JPS61106920A - 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エンジン冷機時に
燃焼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
ングノくルブを設けて、吸気通路をピストンの下死点手
前の時点でに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マ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１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、上記したように吸
気行程の末期で断熱膨張することから、圧縮気の温度上
昇が抑制される。この様子を第１０図に示す。

第１θ図は圧縮気の最高温度を実測した結果を示すもの
で、この図において、タイミングバルブが横軸に示す下
死点ＢＤＣよりも手前の時期に閉じられる場合が、ミラ
ーサイクルに相当し、下死点ＢＤＣよりも遅れた時期に
閉じられる場合がオツトーサイクルに相当する。この第
１θ図から明らかなように、ミラーサイクルにおける圧
縮気の最高温度は、オツトーサイクルにおけるそれより
も低くなっている。

このように、ミラーサイクルにおいては圧縮気の温度が
低くなることから、特にエンジン冷機時ｊ・ｊｌ　、３
や１□カ、ａ−ｙｔａヶやヵ、あ、。

（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、エンジン冷機時には、オツトーサイクルに切り換
えることにより、圧縮気の温度を上昇させて、燃焼性を
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、エンジンの温
度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の出力
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、エンジン冷機時に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。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そ吸気を燃焼室へ導
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って説明する。

１１ 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。これら各弁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。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〃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２
４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。上記タイミングパルプ２４は、祷述する移
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の繕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、エン
ジン冷機時と高負荷高回転時とを除いては、この弁停止
Ｆ、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ｋＩｍ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
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。

上記弁停止ヒ装置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３学影のバルブ側ア
ーム体１７ｂ２とから構成されており、両アーム体１７
ｂｌ　、１７ｂ２は、それぞれ別個にロッカーシャフト
５１に回動自在に装着されている。第４図に示すように
、上記弁停止ト装置３１は上記カム側アーム体１７ｂｌ
に装着されていて、軸孔５２に挿入されたプランジャ５
３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、１記ストツププレート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
１７ｂｌ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。したがって、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９３１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
６１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
が弁停止ト装Ｍ３１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ナ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、アクセルポジションセンサ７３からの
アクセルポジション信号Ｃと、エンジンのｈ却水温度セ
ンサ（温度検出手段に相当）７４からの温度信号ｄとを
入力とし、燃料噴射ノズル３３へ噴射酸制御信号ｇを、
補助スロットルバルブ３６ヘバルフ開度信号りを、移行
手段２６のリニヤソレノイドバルブ４４へ開弁期間制御
信号ｉを、弁停ｆヒ装置３１を駆動するソレノイドバル
ブ６３へ弁停止ヒ信号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、アクセルポジション信号Ｃ５および温度信号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と空気量検出信号すとに基づいて演
算を行なっ）・・′□；　７、ＩＥい□お１−ッ３およ
ケア３，９ツ□□４□９ｈを出力し、燃料噴射ノズル３
３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ョン信号Ｃ
に基づいて演算を行なって、Ｌ記開弁期間制御信号ｉを
出力し、移行手段２６のリニャソし・メイドバルブ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ョン信号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図のり
ニヤソレノイドバルブ４４により連結管４０を右方向７
６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になり、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、温度信号ｄを受けて
、この信号ｄのレベルが所定値具」二のとき、□すなわ
ち、エンジンが暖機状態にあるとき、第１図の弁停止に
信号ｊを出力する。また、この実施例では、制御回路７
１は、ン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って、エ
ンジン温度とは無関係に、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。

」−記弁停正装置３１のソレノイドバルブ６３は上記弁
停止に信号ｊを受けて作動し、作動ロッド６４を矢印６
５方向へ進出させることにより、前述のように弁停止に
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、このミラーサイクルでは、前述のように、吸
気行程の末期で断熱膨張することから、圧縮気の温度上
昇が抑制される結果、特にエンジン冷機時に燃焼性が低
下する。

そこで、この発明でｔ４、上記温度信号ｄのレベルが所
定値以下のとき、すなわち、エンジンが冷機状前にある
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、ただちに弁停止ト装置３１が不作動に
なって、第２吸気弁１２ｂが作動し、第１分岐通路２１
ａ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
すべてにわたって、吸気が燃焼室内へ導入される。ここ
で、上記第２分岐通路２１ｂを開閉する第２吸気弁１２
ｂは、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、下死点まで燃焼室へ導入され続けるの
で、燃焼室内での断熱膨張がないオツトーサイクルとな
り、第１０図で説明したように、圧縮気の温度が上昇す
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、エンジン温度とは無関係に、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２
４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〒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、弁停止ト装置３１を不作
動にし、高回転用の第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も、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て
、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
１２ｂと、弁停止装置３１と、この弁停止６ １１−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。エンジンが暖機状態のと
き、または高負荷高回転でないときは、上記ソレノイド
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、エンジンが冷機状態のとき、ま
たは高負荷高回転のときは、シャッタバルブ８２を開弁
状態にして、吸気を吸気通路２１のほかに／ヘイ２フ通
路８１からも燃焼室へ導入し、オツトーサイクルとして
、圧縮機の温度上昇および出力の増大を実現する。

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。

第９図は、この発明の第３実施例を示すもので、上記第
１および第２実施例における制御回路７１（第１図およ
び第８図参照）の代りに、公知のワックスペレットを用
いて、エンジンの冷機時にオツトーサイクルへの切り換
えを行なう。

第９図において、やはり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とを設けた吸気通
路２１に、バイパス通路８１が接続され、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。この
シャッタバルブ８２は公知のワックスペレット８５の作
動ロッド８６に連結されており、このワックスペレット
８５にエンジン冷却水８７を導入して、エンジン冷却水
の温度が高いときは、上記ワックスペレット８５の膨張
によって、シャッタバルブ８２がバイパス通路８１を閉
塞し、エンジン冷却水の温度が低いときは、上記ワック
スペレット８５の収縮によつ（、−Ｃ，、ヤッタ７２７
．ブ、２カ＜７、イ２幻通路、□を開放するように設定
している。

これによれば、エンジンが冷機状態にあるとき、バイパ
ス通路８１が開放されて、吸気が吸気通路２１のほかに
、バイパス通路８１からも燃焼室へ導入されるので、オ
ツトーサイクルとなって、圧縮気の温度が上昇する。

この第３実施例では、バイパス通路８１と、シャッタバ
ルブ８２と、バイパス通路８１と、ワックスペレット８
５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、エンジン暖機
時に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、エンジン冷機時には、オツトーサイクルに切り
換えられることにより、圧縮気の温度が上昇し、燃焼性
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　　１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図はこの発明の第２実施例を示す概略構成図
、第９図は第３実施例を示す概略構成図、第１θ図はエ
ンジン温度を示す特性図である。 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、３１，６３，６４，８１，８２．８５
・・・吸気導入装置、７４・・・温度検出手段。

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、エンジンの温度を検
   出する温度検出手段と、この温度検出手段の出力を受け
   、エンジン冷機時に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
   置とを設けたことを特徴とするエンジンの吸気制御装置
   。