JPH071008B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエンジンの吸気装置に係り、詳しくは、過給式
エンジンにあって、過給機により加圧された混合気をシ
リンダに供給するための主吸気弁と、開口時期の調整可
能な吸気管制弁を備えたエンジンの吸気装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

例えば４サイクル・ガソリンエンジンにあって、高トル
ク・大出力を得るための手段として過給式エンジンが用
いられるが、その種のエンジンにおいて、熱負荷の増大
を抑制する手段として、加圧された混合気を吸入する主
吸気弁の実質的な開口時期を調整する吸気制弁が設けら
れているものがある。その一例として、特開昭55−1489
32号公報に記載されたエンジンがある。

このようなエンジンにあっては、シリンダヘッドに設け
られた主吸気弁に近接して、その上流側に吸気管制弁で
あるロータリーバルブが設けられている。吸気通路に設
置されている過給機より吐出される混合気が、冷却器で
冷却された後主吸気弁からシリンダに供給される。その
際、大出力を得るために主吸気弁の実質的な開口時間と
開口面積とが、主吸気弁とロータリーバルブとの開口時
期を部分的にオーバーラップさせることによって、実質
的に狭められると共に、混合気の供給が吸気行程の途中
で打ち切られるようになっている。すなわち、ロータリ
ーバルブの開口時期および閉止時期が主吸気弁のそれら
より早められているので、主吸気弁の開口がロータリー
バルブの開口にオーバーラップしたときのみ吸気が行な
われる。その結果、吸気打ち切り後、シリンダ内の混合
気はピストンの下死点まで膨張され、反転して圧縮され
る。その圧縮後の混合気の圧力および温度は、断熱圧縮
によって共に上昇するが、予め加圧されかつ強力に冷却
されているので、過給されないエンジンにおける混合気
の圧力および温度と比較して、高圧が得られると共に点
火可能な範囲内で低い温度とすることができる。したが
って、爆発行程における温度上昇があっても、シリンダ
の熱負荷は小さく抑えられ、かつ、エンジン出力を増大
させることができる利点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した種類のエンジンにあっては、実際に混合気がシ
リンダ内に流入するときの有効通路面積は、第７図に示
すように、吸気管制弁であるロータリーバルブの閉止時
期付近および主吸気弁の開弁時期付近の共に狭い有効面
積の部分で規定される。その結果、吸気抵抗が増大して
充填効率の低下を招く問題がある。それに打ち勝って１
サイクルの所望吸気量をシリンダに供給するためには、
過給圧をさらに高める必要がある。したがって、ターボ
式の過給機にあっては、高過給圧にするために排気ター
ビン前の排気ガス圧力を高める必要が生じ、ポンピング
損失の増大・残留ガスの増大などの問題が生じる。ま
た、機械式の過給機にあっては、駆動抵抗が増えるなど
の問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その
目的は、過給式エンジンにあって、加圧された混合気の
吸気抵抗を低減させてシリンダへの充填効率の向上を図
ることで、所望吸気量を得るための過給圧を抑制すると
共に熱負荷を増大させることなくエンジンの出力を増大
することができるエンジンの吸気装置を提供することで
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するための本発明の特徴とするとこ
ろは、エンジンの吸気通路に過給機が介在され、その下
流に加圧された吸気を冷却する冷却器が設けられる過給
式エンジンにあって、冷却器の下流側に吸気管制弁が設
けられ、この吸気管制弁とシリンダヘッドに設けられた
主吸気弁との間の吸気通路に、１サイクルの吸気量を収
容する容積が確保され、主吸気弁と吸気管制弁の開口時
期が高負荷時にオーバーラップしないように、吸気管制
弁を回転させる回転駆動手段が設けられていることであ
る。

〔作用〕

過給機から加圧された吸気が吐出され、冷却器で冷却さ
れる。高圧で例えば常温まで冷却された吸気は吸気管制
弁に導入される。一方、回転駆動手段により吸気管制弁
が回転され、主吸気弁と吸気管制弁の開口時期が高負荷
時に全くオーバーラップしないように制御される。さら
に、吸気管制弁とシリンダヘッドに設けられた主吸気弁
との間の吸気通路に、１サイクルの吸気量を収容する容
積が確保されており、吸気管制弁から導出された吸気
は、主吸気弁が閉止した状態でその吸気通路に比較的緩
慢に導入され一時的に貯留される。吸気管制弁が閉止し
た後に主吸気弁が開くことにより、貯留された吸気は主
吸気弁からシリンダ内へ主吸気弁の全開口時間をかけて
供給される。

〔発明の効果〕

本発明のエンジンの吸気装置は、冷却器の下流側に吸気
管制弁が設けられ、この吸気管制弁とシリンダヘッドに
設けられた主吸気弁との間の吸気通路に、１サイクルの
吸気量を収容する容積が確保され、主吸気弁と吸気管制
弁の開口時期が高負荷時にオーバーラップしないよう
に、吸気管制弁を回転させる回転駆動手段が設けられて
いるので、加圧された低温の混合気を長い時間をかけて
シリンダに供給することになり、１サイクルの吸気量の
供給に伴う吸気抵抗を大幅に低減させることができる。
その結果、充填効率の向上が図られると共に吸気抵抗が
軽減され、所望の吸気量を得るための過給圧を抑制でき
るため、ターボ式の場合は排圧が低減され、機械式過給
機の場合は駆動抵抗が軽減される。これにより効果的に
エンジン出力の増大を図ることができる。

〔実 施 例〕

以下に、本発明をその実施例に基づき詳細に説明する。
第１図に示す過給式エンジン１は、そのシリンダブロッ
ク２に４個のシリンダ2A〜2Dを備えた自動車用の４サイ
クル・ガソリンエンジンである。図示しないシリンダヘ
ッドに設けられた主吸気弁３と過給機４の圧縮機５との
間に、冷却器６と、スロットルバルブ７と、回転駆動手
段８および進角機構９を伴う吸気管制弁10とが介在され
ている。また、その間の吸気通路は、図示するような吸
気通路11A〜11Cより構成される。一方、排気弁12は排気
マニホールド13に連通し、排気ガスが過給機４の排気タ
ービン14へ排出される。

回転駆動手段８は、シリンダブロック２の下方に位置す
るクランク軸15の先端に装着されたタイミング歯車16
と、それに張架されたタイミングベルト17と、タイミン
グ歯車18とにより構成される。タイミング歯車18は、軸
18aを介して左ねじヘリカルスプライン19aが核設された
回転部材19に連結され、一方、吸気管制弁10の弁体10B
は軸20bを介して回転部材20に連結され、そして、回転
部材20に右ねじヘリカルスプライン20aが核設されてい
る。また、進角機構９の本体9Aの内周には、ヘルカルス
プライン19a,20aにそれぞれ噛み合う突起9a,9bが形成さ
れ、さらに、本体9Aの外周に凹部9cが形成され、後述す
るコントロールユニット30から出力される信号により左
右方向に移動する当接部材9dが遊嵌される。当接部材9d
は凹部9cの端部に当接して本体9Aを移動させることがで
きる。したがって、その移動により、タイミング歯車18
と軸18aを介して一体化された回転部材19に対して、吸
気管制弁10の弁体10Bと軸20bで連結された回転部材20
が、回転角位相を前進や後退させるようになっている。
この前進・後退した回転角位相で回転部材20が回転する
ことによって、クランク軸15の回転角に相当する主吸気
弁３の開口時期と、吸気管制弁10の開口時期とが、全面
的にオーバーラップされたり、全くオーバーラップされ
なかったりするようになっている。

吸気管制弁10は、ケーシング10Aと、それに内蔵される
と共に回転部材20と軸20bを介して一体化された回転自
在な弁体10Bよりなり、弁体10Bにはシリンダ2A〜2Dの点
火順序に従った異なる位相角の連通部10a〜10dが形成さ
れ、それらは弁体10Bの回転に伴ってシリンダ2A〜2Dに
主吸気弁３を介して連通されている。なお、吸気通路11
Cの容積はシリンダ2A〜2Dの１サイクルの吸気量を収容
する容積が確保され、さらに、吸気通路11Cには、場合
によっては容積を増減させることができるピストン室11
aが設けられる。なお、ピストン室11aが設けられる場合
でも、一定の運転条件のもとではその容積はエンジンの
稼動中に変更されることはない。

上述のスロットルバルブ７の下流に過給圧を検出する圧
力検出器21が設けられ、その検出信号がコントロールユ
ニット30に出力されるようになっており、さらに、エン
ジンの回転速度もコントロールユニット30に入力され
る。このコントロールユニット30は、スロットルバルブ
７の開度や進角機構９の本体9Aの左右方向への移動や、
排気通路22Aと22Bに連通するバイパス通路23のバイパス
弁24を開閉させるための指令信号を出力する。

このような構成のエンジンにあっては、次のようにして
過給式エンジン１の高負荷時に主吸気弁３と吸気管制弁
10の開口時期が全くオーバーラップしないようにし、エ
ンジン１の吸気抵抗を軽減して稼働させることができ
る。

第１図に示す過給式エンジン１が過給状態にあると、過
給機４の圧縮機５から加圧された混合気が吐出され、冷
却器６で冷却される。高圧でかつ常温にまで冷却された
吸気は、スロットルバルブ７の下流側の圧力検出器21で
圧力が検出され、その圧力Ｐがコントロールユニット30
で設定圧P₀と比較される（第２図のフローチャートにお
けるステップ１、以下にS1と記す）。圧力Ｐが設定圧P₀
以上の高負荷状態にあれば、主吸気弁３の開口時期と吸
気管制弁10の開口時期は、第３図に示すようにオーバー
ラップされることはない（S2）。さらに、第１図に示す
バイパス弁24を閉止してバイパス通路23を閉じる。排気
行程におけるシリンダ2A〜2Dからの排気ガスが排気ター
ビン14をより強力に駆動する（S3）。一方、圧力Ｐが設
定圧P₀より低くければ、バイパス弁24が開いて、排気ガ
スをバイパス通路23から排気通路22Bにバイパスさせ、
圧縮機４における圧縮を弱めもしくは停止させる（S
4）。さらに、主吸気弁３の開口時期と吸気管制弁10の
開口時期が、第４図に示すような全面的なオーバーラッ
プ状態とされる（S5）。

高負荷時には、第３図に示すように、主吸気弁３の開口
時期と吸気管制弁10の開口時期のオーバーラップが全く
ないので、吸気管制弁10より供給される吸気は第１図に
示す吸気通路11C内に一時貯留され、吸気管制弁10が閉
止した後に開口する主吸気弁３よりシリンダ2A〜2Dに供
給される。供給後に主吸気弁３が閉止すると、、吸気管
制弁10が開いて吸気通路11Cに吸気が再度貯留される。

このように、加圧された混合気が従来技術のところで述
べた場合より長い時間を掛けて吸気通路11Cに貯留さ
れ、その混合気が主吸気返弁３の全開口時間を使ってシ
リンダ2A〜2Dに緩慢に供給されるので、吸気抵抗の大幅
な低下が図られ、さらに、過給機４による同一吸気量を
得るための過給圧を低減することが可能となる。したが
って、圧縮に伴う温度上昇の抑制や過給機および冷却器
の能力を小さくすることができる。その結果、過給に要
する動力消費が節減されると共に充填効率が向上するの
で、過給式エンジンの燃料消費率を低減することができ
る。

一方、低負荷時には、第４図に示すように、主吸気弁３
の開口時期と吸気管制弁10の開口時期が全面的にオーバ
ーラップされているので、吸気管制弁10より吸気通路11
Cに供給される吸気は、直ちに主吸気弁３よりシリンダ2
A〜2Dに供給される。すなわち、吸気管制弁10が存在し
ないような場合と同等の状態とされる。なお、第３図に
示す吸気管制弁10と主吸気弁３との開口時期がオーバー
ラップしない状態から、第４図に示す全面的にオーバー
ラップさせるような転換作動およびその逆作動は、進角
機構を９をコントロールユニット30の指令信号により作
動させて行なう。

第５図は異なる実施例で、上述の実施例における過給機
４と吸気通路11Cの周辺が、以下に述べるように異なっ
ている。過給式エンジン31にあっては、吸気通路11Aと
吸気通路11Bの間に開閉自在なリリーフバルブ32が内蔵
されたバイパス通路33が設けられる。また、吸気管制弁
10に連通する吸気通路11Bの下流側には、吸気通路11Cに
取り付けられた吸気バイパス弁34と連通する吸気通路35
が分岐されていて、低負荷時における吸気が吸気通路35
から吸気通路11Cに直接導入可能となっている。なお、
コントロールユニット36には、圧力検出器21からの検出
信号やエンジンの回転速度やアクセル開度（スロットル
開度）信号が入力される。また、コントロールユニット
36は、スロットルバルブ７やバイパス通路33におけるリ
リーフバルブ32や吸気バイパス弁34を開閉させるための
指令信号を出力するようになっている。

高負荷時にあっては、過給機４から加圧された混合気が
吐出され、冷却器６で冷却される。高圧で例えば常温に
まで冷却された吸気は、スロットルバルブ７の下流側で
圧力検出器21により圧力が検出され、圧力Ｐがコントロ
ールユニット36で設定圧P₀と比較される（第６図のフロ
ーチャートにおけるS1）。圧力Ｐが設定圧P₀以上であれ
ば、まず、吸気管制弁10の下流位置の吸気バイパス弁34
を閉止し、第３図に示すような吸気管制弁10と主吸気弁
３がオーバーラップしないようにする（S2）。さらに、
第５図に示すリリーフバルブ32の開度を閉方向に移動さ
せ、過給圧を上昇させる（S3）。圧力Ｐが設定圧P₀より
低くければ、リリーフバルブ32を開いて、過給機４の過
給圧を下降させる（S4）。さらに、吸気管制弁10の下流
位置の吸気バイパス弁34を開いて、吸気管制弁10の影響
をなくす（S5）。

高負荷時には、第３図に示すような主吸気弁３の開口時
期と吸気管制弁10の開口時期がオーバーラップしていな
いので、吸気バイパス弁34の閉止によって、吸気通路35
への吸気の流れがなくなり、弁体10Bの回転に伴う凹部1
0a〜10dの移動位置によってのみ連通される。その結
果、加圧された混合気が長い時間を掛けて供給され、吸
気通路11Cに一時貯留された後、混合気が主吸気弁３の
開口時間を全部かけてゆっくりシリンダ2A〜2Dに供給さ
れる。したがって、上述の実施例の吸気装置と同様に、
過給圧の抑制や圧縮に伴う温度上昇の抑制さらには過給
機および冷却器の小型化を図ることができる。加えて、
過給に要する動力消費の節減や充填効率の向上や燃料消
費率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の吸気装置が適用された過給式エンジン
の全体配置図、第２図は吸気装置の作動を説明するフロ
ーチャート、第３図および第４図は主吸気弁と吸気管制
弁との開口時期のタイミングチャート、第５図は異なる
実施例の全体配置図、第６図は異なる実施例の吸気装置
の作動を説明するフローチャート、第７図は従来技術に
おける主吸気弁と吸気管制弁との開口時期の概略説明図
である。 1,31……過給式エンジン、３……主吸気弁、４……過給
機、６……冷却器、８……回転駆動手段、10……吸気管
制弁、11A〜11C……吸気通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸気通路に過給機が介在され、
   その下流に加圧された吸気を冷却する冷却器が設けられ
   る過給式エンジンにおいて、 上記冷却器の下流側に吸気管制弁が設けられ、 この吸気管制弁とシリンダヘッドに設けられた主吸気弁
   との間の吸気通路に、１サイクルの吸気量を収容する容
   積が確保され、 上記主吸気弁と吸気管制弁の開口時期が高負荷時にオー
   バーラップしないように、吸気管制弁を回転させる回転
   駆動手段が設けられていることを特徴とするエンジンの
   吸気装置。