JPH076391B2

JPH076391B2 - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH076391B2
Application number: JP61016923A
Authority: JP
Inventors: 俊治益田; 達也上杉
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-01-30
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPS62178724A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、吸気抵抗損失を低減するようにしたエンジン
の吸気装置に関するものである。

（従来技術）エンジンの吸気通路にスロットル弁が設けられ、このス
ロットル弁で吸気を絞ることによりエンジン出力を制御
するようにしたエンジンにあっては、特に絞り度合の大
きい低負荷域で、吸気通路内の吸気を膨張させつつ吸気
が行なわれるため、吸気抵抗損失、いわゆるポンピング
ロスが大きいという問題を有している。

この問題に対して、特開昭58−23245号公報に見られる
ように吸気通路の下流端部にタイミングバルブを設け、
このタイミングバルブを吸気行程のうち所定期間だけ開
弁させて、実質的な吸気量の制御を上記タイミングバル
ブで行なうようした吸気装置が提案されている。

この種の吸気装置によれば、実質的な吸気量の制御がタ
イミングバルブでなされるため、低負荷時のスロットル
弁の絞り度合を少なくすることができ、これによりポン
ピングロス抵減効果が得られる。

ところで、近時エンジンの高性能化に伴い、吸気通路に
低負荷用吸気通路としての一次吸気通路と高負荷用吸気
通路としての二次吸気通路とを並設したものが広く用い
られている。すなわち、通路断面積が相対的に小さな一
次吸気通路で低負荷時における吸気の流速を高め、これ
によって燃焼性を改善する一方、高負荷域では、十分な
る吸気の下で出力向上を得ようとするものである。

この種のエンジンに上述した吸気装置を適用すれば、つ
まり一次吸気通路にタイミングバルブを設ければ、高負
荷時の吸気に支障を及ぼすことなく、低負荷時の燃焼性
の改善及びポンピングロス低減効果が得られることとな
る。

ところで、上述した吸気装置では、燃焼室内で新気の断
熱膨張がなされるために、燃焼室内の温度低下が著し
く、燃焼室が悪化し易いという基本的な課題を有してい
るものの、所望のポンピングロス低減効果を得るには、
断熱膨張が燃焼室内だけで行なわれることが好ましく、
従ってタイミングバルブのシール性が高いことが望まし
い。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の提案では、タイミングバルブ
として、板状回転子、所謂バラフライ弁が採用されてい
たため、その剛性の確保が難しく、高回転域での信頼性
の問題及び弁室内壁とのクリアランスを大きく設定せざ
るを得ないという問題があった。加えて、閉弁時におけ
る吸気負圧を、板状回転子の側面全体で受けるため、そ
の撓み等により弁室内壁とのクリアランスが大きくなり
易く、この点からも十分なるシール性を確保することが
実際上困難であった。

そこで、本発明の目的とするところは、タイミングバル
ブの剛性を高めようにして、タイミングバルブのシール
性を向上しするようにしたエンジンの吸気装置を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段、作用）前述の目的を達成すべく、本発明にあっては、エンジン
の燃焼室に連なる吸気通路に、低負荷時に閉弁するシャ
ッタ弁を備えた二次吸気通路と、前記シャッタ弁をバイ
パスする一次吸気通路とが設けられて、該一次吸気通路
には吸気行程のうち所定時期だけ開弁するタイミングバ
ルブが配設されたエンジンの吸気装置を前提として、前記タイミングバルブが、径方向に延びる貫通路を備え
た断面円形の中実回転子で形成され、該中実回転子を回転自在に収容する弁室の下流側開口
が、前記貫通路の通路断面積より大きな開口面積とさ
れ、前記一次吸気通路は、前記弁室の下流側開口から下流に
向うに従って徐々に縮径されて、前記貫通路の通路断面
積より小さな通路断面積とされている構成としたもので
ある。

したがって、タイミングバルブを断面円形の中実回転子
で形成したことに伴なって十分なる剛性が得られること
は勿論、この中実回転子に設けた貫通路の通路断面積と
弁室開口の開口面積との関係を、弁室開口の開口面積が
相対的に大きくさせ、これにより所望の開弁期間を確保
するようにして、より十分なる剛性が得られるようにし
たものである。すなわち、貫通路を有する中実回転子で
バルブを形成した場合、その開弁期間は、中実回転子の
中心点と貫通路の開口端との挟み角に、前記中心点と弁
室開口との挟み角を加えたもので決定されることから、
弁室開口の開口面積を相対的に大きくさせることによ
り、中実回転子に設けた貫通路の通路断面積を相対的に
小さくしても所望の開弁期間が確保しうることとなる。

しかしながら、弁室開口の開口面積を大きした場合に
は、そのまま弁室下流側の一次吸気通路の通路断面積と
することは、一次吸気通路から吐出する吸気の流速を弱
める結果となって燃焼性に問題が生じる。

そこで、一次吸気通路を、前記弁室の下流側開口から下
流に向うに従って徐々に縮径させて、通路抵抗を生じな
いようにすると共に、その通路断面積を、前記貫通路の
通路断面積より小さくして、一次吸気通路から吐出する
吸気の流速を積極的に高めるようにしたものである。

これにより、このような吸気装置では、燃焼室内で新気
の断熱膨張がなされるために、燃焼室内の温度低下が著
しく、燃焼性が悪化し易いという基本的な課題に対し
て、一次吸気通路から吐出する吸気の流速の面から、そ
の燃焼性が改善されることとなる。

また、タイミングバルブをなす中実回転子に設けた貫通
路が、弁室開口と合わさったときに通路の開成がなされ
ることから、換言すれば、回転子の外周面が弁室開口と
合わさったときに一次吸気通路を遮断することから、回
転子が受ける吸気負圧の受圧面は小さなものとなって、
中実回転子に撓みを生ずることがない、ということは勿
論である。

このことから、中実回転子と弁室内壁面とのクリアラン
スを十に小さくしてタイミングバルブのシール性を高め
たとしても、何らの支障、例えば高速回転に伴う焼付け
を起こすこともない。

（実施例）以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

第１図において、１は直列四気筒とされたエンジン本体
で、エンジン本体１は、シリンダブロック２とシリンダ
ヘッド３並びにシリンダヘッドカバー４で構成されてお
り、このエンジン本体１の各気筒５にはピストン６が嵌
挿されている。

前記シリンダブロック２には、ピストン６の上方に形成
された燃焼室７に臨ませて、吸気ポート８と排気ポート
９とが開口され、上記吸気ポート８には吸気弁10が、ま
た排気ポート９には排気弁11が配設されて、これらの弁
10、11は、動弁機構12によって、クランクシャフト（図
示省略）の回転に同期して周知のタイミングで両ポート
８、９を開閉するようになっている。また燃焼室７には
図示を省略した点火プラグが具備されている。

吸気ポート８には、上流側から順にエアクリーナ（図示
省略）、スロットルボディ13、サージタンク14、吸気マ
ニホルド15の独立吸気管16が接続されて、エアクリーナ
で浄化された外気が、アクセルペダル（図示省略）踏込
み量に連動するスロットル弁17を介して燃焼室７内に導
入されるようになっており、上記エアクリーナから吸気
ポート８に至るまでの通が吸気通路18を構成している。

吸気通路18の下流部には、吸気ポート８内に形成された
隔壁19と、吸気マニホルド15の独立吸気管16内に形成さ
れた隔壁20とで、互いに並列に一次吸気通路21と二次吸
気通路22とが画成されている。二次吸気通路22は高負荷
用吸気通路となるもので、その通路断面積が相対的に大
きくされ、この二次吸気通路22には、吸気マニホルド15
のシリンダヘッド３側接続端部に、シャッタ弁23が配設
されると共に、このシャッタ弁23の下端側において燃料
噴射弁24が配設されている。このシャッタ弁23は、前記
アクセルペダルの踏込みに応じて、高負荷域では開、低
負荷域では閉とする制御がなされるようになっている。

前記一次吸気通路21は、低負荷用吸気通路となるもの
で、その通路断面積が相対的に小さくされて、前記シャ
ッタ弁23をバイパスして設けられている。

すなわち、燃焼室７に連なる吸気通路18は、シリンダヘ
ッド３から遠のく方向に延びた後、大きな曲がり18aで
略180度反転して、サージタンク14で形成される吸気拡
大室25に連なる形状とされ、一次吸気通路21と二次吸気
通路22とは、吸気マニホルド15の上流端部において、つ
まり、吸気通路18の屈曲部18a下流端で分岐されてい
る。そして、一次吸気通路21の上流端部は、上記屈曲部
18aの接線方向に沿って延び、その入口端21aは、吸気通
路18に大きく開口されて、一次吸気通路21への吸気の導
入の円滑化が図られている。一方、一次吸気通路21の出
口端21bは吸気弁10の直上流において二次吸気通路22と
合流されており、また、上記出口端21bは気筒５のほぼ
接線方向に指向されて、燃焼室７にスワールＳが発生す
るようになっている（第２図参照）。

このようにして設けられた上記一次吸気通路21には、吸
気マニホルド15のシリンダヘッド３側接続端部にタイミ
ングバルブＡが設けられている。

タイミングバルブＡは、クランクシャフト（図示省略）
により機械的に駆動されるもので、クランクシャフトと
は、図示を省略したタイミング装置を介して連係されて
おり、このタイミングバルブＡは、一次吸気通路21に弁
室25を形成するスリーブ25と、該スリーブ25に回転自在
に嵌挿された回転子27とから構成されている。

前記スリーブ25は各独立吸気管16にわたって延設され
て、スリーブ25には、夫々の一次吸気通路21に対応する
上流側開口29と下流側開口30が設けられている。

前記回転子27は、第３図にも示すように、径方向に延び
る貫通路28を有する断面円形体とされ、回転子27の回転
に伴って、貫通口28がスリーブ25の上流側、下流側開口
29、30と一致したときに一次吸気通路21が開成される。

一次吸気通路21における通路断面積は、貫通孔28の断面
S₁がスリーブ25の下流側開口30、つまり弁室26の下流側
開口の開口面積S₂より小とされ、換言すれば、弁室26の
下流側開口の開口面積S₂が相対的に大とされ、そしてこ
の弁室26の下流側開口から下流に向うにつれて徐々に縮
径されて、一次吸気通路21の下流端部に連なるものとさ
れ、この下流端部における通路断面積S₃は貫通孔28の断
面積S₁より小とされている。

すなわち、タイミングバルブＡの開弁時期は、回転子27
の中心点Ｏと貫通孔28の開口端との挟み角θ_１に、上記
中心点Ｏとスリーブ25の下流側開口30との挟み角θ_２を
加えて角度で規制されることから、弁室26の下流側開口
30の面積S₂を大とすることにより、貫通孔28の断面積S₁
を小としたとしても所望の開弁タイミングが確保され
る。

本実施例では、またスリーブ25の上流側開口29と下流側
開口30とは、夫々、スリーブ25の外周面に向うに従っ
て、徐々に拡開する形状とされている。

すなわち、タイミングバルブＡの開弁初期及び終期にお
いて、スリーブ25の各開口29、30を画成する壁面のうち
回転方向進み側及び遅れ側の壁面が、貫通孔28を画成す
る内壁面と平行となるようにテーパ面とされて、開弁初
期及び終期における吸気の通路抵抗の低減が図られてい
る。

したがって、この面からもポンピングロス低減効果の確
保がなされることとなる。

尚、前述の燃料噴射弁24の噴口24aは、一次、二次両吸
気通路21、22の合流部分へ向けて指向され、その噴口24
aにはアシストエアが導入されて、噴口24aから噴射かれ
る燃料の霧化の促進が図られている。第１図中、24bは
アシストエア導入口を示すものである。又、第１図、第
３図中、符31は温水通路で、温水通路31は一次吸気通路
21に隣接して、その三方を囲むようにして形成されてお
り、温水通路31には、エンジン冷却水が導入されて、一
次吸気通路21内の吸気を暖めるようになっている。

以上の構成において、先ず、実施例の全体的な作用を説
明すると、低負荷時には、シャッタ弁23が閉とされて、
二次吸気通路22は遮断され、燃焼室７へ吸気は一次吸気
通路21を介して行なわれる。そして、その吸気行程にお
いて、ピストン６が上死点から下死点に移行する途中
で、タイミングバルブＡによる一次吸気通路21の遮断が
行なわれる。

すなわち、吸気行程の途中でタイミングバルブＡが閉弁
されて、燃焼室７のへの吸気の充填が完了される。勿
論、これに応じて、スロットル弁17の絞り度合が小さく
されて、所望の吸気量が燃焼室７に充填されるようにな
っている。

このことから、吸気行程において吸気通路18内の吸気を
膨張させるための仕事が低減され、これにより吸気抵抗
損失、いわゆるポンピングロス低減効果が得られること
となる。

また、実施例では、レシプロエンジンに適用されている
ため、タイミングバルブＡの閉弁以後のピストン６の下
降動に伴う燃焼室７内の新気を膨張させるための仕事
は、ピストン６の下死点からの上昇動の際、クランク室
内の大気圧がピストン６押し上げる仕事で補償される。

この吸気行程において、吸気通路21を流れる吸気は、一
次吸気通路21の下流端部の通路有効断面積S₃が相対的に
小とされているため、流速が早められて吐され、燃焼室
７に強いスワールＳを生成することとなる。勿論、一次
吸気通路21は、弁室26の下流側開口30から、徐々に縮径
した通路形状とされているため、通路抵抗を受けること
なく吸気の流れは円滑である。また、回転子27の貫通28
は、その断面積S₁を小としても、所定の開弁タイミング
を確保しうるため、回転子27の剛性をより高めることが
できる。このことは、タイミングバルブＡが中実の回転
子27とで構成されていることと相まって十分なる剛性の
確保が容易となると共に、閉弁時の吸気負圧が弁室26の
下流側開口30に対面した部位にのみ作用することから、
回転子27の受圧面がわずかなものとなり、撓み等の変形
を生じることはない。このことから、クリアランスを十
分に小さく設定してシール性を高めたとしても、焼き付
けなどの問題を生ずる恐れがない。

また、本実施例では、弁室26がスリーブ25で形成されて
いることから、各気筒５間におけるシール性の均一性確
保が容易である。

一方、高負荷域では、シャッタ弁23が開弁されて、二次
吸気通路22からも吸気が導かれ、吸気弁10による一般的
な吸気制御が行なわれる。

以上、本発の実施例を説明したが、本発明はこれに限定
されることなく、以下の変形例を包含するものである。

（１）二次吸気通路22をシャッタ弁23の下流側で分岐
し、燃焼室７に開口する２つの吸気ポートに、夫々、接
続するようにした吸気装置に適用するものであってもよ
い。この場合、一次吸気通路21を一方の吸気ポートに開
口すればよい。

（２）気化器を備えたエンジンに対しても適用し得るこ
とは勿論である。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、タイ
ミングバルブにより実質的な吸気の制御をおこなうよう
にした装置において、タイミングバルブの剛性を十分確
保することができるため、そのシール性の向上、及び高
速回転域における信頼性の向上を図ることができ、これ
によってポンピングロス低減効果を確保することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例が適用されたエンジンの吸気系の全体
構成を示す断面図、第２図は、一次吸気通路の指向方向を示す説明図、第３図は、要部拡大断面図である。 A:タイミングバルブ 1:エンジン本体 5:気筒 7:燃焼室 15:吸気マニホルド 16:独立吸気管 17:スロットル弁 18:吸気通路 21:一次吸気通路 22:二次吸気通路 23:シャッタ弁 26:弁室 27:中空回転子 28:貫通孔 S₁:貫通孔の断面積 S₂:弁室の下流側開口の開口面積 S₃:一次吸気通路の下流端部における通路断面積

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの燃焼室に連なる吸気通路に、低
負荷時に閉弁するシャッタ弁を備えた二次吸気通路と、
前記シャッタ弁をバイパスする一次吸気通路とが設けれ
て、該一次吸気通路には吸気行程のうち所定時期だけ開
弁するタイミングバルブが配設されたエンジンの吸気装
置において、前記タイミングバルブが、径方向に延びる貫通路を備え
た断面円形の中実回転子で形成され、該中実回転子を回転自在に収容する弁室の下流側開口
が、前記貫通路の通路断面積より大きな開口面積とさ
れ、前記一次吸気通路は、前記弁室の下流側開口から下流に
向うに従って徐々に縮径されて、前記貫通路の通路断面
積より小さな通路断面積とされている、ことを特徴とするエンジンの吸気装置。