JPS60166706A - 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、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、吸気通路内に
生じる圧力波のうちで、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、いわゆる吸気慣
性効果により吸入効率を高めて出力の向上を図るという
手法は知られている。

この場合、例えばどのエンジン回転数で吸気慣性効果が
最も高くなるかは、吸気通路の長さおよび断面積によっ
て決まるため、一般には、出力上の要求に応じた例えば
特定回転数域で吸気慣性効果を高めるように吸気通路が
設定されているが、吸気通路の長さおよび断面積が固定
されている限り、上記特定回転数域以外では出力トルク
が低下してしまう。

このため、例えば特開昭５８−１１９９１９号公報に示
すように、吸気ボートに連通ずる２つの吸気通路のうち
の１つに開閉弁を設けてこの開閉弁を開閉作動する等に
より、吸気通路の実質的な断面積をエンジンの運転状態
に応じて切替式に変化させるようにした装置、あるいは
実開、［５７−１０４２７号公報に示すように、吸気通
路の途中に互いに長さが異なる分岐通路部を設けて、こ
れらの連通を弁装置で切替える等により、吸気通路の実
質的な長さをエンジン回転数に応じて切替式に変化させ
るようにした装置が開発されている。

これらの装置によると、例えば、所定回転数以下の低回
転領域では吸気通路断面積を小さくしまたは吸気通路長
を長くすることにより、この低回転領域内に吸気慣性効
果が最も高くなる吸気慣性同調回転数域を存在させると
ともに、所定回転数以上の高回転領域では吸気通路断面
積を大きくしまたは吸気通路長を短くすることにより、
この高回転領域内にも吸気慣性同調回転数域を存在さゼ
ることができる。従って広いエンジン回転数領域にわた
って吸気慣性効果を高めることができる。ただしこのよ
うにする場合、吸気通路の断面積または長さが切替えら
れる回転数域で、その切替に伴って出力が急に変化する
。加速時のエンジン回転数の上昇をスムーズに行わせる
ためには、このような切替の回転数域での出力の変化に
よるショックをできるだけ小さくすることが望まれる。

なお、吸気通路の断面積および長さが固定されている場
合の吸入効率改善手段としては、吸気弁のタイミングを
調整する手段が知られているが、この手段を、前述の吸
気通路の断面積および長さを切替える装置における対策
として着目したものはなかった。またこのように吸気弁
のタイミングを調整するだ（）では吸入効率の向上に限
界があるとともに、エンジンの運転状態の変化に応じて
吸気弁のタイミングを広範囲に調整することは機構的に
難しかった。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、吸気通路の断面積およ
び長さの少なくとも一方をエンジンの運転状態に応じて
切替式に段階的に変化させることにより広い運転領域に
わたって吸気慣性効果を高めることができ、しかも吸気
通路の断面積または長さが切替えられる運転領域で出力
が急に変化することを防止し、加速によるエンジン回転
数の上昇をスムーズに行わせることができる吸気装置を
提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、吸気通路の断面積および長さの少なくとも一
方を、エンジンの運転状態の変動に応じ゛て切替式に段
階的に変化させることにより吸気慣１性を調整する吸気
慣性調整手段を備え１＝エンジン１ の吸気装置において、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、上記吸気慣
性調整手段が切替作動される運転領域でその切替作動に
よる吸気慣性効果の変動に応じて吸気弁の少なくとも閉
弁タイミングを変更す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、上
記の切替作動が行われる領域で、吸気弁の少なくとも閉
弁タイミングの変更により吸入効率を適切に調整して、
出力の変化を抑制するように構成したものである。

（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個ずつの吸気ボート９゜１０
と排気ボー１〜１１．１２とが開口しており、これらの
ボート９〜１２が第１おＪ：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。

上記エンジン本体１に対する吸気系には、吸気通路の断
面積をエンジン回転数に応じて切替式にて２段階に変化
させるようにした次のような吸気慣性調整手段２０が設
けられている。すなわち吸気系には、図外のエアクリー
ナからスロットル弁２１を介して空気を導入するように
したサージタンク２２と、このサージタンク２２から各
シリンダ２別に分岐して前記両吸気ボート９，１０の連
通部１７に接続された分岐管２３とが具備され、この分
岐管２３には仕切壁２４によって第１吸気通路２５と第
２吸気通路２６とが区画形成されている。上記第２吸気
通路２６には開閉弁２７が設けられ、この開閉弁２７は
軸２７ａルバー２７ｂおよびロッド２７ｃを介して？ク
チュエータ２８に連結されている。このアクチュエータ
２８には、エンジン回転数センサ３１の検出信号を受け
る制御回路３０から制御信号が出力されている。

こうして、上記開閉弁が閉じられたときには、第１吸気
通路２５のみから前記両吸気ボート９．１０に吸気が供
給されることにより実質的な吸気通路ｖＪｉ而槓面小さ
くなり、また上記開閉弁２７が開かれたときには、前記
両吸気通路２５．２６から吸気が供給されることにより
実質的な吸気通路断面積が大きくなるようにしている。

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３
４．３６が配置され、各カム軸３４．３６にはカム３５
．３７が配設されている。そして、排気弁１５．１６は
カム３７によりタペット３８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４０によって作動のタイミングが変更可能
とされている。すなわら第２吸気弁１４に対しては、カ
ム軸３４を中心に回転可能な回動部材４１が装備され、
この回動部材４１の下部にタペット部材４２が保持され
ている。このタペット部材４２は、カム軸３４に設けら
れたカム３５と接触する上面４２ａがフラットに、下面
４２ｂがカム軸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４２ｂに第２吸気弁１
４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４１の上端突出部４３にはカム軸３４と平行
な制御ロッド４４が貫通し、この制御ロッド４４に制御
レバー４５が係合している。この制御レバー４５は、制
御ロッド４４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４６によって作動されるようにしてあり、この
アクチュエータ４６には制御装置としての前記制御回路
３０から制御信号が出力されている。

このような手段によれば、上記アクチュエータ４Ｇによ
り制御レバー４５および制御ロッド４４を介して回動部
材４１が回動されると、それに伴って上記タペット部材
４２とカム３５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
４１がカム軸３４の回転方向Ｘと同方面に回動されたと
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５ｎＮＪタイミングが早めら
れる。

このタイミング可変手段４０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。

＋ｆｉＪ記制御回路３０は、エンジン回転数検出信号に
応じ、予め設定された回転数域で吸気通路断面積を切替
式に変更するようにアクチュエータ２８を介して前記開
閉弁２７を制御するとともに、この吸気通路断ＩＤ１積
が切替えられる回転域でそれに応じて吸気弁の閉弁タイ
ミングを変更するように前記タイミング可変手段４０を
制御している。具体的には第４図のように吸気通路断面
積および閉弁タイミングが制御されている。寸なわら、
吸気通路断面積は線Ａで示ずように、エンジン回転数が
設定回転数Ｒ１未満のときに前記開閉弁２７が閉じられ
ることによって小さくされ、設定回転数Ｒ１以上となっ
たときに開閉弁２７が開かれることによって大きくされ
る。一方、閉弁タイミングは線Ｂで示すように、上記設
定回転数Ｒ１付近まではエンジン回転数が高くなるにつ
れて次第に遅らされるが、設定回転数Ｒ１およびその０
近の回転数域で吸気通路断面積の切替に対応させて所定
値だけ進められ、これより高回転側では再びエンジン回
転数が高くなるにつれて次第に進められる。

この吸気装置の作用を次に説明する。

先ず吸気慣性効果について説明しておくと、吸気行程で
ピストンが下降し始めるとシリンダ内が負圧となるとと
もに吸気弁直前に負圧波が生じ、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（ザージタンク２
２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反射波は正圧波となって吸気行程期間中にシ
リンダ側に返ってくる。この正圧波が吸気行程後半の適
正な時期に返ってくるようにすると、ＢＤＣ（ピストン
下死点）以後の時期にまで、吸気弁直前の圧ツノがシリ
ンダ内圧力より充分に高くなって吸入効率が高められる
。このような効果が吸気慣性効果と呼ばれ、この吸気慣
性効果は吸気通路の断面積および長さと関係し、かつエ
ンジン回転数等のエンジンの運転状態の変動によって変
化し、吸気通路の断面積および長さが一定であれば特定
のエンジン回転数で吸気慣性効果が最大となる。そして
この吸気慣性効果は出力トルクに影響を与える。

吸気弁の閉弁タイミングが固定されているとした場合に
、前記開閉弁２７を閉じて吸気通路断面積を小さくした
ときと、開閉弁２７を開いて吸気通路断面積を大きくし
だどきとにおけるエンジン回転数と出力トルクとの関係
は第５図に曲線りと曲線Ｅとでそれぞれ示したようにな
る。つまり吸気通路断面積が小さいときに（よ比較的低
い特定エンジン回転数Ｒ２で吸気慣性効果が高められて
出力トルクがピークとなり、この断面積に吸気通路が固
定されているど高回転側で出力が著しく低下する。一方
、吸気通路断面積が大きいときには比較的高い特定エン
ジン回転数Ｒ３で吸気慣性効果が畠められて出力トルク
がピークとなり、この断面積に吸気通路が固定されてい
る場合は低回転側で出力トルクが著しく低下する。そこ
で前記吸気慣性調整手段２０においては、上記両曲線り
、　Ｅの交叉点に相当する設定回転数Ｒ１で前記開閉弁
２７を作動させ、吸気通路断面積を変化させている。こ
れによってこの図に曲線Ｆで示すように、広い回転数領
域にわたって出力トルクが高められることとなる。ただ
しこのように吸気通路断面積を変化させるだけでは、こ
の切替が行われる設定回転数１（１付近で出力トルクが
急に変化し、加速によって上記設定回転数Ｒ１付近のエ
ンジン回転数域でショックを与える。

そこで吸気通路断面積が切替えられる回転数域では、前
述のように吸気通路断面積が大きくされるに伴って閉弁
タイミングが所定値だけ進められるようにし、さらに第
４図に示す゛具体例では、他の回転域でも閉弁タイミン
グが最適値に調整されている。つまり、吸気弁直前圧力
がシリンダ内圧力よりも高い間は圧力的に吸入が可能な
状態にあるため、吸気弁直前圧力とシリンダ内圧力とが
一致する時点で吸気弁を閉じることが吸入効率にとって
最適であるが、この最適閉弁タイミングはエンジン回転
数が高くなるにつれでぼれ側にずれ、かつ吸気通路断面
積が変わったときにも変化する。

従って上記のように閉弁タイミングを制御することによ
り、第５図に線Ｇで示すように、全体的に吸入効率が高
められて出力トルクが向上されるとともに、どくに吸気
通路断面積が切替えられる回転数域での出ツノトルクの
変化が抑制されることとなる。

また、全回転数領域にわたって吸気通路の断面積および
長さを固定したままで、吸気弁直前圧力とシリンダ内圧
力とが一致する時点で吸気弁を閉じるｊ；うにその閉弁
タイミングを調整しようとする場合には、閉弁タイミン
グを広範囲に変える必要があるが、このように閉弁タイ
ミング可変範囲を広くづることは機構的に非常に難しい
。これと比べ、吸気通路断面積の切替と併せて閉弁タイ
ミングの調整を行えば、吸気通路断面積が切替えられる
回転数域までエンジン回転数が上昇すると閉弁タイミン
グが所定値だ（］進み側に戻されるため、ｒ７Ｉ弁タイ
ミング調整範囲を小ざくすることができ、機構的にも右
利である。

なお、このような吸入効率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
ときにのみエンジン回転数に応じた吸気慣性の同調およ
びこれに対応させた吸気弁の少なくとも閉弁タイミング
の調整を行い、低負荷時にはボンピングロス低減等のた
め吸気慣性を同調させないように−ｊ１ｍｌシてもよい
。この場合、前記制御回路３０には、エンジン回転数セ
ンサ３１からの検出信号に加えて、第１図および第２図
に二点鎖線で示す負荷センサ３２からの検出信号を入力
させてお（プばよい。

第６図は本発明の第２実施例を示し、この実施例では、
吸気通路長さを切替式に２段階に調整するように吸気慣
性調整手段５０１ｆｉ　４Ｎ成されている。

すなわち、直線状のシリンダ２別分岐管５３を一体に連
設したケーシング５１の内部に、円筒状のサージタンク
５２が固定されるとともに、上記ケーシング５１に、上
記分岐管５３に連通する環状の吸気通路延長部５４がサ
ージタンク５２の外周に沿って形成されている。この吸
気通路延長部５４はケーシング５１の長さ方向に一定間
隔で設けられた図外の仕切壁により、各分岐管５３に対
応するようにシリンダ２別に区画形成されている。

上記サージタンク５２には、分岐管５３と吸気通路延長
部５４どの連通箇所に開口する開口部５５が設けられ、
この開口部５５と分岐管５３の上流端部との間には、制
御装置としての制御回路３０からの信号に応じて図外の
アクチュエータにより作動される切替弁５６が設番）ら
れている。そして、エンジン回転数が設定回転数未満の
ときには、上記１．ＩＪ　合弁５６が実線で示すように
上記間口部５５と分岐管５３との直接的な連通を阻止す
る位置に作動されて、サージタンク５２から吸気通路延
長部５４を経て分岐管５３に吸気が送られるようにし、
設定回転数以上では、上記切替弁５６が二点鎖線で示づ
ように上記間口部５５と分岐管５３とを直接連通させる
とともに吸気通路延長部５４の一端を閉じて、サージタ
ンク５２から分岐管５３に直接吸気が送られるようにし
ている。このようにして、実質的な吸気通路長が切替式
に変更可能となっている。吸気弁１４に対するタイミン
グ可変手段４０等の構造は第１実施例とほぼ同様である
。

このように吸気通路長を変えることによっても吸気慣性
効果を調整することができ、またこの場合も、吸気通路
長が切替えられる回転数域でこれに応じて吸気弁の少な
くとも閉弁タイミングを変更−づ゛ることにより、第１
実施例による場合と同様の作用が発揮される。

なお、本発明装置の具体的構成は上記実施例以外にも種
々前えられ、例えば吸気慣性調整手段は吸気通路の断面
積または長さをエンジン回転数等のエンジンの運転状態
に応じて３段階以上に切替えるよろにしてもよい。また
タイミング可変手段どしては、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、またはブツシュロッド式動弁機構に油圧等ぐ作動ツ
る動弁調整部月を介在さｕｌ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７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、エンジンの運転状態に応じて吸
気通路の断面積おにび長さの少なくとも一方を切替式に
変化させるとともに、この切替が行われる運転領域で吸
気弁の少なくとも閉弁タイミングを制す１１す′ること
により、この運転領域で出ノ］　ｌ−ルクが急に変化す
ることを防止している。このため、広い運転領域にわた
って出力を向上し、かつ加速による回転数上昇時に上記
の切替が行われる回転数域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図は本発明装置の第１実施例を示す垂直断面図、第
２図は第１図の■−■線に沿った断面図、第３図は吸、
刊気弁の開閉タイミングを示す説明図、第４図はエンジ
ン回転数に応じた吸気通路断面積おにび吸気弁閉弁タイ
ミングの制御例を示す説明図、第５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６図は第２実施
例を示す垂直断面図、第７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、１３．１４・・・吸気弁、２０
゜５０・・・吸気慣性調整手段、３０・・・制御回路、
４０・・・タイミング可変手段。 特許出願人　東洋工業株式会社 第　２　図 第　３　図 ん 第　４　図 法 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、吸気通路の断面積および長さの少なくとも一方を、
   エンジンの運転状態の変動に応じて切替式に段階的に変
   化させることにより吸気慣性を調整する吸気慣性調整手
   段を備えたエンジンの吸気装置において、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、上記吸気慣性調整手段が切替作動される運転領
   域でその切替作動による吸気慣性効果の変動に応じて吸
   気弁の少なくとも閉弁タイミングを変更するように上記
   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。