JP2002081324A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、吸気レイアウトの適正化を図り、
この発明は、脈動効果を利用して燃焼改善を果たし、燃
焼改善による出力トルクの向上を果たすことを目的とし
ている。 【構成】 このため、エンジンと、このエンジンに連絡
する吸気系途中に設けた過給機と、吸気系下流側端部を
開閉する吸気バルブとを設け、この吸気バルブの最大バ
ルブリフトタイミングの際に吸気脈動の圧力波を前記吸
気バルブに到達させるべく設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はエンジンの吸気装
置に係り、特に過給機付きエンジンの吸気レイアウトを
改善したエンジンの吸気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンにおいては、吸気系の途中に過
給機（「ターボチャージャ」または「Ｔ／Ｃ」ともい
う）を配設し、高い体積効率を確保するものがある。

【０００３】前記エンジンの吸気装置としては、特公平
４−５２３７２号公報に開示されるものがある。この公
報に開示されるエンジンの吸気装置は、低負荷用と高負
荷用との２系統の独立した吸気通路を備えた多気筒エン
ジンにおいて、５０００〜７０００ｒｐｍのエンジン高
回転時、通路抵抗が少なく燃焼室への開口面積が一気に
増大し且つ早く開口する側の高負荷用吸気系統で排気干
渉効果を得て、強い過給効果を得るとともに、低負荷用
吸気系統で同一回転域で吸気慣性効果を得て、過給効果
を得て、この高負荷用吸気系統及び低負荷用吸気系統双
方の気筒間干渉により出力向上を図るようにし、過給機
等を要さずに、既存の吸気系の僅かな設計変更による簡
単な構成で、エンジン高負荷回転時の充填効率を高めて
出力向上を有効に図っている。

【０００４】また、実開昭５７−１５９２６号公報に開
示されるものがある。この公報に開示される排気ターボ
チャージャ付内燃機関の慣性過給形吸気装置は、排気タ
ーボチャージャを装備した気筒数４以下の内燃機関にお
いて、排気ターボチャージャの吸気コンプレッサ下流の
吸気通路中に膨大容器状のサージタンクを介設し、かつ
サージタンクより下流側の吸気通路部分を該吸気通路部
分に生じる吸気圧力振動の固有振動数が慣性過給に適合
する寸法、形状に形成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のエン
ジンの吸気装置において、過給機（「ターボチャージ
ャ」または「Ｔ／Ｃ」ともいう）付きエンジンは、高い
体積効率が得られる一方、ノッキング限界が自然吸気式
のエンジンよりも厳しくなり、低圧縮比や点火時期の遅
角を余儀なくされている。

【０００６】この結果、エンジンの熱効率を低下させる
とともに、ＴＨＣ排出量の増加につながるという不都合
がある。

【０００７】この不都合を解決する１つの方策として、
燃焼改善が有効であり、吸気ポート及び燃焼室形状の改
善が行われている。

【０００８】この発明は、吸気レイアウトの適正化を図
り、この発明は、脈動効果を利用して燃焼改善を果た
し、燃焼改善による出力トルクの向上を果たすことを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
述不都合を除去するために、エンジンと、このエンジン
に連絡する吸気系途中に設けた過給機と、吸気系下流側
端部を開閉する吸気バルブとを設け、この吸気バルブの
最大バルブリフトタイミングの際に吸気脈動の圧力波を
前記吸気バルブに到達させるべく設けたことを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】上述の如く発明したことにより、
吸気バルブの最大バルブリフトタイミングの際には、吸
気脈動の圧力波を吸気バルブに到達させ、脈動効果で吸
気流速を高め、燃焼室内の混合気の均一化や燃焼速度の
向上を可能とするとともに、トルク向上やノッキング防
止、排気の改善等のエンジン性能を向上している。

【００１１】

【実施例】以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１２】図１〜図８はこの発明の実施例を示すもの
である。図１において、２はエンジン（「Ｅ／Ｇ」とも
いう）である。

【００１３】このエンジン２の図示しない燃焼室には、
上流側に吸気系が接続されるとともに、下流側に排気系
が接続される。

【００１４】そして、前記吸気系は、例えば図１に示す
如く、吸気通路４の途中に過給機（「ターボチャージ
ャ」、「Ｔ／Ｃ」ともいう）６を設け、この過給機６よ
りも下流側の吸気通路４にインタクーラ８を設け、イン
タクーラ８よりも下流側の吸気通路４には吸気マニホル
ド（「インマニ」ともいう）１０を設ける。

【００１５】このとき、吸気マニホルド１０は、前記エ
ンジン２の気筒数に合致した分岐管１２を有しており、
これらの分岐管１２が、エンジン２に形成される図示し
ない吸気ポートを介して燃焼室に連絡している。

【００１６】また、前記吸気系下流側端部である吸気ポ
ートの下流側端部には、この吸気ポートの下流側端部を
開閉する吸気バルブ（図示せず）が夫々設けられる。

【００１７】そして、この吸気バルブの最大バルブリフ
トタイミングの際に吸気脈動の圧力波を前記吸気バルブ
に到達させるべく設ける。

【００１８】詳述すれば、前記吸気脈動の圧力波を吸気
バルブに到達させるタイミングは、図１に示す如く、過
給機６から吸気バルブまでの長さ、つまり圧力伝播経路
Ｌ（ｍ）によって設定する。

【００１９】この圧力伝播経路Ｌ（ｍ）は、図１に開示
される式 Ｌ＝１／２・α／３６０・６０／Ｎｅ・ａ α：ある気筒でのバルブ閉時圧縮波発生から、最大リフ
ト時の他方の気筒への伝播までに要するクランク回転角
度 α＝β＋γ・ｎ（＞０） ３気筒：β＝７０〜１８０、γ＝２４０ ４気筒：β＝１０〜１２０、γ＝１８０ ｎ＝０、１、２、３、… Ｎｅ：エンジン回転数（ｒｐｍ） ａ：吸気通路内平均音速（ｍ／ｓ） によって算出される。

【００２０】ここで、式の記号に関して説明すると、α
は、図５、図６、図８に示す如く、各気筒の吸気行程終
盤に発生する圧縮波が他の気筒の最大リフト点付近に伝
播するまでに要するクランク角度であり、ここで、βは
最も近い同期位置、つまり点火順序が隣の気筒の最大リ
フト点（３気筒の場合は１−３−２、４気筒の場合は１
−３−４−２）に圧縮波が伝播するまでに要するクラン
ク角度である。そして、同期は、後述する如く、どの気
筒で起きてもかまわないので、αにγ・ｎを加えてい
る。

【００２１】また、α／３６０・６０／Ｎｅは、クラン
ク角度であるαを時間（ｓｅｃ）に変換したものであ
る。

【００２２】更に、α／３６０・６０／Ｎｅ・ａは、伝
播に要する時間を長さ（ｍ）に換算したものであり、こ
の値がエンジン２から過給機６までに必要な往復距離と
なる。このため、必要な圧力伝播経路Ｌ（ｍ）は、算出
した往復距離に１／２をかけて求められる。

【００２３】上述した式の内、βが最も重要な諸元であ
るので、以下に説明する。

【００２４】βの幅は、最大リフト点近傍の定義により
決定される。この発明の実施例では、吸気バルブ周りの
流量係数の９５％以上のリフト量を最大リフト点近傍と
定義した（図６参照）。したがって、βの幅は、バルブ
リフトやシリンダヘッドポートにより異なるが、おおよ
そ１００度クランク角程度になる（例として、図５・図
７を開示する）。そして、バルブリフトの作用角が広い
場合には、図５に示す如く、１００度クランク角とな
り、狭い場合には、図６に示す如く、８５度クランク角
となった。

【００２５】また、βの位置もバルブリフトに依存する
ものであり、バルブリフトが異なれば、吸気バルブ閉時
期も異なり、圧縮波の発生クランク角度が変化する。こ
のため、最大リフト点近傍との位置関係が変化する。従
って、図５・図７に示す如く、作用角の違いによりβの
幅ばかりか、位置も異なる。

【００２６】上述したβの幅やβの位置のため、βの範
囲は比較的大きな値となっている。

【００２７】更に、βの位置は、３気筒と４気筒とで異
なり、図５・図８に示す如く、異なる（ただし、リフト
作用角が同じであるため、βの幅は同じ）。

【００２８】そして、前記エンジン２は、多気筒の一の
気筒にて生じた吸気脈動の圧力波を、同一の吸気系にお
いて最初に吸気工程となる他の気筒に作用させる機能を
有している。

【００２９】また、前記吸気バルブの最大バルブリフト
タイミングは、吸気バルブの流量係数の変極点よりも吸
気バルブが開放方向に位置している。

【００３０】つまり、図５において説明すると、吸気ポ
ート圧が最低となって吸気バルブの流量係数の変極点に
到達した後、吸気バルブは開放方向に向かうものである
が、この吸気バルブが流量係数の変極点を通過した後
に、バルブリフトが最大となるように吸気バルブの最大
バルブリフトタイミングを設定するものである。

【００３１】次に作用を説明する。

【００３２】前記エンジンから供給される吸気脈動の起
振力は、一般的に図２に示すような圧力波形になる。つ
まり、吸気バルブ閉磁気には、図２に示す如く、シリン
ダヘッド吸気ポート内に慣性により圧縮波（正の圧力
波）が発生する。

【００３３】そして、この圧縮波は、吸気系、つまり吸
気通路４内を上流側に向かって伝播していき、過給機６
において図示しないコンプレッサの回転数の変化で若干
は吸収されるものの、おおむね閉端反射（「同位相反
射」）する。

【００３４】この反射された圧縮波は、吸気通路４内を
下流側に向かって伝播していき、再びエンジン２のシリ
ンダヘッド吸気ポートに戻ってくる。

【００３５】このとき、前記圧力伝播経路Ｌを実現する
吸気レイアウトを用い、吸気行程中盤の最大バルブタイ
ミング付近に戻ってきた圧縮波を同期させ、図３に示す
如く、吸気流速の向上による燃焼室内の乱れが促進さ
れ、燃焼室内の乱れ強度の強化によって燃焼速度を向上
させ、燃焼改善を果たし、図４に示す如く、トルク向上
及びＴＨＣの低減を果たしている。

【００３６】これにより、吸気バルブの最大バルブリフ
トタイミングの際に、吸気脈動の圧力波を前記吸気バル
ブに到達させ、脈動効果で吸気流速を高めることがで
き、燃焼室内の混合気の均一化や燃焼速度の向上が可能
となるとともに、トルク向上やノッキング防止、排気の
改善等のエンジン性能を向上し得て、実用上有利であ
る。

【００３７】また、前記吸気脈動の圧力波を吸気バルブ
に到達させるタイミングを、過給機６から吸気バルブま
での長さ、つまり圧力伝播経路Ｌ（ｍ）によって設定し
たことにより、比較的長い経路の設定にて脈動を調整す
ることができ、設定が容易となるものである。

【００３８】更に、前記エンジン２に、多気筒の一の気
筒にて生じた吸気脈動の圧力波を、同一の吸気系におい
て最初に吸気工程となる他の気筒に作用させる機能を付
加したことにより、吸気系の長さを不要に長くすること
なく、流速向上効果を得ることができるとともに、吸気
系の長さをできるだけ短くして、圧力波の減衰を少なく
でき、効率良く流速向上効果を得ることができ、実用上
有利である。

【００３９】更にまた、前記吸気バルブの最大バルブリ
フトタイミングが、吸気バルブの流量係数の変極点より
も吸気バルブが開放方向に位置していることにより、吸
気バルブによる吸気抵抗が少ない時に、圧力波を作用さ
せることができ、効果的に吸気の流速向上を達成し得
る。

【００４０】なお、この発明は上述実施例に限定される
ものではなく、種々の応用改変が可能である。

【００４１】例えば、エンジンの吸気装置において、吸
気通路の過給機の直下流部位に排気量程度の体積部を設
ける構成とすることも可能である。

【００４２】さすれば、過給機から吸気バルブまでの長
さ、つまり圧力伝播経路Ｌ（ｍ）を確保することができ
ない場合に、体積部の機能によって対処することがで
き、実用上有利である。

【００４３】また、エンジンの吸気通路途中に体積可変
の調整機構２２を設ける特別構成とすることも可能であ
る。

【００４４】すなわち、図９に示す如く、吸気通路４の
途中にスライド移動可能なＵ字状の接続管部２４を設
け、エンジン回転数やその他の検出値からなるエンジン
運転状態に応じて前記接続管部２４をスライド移動さ
せ、吸気通路４の体積を可変制御する制御手段（図示せ
ず）とによって、前記調整機構２２を構成する。

【００４５】さすれば、エンジンの運転状態に応じて、
調整機構２２によって接続管部２４をスライド移動させ
ることができ、エンジンの運転状態に合致する最適な吸
気体積量を確保し得て、実用上有利である。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明した如くこの本発明によ
れば、エンジンと、このエンジンに連絡する吸気系途中
に設けた過給機と、吸気系下流側端部を開閉する吸気バ
ルブとを設け、吸気バルブの最大バルブリフトタイミン
グの際に吸気脈動の圧力波を吸気バルブに到達させるべ
く設けたので、吸気バルブの最大バルブリフトタイミン
グの際に、吸気脈動の圧力波を吸気バルブに到達させ、
脈動効果で吸気流速を高めることができ、燃焼室内の混
合気の均一化や燃焼速度の向上が可能となるとともに、
トルク向上やノッキング防止、排気の改善等のエンジン
性能を向上し得て、実用上有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すエンジンの吸気装置の
概略説明図である。

【図２】エンジンから供給される吸気脈動の起振力を示
す図である。

【図３】圧力伝播経路Ｌによる吸気流速の差−３気筒、
３５００ｒｐｍを示す図である。

【図４】本案の効果（圧力伝播経路Ｌの違いによるトル
ク、ＴＨＣの全開性能差−３気筒）を示す図である。

【図５】３気筒の場合の作用原理（作用角大）を示す図
である。

【図６】バルブ周りの流量係数を示す図である。

【図７】３気筒の場合の作用原理（作用角小）を示す図
である。

【図８】４気筒の場合の作用原理（作用角大）を示す図
である。

【図９】この発明の他の実施例を示す吸気通路途中部位
の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

２ エンジン（「Ｅ／Ｇ」ともいう） ４ 吸気通路 ６ 過給機（「ターボチャージャ」、「Ｔ／Ｃ」ともい
う） ８ インタクーラ １０ 吸気マニホルド １２ 分岐管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンと、このエンジンに連絡する吸
   気系途中に設けた過給機と、吸気系下流側端部を開閉す
   る吸気バルブとを設け、この吸気バルブの最大バルブリ
   フトタイミングの際に吸気脈動の圧力波を前記吸気バル
   ブに到達させるべく設けたことを特徴とするエンジンの
   吸気装置。
2. 【請求項２】 前記吸気脈動の圧力波を吸気バルブに到
   達させるタイミングは、過給機から吸気バルブまでの長
   さによって設定する請求項１に記載のエンジンの吸気装
   置。
3. 【請求項３】 前記エンジンは、多気筒の一の気筒にて
   生じた吸気脈動の圧力波を、同一の吸気系において最初
   に吸気工程となる他の気筒に作用させる請求項２に記載
   のエンジンの吸気装置。
4. 【請求項４】 前記吸気バルブの最大バルブリフトタイ
   ミングは、吸気バルブの流量係数の変極点よりも吸気バ
   ルブが開放方向に位置している請求項１に記載のエンジ
   ンの吸気装置。
5. 【請求項５】 前記エンジンは、吸気通路の過給機の直
   下流部位に排気量程度の体積部を設けた請求項１に記載
   のエンジンの吸気装置。