JPS60212619A - 複吸気弁エンジンの制御方法 - 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】 技術分野 本発明は複吸気弁エンジンの制御方法に関する。

従来技術 複吸気弁エンジンは燃焼室内にスｌノールを発ηさせる
ように形成されたヘリカルボー１を備えたものが多く知
られている。ヘリカルポー１はその名の通りに渦巻状に
形成されたものであり、スワールによりエンジン低負荷
時の燃焼を改善する反面で、その特殊形状により高回転
、高１″１蒲時の吸気抵抗が増大し゛Ｃ充填効率が「１
（下する傾向のあることが認められている。この不利を
克服するために第２の吸気ボーＩ・を設ＬＪ、ごの第２
吸気ポートに吸気制御弁を設番」て、低負荷時にはこの
吸気制御弁を閉じてヘリカルポー１・の特徴をイ１−か
じ、高負荷時には吸気制ｉｌｌ弁を開いて第２ボートか
らも空気を燃焼室に導入しヘリカルポー１・の不（１１
を改善することができる。

（２） このような複吸気弁エンジンの例としては、特開昭５８
−２０４９５９号、特開昭５８−２０６８１５号、特開
昭５２−３４１０８号、特開昭５４−８４１２８号、特
開昭５８−１７２５５１４号、特開昭５８−１７２４２
４号公報等があり、これらの先行技術の多くは前述した
吸気制御弁がなく、又、燃料噴射弁がヘリカルタイプの
第１吸気ポートに配置されている。そして前記特開昭５
８−２０６８１５号には吸気弁の開閉時期が規定されて
おり、これによると空燃混合気を流すへりカルポート側
の吸気弁の開弁位置が他方のストレート状ポート側の吸
気弁より早く設定され、閉弁時期は互いに同じになって
いる。又、これらの先行技術には一斉噴射、各気筒毎の
噴射等の燃料噴射についても開示されている。しかしな
がら、これらの先行技術は前提条件において初頭に述べ
たような本発明の前提条件と区別されるものである。本
発明の前提条件に最も近いのは特願昭５８−２２８３２
９号明細書に記載されたものであり、この先行技術は主
に燃料噴射時期の制御に向けられたものであり、第１及
び第２吸気弁の開閉時期は互いに同時と想定されている
。

（３） 発明のｒｌ的 本発明の［］的し１１１−記した。１゛うな複吸気弁こ
【ンジンにおいて点火プラグの存在するシリンダヘッド
側は空燃比を相対的に濃＜　ｒｌ、つビス１ン側し：１
薄くして成層燃焼を達成さ（！、燃費やエミッションを
改善することにある。

発明の効果 上記目的を達成するために、本発明に、Ｌる複吸気弁エ
ンジンの制御方法は、第１吸気弁が配置され且つ燃焼室
内にスワールを発生さ−Ｕ゛るように形成された第１吸
気ボートと、第２吸気弁が配置された第２吸気ボートと
を有し、第２吸気ボートにはエンジンの低回転、低ｆＪ
、荷領域で閉塞される吸気制御弁が配置され、さらに、
燃料噴射弁が第２吸気ボートに前記吸気制御弁と前記第
２吸気弁との間において配設されて成る複吸気弁エンジ
ンにおいて、前記第２吸気弁の開弁時期が前記第１吸気
弁の開弁時期より遅れた吸入行程に設定されることを特
徴とする。この条件下で前記第２吸気弁の閉弁時期が前
記第１吸気弁の閉弁時期より遅れ（４） た圧縮行程に設定されることが好ましい。

実施例の説明 以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明による複吸気弁エンジンの吸気ポート及
び燃焼室を示す図であって第２図のほぼ水平な断面に沿
ったものである。公知のように、シリンダブロック２、
シリンダヘッド４、ピストン６により燃焼室８が形成さ
れる。燃焼室８のほぼ中央には点火栓１０が配置される
。吸気ボート１２は一方においてインテークマニホルド
（図示せず）の枝管に接続され、他方において隔壁１４
により分岐されて第１の吸気ボート１６及び第２の吸気
ボート１８が形成され、これらの吸気ボーｔ４６．１Ｂ
はそれぞれ独立に燃焼室８に開口し、従ってそれぞれの
吸気ボート１６　、１８に吸気弁２０　、２２が配置さ
れる。第１の吸気ボート１６はへりカルポートとして公
知のように第１吸気弁２０近くで渦巻状に形成されて、
このボート１６を通って吸入された空気が第１図及び第
２図に矢印Ａで示さく５） れるように燃焼室Ｂ内でスワールを４ユするようになっ
ている。第２の吸気ボート１８はほぼストレート状であ
るが、わずかに偏心しており、このボート１８を浦って
吸入された空気が前ｊイクのスワール流人に対して順方
向に流れる、即ら、前述のスワール流Ａを助長するよう
に形成される。

第２の吸気ボート１８にはこれを隔成する隔壁１４の］
１流側端部付近に吸気制御弁２４が配置され、エンジン
回転数、負荷が小さい時には第２吸気ボー１−１８を閉
じ且つエンジン回転数、負荷が大きいときにはこのボー
ト１８を開くことができるようになっている。第１図に
は吸気１１．す開弁２４の駆動装置の１例が示されてお
り、これは吸気制御弁２４の弁軸に連結可能なアーム２
６を取４１けた作動ロッド２８と、負圧ダイヤフラム装
置３゜とから成っている。９圧ダイヤフラム装置はダイ
ヤフラム３２を有し、その両側に大気圧室３４及び負圧
室３６が形成され、作動ロッド２８はダイヤフラム３２
に連結されて負圧室３６に負圧が導入されるか否かによ
って吸気制御弁２４が制御さく６） れる。負圧室３６への負圧の導入はバキュームタンク３
８から三方電磁弁４０を介して行われ、バー１−ニーム
タンク３８はチェック弁４２を介して吸気ボー）１２に
接続されている。電磁弁４０はコンピュータ４４の制御
の下に負圧室３６をバキュームタンク３８か大気かに選
択的接続させる。コンピュータ４４の詳細な構成は省略
されているが、中央処理袋Ｈｃｐｕやリードオンリメモ
リＲＯＭやランダムアクセスメモリＲＡＭ等を備えた従
来のディジタルコンピュータにより構成することができ
る。コンピュータ４４には公知のエアフローメータａ、
回転数センサｂ、スロットル開度センサＣ１及びクラン
ク角センサ等のその他のセンサからの信号が入力され、
これらの信号に基いて電磁弁４０を制御するとともに、
第２の吸気ボート１８に第２吸気弁２２と吸気制御弁２
４との間において配設された燃料噴射弁４６をも制御す
る。

以」二の構成において、第１及び第２吸気弁２０゜２２
、吸気制御弁２４、及び燃料噴射弁４６の制御並びにそ
のような制御による利点について以下に（７） 説明される。

第１及び第２吸気ブｉ、２０　、２２４：Ｉそれぞれの
力Ｊ、軸に取付りられたカム、１ｌＬ５０（第２図）の
力Ｊ１プロフィルに従って開閉時期及びリフト量が設定
される。このようにし゛Ｃ設定されたバルブリフトの好
ましい特性が第３図に示される。第１吸気、４Ｆ、　２
０の特性は曲線Ｘで示されるように１１ト気行程中にに
死点（ＴＤＣ）よりわずかに〒い時！１１１　Ｐに開弁
され、圧縮行程の下死点（ＩＩＩＩｃ）よりわずかに遅
い時期Ｑに閉弁される。又、第２吸気弁２２は曲線Ｙで
示されるように排気弁５０のリフトカーゾＷの閉弁時期
Ｔより遅れた吸入行程のほぼ中間の時期Ｒで開弁され、
圧縮行程において第１吸気弁２０の閉弁時期Ｑより遅い
時期Ｓに閉弁される。従っζ、第２吸気弁２２の開弁時
１ｔｌｌ　Ｒが第１吸気弁２００）閉弁時期Ｐよりｊｌ
ｙれた吸入行程に設定され、また、第２吸気弁２２の閉
弁時期Ｓが第１吸気弁２０の閉弁時期Ｑより′３（！れ
た圧縮行程に設定されることになる。バルブタイミング
可変装；Ｕを組込む場合にもこの関係は糾侍される。吸
気制御弁２４の開（８） 閉切換点は特定設計のエンジン毎にスロットル弁の位置
や吸気負圧レベルやエンジン回転数に基いて設定される
ことができ、回転数、又は負荷が小さい領域では閉じら
れ且つ回転数、又は負荷が大きい領域では開かれるよう
にされる。さらに、燃料噴射弁４６は少くとも吸気制御
弁２４が閉じているときには各気筒毎に噴射時期を定め
られるのが好ましく、第３図の曲線Ｚで燃料噴射時期が
示されているように暇人上死点付近（例えば上死点前後
数十度以内）で開弁され、その直後の第２吸気弁２２の
開弁期間中に全量燃焼室８に吸入されるようなタイミン
グにエンジンの回転数や負荷に応じて進退制御される。

これは主に第２吸気弁２２の開閉時期と密接な関連があ
る。吸気制御弁２４が開いているときには全気筒−斉噴
射とすることもできる。

吸気制御弁２４が閉じているときには、まず第１吸気弁
２０が開くことによって燃焼室８内にスワール流Ａが生
成される。この間に第２吸気ボート１８内に燃料が噴射
されて短期間ポート１８内（９） で蒸発しながら滞留し、然る後に第２吸気弁２２が開弁
する。第２吸気Ｊ１２２ば前回圧縮行程中位置Ｓで閉じ
られていたためボート］　［１内にはやや高い正圧が保
持されており、従って吸気制御Ｊ１２４が閉じているに
もかかわらず第２叫気ブｒ２２が開かれるとそのボート
１８内の混合気が燃焼室８に噴流となって流出すること
ができ、この？ｌｔ合気の流れは次第に緩やかな０のと
なり、第１吸気ボート１６からの空気により生成された
スワール流に乗って燃焼室８内に分布することになる。

燃焼室８内の空気及び混合気の分布を要約すると、まず
最初に第１吸気弁２０のめが開かれるので、ピストン付
近には空気の層が形成される。続いてピストンの下降と
ともに第２岐気弁２２が開かれて４混合気がス゛ノール
流に乗って供給され、この混合気は下降しつつあるビス
１ンに向かって徐々に浸透し、続いて第１吸気弁２０が
閉じられる。このときに、第２吸気弁２２はまだ開かれ
Ｃおり、従って第１吸気弁２０が閉じられた状態では第
１吸気ボート１８内の残存混合気のみが燃焼室８内に（
１０） 流出することになる。従って、燃焼室８内では、ピスト
ン頂部付近では初期に吸入された空気が漂い、）１．つ
点火栓１０のあるシリンダヘッド４付近では最後に第２
気ボート１８から流出した混合気が漂・）ことになり、
良好な成層化が得られる。この成層化された燃焼室８内
の混合気はスワールによって圧縮上死点まで保持される
ので、点火時に濃混合気に点火することができ、全体と
して見た場合の空燃比を希薄化しても良好な燃焼を得る
ことができ、燃費を節約したりＥＧＲ率を増加したりす
ることができるようになる。尚、第２吸気弁２２の閉弁
時期Ｓは圧縮行程に設定されて閉弁後に第２吸気ポート
１８にやや高圧を保持し、この圧力は次の量弁時に噴流
となってスワール流を助長するが、余り強すぎると成層
化を妨げるので、第２吸気弁２２の開閉時期は、この点
も考慮されて設定される。

吸気制御弁２４が開かれているときには、空気が両吸気
ボー）　１６　、１８から燃焼室８に導入されることに
よってへりカルポートのみのときの充填効（１１） 率低下を改善するとともｌこ、〜ｉ回転、ζ１％負荷ｐ
ａ城において増量された燃ネミ１により出力を４春保す
ることができる。このときに、燃料噴射弁４６の開弁開
始時間は第２吸気弁２２の閉弁時期Ｒとずらされている
方が燃料の霧化のために良く、このために全気筒−斉噴
射とすると制御が簡１ｉｉになる。

尚、第１図に示された実施例では、屯−・の排気ボート
４８にｆｌト一の排気弁５０が配置されているが、第４
図に示すように、それぞれにｔＪＩ気弁５゜を配置した
複ＩＪＩ気ボー１４８を有することも可能である。そし
て、第２吸気ボート１８ζ：１スワ一ル流人に対して逆
方向に延びるよう開目しているが、この場合でも、第１
吸気弁２ｏと第２吸気弁２２の開閉位置の前記同様の設
定により点火栓１０近くに空燃比が濃くなるような成層
化が得られる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば点火栓近くで相対的
に空燃比を濃くしピストン近くで相対的に薄くシた空燃
比の成層化が得られ、その結果燃焼がより良好に行われ
て燃費やエミソンヨン上（１２） 有利になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による複吸気弁エンジンの第２図のほぼ
水平な面に沿った断面略図、第２図は第１図の垂直断面
図、第３図は吸気弁の開閉時期を説明するグラフ、第４
図は本発明の他の実施例の第１図同様の略図である。 ４・・・シリンダヘッド、８・・・燃焼室、１６・・・
第１吸気ボート、１８・・・第２吸気ポート、２０・・
・第１吸気弁、２２・・・第２吸気弁、２４・・・吸気
制御弁、４６・・・燃料噴射弁。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士西舘和之 弁理土中山恭介 弁理士　山　口　昭　之 弁理士西山雅也 （１３）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１吸気弁が配置され且つ燃焼室内にスワールを発
   生させるように形成された第１吸気ボートと、第２吸気
   弁が配置された第２吸気ポートとを有し、該第２吸気ポ
   ートにはエンジンの低回転、低負荷領域で閉塞される吸
   気制御弁が配置され、さらに、燃料噴射弁が該第２吸気
   ポートに前記吸気制御弁と前記第２吸気弁との間におい
   て配設されて成る複吸気弁エンジンにおいて、前記第２
   吸気弁の開弁時期が前記第１吸気弁の開弁時期より遅れ
   た吸入行程に設定されることを特徴とする複吸気弁エン
   ジンの制御方法。 ２、前記第２吸気弁の閉弁時期が前記第１吸気弁の閉弁
   時期より遅れた圧縮行程に設定されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の制御方法。 ３、前記第２吸気弁の開弁時期が排気弁の閉弁（１） 時期より遅れた吸気行程に設定されることを特１１シと
   する特許請求の範囲第１項記載の制御方法。