JPH071009B2 - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明はエンジンの吸気制御装置に関し、特に吸気通
路内に生じる圧力波を利用して吸気を行なう吸気装置を
制御する装置に関する。

《従来の技術》 従来から、吸気慣性、共鳴効果等、吸気の動的効果を利
用して、充填効率を高め、これによって高出力を確保す
るようにしたエンジンが提案されている。

しかし、吸気の圧力波による効果を利用して、充填効率
の改善を図る場合には、次のような問題がある。すなわ
ち、エンジン回転数が低下するとピストンの下降速度が
小さくなり、従って発生する負圧波が小さくなって得ら
れる充填率向上効果も小さくなる。また、圧力波の伝播
は、音速という一定の速度で生じるのに対し、圧力波に
よる吸気の押し込み効果が望まれるタイミングは、エン
ジンの回転速度に応じて変化するため、広い回転数領域
で圧力波による充填効率の向上効果を得ることが困難で
ある。

このような事情に鑑がみ、特開昭55-107018号公報に
は、吸気弁上流の吸気通路に設けられる給気溜と、シリ
ンダとこの給気溜とを連通する給気通路に設けられ、ク
ランク軸の回転速度と同一または２分の１の速度で回動
する弁板を有する給気管制弁とを備え、この管制弁によ
ってクランク軸の回転速度に応じてシリンダと給気溜の
連通を制御し、広い範囲の回転数領域で給気の圧力波に
よる充填率増大効果が得られるようにしたエンジンの吸
気構造が開示されている。

《発明が解決しようとする問題点》 一般に吸気系に生じる圧力波による充填率増大効果が得
られるエンジン回転数（以下同調回転数という）は、次
の関数式で表わされる。

ここで、N:同調回転数（rpm）、θe:有効開弁期間（de
g）、ν：吸気弁開弁期間中の吸気系の固有振動数（H
z）である。

有効開弁期間は、吸気系の開弁期間を意味するものでは
なく、吸気が実際にシリンダ内に導入される期間であ
り、上記公報に開示された構造では、給気管制弁の開閉
期間は、吸気弁の開弁期間の範囲内に含まれるようにな
っているので、有効開弁期間は給気管制弁が開いている
とき、となる。

そして、この公報の装置では、吸気弁が開いている期間
内において、エンジン回転数に応じて開弁タイミングが
変更されるようになっていて、開弁タイミングを回転数
に応じて変更制御することにより、負圧波の発生時期を
ずらすことができるので、ある程度幅のあるエンジン回
転数領域において圧力波による充填率増大効果を得るこ
とができる。

つまり、この装置では上記式のθｅを変更すること
で、その可変範囲に応じて同調回転数の得られる範囲を
拡大している。

しかしながら、このような効果が得られるエンジンの回
転数領域は限られた領域であって、全領域で充填率の増
大が得られない。

このため、管制弁の開弁タイミングを変更できない領域
では、圧力波の押し込み効果が得られるタイミングと、
吸気のタイミングに大幅なズレが生じ、極端なズレが起
こると管制弁で制御しない場場合よりもエンジントルク
が低下するという問題があった。

この問題を解決するためには、エンジンの回転領域の全
てで管制弁のタイミングを可変とすれば解決できるが、
装置が大型・複雑化して実用的でない。

この発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであ
って、その目的とするところは、設定された回転域で実
質的な吸気開始時期を遅延させ圧力波による吸気充填増
大効果を維持しつつ、しかも少なくとも設定回転域の低
速側で可及的にエンジントルクの低下を防止できるエン
ジンの吸気制御装置を提供することにある。

《問題点を解決するための手段》 上記目的を達成するためにこの発明では、エンジンの吸
気制御装置を、エンジンの燃焼室に連通する吸気通路の
吸気ポートの上流側に設けられ、吸気開始時期を前記燃
焼室の吸気上死点より遅らせるタイミングバルブと、こ
のタイミングバルブによる吸気開始時期遅延を解除する
解除手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数
検出手段と、このエンジン回転数検出手段の出力に応じ
て前記タイミングバルブによる吸気開始時期遅延制御を
所定回転域で行なう一方、この所定回転域の少なくとも
低速側で前記解除手段を作動させる解除制御手段とで構
成した。

《作 用》 以上の如く構成されたエンジンの吸気制御装置によれ
ば、所定の回転域でタイミングバルブにより実質的な吸
気開始時期を遅延させて圧力波による吸気充填量を増加
できるとともに、この回転域の低速側ではタイミングバ
ルブによる吸気開始時期の遅延が解除されるので、吸気
開始時期の遅延を行なわない状態に復帰して、少なくと
も通常の運転状態によるエンジントルクが確保される。

《実施例》 以下、この発明の好適な実施例について添附図面を参照
にして詳細に説明する。

第１図から第３図は、この発明に係るエンジン吸気装置
の一実施例を示している。

同図に示す吸気装置は本発明を直列４気筒のエンジンに
適用したものであって、エンジン１のシリンダブロック
２には、４個のシリンダボア３が形成され、各シリンダ
ボア３にはピストン４が往復自在に配置されている。

シリンダブロック２の上方にはシリンダヘッド５が結合
されており、シリンダボア３のピストン４の上方部空間
とシリンダヘッド５の下部凹部とによって形成される空
間は、燃焼室６を構成している。燃焼室６には、吸気ポ
ート７及び排気ポート８が開口しており、シリンダヘッ
ド５には該吸気ポート７、排気ポート８に通じるように
吸気通路９、排気通路10が形成される。そして、吸気ポ
ート７には、吸気弁11が、排気ポート８には排気弁12が
それぞれ組合わされる。また、シリンダヘッド５には点
火プラグ12aがその先端部が燃焼室６内に突出するよう
に配置される。各気筒の吸気通路９には、マニホルドが
接続されこの接続部付近にそれぞれ燃料噴射弁12bが取
付けられるとともに、吸気通路９はエンジン１の点火順
序と行程の干渉とを考慮して第1,第４気筒と第2,第３気
筒とが、上流側でそれぞれ個別に副吸気通路9a,9aによ
って合流され、この副吸気通路9a,9aはさらに上流側で
再び合流して主吸気通路13を形成している。

主吸気通路13の上流側には、エアクリーナ14が設置さ
れ、エアクリーナ14の下流には吸気流量を計量するエア
フローメータ15が設けられている。

また、主吸気通路13の下流側の副吸気通路9a,9aには、
それぞれスロットル弁17,17が配置されるとともに、副
吸気通路9aの下流側の吸気通路９には、筒状のタイミン
グバルブ18が回動自在に配置されている。

さらに、吸気通路９のタイミングバルブ18の下流側に
は、バイパス通路19が設けられるとともに、各吸気通路
９とバイパス通路９との接続部には、それぞれバイパス
弁20が取付けられ、バイパス弁20の開弁により吸気通路
９が相互に連通される。

上記タイミングバルブ18の径方向には、所定の回転位置
で各気筒の吸気通路９に連通する開口21が各気筒に対応
して設けられている。

本実施例では点火が１−３−４−２の順で行なわれるの
で、互いの吸気の干渉を避けるため、第１及び第４気筒
に対する開口位置と、第２、及び第３気筒に対する開口
位置とをそれぞれ同じオリエンテーションで形成してい
る。第１図に示すように、タイミングバルブ18の回転軸
18aは、進角機構22を介してプーリ23に接続されてい
る。プーリ23は、クランク軸24の端部に取付けられた駆
動プーリ25にベルト26を介して接続されている。

本実施例では開口21を貫通孔で構成していて、タイミン
グバルブ18が半回転ごとに、開状態が得られるため、タ
イミングバルブ18はクランク軸24の1/2の速度で回転さ
れる。

このため、タイミングバルブ18用のプーリ23は、クラン
ク軸24の駆動プーリ25の径の２倍に設定されている。

進角機構22は、プーリ23の回転軸23aの端部に取付けら
れたヘリカルギア27と、タイミングバルブ18の回転軸18
aの端部に取付けられた上記プーリ23側のヘリカルギア2
7に対向して配置されるヘリカルギア28と、両ヘリカル
ギア27,,28に噛合する調整駒29とを備えている。調整駒
29はヘリカルギア27及び28との噛合位置をタイミングバ
ルブ18の回転軸方向に変更できるようになっており、調
整駒29が上記軸方向に移動して噛合位置が変化するとヘ
リカルギア27,28との相対回転位置が変わり、これによ
って、進角量が変化するようになっている。調整駒29の
軸方向の位置を調整するために、アクチェエータ30が設
けられており、このアクチェエータ30は、好ましくは、
マイコンを組み込んで構成されるコントロールユニット
31からの命令信号によって作動するようになっている。
本実施例ではコントロールユニット31には、エンジン回
転数を表わす信号Ｎが入力されるようになっており、コ
ントロールユニット31は、この回転数信号に応じた進角
量を決定し、アクチェエータ30を介して進角機構22を駆
動する。

また、コントロールユニット31にはエンジン負荷信号も
入力するように構成され、コントロールユニット31は、
回転数及び、負荷の値に応じ、バイパス弁20のアクチェ
エータ20aに対して所定の運転領域では、パイパス弁20
を開くように命令信号を出力する。

以上の構造において本実施例ではタイミングバルブ18
は、クランク軸24の1/2の速度で回転する。従ってタイ
ミングバルブ18の開口21が各気筒の吸気通路９に連通す
るタイミングすなわちタイミングバルブ18の開弁期間
は、各気筒の吸気弁11の開弁期間に対して対応するよう
になっている。本実施例では、吸気弁11が開いておりか
つ、タイミングバルブ18が開いている期間が実質的に吸
気が燃焼室６内に導入されることになり従って、この期
間が有効開弁期間となる。第３図と併せて参照すれば、
タイミングバルブ18の開弁期間は、エンジン回転数Ｎに
応じて変更されるようになっており、回転数Ｎが増大す
ると、図の実線で示すようにタイミングバルブ18の開弁
時期は、吸気弁11の開弁時期に近づくように設定され
る。一方、エンジン１の回転数が低くなると、タイミン
グバルブ18の開弁時期は進角機構22の作動によって図に
破線で示すように遅れ側にずらされる。タイミングバル
ブ18が開いたとき実際に吸気が燃焼室６内に導入される
こととなるが、この開弁時において、タイミングバルブ
18の下流側には、吸気の負圧波が生じ、この負圧波は副
吸気通路9aを通って主吸気通路13に到達する。

負圧波は主吸気通路13の副吸気通路9a,9aが合流する地
点9bでは、位相が互いに半波長ずれている第１および第
２気筒、第３および第４気筒がそれぞれ干渉することに
なり、干渉した負圧波は反転して正圧波となって戻り、
最終的に燃焼室６に到達する。

本実施例では、この正圧波が吸気行程の終期に燃焼室６
に到達するように吸気系を構成しており、これによっ
て、上記正圧波による吸気の押し込み効果を利用して、
吸気の高充填効率を高めるようにしている。そして、タ
イミングバルブ18の開弁時に生じる負圧波の振幅が大き
い程、大きな反転正圧波が生じ、結果として大きな充填
効率増大効果が得られることに鑑がみ、本実施例ではピ
ストン速度が遅く、従って、生じる負圧波が小さくなる
傾向となる低回転時において、タイミングバルブ18の開
弁時期を高回転時よりも遅らせ、より大きな負圧波を形
成するように構成している。また、上記圧力波による充
填率増大効果が得られるエンジン回転数すなわち同調回
転数Ｎ（rpm）は、有効開弁期間θｅ（deg）及び吸気系
の固有振動数ν（Hz）との関数としてＮ＝ｅ・ν/6とし
て表わされるが、本実施例の装置では進角機構22を用い
て有効開弁期間θｅをθmaxからθminまで回転数変化に
応じて変化させるようにしているので、広い回転数領域
にわたって同調回転数を得ることができ、この結果、低
回転から中回転にわたる広い回転数範囲（N1〜N2）で充
填率増大効果を得ることができる。

ここで、エンジン１の回転数がN2よりもさらに高回転域
では、タイミングバルブ18をθminよりも進み側にずら
しても、通路抵抗が増大して、却って高充填量の確保に
対して弊害となる惧れがある。

そこで、本実施例ではN2以上の高回転時には、アクチェ
エータ20aを作動させて、バイパス弁20を開き、タイミ
ングバルブ18による遅開け制御を解除してバイパス通路
19を介して他の吸気通路９から、所要量の吸気が導入さ
れるようになっている。

また、エンジン１の回転数がN1よりもさらに低い回転域
では、タイミングバルブ18の遅開け量をθmaxに設定し
たままだと、吸気弁11の開タイミングとタイミングバル
ブ18の開タイミングとが大幅にズレて、遅開けを実施し
ない場合よりもエンジン１の出力が低下する。

そこで、本実施例ではN1以下の低回転時には、アクチェ
エータ20aを作動させて、タイミングバルブ18による遅
開け制御を解除している。

つまり、本実施例のエンジン１の吸気制御装置では、エ
ンジン１の回転数がN1〜N2の間では、タイミングバルブ
18の遅開け量を回転数に応じてθmax〜θminまで間欠的
ないしは連続的に可変とし、負圧波の押し込みによる充
填効果の増大を図るとともに、その前後の回転域（N1よ
りも低、N2よりも高）ではタイミングバルブ18による吸
気遅開け制御を解除し、遅開け制御の幣害を回避するよ
うにしている。

従って、一般的には吸気遅開け制御の可変範囲は、エン
ジン１の回転数に対して約２割程度の範囲で行なわれる
ことが現実的に考えられているので、遅開け制御範囲を
エンジン回転数の高速側に設定し、これによる吸気充填
効果が得られる範囲を広範囲としても、遅開け制御ので
きない領域でのエンジントルクの低下を可及的に少なく
できる。

第４図から第６図は、この発明の第２実施例を示してい
る。

同図に示す実施例では、本発明をＶ型６気筒のエンジン
１′に適用したものであって、第１〜第３気筒の吸気通
路９を副吸気通路9a′によって合流させ、第４〜第５気
筒の吸気通路９を他の副吸気通路9a′によって合流させ
るとともに、各副吸気通路9a′にはそれぞれ個別にタイ
ミングバルブ18′,18′が設けてある。

タイミングバルブ18′は中空円筒状のものが用いられ、
その周壁には所定の回転位置で各気筒の吸気通路９に連
通する開口21′が、各気筒に対応してそれぞれ設けられ
ている。

タイミングバルブ18′は、この実施例ではエンジン１の
回転数と同じ回転数で回転され、プーリ23′の径はこれ
に対応するように設定されている。

そして、上記副吸気通路9a′,9a′は上流側で合流され
主吸気通路13を形成するとともに、主吸気通路13とタイ
ミングバルブ18′との間に副吸気通路9a′,9a′間を連
通させる制御弁32が設けてある。

また、各タイミングバルブ18′,18′の下流側の吸気通
路９には、第５図に示すように、それぞれ吸気通路９を
部分的に開閉する遅開け解除弁33が設けてある。

この遅開け解除弁33は、上記実施例と同様にコントロー
ルユニット31の出力信号を受けてアクチェエータ20aに
よって作動され、解除弁33を開弁すると吸気弁11の開時
期とタイミングバルブ18′の開時期とがオーバーラップ
して、タイミングバルブ18′による遅開けが実質的に解
除される。

さて、以上の如く構成された本実施例の吸気制御装置で
は、第６図に示すように、制御弁32の開閉によって吸気
系の固有振動数ν自体を変化させ、且つ、エンジン１の
N1〜N2の回転域で上記実施例と同様にタイミングバルブ
18′の吸気遅開け制御を行なうものであって、制御弁32
を開弁すると共鳴点はNR1からNR2に移動する。

従って、タイミングバルブ18′の遅開けによって、共鳴
点NR1がより低速側に、また、共鳴点NR2がNR1とNR2との
ほぼ中間に移動させられるように吸気系の緒元を選定す
れば、低速から高速まで広範囲に高いトルク性が得られ
る。

なお、この実施例でもエンジン回転数がN1よりも低い領
域、N2〜N3の領域およびN5よりも高い領域では、それぞ
れ遅開け制御弁33を作動してタイミングバルブ18′の遅
開け制御を解除することにより、上記第１実施例と同様
な作用効果が得られる。

第７図はこの発明の第３実施例を示しており、この実施
例では、基本的な構造は第１図に示した第１実施例と同
様であるが、第１図の実施例に対して、副吸気通路9aを
設けず、主吸気通路13′だけで吸気通路９の吸気通路を
形成している。

主吸気通路13′内には、４気筒のエンジン１に対応し
た、第４図のタイミングバルブ18′と同じ構造のタイミ
ングバルブ18″が設けられるとともに、その上流側には
スロットル弁17が設けられ、さらにその上流側は吸気系
で生じた負圧波を反転させるための一定の容積を備えた
容積部16が設けられている。

また、タイミングバルブ18″の下流に設けられたバイパ
ス通路19′の一端は、連通部34を介してスロットル弁17
の下流で主吸気通路13′と連通し、バイパス弁20が開弁
されると連通部34を介して吸気を各吸気通路９に導入す
るように構成されている。

この実施例ではピストン４の下降によってタイミングバ
ルブ18″の下流側に生じた負圧波は、容積部16において
反転して正圧波となり燃焼室６に到達する。

また、この実施例の吸気装置も第１実施例と同様にタイ
ミングバルブ18″の遅開けと、この遅開け制御の前後の
回転数領域でその解除がバイパス弁20のコントロールに
より行なわれる。

なお、この実施例の進角機構22は、第１実施例とほぼ同
じであるから、回転軸23aに取付けられたプーリ23′
は、駆動プーリ25と同じ径に設定されている。

第８図および第９図は、この発明の第４実施例を示して
おり、この実施例では第４図ないしは第６図に示した、
６気筒での吸気系固有振動数ν可変機構を直列４気筒に
エンジン１適用したものであって、この実施例では第1,
第４気筒の吸気通路９と、第2,第３気筒の吸気通路９と
をそれぞれ副吸気通路9a,9bで合流させ、この副吸気通
路9a,9aにそれぞれ２気筒に対応したタイミングバルブ1
8を設け、且つ副吸気通路9a,9aにはこれらの間を相互
に連通させる制御弁32′が設けてある。

また、タイミングバルブ18の回転軸23a′には、相互
に噛合する同一径の歯車35,35がそれぞれ取付けられる
とともに、一方の回転軸23a′には、クランク軸24に取
付けられた駆動プーリ25と同一径のプーリ23がベルト
26を介して連結されている。

なお、プーリ23と歯車35との間には進角機構22が取付
けてある。

さらに、各タイミングバルブ18の下流側の吸気通路９
には、それぞれ第５図（ａ）と同じ構成の遅開け解除弁
33が設置されている。

以上の如く構成された吸気制御装置は、第４図に示した
第２実施例と同様に制御され、同じ作用効果が得られ
る。

なお、上記実施例では、すべてタイミングバルブ18,1
8′,18″,18の遅開け制御の解除をエンジン1,1′の高
回転側でも行なう場合を例示したが、解除は低回転側だ
けであってもよい。

また、以上の実施例では、レシプロエンジンについて本
発明を適用した例について説明したが、本発明は、ロー
タリピストンエンジンについても同様に適用することが
できるものである。

《発明の効果》 以上実施例で詳細に説明したように、この発明に係るエ
ンジンの吸気装置によれば、エンジンの所定回転域でタ
イミングバルブの開時期を制御して、実質的な吸気開始
時期を遅延させることにより、負圧波が反転して戻るこ
とで得られる吸気充填増大効果を確保しつつ、しかもタ
イミングバルブの遅開け可変範囲の少なくとも低速側
で、遅開けを解除するので、遅開けタイミングと吸気時
期との大幅なズレが発生せず、ここれによる大幅なエン
ジントルクの低下を回避できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すエンジンの概略図、
第２図は第１図の要部断面詳細図、第３図は吸気弁とタ
イミングバルブとの開弁タイミングを示す図と、タイミ
ングバルブの遅開け制御とその解除とをエンジンの回転
数との関係で示した図である。第４図は同第２実施例を
示すエンジンの概略図、第５図（ａ）はタイミングバル
ブの解除手段の他の実施例の説明図、第５図（ｂ）は同
解除手段の作動の説明図、第６図は第４図の実施例エン
ジンの制御の状態説明図である。第７図は同第３実施例
を示すエンジンの概略図である。第８図は同第４実施例
を示すエンジンの概略図、第９図は第８図の実施例エン
ジンの制御の状態説明図である。 1,1′……エンジン、６……燃焼室 ９……吸気通路、11……吸気弁 18,18′,18″,18……タイミングバルブ 19,19′……バイパス通路、20……バイパス弁 22……進角機構 31……コントロールユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの燃焼室に連通する吸気通路の吸
   気ポートの上流側に設けられ、吸気開始時期を該燃焼室
   の吸気上死点より遅らせるタイミングバルブと、該タイ
   ミングバルブによる吸気開始時期遅延を解除する解除手
   段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手
   段と、該エンジン回転数検出手段の出力に応じて該タイ
   ミングバルブによる吸気開始時期遅延制御を所定回転域
   で行なう一方、該所定回転域の少なくとも低速側で該解
   除手段を作動させる解除制御手段とを備えたことを特徴
   とするエンジンの吸気制御装置。