JPH0788777B2 - エンジンの過給装置 - Google Patents

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過給装置に関するものである。

（従来技術） 従来より、エンジンの吸気充填効率を高める方法とし
て、吸気の慣性効果を利用する方法が広く知られてい
る。ここで吸気の慣性効果とは、吸気行程において吸気
ポートの開口時にピストンの下動に伴って吸気通路内に
発生した吸気負圧波が該吸気通路内に伝播し、所定容積
をもった圧力反転部において圧力反転して正圧波とな
り、これが吸気ポートの閉直前時期に該吸気ポート部分
に作用し、吸気を強制的に燃焼室内に押込む作用（過給
作用）を言う。

ところで、このような吸気の慣性効果は、吸気通路内に
発生する吸気の負圧波の圧力振幅が大きければ大きい程
良好となる。このことから、例えは特開昭60−65230号
公報に開示される如く、吸気通路の吸気ポートと圧力反
転部との間に該吸気通路を上記吸気ポートの開口時期よ
りも遅れて開く制御弁を設け、この制御弁の遅開きによ
り該制御弁の下流側により大きな吸気負圧波を発生さ
せ、これにより、慣性効果をより一層高めてより高水準
の過給効果が得られるようにしたものが知られている。

ところが、このように吸気通路に設けた制御弁の遅開き
により慣性効果の向上を図るようにしたものにおいて
は、下記するような理由により、折角制御弁の遅開きに
より吸気負圧波のレベルアップを図っても実現的にこれ
を十分に活用することができないとか、また吸気音の増
大により運転騒音が増加する等の不具合の発生が懸念さ
れる。即ち、慣性効果を効果的に発生させるためには吸
気負圧波のレベルに対応した圧力反転部の容積が必要で
あるため、例えば上記のように制御弁の遅開きにより吸
気負圧波のレベルアップを図った場合にはそれに対応い
て圧力反転部の容積が大きくなりエンジンルームという
比較的狭く限定されたスペース内にエンジン装置を組み
込むというエンジンレイアウト上の要請に対応できず、
このため現実的には圧力反転部の容積を負圧波の圧力レ
ベルから要求される容積よりも幾分小さめに設定し、慣
性効果とエンジンレイアウト性との協調を図るようにし
ていた。従って、吸気系が有する吸気慣性性能を十分に
生かしきれず、エンジンの出力特性上、幾分不満の残る
ものであった。

また、このように圧力反転部の容積を負圧波の圧力レベ
ルより幾分小さめに設定した場合には、該圧力反転部で
圧力反転されなかった負圧波が該圧力反転部を越えてさ
らに吸気上流側に伝播され、大きな吸気音を発生するこ
とになる。

（発明の目的） 本発明は、上記従来技術の項で指摘した問題点に鑑み、
吸気の慣性効果を利用して吸気充填量の増大を図るよう
にしたエンジンの過給装置において、過給効果の向上と
吸気音の低減とを同時に実現することを目的とするもの
である。

（発明の技術的背景） 本願発明者らは、上述の如き実情に鑑み、吸気ポート上
流に設けた制御弁の遅開きにより慣性効果の増大を図る
ようにしたエンジンの過給装置において、慣性効果の有
効利用と吸気音の低減との両立を実現するための方法を
研究する過程において、吸気の加振作用（即ち、特開昭
60−185027号公報に開示されるように、吸気通路と排気
通路に跨って設けた圧力導管の途中に、上記吸気通路と
排気通路とを遮断する如く設けられて排気の圧力脈動に
より振動する隔壁を設け、該隔壁の振動により吸気を加
振し、吸気通路内の吸気の圧力脈動を発生させたりある
いはこれを増幅させる作用）に着目し、この吸気の加振
作用による高レベルの圧力脈動を利用して圧力反転部内
において負圧波を強制的に反圧力反転させる方法を想到
し、その具体的な手段を開発するに至ったものである。

（目的を達成するための手段） 本発明のエンジンの過給装置は上記の目的を達成するた
めの手段として、エンジンの回転に同期して開閉される
吸気ポートと排気ポートを備え且つ上記吸気ポートに吸
気通路を、また排気ポートに排気通路をそれぞれ接続す
る一方、上記吸気通路に、エンジンの吸入上死点から所
定期間経過後に吸気を開始させる吸気遅開け手段と、所
定容積を有し且つ該吸気遅開け手段より吸気上流側に位
置して吸気開始時に生じる吸気負圧波を圧力反転させる
圧力反転部とを設け、さらに上記圧力反転部と上記排気
通路とを圧力導管を介して連通させるとともに、該圧力
反転部内に、上記吸気通路と上記排気通路との連通を遮
断した状態で配置され且つ上記圧力導管を介して伝達さ
れる排気圧力の脈動により振動して吸気を加振する吸気
加振装置を設けたことを特徴としている。

（作 用） 本発明では上記の手段により、圧力反転部内に設けた吸
気加振装置によって吸気が加振されその圧力脈動の正圧
により、該圧力反転部内に伝達された負圧波の一部が強
制的に正圧に圧力反転されるため、負圧波の実質的な圧
力反転量は、圧力反転部の容積効果によるものと上記加
振作用によるものとの和で表わされ、そのため （１） エンジンレイアウト上の理由から圧力反転部の
容積そのものが比較的小さく抑えられたものであって
も、該圧力反転部の容積効果のみによる場合に比してよ
り小さな容積の圧力反転部でより高レベルの吸気負圧波
の圧力反転に対処することができる、 （２） 圧力反転部における圧力反転能力自体が増大す
るため、圧力反転せずに圧力反転部を越えて上流側に伝
播する負圧波が可及的に少なくなり、負圧波の伝播に起
因する吸気音の発生が可及的に防止される、 等の作用が得られる。

（実施例） 以下、第１図及び第２図を参照して本発明の好適な実施
例を説明する。

（第１の実施例） 第１図には本発明の第１の実施例に係る過給装置を備え
た４気筒自動車用エンジンの吸・排気系のシステム図が
示されており、同図において符号１はエンジン本体であ
る。このエンジン本体１の４つの気筒2A,2B,2C,2Dの各
吸気ポート3A,3B,3C,3Dにはそれぞれ独立吸気通路5A,5
B,5C,5Dが接続されている。さらに、この各独立吸気通
路5A,5B,5C,5Dはその上流側において吸気主通路６によ
り集合せしめられ、該吸気主通路６とともに吸気通路７
を構成している。

一方、各気筒2A,2B,2C,2Dの各排気ポート4A,4B,4C,4Dに
はそれぞれ独立排気通路8A,8B,8C,8Dが接続されてい
る。この各独立排気通路8A,8B,8C,8Dはその下流側にお
いて排気集合通路９により集合せしめられ、該排気集合
通路９とともに排気通路10を構成している。

さらに、上記吸気通路７の各独立吸気通路5A,5B,5C,5D
の集合部には、制御弁16が設けられている。この制御弁
16は特許請求の範囲中の吸気遅開け手段を構成するもの
であって、その外周壁に上記各独立吸気通路5A,5B,5C,5
Dとそれぞれ連通可能な連通口17A,17B,17C,17Dを相互に
所定の位相角をもって形成した筒体で構成されている。
この制御弁16は、上記エンジン本体１の出力軸19に取付
けた駆動側ホイール21と該制御弁16の一端側に後述する
進角装置20を介して取付けた従動側ホイール22との間に
張設したベルト27を介して該出力軸19により回転駆動さ
れるようになっている。従って、この制御弁16の回転に
伴い、その各連通口17A,17B,17C,17Dは、それぞれ対応
する独立吸気通路5A,5B,5C,5Dと連通あるいは連通遮断
され、これにより上記各気筒2A,2B,2C,2Dに連通する吸
気通路７は開路あるいは閉路される。

進角装置20は、上記従動側ホイール22側に取付けられた
駆動側ヘリカルギヤ23と、上記制御弁16側に取付けられ
且つ上記駆動側ヘリカルギヤ23と反対方向のねじり方向
をもつ従動側ヘリカルギヤ24と、該駆動側ヘリカルギヤ
23と従動側ヘリカルギヤ24の両方に噛合し且つ該両ギヤ
23,24に対してその軸方向に相対変位可能とされた調整
駒25を有している。従って、駆動側ヘリカルギヤ23を上
記エンジン本体１の出力軸19と同一位相で同期回転する
ように上記駆動側ホイール21と従動側ホイール22の径を
設定すると、調整駒25をアクチュエータ26によりその軸
方向に相対移動させることにより該駆動側ヘリカルギヤ
23と従動側ヘリカルギヤ24との回転位相即ち、出力軸19
と制御弁16との回転位相が変化し、結果的に角気筒2A,2
B,2C,2Dの各吸気ポート3A,3B,3C,3Dの開口時期と制御弁
16の各連通口17A,17B,17C,17Dの開口時期（即ち、制御
弁16の開弁時期）とが相対的に変化せしめられる。

尚、この制御弁16は、これを上記各気筒2A,2B,2C,2Dの
各吸気ポート3A,3B,3C,3Dよりも遅れて開かせること
（吸気の遅開き）により該制御弁16の下流側における吸
気負圧のレベルアップを図るためのものである。従っ
て、基本的にはこの制御弁16は少なくとも各連通口17A,
17B,17C,17Dをそれぞれ対応する気筒2A,2B,2C,2Dの各吸
気ポート3A,3B,3C,3Dの開口時期よりも後でしかもエン
ジンの吸入上死点以降において開口するようにされてい
るわけであるが、さらにこの実施例においては上記進角
装置20を設け、該進角装置20により制御弁16の開弁時期
を各吸気ポート3A,3B,3C,3Dの開口時期に対して相対的
に早め（進角操作）たりあるいは遅らせ（遅角操作）た
りし、もって該制御弁16による吸気遅開け効果の増大を
図るようにしており、具体的には、エンジン回転数が高
くなるに従って制御弁16の開弁時期を早めてその開弁時
期を上記吸気ポート3A,3B,3C,3Dの開口時期に近づける
ようにしている。これは、下記する２つの理由による。
即ち、 （１） エンジンの低回転数域においては制御弁16によ
る吸気遅開けによってもたらされる該制御弁16下流側の
吸気圧の負圧レベルがエンジンの高回転数域の場合より
も小さくなるため、この場合はできるだけ該制御弁16の
開弁時期を遅らせて吸気圧の負圧レベルの増大を図る必
要がある（負圧レベル上の理由）、 （２） 吸気通路７内に生じた圧力波による吸気慣性を
吸気の過給効果の向上に有効に利用するためには、エン
ジン回転数（即ち、同調会点数）Ｎ（rpm）と、制御弁1
6の角連通口17A,17B,17C,17Dの開口期間と対応する各吸
気ポート3A,3B,3C,3Dの開口期間とが重なり合う期間で
表わされる吸気ポート3A,3B,3C,3Dの実質的な開口期間
（以下、有効開口期間という）θｅ（deg）、吸気系の
固有振動数ν（Hz）との間には Ｎ＝θｅ・ν/6 ・・・・・（１） という条件式の成立が必要であり、これをエンジンのよ
り広い運転領域（回転数域）で成立させる（即ち、吸気
慣性を利用する）ためには、エンジン回転数の増大に伴
って制御弁16の開弁時期を早めてその開弁時期を吸気ポ
ート3A,3B,3C,3Dの開口時期に近づける必要がある（吸
気慣性利用上の理由）、 という２つの理由によるものである。

さらに、この実施例においては本発明を適用して、上記
吸気通路７のスロットル弁12取付位置とエアフローメー
タ13及びエアクリーナ14取付け位置との中間位置と、上
記排気通路10との間を圧力導管11で相互に連通させると
ともに、該圧力導管11の途中に連通口17A〜17Dで発生し
た吸気の負圧波を圧力反転させるための所定容積をもつ
圧力反転部31を形成し、さらにこの圧力反転部31内に後
述する吸気加振装置30を組込んでいる。この吸気加振装
置30は、圧力反転部31内に上記吸気通路７と排気集合通
路９との連通を遮断するようにして設けられた隔壁32
と、該隔壁32の周囲に設けられた蛇腹部材34と該隔壁32
を弾性支持するスプリング33とを有している。この隔壁
32と蛇腹部材34とにより上記圧力反転部31内は、上記吸
気通路７に連通する吸気室35と上記排気通路10に連通す
る排気室36の２室に区画されている。従って、吸気加振
装置30の隔壁32は、その排気室36内に導入される排気の
圧力脈動を受けて振動し、吸気を加振する如く作用す
る。

上述の如き構成を有する過給装置によれば、エンジンの
各気筒2A,2B,2C,2Dにおいてはそれぞれ吸入行程時に先
ず、各吸気ポート3A,3B,3C,3Dが開いた後、所定期間後
に制御弁16の各連通口17A,17B,17C,17Dが開くため、各
気筒2A,2B,2C,2Dに対応する各独立吸気通路5A,5B,5C,5D
内には、制御弁16を設けないいわゆる自然吸気時よりも
高レベルの吸気負圧が発生する。この各独立排気通路8
A,8B,8C,8D内の吸気負圧は、制御弁16のの各連通口17A,
17B,17C,17Dの開口とともに吸気主通路６を通ってその
上流側に負圧波として伝達され、その上流側に設けた上
記圧力反転部31の吸気室35内において圧力反転され、正
圧波となって各吸気ポート3A,3B,3C,3Dにその閉塞直前
に伝達されることにより吸気の過給が行われる（吸気の
慣性効果の実現）。この場合、この吸気の慣性効果と並
行して、上記進角装置20による吸気加振が行われ、上記
吸気慣性による圧力脈動が増幅され、該慣性効果による
過給作用がより一層増進される（吸気加振効果の実
現）。

ところで、この場合、制御弁16の各連通口17A,17B,17C,
17Dの開口時期をそれぞれ対応する気筒2A,2B,2C,2Dの各
吸気ポート3A,3B,3C,3Dの開口時期よりも遅らせること
により吸気通路７内により大振幅の強力な負圧波を発生
させるようにしているため、この負圧波の全てを効果的
に圧力反転させてその波動エネルギーを有効に利用する
ためには圧力反転部31の容積もそれに対応して大きくす
る必要がある。ところが、この圧力反転部31の容積アッ
プは、エンジン装置の大型化を招き、エンジンレイアウ
ト性を損ねるおそれがあるため、現実的には該圧力反転
部31の容積を負圧波のレベルに応じて要求される容量よ
りも小さめに設定して過給によるエンジン出力性能の向
上効果とエンジン装置のコンパクト化によるエンジンレ
イアウト性の向上効果との協調を図るようにしている。
このため、圧力反転部31において吸気通路７内に発生し
た負圧波の一部は圧力反転させることができず、その結
果、エンジンの出力性能を十分に引き出すことができな
いとか、あるいは圧力反転部31で圧力反転しなかった負
圧波が該圧力反転部31を越えて吸気上流側に伝播して大
きな吸気音を発生する等の不具合が発生するおそれがあ
ることは既述の通りである。

ところが、この実施例においては本発明を適用して圧力
反転部31内に吸気加振装置30を設けて該吸気加振装置30
により吸気加振を行なうようにしているため、該圧力反
転部31内に伝播する負圧波を吸気の加振作用による圧力
脈動により強制的に圧力反転させることができる。この
ため、吸気通路７で発生した負圧波は、圧力反転部31に
おける開放効果（容積効果）による圧力反転作用と、吸
気加振装置30の吸気加振による圧力反転作用の両方の作
用により効果的に圧力反転されることになる。従て、吸
気加振による圧力反転分だけ圧力反転部31の容積を小さ
くすることが可能であり、エンジンの出力性能とエンジ
ンレイアウト性能の両立が実現される。

また、吸気通路７内で発生した大きな負圧波がほとんど
圧力反転部31部分において圧力反転されるため、該圧力
反転部31を通過して吸気上流側に伝播する負圧波が可及
的に少なくなり、それだけ吸気音の発生が抑制され、エ
ンジンの静粛運転が実現されることになる。

（第２の実施例） 第２図には本発明の第２の実施例に係る過給装置を備え
た４気筒自動車用エンジンの吸・排気系システム図が示
されている。この実施例のものは、上記第１の実施例の
ものが４つの独立吸気通路5A,5B,5C,5Dを一つの吸気主
通路６により集合させるようにしていたのに対して、４
つの気筒2A,2B,2C,2Dを点火順序の連続する気筒同士で
２つの気筒群に分け、それぞれの気筒群に別々の制御弁
と吸気加振装置とを設け、それぞれの気筒群において上
記第１の実施例と同様の作用効果を得るようにしたもの
である。

具体的構成としては、第１の気筒2Aと第４の気筒2Dとで
第１の気筒群X₁を、第２の気筒2Bと第３の気筒2Cとで第
２の気筒群X₂をそれぞれ構成し、第１の気筒群X₁側の吸
気通路７に第１の制御弁71と第１の吸気加振装置51を、
第２の気筒群X₂側の吸気通路７に第２の制御弁72と第２
の吸気加振装置52をそれぞれ設けている。また、第１の
吸気加振装置51の排気室36は第１の圧力導管61を介して
排気通路10の第１の独立排気通路8Aと第４の独立排気通
路8Dに、第２の吸気加振装置52の排気室36は第２の圧力
導管62を介して第２の独立排気通路8Bと第３の独立排気
通路8Cにそれぞれ接続されている。さらに、上記第１の
制御弁71と第２の制御弁72は、それぞれその一端に設け
られ且つ相互に噛合する一対のギヤ73,74により同期回
転せしめられている。この他の構成部材は全て上記第１
の実施例のものと同様の作用効果を現出するものであ
り、ここではこの他の各部材には第１実施例の各部材に
対応させて同一の符号を付することによりその説明を省
略する。

（発明の効果） 本発明のエンジンの過給装置は、エンジンの回転に同期
して開閉される吸気ポートと排気ポートを備え且つ上記
吸気ポートに吸気通路を、また排気ポートに排気通路を
それぞれ接続する一方、上記吸気通路に、エンジンの吸
入上死点から所定期間経過後に吸気を開始させる吸気遅
開け手段と、所定容積を有し且つ該吸気遅開け手段より
吸気上流側に位置して吸気開始時に生じる吸気負圧波を
圧力反転させる圧力反転部とを設け、さらに上記圧力反
転部と上記排気通路とを圧力導管を介して連通させると
ともに、該圧力反転部内に、上記吸気通路と上記排気路
との連通を遮断した状態で配置され且つ上記圧力導管を
介して伝達される排気圧力の脈動により振動して吸気を
加振する吸気加振装置を設けたことを特徴としている。

従って、本発明のエンジンの過給装置によれば、圧力反
転部内に設けた吸気加振装置によって吸気が加振されそ
の圧力脈動の正圧により、該圧力反転部内に伝達された
負圧波の一部が強制的に正圧に圧力反転されるため、負
圧波の実質的な圧力反転量は、圧力反転部の容積効果に
よるものと上記加振作用によるものとの和で表わされ、
そのため （１） エンジンレイアウト上の理由から圧力反転部の
容積そのものが比較的小さく抑えられたものであっても
圧力反転部の容積効果のみによる場合に比してより小さ
な容積の圧力反転部でより高レベルの吸気負圧波の圧力
反転に対処することができ、それだけ吸気系の有する吸
気の慣性効果能力をフルに利用してより高水準の過給効
果を実現できる、 （２） 圧力反転部における圧力反転能力自体が増大す
るため、圧力反転せずに圧力反転部を越えて上流側に伝
播する負圧波が可及的に少なくなり、負圧波の伝播に起
因する吸気音の発生が可及的に防止され、エンジンの静
粛運転が実現される、等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る過給装置を備えた
エンジンの吸・排気系のシステム図、第２図は本発明の
第２の実施例に係る過給装置を備えたエンジンの吸・排
気系のシステム図である。 １……エンジン本体 2A〜2D……気筒 3A〜3D……吸気ポート 4A〜4D……排気ポート 5A〜5D……独立吸気通路 ６……吸気主通路 ７……吸気通路 8A〜8D……独立排気通路 ９……排気集合通路 10……排気通路 11,61,62……圧力導管 16,71,72……制御弁（吸気遅開け手段） 17A〜17D……連通口 20……進角装置 30,51,52……吸気加振装置 31……圧力反転部 32……隔壁 33……スプリング 34……蛇腹部材 35……吸気室 36……排気室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの回転に同期して開閉される吸気
   ポートと排気ポートを備え且つ上記吸気ポートに吸気通
   路を、また排気ポートに排気通路をそれぞれ接続する一
   方、 上記吸気通路に、エンジンの吸入上死点から所定期間経
   過後に吸気を開始させる吸気遅開け手段と、 所定容積を有し且つ該吸気遅開け手段より吸気上流側に
   位置して吸気開始時に生じる吸気負圧波を圧力反転させ
   る圧力反転部とを設け、 さらに上記圧力反転部と上記排気通路とを圧力導管を介
   して連通させるとともに、 該圧力反転部内に、上記吸気通路と上記排気通路との連
   通を遮断した状態で配置され且つ上記圧力導管を介して
   伝達される排気圧力の脈動により振動して吸気を加振す
   る吸気加振装置を設けたことを特徴とするエンジンの過
   給装置。