JPS60156927A - エンジンの吸気装置 - 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】

（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方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５８−１．１９９１９
号）。 しかるに、これらの先行技術は、吸気慣性効果の利用に
よる出方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
聞届があり、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、吸気通路の長さを変更して同調範囲の拡大を
図るようにした機構にＪ３い“Ｃ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ボ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、吸気慣性効果が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ボー
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、最適の開弁時期
より遅く閉じるため、ピストンの上昇移動に伴って上昇
した燃焼空圧力が吸気ポート圧力より高くなって、燃焼
室内の吸気が吸気ボートに吹き返して充填効率が低下り
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、吸気ボート圧力が燃焼室圧力より十分に高く、ざ
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方向上が不十
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、
出方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

【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長さの変更との関係を考
慮して行われているものではなく、そのまま吸気通路長
さ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、各領域において大ぎ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、吸気通路長さの変更によって
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、この吸気通路長さ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づる
ことを目的とするものである。 （発明の構成ン 本発明の吸気装置は、吸気通路の長さをエンジン回転数
に応じて変更する通路長さ可変手段を設【プるとともに
、吸気弁の少なくとも開弁時期を変更するバルブタイミ
ング変更手段を設け、少なくとも前記吸気通路長さの変
更に対応して吸気弁のバルブタイミングを変更するよう
にし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、吸気通路長さの変更による吸気慣性効
果の同調範囲の拡大に加えて、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、各通路長さのエン
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Ｊ３いて出方向上が効果的に図れるも
のである。 （実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。 実施例１ 第１図畔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■−■線に沿う断面図である。 エンジン１の各気筒の燃焼室２には吸気ボート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。 上記吸気ボート３に連通ずる吸気通路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、燃料
噴射ノズル７０が配設されている。 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
づる通路長さ可変手段１３が＃ｌ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１
１の周方向に沿って形成されている。また、円筒状の回
転８１（’１４１２は内部空Ｉ刊がスロットル弁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１
２ａ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りる吸気通路７
の内壁面に接して各吸気通路を気筒ごとに独立させＣ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に連通ず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が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に回転部Ｏ―に支承さ
れる一方、軸部１２Ｇ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
開開制御Ｉづる吸気側動弁機構２２および排気弁６を開
開制御ｌ′１Ｊる排気側動弁機構２４が設りられている
。この吸気側動弁機ｕａ２２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
（＝Ｊ　ｆｆｌされている。 上記吸気側動弁１Ｍ８２２はエンジン１のクランクシャ
フト（図示せず）によつＣ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１〜２６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に相互に回転を許りよ
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
回りにロンド２８を介して揺動さけるアクチュエータ２
９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も前記制卸手段２７（コントロールユニッ
トンがらの制御信号によって駆動Ｉｌｊ御される。 上記アクチュエータ２９の作動によってロンド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（右回転）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の回転り向に対して遅れ側
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、実線で示ず低回転時に対して
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】ること
もできる。 上記制御手段２１には回転数センサー３１がらのエンジ
ン回転数信号および負荷センサー３２がらの負荷信号が
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、前記通路長さ可変手段１３によ
る吸気通路長さおよびバルブタイミング変更手段２３に
よる吸気弁５の１」弁時期を、吸気慣性効果が最大とな
る値に調整ｊるものである。 なお、第１図にａ３いＣ１３３はシリンダブロック、３
４はビス］−ンである。 」気配制御手段２１によるエンジン回転数に対りる回転
部月１２の回転による吸気通路長さのｆｆｊｌ制御、ｄ
３よび吸気弁５の開弁時期の制御特性を第４図に示づ。 まず、吸気通路長さ制御は基本的には」ニンジン回転数
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。 これに対し、吸気弁５の閉弁時期の制御は基本的にはエ
ンジン回転数の上置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
はど早い時期に閉じるものであって、設定回転数Ｎを越
えると通路長さの短縮に伴う同調による圧力上昇を有効
に利用ツるために閉弁時期が設定されるものである。 すなわら、上記吸気弁５の閉弁時期は、第５図に示ず特
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直前の吸気ボート
３の圧ツノと、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
ると吸気ボート圧力が燃焼室内圧より低くなり、燃焼室
２から吸気が吹き返りことになる。ぞし゛Ｃ１上記吸気
ボー１−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　ｉＪ３よび高回転時Ｃと回転
数が上ツ７りるにしたがって吸気慣性効果が向上しく振
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ｂＪ５
よび高回転時Ｃど回転数が上昇するにしたがつＣ負圧が
大ぎくなるとともに、ピストン３４が下降運動から上り
７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、吸気ボート圧力と燃焼室内圧と
が一致りる点１なわら吸気弁５を閉じる時期が、低回転
時１１中回転時■および高回転時■とエンジン回転数が
上昇リ−るのに伴って、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方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ｔ−３ａ、３ｂが間口し、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吸気ボート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は燃焼
室２の第１吸気ポート３ａに、第２吸気通路７ｂは第２
吸気ボート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１７ｉ１
　ｒＪ１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りるときと、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、７
ｂの通路長さを変更する通路長さ可変手段１３は前例と
同様に構成され、同−溝道には同一符号をイ・」シてい
る。 上記隔壁３５はｎ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ｒＪ］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７
ａ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、この場合にはこの量弁期間の
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焼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相として多量の吸気
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長さと吸気弁の閉弁
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
長さ可変手段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とによつｒｓ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、吸気通路長さおよび吸気弁の開閉時期を変更駆動
づる手段としては、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りる池、排気圧力に対応して作動り
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長さの制御は高負荷的の
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−
ｎ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（ブ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・・・・・・燃焼室３　、
３　ａ　、　３．ｂ　・・−・・・吸気ボート５．５ａ
、、５ｂ・・・・・・吸気弁 ７．７ａ、７ｂ・・・・・・吸気通路 ９・・・・・・サージタンク １３・・・・・・通路長さ可変手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）気筒に至る吸気通路長さを可変とする通路長さ可
   変手段を設け、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エンジン回転数の上昇に対
   応して吸気通路長さが短くなるように上記吸気通路長さ
   可変手段の駆動手段を作動制御ＩｒＪ−るようにしたエ
   ンジンの吸気装置においで、吸気弁の少なくとも閉弁時
   期を変更するバルブタイミング変更手段を備え、前記通
   路長さ可変手段による吸気通路長さの変動に対応してバ
   ルブタイミング変更手段を作動（る制御手段を設番）た
   ことを特徴とするエンジンの吸気装置。