JPH0672534B2

JPH0672534B2 - 多気筒エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0672534B2
Application number: JP22165385A
Authority: JP
Inventors: 光夫人見; 俊基岡崎; 晃二大西; 潤三佐々木; 和憲冨永
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-10-04
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPS6282228A

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加工速度が小さくな
り、従って発生する負圧波が小さくなって得られる充填
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溜と、シリ
ンダと該給気溜とを連通す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）上記特開昭55-107018号では、吸気通路の途中に設けら
れ一定の容積を有する給気溜において下流側で生じた吸
気負圧波を正圧波に反転させこの反転正圧波により充填
効率を向上させるようにしている。しかし、このように
吸気通路に容積部を設けて反転部を構成する形式のもの
では、吸気装置が大型化し、限られたスペースのエンジ
ンルームにおいて、レイアウト上の問題が生じる。ま
た、吸気系で発生した負圧波は、吸気通路を上流側に伝
播し給気溜で反転して反射波は下流に伝播して燃焼室に
導かれるか、負圧波による圧力変動は、さらに上流に伝
播する。このため、給気溜よりも上流側に配置されるエ
アフローメータの作動に悪影響を与え、計量誤差を生じ
させる原因になる。

（上記問題点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、該吸気ポート上流の吸気通路に
設けられ、少なくとも低回転負荷時において、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、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、上記反転部が、
制御弁上流側において、位相が互いに逆転した関係にあ
る前記吸気負圧波が干渉するように吸気通路を接続する
ことにより構成されたことを特徴とする。

本発明の制御弁は、少なくとも低回転高負荷運転時にお
いては、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。

本発明の吸気装置は、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、発生する負圧波の位
相が半波長ずれた関係になっている気筒の吸気管同志を
制御弁の上流側で対向させるように連結して吸気負圧波
が互いに逆転した位相関係で干渉するように構成されて
いる。本発明において、好ましくは、該吸気管同志の連
結部は、一定の容積を有するように拡大して構成され
る。また、この反転部の上流側に、直接吸気通路に、あ
るいは、吸気通路から分岐して一定の容積を有し、圧力
波の上流への伝播を防止し、あるいは、反転効果を高め
るための補助反射部を設けることが望ましい。本発明の
好ましい態様では、上記制御弁による吸気開始時期の遅
延制御は、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するバイパス通路
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。

（本発明の効果）本発明によれば、吸気系で生じた負圧波を反転させる反
転部は、吸気負圧波が互いに逆転した位相関係で干渉す
るように吸気通路を接続することによって構成されるの
で本発明の構造は、本質的に容積部を設けて反転部を構
成する形式のものに比べて吸気系をコンパクトにするこ
とができ、レイアウト上有利である。また、本発明によ
る反転部は、逆転した位相の負圧波を干渉させることよ
って構成されているので、この干渉によって反転正圧波
が発生するとともに負圧波自体は干渉によって打ち消し
合うので、反転部より上流側に圧力変動が効果的に減衰
される。従って、反転部よりも上流側に配置されるエア
ーフローメータの計量動作への悪影響を極めて小さく抑
えることができる。

さらに、本発明によれば、少なくとも低回転高負荷運転
時では、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、吸気通路内を上流側に伝播し、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。

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）、θ_ｅ：有効開弁期間（d
eg）、ν：吸気弁開弁期間中の吸気系の固有振動数（H
z）である。

有効開弁期間は、吸気弁の開弁期間を意味するものでは
なく、吸気が実際にシリンダ内に導入される期間であ
る。

本発明において、制御弁によって、吸気導入開始時期を
後らせるようにした制御することは、第（１）式におい
て、有効開弁期間θ_ｅを偏向する制御を行うことを意味
する。この結果、本発明の制御により、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得るこ
とができる。

さらに本発明の好ましい態様では、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、制御弁による遅
延制御を解除するように制御する。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
θ_ｅ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
わせて得ることができ、さらに充填効率の改善を図るこ
とができる。

また、低負荷時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、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。

（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、吸気ポート７及び排気ポート８が開
口しており、シリンダヘッド５には該吸気ポート７、排
気ポート８に通じるように独立吸気通路９、排気通路10
が形成される。そして、吸気ポート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れれる。各気筒
の独立吸気通路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。各気筒の
独立吸気通路９は上流側で各吸気通路９を連通するよう
に配置されるロータリバルブ18に接続されており、ロー
タリバルブ18は、第３図に示すように筒状の構造を成し
ており、周壁には、各気筒の吸気通路９に所定のタイミ
ングで連通するように各気筒に対応した位置に独立吸気
通路９の上下流を連通する開口21がロータリバルブ18を
貫通して設けられる。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。ロータリバルブ下流側において、
各独立吸気通路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。

本例の構造では、まず、互いの行程が干渉しない第１、
第４気筒、及び第２、第３気筒の独立吸気通路９が、ロ
ータリバルブ18の上流側で、それぞれ合流して共通吸気
通路9aを形成し、さらに上流において２つの共通吸気通
路9aが合流して主吸気通路13を形成するようになってい
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。さらに各共通吸気通路9a
にはスロットル弁17が配置される。

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。本例ではロー
タリバルブ18の開状態が半回転ごとに得られるのではプ
ーリ25の２倍の径を有しており、従って、プーリ23はプ
ーリ25の２分の１の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18
a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、量ヘリカルギ
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、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の２分の１の速度で回転する。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に連通するタイ
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図と併わせて参照すれば、ロータリバルブ18の
開弁時期は、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
にロータリバルブ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
タリバルブ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、ロータリ
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を上流に伝播し共通吸気通路9aの合流
地点9bに到達する。

この構成では、２つの共通吸気通路9aの合流地点9bにお
いて、位相が互いに半波長ずれている第１及び第２気
筒、及び第３及び第４気筒の負圧波がそれぞれ干渉する
ことになる。これによって、干渉した負圧波は第５図に
示すように、互いに打消し合い反転して正圧波を発生す
る。

従って、発生する負圧波が互いに逆転した位相関係にな
っている気筒の吸気通路９を対向して接続した場合の合
流地点9bは負圧波を反転させる反転部を構成する。この
合流地点で反転した正圧波は、吸気通路9a、９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
高充填効率を得ることができる。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、ロータリバルブ18の開弁時期をTDCより
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θ_ｅ（deg）及び吸気系の固有振動数ν（Hz）
との関数としてＮ＝θ_ｅ・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θ_ｅ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。なお本例では、負
圧波が反転部において互いに打ち消し合うので上流側に
圧力変動が伝播することはない。

また、エンジンの高回転領域では、上記のようにロータ
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
クチュエータ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
比較的低回転でかつ低負荷時において、上記のようなロ
ータリバルブ18の開弁時期を遅らせるような制御を行な
うと、ポ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。

第６図、第７図を参照すれば、本発明の他の実施例が示
されている。本例のエンジン１は、前例と同様の１−３
−４−２を点火順序を有する４気筒エンジンである。本
例の吸気通路では、互いの吸気行程が干渉しない第１、
第４気筒及び第２、第３気筒の独立吸気通路を接続して
２つの共通吸気通路9a′を形成し、この共通吸気通路9
a′を上流において、主吸気通路13に接続するようにし
ている。そして、本例の場合、共通吸気通路9a′から独
立吸気通路９への分岐部にそれぞれ筒状のロータリバル
ブ18′を配置している。本例の構造では、主吸気通路13
のスロットル弁上流に、上流側に伝播した圧力波を減衰
させる補助反射部16を備えている。これによって、圧力
変動がこの補助反射部16を越えて、さらに上流側に伝播
することが効果的に抑制され、さらに上流側に配置され
るエアフローメータ15に悪影響を与えることがなくな
る。

第８図を参照すれば、本発明のさらに他の実施例が示さ
れている。本例のエンジンは、１−２−３−４−５−６
の点火順序を有する気筒エンジンである。本例において
も互いに吸気行程が干渉しない気筒同志が３つずつ２つ
のグループに分けられる。すなわち、第１、第３、第５
気筒は第１グループ32に、第２、第４、第６気筒は第２
グループ33にそれぞれ組入れられる。そして、各グルー
プ32、33に対しては共通吸気通路9a″がそれぞれ設けら
れ、当該グループに属する独立吸気通路９が、共通吸気
通路9a″にそれぞれ接続されるとともに、共通吸気通路
9a″から独立吸気通路９への分岐部には、ロータリバル
ブ18″がそれぞれ配置される。２つの共通吸気通路9a″
は、上流において、主吸気通路13に合流している。さら
に、本例の構造ではこの主吸気通路13への合流地点9b″
よりも下流に、２つの共通吸気通路9a″を互いに連絡す
る連通路34が形成されらるとともに、該連通通路34に
は、該通路34を開閉する開閉弁35が設けられる。この開
閉弁35はコントロールユニット31からの命令信号によっ
て開閉するようになっている。コントロールユニット31
は、エンジンの比較的低回転領域において、この開閉弁
35を開くように命令信号を出力する。本例のエンジンの
吸気弁11及びロータリバルブ18″の開閉動作は、第９図
に示すようなタイミングで行なわれる。そして、各吸気
行程で生じた吸気負圧波は、互いに逆転した位相関係で
２つの共通吸気通路9a″内を上流側に伝播し、開閉弁35
が開いているときには、連通路34において、閉じている
場合には、合流地点9b″においてそれぞれ干渉して反転
し、正圧波となる。従って、本例の構造では、圧力波の
振動系を切り換えることができるので、前記関係式Ｎ＝
θ_ｅ・ν/6において固有振動数νを変更することができ
る。この結果、本例の吸気装置は、有効開弁時期間θ_ｅ
の制御が可能なことと、あいまって、さらに広い回転数
領域で同調回転数を得ることができる。

また、本例の構造では、スロットル弁17よりも上流側に
主吸気通路13から分岐した一定の容積を有する補助反射
部16″を備えている。これによって、反転効果をさらに
高めることができるとともに、さらに上流側への吸気の
圧力変動の伝播を効果的に抑制することができる。

なお、以上の実施例では、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
タ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、第５図は、負圧波の干渉状態
を示すグラフ、第６図は、本発明の他の実施例に係るエ
ンジンの概略図、第７図は、第６図のエンジンの部分断
面図、第８図は、本発明のさらに他の実施例を示すエン
ジンの概略図、第９図は、第７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……独立吸気通路、 9a、9a′、9a″……共通吸気通路、 10……排気通路、13……主吸気通路、 14……エアクリーナ、 15……エアフローメーター、 16、16″……補助反射部、 17……スロットルバルブ、 18、18′、18″……ロータリバルブ、 19……バイパス通路、20……バイパス弁、 22……進角機構、 31……コントロールユニット、 34……連通路、35……開閉弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木潤三広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者冨永和憲広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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少な
くとも低回転高負荷時において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、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、
該反転部は、制御弁上流側において、位相が互いに逆転
した関係にある前記吸気負圧波が干渉するように吸気通
路を接続することにより構成されたことを特徴とする多
気筒エンジンの吸気装置。