JPH0656108B2 - ロ−タリピストンエンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ロータがトロコイド内周面に各頂辺を摺接さ
せつつケーシング内を遊星回転運動するようにしたロー
タリピストンエンジンの吸気装置に関するものである。

［従来技術］ オットーサイクルエンジンでは、通常、吸入空気量を絞
って圧縮初期の圧力を大気圧より下げて運転を行なう関
係上、所謂ポンピング損失が生ずることはよく知られて
いる。このポンピング損失は、各種抵抗損失の総和の約
３割を占めると評価されており、かかる意味でポンピン
グ損失を大幅に低減することができれば、エンジンの熱
効率の大幅な向上を図ることができる。

このポンピング損失を低減させる手法として、従来よ
り、吸気弁を早閉じ、或いは遅閉じさせて吸気弁の閉時
期を異ならせる手法や、吸気の一部を吸気系に還流させ
る手法が提案されている。

後者の手法を採用したロータリピストンエンジンの吸気
装置として、特開昭５８−１７２４２９号公報には、２
つの気筒の作動室を所定のタイミングで連通する連通路
を設け、この連通路の途中にエンジン負荷の大きさに応
じて連通路の通気量を制限する制御弁を介設したものが
提案されている。

しかして、これらの手法は、吸気弁の閉タイミングや制
御弁の開閉タイミングをエンジンの負荷や回転数に応じ
て正確に制御する必要があり、実際のハードとしての制
御機構の構成が困難で、制御方式も複雑となり、実現の
可能性が余り存在せず、実際にも実用化されていないの
が現状である。

一方、エンジンの始動性について考察すると、エンジン
の冷間時には、高い圧縮比を実現させて圧縮時の温度を
上昇させ、着火性を向上させることにより始動性を改善
することができるが、逆にエンジンの温間時には、低い
圧縮比で気筒内での自発火を防止することが好ましいと
いったように、圧縮比に関して相反する要求がある。ま
た、コスト面からすれば、起動トルクを出来るだけ下
げ、容量の小さいスタータを採用したいという要求があ
る。

圧縮比が固定化された従来のエンジンでは、これら始動
性に関する諸要求を満足することは実際上不可能であ
り、現状では、高圧縮比エンジンを採用して熱効率を向
上させる代わりに、大きな容量のスタータを用いるとい
った対策がとられている。

ところで、前述した如く、気筒間を連通路で連通し、連
通路はこれを開閉する制御弁を設けたエンジンでは、制
御弁の開度によって圧縮比を変化させることができるこ
とから、例えばエンジンの冷間始動時には制御弁を閉じ
て高圧縮比を実現し、温間始動時には、制御弁を用いて
低い圧縮比を実現することができることになるが、その
場合には高圧縮比始動が行なわれるため、大容量のスタ
ータが必要となる。

また、連通路を設けてポンピング損失を低減させるこの
種エンジン本来の目的からすれば、エンジンの始動時に
は連通路を開いてエンジンの回転抵抗をできるだけ小さ
くすることが好ましいが、上記したような制御方式では
かかる要求を満足しえない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、気筒間を連通する連通路と、この連通
路を開閉する制御弁とを備えたロータリピストンエンジ
ンにおいて、その構造を有効に利用することにより、始
動性を大幅に改善するとともに、小容量のスタータの採
用を可能とすることである。

［発明の構成］ このため、本発明は、上記のように気筒間を連通する連
通路と、この連通路を開閉する制御弁とを備えたロータ
リピストンエンジンにおいて、始動の初期には制御弁を
開いて低圧縮比としてエンジンの回転抵抗を小さくして
回転数を早期に上昇させるようにするとともに、これに
よりエンジンの回転数が十分に上昇した段階で、今度は
制御弁を閉じる制御手段を設け、圧縮比を上昇させて、
着火性を向上させることにより、早期の完爆を達成する
構成としたものである。

［発明の効果］ 本発明によれば、エンジンが完爆し始動するまでの時間
を短縮でき、スタータによる起動トルクが小さくてすむ
ため、スタータ容量を小さくでき、また温間始動時にお
いても、自発火を回避することができ、全体として、エ
ンジンの始動性を有効に改善することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付の図面を参照しながら、具
体的に説明する。

第１図に２気筒ロータリピストンエンジンを図式的に示
すように、ロータリピストンエンジンＥは、フロント，
リヤ２つの気筒Ｆ，Ｒで構成され、これらフロント，リ
ヤの気筒Ｆ，Ｒを隔てる中間ハウジング１の両側面１
ｆ，１ｒには、１次吸気ポート２ｆ，２ｒが開口される
一方、各外壁を構成する各サイドハウジング３，４の内
側面３ｉ，４ｉには、２次吸気ポート５ｆ，５ｒが開口
されている。

そしてよく知られているように、各気筒Ｆ，Ｒのロータ
６ｆ，６ｒは、各頂辺をロータハウジング７ｆ，７ｒの
トロコイド内周面に摺接させつつ遊星回転運動を行なっ
て、吸入，圧縮，爆発，燃焼，排気の各行程を連続的に
繰返す。

上記各１次吸気ポート２ｆ，２ｒは、１次吸気通路８の
集合部８ｃから分岐した各分岐１次吸気通路８ｆ，８ｒ
に連通され、１次吸気通路８の集合部８ｃの上流には、
エンジンの負荷に応じて開閉される１次スロットル弁９
が介設されている。

また、上記各２次吸気ポート５ｆ，５ｒは、２次吸気通
路１０の集合部１０ｃから分岐した各分岐２次吸気通路
１０ｆ，１０ｒに連通され、２次吸気通路１０の集合部
１０ｃの上流には、１次スロットル弁９が設定開度以上
に開かれるとこれに連動して開かれる２次スロットル弁
１１が介設されている。

第１図に示すように、上記中間ハウジング１には、その
厚み方向に貫通してフロント，リヤ２つの気筒Ｆ，Ｒの
作動室１２ｆ，１２ｒを連通する連通孔１３を設け、こ
の連通孔１３には、これを開閉する制御弁１４を介設し
ている。

第２図にフロント側の気筒Ｆについて示すように、上記
連通孔１３は、そのフロント側開口１３ｆの位置が、１
次或いは２次吸気ポート２ｆ，５ｆよりもロータ６ｆの
回転方向にみてリーディング側に設定され、仮想線０で
示すロータ位相で開かれ始め、仮想線Ｃで示すロータ位
相で最終的に閉じられるように、その開口縁が設定され
ている。

この連通孔１３の機能をより具体的に第３図に示すタイ
ムチャートを用いて説明する。

まず、フロント側ロータ６ｆが吸気上死点ＴＤＣを通過
すると、僅かのタイミング遅れで（クランク角で例えば
ＡＴＤ３２゜）、フロント側１次（２次）吸気ポート２
ｆ（５ｆ）が開かれ始め、フロント側１次（２次）吸気
ポート２ｆ（５ｆ）の開きのタイミングから僅かに遅れ
て（クランク角で例えばＡＴＤＣ７５゜）連通孔１３の
フロント側開口１３ｆが開かれ始める（第２図Ｏ参
照）。

一方、リヤ側の１次（２次）吸気ポート２ｒ（５ｒ）
は、フロント側１次（２次）の吸気ポート２ｆ（５ｆ）
および連通孔１３のフロント側開口１３ｆが開かれるタ
イミングでは依然として開かれており、フロント側開口
１３ｆが開かれた後、しばらくして閉じられる。また、
連通孔１３のリヤ側開口１３ｒは、リヤ側１次（２次）
吸気ポート２ｒ（５ｒ）の閉タイミングから所定のタイ
ミングだけ遅れて閉じられるので、これが閉じられるま
での時間τ_１の間、連通孔１３はフロント側、リヤ側の
吸気作動室１２ｆ，１２ｒに連通している。

この連通時間τ_１の間では、リヤ側の気筒Ｒの吸気作動
室１２ｒは吸気行程終期から圧縮行程初期に移行する段
階で、吸気行程の前半にあるフロント側気筒Ｆの吸気作
動室１２ｆよりも圧力が高くなっており、矢印Ａで示す
ように、吸気は連通孔１３を通してリヤ側吸気作動室１
２ｒからフロント側吸気作動室１２ｆに流れる。したが
って上記時間τ_１の間、吸気行程の前半にあるフロント
側吸気作動室１２ｆには連通孔１３を通して吸気が充填
され、またリヤ側吸気作動室１２ｒでは、圧力上昇が行
なわれないままに移行する。

そして、リヤ側気筒Ｒの１次（２次）吸気ポート２ｒ
（５ｒ）は、連通孔１３のリヤ側開口１３ｒが閉じられ
るタイミングと前後して再び開かれ始め、次いで、リヤ
側開口１３ｒが開かれる。また、フロント側気筒Ｆにつ
いて、吸気下死点ＢＤＣを過ぎると、１次（２次）吸気
ポート２ｆ（５ｆ）が閉じられ（クランク角にして、例
えばＡＢＤＣ４０゜）、さらに所定のタイミング遅れて
連通孔１３のフロント側開口１３ｆが閉じられる（クラ
ンク角にして、例えばＡＢＤＣ１３５゜）。

この吸気下死点ＢＤＣ以後、フロント側開口１３ｆが閉
じられるまでの間では、連通孔１３のフロント側、リヤ
側開口１３ｆ，１３ｒはともに開かれていて、この時間
τ_２（τ_２＝τ_１）の間、今度は圧力の高いフロント側
吸気作動室１２ｆからリヤ側吸気作動室１２ｒに矢印Ｂ
で示すように吸気が流れ、フロント側吸気作動室１２ｆ
の圧力上昇が抑制され、リヤ側吸気作動室１２ｒへの吸
気の充填が行なわれる。

この連通孔１３のフロント側開口１３ｆが閉じられる
と、それ以後フロント側気筒Ｆでは、圧縮行程が開始さ
れることになるが、この閉位置での吸気作動室１２ｆの
容積がスロットル弁９を全開した状態で、アイドリング
運転時の要求充填量換言すれば、最少要求充填量より多
くなるように設定する。つまり、第２図の仮想線Ｃで示
す連通孔１３の閉タイミングを決定する開口縁位置は、
上記の最少要求充填量を満足する位置よりロータの回転
方向でみてトレーリング側に設定する。

次に、連通孔１３に介設した制御弁１４および、スロッ
トル弁、特に１次スロットル弁９の制御方式について説
明する。

第４図は、その制御系を示すもので、図示の如く、アク
セルペダル１６によって開閉される１次スロットル弁９
に対し、２次スロットル弁１１はリンク機構１７を介し
て連動する一方、連通孔１３の制御弁１４に対しては、
これを開閉作動させる電磁ソレノイドよりなるアクチュ
エータ１８が設けられており、このアクチュエータ１８
に対しては、制御回路１９が設けられている。

この制御回路１９は、１次スロットル弁９に対して設け
たスロットル開度センサ２０によって検出される１次ス
ロットル弁９のスロットル開度やイグニッションスイッ
チ（ＩｇＳｗ）２１から得られるスタータのオン，オフ
信号等の操作状態信号、さらに温度センサ２２によって
検出される冷却水温等を入力として、制御弁１４を以下
の如く制御する。

第５図に、１次スロットル弁９のスロットル開度と制御
弁１４の開閉状態を示すように、スロットル開度が設定
開度θ_０以下の低負荷運転時には、制御弁１４は全開
で、設定開度θ_０を越えて大きくなると、制御弁１４は
全閉される。

第４図に示す制御系でいえば、スロットル開度が設定開
度θ_０に達したことを制御回路１９が判定したときに
は、制御回路１９はアクチュエータ１８に印加する信号
をオンからオフに切換え、制御弁１４を全閉する。

なお、アイドル運転時は、制御弁１４を全閉としてもよ
い。

この場合、上記の設定開度θ_０は、エンジンの出力特性
を考慮して設定する。即ち、連通孔１３を開状態に維持
したまま、スロットル開度を増加させていったときに、
エンジンの出力がそれ以上には上昇しなくなる限界のス
ロットル開度を実験的に見い出し、これをもって設定開
度θ_０とする。そして、この設定開度θ_０を越えたとき
に、制御弁１４を閉作動させるのは、主として、エンジ
ンの充填空気量を確保するためである。

上記の吸気系を採用した場合に得られる回転数−出力ト
ルク特性をスロットル開度θをパラメータとして第６図
に示す。この場合、スロットル開度θは、連通孔なしの
従来システムにおいて設定されるスロットル開度より若
干大き目の設定とし、吸気負圧を相当に低下させた状態
で運転する。このようにして、低負荷運転時におけるポ
ンピング損失を大幅に低減させることができると共に、
従来エンジンと同様のの制御が可能となる。

次に、エンジンの始動時の制御方式を説明する。

第７図に、制御回路１９が実行するエンジンの始動時の
制御プログラムのフローチャートを示す。

イグニッションキーの差込みで制御がスタートされる
と、ステップ＃０１で内蔵されたタイマをセットする等
のイニシャライズを行なう。ステップ＃０２では、スタ
ータのオン、オフ、エンジンの冷却水温等のデータを読
み込み、次のステップ＃０３でスタータがオンか否かを
判定する。

スタータがオンされていれば、ステップ＃０４で制御弁
１４を“開”とする。この制御弁１４の開状態は、内蔵
されたタイマがその設定時間ｔ_０をカウントアップする
まで持続し（ステップ＃０５）、タイマがカウントアッ
プしたときには、ステップ＃０６に移行して、制御弁１
４を閉じる。

そして、制御弁１４を閉じた段階で、ステップ＃０２に
リターンし、次の読み込みを行ない、スタータがオフさ
れると、ステップ＃０３からステップ＃０７に進んで、
運転中であれば、ステップ＃０８でエンジン冷却水温ｔ
ｗが予め設定した設定水温ｔｗ_０に達したか否かを班定
する。冷却水温ｔｗが設定水温ｔｗ_０より低いときに
は、ステップ＃０６で制御弁１４を閉状態に保持する。

一方、エンジンの運転の続行によって冷却水温ｔｗが設
定水温ｔｗ_０を越えて上昇したときには、ステップ＃０
９で制御弁１４を“開”とする。

なお、エンジンが途中で停止されたときには、ステップ
＃１０で制御弁１４を“開”にする。

上記の始動時制御の結果、第８図に示すように、制御弁
１４はスタータのオンから設定時間ｔ_０の間、開状態と
され、設定時間ｔ_０が経過すると閉じられ、冷却水温ｔ
ｗが設定水温ｔｗ_０を越えて上昇したときに、再び開か
れるようになる。

したがって、スタータをオンした時点では、制御弁１４
が開かれて連通孔１３が気筒間を連通した状態となるの
で、吸気の圧縮比は低くなり、エンジンの駆動抵抗が小
さいので、実線Ｇで示すように、エンジン回転数は早期
に目標回転数にまで上昇する。そして、設定時間ｔ_０が
経過した後は、制御弁１４が閉じられ、高圧縮比での運
転に移行し、圧縮比をアップすることにより、混合気の
着火性を向上させ、エンジンを早期に完爆させる。

なお、第８図に点線Ｈで示すエンジンの回転数特性は、
スタータオン時に制御弁１４を閉状態に保持した場合の
ものである。この場合には、始動直後から高圧縮比で運
転されることとなり、エンジンの駆動抵抗が大きいた
め、回転数がスムースに上昇せず、始動性が悪化する。

これに対し、本発明のように、スタータオン時に制御弁
１４を所定時間ｔ_０の間“開”とすれば、低圧縮比で始
動が開始されるので、回転数が早期に上昇し、回転数が
十分に上昇した段階で高圧縮比に移行すれば、混合気の
着火性が良好化され、全体としてスムースかつ早期にエ
ンジンの始動が完了されるようになる。

なお、以上の実施例では、吸気通路のスロットル弁と連
通孔の制御弁を組み合わせて充填量の制御を行なう方式
の吸気系に本発明を適用したが、本発明はスロットル弁
を設けず、制御弁のタイミング制御により充填量を制御
する方式のものにも適用しうることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかるロータリピストンエン
ジンの断面説明図、第２図は連通孔の形状を示すロータ
リピストンエンジンの側面説明図、第３図は吸気ポート
と連通孔の開閉動作を示すタイムチャート図、第４図は
スロットル弁と制御弁の制御システムを示す概略構成
図、第５図はスロットル弁と制御弁の開閉動作を示す開
度のグラフ、第６図はエンジン回転数を変化させたとき
の出力トルクの変化をスロットル開度をパラメータとし
て示すグラフ、第７図は本発明にかかる始動時の制御プ
ログラムのフローチャート、第８図はエンジンの始動時
における制御弁の開閉およびエンジン回転数の変化を相
関的に示すグラフである。 Ｆ，Ｒ…フロント側、リヤ側気筒、８，１０…１次，２
次吸気通路、９，１１…１次，２次スロットル弁、１３
……連通孔、１４…制御弁、１８…アクチュエータ、１
９…制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主吸気ポートより遅れて閉じられる連通路
   で気筒間を連通し、気筒間の位相差に応じて、吸気を気
   筒間で流通させるようにしたロータリピストンエンジン
   において、 上記連通路に該連通路を開閉する制御弁を設けるととも
   に、エンジンの始動時、上記連通路を開いてエンジンの
   回転を上昇させ、その後に連通路を閉じるように上記制
   御弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とするロー
   タリピストンエンジンの吸気装置。