JPH0533661A

JPH0533661A - 機械式過給機付エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0533661A
Application number: JP3190114A
Authority: JP
Inventors: Junzo Sasaki; 潤三佐々木; Yasuhide Yano; 康英矢野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-07-30
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1993-02-09
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JP3195380B2

Abstract

(57)【要約】【目的】機械式過給機の過給圧が排圧に対して十分に
高くない低速中負荷域での掃気性を向上し、また過給圧
が排圧に対して十分に高い低速高負荷域で掃気性を確保
しつつ吸気の吹き抜けを抑制し、かつノッキングを防止
する。【構成】吸気通路２に機械式過給機１５を備えるとと
もに、気筒毎に２つの吸気ポート２１，２２を備えてそ
の一方の吸気ポート２２中にスワールコントロール弁４
０を設け、スワールコントロール弁４０を低速中負荷域
で開き、低速高負荷域および低速低負荷域で閉じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気通路に機械式過給
機を備えるとともに、気筒毎に２つの吸気ポートを備え
てその一方にスワールコントロール弁を設けた機械式過
給機付エンジンの吸気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平１−１０４９２０号
公報に示されるように、エンジンの各気筒の燃焼室に対
して吸気を過給する機械式過給機が吸気通路上流側に設
けられるとともに、吸気通路下流側に、各気筒毎に２つ
ずつの吸気ポートが形成され、各吸気ポートの下流端開
口に吸気弁が具備されるとともに、一方の吸気ポートに
対し、少なくとも高速高負荷域で開くスワールコントロ
ール弁（制御弁）が設けられた吸気装置は知られてい
る。上記スワールコントロール弁は、上記公報の第４図
に示された例では高速域および低速高負荷域で開かれ、
低速域における低・中負荷域で閉じられるようになって
いる。

【０００３】さらに上記公報に示された装置では、一方
の吸気弁が、他方の吸気弁よりも早く開かれることによ
り排気弁との開弁期間オーバラップ量が大きくされ、こ
の一方の吸気弁に対応する吸気ポートにスワールコント
ロール弁が設けられている。そして、スワールコントロ
ールが開かれているときには、上記オーバラップ量が大
きい状態で過給機から吸気が過給されることにより燃焼
室内の掃気が行われるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような吸気装置に
おいて、過給圧が高い低速高負荷に上記スワールコント
ロール弁が開かれると、掃気は促進されるものの、吸気
の吹き抜けが生じ易くなる。また、高負荷時よりは過給
圧が低く、かつかなりの出力性能が要求される低速中負
荷域では、スワールコントロール弁が閉じられると、掃
気性が不十分となって、出力性能やノッキング抑制の面
で不利となる。

【０００５】また、排気弁とのオーバラップ量が大きい
吸気弁に対応する吸気ポートにスワールコントロール弁
が設けられていると、スワールコントロール弁が閉じら
れたときはオーバラップ量が小さくなり、掃気性を高め
ることが難しい。

【０００６】なお、特開昭６１−２１８７２６号公報に
は、気筒毎に２つの吸気ポートを備えてその一方の吸気
ポートにスワールコントロール弁（開閉弁）が設けら
れ、かつ、各吸気弁の開閉時期を異ならせるようにした
装置が開示されているが、過給機と組み合わせた場合の
掃気性等については十分に考慮されていない。また、特
開昭６１−５８９２０号公報には、気筒毎に２つの吸気
弁と２つの排気弁とが設けられ、かつ、両吸気弁の大き
さと開時期および両排気弁の大きさと閉時期をそれぞれ
異ならせたものが示されているが、過給機およびスワー
ルコントロール弁との組合わせについては考えられてい
ない。従ってこれらの装置でも、運転状態に応じた過給
および掃気作用等の面で改善の余地がある。

【０００７】本発明は上記の事情に鑑み、低速中負荷域
等での掃気性を向上し、また低速高負荷域等で掃気性を
確保しつつ吸気の吹き抜けを抑制し、さらにノッキング
防止にも有効な機械式過給機付エンジンの吸気装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の構成は、吸気通路に機械式過給機を備
えるとともに、気筒毎に２つの吸気ポートを備え、一方
の吸気ポート中に運転状態に応じて開閉するスワールコ
ントロール弁を設けた機械式過給機付エンジンの吸気装
置であって、上記スワールコントロール弁をエンジン低
速域における中負荷域で開き、エンジン低速域における
高負荷域および低負荷域で閉じるスワールコントロール
弁制御手段を設けたものである。

【０００９】また、第２の発明の構成は、吸気通路に機
械式過給機を備えるとともに、気筒毎に２つの吸気ポー
トと２つの排気ポートとを備えてそれぞれに吸気弁およ
び排気弁を具備し、かつ、一方の吸気ポート中に運転状
態に応じて開閉するスワールコントロール弁を設けた機
械式過給機付エンジンの吸気装置であって、上記両吸気
弁の開時期を異ならせ、かつ、開時期が早い吸気弁とこ
れに対して対角線上に位置する排気弁との開弁期間オー
バラップ量を他の吸・排気弁相互のオーバラップ量より
も大きく設定するとともに、開時期の遅い吸気弁に対応
する吸気ポート中に上記スワールコントロール弁を設け
たものである。

【００１０】この第２の発明において、さらにスワール
コントロール弁をエンジン低速域における中負荷域で開
き、エンジン低速域における高負荷域および低負荷域で
閉じるスワールコントロール弁制御手段を設けることが
好ましい。

【００１１】

【作用】上記第１の発明の構成によれば、排圧に対して
過給圧があまり高くない低速中負荷域では、スワールコ
ントロール弁が開かれて両吸気ポートから燃焼室へ過給
気が送り込まれることにより掃気性能が高められる。ま
た排圧に対して過給圧が十分に高い低速高負荷域では、
スワールコントロール弁が閉じられて１つ両吸気ポート
のみから燃焼室へ過給気が送り込まれ、高い過給圧によ
って掃気性が確保されつつ、吸気の吹き抜けが少なくさ
れ、かつ、スワールによってノッキング抑制作用が得ら
れる。

【００１２】上記第２の発明の構成によれば、相互のオ
ーバラップ量が大きい吸気弁と排気弁とが対角線上に位
置することにより、掃気効率が高められつつ吸気の吹き
抜けが抑制される。またスワールコントロール弁が閉じ
られるとスワールが強化され、かつ、この状態でも吸気
が流通する側の吸気弁とその対角線上の排気弁とのオー
バラップ量が大きくて、高過給圧下で掃気作用が確保さ
れる。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１および図２は本発明の一実施例を示し、これらの図
において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３は排気
通路である。図１に示すエンジンは４気筒エンジンであ
って、エンジン本体１に４つの気筒４が配設されてい
る。各気筒４内にはピストン５の上方に燃焼室６が形成
されている。

【００１４】上記吸気通路２は、上流側の共通吸気通路
７と、この共通吸気通路７の下流端に接続されたサージ
タンク８と、このサージタンク８から分岐した気筒別の
独立吸気通路９とを有している。また、排気通路３は、
気筒別の独立排気通路１０と、その下流側の集合部に続
く共通排気通路１１とを有している。

【００１５】上記共通吸気通路７には、上流側から順に
エアクリーナ１２、吸入空気量を検出するエアフローメ
ータ１３およびスロットル弁１４が配設されるととも
に、スロットル弁１４の下流に機械式過給機（スーパチ
ャージャ）１５が設けられ、さらにこの過給機１５の下
流に吸気を冷却するインタクーラ１６が設けられてい
る。上記機械式過給機１５は、その駆動軸１５ａがベル
ト等を介してエンジンのクランクシャフト（図示せず）
に連結されることにより、エンジンで駆動されるように
なっている。なお、１７は過給機１５をバイパスするバ
イパス通路、１８はこのバイパス通路１７に設けられて
過給圧が過度に上昇するようなときに過給気の一部をリ
リーフするリリーフバルブである。

【００１６】上記各独立吸気通路９の下流部には、各気
筒毎に第１，第２の２つの吸気ポート２１，２２が設け
られている。両吸気ポート２１，２２は独立吸気通路９
から二又に分かれ、その各下流端が各気筒４の燃焼室６
に開口している。また、図では排気ポート２３，２４も
各気筒毎に２つずつ、独立排気通路８の上流部に設けら
れている。そして、上記各吸気ポート２１，２２および
各排気ポート２３，２４にそれぞれ吸気弁２５および排
気弁２６が具備されている。さらに、燃焼室６の中央部
には点火プラグ２７が配置され、また上記各独立吸気通
路９には燃料噴射弁２８が配設されている。

【００１７】上記吸気弁２５および排気弁２６に対する
動弁機構には、バルブタイミング可変機構３１，３２が
設けられている。すなわち、エンジン本体１の上方に、
各吸気弁２５に対するカム３３を備えた吸気側カムシャ
フト３４と各排気弁２６に対するカム３５を備えた排気
側カムシャフト３６とが並設されるとともに、各カムシ
ャフト３４，３６とクランクシャフトに連動するカムプ
ーリ３７，３８との間に、カムプーリ３７，３８に対す
るカムシャフト３４，３６の位相を変更するバルブタイ
ミング可変機構３１，３２が組み込まれており、これに
よって吸・排気弁の開弁期間のオーバラップ量が変更可
能となっている。上記バルブタイミング可変機構３１，
３２は制御信号に応じて作動する。

【００１８】上記両吸気ポートのうち、第１の吸気ポー
ト２１は常時開通されているが、第２の吸気ポート２２
は、その通路中に設けられたスワールコントロール弁４
０により運転状態に応じて開通状態と閉鎖状態とに切換
えられるようになっている。上記スワールコントロール
弁４０は、制御信号に応じてアクチュエータ４１により
作動される。

【００１９】また、４２は上記スワールコントロール弁
４０に対する制御手段としてのコントロールユニット
（ＥＣＵ）である。このコントロールユニット４２に
は、上記エアフローメータ１３と、エンジン回転数を検
出する回転数センサ４３と、エンジン負荷相当量として
例えばスロットル弁１４の開度を検出するスロットル開
度センサ４４とからの各検出信号が入力されている。そ
してこのコントロールユニット４２から、上記スワール
コントロール弁４０のアクチュエータ４１に制御信号が
出力され、さらにバルブタイミング可変機構３１，３２
にも制御信号が出力されている。

【００２０】上記バルブタイミング可変機構３１，３２
は、コントロールユニット４２からの制御信号に応じ、
図３に破線で示すようなオーバラップ量の小さい吸・排
気弁の開閉タイミングと、図３に実線で示すようなオー
バラップ量の大きい吸・排気弁の開閉タイミングと切換
えられる。そしてコントロールユニット４２による上記
バルブタイミング可変機構３１，３２の制御としては、
回転数センサ４３およびスロットル開度センサ４４から
の信号あるいはエアフローメータ１３からの信号に基づ
き、図４中に符号Ａ１で示す低回転低負荷の領域で上記
オーバラップ量が小さくされ、それ以外の領域では上記
オーバラップ量が大きくされる。

【００２１】また、コントロールユニット４２による上
記スワールコントロール弁４０の制御としては、上記回
転数センサ４３によって検出されるエンジン回転数とス
ロットル開度センサ４４等によって検出されるエンジン
負荷とに基づき、基本的にはスワールコントロール弁４
０が低速域で閉じられて高速域で開かれるが、特に当実
施例の特徴とする構成として、低速域のうちで中負荷の
領域ではスワールコントロール弁４０が開かれるように
なっている。

【００２２】すなわち、図４中の所定のライン４５より
低速側の領域のうちで、上記Ａ１の領域を含んでこれよ
りも多少広い範囲に設定された低速低負荷領域Ａと、高
速高負荷領域Ｃとではスワールコントロール弁４０が閉
じられ、低速中負荷領域Ｂではスワールコントロール弁
４０が開かれる。上記低速低負荷領域Ａは燃焼安定性確
保のためスワール生成が要求される領域である。また、
上記低速高負荷領域Ｃは、上記機械式過給機１５による
過給圧が排圧よりも高くて、その圧力差が掃気にとって
十分な所定値Ｐo 以上（過給圧−排圧≧Ｐo ）となる領
域である。一方、上記低速中負荷領域Ｂは、ある程度の
出力性能を確保するため過給および掃気作用が要求され
るが、過給圧が排圧に対して十分に高くない関係（過給
圧−排圧＜Ｐo ）となる領域である。なお、上記ライン
４５よりも高速側の領域Ｄでは吸入空気量確保のために
スワールコントロール弁４０が開かれる。

【００２３】上記の図４に示す領域Ａ１および領域Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄを設定した制御マップは、予めコントロール
ユニット４２内に格納されており、センサ４３，４４等
で検出される運転状態と上記制御マップとの照合に基づ
き、バルブタイミング可変機構３１，３２およびスワー
ルコントロール弁４０が制御される。

【００２４】以上のような当実施例の装置の作用を、図
５を参照して説明する。

【００２５】低速高負荷領域Ｃでは、スワールコントロ
ール弁４０により第２の吸気ポート２２が閉じられて第
１の吸気ポート２１のみから燃焼室６に過給気が送り込
まれる。この状態でも、吸・排気のオーバラップ量が大
きく、かつこの領域Ｃでは機械式過給機１５による過給
圧が排圧と比べてかなり高いため、吸・排気のオーバラ
ップ期間中に燃焼室６内の残留ガスを排出する掃気作用
が十分に得られる。そして、このように第１の吸気ポー
ト２１のみから吸気を行うことにより、吸気の吹き抜け
が抑制されるとともに、燃焼室６内に吸気スワール（図
５中の実線矢印）が生じることで正常な火炎伝播が促進
され、ノッキングの抑制にも有利となる。

【００２６】一方、ある程度の出力性能が要求されるが
上記低速高負荷領域Ｃと比べて過給圧が低くなる低速中
負荷領域Ｂでは、スワールコントロール弁４０が開かれ
ることにより、掃気作用が高められる。つまり、この領
域では、過給圧と排圧との差が小さいため、第１の吸気
ポート２１のみから吸気を行うだけでは、燃焼室６内に
おける第２の吸気ポート２２側に残留するガスが十分に
掃気されないが、スワールコントロール弁４０を開いて
両吸気ポート２１，２２から吸気を行うことにより（図
５中の破線矢印）、掃気が促進される。

【００２７】また、低速低負荷領域Ａでは、吸入空気量
が少なくて掃気の促進はあまり要求されず、それよりも
スワールによる燃焼性の向上が要求されるので、スワー
ルコントロール弁４０が閉じられることにより、スワー
ルが与えられる。さらに、この領域Ａのうちでもとくに
吸入空気量の少ない領域Ａ１では、吸・排気のオーバラ
ップ量が小さくされることによっても燃焼安定性が高め
られる。

【００２８】次に、本発明の第２の実施例を図６および
図７に基づいて説明する。この実施例でも、気筒毎に２
つの吸気ポート２１，２２と２つの排気ポート２３，２
４とが設けられ、各吸気ポート２１，２２に対応する２
つの吸気弁５１，５２と、各排気ポート２３，２４に対
応する２つの排気弁５３，５４と、点火プラグ２７とが
燃焼室６に配置されている。両吸気弁５１，５２は互い
に隣合って燃焼室６の片半部側に位置し、両排気弁５
３，５４は互いに隣合って燃焼室６の他半部側に位置し
ている。

【００２９】上記両吸気弁５１，５２は開時期が異な
り、第１吸気弁５１（ＩＮ１）の方が第２吸気弁５２
（ＩＮ２）よりも早く開くように設定されている。ま
た、両排気弁５３，５４は閉時期が異なり、第１吸気弁
５１に対して対角線上（第２吸気弁５２の向い側）に位
置する第１排気弁５３（ＥＸ１）の方が、第１吸気弁５
１の向い側（第２吸気弁５２に対して対角線上）に位置
する第２排気弁５４（ＥＸ２）よりも遅く閉じるように
なっている。従って、互いに向い合う吸・排気弁５１，
５４および５２，５３のオーバラップ量ＯＬ_A1およびＯ
Ｌ_A2と比べ、１つの対角線上に位置する第１吸気弁５１
と第１排気弁５３とのオーバラップ量ＯＬ_B は大きくな
り、他の対角線上に位置する第２吸気弁５２と第２排気
弁５４とのオーバラップ量ＯＬ_C は小さくなるように設
定されている。

【００３０】また、上記両吸気弁５１，５２のうちで開
時期が遅い第２吸気弁５２に対応する吸気ポート２２の
通路中にスワールコントロール弁４０が設けられてお
り、コントロールユニット４２からの制御信号を受ける
アクチュエータ４１によりスワールコントロール弁４０
が開閉作動される。当実施例においても上記スワールコ
ントロール弁４０は、基本的にはエンジンの低速域で閉
じられて高速域で開かれ、望ましくは、低速低負荷域Ａ
および低速高負荷域Ｃで閉じられ、低速中負荷域Ｂおよ
び高速域Ｄで開かれる（図３参照）。

【００３１】当実施例の装置の作用を説明する。

【００３２】上記スワールコントロール弁４０が開かれ
ている状態では、機械式過給機１５によって過給された
吸気が上記両吸気ポート２１，２２から燃焼室３に送り
込まれ、吸・排気弁のオーバラップ期間中に掃気が行わ
れる。この場合に、向い合った吸・排気弁同志のオーバ
ラップ量が大きければ吹き抜けが生じ易くなるが、対角
線上の吸・排気弁間は距離が長くてこれらの間での吹き
抜けは少ないので、対角線上にある第１吸気弁５１と第
１排気弁５３とのオーバラップ量ＯＬ_B が向い合った吸
・排気弁同志のオーバラップ量ＯＬ_A1，ＯＬ_A2よりも大
きくされることにより、吸気の吹き抜けが抑制されつ
つ、掃気効率が高められる。また、第１吸気弁５１が開
いてから第２吸気弁５２が開くまでの間に燃焼室６内に
スワールが生じるので、スワールコントロール４０が開
いている状態でもある程度のスワールは得られる。従っ
て、低速中負荷域等での掃気促進、燃焼促進、ノッキン
グ抑制などに有効となる。

【００３３】一方、上記スワールコントロール弁４０が
閉じられた状態では、一方の吸気ポート２１のみから燃
焼室６内に吸気が送り込まれるが、この状態でも、開時
期の早い第１吸気弁５１を通して吸気が送り込まれ、こ
の第１吸気弁５１とその対角線上の第１排気弁５３とで
大きなオーバラップ量が確保されるので、過給圧が排圧
よりもある程度以上高いときには十分に掃気が行われ
る。そしてこの状態ではスワールが強化される。従っ
て、過給圧が高い低速高負荷域等での掃気促進、ノッキ
ング抑制などに有効となる。

【００３４】なお、上記第２の実施例において、さらに
バルブタイミング可変機構により吸・排気弁のオーバラ
ップ量を運転状態に応じて変化させるようにしてもよ
い。

【００３５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によると、機械式
過給機付エンジンの気筒毎に２つの吸気ポートを備え
て、一方の吸気ポートにスワールコントロール弁を設
け、このスワールコントロール弁を低速中負荷域で開
き、低速高負荷域および低速低負荷域で閉じるようにし
ているため、過給圧が排圧と比べてあまり高くならない
低速中負荷域でも十分に掃気性能を高め、一方、過給圧
が高い低速高負荷域では掃気性能を確保しつつ吸気の吹
き抜けを抑制するとともにノッキングを防止することが
できる。

【００３６】また、請求項２に記載の発明によると、機
械式過給機付エンジンの気筒毎に２つの吸気ポートと２
つの排気ポートとを備えてそれぞれに吸気弁および排気
弁を具備し、両吸気弁の開時期を異ならせ、かつ、開時
期が早い吸気弁とこれに対して対角線上に位置する排気
弁との開弁期間オーバラップ量を大きくするとともに、
開時期の遅い吸気弁に対応する吸気ポート中にスワール
コントロール弁を設けているため、スワールコントロー
ル弁を開いた状態でも吸気の吹き抜けを抑制し、またス
ワールコントロール弁を閉じた状態でも十分な吸・排気
オーバラップ期間を確保して高過給時等における掃気性
能を満足させることができる。従って運転状態に応じた
掃気性能と、吸気の吹き抜け抑制の効果が得られる。

【００３７】特に、請求項２の構成において、スワール
コントロール弁を低速中負荷域で開き、低速高負荷域お
よび低速低負荷域で閉じることにより、各領域での掃気
性能等を効果的に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による装置の全体概略平面図
である。

【図２】同装置の概略断面図である。

【図３】同装置における吸・排気弁の開閉タイミングを
示す図である。

【図４】スワールコントロール弁およびバルブタイミン
グ可変機構に対する制御マップを示す図である。

【図５】同装置の作用説明図である。

【図６】本発明の別の実施例による装置の要部の概略平
面図である。

【図７】同装置における吸・排気弁の開閉タイミングを
示す図である。

【符号の説明】

１エンジン本体１５機械式過給機２１，２２吸気ポート２３，２４排気ポート２５吸気弁２６排気弁４０スワールコントロール弁４２コントロールユニット５１，５２吸気弁５３，５４排気弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気通路に機械式過給機を備えるととも
に、気筒毎に２つの吸気ポートを備え、一方の吸気ポー
ト中に運転状態に応じて開閉するスワールコントロール
弁を設けた機械式過給機付エンジンの吸気装置であっ
て、上記スワールコントロール弁をエンジン低速域にお
ける中負荷域で開き、エンジン低速域における高負荷域
および低負荷域で閉じるスワールコントロール弁制御手
段を設けたことを特徴とする機械式過給機付エンジンの
吸気装置。
【請求項２】吸気通路に機械式過給機を備えるととも
に、気筒毎に２つの吸気ポートと２つの排気ポートとを
備えてそれぞれに吸気弁および排気弁を具備し、かつ、
一方の吸気ポート中に運転状態に応じて開閉するスワー
ルコントロール弁を設けた機械式過給機付エンジンの吸
気装置であって、上記両吸気弁の開時期を異ならせ、か
つ、開時期が早い吸気弁とこれに対して対角線上に位置
する排気弁との開弁期間オーバラップ量を他の吸・排気
弁相互のオーバラップ量よりも大きく設定するととも
に、開時期の遅い吸気弁に対応する吸気ポート中に上記
スワールコントロール弁を設けたことを特徴とする機械
式過給機付エンジンの吸気装置。
【請求項３】スワールコントロール弁をエンジン低速
域における中負荷域で開き、エンジン低速域における高
負荷域および低負荷域で閉じるスワールコントロール弁
制御手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の機械
式過給機付エンジンの吸気装置。