JPH01182525A - エンジンのバルブタイミング制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は２吸気ボ一ト式４気筒エンジンのバルブタイミ
ング制御装置に関するものであって、とくに、エンジン
の運転状態に応じて吸気弁の開閉時期を変えることによ
り強力な共鳴効果を得られるようにしたものに関する。

［従来技術］ 多気筒エンジンにおいて、吸気系の共鳴効果を利用して
充填効率の向上を図ったものはよく知られている。

ここにおいて、共鳴効果とは、各気筒に接続された分岐
吸気通路を上流側で１つの共通吸気通路に集合させ、こ
の共通吸気通路の所定の位置に、例えば容積部などの圧
力反転部を設け、各気筒の吸気弁が開弁されたときに発
生する圧力波（負圧波）を、該気筒と上記圧力反転部と
の間で往復伝播させ、このようにして生じる複数の圧力
波を共通吸気通路内で共鳴させることによって、大きな
振幅を有する合成波を発生させ、この合成波の最も圧力
が高くなるピーク部分の正圧を、吸気弁が閉弁される直
前に各気筒に到達させるようにして、上記正圧によって
吸気を気筒内に押し込んで充填効率を高めるようにした
ものである。

そして、例えば６気筒エンジンの点火順序が連続しない
３つの気筒を１つの気筒群とした場合のように、各気筒
の吸気弁の開弁期間がほとんどオーバラップしないもの
では、第１１図に吸気ポートの直上流の圧力変動を示す
ように、吸気ポート近傍に発生した負圧波が吸気系統の
上流部に設けられた圧力反転部で正圧波に反転して再び
吸気ポートに戻されて形成される反転波り、の圧力のピ
ークを、曲線り、で示すような吸気負圧の最も圧力の高
い時期に一致させることができるので、曲線Ｄ３で示す
ような大きな振幅を有する合成波が得られる。これに対
して、例えば、特開昭６２−１０４６６号公報に示され
た如き普通の４気筒エンジンのように、各気筒の吸気弁
の開弁期間がかなり長い期間オーバラップするようなエ
ンジンでは、第１２図に示すように、反転波Ｄ４あるい
は吸気負圧Ｄ５が、気筒間で圧力干渉を起こすので、曲
ｉＤ６で示すような振幅の小さい合成波しか得られない
といった問題があり、４気筒エンジンでは、共鳴効果に
よる圧力波過給を行なったとしても、充填効率の増加は
極めて小さく、共鳴効果を利用して充填効率を高めるこ
とは実際上期待できないといった問題があった。

一方、各気筒に吸気ポートを２つづつ設けた２吸気ボ一
ト式エンジンは一般に知られており、このような２吸気
ボ一ト式エンジンは吸気量を十分に確保できるので、普
通の１吸気ボ一ト式エンジンより吸気弁の開弁期間を短
くすることが可能となる。したがって、２吸気ボ一ト式
エンジンでは、−見、単純に吸気弁の開弁期間を短縮す
ることによって各気筒間の吸気弁の開弁期間のオーバラ
ップを減少させ、共鳴効果を高めることができるように
も見えるが、２つの吸気弁の開閉時期の組み合わせ、あ
るいはエンジンの運転状態によって、共鳴効果あるいは
吸気状態は複雑に変化するので、単に２つの吸気弁の開
弁期間を短くするだけでは、最良の共鳴効果が得られず
、またその他の吸気状態の向上が十分に図られないとい
った問題があった。

［発明の目的］ 本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、２吸気ボ一ト式４気筒エンジンにおいて、高い共鳴
効果が得られ、充填効率を高めることができるとともに
、エンジンの運転状態に応じて、その他の吸気状態の向
上を図ることができる４気筒エンジンを提供することを
目的とする。

［発明の構成］ 本発明は上記の目的を達するため、各気筒に、第１吸気
弁によって開閉される第１吸気ポートと、第２吸気弁に
よって開閉される第２吸気ポートとを設けた４気筒エン
ジンにおいて、第２吸気弁を所定のタイミングにおいて
、ほぼクランク角１８０°の開弁期間で開閉させるとと
もに、第１吸気弁を所定のタイミングにおいて、第２吸
気弁より長い開弁期間で開閉させる吸気弁開閉手段と、
第１吸気弁と第２吸気弁の少なくとも一方の開閉タイミ
ングを変更する吸気弁開閉時期変更手段と、エンジンの
回転速度を検出するエンジン速度検出手段とを設け、上
記エンジン速度検出手段によって検出されるエンジンの
回転速度が所定値以下の場合には、第１吸気弁の開弁タ
イミングと第２吸気弁の開弁タイミングとをほぼ一致さ
せる一方、エンジン速度検出手段によって検出されるエ
ンジンの回転速度が所定値を超える場合には、第１吸気
弁の閉弁タイミングと第２吸気弁の閉弁タイミングとを
ほぼ一致させるように吸気弁開閉時期変更手段を制御す
る吸気弁開閉時期制御手段を設けたことを特徴とするエ
ンジンのバルブタイミング制御装置を提供する。

［発明の効果］ 本発明によれば、４気筒エンジンにおいて、各気筒の第
２吸気弁の開弁期間をほぼクランク角１８０°に設定し
ているので、各気筒の第２吸気弁の開弁期間は互いにほ
とんどオーバラップしない（クランク角７２０＠内に４
つの吸気弁が開かれるので、各吸気弁の開弁期間が７２
０／４＝１８０°以下であれば、吸気弁の開弁期間がオ
ーバラップしない）。したがって、各気筒の第２吸気ポ
ートにおける圧力干渉の発生を防止することかできるの
で、共鳴効果によって発生する圧力波の合成波の振幅を
大きくすることができる。このため、圧力反転部と吸気
ポートとの間の吸気系統の経路長を適当な長さに設定す
れば、各気筒の第２吸気弁の開弁時と閉弁時とには、各
気筒に大きな振幅を有する合成波の圧力ピーク（正圧）
が到達する。

そして、低速時においては、吸気弁開閉時期制御手段に
よって第１吸気弁の開弁時期と第２吸気弁の開弁時期と
が一致させられる。一方、吸気行程上死点近傍において
は、第１．第２吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間と
が若干オーバラップするので、このような吸・排気弁の
開弁期間のオーバラップ時に、上記共鳴効果によって生
じた合成波の圧力ピーク部の正圧によって、気筒内の燃
焼ガスの掃気が強力に行なわれ、燃焼室内の温度の過上
昇が防止されるので、耐ノツキング性能の向上を図るこ
とができる。

一方、高速時においては、吸気弁開閉時期制御手段によ
って第１吸気弁の閉弁時期と第２吸気弁の閉弁時期が一
致させられるので、合成波の圧力ピークの正圧が気筒に
到達した直後に第１．第２°吸気弁が閉じられ、上記圧
力ピークの正圧が気筒内に閉じ込められるので、充填効
率を有効に高めることができ、高速時のエンジン出力の
向上を図ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

く第１実施例〉 第１図１こ示すように、第１〜第４気筒＃１〜＃４を設
けた、２吸気ボ一ト式４気筒エンジンＣＥは、例えば第
１気筒＃１を例にとれば、第１．第２吸気弁１．２が開
かれたときに、夫々、第１．第２吸気ポート３．４を介
して第１．第２分岐吸気通路５．６から燃焼室７内に吸
気（混合気）を吸入し、この吸気（混合気）をピストン
（図示せず）で圧縮して点火プラグ（図示せず）で着火
・燃焼させ、燃焼ガスを排気弁８が開かれたときに排気
ポート９を介して分岐排気通路１１に排出するといった
、一連の行程が連続的に繰り返されるような基本構成と
なっている。そして、説明を省略するが、第２〜第４気
筒＃２〜＃４についても第１気筒＃１と同様の構成とな
っており、第１気筒＃１の各部材に対応する第２〜第４
気筒＃２〜＃４の各部材には、夫々第１気筒＃ｌと同一
の番号を付している。

そして、第１〜第４気筒＃ｌ〜＃４の燃焼室７゜７．７
．７に吸気を供給するために共通吸気通路１３が設けら
れ、この共通吸気通路１３には、上流から順に、吸気中
の浮遊塵を除去する一方、後で説明するように所定の低
速時には圧力波の圧力反転部として作用するエアクリー
ナ１４と、吸気量を検出するエアフローメータ１５と、
アクセルペダル（図示せず）と連動して開閉されるスロ
ットル弁１６とが設けられている。上記共通吸気通路１
３の下流側端部は、吸気の脈動を打ち消して吸気供給量
を安定化するサージタンク１７に接続されている。

上記サージタンク１７には、夫々第１〜第４気筒＃１〜
＃４に吸気を供給するための独立吸気通路１８．・・・
、１８が接続されており、これらの独立吸気通路１８．
・・・、１Ｂの下流側端部は、夫々、第゛１．第２分岐
吸気通路５，６．・・・、５．６に接続されている。

そして、後で説明するように、所定の高速時において、
第１〜第４気筒＃１〜＃４の第２吸気ポート４近傍に発
生する負圧波の圧力反転部として作用する容積部２１が
設けられている。この容積部２１は、容積部接続通路２
０を介して、エアフローメータ１５下流かつスロットル
弁１６上流となる所定の位置において共通吸気通路１３
に接続されている。そして、各気筒＃ｌ〜＃４の第２吸
気ポート４と容積部２１との間の吸気系統の長さは、所
定の高速時において各気筒＃ｌ〜＃４の第２吸気弁２．
・・・、２が開かれたときに、第２吸気ポート４．・・
・、４近傍に発生する負圧波、あるいは該負圧波が容積
部２１で圧力が反転して反射されて生じる正圧波が共鳴
して生じる合成波の圧力ピークが上記第２吸気弁２が閉
じられる直前に第２吸気ポート４に到達するような長さ
に設定されている。また、容積部接続通路２０には、こ
れを開閉する開閉弁２２が介設され、該開閉弁２２はマ
イクロコンピュータで構成されるコントロールユニット
２３からの信号を受けて、所定の高速時には開かれるよ
うになっている。なお、コントロールユニット２３は本
願特許請求の範囲に記載された吸気弁開閉時期制御手段
を含むエンジンＣＥの総合制御装置である。

ところで、上記第１．第２吸気弁１．２と排気弁８とを
所定のタイミングで開閉するとともに、回転数センサ２
４（エンジン速度検出手段）によって検出されるエンジ
ンＣＥの回転速度が所定値を超えるか否かに応じて、第
２吸気弁２の開閉タイミングを変更する動弁機構２５が
設けられているが、この動弁機構２５は普通のものであ
るのでその詳しい説明は省略する。なお、この動弁機構
２５は、本願特許請求の範囲に記載された吸気弁開閉手
段と吸気弁開閉時期変更手段とを含む。

以下、上記構成における作用について説明する。

第２図に示すように、エンジン回転数が所定値Ｎｏ以下
となる領域Ａで示すような低速域では、開閉弁２２が閉
じられる一方、第２吸気弁２の開弁タイミングが、第３
図中の曲線Ｇ３で示すように、曲線Ｇ、で示す第１吸気
弁１の開弁タイミングと一致するように設定される。こ
のとき、容積部２１は開閉弁２２によって共通吸気通路
１３とは遮断されるので、エアクリーナ１４が共鳴効果
の圧力反転部となる。そして、前記したように、各気筒
＃１〜＃４の第２吸気ポート４と圧力反転部（エアクリ
ーナ１４）の間の吸気系統の経路長は、上記低速時にお
いて、第２吸気弁２開弁時と閉弁時とに第１．第２吸気
ポート３．４に合成波のピークが到達するように設定さ
れているので、共鳴効果による合成波は曲線Ｇ４のよう
になる。

そして、このように、第２吸気弁２の開弁時期を第１吸
気弁ｌの開弁時期と一致させたときには、第３図に示す
ように、第２吸気ポート４近傍に発生する負圧波と該負
圧波がエアクリーナ１４で圧力が反転して発生する正圧
波とによって生じる共鳴効果によって、第１．第２吸気
ポート３．４近傍の吸気圧は曲線Ｇ４のように変動する
。このとき、排気弁８は吸気行程上死点（ＴＤＣ）のや
や後まで開かれているので、吸気行程上死点近傍では、
ほぼ同時に第１吸気弁ｌと第２吸気弁２とが開かれてか
ら、排気弁８が閉じられるまでの期間、第１゜第２吸気
弁１．２の開弁期間と排気弁８の開弁期間とがオーバラ
ップする。そして、この吸・排気オーバラップ期間に第
１．第２吸気ポート３．４近傍の吸気圧は共鳴効果によ
ってかなり高い正圧となっているので、この正圧によっ
て、燃焼室、７内に残留していた燃焼ガスが分岐排気通
路１１側に掃気される。このため、燃焼室７内の温度の
過上−昇が防止され、耐ノツキング性能が向上する。

一方、第２図に示すように、エンジン回転数が、　Ｎ　
ｏを超える領域Ｂで示すような高速域では開閉弁２２が
開かれる一方、第２吸気弁２の閉弁タイミングが、第４
図中の曲線Ｇ、で示すように、曲線Ｇ、で示す第１吸気
弁ｌの閉弁タイミングと一致するように設定される。こ
のとき、開閉弁２２が開かれて容積部２１が容積部接続
通路２０を介して共通吸気通路１３と連通ずるので、容
積部２１が共鳴効果の圧力反転部となる。そして、前記
したように、各気筒＃１〜＃４の吸気ポート４と容積部
２１との間の吸気系統の経路長は、上記高速時において
、第２吸気弁２開弁時と閉弁時とに第１．第２吸気ポー
ト３．４に合成波のピークが到達するように設定されて
いるので、吸気負圧共鳴効果による合成波は曲線Ｇ７の
ようになる。

このように、第２吸気弁２の閉弁時期を第１吸気弁ｌの
閉弁時期と一致させたときには、第４図に示すように、
共鳴効果によって、第１．第２吸気ポート３．４近傍の
吸気圧は曲線Ｇ７のように変動する。このとき、第１．
第２吸気ポート３．４に共鳴効果による圧力波の圧力ピ
ークが到達した直後、第１吸気弁ｌと第２吸気弁２とが
ほぼ同時に閉じられるので、上記圧力波による正圧が燃
焼室７内に閉じ込められ、充填効率が上昇し、高速時の
出力の向上が図れる。

く第２実施例〉 以下、本発明の第２実施例を説明する。

第５図に示すように、第２実施例では各気筒＃１〜＃４
の第１分岐吸気通路５にシャツタ弁３゜が設けられてい
る（第５図では、第１気筒＃１のみ示す）。該シャツタ
弁３０に対してはアクチュエータ３１が設けられ、該ア
クチュエータ３１はコントロールユニット２３からの信
号を受けて、後で説明するように、低速・低負荷域と中
回転域とではシャツタ弁３０を閉弁し、その他の運転領
域ではシャツタ弁３０を開弁するようになっている。な
お、その他の構成については、第！実施例と全く同一で
あるので、説明を省略するが、適宜第１図を参照する。

以下、第２実施例における開閉弁２１とシャツタ弁３０
の制御方法について説明する。

エンジンＣＥの運転状態が第６図中の領域Ｉで示すよう
な低速・高負荷域（平均有効圧力Ｐｅ＞Ｐｅ１かつエン
ジン回転数Ｎ≦ＮＯにあるときには、開閉弁２２が閉じ
られ、シャツタ弁３ｏが開がれる一方、動弁機構２５に
よって、第２吸気弁２の開弁タイミングが、第７図中の
曲線ｃ３で示すように、曲線Ｃ２で示す第１吸気弁Ｉの
開弁タイミングと一致するように設定される。この場合
の作用は、第１実施例において、エンジンＧＥの運転状
態が第２図中の領域Ａで示す低速域にある場合と同一で
あるので、その説明を省略する。

エンジンＣＥの運転状態が第６図中の領域■で示すよう
な低速・低負荷域（Ｐｅ≦Ｐｅ＋がっＮ≦ＮＯにあると
゛きには、開閉弁２２とシャツタ弁３０とが閉じられる
。このとき、第１分岐吸気通路５はシャツタ弁３０によ
って閉止されるので燃焼室７への吸気の供給は第２分岐
吸気通路６のみを通して行なわれる。そして、第２吸気
弁２が、動弁機構２５によって第８図中の曲線Ｃ４で示
すようなタイミングで開閉される。この場合も、第１実
施例と全く同様に、第２吸気弁２の開弁時と閉弁時とに
共鳴効果による合成波のピークが第２吸気ポート４に到
達するので、吸気行程上死点近傍において、吸・排気オ
ーバラップ時には燃焼室７内の掃気が行なわれ、耐ノツ
キング性能が向上する。

また、第２吸気弁２が吸気行程下死点（ＢＤＣ）の前に
閉じられるので、第２分岐吸気通路６への吸気の吹き返
しが防止され、充填効率が向上する。

なお、この場合、いわゆる吸気弁の半閉じによるボンピ
ング損失低減効果が発生するので、エンジンＣＥの燃費
性能が向上する。

エンジンＣＥの運転状態が第６図中の領域■で示すよう
な中速域（Ｎｌ＜Ｎ≦Ｎ、）にあるときには、開閉弁２
２が開かれ、シャツタ弁３０が閉じられる。このとき、
第１分岐吸気通路５はシャツタ弁３０によって閉止され
るので燃焼室７への吸気の供給は第２分岐吸気通路６の
みを通して行なわれる。そして、第２吸気弁２か、動弁
機構２５によて第９図中の曲線Ｃ６で示すようなタイミ
ングで開閉される。この場合も、第１実施例と全く同様
に、第２吸気弁２の開弁時と閉弁時とに共鳴効果による
合成波のピークが第２吸気ポート４に到達するので、吸
気行程下死点（ＢＤＣ）後、燃焼室７内に吸気が押し込
まれた直後に第２吸気弁２が閉じられるので、充填効率
が高くなり、エンジンＣＥの出力が向上する。なお、こ
の場合、いわゆる吸気弁の遅開けによるボンピング損失
低減効果か発生するので、エンジンＣＥの燃費性能が向
上する。

エンジンＣＥの運転状態か第６図中の領域■で示すよう
な高速域（Ｎ　＞　Ｎ　ｔ）にあるときには、開閉弁２
２とシャツタ弁３０とが開かれる一方、動弁機構２５に
よって、第２吸気弁２の閉弁タイミングが、第１０図中
の曲線Ｃ２で示すように、曲線Ｃ８で示す第１吸気弁１
の閉弁タイミングと一致するように設定される。この場
合の作用は、第１実施例において、エンジンＣＥの運転
状態が第２図中の領域Ｂで示す高速域にある場合と同一
であるので、その説明を省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す２吸気ボ一ト式４気
筒エンジンのシステム構成図である。 第２図は、第１図に示すエンジンにおいて、開閉弁と動
弁機構とが切り換えられる高速域と低速域とを示す図で
ある。 第３図と第４図とは、夫々、低速時と高速時とにおける
、第１．第２吸気弁の開閉タイミングと共鳴効果による
合成波のクランク角に対する特性とを示す図である。 第５図は、本発明の第２実施例を示す２吸気ボ一ト式４
気筒エンジンの第１気筒まわりのシステム構成図である
。 第６図は、第５図に示すエンジンの開閉弁とシャツタ弁
とを切り換えるべき運転領域を示す図である。 第７図〜第１θ図は、夫々第６図に示す領域Ｉ〜領領域
に対応する運転状態における、第１．第２吸気弁の開閉
タイミングを示す図である。 第１１図は、吸気弁の開弁期間のオーバラップがほとん
どない場合の共鳴効果による吸気ポート直前の吸気圧変
動のクランク角に対する特性を示す図である。 第１２図は、吸気弁の開弁期間のオーバラップがある場
合の共鳴効果による吸気ポート直前の吸気圧変動のクラ
ンク角に対する特性を示す図である。 ＣＥ・・・エンジン、＃１〜＃４・・・第１〜第４気筒
、１．２・・・第１．第２吸気弁、３．４・・・第１．
第２吸気ポート、２３・・・コントロールユニット（吸
気弁開閉時期制御手段）、２５・・・動弁機構（吸気弁
開閉手段、吸気弁開閉時期変更手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各気筒に、第１吸気弁によって開閉される第１吸
   気ポートと、第２吸気弁によって開閉される第２吸気ポ
   ートとを設けた４気筒エンジンにおいて、 第２吸気弁を所定のタイミングにおいて、ほぼクランク
   角１８０゜の開弁期間で開閉させるとともに、第１吸気
   弁を所定のタイミングにおいて、第２吸気弁より長い開
   弁期間で開閉させる吸気弁開閉手段と、第１吸気弁と第
   ２吸気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを変更する
   吸気弁開閉時期変更手段と、エンジンの回転速度を検出
   するエンジン速度検出手段とを設け、上記エンジン速度
   検出手段によって検出されるエンジンの回転速度が所定
   値以下の場合には、第１吸気弁の開弁タイミングと第２
   吸気弁の開弁タイミングとをほぼ一致させる一方、エン
   ジン速度検出手段によって検出されるエンジンの回転速
   度が所定値を超える場合には、第１吸気弁の閉弁タイミ
   ングと第２吸気弁の閉弁タイミングとをほぼ一致させる
   ように吸気弁開閉時期変更手段を制御する吸気弁開閉時
   期制御手段を設けたことを特徴とするエンジンのバルブ
   タイミング制御装置。