JPS60182312A - 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、どくに吸気慣性効
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、上記正圧波がシリンダ側に返ってくるタイミ
ングは吸気慣性効果を高めるための重要なファクターど
なるが、このタイミングは吸気通路の長さおよび断面積
と関係し、かつ特にエンジン回転数の変化に伴って変動
Ｊ゛る。このため一般には、出力上の要求に応じた特定
運転領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、上記特定運転領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１−に連通り−る２つの吸気通路の
うちの１つに開閉弁を設置ノでこの開閉弁を開閉作動す
る等により、吸気通路の実質的イ１断面積をエンジンの
運転状態（エンジン回転数、１ンジン負荷または吸入空
気硲）に応じて切替式に変化させるようにした装置、あ
るいは実開昭５７−１０４２７号公報に示１゛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運転状態（エンジン回転数）に応じ
て切替式に変化さけるに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ざくしまたは吸気通路長
を長く覆ることにＪ、す、この低回転領域内に吸気慣性
効果が極大どなる回転数域を存在さぼるとともに、所定
回転数取−りの高回転領域で覧ま吸気通路断面積を大き
くしまたは吸気通路長を知り１゛ることにより、この高
回転領域内にも吸気慣性効果が極大となる回転数域を存
在させることができる。従って広い−［ンジン運転領域
にわたって吸気慣性効果を高めることができる。

ところで、これらの従来装置では、吸気弁の開閉タイミ
ングを一定どしＩこ状ｒ１１４て・吸気通路の長さまた
は断面積を運転状態に応じて変化さｌるＪ：うにしてお
り、Ｊ：た吸気流速と吸入効眸′（ひいては出力）との
関係については特別に着目してい４にいが、後に実施例
の中で詳述するように、吸気慣性効果を高めるようした
状態でも吸気流速が変れば吸入効率が変化し、特定の吸
気流速で吸入効率が最大となる。そして、成る特定の運
転領域で吸気＋ｅｌ性効果を高めるようにするための吸
気通路の長さおよび断面積の設定の仕方は種々考えられ
るが、吸気流速は主に吸気通路断面積どエンジンの運転
状態とに依存Ｊ−るので、吸気慣性効果が最も高められ
る運転領域で必ずしも吸気流速が吸入効率にとって最適
になるとは限ら４Ｔい。とくに、単に吸気通路の長ざま
たは断面積を変化ざＵて吸気慣性を調整覆る構造では、
異なる複数の運転領域でそれぞれ吸気流速および吸気Ｗ
１竹をともに最適に調整することは困難である。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、相異なる少なくとも２
つの特定エンジン運転領域で吸気流速を最適とするとと
もに吸気慣性効果も最大に利用し、１１１力を大幅に向
上りることの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、吸気通路の少なくとも断面積をエンジンの運
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、エンジンの運転状態に応じて吸気慣性を調整づ
るとともに相異なる少なくとも２つの特定エンジン運転
領域で吸入効率にとって最適な吸気流速が得られるよう
にした吸気通路調整手段と、吸気弁の少なくども閉弁タ
イミングを変更可能にづるタイミング可変１段と１．上
記の最適な吸気流速が得られる各特定エンジン運転領域
で吸気慣性を最大に利用するように上記タイミング可変
手段を制御して吸気タイミングを補正する制御手段とを
設【Ｊたものである。つまり、エンジンの運転状態に応
じた吸気通路断面積の切替　５− 制御にＪ：る吸気慣性おＪ：び吸気流速の調整と、上記
タイミング可変手段を制御することによる吸気タイミン
グの補正とにより、相異なる少なくとも２つの特定エン
ジン運転領域で、吸気流速と吸気慣性とがともに最適に
調整されるようにしたものである。

（実施例） 第１図および第２図は本発明の第１実施例を示ず。これ
らの図において、１は複数のシリンダ２を備えたＪ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、ビストン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０゜１０
と排気ボート１１．１２とが間口しており、これらのポ
ート９〜１２が第１おＪ、び第２の吸気ブｉ’１３，１
４ど第１おにび第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　６− 両吸気ポー１−〇、１０は、シリンダヘッド４の側端部
（ｑ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
させるにうにした次のようｔ【吸気通路調整手段２０が
設けられている。リ−なわち吸気系にＩ：１、図外のエ
アクリーナからスロワ１〜ル弁２１を介して空気を導入
するにうにした号−ジタンク２２と、このサージタンク
２２から各シリンダ別に分岐して前記両吸気ボー１〜９
．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２／Ｉににつで第１吸気
通路２５ど第２吸気通路２６とが区画形成されている。

−１−間第２吸気通路２６には開閉弁２７が設【）られ
、この開閉弁２７は軸２７ａルバー２７ｂおよびロッド
２７Ｇを介してアクチュエータ２８に３１！結されてい
る。このアクチー１エータ２８には、エンジン回転数セ
ンザ３１の検出信号を受Ｇ−Ｊる制御回路３０から制御
信号が出力ｉｓれでいる。こうして、上記開閉弁が閉じ
られたどきには、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」；り実質的
な吸気通路断面積が小さくなり、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
くなるようにしでいる。

この吸気通路調整手段２０においては、エンジン回転数
が設定回転数未満のどき上記開閉弁２７が閉じられ、設
定回転数以上のとき開閉弁２７が聞かれるように、制御
回路３０によって開閉弁２７の作動が制御されている。

そして、この切替作動によって後に詳述するＪ、うに相
異なる２つの特定エンジン回転数で吸気流速が吸入効率
にとって最適となり、かつ吸気慣性効果が与えられるよ
うに、上記の２段階の吸気通路断面積ど吸気通路長とが
予め設定されている。

また、前記吸、排気弁１３〜１６に対づる動弁機構どし
て、シリンダヘッド４上にはクランク軸（図示Ｕ′ず）
によって回転駆動される吸気弁用ど排気弁用の各カム軸
３４．３６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１５．１
６はカム３７によりタペット３８を介して一定のタイミ
ングぐ開閉され、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。すなわち第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
りられた力１１３５と接触する下面４２ａがフラッ１〜
に、下面４２ｂがカム軸を中心どづ′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１４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ど平行な制御ロッド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４９− ４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（ｊ【）られたアクチュエー
タ４６によって作動されるようにし一ζあり、このアク
チコ■−タ４６に（ま制御手段としての前記制御回路３
０から制御信号が出力されでいる。

このような手段によれば、上記アクヂ１ニ［−タ４６に
より制御レバー４５および制御ロッド４／１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と同方向に回動され
たときには上記開閉タイミングが罪らされ、これと逆の
方向に回動されたときには上記開閉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図に示ザ
ように、排気弁１’５．１６および第１吸気弁１３がそ
れぞれ所定のタイミングひ開閉されるのに対し、第２吸
気弁１４は第１吸気弁１３と＝　１０− 同−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にに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。　−でして前記制御回路３０により
、後に詳述り−るように、吸入効率にとって最適な吸気
流速が冑られる各特定エンジン回転数で吸気慣性効果が
最大に利用されるにうに閉弁タイミングが制御されてい
る。

次にこの吸気装置の作用を、第４図乃至第７図を利用し
て説明する。

第４図は、横軸をクランク角と１ノで、後に詳Ｊするよ
うな吸気慣性同調状態にお【ノるシリンダ内圧力の変動
特性と、吸気作用により発生する負圧波、該負圧波に伴
う反射波の各変動特性、ｄ３　Ｊ：び上記負圧波と反射
波の合成圧力、すなわち吸気通路にお（プる吸気弁直前
の圧力の変動特性を示す。

、ト記シリンダ内圧力はこの図に曲線Δで示Ｊ゛ように
、吸気弁開弁時点ＩＣ後のＴＤＣ時夏気から次第に低下
し、ビス１ヘン手降途中で負圧がピークとな　１１− ってから次第に圧力上昇して、＋３　Ｄ　ＣＩｌ＆点を
過ぎてから正圧どなる。一方、吸気行程でのビストンの
下降運動により吸気弁直前にはこの図に曲線Ｂで示り一
負斤波が生じ、この負圧波が吸気通路内を伝播し、吸気
通路の一１ニ流側開放端（ザージタンク２２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
射波は曲線Ｃで示ＩＪ：うに正圧波となってシリンダ側
に返ってくる。また第２反射波は曲線りで示ずように負
圧波となって返ってくる。これらの曲線Ｂ、Ｃ，Ｄで示
ず圧力波を合成した−６のが、吸気弁直前の圧力（曲線
「）となる。そして吸気通路自体による吸気慣性同調状
態とは、この図のＪ：うに、吸気弁直前での第１反射波
の波形が、ＴＤＣとＢＤＣとの中間点イ１近から現われ
始めてＱ　Ｄ　Ｃを過ぎた特定時点でピークと２ｉす、
この第１反射波によって吸気通路自体による吸気慣性効
果が高められる状態をいう。つまり吸気弁直前圧力がＢ
　Ｄ　Ｃ１ｍの適正時ＩＩＩに１１１人限大島められて
、吸気慣性効果にとって最適な特性どなる状ｆｆｆｌを
いい、この状態では燃焼室容積が　１２− 人さいＦ３ＤＣおＪ：びそれ以後の時期まで、曲線Ｅで
示す吸気弁直前Ｌ（力がシリンダ内圧力より充分大きく
なってシリンダ内に吸気を多く流入ざゼることができ、
吸気慣性効果を高めることができる。

第１反射波が返ってくるタイミングが上記同調状態より
遅れると、吸気弁直前の圧力上昇が遅れてＢＤＣ付近で
のシリンダ内圧力との圧力差が小さくなるため吸入効率
が低下づ−る傾向を生じ、また上記タイミングが同調状
態より早くなると、第２反射波にＪこる影響で吸気弁直
前圧力のピーク値が低下するためやはり吸入効率が低下
する傾向を生じる。また、ＩＣは吸気弁の最適閉弁時期
を示しており、この時期はＢＤＣ以後であって、吸気弁
直前圧力とシリンダ内圧力とがほぼ一致覆る時期であり
、このように閉弁時期を設定Ｊ−れば吸気慣性効果が最
も有効に発揮されて吸入効率が高められる。

このＪζうな吸気慣性効果は、吸気通路の断面積および
良さと関係するとともに、特にエンジン回転数に応じて
変化し、この吸気慣性効果は出カド　１３− 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
路断面積を小ざくした場合と、開閉弁２７を開いて吸気
通路断面積を大きくした場合とにおけるエンジン回転数
と出力Ｉ〜ルクとの関係は第５図に曲線Ｆと曲線Ｇどで
ぞれぞれ示したＪ：うになる。つまり吸気通路断面積を
小さくした場合には、比較的低いエンジン回転数領域で
吸気慣性が同調して出力が高められるが、高回転側で出
力が著しく低下する。一方、吸気通路断面積を大きくし
た場合には、比較的高いエンジン回転数領域で吸気慣性
が同調して出力が高められるが、低回転側で出力Ｉ・ル
クが著しく低下する。そこで前記吸気通路調整手段２０
により、十記両曲線Ｆ。

Ｇの交叉点に相当する設定回転数Ｒ３で前記開閉弁２７
を作動させて吸気通路断面積を変化さぼれば、この図に
曲線Ｈで示すように、広い回転数領域にわたって出力が
高められる。

第６図は吸気慣性同調状態での吸気流速とエンジンの体
積効率（吸入効率）との関係を示し、こ　１４　− の図では低回転時の１−記関係を曲線Ｉで、中回転時の
上記関係を曲線Ｊで、高回転時の上記関係を曲線にでそ
れぞれ表わしている。これらの曲線Ｉ。

Ｊ、にで示すように体積効率は吸気流速に影響され、特
定の吸気流速（最適吸気流速）■で体積効率が最大どな
る。つまり、吸気流速が大きくなるほど前記第１反０４
波の振幅が大きくなり、これによっても吸気慣性は高め
られるため、ある程度までは吸気流速が人ぎ＜＜ｒるに
つれて体積効率が大きくなるが、ある程度以上吸気流速
が大きくなると吸気抵抗の増大による影響が強くなって
体積効率が低下する。そしてエンジン回転数が変化しτ
も、体積効率が最大となる最適吸気流速■はほぼ一定（
゛ある。一方、低回転時に最適吸気流速Ｖが得られるよ
うに吸気通路断面積を設定した場合と、高回転時に最適
吸気流速■が得られるようにした場合とｔこつき、エン
ジン回転数の変動に伴う吸気流速および体積効率の変化
はそれぞれ曲線り、Ｍで示ＪＪ：うになる。つまり、エ
ンジン回転数が高くなると吸気流速が大きくなり、また
吸気通路前　１５− 面積が大ぎ＜　”（ると吸気流速が小さくなる。従って
、吸気通路断面積が一定であると一つの特定回転数域以
外では吸気流速が最適値からずれるが、設定回転数未満
では吸気通路断面積を小さくし、設定回転数以上で吸気
通路断面積を大きくすれば異なる二つのエンジン回転数
域で最適吸気流速Ｖが得られる。

このように、吸気通路断面積を変えることにより吸気慣
性効果および吸気流速を調整することができる。この場
合、吸気慣性効果は吸気通路長にも関係するので、例え
ば前記開閉弁２７を閉じて吸気通路断面積を小さくした
とぎに最適吸気流速Ｖ　／Ｊｔ得られる低回転側の特定
回転数域で吸気慣性も同調覆るように、予め吸気通路長
を適正に設定しでおくとともに、吸気弁の閉弁タイミン
グをこの特定回転数域での最適タイミングにしておくこ
とにより、この特定回転数域で吸入効率が最大限に高め
られる。ただし吸気弁の閉弁タイミングを　）一定とし
てこのように設定しておくと、前記開閉弁２７を開いて
吸気通路断面積を大ぎくしたとき　１６− に最適吸気流速■が得られる高回転側の特定回転数域で
は、低回転側の特定回転数域と比べてシリンダ内圧力の
変動特性等がずれるため、吸気弁の閉弁タイミングが最
適値からずれ、吸気慣性効果が最大限に利用されなくな
る。

そこで制御回路３０においては、第７図に示すように、
低回転側の最適吸気流速が得られる特定回転数（この図
に符号Ｒ１で示す）における閉弁タイミングＩＣ１と、
高回転側の最適吸気流速が得られる特定回転数（この図
に符号Ｒ２で示す）にお【ノる閉弁タイミングＩＣ２と
を異ならＶｌこの各特定回転数Ｒ＋　、　Ｒ２”Ｃそれ
ぞれ閉弁タイミングを最適にして吸気慣性効果を最大限
に高め、出力を向上するようにしている。さらにこの図
に示す例では、上記各特定回転数Ｒ１，Ｒ２以外でも出
力の低下をある程度補うように閉弁タイミングを調整し
ている。つまり、前記設定回転数Ｒ３付近まではエンジ
ン回転数が高（なるにつれて次第に閉弁タイミングを遅
らせ、設定回転数Ｒ３付近で吸気通路断面積の切替に対
応させて閉弁タイ＝　１７− ミンクを所定値だ番プ進め、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閉弁タイミン
グを遅らＵ゛ている。

なお、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、トのどきにの
み上記のようなエンジン回転数に応じた吸気通路断面積
および吸気弁閉弁タイミングの調整を行うようにしても
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
入力させておけばよい。

また、上記実施例において吸気通路調整手段２０は、吸
気通路長を一定として吸気通路断面積のみを２段階に変
化させるようにしているが、エンジンによって必要とあ
れば、異なる長さの経路を切替弁で選択的に開通させる
ような構造等によって吸気通路長も変更可能とし、吸気
通路断面積の切替えに応じて吸気通路長を変化さけるよ
うにしてもよい。また吸気通路断面積（および吸気通路
　１８− 長）を３段階以上に変化させるようにしてもよい。

タイミング可変手段の構造１つ上記実施例に限定されず
、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で作動
する動弁調整部材を介在さぽ、あるいはクランク軸とカ
ム軸ど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Ｊることができる。そして立体カム等を
用いる場合に、第８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１〜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、エンジン運転状態に応じて吸気
通路の少なくとも断面積を切鰭式に変化させて吸気慣性
および吸気流速を調整するとともに、吸気弁の少なくと
も閉弁タイミングを制御することにより、相異なる少な
くとも２つの特定エンジン運転領域Ｔ″イれぞれ、吸気
流速が吸入効率にとって最適となり、かつ吸気慣性も最
大限に利用されるようにしているため、出力を大幅に向
上することができるものである。

　１９−

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明装置の一実施例を示す垂直断面図、第２
図は第１図の■−■線から見た底面図、第３図は吸、υ
１気弁の開閉タイミングを示す説明図、第４図はシリン
ダ内圧力および吸気弁直前の各種圧力波の特性図、第５
図は吸気通路断面積の切替制御を行った場合のエンジン
回転数と出力トルクとの関係を示す説明図、第６図は種
々のエンジン回転数にお【プる吸気流速と体積効率との
関係を示す説明図、第７図はエンジン回転数に応じた吸
気弁閉弁タイミングの制御例を示づ説明図、第８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
・・・吸気通路調整手段、３０・・・制御回路、４０・
・・タイミング可変手段。 　２０− Ｃ）Ｅ口龜檗 Ｃ （褐テロ咽業 Ｙ（≦猟やＬさい＋４ （−叩＼己！眉藝蒸−純 ＼− Ｙ−嬌零ｇ謂−４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、吸気通路の少なくとも断面積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
   、エンジンの運転状態に応じて吸気慣性を調整Ｊ′ると
   ともに相異なる少なくども２つの特定Ｊンジン運転領域
   で吸入効率にとって最適な吸気流速が得られるようにし
   た吸気通路調整手段と、吸気弁の少なくとも閉弁タイミ
   ングを変更可能にりるタイミング可変手段と、上記の最
   適な吸気流速が得られる各特定エンジン運転領域で吸気
   慣性を最大に利用するように上記タイミング可変手段を
   制御して吸気タイミングを補正する制御手段とを設（プ
   たことを特徴とするエンジンの吸気装置。