JPS631716A - エンジンの吸気装置 - 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、吸気通路にロータリバルブを備え、いわゆる
ボンピングロスを低減するようにしたエンジンの吸気装
置に関する。

（従来技術及びその問題点） エンジンの吸気装置のうち、例えば特開昭５８−２３２
４５号公報に見られるように、吸気通路の吸気ポート上
流にタイミングバルブを配し、このタイミングバルブの
開弁期間と吸気ポートの開口期間とがオーバラップする
有効開弁期間で実質的な吸気充填量を制御するようにし
て、ボンピングロスを低減するようにしたものがある。

しかしながら、この種のものでは、圧縮行程におけるピ
ストンの有効ストロークが短縮されるため圧縮温度が低
下し燃焼性が悪化するという問題を有している。

また、この種の吸気装置では上記タイミングバルブとし
て一般にロータリバルブが採用されている（特開昭５８
−２３２４５号公報参照）が、このバルブクリアランス
は吸気温等の温度変化の影響を受けて変わるため、その
洩れ量が一定化せず、所望のボンピングロス低減効果が
得られないだけでなく、洩れ量がエンジン制御にとって
不確定要素となり、エンジン回転数がバラツク等の問題
を有している・ そこで、本発明の目的は、圧縮温度低下に伴う燃焼性悪
化の改善と共に、ロータリバルブのバルブクリアランス
の変化を抑えるようにしたエンジＤ吸気装置を提供する
ことにある。

４題点を解決するための手段） 〈発明は、エンジン始動直後から高熱となる排ｆスに着
目し、この排気ガスの熱を利用して吸つ温度を所定の温
度に調節するようにしたものである。具体的には。

エンジンの回転に同期して開閉される吸気ボートと、 吸気通路の吸気ボート上流に設けられたロータリバルブ
とを有し、 前記吸気ボートの開口期間と前記ロータリバルブの開弁
期間とがオーバラップする有効開弁期間により吸気充填
量の実質的な制御を行うようにしたエンジンの吸気装置
を前提として、 吸気の温度を所定の温度に調節する吸気温調節手段が設
けられ、 該吸気温調節手段には、排気ガスを熱源とする吸気加熱
手段が設けられている。

構成としである。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明する
。

第１図において、ｌはエンジン本体で、エンジン本体ｌ
は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３並びにシリ
ンダヘッドカバー４で構成されており、このエンジン本
体１の各気筒５内にはピストン６が嵌挿されている。

前記シリンダブロック２には、ピストン６の上方に形成
された燃焼室７に臨ませて、吸気ボート８と排気ポート
９とが開口され、上記吸気ボート８には吸気弁１０が、
また排気ポート９には排気弁１１が配設されて、これら
の弁１Ｏ１１１は、動弁機構１２によって、クランクシ
ャフト（図示省略）の回転に同期して周知のタイミング
で両ボート８．９を開閉するようになっている。また燃
焼室７には図示を省略した点火プラグが具備されている
。

前記吸気ボート８には、吸気マニホルド１３等で形成さ
れる吸気通路１４が連通され、この吸気通路１４の下流
部には、吸気ボート８内に形成された隔壁１５と、吸気
マニホルド１３内に形成された隔壁１６とで、互いに並
列に一次吸気通路１７と二次吸気通路１８とが形成され
ている。二次吸気通路１８は高負荷用吸気通路となるも
ので。

その通路断面積が相対的に大きくされ、この二次吸気通
路１８にはシャツタ弁１９が配設されると共に、このシ
ャツタ弁１９の下端側において燃料噴射弁２０が配設さ
れている。この燃料噴射弁２０には噴射タイミングに同
期してブリードエアが供給されるようになっている。上
記シャツタ弁１９は、開度制御手段２１によりエンジン
負荷に応じて、低負荷域では閉じられ、高負荷域では負
荷に応じて徐々に開かれていわゆるスロットル弁として
機能するものとされている。

前記−次吸気通路１７は、上記シャツタ弁１９をバイパ
スして設けられており、その通路断面積が相対的に小さ
くされて、低負荷用吸気通路とされている。そして、こ
の−次吸気通路１７の出口端１７ａは、吸気弁１０の直
上流において二次吸気通路１８に合流され１．その指向
方向は気筒５のほぼ接線方向とされて、燃焼室７にスワ
ールを生成するようにされている。

この−次吸気通路１７には、また、ロータリバルブ２２
が設けられ、このロータリバルブ２２は、−次吸気通路
１７内に弁室を形成するスリーブ２３と、該スリーブ２
３内に嵌挿された回転弁体２４とから構成され、前記ス
リーブ２３には、上流側ボー）２３ａと下流側ボート２
３ｂとが設けられている。−方、前記回転弁体２４は、
径方向に伸びる貫通口２５を有する断面円形の中実体か
ら構成され、この回転弁体２４の回転に伴って、貫通口
２５がスリーブ２３の上流側ボート２３ａ、下流側ボー
ト２３ｂと一致したときにロータリバルブ２２が開弁さ
れるようになっている。

このロータリバルブ２２は、図示を略したクランクシャ
フトと機械的に連通されて、クランクシャフトと同期回
転されるようになっている。そして、ロータリバルブ２
２のクランク角に対する位相、すなわち吸気ポート８の
開閉に対する開閉タイミングは、タイミング制御手段２
６によって可変とされ、ロータリバルブ２２が吸気下死
点（ＢＤＣ）よりも早く閉じる半閉じを行なわせつつ、
エンジン負荷が大きくなる程、ロータリバルブ２２の開
弁期間を遅らせて、このロータリバルブ２２と吸気弁ｌ
Ｏとで決定される有効開弁期間を大きくするようにされ
ている。換言すれば、アクセル操作量が大きくなる程、
ロータリバルブ２２の開弁期間と吸気弁１０の開弁期間
とのオーバラップ期間（有効開弁期間）が大きくなるよ
うになっており、この有効開弁期間の変化により負荷の
制御がなされるようになっている。

前記吸気マニホルド１３には、また、−次吸気通路１７
に隣接し、且つ、そのほぼ全長にわたって延びる排気ガ
ス通路２７が設けられており、この排気ガス通路２７は
排気ポート９に対して導入通路２８を介して接続され、
−方、排気ガス通路２７の出口端２７ａは図示を略した
排気管に連通されている。そして、この排気ガス通路２
７と導入通路２８との間には、電磁ソレノイド弁からな
る排気ガスコントロールバルブ２９が配設されている。

前記タイミング制御手段２６および開度制御手段２１並
びに上記排気ガスコントロールバルブ２９はコントロー
ルユニット３０からの出力信号により制御される。

上記コントロールユニット３０には、クランク角センサ
３１からのクランク角信号（エンジン回転数（Ｎ）信号
）、アクセル操作量（θ）を検出するアクセルセンサ３
２からのアクセル信号、アイドルスイッチ３３からのア
イドル信号、および水温センサ３４からの冷却水温信号
（ＷＴ）の他に一次吸気通路１７を流れる吸気の温度を
検出する吸気温センサ３５からの吸気温（Ｔ）信号が入
力される。

コントロールユニット３０によるシャツタ弁１９の開度
制御およびロータリバルブ２２の開閉タイミング制御は
次のようになっている。

先ず、シャツタ弁１９は、第３図に示す低負荷域では全
閉状態とされて二次吸気通路１８を遮断し、燃焼室７へ
の吸気が一次吸気通路１７を介して行なわれるようにな
っている。そして、この低負荷域では、基本的にはアク
セル操作量に応じて、アクセル操作量が大きくなる程、
第２図に矢印で示すように、ロータリバルブ２２の開弁
期間を遅らせて、このロータリバルブ２２と吸気弁１０
とで決定される有効開弁期間を徐々に大きくし、これに
よりエンジンの出力制御が行なわれるようになっている
。すなわち、燃焼室７への吸気の充填量は、上記有効開
弁期間を変えることにより制御されるようになっている
。このことから、低負荷域における吸気抵抗が低減され
、エンジンの負の仕事としてのボンピングロスが低減さ
れることとなる。

一方、第３図に示す高負荷域では前記シャツタ弁１９は
、アクセル操作量が大きくなるにつれて徐々に開弁され
て、当該領域においては二次吸気通路２１からも吸気が
行なわれるようになっている。

次にコントロールユニット３０による排気ガスコントロ
ールバルブ２９の制御（排気ガス通路２７への排気ガス
の導入）について先ずその概様を各運転領域に分けて説
明する。

アイドル運転域 冷間時には排気ガスコントロールバルブ２９が開かれて
、排気ガス通路２７に排気ガスが導入され、排気ガスの
熱を利用して一次吸気通路１７を流れる吸気の加熱がな
される。

また、エンジン回転数（Ｎ）が目標エンジン回転数より
も高いときには、排気ガスコントロールバルブ２９が閉
じられて、吸気の加熱が停止され、−方、エンジン回転
数（Ｎ）が目標エンジン回転数よりも低いときには、排
気ガスコントロールバルブ２９が開かれて、吸気加熱が
なされるようになっている。ここに、上記目標アイドル
回転数は、第４図に示すように、エンジン冷却水温に応
じた値に設定されている。

低負荷域 ポンピングロスを低減するため、ロータリバルブ２２と
吸気弁１０との有効開弁期間で吸気充填量を制御する本
運転領域においては、排気ガスコントロールバルブ２９
の開閉により排気ガス通路２７に導入する排気ガス量を
制御して、吸気の温度を目標吸気温とする制御がなされ
る。ここに、目標吸気温は、第５図に示すように、アク
セル操作量に応じた値に設定されている。

高負荷域 排気ガスコントロールバルブ２９が閉じられて、排気ガ
ス通路２７への排気ガスの導入が遮断されるようになっ
ている。

以上のことを前提として、排気ガスコントロールバルブ
２９の制御の一例を第６図に示すフローチャートに基づ
いて説明する。

第６図において、先ず、ステップＳ１においてエンジン
回転数（Ｎ）の読み込みがなされ、次のステップＳ２に
おいてアイドルスイッチ３３からのアイドル信号の読み
込みがなされた後、このアイドル信号に基づいてアイド
ル運転であるか否かの判別が行なわれる（ステップ５３
）。そして、アイドル運転にあるときには、ステップＳ
４へ進み、このステップＳ４でエンジン冷却水温（ＷＴ
）の読み込みがなされた後、次のステップＳ５において
エンジン冷却水温（ｗＴ）が所定温度（例えば７０℃）
を越えているか否かの判別がなされ、ここで、冷間時で
あるときには（ＷＴ≦７０）、ステップＳ６へ進んで排
気ガスコントロールバルブ２９を開とする処理が行なわ
れる。これにより排気ガスが排気ガス通路２７へ導入さ
れて、吸気の加熱が行なわれることとなる。これにより
冷間時における燃焼性の改善を図ることができる。

前記ステップＳ５において、エンジンが温間状態にある
と判別されたときには、ステップＳ７へ移行し１．この
ステップＳ７において、現在のエンジン回転ａ　（Ｎ）
が目標エンジン回転数以上であるか否かの判別がなされ
、目標エンジン回転数よりも低いと判別されたときには
、前記ステップＳ６へ進んで排気ガスコントロールバル
ブ２９を開とする処理が行なわれる。この結果、吸気加
熱によりアイドル運転時の燃焼性が改善されて、エンジ
ン回転数が高められることとなる。−方、前記ステップ
Ｓ７において目標エンジン回転数以上であると判別され
たときには、ステップＳ８へ移行し、このステップＳ８
において排気ガスコントロールバルブ２９を閉じる処理
が行なわれる。これにより排気ガス通路２７への排気ガ
スの導入が停止されて、吸気の加熱が停止され、この吸
気加熱の停止に伴って、エンジン回転数が低下すること
となる。このように、ステップＳ６乃至ステップＳ８の
処理で、吸気の温度の調整によりアイドル回転数の調整
がなされるようになっている。

前記ステップＳ３において、アイドル運転ではないと判
別されたときには、ステップＳ９へ移行し、このステッ
プＳ９においてアクセル操作量（θ）の読み込みが行な
われた後、ステップＳｌＯへ進んで現在のアクセル操作
量（θ）とエンジン回転数（Ｎ）とに基づいて領域判定
がなされる（第３図参照）、そして、現在の運転状態が
低負荷域にあると判別されたときには、ステップＳ１１
へ進んで吸気温（Ｔ）の読み込みが行なわれた後、ステ
ップＳ１２において、現在の吸気温（Ｔ）と目標吸気温
との比較がなされる。ここで、現在の吸気温（Ｔ）が目
標吸気温より低いときには、前記ステップＳ６へ進んで
排気ガスコントロールバルブ２９を開く処理（吸気加熱
）がなされ、−方現在の吸気温（Ｔ）が目標吸気温より
高いときには、前記ステップＳ８へ進んで排２ガスコン
トロールバルブ２９を閉じる処理（吸気加熱停止）がな
される、、この−連の処理により一次吸気通路１７を通
る吸気の温度が目標吸気温に維持され、この結果ロータ
リバルブ２２のバルブクリアランスの変動が抑えられる
こととなり、所定のボンピングロス低減効果を得ること
ができる。

また、ロータリバルブ２２の洩れ量の変化の伴うエンジ
ン回転数のバラツキを抑えることができる。また、高熱
の排気ガスを熱源として利用しているため、目標吸気温
を高く設定することができる。本実施例では目標吸気温
として７０℃〜８０℃に設定しである。このことから、
本領域（有効開弁期間による負荷制Ｗ）における圧縮温
度の低下を吸気加熱により十分に補償することが可能と
なる。

一方、前記ステップ５１０において現在の運転状態が高
負荷域にあると判別されたときには、前記ステップＳ８
へ移行して、排気ガスコントロールバルブ２９を閉じる
処理が行なわれ、吸気加熱の停止がなされる。これによ
り、吸気充填量の確保がなされることとなる。

第７図は本発明の第２実施例を示すもので、前記第１実
施例と同一の要素には同一の参照符号を付してその説明
を省略し、以下に、本実施例の特徴部分について説明す
る。

本実施例では、排気管５０が内外二重筒とされて、内筒
５０ａと外筒５０ｂとで挟まれた空間５１が吸気加熱空
間とされ、この吸気加熱空間５１に吸気が導入されるよ
うになっている。すなわち、吸気ポート８に至る吸気通
路５２はエアクリーナ５３の下流に設けられたエアフロ
ーメータ５４の下流において、主吸気通路１４と分岐通
路５５とに分岐され、この分岐通路５５は前記吸気加熱
空間５１の下流端に連通されている。そして、主吸気通
路１４と分岐通路５５との分岐部には通路切換え弁５６
が設けられて、この通路切換え弁５６の切換え作動によ
って、適宜分岐通路５５と主吸気通路１４とに吸気の供
給がなされるようになっている。

一方、吸気加熱空間５１の上流端には導出通路５７が接
続され、この導出通路５７はスロットル弁５８の上流に
おいて、前記主吸気通路１４に合流され、この導出通路
５７には、吸気温調整弁５９が設けられて、吸気加熱空
間５１において加熱された吸気を主吸気通路１４に還流
するその加熱吸気の量を調整することにより吸気温の調
整を行なうこと、とされている。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明はこれに限定
されることなく、以下の変形例を包含するものである。

（１）コントロール二二ッ）３（ｌマイクロコンピュー
タで構成するときには、デジタル式、アナログ式のいず
れであってもよい。

（２）前記−次吸気通路１７と二次吸気通路１８との分
岐部よりも上流側にスロットル弁を配し、前記シャツタ
弁１９を単に全閉、全開作動するものとしてもよい、勿
論、このときにあっても、シャツタ弁１９が開かれるま
では、上記スロットル弁の絞り度合を小さくして、吸気
弁１０とロータリバルブ２２との有効開弁期間により実
質的に吸気充填量の制御を行なうようにすればよい。

（３）前記有効開弁期間の閉弁タイミングを吸気下死点
（Ｂ　Ｄ　Ｃ）よりも遅く設定し、エンジン負荷が小さ
くなる程、上記閉弁タイミングを遅らせて吸気充填量を
制御するようにしたものに対しても適用することができ
る。

（４）ロータリピストンエンジンに対しても適用するこ
とができる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、有効
開弁期間により吸気充填量の制御を行なうようにしてボ
ンピングロスを低減するようにしたものにおける燃焼性
悪化を吸気加熱により改善することができる。

また、この吸気加熱の熱源として排気ガスを利用してい
るため、エンジン始動直後から、吸気を加熱することが
できる。また、高熱の排気ガスを利用しているため、吸
気を十分に高い温度まで加熱することができ、したがっ
て、有効ストローク短縮に伴う圧縮温度低下を十分に補
償することが可能となる。

そして、吸気温が所定の温度に調整されるため、ロータ
リバルブのバルブクリアランスの変動が抑えられ、所望
のボンピングロス低減効果を得ることができると共に、
エンジン回転数がバラツキを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の全体系統図、第２図はロ
ータリバルブの閉弁タイミング調整を示す説明図、 第３図はエンジン制御における領域図、第４図はエンジ
ン冷却水温に応じた目標アイドル回転数の設定を示す図
、 第５図はアクセル操作量に応じた目標吸気温の設定を示
す図、 第６図は制御の一例を示すフローチャートである。 ＄っ暢１−７万＆’中づ檀妬刈イイ３　ｉ’ｔ＠＠ｊ〜
・１：エンジン本体 ８：吸気ボート ｌＯ：吸気弁 １４：吸気通路 １７：−次吸気通路 １８二二次吸気通路 ２２：ロータリバルブ ２７：排気ガス通路 ２９：排気ガスコントロールバルブ ３０：コントロールユニット ３５：吸気温センサ 第３図　　　　　第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの回転に同期して開閉される吸気ポート
   と、 吸気通路の吸気ポート上流に設けられたロータリバルブ
   とを有し、 前記吸気ポートの開口期間と前記ロータリバルブの開弁
   期間とがオーバラップする有効開弁期間により吸気充填
   量の実質的な制御を行うようにしたエンジンの吸気装置
   において、 吸気の温度を所定の温度に調節する吸気温調節手段が設
   けられ、 該吸気温調節手段には、排気ガスを熱源とする吸気加熱
   手段が設けられている、 ことを特徴とするエンジンの吸気装置。