JPH03217612A - 可変バルブタイミングを有したエンジン - 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、可変バルブタイミングを有したエンジンに関
し、特に、自動車等に使用される４サイクルエンジンの
改良に係るものである。

［従来の技術］ 一般に、４サイクルエンジンは、クランク角変化に同明
させて開閉駆動される吸気弁と、排気弁とをシリンダヘ
ッドにそれぞれ備えている。シリンタヘッドには、前記
吸気弁を介してシリンダ内に連通ずる吸気通路を接続し
ておき、その吸気通路を介して混合気がシリンダ内に導
入されるようになっている。

ところが、吸気通路から単に混合気をシリンダ内に導入
するようにしたものでは、混合気の稀薄化に限界がある
ため、燃料経済性を向上させるのか難しい。そのため、
本発明の先行技術として、例えば、特開昭６１−９８９
１２号公報に示されるように、スロットルバルブを迂回
させたバイパス通路の下流端を吸気弁の近傍に開口させ
ておき、一方の通路から濃混合気をシリンダ内に導入し
、他方の通路から稀薄混合気又は空気のみをシリンダ内
に導入して、シリンダ内に層状リーンバーンを形成し、
燃料経済性を向上させるようにしたものもある。

また、排気タービン過給機等の過給機を備えたエンジン
では、過給圧が上昇しすぎるのを防止するだめに、排気
若しくは過給圧のリリーフバルブと、このリリーフバル
ブを作動させるアクチュエタで過給圧を制御するように
している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この種の４サイクルエンジンは、吸気弁
の開閉タイミングかエンジンの負荷に拘りなく常に一定
である上に、吸気弁のみを介して混合気がシリンダ内に
導入されるため、アイドリング時などの軽負荷時には、
混合気の充填効率を上げることができず、シリンダ内の
圧力か高負荷時に比べて大巾に低下する。このため、圧
縮行程におけるシリンダ圧力および温度の上昇が緩慢に
なり、発生熱量および最高圧力が低下して膨脹が緩慢に
なる。その結果、シリンダ内の発生熱量に対する吸気損
失仕事が大きくなってポンプ損失の占める割合が大きく
なり、結果として熱効率が低下するため、軽負荷時の燃
料経済性が悪化することになる。

また、過給機を使用する場合には、リリーフバルブおよ
びアクチュエータ等からなる過給圧制御機構か不可欠な
ものとなるため、部品点数を削減することかできない等
の不具合もある。

本発明は、このような不具合を解消することを１的とし
ている。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成
を採用したものである。

すなわち、本発明にかかる可変バルブタイミンクを有し
たエンジンは、シリンダヘッドに設けられクランク角変
化に同期させて開閉駆動される混合気系吸気弁と、シリ
ンダの側壁に設けたサイドポートと、途中に燃料供給手
段を有し前記混合気系吸気弁を介してシリンダ内に連通
ずる混合気系吸気通路と、前記サイドポートを介してシ
リンダ内に連通ずる空気系吸気通路と、前記サイドポー
トを開閉するとともに負荷変化に対応して開閉タイミン
グが変化し得るように構成した開閉弁とを具備し、前記
開閉弁を前記混合気系吸気弁の閉成後に閉じるように設
定したものであって、エンジンの軽負荷時には、前記開
閉弁が閉じるタイミングを早めるようにしたことを特徴
とする。

なお、過給機付きのエンジンに適用する場合には、軽負
荷時のみならず、過給圧が設定圧を上回った際にも、開
閉弁か閉じるタイミングを早めるようにしてもよい。

［作用］ このような構成によれば、エンジンが高負荷側にある場
合、所定のクランク角に達した時点で混合気系吸気弁と
開閉弁が開くと、混合気系吸気通路から混合気がシリン
ダ内に導入され、空気系吸気通路からは空気のみかシリ
ンダ内に導入される。

一定期間混合気をシリンダ内に導入した後、前記混合気
系吸気弁が閉じられる。その際にも、空気系吸気通路か
らは空気のみがシリンダ内に導入され続け、しかる後、
開閉弁が閉じられる。このため、空気の充填量が高めら
れるとともに、スバクプラグか配置されるシリンダ内の
頂部付近にはリッチよりの混合気層を形成することがで
き、その外側にはリーンよりの混合気層を形成すること
ができる。したがって、着火性を良くすることができる
とともに、シリンダ内の混合気は全体として層状リーン
バーンにすることが可能となる。

一方、エンジンの軽負荷時に前記開閉弁の閉じるタイミ
ングを早めれば、吸気期間が短縮されることになるが、
この吸気行程においては、前記のように双方の吸気通路
から混合気と空気とがシリンダ内にそれぞれ導入される
ため、燃料と空気の充填量は必要量確保される。前記混
合気系吸気弁と開閉弁を、ピストンが下死点に達する前
に順次閉じるようにすれば、混合気を導入した後もシリ
ンダ容積が一時的に増加するため、空気系吸気通路から
は空気が効率的にシリンダ内に導入でき、空気の充填量
が増加する。その結果、軽負荷時におけるシリンダ圧力
を有効に高めることが可能になるとともに、ポンプ損失
が低減し易くなる。

また、過給機を備えたエンジンの場合、過給圧が設定圧
を上回った際にも軽負荷時のように開閉弁を吸気行程の
途中で閉じると、シリンダ容積の増加によってシリンダ
圧力が一旦低下するため、実圧縮比を下げることができ
、シリンダ内の最大圧力を抑えることが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照して説
明する。

第１図に概略的に示したエンジンは、シリンダヘッド１
に設けた混合気系吸気弁２および排気弁３と、シリンダ
４の側壁４ａに設けたサイドポト５と、混合気系吸気通
路６と、空気系吸気通路７と、開閉弁たるロータリバル
ブ８とを備えた４サイクルエンジンである。サイドポー
ト５は、ピストン９の上死点付近に設けてあり、前記ロ
ータリバルブ８によって開閉されるようになっている。

混合気系吸気通路６は、前記混合気系吸気弁２を介して
シリンダ４内に連通しており、途中に燃料供給手段たる
気化器１０を有している。空気系吸気通路７は、前記サ
イドポート５を介してシリンダ４内に連通させてあり、
その入口は前記気化器１０の上流に接続してある。そし
て、気化器１０内のスロットルバルブ１１と空気系吸気
通路７の入口付近に設けた空気制御弁１２とが連動する
ように、これらをリンク機構１３を介して連結してある
。ロータリバルブ８は、前記サイドポート５の近傍に位
置させてピストン９の進退方向と直交する方向に設けて
あるとともに、内部に前記サイドポート５と空気系吸気
通路７とを連通させる連通孔８ａを有している。このロ
ータリバルブ８の端部には、図示しないサーボモー夕を
設けてあり、そのサーボモータの回転軸の先端にタイミ
ングスブロケット（図示せず）を装着してある。しかし
て、このロータリバルブ８は、図示しないクランクシャ
フトの２分の１回転の速度で回転駆動されるようになっ
ている。

また、前記混合気系吸気弁２を第２図および第３図に示
すように、クランク角変化に同期させて開閉駆動する一
方、前記ロータリバルブ８の開閉タイミングをエンジン
の負荷変化に対応させて変化させるようにしている。エ
ンジンが通常の運転時（高負荷時）である場合は、混合
気系吸気弁Ｉ・ｖ２を、通常のものと同様にピストン９
が上死点ＴＤＣに達する直前に開き始め、混合気系吸気
通路６から混合気の導入を開始する。ピストン９が上死
点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに向かう途中で前記口タリバ
ルブＲ・■８を開き始めて、空気系吸気通路７から空気
をシリンダ４内に導入する。一定期間混合気系吸気通路
６から混合気をシリンダ４内に導入した後、ピストン９
が下死点ＢＤＣに達する前に前記混合気系吸気弁Ｉ・ｖ
２を閉じる。一定期間空気系吸気通路７からシリンダ４
内に空気を導入し、ピストン９が下死点ＢＤＣを過ぎて
圧縮行程に入ってから前記ロータリバルブＲ・■８を閉
じ、ピストン９が上死点ＴＤＣに達する直前にスパーク
プラグ（図示せず）により混合気に点火するようにして
いる。

一方、エンジンがアイドリングなどの軽負荷時にある場
合は、第３図に示すように、前記ロータリバルブＲ・■
８の開閉タイミングを早めるようにしている。ロータリ
バルブＲ・■８の開閉タイミングを変化させる手法とし
ては、吸気圧の変化に応じて前記サーボモータに駆動電
圧を印加し、その回転軸を若干回転させることにより、
クランクシャフトとロ−タリバルブＲ・■８の回転速度
を相対的に徐々に変化させるようにしている。この軽負
荷時には、混合気系吸気弁Ｉ・■２と同時にロータリバ
ルブＲ・ｖ８を開弁させ、混合気系吸気弁Ｉ・■２か閉
じた後で、ピストン９が下死点ＢＤＣに達する前にロー
タリバルブＲ・■８を閉じて、圧縮行程に移行する。

このような構成によると、エンジンの高負荷時には、先
ず混合気系吸気弁２が開いて混合気がシリンダ４内に頂
部側から導入され、次いでロ−タリバルブ８が開いて空
気がシリンダ４内に下部側から導入される。このように
して、一定期間混合気と空気がシリンダ４内に導入され
た後、前記混合気系吸気弁２とロークリバルブ８が相次
いで閉じられる。その結果、スパークプラグが配置され
るシリンタ４内の頂部付近では、リッチよりの混合気層
が形成され、その周辺ではリーンよりの混合気層が形成
され、シリンダ４内の混合気全体としては層状リーンバ
ーンが形成されることになる。

ピストン９が下死点ＢＤＣを通過して圧縮行程に移行す
ると、第４図のＰ−ｖ線図で示すように、シノンダ容積
Ｖの減少や混合気の断熱圧縮によってシリンダ圧力Ｐが
上昇する。圧縮行程の終了付近で混合気に着火されると
、急激な膨脹によってシリンダ圧力Ｐが上昇し、ピスト
ン９が押し下げられる。これにより、シリンダ容積Ｖが
増加するとともに、シリンダ圧力Ｐが低下し、ピストン
９が下死点ＢＤＣに達する付近で排気弁３が開弁じて排
気行程に移行する。

一方、エンジンの軽負荷時には、混合気系吸気弁２とロ
ータリバルブ８が同時に開弁し、前記のように混合気と
空気とか各別にシリンダ４内に導入される。一定期間混
合気と空気がシリンダ４内に導入された後、混合気系吸
気弁２とロ−タリバルブ８が、ピストン９が下死点ＢＤ
Ｃに達する前に相次いで閉じられる。その際にも、シリ
ンダ４内には、混合気の層状リ−ンバーンが形成される
ことになる。また、第５図のＰ−Ｖ線図で示すように、
混合気系吸気弁２か閉じられた後もシリンダ容積Ｖが増
加するため、空気系吸気通路７からはシリンダ４内に空
気が充填され、シリンダ圧力Ｐが比較的高い値に維持さ
れる。ロータリバルブ８が閉じられた後は、シリンダ容
積Ｖの増加によってシリンダ圧力Ｐが一時的に低下し、
その後圧縮行程に移行する。圧縮行程に移行すると、シ
リンダ容積Ｖの減少や混合気の断熱圧縮によってシリン
ダ圧力Ｐが急速に−ト昇し、その圧力は混合気の急激な
燃焼によって最大となる。これによりピストン９が押し
下げられてシリンダ容積Ｖが増加するとともに、シリン
ダ圧力Ｐが低下し、ピストン９か下死点ＢＤＣに達する
付近で排気弁３が開弁じて排気行程に移行する。

したがって、このような構成によれば、双方の吸気通路
６、７から混合気および空気がシリンダ４内に導入でき
るので、その充填効率を有効に高めることができるとと
もに、シリンダ４内に混合気の層状リーンバーンを形成
することかできる。

その結果、軽負荷域から高負荷域の広い領域において、
着火不良による運転性の悪化を招くことなく、燃料経済
性を高めることができる。

また、エンジンの軽負荷時には、ロータリバルブ８の開
弁タイミングが早まるため、混合気系吸気通路６と空気
系吸気通路７との双方から速やかにシリンダ４内に混合
気と空気が導入できる。しかも、ロータリバルブ８は、
混合気系吸気弁２が閉じた後で、ピストン９か下死点Ｂ
ＤＣに達する前に閉じるられるので、吸気期間全体とし
ては短縮されることになるが、短期間内に効率的に空気
がシリンダ４内に充填でき、シリンダ圧力を高めること
ができる。その結果、ポンプ損失（斜線部）が低減でき
るとともに、発生熱量に対するポンプ損失の占める割合
を小さ《することができる。すなわち、このようなバル
ブタイミンク゛によれば、熱効率を良くすることができ
るので、混合気の層状リーンバーンと相俟って、軽負荷
時の燃料消費量を有効に低減することができる。

次に、本発明の他の実施例を第６図〜第１１図を参照し
て説明する。なお、前記実施例と重複する部分には同符
号を用いるとともに、説明を省略する。

第６図に概略的に示したエンジンは、排気タービン過給
機１４から吐出される給気を、混合気系吸気通路６と空
気系吸気通路７との双方に導入し得るように構成した４
サイクルエンジンである。

給気が無過給状態にある場合には、第７図に示すように
、ロータリバルブＲ・■８を混合気系吸気弁Ｉ・■２と
ともに、クランク角変化に同期させて開閉駆動するよう
にしている。一方、エンジンが軽負荷時および過給圧が
設定圧を上回る過給圧過大時には、第８図に示すように
、ロータリバルブＲ・■８の開閉タイミングを早めるよ
うにしている。

このような構・成によると、過給圧の過大時には、軽負
荷時と同様にロータリバルブ８の開閉タイミングが早ま
るため、吸気期間は短縮されることになるが、排気ター
ビン過給機１４の過給作用によって混合気および空気が
強制的にシリンダ４内に充填される。そして、前記混合
気系吸気弁２およびロータリバルブ８は、ピストン９が
下死点ＢＤＣに達する前に順次閉じられるので、第１１
図のＰＶ線図で示すように、これらの閉成後におけるシ
リンダ容積Ｖの増加によってシリンダ圧力Ｐが一時的に
低下し、その後圧縮行程に移行することになる。このた
め、実圧縮比を下げることができ、シリンダ４内の最大
燃焼圧力が抑えられる。

したがって、このような構成によれば、エンジン本体側
でシリンダ４内の最大燃焼圧力を有効に調節することが
できるので、排気タービン過給機から排気のリリーフバ
ルブと該リリーフバルブを作動させるアクチュエー夕を
廃止することができる。また、エンジン本体側でシリン
ダ圧力が調節できるので、排気をリリーフさせる場合に
比べて制御遅れを招き難い上に、排気エネルギを有効に
利用することもできる。

以上、本発明の実施例について述べたが、本発明は、前
記実施例に限定されないのは勿論である。

例えば、前記各実施例において、混合気系吸気弁は単弁
形式のものであってもよいし、複数弁形式のものであっ
てもよい。

多気筒エンジンの場合には、通常、前記混合気系吸気通
路および前記空気系吸気通路は、それぞれ途中で分岐さ
せて各々のシリンダに接続する。

その際、前記燃料供給手段は、前記混合気系吸気通路の
分岐していない上流部分に設けてもよいし、分岐した後
の各分岐通路部分に設けてもよい。燃料供給手段として
は、インジエクタを使用することも可能である。

また、開閉弁は、ＯＮφＯＦＦ的に作動してサイドポー
トを開閉するようなものでもよい。

さらに、サイドポートをシリンダ内の中心から離れた方
向に向けて開口するようにした場合には、シリンダ内の
空気にスワールを発生させることができ、燃焼を良くす
ることが可能となる。

［発明の効果Ｊ 以上のような構成からなる本発明によれば、軽負荷域か
ら高負荷域の広い領域において、運転性を損ねることな
く、燃料経済性を有効に高めることができる。特に、こ
のものによれば、軽負荷時のポンプ損失が低減でき、熱
効率を良くすることができるので、軽負荷時の燃費を無
理なく改善することができる。

また、本発明を過給機を備えたエンジンに適用し、過給
圧が設定圧を上回った場合にも開閉弁の閉弁タイミング
を早めるようにすれば、過給圧の過大時にシリンダ圧力
を制御することもできるので、過給機の過給圧制御機構
を廃止して構造の簡略化を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は
エンジンの概略的な縦断面図、第２図は高負荷時のバル
ブタイミング・ダイヤグラム図、第３図は軽負荷時のバ
ルブタイミング・ダイヤグラム図、第４図は高負荷時の
Ｐ−Ｖ線図、第５図は軽負荷時のＰ−Ｖ線図である。第
６図から第１１図は本発明の他の実施例を示し、第６図
はエンジンの概略的な縦断面図、第７図は高負荷時のバ
ルブタイミング・ダイヤグラム図、第８図は軽負荷時お
よび過給圧過大時のバルブタイミング・ダイヤグラム図
、第９図は無過給時のＰ−Ｖ線図、第１０図は軽負荷時
のＰ−Ｖ線図、第１１図は過給圧過大時のＰ−Ｖ線図で
ある。 １・・・シリンダヘッド ２・・・混合気系吸気弁 ４・・・シリンダ ４ａ・・・シリンダの側壁 ５・・・サイドポート ６・・・混合気系吸気通路 ７・・・空気系吸気通路 ８・・・開閉弁（ロータリバルブ） １０・・燃料供給手段（気化器）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリンダヘッドに設けられクランク角変化に同期さ
   せて開閉駆動される混合気系吸気弁と、シリンダの側壁
   に設けたサイドポートと、途中に燃料供給手段を有し前
   記混合気系吸気弁を介してシリンダ内に連通する混合気
   系吸気通路と、前記サイドポートを介してシリンダ内に
   連通する空気系吸気通路と、前記サイドポートを開閉す
   るとともに負荷変化に対応して開閉タイミングが変化し
   得るように構成した開閉弁とを具備し、前記開閉弁を前
   記混合気系吸気弁の閉成後に閉じるように設定したもの
   であって、エンジンの軽負荷時には、前記開閉弁が閉じ
   るタイミングを早めるようにしたことを特徴とする可変
   バルブタイミングを有したエンジン。 ２、シリンダヘッドに設けられクランク角変化に同期さ
   せて開閉駆動される混合気系吸気弁と、シリンダの側壁
   に設けたサイドポートと、途中に燃料供給手段を有し前
   記混合気系吸気弁を介してシリンダ内に連通する混合気
   系吸気通路と、前記サイドポートを介してシリンダ内に
   連通する空気系吸気通路と、前記サイドポートを開閉す
   るとともに負荷変化に対応して開閉タイミングが変化し
   得るように構成した開閉弁とを具備し、前記開閉弁を前
   記混合気系吸気弁の閉成後に閉じるように設定した過給
   機付きのエンジンであって、エンジンの軽負荷時と過給
   圧が設定圧を上回った場合には、前記開閉弁が閉じるタ
   イミングを早めるようにしたことを特徴とする可変バル
   ブタイミングを有したエンジン。