JPH0729223Y2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本考案は、多気筒の内燃機関に於て各気筒毎に個別の吸
気通路を有する吸気装置に関する。

〈従来の技術〉 例えば自動車用の内燃機関にあっては、低速回転域から
高速回転域まで広い範囲に亘り平滑であってかつ高い出
力トルクを得られると良いが、従来の気筒毎に１つの個
別吸気通路を有する内燃機関では、吸気通路の径及び長
さを、中速回転域の所望の回転速度にて慣性効果が最も
高くなるように設定していることから、低速回転域及び
高速回転域に於て出力トルクが低下しがちであった。

そこで、低速回転用吸気通路と、中高速回転用吸気通路
とを別途に設け、機関の回転速度に応じて吸気通路を切
換えることにより、内燃機関の低速及び高速回転域に於
ける吸気の充填効率の改善を図る技術が種々知られてお
り、特開昭61-252831号公報にはその一例が開示されて
いる。

このような構造では、例えば低速回転域では小径かつ長
寸な低速回転用吸気通路を用いて所望の低い回転速度に
て吸気慣性効果が高くなるようにし、高速回転域ではこ
れに加えて大径かつ短寸な高速回転用吸気通路をも用い
て、吸気流量を増大させると同時に慣性効果が高くなる
回転速度を所望の高い回転速度にシフトさせるものがあ
る。

しかしながら、上記構造でも慣性効果が高くなる回転速
度域が比較的狭いことから、特性の異なる２つの吸気通
路を用いるのみでは、例えば低速回転域や、吸気通路を
切換える回転速度域等に於ける出力トルクの落込みを必
ずしも改善することができなかった。

〈考案が解決しようとする課題〉 このような従来技術の問題点に鑑み、本考案の主な目的
は、単純な構造をもって内燃機関の低速回転域から高速
回転域まで広い範囲に亘り平滑であってかつ高い出力ト
ルクを得ることが可能な内燃機関の吸気装置を提供する
ことにある。

［考案の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本考案によれば、多気筒内燃機関に
於ける各気筒の吸気弁口と各気筒共通の吸気室との間に
互いに並列に延設された各気筒個別の低速回転用吸気通
路及び高速回転用吸気通路を有する内燃機関の吸気装置
であって、前記低速回転用吸気通路の中間部同士を互い
に接続する連通路と、前記低速回転用吸気通路の前記連
通路に対する各開口に設けられて当該内燃機関の運転状
況に応じて開閉制御される開閉制御弁と、当該内燃機関
の運転状況に応じて前記高速回転用吸気通路からの吸気
の供給を断続する開閉弁とを設けると共に、前記低速回
転用吸気通路に於ける前記吸気弁口と前記連通路開口間
の通路長と、前記高速回転用吸気通路の前記吸気弁口と
前記吸気室間の通路長とを略等しくしてなることを特徴
とする内燃機関の吸気装置を提供することによって達成
される。特に、前記各気筒の吸気弁口に設けられる吸気
弁が、運転状態に応じてその作動状態を低速モードと高
速モードとの間で可変し得る動弁機構により開閉駆動さ
れるようにすると良い。

〈作用〉 このようにすれば、低速回転用吸気通路のみの吸気慣
性効果を利用し得る状態と、低速回転用吸気通路同士
を互いに連通させて吸気脈動効果を利用して得る状態
と、低速回転用吸気通路の全長と高速回転用吸気通路
とを共に連通させて吸気流量を増大させ得る状態と、
低速回転用吸気通路と高速回転用吸気通路との実効長を
略等しくして互いの共振周波数を揃えた上で両通路を共
に連通させる状態とを、選択的に実現することができ
る。これにより、全回転域を４つの領域に分割してそれ
ぞれの出力トルクを向上し得るので、広範囲に渡る出力
トルクの平滑化が可能となる。特に高速域では、低速回
転用吸気通路と高速回転用吸気通路との実効長が略等し
くなるようにしたことにより、２つの吸気通路の脈動波
が干渉し合うことがなくなるため、吸気充填効率を最大
限に高めることができる。

更に、これに切換式動弁機構による出力トルク改善効果
を加えることにより、出力トルクの平滑化をより一層高
めることができる。

〈実施例〉 以下に添付の図面を参照して本考案を特定の実施例につ
いて詳細に説明する。

第１図〜第５図は本考案に基づく吸気装置及び内燃機関
の動弁機構の一部を示す。

直列４気筒からなる内燃機関の第１〜第４の各気筒には
高速回転用及び低速回転用の１対の吸気弁1a、1bが設け
られ、クランク軸の1/2の回転速度をもって回転するカ
ム軸２には、各気筒毎にベース円部3aと、低速用カム3b
と、高速用カム４とが設けられ、ロッカ軸８には、３本
のロッカアーム５〜７が互いに並列に枢支されている。
これらロッカアームの中間部には、前記ベース円部3a、
カム3b、カム４と係合するスリッパ面5a、6a、7aがそれ
ぞれ形成されると共に、左右両側方に位置するロッカア
ーム５、７の遊端部は、ロックナット10a、10bにより固
定されるタペットねじ9a、9bを介して吸気弁1a、1bのス
テム側遊端部に当接している。

良く知られているように、吸気弁1a、1bは、スプリング
リテーナ15a、15bを介してバルブスプリング16a、16bに
より閉弁方向に弾発付勢されており、カム軸２の回転に
伴い、左右のロッカアーム５、７を介して開閉駆動され
る。中央のロッカアーム６は、高速用カム４により駆動
されるが、シリンダヘッド11に於ける該ロッカアーム６
に対応する部分に設けられたリフタ12により常時高速用
カム４の摺接面に向けて弾発付勢されている。

次に、これらのロッカアーム５〜７の連携動作を達成す
るための動弁切換機構14について説明する。

第２図に良く示すように、各ロッカアーム５〜７には、
互いに整合するガイド孔17、20、21が設けられている。
一端に位置するロッカアーム５のガイド孔17は、閉塞さ
れた盲孔とされており、その内部にはピストン25が受容
されている。ガイド孔17の閉塞端は、ロッカアーム５に
形成された通路32及び中空ロッカ軸８に開設されたポー
ト33を介してロッカ軸８内部の油供給路30に連通してい
る。中央に位置するロッカアーム６のガイド孔20は貫通
孔とされており、その内部には該ガイド孔20の全長と略
等しい長さを有するピストン26が受容されている。他端
に位置するロッカアーム７のガイド孔21には、ストッパ
27が受容されている。このストッパ27は、概ね有底筒状
をなし、その内側とガイド孔21の底部との間に挾設され
た圧縮コイルばね28により中央のロッカアーム６に向け
て常時弾発付勢されている。

この動弁切換機構14によれば、油供給路30の油圧が低い
時にあっては、圧縮コイルばね28の付勢力により、ピス
トン25がガイド孔17内に、ピストン26がガイド孔20内
に、ストッパ27がガイド孔21内にそれぞれ位置すること
により、各ロッカアーム５〜７は、互いに独立して運動
し得る。従って、中央のロッカアーム６は、高速用カム
４により駆動され、リフタ12を繰り返し押し下げるのみ
の所謂ロストモーション運動を行うのに対し、ロッカア
ーム５は、そのスリッパ面5aがベース円部3aに摺接する
ことより吸気弁1aを閉じたまま休止状態とし、またロッ
カアーム７は、低速用カム3bにより駆動され、吸気弁1b
を低速モードで開閉駆動する。

油供給路30の油圧が高められると、圧縮コイルばね28の
ばね力に抗して、ピストン25がガイド孔20内に突入する
と共に、ピストン26をロッカアーム７のガイド孔21内に
向けて突入させる。従って、３本のロッカアーム５〜７
は互いに一体的に結合される。ここで、低速用カム3bに
対して高速用カム４のカムプロフィールが相対的に大き
いことから、ロッカアーム５、７も中央の高速用カム４
により駆動されるようになり、吸気弁1a、1bが高速モー
ドにより開閉駆動されるようになる。

一方、当該内燃機関の吸気装置は、内部に各気筒共通の
低速回転用吸気室43及び高速回転用吸気室44が隔壁42に
より郭成されると共に当該内燃機関の回転速度に応じて
駆動されるバタフライ弁からなる開閉弁45を備えたスロ
ットルボディ41を有している。また、隔壁48により互い
に区分された比較的小径であってかつ長寸（通路長L1）
の低速回転用吸気通路46及び比較的大径であってかつ短
寸（通路長L2）高速回転用吸気通路47が内部に郭成され
た第１通路体49が、各気筒毎にスロットルボディ41の下
流側に連結されている。この第１通路体49の下流端とシ
リンダヘッド11との間には、吸気通路46、47を各々対応
する吸気ポート40a、40bに連通させる第２通路体50が設
けられている。隔壁48の一部は、曲折する吸気通路47に
沿って第２通路体50に延長部48aとして設けられてい
る。

隔壁48の上流側端部は、スロットルボディ41内の隔壁42
に密着し、吸気通路46を吸気室43に、吸気通路47を吸気
室44に各々連結している。尚、第２通路体50の下流端に
は、低速回転用吸気通路46に向けて燃料を噴射するため
の噴射ノズル51が装着されている。

第１通路体49の中間部には、各気筒の低速回転用吸気通
路46に開口し、これら吸気通路を互いに連通するための
連通路52を郭成する通路体53が設けられている。また、
連通路52の各吸気通路46への開口部には、開閉制御弁54
が設けられている。この開閉制御弁54はアクチュエータ
55により駆動されるようになっている。アクチュエータ
55は制御ユニット56により制御される。制御ユニット56
は、高速回転用吸気通路47を開閉するための開閉弁45を
もアクチュエータ57を介して制御している。更に、制御
ユニット56は、当該内燃機関の回転速度を検出する回転
速度センサ58と、油圧コントローラ59を介して動弁切換
機構14とに接続されており、該ユニットは、開閉弁45と
吸気弁1aとが互いに連動するように、また当該内燃機関
の運転状況に応じて動弁切換機構14、開閉弁45及び開閉
制御弁54を駆動制御している。

以上のように当該内燃機関の４つの気筒は、第５図に良
く示すように、吸気室43、44から各々独立した低速回転
用吸気通路46及び高速回転用吸気通路47に接続されてお
り、更に低速回転用吸気通路46は中間部にて開閉制御弁
54が介装された連通路52により互いに選択的に連通可能
とされている。

次に、本考案に基づく吸気装置の作動の要領を第１図、
第５図及び第６図を参照して説明する。

内燃機関の低速回転域に於ては（第６図に示す回転
速度N1よりも低速側）、動弁機構を低速モードに設定し
てこのモードにて吸気弁1aを休止し、吸気弁1bのみを作
動させる。また、開閉弁45及び開閉制御弁54を共に閉じ
ることにより、吸気は専ら比較的小径であってかつ長寸
（通路長L1）の低速回転用吸気通路46を介して燃焼室に
至る。ここで、この低速回転用吸気通路46の通路長L1及
び通路径は、低い回転速度にて慣性効果が最大となるよ
うに設定してあり、その付近の回転速度で吸気の流速が
上がるようになっているため、第６図の曲線Ｉに示すよ
うなトルクピークとなり、それが活用される。このと
き、開閉弁45が閉じているときには吸気弁1aも休止する
ことにより、吸気通路46から吸気弁1bを介して燃焼室内
に充填された混合気が吸気弁1aを介して吸気通路47に逃
げることがない。

内燃機関の回転速度が増大してN1に達すると、吸気
通路46内の吸気抵抗により慣性効果が頭打ちとなり、出
力トルクは下降傾向を示す。このときに開閉制御弁54を
開くことにより、低速回転用給気通路46が他の気筒の低
速回転用吸気通路に連通路52を介して連通する。する
と、低速回転用吸気通路46に於ける慣性効果の関与する
通路長が、燃焼室への開口部から連通路52までの通路長
（L3）となり、比較的短くなることから慣性効果が最大
となる回転速度がやや高速側にシフトする。と同時に、
各気筒同士が連通路を介して互いに連通するため、脈動
効果によって吸気充填効率がさらに向上する。その結
果、第６図の曲線IIに示すようなトルクピークが出現し
回転速度がN1からN2までの間にあるときは（N1＜N2）そ
れが活用される。

そして、回転速度がN2に達したら、動弁機構を高速
モードに切り換えて両吸気弁1a、1bをこのモードにて作
動させ、同時に吸気弁1aに連動させて開閉弁45を開き、
開閉制御弁54を閉じる。すると、吸気は低速回転用吸気
通路46に加えて比較的大径であってかつ短寸（通路長L
2）の高速回転用吸気通路47からも燃焼室に至るように
なる。ここで、この高速回転用吸気通路47の通路長L2及
び通路径は、高い回転速度（N3以上）にて慣性効果が最
大となるように設定してあり、また動弁機構が高速モー
ドとなっていることから吸排気弁の開閉タイミングも高
い回転速度に合わせて設定されているため、中速回転域
（N2〜N3）では出力トルクが低下することが考えられる
が、吸気通路47の通路長L2よりも長寸な通路長L1の吸気
通路46により、吸入空気量の変化が中速回転域にて高速
モードの吸排気弁開閉タイミングに一致し、その結果、
第６図の曲線IIIに示すようなトルクピークが出現し、
回転速度がN2からN3までの間にあるときは、それが活用
される。

回転速度がN3に達したら、開閉弁45を開いたまま、
更に開閉制御弁54を開く。ここで、前記したように高速
回転用吸気通路47の通路長L2及び通路径は、高い回転速
度にて慣性効果が最大となるように設定してあるが、低
速回転用吸気通路46に於ける慣性効果の関与する通路
長、即ち燃焼室への開口部から連通路52までの通路長L3
は、吸気通路47の通路長L2に等しいことから、両通路に
於ける慣性効果が略均一となり、高い回転速度にて吸気
慣性効果が最大となる。その結果、第６図の曲線IVに示
すようなトルクピークが出現し、回転速度がN3以上のと
きは、それが活用されて内燃機関の出力トルクが高速回
転域にて最大となる。

尚、本考案は上記実施例に限定されず様々な応用が可能
であることは云うまでもない。例えば本実施例に於ける
開閉制御弁の開閉はショックを軽減するために徐々に行
うと良く、また所望に応じて内燃機関の空ぶかしや回転
速度が急激に変化するとき、或いは負荷が小さいとき等
には機械式可動部分の耐久性を向上するべく開閉制御弁
の開閉を禁止するようにしても良い。また、本実施例で
は開閉制御弁を略円形のバタフライ弁としたが、吸気通
路の通路抵抗とならないような適宜な形状として良い。

［考案の効果］ このように本考案によれば、全回転域が４つの領域に分
割されて各領域での出力トルクがそれぞれ向上する。し
かも高速域では低速回転用吸気通路と高速回転用吸気通
路との実効長が略等しくなるので、２つの吸気通路の脈
動波が干渉せず、吸気充填効率が最大限に高まる。従っ
て、広範囲に渡る高出力化が達成される。これに加え
て、切換式動弁機構を組み合わせることにより、出力ト
ルクの落ち込む領域が互いに補完されるので、出力トル
クのより一層の平坦化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に基づく吸気装置を具備する内燃機関の
一部の模式的断面図である。 第２図は動弁機構の一部を模式的に示す構成図である。 第３図は動弁機構の要部を示す断面図である。 第４図は第１図のIV-IV線についてみた図である。 第５図は本考案に基づく吸気装置の模式的構成図であ
る。 第６図は内燃機関の回転速度の変化に伴う動弁機構及び
吸気装置の切換えタイミングと共に内燃機関の出力トル
クの変化を示すグラフである。 1a、1b……吸気弁、２……カム軸 3a……ベース円部、3b……低速カム ４……高速カム、５〜７……ロッカアーム 5a、6a、7a……スリッパ面 ８……ロッカ軸、9a、9b……タペットねじ 10a、10b……ロックナット 11……シリンダヘッド、12……リフタ 14……動弁切換機構 15a、15b……スプリングリテーナ 16a、16b……バルブスプリング 17、20、21……ガイド孔 25、26……ピストン、27……ストッパ 28……圧縮コイルばね、30……油供給路 32……通路、33……ポート 40a、40b……吸気ポート 41……スロットルボディ 42……隔壁、43、44……吸気室 45……開閉弁、46、47……吸気通路 48……隔壁、48a……延長部 49……第１通路体、50……第２通路体 51……燃料噴射ノズル、52……連通路 53……通路体、54……開閉制御弁 55……アクチュエータ、56……制御ユニット 57……アクチュエータ、58……速度センサ 59……油圧コントローラ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】多気筒内燃機関に於ける各気筒の吸気弁口
   と各気筒共通の吸気室との間に互いに並列に延設された
   各気筒個別の低速回転用吸気通路及び高速回転用吸気通
   路を有する内燃機関の吸気装置であって、 前記低速回転用吸気通路の中間部同士を互いに接続する
   連通路と、前記低速回転用吸気通路の前記連通路に対す
   る各開口に設けられて当該内燃機関の運転状況に応じて
   開閉制御される開閉制御弁と、当該内燃機関の運転状況
   に応じて前記高速回転用吸気通路からの吸気の供給を断
   続する開閉弁とを設けると共に、 前記低速回転用吸気通路に於ける前記吸気弁口と前記連
   通路開口間の通路長と、前記高速回転用吸気通路の前記
   吸気弁口と前記吸気室間の通路長とを略等しくしてなる
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 【請求項２】前記各気筒の吸気弁口に設けられる吸気弁
   が、運転状態に応じてその作動状態を低速モードと高速
   モードとの間で可変し得る動弁機構により開閉駆動され
   ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項に記
   載の内燃機関の吸気装置。