のタイミングとは、閉弁時期が
低回転用のものよりも遅いものを言い、たとえ
ば、下死点通過後にクランク角度で50°〜70°の時
点で閉弁される。排気通路２３は、上記１つの排
気弁１３で開閉される。

上記第１分岐通路２１ａには、上記第１吸気弁
１２ａとは別個に、ロータリバルブからなるタイ
ミングバルブ２４が、軸受２５を介して回転自在
に設けられており、このタイミングバルブ２４に
より第１分岐通路２１ａが開閉される。上記タイ
ミングバルブ２４は、後述する移行手段２６を介
してタイミングプーリ２７に連結されており、こ
のタイミングプーリ２７は、歯形ベルト２８によ
りクランク軸２９の出力プーリ３０に連結され
て、クランク軸２９の1/2の回転数で回転する。

一方、高回転用の第２分岐通路２１ｂを開閉す
る第２吸気弁１２ｂには、後述する弁停止装置３
１が設けられており、高負荷高回転の領域以外で
は、この弁停止装置３１が作動して、第２吸気弁
１２ｂの作動を停止させ、第２吸気弁１２ｂを閉
弁状態のままに維持する。

上記第１分岐通路２１ａにおけるサージタンク
２２の近傍には、燃料噴射ノズル３３が設けられ
るとともに、この燃料噴射ノズル３３の下流側
に、噴射された燃料を第２分岐通路２１ｂにも導
くための連通路３４が設けられている。また、吸
気通路２１には、エアフローメータ３５と、その
上流側に位置して補助スロツトルバルブ３６とが
設けられている。この補助スロツトルバルブ３６
は、オツトーサイクルのときに吸気量を制御する
ため、および、ミラーサイクルで低負荷低回転の
ときに、上記タイミングバルブ２４だけでは絞り
切れない吸気量を適正に絞るために必要なもので
ある。

上記移行手段２６は、第２図に明示するよう
に、タイミングバルブ２４（第１図参照）に一体
形成された弁軸３８とタイミングプーリ２７の回
転軸３９とを連結する連結管４０、支持軸４１の
まわりに回動自在に支持されてその回動により上
記連結管４０を軸方向へ移動させるアーム４２、
および、このアーム４２に連結された作動ロツド
４３の進退により上記アーム４２を回動させるリ
ニアソレノイドバルブ４４を有している。

上記弁軸３８と回転軸３９には、互いに逆方向
のねじれを持つヘリカルスプラインＨが形成さ
れ、これらヘリカルスプラインＨに、上記連結管
４０の内面に突設された突起４５，４５が係合さ
れている。これにより、回転軸３９の回転力が連
結管４０を介して弁軸３８に伝達されるととも
に、連結管４０を軸方向に移動させると、弁軸３
８が回転軸３９に対して一定方向へ角変位して、
タイミングバルブ２４の開弁期間をクランク角度
に対して相対的に移行させる。

上記弁停止装置３１は、第３図に示すように、
第２吸気弁１２ｂを開閉するロツカーアーム１７
ｂに設けられている。このロツカーアーム１７ｂ
は、２つの割りになつていて、第１図に示すよう
に、カム側アーム体１７ｂ１と、それを両側から
挟む平面コ字形のバルブ側アーム体１７ｂ２とか
ら構成されており、両アーム体１７ｂ１，１７ｂ
２は、それぞれ別個にロツカーシヤフト５１に回
動自在に装着されている。第４図に示すように、
上記弁停止装置３１は上記カム側アーム体１７ｂ
１に装着されていて、軸孔５２に挿入されたプラ
ンジヤ５３およびこのプランジヤ５３に突出方向
（右方向）へばね力を付加するばね部材５４と、
プランジヤ５３のロツク溝５５に挿入されるスト
ツププレート５６とを備えている。

第４図は、ストツププレート５６によりプラン
ジヤ５３がロツクされた状態を示し、このロツク
状態では、プランジヤ５３の先端部がバルブ側ア
ーム体１７ｂ２の当接部５８を右方向へ押すの
で、カム１５ｂの回転に追従したカム側アーム体
１７ｂ１の回動が、プランジヤ５３を介してバル
ブ側アーム体１７ｂ２に伝達される結果、第２吸
気弁１２ｂはカム１５ｂに追従して正常に作動す
る。

第５図に示すように、上記ストツププレート５
６は、小径のロツク用孔６１と大径のアンロツク
用孔６２とを有し、第１図に示すように、ソレノ
イドバルブ６３の作動ロツド６４に連結されて、
このソレノイドバルブ６３により、矢印６５，６
６方向へ進退する。

ストツププレート５６が上記作動ロツド６４に
より第５図の矢印６５方向へ進出したとき、アン
ロツク用孔６２がロツク溝５５に対向して、第４
図のプランジヤ５３がアンロツク状態になる。こ
のアンロツク状態では、プランジヤ５３は進退自
在になるから、ばね部材５４のばね力を第２吸気
弁１２ｂの復帰ばね（図示せず）のばね力よりも
充分小さくしておくことにより、カム側アーム体
１７ｂ１とバルブ側アーム体１７ｂ２とが、矢印
６７方向に相対回動可能になる。したがつて、カ
ム１５ｂに追従したカム側アーム体１７ｂ１の回
動が、バルブ側アーム体１７ｂ２に伝達されなく
なり、第２吸気弁１２ｂが停止して、第２分岐通
路２１ｂを閉塞する。この状態が弁停止装置３１
の「作動」状態である。

ストツププレート５６が上記ソレノイドバルブ
６３により第５図の矢印６６方向へ後退したと
き、ロツク用孔６１がロツク溝５５に挿入され
て、第４図に示すプランジヤ５３のロツク状態が
得られる。この状態で、前述のように、第２吸気
弁１２ｂは正常に作動する。この状態が弁停止装
置３１の「不作動」状態である。

第１図の７１は制御回路で、エンジン回転数セ
ンサ７２からの回転数検出信号ａと、エアフロー
メータ（負荷検出手段に相当）３５からの空気量
検出信号（負荷検出信号に相当）ｂと、アクセル
ポジシヨンセンサ（負荷検出手段に相当）７３か
らのアクセルポジシヨン信号ｃとを入力とし、燃
料噴射ノズル３３へ噴射量制御信号ｇを、補助ス
ロツトルバルブ３６へバルブ開度信号ｈを、移行
手段２６のリニヤソレノイドバルブ４４へ開弁期
間制御信号ｉを、弁停止装置３１を駆動するソレ
ノイドバルブ６３へ弁停止信号ｉを、それぞれ出
力する。

上記構成において、第１図のエンジン１１が運
転されると、回転数検出信号ａ、空気量検出信号
（負荷検出信号）ｂ、およびアクセルポジシヨン
信号ｃが、制御回路７１に入力される。この制御
回路７１は、上記回転数検出信号ａと空気量検出
信号ｂとに基づいて演算を行なつて、上記噴射量
制御信号ｇおよびバルブ開度信号ｈを出力し、燃
料噴射ノズル３３と補助スロツトルバルブ３６と
を制御する。

一方、上記制御回路７１は、エンジン負荷に対
応したアクセルポジシヨン信号ｃ（空気量検出信
号ｂでもよい。）に基づいて演算を行ない、上記
開弁期間制御信号ｉを出力し、移行手段２６のリ
ニヤソレノイドバルブ４４を制御して、負荷が低
いほどタイミングバルブ２４の開弁期間を時間的
に早い方向へ移行させる。この様子を第６図およ
び第７図により説明する。

まず、第６図に示すように、第１吸気弁１２ａ
は上死点TDCの手前から下死点BDCの直後まで
開弁される。そして、アクセルの踏込量が少ない
とき、すなわち、第１図のアクセルポジシヨン信
号ｃのレベルが低いとき（低負荷時）は、第６図
のタイミングバルブ２４の開弁期間Ｔをクランク
角度の小さい方（左方向）へ、つまり、時間的に
早い方向へ移行させる。この移行は、第１図のリ
ニヤソレノイドバルブ４４により連結管４０を左
方向７５へ移動させることによりなされる。これ
により、第６図に示す第１吸気弁１２ａとタイミ
ングバルブ２４の両方が開弁されている期間が短
くなり、それだけ吸気量が抑制される。

つぎに、アクセルの踏込量が多いとき（高負荷
時）、すなわち、第１図のアクセルポジシヨン信
号ｃのレベルが高いときは、第７図に示すよう
に、タイミングバルブ２４の開弁期間Ｔをクラン
ク角度の大きい方（右方向）へ、つまり、時間的
に遅い方向へ移行させる。この移行は、第１図の
リニヤソレノイドバルブ４４により連結管４０を
右方向７６へ移動させることによりなされる。こ
れにより、第７図に示す第１吸気弁１２ａとタイ
ミングバルブ２４の両方が開弁されている期間が
長くなり、それだけ吸気量が増大する。

上記第６図および第７図は、タイミングバルブ
２４が第１吸気弁１２ａよりも早く閉弁されるミ
ラーサイクルを示す。

さらに、第１図の制御回路７１は、エンジン回
転数センサ７２からの回転数検出信号ａと、エア
フローメータ３５からの空気量検出信号（負荷検
出信号に相当）ｂとに基づいて演算を行なつて、
第８図に示す高負荷高回転領域Ａ以外の領域Ｂで
のみ、第１図の弁停止信号ｊを出力する。弁停止
装置３１のソレノイドバルブ６３は上記弁停止信
号ｊを受けて作動し、作動ロツド６４を矢印６５
方向へ進出させることにより、前述のように弁停
止装置３１を作動させて、第２吸気弁１２ｂによ
り第２分岐通路２１ｂを閉塞し、吸気を第１分岐
通路２１ａのみから吸入させる。したがつて、吸
気は、上記第６図および第７図に示したタイミン
グで作動するタイミングバルブ２４および第１吸
気弁１２ａにより制御されて、上記したミラーサ
イクルとなる。

ところで、タイミングバルブ２４の良好な応答
性を保ちながら、その開弁期間を大きく移行させ
ることは、機構的に困難である。そのため、タイ
ミングバルブ２４開弁期間の移行範囲には、自ら
限度がある。したがつて、アクセル踏込量が少な
い低負荷のときに、第６図に示すようにタイミン
グバルブ２４の閉弁タイミング７７を左側へ充分
進めて、効率のよいミラーサイクルを得るように
すると、アクセル踏込量の多い高負荷のときに、
第７図に示すタイミングバルブ２４の閉弁タイミ
ング７８を右側へ充分遅らせることができない結
果、この閉弁タイミング７８が、必然的に下死点
BDCよりもかなり手前になる。したがつて、高
い空気充填率が要求される高負荷のときでも、第
１図の第１分岐通路２１ａからタイミングバルブ
２４を通つて燃焼室に入る吸気の量は充分多くな
い問題がある。特に、高負荷で、かつ高回転時に
は、タイミングバルブ２４が早期に閉弁すること
により、空気充填率が要求値よりも大幅に低下す
る。

そこで、この発明では、高負荷高回転領域Ａ
（第８図参照）において、上記停止信号ｊの出力
が停止される。これにより、弁停止装置３１を不
作動にして、第２吸気弁１２ｂを作動させること
により、第１分岐通路２１ａばかりでなく、タイ
ミングバルブ２４を有しない第２分岐通路２１ｂ
からも吸気を燃焼室内へ導入するようにして、空
気充填率の向上を図つている。

つまり、この高負荷高回転のときは、吸気は、
第２吸気弁１２ｂの開弁期間のすべてにわたつて
吸気通路２１を介して燃焼室へ導入されることに
なる。ここで、上記第２分岐通路２１ｂを開閉す
る第２吸気弁１２ｂは、高回転用のタイミングで
作動するように設定されていて、たとえば下死点
を若干越えたタイミングで閉弁されるから、結
局、吸気は、下死点を越えた時点まで燃焼室へ導
入され続けるので、大量の吸気が燃焼室内に入る
ことになり、空気充填率が向上し、大きな出力が
得られるのである。このとき、吸気が下死点まで
燃焼室へ導入され続けることから、燃焼室内での
断熱膨張がなくなり、オツトーサイクルとなる。

上記第２分岐通路２１ｂと、これを開閉する第
２吸気弁１２ｂと、弁停止装置３１と、この弁停
止装置３１を不作動にするためのソレノイドバル
ブ６３および作動ロツド６４とが、この発明の吸
気導入装置を構成する。

第９図は、この発明の第２実施例を示すもの
で、高回転用のタイミングで作動する吸気弁１２
とタイミングバルブ２４とが設けられた吸気通路
２１に、バイパス通路８１が接続されており、こ
のバイパス通路８１にシヤツタバルブ８２が設け
られている。第８図に示した高負荷高回転領域Ａ
を除く領域Ｂでは、第９図のソレノイドバルブ６
３によりシヤツタバルブ８２を閉弁状態にして、
ミラーサイクルとし、第８図の高負荷高回転領域
Ａでは、第９図のシヤツタバルブ８２を開弁状態
にして、吸気を吸気通路２１とバイパス通路８１
の両方から燃焼室へ導入し、オツトーサイクルと
して、空気充填率を向上させる。

この第２実施例では、バイパス通路８１と、シ
ヤツタバルブ８２と、ソレノイドバルブ６３と
が、この発明の吸気導入装置を構成する。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、高負
荷高回転時以外はミラーサイクルとなつて、高い
熱効率が得られる一方で、高負荷高回転時には、
オツトーサイクルで、かつ高回転に適した吸気タ
イミングに切り換えられて、吸気充填率が向上
し、出力が増大する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す概略構成
図、第２図は第１図の要部を示す側面図、第３図
は同実施例の縦断正面図、第４図は同実施例の弁
停止装置を示す縦断正面図、第５図は第４図の
−線に沿つた断面図、第６図および第７図は弁
の開閉タイミングを示す特性図、第８図は制御の
マツプを示すグラフ、第９図はこの発明の第２実
施例を示す概略構成図である。 １１……エンジン、１２ａ，１２ｂ……吸気
弁、２１……吸気通路、２４……タイミングバル
ブ、２６……移行手段、３１，６３，６４，８
１，８２……吸気導入装置、３５，７３……負荷
検出手段、７２……回転数検出手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの吸気通路に配設されてこの吸気通
   路を開閉するタイミングバルブと、エンジンの負
   荷検出手段と、検出された負荷が低いほどタイミ
   ングバルブの開弁期間を時間的に早い方向へ移行
   させる移行手段とを備えたエンジンの吸気制御装
   置であつて、高回転用のタイミングで作動する吸
   気弁と、回転数検出手段と、上記負荷検出手段お
   よび回転数検出手段の出力を受け、高負荷高回転
   時に上記吸気弁の開弁期間のすべてにわたつて吸
   気通路を介して吸気を燃焼室へ導入する吸気導入
   装置とを設けてなるエンジンの吸気制御装置。