JPS6282229A - 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、吸気通路内に生じる圧力波を利用して吸気を
行う吸気装置の改良に関する。

（従来技術） 従来から、吸気慣性、共鳴効果等、吸気の動的効果を利
用して、充填効率を高めこれによって高出力を確保する
ようにしたエンジンが提案されている。

しかし、吸気の圧力波による効果を利用して、充填効率
の改善を図る場合には、次のような問題がある。エンジ
ン回転数が低下するとピストンの下降速度が小さくなり
、従って発生する負圧波が小さくなって得られる充填効
率向上効果も小さくなる。また、圧力波の伝播は、音速
という一定の速度で生じるのに対し、圧力波による吸気
の押し込み効果が望まれるタイミングは、エンジンの回
転速度に応じて変化するため、広い回転数領域で圧力波
による充填効率の向上効果を得ることが困難である。

このような事情に鑑がみ、特開昭５５−１０７０１８号
公報には、吸気弁上流の吸気通路に設けられる給気溝と
、シリンダと該給気溝とを連通ずる吸気通路に設けられ
、クランク軸の回転速度と同一または２分の１の速度で
回動する弁板を有する給気管制弁とを備え、該管制弁に
よってクランク軸の回転速度に応じてシリンダと給気溝
の連通を制御し、広い範囲の回転数領域で吸気の圧力波
による充填率増大効果が得られるようにしたエンジンの
吸気構造が開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記特開昭５５−１０７０１８号公報に開示された構造
では、低回転領域では、大きな負圧波を生じさせるため
に、給気管制弁の開口タイミングを遅らせて吸気開始時
期を遅らせるようにしているが、このようにするとポン
ピングロスが大きくなり、低負荷時においては燃費に対
する悪影響が顕著となるという問題がある。

しかし、一方では、ポンピングロスが生じるような状態
ではエンジンの仕事量がその分増加し、発熱量が増加し
暖機が促進される。また、燃焼室へ導入される吸気流速
が増大し吸気が燃焼室壁へ衝突することにより吸気温度
が上昇し、撚機運転中の燃焼性を改善できる。従って、
始動時、暖機運転等においては、ポンピングロスを積極
的に利用することにより、暖機性能を向上させることが
できるものである。

従って、制御弁の開弁時期は、上記したような事情を考
慮してエンジンの運転状態に応じて、適正に制御される
ことが望ましい。しかし、特開昭５５−１０７０１８号
に開示された装置は、上記問題に対して、十分に対策さ
れておらず、従って、適正な吸気制御を達成することが
できないものである。

（上記問題を解決するための手段） 本発明は、上記問題を解決するために構成されたもので
、本発明の吸気装置は、エンジンの回転に同期して開閉
される吸気ポートと、該吸気ボート上流の吸気通路に設
けられ、該吸気通路を吸気ポートの開口時期よりも後で
あって吸入上死点以降に開き吸気開始時期を遅延させる
制御する制御弁と、少なくともエンジンの低負荷時に前
記制御弁の遅延制御を解除する解除手段と、前記制御弁
よりも上流側の吸気通路に設けられ制御弁の開弁時に該
制御弁の下流側で生じる吸気負圧波を反転させる反転部
とを備えている。そして、上記解除手段は、エンジンの
低負荷時であってもエンジン温度が所定温度以下である
場合には、作動しないよう、に、すなわち、制御弁の遅
延制御を解除しないように構成されたことを特徴とする
。

本発明の制御弁は、好ましくは、低回転から中回転及び
中負荷から高負荷運転時において吸入上死点、即ち、Ｔ
ＤＣよりも遅れて開かれこれによって大きな圧力波を発
生し吸気行程の終期に吸気の押し込み効果を与えるよう
になっている。この場合制御弁の開弁時期は一定でも、
或いは、エンジン回転数及び負荷の変化に応じて、段階
的または、連続的に変化させるようにしても良い。上記
制御弁による吸気開始時期の遅延制御は、エンジン温度
が所定温度以上では、低負荷時、及び高回転時において
は、解除されるようになっている。

この解除手段は、例えば、制御弁の開弁期間を吸気弁以
上に設定しておき、低負荷時、及び高回転時においては
、進角機構を用いて制御弁の開弁時期を吸気弁に合わせ
るように構成すればよい。また、各気筒用に設けられる
制御弁をバイパスするバイパス通路を設けるとともに、
このバイパス通路を開閉するバイパス弁を設け、低負荷
時及び高回転時には、バイパス弁を開くようにしてもよ
い。

さらに、制御弁下流側の各気筒用の独立吸気通路を互い
に連通ずるバイパス通路を設け、該通路にバイパス弁を
設置して、この弁を低負荷時、高回転時に開いて他の気
筒の吸気通路を介して吸気を導入するようにしてもよい
。また、本発明の吸気装置では、上記遅延制御の解除手
段は、始動時、暖機運転時等のエンジン温度が所定温度
以下であるような運転状態では、作動しないようになっ
ている。従って、エンジン温度が所定温度以下では、低
負荷運転時においても、引続き、制御弁による遅延制御
が行なわれることになる。さらに、本発明の装置は、制
御弁よりも上流側に、該制御弁の開弁時に下流側で生じ
た吸気の負圧波を反転させる反転部を備えている。この
反転部は、吸気通路に直接拡大部として、あるいは分岐
して一定の容積を有する容積部を形成することによって
構成しても良いし、発生する負圧波の位相が半波長ずれ
ているような気筒の吸気管同志を対向させるように連結
して構成することもできる。また、エアクリーナのクリ
ーンサイドを大きくすることによって構成しても良い。

（発明の効果） 本発明によれば、低、中回転の中高負荷運転時などでは
、制御弁が吸入上死点よりも遅く開かれるように制御さ
れ、吸気通路の制御弁下流側に大きな負圧波が生じ、こ
の負圧波は、吸気通路内を上流に伝播し、反転部で反転
して正圧波となり、この正圧波は反射波として下流に伝
播し吸気行程終期に燃焼室に吸気の押し込み効果を与え
る。この効果により、本発明に係るエンジンは高充填効
率を確保でき、従って、出力の向−上を図ることができ
るものである。

また、低負荷運転時においては、ポンピングロスが増大
し燃費に悪影響を与えることとなるので、エンジン温度
が所定温度以上、すなわち通常運転時では制御弁による
上記遅延制御を解除するようにしている。従って、本発
明によれば、高回転時において十分な吸気量を確保する
ことができるとともに、低負荷時の燃費低下も防止する
ことができる。

しかし、エンジン温度が所定温度よりも低いときには、
低負荷運転時であっても上記遅延制御を継続して行なう
ようにし、ポンピングロスを積極的に利用して、燃焼エ
ネルギの内部消費を高めるようにしており、これによっ
て、吸気の温度上昇を促進することができ、冷間時にお
ける暖機性能を向上させることができる。また、これに
よって、着火性を改善することができ、半失火等を防止
することができるので、燃費低下を抑えることができる
。

一般に吸気系に生じる圧力波による充填率増大効果が得
られるエンジン回転数（以下同調回転数という）は、次
の関係式で表わされる。

ここで、Ｎ：同調回転数（ｒｐｍ）　　、θｅ：有効開
弁期間（ｄｅｇ）　、シ：吸気弁開弁期間中の吸気系の
。

固有振動数（Ｈｚ）である。

そして、本発明好ましい態様によれば、高回転時におい
て、上記制御弁による遅延制御が、通路抵抗を増大させ
る結果むしろ弊害となることに鑑かみ、制御弁による遅
延制御を解除するようにしている。これによって、有効
開弁期間が拡がり、すなわち、上記第（１）式において
θｅが大きくなって通路抵抗が減少し、多量吸気導入が
可能となるとともに、このような運転領域において圧力
波の同調回転数が得られるような固有振動数を有するよ
うに吸気系を構成することにより、吸気の動的効果も併
わせで得ることができ、さらに充填効率の改善を図るこ
とができる。

さらに、本発明の好ましい態様では進角機構等を用いて
、エンジン回転、エンジン負荷等の運転状態に応じて制
御弁の開弁時期を遅らせることにより吸気開始時期を遅
らせこれによって有効開弁期間を制御するようになって
いる。すなわち、前す 転状態に応じて変更されるようになっている。この結果
、広い回転数領域で同調回転数を得ることができ、異な
る回転域の各々において、圧力波による所望の充填効率
増大効果を辱ることかできる。

（実施例の説明） 以下図面を参照しつつ、本発明の実施例につき説明する
。

第１図及び第２図を参照すれば、本例のエンジン１は、
４気筒エンジンであり、シリンダブロック２には４つの
シリンダボア３が形成され各シリンダボア３にはピスト
ン４が往復動自在に配置される。シリンダブロック２の
上方にはシリンダヘッド５が結合されており、シリンダ
ボア３のビストン上方部空間とシリンダヘッド５の下部
凹部とによって形成される空間は、燃焼室６を構成する
。

燃焼室６には、吸気ボート７及び排気ボート８が開口し
ており、シリンダヘッド５には該吸気ボート７、排気ボ
ート８に通じるように吸気通路９、排気通路１０が形成
される。そして、吸気ボート７には、吸気弁１１が、排
気ボート８には排気弁１２がそれぞれ組合わされる。ま
た、シリンダヘッド５には点火プラグ１２ａがその先端
部が燃焼室内に突出するように配置される。各気筒の吸
気通路９には、マニホルドが接続されこの接続部付近に
燃料噴射ノズル１２ｂが取付けられるとともに各吸気通
路９は上流で合流して主吸気通路１３が形成されさらに
上流に延びている。主吸気通路１３の上流端にはエアク
リーナ１４が設置され、エアクリーナ１４の下流には吸
気流量を計量するエアフローメータ１５が設けられると
ともに、その下流側には、吸気系で生じた負圧波を反転
させるための一定の容積を有する容積部１６が設けられ
る。さらに主吸気通路１３には、スロットル弁１７が配
置されるとともに、該スロットル弁下流の分岐部には、
第３図に示されるような筒状のロータリバルブ１８が回
動自在に配置される。分岐部下流の各気筒への吸気通路
９は、バイパス通路１９によって互いに連通されており
、該バイパス通路１９と各吸気通路９との接続部には、
バイパス弁２０がそれぞれ取付けられる。また、バイパ
ス通路１９の上流側は、主吸気通路１３の分岐部とスロ
ットル弁１７どの間に接続されている。ロークリバルブ
１８の周壁には所定の回転位置で各気筒の吸気通路９に
連通する開口２１が各気筒に対応してそれぞれ設けられ
ている。本例では点火が１−３−４−２の順で行なわれ
るので、互いの吸気の干渉を避けるため、第１及び第４
気筒に対する開口位置と、第２、及び第３気筒に対する
開口位置とをそれぞれ同じオリエンテーションで形成し
ている。第１図に示すように、ロータリバルブ１８の回
動軸１８ａは、進角機構２２を介してプーリ２３に接続
されている。プーリ２３は、クランク軸２４の端部に取
付けられた駆動プーリ２５にベルト２６を介して接続さ
れている。本例では、プーリ２３とプーリ２５とは同じ
径を有しており、従って、両者は同じ速度で回転するよ
うになっている。進角機構２２は、プーリ２３の回転軸
２３ａの端部に取付けられたヘリカルギア２７と、ロー
タリーバルブ１８の回転軸１８ａの端部に取付けられ上
記プーリ２３側のヘリカルギア２７に対向して配置され
るヘリカルギア２８と、両ヘリカルギア２７．２８に噛
合する調整駒２９とを備えている。調整駒２９はヘリカ
ルギア２７及び２８との噛合位置をロータリバルブ１８
の回転軸方向に変更できるようになっており、調整駒゛
２９が上記軸方向に移動して噛合位置が変化するとヘリ
カルギア２７．２８との相対回転位置が変わり、これに
よって、進角量が変化するようになっている。調整駒２
９の軸方向の位置を調整するために、アクチュエータ３
０が設けられており、このアクチュエータは、好ましく
は、マイコンを組み込んで構成されるコントロールユニ
ット３１からの命令信号によって作動するようになって
いる。本例ではコントロールユニット３１には、エンジ
ン回転数を表わす信号が人力されるようになっており、
コントロールユニット３１は、この回転数信号に応じた
進角量を決定し、アクチュエータ３０を介して進角機構
２２を駆動する。また、コントロールユニット３１はエ
ンジン負荷信号及びエンジン冷却水温信号°も入力され
るようになっており、コントロールユニット３１は、回
転数及び、負荷の値に応じ、バイパス弁２０のアクチュ
エータ２０ａに対して所定の運転領域では、バイパス弁
２０を開くように命令信号を出力するようになっている
。

以上の構造において本例ではロータリバルブ１８は、ク
ランク軸２４同じ速度で回転する。従ってロータリバル
ブ１８の開口２１が各気筒の吸気通路９に連通ずるタイ
ミングすなわちロータリバルブ１８の開弁期間は、各気
筒の吸気弁１１の開弁期間に対して対応するようになっ
ている。本例では、吸気弁１１が開いておりかつ、ロー
クリバルブ１８が開いている期間に実際に吸気が燃焼室
６内に導入されることになり、従って、この期間が有効
開弁期間となる。第４図を併わせで参照すれば、ローク
リバルブ１８の開弁期間は、エンジン回転数に応じて変
更されるようになっており、回転数が増大すると、図の
破線で示すようにロークリバルブ１８の開弁時期は吸気
弁１１の開弁時期に近づくように設定される。一方、エ
ンジンの低回転時には、ロータリバルブ１８の開弁時期
は進角機構２２の作動によって図に実線で示すように遅
れ側にずらされる。ロークリバルブ１８が開いたとき実
際に吸気が燃焼室６内に導入されることとなるが、この
開弁時において、ロークリバルブ１８の下流側には吸気
の負圧波が生じる。この負圧波は、吸気通路１３を上流
に伝播して容積部１６に到達する。容積部１６において
、負圧波は反転して正圧波となり吸気通路１３内を下流
側に伝播して最終的に燃焼室６に到達する。

本例では、この正圧波が吸気行程の終期に燃焼室６に到
達するように吸気系を構成しており、これによって、上
記正圧波による吸気の押し込み効果を利用して、吸気の
高充填効率を得るようにしている。そして、ロータリバ
ルブ１８の開弁時に生じる負圧波の振幅が大きい程、大
きな反転正圧波が生じ、結果として大きな充填効率増大
効果が得られることに鑑がみ、本例ではピストン速度が
遅く、従って、生じる負圧波が小さくなる傾向となる低
回転時において、ロークリバルブ１８の開弁時期を高回
転時よりも遅らせ、より大きな負圧波を形成するように
構成している。また、上記圧力波による充填率増大効果
が得られるエンジン回転数すなわち同調回転数Ｎ　（ｒ
ｐｍ）　　は、有効開弁期間θｅ　（ｄｅｇ）　及び吸
気系の固有振動数ν（Ｈｚ）との関数としてＮ＝θｅ・
ν／６として表わされるが、本例の装置では、進角機構
２２を用いて有効開弁期間θｅを回転数変化に応じて変
化させるようにしているので、広い回転数領域にわたっ
て同調回転数を得ることができ、この結果、低回転から
中回転にわたる広い回転数範囲で充填率増大効果を得る
ことができる。

なお、エンジンの高回転領域では、上記のようにローク
リバルブを遅れ側にずらすような制御を行なうと通路抵
抗が増大して、かえって高充填量の確保に対する弊害と
なる恐れがある。従って、本例では、高回転時には、ア
クチユエータ２０ａを作動させて、バイパス弁２０を開
き、バイパス通路１９からも吸気を導入するようにして
いる。

これによって、高回転において、吸気不足が生じるとい
った問題を解消することができる。さらに、エンジンの
低負荷時において、エンジン冷却水温が所定温度以上に
なっている場合には、上記のようなロークリバルブ１８
の開弁時期を遅らせるような制御を行なうと、ボンピン
グロスが増大し、燃費の悪化が顕著となるので、同様に
バイパス弁２０を開き、バイパス通路１９からも吸気を
導入して、実質的にロータリバルブ１８の遅延制御を解
除するようにしている。

しかし本例の装置では始動時、暖機運転時等のエンジン
の冷却水温が所定温度以下である場合には、低負荷状態
であってもバイパス弁２０を開かず、従って、ロークリ
バルブ１８による遅延制御を解除しないようにしている
。この結果、エンジン温度が低い場合には始動時、暖機
運転時等においても、ロークリバルブ１８は、遅く開か
れるため、ボンピングロスが生じることとなるが、この
場合には燃料の燃焼エネルギの外部仕事量が減り、その
代りに内部消費が増大し、エンジン温度を上昇させる結
果となる。また、このような状態の吸気導入では、吸気
流速が増大するので、吸気の燃焼室壁への衝突エネルギ
ーが増大する。この衝突エネルギは熱エネルギーに変換
されて、吸気温度を高めることとなり、エンジンの暖機
性能を向上させる結果をもたらす。また、吸気流速の増
大及び吸気温度上昇によって、燃料の気化、霧化及び吸
気との混合が促進されるので、着火性が向上し半失火等
が解消されるので、ボンピングロスによる燃費低下を抑
えることができる。

なお、本実施例では、レシプロエンジンについて本発明
を適用した例について説明したが、本発明は、ロークリ
ピストンエンジンについても同様に適用することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例に係るエンジンの全体概略
図、第２図は、第１図のエンジンの部分断面図、第３図
は、ロータリバルブの斜視図、第４図は、バルブの開弁
タイミングを示すグラフである。 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・シリンダブロ
ック、３・・・・・・シリンダボア、　　４・・・・・
・ピストン、５・・・・・・シリンダヘッド、６・・・
・・・燃焼室、９・・・・・・吸気通路、１０・・・・
・・排気通路、１３・・・・・・主吸気通路、１４・・
・・・・エアクリーナ、１５・・・・・・エアフローメ
ータ、１６・・・・・・容積部、１７・・・・・・スロ
ットルバルブ、 １８・・・・・・ロークリバルブ、１９・・・・・・バ
イパス通路、２０・・・・・・バイパス弁、２２・・・
・・・進角機構、３１・旧・・コントロールユニット。 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの回転に同期して開閉される吸気ポートと、該
   吸気ポート上流の吸気通路に設けられ該吸気通路を吸気
   ポートの開口時期よりも後であって吸入上死点以降に開
   き吸気開始時期を遅延させる制御弁と、少なくともエン
   ジンの低負荷時に前記制御弁の遅延制御を解除する解除
   手段と、前記制御弁よりも上流側の吸気通路に設けられ
   制御弁の開弁時に該制御弁の下流側で生じる吸気負圧波
   を反転させる反転部とを備え、前記解除手段は、エンジ
   ンの低負荷時であってもエンジン温度が所定温度以下で
   ある場合には、作動しないように構成されたことを特徴
   とするエンジンの吸気装置。