JPH0331890B2 - - 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加速応答
性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、上記タ
イミングバルブの開弁期間をエンジンの運転状
態に応じて自動的に移行させるのであるが、こ
の移行動作は、タイミングバルブを少しずつ回
転させることによりなされるので、本質的に追
従性に劣る。その結果、急加速時に充分な出力
が得られなくなり、加速不足を招く欠点があ
る。

（発明の目的） この発明は上記従来の欠点を解決するためにな
されたもので、加速時には、オツトーサイクルに
切り換えることにより、急激な出力増大を可能に
して、加速応答性を向上させたエンジンの吸気制
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、エン
ジンの加速状態を検出する加速検出手段と、この
加速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、加速時に
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。
吸気弁は下死点の近傍で閉じるから、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、断熱膨張がなくなり、通常のオツ
トーサイクルとなる。

（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分岐通路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。上記高回転用のタイミングとは、閉弁時期が
低回転用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、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３１が設けら
れており、加速時と高負荷高回転時とを除いて
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少しずつ回転
することにより角変位して、タイミングバルブ２
４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、これを両側から
挾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、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１７ｂ１
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７３からのアクセルポジシヨン
信号ｃと、このアクセルポジシヨン信号ｃの時間
的変化を検出するアクセルポジシヨン変化量セン
サ（加速検出手段に相当）７４からのアクセルポ
ジシヨン変化量信号ｄ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ｊ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、アクセルポジシヨン信号ｃ、
およびアクセルポジシヨン変化量信号ｄ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３
３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、エンジンの運転状
態、たとえばエンジン負荷に関連するアクセルポ
ジシヨン信号ｃに基づいて演算を行なつて、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、タイミン
グバルブ２４の開弁期間を移行させる。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の左方向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２
４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、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２
４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、アクセルポ
ジシヨン変化量信号ｄを受けて、この信号ｄのレ
ベルが所定値以下のとき、すなわち、加速状態で
ないとき、第１図の弁停止信号ｊを出力する。ま
た、この実施例では、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、加速とは無関係に、高負荷高回転領域以外の
領域でも、上記弁停止信号ｊを出力する。

上記弁停止装置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６
４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、このミラーサイクルでは、第１図の
タイミングバルブ２４がエンジンの運転状態（こ
の実施例ではアクセルの踏込量）に応じて、移行
手段２６により自動的に移行されるのであるが、
この移行動作は、タイミングバルブ２４を少しず
つ回転させることによりなされるので、本質的に
追従性に劣る。その結果、加速時に充分な出力が
得られなくなる。

そこで、この発明では、アクセルポジシヨン変
化量信号ｄのレベルが所定値を越えたとき、すな
わち、加速状態にあるとき、上記制御回路７１が
弁停止信号ｊの出力を停止する。これにより、た
だちに弁停止装置３１が不作動になつて、第２吸
気弁１２ｂが作動し、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、第２吸気弁１２ｂの開弁期
間のすべてにわたつて、吸気が燃焼室内へ導入さ
れる。その結果、吸気量が急激に増大し、出力が
急速に上昇する。このとき、吸気は下死点まで燃
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。

また、この発明の実施例では、回転数検出信号
ａと、空気量検出信号（負荷検出信号に相当）ｂ
とを受けて、制御回路７１が作動し、加速とは無
関係に高負荷高回転領域でも、上記弁停止信号ｊ
の出力を停止して、オツトーサイクルに切り換え
ている。その理由はつぎのとおりである。

すなわち、ミラーサイクルにおけるタイミング
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。そのために、タイミングバルブ２４の開
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、この実施例では、高負荷高回転領域で
も上記弁停止信号ｊの出力を停止して、弁停止装
置３１を不作動にし、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も、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。上記第２
分岐通路２１ｂと、これを開閉する第２吸気弁１
２ｂ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８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。加速状態でないとき、または高負荷
高回転領域でないときは、上記ソレノイドバルブ
６３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、加速状態、または高負
荷高回転領域では、シヤツタバルブ８２を開弁状
態にして、吸気を吸気通路２１のほかに、バイパ
ス通路８１からも燃焼室へ導入し、オツトーサイ
クルとして、出力を向上させる。

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、加速
状態にないときは、ミラーサイクルとなつて、高
い熱効率が得られる一方で、加速状態のときは、
オツトーサイクルに切り換えられて、急激な出力
増大が可能になり、加速応答性が向上する効果が
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、７４……加速検出手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 下死点の近傍で閉じる吸気弁とは別個にエン
   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、エンジンの運転状態に
   応じてこのタイミングバルブの開弁期間を移行さ
   せる移行手段とを備えたエンジンの吸気制御装置
   において、エンジンの加速状態を検出する加速検
   出手段と、この加速検出手段の出力を受け、加速
   時に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
   とを設けたことを特徴とするエンジンの吸気制御
   装置。