JPH071010B2 - 吸気制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は吸気制御装置に関し、特に吸気通路に吸気弁
とタイミングバルブとを備えた吸気装置の制御手段の改
良に関する。

《従来の技術》 エンジンの吸気装置の一種として、吸入空気の制御を絞
弁を使用せずにバルブタイミングによって行なう方式が
提案されており、例えば特開昭56−98536号公報にその
一例が開示されている。

この種のエンジンは、いわゆるミラーサイクルエンジン
と呼ばれ、エンジンの吸気弁の上流側の吸気通路内にロ
ータリーバルブを設け、吸気弁を駆動するカムとロータ
リーバルブとの回転位相差を変化させて吸気量を調整す
るものであって、具体的には負荷が低負荷になるほど、
ロータリーバルブを早期に閉弁させる。

この構成によれば、絞弁を用いないことと、吸気行程を
実質的に短縮することで、特に低負荷時のポンピングロ
スを低下させることができるとされているが、以下に説
明する問題があった。

《発明が解決しようとする問題点》 すなわち、上記公報のエンジンにあっては、エンジンの
低負荷時には吸入空気量が少ないとはいえ、短時間にし
かもロータリーバルブの狭い空間を通過させなければな
らない。

このため、ロータリーバルブが吸入空気に対して抵抗と
なり、この結果、ピストンの上方に負圧が生じて、ポン
ピングロスが惹起される。

また、必要な空気量を短時間に確保することが難しいの
で、これを確保しようとすれば、少しずつロータリーバ
ルブを多めに開かなければならず、これによっても理論
通りのポンピングロス低減効果を奏することが困難であ
った。

さらに、吸気が吸気行程初期のみに行なわれるので、燃
焼室内での吸気流速が減衰して良好なスワールを生起さ
せることも難しいという問題もあった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、ポンピングロ
スの低減効果を十分に得られ、且つ良好なスワールが生
成できる吸気制御装置を提供することにある。

《問題点を解決するための手段》 上記目的を達成するために、この発明では吸気制御装置
を、吸気弁上流の吸気通路に設けられ前記吸気弁ととも
に前記吸気通路内に閉空間を形成するタイミングバルブ
と、このタイミングバルブの開弁時期を各吸気行程にお
ける前記吸気弁の開弁時期と重合させることなく制御す
るタイミングバルブ開閉手段と、前記閉空間の容積をエ
ンジンの負荷に応じて高負荷ほど大きくする容積可変手
段とで構成した。

《作 用》 上記構成の吸気制御装置によれば、エンジンの駆動に必
要な吸気量が、負荷に応じて吸気弁とタイミングバルブ
との間の閉空間に、吸気行程以外の行程中に充填され、
吸気行程では閉空間内の空気を吸気弁を全開にして燃焼
室内に導入する。

このため、タイミングバルブは吸気の抵抗とならず、ま
た吸気は吸気行程の全期間内で十分に行えるので、ポン
ピングロスの低減が奏されるとともに、燃焼室内に良好
なスワールを起こす事ができる。

《実施例》 以下、この発明の好適な実施例について添附図面を参照
にして詳細に説明する。

第１図から第４図は、この発明に係る吸気制御装置の一
実施例を示している。

同図に示す吸気制御装置は、この発明を直列４気筒のエ
ンジンに適用した場合を例示しており、エンジン10のシ
リンダブロック12には、４個のシリンダボア14,14が形
成され、各シリンダボア14内にはピストン16が往復運動
自在に配置されている。

シリンダブロック12の上方には、シリンダヘッド18が結
合されており、シリンダボア14のピストン16の上方空間
とシリンダヘッド18の下面に形成された凹部とによって
燃焼室20が形成されている。

燃焼室20の対向位置には、吸・排気ポート22,24が連通
形成され、燃焼室20と吸・排気ポート22,24の連通部分
には、吸・排気弁26.28が配設されている。

また、燃焼室20内には点火プラグ30が、シリンダヘッド
18に支持されて、その先端を突出するようにして配置さ
れている。

上記吸気ポート22には、吸気通路32が接続され、吸気通
路32は各気筒の吸気ポート22に連通した分岐通路32a
と、分岐通路32aを合流して上流側に延びる主主吸気通
路32bとから構成されている。

主吸気通路32bには、最上流にエアクリーナ34が設けら
れるとともに、その下流にスロットル弁36が設けられ、
スロットル弁36の下流の各分岐通路32aが合流した部分
にタイミングバルブ38が設けてある。

なお、スロットル弁36はディーゼルエンジンの場合には
設ける必要はない。

タイミングバルブ38は、この実施例では主吸気通路32b
と同軸に配置された一端が開口した中空円筒体から構成
され、その周壁には所定の回転位置で分岐通路32aと連
通する開口38aが穿設されている。

開口38aは、この実施例では４気筒のエンジン10の点火
が１−３−４−２の順に行なわれるので、相互の吸気干
渉を避けるため、第１および第４気筒に対する開口位置
と、第２および第３気筒に対する開口位置とが、それぞ
れ同じ状態に設定されている。

タイミングバルブ38の回転軸38bには、プーリ40が固設
され、プーリ40はベルト42を介してエンジン10のクラン
ク軸44に取付けられた駆動プーリ46に連結されており、
タイミングバルブ38はエンジン10の回転と同じ回転数で
駆動される。

ここで、タイミングバルブ38の開弁時期と吸気弁26の閉
弁時期とは、第３図に示すように、これらのバルブ38,2
6間の開弁時期がオーバーラップすることがないように
タイミングバルブ38の開口38aが設定されている。

そして、上記分岐通路32aのタイミングバルブ38の直下
流には、分岐通路32a間を連通するバイパス通路48が設
けられ、バイパス通路48の一端は、主吸気通路32aとス
ロットル弁36の下流側で連通しており、バイパス通路48
と分岐通路32aの連通部分にはそれぞれバイパス弁50,50
が設けてある。

また、分岐通路32aのバイパス通路48の下流側には、移
動自在なピストン板52によって一端が閉止され、他端が
該分岐通路32aに連通された容積部54がそれぞれ個別に
設けられている。

以上の構成において、上記吸気弁26とタイミングバルブ
38とがともに閉弁すると、タイミングバルブ38と吸気弁
26との間の分岐通路32a,容積部54,吸気ポート22は閉空
間56となる。

この閉空間56の内容積は、容積部54に設けられたピスト
ン板52の移動によって可変とされ、ピストン板52の移動
はアクチエータ58を介して行なわれる。

アクチエータ58の作動は制御ユニット60によってコント
ロールされる。

制御ユニット60は、例えば記憶手段，演算手段，入出力
インフーフェースを備えたマイクロコンピュータから構
成され、エンジン回転速度およびアクセル開度またはス
ロットル開度の電気信号を入力値として、容積部54およ
びバイパス弁50をエンジン10の負荷状態に応じて以下の
ようにコントロールする。

制御ユニット60による制御では、まずエンジン回転速度
およびアクセル開度からエンジン10の負荷状態を判定す
る。

なお、エンジン10の負荷状態とエンジン回転速度，アク
セル開度との関係は、例えばマツプにして制御ユニット
60に予め記憶させておく。

そして、エンジン10が中・低負荷領域で運転されている
場合には、その負荷状態での正常な運転を確保するため
の吸気量を選定し、アクチエータ58を介してピストン板
52を移動させる。

これにより、必要な吸気量は閉空間56の内容積として設
定され、エンジン10の吸気行程で吸気弁26が開くと、閉
空間56内に蓄えられていた空気が、吸気弁26の開弁期間
中にゆっくりと燃焼室20内に吸入される。

吸気弁26の開弁期間が終了して閉弁した後、クランク角
の進行によってタイミングバルブ38が開弁すると、閉空
間56はタイミングバルブ38の開口を介して主吸気通路32
bと連通し、空気が再び閉空間56内に導入される。

この場合、前回の吸気行程によって閉空間56は、負圧と
なっているので空気は円滑に流入する。

以上のようにして、エンジン１の中・低負荷領域では、
容積部54の内容積をピストン板52の移動量で調節し、負
荷が大きくなる程大きくし、負荷に対応した吸気量を確
保しながら運転される。

一方、エンジン10の高負荷領域においては、制御ユニッ
ト60の出力信号によりバイパス弁50が開弁される。

バイパス弁50が開くと、エンジン10に導入される吸気
は、タイミングバルブ38を迂回して供給され、吸気弁26
の開閉のみによって吸気制御が行なわれる。

さて、以上の如き構成で行なわれる吸気制御装置におい
ては、特に中・低負荷域での吸気制御が、タイミングバ
ルブ38を閉弁した状態で吸気弁26の全開弁期間で行なわ
れ、しかも負荷に対応した必要な吸気量が吸気行程以外
の期間で閉空間56に充填されているので、タイミングバ
ルブ38が吸入空気の抵抗となることがない。

第４図は上記構成のエンジン10を試作し、閉空間56の容
積を数通り選んでその吸入・圧縮行程における燃焼室20
内の圧力と室内温度とを実測したグラフである。

このエンジン10では燃焼室20内の容積を500ccとし、圧
縮比を21に設定し、閉空間56と燃焼室20内の容積とを合
せて5000cc程度まで可変できるようにした。

同図の結果からも明らかなように、燃焼室20内の圧力の
低下はあまり大きくなく、容積が大きくなるために燃焼
室20内の温度が低下する。

従って、燃焼室20内の温度低下が比較的問題とならない
ディーゼルエンジンに適用すれば、圧縮圧力の低下によ
り圧縮行程での吸気もれが減少するとともに、温度低下
によるNox低減効果も得られる。

なお、上記実施例ではタイミングバルブ38として、エン
ジン10と同じ回転数で駆動されるものを例示したが、エ
ンジン10の1/2の回転数で駆動されるものでもよい。

《発明の効果》 以上、実施例で詳細に説明したように、この発明に係る
吸気制御装置では、吸気弁とタイミングバルブとの開弁
時期を重合させず、負荷に対応した吸気量を容積の変更
ができる閉空間で確保して、吸気弁の開弁によって吸気
制御を行なうので、従来のこの種の装置のようにタイミ
ングバルブが吸気の抵抗とならず、ポンピングロスを低
減させる。また、吸気は吸気弁の全開弁期間中にできる
ので燃焼に必要なスワールも十分に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す全体構成図、第２
図は同装置の要部断面図、第３図は同装置のバルブの開
弁時期の説明図、第４図は同装置の燃焼室内の温度と圧
力との特性を測定したグラフである。 10……エンジン、26……吸気弁 32……吸気通路、32a……分岐通路 32b……主吸気通路 38……タイミングバルブ 48……バイパス通路、50……バイパス弁 52……ピストン板、54……容積部 56……閉空間 60……制御ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気弁上流の吸気通路に設けられ該吸気弁
   とともに該吸気通路内に閉空間を形成するタイミングバ
   ルブと、該タイミングバルブの開弁時期を各吸気行程に
   おける該吸気弁の開弁時期と重合させることなく制御す
   るタイミングバルブ開閉手段と、該閉空間の容積をエン
   ジンの負荷に応じて高負荷ほど大きくする容積可変手段
   とを備えたことを特徴とする吸気制御装置。