(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃焼空気の入口（１２）と、
吸気弁（１８）によって閉じることができるシリンダ側の出口（１５）に達する、内燃機関のシリンダ毎に設けられた少なくとも１つの吸気導管（１４）と、
前記吸気弁（１８）の上流側で前記吸気導管に配設され、第１の閉鎖用部材と前記吸気弁との間に前記吸気導管の一部を空気溜め通路（２２）として形成する少なくとも１つの第１の閉鎖用部材（２１、３１、３５、４１）とを有する内燃機関の吸気装置において、
第２の閉鎖用部材（２５、２６）が配設された連結管（２３）を介して前記空気溜め通路に連結された圧力溜め（２４）が設けられ、さらに、前記圧力溜め（２４）は二次空気ポンプ（２７）によって空気が供給され、該ポンプは同時に排気装置（２０）に新鮮な空気を導くように構成されたことを特徴とする吸気装置。
【請求項２】
前記第２の閉鎖用部材は閉鎖可能な逆止弁（２６）からなることを特徴とする請求項１記載の吸気装置。
【請求項３】
前記第１の閉鎖用部材は揺動弁（２１）であることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の吸気装置。
【請求項４】
前記揺動弁（２１）の揺動軸は前記吸気導管（１４）の通路断面の外側に配置され、該揺動弁を開くための揺動方向は吸気導管における流れの方向に基本的に合致することを特徴とする前記請３記載の吸気装置。
【請求項５】
前記第１の閉鎖用部材は回転円板（３１）からなり、その回転軸（３２）は前記吸気導管（１４）の通路断面の外側に配置されていて該通路断面を横切り、前記円板には該円板の回転位置に応じて前記通路断面を少なくとも部分的に開く窓（３４）が設けられていることを特徴とする請求項１或は２に記載の吸気装置。
【請求項６】
前記第１の閉鎖用部材は回転スライド弁（３５）からなることを特徴とする請求項１或は２に記載の吸気装置。
【請求項７】
複数の吸気導管が設けられ、それらは前記回転スライド弁が共通の回転軸（３２ａ）上に設けられ共通のローラ体（４１）に一体化して形成されるように互いに平行に設けられていることを特徴とする請求項６記載の吸気装置。
【請求項８】
前記第１の閉鎖用部材（３１，３５，４１）の駆動は内燃機関の回転数に依存する該内燃機関の構造部から機械的に直接に伝達される回転モーメントによって行われることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気導管に空気溜め通路を閉鎖する仕切り手段を有する、請求項１記載の上位概念による内燃機関の吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気導管に追加の閉鎖用部材を用いることは一般的に周知のことである。内燃機関においていわゆるインパルス過給を行う場合には、特に厳しい条件で使用される弁が用いられる。この目的のために、最短時間での切替えを行うために急速切替え弁の装着を要する。その際、熱力学的算定にかなうためには２ミリ秒という短時間で弁の切替えを行う必要がある。
【０００３】
内燃機関のインパルス過給を行うに際しては、前記切替え弁の挙動はシリンダの吸気弁開弁時間に直接に依存するので、短時間での切替えが必要となるのである。インパルス過給とは、シリンダの吸気弁の上流に配設された弁によって吸気流入通路を一時的に閉鎖して、吸気弁が開いてピストンが吸入行程を行う際に前吸気弁上流の前記弁よりも下流に負圧を生じさせる方式にことを言う。該弁が負圧の存在のもとに開かれると、該弁後方の自由状態の空気柱が該負圧によって加速されて高いインパルスによって燃焼室に流入して空気充填量を増大する作用を行う。このような方法は、例えばＤＥ１９９０８４３５Ａ１に記載されている。
【０００４】
上記文献は、これの実現のために、閉鎖方向に付勢された弁を電磁気の助けにより閉じる弁機構を提案している。該弁は、吸気管の空気溜め通路と呼ばれる部分である該弁と吸気弁の間の通路に生じる負圧によって開かれる。
【０００５】
しかしながら、前記した短時間での切替えを行うためには非常に高価な要素部品が必要である。特に、閉鎖は吸気通路内の流れに抗して行わなければならないので、前記閉鎖用部材を要求される短い時間内に閉じようとすると種々問題が生じる。
【０００６】
閉鎖する際の閉鎖速度は、それによって閉鎖用部材と吸気弁の間の通路部分に正圧を生じさせねばならないので、特に重要である。この正圧は、吸気弁が開いた際のいわゆる残留ガス押流しに貢献するもので、これによって排気弁が再び閉じる前に残留排気を完全に燃焼室から押し流すことができるのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、限られたコストで構成できる、残留ガス押流し或はインパルス過給のために利用可能な吸気装置を提供することである。この課題は、特許請求範囲１に記載の特徴によって解決される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の吸気装置は、入口をシリンダ側の燃焼空気出口につなぐ公知の吸気導管を有している。吸気装置とは、したがって、広い意味で燃焼空気の通路の全体のうち、いわゆる空気溜め通路を設けるのに必要な部分のことを意味する。該空気溜め通路は吸気装置に附加される閉鎖用部材と吸気弁の間にある部分である。この空気溜め通路には残留ガスを押し流す正圧やインパルス過給のための負圧が保持される。
【０００９】
本発明は、さらに、連結管を介して前記空気溜め通路に連結される圧力溜めが設けられることを特徴とする。この方法により、前記圧力溜めから出て空気溜め通路を満たし例えば０．４バールの正圧にするのに用いられる正圧を前記圧力溜めに溜めることができる。  この過程は前記連結管路に配設された第２の閉鎖用部材を介して制御される。該閉鎖用部材は前記連結管路を閉鎖できるものでなければならない。さらに、該閉鎖用部材には前記空気溜めから空気が前記圧力溜めに逆流しないようにする逆止弁機構を設けることができる。このようにして、また前記圧力溜めは、インパルス過給のメカニズムにしたがって負圧が存在する場合よりはより高い正圧を前記空気溜め通路に生じさせることができる。前記した構成の利点は、圧力溜めによって吸気導管に設けられた第１の閉鎖用部材の負担が軽減されることにある。特に、前記正圧を圧力溜めを介して生じさせることができるので、前記第１の閉鎖用部材の閉鎖動作時間に対する要求が前記圧力溜めを用いない場合よりも減じる。即ち、シリンダとの間に空気溜めの正圧を生じさせるためにインパルス通路を急速に閉じる必要がなくなる（これについては図１の説明参照）。切替時間を短くするためには弁の閉鎖動作は非常に厳しいものになる。その際、弁の閉鎖時に弁自体がシート面に衝突し、大きく減速されることに注意を払わなければならない。この急減速は、弁とともにその駆動装置に異常に大きな機械的負荷をもたらす。この負荷は許容切替時間を長くすることにより大幅に減じることができる。これにより、弁は、製作コストが低減され、機能の信頼性が増し、寿命が延びる。
【００１０】
弁を開く時間は、閉じる時間に比較すると本質的に容易に短くすることができる。弁が開く際には弁は吸気導管に設けられたリセス部に揺入され、そこで衝撃を緩和することができる。このほか、弁の回転軸が少なくとも通路構造の外側に配置されて弁が前記リセス部に揺入される場合は、開弁は空気溜め通路の負圧によって助けられる。したがって、閉鎖用部材は弁羽根を有する揺動弁とするのが有利である。このことは、しかしながら弁を中心或は中心を外れた回転軸を有する２枚羽根の弁に形成することを除外するものではない。
【００１１】
本発明の好ましい他の実施例では、閉鎖用部材が回転円板からなるようにされる。この回転円板はその回転軸が吸気導管の通路断面の外側に配置され、円板に設けられた窓が円板の回転により吸気導管の通路断面に一致することができるように取付けられる。この一致した時が閉鎖用部材の開弁位置である。円板がさらに回転すると前記窓は通路断面からはずれ、吸気導管は閉じられる。
【００１２】
閉鎖用部材を回転スライド弁とするのもよい。この場合の弁は、吸気導管を横切り回転可能に取り付けたシリンダ体を有する。回転によりこのシリンダ体を貫通する開口は前記吸気導管の通路断面に一致させることができる。さらに回転するとこの一致は崩れ、吸気導管は閉鎖される。複数の吸気導管が互いに平行に配置されている場合は、回転スライド弁は共通の回転軸上に設けることができる。そして、複数の貫通開口は全て１つの共通のローラ体に設けることが可能である。該ローラ体は、その回転により各シリンダの吸排気弁切替え位相のずれに対応して吸気導管が切替えされるように形成される。
【００１３】
回転スライド弁を用いると弁体を連続的に回転することが可能となり、軸受け荷重がさらに軽減される。前記連結管に設けられた閉鎖用部材も内燃機関の回転数に応じて回転する部分を介して駆動することができる。例えば、回転スライド弁或は円板はクランク軸あるいはカム軸で駆動できる。
【００１４】
圧力溜めの有利な別の形態として、圧力溜めへの空気の供給を二次空気ポンプあるいは二次空気供給機で行うのがよい。これらは通常、排気装置に新鮮空気を導入するためのものである。これは、しかしながら、内燃機関の冷状態始動の際に最初の数分間のみに行われる。続いて、該二次空気ポンプあるいは供給機は前記圧力溜めに空気を供給するという他の役目に用いられる。このようにして、圧力溜め用に設けるポンプを節約でき、本発明による解決策提案の経済性が向上される。
【００１５】
上記およびその他の本発明の好ましい特徴が、請求項、または明細書及び図面から案出され、個々の特徴がそれ自身あるいは多くは本発明の実施形態を組合せた形態でおよび他の分野で実現される有利かつそれ自身保護され得る実施形態を示すことができ、それらに対して茲に保護を要請するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
残留ガス押流し過程またはインパルス過給は図１に示すグラフによって理解される。同図には内燃機関の着火上死店（Z-OT）、下死点（UT）、次の上死点（OT）、および最後の下死点（UT）までの４つの行程が示されている。さらに、排気弁開期間（AO）と吸気弁開期間（EO）が示されおり、また、先行技術の閉鎖用部材の開弁期間（VO）と本発明のおける場合の第１および第２の閉鎖用部材の協同作用が（１VD,２VD）が示されている。
【００１７】
連続線は従来の閉鎖用部材（VO）を用いた場合の空気溜め通路における圧力経過を示す。吸気弁が開く以前の空気溜め通路の圧力レベルは周囲圧力Ｐ０よりも約０．４バール高い圧力水準Ｐ１である。この正圧は吸気弁が開いた後に周囲圧力まで低下し、これにより、＋符号で示される斜線部分に見られるように、シリンダ内の残留ガスが燃焼室から押し流されるのである。ピストンが下死点に向かって動く間に燃焼室の圧力は−記号を付した斜線部分で示されるように引き続き降下する。しかしながら、ピストンが下死点に到達する以前に閉鎖用部材（VO）が開かれることにより、この負圧は燃焼室に対してインパルス過給と呼ばれる過給効果を及ぼし、再び圧力水準Ｐ１になる。しかしながら、閉鎖用部材（VO）はこの圧力水準に達する以前に閉じて、圧力導管には次の残留ガスを押し流すための燃焼用空気が溜められる。したがって、閉鎖用部材（VO）には前述したように極端に急速な切替えをさせることが不可欠である。
【００１８】
上記従来技術とは異なり、本発明による圧力溜めを用いた場合は、２つの閉鎖用部材１VOと２VOが設けられている。閉鎖用部材１VOは、明らかに従来技術の閉鎖用部材（VO）の場合と同じ時期に開くが、吸気弁が閉じる以前には閉じられないので、燃焼室はより正圧となるが、圧力導管は周囲圧力Ｐ０となる。と言うのは吸気経路のこの部分ではもはや圧力インパルスによる利得を得られないからである。そして続いて吸気弁が閉じている間に前記第１の閉鎖用部材１VOはゆっくり閉じられ、第２の閉鎖用部材２VOが開かれる。これにより前記空気溜め通路は望ましい圧力Ｐ０となる。第２の閉鎖用部材は排気弁が開く前までに閉じなければならない。この第２の閉鎖用部材の開弁により圧力損失が埋め合わされる。そうでなければ圧力は破線で示すように低下し、残留ガス押出し効果が損なわれる。
【００１９】
図１に示す過程を行わせるための本発明の装置が図２に示されている。同図に示した吸気通路１１は、入口１２、空気貯留室１３、該貯留室から延びる吸気導管１４を備え、これらはシリンダ側への出口１５とともに断面で示されている。ピストンが装着されたシリンダ１６は吸気弁１８と排気装置２０に通じる排気弁１９を備えている。
【００２０】
吸気導管１４には第１の閉鎖用部材２１が配設され、該閉鎖用部材は吸気弁１８と共に吸気導管１４の空気溜め通路２２を仕切る。該空気溜め通路からは連結管２３が圧力溜め２４に開口し、該圧力溜めは第２の閉鎖用部材２５と逆止弁２６の組合せで前記空気溜め通路２２から仕切ることができる。
【００２１】
前記圧力溜め２４には二次空気ポンプ２７によって空気が供給され、該二次空気ポンプは弁２８と二次空気導管を介して排気装置２０に二次空気を吹き込むのにも利用することができる。前記二次空気ポンプ２７は、内燃機関運転中の大部分の時間には利用されないので、通常の運転では前記圧力溜めに空気を供給するのに使用される。
【００２２】
図３には各弁の切替え経過が時間に対して示してある。破線の直線は図１における約５６０°クランク角の位置を示す。同図には従来技術による閉鎖用部材VO、図2に示すような揺動弁２１、および図４で後述する円板３１の場合の切替え特性が示されている。図３における閉鎖用部材VOの極端に急速な閉弁は、図１に示したような揺動弁２１の１VOの切替え動作では行えない。同図に示されているように、高回転では時間tについての間隔は短くなるが、閉弁時間は少なくとも次の開弁時期までには閉弁が終るような短時間でなければならない。その際、内燃機関の限界回転数が基準となる。閉鎖用部材VOと揺動弁２１は切替え動作が回転数に無関係に常に一定であるという共通点を有している（弁が開いた位置に符号０で示されている）。
【００２３】
内燃機関の回転数に比例して回転する円板３１の場合の切替え特性は前記２者の場合とは異なる。この弁切替え原理は図１に示す本発明の切替え方法により始めて可能となる。前記円板は、開弁は非常に短時間で行われるように形成される（開弁立ち上がりランプ部参照）。そして、閉弁動作時間は長くなるようにできる。この該閉弁動作は円板の回転速度の変化によって変わることが図３より分る。このことは開弁動作時間についても基本的には同様であるが、ランプの立ち上がりが非常に急激であるので、回転数の相違は開弁動作時間に対して重要ではなくなる。弁切替え動作は、高回転ほど早くなるので低回転においても十分に早いようにしなければならないことは勿論である。
【００２４】
円板３１は図４に吸気導管１４の一端部とともに概略図示されている。該円板は回転軸３２を備えその回りに回転することができる。正確には、図４の例では２つの部分円板３３からなる場合が示されている。これら部分円板は対応した同期により切替え時間を短縮することが可能な窓３４を有している。
【００２５】
図５で回転する回転スライド弁３５の作動方式が分る。該回転スライド弁は、回転軸３２ａを有しシリンダ３６が吸気導管に貫通嵌合されている。回転スライド弁の回転位置に応じて、前記シリンダの開口３７が吸気導管１４を空気が流通するように開き、あるいは前記シリンダの外被３８が空気流通を止めるように閉じる。該シリンダ外被にはシール３９が設けられている。
【００２６】
図６は、３つの吸気導管１４を備えた吸気管４０に１個のローラ体４１に複数の回転回転スライド弁が一体化された場合を示す。同図には内燃機関４２も示されており、前記ローラ体はベルト駆動４３により内燃機関の回転数に比例した回転数て連続的に回転駆動される。
【図面の簡単な説明】
本発明のさらに詳細は、実施形態の概略を例示するつぎの図面を参照して説明される。
【図１】  空気溜め通路における圧力分布の概略を示す図である。
【図２】  本発明の吸気装置の構造を示す概略図である。
【図３】  異なる第１閉鎖用部材の切替え特性を示すグラフである。
【図４】  回転円板を備えた閉鎖用部材の概略斜視図である。
【図５】  回転スライド弁の概略斜視図である。
【図６】  １個の制御バレルに複数の弁部を設けた回転スライド弁の断面図である。
【符号の説明】
１１  吸気通路
１２  入口
１３  空気蓄留室
１４  吸気導管
１５  出口
２０  排気装置
２１  第一の閉鎖用部材（弁）
２２  空気溜め通路
２３  連結管
２４  圧力溜め
２５  第２の閉鎖用部材
２６  逆止弁
２７  二次空気ポンプ
３１  円板
３２  回転軸
３３  部分円板
３４  窓
３５  回転スライド弁
３６  シリンダ
３７  開口
３８  シリンダ外被
４０  吸気管
４１  ローラ体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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