JPH0545771B2 - - 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、サージタンク部で反射されてシリン
ダに戻るものであつて、吸気系においてはこの現
象が繰り返されている。上記ピストンの下降によ
つて生じる圧力変化の振動数と、吸気管およびシ
リンダ容積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２段階も
しくはそれ以上に切換えて同調範囲の拡大を図る
ようにした機構においては、各通路長さにおいて
それぞれ吸気慣性効果のピークを有し、これを越
えると出力が大きく低下し、切換時点においてト
ルクの落込みが生じるものである。特に、通路長
さの切換えにおいては、低回転域用の吸気通路を
可及的に長くし、切換えの前後での長さの差を大
きくする方が低回転域での出力向上効果が高く、
同調範囲が広い点で好ましい。しかし、切換前後
の長さの差が大きいほど、切換時のトルクの落込
みが大きくなり、運転性に悪影響を与える恐れが
ある。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、吸気通路形状の切換
え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切換領域において発
生するトルクの落込みを改善し、広に範囲におい
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
ン回転数に応じて切換える通路形状切換手段を設
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、少なく
とも前記吸気通路形状の切換領域で吸気弁のバル
ブタイミングを、この切換領域内の低回転側より
高回転側で吸気弁の閉弁時期が早くなるように変
更する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、吸気通路形状の切換えによる
吸気慣性効果の同調範囲の拡大に加えて、その切
換領域で吸気弁のバルブタイミングを低回転側よ
り高回転側で吸気弁の閉弁時期が早くなるように
変更して切換時点の出力向上を図つてトルクの落
込みを改善することにより、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。

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
に内設された円筒状の筒部材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
さを切換える通路形状切換手段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、筒部材１２は内部空
間がスロツトル弁８下流の拡張室、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、筒部材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の延長部分７ａ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
する延長部分７ａ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。該筒部材１２の周面
には各気筒の吸気通路７に連通する出口側の連通
口１２ｂが開設され、この連通口１２ｂの縁部に
切換弁１４が配設されている。該切換弁１４は、
筒部材１２の連通口１２ｂとサージタンク９下流
の吸気通路７との連通経路を、延長部分７ａを介
して連通して長くするか、直接連通して短くする
かを切換えるものであつて、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７の長さ
を切換えるように構成されている。

上記切換弁１４はその回転軸１４ａがアクチユ
エータ１６に連係され、このアクチユエータ１６
が制御手段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て、吸気通路長さ
を切換えるように構成されている。

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
記通路形状切換手段１３による吸気通路長さを吸
気慣性効果が最大となるように切換えるととも
に、上記切換領域でバルブタイミング変更手段２
３による吸気弁５の閉弁時期を変更して出力の向
上を図るものである。

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
る切換弁１４の開閉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図お
よび第５図に沿つて説明する。

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る。エンジン回転数の変動に
対する全開トルク特性は第４図に示すように、長
い吸気通路による吸気供給時の曲線Ａと、短い吸
気通路による吸気供給時の曲線Ｂとは、それぞれ
慣性同調時をピークとしてその前後の回転数でト
ルクが低下し、両曲線Ａ，Ｂが交差する時点を切
換領域として通路形状切換手段１３を作動する。
そして、この切換作動は急激に行うとシヨツクが
大きいので、低回転域では長い通路のみによつて
吸気を供給するように切換弁１４が第１図の錯線
側に作動していたものを、エンジン回転数が第１
の設定回転数Ｎ１を越えると回転数の上昇ととも
に徐々に切換作動し、第２の設定回転数Ｎ２では
切換弁１４が第１図の実線側に回動して短い通路
のみによつて吸気を供給するように制御するもの
であつて、上記両設定回転数Ｎ１，Ｎ２の間が通
路長さを切換える切換領域である。

これに対し、吸気弁５の閉弁時期の制御は第５
図に示すように基本的にには、吸気の吹き返しを
防ぐためおよび充填効率の向上を図るために、エ
ンジン回転数の上昇に対して燃焼室圧の上昇が遅
れることから、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り、また、吸気通路が
短い時より長い時のほうが閉弁時期は相対的に遅
いものである。そして、切換領域における閉弁時
期の要求は、低回転側で通路が長い時にはこの長
い通路の特性に適応した時期において、慣性ピー
クを過ぎても回転上昇に対応して閉弁時期を遅ら
せ、切換弁１４が開いて短い通路の影響が出始め
ると、閉弁時期を徐々に進めて早くし、短い通路
が支配的になるに従つてさらに早めて短い通路の
特性に適応した時期とし、切換領域を越えて高回
転側になると回転上昇に対応して遅らせるように
制御するものである。

上記のように吸気通路長さの切換領域で吸気弁
５の閉じる時期が早くなるように制御することに
より、この切換領域でのトルクの大幅な落込みを
阻止することができる。すなわち、第４図におい
て、吸気弁の閉弁時期を一定としたときが実線
Ａ，Ｂで示すトルク特性を示す場合に、吸気通路
が長い時に慣性ピークを越えてエンジン回転数の
上昇に対応して閉弁時期を遅らせた場合には鎖線
で示すようにトルクの上昇が図れ、一方、吸気通
路が短い時に慣性ピークに至るまでのエンジン回
転数の低下に対応して閉弁時期を早くした場合に
は破線で示すようにトルクの上昇が図れ、両者の
切換領域で各状態に応じて閉弁時期を変更するこ
とにより、上記トルク上昇に相当する落込みの改
善が行えるものである。

上記実施例の如き吸気弁の閉弁時期の変更手段
に対し、エンジンの燃焼室に２つの吸気ポートを
開口し、一方の吸気ポートを開閉する吸気弁のバ
ルブタイミングは固定式で、他方の吸気ポートを
開閉する吸気弁のバルブタイミングを前例と同様
の変更手段によつて可変とすることにより、吸気
弁全体としての開弁期間を可変としてもよい。こ
のように、開弁期間についても変更することがで
きるものにおいては（第３図に破線で示すものを
含む）、開弁期間の変動に伴つて吸気慣性効果の
同調範囲の拡大が図れる。

さらに、上記実施例では、吸気通路長さを変更
する通路形状切換手段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、これを切換える
切換弁８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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一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図はエンジン回転数と全開
トルクとの関係を示す特性図、第５図は吸気弁の
閉弁時期の変更を示す特性図である。 １……エンジン、３……吸気ポート、５……吸
気弁、７……吸気通路、９……サージタンク、１
３……通路形状切換手段、１４……切換弁、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切換える通路形状
   切換手段を設け、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エンジン回
   転数の上昇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切換手段を作動制
   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変更するバルブタ
   イミング変更手段を備え、少なくとも前記通路形
   状切換手段による吸気通路形状の切換領域で、こ
   の切換領域内の低回転側より高回転側で吸気弁の
   閉弁時期が早くなるように前記バルブタイミング
   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。