JPS60122227A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は吸入行程末期から圧縮行程初期にかけて過給を
行う過給機を備えた内燃機関の吸気装置に関する１、 〈背景技術〉 この種の過給方式を採用した内燃機関としては、例えば
特開昭５５−６９７２２号公報に示すようなものがある
。

これは、４サイクル機関における通常の吸入行程終了後
に過給機からの圧縮空気を気筒毎に追加供給するもので
、過給機としては追加分の供給ｈｔを扱えばよく、例え
ば１５０光の過給率を得ようとする場合、５０％分即ち
吸気量全体のｌ／３　の吐出容量を備えていればよい。

このものをルーツブロワ等を備えて機械的に吸気量の全
量を吐出供給する方式と比較した場合、過給機の小型＠
粗化。

コスト低減等の大きな利点が得られ、又、広く普及して
いる排気ターボ過給機によるものが低速で過給効果が得
られにくい特性であるのに比較すると、低速１’ｔど過
給効率が高くなるという点で、自動車用機関の場合出力
制御４行い易い特長を備えている。

ところで、このような従来の過給方式にあっては、通常
の吸気弁が介装される吸気通路と過給機が介装される過
給通路とは独立して設けられており、吸入行程下死点近
くで吸気弁が大略閉じた後、過給通路に介装された過給
弁を開いて高圧空気を過給し、圧縮行程の中ばで過給弁
を閉じるようにしている。

しかしながら、かかる構成では、機関の高速領域におい
ては吸気の慣性が大きくなっているにも拘らず吸気弁を
下死点付近で閉じるため、吸気の慣性効果による過給を
利用できず、過給機’ｆ：４Ｍえない機関よυも却って
出力が低下することがあった。

逆に高速領域での慣性効果を利用すべく吸気弁の閉時期
の遅れを大きくすると、慣性の小さな低速領域において
、過給通路からの高圧空気が低圧の吸気ボートに吹き返
しを生じ、十分な吸気充填効率が得られず出力低下を来
すことになる。

一方、％聞餡５７−７０９１４号公報にみられるように
気筒毎に２つの吸気弁を備えた機関において、２つの吸
気弁のｕ１時期を別個に設定すると共に、閉時期の遅れ
が大きい側の吸気弁が介装される吸気ボートに開閉弁を
設け、この開閉弁を低速域では閉じ、高速域では開くよ
うに制御するものがある。

このものでは、低速域では１つの吸気ボートから燃焼室
内壁に対し接線方向に流入する吸気流をオＵ用して燃焼
室内にスワールを大きく発生させることにより空気利用
率を高めて燃焼性改善を図る一方、高速域では２つの吸
気ホートラ開くことにより吸気通路抵抗を減少させて充
填効率を増大させて出方向上を図っている。

かかる機関の開閉弁下流側の吸気ボートに前記過給機に
接続され過給弁を介装した過給通路の出口を接続すれば
、吸気慣性の小さな低速域では吸気下死点近くまでは通
常の吸気導入によって充填効率を高めた上で、過給機に
よる過給が行え、吸気慣性の大きな高速域では開閉弁を
開くことによって吸気弁閉時期の遅れを大きくすること
により慣性効果を利用した過給を行うことができる。

ところが、特開昭５７−７０９１４号公報に示される機
関では第１図に示すように吸気弁開時期については２つ
の吸気弁の開時期を等しく設定しているため次のような
問題点を生じる。即ち前記過給機による過給を行った場
合、第２図（３）、■）に示すように吸気弁全同時に開
くと過給通路が接続されない側の吸気ポー）ＩＡ内正圧
力略大気圧に等しく過給される側の吸気ポー）ＩＢ内の
圧力より小さいため、開閉弁３下流側の吸気ボート１Ｂ
に接続された過給通路４から吸気ポー）ＩＢを経て燃焼
室５に流入する高圧空気のなかで、過給通路４が接続さ
れないｔ（すの吸気ポー）ＩＡに逆流する割合が大きく
なり、掃気効率を向上させる上で大きな障害となる。

〈発明の目的〉 本発明はこのような従来の実状に鑑みなされたもので過
給機から過給される高圧空気が燃焼室に流入する初ル」
において過給通路が接続されない側の吸気ボートの吸気
：ｆｆ’（ｉｌ−閉じておくことにより低圧の排気ボー
ト側へ吸気′ｔ−流入し燃焼室に残留する排気を効果的
に掃気できるようにし、もって実質的な新気の充填効率
全局めて出力、燃費を改善できるようにした内燃＠関の
吸気装置を提供することを目的とする。

〈発明の構成〉 このため、本発明は、気筒毎に複数個の吸気弁とこれら
吸気弁に至る複数個の吸気ボートと全備えた内燃機関の
吸気装置において、前記複数個の吸気弁のうち一部の吸
気弁は閉時期を圧縮行程途中に設定し、他の吸気弁は閉
時期を吸気行程下死点近傍に設定し、開時期は前記一部
の吸気弁の開時期より遅らせた時期に設定する一方、前
記一部の吸気弁に至る吸気ボートに機関運転条件に応じ
て開閉制御される開閉弁を介設し、かつ、該開閉弁下流
の吸気ボートに圧縮空気を供給する過給機を設けた構成
とする。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を説鴫する。

一実施例を示す第３図及び第４図において図示しない排
気ターボ過給機を備えた内燃機関の燃焼室１１には第１
．第２の２つの吸気弁１２Ａ、１２Ｂと２つの排気弁１
３Ａ、１３Ｂとが設けられている。

ｍｌ記第１及び第２の吸気弁１２Ａ、１２Ｂ並びに排気
弁１３Ａ、１３Ｂは、夫々に当接作動するカム１４　（
１４Ａ、１４Ｂ）並びに１５（１５Ａ。

１５Ｂ）に従動して開閉される。ここで第５図に示すよ
うに第１の吸気弁１２Ａ用の第１のカム１４Ａは、吸気
弁１２Ａの閉時期を大きく遅らせて圧縮行程半ば近くと
し、第２の吸気弁１２Ｂ用の第９早めて下死点近傍とす
るカム形状に設定しである。

また、排気弁１３Ａ、１３Ｂとのオーバラップ社を決定
する吸気弁１２Ａ、１２Ｂの一時期は第１の吸気弁１２
Ａの開時期を第２の吸気弁１２Ｂの開時期に比べてかな
り早め（ｌＯ程＃）となるように第１．Ｍｉ２のカム１
４Ａ、１４Ｂのカム形状を設定している。

一方、排気弁１３Ａ、１３Ｂの開時期は例えば下死点前
４０°〜５０°、閉時期は上死点ｌＯ〜２０°　と共に
等しくなるようにカム１５の形状全設定してあり、シた
がって、第１の吸気弁１２Ａとはオーバランプ量がかな
シ大きいが、第２の吸気弁１２とはオーバラッグ量が極
力小さくなるようにしである。

又、吸気通路１６は第４図（１３）に示すように、これ
ら吸気弁１２Ａ、１２Ｂに独立して夫々連通する第１．
第２の吸気ポート１５Ａ、１６Ｂを有し、排気通路１Ｔ
は排気弁１３Ａ、１３Ｂに独立して夫々連通する排気ポ
ート１７Ａ、１７Ｂｉ有する。

そして、１の吸気弁１２Ａに連なる第１の吸気ポート１
６Ａにバタフライ式開閉弁１８を介装する。

多気筒機関の場合、該開閉弁１８のシャフト１８Ａは各
気筒に亘って一軸に形成されており、該ンヤフ）１８Ａ
の一端にレバー１９を装着し、該レバー１９の先端部に
ダイヤフラム式アクチュエータ２０の出力ロット２０ａ
を固定している。ダイヤスラム式アクチュエータ２０は
出力ロット２０ａ゛を固定したダイヤフラム２０ｂによ
り一側に仕切られる圧力作動室２０ｃが過給圧導入管２
１′ｆ：介して排気ターボ過給機のコンプレッサ下流の
吸気通路１６に連通接続され、他側に仕切られる大気圧
室２０ｄＫはリターンスプリング２０ｅが介装される。

そして、コンプレッサによる過給圧が機関回転速度が急
増するインターセプト点付近の圧力に達すると、リター
ンスプリング２０ｅ’（ｉ）押しｍ白めつつ出力ロンド
２０ａが延出し、レバー１９の回動を介して各気筒の開
閉弁１８を閉から開に回動式せるようになっている。

又、本発明に係る過鈷を行う過給機としてのベーン式の
エアポンプ２２を設け、該エアポンプ２２の吐出口と前
記開閉弁１８下流の吸気ボー）１６Ａとをロータリ一式
のタイミング制御弁２３を介装した過給通路２４によっ
て接続する。エアポンプ２２は例えばカムグーリに連動
して機関駆動されるようになっている。エアポンプ２２
の吸入口と吐出１」とを接続したバイパス通路２５には
リリーフ弁２６を設ける。該リリーフ弁２６はエアポン
プ２２からの過給圧がルミ定値以上になると開弁して、
該過給空気金吸入口仙に還流することによシ過給圧全一
定値以下に保持するようにしている。

前記タイミング制御弁２３はカムシャフトのｌ／２の回
転速度で回転する弁体２３Ａに１８００対向して弁孔２
３ｍが設けられ、第５図に示すように該弁孔２３ａが第
２の吸気弁１２Ｂの閉じる吸気行程下死点近傍から第１
の吸気弁１２Ａが閉じる圧縮行程中途までの間だけ開と
なるように設定されている。

次に本実施例の作用を説明する。

機関回転速度が例えばｉ　ｃｔ　ｏ　ｏ　ｒｐｍ以下の
低速領域では、コンプレッサ下流の過給圧が小さいため
、アクチュエータ２ｏの出力ロット２０ａはリターンス
プリング２０ｅの付勢力によって最短長さまで引込まれ
ておｐｌこの状態で開閉弁１８は全閉となっている。

従って、吸入空気は、まず第２の吸気弁１２Ｂが開かれ
る吸気行程上死点近傍から同下死点近傍まで第２の吸気
ポート１６Ｂのみを通じて燃焼室１１内に供給され、燃
焼室１１内にスワールが大きく形成される。次いで、吸
気下死点から開となるタイミング制御弁２３にょクエア
ボンプ２２がら吐出される高圧空気が過給通路２４を介
して開閉弁１８下流の第１の吸気ボート１６Ａがら燃焼
室１１に過給される。この場合第５図に示すように、第
２の吸気弁１２Ｂが閉じる時点では、第１の吸気弁１２
Ａはまだ相当几リフトがあｐ（最大！Ｊ　７　ト１ｐｉ
８ｔａｎとすれば半分の４同局度）、過給のための高圧
空気は大きな抵抗を受けることなく速やかに充填される
。又、第２の吸気弁１２Ｂはエアポンプ２２からの過給
開始と略同時に閉じられるので、過給タデ気の第２の吸
気ボー）１６Ｂへの吹き返しを防止できる。

このように、当該低速領域では排気エネルギが小さいた
め、排気ターボ過給機の過給圧力は小さいが、慣性の小
さな吸入空気を吸入行程下死点近傍まで十分に導入した
上で、さらにエアポンプ２２によって圧縮行程半ばまで
過給が行われるので、排気ターボ過給機の過給不足を十
二分に補うことができ、高い充填効率が得られ出方を大
幅に高めることができるのである。

次に、第１の吸気弁１２Ａは前記したように排気弁１３
Ａ、１３Ｂが閉じる以前（てオーバーランプをもって島
き、かつ、第２の吸気弁１２Ｂよジ早く開くため、第２
の吸気弁１２Ｂが開く前に第１の吸気ボー）１６Ａ内の
高圧を気は、低圧側の第２の吸気ボート１６Ｂに逆流す
ることなく燃焼室１１内に残留している燃焼カスを排気
ボート１１Ａ、１７Ｂに押し出して効果的に掃気するこ
とができ、掃気効率を大幅に向上爆せこの１ｎｊがらも
新気の充填効率を高めて出方向上に寄与できる（第４図
（Ａ）、　（Ｂ）に掃気の流れを矢印で示す）。第１の
吸気ボー）１６Ａの容積は連邦の機関でれピストン上死
点でのトップボリュームよりも着干大きい程度のもので
あム第１の吸気ボート１６Ａ内に２気圧程度の幼気が保
持されていれば、燃焼ノｊんは殆んど掃気される。囚に
、圧縮上死点での燃焼室１１内容積は、例えは排気宛２
０００ｃｃ、圧縮比８の４気筒機関ノ場合、５００ｘ（
８−１）！＝；７１．４ｃｃであり、この部分に残留し
た燃焼ガスが掃気されたたけでも新気の充填効率は（５
００−４−７１，４）１５００Ｘ１００＝１１４となっ
て、１４％８度の向上をみることができる。

一方、機関回転速度が増大して１６００ｒｐｍを超える
排気ターボ過給機の過給圧が約２００　ｎａＩ（ｇ以上
に達すると、出力ロンド２０ａがストロークを開始して
、レバー１９が第３図で反時計回シに回動し、これにシ
ャフト１８Ａ′（ｉ：介して連結された谷気筒の開閉弁
１８が同方向に回動して開き始め、過給圧が３００ｎ■
程展に達すると全開となシ第１の吸気ボー）１６Ａを開
通させる。

このように、高速領域に移行して第１の吸気ボー）１６
Ａが開通すると、該第１の吸気ボート１６Ａと常時開通
されている第２の吸気ボート１６Ｂの双方から吸入空気
が供給されるため、通路抵抗が減少すると共に、第１の
吸気弁１２Ｂのみが開いている吸気行程下死点近傍から
圧縮行程半ばにかけては、高速回転により排気ターボ過
給機の過給圧が増大することに加えて慣性の増大により
、慣性効果な利用した過給も良好に行えるので、該過給
圧力はエアポンプ２２からの過給圧を上回り、吸気充填
効率を最大限にまで高めることができる。

又、２つの吸気弁１２Ａ、１２Ｂが吸気流によって冷却
され、かつ、点火栓からの火炎伝播距離が等しいこと等
によりホットスポットができにくく、ノンキング発生傾
向が減少するという、いわゆる４バルブ機関の特長を十
分に享有することができ、一方、前記慣性効果を利用し
た過給は外部からの仕事を受けないため、吸気温度の昇
温につながらずノンキング発生傾向を助長させることは
ない。

従って、高速領域においてはノッキングの発生を抑制し
つつ、可及的に吸気充填効率を筒めて出力を向上させる
ことができ、燃費の態化を防止できるのである。

又、掃気効率については、掃気作用は低速領域と同様で
るシ、かつ、高速領域では排気ターボ過給様及び慣性効
果によＱ過給圧か犬きく上昇するため低速領域にも勝る
掃気効率が得られる。

尚、本実施例は排気ターボ過給機を備えた機関に適用し
たため、低速領域で不足ブーる４ノド気タ一ボ過給機の
過給圧を袖って出力を同上させ、全速度領域に恒って出
力特性を確保できるが、おト気ターボ過給機を備えない
徐開にも適用できることは勿第６図（４）、ω）は不発
明の第２の実施例全示し、第１の吸気ボート１６Ａの入
口部分に設けたものである。このようにすれは燃焼室１
１周壁に沿って強い吸気のスワールを発生し、該スワー
ルによって残留掃気効率がより高められる。

第７図（４）、　（１３）に示す第３の実施例は前記第
２の実施例と同様の機能全もつシュラウド３２を第１の
吸気弁１２Ａ周縁部に設けたものであり、作用について
は同様であるので説明を省略する。

第８図ＩＡ、Ｂ（ｌ：１．第４の実施例を示し、第１の
吸気弁ｆ２ＡＫ隣桜する第１のＵト気弁１３Ａ′の閉時
期を第２の排気弁１３Ｂの閉時期より早めに設定するこ
とにより（第９図参照〕、第ｌの吸気弁１２Ａから尋人
される吸気を第１の吸気弁１２Ａがら遠い対角線方向に
ある第２の排気弁１３Ｂ方向へ導いて、掃気効率を高め
るようにしたものである。

又、第１の吸気ボー）１６Ａ入ロ部の第２の排気弁１３
Ｂに近い側にシュラウド３３　ｆｆ：設けることにより
、吸気がシュラウド３３両側の燃焼室１１を回り込んだ
後第２の排気ボー）１７Ｂへ流入するようにして掃気効
率をよ夕高めるようにしている。

第１０図は第５の実施例を示し、第４の実施例と同一の
吸・排気弁作動特性金偏えたものにおいて同様の機能を
もたせるため、第２の排気弁１３Ｂの第ｌの吸気弁１２
Ａに近い側にシュラウド３４を設けたものである。又、
第１の吸気弁の第２の排気弁に近い側にシュラウドを設
けても同様の機能が得られる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、気筒毎に複数個設
けられる吸気弁のうち一部の吸気弁の弁作動を、他の吸
気弁に比べて開時Ｍは早く、がっ、閉時期は遅くなるよ
うに設定する一方、該一部の吸気弁が介装される吸気ボ
ートに機関運転条件に応じて開目ｊする開閉ニアＦを設
け、開ｕ１弁下流の吸気ボートに過給機から圧縮空気を
過給する構成としたことにより、低速領域では過給機に
よる過給が効率良く行われ、高速領域では慣性全利用し
た過給が行われると共に、全通転領域に亘って燃焼室内
に残留する抽気全効果的に掃気してその分散気量全増大
させることにより充填効率を高めることができ、出力、
燃費の向上が著しく、かつ、高温な残留排気の掃気効率
向上に伴い、耐ノツキング性を向上させることができる
等、全般に亘って運転性能を向上づ−ることかできるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１１は先行技術の多弁式内燃機関における吸・排気シ
Ｐ特性を示す線図、第２図（元は同上機関の要部縦断面
図、同図（Ｂ）は、同じく要部横断面図、第３図は不発
明の一実施例の全体構成を示す断面図、第４図ω、　（
Ｂυユ同上実施例の作用を説明する帆 ための袋部断面図及び要部横断面図、第５図は同上実施
例の谷部の作動及び作用特性を示す線図、第６図■は、
本発明の第２の実施例を示す要部横断面図、同図色）は
同図（４）のＡ−Ａ断面図、第７図（元は本発明の第３
の実施例を示す懺部横断面図、同図（Ｂ）は同図船のＡ
−Ａ断面図、第８図（Ｎは本発明の第４の実施例を示す
要部横断面図、同図（Ｂｌは同図囚のＢ−Ｂ断面図、第
９図は第４の実施例の吸・排気弁の作動特性を示す線図
、第１０図＜Ａ）は本発明の第５の実施例を示す要部横
断面図、同図（Ｂ）は同図（４）のＢ−Ｂ断面図である
。 １１・・・燃焼室　１２Ａ・・・第１の吸気弁１２Ｂ・
・・第２の吸気弁　１４Ａ・・・第１の吸気弁用カム　
１４Ｂ・・・第２の吸気弁用カム　１６Ａ・・・第１の
吸気ボート　１８・・・開閉弁　２０・・・アクチュエ
ータ　２２・・・エアポンプ特許　出　願人　日産自動
車株式会社 代理人　弁理士　笹　島冨　二　雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気筒毎に複数個の吸気弁とこれら吸気弁に至る複数個の
   吸気ボートとを備えてなる内燃機関の吸気装置において
   、前記複数個の吸気弁のうち一部の吸気弁は閉時期を圧
   縮行程途中に設定し、他の吸気弁は閉時ル」を吸気行程
   下死点近傍に設定し、同じく開時期を前記一部の吸気弁
   よシ遅らせた時期に設定する一方、前記一部の吸気弁に
   至る吸気ボートに機胸運転条件に応じて開閉制御される
   開閉弁を介設し、かつ、該開閉弁下流の吸気ボートに圧
   縮草気全供給する過給機を設けた構成としたことを特徴
   とする内燃機関の吸気装置。