JPS61106919A - エンジンの吸気制御装置 - 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） この発明は、ミラーサイクルにおいて加速応答性を向上
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） カッ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）スロッ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
路がスロッ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、ピストンのボンピングロ
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、」二記タイミング
バルブの開弁期間をエンジンの運転状態に応じて自動的
に移行させるのであるが、この移行動作は、タイミング
バルブを少しずつ回転させることによりなされるので、
本質的に追従性に劣る。その結果、急加速時に充分な出
力が得られなくなり、加速不足を招く欠点がある。

（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、加速時には、オツトーサイクルに切り換えること
により、急激な出力増大を可能にして、加速応答性を向
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） ）′ｉ　　　上記目的を達成するために、この発明は、
エンジンの加速状態を検出する加速検出手段と、この加
速検出手段の出力を受けて゛作動する吸気導入装置とを
設け、この吸気導入手段により、加速時に吸気弁の開弁
期間のすべてにわたって吸気通路を介して吸気を燃焼室
へ導入するようにしている。

吸気弁は下死点の近傍で閉じるから、吸気弁の開弁期間
のすべてにわたって吸気を燃焼室へ導入することにより
、断熱膨張がなくなり、通常のオツトーサイクルとなる
。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

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、１２ｂと１つの排
気弁１３とが設けられている。これら８弁１２ａ、１２
ｂ、１３は、単一のカム軸１４に設けられた各カム１５
ａ、１５ｂ、１６に連動するロッカーアーム１７ａ、１
７ｂ、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、ロータリバルブからなるタイミングバルブ２
４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を介して夕・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の局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が設けられており、加速
時と高負荷高回転時とを除いては、この弁停ロニ装置３
１が作動して、第２吸気弁１２ｂの作動を停止トさせ、
第２吸気弁１２ｂを閉弁状態のままに維持する。

」二記第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ットルバルブ３
６とが設けられている。この補助スロットルバルブ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３
８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
ッド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
３８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２４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を開閉するロッカーアーム１７ｂに設
けられている。このロッカーアーム１７ｂは、２つ割り
になっていて、第１図に示すように、カム側アーム体１
７ｂ１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ｔ’
ｂｔ　、ｔ’ｂ２は、それぞれ別個にロッカーシャフト
５１に回動自在に装着されている。第４図に示すように
、ｌ−配弁停止ト装置３１は上記カム側アーム体１７ｂ
１に装着されていて、軸孔５２に挿入されたプランジャ
５３およびこのプランジャ５３に突出方向（右方向）へ
ばね力を付加するばね部材５４と、プランジャ５３のロ
ック溝５５に挿入されるストッププレート５６とを備え
ている。

第４図は、ストッププレート５６によりプランジャ５３
がロックされた状態を示し、このロック状態では、プラ
ン、・ジャ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１７ｂｌの回動が、プランジャ５
３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図に示すように、上記ストッププレート５６は、小
径のロック用孔６１と大径のアンロック用孔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
ロッド６４に連結されて、このソレノイドバルブ６３に
より、矢印６５，６６方向へ進退する。

ストッププレート５６が上記作動ロッド６４により第５
図の矢印６５方向へ進出したとき、アンロック用孔６２
がロック溝５５に対向して、第４図のプランジャ５３が
アンロック状態になる。このアンロック状態では、プラ
ンジャ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
１７ｂｌとバルブ側アーム体１７ｂ２とが、矢印６７方
向に相対回動可能になる。したがって、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。

ストッププレート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、ロック用孔
６１がロック溝５５に挿入されて、第４図に示すプラン
ジャ５３のロック状態が得られる。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、アクセルポジションセンサ７３からの
アクセルポジション信号Ｃと、このアクセルポジション
信号Ｃの時間的変化を検出するアクセルポジション変化
量センサ（加速検出手段に相当）７４からのアクセルポ
ジション変化量信号ｄとを入力とし、燃料噴射ノズル３
３へ噴射量制御信号ｇを、補助スロットルバルブ３６へ
バルブ開度信号りを、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、アクセルポジション信号Ｃ５およびアクセルポジ
ション変化量信号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
信号すとに基づいて演算を行なって、上記噴射量制御信
号ｇおよびバルブ開度信号りを出力し、燃料噴射ノズル
３３と補助スロットルバルブ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ョン信号Ｃ
に基づいて演算を行なって、上記ｉ”・（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」二元
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ョン信号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
い方向へ移行させる。この移行は、第１図のりニヤソレ
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＠気弁１２ａとタイミングバルブ２４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ョン信号Ｃのレベルが高いときは、
第７藺に示すように、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図のり
ニャソレノイドバルブ４４により連結管４０を右方向７
６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２４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、アクセルポジション
変化量信号ｄを受けて、この信号ｄのレベルが所定値以
下のとき、すなわち、加速状態でないとき、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３６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って
、加速とは無関係に、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、作動ロッド６４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３
１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。したがって、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、第１図のタイミン
グバルブ２４がエンジンの運転状態（この実施例ではア
クセルの踏込量）に応じて、移行手段２６により自動的
に移行されるのであるが、この移行動作は、タイミング
バルブ２４を少しずつ回転させることによりなされるの
で、本質的に追従性に劣る。その結果、加速時に充分な
出力が得られなくなる。

そこで、この発明では、アクセルポジション変化量信号
ｄのレベルが所定値を越えたとき、すなわち、加速状態
にあるとき、上記制御回路７１が弁停市信号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
動になって、第２吸気弁１２ｂ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２１ｂからも、第２吸気弁１２ｂの開弁期
間のすべてにわたって、吸気が燃焼室内へ導入される。

その結果、吸気量が急激に増大し、出力が急速に上昇す
る。このとき、吸気は下死点まで燃焼室へ導入され続け
ることから、燃焼室内での断熱膨張がなくなり、オツト
ーサイクルとなる。

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、加速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。その理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２
４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には、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。したがって、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２１
ａからタイミングバルブ２４を通っ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」二記
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、第２吸気弁１２ｂ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っている。

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って吸気通路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、
大きな出力が得られるのである。　上記第２分岐通路２
１ｂ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および作動ロッド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、バイパス通路８
１が接続されており、このバイパス通路８１にシャッタ
バルブ８２が設けられている。加速状態でないとき、ま
たは高負荷高回転領域でないときは、上記ソレノイドバ
ルブ６３によりシャッタバルブ８２を閉弁状態にして、
ミラーサイクルとし、加速状態、または高負荷高回転領
域では、シャッタバルブ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、出力を向上させる
。

この第２実施例では、バイパス通路８１と、シャッタバ
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。

（発明の効果） 以−に説明したように、この発明によれば、加速状態に
ないときは、ミラーサイクルとなって、高い熱効率が得
られる一方で、加速状態のときは、オツトーサイクルに
切り換えられて、急激な出力増大が可能になり、加速応
答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、＄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、ｗＳ４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−■！！に沿った断面図、
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であ
る。 １１・・・エンジン、１２ａ、１２ｂ・・・吸気弁、２
１・・・吸気通路、２４・・・タイミングバルブ、２６
・・・移行手段、３１，６３，６４，８１．８２・・・
吸気導入装置、７４・・・加速検出手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下死点の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、エンジンの運転状態に応じてこのタイミ
   ングバルブの開弁期間を移行させる移行手段とを備えた
   エンジンの吸気制御装置において、エンジンの加速状態
   を検出する加速検出手段と、この加速検出手段の出力を
   受け、加速時に吸気弁の開弁期間のすべてにわたって吸
   気通路を介して吸気を燃焼室へ導入する吸気導入装置と
   を設けたことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。