JPH0361613A - 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、吸気系の圧力振動を利用することにより、低
回転時における吸気の充填効率を向上させたエンジンの
吸気装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、エンジンの吸気装置においては、高出力を得
るために、エンジンの回転速度に応じて吸気弁の開閉タ
イミングを調整する方法が知られている。例えば、特開
昭６１−６５０３６号公報では、吸気弁の開閉タイミン
グを高回転時よりも低回転時の方が早くなるように制御
する構成が開示されている。このような構成では、低回
転時においても、慣性効果を有効に利用して吸気の充填
量を増大させることができ、全回転領域にわたり高出力
化が図られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来の技術では、低回転時に吸気弁の開
閉タイミングを早めることにより、吸気弁と排気弁とが
ともに開いているオーバラップ期間が長くなってしまう
、このため、オーバラップ期間において、前回の燃焼に
より生じた燃焼ガスが完全に排出されずに残留し、この
残留ガスにより吸気弁から導入される新気が温められて
ノッキングが生じやすくなっていた。また、残留ガスに
より充填量の増加が制限されるため、さらに充填効率を
向上させることが困難となっていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るエンジンの吸気装置は、上記の課題を解決
するために、燃焼室へ新気を導入する吸気ポートと、燃
焼室から燃焼ガスを導出する排気ポートとを備え、吸気
順序の連続しない気筒に上記吸気ポートを介して接続さ
れた独立吸気通路、独立供給通路同士を集合させる集合
通路、および集合通路に通じる延長通路により吸気系が
形成されるとともに、エンジンの低回転時における吸気
のタイミングをエンジンの高回転時におけるそれより早
くなるように制御されているエンジンの吸気装置におい
て、エンジンの低回転時での吸気ポートと排気ポートと
がともに開いているオーバラップ期間に、吸気系の圧力
振動により吸気ポート近傍に正圧が作用するように、吸
気系の固有振動数が設定されていることを特徴としてい
る。

〔作　用〕

上記の構成によれば、低回転時では、高回転時よりも吸
気のタイミングが早められているためオーバラップ期間
が長くなる。ところが、このオーバラップ期間に、吸気
系の圧力振動により吸気ポート近傍に正圧が作用するよ
うに、吸気系の固有振動数が設定されているので、前回
の燃焼により生じた残留ガスが、上記正圧により排気ポ
ートを介して押し出され、掃気をより効果的に行うこと
ができる。従って、充填効率を向上させて低回転域での
高出力化を図ることができる。また、掃気効果の向上に
より、燃焼室に導入された新気が高温化することなく、
低回転時にけおるノッキングの発生を抑制することがで
きる。

〔実施例１〕 本発明をＶ型６気筒エンジンに適用した場合の一実施例
を第１図ないし第８図に基づいて説明すれば、以下の通
りである。

第１図に示すように、Ｖ型エンジンにおけるバンク１に
は、気筒３〜５が併設される一方、バンク２には、気筒
６〜８が併設されており、これらの気筒３〜８は、気筒
３→気筒６→気筒４→気筒７→気筒５→気筒８の順に吸
気が行われるようになっている。上記気筒３〜８には、
吸気ポート９〜１４が設けられるとともに、排気ポート
１５〜２０が設けられている。これら吸気ポート９〜１
４および排気ポート１５〜２０は、それぞれ図示しない
吸気弁および排気弁により所定のタイミングで開閉され
るようになっている。吸気のタイミングは、吸気弁の開
閉のタイミングによって決定され、例えば、エンジンの
回転速度が３００Ｏｒｐｍより高い高速回転のときより
、３０００ｒｐｍ以下の低速回転のときの方が早くなる
ように設定されている。上記吸気弁の開閉タイミングは
、カムシャフトの位相角を変化させたり、低回転時と高
回転時とで異なるロッカアームにより吸気弁および排気
弁の開閉を行ったりするなど、周知の方法により切り換
えられる。

上記吸気ポート９〜１４には、それぞれ独立吸気通路２
１〜２６が接続されており、独立吸気通路２１〜２６内
を流れる新気が、吸気ポート９〜１４を介して図示しな
い燃焼室へ導入されるようになっている。一方、排気ポ
ート１５〜２０には、それぞれ独立排気通路（図示せず
）が接続されており、燃焼室の燃焼ガスが、排気ボー）
１５〜２０を介して導出され、さらに上記独立排気通路
を含む排気系を介して外部に排出されるようになってい
る。

独立吸気通路２１〜２６は、独立吸気通路２１〜２３同
士が集合通路２７に接続され、独立吸気通路２４〜２６
が集合通路２８に接続されている。集合通路２７・２８
は、下流側が通路２９により互いに通じる一方、上流側
がそれぞれ主吸気通路３０・３１に通じている。集合通
路２７・２８と通路２９との境界部には、後述するアク
チュエータ４６により駆動されて開閉する開閉弁３２・
３３が設けられている。主吸気通路３０・３１は上流側
で集合し共通吸気通路３４に通じている。この共通吸気
通路３４は、主吸気通路３０・３１の集合部近傍にスロ
ットル弁３５が設けられるとともに、スロットル弁３５
からさらに上流側にエアフローメータ３６が設けられて
おり、最上流部がエアクリーナ３７に接続されている。

なお、上記の独立吸気通路２１〜２６、集合通路２７・
２８、通路２９および主吸気通路３０・３１により、吸
気装置における吸気系が構成されている。

また、通路２９および主吸気通路３０・３１は、吸気系
における延長通路に相当する。

上記吸気系は、吸気ポート９〜１４および排気ポート１
５〜２０がともに開いている期間、すなわちオーバラッ
プ期間に、吸気系の圧力振動により吸気ポート９〜１４
近傍に正圧が作用するように、その固有振動数が設定さ
れている。そこで、本実施例では、主吸気通路３０・３
１を複数の異なる位置に設けられた連通部により互いに
連通させることにより、連通した位置と吸気ポート９〜
１４との間の距離を変化させて、必要とする固有振動数
を得ている。この場合、エンジンの回転速度に応じて吸
気ポート９〜１４の開閉期間が異なるため、主吸気通路
３０・３１の連通位置を、エンジンの回転速度が上昇す
るに従って吸気ポート９〜１４に近づけるように可変に
している。

また、低回転時における高トルク化を共鳴効果により図
る場合、低回転であるほど共鳴同調回転速度において高
トルクが得られる傾向があるが、その反面、低回転域で
はトルクが急峻に変化し、所定以上のトルクが得られる
回転速度の範囲が狭くなる。このため、主吸気通路３０
・３１の連通部が少ないと、各連通部の連通を切り換え
る際にトルクの落ち込みが大きくなったり、騒音に大き
な変動が生じたりする。従って、理想的には、上記の吸
気系を備えた吸気装置を実車に搭載する場合、低回転域
での安定したトルク特性を得るためには、主吸気通路３
０・３１間に多数の連通部を設け、エンジンの回転速度
に応じた位置の連通部を連通させるように、各連通部の
連通を切り換えることが望ましい。しかしながら、実際
には、コストや連通の切り換えに要する制御等を考慮す
れば、できるだけ連通部を少なくする必要がある。この
ため、本実施例では、連通部を少なくとも２箇所設け、
それらの連通の切り換えを、エンジンの回転速度が上昇
するほど間隔を広げて行うとともに、共鳴同調回転速度
から±２０％以内の範囲で行うようにしている。

続いて、上記の諸条件を満たす吸気系の構成を説明する
。

第２図（ａ）および（ｂ）に示すように、吸気系におけ
る主吸気通路３０・３１は、渦巻き状をなしており、上
流側から順に所定の間隔で連通部として設けられた連通
路３８〜４１により互いに接続されている。第１図に示
すように、連通路３８〜４１には、それぞれ開閉弁４２
〜４５が設けられており、これら開閉弁４２〜４５の開
閉動作により連通路３８〜４１の開閉が行われるように
なっている。

開閉弁４２〜４５および開閉弁３２・３３を駆動するア
クチュエータ４６・・・は、回転速度検出センサ４７に
より検出されたエンジンの回転速度が、比較部４８にお
いてあらかじめ設定されたいくつかの回転速度と高低が
比較され、検出回転速度がある設定回転速度より高いと
、その設定回転速度に対応する開閉弁４２〜４５および
開閉弁３２・３３のいずれかを開くようになされている
。つまり、開閉弁３２・３３・４２〜４５は、上記のよ
うに駆動されて、エンジンの回転速度が低速から高速に
なる場合、連通路３８→連通路３９→連通路４０→連通
路４１→通路２９の順で順次開き、エンジンの回転速度
が高速から低速になる場合、その逆の順で閉じるように
なっている。

開閉弁３２・３３・４２〜４５の開閉の切り換えにおい
て、最小共鳴同調回転速度Ｎｒから開閉弁４２が開くま
での回転速度差型Ｎ０、開閉弁４２が開いてから開閉弁
４３〜４５および開閉弁３２・３３が順次開くときの回
転速度差をそれぞれＮ＋　、Ｎｚ　、Ｎｉ　、Ｎ４とす
れば、これらの大小関係は下記のように設定されている
。

Ｎｏ　＜Ｎｌ　＜Ｎ２　＜Ｎ３　＜Ｎ４ただし、Ｎｏは
エンジンの特性等によって決まる回転速度差ΔＮを２倍
したものである。

上記の構成において、エンジン回転速度３００Ｑｒｐｍ
以下の低回転域では、吸気弁および排気弁の開閉タイミ
ングが、第６図の曲線Ｃに示すように、曲線りに示す高
回転域の場合より早められ、オーバラップ期間が長くな
る。一方、吸気系では、圧力振動が生じており、その圧
力波が吸気ポート９〜１４から最も近い位置で連通して
いる連通路３８〜４１および通路２９のいずれかにより
反射されて正圧となる。例えば、第７図の（ａ）に示す
主吸気通路３０により生じた圧力波は、同図の（ｂ）〜
（ｃ）に示すように、気筒３〜５におけるオーバラップ
期間中の吸気ポート９〜１１に作用する。また、図示は
しないが、主吸気通路３１により生じた圧力波も、上記
と同様にオーバラップ期間中の吸気ポート１２〜１４に
作用する。通常、低回転域でオーバラップ期間が長くな
ると、燃焼が不安定になるなどの不都合が生じるが、本
実施例の場合、オーバラップ期間中に排出されずに残留
する燃焼ガスを上記正圧により押し出して掃気効果を向
上させることができ、上記のような不都合を解消するこ
とができる。また、正圧により吸気量を増大させること
ができ、充填効率を向上させることができる。

ところで、吸気ポート９〜１４および排気ポート１５〜
２０の開閉時間は、エンジン回転速度に応じて異なるの
で、これに対しては、吸気系の固有振動数を可変させる
ことにより、吸気ポート９〜１４に正圧を作用させる。

この場合、第８図に示すように、回転速度が最低共鳴同
調回転速度Ｎｒから上昇するとトルクが低下するが、回
転速度がＮｒ＋Ｎ、に達すると連通路３８が連通し、再
びトルクが上昇する。続いて、エンジン回転速度が連通
路３８の連通から回転速度差Ｎ、だけ上昇すると連通路
３９が連通し、以降、エンジン回転速度が順次回転速度
差ＮＺ　、Ｎｚ　、Ｎａの間隔で上昇するに応じて連通
路４０、連通路４１、通路２９が連通する。しかも、連
通路３８〜４１および通路２９は、各共鳴同調回転速度
±２０％以内の範囲で連通ずる。それゆえ、連通路３８
〜４１および通路２９が連通する際に、大きなトルク落
ち込みや騒音の変動を抑制することができる。

なお、主吸気通路３０・３１は、第２図（ａ）および（
ｂ）に示したものに限定されず、必要とされる長さに応
じて、例えば、第３図ないし第５図に示すような形状が
考えられる。第３図（ａ）および（ｂ）に示す主吸気通
路３０・３１は、折り曲げられて重なり合う形状をなし
ており、やや長（形成される場合に適している。第４図
（ａ）および（ｂ）に示す主吸気通路３０・３１は、−
方向に長い渦巻き状をなしており、かなり長く形成され
る場合に適している。第５図（ａ）および（ｂ）に示す
主吸気通路３０・３１は、２箇所で湾曲し長円形に似た
形状をなしており、比較的短く形成される場合に適して
いる。ただし、これらの主吸気通路３０・３１も、第２
図（ａ）および（ｂ）に示したものと同様に連通が切り
換えられるようになっている。

〔実施例２〕 続いて、本発明の他の実施例を第２図ないし第９図に基
づいて説明する。なお、前記第１実施例と同様の機能を
有する部材には、同一の符号を付記してその説明を省略
する。

第９図に示すように、本実施例における吸気系は、エン
ジンの各気筒３〜８に設けられた吸気ポート９〜１４と
、主吸気通路３０・３１との間に独立吸気通路２１〜２
６が設けられているのは、前記第１実施例と同様である
が、主吸気通路３０・３１の下流側が連通していない点
で異なっている。この場合も、低回転領域でオーバラッ
プ期間に吸気ポート９〜１４に正圧を作用させるために
、主吸気通路３０・３１は、要求される長さに応して第
２図ないし第５図に示すような形状に形成される。そし
て、主吸気通路３０・３１間に設けられた連通路３８〜
４１の開閉は、図示はしないが、第１図に示した吸気系
と同様に制御されるようになっている。

また、本発明では、吸気系の固有振動数を要求に応じて
可変することができればよいので、図中二点鎖線で示す
ように、上記と同様な形状をなす主吸気通路３０・３１
を集合通路２７・２８の下流側に設けたものであっても
よい。あるいは、主吸気通路３０・３１における連通路
３８〜４１を、上流側および下流側に分散させて設けて
もよい。この場合、集合通路２７・２８の下流側に設け
られた主吸気通路３０・３１は、端部が互いに接続され
るか、あるいは閉止されており、それぞれに開閉弁３２
・３３が設けられている。なお、集合通路２７・２８の
下流側に設けられた主吸気通路３０・３１間には、開閉
弁３２・３３から下流側へ連通路３８〜４１が設けられ
ているが、簡単のため図中では省略した。

このような構成において、第６図に示すように、低回転
時では、吸気弁の開閉タイミングが早められて、オーバ
ラップ期間が長くなっても、第７図に示すように、オー
バラップ期間中の吸気ポート９〜１１に正圧が作用し、
同様に吸気ポート１２〜１４にも正圧が作用する。それ
ゆえ、前記第１実施例と同様、掃気効果を向上させるこ
とができ、低回転域でのノッキングの発生を抑制すると
ともに、充填効率の向上を図ることができる。また、開
閉弁３２・３３・４２〜４５の開閉のタイミングが第８
図に示すように設定されているので、通路２９および連
通路３８〜４１の開閉時に、大きなトルクの落ち込みや
騒音の変動を抑制することができる。

〔発明の効果〕

本発明に係るエンジンの吸気装置は、以上のように、燃
焼室へ新気を導入する吸気ポートと、燃焼室から燃焼ガ
スを導出する排気ポートとを備え、吸気順序の連続しな
い気筒に上記吸気ポートを介して接続された独立吸気通
路、独立供給通路同士を集合させる集合通路、および集
合通路に通じる延長通路により吸気系が形成されるとと
もに、エンジンの低回転時における吸気のタイミングを
エンジンの高回転時におけるそれより早くなるように制
御されているエンジンの吸気装置において、エンジンの
低回転時での吸気ポートと排気ポートとがともに開いて
いるオーバラップ期間に、吸気系の圧力振動により吸気
ポート近傍に正圧が作用するように、吸気系の固有振動
数が設定されている構成である。

これにより、吸気系の固有振動数が、オーバラップ期間
において、吸気系の圧力振動により吸気ポート近傍に正
圧が作用するように設定されているので、オーバラップ
期間が長いエンジンの低回転時には、燃焼室内から前回
の燃焼により生じた残留ガスが速やかに掃気されること
により、掃気効果をより向上させることができる。従っ
て、充填量を増大させることができ、低回転域での高出
力化を図ることができるとともに、燃焼室に導入された
新気が高温化することなく、低速時におけるノッキング
の発生を抑制することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すものであって、吸気装
置の構成を示す概略図である。 第９図は本発明の他の実施例を示すものであって、吸気
装置の構成を示す概略図である。 第２図ないし第８図は上記の両実施例に共通するもので
ある。 第２図ないし第５図の（ａ）は主吸気通路の形状を示す
第１図および第９図のＡ方向矢視図である。 第２図ないし第５図の（ｂ）は主吸気通路の形状を示す
第１図および第９図のＢ方向矢視断面図である。 第６図は吸気弁および排気弁の開度とクランク角との関
係を示すグラフである。 第７図は正圧波がオーバラップ期間に作用している様子
を示す説明図である。 第８図はエンジン回転速度とトルクとの関係を示すグラ
フである。 ３〜８は気筒、９〜１４は吸気ポート、１５〜２０は排
気ポート、２１〜２６は独立吸気通路、２７・２８は集
合通路、２９は通路、３０・３１は主吸気通路（延長通
路）、３２・３３・４２〜４５は開閉弁、 ３８〜４ １は連通路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃焼室へ新気を導入する吸気ポートと、燃焼室から
   燃焼ガスを導出する排気ポートとを備え、吸気順序の連
   続しない気筒に上記吸気ポートを介して接続された独立
   吸気通路、独立供給通路同士を集合させる集合通路、お
   よび集合通路に通じる延長通路により吸気系が形成され
   るとともに、エンジンの低回転時における吸気のタイミ
   ングをエンジンの高回転時におけるそれより早くなるよ
   うに制御されているエンジンの吸気装置において、エン
   ジンの低回転時での吸気ポートと排気ポートとがともに
   開いているオーバラップ期間に、吸気系の圧力振動によ
   り吸気ポート近傍に正圧が作用するように、吸気系の固
   有振動数が設定されていることを特徴とするエンジンの
   吸気装置。