JPS6287611A - 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
の改みを図る場合には、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、従って発生ず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り効果を得ることが１月雄である。

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溜と
、シリンダと該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、該管制弁と
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
溜の連通を制御して大きな吸気圧力変動を生じさせ、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号に開示された装置では
、吸気管制弁の開弁時期を低回転時に遅れ側にずらすよ
うに制御し大きな負圧波を生じさせ、給気溜で反転させ
て大きな反射正圧波を燃焼室に導入し、これによって、
低回転時における充填効率を高めるようにしている。し
かし、低回転において、特に、高負荷運転時には、ノブ
キングが生じやすいという問題があり、上記開示された
装置は、ノブキング対策がなされておらず、従って、高
充填率を確保して出力の向上を図るという所期の目的を
達成することができないものである。

（上記問題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
される少なくとも１つの吸気ポートと、該吸気ポート上
流の吸気通路に設けられ、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、少なくとも低負荷運
転時に前記制御弁の遅延制御を解除する解除手段と、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、本発明の装置の吸気ポートは、燃焼室内でスワ
ールを生じるように吸気を燃焼室壁面のほぼ接線方向に
向って導入するようになった、いわゆるスワールポート
として構成されている。

本発明の制御弁は、低速高負荷運転時等において吸入上
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、吸気はスワールポートを通じて、燃焼室壁面
に対してほぼ接線方向に導入される。また、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す
るように制御しても良いし、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。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、
：’ｒ　ｉ御弁の開弁期間を吸気弁以上に設定しておき
、低負荷時、及び高回転時等においては、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
等には、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は該通路にバイパス弁を設置して、
この弁を低負荷時、高回転時等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。また、
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、各気筒に共通の吸気
通路に一定の容積を有する容債部を形成することによっ
て構成しても良いし、発生する負圧波の位相が半波長ず
れているような気筒の吸気管同志を対向させるように連
結して構成することもできる。

（本発明の効果） 本発明によれば、低、中回転の中高負荷運転時などでは
、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。

この場合吸気は、導入時期が遅れ側にずらされているこ
と、及び、正圧波による押込効果があること、によって
高流速で燃焼室内に導入される。

本発明では、この吸気を、スワールポートを通じて、燃
焼室にタンジェンシャルに導入するようにしているので
、吸気が高流速を有することと相まって燃焼室内には、
強力なスワールが形成される。

この結果、吸気の着火性が向上し、特に低回転高負荷時
において、ノッキング等の間圧を解消することができ、
高充填率を確保して、有効に出力向上を図ることができ
る。

なお、本発明の好ましい態様では、高回転時においては
上記のスワールポートによる吸気導入では、吸気の通路
抵抗が大きくなること、スワールが強くなりすぎること
及び、ディーゼルエンジン等では、騒音の問題が生じる
等の事情を考慮し、制御弁による吸気導入開始時期の遅
延制御を解除するようになっている。

また、低負荷時ボンピングロスが増大し燃費に悪影ワを
与えることとなるので、同様に上記遅延制御を解除する
ようことが望ましい。

また、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、次の関係式で表される。

ここで、Ｎ：同調回転数（ｒｐｍ）、θｅ：有効有効開
開期間ｅｇ）　　、シ：吸気弁開弁期間中の吸気系の固
有振動数（ｆｉｚ）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、吸気が実際にンリング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（］）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。従って、所望の回転数領域で同調回転数を得るこ
とができるように吸気系の構造を定めることにより異な
る回転域の各々において、広い回転数領域で圧力波によ
る充填効率増大効果を得ることができる。

〈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、シリンダヘッド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。本例の吸気ポート７は、吸気を燃焼室６の壁面
に対して接線方向に導入するいわゆるスワールポートと
して構成されている。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１２
ａ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
の下流には吸気流遣を計量するエアフローメータ１５が
設けられるとともに、その下流側には、吸気系で生じた
負圧波を反転させるための一定の容量を有する容積部１
６が設けられる。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、該スロットル弁下流の
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、ノ＼イパス弁２０がそれぞね取付けられる
。また、ノ＼イパス通路１９の上流側は、主吸気通路１
３の分岐部とスロ・７）ル弁１７との間に接続されてい
る。ロークリアＸＩ　／シブ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没けられている。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、ロークリバルブ１８の回動・袖１
３ａは、進角機構２２を介してプーリ２３に１３　Ｋ売
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）すられたヘリカルギア２７と、ロータリバルブ１８
の回転軸１８ａの端部に取付けられ手記プーリ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２
８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」二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て構成される
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、回転数々び、
負荷の値に応じ、バイパス弁２０のアク手ユエータ２０
ａ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クリバルブ１８：ま、
クランク軸２４と同じ速度で回転する。

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の開弁期間に対して
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、ロークリバルブ１
８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、ロークリバルブ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が開いたどき実際に吸気が
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
生じる。この負圧波は、吸気通路１３を上流に伝播して
容積部１６に到達する。容積部１６において、負圧波は
反転して正圧波となり吸気通路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、ロークリバ
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１）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″′−クリへ′ルブ１８の開弁時
期を遅らせ、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ｉｌ
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。

この場合、本例の構造では、吸気は、吸気ポート７を通
じて、燃焼室壁面に対して接線方向に導入される。ロー
クリバルブ１８によって、開弁時期を遅らせ有効開弁期
間を制御するような運転領域では、吸気流速は増大する
ので、燃焼室に導入される吸気は、強力なスワールを生
成する。これによって、ノッキング等の異常燃焼を防止
することができ、商売ｍ効率をｆ４Ｆで、有効に出力の
向上を図ることができる。

なお、エンジンの高回転領域においては、特（ごスワー
ルポートを有する吸気構造では一、ヒ古己のよ′）にロ
ークリバルブを遅れ側にずらすような制１１１１４行な
うと通路抵抗の増大が顕著となり、かえって商売填遣の
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２０
ａ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てき３゜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
化が顕著となるのて゛、同様にバイパス弁２０を開き、
バイパス通路１１］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
。

また、第５図を参照すれば、本発明の他の実施例が示さ
れており、本例では、吸気ポート７が燃焼室６の周壁に
寄せて配置されているとともに、吸気通路９が周壁に沿
って、この吸気ポート７に連通ずるように設けられてい
る。この構造においても、吸気は壁面に接線方向に導入
され、強いスワールを生成する。

なお、以上の説明では、単一の吸気ポートを有する例に
ついて説明したが、第６図に示すように本発明は、複数
の吸気ポートを有するエンジンについても適用すること
ができるものである。この実施例では、すべての運転領
域で吸気導入を行う大径の１次側ポート？ａと高負荷運
転時のみ機能する小径の２次側ポー）７ｂとが設けられ
ている。

この場合１次側ポートからの吸気導入の際において主と
してスワールが生成する。

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
ク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、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、本発明の池の実施
例に係るエンジンの平面図、第６図は、本発明のさらに
池の例に係るエンジンの平面図である。 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！ｉ’６　　　　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・・・・・・容ｈ４部１７・・・・
・・スロットルバルブ 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・・・・・・コントロールユニソトＴＤＣＢＤＣク
ランク角

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少なくとも１つの
   吸気ポートと、該吸気ポート上流の吸気通路に設けられ
   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
   、少なくとも低負荷運転時に前記制御弁の遅延制御を解
   除する解除手段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、前記吸気ポート
   は、少なくとも、上記制御弁により吸気開始時期が遅延
   される運転状態において燃焼室内でスワールを生じるよ
   うに構成されたことを特徴とするエンジンの吸気装置。