JPH0436026A

JPH0436026A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0436026A
Application number: JP13023990A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Nishimura; 博文西村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1992-02-06

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）本発明は過給機付きエンジンの吸気装置に関する。

（従来技術）一般に過給機付きエンジンにおいては、その排気ガス温
度が高いために高速運転領域では空燃比のリッチ化を図
り、排気ガス温度をピストンおよび排気系部品の耐熱限
界内に抑えるという制御が行なわれている。

また、過給機付きエンジンの場合、その幾何学的圧縮比
（ピストン下死点でのシリンダ内容積／ピストン上死点
でのすきま容積）を過給機無しのエンジンのものよりも
低く抑えて高負荷運転領域での異常燃焼（ノッキング）
を回避している。

このように、過給機付きエンジンでは高速運転領域で空
燃比のリッチ化を図ることから燃費が悪化するという問
題があり、また、低圧縮比にすると熱効率が低下するこ
とからも燃費を悪化させる原因となっている。

一方、軽負荷運転領域での燃費改善を図る技術として吸
気遅閉じシステムが知られている。この吸気遅閉じシス
テムでは、吸気ポート閉時期が遅いことにより、軽負荷
運転領域でのポンピングロスの低減が図れるとともに、
圧縮行程のビストンストロークが短かくなることから膨
張行程のビストンストロークが相対的に長くなり、燃焼
ガスの断熱膨張による排気ガスの冷却を図ることができ
る。

ところが、上記吸気遅閉じシステムを採用すると、有効
圧縮比が低下するために、軽負荷運転領域で燃焼が悪化
し、また高負荷運転領域において吸気充填量が不足する
という問題があり、狭い運転領域にしか適用ができなか
った。

そこで、本出願人の出願になる特開昭６３−１９５３２
５号所載の過給機付きエンジンでは、吸気遅閉じととも
に、幾何学的圧縮比を高めて、有効圧縮比の低下を抑え
、軽負荷運転領域での燃焼性を確保し、かつ過給圧が排
気圧を上回る高負荷低回転領域では吸気ポートの開時期
を他の運転領域よりも早めて吸気側と排気側の開弁期間
のオーバーラツプを大きくし、これによって吸気の充填
効率を高めるようにしている。

しかしながら、特に過給機が排気ガスでタービンを駆動
するターボチャージャの場合、高負荷低回転領域では所
定の過給圧が得られないため、依然として吸気充填量が
不足するという問題かあった。

（発明の目的）上述の事情に鑑み、本発明は燃費の改善と高負荷低回転
領域での吸気充填量の増大とを両立させた過給機付きエ
ンジンの吸気装置を提供することを目的とする。

（発明の構成）本発明によるエンジンの吸気装置は、吸気ポート閉時期
を所定状態とそれよりも遅い状態との間で切換え可能な
第１の手段と、過給圧を変更しうる第２の手段と、エン
ジンの運転状態に応じて上記第１の手段を制御して上記
吸気ポート閉時期を切換え、かつこの吸気ポート閉時期
の切換えに伴って上記第２の手段を所定時間制御して過
給圧を変更する制御手段とを備えていることを特徴とす
る。

（発明の効果）本発明によれば、吸気の遅閉しによってポンピングロス
を低減し、かつ燃焼ガスの断熱膨張を有効に利用して燃
焼ガスを冷却し、これによって排気ガス温度の上昇を防
止することができるため、高速運転領域で空燃比をリッ
チ化する必要がなくなり、燃費の改善が図れる。

また、本発明によれば、高負荷低回転域では、吸気の遅
閉じ状態を正常状態に戻すことによって吸気充填量を向
上させることができる。

さらに本発明によれば、例えば吸気ポート閉時期を所定
状態からそれよりも遅い状態への切換えに伴って過給圧
を上昇させることができるから、高負荷低回転領域から
他の運転領域に移行するときの吸気遅閉じへの切換えに
よるトルクショックの発生を防止することができる。

（実　施　例）以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

以下に述べる実施例は、本発明をロータリピストンエン
ジンに適用した場合の実施例であるが、この実施例の説
明に先立って、吸気ポートの閉時期を所定状態（正常状
態）とそれより遅い状態（吸気遅閉じ）との間で切換え
可能な２気筒ロークリピストンエンジンの構成およびそ
の動作原理にっいて第８図を参照して説明する。

第８図において、フロント気筒ＩＡおよびリヤ気筒ＩＢ
を備えた２気筒ロータリピストンエンジンＥの各気筒Ｉ
Ａ、ＩＢでは、トロコイド状の内周面を備えたロータハ
ウジング２Ａ、２Ｂと、その両側に配された３つのサイ
トハウジング３とによって形成されたケーシング４内を
、はぼ３角形状のロータ５Ａ、５Ｂがエキセントリック
シャフト６に支承されて遊星回転運動を行なっている。

そしてフロント気筒ＩＡにおいては、ロータ５Ａの回転
に伴って、ケーシング４内を３つの作動室Ｆ１、Ｆ２、
Ｆ３に区画し、リヤ気筒１Ｂにおいては、ロータ５Ｂの
回転に伴ってケーシング４内を３つの作動室Ｒ１、Ｒ２
、Ｒ３に区画して、それぞれの気筒において吸気、圧縮
、爆発膨張および排気の各行程を両気筒ＩＡ、ＩＢ間で
所定の位相差をもって順次行なうようになっている。７
Ａ。

７Ｂは気筒ＩＡ、ＩＢのサイドハウジング３にそれぞれ
開口してロータ５Ａ、５Ｂによって開閉される吸気ポー
ト、８Ａ、８Ｂはロータハウジング２に設けられた排気
ポート、９Ａ、９Ｂは各吸気ポート７Ａ、７Ｂにそれぞ
れ配設された燃料噴射弁である。

上流側の吸気通路工０にはスロットルバルブ１１が配設
され、このスロットルバルブ１１の下流側にはサージタ
ンク１２が設けられ、サージタンク１２から分岐された
２本の独立吸気通路１３Ａ、１３Ｂが各気筒ＩＡ、ＩＢ
の吸気ポート７Ａ、７Ｂにそれぞれ接続されている。

一方、２つの気筒ＩＡ、ＩＢの間を仕切るサイドハウジ
ング３には、双方の吸気ポート７Ａ。

７Ｂのリーディング側に開口する開口部１４Ａ１１４Ｂ
が設けられている。これら開口部１４Ａ１１４Ｂは、サ
イドハウジングを貫通して形成された吸気還流ポート１
５によって連通しており、ロータ５Ａ、５Ｂによってそ
れぞれ開閉されるようになっている。そしてこれら開口
部１４Ａ１１４Ｂは、ロータ５Ａ、５Ｂの回転に伴って
吸気ポート７Ａ、７Ｂよりそれぞれ遅れて開き、かつ吸
気ポート７Ａ、７Ｂよりそれぞれ遅れて閉じられるから
、吸気還流ポート１５は「吸気遅閉じポート」としての
機能を有することになる。吸気還流ポート１５には、そ
の吸気還流機能をＯＮ・ＯＦＦするための開閉弁１６が
介設されている。

なお、第８図においては、吸気還流ポート１５が長い連
通路として示されているが、実際は、上述の説明から明
らかなように、吸気還流ポート１５はサイドハウジング
３を貫通して形成されているので、開口部１４Ａ、１４
Ｂを両端としてサイドハウジング３の厚さだけの長さを
有するきわめて短い通路である。

以上の構成において、まず上記開閉弁１６が閉じられて
吸気還流ポート１５が非連通状態にあるときには、第８
図に示す２気筒ロータリピストンエンジンＥは、吸気還
流ポート１５を備えていない通常のロータリピストンエ
ンジンと同様の動作を行なうことが明らかである。

次に開閉弁１６が開かれて吸気還流ポート１５が連通状
態にあるときの動作について、第９図を参照して説明す
る。

第９図は、エキセントリックシャフト６の回転角に対す
る両党筒ＩＡ、ＩＢの吸気ポー）７Ａ。

７Ｂの開期間（実線）および吸気還流ポート１５の開口
部１４Ａ、１４Ｂの開期間（破線）を示すタイミングチ
ャートである。まず時点ｔ１においてフロント気筒ＩＡ
の作動室Ｆ１内で吸気ポート７Ａが開き、この作動室Ｆ
１内へ混合ガスが吸入される。作動室Ｆ１の混合ガスの
吸入は時点ｔ５まで継続される。時点ｔ１では、吸気還
流ポート１５の開口部１４Ａは閉じているが、リヤ気筒
ＩＢの吸気ポート７Ｂおよび吸気還流ポート１５の開口
部１４Ｂがすでに作動室Ｒ１内に開いている。フロント
気筒ＩＡにおける吸気還流ポート１５の開口部１４Ａは
時点ｔ１より遅れた時点ｔ２から開き、かつ時点ｔ５よ
り遅れた時点ｔ６で閉じられる。

一方、リヤ気筒ＩＢの作動室Ｒ１で吸気が終了した時点
ｔ３からは作動室Ｒ１が圧縮行程となるため、リヤ気筒
ＩＢのポンプ作用により、吸気ポート７Ｂが閉じられた
時点ｔ３から吸気還流ポート１５の開口部１４Ｂが閉じ
られる時点ｔ４までの間、リヤ気筒ＩＢの作動室Ｒ１か
らフロント気筒ＩＡの作動室Ｆ１に対し吸気還流ポート
１５を通じて混合ガスが送給される。

次にフロント気筒ＩＡの作動室Ｆ１では、時点ｔ５から
圧縮行程となり、また吸気還流ポート１５の開口部１４
Ｂがリヤ気筒ＩＢの作動室Ｒ２内に開いているので、フ
ロント気筒ＩＡのポンプ作用により、吸気ポート７Ａが
閉じられた時点ｔ５から吸気還流ポート１５の開口部１
４Ａが閉じられる時点ｔ６までの間、フロント気筒ＩＡ
の作動室Ｆ１からリヤ気筒ＩＢの作動室Ｒ２に対し吸気
還流ポート１５を通じて混合ガスが送給される。

このようにして、フロント気筒ＩＡとリヤ気筒ＩＢの各
作動室間で吸気還流ポート１５を通しての混合ガスの交
換か交互に行なわれるが、各作動室の圧縮行程の前半で
は吸気還流ポー）１５を通じた他気筒への混合ガスの送
給により、圧縮が行なわれず、吸気ポート７Ａ、７Ｂの
閉時期を遅くしたのと同様の結果が得られ、すなわち、
吸気還流ポート１５が吸気遅閉じポートとして作用し、
その結果、ボンピングロスの低減と、燃焼ガスの断熱膨
張による排気ガスの冷却とを図ることができるのである
。

第１図および第２図は、本発明による吸気装置を備えた
過給機付きロータリピストンエンジンの実施例の概略的
構成を、第８図との対応部分には同一符号を付して示す
断面図である。ただし本実施例では、各気筒ＩＡ、ＩＢ
の吸気ポートがそれぞれプライマリポート７ＰＡ、７Ｐ
Ｂおよびセカンダリポート７ＳＡ、７８Ｂに分岐してお
り、これに伴って、プライマリスロットルバルブ１１Ｐ
とセカンダリスロットルバルブ１１Ｓとが設けられてい
る。これらスロットルバルブＬＩＰ、ＩＩＳは第３図に
示す態様で作動される。両気筒ＩＡ。

１８間を仕切る中央のサイドハウジング３には、吸気遅
閉じポートとしての吸気還流ポート１５が貫設され、こ
のポート１５に開閉弁１６が介設されている。開閉弁１
６はダイヤフラム式アクチュエータ２０によって開閉さ
れるようになっており、このアクチュエータ２０の作動
負圧は、プライマリスロットルバルブ１１Ｐ下流の独立
吸気通路１３Ａからソレノイド２１を通じて供給される
。

一方、排気ボート８Ａ、８Ｂに接続された排気通路２２
には、ターボ過給機２３のタービン２３ａが設けられて
いるとともに、このタービン２３ａをバイパスする通路
２４にウェストゲートバルブ２５が配設されている。ま
た吸気通路１０には、上記タービン２３ａによって駆動
されるコンプレッサ２３ｂが介装されている。上記ウェ
ストゲートバルブ２５はダイヤフラム式アクチュエータ
２６によって開閉されるがこのアクチュエータ２６の作
動負圧は、吸気通路１０からデユーティソレノイド２７
を通じて供給される。

上記連通路１５に介装された開閉弁１６とウェストゲー
トバルブ２５とは、コントロールユニット２８によって
開閉される。すなわち、コントロールユニット２８は、
吸気通路１０に介装されたエアフローメータ２９で検出
される吸入空気量と、クランク角センサ３０で検出され
るエキセントリックシャフトの回転周期とをそれぞれあ
られす信号に基づいて、第４図に示すように、低負荷領
域（領域Ｉ）および高負荷低回転領域（領域■）以外の
運転領域（領域■）で、アクチュエータ２０に作動負圧
を供給するソレノイド２１に信号を出力して、開閉弁１
６を開き、吸気還流ポート１５すなわち吸気遅閉じポー
トの作用による吸気遅閉じを行なう。なお、第４図にお
いて、正味平均有効圧Ｐｅは燃料噴射弁の噴射パルス幅
Ｔｐにほぼ対応するもので、エンジンの排気量が変って
も同じ指標で比較できる単位である。また第５図は各ポ
ートの開閉状態を示すタイミングチャートである。

さらにコントロールユニット２８は、第４図における領
域Ｉまたは■から領域■への移行に伴って、開閉弁１６
を開いて吸気遅閉じを行なうときに、コンプレッサ２３
ｂによる過給圧を高める制御を行なっている。この過給
圧を高める制御は、例えばウェストゲートバルブ２５を
開いて過給圧の上昇を抑制する制御を行なうべきときに
、ウェストゲートバルブ２５を開かずに閉じた状態に維
持することによって達成される。

第６図はコントロールユニット２８が実行する吸気ポー
ト閉時期の切換え制御ルーチンのフローチャートである
。

まずステップＳ１でクランク角センサ３０で検出される
エンジン回転周期と、エアフローメータ２９での出力を
読みこみ、ステップＳ２、Ｓ３でエンジン回転数Ｎｅを
算出し、かつ燃料噴射弁に与える噴射パルスのパルス幅
Ｔｐを算出し、次のステップＳ４で、エンジン回転数Ｎ
ｅと噴射パルス幅Ｔｐから第４図の領域■か否か、すな
わち、吸気遅閉じを行なう領域か否かを判定する。吸気
遅閉しは行なわない領域（領域Ｉ、■）であれば、ステ
ップＳ５へ進んで、過給圧の補正は行なわず（過給圧補
正項ｐｖ＝ｏ）、次のステップＳ６で第７図に示すよう
に、デユーティソレノイド２７のデユーティ比ＰＤ（％
）を所定のＰＢに設定し、ステップＳ７で、デユーティ
ソレノイド２７をデユーティ比ＰＤ（＝ＰＢ）で駆動す
るとともに、ステツブＳ８で吸気還流ポート１５すなわ
ち吸気遅閉じポートの開閉弁１６が閉となるようにソレ
ノイド２１を制御して１回の制御ルーチンを終了し、ス
テップＳ１へ戻る。

一方、ステップＳ４の判定で、吸気遅閉じを行なう領域
（第４図の領域■）であると判定されたときには、次の
ステップＳ９で、スロットル開度変化ｄθ／ｄｔを判定
する。そしてｄθ／ｄｔ＜−ａであれば、すなわち減速
状態であればステップＳ１０へ進み、過給補正は行なわ
ず（ＰＶ＝Ｏ）、ステップＳ１３へ進む。またステップ
Ｓ９の判定で、減速状態でないと判定された場合には、
ステップＳ１１へ進み、ここで前回の制御サイクルでは
第４図の領域■〜■のうちの何れの領域にあったかを判
定する。そして前回が領域■でなければ、すなわち吸気
遅閉じを行なっていなければ、ステップＳ１２へ進み、
過給圧補正項ＰＶ＝にとし、次のステップＳ１３で、デ
ユーティソレノイド２７をデユーティ比ＰＤをＰＢ＋Ｐ
Ｖに設定する。

この場合は、吸気遅閉じに移行した時点であるから、第
７図に示すように、ＰＤ＝ＰＢ＋にとなる。

そしてステップＳ１４でデユーティソレノイド２７をデ
ユーティ比ＰＤ（＝ＰＢ＋Ｋ）で駆動し、過給圧を上昇
させるとともに、ステップＳ１５で、吸気還流ポート１
５すなわち吸気遅閉じポート１５の開閉弁１６が開とな
るようにソレノイド２１を制御して１回の制御ルーチン
を終了し、ステップＳ１へ戻る。

また、ステップＳ１１において、前回の制御サイクルも
領域■であってすでに吸気遅閉じが実行されていると判
定されたときには、ステップＳ１６へ進み、第７図に示
すように、過給圧補正項ＰＶから１回の制御サイクル毎
に所定の微小値Ｃを減算して、ＰＤ＝ＰＢになるまで徐
々に過給圧を低下させる。そして次のステップ５１７で
ＰＶ≧０か否かを判定し、Ｐｖ≧Ｏであれば、ステップ
Ｓ１３へ進んでデユーティ比ＰＤをＰＢ＋ＰＶに設定し
、ステップＳ１４．５１５と進む。

またステップＳ１７の判定がＰ■≧０でなければ、ステ
ップＳ１８でｐｖ＝ｏとしてステップＳ１３へ進む。

コントロールユニット２８が以上のような制御ルーチン
を実行することによって、吸気ポート閉時期が所定状態
からそれよりも遅い状態に切換えられたとき、所定時間
過給圧が上昇するから、吸気遅閉じによるトルクの落込
みが阻止され、これによってトルクショックの発生を防
止することができる。

なお、上述の実施例は本発明をロータリピストンエンジ
ンに適用した場合であるが、本発明は吸気バルブタイミ
ング可変機構を備えたレシプロエンジンにも適用できる
ことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発明に
よる吸気装置を備えたロータリピストンエンジンの概略
的構成を示す縦断面図、第２図はその横断面図、第３図
はプライマリスロットルおよびセカンダリスロットルバ
ルブのアクセル開度に対するバルブ開度の関係を示すグ
ラフ、第４図はエンジンの運転領域を示すマツプ、第５
図はエンジンの各ポートの開閉状態を示すタイミングチ
ャート、第６図はコントロールユニットが実行する制御
ルーチンのフローチャート、第７図は制御の状態を示す
タイミングチャート、第８図は吸気遅閉じポートを備え
たロークリピストンエンジンの概略的構成図、第９図は
その動作の説明に供するタイミングチャートである。ＩＡ・・・フロント気筒１Ｂ・・・リヤ気筒３・・・サイドハウジング５Ａ、５Ｂ・・・ロータ６・・・エキセントリックシャフト７Ａ、７Ｂ・・・吸気ポート１４Ａ、１４Ｂ・・・開口部１５・・・吸気還流ポート（吸気遅閉じポート）１６・
・・開閉弁７ＰＡ、７ＰＢ・・・プライマリポート７ＳＡ、７３Ｂ
・・・セカンダリポートＬＩＰ・・・プライマリスロッ
トルバルブ１１Ｓ・・・セカンダリスロットルバルブ２
０．２６・・・アクチュエータ２１．２７・・・ソレノイド２３・・・ターボ過給機２５・・・ウェストゲートバルブ２８・・・コントロールユニット２９・・・エアフローメータ３０・・・クランク角センサ

Claims

【特許請求の範囲】

　吸気ポート閉時期を所定状態とそれよりも遅い状態と
の間で切換え可能な第１の手段と、過給圧を変更しうる
第２の手段と、エンジンの運転状態に応じて上記第１の
手段を制御して上記吸気ポート閉時期を切換え、かつこ
の吸気ポート閉時期の切換えに伴って上記第２の手段を
所定時間制御して過給圧を変更する制御手段とを備えて
いることを特徴とするエンジンの吸気装置。