JP2002502003A - 内燃機関の燃焼空気を供給する吸気システム - Google Patents

内燃機関の燃焼空気を供給する吸気システム

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Abstract

(57)【要約】 この発明は、シリンダ個別の吸気管（１６）が内燃機関（１８）のシリンダにそれぞれ通じる独立した少なくとも一つの吸気プレナム（１４，１５）を備えている、特に自動車用の内燃機関（１８）へ燃焼空気を供給する吸気システムに関する。その場合、吸気管（１６）を内燃機関（１８）の高回転数範囲に対する振動管として形成し、吸気プレナム（１４，１５）の中に少なくとも一つのバランス弁（２０）を配置し、このバランス弁が吸気プレナム（１４，１５）を選択的に閉じた状態で長い前置吸気マニホールド部分（１２，２２）に分割するか、あるいは開いた状態で長い前置吸気マニホールド部分（１２，２２）の代わりに容積（２２，２４）の拡大した吸気プレナム（１４，１５）を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この発明は、請求項１の前段に従い、シリンダ個別の吸気管がそれぞれ内燃機
関のシリンダの空気導入口へ通じる独立した少なくとも一つの吸気プレナム（Lu
ftsammler ）を備えた、特に自動車用の内燃機関の燃焼空気を供給する吸気シス
テムに関する。
【０００２】 Asia-Pacific Automotive Report（アジア太平洋自動車報告）第 234巻、1996
年４月５日により、切換可能な二つの弁で共鳴管を長くまたは短く切り換え、そ
れに応じて共鳴距離を選択的に可変することが知られている。しかし、このシス
テムは異なった共鳴状態の間を交互に切り換えるだけであり、これは限られた回
転数の範囲でシリンダの最適な充填を保証するだけである。それ故、第三の切換
可能な弁を設け、この弁が開いた状態で燃焼空気の流れ断面をそれに応じて大き
くするので、回転数が高い時に大量な流れを保証している。しかし、これは燃焼
空気の吸気システム内のどんな共鳴効果も完全に壊し、付加的なシリンダ充填を
何ら支援していない。
【０００３】 それ故、この発明の課題は、上に述べた難点を克服し、内燃機関のできる限り
広い回転数範囲にわたりシリンダに燃焼空気を充填することができる冒頭に述べ
た種類の吸気システムを提供することにある。
【０００４】 上記の課題は、この発明により請求項１の特徴構成を有する上記種類の吸気シ
ステムにより解決されている。この発明の有利な構成は従属請求項に開示されて
いる。
【０００５】 そのため、この発明によれば、吸気管を内燃機関の高回転数範囲に対して振動
管として形成し、吸気プレナムの中に少なくとも一つのバランス弁を配置し、こ
のバランス弁が吸気プレナムを選択的に閉じた状態で長い前置吸気マニホールド
部分に分割するか、あるいは開いた状態で長い前置吸気マニホールド部分の代わ
りに、より大きい容積の吸気プレナムを提供する。
【０００６】 これには、構造上単純で構造空間を最適にして内燃機関の低回転数範囲に対し
て選択的にバランス弁を閉ざして共鳴過給を行うか、あるいは内燃機関の高回転
数範囲でバランス弁を開いて振動管過給を行うという利点がある。
【０００７】 別々のシリンダブロックに配置されている、例えば８気筒エンジンの場合、Ｖ
字型または二重Ｖ字型配置もしくはＶＲ型配置にされたシリンダを有する内燃機
関では、別々の二つの吸気プレナムを設けると特に有利である。
【０００８】 有利な構成では、内燃機関に 180度クランク角度のクランクシャフトとｎ個の
シリンダがある。乱れのない吸気過程を保証するため、シリンダ１〜ｎ/2は個々
の吸気管を介して第一吸気プレナムへ、またシリンダ（ｎ/2＋１）〜ｎは個々の
吸気管を介して第二吸気プレナムへ接続している。
【０００９】 好ましくはｎ＝４であるか８である。後者の場合、シリンダ１〜８に対する点
火順を例えば以下のようであるとする。つまり１−５−２−６−４−８−３−７
である。
【００１０】 コンパクトな構造様式による特に狭いスペースの要請は、シリンダを例えば少
なくとも二つのシリンダブロック、特に二つのシリンダ二重ブロックに配分し、
各吸気プレナムが一つのシリンダブロックあるいは一つのシリンダ二重ブロック
のシリンダへ燃焼空気を供給し、第一吸気プレナムの吸気管が第二吸気プレナム
の吸気管と交差することにより得られる。
【００１１】 この場合、吸気プレナムのバランス弁と吸気管は、バンラン弁が閉じている場
合、それぞれ吸気管を介して供給されるシリンダに対してシリンダ番号の増加と
共に増加する吸気区間となるように配置すると有効である。
【００１２】 他の有利な構成では、内燃機関に 90 度クランク角度のクランクシャフトとｎ
個のシリンダがあり、それぞれシリンダのｎ/2個または（ｎ−1)/2個が各吸気管
を介して第一吸気プレナムへ、また他方のｎ/2または（ｎ＋1)/2個のシリンダが
各吸気管を介して第二吸気プレナムへ接続している。
【００１３】 有効であるのはｎ＝４または８である。後者の場合にはシリンダ１〜８の点火
順が例えば以下のようであるとする。即ち、１−５−７−４−８−３−２−６で
ある。
【００１４】 この場合、乱れていない吸気過程を保証するため、シリンダ１，２，７，８が
第一吸気プレナムへ、またシリンダ５，６，３，４が第二吸気プレナムへ接続し
ていると有利である。
【００１５】 コンパクトな構造様式による特に狭い構造空間の要請は、シリンダを少なくと
も二つのシリンダブロック、特に二つのシリンダ二重ブロックに分割し、吸気プ
レナムがそれぞれ一方のシリンダブロックまたはシリンダ二重ブロックに隣接し
、それぞれ他方のシリンダブロックまたはシリンダ二重ブロックに対向するよう
に配置し、一方の吸気プレナムの吸気管が一部他方の吸気プレナムの吸気管と交
差して対向するシリンダブロックまたはシリンダ二重ブロックに通じ、一部頭上
にして隣接するシリンダブロックまたはシリンダ二重ブロックに通じることによ
り得られる。
【００１６】 この発明の他の特徴、利点および有利な構成は従属請求項から、および添付図
面に基づくこの発明の以下の説明から理解できる。
【００１７】 図１と２に示すこの発明による吸気システムの第一好適実施例には、流れ方向
に見て、空気清浄器１０，前置吸気マニホールド部分１２，吸気プレナム１４お
よびシリンダに個別の吸気管１６がある。この吸気管は内燃機関ん１８のシリン
ダに対する図示していない空気導入口に通じている。吸気プレナム１４の中には
バランス弁２０が図１に示すように閉じた状態で吸気プレナム１４を二つの部分
に分割するように回転可能に配置されている。その場合、吸気プレナム１４の空
気清浄器側のスペース２２は予備吸引区間として働くが、吸気管側のスペース２
４は容積の減った吸気プレナムとして働く。図１のこの切換状態では、内燃機関
１８により吸気される燃焼空気は矢印２６に従い延長された前置吸気マニホール
ド部分を介して流れ、構造部品の寸法は内燃機関１８の低回転数範囲に対してエ
ヤークリーナーシステム１０と前置吸気マニホールド部分内の圧力波の反射が流
れ動特性を決めるので共鳴過給となるように選択されている。
【００１８】 図２に示す第二の切換状態では、バランス弁は例えば電動モータのような駆動
部２８により 90 度回転しているので、吸気プレナム１４はスペース２２と２４
の和から成る拡大容積となり、更に予備吸引区間１２は減少する。この時、高回
転数範囲で内燃機関１８に対して振動管として有利に形成され寸法決めされた吸
気管１６は内燃機関により吸気された燃焼空気の流れ特性を決めるので、振動管
の過給が生じる。この切換状態では吸気プレナム１４の圧力波の反射がシステム
の特性を決める。
【００１９】 バランス弁２０は吸気プレナム１４内の一つの部分に配置することは必ずしも
必要でない。むしろ、バランス弁を共通にまたは別々に回転させ、別々に支承さ
れる二つまたはそれ以上の部分に分割することもできる。これには、大きなバラ
ンス弁２０のガタツキ易さを効果的に低減するという利点がある。更に、この発
明の有利な他の構成では、吸気プレナムの容積とそれに伴う前置吸気マニホール
ド部分の長さを多段にして大きくしたり小さくできるように順次配置することも
できる。
【００２０】 この発明による吸気システムの特別な利点は、振動管の原理と共振原理を組み
合わせている点にある。バランス弁２０の姿勢に応じて、同じ吸気システムを用
いて共鳴過給かあるいは振動管の過給を狙い通りに行える。しかし、この場合に
は多数でそれにより異なった寸法の吸気管あるいは吸気プレナムを必要とするこ
とはない。
【００２１】 図１と２の図面では、この発明による吸気システムは例示的に４気筒エンジに
対して設計されている。しかし、任意の気筒数のエンジンに対してもこの発明に
より構成することも可能である。それ故、以下では８気筒の内燃機関１８に対す
る他の実施例を説明する。その場合、これもこの発明の原理をより理解し易くす
るために例示的であると理解すべきである。
【００２２】 この発明による吸気システムは同じように、先の説明のように、図３〜７に示
すような８気筒のエンジンに対しても適している。この場合、内燃機関１８のシ
リンダは二重のＶ字型配置に、つまり所謂ＶＲエンジンとして配列されている。
二つの吸気プレナム１４と１５が設けてあり、それぞれ一方の吸気プレナム１４
が内燃機関１８の所定のシリンダに、また他方の吸気プレナム１５が内燃機関１
８の残りのシリンダに接続し、これ等のシリンダには空気導入口２９を経由して
燃焼空気が供給される。前置吸気マニホールド部分１２は吸気プレナム１４と１
５に燃焼空気を供給する。両方の吸気プレナム１４，１５には回転軸３０の周り
に回転可能に支承されているそれぞれ一つのバンラス弁２０が配置されている。
更に、並列回路式に吸気管３２に対して二つの吸気プレナム１４と１５を接続す
る一つの共鳴管３２が設けてある。この共鳴管３２には軸３４の周りに回転可能
に支承されている共鳴弁３６が設けてあり、この共鳴弁は弁位置に応じて選択的
に共鳴管３２を介して吸気プレナム１４と１５の間で流体を通すか遮断する。バ
ランス弁２０と共鳴弁３６は駆動部２８，例えば各電動モータにより、弁２０と
３６が開いた位置または閉じた位置になるように操作される。弁２０と３６の開
いた位置と閉じた位置を適当に組み合わせて、実質上異なる三つの切換状態が生
じる。これ等の切換状態は後に図８〜１０に基づき詳しく説明する。
【００２３】 図３と４の実施例と図５〜７の実施例の重要な相違は、図３と４が所謂 180度
クランクシャフトの内燃機関１８に対する実施例を、また図５〜７が所謂 90 度
クランクシャフトの内燃機関１８に対する実施例を示していることにある。
【００２４】 図３〜７のこの発明による吸気管の上記の構想でも組み合わせの振動管と共鳴
管のシステムである。このシステムでは吸気プレナム１４と１５の容積や個々の
予備管１２の長さを切り換えることができる。このシステムにより広い回転数ス
ンペクトルにわたり高い充填度が可能になる。このシスムテムは構造スペースを
最適にして非常に平坦に形成できる。
【００２５】 乱れのない吸気過程を発生させるため、図３と４の実施例では 180°クランク
角度の点火間隔でシリンダがそれぞれ吸気プレナム１４，１５の各々のところに
続く。点火列１−５−２−６−４−８−３−７（「 180°クランクシャフト」）
に対して、シリンダ１，２，３と４あるいは５，６，７と８がそれぞれ共通の吸
気プレナム１４または１５に続く（図３）。これから、例えば図４の断面図に原
理的に示してある全ての８シリンダに対して交差する吸気管案内が生じる。吸気
プレナム１４シリンダブロック３８の上に配置され各吸気管１６は対向するシリ
ンダブロック４０に進む。このシリンダブロック４０の上には他の吸気プレナム
１５が配置されている。これ等の吸気管１６は同じように吸気プレナム１５に対
向するシリンダブロック３８に接続している。
【００２６】 図５〜７の実施例による点火列１−５−７−４−８−３−２−６（「90°の快
適クランクシャフト」）に対して、乱れのない吸気過程を保証するためシリンダ
１，２，７と８あるいはシリンダ３，４，５と６がそれぞれ共通の吸気プレナム
１４，１５から供給を受ける（図５）。このため、例えばシリンダ１，２，５と
６の吸気管１６は図７に示すように「頭上」に、またシリンダ３，４，７と８の
吸気管１６は図６に示すように「交差」して配置されている。
【００２７】 バランス弁２０を用いて吸気プレナム１４と１５の体積を切り換えて可変する
ことにより、システムの振動を同調させることが特に低回転範囲で行われる。こ
れには回路により振動性の吸気プレナムの容積が吸気プレナム１４，１５と空気
清浄器（図３〜７には図示せず）との間の前置吸気マニホールド部分１２の幾何
学形状に関連して振動性の共鳴システムに変換される。
【００２８】 吸気プレナムの容積はバランス弁２０を適当に切り換えて小さくされ、吸気プ
レナムの容積の一部が前置吸気マニホールド部分１２の円管に似た延長部２２と
して利用される（図８）。こうして、低回転数に合わせた振動システムの固有周
波数が発生し、これが共鳴過給に利用される。
【００２９】 共鳴管３２による両方の吸気プレナム１４と１５の切換可能な横接続により両
方の吸気プレナム１４と１５の間の共鳴振動が可能になる。共鳴管の長さと共鳴
管の直径を設計することにより共鳴システムを個々のエンジンシステムに合わせ
ることが行われる。この共鳴システムは特に中間回転数範囲で吸気管の振動を最
適化するのに利用される。
【００３０】 横断管とも称する共鳴管３２の共鳴弁３６を閉じている場合、振動管の過給は
吸気管１６および吸気プレナムの容積により行われる。システムの同調は、シリ
ンダを経由する吸気励起に関連して吸気管の直径と吸気管の長さおよび吸気プレ
ナム２２，２４により行われる。
【００３１】 シリンダヘッドの通路の長さが異なるため吸気管１６の振動の長さの相違はシ
リンダヘッドと主吸気プレナム（図示せず）の間の吸気管の案内部により相殺さ
れる。可変カムシャフトを有するエンジンでは、この状況は例えば異なった入口
カム外形により更に考慮される。更に、個々の吸気管１６の特定の圧力損失は補
償手段として利用できる。
【００３２】 以下、図８〜１０を参照してこの発明による吸気システムの機能原理を説明す
る。この場合、図８〜１０は図３の実施例の一部断面図を例示的に示すにすぎな
いが、全ての実施例に対する説明に当てはまるか、あるいは共鳴弁３６の付加的
な回路に関する限り、少なくとも二つの吸気プレナム１４と１５を有する実施例
の全てに対して当てはまる。
【００３３】 従って、180 °のクランクシャフトの例（図３）に付いて以下に説明する回路
の機能原理は 90 °のクランクシャフト（図５）に対しても同じように成立する
。その場合、空間的なクランクシャフトの点火順に付いては変更した吸気管の案
内部（それぞれ一つの吸気プレナムのシリンダ１，２，７と８あるいは３，４，
５と６）を考慮に入れるべきである。
【００３４】 切換ステップ１（図８）は低回転数範囲でのシリンダの充填のために使用され
る。これにはバランス弁２０を閉めて吸気プレナムの容積を少なくし、清浄空気
吸気区間１２を分離された吸気プレナムの領域２２と２４により延長する。吸気
プレナム１４と１５の間の共鳴弁３６は閉じたままである。可変カムシャフトを
有するエンジンでは、入口カムシャフトをモーメント調整（早めの開時間）に切
り換えると有利である。この切換位置では、空気フィルタシステムおよび前置吸
気マニホールド部分１２の圧力波の反射が重要である。これにより低回転数範囲
の共鳴過給が生じる。この場合、共鳴弁で閉ざされる横管あるいは共鳴管３２の
一部の管はλ/4管として吸気プレナム１４，１５のシステムの振動を支援するた
めに利用される。
【００３５】 切換ステップ２（図９）では、バランス弁２０を開いて吸気プレナムの容積を
大きくする。共鳴弁３６は閉じている。可変カムシャフトを有するエンジンでは
、入口カムシャフトが好ましくは早めの位置にある。この切換位置では、吸気プ
レナム１４，１５の圧力波の反射がシステムの特性を決める。この発明による吸
気システムは振動管過給の原理に従って動作する。
【００３６】 切換ステップ３（図１０）では、バランス弁２０と共鳴弁３６が開いている。
可変カムシャフトを有するエンジンでは、入口カムシャフトが好ましくは早めの
位置にある。共鳴弁３６を開くことにより吸気プレナム１４と１５の間の内容物
の入れ換えが可能で両方の吸気プレナム１４と１５の間の共鳴振動が生じる。こ
の共鳴振動は中間回転数範囲でシリンダの充填を高めるために利用される。
【００３７】 可変カムシャフトを有するエンジンでは、更に切換ステップ４が実現できる。
このステップはバランス弁２０と共鳴弁３６の位置に関して先に説明した切換ス
テップ２と同じである。バランス弁２０を開くことにより吸気プレナムの全容積
が利用される。共鳴弁３６が閉じているため、両方の吸気プレナム１４と１５の
間の直接の圧力交換が阻止される。しかし、入口カムシャフトの遅れた位置によ
り更に振動管の過給システムが高回転数範囲に合う。
【００３８】 吸気システム内の管の長さや管の直径を合わせることにより、吸気プレナムの
容積の低減と、場合によって行われる入口カムシャフトの位置変化に関連して、
吸気システムを個々のエンジン構造に合わせることが行える。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】 一方の切換状態でのこの発明による吸気システムの第一好適実施
例の部分断面図を示す。
【図２】 他方の切換状態でのこの発明による吸気システムの第一好適実施
例の部分断面図を示す。
【図３】 この発明による吸気システムの第二好適実施例の部分断面図を示
す。
【図４】 図３のこの発明による吸気システムの第二好適実施例の横断面図
を示す。
【図５】 この発明による吸気システムの第三好適実施例の部分断面図を示
す。
【図６】 図５のこの発明による吸気システムの第三好適実施例の図５の線
分Ａ−Ａから見た断面図を示す。
【図７】 図５のこの発明による吸気システムの第三好適実施例の図５の線
分Ｂ−Ｂから見た断面図を示す。
【図８】 図３のこの発明による吸気システムの第二好適実施例の第一切換
状態の部分断面図を示す。
【図９】 図３のこの発明による吸気システムの第二好適実施例の第二切換
状態の部分断面図を示す。
【図１０】 図３のこの発明による吸気システムの第二好適実施例の第三切
換状態の部分断面図を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１１月２９日（１９９９．１１．２９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G031 AB05 AB08 AC04 BA08 BA14 BA17 BB11 BB14 DA12 DA24 DA32 DA37 DA38 EA02 HA01 HA02

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダ個別の吸気管（１６）が内燃機関（１８）のシリンダに
    それぞれ通じる独立した少なくとも一つの吸気プレナム（１４，１５）を備えて
    いる、特に自動車用の内燃機関（１８）へ燃焼空気を供給する吸気システムにお
    いて、 吸気管（１６）を内燃機関（１８）の高回転数範囲に対する振動管として形成
    し、吸気プレナム（１４，１５）の中に少なくとも一つのバランス弁（２０）を
    配置し、このバランス弁が吸気プレナム（１４，１５）を選択的に閉じた状態で
    長い前置吸気マニホールド部分（１２，２２）に分割するか、あるいは開いた状
    態で長い前置吸気マニホールド部分（１２，２２）の代わりに容積（２２，２４
    ）の拡大した吸気プレナム（１４，１５）を提供することを特徴とする吸気シス
    テム。
  2. 【請求項２】 独立した少なくとも二つの吸気プレナム（１４，１５）を備えて
    いることを特徴とする請求項１に記載の吸気システム。
  3. 【請求項３】 二つの吸気プレナム（１４，１５）の各々は共鳴管（３２）を介
    して互いに接続し、共鳴管（３２）はそれぞれの吸気プレナム（１４，１５）を
    共鳴管（３２）を介して選択的に互いに接続したり遮断するように、選択的に開
    閉する共鳴弁（３６）を有することを特徴とする請求項２に記載の吸気システム
    。
  4. 【請求項４】 内燃機関８１８）は 180度クランク角度のクランクシャフトとｎ
    個のシリンダを有し、シリンダ１〜ｎ/2がそれぞれ吸気管（１６）を介して第一
    吸気プレナム（１４）に、またシリンダ（ｎ/2＋1)〜ｎがそれぞれ吸気管（１６
    ）を介して第二吸気プレナム（１５）に接続されていることを特徴とする前記請
    求項の何れか１項に記載の吸気システム。
  5. 【請求項５】 ｎ＝４であることを特徴とする請求項４に記載の吸気システム。
  6. 【請求項６】 ｎ＝８であり、シリンダ１〜８の点火順は以下のよう、つまり１
    −５−２−６−４−８−３−７であることを特徴とする請求項４に記載の吸気シ
    ステム。
  7. 【請求項７】 シリンダを少なくとも二つのシリンダブロック、特に二つのシリ
    ンダブロックに分割し、各吸気プレナム（１４，１５）が一つのシリンダブロッ
    クシリンダに、あるいは一つのシリンダブロックに燃焼空気を供給し、第一吸気
    プレナム（１４）の吸気管（１６）は第二吸気プレナム（１５）の吸気管と交差
    していることを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の吸気システム。
  8. 【請求項８】 吸気プレナム（１４，１５）のバランス弁（２０）と吸気管（１
    ６）はバランス弁（２０）が閉じた時、吸気管（１６）を介して供給される各シ
    リンダに対してシリンダ番号の増加と共に増加する吸気区間（１２，２２，２４
    ）となるように配置されていることを特徴とする請求項４〜７の何れか１項に記
    載の吸気システム。
  9. 【請求項９】 内燃機関（１８）は 90 度クランク角度のクランクシャフトとｎ
    個のシリンダを有し、シリンダのｎ/2個または（ｎ−1)/2個が各吸気管（１６）
    を介して第一吸気プレナム（１４）に、また他のｎ/2個または（ｎ＋1)/2個のシ
    リンダが各吸気管（１６）を介して第二吸気プレナム（１５）に接続しているこ
    とを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の吸気システム。
  10. 【請求項１０】 ｎ＝４であることを特徴とする請求項９に記載の吸気システム
    。
  11. 【請求項１１】 ｎ＝８であり、シリンダ１〜８の点火順は以下のよう、つまり
    １−５−７−４−８−３−２−６であることを特徴とする請求項９に記載の吸気
    システム。
  12. 【請求項１２】 シリンダ１，２，７，８は第一吸気プレナム（１４）に、また
    シリンダ５，６，３，４は第二吸気プレナム（１５）に接続していることを特徴
    とする請求項１１に記載の吸気システム。
  13. 【請求項１３】 シリンダは少なくとも二つのシリンダブロック（３８，４０）
    ，特に二つのシリンダ二重ブロックに分割され、吸気プレナム（１４，１５）は
    それぞれシリンダブロック（３８，４０）あるいはシリンダ二重ブロックに隣接
    しておよびシリンダブロック（３８，４０）あるいはシリンダ二重ブロックに対
    向させて配置され、一方の吸気プレナム（１４）の吸気管（１６）は他方の吸気
    プレナム（１５）の吸気管（１６）と一部交差して対向するシリンダブロック（
    ３８，４０）あるいはシリンダ二重ブロックに通じ、一部頭上にきて隣接するシ
    リンダブロック（３８，４０）あるいはシリンダ二重ブロックに通じていること
    を特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の吸気システム。
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