JPH08218879A - ４サイクルエンジンの吸気構造 - Google Patents

４サイクルエンジンの吸気構造

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JPH08218879A
JPH08218879A JP4499795A JP4499795A JPH08218879A JP H08218879 A JPH08218879 A JP H08218879A JP 4499795 A JP4499795 A JP 4499795A JP 4499795 A JP4499795 A JP 4499795A JP H08218879 A JPH08218879 A JP H08218879A
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valve
exhaust
recirculation
opening
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JP4499795A
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Fumitoshi Sugiyama
文敏 杉山
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Yamaha Motor Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ４サイクルエンジンの吸気構造を、部分負荷
時にはミラーサイクルで運転でき、高負荷時にはノーマ
ルサイクルで運転できると共に、その切り換えのために
従来からエンジンに設置されている装置を有効に利用し
て、一層効率的に燃費の改善や排ガスの低減を図ること
ができるものとする。 【構成】 吸気通路３に連通する吸気ポート７に吸気バ
ルブ８が配設され、排気通路１５に連通する排気ポート
９に排気バルブ１０が配設されていて、吸気バルブ８と
排気バルブ１０が別のカム軸１１，１２によってそれぞ
れ駆動されていると共に、吸気通路３から分岐して吸気
還流通路３ｂが設けられ、該吸気還流通路３ｂに連通す
る吸気還流ポート１８に吸気還流バルブ１９が配設され
ている４サイクルエンジン１において、吸気還流バルブ
１９と排気バルブ１０を共通のカム軸１２によって駆動
するように、吸気還流ポート１８を排気ポート９の側に
配置し、該共通のカム軸１２に対してカム位相角度可変
装置１３を設置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、４サイクルエンジンの
吸気構造に関し、特に、圧縮工程時にシリンダ内に吸入
した吸気の一部を吸気通路に還流させる吸気還流通路を
設けて、エンジンの運転領域に応じてオットーサイクル
（ノーマルサイクル）とミラーサイクルの運転変更を可
能とした４サイクルエンジンの吸気構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの運転において、吸気バルブの
閉タイミングを通常よりも早くしたりあるいは遅らせた
りすることにより、膨張比を圧縮比よりも大きくして、
燃焼ガスの持つエネルギーを十分に膨張させて取り出
し、熱効率を改善して燃費の向上を図る、所謂ミラーサ
イクルという技術が従来から一般的に知られており、そ
のようなミラーサイクルにより運転されるエンジンとし
て、吸気バルブの閉タイミングを遅らせると共に、リシ
ョルムコンプレッサーを使用した高効率のスーパーチャ
ージャーにより過給するというものが従来から知られて
いる。
【０００３】ところが、そのようなミラーサイクル・エ
ンジンでは、スロットルが中間開度となる部分負荷時に
は、リショルムコンプレッサーの駆動ロスによりさほど
燃費が向上せず、しかも、リショルムコンプレッサー，
インタークーラー，その他の装備が必要となるため、構
成上非常に高価なものとなってしまうという問題があ
る。
【０００４】そこで、スーパーチャージャーなどを必要
とすることなく、スロットル開度が中間開度である部分
負荷時の燃費の向上と、スロットル開度が全開である高
負荷時の出力性能を両立させるために、通常の吸気通路
から分岐させて、圧縮工程時にシリンダ内の吸気の一部
を吸気通路に還流させる吸気還流通路を設け、該吸気還
流通路の開閉タイミングを変えることにより、部分負荷
時にはミラーサイクルとなり、高負荷時にはオットーサ
イクル（ノーマルサイクル）となるように切り換え可能
とした３バルブの４サイクルエンジンが従来公知となっ
ている。（特開昭５２−１３９８１９号公報，特開昭５
８−１２２３１７号公報など参照）
【０００５】一方、上記のような技術とは別に、ツイン
カム（ＤＯＨＣ）型式のバルブシステムを有する４サイ
クルエンジンにおいて、タイミングチェーンに噛合する
カムスプロケットの位相とカム軸自体の位相をエンジン
の運転領域に応じて油圧等の手段により変化させ、排気
バルブの開閉タイミングをエンジンの運転領域に対応さ
せるようにしたカム位相角度可変装置（ＶＶＴ）という
ものは従来から公知となっている。（例えば、実公平６
−１２２４０号公報等参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な３バルブでミラーサイクルとオットーサイクルの切り
換えが可能な従来の４サイクルエンジンについては、そ
の何れのものについても、そのサイクル切り換えのため
に、吸気還流通路中に設けた開閉弁の開閉タイミングを
可変なものとしたり、吸気還流バルブの開閉を運転領域
に応じて停止させたりするような、従来のエンジンには
設置されていない制御機構を何らかの形で新たに付加し
なければならないという問題がある。
【０００７】本発明は、上記のような従来の４サイクル
エンジンの吸気構造における不都合を解消することを目
的としたもので、具体的には、部分負荷時にはミラーサ
イクルで運転でき、高負荷時にはノーマルサイクルで運
転できると共に、その切り換えのために従来からエンジ
ンに設置されている装置を有効に利用して、一層効率的
に燃費の改善や排ガスの低減を図ることができる４サイ
クルエンジンの吸気構造を提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決しかつ目的を達成するために、上記の請求項１に記
載したように、吸気通路に連通する吸気ポートに吸気バ
ルブが配設され、排気通路に連通する排気ポートに排気
バルブが配設されていて、吸気バルブと排気バルブが別
のカム軸によってそれぞれ駆動されていると共に、吸気
通路から分岐して吸気還流通路が設けられ、該吸気還流
通路に連通する吸気還流ポートに吸気還流バルブが配設
されている４サイクルエンジンにおいて、吸気還流バル
ブと排気バルブが共通のカム軸によって駆動されるよう
に、吸気還流ポートが排気ポートの側に配置されてお
り、該共通のカム軸に対してカム位相角度可変装置が設
置されていることを特徴とするものである。
【０００９】また、そのような４サイクルエンジンの吸
気構造において、上記の請求項２に記載したように、吸
気還流通路の途中に開閉弁が設置されていることを特徴
とするものである。
【００１０】
【作 用】上記のような構成により、低・中速回転で部
分負荷（低負荷）の時には、カム位相角度可変装置（Ｖ
ＶＴ）により、排気バルブの開閉タイミングと共に、吸
気還流バルブの開閉タイミングが遅らされて、メインの
吸気バルブが閉じた後も吸気還流バルブが開いているた
め、エンジンは吸気遅閉じミラーサイクルで運転され、
吸気ポンピングロスの減少による燃費の向上が図られ
る。
【００１１】しかも、同時に排気バルブの開閉タイミン
グが遅らされているため、吸気バルブと排気バルブの開
状態のオーバーラップが拡大することとなり、そのた
め、燃焼された排気ガスの一部が再びシリンダ内に戻っ
て内部的なＥＧＲ（排気再循環）が得られ、燃費が更に
向上して、排ガスも低減する。
【００１２】一方、高速回転で高負荷の時には、カム位
相角度可変装置により、排気バルブの開閉タイミングと
共に、吸気還流バルブの開閉タイミングがノーマルな状
態に戻って、メインの吸気バルブが閉じると同時に吸気
還流バルブも閉じるため、エンジンはオットーサイクル
で運転され、高効率スーパーチャージャーなどを必要と
することなく、高速性能が確保される。
【００１３】なお、カム位相角度可変装置（ＶＶＴ）
を、部分負荷（低負荷）時には各バルブの開閉タイミン
グが遅れるが、アイドル運転のような極低負荷の時には
各バルブの開閉タイミングがノーマルな状態に戻るよう
に設定しておくことによって、極低負荷時における吸気
バルブと排気バルブの開状態のオーバーラップの拡大に
よる燃焼の悪化を避けることができる。
【００１４】さらに、上記の請求項２に記載したような
構成によれば、高負荷時や極低負荷時には開閉弁によっ
て吸気還流通路を閉鎖することにより、高負荷時には、
吸気通路から一旦シリンダ内に流入した吸気が、吸気工
程中に吸気還流通路から戻るようなことがなく、吸気の
戻りによるエンジン性能の悪化が防止されると共に、極
低負荷時には、吸気通路内をシリンダに向かって流れる
吸気の流れが吸気還流通路によって途中で分散されるよ
うなことがなく、吸気の流れが更に弱くなることにより
霧化が悪化して燃焼効率が悪くなるというようなことが
防止される。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の４サイクルエンジンの吸気構
造の実施例について図面に基づいて説明する。
【００１６】図１は、本発明の吸気構造が適用される４
サイクルエンジンの一例について、その制御系統を含め
た全体の概略を示すもので、大気中からエアクリーナー
を通して吸入した空気をエンジン本体１の燃焼室２に送
給する吸気通路３中には、エアフローメーター４，スロ
ットルバルブ５に続いて、燃料を噴射するためのインジ
ェクター６が設置されていて、各種のセンサーからの入
力信号に基づく制御ユニット（ＥＣＵ）からのインジェ
クター駆動信号により、エンジンの特性に合わせて設定
した空燃比となるようにインジェクター６から燃料が噴
射されて、その混合気が燃焼室２内に供給されることと
なる。
【００１７】このような燃料噴射式の４サイクルエンジ
ンにおいて、その吸気ポート７に配設される吸気バルブ
８と排気ポート９に配設される排気バルブ１０の駆動型
式は、吸気バルブ８と排気バルブ１０が別のカム軸１
１，１２によってそれぞれ駆動されるツインカム（ＤＯ
ＨＣ）型式となっている。
【００１８】そして、排気バルブ１０側のカム軸１２の
端部には、排気バルブ１０の開閉タイミングをエンジン
の運転領域に合わせて自動的に調整するために、クラン
ク軸の回転により各カム軸１１，１２を駆動するための
タイミングチェーンに噛合するカムスプロケット（何れ
も図示せず）の位相に対して、カム軸１２自体の位相を
エンジンの運転領域に応じて相対的に変化させる、従来
から公知の構造のカム位相角度可変装置（ＶＶＴ）１３
が配設されている。
【００１９】図２および図３は、上記のような４サイク
ルエンジンに対して適用されている本発明の吸気構造の
一実施例についてその概略を示すもので、図２に示すよ
うに、吸気通路３は、スロットルバルブ５の下流でメイ
ンの吸気通路３ａと吸気還流通路３ｂとに分岐してい
て、メインの吸気通路３ａに続くシリンダヘッドの吸気
ポート７には、その燃焼室開口部に、カム軸１１上に設
けられたカム１１ａによって一定の開閉タイミングで開
閉される吸気バルブ８が配設されている。
【００２０】また、シリンダヘッドには、燃焼室の略中
央に配置された点火プラグ１４を間に挟んで、吸気ポー
ト７とは反対の側に、排気通路１５と連通する排気ポー
ト９が形成され、排気ポート９の燃焼室開口部には、カ
ム軸１２上に設けられたカム１２ａによって一定の開閉
タイミングで開閉される排気バルブ１０が配設されてい
る。
【００２１】そして、スロットルバルブ５の下流で吸気
通路３から分岐した吸気還流通路３ｂについては、該通
路の途中に該通路を開閉するための開閉弁１７が設けら
れており、吸気還流通路３ｂに続く吸気還流ポート１８
が、点火プラグ１４を間に挟んで吸気ポート７の側とは
反対側で、排気ポート９の側方に位置して、シリンダヘ
ッドに形成されていて、吸気還流ポート１８の燃焼室開
口部には、該開口部を一定の開閉タイミングで開閉する
ための吸気還流バルブ１９が、排気バルブ１０のカム軸
１２上に設けられたカム１２ａとは別のカム１２ｂによ
って駆動されるように配設されている。
【００２２】なお、本実施例では、図３に示すように、
吸気ポート７と排気ポート９は、燃焼室の天壁部にそれ
ぞれ２箇所ずつ開口されており、各燃焼室開口部にそれ
ぞれ吸気バルブ８あるいは排気バルブ１０が配設されて
いることから、吸気還流ポート１８の吸気還流バルブ１
９と合わせて、一気筒について５個のバルブが配設され
ていることとなる。
【００２３】上記の各吸気バルブ８，排気バルブ１０お
よび吸気還流バルブ１９のそれぞれの基本的なバルブ開
閉タイミングについては、図４に示すように、排気バル
ブ１０の閉時期がピストン上死点の位置からあまり遅れ
ないように設定され、吸気還流バルブは、その開口範囲
が吸気バルブ８の開口範囲内にあって、その閉時期が吸
気バルブ８の閉時期と一致するように設定されている。
【００２４】また、吸気還流通路３ｂの途中に設けられ
ている開閉弁１７については、極低負荷時と高負荷時に
は閉じられ、部分負荷時には開かれるように、例えばス
ロットルバルブ５などの作動に関連して自動的に開閉す
るように制御されている。
【００２５】上記のような構成を有する本実施例の４サ
イクルエンジンの吸気構造の作用について以下に説明す
る。
【００２６】高速回転で高負荷時およびアイドル運転の
ような極低負荷時には、吸気バルブ８，排気バルブ１
０，吸気還流バルブ１９は、それぞれ図４に示すような
パターンの基本的なバルブ開閉タイミングで開閉すると
共に、吸気還流通路３ｂは開閉弁１７によって閉鎖され
る。
【００２７】そのため、吸気バルブ８と吸気還流バルブ
１９は同時に閉じられて、エンジンはオットーサイクル
（ノーマルサイクル）で運転されるが、その際、吸気還
流通路３ｂは開閉弁１７によって閉鎖されているため、
高負荷時に、メインの吸気通路３ａから一旦燃焼室２内
に流入した吸気が吸気工程中に吸気還流通路３ｂから戻
るようなことがなく、また、極低負荷時に、吸気通路３
内の吸気の流れがメインの吸気通路３ａと吸気還流通路
３ｂに分散することにより、インジェクター６付近での
吸気の流れが更に弱くなるようなことはない。
【００２８】そして、低・中速回転で部分負荷（低負
荷）時には、カム軸１２の端部に設置されたカム位相角
度可変装置（ＶＶＴ）１３によってカム軸１２の位相角
度が変えられ、カム軸１２上のそれぞれのカム１２ａ，
１２ｂによって駆動される排気バルブ１０と吸気還流バ
ルブ１９のそれぞれの開閉タイミングが、図５に示すよ
うに、同時に遅らされると共に、吸気還流通路３ｂの開
閉弁１７が開かれて、吸気還流ポート１８が吸気通路３
に連通される。
【００２９】そのため、吸気バルブ８が閉じた後も吸気
還流バルブ１９が開いていて、吸気後の圧縮工程の初期
に、燃焼室２内の吸気の一部が吸気還流通路３ｂに戻
り、エンジンは吸気遅閉じのミラーサイクルで運転され
ると共に、排気バルブ１０の閉時期が遅らされて、排気
バルブ１０と吸気バルブ８の開状態のオーバーラップ領
域が拡大するため、吸気工程で排気ガスの一部が燃焼室
２内に再び戻される。
【００３０】上記のような作用を奏する本実施例の４サ
イクルエンジンの吸気構造によれば、部分負荷（低負
荷）時には、エンジンが吸気遅閉じミラーサイクルで運
転されるため、吸気ポンピングロスの減少により燃費の
向上を図ることができると共に、排気バルブ１０の開閉
タイミングも遅らされて、吸気バルブ８と排気バルブ１
０の開状態のオーバーラップが拡大されるため、燃焼さ
れた排気ガスの一部を再び燃焼室内に戻して内部的なＥ
ＧＲ（排気再循環）を得ることができ、燃費を更に向上
させることができて、排ガスを低減させることもでき
る。
【００３１】一方、高負荷時には、エンジンがオットー
サイクルで運転されるため、高効率スーパーチャージャ
ーなどを必要とすることなく高速性能を確保することが
できると共に、吸気還流通路３ｂが開閉弁１７によって
閉じられるため、吸気工程中にメインの吸気通路３ａか
ら一旦燃焼室２内に流入した吸気が吸気還流通路３ｂか
ら戻るようなことがなく、吸気の戻りによるエンジンの
性能の悪化を防止することができる。
【００３２】また、極低負荷時には、排気バルブ１０の
開閉タイミングが遅れていないため、吸気バルブ８と排
気バルブ１０の開状態のオーバーラップ領域の拡大によ
る燃焼の悪化を避けることができると共に、吸気還流通
路３ｂが開閉弁１７によって閉じられるため、吸気の流
れが更に弱くなって霧化が悪化し燃焼効率が悪くなると
いうようなことが防止される。
【００３３】ところで、本実施例のように、一気筒５バ
ルブのエンジンで、吸気通路３がメイン吸気通路３ａと
吸気還流通路３ｂに分岐していて、吸気還流通路３ｂの
途中に開閉弁１７を設けた構造のものでは、吸気還流通
路を設けた従来の３バルブエンジンの場合と比べて、吸
気ポート７全体の開口面積を大きることができ、点火プ
ラグ１４を燃焼室２の中央に配置することが可能とな
る。
【００３４】そのため、例えば、カム位相角度可変装置
（ＶＶＴ）１３を設けることなく、排気バルブの開閉タ
イミングを図４のように設定し、吸気バルブと吸気還流
バルブの開閉タイミングを図５のように設定して、それ
らのバルブタイミングを変えることなく、吸気還流通路
３ｂ中の開閉弁１７を、部分負荷時には開きそれ以外の
時には閉じるように作動させることによっても、オット
ーサイクルとミラーサイクルの切り換え運転を３バルブ
エンジンの場合よりも高い性能で実施することができ
る。
【００３５】これに対して、本実施例の吸気構造によれ
ば、従来から排気バルブの開閉タイミングを可変なもの
とするために使用されているカム位相角度可変装置（Ｖ
ＶＴ）１３を単にそのまま利用することにより、排気バ
ルブ１０の開閉タイミングの制御と同時に吸気還流バル
ブ１９の開閉タイミングの制御を行うことができるた
め、新たな制御，駆動機構の開発や付加を行うことな
く、更に高い性能でオットーサイクルとミラーサイクル
の切り換え運転を実施することが可能となる。
【００３６】以上、本発明の４サイクルエンジンの吸気
構造の一実施例について説明したが、本発明は上記の実
施例に示したような具体的な構造にのみ限定されるもの
ではなく、例えば、燃料噴射式エンジンだけでなくキャ
ブレターを用いたエンジンにも適用可能であり、また、
５バルブエンジンだけでなく３バルブ（吸気バルブ１，
排気バルブ１，吸気還流バルブ１）あるいはそれ以外の
バルブ数のエンジンにも適用可能である等、適宜設計変
更可能なものであることはいうまでもない。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したような本発明の４サイクル
エンジンの吸気構造によれば、高負荷時にはオットーサ
イクルで運転することができ、部分負荷時にはミラーサ
イクルで運転することができて、高速運転時の性能を悪
化させることなく、ポンピングロスを低減させて燃費の
向上を図ることができると共に、オットーサイクルとミ
ラーサイクルの切り換えのために、新たな装置を必要と
することなく、従来からエンジンに設置されている装置
を有効に利用して、一層効率的に燃費の改善や排ガスの
低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸気構造が適用される４サイクルエン
ジンの一例について、その全体の概略を示す説明図。
【図２】図１に示した４サイクルエンジンに適用されて
いる本発明の吸気構造の一実施例について、その概略を
示す側面視説明図。
【図３】図２に示した実施例の平面視説明図。
【図４】図２に示した実施例の４サイクルエンジンにお
けるオットーサイクル時の各バルブの開閉タイミングを
示すグラフ。
【図５】図２に示した実施例の４サイクルエンジンにお
けるミラーサイクル時の各バルブの開閉タイミングを示
すグラフ。
【符号の説明】
３ 吸気通路 ３ｂ 吸気還流通路 ７ 吸気ポート ８ 吸気バルブ ９ 排気ポート １０ 排気バルブ １１ カム軸（吸気側） １２ カム軸（排気側） １３ カム位相角度可変装置 １５ 排気通路 １７ 吸気還流通路の開閉弁 １８ 吸気還流ポート １９ 吸気還流バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｂ 29/08 Ｆ０２Ｂ 29/08 Ｆ Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｌ Ｈ Ｋ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５２０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５２０Ａ ５８０ ５８０Ａ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気通路に連通する吸気ポートに吸気バ
    ルブが配設され、排気通路に連通する排気ポートに排気
    バルブが配設されていて、吸気バルブと排気バルブが別
    のカム軸によってそれぞれ駆動されていると共に、吸気
    通路から分岐して吸気還流通路が設けられ、該吸気還流
    通路に連通する吸気還流ポートに吸気還流バルブが配設
    されている４サイクルエンジンにおいて、吸気還流バル
    ブと排気バルブが共通のカム軸によって駆動されるよう
    に、吸気還流ポートが排気ポートの側に配置されてお
    り、該共通のカム軸に対してカム位相角度可変装置が設
    置されていることを特徴とする４サイクルエンジンの吸
    気構造。
  2. 【請求項２】 吸気還流通路の途中に開閉弁が設置され
    ていることを特徴とする請求項１に記載の４サイクルエ
    ンジンの吸気構造。
JP4499795A 1995-02-10 1995-02-10 ４サイクルエンジンの吸気構造 Pending JPH08218879A (ja)

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JP4499795A JPH08218879A (ja) 1995-02-10 1995-02-10 ４サイクルエンジンの吸気構造

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