JPS6285119A - 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】 （帝業上の利用分野） 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ｆｎ効
率の改善を図る場合には、次のような問題がある。エン
ジン回転数が低下ずろとピストンの下降速度が小さくな
り、従って発生ずる負千波が小さくなって１斗られる充
填率向−ｔｒ、効果も小さくなる。また、圧力波の伝播
は、音曲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助４・′の向」二効果をｉ−５るこ
とが困・ｚｌ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：ｊられる給ス溜
と、ンリノダと１亥給気溜とを連通する吸気通路に畏け
られ、クランク軸の回転速度と同一また：：１２分の１
の速度で回動する弁板を有する給気管制弁とを（＋ｆ！
ｉえ、該管制弁によってクランク軸の回転速度に応じて
／リンダと給気溜の連通を制御し、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） −役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３という）は、
次の関係式で表わされる。

す こ５−で、Ｎ：同調回転数（Ｂ＋ｍ）　、θＣ：有効開
弁明間（ｄ＋邪）、シ：吸気弁開ブｒ期間中の吸気系の
固有振動数（Ｈｚ）である。

有効開弁１ｇ１！ｉｆｌは、吸気弁の開弁期間を意味す
るものではなく、吸気が実際にシ１ｊンダ内に導入さレ
ル１１１　間！　アＱ、上記Ｔ７　ｆ）ｆＪ　ＩＴｆ５
５　１０７０１８　号！：　１３Ｍ　示された＋１η造
ては、給気Ｎ　ｆｌｉｌｌ介の聞［）′１期間は、吸気
弁の開力゛）ｇ１間の範囲内に含まれろようにな〕でい
るので、有効開弁期間は給気管制ゴＰが開いているとき
、となる。そして１、給気管制弁は、吸気弁が聞いてい
る期間内においで、エンジン回転数に応じて開弁タイミ
ングが変更されるようになっている。従って、この構ｙ
戊では、給気管制弁の開ブｒタイミングを回十云改に応
じて変更１１４す御することにより、負圧波の発生時期
をずらすことができるので、ある稈度幅のあるエンジン
回転数領域において圧力波による充填Ｊｖ−増人効果を
（）ろ、；とができろ。

しかし、上記開示された構造では、給気管制弁の開弁期
間は、エンジンの回転数の変化にかかわらず、常に吸気
イ←の聞・ｆｉ】期間に含まれているので、第（１）式
における１′ｊ′効開弁期間θｅは一定であり、゛よだ
系の周ｌ′ｉ振・′ＰＪＪ数νもまた一定である。従−
９て、充填率増大効果の琶トられる回転数領域は、上記
吸気弁の開弁期間に含まれる範囲での給気管制弁の開弁
タイミング変更によって得られる領域にとどまり、従っ
て十分に広い回転′Ｆｉ領域で充小効率増人効果を得る
ことができない。

また、上記構凸ては、低回転領域では、大きな負、千波
を生じさせるために、給気管、ｔ；ＩＩ弁の間ロタ・イ
ミンク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′Ｒゝが顕著とな
る。

さらに、上記の描ゐでは、有効開弁期間は実質的に、吸
気弁よりも開弁期間の小さい給気管制弁の開プｒ期間と
なるので給気管制弁が通路抵抗を増大させる結果となり
、特に高回転高負荷運転時において十分な吸気量を確保
することができない恐れがある。

（上記問題を解決するだめの手段） 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、該吸気ポート上流の吸気通路に設
けられ、１咳吸気通路を吸気ポートの聞［１時期よりも
後であって吸入上死点以降に聞き吸気開始時期を遅延さ
せる制ｊ卸する制ｉ１ＤブＦと、エンジンの低負荷時及
び高回転時に前記１１制御弁の遅延１．制御を解除する
解除手段と、前記制御ブ「よりも上流側の吸気通路に設
：すられ制イ卸介の開弁時に該１ｉｉ１　ｉ卸弁の下流
側で生じる吸気負圧波を反転させる反転部とを６ｉｆｉ
えている。そして、上記解除手段は、エンジンの低負荷
時及び高回転時に制御弁下流において、各気筒に通じる
独立吸気通路を丸いに連通ずることにより前記遅延制ｊ
卸を解除するようになったことを特徴とする。

本発明の制イ卸ブｒは、低回転高負荷運転時において吸
入上死点、即ち、ＴＤＣ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牌期に吸気の押し込
み効果を与えるようになっている。この場烏制御弁の開
弁時期は一定でも、或いは、エンジン回転数及びｆ＋荷
の変化に応じて、段階的または、連続的に変化さ住ろよ
うにしても良い。上記、：ｉｌ仰−パ？による吸気開始
時期の遅延：ｌ１ｌｌ　ｉ卸は、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。本発明に
よればこの解除手段は、制御弁をバイパスするバイパス
通路を設け、このバイパス通路を制御弁下流において各
気筒への独立吸気通路に接続し、低負荷時及び高回転時
には、バイパス通路に設けられたバイパス弁を開いて、
バイパス通路から吸気を導入するように構成される。ま
た、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、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、各気筒に共
通の吸気通路に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。

（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
、ｉｔ’制御弁が吸入上死点よりも遅く聞かれるように
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。

本発明によれば、高回転時においては、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
なることに鑑がみ、制御弁を介して行なわれる吸気導入
に加えて、他の経路からも吸気を導入するようにしで実
質的に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寿ることがてき、さらに充
填効率の改善を図ることかできる。

また、低負荷時ボ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、同様に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
おいて十分な吸気蚤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。

さろに、本発明の好ましい態様では、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
述の第（１）式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１尋ることができ、
異なる回転域の各々において、圧力波による所望の充填
効率増大効果を得ることができる。

（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のピ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及び排気ポート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、排気ポ
ート８に通じるように吸気通ｖｌｒ９、排気道’Ｊ’６
１０が形成される。そして、吸気ボート７には、吸気弁
１１が、排気ポート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
下流には吸気流遣を計里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クリバル
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との間に接続されている。ロー
タリバルブ１８の周壁には所定の回転位置で呂気筒の吸
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！−３−１−２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Ｉｌ１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Ｉ
Ｊ　／＼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とは同じ径を存しており、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１８Ｈ
の端部に取付けられ上記プーリ２３側のヘリカルギア２
７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
をロークリバルブ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２９の軸方向の位置を調整するために
、アクチュエータ３０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３
０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（ＨＭ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。従ってロークリバル
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クリバルブ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
タリバルブ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図と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１）るようにしている。そして、ロークリ
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１１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、ロータリバルブ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　
（ｒｐｍ）　　は、有効開弁期間θｅ　（ｄｅｇ）　　
及び吸気系の固有振動数ν（ｔｌｚ）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
果を辱ることかできる。

なお、エンジンの高回転領域では、制御弁自体が通路の
絞り効果を与えるものであるとともに上記のようにロー
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、高充填９の確保に対する弊害となる。

従って、本例では、高回転時には、アクチユエータ２０
ａ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実質的にロークリ
バルブ１８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、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、エンジンの比較的低回転でかつ低負荷時におし
）で、上記のようなロークリバルブ１８０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
的にロークリバルブ１８の遅延制御を解除するようにし
ている。

第５図を参照すれば、本発明の他の実施例が示されてお
り、本例では、ロークリバルブ１８の上流側の吸気通路
１３と各独立吸気通路９を連通ずるバイパス通路１９は
設けられておらず、ロークリバルブ１８の下流側におい
て、各独立吸気通路９を互いに連通させる連通路１９が
設けられている。従って、本例の構造では、バイパス弁
２０が開状態になると、互いに独立吸気通路が連通状態
になる。本例のエンジンの点火順序はｌ−３−４＝２で
あり、ロークリバルブ１８の開口部２１は、第１、第４
気筒に対するものと、第２、第３気筒に対するものがそ
れぞれ同じオリエンテーションになっている。従って、
ロークリバルブ１８は、第１、第４気筒、及び第２、第
３気筒に対してそれぞれ同じタイミングで開状態になる
ので、吸気弁１１とロークリバルブ１８の開弁タイミン
グは第６図に示すようになる。このため、バイパス弁２
０が開いて互いの独立吸気通路９が連通状態になってい
るときには、現に吸気行程を行っている気筒に対して、
第６図に矢印で示すように次に吸気行程を行なう気筒の
独立吸気通路９及び連通路１９ａを通して、吸気が供給
される。この吸気は、吸気行程の前半部分において導入
されるので制御弁の開弁タイミングが遅れ側にずらされ
ている場合であっても実質的に開弁期間が拡がり吸気不
足を解消することができる。

ナオ、以上の実施例では、レシブロエンジンニついて本
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、ロークリバルブの斜視図、第４図は、バルブの開弁
タイミングを示すグラフ、第５図は、本発明の他の実施
例に係るエンジンの概略図、第６図は、第５図のエンジ
ンのバルブタイミングを示すグラフである。 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・シリンタフロ
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、１９ａ・・・・・・連通路、２０・・・・
・・バイパス弁、２２・・・・・・進角機構、 ３１・・・・・・コントロールユニット。 第２図 １２ｂ　　　　　　１２ 第３図 第６図 ロータリーバルブ

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、エンジンの低負
   荷時及び高回転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
   ジンの低負荷時及び高回転時に制御弁下流の各気筒への
   独立吸気通路を互いに連通することにより前記遅延制御
   を解除するようになったことを特徴とするエンジンの吸
   気装置。