JPH06108856A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

エンジンの吸気装置

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JPH06108856A
JPH06108856A JP4259777A JP25977792A JPH06108856A JP H06108856 A JPH06108856 A JP H06108856A JP 4259777 A JP4259777 A JP 4259777A JP 25977792 A JP25977792 A JP 25977792A JP H06108856 A JPH06108856 A JP H06108856A
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JP
Japan
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intake
timing
valve
switching
speed
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JP4259777A
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Mitsuo Hitomi
光夫 人見
Junzo Sasaki
潤三 佐々木
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バルブタイミングを２段階に切換えるように
して、多段階にバルブタイミングを変えるようなものと
比べて構造を簡単にしつつ、このバルブタイミングの調
整に加えて吸気の動的効果を有効に利用することによ
り、低速域から高速域にまでわたって有効にトルクアッ
プを達成する 【構成】 吸気弁閉時期および開弁期間を変更可能とす
るバルブタイミング可変手段２０を備え、吸気弁閉時期
を設定回転数を境に低速側で早く、高速側で遅くするよ
うにした吸気装置において、吸気系の固有振動数を複数
段階に変更可能とする可変吸気手段を構成する連通路３
１，３３，３５および開閉弁３２，３４，３６を設け、
コントロールユニット４０によりエンジン回転数に応じ
て可変吸気手段を切換作動し、この可変吸気手段の切換
作動を行なう領域を吸気弁閉時期切換用の設定回転数よ
り高回転側の領域内に設定している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、吸気弁閉時期を変更可
能とするバルブタイミング可変手段を備えたエンジンの
吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、吸気弁閉時期を変更可能とす
るバルブタイミング可変手段を備えるとともに、エンジ
ン回転数などの運転状態に応じてバルブタイミングを変
更するようにした吸気装置は、一般に知られている（例
えば特開平２−１１９６４１号公報）。上記バルブタイ
ミング可変手段の具体的な構造および制御としては、各
種要求に応じて種々のものがある。
【０００３】とくにバルブタイミング可変手段が吸気弁
の閉時期および開弁期間を変更する構造となっている場
合、低速側の運転領域では吸気弁の閉時期を下死点後の
比較的早い時期として吸入終期における吸気の吹き戻し
を抑制し、高速側の運転領域では吸気弁の開弁期間を長
くして吸気弁の閉時期を遅くすることにより吸入時間の
確保することが、各領域での充填量の増加に有利とな
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、吸気弁の閉
時期を多段階もしくは連続的に変化させるようにするこ
とは、バルブタイミング可変手段の構造および制御系統
が非常に複雑になり、信頼性などの面でも好ましくな
い。このため、吸気弁閉時期が比較的早い第１のタイミ
ングとこれよりも遅い第２のタイミングの２段階程度に
変更することが実用的である。
【０００５】しかし、２段階のバルブタイミングの変更
だけでは、充填量を増加することによるトルクアップを
広い回転数域にわたって達成することは困難である。こ
れを図５によって具体的に説明すると、中速域程度でト
ルクが高められる状態と高速域でトルクが高められる状
態（図５中のＡ’とＢのトルクカーブ）が得られるよう
に、吸気弁閉時期を２段階ＩＣａ’，ＩＣｂに変更した
とすると、低速域でトルクが著しく低下する。また、吸
気弁閉時期をかなり早い時期ＩＣａと遅い時期ＩＣｂと
に変更することにより、低速域と高速域とでトルクが高
められる状態（図５中のＡとＢのトルクカーブ）が得ら
れるようにすると、これらの中間の回転数域でトルクが
低下する。
【０００６】このように、２段階のバルブタイミング制
御によるだけではトルクが低下する領域が生じ、この領
域でのトルクアップを図ることが望まれる。そのため
に、共鳴効果や慣性効果等の吸気の動的効果を利用する
ことが考えられる。
【０００７】しかし、例えば上記のＡ’とＢのトルクカ
ーブが得られるようにバルブタイミングを調整した上
で、低速域で動的効果によるトルクアップを図ろうとす
ると、固有振動数を低くするように吸気系を長く形成す
る必要があってコンパクト化の面で不利になり、また、
同調回転数付近で動的効果が発揮される範囲が低速側ほ
ど狭くなるので、吸気系の固有振動数を多段階に変更し
なければ低速側の一定範囲にわたる領域のトルクアップ
を有効に図れない。
【０００８】また、上記のＡとＢのトルクカーブが得ら
れるようにバルブタイミングを調整した上で、その間の
領域で動的効果によるトルクアップを図るとしても、吸
気弁閉時期が早くて開弁期間が短くされている状態にあ
るときは、動的効果による圧力上昇があっても、吸入時
間の不足により吸入しきれないために、十分に動的効果
が生かされない。
【０００９】本発明は、上記の事情に鑑み、バルブタイ
ミング可変手段の構造を簡単にしつつ、これに加えて吸
気の動的効果を有効に利用することにより、低速域から
高速域にまでわたって有効にトルクアップを達成するこ
とができるエンジンの吸気装置を提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、吸気弁閉時期を下死点以後において比較
的早い第１のタイミングとこれより遅い第２のタイミン
グとに変更可能とするバルブタイミング可変手段を備
え、吸気弁閉時期切換用の設定回転数を境にこれより低
速側で上記第１のタイミング、高速側で上記第２のタイ
ミングとするようにしたエンジンの吸気装置であって、
吸気系の固有振動数を複数段階に変更可能とする可変吸
気手段と、その各固有振動数に対応する各回転数域で吸
気の動的効果が得られるようにエンジン回転数に応じて
可変吸気手段を切換作動する可変吸気制御手段とを設け
るとともに、この可変吸気手段の切換作動を行なう領域
を、上記吸気弁閉時期切換用の設定回転数より高速側の
領域内に設定したものである。
【００１１】この構成において、上記バルブタイミング
可変手段は、吸気弁の閉時期とともに吸気弁の開弁期間
を変更するものであって、上記第１のタイミングでは開
弁期間を小、上記第２のタイミングでは開弁期間を大と
するように設定したものであることが好ましい。
【００１２】
【作用】本発明によると、低速域では上記第１のタイミ
ングとされることにより有効にトルクが高められ、つま
り、吸気弁の閉時期が下死点に近付くにつれ低速域にお
ける吸入終期の吸気の吹き戻しを抑制する作用が高めら
れるので、低速域での充填量増加のためには吸気弁の閉
時期を早めることが有効となる。また、このような低速
域のトルクアップに適した早い閉時期と許容最高速度に
近い高速域のトルクアップに適する程度の遅い閉時期と
に切換えた場合に、中速域付近でトルクの落ち込みが生
じる傾向があるが、この傾向に対し、吸気の動的効果に
よりこの領域でのトルクが高められる。とくに吸気弁閉
時期が遅くされた状態にあるときに吸気の動的効果で吸
入終期の圧力が高められることにより、有効に充填量が
増加される。
【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は本発明の一実施例による吸気装置を示す。この図
において、１は複数の気筒２を備えたエンジン本体であ
り、図示の例では、一対のバンク１ａ，１ｂに３つずつ
の気筒２を備えたＶ型６気筒エンジンとなっている。
【００１４】上記エンジン本体１に対して吸気を供給す
る吸気通路３には、機械式過給機５が設けられ、この過
給機５は、エンジン出力軸によりベルト６等の伝動機構
を介して駆動されるようになっている。この過給機５よ
り上流の吸気通路３には、エアクリーナ７、吸入空気量
検出のためのエアフローメータ８、アクセル操作に応じ
て吸入空気量を調節するスロットル弁９等が配設されて
いる。また、過給機５より下流の吸気通路３には、過給
機５から吐出された過給気を冷却するインタクーラ１０
が設けられている。
【００１５】インタクーラ１０の下流において吸気通路
３は第１吸気通路１１と第２吸気通路１２とに分岐し、
さらに、第１吸気通路１１の下流には、一方のバンク１
ａ側の気筒別の独立吸気通路１３が配設され、第２吸気
通路１２の下流には、他方のバンク１ｂ側の気筒別の独
立吸気通路１３が配設されている。そして、各独立吸気
通路１３の下流端の吸気ポート１４が各気筒２の燃焼室
に開口し、図では燃焼室に対して吸気ポート１４が２つ
ずつ開口している。
【００１６】上記各吸気ポート１４は吸気弁１５により
開閉され、この吸気弁１５は動弁装置により駆動され
る。この動弁装置には、吸気弁閉時期を変更可能とする
バルブタイミング可変手段２０が設けられている。
【００１７】当実施例においてこのバルブタイミング可
変手段２０は、図２にも示すように、カムプロフィール
の異なる２種類のカム２１，２２を用い、吸気弁リフト
特性を変更可能としたものである。すなわち、吸気弁用
のカムシャフト２３には、後述するように吸気弁閉時期
が早くて開弁期間の短い第１の吸気弁リフト特性（第１
のタイミング）を与える低速型カム２１と、吸気弁閉時
期が遅くて開弁期間の長い第２の吸気弁リフト特性（第
２のタイミング）を与える高速型カム２２とが配設され
ている。そして、各カム２１，２２に対応するロッカー
アーム２４，２５とこれらの連結、分離を行なう連結部
材（図示せず）等により、吸気弁駆動状態を低速型カム
２１による駆動状態と高速型カム２２による駆動状態と
に切換える切換機構が構成されており、この切換機構は
油圧により作動されるようになっている。
【００１８】図１中に示すように、上記タイミング可変
手段２０の切換機構に対する油圧回路には、油圧供給状
態の切換により上記切換機構を作動させる電磁弁２６が
設けられている。なお、図では省略した排気ポートの排
気弁に対しても、そのリフト特性を変更するタイミング
可変手段を設けておいてもよい。
【００１９】また、吸気通路３には、複数のエンジン回
転数域で吸気の動的効果（共鳴効果もしくは慣性効果）
が得られるように固有振動数を複数段階に変更可能とす
る吸気可変手段が設けられている。図示の例では、第
１，第２吸気通路１１，１２を途中位置で連通する第１
の連通路３１が形成されて、この連通路３１に開閉弁３
２が設けられるとともに、第１の連通路３１より下流側
で第１，第２吸気通路１１，１２を連通する第２の連通
路３３が形成されて、この連通路３３に開閉弁３４が設
けられ、さらに、独立吸気通路１３をその途中位置で連
通する第３の連通路３５が設けられて、この連通路３５
と各独立吸気通路１３との間に、アクチュエータ３７に
より作動される開閉弁３６が設けられており、これらの
連通路３１，３３，３５および開閉弁３２，３４，３６
により、吸気可変手段が構成されている。
【００２０】そして、上記各開閉弁３２，３４，３６が
全て閉じられている状態にあるときは、各独立吸気通路
１３および第１，第２吸気通路１１，１３を含む吸気系
の固有振動数が低く、この状態と比べて第１の連通路３
１の開閉弁３２が開かれたときは固有振動数が高くな
り、第２の連通路３３の開閉弁３４も開かれたときは固
有振動数がより高くなり、さらに、第３の連通路３５の
開閉弁３６も開かれたときは固有振動数が最も高くなる
ように構成されている。
【００２１】また、４０はコントロールユニット（ＥＣ
Ｕ）であり、マイクロコンピュータ等からなっている。
このコントロールユニット４０は、バルブタイミング可
変手段２０を制御する手段と、可変吸気手段を制御する
可変吸気制御手段とを構成しており、エンジン回転数を
検出する回転数センサ４１、スロットル弁９の開度を検
出するスロットル開度センサ４２等からの信号を受け、
これらの信号により調べられる運転状態に応じ、バルブ
タイミング可変手段２０の切換機構を作動する信号を電
磁弁２６に出力するとともに、可変吸気手段における開
閉弁３２，３４，３６を開閉作動する信号を出力してい
る。
【００２２】図３は、上記バルブタイミング可変手段２
０によって変更される吸気弁リフト特性ＩＶＬ１，ＩＶ
Ｌ２を、排気弁リフト特性ＥＶＬ１，ＥＶＬ２とともに
示している。
【００２３】この図のように、吸気弁１５は上死点の少
し前に開かれて下死点以後に閉じられ、そのリフト特性
としては低速型カム２１による第１の吸気弁リフト特性
ＩＶＬ１と高速型カム２２による第２の吸気弁リフト特
性ＩＶＬ２とがある。このうち、第１の吸気弁リフト特
性ＩＶＬ１は、開弁期間が比較的短くて、吸気弁閉時期
が下死点にごく近い時期となるように設定され、一方、
第２の吸気弁リフト特性ＩＶＬ２は、第１の吸気弁リフ
ト特性ＩＶＬ１よりも開弁期間が長く、吸気弁閉時期が
下死点よりかなり遅い時期となるように設定されてい
る。また、排気弁は下死点以前に開かれて上死点より少
し後に閉じられるが、図３の例では排気弁のリフト特性
も変更可能となっており、低速時の特性である第１の排
気弁リフト特性ＥＶＬ１は開弁期間が比較的短くて排気
弁開時期が下死点に近く、高速時の特性である第２の排
気弁リフト特性ＥＶＬ２は第１の排気弁リフト特性ＥＶ
Ｌ１よりも開弁期間が長く、排気弁開時期が下死点より
もかなり前になるように設定されている。
【００２４】図４は上記コントロールユニット４０によ
るエンジン回転速度に応じたバルブタイミング可変手段
２０および可変吸気手段の制御を示している。この図に
おいて、Ｎ１はバルブタイミング切換用の設定回転数で
あり、比較的低速側に設定されており、エンジン回転数
がこの設定回転数Ｎ１よりも低い低速域ａでは、第１の
吸気弁リフト特性ＩＶＬ１（および第１の排気弁リフト
特性ＥＶＬ１）によるバルブタイミングとされ、上記設
定回転数Ｎ１以上の中速域および高速域では、第２の吸
気弁リフト特性ＩＶＬ２（および第２の排気弁リフト特
性ＥＶＬ２）によるバルブタイミングとされている。
【００２５】また、可変吸気手段の制御として、低速域
では、各連通路３１，３３，３５の開閉弁３２，３４，
３６が全て閉じられ、エンジン回転数が上昇すると、所
定の第１切換回転数Ｎ１（図３の例ではバルブタイミン
グ切換用の設定回転数と同一）で開閉弁３２が開かれ、
これより高速側の第２切換回転数Ｎ２で開閉弁３４が開
かれ、さらに高速側の第３切換回転数Ｎ３で開閉弁３６
が開かれる。これにより、第１切換回転数Ｎ１から第２
切換回転数Ｎ２までの領域ｂで第１の連通路３１が開通
状態とされ、第２切換回転数Ｎ２から第３切換回転数Ｎ
３までの領域ｃで第２の連通路３３も開通状態とされ、
さらに第３切換回転数Ｎ３以上の領域ｄで第３の連通路
３５も開通状態とされる。
【００２６】こうして、上記第２の吸気弁リフト特性Ｉ
ＶＬ２とされる設定回転数Ｎ１以上の領域ｂ〜ｄ内で可
変吸気手段の上記各状態の切換が行なわれ、上記各状態
での固有振動数に応じた同調回転数がそれぞれの領域ｂ
〜ｄに存在するように、切換回転数Ｎ１〜Ｎ３が設定さ
れている。
【００２７】以上のような当実施例の装置によると、エ
ンジン回転数が上記設定回転数Ｎ１よりも低い低速域で
は、吸気弁１５が低速型カム２１による第１の吸気弁リ
フト特性ＩＶＬ１で作動される状態にバルブタイミング
可変手段２０が制御されて、吸気弁閉時期が下死点近く
にまで早められることにより、吸気行程終期の吸気の吹
き戻しが抑制される。このため、低速域での充填量増加
とそれに伴うトルクアップが有効に達成される（図４中
のＴａのトルクカーブ）。
【００２８】また、上記設定回転数Ｎ１以上の中速域お
よび高速域では、吸気弁１５が高速型カム２２による第
２の吸気弁リフト特性ＩＶＬ２で作動される状態にバル
ブタイミング可変手段２０が制御されて、吸気弁閉時期
が遅く、かつ開弁期間が大きくされる。そしてこの領域
内で、可変吸気手段が上記各状態に切換作動されて吸気
の動的効果が得られ、これにより中速域から高速域にわ
たってトルクが高められる（図４中のＴｂ，Ｔｃ，Ｔｄ
のトルクカーブ）。
【００２９】つまり、吸入時間が十分にあり、吸気弁閉
時期が遅くて吸入終期に吸気の吹き戻しが生じるような
領域では、吸気の動的効果により吸入終期の圧力が高め
られることが、大幅な充填量の増加をもたらす。しか
も、低速側よりも高速側の方が、可変吸気の１つの状態
で動的効果が発揮される領域が広くなる。こうして、図
４中の中速から高速にわたる領域ｂ〜ｄでは、動的効果
によりトルクアップが効果的に達成されることとなる。
【００３０】また、当実施例のように吸気通路３に機械
式過給機５が設けられている場合に、低速域では、吸気
が過給されつつ、吸気弁閉時期が早められて吹き戻しが
抑制されることにより、充填量が高められ、また中速域
および高速域では、過給機５による過給と動的効果との
相乗作用で充填量が高められる。
【００３１】なお、本発明は、上記機械式過給機５の代
りにターボ過給機を用いた吸気装置、あるいは過給機を
具備しない吸気装置等にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によると、吸気弁
閉時期を設定回転数を境に低速側で早く、高速側で遅く
するように切換える一方、吸気系の固有振動数を複数段
階に変更可能とする可変吸気手段をエンジン回転数に応
じて切換作動し、この可変吸気手段の切換作動を行なう
領域を吸気弁閉時期切換用の設定回転数より高速側の領
域内に設定しているため、上記吸気弁閉時期の切換によ
り低速域と高速域とにおいてトルクを高めるとともに、
これらの間の領域では、吸気の動的効果を利用してトル
クの落ち込みを防止することができる。とくに、吸気弁
閉時期が遅くされているときに吸気の動的効果が生じる
ことにより、効果的に充填量を増加させてトルクを高め
ることができる。
【００３３】またこの発明において、請求項２に記載の
ように、上記第１のタイミングでは開弁期間を小、上記
第２のタイミングでは開弁期間を大とするようになって
いれば、第１のタイミングによる低速域でのトルクアッ
プおよび第２のタイミングとしたときの吸入時間の確保
等が図られ、上記の効果を良好に発揮させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のよる吸気装置の全体構造を
示す概略図である。
【図２】バルブタイミング可変手段の構造を示す拡大図
である。
【図３】吸気弁および排気弁のバルブリフト特性を示す
図である。
【図４】エンジンのトルク、バルブタイミングおよび可
変吸気手段の各開閉弁の作動とエンジン回転速度との関
係を示す図である。
【図５】従来の吸気装置による場合の問題点を示すため
の説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体 ２ 気筒 ３ 吸気通路 １１ 第１吸気通路 １２ 第２吸気通路 ２０ バルブタイミング可変手段 ３１，３３，３５ 連通路 ３２，３４，３６ 開閉弁 ４０ コントロールユニット

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気弁閉時期を下死点以後において比較
    的早い第１のタイミングとこれより遅い第２のタイミン
    グとに変更可能とするバルブタイミング可変手段を備
    え、吸気弁閉時期切換用の設定回転数を境にこれより低
    速側で上記第１のタイミング、高速側で上記第２のタイ
    ミングとするようにしたエンジンの吸気装置であって、
    吸気系の固有振動数を複数段階に変更可能とする可変吸
    気手段と、その各固有振動数に対応する各回転数域で吸
    気の動的効果が得られるようにエンジン回転数に応じて
    可変吸気手段を切換作動する可変吸気制御手段とを設け
    るとともに、この可変吸気手段の切換作動を行なう領域
    を、上記吸気弁閉時期切換用の設定回転数より高速側の
    領域内に設定したことを特徴とするエンジンの吸気装
    置。
  2. 【請求項２】 上記バルブタイミング可変手段は、吸気
    弁の閉時期とともに吸気弁の開弁期間を変更するもので
    あって、上記第１のタイミングでは開弁期間を小、上記
    第２のタイミングでは開弁期間を大とするように設定し
    た請求項１記載のエンジンの吸気装置。
JP4259777A 1992-09-29 1992-09-29 エンジンの吸気装置 Pending JPH06108856A (ja)

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