JPH0639899B2 - エンジンの吸気装置 - 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、とくに吸気慣性効
果を利用して出力の向上を図る装置に関するものであ
る。

（従来技術） 従来からエンジンの吸気装置においては、吸気行程中に
吸気通路開放端で反射されてシリンダ側に返ってくる正
圧波を利用したいわゆる吸気慣性効果により出力の向上
を図るため、実開昭５８−２０３３１号公報に示される
ように、エンジンの各シリンダに対する吸気通路を、吸
気慣性効果をもたせるに適した所定の長さおよび断面積
に形成しておくことは知られている。この場合、吸気通
路の長さおよび断面積によって決まる特定のエンジン運
転領域で吸気慣性効果が最も高められ、従ってこの運転
領域付近では出力が高められるが、他の運転領域では出
力トルクが低下してしまう。とくに、後に実施例中で詳
しく述べるように、出力トルクが最大となるエンジン回
転数と比べてある程度低い所定回転数域で出力トルクの
落ち込みが生じ、つまり、出力トルクが最大となるとこ
ろの大きなトルクの山とこれより低回転側に存在する比
較的小さいトルクの山との間に、トルクの谷が生じると
いう現象がある。加速によるエンジン回転数の上昇がス
ムーズに行われるようにするには、このような所定運転
領域での出力トルクの落込みをできるだけ抑制し、出力
トルクの落込みに起因したショックを軽減することが望
まれる。

また出力の向上を図るための別の手段として、吸気弁の
少なくとも閉弁タイミングを変更可能にし、エンジンの
運転状態に応じて少なくとも上記閉弁タイミングを調整
することが考えられており、この場合に一般的な傾向と
して、エンジン回転数が高くなるほど閉弁タイミングを
遅らせることにより吸入効率が改善されることは知られ
ている。しかし、前記の吸気慣性効果と関連づけ、とく
に所定運転領域での出力トルクの落込みに着目して少な
くとも閉弁タイミングを制御するようにしたものはなか
った。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、吸気通路自体による吸
気慣性効果に加えて吸気弁の少なくとも閉弁タイミング
の調整により吸入効率を高め、とくに前述のような所定
運転領域での出力トルクの落込みを充分に抑制し、加速
時のエンジン回転数の上昇をスムーズに行わせることの
できるエンジンの吸気装置を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、吸気慣性効果の影響によりにより複数の回転
数域でエンジン出力トルクの山を生じてその間の回転数
域でエンジン出力トルクの谷を生じるようなエンジン出
力トルク特性を与える吸気通路を備えたエンジンの吸気
通路において、吸気弁の少なくとも閉弁タイミングを変
更可能とするタイミング可変手段と、上記エンジン出力
トルクの谷を生じる回転数域でその両側の回転数域と比
べて上記閉弁タイミングを早めるように上記タイミング
可変手段を制御する制御装置とを設けたものである。つ
まり、要求に応じた特定運転領域での吸気慣性効果を高
めて出力を向上するように吸気通路を形成するととも
に、所定運転領域で少なくとも閉弁タイミングの特別な
補正によって出力トルクの落込みを抑制するようにした
ものである。

（実施例） 第１図および第２図は本発明の第１実施例を示す。これ
らの図において、１は複数のシリンダ２を備えたエンジ
ン本体であって、シリンダブロック３、シリンダヘッド
４およびシリンダヘッドカバー５等で構成されており、
各シリンダ２にはピストン６が挿入され、ピストン６の
上方に燃焼室７が形成されている。この各燃焼室７には
それぞれ、点火プラグ８が装備されるとともに、シリン
ダヘッド４に形成された２個ずつの吸気ポート９，１０
と排気ポート１１，１２とが開口しており、これらのポ
ート９〜１２が第１および第２の吸気弁１３，１４と第
１および第２の排気弁１５，１６とによって開閉される
ようになっている。上記両吸気ポート９，１０は、シリ
ンダヘッド４の側端部付近において互いに連通し、この
連通部１７に燃料噴射弁１８が装備されている。またこ
の連通部１７には、サージタンク２１から各シリンダ別
に分岐した分岐管２２が接続されており、上記サージタ
ンク２１には図外のエアクリーナからスロットル弁２３
を介して空気が導入されるようにしている。こうして、
上記分岐管２２から吸気ポート９，１０にわたる部分に
よりシリンダ別の吸気通路が構成され、この吸気通路の
長さおよび断面積は、要求に応じた特定のエンジン運転
領域で吸気慣性効果が高められるように定められてい
る。

また、前記吸，排気弁１３〜１６に対する動弁機構とし
て、シリンダヘッド４上にはクランク軸（図示せず）に
よって回転駆動される吸気弁用と排気弁用の各カム軸２
４，２６が配置され、各カム軸２４，２６にはカム２
５，２７が配設されている。そして、排気弁１５，１６
はカム２７によりタペット２８を介して一定のタイミン
グで開閉され、同様に第１吸気弁１３も一定のタイミン
グで開閉されるが、第２吸気弁１４は、次のようなタイ
ミング可変手段３０によって作動のタイミングが変更可
能とされている。すなわち第２吸気弁１４に対しては、
カム軸２４を中心に回転可能な回動部材３１が装備さ
れ、この回動部材３１の下部にタペット部材３２が保持
されている。このタペット部材３２は、カム軸２４に設
けられたカム２５と接触する上面３２ａがフラットに、
下面３２ｂがカム軸２４を中心とする円弧面もしくは球
面状にそれぞれ形成されており、この下面３２ｂに第２
吸気弁１４のバルブステム１４ａの上端が当接してい
る。また上記回動部材３１の上端突出部３３にはカム軸
２４と平行な制御ロッド３４が貫通し、この制御ロッド
３４に制御レバー３５が係合している。この制御レバー
３５は、制御ロッド３４の軸方向と直交する方向に摺動
可能とされ、シリンダヘッドカバー５の側壁に取付けら
れたアクチュエータ３６によって作動されるようにして
いる。

このような手段によれば、上記アクチュエータ３６によ
り制御レバー３５および制御ロッド３４を介して回動部
材３１が回動されると、それに伴って上記タペット部材
３２とカム２５との相対位相が変更されて、第２吸気弁
１４の開閉タイミングが変更される。つまり、回動部材
３１がカム軸２４の回転方向Ｘと同方向に回動されたと
きには上記開閉タイミングが遅らされ、これと逆の方向
に回動されたときには上記開閉タイミングが早められ
る。

このタイミング可変手段３０による場合、第３図に示す
ように、排気弁１５，１６および第１吸気弁１３がそれ
ぞれ所定のタイミングで開閉されるのに対し、第２吸気
弁１４は第１吸気弁１３と同一タイミングからこれより
遅れる方向へ開閉タイミングが変更可能とされることに
より、第１吸気弁１３による吸気弁開弁タイミングが一
定に保たれながら、第２吸気弁１４によって決まる吸気
弁閉弁タイミングが調整されることとなる。

４０は前記タイミング可変手段３０を制御する制御回路
（制御装置）であって、エンジン回転数センサ４１から
の検出信号を入力し、前記アクチュエータ３６に制御信
号を出力している。この制御回路４０により、後に詳述
するような第６図に示した例えばエンジン回転数と出力
トルクとの関係に基づき、エンジン回転数の変動に応じ
て閉弁タイミングを第７図に示すような特性で変化させ
るように、タイミング可変手段３０を制御している。す
なわち、後述のようにエンジン回転数と出力トルクとの
対応特性（第６図）において出力トルクの山と山との間
で出力トルクの落ち込み（谷）が生じる回転数域Ｒａが
存在することに対し、その所定回転数域Ｒａ以外ではエ
ンジン回転数が高くなるにつれて閉弁タイミングを遅ら
せるが、上記所定回転数域Ｒａでは、単に回転数変動に
応じて閉弁タイミングを直線的に変化させるような場合
（第７図に二点鎖線で示す）と比べて、閉弁タイミング
を進み側に補正するようにしている。

なお、出力の向上が要求されるのは主に高負荷運転域で
あるため、エンジン負荷が所定値以上のときにのみ上記
のような吸気弁の少なくとも閉弁タイミングの制御を行
うようにしてもよい。この場合、前記制御回路４０に
は、エンジン回転数センサ４１からの検出信号に加え
て、第１図に二点鎖線で示す負荷センサ４２からの検出
信号を入力させておけばよい。

次にこの吸気装置の作用を、第４図ないし第７図の利用
して説明する。

第４図は、横軸をクランク角として、吸気慣性同調状態
でのシリンダ内圧力の変動特性と、同じく吸気慣性同調
状態での吸気作用により発生する負圧波、該負圧波に伴
う反射波の変動特性、および上記負圧波と反射波の合成
圧力、すなわち吸気通路における吸気バルブ直前の圧力
の変動特性とを、後に定義するような吸気慣性同調回転
数における場合について示す。上記シリンダ内圧力はこ
の図に曲線Ａで示すように、吸気弁開弁時点ＩＯ後のＴ
ＤＣ時点から次第に低下し、ピストン下降途中で負圧が
ピークとなってから次第に圧力上昇して、ＢＤＣ時点を
過ぎてから正圧となる。一方、吸気行程でのピストンの
下降運動により吸気弁直前にはこの図に曲線Ｂで示す負
圧波が生じ、この負圧波が吸気通路内を伝播し、吸気通
路の上流側開放端（サージタンク２１への開放端）で正
負が反転して反射されることにより、この第１反射波は
曲線Ｃで示すように正圧波となってシリンダ側に返って
くる。また第２反射波は曲線Ｄで示すように負圧波とな
って返ってくる。これらの曲線Ｂ，Ｃ，Ｄで示す圧力波
を合成したものが、吸気弁直前の圧力（曲線Ｅ）とな
る。そして吸気慣性同調回転数とは、この図のように、
吸気弁直前での第１反射波の波形が、ＴＤＣとＢＤＣと
の中間点付近から現われ始めてＢＤＣを過ぎた特定時点
でピークとなり、この第１反射波によって吸気通路自体
による吸気慣性効果が最大に高められるような状態とな
る回転数をいう。つまりこの状態では、吸気弁直前圧力
がＢＤＣ後の適正時期に最大限に高められて、吸気慣性
効果にとって最適な特性となり、燃焼室容積が大きいＢ
ＤＣおよびそれ以後の時期まで、曲線Ｅで示す吸気弁直
前圧力がシリンダ内圧力より充分大きくなってシリンダ
内に吸気を多く流入させることができ、吸気慣性効果を
高めることができる。またこの図において、ＩＣは吸気
弁の最適閉弁時期を示しており、この時期はＢＤＣ以後
であって吸気弁直前圧力とシリンダ内圧力とがほぼ一致
する時期である。

上記吸気慣性同調回転数は吸気通路の長さおよび断面積
によって決まる。そしてこれよりエンジン回転数が高く
なると、第１反射波が返ってくるタイミングがずれて吸
気弁直前圧力の上昇が遅れることにより吸気慣性効果が
低下し、また吸気慣性同調回転数より低くなると、第１
反射波が返ってくるタイミングが早められるとともに第
２反射波による影響が生じて吸気弁直前圧力のピーク値
が低下するため、やはり吸気慣性効果が低下する。また
吸気弁直前圧力とシリンダ内圧力とが一致する時期もエ
ンジン回転数によって変化するため、吸気弁の少なくと
も閉弁タイミングが一定になっていると、高回転時に
は、吸気弁直前圧力がシリンダ内圧力より高くて圧力的
にはなお吸入可能な状態にある時点で吸気弁が閉じられ
てしまい、低回転時には、シリンダ内圧力の上昇により
吹き返しが生じるようになってから吸気弁が閉じられる
という事態が生じる。

とくに吸気慣性同調回転数よりある程度低い回転数域で
は第５図に示すように、吸気弁直前圧力（曲線Ｅｌ）が
第２反射波等の影響によりＢＤＣ直後に負圧となって、
早期にシリンダ内圧力（曲線Ａｌ）よりも低下してしま
うという現象を生じる。

このため従来の吸気装置による場合の出力トルクとエン
ジン回転数との関係は第６図に実線Ｆで示すようにな
る。つまり吸気慣性同調回転数Ｒ_１で出力トルクが最大
となり、これより高回転側の領域および低回転側の領域
ではいずれも出力トルクが低下し、とくにエンジン回転
数がある程度低くなると前述の第５図に示した現象で吸
入効率が低下するため、比較的近い所定回転数Ｒ_２で出
力トルクが極小となる。そしてこれによりさらにエンジ
ン回転数が低くなっていくと、吸気弁直前圧力の圧力変
動が減衰されることにより、出力トルクが多少高められ
てから再び低下していく。従って、吸気慣性同調回転数
Ｒ_１付近に大きなトルクの山が存在し、これより低回転
側に小さなトルクの山が存在するとともに、これらの間
の所定回転数域Ｒａでトルクの落ち込みが生じることと
なる。この場合、吸気弁の少なくとも閉弁タイミングを
例えば低回転側では進めて高回転側では遅らすようにエ
ンジン回転数の変動に応じて一定の比率で変化させて
も、閉弁タイミングを固定した場合と比べれば、高回転
側および低回転側での出力トルクの低下はある程度軽減
されるが、上記所定回転数域Ｒａでの出力トルクの落込
みは解消されない。

そこで前記制御回路４０においては、エンジン回転数に
応じて第７図に示すように閉弁タイミングを調整し、と
くに上記所定回転数域Ｒａでは、前述の第５図に示した
現象で早期に吸気弁直前圧力がシリンダ内圧力より低く
なることに対応させて、閉弁タイミングを進み側に補正
するように、タイミング可変手段３０を制御している。
従ってこの所定回転数域Ｒａでも吸気の吹き込返しが防
止されて吸入効率が改善され、これにより第６図に破線
Ｅで示すように、出力トルクの落込みが抑制されること
となる。

なお、タイミング可変手段としては、図示した構造のほ
かに、例えば、立体カムを用いてその軸方向位置を調整
可能とし、またはプッシュロッド式動弁機構に油圧等で
作動する動弁調整部材を介在させ、あるいはクランク軸
とカム軸との間のベルト伝動機構に位相差調整手段を組
込む等の構造も採用することができる。そして立体カム
等を用いる場合に、第８図に示すように吸気弁の開閉タ
イミングならびにバルブリフト量を調整可能としてもよ
い。

（発明の効果） 以上のように本発明は、特定エンジン運転領域で吸気慣
性効果を高めるように吸気通路の長さおよび断面積を設
定しておくとともに、吸気弁の少なくとも閉弁タイミン
グを調整し、とくに出力トルクの落込みを生じる所定回
転数域でその両側の回転数域と比べて上記閉弁タイミン
グを早めるようにタイミング可変手段を制御しているの
で、加速時のエンジン回転数上昇途中でショックが生じ
ることを防止することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示す垂直断面図、第２図
は第１図のII−II線に沿った断面図、第３図は吸，排気
弁の開閉タイミングを示す説明図、第４図はシリンダ内
圧力と吸気弁直前の圧力成分および合成圧力の各変動特
性を吸気慣性同調回転数における場合について示す説明
図、第５図は低回転側の所定回転数域における場合のシ
リンダ内圧力および吸気弁直前圧力の変動特性を示す説
明図、第６図はエンジン回転数と出力トルクとの関係を
示す説明図、第７図はエンジン回転数に応じた吸気弁閉
弁タイミングの制御例を示す説明図、第８図は吸，排気
弁の開閉タイミングの別の例を示す説明図である。 １……エンジン本体、９，１０……吸気ポート、１３，
１４……吸気弁、２２……分岐管、３０……タイミング
可変手段、４０……制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気慣性効果の影響により複数の回転数域
   でエンジン出力トルクの山を生じてその間の回転数域で
   エンジン出力トルクの谷を生じるようなエンジン出力ト
   ルク特性を与える吸気通路を備えたエンジンの吸気通路
   において、吸気弁の少なくとも閉弁タイミングを変更可
   能にするタイミング可変手段と、上記エンジン出力トル
   クの谷を生じる回転数域でその両側の回転数域と比べて
   上記閉弁タイミングを早めるように上記タイミング可変
   手段を制御する制御装置とを設けたことを特徴とするエ
   ンジンの吸気装置。