(57)【要約】【課題】エンジンの広い運転状態において吸気慣性効果を増すことができるエンジンの吸気系構造及び吸気系制御装置並びに吸気系制御方法を提供する。【解決手段】吸気通路１３を開閉する吸気バルブ１５と、吸気通路１３に設けられ、円筒面２２ｂに開口２２ａを有しエンジン回転に同期して回転する外筒２２と、その外筒２２と同心であって円筒面２３ｂに開口２３ａを有しエンジン回転に同期して回転する内筒２３と、を内蔵し、外筒２２の開口２２ａ及び内筒２３の開口２３ａがケーシング２１の開口２１ａに重なることで吸気通路１３を開弁するロータリバルブ２０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路を開閉する吸気バルブと、
吸気通路に設けられ、円筒面に開口を有しエンジン回転に同期して回転する外筒と、その外筒と同心であって円筒面に開口を有しエンジン回転に同期して回転する内筒と、を内蔵し、外筒の開口及び内筒の開口がケーシングの開口に重なることで前記吸気通路を開弁するロータリバルブと、
を有するエンジンの吸気系構造。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの吸気系構造において、
前記ロータリバルブは、前記外筒によって前記吸気通路を閉弁し、前記内筒によって前記吸気通路を開弁する、
ことを特徴とするエンジンの吸気系構造。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジンの吸気系構造において、
前記ロータリバルブは、前記外筒によって前記吸気通路を開弁し、前記内筒によって前記吸気通路を閉弁する、
ことを特徴とするエンジンの吸気系構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジンの吸気系構造のロータリバルブの開閉時期を制御するエンジンの吸気系制御装置において、
エンジン運転状態を検出する運転検出手段と、
検出したエンジン運転状態に応じて前記ロータリバルブの外筒及び内筒の相対位相を制御してロータリバルブの開閉時期を調整するロータリバルブ位相制御手段と、
を有することを特徴とするエンジンの吸気系制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のエンジンの吸気系制御装置において、
前記ロータリバルブ位相制御手段は、エンジン冷間時には、前記吸気バルブの開弁期間中は前記ロータリバルブが全開状態であるようにロータリバルブの開閉時期を設定する、
ことを特徴とするエンジンの吸気系制御装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のエンジンの吸気系制御装置において、
前記ロータリバルブ位相制御手段は、エンジン暖機後は、エンジン回転速度が中回転速度以下であるときに、前記吸気バルブの開弁時期に遅れて開弁し、前記吸気バルブの閉弁時期に進んで閉弁するようにロータリバルブの開弁閉弁時期を制御する、
ことを特徴とするエンジンの吸気系制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のエンジンの吸気系制御装置において、
前記ロータリバルブ位相制御手段は、エンジン運転状態が高負荷状態であるときは、エンジン回転速度が高いほど、前記ロータリバルブの開弁時期を進角する、
ことを特徴とするエンジンの吸気系制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載のエンジンの吸気系制御装置において、
前記ロータリバルブ位相制御手段は、エンジン運転状態が高負荷であるほど、前記ロータリバルブの開弁時期の進角度合を大きくする、
ことを特徴とするエンジンの吸気系制御装置。
【請求項９】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジンの吸気系構造のロータリバルブの開閉時期を制御するエンジンの吸気系制御方法において、
エンジン運転状態を検出する運転検出工程と、
検出したエンジン運転状態に応じて前記ロータリバルブの外筒及び内筒の相対位相を制御してロータリバルブの開閉時期を調整するロータリバルブ位相制御工程と、
を有することを特徴とするエンジンの吸気系制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの吸気系の構造及びその吸気系を制御する装置並びに吸気系制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの吸気慣性効果を増すために、吸気弁の開弁時期に遅れて吸気通路を開弁する１つのロータリバルブを吸気通路に設ける発明が提案されている(特許文献１参照)。
【０００３】
この発明について説明すると、ロータリバルブが閉弁した状態で吸気弁が開弁すると、ピストンが下降するにつれて吸気通路に負圧が発達する。この負圧発達状態でロータリバルブを開弁すると、空気がエンジンシリンダに一気に流入するので、吸気慣性効果を増すことができる。
【特許文献１】特公平６−４７９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前述した従来の装置は、吸気慣性効果を得るためのロータリバルブが１つであったため、ロータリバルブの開弁期間は常に同じクランク角となる。このためエンジンの運転状態によっては最適な負圧発達状態でロータリバルブを開弁しても、発達した負圧が吸気通路に反射されて正圧となる最大のタイミング付近で、ロータリバルブを閉弁できず、所望の慣性過給効果を得られない、ということが本件発明者らによって知見された。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、エンジンの広い運転状態において吸気慣性効果を増すことができるエンジンの吸気系構造及び吸気系制御装置並びに吸気系制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、吸気通路(１３)を開閉する吸気バルブ(１５)と、吸気通路(１３)に設けられ、円筒面(２２ｂ)に開口(２２ａ)を有しエンジン回転に同期して回転する外筒(２２)と、その外筒(２２)と同心であって円筒面(２３ｂ)に開口(２３ａ)を有しエンジン回転に同期して回転する内筒(２３)と、を内蔵し、外筒(２２)の開口(２２ａ)及び内筒(２３)の開口(２３ａ)がケーシング(２１)の開口(２１ａ)に重なることで吸気通路(１３)を開弁するロータリバルブ(２０)と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、円筒面に開口を含み同心に配置された外筒及び内筒を備え、その開口同士が重なることで開弁するロータリバルブを有するので、エンジン運転状態に応じてロータリバルブの開弁期間が伸縮自在であり、エンジンの広い運転状態において吸気慣性効果を増すことができる。また吸気通路へ空気を蓄圧でき掃気効果をも得ることができるようになったのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による吸気系構造を有するエンジンを示す正面図(クランク軸方向から見た図)である。
【００１０】
エンジン１０の吸気通路１３には、ロータリバルブ２０が設けられている。エンジン１０の吸気通路１３は、吸気バルブ１５によって開閉する。またエンジン１０の排気通路１４は、排気バルブ１６によって開閉する。吸気バルブ１５及び排気バルブ１６は、エンジン回転(ピストン１１の上下動)に応動して開弁閉弁する。
【００１１】
ロータリバルブ２０は、円筒面に開口２２ａが形成された外筒２２と、円筒面に開口２３ａが形成された内筒２３と、をケーシング２１に内蔵する。ロータリバルブ２０は、外筒２２の開口２２ａ及び内筒２３の開口２３ａがケーシング２１の開口２１ａに重なることで吸気通路１３を開弁する。
【００１２】
空気は、不図示のエアフィルタやスロットルバルブを通過した後、図１に対する法線方向(図１に対する奥行方向)からロータリバルブ２０の内筒２３の内側に流入し、図１の右方向から吸気通路１３に流出する。
【００１３】
図２は、ロータリバルブを示す拡大斜視図である。
【００１４】
上述の通り、ロータリバルブ２０は、ケーシング２１に、外筒２２と、内筒２３と、が内蔵されている。
【００１５】
外筒２２の円筒面２２ｂには、開口２２ａが形成される。外筒２２は両端が開放する。
【００１６】
内筒２３の円筒面２３ｂには、開口２３ａが形成される。内筒２３は有底円筒であり、開放端がエアフィルタやスロットルバルブへと接続する。内筒２３の開口２３ａの形状(大きさ)は、外筒２２の開口２２ａの形状(大きさ)とほぼ同じである。この内筒２３の開口２３ａと外筒２２の開口２２ａとがケーシング２１の開口２１ａに重なると、吸気通路１３が開弁する。内筒２３の底面２３ｃには、シャフト２３ｄが連結される。このシャフト２３ｄを外筒２２に対して回転することで、外筒２２と内筒２３との相対位相が付加される。なおたとえば４気筒エンジンであれば開口２２ａ及び開口２３ａが４つ形成されている。
【００１７】
図３は、ロータリバルブが作動することで過給効果及び掃気効果を得ることができることを説明する図である。
【００１８】
図３(Ａ)に示すように、ピストン１１が上死点(ＴＤＣ)にあるときに、吸気バルブ１５及び排気バルブ１６がともに開弁している(バルブオーバラップ状態)。ロータリバルブ２０は閉弁している。
【００１９】
図３(Ｂ)に示すように吸気行程前半では、ピストン１１が下降するにつれて、ロータリバルブ２０も回転するものの閉弁したままである。このとき吸気通路１３及びエンジンシリンダ１２に負圧が発達する。
【００２０】
図３(Ｃ)に示すように吸気行程後半で、ロータリバルブ２０が開弁すると、エンジンシリンダ内に負圧が発達しているのでロータリバルブ２０の上流から空気がシリンダに一気に流入する。これによって慣性過給効果が得られる。
【００２１】
図３(Ｄ)に示すようにピストン下死点(ＢＤＣ)付近で、吸気バルブ１５の開弁中にロータリバルブ２０が閉弁して慣性過給が終了する。
【００２２】
図３(Ｅ)に示すように圧縮行程前半では、吸気バルブ１５は開弁しており、ロータリバルブ２０は閉弁している。この状態でピストン１１が上昇すると、吸気通路１３及びエンジンシリンダ１２に正圧が発達する。そして吸気バルブ１５が閉弁すると、吸気通路１３に圧力が蓄圧される。
【００２３】
図３(Ｆ)に示すように圧縮行程後半で、吸気バルブ１５は閉弁しており、着火する。
【００２４】
図３(Ｇ)に示すように膨張行程から排気行程にかけてピストン１１は下死点を通過し上昇するにつれて、開弁している排気バルブ１６から排気通路１４に排ガスが排出される。
【００２５】
図３(Ｈ)に示すように排気行程末期に、吸気バルブ１５が開弁すると、吸気通路１３に蓄圧されていた空気がエンジンシリンダに流入し、エンジンシリンダ内の掃気が促進される。
【００２６】
図４は、ロータリバルブの作動タイミング及びそのときのロータリバルブの下流吸気圧を示すタイミングチャートである。
【００２７】
なお横軸はクランクアングルであり、記号Ｔは上死点(ＴＤＣ)、記号Ｂは下死点(ＢＤＣ)を示す。図４(Ａ)の一点鎖線は吸気バルブ１５の開口面積、破線は外筒２２の吸気通路１３に対する開口面積、実線は内筒２３の吸気通路１３に対する開口面積である。ロータリバルブ２０は、外筒２２の開口２２ａ及び内筒２３の開口２３ａが重なることで吸気通路１３を開弁するので、図４(Ａ)のハッチング部分が開弁状態である。また図３との対応が分かりやすくなるように、図４(Ａ)の下に対応符号を付した。
【００２８】
ピストン１１が上死点(ＴＤＣ)にあるときが、タイミングＡであり、この状態が図３(Ａ)に示されている。なお吸気バルブ１５は開弁している。
【００２９】
タイミングＢ(図３(Ｂ)に対応)の吸気行程前半では、外筒２２が開口するものの内筒２３は開口していないので、ロータリバルブ２０は閉弁中である。吸気バルブ１５は開弁しているので、ピストン１１が下降するにつれて、ロータリバルブ２０の下流の吸気通路１３に負圧が発達する(図４(Ｂ))。
【００３０】
タイミングＣ(図３(Ｃ)に対応)の吸気行程後半で、ロータリバルブ２０が開弁すると、ロータリバルブ２０の上流から空気がシリンダに一気に流入し、ロータリバルブ２０の下流の吸気通路１３の圧力が急上昇する(図４(Ｂ))。これによって慣性過給効果が得られる。
【００３１】
タイミングＤ(図３(Ｄ)に対応)のピストン下死点(ＢＤＣ)付近で、吸気バルブ１５の開弁中にロータリバルブ２０が閉弁する。
【００３２】
タイミングＥ(図３(Ｅ)に対応)を過ぎて吸気バルブ１５が閉弁するまでは、ピストン１１の上昇によって吸気通路１３に正圧が発達する。そして吸気バルブ１５が閉弁すると、吸気通路１３に圧力が蓄圧される(図４(Ｂ)のハッチング領域)。
【００３３】
タイミングＦ(図３(Ｆ)に対応)の圧縮行程後半で着火する。このときも吸気通路１３には圧力が蓄圧されたままである(図４(Ｂ)のハッチング領域)。
【００３４】
タイミングＧ(図３(Ｇ)に対応)の下死点付近でも、吸気通路１３には圧力が蓄圧されたままである(図４(Ｂ)のハッチング領域)。
【００３５】
タイミングＨ(図３(Ｈ)に対応)で吸気バルブ１５が開弁すると、吸気通路１３に蓄圧されていた空気がエンジンシリンダに流入し吸気通路１３の圧力が低下する(図４(Ｂ))。これによりエンジンシリンダ内の掃気が促進される。
【００３６】
図５は、ロータリバルブによる慣性過給効果を説明する図である。
【００３７】
図５に示すようにロータリバルブが無いエンジンでは、シリンダ内の空気量は破線で示す通りであり、吸気バルブが開弁すると増大しはじめ、吸気バルブが全閉するまで増大する。
【００３８】
これに対して、ロータリバルブ２０が有るエンジンでは、シリンダ内の空気量は実線で示す通りであり、吸気バルブが開弁しても増大量は小さい。そしてクランクアングルＡ１でロータリバルブ２０が開弁すると(図３(Ｃ))、シリンダ内の空気量が一気に増大する。クランクアングルＡ２でロータリバルブ２０が閉弁すると(図３(Ｄ))、シリンダ内の空気量増加がなくなるものの、ロータリバルブが無い場合に比較してシリンダへの空気流入量が増えている。
【００３９】
このように本発明では、圧縮行程前半で吸気通路１３に圧力を蓄圧し、排気行程末期にその蓄圧されていた空気でエンジンシリンダ内を掃気するので、シリンダ内に残留する排ガスを低減でき、ひいてはエンジン出力を向上できるのである。
【００４０】
ところで本発明のロータリバルブ２０は、外筒２２の開口２２ａ及び内筒２３の開口２３ａが重なることで吸気通路１３を開弁するので、外筒２２及び内筒２３の相対位相を変更することで開弁期間を伸縮自在である。
【００４１】
エンジンの運転状態に応じて開弁期間を適切に伸縮すれば、エンジン出力を極めて効率的に高めることができる。以下ではその具体的な制御内容について説明する。
【００４２】
図６は、本発明によるエンジンの吸気系制御装置の第１実施形態におけるコントローラの制御内容を説明するフローチャートである。
【００４３】
ステップＳ１１においてコントローラは、エンジンの運転状態を検出する。具体的にはエンジン水温に基づいて暖機が終了しているか、アクセルペダル踏込量や燃料噴射量に基づいて高負荷運転であるか、などのエンジン運転状態を検出する。
【００４４】
ステップＳ１２においてコントローラは、エンジンの暖機が終了したか否かを判定する。終了していなければステップＳ１３へ処理を移行し、終了していればステップＳ１５へ処理を移行する。
【００４５】
ステップＳ１３においてコントローラは、吸気バルブの開閉時期など(必要があれば吸気バルブのリフト量や燃料噴射量、目標アイドル回転速度などの補正等も含む)を冷間運転制御する。
【００４６】
ステップＳ１４においてコントローラは、吸気バルブによる吸気動作の障害にならないタイミングで作動するようにロータリバルブの開閉時期を制御する。すなわちエンジン冷間時には、吸気バルブ１５の開弁期間中はロータリバルブ２０が全開状態であるようにロータリバルブ２０の開閉時期を設定する。具体的には図７のマップに基づいてロータリバルブの開閉時期を制御する。なおロータリバルブ２０は開弁開始から全開するまでに所定期間を要する。そこで図７に示すように全開するまでの期間を見越して早めに制御している。図７においてはロータリバルブ２０は９０degBTDCで開弁し始め、４５degBTDCで全開する。そして、ほぼ１６０degATDCで閉弁し始め、ほぼ２００degATDCでで全閉する。すなわち、４５degBTDCから１６０degATDC程度まで全開する。
【００４７】
ステップＳ１５においてコントローラは、吸気バルブの開閉時期などを通常運転制御する。
【００４８】
ステップＳ１６においてコントローラは、エンジンが高負荷運転であるか否かを判定する。高負荷運転でなければステップＳ１７へ処理を移行し、高負荷運転であればステップＳ１８へ処理を移行する。
【００４９】
ステップＳ１７においてコントローラは、図８のマップに基づいてロータリバルブの開閉時期を制御する。
【００５０】
ステップＳ１８においてコントローラは、図９のマップに基づいてロータリバルブの開閉時期を制御する。
【００５１】
本実施形態では、図７のマップに示したように、冷間時にポンプロスを低減するために吸気弁の開閉動作を進角する場合であっても、ロータリバルブ２０の開時期を早めるようにしたので、吸気バルブ１５による吸気動作の障害にならない。
【００５２】
また高負荷走行時には図９のマップに示したように、エンジン回転速度の増大にともなってロータリバルブ２０の開弁時期を進角するようにした。ロータリバルブ２０の開閉は、負圧を発達させて開弁→過給による圧力が最も高くなったところで閉弁するが、この開閉制御では、圧力に合わせた制御をしているので、時間に依存し、クランク角度には依存しない。つまり、エンジン回転速度が上昇しても常に一定の開閉時間であることが必要になる。本実施形態では、エンジン回転速度の増大にともなってロータリバルブ２０の開弁時期を進角するようにすることで、負圧を発達させて開弁→過給による圧力が最も高くなったところで閉弁、というタイミングになり、エンジン出力を極めて効率的に高めることができたのである。
【００５３】
（第２実施形態）
図１０は、本発明によるエンジンの吸気系制御装置の第２実施形態におけるコントローラの制御内容を説明するフローチャートである。
【００５４】
なお以下では前述した実施形態と同様の部分には、同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００５５】
第１実施形態では、高負荷であるときにエンジン回転速度の増大にともなってロータリバルブ２０の開弁時期を進角するようにしたが、本実施形態では負荷に応じてロータリバルブ２０の開弁時期の進角度合を変更するようにした。
【００５６】
すなわち図１１に示すように、高負荷であるほどエンジン回転速度の増大にともなうロータリバルブ２０の開弁時期の進角度合が大きくなり、低負荷であるほどエンジン回転速度の増大にともなうロータリバルブ２０の開弁時期の進角度合が小さくなるようにした。すなわち極低負荷であるときは、エンジン回転速度にかかわらずロータリバルブ２０の開弁時期はほぼ同じである。すなわちロータリバルブ２０の開弁時期の進角度合はほぼゼロである。高負荷(全負荷)では、エンジン回転速度が低いときにはロータリバルブ２０の開弁時期が遅く、エンジン回転速度が高くなるほどロータリバルブ２０の開弁時期を進角するが、この進角度合が高負荷であるほど大きくなるようにしたのである。
このようにすることで、負圧を発達させて開弁→過給による圧力が最も高くなったところで閉弁、という制御をさらに精緻に実行でき、エンジン出力をさらに効率的に高めることができたのである。
【００５７】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００５８】
たとえば上記説明においては、外筒２２が内筒２３に先行して、吸気通路１３に対して開口するとともに吸気通路１３に対して閉口するようにしてある。すなわち外筒２２の位相が内筒２３の位相に先行する。このようにすることで、図１２(Ａ)におけるロータリバルブ２０を閉弁するタイミングで空気がロータリバルブ２０から漏れることを防止できる。すなわち本実施形態とは反対に、外筒２２が内筒２３に遅れて吸気通路１３を閉口するようにすると(図１２(Ｂ))、内筒２３が吸気通路１３を閉口してから外筒２２が吸気通路１３を閉口するまでに、外筒２２の厚さ分の隙間から空気がロータリバルブ２０に漏れて吸気通路１３の蓄圧が低下する可能性がある。外筒２２が内筒２３に先行して吸気通路１３を閉口するようにすることで(図１２(Ａ))、吸気通路１３に、より高圧を蓄圧できるのである。
【００５９】
また外筒２２が内筒２３に遅れて吸気通路１３を開口するようにすると(図１３(Ａ))、その後、空気がエンジンシリンダに一気に流入するので、吸気慣性効果を増すことができる。これとは反対に外筒２２が開口してから内筒２３が開口する場合は(図１３(Ｂ))、外筒２２が開口してから内筒２３が開口するまでに、外筒２２の厚さ分の隙間から空気が吸気通路１３に漏れて空気の引き込みが弱くなって慣性過給効果が弱まる可能性がある。
【００６０】
外筒２２が内筒２３に遅れて吸気通路１３を開口するようにすることで(図１３(Ａ))、慣性過給効果を一層向上できるのである。
【００６１】
このように外筒２２及び内筒２３のいずれを先行するかによって、吸気通路１３への高蓄圧を優先したり、吸気時の慣性過給効果を優先したりすることができる。
【００６２】
これについてはエンジンの仕様や運転状態に応じて適宜選択すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による吸気系構造を有するエンジンを示す正面図(クランク軸方向から見た図)である。
【図２】ロータリバルブを示す拡大斜視図である。
【図３】ロータリバルブが作動することで過給効果及び掃気効果を得ることができることを説明する図である。
【図４】ロータリバルブの作動タイミング及びそのときのロータリバルブの下流吸気圧を示すタイミングチャートである。
【図５】ロータリバルブによる慣性過給効果を説明する図である。
【図６】本発明によるエンジンの吸気系制御装置の第１実施形態におけるコントローラの制御内容を説明するフローチャートである。
【図７】冷間時のロータリバルブの開閉時期制御マップである。
【図８】暖機後の低負荷及び中負荷でのロータリバルブの開閉時期制御マップである。
【図９】暖機後の高負荷でのロータリバルブの開閉時期制御マップである。
【図１０】本発明によるエンジンの吸気系制御装置の第２実施形態におけるコントローラの制御内容を説明するフローチャートである。
【図１１】第２実施形態における暖機後のロータリバルブの開閉時期制御マップである。
【図１２】外筒が内筒に先行して閉口するときの効果を説明する図である。
【図１３】外筒が内筒に遅れて開口するときの効果を説明する図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  エンジン
１１  ピストン
１２  エンジンシリンダ
１３  吸気通路
１４  排気通路
１５  吸気バルブ
１６  排気バルブ
２０  ロータリバルブ
２１  ケーシング
２１ａ  ケーシングの開口
２２  外筒
２２ａ  外筒の開口
２３  内筒
２３ａ  内筒の開口
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008303758.tif 000011
【図１１】
2008303758.tif 000012
【図１２】
2008303758.tif 000013
【図１３】
2008303758.tif 000014
【図３】
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