JPH0213133B2 - - 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１
０図に示す。

第１０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１０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
も低くなつている。

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
に燃焼性が低下する欠点がある。

（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、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、本発明にあつては次
のような構成としてある。すなわち、 下死点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、 前記タイミングバルブの開弁期間を移行させる
移行手段と、 アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段
と、 前記アクセル開度開度検出からの出力を受け、
前記移行手段を制御して前記吸気弁の開弁期間内
において前記タイミングバルブの開弁期間を変化
させることにより、アクセル開度に対応して吸気
充填量を調整する制御手段と、 前記タイミングバルブをバイパスして該タイミ
ングバルブ上流の吸気通路と燃焼室とを連通させ
る連通路と、 前記連通路に配設され、エンジン冷機時には吸
気行程の全期間に渡つて開かれる開閉弁と、 を備えた構成としてある。

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が設けられている。これ
ら各弁１２ａ，１２ｂ，１３は、単一のカム軸１
４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、ロータリバブルからなるタイ
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は、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図を示すように、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１
７ｂ１とバルブ側アーム体１７ｂ２とが、矢印６
７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、エンジンの冷却水温度センサ（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３３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
行される。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、温度信号ｄ
を受けて、この信号ｄのレベルが所定値以上のと
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、、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。

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、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、この発明では、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１２
ｂ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２
１ｂ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。こ
こで、上記第２分岐通路２１ｂを開閉する第２吸
気弁１２ｂ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。このよう
に、本実施例では、分岐通路２１ａが連通路を構
成し、吸気弁１２ｂが開閉弁を構成することにな
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、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２
１ａ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、高回転用の第２吸気弁１２
ｂ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、連通路としてのバイパス通路８１が接続
されており、このバイパス通路８１に開閉弁とし
てのシヤツタバルブ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によりシヤ
ツタバルブ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、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
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。

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
のワツクスペレツトを用いて、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にシヤツタバルブ
８２が設けられる、このシヤツタバルブ８２は公
知のワツクスペレツト８５の作動ロツド８６に連
結されており、このワツクスペレツト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、上記ワツクスペレツト８５の膨
張によつて、シヤツタバルブ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、上記ワツクスペレツト８５の収縮によつて、
シヤツタバルブ８２がバイパス通路８１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つ
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
ヤツタバルブ８２と、バイパス通路８１と、ワツ
クスペレツト８５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つて、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
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Ｖ
−Ｖ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、第９図は第３
実施例を示す概略構成図、第１０図はエンジン温
度を示す特性図である。 １１：エンジン、１２ａ：吸気弁、１２ｂ：吸
気弁（開閉弁）、２１：吸気通路、２１ｂ：分岐
吸気通路（連通路）、２４：タイミングバブル、
２６：移行手段、７１：制御回路、７３：アクセ
ルポジシヨンセンサ、７４：冷却水温度センサ、
８１：バイパス通路（連通路）、８２：シヤツタ
バルブ（開閉弁）、８５：ワツクスペレツト（冷
却水温度検出）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下死点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、 前記タイミングバルブの開弁期間を移行させる
   移行手段と、 アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段
   と、 前記アクセル開度開度検出からの出力を受け、
   前記移行手段を制御して前記吸気弁の開弁期間内
   において前記タイミングバルブの開弁期間を変化
   させることにより、アクセル開度に対応して吸気
   充填量を調整する制御手段と、 前記タイミングバルブをバイパスして該タイミ
   ングバルブ上流の吸気通路と燃焼室とを連通させ
   る連通路と、 前記連通路に配設され、エンジン冷機時には吸
   気行程の全期間に渡つて開かれる開閉弁と、 を備えていることを特徴とするエンジンの吸気制
   御装置。