JPS61106918A - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
の時点で一１〕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）スロッ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
路がスロッ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、ピストンのボンピングロ
スが少ない。

（２）吸気行程の末期で断熱膨張するから、Ｅ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、下死改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。したがって、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、吸気充填率を向卜させて、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）、、１
　　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方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って吸気通路
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
っ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って説明する。

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％弁１２ａ、１２ｂと１つの排
気弁１３とが設けられている。これら８弁１２ａ、１２
ｂ、１３は、単一のカム軸１４に設けられた各カム１５
ａ、１５ｂ、１６に連動するロッカーアーム１７ａ、１
７ｂ、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。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°〜７゜０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。

］−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の局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、後述する弁停止ト装Ｍ３１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の作動を停止ヒさせ
、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３
５と、その上流側に位置して補助スロットルバルブ３６
とが設けられている。この補助スロットルバルブ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３
８とタイミングプーリ２７の回転軸３９とを連結する連
結管４ｏ、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
ッド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
３８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。

、ト記弁停止１−装置ｉ３１は、第３図に示すように、
第２吸気弁１２ｂを開閉するロッカーアーム１７ｂに設
けられている。このロッカーアーム１７ｂは、２つ割り
になっていて、第１図に示すように、カム側アーム体１
７ｂｌ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１７
ｂ１，１７ｂ２は、それぞれ別個にロッカーシャフト５
１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ャ５３お
よびこのプランジャ５３に突出方向（右方向）へばね力
を付加するばね部材５４と、プランジャ５３のロック溝
５５に挿入されるストッププレート５６とを備えている
。

第４図は、ストッププレート５６によりプランジャ５３
がロックされた状態を示し、このロック状態では、プラ
ンジャ５３の先端部がバルブ側アーム体１７ｂ２の当接
部５Ｂ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１７ｂｌの回動が、プランジャ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、上記ストッププレート５６は、小
径のロック用孔６１と大径のアンロック用孔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
ロッド６４に連結されて、このソレノイドバルブ６３に
より、矢印６５．６６方向へ進退する。

ストッププレート５６が上記作動ロッド６４により第５
図の矢印６５方向へ進出したとき、アンロック用孔６２
がロック溝５５に対向して、第４修 図のプランジャ５３がアンロック状態になる。このアン
ロック状態では、プランジャ５３は進退自在になるから
、ばね部材５４のばね力を第２豐気弁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１７ｂｌとバルブ側アーム体１７
ｂ２とが、矢印６７方向に相対回動可能になる。したが
って、カム１５ｂに追従したカム側アーム体１７ｂｌ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１−装置３１の「作動」状
態である。

ストッププレート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、ロック用孔６
１がロック溝５５に挿入されて、第４図に示すプランジ
ャ５３のロック状態が得られる。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からの空気畢検出信号（負荷検出信
号に相当）ｂと、アクセルポジションセンサ（負荷検出
手段に相当）７３からのアクセルポジション信号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、
補助スロットルバルブ３６ヘバルブ開度信号りを、移行
手段２６のリニヤソレノイドバルブ４４へ開弁期量制御
信号ｉを、弁停＋Ｆ装置１３１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ｌｌ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ョン信号Ｃが、制御回路７
１に入力される。この制御回路７１は、上記回転数検出
信号ａと空気量検出信号すとに基づいて演算を行なって
、上記噴射量制御信号ｇおよびバルブ開度信号りを出力
し、燃料噴射ノズル３３と補助スロットルバルブ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
クセルポジション信号Ｃ（空気量検出信号すでもよい。

）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［パイ　　　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ョン信号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
り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
が一制される。

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ョン信号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２
４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図のりニヤソレノイドバルブ４４により連結管４
０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Ｉ
ｓＩ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３
５からの空気量検出信号（負荷検出信号に相当）ｂとに
誠づいて演算を行なって、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。弁停止り装Ｍ３１のソレノイドバルブ６３は上記
弁停督ト信号ｊを受けて作動し、作動ロッド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ｉ３１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。したがって、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。したがって、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７
８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。したがって、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を通っ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、上記弁停止信号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っている。

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って吸気通路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Ｆ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
ッド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とタイミングパル
プ２４とが設けられた吸気通路２１に、バイパス通路８
１が接続されており、このバイパス通路８１にシャッタ
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６３によりシャッタバルブ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図のシャッタバルブ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、シャッタバ
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
領域外はミラーサイクルとなって、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Ｆ装置を示す縦断
正面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿った断面図、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実流側を示す概略構成図である。 る。 １１・・・エンジン、１２ａ、１２ｂ・・・吸気弁、２
１・・・吸気通路、２４・・・タイミングバルブ、２６
・・・移行手段、３１，６３，６４，８１．８２・・・
吸気導入装置、３５．７３・・・負荷検出手段、７２・
・・回転数検出手段。 第６図 第８図 第９図 會 ８１　　　　　介 二）２１

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って、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って吸気
   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。