JPH0672536B2

JPH0672536B2 - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0672536B2
Application number: JP22551385A
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: 1985-10-09
Filing date: 1985-10-09
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPS6285119A

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
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）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
り、上記特開昭55-107018号に開示された構造では、給
気管制弁の開閉期間は、吸気弁の開弁期間の範囲内に含
まれるようになっているので、有効開弁期間は給気管制
弁が開いているとき、となる。そして、給気管制弁は、
吸気弁が開いている期間内において、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、この構成では、給気管制弁の開弁タイミングを
回転数に応じて変更制御することにより、負圧波の発生
時期をずらすことができるので、ある程度幅のあるエン
ジン回転数領域において圧力波による充填率増大効果を
得ることができる。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、常に吸気弁の開弁期間に含まれているので、
第（１）式における有効開弁期間θ_ｅは一定であり、ま
た系の固有振動数νもまた一定である。従って、充填率
増大効果の得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
転数領域で充填効率増大効果を得ることができない。

また、上記構造では、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
せて給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。

さらに、上記の構造では、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弁期間とな
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、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、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。

本発明の制御弁は、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、
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。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、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。

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て実
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。

さらに、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）式において、θ_ｅが運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が取り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2
3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図を併わせて参照すれば、ロータリバルブ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
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、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
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、高充填量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実質的にロータリバルブ
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、ロータリバルブ18の上流側の吸気通路13
と各独立吸気通路９を連通するバイパス通路19は設けら
れておらず、ロータリバルブ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１−３−４−２であり、ロータ
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、ロータリバルブ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
ータリバルブ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20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。

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、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……ロータリバルブ、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。

───────────────────────────────────────────────────── 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。