JPS6285120A - 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
行な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下降速度が小さくな
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イグは、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
られる給気溜と、シリンダと核給気溜とを連通ずる吸気
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。

（発明が解決しようとする問題点） 上記特開昭５５−１０７０１８号では、吸気通路の途中
に設げられ一定の容積を有する給気溜において下流側で
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。

さらに、このような吸気の圧力振動を利用する吸気装置
に過給機を組込んで構成する、二とも可能−こ゛あるが
、この場合には、過給機と別個に反転容積部を設けなけ
ればなろず上記し・イノ′ウド上の［１！１題は、さら
に深刻となる。

（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−、て吸入土兄
、・す、１以降に開き吸気開始時期を遅延させる制（卸
する制ｔＸＶ介と、１）１５己制御弁よりも上流側の吸
気通路に設け・Ｃれろ′容積型過給機とを備えている。

前記過給機は、吸気ｊ１］１始の際吸気系に生じる圧力
波と、：ｌｂ給機の作動によって吸気系に生じる圧力波
とがＥｉいに逆転した位相関係で干渉するように、吸気
開始時期と同９１したタイミングで作動させられるよう
になっている。

本発明の吸気装置は、制御弁、よりも上流側に、容積型
の過給機を備えている。本発明の過給機は、容積型の過
給機であって、その作動により、吸気通路内に吐き出さ
れる吸気は、一定の圧力変動を伴う。本発明に適用する
ことができる過給機としては、ベーンクイプ、ルーツタ
イプ、ピストンタイプ等の種々の容積型過給機が挙げら
れる。また、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、すなわち、ＴＤＣよ
りも遅れて開かれるようになっており、吸気系には、制
御弁が開かれて吸気開始が行なわれるとき、大きな負圧
波が生じ、この負圧波は、吸気通路を上流側に伝播する
。本発明では、上記過給機の作動に起因して、吸気系に
生じる圧力波と、制御弁の開弁時に生じる圧力波とが吸
気通路内で互いに逆転した位相関係で干渉するように、
過給機の作動がタイミングを決定している。そして、こ
の干渉により、制御弁の開弁時に生じた負圧波は、反転
して正圧波となり、吸気行程の終期に燃焼室に導入され
る。

この場合制御弁の開弁時期は吸気弁の開弁時期に対して
一定のずれを有し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。

本発明の好ましい態様では、Ｌ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、制御弁の開弁時期を吸気弁以
上に設定しておき、低負荷時、没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） 本発明によれば、過給機の作動に起因して、吸気通路内
に生じる圧力波と、制ｉ卸弁の開動作によ−って吸気通
路に生じる圧力波とを、互いの位相が逆転した関係で両
者を干渉させるようにしている。

これによって、制御弁の開弁時に生じた負圧波は、反転
して、反射正圧波となって燃焼室内に戻り、吸気の押込
み効果をもたらす。これによって、高充填率を確保する
ことができ、出力の向上を図ることができる。従って、
本発明によれば、負圧波を反転させるための特別の容積
部を吸気系に設ける必要がなくなり、装置をコンパクト
に構成することができるので、レイアウト上極めて有利
となる。

また、一部に吸気系に生じる圧力波による充填率増大効
果がｉＧ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：吸気介開弁期間中の吸気系の固
有娠′＋ＪＪ数（Ｉｔ　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なうことを意
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１」
、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シみ
、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
領域においで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
のが望ましい。このように制御弁を制御することにより
、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、吸気ポート７及び排気ポート８が開口し
ており、シリンダへラド５には該吸気ポート７、排気ポ
ート８に通じるように吸気通路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には排気ブｒ１２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される。各気筒の
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が取付けられるとともに各吸気
通路９は上流で合流して主吸気通路１３が形成されさら
に上流に延びている。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
。

本例の吸気装置は、エアフローメータ１５の下流側に容
積型過給機１６を備えるとともに、該過給機１６の上下
流を連結する。ＩＪ　ＩＪ−フ通路３３を有する。この
リリーフ通路には過給機のりリーフ量を調整するための
ＩＪ　ＩＪ−フ弁３４が設けられている。過給機１６の
エアポンプを駆動するための駆動軸１６ａには、プーリ
３５が取付けられており、このプーリ３５は、クランク
軸２４の端部に取付けられた駆動プーリ２５によりタイ
ミングベルト２６を介して駆動されるようになっている
。

さらに主吸気通路１３には、スロットル弁１７が配置さ
れるとともに、該スロット弁下流の分岐部には、第３図
に示されるような筒状のロータリバルブ１８が回動自在
に配置される。分岐部下流の各気筒への吸気通路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。また、バイパス通
路１９の上流側は、主吸気通路１３の分岐部とスロット
ル弁１７との間に接続されている。ロークリバルブ１８
の周壁には所定の回転位置で各気筒の吸気通路９に連通
する開口２１が各気筒に対応してそれぞれ設けられてい
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。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を介してブー９２３に接続され
ている。プーリ２３は、クランク軸２４の駆動プーリ２
５にタイミンクベルト２６を介して接続されている。本
例では、プーリ２３とプーリ２５とは同じ径を有してお
り、従って、両者は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、ロークリバルブ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、両ヘリカルギア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
ロークリバルブ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）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、エンジン回転数ヲ表わす信号が人力されるよ
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２
０ａ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はタイ
ミングベルト２６を介してエンジン動力がプーリ２５か
らプーリ２３に伝達されることにより、クランク軸２４
同じ速度で回転する。またタイミングベルト２６が過給
機１６の駆動プーリ３５をめぐってかけさせられている
ことにより、エアポンプの駆動軸はロータリバルブと同
様にタイミングベルト２６によって駆動される。従って
ロークリバルブ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の開弁期間に対して対応す
るとともに過給機の作動もこれと同期して生じる。本例
では、吸気弁１１が開いておりかつ、ロークリバルブ１
８が開いている期間が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図と併せて参照すれば、ロークリバルブ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
ークリバルブ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、この開弁時において、ロ
ークリバルブ１８の下流側には吸気の負圧波が生じ、こ
の負圧波は、吸気通路１３を上流に伝播する。一方、過
給機１６においては、その作動によって、吸気が一定の
圧力変動をもって、吸気通路１３内に吐き出される。こ
の過給機１６の作動に基づく圧力波は吸気通路１３の下
流側に向かって生じる。そして、本例の吸気装置では、
ロークリバルブ１８の開作動に基づく圧力波と、過給機
１６の作動に基づく圧力波とは、共にクランク軸の回転
と一定の関係をもって生じることに鑑み、２つの圧力波
が吸気通路内で互いに逆転した位相関係で干渉するよう
に吸気系を構成している。これによって、ロータリバル
ブ１８の開作動に起因して生じた負圧波は、反転して正
圧波となって吸気通路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７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ようにしている。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の開弁時期を高回
転時よりも遅らせ、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（Ｈｚ）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、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
った間ｍ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、ボ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１
９からも吸気を導入して、実質的にロークリバルブ１８
の遅延制御を解除するようにしている。

以上のように本例の構造では、過給機をその機能を損う
ことなく、ロークリバルブ１８の開弁時に生じる吸気負
圧波の反転機能をもたせることができるので、負圧波を
反転させるための特別な容積部を設ける必要がなく、コ
ンパクトに吸気系を構成することができる。

また、第５図には、本発明の他の実施例が示されており
、本例では、エアポンプの駆動軸と駆動プーリ３５との
間に、前例におけるロークリバルブ１８の進角機構と同
様なエアポンプの吸気の吐出タイミングをロータリバル
ブ１８の開弁タイミングに精密に整合させるための吐出
タイミング可変機構３６が設けられている。また、吸気
通路１３の過給機１６の下流側に、僅かな拡がりをもっ
て容積部１６′を形成している。これによってロークリ
バルブの開弁動作によって生じる負圧波と、過給機作動
に基づ（圧力波との位相が正確に逆転した関係で干渉す
るように調整することができるとともに、効果的に負圧
波の反転現象を生じさせることができる。

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ぜんたい
概略図、第２図は、第１図のエンジンの部分断面図、第
３図は、ロークリバルブの斜視図、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、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、５　シリンダ
ヘッド、　　　６　燃焼室、９　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、１６　過給機
、１７　スロットルバルブ、１８　ロークリバルブ、１
９　バイパスＭｌ　　　　２０　　バイパス弁、２２　
進角機構、 ３１　コントロールユニブト。 第２図 第３図 ＴＤＣＢＤＣクランク角 第５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
   に設けられる容積型過給機とを備え、前記過給機は、吸
   気開始の際吸気系に生じる圧力波と、過給機の作動によ
   って吸気系に生じる圧力波とが互いに逆転した位相関係
   で干渉するように、吸気開始時期と同期したタイミイン
   グで作動させられるようになったことを特徴とするエン
   ジンの吸気装置。