JPH0621564B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

エンジンの吸気装置

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JPH0621564B2
JPH0621564B2 JP59012659A JP1265984A JPH0621564B2 JP H0621564 B2 JPH0621564 B2 JP H0621564B2 JP 59012659 A JP59012659 A JP 59012659A JP 1265984 A JP1265984 A JP 1265984A JP H0621564 B2 JPH0621564 B2 JP H0621564B2
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valve
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timing
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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。ピストンの下降に
よっ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、吸気通路の形状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も、最大の吸気慣
性効果が得られるのはバルブタイミングとの同調点だけ
であり、それ以外の領域では吹き返しが発生したり、吸
気通路長さの変動によって吸気ポートの圧力は上昇して
いても、この圧力上昇が有効に利用されていないもので
あって、吸気慣性効果の効果的に行われていない。つま
り、通路長さの変更に伴う同調により吸気弁直前の吸気
ポートの圧力は上昇するが、吸気弁が閉じるタイミング
が同調設定回転数より低回転数のときには、最適の閉弁
時期より遅く閉じるため、ピストンの上昇移動に伴って
上昇した燃焼室圧力が吸気ポート圧力より高くなって、
燃焼室内の吸気が吸気ポートに吹き返して充填効率が低
下する一方、吸気弁が閉じるタイミングが同調設定回転
数より高回転数のときには、最適の閉弁時期より早く閉
じるため、吸気ポート圧力が燃焼室圧力より十分に高
く、さらに吸気の供給ができて充填効率の向上が図れる
のに、これが阻害されて吸気慣性効果による出力向上が
不十分となるものである。
また、吸気弁のバルブタイミングをエンジン回転数に対
応して変更することによって吸気の吹き返しを低減し、
出力向上を図るようにした技術があるが、これは単にエ
ンジン回転数の上昇に対して吸気弁の閉弁時期を遅らせ
るだけのものであって、前記吸気慣性効果との関係およ
びバルブタイミングと吸気通路形状の変更との関係を考
慮して行われているものではなく、そのまま吸気通路形
状の変動による同調範囲の拡大を図るについて適用して
も、各領域において大きな吸気慣性効果を効率的に得る
ことができない恐れがある。
（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、吸気通路形状の変更によって
吸気慣性効果の同調範囲を拡大するについてバルブタイ
ミングを考慮し、この吸気通路形状の変更時にはこれに
よる吸気慣性効果を最大に得て、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、吸気通路の形状を可変とする通路
形状可変手段を設け、複数のエンジン回転域で所定の吸
気開弁角にてエンジン回転数と気柱振動数とを同調させ
て略吸気弁閉時期で吸気弁直前の吸気ポート圧力の正方
向振幅が最大となる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可変手段の駆動手段を作動制御
するとともに、吸気弁の少なくとも閉弁時期をエンジン
回転数の上昇に対応して遅角方向へ変更するバルブタイ
ミング変更手段を備え、前記通路形状可変手段による吸
気通路形状の変動に対応してバルブタイミング変更手段
を上記所定吸気開弁角から燃焼室内圧力と上記吸気弁直
前の吸気ポート圧力とが略一致するまで閉弁時期を遅角
するよう作動する制御手段を設け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吸気慣性効
果の同調範囲の拡大に加えて、エンジン回転数の上昇に
対応した吸気通路形状の変動に基づき吸気弁直前の吸気
ポートの圧力と燃焼室内圧力とが略一致する時点で吸気
弁を閉じるように吸気弁のバルブタイミングを変更する
ようにしたことにより、各通路形状のエンジン回転数に
おいて最大限の吸気慣性効果を得ることができ、広い範
囲において出力向上が効率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II−II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、スロットル
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、燃焼
噴射ノズル１０が記載されている。
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とによって形成さ
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のシリンダヘッド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
の周方向に沿って形成されている。また、円筒状の回転
部材１２は内部空間がスロットル弁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がスロッ
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、これによってサージタンク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の回転によって通路長さを変更
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（コントロールユニット）からの制御信号
によって駆動制御される。
上記エンジン１のシリンダヘッド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のクランクシャフ
ト（図示せず）によって回転駆動される吸気側のカムシ
ャフト２５を有し、このカムシャフト２５の回転により
タペット２６を介して吸気弁５が開閉される。上記タペ
ット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、上記カムシャフト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ャフト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ャフト２５の回転軸回り
にロッド２８を介して揺動させるアクチュエータ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のアクチュエ
ータ２９も前記制御手段２１（コントロールユニット）
からの制御信号によって駆動制御される。
上記アクチュエータ２９の作動によってロッド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
はカムシャフト２５の回転方向（右方向）と同方向に回
動される。上記回動部材２７が回動されると、タペット
２６も回動部材２７とともに移動し、カムシャフト２５
の特定角度位置に対するカム面とタペット２６の上面の
接触位置がカムシャフト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ター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イ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はシリンダブロック、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
て高回転となった時には通路長さを短縮するものであっ
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に達すると、駆動手段２０を駆動して、エンジ
ン回転数の上昇に伴って通路長さが短縮するように制御
するものである。すなわち、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、複数のエン
ジン回転域で、所定の吸気開弁角（開弁期間）にて、略
吸気弁閉時期で吸気弁直前の吸気ポート圧力の正方向振
幅が最大となるように、エンジン回転数の上昇に対応し
て吸気通路長さを変更するものである。
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
あって、設定回転数Ｎに達すると、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るものであって、設定回転数Ｎを越
えた吸気通路形状の変動域では、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、上記吸気弁５の閉弁時期は、第５図に示す特
性に基づいて設定されるものであり、吸気慣性効果を最
大に得るためには、基本的に吸気弁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を閉じるものであり、それ以上吸気弁５が開いている
と吸気ポート圧力が燃焼室内圧より低くなり、燃焼室２
から吸気が吹き返すことになる。そして、上記吸気ポー
ト圧力は通路長さ変更による同調作用によって、低回転
時Ａ、中回転時Ｂおよび高回転時Ｃと回転数が上昇する
にしたがって吸気慣性効果が向上して振幅（圧力）が増
大し、位相はほぼ同じになっている。これに対し、燃焼
室内圧は、低回転時ａ、中回転時ｂおよび高回転時ｃと
回転数が上昇するにしたがって負圧が大きくなるととも
に、ピストン３４が下降運動から上昇運動に移行しても
圧力上昇が遅れることになる。よって、各回転域におい
て、前記吸気通路長さの変更によるエンジン回転数と気
柱振動数との同調時での所定開弁角から、吸気ポート圧
力と燃焼室内圧とが一致する点まで吸気弁５の閉弁時期
を遅角するものであり、これにより、低回転時Ｉ、中回
転時IIおよび高回転時IIIとエンジン回転数が上昇する
のに伴って、吸気弁５の閉じる時期が遅れ側にずれるも
のである。
上記のように吸気通路長さの変動に加えて、吸気弁５の
バルブタイミングの変動とを組み合わせることにより、
吸気慣性効果が最大限活用できるものであって、バルブ
タイミングの変動だけではこのような高い圧力振幅を全
域で得ることはできないし、吸気通路長さの可変だけで
は前述のように吹き返しまたは吸入中に吸気弁５が閉じ
るということになり、いずれも吸気慣性効果を十分に活
用し得ないものであって、この点に関し本発明では吸気
慣性効果を効率的に出力向上に利用できるものである。
実施例２ 本例は第６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によって第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は燃料
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
よって吸気を供給するとき、両吸気通路７ａ，７ｂによ
っ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によって両吸気通路７ａ，７
ｂ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は第４図に示されている設定回転数Ｎよ
り低い値の設定回転数（吸入空気量）で開作動され、こ
の設定回転数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っ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
もっ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は、前例における
ものと同様であり、第４図の特性に基づいて行われる。
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って、この場合にはこの開弁期間の
変動に伴って吸気慣性効果の同調範囲の拡大が図れる。
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料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。
また、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、実施例のような吸気通路形状と吸気弁の閉弁
時期制御は高負荷時のみ行うようにしてもよい。
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、これに沿って回転作動する回転部材１
２とによっ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ットに
よる制御手段を使用する他、排気圧力に対応して作動す
るアクチュ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II−II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図は吸気通路長さの変動に伴う吸気弁の閉弁時期の
変動を示す特性図、 第６図は第２の実施例における吸気装置の概略断面図、 第７図は第６図における例の開弁曲線図である。 １……エンジン、２……燃料室 ３，３ａ，３ｂ……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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 和彦 広島県安芸郡府中町新地３番１号 東洋工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−104717（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、複数のエンジン回転域で所定の吸
    気開弁角にてエンジン回転数と気柱振動数とを同調させ
    て略吸気弁閉時期で吸気弁直前の吸気ポート圧力の正方
    向振幅が最大となる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エンジン回転数の上昇に対応して
    遅角方向へ変更するバルブタイミング変更手段を備え、
    前記通路形状可変手段による吸気通路形状の変動に対応
    してバルブタイミング変更手段を上記所定吸気開弁角か
    ら燃焼室内圧力と上記吸気弁直前の吸気ポート圧力とが
    略一致するまで閉弁時期を遅角するよう作動する制御手
    段を設けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。
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