JPS6282228A - 多気筒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、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加工速度が小さくなり
、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部
と、シリンダと該給気部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
部の連通を制御し、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。

（発明が解決りようとする問題点） 上記特開昭５５−１０７０１８号では、吸気通路の途中
に設けられ一定の容積を有する給気部において下流側で
生じた吸気負圧波を正圧波に反転させこの反転正圧波に
より充填効率を向上させるようにしている。しかし、こ
のように吸気通路に容積部を設けて反転部を構成する形
式のものでは、吸気装置が大型化し、限られたスペース
のエンジンルームにおいて、レイアウト上の問題が生じ
る。

また、吸気系で発生した負圧波は、吸気通路を上流側に
伝播し給気部で反転して反射波は下流に伝播して燃焼室
に導かれるか、負圧波による圧力変動は、さらに上流に
伝播する。このため、給気部よりも上流側に配置される
エアフローメータの作動に悪影響を与え、計量誤差を生
じさせる原因になる。

（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、該吸気ボ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
せる反転部とを備えているそして、上記反転部が、制御
弁上流側において、位相が互いに逆転した関係にある前
記吸気負圧波が干渉するように吸気通路を接続すること
により構成されたことを特徴とする。

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。

本発明の吸気装置は、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、発生する負圧波の位
相が半波長ずれた関係になっている気筒の吸気管同志を
制御弁の上流側で対向させるように連結して吸気負圧波
が互いに逆転した位相関係で干渉するように構成されて
いる。本発明において、好ましくは、該吸気管同志の連
結部は、一定の容積を有するように拡大して構成される
。また、この反転部の上流側に、直接吸気通路に、ある
いは、吸気通路から分岐して一定の容積を有し、圧力波
の上流への伝播を防止し、あるいは、反転効果を高める
ための補助反射部を設けることが望ましい。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ず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） 本発明よれば、吸気系で生じた負圧波を反転させる反転
部は、吸気負圧波が互いに逆転した位相関係で干渉する
ように吸気通路を接続することによって構成されるので
本発明の構造は、本質的に容積部を設けて反転部を構成
する形式のものに比べて吸気系をコンパクトにすること
ができ、レイアウト上有利である。また、本発明による
反転部は、逆転した位相の負圧波を干渉させることによ
って構成されているので、この干渉によって反転正圧波
が発生するとともに負圧波自体は干渉によって打ち消し
合うので、反転部より上流側に圧力変動が効果的に減衰
される。従って、反転部よりも上流側に配置されるエア
ーフローメータの計量動作への悪影響を極めて小さく抑
えることができる。

さらに、本発明によれば、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、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。

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（ｄｅｇ）、シ：吸気弁開弁期間中の吸気系の固有振
動数（Ｈｚ　）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
後らせるようにした制御することは、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。

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
せで得ることができ、さらに充填効率の改善を図ること
ができる。

また、低負荷時ボ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、吸気ボート７及び排気ポート８が開口し
ており、シリンダヘッド５には該吸気ボート７、°排気
ボート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、吸気ボート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れれる。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を連通ず
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、第３図に示すように筒状の
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の上下流を連通ずる開口２１がロー
クリバルブ１８を貫通して設けられる。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。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１
９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。

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気筒の独立吸気通路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。

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。

さらに各共通吸気通路９ａにはスロットル弁１７が配置
される。

第一１図に示すように、ロータリバルブ１８の回動軸１
８ａ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。本例ではロークリバルブ１８の開状態が半回転ごと
に得られるのではプーリ２５の２倍の径を有しており、
従って、プーリ２３はプーリ２５の２分の１の速度で回
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、量ヘリカルギア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を駆動スル。マタ、コントロールユニット３
１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の２分の１の速度で回転する。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
ずるタイミングすなわちロークリバルブ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４図と併わせで参照すれば、ロータリバルブ
１８０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。ロークリバルブ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
ふいて、ロークリバルブ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を上流に伝播し共通吸気通
路９ａの合流地点９ｂに到達する。

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、及び第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、干渉した負圧波は第５図
に示すように、互いに打消し合い反転して正圧波を発生
する。

従って、発生する負圧波が互いに逆転した位相関係にな
っている気筒の吸気通路９を対向して接続した場合の合
流地点９ｂは負圧波を反転させる反転部を構成する。こ
の合流地点で反転した正圧波は、吸気通路９ａ１９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、有効開弁期間θｅ（ｄｅｇ）及び吸気系の固有振
動数ν（）ｌｚ）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。なお本例では、負圧波が反転部において互いに打ち
消し合うので上流側に圧力変動が伝播することはない。

また、エンジンの高回転領域では、上記のようにローク
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
ークリバルブ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、実質的にロークリバルブ１
８の遅延制御を解除するようにしている。

第６図、第７図を参照すれば、本発明の他の実施例が示
されている。本例のエンジン１は、前例と同様の１−３
−４−２を点火順序を有する４気筒エンジンである。本
例の吸気装置では、互いの吸気行程が干渉しない第１、
第４気筒及び第２、第３気筒の独立吸気通路を接続して
２つの共通吸気通路９ａ′　を形成し、この共通吸気通
路９ａ′を上流において、主吸気通路１３に接続するよ
うにしている。そして、本例の場合、共通吸気通路９　
ａ＋　から独立吸気通路９への分岐部にそれぞれ筒状の
ロータリバルブ１８′　を配置している。本例の構造で
は、主吸気通路１３のスロットル弁上流に、上流側に伝
播した圧力波を減衰させる補助反射部１６を備えている
。これによって、圧力変動がこの補助反射部１６を越え
て、さらに上流側に伝播することが効果的に抑制され、
さらに上流側に配置されるエアフロメータ１５に悪影響
を与えることがなくなる。

第８図を参照すれば、本発明のさらに他の実施′−例が
示されている。本例のエンジンは、１−２−３−４−５
−６の点火順序を有する気筒エンジンである。本例に右
いても互いに吸気行程が干渉しない気筒同志が３つずつ
２つのグループに分けられる。すなわち、第１１第３、
第５気筒は第１グループ３２に、第２、第４、第６気筒
は第２グループ３３にそれぞれ組入れられる。そして、
各グループ３２．３３に対しては共通吸気通路９ａ″が
それぞれ設けられ、当該グループに属する独立吸気通路
９が、共通吸気通路９ａ”にそれぞれ接続されるととも
に、共通吸気通路９ａ“から独立吸気通路９への分岐部
には、ロータリバルブ１８“がそれぞれ配置される。２
つの共通吸気通路９ａ“は、上流において、主吸気通路
１３に合流している。さらに、本例の構造ではこの主吸
気通路１３への合流地点９ｂ“よりも下流に、２つの共
通吸気通路９ａ″を互いに連絡する連通路３４が形成さ
れらるとともに、該連通通路３４には、該通路３４を開
閉する開閉弁３５が設けられる。この開閉弁３５はコン
トロールユニット３１からの命令信号によって開閉する
ようになっている。コントロールユニット３１は、エン
ジンの比較的低回転領域において、この開閉弁３５を開
くように命令信号を出力する。本例のエンジンの吸気弁
１１及びロータリバルブ１８“の開閉動作は、第９図に
示すようなタイミングで行なわれる。そして、各吸気行
程で生じた吸気負圧波は、互いに逆転した位相関係で２
つの共通吸気通路９ａ“内を上流側に伝播し、開閉弁３
５が開いているときには、連通路３４において、閉じて
いる場合には、合流地点９ｂ”においてそれぞれ干渉し
て反転し、正圧波となる。従って、本例の構造では、圧
力波の振動系を切り換えることができるので、前記関係
式Ｎ＝θｅ・ν／６において固有振動数νを変更するこ
とができる。この結果、本例の吸気装置は、有効開弁時
期間θｅの制御が可能なことと、あいまって、さらに広
い回転数領域で同調回転数を得ることができる。

また、本例の構造では、スロットル弁１７よりも上流側
に主吸気通路１３から分岐した一定の容積を有する補助
反射部１６“を備えている。これによって、反転効果を
さらに高めることができるとともに、さらに上流側への
吸気の圧力変動の伝播を効果的に抑制することができる
。

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、ｖ、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、負圧波の干渉状
態を示すグラフ、第６図は、本発明の他の実施例に係る
エンジンの概略図、第７図は、第６図のエンジンの部分
断面図、第８図は、木′−発明のさらに他の実施例を示
すエンジンの概略図、第９図は、第７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・・・・・・独立吸気通路
、 ９　ａｓ　９　ａ’　、９　ａ”・・・・・・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、１６．１６”・
・・・・・補助反射部、１７・・・・・・スロットルバ
ルブ、 １８．１８’　　、１８”・・・・・・ロークリバルブ
、１９・・・・・・バイパス通路、　２０・・・・・・
バイパス弁、２２・・・・・・進角機構、 ３１・旧・・コントロールユニット、 ３４・・・・・・連通路、　　３５・・・・・・開閉弁
。 第１図 第２図 第３図 第４図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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を備え、該反転部は、
   制御弁上流側において、位相が互いに逆転した関係にあ
   る前記吸気負圧波が干渉するように吸気通路を接続する
   ことにより構成されたことを特徴とする多気筒エンジン
   の吸気装置。