JPH0672539B2

JPH0672539B2 - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0672539B2
Application number: JP22845085A
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: 1985-10-14
Filing date: 1985-10-14
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPS6287612A

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。

たとえば、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と制御し、一定の
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）しかし、このような、吸気の圧力振動を利用して充填率
増大効果とを目指す機構と、過給機との両方を組込んだ
吸気装置を構成する場合には、過給機及びその付帯設備
が圧力波伝播の衝害となり、十分に圧力波による効果を
利用できなくなる恐れが生じる。

（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、本発明は、過給機の有する機能を損なうことなく、
吸気の圧力振動を有効に利用して広い範囲で吸気の充填
効率増大効果を確保することができ、もって出力の向上
を図ることができるエンジンの吸気装置を提供すること
を目的としている。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吸気通路に設けられる過
給機とを備えている。そして、上記反転部は、制御弁よ
りも上流側でかつ過給機よりも下流の吸気通路に設けら
れている。

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
御弁の開弁時期は吸気弁の開弁時期よりも一定のタイミ
ングだけ遅れ側にずれていても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かつ過給機よ
りも下流側に、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
は好ましくは、吸気通路から分岐して設けられ、一定の
容積を有する容積部によって構成される。また、本発明
に適用される過給機は、排気ガスエネルギーを利用する
ターボ過給機でも、エンジン出力によって駆動されるメ
カニカル過給機でも良く、好ましくは、反転部より下流
側かつ過給機の下流側に過給気を冷却するインタークー
ラを備えている。さらに、過給機がターボ過給機である
場合において、ウェストゲート弁作動用の過給圧取出部
も、反転部上流側に設けられる。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、過給機及びインタークーラ等の過給機付帯設備
よりも下流側に設けられる。すなわち、吸気圧力波の振
動系は、過給機等よりも下流側の吸気通路により構成さ
れる。

本発明では、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る。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。この場合、本発明の構成では、過給機等はこの
圧力波の振動系の上流側に配置されているので、圧力波
の振動に何ら支障とならず従って、有効に、充填効率増
大効果を図ることができる。

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）、θe:有効開弁期間（de
g）、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
遅らせるようにして制御することは、第（１）式におい
て、有効開弁期間θｅを変更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。また、このように広い回転数範囲で充填効
率増大効果が生じる結果、低回転域での排気ガス量、す
なわち、排気ガスエネルギーが増大し、ターボ過給機の
作動回転域が低回転域まで拡がり、これによって、さら
に低回転領域での出力特性を改善することができる。

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
θｅが大きくなって通路抵抗が減少、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。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、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。
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。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メータ15が設けられる。

本例のエンジンは、排気ガスエネルギーにより駆動され
るターボ過給機５を備えており、主吸気通路13のエアフ
ロメータ15の下流側には、過給機５のエアーポンプ5aが
配置され、エアーポンプ5aの下流には、過給気を冷却す
るインタークーラ33が設けられる。また、エアーポンプ
5aとインタークーラ33との間には、過給気の一部をリリ
ーフするリリーフ弁34が設けられる。また、排気通路10
には、エアーポンプ5aと共通の回転軸5bによって連結さ
れて、排気ガスにより該ポンプ5aを駆動するタービン5c
が配置される。また、排気通路10には、タービン5cをバ
イパスするパイパス通路10aが設けられ、該パイパス通
路10aには、排ガスのタービン5cバイパス量を調節する
ウェストゲート弁35が設置される。ウェストゲート弁35
は、過給圧が所定圧以上になったとき開かれ、排気ガス
をバイパスさせて、過給圧の上昇を抑制するようになっ
ている。このウェストゲート弁35を作動させる過給圧
は、容積部16の上流側の吸気通路13に設けられた取出し
部10bから取り出されウェストゲート弁35の作動部35aに
導かれるようになっている。さらに主吸気通路13の容積
部16の下流側にはスロットル弁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１回転ごとに得られるのではプ
ーリ25と同じ径を有しており、従って、プーリ23はプー
リ25と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
取付けらて上記プーリ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
噛合する調節駒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ーバルブ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2
7、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、エンジンの回転数を表わす信
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と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
３図と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を上流に伝播し容積部16に到達する。この容
積部16で負圧波は反転して正圧波となり、反転正圧波は
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
効開弁時間θｅ（deg）及び吸気系の固有振動数ν（H
z）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得ることができる。

さらに、本例のエンジン１は、容積部16の上流側に過給
機５及びインタークーラ33を備えており、この過給機に
よる過給効果も併わせて得ることができるものである。
この場合、過給機は、吸気圧力波と反転させる容積部よ
り上流に設置されているので、過給機が吸気振動系の機
能に悪影響を与えることはなく、有効に圧力波を利用す
ることができる。

しかも、本例の構成では、エンジンの低回転領域におい
ても圧力波による充填効率増大効果を得ることができる
ので、この領域において、排気ガス量が増大し、従って
タービン駆動が、低回転領域まで拡がるのでこの領域に
おいても過給効果を得ることができる。すなわち、過給
域を低回転域まで拡げることができ、広い範囲で過給効
果を得ることができる。さらに、過給圧を制限するため
のウェストゲート弁35の作動圧の取出部10bも、容積部1
6の上流側に設けられており、従って、圧力変動の少
い、安定した作動圧を得ることができる。

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。

また、第４図には、本発明の他の実施例が開示されてい
る。本例では、エンジン点火順序を考慮して負圧波の反
転部を構成するようにしている。本例のエンジンの点火
順序は１−３−４−２となっている。そして、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。ま
た、本例における過給機５′は、いわゆるメカニカル過
給機であり、駆動軸5a′の先端に取付けられたプーリ36
には、タイミングベルト26がかけわたされており、従っ
て、過給機５′には、タイミングベルト26を回して、ク
ランク軸24の回転動力が伝達され、これによって駆動さ
れるようになっている。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、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
負圧波は反転して正圧波となる。従って、本例のように
負圧波の位相が互いに半波長ずれる気筒の吸気通路９を
組合わせることによって、負圧波を反転させることがで
き、前述の実施例と同様の充填効率増大効果を得ること
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平面概略
図、第２図は、第１図のエンジンの全体概略図、第３図
は、バルブの開弁タイミングを示すグラフ、第４図は、
本発明の他の実施例に係るエンジンの概略図である。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６……燃焼室、９……独立吸気通路 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……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、20……バイバス弁 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吸気通路
に設けられる過給機とを備え、前記反転部は、制御弁よ
りも上流かつ過給機よりも下流の吸気通路に設けられた
ことを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。