JPH09151737A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アトキンソンサイクルの内燃機関において、吸
気効率の増大及びポンピングロスの低減等を図る。 【解決手段】エンジン１の燃焼サイクルとして、吸気弁
８〜１１の遅閉じタイプのアトキンソンサイクルが採用
される。各独立吸気管４〜７には吸入行程時に開かれ圧
縮行程時に閉じられる逆止弁Ｌ１〜Ｌ４が設けられる。
各気筒♯１〜♯４の点火順序に従い、ある気筒（例えば
♯１）の独立吸気管（例えば４）と、点火時期が次にあ
たる気筒（例えば♯３）の独立吸気管（例えば６）とを
連通する接続管（例えば１６）が設けられ、各接続管１
６〜１９には過給用逆止弁ｓ１〜ｓ４が設けられる。過
給用逆止弁ｓ１〜ｓ４は、ある気筒♯１，♯３，♯４，
♯２内のピストンの吸入行程時には閉じられ、点火時期
がその次にあたる気筒♯３，♯４，♯２，♯１からの吸
気の逆入を規制し、圧縮行程時には開かれ、前記点火時
期がその次にあたる気筒♯３，♯４，♯２，♯１への吸
気の流入を積極的に許容する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気装
置に係り、詳しくは、いわゆるアトキンソンサイクルを
採用した内燃機関の吸気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関のピストンは、気筒
（シリンダボア）内を上下動し、当該気筒内での挙動
は、吸入、圧縮、燃焼、膨張、排気といった一連のサイ
クルで表現される。従来から知られている燃焼サイクル
としては、オットーサイクルと称されるものが挙げられ
る。このオットーサイクルにおいては、シリンダボア内
の容積（ｖ）とシリンダボア内の圧力（ｐ）との関係
は、図７に示すようなｐ−ｖ線図（但し、同図はあくま
でも模式的なもの）として表すことができる。このオッ
トーサイクルは、膨張比と圧縮比とがほぼ等しい関係に
ある点に特徴を有している。

【０００３】かかるオットーサイクルにおいて、熱効率
を上昇させようとする場合には、圧縮比（≒膨張比）を
高めることが考えられるが、単に圧縮比を高めるだけで
は、ノッキングという問題が起こってしまう。このた
め、単に圧縮比を高めるにも限界があった。

【０００４】上記の欠点を有するオットーサイクルに対
し、例えば、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ
Ｓｅｒｉｅｓ No. ９１０４５１等においては、アト
キンソンサイクルと称される技術（場合によってはミラ
ーサイクルとも称される）が開示されている。このアト
キンソンサイクルにおいては、膨張比を大きくとった上
で吸気弁の閉タイミングを変えることにより、実圧縮比
を下げるようにしている。通常は、吸気弁の閉タイミン
グを吸気下死点よりも遅くすることで、実圧縮比が下げ
られる（勿論、早閉じの場合でも実圧縮比は下げられ
る）。当該遅閉じタイプのアトキンソンサイクルにおい
ては、シリンダボア内の容積（ｖ）とシリンダボア内の
圧力（ｐ）との関係は、例えば図２に示すようなｐ−ｖ
線図（但し、同図もあくまでも模式的なもの）として表
すことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術における、特に、遅閉じタイプのアトキンソンサイク
ルにおいては、吸気弁の閉タイミングが遅くなることか
ら、吸気の吹き返しが起こってしまう。このため、吸気
温度が上昇してしまい、吸入空気の密度が低下してしま
っていた。従って、その密度の低い空気が別のシリンダ
ボア内に取り込まれることが繰り返され、ひいては内燃
機関全体として吸入空気量が低下してしまう。その結
果、吸気効率が低下し、ポンピングロスが増大してしま
うおそれがあった。

【０００６】また、上記吸気の吹き返しにより、吸気管
内の脈動が増大し、かかる大きな脈動によっても、吸入
空気量が低下し、上記不具合を招くおそれがあった。さ
らには、吸気温度が上昇することから、吸気通路内の各
種部品（例えばスロットルボディ、吸気管等）の熱的信
頼性が低下してしまうおそれもあった。

【０００７】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、アトキンソンサイクルを採用
した内燃機関において、吸気効率の増大及びポンピング
ロスの低減を図ることができるとともに、吸気通路内の
各種部品への熱的悪影響の抑制を図ることのできる内燃
機関の吸気装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明においては、内部にピストン
を備えた複数の気筒を有し、各気筒へ通じる独立吸気管
が接続されるとともに、吸気弁が前記ピストンの吸気下
死点よりも遅く閉じられることにより、膨張比が実圧縮
比よりも大きくなるよう設定された内燃機関において、
前記各独立吸気管には、自身に対応するピストンの吸入
行程時においては開かれ、自身に対応するピストンの圧
縮行程時において上流側への吸気の逆流を規制するべく
閉じられる逆止弁を設けたことをその要旨としている。

【０００９】上記の構成によれば、吸気弁がピストンの
吸気下死点よりも遅く閉じられることにより、膨張比が
実圧縮比よりも大きくなり、熱効率の増大が図られう
る。さて、このように吸気弁がピストンの吸気下死点よ
りも遅く閉じられることから、折角気筒内に吸入された
吸気が、ピストンの圧縮行程時において吹き返されるお
それがある。しかし、本発明では、個々の独立吸気管に
逆止弁が設けられている。この逆止弁はピストンの吸入
行程時においては開かれることから、当該吸入に支障は
生じない。また、ピストンの圧縮行程時においては閉じ
られ、これにより、上記吹き返しに伴う吸気の上流側へ
の逆流が規制される。従って、吸気温度が上昇してしま
うのが抑制され、吸気温度の上昇により吸入空気の密度
が低下してしまうのも抑制される。さらには、吸気の上
流側への逆流により、吸気管内の脈動が増大してしまう
のも抑制される。

【００１０】また、請求項２に記載の発明では、請求項
１に記載の内燃機関の吸気装置において、それぞれの気
筒の点火順序に従い、ある気筒に対応する独立吸気管
と、点火時期がその次にあたる気筒に対応する独立吸気
管とを連通する接続管を設けるとともに、当該接続管内
には、前記ある気筒内のピストンの吸入行程時には前記
点火時期がその次にあたる気筒からの吸気の逆入を規制
し、前記ある気筒内のピストンの圧縮行程時には前記点
火時期がその次にあたる気筒への吸気の流入を許容する
過給用逆止弁を設けたことをその要旨としている。

【００１１】上記の構成によれば、請求項１に記載の発
明の作用に加えて、それぞれの気筒の点火順序に従い、
ある気筒に対応する独立吸気管と、点火時期がその次に
あたる気筒に対応する独立吸気管とが接続管によって連
通される。また、当該接続管内には、過給用逆止弁が設
けられる。このため、前記ある気筒内のピストンの吸入
行程時には、当該過給用逆止弁が閉じられ、前記点火時
期がその次にあたる気筒からの吸気の逆入が規制され
る。また、前記ある気筒内のピストンの圧縮行程時に
は、過給用逆止弁が開かれ、前記点火時期がその次にあ
たる気筒への吸気の流入が許容される。従って、このと
きに、前記点火時期がその次にあたる気筒が吸入行程と
なっていれば、独立吸気管を通って吸入される吸気に加
えて、さらに、前記ある気筒内からの吹き返しの吸気が
過給的に導入されることとなり、総合的には、吸入空気
量の増大が図られうる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明における内燃機関の
吸気装置をガソリンエンジンのそれに具体した一実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１は本実施の形態において、車両に搭載
された内燃機関としてのエンジン１の吸気装置を模式的
に示す概略構成図である。同図に示すように、エンジン
１は複数の（本実施の形態では４つの）気筒♯１，♯
２，♯３，♯４を有するとともに、各気筒♯１〜♯４内
には図示しないピストンが往復動可能に配設されてい
る。各気筒♯１〜♯４内には、図示しないエアクリーナ
から主吸気通路２及び吸気マニホールド３によって構成
される複数本の独立吸気通路４，５，６，７を通って、
外気（吸入空気）が導入されるようになっている。

【００１４】また、気筒♯１〜♯４内には、その外気の
取り込みと同時に、各独立吸気通路４〜７内の吸気ポー
トの近傍にて図示しないインジェクタから噴射される燃
料も導入されるようになっている。そして、導入された
燃料と外気との混合気が、各気筒♯１〜♯４毎に設けら
れた吸気弁８，９，１０，１１を介して燃焼室へ導入さ
れ、エンジン１は当該混合気を燃焼室内にて爆発・燃焼
させて駆動力を得る。また、爆発、燃焼後の排気ガス
は、燃焼室から排気弁１２を介して各気筒毎の排気マニ
ホールド１３を通り、排気通路１４へ導出され、最終的
に外部へ排出されるようになっている。

【００１５】主吸気通路２の途中には、図示しないアク
セルペダルの動作によって開閉されるスロットル弁１５
が設けられている。そして、このスロットル弁１５が開
閉されることにより、主吸気通路２、ひいては各気筒♯
１〜♯４内への吸入空気量が調節される。なお、スロッ
トル弁１５の下流側には、吸入空気の脈動を平滑化させ
る図示しないサージタンクが設けられている。

【００１６】次に、本実施の形態における特徴的な部分
について説明する。まず、本実施の形態では、前記エン
ジン１の燃焼サイクルとしていわゆるアトキンソンサイ
クルが採用されている。このアトキンソンサイクルにお
いては、膨張比が通常のオットーサイクルよりも大きく
設定されている（ピストンの移動ストローク量が大き
い）上に、吸気弁８〜１１の閉タイミングが通常よりも
遅く（ピストンの吸気下死点よりも遅く）設定されてい
る。このように吸気弁８〜１１の閉タイミングが遅くな
ることで実圧縮比が下げられている。本実施の形態にお
いては、例えば膨張比が「１５」に、実圧縮比が「１
０」に設定されている。

【００１７】また、図１に示すように、前記各独立吸気
管４〜７には、逆止弁Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が設けら
れている。これらの逆止弁Ｌ１〜Ｌ４は、いわゆるリー
ド弁によって構成され、自身に対応するピストンの吸入
行程時においては開かれ、また、ピストンの圧縮行程時
においては閉じられるようになっている。このため、逆
止弁Ｌ１〜Ｌ４よりも下流側に一旦導入された吸気は、
基本的には当該逆止弁Ｌ１〜Ｌ４の上流側へは逆流しな
いようになっている。

【００１８】さらに、本実施の形態においては、各気筒
♯１〜♯４の点火順序は、♯１→♯３→♯４→♯２の順
に設定されている。そして、当該点火順序に従い、ある
気筒（例えば♯１）に対応する独立吸気管（例えば符号
４）と、点火時期がその次にあたる気筒（例えば♯３）
に対応する独立吸気管（例えば符号６）とを連通する接
続管（例えば符号１６）が設けられている。従って、本
実施の形態では、４本の接続管１６，１７，１８，１９
が設けられることとなり、接続管１６は、気筒♯１に対
応する独立吸気管４と気筒♯３に対応する独立吸気管６
とを連通し、接続管１７は、気筒♯３に対応する独立吸
気管６と気筒♯４に対応する独立吸気管７とを連通す
る。また、接続管１８は、気筒♯４に対応する独立吸気
管７と気筒♯２に対応する独立吸気管５とを連通し、接
続管１９は、気筒♯２に対応する独立吸気管５と気筒♯
１に対応する独立吸気管４とを連通する。

【００１９】併せて、前記各接続管１６〜１９の一端側
（点火時期がその次にあたる気筒に対応する独立吸気管
側）には、過給用逆止弁ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４が設け
られている。これらの過給用逆止弁ｓ１〜ｓ４も、いわ
ゆるリード弁によって構成されている。そして、これら
の過給用逆止弁ｓ１〜ｓ４は、ある気筒♯１，♯３，♯
４，♯２内のピストンの吸入行程時には前記点火時期が
その次にあたる気筒♯３，♯４，♯２，♯１からの吸気
の逆入を規制すべく閉じられ、ある気筒♯１，♯３，♯
４，♯２内のピストンの圧縮行程時には前記点火時期が
その次にあたる気筒♯３，♯４，♯２，♯１への吸気の
流入を許容するべく開かれるようになっている。例え
ば、接続管１６に設けられた過給用逆止弁ｓ１は、気筒
♯１内のピストンの吸入行程時には閉じられて、点火時
期がその次にあたる気筒♯３からの吸気の逆入を規制す
る。また、過給用逆止弁ｓ１は、気筒♯１内のピストン
の圧縮行程時には開かれて、点火時期がその次にあたる
気筒♯３への吸気の流入を許容するようになっている。

【００２０】加えて、本実施の形態では、ある気筒（例
えば♯１）における燃焼サイクルが、圧縮行程にあると
き、点火時期がその次にあたる気筒（例えば♯３）にお
ける燃焼サイクルは、吸入行程となるように設定されて
いる。

【００２１】次に上記のように構成されてなる本実施の
形態の作用及び効果について説明する。 （１）本実施の形態では、上述したように、アトキンソ
ンサイクルが採用されているため、つまり、吸気弁８〜
１１の閉タイミングが通常よりも遅く（ピストンの吸気
下死点よりも遅く）設定されているため、実圧縮比が下
げられる。このため、膨張比が実圧縮比よりも大きくな
り、熱効率の増大が図られうる。

【００２２】（２）さて、このように吸気弁８〜１１が
ピストンの吸気下死点よりも遅く閉じられることから、
折角気筒♯１〜♯４内に吸入された吸気が、各ピストン
の圧縮行程時において吹き返されるおそれがある。しか
し、本実施の形態では、個々の独立吸気管４〜７には逆
止弁Ｌ１〜Ｌ４が設けられている。これらの逆止弁Ｌ１
〜Ｌ４は、図３〜図６に示すように、ピストンの吸入行
程時においてはそれぞれ開かれることから、当該吸入に
支障は生じない。また、図３〜図６に示すように、ピス
トンの圧縮行程時においては、逆止弁Ｌ１〜Ｌ４はそれ
ぞれ閉じられる。（例えば図３に示すように、気筒♯１
のピストンの圧縮行程に際しては、逆止弁Ｌ１は閉じら
れる。）これにより、上記吹き返しに伴う吸気の上流側
への逆流が規制される。従って、吸気温度が上昇してし
まうのが抑制され、吸気温度の上昇により吸入空気の密
度が低下してしまうのも抑制される。

【００２３】（２−１）そのため、密度の低い吸気が気
筒♯１〜♯４内に取り込まれることが繰り返されること
により、エンジン１全体として吸入空気量が低下してし
まうのを抑制することができる。その結果、吸気効率の
増大及びポンピングロスの低減を図ることができる。

【００２４】（２−２）また、吸気の上流側への逆流を
抑制できることから、主吸気通路２内の脈動が増大して
しまうのも抑制されうる。従って、脈動が増大すること
による、吸入空気量の低下をも抑制することができ、上
記作用効果をより確実ならしめることができる。

【００２５】（２−３）さらに、吸気温度の上昇を抑制
できることから、主吸気通路２や、その内部の各種部品
（例えばスロットルバルブ１５等）の熱的信頼性が低下
してしまうのを防止することができる。

【００２６】（３）併せて、本実施の形態では、それぞ
れの気筒♯１，♯３，♯４，♯２の点火順序に従い、あ
る気筒♯１，♯３，♯４，♯２に対応する独立吸気管
４，６，７，５と、点火時期がその次にあたる気筒♯
３，♯４，♯２，♯１に対応する独立吸気管６，７，
５，４とを接続管１６〜１９によって連通するようにし
た。また、当該接続管８〜１１内には、過給用逆止弁ｓ
１〜ｓ４を設けるようにした。

【００２７】このため、例えば、図３に示すように、気
筒♯１内のピストンの圧縮行程時には、接続管１６の過
給用逆止弁ｓ１が開かれ、点火時期がその次にあたる気
筒♯３への吸気の流入が許容される。また、このとき、
気筒♯３内のピストンが吸入行程となっており、独立吸
気管６を通って吸入される吸気に加えて、さらに、気筒
♯１内からの吹き返しの吸気が気筒♯３内に過給的に導
入されることとなり、総合的には、吸入空気量の増大が
図られうる。

【００２８】また、気筒♯１内のピストンの吸入行程時
には、図６に示すように、接続管１６の過給用逆止弁ｓ
１が閉じられ、前記点火時期がその次にあたる気筒♯３
からの吸気の逆入が規制される。

【００２９】同様に、例えば、図４に示すように、気筒
♯３内のピストンの圧縮行程時には、接続管１７の過給
用逆止弁ｓ２が開かれ、点火時期がその次にあたる気筒
♯４への吸気の流入が許容される。また、このとき、気
筒♯４内のピストンが吸入行程となっており、独立吸気
管７を通って吸入される吸気に加えて、さらに、気筒♯
３内からの吹き返しの吸気が気筒♯４内に過給的に導入
されることとなり、総合的には、吸入空気量の増大が図
られうる。また、気筒♯３内のピストンの吸入行程時に
は、図３に示すように、接続管１７の過給用逆止弁ｓ２
が閉じられ、前記点火時期がその次にあたる気筒♯４か
らの吸気の逆入が規制される。

【００３０】同じく、例えば、図５に示すように、気筒
♯４内のピストンの圧縮行程時には、接続管１８の過給
用逆止弁ｓ３が開かれ、点火時期がその次にあたる気筒
♯２への吸気の流入が許容される。また、このとき、気
筒♯２内のピストンが吸入行程となっており、独立吸気
管５を通って吸入される吸気に加えて、さらに、気筒♯
４内からの吹き返しの吸気が気筒♯２内に過給的に導入
されることとなり、総合的には、吸入空気量の増大が図
られうる。また、気筒♯４内のピストンの吸入行程時に
は、図４に示すように、接続管１８の過給用逆止弁ｓ３
が閉じられ、前記点火時期がその次にあたる気筒♯２か
らの吸気の逆入が規制される。

【００３１】さらに同じく、例えば、図６に示すよう
に、気筒♯２内のピストンの圧縮行程時には、接続管１
９の過給用逆止弁ｓ４が開かれ、点火時期がその次にあ
たる気筒♯１への吸気の流入が許容される。また、この
とき、気筒♯１内のピストンが吸入行程となっており、
独立吸気管４を通って吸入される吸気に加えて、さら
に、気筒♯２内からの吹き返しの吸気が気筒♯１内に過
給的に導入されることとなり、総合的には、吸入空気量
の増大が図られうる。また、気筒♯２内のピストンの吸
入行程時には、図５に示すように、接続管１９の過給用
逆止弁ｓ４が閉じられ、前記点火時期がその次にあたる
気筒♯１からの吸気の逆入が規制される。

【００３２】このように、本実施の形態では、接続管１
６〜１９によって連通するようにし、さらに、当該接続
管８〜１１内に、過給用逆止弁ｓ１〜ｓ４を設けるよう
にした。従って、圧縮行程にある、ある気筒♯１，♯
３，♯４，♯２に対し、点火時期がその次にあたり、か
つ、吸入行程にある気筒♯３，♯４，♯２，♯１にとっ
ては、独立吸気管４，５，６，７を通って吸入される吸
気に加えて、さらに、前記ある気筒♯１，♯３，♯４，
♯２内からの吹き返しの吸気が過給的に導入されること
となる。このため、総合的には、吸入空気量の増大を図
ることができる。その結果、エンジン１全体として吸入
空気量の増量を図ることができ、ひいては、より一層の
吸気効率の増大及びポンピングロスの低減を図ることが
できる。

【００３３】また、これとともに、上記（２−２）、
（２−３）の効果をより確実ならしめることができる。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、例えば次の如く構成してもよい。

【００３４】（１）前記実施の形態では、逆止弁Ｌ１〜
Ｌ４及び過給用逆止弁ｓ１〜ｓ４としてリード弁タイプ
のものを採用することとしたが、それ以外の逆止弁（例
えば、モータ等のアクチュエータのよって開閉されるタ
イプもの等）を採用してもよい。

【００３５】（２）前記実施の形態では、本発明をガソ
リンエンジン１の吸気装置に具体化したが、ディーゼル
エンジンの吸気装置に具体化することもできる。 （３）前記実施の形態では、４つの気筒♯１〜♯４を有
するエンジン１に具体化したが、気筒の数は何ら制限さ
れるものではなく、例えば６気筒、８気筒の場合にも具
体化できる。また、点火順序についても、上記実施の形
態に記載した順序に何ら限定されるものではない。

【００３６】（４）前記実施の形態における接続管１６
〜１９及び過給用逆止弁ｓ１〜ｓ４を省略する構成とし
てもよい。特許請求の範囲の各請求項に記載されないも
のであって、上記実施の形態から把握できる技術的思想
について以下にその効果とともに記載する。

【００３７】（ａ）請求項２に記載の内燃機関の吸気装
置において、前記ある気筒における燃焼サイクルが、圧
縮行程にあるとき、点火時期がその次にあたる気筒にお
ける燃焼サイクルは、吸入行程となるように構成されて
いることを特徴とする。

【００３８】上記の構成とすることにより、ある気筒内
のピストンの圧縮行程時には前記点火時期がその次にあ
たる気筒への吸気の流入が、積極的かつ過給的に行われ
ることとなり、より確実に吸気効率の増大及びポンピン
グロスの低減を図ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
アトキンソンサイクルを採用した内燃機関において、吸
気効率の増大及びポンピングロスの低減を図ることがで
きるとともに、吸気通路内の各種部品への熱的悪影響の
抑制を図ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態のエンジンの吸気装置を示す概略
構成図である。

【図２】アトキンソンサイクルを説明するためのｐ−ｖ
線図である。

【図３】実施の形態の作用を説明するエンジンの概略図
である。

【図４】実施の形態の作用を説明するエンジンの概略図
である。

【図５】実施の形態の作用を説明するエンジンの概略図
である。

【図６】実施の形態の作用を説明するエンジンの概略図
である。

【図７】従来技術のオットーサイクルを説明するｐ−ｖ
線図である。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、２…主吸気通路、４，
５，６，７…独立吸気管、８，９，１０，１１…吸気
弁、１６，１７，１８，１９…接続管、♯１，♯２，♯
３，♯４…気筒、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…逆止弁、ｓ
１，ｓ２，ｓ３，ｓ４…過給用逆止弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にピストンを備えた複数の気筒を有
   し、各気筒へ通じる独立吸気管が接続されるとともに、
   吸気弁が前記ピストンの吸気下死点よりも遅く閉じられ
   ることにより、膨張比が実圧縮比よりも大きくなるよう
   設定された内燃機関において、 前記各独立吸気管には、自身に対応するピストンの吸入
   行程時においては開かれ、自身に対応するピストンの圧
   縮行程時において上流側への吸気の逆流を規制するべく
   閉じられる逆止弁を設けたことを特徴とする内燃機関の
   吸気装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の内燃機関の吸気装置に
   おいて、 それぞれの気筒の点火順序に従い、ある気筒に対応する
   独立吸気管と、点火時期がその次にあたる気筒に対応す
   る独立吸気管とを連通する接続管を設けるとともに、当
   該接続管内には、前記ある気筒内のピストンの吸入行程
   時には前記点火時期がその次にあたる気筒からの吸気の
   逆入を規制し、前記ある気筒内のピストンの圧縮行程時
   には前記点火時期がその次にあたる気筒への吸気の流入
   を許容する過給用逆止弁を設けたことを特徴とする内燃
   機関の吸気装置。