(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サージタンクと各気筒の吸気口との間に設けられたエンジンの吸気装置であって、
第１吸気通路と、該第１吸気通路よりも通路面積が大きく、通路長さの短い第２吸気通路及び第３吸気通路と、前記第１、第２、第３吸気通路のそれぞれに設けられた第１、第２、第３開閉弁と、該第１、第２、第３開閉弁を開閉する切換手段とから形成され、
エンジンの回転数の上昇に対応して、低回転域で第１開閉弁のみを開放し、中回転域で第２開閉弁のみを開放し、高回転域で第２および第３開閉弁を開放するように前記切換手段を作動させる制御手段を備え、吸気通路面積を３段階に切り換えることを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】
前記第３吸気通路は、前記第２吸気通路に平行して配置されており、その通路面積と通路長さが前記第２吸気通路と同一であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装置。
【請求項３】
前記第２、第３吸気通路は前記第１吸気通路に隣接して配置しており、前記切換手段は前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を開閉するリンク機構を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの吸気装置。
【請求項４】
前記リンク機構は、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを固着した径方向に所定範囲で往復回転可能なシャフトを備えており、該シャフトの往復回転の一端において前記第１開閉弁を閉鎖し前記第２開閉弁を開放すると共に、他端において前記第１開閉弁を開放し前記第２開閉弁を閉鎖することを特徴とする請求項３記載のエンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの吸気装置に関するものであり、特に、各気筒毎にサージタンクと吸気口との間に独立した吸気管を介して接続することによって、吸気系の気柱振動と吸気期間とのタイミングの同調による慣性過給による吸気を行うようにしたエンジンの吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの吸気弁への吸気管内の流れは脈動流であり、エンジンの吸気弁が開放し、吸気行程においてシリンダ内に発生する負圧のために吸気管内の気柱は加速され吸気弁を介してシリンダ内部へ流れ込む。このときシリンダ内の圧力および容積は、ピストンの下降と共に変化し、同時に吸気管内の圧力および速度も変化する。シリンダで発生した圧力波は吸気管を伝わり、サージタンクで反射されてシリンダに戻るものであって、吸気系においてはこの現象が繰り返されている。このピストンの下降によって生じる圧力変化の振動数と、吸気管およびシリンダ容積で決定する吸気系の固有振動数とを同調させることによって吸気慣性効果が得られて、体積効率を向上させることができ高出力化が実現できることはよく知られている。
【０００３】
この吸気系の固有振動数は吸気通路の長さと断面積と吸気期間における平均の容積とで決定され、この固有振動数と同調するエンジン回転数の範囲を広くし、吸気慣性効果の利用による出力向上域を拡大するために、吸気通路の長さまたは吸気面積を可変にする技術がある。特に、エンジンの低回転域においては吸気通路の断面積を小さくし吸気通路の長さを長くすることによって吸気系の固有振動数がエンジンの回転数と同調し、エンジンの高回転域においては吸気通路の断面積を大きくし吸気通路の長さを短くすることによって吸気系の固有振動数がエンジンの回転数と同調することが知られている。
【０００４】
具体的な従来の技術として、例えば特開昭６０−１５９３３３号（第１の従来技術という）や特公平５−５３９３１号（第２の従来技術という）がある。第１の従来技術においては、吸気管のサージタンク側の端部の内周に配置した円筒形状の通路長さ可変手段がアクチェエータによってサージタンクの内部に突き出されるようになっており吸気管の長さを変更することができると共に、吸気管の吸気弁側においては断面積変更手段がアクチュエータによって吸気管の断面積を絞り込んで変更することができるようになっている。第２の従来技術においては、サージタンクと吸気弁との間の吸気管の一部に小径通路と大径通路を平行に配置し、それぞれの通路に設けた弁を個別に制御して３段階の通路面積を確保することができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来技術においては通路長さ可変手段をアクチェエータによってサージタンクの内部に突き出すタイプであり、アクチュエータの構成や作動が複雑であり、エンジンの振動の激しい部位で作動することもありアクチュエータの信頼性や耐久性の面における不安がある。また、第１の従来技術においては、円筒形状の通路長さ可変手段の部位にまで断面積変更手段が作用せず、断面積が変更できる部位は吸気管の一部のみとなっており、吸気系の固有振動数とを同調させる回転域が小さくなる問題点がある。
【０００６】
一方、第２の従来技術においては、エンジンの回転数に応じて吸気管の断面積を変更することはできるが、吸気通路の長さは変化させることができない。一般に、慣性過給の効果は吸気管の長さと吸気管の断面積との比によって決定されるので、第２の従来技術においては設計段階でエンジンの高回転域で高い慣性過給の効果を得るか、エンジンの低回転域で高い慣性過給の効果を得るかを決定することとなり、低回転域から高回転域に至る全ての回転域において高い慣性過給の効果を得ることは不可能である。
【０００７】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決し、低回転域から高回転域に至る全ての回転域において高い慣性過給の効果を得ることができるエンジンの吸気装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項１の発明において講じた手段は、サージタンクと各気筒の吸気口との間に設けられたエンジンの吸気装置であって、第１吸気通路と、第１吸気通路よりも通路面積が大きく、通路長さの短い第２吸気通路及び第３吸気通路と、第１、第２、第３吸気通路のそれぞれに設けられた第１、第２、第３開閉弁と、第１、第２、第３開閉弁を開閉する切換手段とから形成され、エンジンの回転数の上昇に対応して、低回転域で第１開閉弁のみを開放し、中回転域で第２開閉弁のみを開放し、高回転域で第２および第３開閉弁を開放するように切換手段を作動させる制御手段を備え、吸気通路面積を３段階に切り換えるようにしたことである。従って、エンジンが低回転のときには第１開閉弁のみを開放して通路面積が小さく、通路の長い第１吸気通路によってサージタンクと気筒の吸気口との間を連通し、エンジンが中回転のときには第２開閉弁のみを開放して第１吸気通路よりも通路面積が大きく、通路の短い第２吸気通路によってサージタンクと気筒の吸気口との間を連通し、エンジンが高回転のときには第２開閉弁と第３開閉弁を開放して第２吸気通路と第３吸気通路をサージタンクと気筒の吸気口との間を連通して、エンジンが中回転のときに比べて通路面積を大きくすることによって、低回転域から高回転域に至る全ての回転域において高い慣性過給の効果を得ることができる。
【０００９】
請求項２の発明において講じた手段は、第３吸気通路は、第２吸気通路に平行して配置されており、その通路面積と通路長さが第２吸気通路と同一としたことである。従って、第２吸気通路と共に第３吸気通路を開放するエンジンが高回転域の場合には中回転域の場合に比べて２倍の通路面積を確保できるとともに、これらの通路を平行して配置したことによって加工成形が簡単となり、エンジンの吸気装置をコンパクトにすることが可能となる。
【００１０】
請求項３の発明において講じた手段は、第２、第３吸気通路は第１吸気通路に隣接して配置しており、切換手段は第１開閉弁と第２開閉弁を開閉するリンク機構を備えていることである。従って、１つのリンク機構によって第１開閉弁と第２開閉弁の開閉を行うことができるものであり、開閉弁毎に切換手段を必要としないエンジンの吸気装置を簡単な構成とすることが可能となる。
【００１１】
請求項４の発明において講じた手段は、リンク機構は、第１開閉弁と第２開閉弁とを固着した径方向に所定範囲で往復回転可能なシャフトを備えており、このシャフトの往復回転の一端において第１開閉弁を閉鎖し第２開閉弁を開放すると共に、他端において第１開閉弁を開放し第２開閉弁を閉鎖することである。本発明においては、第１開閉弁と第２開閉弁とを同時に開放したり、同時に閉鎖したりすることがないので、リンク機構に設けられる１本のシャフトで２つの開閉弁を制御することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態を図１、図２及び図３に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明を用いた実施の形態のエンジンの吸気装置１０を各気筒１２毎に４つのバルブを備えたＤＯＨＣエンジンに適用したエンジンの要部断面図面である。図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００１４】
図１に示すように、エンジンの気筒１２は、内周部にシリンダー１４を形成するシリンダーブロック１６と、吸気管１８、排気管２０、吸気弁２２、排気弁２４を備えたシリンダーヘッド２６とから構成されている。吸気弁２２、排気弁２４は、それぞれ吸気管１８、排気管２０の端部の吸気口３０、排気口３２において、燃焼室２８との連通を開閉している。３４はシリンダー１４内を摺動するピストンで、３６はシリンダーブロック１６に設けられたエンジンの気筒１２を冷却するための冷却水のための通路である。なお、第２の吸気弁と第２の排気弁は、吸気弁２２、排気弁２４と重複しており図１では図示していない。
【００１５】
エンジンの吸気装置１０は、図示しないエアークリーナとスロットルバルブ３８を介して吸入した大気を蓄えるサージタンク４０と、吸気口３０との間に設けられている。図１および図２に示すように、エンジンの吸気装置１０の第２の通路４２と第３の通路４４とは、同一断面積の同一長さの通路であり、サージタンク４０と吸気口３０との間を略直線的に結んでおり、吸気口３０の近くで合流して吸気管１８を形成している。第２の通路４２と第３の通路４４と比較して断面積が約２分の１である第１の通路４６は、サージタンク４０の外周を周回するように配置することによって第２の通路４２、第３の通路４４の長さよりも約１．５倍の長さとなっており、第２の通路４２と第３の通路４４とが合流する部分の近くで吸気管１８と合流している。
【００１６】
第１の通路４６、第２の通路４２および第３の通路４４が合流する部分の近くには、第１の開閉弁４８、第２の開閉弁５０、第３の開閉弁５２が形成されている。これらの第１の開閉弁４８、第２の開閉弁５０および第３の開閉弁５２は、図３に示すように、それぞれ第１の通路４６、第２の通路４２および第３の通路４４に設けられており、第１の開閉弁４８と第２の開閉弁５０とはシャフト５４に固定されており、第３開閉弁５２はシャフト５６に固定されている。なお、第１の開閉弁４８と第２の開閉弁５０は、シャフト５４の径方向に９０度の相対角度差を持って固定されている。６２は、ＥＣＵ６６からの信号によって駆動するモータ（切換手段）であり、リンク５８を介してシャフト５４を９０度の角度範囲で正方向又は負方向に径方向に回転させて、第１の開閉弁４８を開放し第２の開閉弁５０を閉鎖するか、第１の開閉弁４８を閉鎖し第２の開閉弁５０を開放する。６４もＥＣＵ６６からの信号によって駆動するモータ（切換手段）であり、リンク６０を介してシャフト５６を９０度の角度範囲で径方向に回転させて、第２の開閉弁５０を開閉する。
【００１７】
上記の構成のエンジンの吸気装置１０の作動について説明する。
【００１８】
気筒１２が吸気工程になると、ピストン３４がシリンダー１４内を摺動すると共に吸気弁２２が開放して、サージタンク４０、エンジンの吸気装置１０、導入吸気管１８を介して燃焼室２８へ大気が導入される。なお、燃焼室２８へ導入される大気は図示しない燃料噴射ノズルから噴射された燃料を含んだ混合気である。
【００１９】
エンジンが作動すると、エンジンの回転数がＥＣＵ６６へ伝達される。そして、ＥＣＵ６６では、エンジンの回転数に応じてモータ６２及びモータ６４の駆動を制御して第１の開閉弁４８、第２の開閉弁５０、第３の開閉弁５２を開閉させる。具体的には、エンジンの回転域を第１設定回転数Ｎ１、第２設定回転数Ｎ２によって、エンジンの回転数が第１設定回転数Ｎ１以下の場合（低回転域）、第１設定回転数Ｎ１以上であり第２設定回転数Ｎ２以下の場合（中回転域）及び第２設定回転数Ｎ２以上の場合（高回転域）の３つの回転域に応じた第１〜第３の開閉弁の制御を行う。
【００２０】
エンジンの回転数と全開トルクとの関係を示した図４を参照して、低回転域、中回転域、高回転域のエンジンの回転域毎におけるエンジンの吸気装置１０の作動の詳細を説明する。
【００２１】
エンジンの回転数が低回転域の場合には、モータ６２によって第１の開閉弁４８を開放して第１の通路４６を連通し、モータ６４によって第３の開閉弁５２を閉鎖する。このとき、第１の開閉弁４８と第２の開閉弁５０がシャフト５４に９０度の相対角度で取り付けられていることにより、第２の開閉弁５０は閉鎖されている。従って、サージタンク４０と吸気口３０との間を断面積が小さく、長さの長い第１の通路４６のみによって連通されており、図４にＣで示した特性を得ることができる。
【００２２】
エンジンの回転数が中回転域の場合には、モータ６２によって第２の開閉弁５０を開放して第２の通路４２を連通し、モータ６４によって第３の開閉弁５２を閉鎖する。このとき、第１の開閉弁４８と第２の開閉弁５０がシャフト５４に９０度の相対角度で取り付けられていることにより、第１の開閉弁４８は閉鎖されている。従って、サージタンク４０と吸気口３０との間を第１の通路４６よりも断面積が大きく、長さの短い第２の通路４２のみによって連通されており、図４にＤで示した特性を得ることができる。
【００２３】
エンジンの回転数が高回転域の場合には、モータ６２によって第２の開閉弁５０を開放して第２の通路４２を連通し、モータ６４によって第３の開閉弁５２も開放する。このとき、第１の開閉弁４８と第２の開閉弁５０がシャフト５４に９０度の相対角度で取り付けられていることにより、第１の開閉弁４８は閉鎖されている。従って、サージタンク４０と吸気口３０との間を第２の通路４２と第３の通路４４とが連通されており、図４にＥで示した特性を得ることができる。中回転域と高回転域との相違は、第２の通路４２と第３の通路４４とが同一の断面積と同一の長さを備えていることにより、長さは同一であるが断面積を２倍にすることができる。
【００２４】
以上のように、エンジンの回転数が低回転域から高回転域の範囲を３段階に区分して、図４にＣ、Ｄ、Ｅの３つの実線によって示される全開トルクの特性を得ることができる。
【００２５】
また、図４にＣ、Ｄ、Ｅの３つの実線によって示されるそれぞれの特性のピークは、第１の通路４６と第２の通路４２と第３の通路４４の断面積および長さを適宜設定することによって変更することができるものであり、エンジンの用途に合わせた全開トルクの特性とすることが可能となる。
【００２６】
なお、本実施の形態に用いたモータ６２及びモータ６４は、電動モータ以外に、負圧により駆動される負圧モータを用いることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、エンジンが低回転のときには第１開閉弁のみを開放して通路面積が小さく、通路の長い第１吸気通路によってサージタンクと気筒の吸気口との間を連通し、エンジンが中回転のときには第２開閉弁のみを開放して第１吸気通路よりも通路面積が大きく、通路の短い第２吸気通路によってサージタンクと気筒の吸気口との間を連通し、エンジンが高回転のときには第２開閉弁と第３開閉弁を開放して第２吸気通路と第３吸気通路をサージタンクと気筒の吸気口との間を連通して、エンジンが中回転のときに比べて通路面積を大きくすることによって、低回転域から高回転域に至る全ての回転域において高い慣性過給の効果を得ることができる。特に、低回転域と中回転域とで吸気通路の長さも変更することができるので、低回転域において全開トルクの特性を最大限に引き出すことができる。また、構造が単純であり、製造コストをアップさせることなく、信頼性の高い装置とすることができる。
【００２８】
請求項２の発明によれば、第２吸気通路と第３吸気通路を同一断面積の同一長さの通路としたことにより加工成形が簡単となり、エンジンの吸気装置をコンパクトにすることができる。
【００２９】
請求項３の発明によれば、第１開閉弁と第２開閉弁を開閉するリンク機構を設けたので、１つのリンク機構によって第１開閉弁と第２開閉弁の開閉を行うことができ、開閉弁毎に切換手段を必要としないコンパクトなエンジンの吸気装置とすることができる。
【００３０】
請求項４の発明によれば、リンク機構は、第１開閉弁と第２開閉弁とを固着した径方向に所定範囲で往復回転可能なシャフトを備えており、このシャフトの往復回転の一端において第１開閉弁を閉鎖し第２開閉弁を開放すると共に、他端において第１開閉弁を開放し第２開閉弁を閉鎖することで、第１開閉弁と第２開閉弁とを同時に開放したり、同時に閉鎖したりすることがないタイプのエンジンの吸気装置において、リンク機構に設けられる１本のシャフトで２つの開閉弁を制御することが可能となり、コンパクトなエンジンの吸気装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるエンジンの吸気装置を備えたエンジンの気筒の要部断面を示したものである。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態であるエンジンの吸気装置の制御によるエンジンの回転数と全開トルクとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０・・・エンジンの吸気装置
３０・・・吸気口
４０・・・サージタンク
４２・・・第２の通路（第２吸気通路）
４４・・・第３の通路（第３吸気通路）
４６・・・第１の通路（第１吸気通路）
４８・・・第１の開閉弁（第１開閉弁）
５０・・・第２の開閉弁（第２開閉弁）
５２・・・第３の開閉弁（第３開閉弁）
５８、６０・・・リンク機構
６２、６４・・・モータ（切換手段）
６６・・・ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
0003624540.tif 000002
【図２】
0003624540.tif 000003
【図３】
0003624540.tif 000004
【図４】
0003624540.tif 000005