JP3781961B2 - エンジンの運転特性可変装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転特性可変装置に関し、特に複数の気筒の各々に設けられた吸気弁のうちの少なくとも一部の作動特性を段階的に変更可能とする弁作動特性可変手段と、吸気通路の吸気特性を段階的に変更可能とする吸気特性可変手段とを有するエンジンの運転特性可変装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの回転速度範囲に応じて吸気弁の一部の作動を休止させる弁作動変更機構と、同じくエンジンの回転速度範囲に応じて吸気通路の管長を段階的に変化させる吸気通路構成変更手段とを組み合わせることにより、エンジンの運転域の全域に渡って出力特性を向上しようとした技術が、特公平７−３５７２７号公報により公知となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来の構成は、エンジンの回転速度に応じて吸気通路の長さを２段階に切り換えるに止まり、その切換点には、少なからぬ出力トルクの谷が存在している。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、広い回転速度域での過給効果を高めて吸気充填効率を向上し、全運転域に渡る出力トルクのより一層の平坦化を実現し得るエンジンの運転特性可変装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明はその請求項１において、複数の気筒の各々に設けられた吸気弁（８ａ・８ｂ）のうちの少なくとも一部の作動特性を段階的に変更可能とする弁作動特性可変手段（ＶＴ）と、並列配置され且つ互いに独立した４つの吸気通路（２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ）の中間部に、前記吸気通路の上流側に設けられた吸気集合室（２１）との間をエンジンの回転速度に応じて短絡的に連通若しくは遮断することによって各吸気通路の吸気特性を段階的に変更可能とする吸気特性可変手段（ＳＡ）とを有する直列４気筒エンジンの運転特性可変装置であって、前記吸気特性可変手段は、円周を等間隔に仕切られた仮想３面（第１面３２ａ、第２面３２ｂ、及び第３面３２ｃ）を有し且つエンジンの回転速度に応じて該仮想３面の位置が切り換えられて前記吸気通路の連通状態を３段階に切り換え可能とするロータリーバルブを備え、低回転速度域では各気筒の前記吸気弁の一部を休止させると共に、互いに隣接する吸気通路同士間を遮断することによって形成される長管吸気通路から吸気を供給し、高回転速度域では全ての吸気弁を稼動すると共に、互いに隣接する吸気通路同士間を連通して各吸気通路を前記吸気集合室に短絡することによって形成される短管吸気通路から吸気を供給し、少なくとも中回転速度域では吸気行程が連続しない気筒群の吸気通路同士を互いに連通接続させるようにしてなることを特徴とするものとした。
【０００６】
このようにすれば、先ず低回転速度域にあっては、管長の長い吸気単管を用いることにより、吸気単管内を長周期で反転する圧力波を次の吸気弁の開弁時期（吸気行程の初期）に同調させることができ、低回転速度域に適した慣性過給効果が得られる。従って、一部の吸気弁の作動を休止することによる燃焼室内の吸気流速増速作用と相俟って、吸気充填量をより一層増大することができる。
【０００７】
そして高回転速度域にあっては、管長の短い吸気単管を用いることにより、吸気単管内を短周期で反転する圧力波を次の吸気弁の開弁時期に同調させることができ、高回転速度域に適した慣性過給効果が得られる。従って、全ての吸気弁を稼動することによる吸気抵抗の低減作用と相俟って、燃焼室内の残留ガスを十分に掃気して新気の充填量を増大することができる。
【０００８】
さらに中回転速度域にあっては、吸気行程の連続しない気筒同士間の吸気の動的過給（共鳴過給）を得ることで吸気圧力を高めることができる。つまり、吸気単管内の圧力波（負の圧力波）を他の気筒の吸気弁の開弁時期（吸気行程の初期）に同調させ、その圧力波（正の圧力波）の作用によって吸気の充填効率を高め、弁作動特性可変手段出力の切換点に生じる出力トルクの落ち込みを補填することができる。
【０００９】
以上の如くして、エンジンの回転速度に応じた吸気通路構成の変更と、これに対応する吸気弁作動特性の変更との相乗効果により、全運転域に渡って出力トルクを平坦化することができる。
【００１０】
また本発明はその請求項２において、複数の気筒の各々に設けられた吸気弁のうちの少なくとも一部の作動特性を段階的に変更可能とする弁作動特性可変手段と、並列配置され且つ互いに独立した４つの吸気通路の中間部に、前記吸気通路の上流側に設けられた吸気集合室との間をエンジンの回転速度に応じて短絡的に連通若しくは遮断することによって各吸気通路の吸気特性を段階的に変更可能とする吸気特性可変手段とを有する直列４気筒エンジンの運転特性可変装置であって、前記吸気特性可変手段は、円周を等間隔に仕切られた仮想３面を有し且つエンジンの回転速度に応じて該仮想３面の位置が切り換えられて前記吸気通路の連通状態を３段階に切り換え可能とするロータリーバルブを備え、低回転速度域では前記４つの気筒のうちの一部を休止させると共に、稼働気筒の互いに隣接する吸気通路同士間を遮断することによって形成される長管吸気通路から吸気を供給し、高回転速度域では全ての気筒を稼動すると共に、互いに隣接する吸気通路同士間を連通して各吸気通路を前記吸気集合室に短絡することによって形成される短管吸気通路から吸気を供給し、少なくとも中回転速度域では吸気行程が連続しない気筒群の吸気通路同士を互いに連通接続させるようにしてなることを特徴とするものとした。
【００１１】
このようにすれば、先ず一部の気筒の燃焼を休止した状態おける低回転速度域にあっては、稼動気筒における低回転速度域に適した慣性過給効果が得られる長い管長を備える吸気通路の設定が可能となり、吸気充填量を増大して部分気筒稼動での出力トルク低下を補い、且つ燃費を向上することができる。
【００１２】
そして全気筒稼動の高回転速度域にあっては、高回転速度域に適した慣性過給効果が得られる短い管長の吸気通路を設定し、吸気充填量を増大して全気筒稼動による出力トルクを向上すると共に、燃焼室内の残留ガスの十分な掃気によって新気の充填量を増大することができる。
【００１３】
さらに中回転速度域にあっては、吸気行程の連続しない気筒同士間の吸気の動的過給（共鳴過給）を得ることで吸気圧力を高めることができる。つまり稼動する吸気単管内の圧力波（負の圧力波）を、休止気筒の吸気管に連なる連通路により反転させて稼動する気筒の次の吸気弁の開弁時期（吸気行程の初期）に同調させ、その圧力波（正の圧力波）の作用によって吸気の充填効率を高め、弁作動特性可変手段出力の切換点に生じる出力トルクの落ち込みを補填することができる。
【００１４】
特に本発明においては、吸気特性可変手段として、円周を等間隔に仕切られて形成された仮想３面を有し且つエンジンの回転速度に応じて前記仮想３面の位置が切り換えられるものとした。
【００１５】
これによれば、短管通路、長管通路、及び共鳴過給通路の３つの通路を、ロータリーバルブの内部に比較的簡単に形成することができ、ロータリーバルブを回転させるだけで、吸気特性を変化させることが可能となる。従って、吸気通路を３段階に切換可能とする吸気特性可変手段をコンパクトに構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００１７】
先ず、弁作動特性可変手段ＶＴの一例を図１並びに図２を参照して説明する。図１において、吸気カムシャフト１には、作動角及びリフト量が相対的に小さい１つの低速カム２と、作動角及びリフト量が相対的に大きい１つの高速カム３と、これら両カム２・３のベース円に相当する直径の真円部４とが、互いに隣接して一体形成されている。そして吸気カムシャフト１の下方には、カムシャフト１と平行なロッカシャフト５上に、３つのロッカアーム６ａ・６ｂ・７が互いに隣接して揺動自在にかつ相対角変位可能に枢支されている。これらのロッカアーム６ａ・６ｂ・７は、それぞれ低速カム２、高速カム３、並びに真円部４に対応している。
【００１８】
低速カム２並びに真円部４に対応する低速ロッカアーム６ａ・６ｂは、基本的に同一形状をなし、その各遊端に、閉弁方向へ常時ばね付勢された２つの吸気弁８ａ・８ｂのステム端が当接している。また、高速カム３に対応する高速ロッカアーム７は、図示されていないばね手段によって高速カム３との摺接状態が常時維持されている。
【００１９】
互いに隣接する３つのロッカアーム６ａ・６ｂ・７の内部には、それらを相対角変位し得る状態、即ち低速モードと、一体的に揺動し得る状態、即ち高速モードとに切換えるために、以下に詳述する連結切換機構が設けられている。
【００２０】
図１における左側の低速ロッカアーム６ａには、中央の高速ロッカアーム７側に開口する有底の第１ガイド孔９が、ロッカシャフト５の軸線と平行に形成され、かつその中に第１切換ピン１０が摺合している。高速ロッカアーム７には、高速カム３のベース円部分がカムスリッパに摺接する静止位置において第１ガイド孔９と同心をなす第２ガイド孔１１が貫通して形成され、かつその中に、第１切換ピン１０にその一端を当接させた状態の第２切換ピン１２が摺合している。図１における右側の低速ロッカアーム６ｂには、左側の低速ロッカアーム６ａと同様の実質的に有底の第３ガイド孔１３が形成され、かつその中に、第２切換ピン１２の他端にその一端を当接させた状態のストッパピン１４が摺合している。ストッパピン１４は、圧縮コイルばね１５によって高速ロッカアーム７側に常時弾発付勢されている。
【００２１】
ロッカシャフト５内には、オイルパンから汲み上げた潤滑油を供給するための２本の給油通路１６ａ・１６ｂが形成されている。これらの内の一方１６ａは、第１ガイド孔９の底部に連通し、他方１６ｂは、ロッカシャフト５と各ロッカアーム６ａ・６ｂ・７との間、各カム２・３・４とカムスリッパとの摺接面、及びカムジャーナル（図示せず）へ潤滑油を供給する通路（図示せず）に連通している。
【００２２】
上記の連結切換機構は、例えばエンジンの運転状態に応じて電磁弁を開閉制御することにより、一方の給油通路１６ａから第１ガイド孔９内の第１切換ピン１０に作用させる油圧を断続させることによって作動する。
【００２３】
エンジンが所定の回転速度以下の低速モードでは、第１切換ピン１０に油圧を作用させずにおけば、各ピン１０・１２・１４が圧縮コイルばね１５の弾発力によって各ガイド孔９・１１・１３にそれぞれ整合した位置となる（図１参照）。この状態では、各ロッカアーム６ａ・６ｂ・７は互いに相対角変位可能である。従って、高速カム３で駆動される高速ロッカアーム７は、他のロッカアーム６ａ・６ｂに何ら影響を及ぼさず、低速カム２のプロフィールによって揺動駆動される一方の低速ロッカアーム６ａを介して一方の吸気弁８ａが開弁駆動され、真円部４に接触した他方の低速ロッカアーム６ｂは揺動しないので、これに対応した他方の吸気弁８ｂは休止状態となる。
【００２４】
エンジンが所定の回転速度以上の高速モード時は、第１切換ピン１０に油圧を作用させると、第２切換ピン１２及びストッパピン１４が圧縮コイルばね１５の弾発力に抗して押し戻される。これにより、各ピン１０・１２・１４が互いに隣り合うロッカアーム６ａ・６ｂ・７同士間にまたがった状態となる（図２参照）。従って、３つのロッカアーム６ａ・６ｂ・７が連結されて一体的に揺動可能となり、中央の高速カム７のプロフィールによって２個の吸気弁８ａ・８ｂが同時に開弁駆動される。
【００２５】
次に本発明が適用される吸気特性可変手段ＳＡについて図３〜図８を参照して説明する。この吸気特性可変手段ＳＡは、図３及び図４に示すように、直列４気筒エンジンの１番気筒〜４番気筒（図示せず）の各気筒にその一端が接続され、かつ単一の吸気集合室２１にその他端が接続された互いに独立した４つの第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄを並設してなる吸気マニホールド２３を備えている。
【００２６】
第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄは、互いに略等長にされ、図４に示すように、その全体が丸く湾曲した形状に形成されており、内側に巻き込まれたその一端に、適宜な容積の吸気集合室２１が接続されている。この吸気集合室２１は、これに隣接して設けられる吸気ダクト２４と共に、湾曲した第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの内周側の空間に抱持されている。
【００２７】
第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの各々の中間部の内周壁には、正面視略矩形をなす第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄが形成されており、これらの第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄから第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ内にその一部を露出させるようにして、また、その軸方向から見た場合に第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ内にその一部を突出させるようにして、単一体からなるロータリーバルブ２６が吸気マニホールド２３の内側に設けられている。
【００２８】
吸気集合室２１と吸気ダクト２４との間を部分的に仕切る吸気マニホールドの本体壁２７には、ロータリーバルブ２６の真円をなす仮想外周面の略１／３円周面に対向する円弧面２８が形成されている。この円弧面２８は、ロータリーバルブ２６を回転可能に支持すると共に、ロータリーバルブ２６内に形成される第１〜第３連通室２９・３０・３１（後述する）を塞ぐ役目をする。
【００２９】
吸気ダクト２４には、スロットルボデイ（図示せず）が連結されており、スロットルボディを経て吸気ダクト２４内に流入した吸気は、吸気集合室２１内に流入する。ここで吸気ダクト２４と吸気集合室２１とは、図示されてはいないが、吸気集合室２１の長手方向の中央部で連通しており、これにより、吸気集合室２１から各気筒に至る第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄを含む各吸気通路長の等長化が図られている。
【００３０】
ロータリーバルブ２６は、図４に示すように、その軸方向から見て周方向に等間隔に仕切られた仮想３面３２ａ・３２ｂ・３２ｃをその外周に有している。これら仮想３面のうちの第１面３２ａ側には、図３及び図４に示されるように、全ての吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの中間部同士間を連通する第１連通室２９が設けられている。この第１連通室２９は、図５に併せて示すように、仮想３面のうちの第２面３２ｂ側において、第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄの第１、第４開口２５ａ・２５ｄに合致するように形成された２つの連通口３３ａ・３３ｄと連通状態にあるので、ロータリーバルブ２６が図３及び図４に示される回転位置にあるとき、吸気集合室２１内の吸気は、これら第１連通室２９および吸気集合室２１に面する２つの連通口３３ａ・３３ｄを介してロータリーバルブ２６内を横断し且つその軸と平行な方向に流れ、第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄにそれぞれ流出することができる。
【００３１】
ところで、直列４気筒エンジンにおいては、一般に、１番気筒〜３番気筒〜４番気筒〜２番気筒の順に点火される。従って、各気筒の吸気行程もこの順となり、吸気行程が互いに連続しない気筒群は、１番、４番気筒からなる両端気筒群と、２番、３番気筒からなる中央気筒群とに分けられる。これより、吸気行程が互いに連続しない気筒群における各気筒に一端がそれぞ接続される一対の吸気通路は、両端気筒群の各気筒に各一端が接続される第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄと、中央気筒群の各気筒に各一端が接続される第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃとである。
【００３２】
ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第２面３２ｂ側には、図５及び図６に示されるように、吸気行程が互いに連続しない気筒群の各気筒に一端がそれぞれ接続される第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄ間を連通する２つの第３連通室３１と、第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃ間を運通する第２連通室３０とが設けられている。なお第３連通室３１は、前記した第１連通室２９と重なり合っており、この第１連通室２９は、ロータリーバルブ２６が図５及び図６に示される回転位置にあるとき、吸気マニホールド２３の本体壁２７によって閉鎖されており、その２つの連通口３３ａ・３３ｄに連通する両端部分のみが、第１、第４開口２５ａ・２５ｄを介して第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄに開放されている。ここで第１連通室２９と第３連通室３１とは重なり合っているので、ロータリーバルブ２６は、実質的には第１連通室２９と第２連通室３０との２つの連通室を有すると言える。
【００３３】
第２連通室３０は、第１面３２ａ側と第２面３２ｂ側とを第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃにまたがる長さ範囲において仕切る第１仕切壁３６と、第３面３２ｃ側と第１面３２ａ側および第２面３２ｂ側とをロータリーバルブ２６の全長に渡って仕切る第２仕切壁３７と、第１、第２吸気通路２２ｂ・２２ｃ間を仕切る第３仕切壁３８と、第３、第４吸気通路２２ｃ・２２ｄ間を仕切る第４仕切壁３９とによって囲まれて形成されている（図５参照）。
【００３４】
第１仕切壁３６は、ロータリーバルブ２６の仮想外周面を周方向に３等分して得られる正三角形の１つの頂点と第２仕切壁３７の一方（図４における上方）の端縁近傍との間にまたがり、中央の２つの吸気通路２２ｂ・２２ｃの並列長に及ぶ長さを有している。
【００３５】
第２仕切壁３７は、ロータリーバルブ２６の仮想外周面を周方向に３等分して得られる正三角形の２つの頂点間にまたがり、４つの吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの並列長に及ぶ長さを有している。そしてその外周面は、各吸気通路の内周面に円滑に連続するようにされている。
【００３６】
第３、第４仕切壁３８・３９は、第１仕切壁３６の左右（以下方向は紙面に向かっての方向とする）両端縁にそれぞれ連設され、左側の２つの吸気通路２２ａ・２２ｂ同士間および右側の２つの吸気通路２２ｃ・２２ｄ同士間をそれぞれ遮断している。
【００３７】
ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第３面３２ｃ側は、図７及び図８に示されるように、互いに隣接する吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ同士間をそれぞれ遮断する仕切壁を有している、この仕切壁は、これらの吸気通路同士間を互いに仕切る三日月状をなす３つの第５仕切壁４０と、前記した第２仕切壁３７とから構成されている。
【００３８】
次に上記構成の吸気特性可変手段ＳＡの作動要領について説明する。
【００３９】
先ず、エンジンの回転速度が所定値以下の状態では、図７及び図８に示されるように、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第３面３２ｃ側が第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄに面するように、ロータリーバルブ２６を回転させる。これにより、互いに隣接する吸気通路同士間が第２、第５仕切壁３７・４０によって全て遮断され、互いに完全に独立した長い第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄが形成される（図９−Ａ参照）。そして、吸気集合室２１内の吸気は、これらの長い第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの各端部に流入し、これらの吸気通路の全長を流れて各気筒に供給される。このとき、吸気集合室２１は、大気開放チャンバとして作用し、ここが吸気圧力振動の反転室となり、燃焼室から吸気集合室２１までの長い吸気通路内での低い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの低回転に基づく吸気弁の長い開閉サイクルとが同調する。これにより、高い慣性過給効果が得られるので全気筒について高い吸気充填効率が得られ、出力トルクを向上させることができる（図１０〜図１２の低速慣性領域）。
【００４０】
このとき、吸気集合室２１には、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第１面３２ａ側が面しているので、この第１面３２ａ側が有する第１連通室２９の容積が付加されて吸気集合室２１の容積が増大し、ここにおける吸気圧力振動の反転機能はさらに大きくなり、上記の効果がさらに助長される。
【００４１】
次に、エンジンの回転速度が所定の範囲内にある状態では、図５及び図６に示されるように、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第２面３２ｂ側が第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄに面するようにロータリーバルブ２６を回転させる。これにより、吸気行程が互いに連続しない気筒群同士における各気筒に一端がそれぞれ接続される両端の第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄ間と、中央の第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃ間との中間部が、第２連通室３０並びに第３連通室３１を介して相互に連通される（図９−Ｂ参照）。
【００４２】
そして、これら各一対の第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄ、並びに第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃの第２連通室３０並びに第３連通室３１より上流側の各部分の対同士が、各気筒群の共鳴管を構成し、各吸気通路および各吸気連通部内を吸気圧力波が反転することなく、同一気筒群における他の気筒の次の吸気行程にその吸気圧力波を伝播させることができ、高い共鳴過給効果が得られる。これにより、吸気行程が互いに連続しない気筒群同士における各気筒について高い吸気充填効率が得られ、出力トルクを向上させることができる（図１０〜図１２の共鳴領域）。
【００４３】
なおこの場合は、吸気集合室２１には、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第３面３２ｃ側が面し、吸気集合室２１と各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄとの間を第２仕切壁３７が遮断している。すなわち第２仕切壁３７は、互いに隣接する吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ同士間を遮断する遮断壁の構成部材として、また、吸気集合室２１と各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄとの間を遮断する遮断壁として、両方に兼用されるので、ロータリーバルブ２６の内部構造が簡略化される。
【００４４】
さらに、エンジンの回転速度が所定値以上の高回転速度域にあっては、図３および図４に示されるように、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第１面３２ａ側が第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄに面するようにロータリーバルブ２６を回転させる。これにより、各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの中間部と吸気集合室２１とが、第１連通室２９および２つの連通口３３ａ・３３ｄを介して短絡的に連通される。
【００４５】
従って、吸気集合室２１内の吸気は、各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの下流側のみの短い部分を流れて各気筒に供給される（図９−Ｃ参照）。このとき、各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄのロータリーバルブ２６より上流側の部分および吸気集合室２１は、大気開放チャンバとして作用し、ここが吸気圧力振動の反転室となり、燃焼室から吸気集合室２１までの短い吸気通路内での高い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの高回転に基づく吸気弁の短い開閉サイクルとが同調する。これにより、高い慣性過給効果が得られるので全気筒について高い吸気充填効率が得られ、出力トルクを向上させることができる（図１０〜図１２の高速慣性領域）。
【００４６】
次に前記した弁作動特性可変手段ＶＴと吸気特性可変手段ＳＡとの連携について図１０〜図１３を参照して説明する。なお、各図において、２点鎖線は弁作動特性可変手段ＶＴのみを用いた場合の出力特性を示し、実線はそれぞれ吸気特性可変手段ＳＡの作用を付加した場合の出力特性を示している。
【００４７】
図１０に示すように、弁作動特性可変手段ＶＴの一部休止モード（図１２のＡ領域）から全稼動モード（図１０のＢ領域）への切換点において、吸気特性可変手段ＳＡの低速モードである長管吸気通路での低速域慣性過給から、中速モードの共鳴過給に切り換えることにより、管長の長い吸気単管内での低い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの低回転速度に基づく吸気弁の長い開閉サイクルとが同調し、更に一方の吸気ポートの吸気弁８ｂを休止することによって他方の吸気ポートを通過する吸気流速が増大することとの相乗効果により、特に低回転速度域での大きな慣性ピークを得ることが可能となる。従って、２点鎖線で示す弁作動特性可変手段ＶＴの切換点での出力トルクの落ち込みを補填し得ると共に、実用域の燃費を向上することができる。
【００４８】
図１１に示すように、弁作動特性可変手段ＶＴを一部休止モード（図１１のＡ領域）から全稼動モード（図１１のＢ領域）への切換点において、吸気特性可変手段ＳＡの中速モードである共鳴過給から高速モードである短管吸気通路での高速慣性過給に切り換えることにより、管長の短い吸気単管内での高い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの高回転速度に基づく吸気弁の短い開閉サイクルとが同調し、更に全ての吸気弁８ａ・８ｂが稼動することにより、吸気ポートにおける吸気抵抗を抑制し、大量の吸気を燃焼室内に供給することとの相乗効果により、特に高い回転速度域で大きな慣性ピークを得ることが可能となる。従って、２点鎖線で示す弁作動特性可変手段ＶＴの切換点での出力トルクの落ち込みを補填し得ると共に、最高出力をより一層向上し得る。
【００４９】
図１２に示すように、弁作動特性可変手段ＶＴの一部休止モード（図１２のＡ領域）から全稼動モード（図１２のＢ領域）への切換を、吸気特性可変手段ＳＡの中速モードである共鳴過給領域内で実行するものとすることにより、吸排気弁の開弁重合期間における吸気圧力が殆ど上昇しない動的過給領域（共鳴過給領域）で弁作動特性が切換えられることから、切換時のトルク変動が小さく、更に動弁特性（一部休止／全稼動）切換点の前後における出力トルクのピークを２つ得ることができる。従って、２点鎖線で示す弁作動特性切換点での出力トルクの落ち込みを補填し得ると共に、出力トルクをより一層平坦化することができる。
【００５０】
弁作動特性可変手段ＶＴは、上述した一部の吸気弁休止のみならず、一部気筒休止にも対応させることができる。この場合は、図１３及び図１４に示すように、１番、２番気筒の高速カム３の両側に２つの真円部４ａ・４ｂを配置し、所定値以下のエンジン回転速度域では２つの気筒の吸気弁８ａ・８ｂの作動を共に完全停止させるようにすると共に、３番、４番気筒には、図１５及び図１６に示すように、高速カム３の両側に同一形状の低速カム２ａ・２ｂを配置し、各気筒の２つの吸気弁８ａ・８ｂの弁開度を、エンジン回転速度に応じて同時に二段階に変化させるようにすれば良い。なお、連結切換機構に関しては前記と同様なので詳細な説明は省略する。
【００５１】
これの場合も、上記一部弁休止の場合と同様に、気筒休止モードから全気筒稼動モードへの切換前後において、吸気特性可変手段ＳＡを低速モード（低速慣性過給）から中速モード（共鳴過給）に切り換えることにより、管長の長い吸気単管内での低い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの低回転速度に基づく吸気弁の長い開閉サイクルとが同調し、更に部分休止気筒（１番、２番）により、稼動気筒（３番、４番）における吸気通路を低回転速度域に適した通路形状に設定することが可能となり、その相乗効果により、特に低回転速度域で大きな慣性ピークを得ることが可能となり、気筒休止時の出力トルクの向上と燃費向上とを両立できる（図１０参照）。
【００５２】
弁作動特性可変手段ＶＴを一部気筒休止モードから全気筒稼動モードへの切換点において、吸気特性可変手段ＳＡを中速モード（共鳴過給）から高速モード（高速慣性過給）に切り換えることにより、部分気筒休止における回転速度の高い領域（中回転速度域）での出力トルクを吸気特性の変更（共鳴過給）により向上させることができ、部分気筒休止における稼動気筒の吸気の充填効率（吸入効率）を高めることができ、低回転速度域から中回転速度域までの広い運転領域で部分気筒休止が可能となり、よって実用燃費の向上を図ることができる（図１１参照）。
【００５３】
気筒休止モードから全気筒稼動モードへの切換を中速モード（共鳴過給）領域内で実行することにより、吸排気弁の開弁重合期間における吸気圧力が殆ど上昇しない動的過給領域（共鳴過給領域）で弁作動特性を切換得られるので、切換におけるトルク変動も小さく、更に動弁特性（休止／稼動）切換点前後における出力トルクのピークを２つ得ることができ、切換時の出力トルクの落ち込みを少なくできる（図１２参照）。
【００５４】
なお、慣性過給は、個々の気筒において吸気行程中に生ずる負圧波が反転して自気筒の吸気行程終期に作用する過給であり、開弁重合期間の圧力は殆ど変動しない。また共鳴過給は、吸気行程が連続しない気筒を同一群とする２つの群の吸気系を含む共鳴系において、所定周期の連続的な圧力波が生じ、吸気行程中にある他の気筒にその圧力波を作用させる過給であり、開弁重合期間の圧力を高める。
【００５５】
【発明の効果】
このように本発明の請求項１並びに２によれば、エンジンの回転速度に応じた吸気通路構成の変更と、これに対応する吸気弁作動特性の変更との相乗効果により、吸気の充填効率をより一層向上し、全運転域に渡って出力トルクを平坦化する作用を得るための、吸気通路を３段階に切換可能とする吸気特性可変手段をコンパクトに構成する上に大きな効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】弁作動特性可変手段の低速モード状態時の概略構成図
【図２】弁作動特性可変手段の高速モード状態時の概略構成図
【図３】吸気特性可変手段の高速慣性過給状態時の概略構成図
【図４】図３の吸気特性可変手段の側断面図
【図５】吸気特性可変手段の共鳴過給状態時の概略構成図
【図６】図５の吸気特性可変手段の側断面図
【図７】吸気特性可変手段の低速慣性過給状態時の概略構成図
【図８】図７の吸気特性可変手段の側断面図
【図９】各過給状態の模式的説明図
【図１０】低速域重視型の切換パターンを示す概念的な出力トルク特性線図
【図１１】高速域重視型の切換パターンを示す概念的な出力トルク特性線図
【図１２】中速域重視型の切換パターンを示す概念的な出力トルク特性線図
【図１３】一部気筒休止エンジンの休止気筒用弁作動特性可変手段の低速モード状態時の概略構成図
【図１４】一部気筒休止エンジンの休止気筒用弁作動特性可変手段の高速モード状態時の概略構成図
【図１５】一部気筒休止エンジンの稼動気筒用弁作動特性可変手段の低速モード状態時の概略構成図
【図１６】一部気筒休止エンジンの稼動気筒用弁作動特性可変手段の高速モード状態時の概略構成図
【符号の説明】
ＶＴ 弁作動特性可変手段
ＳＡ 吸気特性可変手段
８ａ・８ｂ 吸気弁
２１ 吸気集合室
２２ａ〜２２ｄ 吸気通路
２６ ロータリーバルブ
２９ 第１連通室
３０ 第２連通室
３２ａ・３２ｂ・３２ｃ 仮想３面
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転特性可変装置に関し、特に複数の気筒の各々に設けられた吸気弁のうちの少なくとも一部の作動特性を段階的に変更可能とする弁作動特性可変手段と、吸気通路の吸気特性を段階的に変更可能とする吸気特性可変手段とを有するエンジンの運転特性可変装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの回転速度範囲に応じて吸気弁の一部の作動を休止させる弁作動変更機構と、同じくエンジンの回転速度範囲に応じて吸気通路の管長を段階的に変化させる吸気通路構成変更手段とを組み合わせることにより、エンジンの運転域の全域に渡って出力特性を向上しようとした技術が、特公平７−３５７２７号公報により公知となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来の構成は、エンジンの回転速度に応じて吸気通路の長さを２段階に切り換えるに止まり、その切換点には、少なからぬ出力トルクの谷が存在している。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、広い回転速度域での過給効果を高めて吸気充填効率を向上し、全運転域に渡る出力トルクのより一層の平坦化を実現し得るエンジンの運転特性可変装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明はその請求項１において、複数の気筒の各々に設けられた吸気弁（８ａ・８ｂ）のうちの少なくとも一部の作動特性を段階的に変更可能とする弁作動特性可変手段（ＶＴ）と、並列配置され且つ互いに独立した４つの吸気通路（２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ）の中間部に、前記吸気通路の上流側に設けられた吸気集合室（２１）との間をエンジンの回転速度に応じて短絡的に連通若しくは遮断することによって各吸気通路の吸気特性を段階的に変更可能とする吸気特性可変手段（ＳＡ）とを有する直列４気筒エンジンの運転特性可変装置であって、前記吸気特性可変手段は、円周を等間隔に仕切られた仮想３面（第１面３２ａ、第２面３２ｂ、及び第３面３２ｃ）を有し且つエンジンの回転速度に応じて該仮想３面の位置が切り換えられて前記吸気通路の連通状態を３段階に切り換え可能とするロータリーバルブを備え、低回転速度域では各気筒の前記吸気弁の一部を休止させると共に、互いに隣接する吸気通路同士間を遮断することによって形成される長管吸気通路から吸気を供給し、高回転速度域では全ての吸気弁を稼動すると共に、互いに隣接する吸気通路同士間を連通して各吸気通路を前記吸気集合室に短絡することによって形成される短管吸気通路から吸気を供給し、少なくとも中回転速度域では吸気行程が連続しない気筒群の吸気通路同士を互いに連通接続させるようにしてなることを特徴とするものとした。
【０００６】
このようにすれば、先ず低回転速度域にあっては、管長の長い吸気単管を用いることにより、吸気単管内を長周期で反転する圧力波を次の吸気弁の開弁時期（吸気行程の初期）に同調させることができ、低回転速度域に適した慣性過給効果が得られる。従って、一部の吸気弁の作動を休止することによる燃焼室内の吸気流速増速作用と相俟って、吸気充填量をより一層増大することができる。
【０００７】
そして高回転速度域にあっては、管長の短い吸気単管を用いることにより、吸気単管内を短周期で反転する圧力波を次の吸気弁の開弁時期に同調させることができ、高回転速度域に適した慣性過給効果が得られる。従って、全ての吸気弁を稼動することによる吸気抵抗の低減作用と相俟って、燃焼室内の残留ガスを十分に掃気して新気の充填量を増大することができる。
【０００８】
さらに中回転速度域にあっては、吸気行程の連続しない気筒同士間の吸気の動的過給（共鳴過給）を得ることで吸気圧力を高めることができる。つまり、吸気単管内の圧力波（負の圧力波）を他の気筒の吸気弁の開弁時期（吸気行程の初期）に同調させ、その圧力波（正の圧力波）の作用によって吸気の充填効率を高め、弁作動特性可変手段出力の切換点に生じる出力トルクの落ち込みを補填することができる。
【０００９】
以上の如くして、エンジンの回転速度に応じた吸気通路構成の変更と、これに対応する吸気弁作動特性の変更との相乗効果により、全運転域に渡って出力トルクを平坦化することができる。
【００１０】
また本発明はその請求項２において、複数の気筒の各々に設けられた吸気弁のうちの少なくとも一部の作動特性を段階的に変更可能とする弁作動特性可変手段と、並列配置され且つ互いに独立した４つの吸気通路の中間部に、前記吸気通路の上流側に設けられた吸気集合室との間をエンジンの回転速度に応じて短絡的に連通若しくは遮断することによって各吸気通路の吸気特性を段階的に変更可能とする吸気特性可変手段とを有する直列４気筒エンジンの運転特性可変装置であって、前記吸気特性可変手段は、円周を等間隔に仕切られた仮想３面を有し且つエンジンの回転速度に応じて該仮想３面の位置が切り換えられて前記吸気通路の連通状態を３段階に切り換え可能とするロータリーバルブを備え、低回転速度域では前記４つの気筒のうちの一部を休止させると共に、稼働気筒の互いに隣接する吸気通路同士間を遮断することによって形成される長管吸気通路から吸気を供給し、高回転速度域では全ての気筒を稼動すると共に、互いに隣接する吸気通路同士間を連通して各吸気通路を前記吸気集合室に短絡することによって形成される短管吸気通路から吸気を供給し、少なくとも中回転速度域では吸気行程が連続しない気筒群の吸気通路同士を互いに連通接続させるようにしてなることを特徴とするものとした。
【００１１】
このようにすれば、先ず一部の気筒の燃焼を休止した状態おける低回転速度域にあっては、稼動気筒における低回転速度域に適した慣性過給効果が得られる長い管長を備える吸気通路の設定が可能となり、吸気充填量を増大して部分気筒稼動での出力トルク低下を補い、且つ燃費を向上することができる。
【００１２】
そして全気筒稼動の高回転速度域にあっては、高回転速度域に適した慣性過給効果が得られる短い管長の吸気通路を設定し、吸気充填量を増大して全気筒稼動による出力トルクを向上すると共に、燃焼室内の残留ガスの十分な掃気によって新気の充填量を増大することができる。
【００１３】
さらに中回転速度域にあっては、吸気行程の連続しない気筒同士間の吸気の動的過給（共鳴過給）を得ることで吸気圧力を高めることができる。つまり稼動する吸気単管内の圧力波（負の圧力波）を、休止気筒の吸気管に連なる連通路により反転させて稼動する気筒の次の吸気弁の開弁時期（吸気行程の初期）に同調させ、その圧力波（正の圧力波）の作用によって吸気の充填効率を高め、弁作動特性可変手段出力の切換点に生じる出力トルクの落ち込みを補填することができる。
【００１４】
特に本発明においては、吸気特性可変手段として、円周を等間隔に仕切られて形成された仮想３面を有し且つエンジンの回転速度に応じて前記仮想３面の位置が切り換えられるものとした。
【００１５】
これによれば、短管通路、長管通路、及び共鳴過給通路の３つの通路を、ロータリーバルブの内部に比較的簡単に形成することができ、ロータリーバルブを回転させるだけで、吸気特性を変化させることが可能となる。従って、吸気通路を３段階に切換可能とする吸気特性可変手段をコンパクトに構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００１７】
先ず、弁作動特性可変手段ＶＴの一例を図１並びに図２を参照して説明する。図１において、吸気カムシャフト１には、作動角及びリフト量が相対的に小さい１つの低速カム２と、作動角及びリフト量が相対的に大きい１つの高速カム３と、これら両カム２・３のベース円に相当する直径の真円部４とが、互いに隣接して一体形成されている。そして吸気カムシャフト１の下方には、カムシャフト１と平行なロッカシャフト５上に、３つのロッカアーム６ａ・６ｂ・７が互いに隣接して揺動自在にかつ相対角変位可能に枢支されている。これらのロッカアーム６ａ・６ｂ・７は、それぞれ低速カム２、高速カム３、並びに真円部４に対応している。
【００１８】
低速カム２並びに真円部４に対応する低速ロッカアーム６ａ・６ｂは、基本的に同一形状をなし、その各遊端に、閉弁方向へ常時ばね付勢された２つの吸気弁８ａ・８ｂのステム端が当接している。また、高速カム３に対応する高速ロッカアーム７は、図示されていないばね手段によって高速カム３との摺接状態が常時維持されている。
【００１９】
互いに隣接する３つのロッカアーム６ａ・６ｂ・７の内部には、それらを相対角変位し得る状態、即ち低速モードと、一体的に揺動し得る状態、即ち高速モードとに切換えるために、以下に詳述する連結切換機構が設けられている。
【００２０】
図１における左側の低速ロッカアーム６ａには、中央の高速ロッカアーム７側に開口する有底の第１ガイド孔９が、ロッカシャフト５の軸線と平行に形成され、かつその中に第１切換ピン１０が摺合している。高速ロッカアーム７には、高速カム３のベース円部分がカムスリッパに摺接する静止位置において第１ガイド孔９と同心をなす第２ガイド孔１１が貫通して形成され、かつその中に、第１切換ピン１０にその一端を当接させた状態の第２切換ピン１２が摺合している。図１における右側の低速ロッカアーム６ｂには、左側の低速ロッカアーム６ａと同様の実質的に有底の第３ガイド孔１３が形成され、かつその中に、第２切換ピン１２の他端にその一端を当接させた状態のストッパピン１４が摺合している。ストッパピン１４は、圧縮コイルばね１５によって高速ロッカアーム７側に常時弾発付勢されている。
【００２１】
ロッカシャフト５内には、オイルパンから汲み上げた潤滑油を供給するための２本の給油通路１６ａ・１６ｂが形成されている。これらの内の一方１６ａは、第１ガイド孔９の底部に連通し、他方１６ｂは、ロッカシャフト５と各ロッカアーム６ａ・６ｂ・７との間、各カム２・３・４とカムスリッパとの摺接面、及びカムジャーナル（図示せず）へ潤滑油を供給する通路（図示せず）に連通している。
【００２２】
上記の連結切換機構は、例えばエンジンの運転状態に応じて電磁弁を開閉制御することにより、一方の給油通路１６ａから第１ガイド孔９内の第１切換ピン１０に作用させる油圧を断続させることによって作動する。
【００２３】
エンジンが所定の回転速度以下の低速モードでは、第１切換ピン１０に油圧を作用させずにおけば、各ピン１０・１２・１４が圧縮コイルばね１５の弾発力によって各ガイド孔９・１１・１３にそれぞれ整合した位置となる（図１参照）。この状態では、各ロッカアーム６ａ・６ｂ・７は互いに相対角変位可能である。従って、高速カム３で駆動される高速ロッカアーム７は、他のロッカアーム６ａ・６ｂに何ら影響を及ぼさず、低速カム２のプロフィールによって揺動駆動される一方の低速ロッカアーム６ａを介して一方の吸気弁８ａが開弁駆動され、真円部４に接触した他方の低速ロッカアーム６ｂは揺動しないので、これに対応した他方の吸気弁８ｂは休止状態となる。
【００２４】
エンジンが所定の回転速度以上の高速モード時は、第１切換ピン１０に油圧を作用させると、第２切換ピン１２及びストッパピン１４が圧縮コイルばね１５の弾発力に抗して押し戻される。これにより、各ピン１０・１２・１４が互いに隣り合うロッカアーム６ａ・６ｂ・７同士間にまたがった状態となる（図２参照）。従って、３つのロッカアーム６ａ・６ｂ・７が連結されて一体的に揺動可能となり、中央の高速カム７のプロフィールによって２個の吸気弁８ａ・８ｂが同時に開弁駆動される。
【００２５】
次に本発明が適用される吸気特性可変手段ＳＡについて図３〜図８を参照して説明する。この吸気特性可変手段ＳＡは、図３及び図４に示すように、直列４気筒エンジンの１番気筒〜４番気筒（図示せず）の各気筒にその一端が接続され、かつ単一の吸気集合室２１にその他端が接続された互いに独立した４つの第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄを並設してなる吸気マニホールド２３を備えている。
【００２６】
第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄは、互いに略等長にされ、図４に示すように、その全体が丸く湾曲した形状に形成されており、内側に巻き込まれたその一端に、適宜な容積の吸気集合室２１が接続されている。この吸気集合室２１は、これに隣接して設けられる吸気ダクト２４と共に、湾曲した第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの内周側の空間に抱持されている。
【００２７】
第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの各々の中間部の内周壁には、正面視略矩形をなす第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄが形成されており、これらの第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄから第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ内にその一部を露出させるようにして、また、その軸方向から見た場合に第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ内にその一部を突出させるようにして、単一体からなるロータリーバルブ２６が吸気マニホールド２３の内側に設けられている。
【００２８】
吸気集合室２１と吸気ダクト２４との間を部分的に仕切る吸気マニホールドの本体壁２７には、ロータリーバルブ２６の真円をなす仮想外周面の略１／３円周面に対向する円弧面２８が形成されている。この円弧面２８は、ロータリーバルブ２６を回転可能に支持すると共に、ロータリーバルブ２６内に形成される第１〜第３連通室２９・３０・３１（後述する）を塞ぐ役目をする。
【００２９】
吸気ダクト２４には、スロットルボデイ（図示せず）が連結されており、スロットルボディを経て吸気ダクト２４内に流入した吸気は、吸気集合室２１内に流入する。ここで吸気ダクト２４と吸気集合室２１とは、図示されてはいないが、吸気集合室２１の長手方向の中央部で連通しており、これにより、吸気集合室２１から各気筒に至る第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄを含む各吸気通路長の等長化が図られている。
【００３０】
ロータリーバルブ２６は、図４に示すように、その軸方向から見て周方向に等間隔に仕切られた仮想３面３２ａ・３２ｂ・３２ｃをその外周に有している。これら仮想３面のうちの第１面３２ａ側には、図３及び図４に示されるように、全ての吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの中間部同士間を連通する第１連通室２９が設けられている。この第１連通室２９は、図５に併せて示すように、仮想３面のうちの第２面３２ｂ側において、第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄの第１、第４開口２５ａ・２５ｄに合致するように形成された２つの連通口３３ａ・３３ｄと連通状態にあるので、ロータリーバルブ２６が図３及び図４に示される回転位置にあるとき、吸気集合室２１内の吸気は、これら第１連通室２９および吸気集合室２１に面する２つの連通口３３ａ・３３ｄを介してロータリーバルブ２６内を横断し且つその軸と平行な方向に流れ、第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄにそれぞれ流出することができる。
【００３１】
ところで、直列４気筒エンジンにおいては、一般に、１番気筒〜３番気筒〜４番気筒〜２番気筒の順に点火される。従って、各気筒の吸気行程もこの順となり、吸気行程が互いに連続しない気筒群は、１番、４番気筒からなる両端気筒群と、２番、３番気筒からなる中央気筒群とに分けられる。これより、吸気行程が互いに連続しない気筒群における各気筒に一端がそれぞ接続される一対の吸気通路は、両端気筒群の各気筒に各一端が接続される第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄと、中央気筒群の各気筒に各一端が接続される第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃとである。
【００３２】
ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第２面３２ｂ側には、図５及び図６に示されるように、吸気行程が互いに連続しない気筒群の各気筒に一端がそれぞれ接続される第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄ間を連通する２つの第３連通室３１と、第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃ間を運通する第２連通室３０とが設けられている。なお第３連通室３１は、前記した第１連通室２９と重なり合っており、この第１連通室２９は、ロータリーバルブ２６が図５及び図６に示される回転位置にあるとき、吸気マニホールド２３の本体壁２７によって閉鎖されており、その２つの連通口３３ａ・３３ｄに連通する両端部分のみが、第１、第４開口２５ａ・２５ｄを介して第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄに開放されている。ここで第１連通室２９と第３連通室３１とは重なり合っているので、ロータリーバルブ２６は、実質的には第１連通室２９と第２連通室３０との２つの連通室を有すると言える。
【００３３】
第２連通室３０は、第１面３２ａ側と第２面３２ｂ側とを第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃにまたがる長さ範囲において仕切る第１仕切壁３６と、第３面３２ｃ側と第１面３２ａ側および第２面３２ｂ側とをロータリーバルブ２６の全長に渡って仕切る第２仕切壁３７と、第１、第２吸気通路２２ｂ・２２ｃ間を仕切る第３仕切壁３８と、第３、第４吸気通路２２ｃ・２２ｄ間を仕切る第４仕切壁３９とによって囲まれて形成されている（図５参照）。
【００３４】
第１仕切壁３６は、ロータリーバルブ２６の仮想外周面を周方向に３等分して得られる正三角形の１つの頂点と第２仕切壁３７の一方（図４における上方）の端縁近傍との間にまたがり、中央の２つの吸気通路２２ｂ・２２ｃの並列長に及ぶ長さを有している。
【００３５】
第２仕切壁３７は、ロータリーバルブ２６の仮想外周面を周方向に３等分して得られる正三角形の２つの頂点間にまたがり、４つの吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの並列長に及ぶ長さを有している。そしてその外周面は、各吸気通路の内周面に円滑に連続するようにされている。
【００３６】
第３、第４仕切壁３８・３９は、第１仕切壁３６の左右（以下方向は紙面に向かっての方向とする）両端縁にそれぞれ連設され、左側の２つの吸気通路２２ａ・２２ｂ同士間および右側の２つの吸気通路２２ｃ・２２ｄ同士間をそれぞれ遮断している。
【００３７】
ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第３面３２ｃ側は、図７及び図８に示されるように、互いに隣接する吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ同士間をそれぞれ遮断する仕切壁を有している、この仕切壁は、これらの吸気通路同士間を互いに仕切る三日月状をなす３つの第５仕切壁４０と、前記した第２仕切壁３７とから構成されている。
【００３８】
次に上記構成の吸気特性可変手段ＳＡの作動要領について説明する。
【００３９】
先ず、エンジンの回転速度が所定値以下の状態では、図７及び図８に示されるように、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第３面３２ｃ側が第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄに面するように、ロータリーバルブ２６を回転させる。これにより、互いに隣接する吸気通路同士間が第２、第５仕切壁３７・４０によって全て遮断され、互いに完全に独立した長い第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄが形成される（図９−Ａ参照）。そして、吸気集合室２１内の吸気は、これらの長い第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの各端部に流入し、これらの吸気通路の全長を流れて各気筒に供給される。このとき、吸気集合室２１は、大気開放チャンバとして作用し、ここが吸気圧力振動の反転室となり、燃焼室から吸気集合室２１までの長い吸気通路内での低い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの低回転に基づく吸気弁の長い開閉サイクルとが同調する。これにより、高い慣性過給効果が得られるので全気筒について高い吸気充填効率が得られ、出力トルクを向上させることができる（図１０〜図１２の低速慣性領域）。
【００４０】
このとき、吸気集合室２１には、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第１面３２ａ側が面しているので、この第１面３２ａ側が有する第１連通室２９の容積が付加されて吸気集合室２１の容積が増大し、ここにおける吸気圧力振動の反転機能はさらに大きくなり、上記の効果がさらに助長される。
【００４１】
次に、エンジンの回転速度が所定の範囲内にある状態では、図５及び図６に示されるように、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第２面３２ｂ側が第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄに面するようにロータリーバルブ２６を回転させる。これにより、吸気行程が互いに連続しない気筒群同士における各気筒に一端がそれぞれ接続される両端の第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄ間と、中央の第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃ間との中間部が、第２連通室３０並びに第３連通室３１を介して相互に連通される（図９−Ｂ参照）。
【００４２】
そして、これら各一対の第１、第４吸気通路２２ａ・２２ｄ、並びに第２、第３吸気通路２２ｂ・２２ｃの第２連通室３０並びに第３連通室３１より上流側の各部分の対同士が、各気筒群の共鳴管を構成し、各吸気通路および各吸気連通部内を吸気圧力波が反転することなく、同一気筒群における他の気筒の次の吸気行程にその吸気圧力波を伝播させることができ、高い共鳴過給効果が得られる。これにより、吸気行程が互いに連続しない気筒群同士における各気筒について高い吸気充填効率が得られ、出力トルクを向上させることができる（図１０〜図１２の共鳴領域）。
【００４３】
なおこの場合は、吸気集合室２１には、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第３面３２ｃ側が面し、吸気集合室２１と各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄとの間を第２仕切壁３７が遮断している。すなわち第２仕切壁３７は、互いに隣接する吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄ同士間を遮断する遮断壁の構成部材として、また、吸気集合室２１と各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄとの間を遮断する遮断壁として、両方に兼用されるので、ロータリーバルブ２６の内部構造が簡略化される。
【００４４】
さらに、エンジンの回転速度が所定値以上の高回転速度域にあっては、図３および図４に示されるように、ロータリーバルブ２６の仮想３面のうちの第１面３２ａ側が第１〜第４吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの第１〜第４開口２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄに面するようにロータリーバルブ２６を回転させる。これにより、各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの中間部と吸気集合室２１とが、第１連通室２９および２つの連通口３３ａ・３３ｄを介して短絡的に連通される。
【００４５】
従って、吸気集合室２１内の吸気は、各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄの下流側のみの短い部分を流れて各気筒に供給される（図９−Ｃ参照）。このとき、各吸気通路２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄのロータリーバルブ２６より上流側の部分および吸気集合室２１は、大気開放チャンバとして作用し、ここが吸気圧力振動の反転室となり、燃焼室から吸気集合室２１までの短い吸気通路内での高い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの高回転に基づく吸気弁の短い開閉サイクルとが同調する。これにより、高い慣性過給効果が得られるので全気筒について高い吸気充填効率が得られ、出力トルクを向上させることができる（図１０〜図１２の高速慣性領域）。
【００４６】
次に前記した弁作動特性可変手段ＶＴと吸気特性可変手段ＳＡとの連携について図１０〜図１３を参照して説明する。なお、各図において、２点鎖線は弁作動特性可変手段ＶＴのみを用いた場合の出力特性を示し、実線はそれぞれ吸気特性可変手段ＳＡの作用を付加した場合の出力特性を示している。
【００４７】
図１０に示すように、弁作動特性可変手段ＶＴの一部休止モード（図１２のＡ領域）から全稼動モード（図１０のＢ領域）への切換点において、吸気特性可変手段ＳＡの低速モードである長管吸気通路での低速域慣性過給から、中速モードの共鳴過給に切り換えることにより、管長の長い吸気単管内での低い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの低回転速度に基づく吸気弁の長い開閉サイクルとが同調し、更に一方の吸気ポートの吸気弁８ｂを休止することによって他方の吸気ポートを通過する吸気流速が増大することとの相乗効果により、特に低回転速度域での大きな慣性ピークを得ることが可能となる。従って、２点鎖線で示す弁作動特性可変手段ＶＴの切換点での出力トルクの落ち込みを補填し得ると共に、実用域の燃費を向上することができる。
【００４８】
図１１に示すように、弁作動特性可変手段ＶＴを一部休止モード（図１１のＡ領域）から全稼動モード（図１１のＢ領域）への切換点において、吸気特性可変手段ＳＡの中速モードである共鳴過給から高速モードである短管吸気通路での高速慣性過給に切り換えることにより、管長の短い吸気単管内での高い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの高回転速度に基づく吸気弁の短い開閉サイクルとが同調し、更に全ての吸気弁８ａ・８ｂが稼動することにより、吸気ポートにおける吸気抵抗を抑制し、大量の吸気を燃焼室内に供給することとの相乗効果により、特に高い回転速度域で大きな慣性ピークを得ることが可能となる。従って、２点鎖線で示す弁作動特性可変手段ＶＴの切換点での出力トルクの落ち込みを補填し得ると共に、最高出力をより一層向上し得る。
【００４９】
図１２に示すように、弁作動特性可変手段ＶＴの一部休止モード（図１２のＡ領域）から全稼動モード（図１２のＢ領域）への切換を、吸気特性可変手段ＳＡの中速モードである共鳴過給領域内で実行するものとすることにより、吸排気弁の開弁重合期間における吸気圧力が殆ど上昇しない動的過給領域（共鳴過給領域）で弁作動特性が切換えられることから、切換時のトルク変動が小さく、更に動弁特性（一部休止／全稼動）切換点の前後における出力トルクのピークを２つ得ることができる。従って、２点鎖線で示す弁作動特性切換点での出力トルクの落ち込みを補填し得ると共に、出力トルクをより一層平坦化することができる。
【００５０】
弁作動特性可変手段ＶＴは、上述した一部の吸気弁休止のみならず、一部気筒休止にも対応させることができる。この場合は、図１３及び図１４に示すように、１番、２番気筒の高速カム３の両側に２つの真円部４ａ・４ｂを配置し、所定値以下のエンジン回転速度域では２つの気筒の吸気弁８ａ・８ｂの作動を共に完全停止させるようにすると共に、３番、４番気筒には、図１５及び図１６に示すように、高速カム３の両側に同一形状の低速カム２ａ・２ｂを配置し、各気筒の２つの吸気弁８ａ・８ｂの弁開度を、エンジン回転速度に応じて同時に二段階に変化させるようにすれば良い。なお、連結切換機構に関しては前記と同様なので詳細な説明は省略する。
【００５１】
これの場合も、上記一部弁休止の場合と同様に、気筒休止モードから全気筒稼動モードへの切換前後において、吸気特性可変手段ＳＡを低速モード（低速慣性過給）から中速モード（共鳴過給）に切り換えることにより、管長の長い吸気単管内での低い固有振動数の吸気圧力振動と、エンジンの低回転速度に基づく吸気弁の長い開閉サイクルとが同調し、更に部分休止気筒（１番、２番）により、稼動気筒（３番、４番）における吸気通路を低回転速度域に適した通路形状に設定することが可能となり、その相乗効果により、特に低回転速度域で大きな慣性ピークを得ることが可能となり、気筒休止時の出力トルクの向上と燃費向上とを両立できる（図１０参照）。
【００５２】
弁作動特性可変手段ＶＴを一部気筒休止モードから全気筒稼動モードへの切換点において、吸気特性可変手段ＳＡを中速モード（共鳴過給）から高速モード（高速慣性過給）に切り換えることにより、部分気筒休止における回転速度の高い領域（中回転速度域）での出力トルクを吸気特性の変更（共鳴過給）により向上させることができ、部分気筒休止における稼動気筒の吸気の充填効率（吸入効率）を高めることができ、低回転速度域から中回転速度域までの広い運転領域で部分気筒休止が可能となり、よって実用燃費の向上を図ることができる（図１１参照）。
【００５３】
気筒休止モードから全気筒稼動モードへの切換を中速モード（共鳴過給）領域内で実行することにより、吸排気弁の開弁重合期間における吸気圧力が殆ど上昇しない動的過給領域（共鳴過給領域）で弁作動特性を切換得られるので、切換におけるトルク変動も小さく、更に動弁特性（休止／稼動）切換点前後における出力トルクのピークを２つ得ることができ、切換時の出力トルクの落ち込みを少なくできる（図１２参照）。
【００５４】
なお、慣性過給は、個々の気筒において吸気行程中に生ずる負圧波が反転して自気筒の吸気行程終期に作用する過給であり、開弁重合期間の圧力は殆ど変動しない。また共鳴過給は、吸気行程が連続しない気筒を同一群とする２つの群の吸気系を含む共鳴系において、所定周期の連続的な圧力波が生じ、吸気行程中にある他の気筒にその圧力波を作用させる過給であり、開弁重合期間の圧力を高める。
【００５５】
【発明の効果】
このように本発明の請求項１並びに２によれば、エンジンの回転速度に応じた吸気通路構成の変更と、これに対応する吸気弁作動特性の変更との相乗効果により、吸気の充填効率をより一層向上し、全運転域に渡って出力トルクを平坦化する作用を得るための、吸気通路を３段階に切換可能とする吸気特性可変手段をコンパクトに構成する上に大きな効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】弁作動特性可変手段の低速モード状態時の概略構成図
【図２】弁作動特性可変手段の高速モード状態時の概略構成図
【図３】吸気特性可変手段の高速慣性過給状態時の概略構成図
【図４】図３の吸気特性可変手段の側断面図
【図５】吸気特性可変手段の共鳴過給状態時の概略構成図
【図６】図５の吸気特性可変手段の側断面図
【図７】吸気特性可変手段の低速慣性過給状態時の概略構成図
【図８】図７の吸気特性可変手段の側断面図
【図９】各過給状態の模式的説明図
【図１０】低速域重視型の切換パターンを示す概念的な出力トルク特性線図
【図１１】高速域重視型の切換パターンを示す概念的な出力トルク特性線図
【図１２】中速域重視型の切換パターンを示す概念的な出力トルク特性線図
【図１３】一部気筒休止エンジンの休止気筒用弁作動特性可変手段の低速モード状態時の概略構成図
【図１４】一部気筒休止エンジンの休止気筒用弁作動特性可変手段の高速モード状態時の概略構成図
【図１５】一部気筒休止エンジンの稼動気筒用弁作動特性可変手段の低速モード状態時の概略構成図
【図１６】一部気筒休止エンジンの稼動気筒用弁作動特性可変手段の高速モード状態時の概略構成図
【符号の説明】
ＶＴ 弁作動特性可変手段
ＳＡ 吸気特性可変手段
８ａ・８ｂ 吸気弁
２１ 吸気集合室
２２ａ〜２２ｄ 吸気通路
２６ ロータリーバルブ
２９ 第１連通室
３０ 第２連通室
３２ａ・３２ｂ・３２ｃ 仮想３面
Claims (2)
- 複数の気筒の各々に設けられた吸気弁のうちの少なくとも一部の作動特性を段階的に変更可能とする弁作動特性可変手段と、並列配置され且つ互いに独立した４つの吸気通路の中間部に、前記吸気通路の上流側に設けられた吸気集合室との間をエンジンの回転速度に応じて短絡的に連通若しくは遮断することによって各吸気通路の吸気特性を段階的に変更可能とする吸気特性可変手段とを有する直列４気筒エンジンの運転特性可変装置であって、
前記吸気特性可変手段は、円周を等間隔に仕切られた仮想３面を有し且つエンジンの回転速度に応じて該仮想３面の位置が切り換えられて前記吸気通路の連通状態を３段階に切り換え可能とするロータリーバルブを備え、
低回転速度域では各気筒の前記吸気弁の一部を休止させると共に、互いに隣接する吸気通路同士間を遮断することによって形成される長管吸気通路から吸気を供給し、
高回転速度域では全ての吸気弁を稼動すると共に、互いに隣接する吸気通路同士間を連通して各吸気通路を前記吸気集合室に短絡することによって形成される短管吸気通路から吸気を供給し、
少なくとも中回転速度域では吸気行程が連続しない気筒群の吸気通路同士を互いに連通接続させるようにしてなることを特徴とするエンジンの運転特性可変装置。 - 複数の気筒の各々に設けられた吸気弁のうちの少なくとも一部の作動特性を段階的に変更可能とする弁作動特性可変手段と、並列配置され且つ互いに独立した４つの吸気通路の中間部に、前記吸気通路の上流側に設けられた吸気集合室との間をエンジンの回転速度に応じて短絡的に連通若しくは遮断することによって各吸気通路の吸気特性を段階的に変更可能とする吸気特性可変手段とを有する直列４気筒エンジンの運転特性可変装置であって、
前記吸気特性可変手段は、円周を等間隔に仕切られた仮想３面を有し且つエンジンの回転速度に応じて該仮想３面の位置が切り換えられて前記吸気通路の連通状態を３段階に切り換え可能とするロータリーバルブを備え、
低回転速度域では前記４つの気筒のうちの一部を休止させると共に、稼働気筒の互いに隣接する吸気通路同士間を遮断することによって形成される長管吸気通路から吸気を供給し、
高回転速度域では全ての気筒を稼動すると共に、互いに隣接する吸気通路同士間を連通して各吸気通路を前記吸気集合室に短絡することによって形成される短管吸気通路から吸気を供給し、
少なくとも中回転速度域では吸気行程が連続しない気筒群の吸気通路同士を互いに連通接続させるようにしてなることを特徴とするエンジンの運転特性可変装置。
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