JPS6388219A - 内燃機関の過給装置 - 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〕 本発明は内燃機関の過給装置に関するもので、特に各気
筒当り複数の吸気通路を有する内燃機関のシリンダ内に
吸入する吸入空気の過給手段として有用なものである。

〔従来の技術〕

従来より、内燃機関には吸入空気の体積効率を高めるた
めに多量の吸入空気が吸入される過給システムが望まれ
ている。そのため、現在では、排気ガス駆動ターボ過給
機（ターボチャージャー）と機械駆動容積型過給機（ス
ーパーチャージャー）・とが用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ターボチャージャーでは高速域において
かなりの過給効果が得られるものの低中速域ではタービ
ンを駆動させる排気エネルギが小さいため過給効果は小
さく、ターボラグという応答性の問題がある。

また、スーパーチャージャでは、吸気系の途中に設けら
れた容積型コンプレッサを内燃機関によりメカニカル駆
動させ、エンジン本来の吸入空気量に出力向上骨の空気
量を加えた空気量をコンプレッサーが吐出することによ
り、低中速域から過給効果が得られる。

従って、コンプレッサー容積が大きくなるため、体格が
大きくなり過給効果に対する動力損失が大きいという問
題がある。

本発明は以上の様な問題点に鑑みてなされるもので、内
燃機関の本来の吸入空気量に対し、出力向上骨の空気量
を外部から二次空気として付加供給することにより、吸
入空気体積効率を全ての回転域において向上させること
ができ、コンプレッサは出力向上骨の空気量を供給する
動力で済む動力損失の少ない内燃機関の過給装置を提供
することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するために本発明では次のような技術的
手段を講じた。

本発明は、各気筒当り複数の吸気バルブを有する内燃ｊ
ａｌであって、各気筒に連通ずる吸気通路は各々吸気バ
ルブに対応して複数系統化されていて、内燃機関の駆動
力を受けて大気中より二次空気を吸入して圧縮吐出を行
なう圧縮機と、この圧縮機から吐出された二次空気を吸
気通路の一系統側に供給する脈動波発生装置と、吸気通
路の二次空気の合流部の上流側に設けられる開閉弁とを
備えている。

前記脈動波発生装置は、ハウジングと、このハウジング
内に軸支され、内燃機関の駆動力を受けて回転するロー
タと、圧縮機から吐出された二次空気をハウジング内に
導く吸入ポートと、ハウジング内に導かれた二次空気を
吸気通路の一系統側に導出する吐出ポートと、この吐出
ポートから導出される二次空気が吸気弁開口期間内に内
燃機関のシリンダ内に流入するようにロータの回転によ
り吸入ポートと吐出ポートとの連通・遮断を行なう切換
機構とを有している。

また、開閉弁は、内燃機関の回転数が低中速域の場合に
は脈動波発生装置より供給される二次空気が内燃機関の
シリンダ内に流入するタイミングで二次空気供給側の吸
入通路を閉塞して二次空気の上流側の逆流を防止すると
ともに、内燃機関の回転数が高速域の場合には吸入空気
の通気抵抗とならないように開弁状態を保持する。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を第１図〜第６図を用いて説明す
る。

最初に、第１図及び第２図を用いて本実施例の構成を説
明する。第１図は本実施例の過給装置を装着した正面断
面図、第２図は本実施例の過給装置を装着した内燃機関
の上面図である。

第１図及び第２図において、本実施例の内燃機関は４気
筒４サイクルエンジンで、ピストン２はシリンダ１に摺
動自在に嵌装されており、シリンダ１の上部はシリンダ
ヘッド３で覆われている。

各シリンダ１には吸入口６及び排気ロアが各々２個づつ
開口しており、これに伴ないシリンダヘッド３には吸気
バルブ４と排気バルブ５が各シリンダ１に２個づつ配置
されている。吸入口６及び排気ロアはこの吸気バルブ４
及び排気バルブ５により周期的に開閉される。

各シリンダ１の吸入口６はインテークマニホールド８及
びプリチャンバ９を介して吸入空気の浄化を行なうエア
クリーナ１０に接続されている。

また、エアクリーナ１０の上流端には吸気ダクト１が取
付けられ、吸気ダク１−１１の先端開口部１１ａは大気
に開口している。

インテークマニホールド８はプリチャンバ９の′吸入空
気を各シリンダ１に分配して運ぶための通路で、インテ
ークマニホールド８を構成する各吸入通路８０は各シリ
ンダ１に連通している。また、この４つの吸入通路８０
は各シリンダ１の吸気バルブ４に対応するように、各々
仕切板８１によって第１通路８０ａと第２通路８０ｂと
に一系統化されている。

従って、吸気ダクト１１及びエアクリーナ１０を介して
大気中から吸入された吸入空気は、プリチャンバ９及び
第１通路８０ａあるいは第２通路８０ｂを通って、シリ
ンダ１内に吸入される。

圧縮機１２は内燃機関の側面部に設けられ、回転駆動さ
れるために、圧縮機プーリ１３が設けられている。この
圧縮機１０の圧縮機プーリ１３は、内燃機関のクランク
軸と一体となって回転するクランク軸プーリ１３ａとベ
ルト１３ｂにより連結され、圧縮機１２は内燃機関によ
りベルト駆動される。圧縮機１２は従来周知の回転型あ
るいはレシプロ型の圧縮機であり、圧縮機１２にはエア
クリーナ８の下流側に連通した二次空気導入管１４が連
結されている。また、圧縮機１２は二次空気導入管１４
より吸入された二次空気の圧縮を行なう、サージタンク
１５は圧縮機１２０側部に設けられ、圧縮機１２により
圧縮吐出された二次空気を貯える。サージタンク１５は
連通管１６を介して脈動波発生装置１７に連結されてい
る。

次に、脈動波発生装置１７を第３図及び第４図を用いて
説明する。第３図は本実施例の脈動波発生装置１７の分
解斜視図で、第４図は脈動波発生装置１７の縦断面図で
ある。第３図及び第４図において、脈動波発生装置１７
はハウジング１８゜ロータ１９．ベアリング２０．オイ
ルシール２１゜ハウジングキャップ２２から構成される
。ハウジング１８は円筒形状をしており、円筒外周部に
はサージタンク１５から圧送された二次空気を連通管１
６を介してハウジング１８内に吸入する吸入ポート１８
０が設けられている。吸入ポート１８０はロータ端面１
９４に設けられたロータ第１ポート１９２に連通してい
る。また、ハウジング１８にはハウジングポート１８１
が４ケ所穿設されている。ハウジングポート１８１の一
端１８１ａは、ハウジング１８の端面に９０″ピツチで
開口しており、ハウジングキャップ２２の取付後、ハウ
ジングキャップ２２に設けられた吐出ポート２２１に連
通する。一方、ハウジングポート１８１の他端１８１ｂ
はハウジング１８の内周面１８４に開口している。また
、ハウジング１８の端面にはハウジングキャップ２２を
取付けるためにネジ穴１８２が４ケ所穿設されている。

ロータ１９はハウジング１日内に嵌入され、円板部１９
０とロータ軸１９１とにより構成され、ロータ軸１９１
はベアリング２０によりハウジング１８内で回転可能に
支持されている。

ロータ１９０円板部１９０には軸方向にロータ第１ポー
ト１９２が形成され、円板部１９０の円周外周部にはロ
ータ第１ポート１９２に連通ずるロータ第２ポート１９
３が形成されている。このロータ第１ポート１９２には
、ハウジングポート１８０からハウジング１８内に圧送
された二次空気が流入する。また、ロータ第２ポート１
９３によってロータ第１ポート１９２に流入した二次空
気が、内燃機関のシリンダ１に吸入される吸気脈動波と
同一周波数で、ハウジング１８の４つのハウジングポー
ト１８０の一端１８０ｂに吐出される。

ロータ軸１９１には、第１図及び第２図に示すように、
回転駆動されるために、タイミングプーリ２６が設けら
れている。タイミングプーリ２６は、内燃機関のクラン
ク軸と一体になって回転するクランク軸タイミングブー
Ｉ７２６　ａとタイミングベルト２７により連結され、
ロータ軸１９１は内燃機関によりベルト駆動される。こ
れによって、ロータ１９はベアリング２０で軸支されて
ハウジング１８内で回転する。ロータ１９が回転するこ
とにより、ロータ１９のロータ第２ポート１９３とハウ
ジング１８の４つのハウジングポート１８１の一端１８
１ｂとの連通・遮断の切換が行なわれる。すなわち、ハ
ウジング１８の吸入ポート１８０と４つのハウジングポ
ート１８１と、ロータ１９の円板部１９０と、ハウジン
グキャップ２２・の吐出ポート２２１とにより切換機構
が構成され、ロータ１９の回転により二次空気脈動が生
成される。

ハウジングキャップ２２には、４つの管状の吐出ポート
２２１が、ハウジング１８の端面の４つのハウジングポ
ート１８１の一端１８１ａに対応する位置に設けられて
いる。また、ハウジングキャンプ２２にはネジ２３を締
付けるためのネジ穴２２２が４ケ所設けられている。従
って、ハウジングキャンプ２２は、ロータ２０をハウジ
ング１８内に嵌入後、４つのネジ２３をハウジングキャ
ップ２２のネジ穴２２２を介してハウジング１８の端面
に設けられたネジ穴１８２に締付けることによりハウジ
ング１８に固定される。従って、ハウジングポート１８
Ｉの一端１８１ｂにロータ第２ポート１９３から吐出さ
れた二次空気脈動波は、ハウジングポート１８１の他端
１８１ａからハウジングキャンプ２２の吐出ポート２２
１に吐出される。また、この二次空気脈動波は、この吐
出ポート２２１から同一管長を有する４つの導入管２４
に吐出される。この導入管２４は、第１図及び第２図に
示されるように、４つの吸入通路８０の第１通路８０ａ
及び第２通路８０ｂのいづれか一系統側の吸入口６の上
流部に設けられた４つの吸気合流部２５に各々独立して
連通している。従って、導入管２４に吐出された二次空
気脈動波は導入管２４を通って吸気合流部２５に吐出さ
れる。

ここで、本実施例は４気筒４サイクル内燃機関であるの
でクランク軸２回転当り各気筒１回、すなわち合計４回
の吸気行程がある。したがって、脈動波発生装置１７の
ロータ１９に設けたタイミングプーリ２６とクランク軸
タイミングブーＩＪ　２６　ａ’のプーリ比を２＝１に
し、クランク軸が２回転する間にロータ１９が１回転す
るようにする。

これによって、脈動波発生装置１７は第６図に示される
ように４つの気筒で吸気行程が行われる順番で、二次空
気脈動波を各気筒の吸気合流部２５に吐出する。第６図
は、脈動波発生装置１７から各気筒の吸気合流部２５に
二次空気脈動波を吐出するパルスタイミングを説明する
ための図である。

第６図中右側の４つの気筒１ａ〜１ｄは本実施例の４つ
の各々の気筒を示しており、１ａの気筒が吸入行程の状
態である。従って、パルスタイミングで吸入行程の状態
にある１ａの気筒に脈動波発生装置１７より二次空気脈
動波を吐出する。その後、ｌｃ、ｌｄ、ｌｂの気筒の順
番で吸入行程が行われるので、それに伴うパルスタイミ
ングで脈動波発生装置１７より二次空気脈動波を吸気バ
ルブ４の開口タイミングに同期して吐出させる。従って
、吸気バルブ４の開口時間内に二次空気脈動波が吸気口
６を通過してシリンダ１内に流入するように二次空気脈
動波の吐出タイミングを調整しなければならない。この
調整においては第１図に示す内燃機関の吸気バルブ４直
前の吸入口６から脈動波発生装置１７までの二次空気吐
出通路長さ即ち、二次空気脈動波の伝播時間を加味する
必要がある。従って、吸気バルブ４開口時間内に二次空
気脈動波が吸気口６に達してシリンダ１内に流入するよ
うに前もってクランク軸タイミングブー２６ａと脈動波
発生袋Ｍ１７のタイミングプーリ２６とのタイミング調
整を行なう。

各吸気通路８０の吸気合流部２５の上流側には開閉弁２
８が設けられている。この開閉弁２８は吸気合流部２５
に吐出された二次空気が上流側に逆流するのを防止する
ために設けられたもので、第５図に示されるように開閉
弁２８が設けられていない場合には、吸気合流部２５か
ら吐出された二次空気が吸気バルブ４で形成される狭路
の吸気口６へ流入する抵抗よりも、大気に連通ずる吸気
合流部２５の上流側へ流出する抵抗が小さいため、吸気
先端開口部１１ａへ逆流し、過給効果の増大を妨げるこ
とになる。従って、二次空気脈動波を供給する際に、開
閉弁２８を閉弁すれば、二次空気の吸気先端開口部１１
ａへの逆流を防止することができ、二次空気のシリンダ
１内への流入効率が高まり、過給効果を増大させること
が可能となる。

開閉弁２８は、４本の吸気通路８０を貫通して設けられ
るシャツ）２８ａと、各吸気通路８０の第１通路８０ａ
及び８０ｂのうち二次空気が導入される側においてシャ
フト２８ａと一体に設けられる４個の遮閉仮２８ｂとか
ら構成されており、バキュームアクチュエータ２９によ
ってシャフト２８ａが回転駆動され、遮閉板２８ｂによ
り下記吸気合流部２５の上流通路の開閉が行なわれる。

バキュームアクチュエータ２９は内燃機関の回転信号に
応じてコントローラ３０により０Ｎ１０　ＦＦ制御され
る。

次に、この開閉弁２８の開閉タイミングを第７図を用い
て説明する。第７図は本実施例の構成による過給装置を
装着した内燃機関における吸入空気体積効率を示す特性
図で、−点鎖線は開閉弁２８を常時開弁状態とした場合
の吸入空気体積効率を示し、実線は開閉弁２８を二次空
気脈動波供給時に閉弁させた場合の吸入空気体積効率を
示すものである。

第７図に示すように、内燃機関の回転数が低中速域の場
合すなわち吸入される吸入空気量が少ない場合には、開
閉弁２８を閉弁させることにより二次空気の上流側への
逆流を防止させて最大限の過給効果が得られるようにす
る。また、内燃機関の回転数が高速域の場合すなわち吸
入される吸入空気量が多い場合には、開閉弁２８を閉弁
させることにより所定の過給効果が得られるものの、開
閉弁２８の閉弁が吸入空気の通気抵抗になり全体的な吸
入空気体積効率の低下につながるので、開閉弁２８を開
弁させることにより最適の過給効果が得られるようにす
る。

次に、第１図及び第２図を用いて本実施例の作動につい
て説明する。圧縮機１２は、圧縮機１２に設けた圧縮機
プーリ１３と内燃機関のクランク軸に設けたクランク軸
プーリ１３ａがベルト１３ｂにより連結されることによ
り、内燃機関によってベルト駆動される。これにより、
圧縮４ｆｌ１２にはエアクリーナ１０の下流側の二次空
気導入間１４を介して二次空気が導入される。吸入され
た二次空気は圧縮機１２にて圧縮吐出され、正圧空気と
なってサージタンク１５内で貯えられる。サージタンク
１５内で貯えられた二次空気は、第４図及び第５図に示
すように、脈動波発生装置１７のハウジング１８内に吸
入ポー）１８０を介して吸入される。

ハウジング１８内ではロータ１９が、ロータ１９のロー
タ軸１９１に設けたタイミングプーリ２６とクランク軸
に設けたクランク軸タイミングプーリ２６ａがタイミン
グベルト２７により連結されることにより内燃機関の駆
動力を受けて回転駆動される。これによって、吸入ポー
ト１８０に吐出された二次空気はロータ１９の円板部１
９０のロータ第１ポート１９２内に流入される。又、ロ
ータ１９が回転することにより、ロータ円板部１９０の
ロータ第２ポート１９３がハウジング１８に穿設された
４つのハウジングポート１８１の一端１８１ｂに連通ず
る。従って、二次空気はロータ第２ポート１９３がハウ
ジングポート１８１の一１１８１ｂに連通ずるタイミン
グでロータ１９が１回転する間に各々のロータ第２ポー
トから各１回ハウジングポート１８１に脈動波として吐
出される。この二次空気脈動波は内燃機関のシリンダ１
内に吸入される吸気脈動波と同一周波数になっている。

また、さらにこの二次空気脈動波はハウジングポート１
８１の他端１８１ａから、ハウジングキャップ２２に設
けられ吐出ポート２２１に吐出され、吐出ポート２２１
に連通ずる導入管２４を介して吸気合流部２５に吐出さ
れる。ここで、脈動波発生装置１７のタイミングプーリ
２６と、内燃機関のクランク軸に設けられたクランク軸
タイミングプーリ２６ａとのかみ合わせはあらかじめ吸
気バルブ４開口期間内に二次空気脈動波がシリンダ１内
に流入するように調整されている。

吸気合流部２５の上流側に設けられた開閉弁２８は、内
燃機関の回転数が低中速域の場合には二次空気脈動波が
シリンダ１内に流入するタイミングで吸気合流部２５の
上流通路を閉塞して二次空気の上流側への逆流を防止す
るとともに、回転数が高速域の場合には吸入空気の通気
抵抗にならないように開弁状態を保持する。

このように、内燃機関の本来の吸入空気に加えて、二次
空気脈動波を吸気脈動波と同一周波数で吸気バルブ開口
タイミングに同期させてシリンダ　。

１内に流入させるとともに、内燃機関の回転数に応じて
開閉弁２８を開閉させると、第７図に示すように吸入空
気体積効率は大幅に増加する。第７図において破線は従
来の内燃機関における吸入空気体積効率を示すもので、
太線は本実施例の過給装置を装着した内燃機関における
吸入空気体積効率を示すものである。第７図から明らか
なように本実施例の過給装置を装着した場合のシリンダ
１内に吸入される吸入空気の体積効率は全ての回転域に
おいて大幅に向上する。

また、本実施例の過給装置はスーパーチャージャーのよ
うにエンジン本来の吸入空気量よりも上回る空気量をコ
ンプレッサーが吐出することにより、吸入空気の体積効
率を向上させるのではなく、本来の吸入空気に対して外
部から二次空気を付加供給することにより体積効率を向
上させているので吸入空気量に対する動力の駆動損失が
少ない。

すなわち、省動力で内燃機関の出力を向上させることが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、本来の吸入空気
に対して外部から二次空気を付加供給することができ、
吸入空気の体積効率を全ての回転域において省動力で向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の実施例に関するもので、第１
図は本実施例の過給装置を装着した内燃機関を示す正面
断面図、第２図は本実施例の過給装置を装着した内燃機
関を示す上面図、第３図は本実施例の脈動波発生装置の
分解斜視図、第４図は本実施例の脈動波発生装置の縦断
面図、第５図吸気合流部に吐出された二次空気の上流側
への逆流を説明するための図、第６図は本実施例の二次
空気脈動波のパルスタイミング説明図、第７図は本実施
例による吸入空気体積効率を示す特性図である。 １・・・シリンダ、２・・・ピストン、３・・・シリン
ダヘッド、４・・・吸気バルブ、６・・・吸入口、８・
・・インテークマニホールド、８０・・・吸気通路２８
０ａ・・・第１通路、８０ｂ・・・第２通路、８１・・
・仕切板、９・・・ブリチャンバ、１０・・・エアクリ
ーナ、１１・・・吸気ダクト、１２・・・圧縮機、１７
・・・脈動波発生装置。 １８・・・ハウジング、１８０・・・吸入ポート　１９
・・・ロータ、２２・・・ハウジングキャップ、２２０
・・・吐出ポート、２５・・・吸気合流部、２８・・・
開閉弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 各気筒当たり複数の吸気バルブを有する内燃機関であっ
   て、各気筒に連通する吸気通路は各々前記吸気バルブに
   対応して複数系統化されていて、内燃機関の駆動力を受
   けて大気中より二次空気を吸入して圧縮吐出を行なう圧
   縮機と、この圧縮機から吐出された二次空気を前記吸気
   通路の一系統側に供給する脈動波発生装置と、前記吸気
   通路の二次空気の合流部の上流側に設けられる開閉弁と
   を備え、 前記脈動波発生装置は、ハウジングと、このハウジング
   内に軸支され、内燃機関の駆動力を受けて回転するロー
   タと、前記圧縮機から吐出された二次空気をハウジング
   内に導く吸入ポートと、前記ハウジング内に導く吸入ポ
   ートと、前記吸気通路の一系統側に導出する吐出ポート
   と、この吐出ポートから導出される二次空気が吸気弁開
   口期間内に内燃機関のシリンダ内に流入するように前記
   ロータの回転により前記吸入ポートと前記吐出ポートと
   の連通・遮断を行なう切換機構とを有しており、 前記開閉弁は、内燃機関の回転数が低中速域の場合には
   前記脈動波発生装置より供給される二次空気が内燃機関
   のシリンダ内に流入するタイミングで二次空気供給側の
   吸入通路を閉塞して二次空気の上流側への逆流を防止す
   るとともに、内燃機関の回転数が高速域の場合には吸入
   空気の通気抵抗にならないように開弁状態を保持するこ
   とを特徴とする内燃機関の過給装置。