JPS6287612A - 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’＝　Ｉｔ　＊’
ｔ　Ｌで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’ｊａｙ　Ａ
ｈ効果を利用して、充填効率を高め、−れによって力ｉ
出力を確保するようにしたエンジンが提案されている。

たとえば、特開昭５５−１０７０１８号公報には、吸気
弁上流の吸気通路に設（すられる拾気溜と、シリンダと
咳給気溜とを連通ずる吸気通路に設：、七られ、クラン
ク軸の回転速度と同一・または’、！　３ト４）１の速
度で回動する弁板をａする給気貴重１１ブ「とを備え、
該管制弁によってクランク軸の回転速度；こ応じてシリ
ンダと給気溜の連通を制御し、一定（″）範囲の回転数
領域で吸気の圧力波による充が１・率、増大効果がｉ斗
られるようにしたエンジン０）　（ｆｌ、ｌ気ｆ＆ｊ　
逓が開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような、吸気の圧力振動を利用して充填率
増大効果とを目指す機構と、過給機との両方を組込んだ
吸気装置を構成する場合には、過給機及びその付帯設備
が圧力波伝播の所書となり、十分に圧力波による効果を
利用できなくなる恐れが生じる。

（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
、本発明は、過給機の有する機能を損なうことなく、吸
気の圧力振動を有効に利用して広い範囲で吸気の充填効
率増大効果を確保することができ、もって出力の向上を
図ることができるエンジンの吸気装置を提供することを
目的としている。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吸気通路に設けられる過
給機とを備えている。そして、上記反転部は、制御弁よ
りも上流側でかつ過給機よりも下流の吸気通路に設けら
れている。

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吸気弁の開弁時期よりも一定のタイ
ミングだけ遅れ側にずれ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。

本発明の吸気装置は、制御弁よりも上流側かつ過給機よ
りも下流側に、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
は好ましくは、吸気通路から分岐して設けられ、一定の
容積を有する容積部によって構成される。また、本発明
に適用される過給機は、排気ガスエネルギーを利用する
ターボ過給機でも、エンジン出力によって駆動されるメ
カニカル過給機でも良く、好ましくは、反転部より下流
側かつ過給機の下流側に過給気を冷却するインターター
ラを（）１ｕえている。さらに、過給機が一ターボ過給
機である場合において、ウェストゲート弁作動用の過給
圧取出部も、反転部上流側に設けられる。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
高回中云時においては、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、吸気系で生じた負圧波を反転させる反
転部は、過給機及びインターターラ等の過給機付帯設備
よりも下流側に設けられる。すなわち、吸気圧力波の振
動系は、過給機等よりも下流側の吸気通路により構成さ
れる。

本発明では、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る。この負
圧波は、吸気通路内を手直に伝播し、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、本発明の構成では、過給機等はこの
圧力波の振動系の上流側に配置されているので、圧力波
の振動に何ら支１１へとならず従って、有効に、充填効
率増大効果を図ることができる。

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（）ｌｚ）　　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（］、）式にお
いで、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。

また、このように広い回転数範囲で充填効率増大効果が
生じる結果、低回転域での排気ガス遺、すなわち、排気
ガスエネルギーが増大し、ターボ過給機の作動回転域が
低回転域まで拡がり、これによって、さらに低回転領域
での出力特性を改占することができる。

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：＠１　ｆ卸する。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
て圧力波の同調回転数が辱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。ンリンダブロック２の
上方にはシリンダヘッドが結合されており、シリンダボ
ア３のピストン上方部空間と７リンダヘツドの下部凹部
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、シリンダヘッドには該吸気ポート７、排気ポート
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。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クリバルブ１８に接続されてお
り、ロークリバルブ１８は、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
通ずるように各気筒に対応し９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。ローク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λ１１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。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用す
るエア７０メーク１５が設けられる。

本例のエンジンは、排気ガスエネルギーにより駆動され
るターボ過給機５を４ｉｆｉえており、主吸気通路１３
の工γフロメ〜り１５の下流側には、過給機１５のＬア
ーボンブ５ａが配置され、工γ〜ポ：２ブをンｙ＋の下
流には、：」カ給気を冷却するインター７−ラ３３が設
けられろ。また、エアーポンプ５ａとインター７−ラ３
３との間には、過給気の一部をリリーフするりリーフ弁
３４が設けられる。

また、排気通路１０には、エアーポンプ５ａと共通の回
転軸５ｂによって連結されて、排気ガスにより該ポンプ
５ａを駆動するタービン５Ｃが配置される。また、排気
通路１０には、タービン５Ｃをバイパスするバイパス通
路１０ａが設けられ、該バイパス通路１０ａには、排ガ
スのタービン５ｃバイパス量を調節するウェストゲート
弁３５／）り設置される。ウェストゲート弁３５は、過
給圧が所定圧以上になったとき開かれ、排気ガスをバ・
イパスさせて、過給圧の上昇を抑制するようにな、−１
ている。、二のウェストゲート弁３５を作動さぜろ過給
圧は、容債部１６の上流側の吸気通路１３に設けられた
取出し部１０ｂから取り出されつ工ストゲート弁、３５
の作動部３５．１に専かれる、１；うになっている。さ
・らに主吸気通路１　ｆ３の各漬部１６の下流１１１月
；Ｊ［；よスロワＩ・ルｆ（ユｌ　、’　、：ン＜ｌ’
１（【−１１，ンｔさンｉ、ろ、ユ第１図；ご示す、１
′う１、゛、ロータリ・＼ルア′１８の回ｊ肋軸１８ａ
は、進角機構２２を介Ｉ６．てブー゛ｊ２３に接続され
てｊハろ１ブ＝す］３は、・７丹ンク軸２４の端部に取
付けられた駆動プーリ２５１ごべ２レト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
１回転ごとに得られるのではプーリ２５と同じ径を有し
でおり、従、って、ブーＩＪ　２３　ｉＪ　４−　リ２
５と同じ法度で回転する、ようにな−っている。進角機
構２２はブー１２３　Ｇ）回転軸２３ａの端部に取付け
られたパ＼リカルギア２７と、ロータリーバルブ１８の
回転軸１８，１の端部に取付けられト記プーリ２［３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に噛合する調節駒２
９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ーバルブ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がヒ記軸す
向に移動して噛合位置が変化するとヘリカルギγ２７．
２８との相対回転位置が変わり、−れによって、進角量
が変化するようになっている。、’Ｊ、ｊｌｌｐ駒２９
の軸方向の位置を調整する。竺めに、アクチュエータ３
０が設けられており、このアクチュエータは、好ましく
は、マイコンを咀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
ンの回転数を表わす信号が入力されるようにな−３てお
り、コント［１−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３
１はエンジン負荷信号モ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と同じ速度で゛回÷ムするっ従ってロータ
リ・くルブ１８の開口２１が各気筒の吸気通路９に連ｙ
ｎ−４−るタイミング′４−なオ′）しロータリバルブ
１８の開弁期間は、各気筒の吸気年１１の開弁期間にｒ
・１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、ロークリバルブ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Ｃ１この期間が有効開弁期間となる。第３図と併わせ
で参照すれば、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
数が増大ずて）と、図の＠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の開イｒ！＋！期に近
づくように設定される。−・方、エンジンの低回転時に
は、ロークリバルブ１８の開ゴｒ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、この間弁時において、
ロータリバルブ１８の下流側には吸気の負圧波が士じる
。この負圧波は、吸気通路１３を上流に伝播し容積部１
６に到達する。この容積部１６で負圧波は反転して正圧
波となり、反転正圧波は吸気通路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ことができる。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、ロークリバルブ１８の開弁時期をＴＤ
Ｃ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（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、進角桟構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・）にしているので、広い回転数領域にわたって同調
回転こりを得ることができ、この結果、低回転から中目
トぺにわたる広い回転数範囲で充填率増大効果：６イｙ
７　；′、ことができる。

さらに、本例のエンジン１は、容積部１６の上流側に過
給機５及びインターターラ３３ＧＩ′１Ｉｔｉえでおり
、この過給機による過給効果も併わせて１１することが
できるものである。この場合、過給機は、吸気圧力波と
反転させる容積部より」二流ｊ二設百されているので、
過給機が吸気振動系の機能に悪ｐＵ響を与えることはな
く、ａ効に圧力波を利用−４゛λ′。

ことができる。

しかも、本例の構成では、エンジンの低回転領域におい
ても圧力波による充填効率増大効果をｉ）ることができ
るので、この領域において、排気ガス漬が増大し、従っ
てタービン駆動が、低回ｔＪ、饋域まで拡がるのでこの
領域においても過給効果を得ることができる。すなわち
、過給域を低回転域まて拡げることができ、広い範囲で
過給効果を（）ることができる。さらに、過給圧を制限
するためのウェストゲート弁３５の作動圧の取出部ｔａ
ｂも、容積部１６の上流側に設けられでおり、従って、
圧力変動の少い、安定した作動圧を１１ることかできる
。

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、さろに、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かろも吸気を導入して、実質的にロークリバルブ１
８の：；１４延制御全制御するようにしている。

また、第４図には、本発明の他の実施例が開示されてい
る。本例では、エンジン点火順序を考“苫して負圧波の
反転部を構成するようにしている、。

本例のエンジンの点火順序は１−３−４−２となってい
る。そして、本例の構逍では、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気筒の吸気通路
９が、ロークリバルブ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。また、本例における過給機５′
は、いわゆるメカニカル過給機であり、駆動軸５ａ’の
先端に取付けられたプーリ３６には、タイミングベルト
２６がかけわたされており、従って、過給機５′には、
タイミングベルト２６を回して、クランク軸２４の回転
動力が伝達７され、これによって駆動されるようにな−
っている。この構成でパは、２つの共通吸気通路９ａの
合流地点ｑｂ＋ご才）い−ｒ、位相がｎいに半波長ずれ
ている第１及び第２気筒、第３反び第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
負圧波は反転して正圧波となる。従って、本例のように
負圧波の位＋目が互いに半波長ずれる気筒の吸気通路９
を組合わせることによって、負圧波を反転させることが
でき、前述の実施例と同様の充填効率増大効果を（尋る
ことかできる。

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平面概略
図、第２図は、第１図のエンジンの全体手肌略図、第３
図は、バルブの開弁タイミングを示すグラフ、第４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６・・・・・燃焼室　　９・・・・・・独立吸
気通路９ａ・・・・・・共通吸気通路　　１０・・・・
・・排気通路１３・・・・・・主吸気連路　　１４・・
・・・・エアクリーナ１５・・・・・・エアフローメー
ター　　１６・・・・・・容債部１７・・・・・スロッ
トルバルブ １８・・・・・・ロータリバルブ １９・・・・・・バイパスａ路　　２０・・・・・・バ
イパス弁２２・・・・・・進角機構 ３１・・・・・・コントロールユニット３４・・・・・
・連通路　　３５・・・・・・開閉弁第１図 鋼２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吸気通路に設けられる
   過給機とを備え、前記反転部は、制御弁よりも上流かつ
   過給機よりも下流の吸気通路に設けられたことを特徴と
   する多気筒エンジンの吸気装置。