JPH0545769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に、
吸気系の気柱振動と吸気期間との同調による慣性
過給を利用して出力の向上を図るようにしたエン
ジンの吸気装置の改良に関するものである。

（従来技術） 一般に、吸気管内の流れはいわゆる脈動流で、
吸気弁が開き吸入行程が始まると、シリンダ内に
発生する負圧のために吸気管内気柱は加速されシ
リンダ内に流れ込む。この間シリンダ内圧力およ
び容積は、ピストン下降運動と共に変化し、同時
に吸気管内圧力および速度も漸次時間的にも場所
的にも変化する。シリンダで発生した圧力波は吸
気管を伝わり、拡大容積部（一般にサージタンク
部）で反射されて、シリンダに戻る。このピスト
ンの下降によつて生じる圧力変化の振動数（エン
ジン回転数）と、吸気管・シリンダ容積とで決ま
る吸気系の固有振動数とを同調させると吸気慣性
効果が得られて、体積効率を向上させることがで
き高出力化が実現できることはよく知られてい
る。

上記吸気系の固有振動数は吸気通路の長さと断
面積と吸気期間中の平均シリンダ容積とで定ま
り、この固有振動数と同調するエンジン回転数の
範囲を広くし、吸気慣性効果の利用による出力向
上域を拡大するために、吸気通路長さまたは吸気
通路面積を可変とした技術が種々提案されている
（例えば、特開昭48−58214号、特開昭56−115819
号、特開昭58−119919号）。

しかるに、これらの先行技術は、吸気慣性効果
の利用による出力向上範囲の拡大作用が小さくて
不十分であり、また、変更範囲を広くするには複
雑な機構を伴うなどの問題があり、簡易な構造で
より広い範囲で大きな同調が得られることが望ま
れている。

すなわち、例えば、吸気通路の長さを変更して
同調範囲の拡大を図るようにした機構において
は、吸気通路長さの変更量には限度があることか
ら、この吸気通路長さの変更によつて良好な吸気
慣性効果が得られる領域は特定され、それ以外の
運転域では出力向上作用が十分に得られないもの
である。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、吸気通路形状の変更
によつて吸気慣性効果の同調範囲を拡大するにつ
いて、この吸気通路形状の変更を行う特定運転域
では吸気慣性効果を最大に得て、特定運転域以外
の他の運転域における出力向上をバルブタイミン
グの変更によつて補い、広い範囲において出力の
向上を図るようにしたエンジンの吸気装置を提供
することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の吸気装置は、吸気通路の形状をエンジ
ン回転数に応じて変更する通路形状可変手段を設
けるとともに、吸気弁の少なくとも閉弁時期を変
更するバルブタイミング変更手段を説け、吸気通
路形状の変更を行う特定運転域以外の他の運転域
で、その固定している吸気通路形状に対応しかつ
エンジン回転数の上昇に伴つて吸気弁の閉弁時期
が遅くなる特性で、また、上記特定運転域におい
てもエンジン回転数の上昇に伴つて吸気弁の閉弁
時期が遅くなるとともにエンジン回転数の上昇に
伴う吸気通路形状の変更に応じてその遅れ量が小
さくなる特性で、吸気弁のバルブタイミングを変
更するようにしたことを特徴とするものである。

（発明の効果） 本発明によれば、吸気通路形状の変更による特
定運転域での吸気慣性効果の同調範囲の拡大に加
えて、この特定運転域以外の他の運転域ではエン
ジン回転数の上昇に伴つて閉弁時期が遅くなる特
性で吸気弁のバルブタイミングを変更して出力向
上を得ることができ、さらに、上記特定運転域に
おいてもエンジン回転数の上昇に伴つて閉弁時期
が遅くなるとともにエンジン回転数の上昇に伴う
吸気通路形状の変更に応じてその遅れ量が小さく
なる特性で吸気弁のバルブタイミングを変更し
て、高回転領域での吸気弁の閉弁時期の遅角量が
少なくなり、吸気の吹き返しによる圧縮比の低下
を抑えた上で慣性効果が得られるようにしたこと
により、広い範囲において出力向上が効果的に図
れるものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の実施例を説明する。

実施例 １ 第１図は吸気装置を備えた多気筒エンジンの要
部断面正面図、第２図は第１図の−線に沿う
断面図である。

エンジン１の各気筒の燃焼室２には吸気ポート
３および排気ポート４が開口し、両ポート３，４
の燃焼室２への開口部には吸気弁５および排気弁
６が配設されている。上記吸気ポート３に連通す
る吸気通路７は、スロツトル弁８下流にサージタ
ンク９を備え、このサージタンク９下流で分岐さ
れ各気筒に対して独立して結合され、燃料噴射ノ
ズル１０が配設されている。

上記サージタンク９はケーシング１１と、これ
に回転自在に内設された円筒状の回転部材１２と
によつて形成され、このサージタンク９に吸気通
路７の通路長さを変更する通路形状可変手段１３
が構成されている。このケーシング１１はエンジ
ン１のシリンダヘツド１５に締結される吸気マニ
ホールドを形成し、各気筒に対応してそれぞれ結
合された吸気通路７の延長部分がケーシング１１
の周方向に沿つて形成されている。また、円筒状
の回転部材１２は内部空間がスロツトル弁８下流
の各気筒共通の拡大容積部、換言すれば、吸気保
持空間としての実質的なサージタンクを構成する
ものであり、一端面の中心に開口部１２ａが開設
され、この開口部１２ａがスロツトル弁８を備え
た上流側の吸気通路７に連通して吸気入口とな
り、回転部材１２の円筒状外周面はその内部空間
と外周部の吸気通路７とを区画するとともに、ケ
ーシング１１の隣接する気筒に対する吸気通路７
の内壁面に接して各吸気通路を気筒ごとに独立さ
せている。上記回転部材１２の周面には各気筒に
対する吸気通路７に連通する出口側の矩形状の連
通口１２ｂが開設され、回転部材１２の回転位置
に対応して内部空間と吸気通路７との連通位置が
変更し、これによつてサージタンク９から各気筒
に至る独立吸気通路としての各吸気通路７の長さ
が可変となるように構成されている。

上記回転部材１２の他端面にはケーシング１１
の外方に突出する軸部１２ｃが連接され、この軸
部１２ｃと開口部１２ａの周囲でケーシング１１
に回転可能に支承される一方、軸部１２ｃの端部
に固着された入力用のギヤー１６にモータ１７の
出力軸に固着されたギヤー１８が噛合されて、回
転部材１２の回転によつて通路長さを変更する駆
動手段２０が構成されている。上記モータ１７は
制御手段２１（コントロールユニツト）からの制
御信号によつて駆動制御される。

上記エンジン１のシリンダヘツド１５には、吸
気弁５を開閉制御する吸気側動弁機構２２および
排気弁６を開閉制御する排気側動弁機構２４が設
けられている。この吸気側動弁機構２２には吸気
弁５のバルブタイミングを可変制御するバルブタ
イミング変更手段２３が付設されている。

上記吸気側動弁機構２２はエンジン１のクラン
クシヤフト（図示せず）によつて回転駆動される
吸気側のカムシヤフト２５を有し、このカムシヤ
フト２５の回転によりタペツト２６を介して吸気
弁５が開閉される。上記タペツト２６は回動部材
２７に上下方向に摺動自在に嵌挿保持され、この
回動部材２７は円弧状に形成された下面を有し、
上記カムシヤフト２５に相互に回転を許すように
回動自在に支承されて該カムシヤフト２５の回り
を回動し得るように設けられている。この回動部
材２７をエンジンの運転状態に応じてカムシヤフ
ト２５の回転軸回りにロツド２８を介して揺動さ
せるアクチユエータ２９が付設されて、バルブタ
イミング変更手段２３が構成されている。該バル
ブタイミング変更手段２３のアクチユエータ２９
も前記制御手段２１（コントロールユニツト）か
らの制御信号によつて駆動制御される。

上記アクチユエータ２９の作動によつてロツド
２８が図の右方向に移動するように駆動される
と、回動部材２７はカムシヤフト２５の回転方向
（右回転）と同方向に回動される。上記回動部材
２７が回動されると、タペツト２６も回動部材２
７とともに移動し、カムシヤフト２５の特定角度
位置に対するカム面とタペツト２６の上面の接触
位置がカムシヤフト２５の回転方向に対して遅れ
側に変化して、吸気弁５のバルブタイミングが遅
れ側にずれるものである。このバルブタイミング
変更手段２３では第３図に示すように、実線で示
す低回転時に対して高回転時は鎖線で示すよう
に、吸気弁５の開弁時期も閉弁時期とともに全体
が遅れ側に変更するものであるが、他のバルブタ
イミング変更手段を使用した場合には、第３図中
に破線で示すように、吸気弁５の開弁時期はその
ままで閉弁時期だけを遅れ側に変更するようにす
ることもできる。

上記制御手段２１には回転数センサー３１から
のエンジン回転数信号および負荷センサー３２か
らの負荷信号が入力され、該制御手段２１は少な
くとも高負荷時にエンジン回転数に対応して、前
記通路形状可変手段１３による吸気通路長さおよ
びバルブタイミング変更手段２３による吸気弁５
の閉弁時期を、吸気慣性効果が最大となる値に調
整するものである。

なお、第１図において、３３はシリンダブロツ
ク、３４はピストンである。

上記制御手段２１によるエンジン回転数に対す
る回転部材１２の回転による吸気通路長さの制
御、および吸気弁５の閉弁時期の制御特性を第４
図に示す。

まず、吸気通路長さ制御は基本的にはエンジン
回転数が低い時には通路長さを長くし、エンジン
回転数が上昇して高回転となつた時には通路長さ
を短縮するものであつて、エンジン回転数が比較
的高回転域に設定された設定回転数Ｎを越えた時
定運転域に移行すると、駆動手段２０を駆動し
て、エンジン回転数の上昇に伴つて通路長さが短
縮するように制御するものである。

これに対し、吸気弁５の閉弁時期の制御は基本
的にはエンジン回転数の上昇とともに閉弁時期を
遅らせるものであつて、設定回転数Ｎに達した特
定運転域では、通路長さの調整を行わない場合の
閉弁時期（破線で示す）に比べて、その遅角量は
少ないものである。この閉弁時期は、設定回転数
Ｎ以下では吸気の吹き返しが発生しないように低
回転数ほど早い時期に閉じて充填効率を増大して
出力向上を図るものである。設定回転数Ｎを越え
ると通路長さの短縮に伴う同調による圧力上昇を
有効に利用するために閉弁時期が設定されるもの
である。

すなわち、上記特定運転域での吸気弁５の閉弁
時期は、吸気慣性効果を最大に得るために、吸気
弁５直前の吸気ポート３の圧力と、燃焼室２内圧
力とが一致する時点で吸気弁５を閉じるものであ
る。特に、高回転域では吸気通路７に残留する圧
力波の振幅が大きくなり、吸気通路長さを変更す
ることにより大きな吸気慣性効果が得られ、通路
長さ変動量に対する同調範囲も広く、吸気通路長
さを変更する特定運転領域として好適であり、低
回転域での出力向上、燃費向上をバルブタイミン
グの変更による吸気吹き返しし防止によつて得て
いる。

実施例 ２ 本例は第５図および第７図に示し、吸気通路７
の長さを可変とするとともに、エンジン１の燃焼
室２に２つの吸気ポート３ａ，３ｂが開口し、低
負荷側の第１吸気ポート３ａを開閉する第１吸気
弁５ａのバルブタイミングは固定式で、高負荷側
の第２吸気ポート３ｂを開閉する第２吸気弁５ｂ
のバルブタイミングを可変としたものであり、両
吸気弁５ａ，５ｂ全体の開弁期間を可変とした例
である。

サージタンク９の外周部から燃焼室２の近傍部
分の吸気通路７は、隔壁３５によつて第１吸気通
路７ａと第２吸気通路７ｂとに区画形成され、第
１吸気通路７ａは燃焼室２の第１吸気ポート３ａ
に、第２吸気通路７ｂは第２吸気ポート３ｂにそ
れぞれ開口している。第２吸気通路７ｂの途中に
は開閉弁３６が介設され、この開閉弁３６は第２
吸気通路７ｂを開閉し、第１吸気通路７ａのみに
よつて吸気を供給するときと、両吸気通路７ａ，
７ｂによつて吸気を供給するときとで吸気通路面
積を変更するように構成されている。また、吸気
通路７ａ，７ｂの通路長さを変更する通路形状可
変手段１３は前例と同様に構成され、同一構造に
は同一符号を付している。

上記隔壁３５は開閉弁３６下流の一部が除去さ
れて両側の第１および第２吸気通路７ａ，７ｂが
互いに連通し、この連通部分に臨んで燃料噴射ノ
ズル１０が配設され、単一の燃料噴射ノズル１０
によつて両吸気通路７ａ，７ｂに燃料供給が行え
るようにしている。なお、この連通をなくして両
吸気通路７ａ，７ｂを完全に独立形成するように
してもよい。

上記開閉弁３６は、中回転域程度の設定回転数
（吸入空気量）で開作動され、これ以下の低回転
域では第１吸気通路７ａのみによる小さい吸気通
路面積でもつて吸気を供給する一方、設定回転数
を越えた高回転域では第１吸気通路７ａに加えて
第２吸気通路７ｂによる大きい吸気通路面積でも
つて吸気を供給するものである。そして、吸気通
路の長さ制御および吸気弁の閉弁時期制御例を第
７図に示す。

吸気通路長さの制御は、エンジン回転数が中回
転数にある第１の設定回転数Ｎ１と第２の設定回
転数Ｎ２との間の運転域で、エンジン回転数の上
昇に対応して吸気通路長さを短縮して、気柱振動
数とエンジン回転数との同調を行つて吸気慣性効
果を得て出力上昇を図るものである。

一方、吸気弁５ｂの閉弁時期の制御は、第１の
設定回転数Ｎ１以下の低回転域では、吸気の吹き
返しを防止するために、比較的早い時期に閉じる
ものであり、回転数の上昇に対して徐々に遅らせ
るとともに、第１の設定回転数Ｎ１と第２の設定
回転数Ｎ２との間の吸気通路長さを変更する特定
運転域では、第４図の高回転域と同様に、通路長
さ変更に伴う同調による吸気慣性効果が最大とな
るようにエンジン回転数の上昇に対し閉弁時期を
遅らせるように設定され、さらに、第２の設定回
転数Ｎ２を越えた高回転域では、閉弁時期を遅れ
側に設定して、開弁期間の変更に対応して気柱振
動とエンジン回転数とが同調するように調整す
る。つまり、この実施例では、２つの吸気ポート
３ａ，３ｂの一方の吸気弁７ｂのバルブタイミン
グを変更し、いずれかの吸気弁が開いてから閉じ
るまでの、開弁期間を変更することができるもの
であつて、この場合にはこの開弁期間の変動に伴
つて吸気慣性効果を効率的に得て出力向上を図る
ものである。なお、前例において第３図に破線で
示したバルブタイミングの変更方式は、開弁期間
を変更するため、この実施例と同様の同調拡大作
用を得ることができる。

また、低回転域では吸気通路面積を小さくして
吸気流速の向上を図ることにより燃焼性能を改善
することとができ、高回転域では大きい吸気通路
面積として多量の吸気を良好に供給することがで
きる。

さらに、上記実施例では、吸気通路長さを変更
する通路形状可変手段１３をサージタンク９の周
囲に形成した吸気通路延長部と、これに沿つて回
転作動する回転部材１２とによつて構成したこと
により、全体をコンパクトに形成して構造の簡略
化が図れ、確実な作動を確保することができる。

一方、吸気通路形状および吸気弁の開閉時期を
変更駆動する手段としては、前記の如きコントロ
ールユニツトによる制御手段を使用する他、排気
圧力に対応して作動するアクチユエータ等が適宜
採用可能である。

なお、上記のような慣性過給は、高負荷時必要
なものであるから、実施例のような通路形状の制
御は高負荷時のみ行うようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における吸気装
置を有するエンジンの要部断面正面図、第２図は
第１図の−線に沿う断面図、第３図はバルブ
タイミング変更手段による吸気弁の開閉時期の変
動を示す開弁曲線図、第４図は第１の実施例にお
ける吸気通路長さおよび吸気弁の閉弁時期の制御
特性例を示す説明図、第５図は第２の実施例にお
ける吸気装置の概略断面図、第６図は第５図にお
ける例の開弁曲線図、第７図は第２の実施例にお
ける吸気通路長さおよび吸気弁の閉弁時期の制御
特性例を示す説明図である。 １……エンジン、２……燃焼室、３，３ａ，３
ｂ……吸気ポート、５，５ａ，５ｂ……吸気弁、
７，７ａ，７ｂ……吸気通路、９……サージタン
ク、１３……通路形状可変手段、２０……駆動手
段、２１……制御手段、２３……バルブタイミン
グ変更手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気筒に至る吸気通路形状を可変とする通路形
   状可変手段を設け、エンジン回転数と気柱振動数
   とを同調させて吸気慣性効果を得るべく特定の運
   転域でエンジン回転数の上数に対応して吸気通路
   形状を気柱振動数が高くなるように上記通路形状
   可変手段の駆動手段を作動制御するようにしたエ
   ンジンの吸気装置において、吸気弁の少なくとも
   閉弁時期を連続的に変更するバルブタイミング変
   更手段を備え、前記吸気通路形状の変更を行う特
   定運転域以外の他の運転域で、その固定している
   吸気通路形状に対応しかつエンジン回転数の上昇
   に伴つて吸気弁の閉弁時期が遅くなる特性で、ま
   た、上記特定運転域においてもエンジン回転数の
   上昇に伴つて吸気弁の閉弁時期が遅くなるととも
   にエンジン回転数の上昇に伴う吸気通路形状の変
   更に応じてその遅れ量が小さくなる特性でバルブ
   タイミング変更手段を作動する制御手段を設けた
   ことを特徴とするエンジンの吸気装置。