JPH03117633A - エンジンの吸・排気装置 - 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） 本発明は、エンジンの吸・排気装置に関し、詳しくは、
エンジン冷機時において排気浄化性能を促進させるため
に行なう排気抵抗の増大化に伴なって発生するところの
燃焼性の悪化を防止する技術に関する。

（従来の技術） エンジンの冷機時には、触媒浄化装置も低温状態となっ
ているために、その浄化性能は低下している。そこで、
冷機時の排気ガス浄化性能を早（通常レベルにまで戻す
ために、例えば、実開昭６０−１９２２４８号のように
、冷機時だけ、排気通路の抵抗を上げて排圧を高める技
術も提案されている。これは、排圧が高まれば、排気ガ
スが断熱圧縮により温度上昇し、ひいては触媒の温度も
上がって、浄化性能が早く回復するからである。

また、排圧を高めれば、排気ガスの触媒内の滞留時間が
長（なることも浄化性能の向上に結び付いているともい
われている。

一方、例えば、６ＰＩ（６ボ一トインダクシ式ン）ロー
クリエンジンのように、エンジンの回転域に応じて吸排
気のタイミングを変更したり、吸気量を変更したりする
エンジンが、全回転域での高出力化の観点から注目され
ている。このような可変ポートタイミングエンジンでは
、例えば下記のような吸気特性を得るものである。

（発明が解決しようとする課題） さて、上記ような吸気特性を変更するための補助ポート
を有したエンジンに対して、前述の実開昭６０−１９２
２４８号のように、冷機時だけ、排気通路の抵抗を上げ
て排圧を高める技術を適用すると、次のような問題が浮
上する。

即ち、補助ポートが閉じる低回転域の運転では、吸排気
のオーバラップ量も少ないために、排気通路抵抗が増大
して高排圧になつっても、それほどグイリュージョンガ
ス率（以下、ＤＧＲと略す）が増加しないために、比較
的安定な運転状態を維持することができる。しかしなが
ら、冷機運転状態が継続している最中に、例えば、回転
が上昇してい（状態にあって、補助ポートが開（運転領
域に至った場合を想定すると、この場合にはＤＧＲがか
なり増大してしまい、燃焼性能が劣化して運転性の悪化
を招（虞れがある。

そこで、本発明は上述の問題点を除去するために提案さ
れたものでその目的は、冷機運転状態入 し、併せて、排気ガス浄化性能の早期向上を両立したエ
ンジンの吸・排気装置を提案するところにある。

また、上述の実開昭６０−１９２２４８号のように、冷
機時だけ、排気通路の抵抗を上げて排圧を高める技術を
二次エア供給機能を有するエンジンシステムに適用する
と、次のような不都合を招く、即ち、二次エアはエンジ
ンの出力の一部により駆動されるポンプから供給される
。このために、二次エアの供給量を増やすことはポンプ
を大容量化する必要がある。ところが、暖機後は二次エ
アの増量は必要無いのにもかかわらず、この大容量のポ
ンプを駆動することはエンジンの出力が太き（ロスする
ことになる。

そこで、本発明はさらにこの問題点をも除去するために
提案されたものでその目的は、冷機時における二次空気
の供給によるエンジン運転の安定性の確保と、エンジン
出力のロスの低減化とを両立させたエンジンの吸・排気
装置を提案するところにある。

（課題を達成するための手段及び作用）上記課題を達成
するための本発明の構成は、第１図に示すように、筒内
への吸気量を高回転域で増大させるための補助吸気ポー
トを備えたエンジンにおいて、前記補助ポートを開閉作
動する作動手段と、冷機時に、排気通路の抵抗を増大さ
せるための抵抗増大手段と、この抵抗増大手段の作動時
に、前記作動手段による、前記吸気補助ポートの開作動
域を高回転側に変更する変更手段とを具備したことを特
徴とする。

また、本発明の他の構成は、冷機時に、排気通路の抵抗
を増大させるための抵抗増大手段を備えたエンジンにお
いて、このエンジンの出力の一部により駆動される供給
手段であって、排気ポートに二次空気を供給するための
二次空気供給手段と、前記抵抗増大手段の非作動時に、
上記二次空気供給の作動を抑制する抑制手段を備えたこ
とを特徴とする。

（実施例） 以下添付図面を参照して、本発明をサイドポート方式６
ＰＩロークリエンジンに適用した場合の実施例と、その
改良例を２つを説明する。

〈実施例〉 第２図は、この実施例のエンジン制御システムの全体を
示す。

図中、１０はエンジン本体である。吸入された空気はエ
アフローメーク１４によりその流量Ｑ。

を計られながら、その流量はスロットルバルブ１９によ
り規制される。スロットルバルブ１９の開度はスロット
ルセンサ２８により検出される。吸気はインジェクタ１
５から噴射された燃料と混合され、燃焼室内に導かれる
。

エンジン１０の水温Ｔｗは不図示の温度センサに測定さ
れ、エンジンコントローラ４０に送られる。この水温Ｔ
１からエンジンが冷機状態にあるか否かが判断される。

エンジン回転数Ｎは出力軸１２に取り付けられた回転数
センサ２９により検出される。インジェクタ１５から噴
射される燃料の総量ＴＥ、即ち噴射パルス幅ＴＥは、 により与えられる。ここで、ｋは定数である。

２３は触媒コンバータである。排気ガスは排気通路２２
を流れ、コンバータ２３を経てマフラ２７に導かれる。

コンバータ２３とマフラ２７の中間位置に設けられた排
気制御バルブ２４は、ＣＰＵ４０の制御により、エンジ
ン水温ＴＷが低いときに閉じ気味になる。即ち、エンジ
ンの冷機時には、バルブ２４が排気ガスの流速が低くな
るように閉じられ、排圧が上昇する。

−６に、エンジン水温が低いときは、燃焼が不安定にな
り、また、コンバータの温度も低いから、浄化性能も低
い。従って、冷機時には、排圧が上昇せられて、断熱圧
縮により排気ガス温度が上昇してコンバータ２３の活性
化が早められる。

エンジンが冷機状態を脱すると、排気ガスの温度は上昇
し、触媒も活性化しているので、バルブ２４は全開とな
る。

このロークリエンジンは６ボ一ト吸気方式を採用してい
る。即ち、１０−タ当り、３つの吸気ポートを有する。

第２図においては、図示の都合上、３つの吸気ポートの
うち、セカンダリメイン吸気ポート２０ｂ（以下、ＳＭ
ポートと略す）とセカンダリアゲシリアリポート（ＳＡ
ポート）２０ａとが図示されている。

第３図は６ＰＩシステムを説明する。第３図のロークリ
エンジンは２０−タエンジンである。この６ＰＩエンジ
ンは、１０−タ当りに、プライマリポート（以下、ＰＲ
ポートと略す）２０Ｃと、前記ＳＭポート２０ｂと、Ｓ
Ａポート２０ａの３つのポートがある。各ポートからの
空気の供給は、エンジンの運転状態によって変更される
。ＰＲポート２０ｃからは全回転／全負荷域で空気が供
給される。ＳＭポートからの空気は中高速／中高負荷域
で供給される。ＳＡポートからは、高回転／高負荷域で
空気が供給される。

ＳＡポートの中には、第３図、第４図に示すように、円
筒状の補助ポートバルブ（以下、ＳＡバルブと略す）が
挿入されている。このＳＡバルブは、所定の運転状態に
至ると、駆動シャフト３１を介してアクチュエータ２５
により回転駆動される。ＳＡバルブ２６には開口３２が
あり、このバルブの回転により、開口３２とＳＡポート
２０ａとが一致すると、吸気通路が連通ずるようになっ
ている。バルブ２６を駆動するアクチュエータ２５は、
コントローラ４０により制御され、運転状態が第６図に
示すような切り替えラインに至ると開閉が切り替えられ
る。

さて、上述したように、冷機時には排気制御バルブ２４
が閉じて排圧が上昇する。冷機状態の最中にエンジンが
低負荷／低回転状態から比較的高回転／高負荷状態に移
行してい（場合を考えてみると、補助ポートが閉じる低
回転域の運転では、吸排気のオーバラップ量も少ないた
めに、排気バルブ２４が閉じて高排圧になっっても、そ
れほどダイリューションガス率（以下、ＤＧＲと略す）
が増加しないために、比較的安定な運転状態を維持する
ことができる。しかしながら、回転が上昇していき、補
助ポートが開く運転領域に至った場合に、排圧の上昇を
考慮しないで、そのままＳＡポートを開（と、ＤＧＲが
がなり増大してしまい、燃焼性が劣化する。そこで、第
６Ａ図のように、切り替えラインを排圧上昇時と低下時
とで２つ用意しておき、排気バルブ２４の開閉制御に応
じて、これらの切り替えラインを使い分けるのである。

この２つの切り替えラインは、低排圧時には切り替えラ
インＬ。が、高排圧時にはＬｌが選ばれる。

冷機時の高排圧用の切り替えラインＬ、は、低排圧用の
切り替えラインＬ０に比して、高回転側に寄っている。

これは、例えば、冷機運転中に、エンジン回転数が上昇
していく場合等に、ＳＡポートの使用時期を高回転側に
シフトさせることによって、吸排気のオーバラップの影
響が問題とならない運転領域に追いやるのである。

第５図は、この実施例に係る制御手順のフローチャート
を示す。ステップＳ２で、エンジンが冷機状態にあるか
否かを調べるためにエンジン水、思Ｔｗがｔ。。Ｃ未満
か否かを調べる。この実施例では、 Ｔｗ＜ｔ０度に）バルブ２４閉 （ステップＳ４） Ｔｗ≧七〇度中バルブ２４開 （ステップ５１２） としている。

冷機状態にないときは、ステップＳＬ２でバルブ２４を
開き排圧を低くする。そして、ステップＳ１４で、運転
状態をエンジン回転数Ｎと負荷ＴＥとで調べ、運転状態
が第６Ａ図の切り替えラインＬ０を「超えている」かを
判断する。ここで、「超える」とは、第６Ａ図の例では
、切り替えラインの右側にあることを言う。「超え」で
いる場合はステップＳＩＯで補助ポートを開いて、高出
力を得る。また、超えていない場合はステップＳ８で補
助ポートを閉じて、オーバラップの燃焼への影響を抑え
る。

逆に、ステップＳ２で冷機状態にあると判断されれば、
ステップＳ４でバルブ２４を閉じて、排気抵抗を高めて
排気ガス温度を上昇せしめ、コンバータを活性化させる
。ステップＳ６では、エンジンの運転状態が、切り替え
ラインＬ、を超えたか否かを調べる。「超え」でいる場
合はステップＳ１０で補助ポートを開いて、高出力を得
る。また、超えていない場合はステップＳ８で補助ポー
トを閉じて、オーバラップの燃焼への影響を抑える。

このように、切り替えラインを２つ設け、冷機時の高排
圧時には、高回転側に寄った切り替えラインＬ＋を選択
する制御により、具体的には、従来技術に比して、第６
Ａ図のラインＬ０とり、に挾まれた運転領域において燃
焼性が安定する。

次に、２つの切り替えラインＬ。＋Ｌ＋をどのように設
定するかを、′第６Ａ図乃至第７Ｂ図を用いて説明する
。

第６Ａ図は、２つの切り替えラインＬ、、Ｌ。

と共に、エンジン回転数Ｎに対するトルクをプロットし
て図示する。図中、５０．５１はスロットルバルブ１９
が全開状態で、エンジン回転数Ｎが変化してい（ときの
トルク変化を示している。５０はＳＡバルブが閉じてい
る領域を、５１はＳＡバルブが開いている領域を示す。

そこで、先ず、切り替えラインＬ。＋Ｌ＋の出発点がラ
イン５０．５１の交点となるように設定する。これは、
ＳＡバルブの開閉の切り替え時におけるトルク変動が最
も少ない点であるからである。スロットル１９の開度θ
が色々と変わっていくにつれて、切り替えラインがどの
ように設定されるかは、基本的には、第６Ｂ図のように
、ＳＡバルブの開閉状態を変えて得た２つのトルクカー
ブの交点を切換ライン上の各点とすればよいことになる
。尚、第６Ｂ図において、５５はスロットル開度がθ２
であって、ＳＡバルブが閉じているときのトルクカーブ
、５７はスロットル開度が０２で、ＳＡバルブが開いて
いるときのトルクカーブ、又５６はスロットル開度がθ
１　（くθ２）であって、ＳＡバルブが閉じているとき
のトルクカーブ、５８はスロットル開度が０１であって
、ＳＡバルブが開いているときのトルクカーブである。

第７Ａ図、第７Ｂ図は、第６Ｂ図の円Ａ部分、即ち、ス
ロットル開度が０１にあるときの切換ライン近傍のトル
クカーブな更に詳細に示す。第６Ａ図、第６Ｂ図ではＳ
Ａバルブを開いたときと閉じた時のトルクカーブを示し
たが、第７Ａ図、第７Ｂ図では、さらに、排気バルブ２
４を開いたり閉じたりしたときのときのトルクカーブの
変化をも図示している。排気バルブ２４の開閉によって
もトルクが変化するからである。ここで、第７Ａ図に示
したライン５５ｅ６ライン５６への移行は、排気バルブ
を開いた状態、即ち、排圧が低い状態で、ＳＡバルブが
閉から開に変化したときのカーブである。即ち、 ＳＡバルブ：閉　　　ＳＡバルブ：開 であり、切り替えはラインＬ。上のＸ点で行なわれてい
る。また、第７Ｂ図に示したライン５７＝＞ライン５８
への移行は、排気バルブを閉じた状態、即ち、排圧が高
い状態で、ＳＡバルブが閉から開に変化したときのカー
ブである。即ち、であり、切り替えはラインＬ、上のＹ
点で行なわれている。

切り替えラインの設定、例えば、排気バルブ２４を閉じ
たときの切り替えラインを、例えば、第７Ｂ図の点Ｗを
通るラインＬ、に設定することも可能である。しかし、
このラインＬ、＋を切り替えラインとすると、第７Ｂ図
に示したように、ライン５７からライン５８に移行する
時点で△Ｔのトルク変動があり、これは好ましいことで
はない。

即ち、Ｌ８は切り替えラインとしては好ましくないこと
になる。

〈改良例１〉 次に、第２図のエンジンシステムに対して、さらに、運
転性の向上を目上した実施例を第８図に示す。この第８
図のエンジンシステムは、排気弁２４を閉じて排圧を上
げたときに、二次エア量をより増量して、ＤＧＲを下げ
ることにより運転性を確保するものである。

二次エアの供給は、エアフローメータ１４の上流から管
８４を介して空気を引き込み、エアポンプ８０　（ＡＰ
）により、エアコントロールバルブ８１、管８３を介し
て排気マニホルド２２に供給するものである。

エアコントロールバルブ８１には、ａ、ｂの２つの開口
があり、８１ｂは管８３に連通し、８１ａはリリーフ管
８２に連通ずる。このリリーフ管８２の意味するところ
は以下のようである。

即ち、二次エアの供給はエアポンプにより行なっている
ために、二次エアの供給量を増やすことはポンプ８１の
大容量化を前提とする。ところが、暖機後は二次エアの
増量は必要無いのにもかかわらず、この大容量のポンプ
８１を駆動することはエンジンの出力ロスを生む。そこ
で、リリーフ管を通して、空気の一部をポンプ８０の上
流に返すことにより、ポンプ負荷を減らして、上記ロス
を低減するのである。

この改良例では、二次エアを供給すべきか否かの判断は
、エンジン回転数Ｎと共に負圧センサ８５の出力Ｐを調
べることにより行なっている。

第９図は、この改良例の制御手順のフローチャートであ
る。この第９図のフローチャートでは、ＳＡバルブ２６
の制御手順は、第５図の制御手順を援用することとする
。そのために、この第９図のフローチャートには、第５
図のフローチャートのステップＳ４とステップＳ１２か
ら分岐して（る。

第９図のフローチャートにおいて、冷機時に排気バルブ
２４が閉じて、 ブースト圧Ｐ＜　−１００ｍｍＨｇ エンジン回転数Ｎ＜３００Ｏｒｐｍ で′あるような低回転、低負荷のときは、ＤＧＲが大き
くなることはエンジンの燃焼に最も悪影響を及ぼすので
、二次エア量を、最大にするために、ステップＳ２６で
、ポート８１ａを閉じて、８１ｂを開く。

一方、暖機時に排気バルブ２４が開いているときは、排
圧が低いので、上記のステップＳ２６はどには高いＤＧ
Ｒは問題にはならないが、ブースト圧Ｐ＜　−１００＋
ｎｍＨｇ エンジン回転数Ｎ　＜　３０００　ｒｐｍであるような
低回転、低負荷のときは、ＤＧＲが太き（なることはエ
ンジンの燃焼に若干でも影響を及ぼすので、ステップＳ
３４で、ポート８１ａを開き、８１ｂを開いて、二次エ
ア量を減量するようにする。

逆に、 ブースト圧Ｐ＞　−１００ｍｍＨｇ、あるいはエンジン
回転数Ｎ　＞　３００　Ｏｒｐｍであるような高回転、
高負荷低回転のときは、冷機時であろうが暖機時であろ
うが、ＤＧＲ自体は問題とならないので、゛ステップＳ
２８で二次エアの供給をカットするために、８１ａを開
き、８１ｂを閉じる。

このようにして、第９図の制御によれば、二次エアは必
要な分だけ供給するようにし、ポンプの能力が余った場
合は、その余裕分をリリーフ管を通して逆流させて、ポ
ンプの負荷を減らすことができ、それがエンジン負荷を
減らすことにつながる。

〈改良例２〉 次の改良例は、ロークリエンジンに重要なメタリングオ
イル量の供給を安定にする例である。メタリングオイル
はロータリエンジンにおいては、アペックスシール等の
潤滑性を維持するために吸気路内に供給されるオイルで
ある。潤滑性を維持するという観点から、その供給量は
安定していることが望ましい。ところが、第２図実施例
のように、冷機運転中に排気バルブを閉じて排圧を上げ
ることは、吸気路内の圧力を上げることになり、もし、
メタリングオイルの吐出圧が不変であると、吐出量自体
が減少して、エンジンの信頼性が低下する。そこで、こ
の２番目の改良例は、冷機運転中に排気バルブを閉じて
排圧を上げたときは、メタリングオイルの供給量を上げ
るというものである。

第１０図は、その改良例のシステム全体を示す図である
。同図において、メタリングオイルはポンプ９２から供
給され、吐出口９０．９１かた吐出される。第１１図は
その制御手順のフローチャートである。この第１１図の
フローチャートでは、ＳＡバルブ２６の制御手順は、第
５図の制御手順を援用することとする。そのために、こ
の第１１図のフローチャートには、第５図のフローチャ
ートのステップＳ４とステップＳ１２から分岐して（る
。

排気圧が高いときは、ステップＳ４０で、メタリングオ
イル量を１０％増量する。排圧が低いときは、ステップ
Ｓ４２で、メタリングオイルの増量は行なわない。

上記２つの改良例では、ＳＡバルブ２６の開閉の切換点
を高回転側にもっていくという第２図エンジンシステム
に対し、更に、夫々、二次エア量を制御したり、メタリ
ングオイル量を制御するというものであった。このよう
な改良例では、第２図実施例による効果に加えて、更に
、夫々の改良の効果が相乗されるというものである。し
かし、第８図、第１０図の２つの改良例による効果はそ
れ自体で独自なものであり、即ち、これら２つの改良例
の構成は、ＳＡバルブ２６の開閉の切換点を高回転側に
もってい（という制御を前提としなくても、エアポンプ
によるロスの低減、もしくは、メタリングオイルの安定
供給という効果は奏される。

本発明はさらに種々変形が可能である。上述の実施例及
びその改良例では、全てロータリエンジンの例であった
が、本発明はレシプロエンジンにも適用可能である。レ
シプロエンジンでも冷機時、また、排圧上昇時の前述の
問題はロークリエンジンと同じように発生するからであ
る。

また、第１の改良例では、ボンブロスを低減させるため
に、ポンプの出力を入力に戻すことによりポンプ負荷を
減らしていたが、この手法に限られない。例えば、エン
ジンにより駆動されるポンプとこのエンジンとの結合を
解除するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように第１項に示したエンジンの吸・排気
装置によれば、冷機運転中において、抵抗増大手段が作
動して、排気ガス浄化性能の早期向上が図れ、補助ポー
トの開閉動作が切り替わるような運転領域では、その切
り替えポイントが、内部ＥＧＲを低減化させる高回転方
向に移行されるので、この運転領域での良好な運転性が
確保される。

また、第１項に示したエンジンの吸・排気装置によれば
、冷機時の二次空気の増量を保証するための大容量の例
えばエアポンプのような空気供給手段が、その増量が必
要ない例えば暖機後には、エンジンの負荷として作用す
ることはな（なり、効率が上昇する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す図、 第２図は本発明をロータリエンジンに適用した１つの実
施例の全体図、 第３図は６ＰＩロークリエンジンの吸気構造を説明する
図、 第４図は６ＰＩロータリエンジンの補助ポートの動作を
説明する図、 第５図は第２図の制御手順を示すフローチャート、 第６Ａ図、第６Ｂ図、第７Ａ図、第７Ｂ図は第２図実施
例における補助ポートの切り替え制御を説明する図、 第８図は第１改良例のエンジンシステムを示す図、 第９図は第１改良例の制御手順のフローチャート、 第１０図は第２改良例のエンジンシステムを示す図、 第１１図は第２改良例の制御手順のフローチャートであ
る。 図中、 １０・・・ロータリエンジン本体、１１・・・ロータ、
１２・・・出力軸、１３・・・点火プラグ、１５・・・
インジェクタ、１６・・・燃料ポンプ、１９・・・スロ
ットルバルブ、２０ａ・・・セカンダリ補助吸気ポート
（ＳＡポート）、２０ｂ・・・セカンダリメイン吸気ポ
ート（ＳＭポート）、２１・・・吸気管、２２・・・排
気マニホルド、２３・・・触媒コンバータ、２４・・・
排気制御バルブ、２５・・・アクチエエータ、２６・・
・補助吸気ポート制御バルブ（ＳＡバルブ）、２７・・
・マフラ、２８・・・スロットル開度センサ、２９・・
・エンジン回転数センサ、３０・・・吸気マニホルド、
３１・・・ＳＡＶバルブ駆動シャフト、３２・・・開口
、５５内５８・・・トルクカーブ、４０・・・エンジン
コントローラ、８０・・・空気ポンプ、８１・・・制御
バルブ、８２・・・レリーフ管、８３．８４・・・空気
供給管、８５・・・ブースト圧センサ、９０．９１・・
・メタリングオイル吐出口、９２・・・メタリングオイ
ルポンプ、９３・・・オイルポンプ、９４゛・・・オイ
ルパンである。 １Ｎす里人 ’Ｗ−埋： 大啄廉偲 （忙−る）　Ｖ−ｉ・・］−＝ Ｎ１ 第６Ａ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒内への吸気量を高回転域で増大させるための補
   助吸気ポートを備えたエンジンにおいて、前記補助ポー
   トを開閉作動する作動手段と、冷機時に、排気通路の抵
   抗を増大させるための抵抗増大手段と、 この抵抗増大手段の作動時に、前記作動手段による、前
   記吸気補助ポートの開作動域を高回転側に変更する変更
   手段とを具備したことを特徴とするエンジンの吸・排気
   装置。
2. （２）冷機時に、排気通路の抵抗を増大させるための抵
   抗増大手段を備えたエンジンにおいて、このエンジンの
   出力の一部により駆動される供給手段であって、排気ポ
   ートに二次空気を供給するための二次空気供給手段と、 前記抵抗増大手段の非作動時に、上記二次空気供給の作
   動を抑制する抑制手段を備えたことを特徴とするエンジ
   ンの吸・排気装置。