JPS6258016A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、殊に慣性過給を利用した
吸気装置に関するものである。

（従来の技術） 一般によく知られた慣性過給を利用した吸気装置は、吸
気行程終了直航において吸気通路を流れる空気の慣性効
果及び吸気通路中の圧力波のシリンダ内導入と吸気弁閉
時期とを同調させることによって得られる圧力波効果と
を利用し体積効率を高める過給方式であって、エンジン
の平均有効圧力を増大させるに非常に有効な手段である
。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前記慣性効果を得るためには吸気通路長さにも
よるが一定以上の高回転数が必要であり、従って、エン
ジンの低速時においては吸気管内の空気の流速は低く、
慣性効果も小さく有効でない。

又、圧力波効果を得るためには音速で伝播する圧力波の
シリンダへの到達時期と吸気弁閉弁時期とは特定のエン
ジン速度において一致するように設定する必要があり、
この特定の速度以外のところでは負の圧力波が吸気弁閉
弁時期と一致することとなり、圧力波効果は一般にかえ
って負となり有害でもある。

以上の点から、自動車用エンジンでは一般に出力増大の
目的で、慣性効果の大きい高速において圧力波効果を利
用するようにしており、従って自動車の発進時に必要な
低速トルクを高めることはできない。

又、ガソリンエンジンにおいても、ディーゼルエンジン
においても、燃焼効率の改善及び排気ガスの洗浄化の目
的でシリンダ内の空気の渦流は不回天であるが、従来の
吸気装置ではある特定のエンジン速度においてのみ最強
の渦強さとなるようエンジン内の吸蔵通路の形状等を設
定しているから、この特定速度以上では渦の速度が速す
ぎ、特定速度以下では低すぎて、狭い特定速度範囲にお
けるエンジン速度においてのみ望ましい渦の速度が得ら
れ、この速度を逸脱すると燃焼状態は悪化するのが通常
である。

一方、ターボ過給エンジンでは、ターボ過給機の特性上
低速時には過給能力が低く高い過給圧力が発生せず、］
熔い低速１ヘルクが得られないところから前記圧力波効
果を応用して、低速における狭い速度範囲においてトル
ク増大を可能にしたものもあるが、その速度範囲以外で
は圧力波効果は逆に作用し、極低速トルク、即ち車輌の
発進時に必要なトルクまでも高めるに到らない不具合が
ある。

本発明は上記に鑑み、エンジンの吸気装置における前記
慣性過給効果を有効ならしめるエンジン回転速度を特定
速度に限定せず、ぼりエンジン速度範囲全域にわたり均
等な慣性過給効果が得られるよう、またエンジンの吸気
行程における吸気通路内の空気の流速をエンジン速度が
変化（殊に低速方向に）した場合においても常にはシ一
定とし、これによってシリンダ内に発生する渦の速度も
一定とし、好ましい燃焼と高い平均有効圧力を確保せん
とするを目的として案出されたものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明を実施例に対応する第】−図、第２図及び第７図
を用いて説明すると、エンジンＥの吸気Ｌ１６とそれに
連なる慣性過給用吸気管１１からなる吸気通路口内にロ
ータリーバルブ１２を配設し、該ロータリーバルブ１２
を開弁時期調整手段１００によりエンジン速度に応して
変化せしめるようにしたものである。

〈作用〉 例えば、エンジンの各速度においてその速度の凡そ３／
４においてロータリーバルブ１２の開閉時期を後記吸気
弁８の開閉時期と一致させておき、エンジン速度が低下
したときにおいて開閉時期調整手段１００によってロー
タリーバルブ１２の開弁時１υ］を遅らせて吸気を開始
し吸気弁８の閉弁によって吸気を終了するようにして、
慣性過給用吸気管１１による吸気の慣性及び圧力波効果
を有効に利用せしめた。

〈実施例〉 以下本発明の実施例を図面に基いて詳細に説明する。

本発明の慣性過給装置は基本的には第１図に示すように
、シリンダ１内でピストンリング２を有するピストン３
が摺動し、コンロッド４によりクランク・禎（図示せず
）を回転する４サイクルエンジンＥのシリンダ１の上部
に装着したシリンダヘッド５には、それぞれ吸気弁８及
び排気弁９が配設さ４ｔた吸気口６及び排気ロアが形成
されており、上記吸気口６にはこれと吸気槽１０とを連
結する長い慣性過給用吸気管１１に、制御弁としてエン
ジンのクランク軸から歯車伝達機溝を介して駆動される
ロータリーバルブ１２が配設されている。

第２図はロータリバルブ１２の駆動機構を含む開閉時期
調整手段を示し、上記ロータリーバルブ１２は慣性過給
用吸気管１１の途中に形成したバルブ体り１ａ内に支持
した駆動軸１３にピン１４によって固定されている。こ
の駆動軸１３は前記バルブ体り１ａ内でロータリーバル
ブ１２を挟持するように配設された一対のスリーブ１５
及び単体のスリーブ１６を介して複数のベアリング１９
に支承されており、その一端には左ねじヘリカルスプラ
イン１３ａが形成されている。

１７はクランク軸（図示せず）と市ｉｊ１機構を介して
伝導連結されたタイミングギヤで、該ギヤと一体の回転
軸１８の右端はベアリング２０を介してエンジンに取り
付けたブラケット２］に支持するとともに、左端には右
ねしヘリカルスプライン１８ａを切り、前記左ねじヘリ
カルスプライン］−３ａとの間を、内側に一ヒ記両スプ
ラインｉ３ａ、１８ａと噛み合う凸Ｂ２２ａ、２２ｂを
形成した調整駒２２により連結している。

２３は遠心錘で、前記タイミングギヤ１−７の内側に立
てた突子２４にピン２５で回動自在に支持されており、
その一端は上記調整駒２２の右端に当（妾されている。

また、２６は調整駒２２の反発ばねで前記駆動軸１：３
のフランジ］、　３　ｂと調整駒２２の左端の間に配設
されていて、調整駒２２を常に遠心錘２３の内突起２３
ａに押しっけている。これにより前記遠心錘２３は所定
の回転速度以下では反発ばね２６のばね力に抗し得す、
調整駒２２を左方に移動させる。従って、この調整駒２
２の凸起２２ａ及び同２２ｂと噛合っているヘリカルス
プライン１３ａ及び同１８ａによって回転軸１８と駆動
軸１３に位相差を与える。即ち、９動軸１３をロータリ
ーバルブ１２の開弁時期を遅くする方向に回動する。こ
のため、エンジンの吸気開始時期は遅れ、吸気期間は短
縮させることができる。

２７は調整レバーで軸２８により支持され、下端は前記
調整駒２２の凹部２２ｃに嵌入せしめるとともに、上端
はリンク２９により燃Ｎ量調整装置（図示せず）に連結
さねている。

尚、前記ロータリーバルブ１２は第１図に示す例では弁
開閉期間を約９０″づつに設定してあり、且つ、前記タ
イミングギヤ１７によってクランク軸回転の２分の１の
回転速度で駆動されるようになっているが、ロータリー
バルブ１２がクランク軸の４分の１の回・転速度でＩ駆
動される場合は開弁期間を約４５°と設定すればよい。

ところで、本発明のエンジンの吸気装置に使用されるロ
ータリーバルブの開閉時期調整手段１００は遠心錘とば
ね又はレバーとヘリカルスプラインに係合した軸方向に
移Ｅノしうる調整駒に限定されることはなく、エンジン
速度に応じて、又は負荷に応じてロータリーバルブの開
弁時期を調）３しうる構造であれば本発明のエンジンの
吸気装置の作動になんらの支障もない。

次に上記実施例の作動を説明する。

第３図はエンジン速度と体積効率及び１〜ルクとの関係
を示し、実線は慣性過給しない場合を、点線は長い慣性
過給用吸気管を使用した場合の慣性効果を、一点鎖線は
慣性効果に圧力波効果が加わった慣性過給をした場合を
各々示している。

例えば最高速６０００ｒｐｍの従来公知のエンジンでは
５０００ｒｐｍに最大の圧力波効果が発生するように吸
気管長さを設定し、出力を増大せしめようとするが、低
速では前述の如（高いトルクが得られでいない。このエ
ンジンに本発明を応用すると、５０００ｒｐｍの高速に
おいては遠心錘２３の遠心力は大きく、その内突起２３
ａは調整駒２２をばね２６の力に抗して右方に押し、タ
イミングギヤ１７に対して駆動軸１３に固着されたロー
タリーバルブ１２の位相を第７１図に示す如く、吸気弁
開時期とロータリーバルブ弁開時期とが一致するように
進める。第４図の状態では、本発明の吸気装置を持つエ
ンジンはロータリーバルブによって吸気通路開閉時期は
通常のエンジンと何らの変化もなく、第３図に示す如く
通常の慣性過給エンジンと同様な餌性効果と圧力波効果
による慣性過給をうけ、同様に大きなトルクを発生する
。

問題となるエンジン低速時では、通常のエンジンでは吸
気通路開口時間は長くなり、一定の音速でシリンダ内に
進入する圧力波は、吸気閉弁時には反射し、て再び圧力
波として吸気通路内を逆流し、圧力波効果は負になるば
かりでなく、ピストン速度は低く、それに対応する吸気
通路内ガス速度も低下して第３図に示す如くに慣性効果
も低下する。

しかし本発明のエンジンの吸気装置では、エンジン速度
が低下すると遠心錘２３の遠心力も低下し、反発ばね２
６の力に抗し得す、調整駒２２は右方に押し動かされ、
タイミングギヤ１７に対する軸１３の位相を遅らせ、従
って１ｉｌｌｌ　１．３に固定されたロータリーバルブ
１２の位相を遅らせ、これによりロータリーバルブ１２
の開弁によって開口し、吸気弁８の閉弁によって閉口す
る吸気通路の開口時間を高速時と同一にし、高速時と同
様な圧力波効果を発生させるとともに、吸入行程時の吸
入通路内ガス速度も高速時と同速度に維持し、第３図の
２点閉鎖線で示すように高速時と同様な慣性効果を得る
ことができるのである。

これを第３図、第４図及び第５図により更に説明す、る
と、例えば５０００ｒｐｍにおいて最大の効果を発揮す
るように吸気通路とバルブタイミングを設定したこのエ
ンジンを例えば２分の１の速度２５００ｒｐｍで運転す
る場合は、２５０°であった吸気弁弁開期間、即ち吸気
通路開口期間は１２５°と２分の１になるように、第４
図に示す如く、ロータリーバルブ開弁時期を遅らせるこ
とによって吸気通路開口時間は５０００ｒｐｍのときと
同一となり、１前述の如＜５００Ｏｒｐｍのときと同等
な慣性過給効果を得ることができるのである。

又、エンジン速度が変化しても、シリンダ内に流入する
ガス速度が一定であることはシリンダ内に発生する渦の
速度も一定となり、全速度範囲にわたって高効率な燃焼
が得られるとともに、低公害な損二気ガスとすることが
可能となる。

また本発明のエンジンの吸気装置をターボ過給エンジン
に応用した場合の作動を説明すると、第６図の実線は無
過給エンジンの回転速度とトルクの関係を示している。

一般にターボ過給機はエンジン速度に応じて向上する特
性を有し第６図の点線の如きトルク曲線となるから、も
しこのエンジンの許容燃焼圧力が高ければ、図の一点鎖
線をたどってトルクは向上することになるが車輌用エン
ジンとして必要な低速は発生しない。

また低速トルク向上の目的で、エンジン回転速度、第６
図のｄにて慣性過給装置を設定しても、三点鎖線に示す
如く低速トルクが増大することは知られているが、第６
図のエンジン速度ｂ、即ち極低速トルクには何等の変化
もなく、自動車用エンジンに必要な発進トルクは発生し
ない。上記の慣性過給したターボ過給エンジンの吸気通
路に開閉時期を調節しつるロータリーバルブを附加し、
前述の如くロータリーバルブの開弁時期を調節すること
によって、極低速トルク、第６図のエンジン回転速度６
におけるトルクを二点鎖線のように高めることが可能と
なる。

更に本発明の吸気装置を応用した火花点火エンジンの部
分負荷時における作動を説明すると、スロットルバルブ
等による絞りを有しない吸気通路に設けたロータリーバ
ルブ１２を吸気行程の下死点近くで開弁させるよう、燃
料供給量調整装置（図示せず）のリンク２９を右方に引
き、調整レバー２７を軸２８を中心に時計方向に回動せ
しめ。

回転駒２２を更に左方に移動させ、ロータリーバルブ１
２の開弁時期を遅らせれば、高い負圧状態にあるシリン
ダ内へ混合気を音速で吸入させることができ、極めて短
時間内に音速で流入する量の混合気によって、シリンダ
内に高速度の渦を発生させ、高速度の渦によって稀薄混
合気の燃焼を可能にする。例えばアイドル運転状態にお
いては吸気【コ開ロ期間は僅か５°程度に短縮され、負
荷の増加とともに燃料供給量調整装置は吸気口開口期間
を増大させるのである。

第７図は本発明のエンジンの吸気装置を２サイクルエン
ジンに使用した場合を示し、ロータリーバルブ１２は第
２図に示す如き開閉時期調整手段１００により開弁時期
が調整され、吸気口開口期間は前述の如くに調整され、
４サイクルエンジンと同様に低速においても慣性過給効
果が得られるものである。

（発明の効果） 本発明は上述の如く構成され、エンジンの吸気通路中に
開閉時期を調整しうるロータリーバルブを配設し、その
開弁時期を開閉時期調整手段によりエンジン速度に応じ
変化せしめるようにしたことによりエンジン全負荷にお
いてはほぼエンジンの全運転速度範囲に、わたって吸気
通路開口時間を一定とし、圧力波を確実にシリンダ内に
確保するとともに、高速時における慣性効果を低速時に
おいても同様に生せしめ、これによりエンジンの全速度
範囲にわたって高い体積効率が得られる。またシリンダ
内に発生する渦の速度をもエンジン速度とは無関係に一
定とし、無公害でしかも燃焼効率の高い燃焼を行なわせ
、エンジンの全速度範囲にわたって高いトルクの発生を
可能にすることができる。

又、本発明によれば、火花点火エンジンの部分負荷時に
絞り弁によって混合気の量を調整するのではなく、吸気
通路開口時間をロータリーバルブ１２の開弁時期を遅ら
せることによって短縮し、混合気を音速にてシリンダ内
に導入するので、渦の速度を高めることができ、部分負
荷時における稀薄燃焼を可能とし、低公害にして高い熱
効率を有する上記エンジンが得られる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る４サイクルエンジンの縦断面略示
図、第２図はロータリバルブの開閉時期調整手段を示す
第１図のＡ−Ａ線断面矢視相当図、第３図はターボ過給
エンジンに対する本発明の実施の有無を比較したエンジ
ンのトルク線図、第４図は本発明の実施の有無によるエ
ンジンの体積効率（又はトルク）比較線図、第５図は本
発明に係るエンジンの高速時におけるロータリーバルブ
と吸気弁の開閉時期を表わす図、第６図は同低速時のロ
ータリーバルブと吸気弁の開閉時期を表わす図、第７図
は本発明を実施した２サイクルエンジンの縦断面略図で
ある １ニジリンダ、３：ピストン、５ニジリンダヘツド、６
：吸気口、７：排気口、８：吸気弁、９：排気弁、１１
：慣性過給用吸気管、１２：ロータリバルブ、１３：駆
動軸、１５，１６：スリーブ。 １７：タイミングギヤ、１８：回転軸、１９．２０：ベ
アリング、２２：調整駒、２３：遠心錘、。 ２６：反発ばね、２７：調整レバー、１００：ロータリ
バルブ開閉時期調整手段、Ｅ：エンジン。 特許出願人　株式会社兼坂技術研究所 １ｎ　　ｋｒｆｌ　　　　　へ　　− ニンレレ回転速度 第６０ 手続補正ｇ（方式） ％式％ １事件の表示 ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　川崎市川崎区渡田向町８番２号昭和６０年１
１月６日（昭和６０年１１月２６日）５補正の対象 図面 ６補正の内容 願書に最初に添付した図面の浄書（内容に変更なし）７
添付書類の目録 「補正の内容」に記した浄書した図面（第１図乃至第７
図）　　　　　　　　　　　１通 手続補正書 昭和６１年０９月　１　日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）エンジンの吸気口とそれに連る慣性過給用吸気管か
   らなる吸気通路中にロータリーバルブを配設し、該ロー
   タリーバルブの開弁時期を開閉時期調整手段によりエン
   ジン速度に応じて変化せしめるようにしたことを特徴と
   するエンジンの吸気装置。