JP2008057345A - 吸気装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インテークマニホールド間の空気流量のばらつきの低減と、ポンピングロスの低減とを両立する吸気装置を提供する。
【解決手段】連結管部26はインテークマニホールド201とインテークマニホールド204とを連結し、連結管部27はインテークマニホールド202とインテークマニホールド203とを連結している。これにより、連結管部26で連結されたインテークマニホールド201とインテークマニホールド204との間、および連結管部27で連結されたインテークマニホールド202とインテークマニホールド203との間では、相互に空気が補給される。これにより、空気の流量のばらつきが低減されるとともに、一方の気筒の吸気バルブが開く前にその気筒に接続するインテークマニホールドの内部の圧力が上昇する。その結果、吸気バルブが開いたとき、気筒からインテークマニホールド側への空気の逆流が低減され、ポンピングロスが低減される。
【選択図】図1

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。
吸気装置は、導入した空気を内燃機関へ供給する。導入された空気は、サージタンクから分岐するインテークマニホールドを経由して内燃機関の各気筒へ分配される。このインテークマニホールドにそれぞれスロットルを配置した多連スロットルを備える吸気装置が公知である。多連スロットルを備える吸気装置の場合、インテークマニホールド間の吸気流量のばらつきを低減するため、各インテークマニホールドを連結する連結管部が設けられている(特許文献1参照)。
ところで、吸気バルブが開いている間、インテークマニホールドの空気は気筒側へ吸引される。そのため、吸気バルブが開いているとき、インテークマニホールドの気筒側の端部では空気の圧力が大気圧よりも小さくなる。複数の気筒を有する内燃機関の場合、少なくともいずれか一つの吸気バルブは開いている。そのため、特許文献1に開示されている発明のように、各インテークマニホールドを連結管部で連結すると、いずれかのインテークマニホールドの気筒側の端部では空気の圧力が常に大気圧よりも小さくなる。
一方、気筒内の圧力は、吸気バルブが開く直前にほぼ大気圧となっている。そのため、吸気バルブが開くと、気筒側からインテークマニホールド側へ吸引力が発生する。その結果、インテークマニホールドから気筒への吸気の流入が妨げられる、いわゆるポンピングロスが生じる。これにより、各気筒への吸気の充填効率が低下し、内燃機関の燃費の悪化を招くという問題がある。
特開昭63−154827号公報
そこで、本発明の目的は、インテークマニホールド間の空気流量のばらつきの低減と、ポンピングロスの低減とを両立する吸気装置を提供することにある。
請求項1記載の発明では、インテークマニホールドを連結する連結管部を備えている。連結管部は、内燃機関の複数の気筒のうち、燃焼時期の位相差が内燃機関の各気筒間の燃焼間隔の2倍以上の整数倍となる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結している。ここで、内燃機関の燃焼間隔とは、内燃機関の気筒数によって変化する燃焼時期の間隔である。また、燃焼時期とは、例えばガソリンエンジンであれば点火時期であり、ディーゼルエンジンであれば着火時期である。例えば4気筒の内燃機関の場合、燃焼間隔は90°となる。また、例えば6気筒、8気筒の内燃機関の場合、それぞれ燃焼間隔は60°、45°となる。このように、連結管部は、燃焼時期の位相差が内燃機関の燃焼間隔の2倍以上となる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結している。これにより、燃焼時期の離れた、すなわち吸気バルブの開閉時期が燃焼間隔の2倍以上に離れた気筒に接続するインテークマニホールド同士が連結される。そのため、例えば連結されているインテークマニホールドの一つにおいて吸気バルブが開いても、連結管部を経由して燃焼時期の離れた他のインテークマニホールドから空気が補給されるため、インテークマニホールド間の空気流量のばらつきは低減される。また、連結管部を経由して燃焼時期の離れた他のインテークマニホールドから空気を補給することにより、インテークマニホールドの気筒側の端部では、吸気バルブが開く前に圧力が大気圧付近まで回復する。その結果、気筒内からインテークマニホールド側への空気の逆流が低減され、ポンピングロスが低減される。したがって、インテークマニホールド間の空気流量のばらつきの低減と、ポンピングロスの低減とを両立することができる。
請求項2記載の発明では、連結管部は燃焼時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールドを連結している。例えば、第一気筒、第二気筒、第三気筒および第四気筒の4気筒を有する内燃機関の場合、一般に第一気筒→第三気筒→第四気筒→第二気筒の順で燃焼が行われる。そのため、連結管部は、燃焼時期が一つおきとなる第一気筒および第四気筒に接続するインテークマニホールド、ならびに第三気筒および第二気筒に接続するインテークマニホールドをそれぞれ連結する。この場合、連結管部は、燃焼時期の位相差が4気筒の内燃機関の燃焼間隔である90°の2倍の180°になる気筒に接続するインテークマニホールド同士を連結する。また、例えば第一気筒から第六気筒までの直列6気筒の内燃機関の場合、一般に第一気筒→第五気筒→第三気筒→第六気筒→第二気筒→第四気筒の順で燃焼が行われる。そのため、連結管部は、燃焼時期が一つおきとなる第一気筒、第三気筒および第二気筒に接続するインテークマニホールド、ならびに第五気筒、第六気筒および第四気筒に接続するインテークマニホールドをそれぞれ連結する。この場合、連結管部は、燃焼時期の位相差が6気筒の内燃機関の燃焼間隔である60°の2倍の120°になる気筒に接続するインテークマニホールド同士を連結する。その結果、連結管部によって連結されたインテークマニホールド間では、空気流量のばらつきが低減される。したがって、複数のインテークマニホールド間で空気流量のばらつきを低減することができる。
請求項3記載の発明では、連結管部は燃焼時期の位相差が180°以上となる気筒に接続するインテークマニホールドを連結している。例えば4気筒の内燃機関の場合、連結管部は、燃焼時期の位相差が180°以上となる第一気筒および第四気筒に接続するインテークマニホールド、ならびに第三気筒および第二気筒に接続するインテークマニホールドをそれぞれ連結する。また、例えば直列6気筒の内燃機関の場合、連結管部は、第一気筒および第六気筒に接続するインテークマニホールド、第二気筒および第五気筒に接続するインテークマニホールド、ならびに第三気筒および第四気筒に接続するインテークマニホールドをそれぞれ連結する。これにより、連結管部で連結されている二つのインテークマニホールドは、一方に対応する吸気バルブが開き、他方に対応する吸気バルブは閉じている。そのため、連結管部で連結されている二つのインテークマニホールドのうち一方に対応する吸気バルブが開くとき、吸気バルブが閉じている他方のインテークマニホールドから連結管部を経由して空気が補給される。その結果、インテークマニホールドの気筒側の端部では、吸気バルブが開く前に圧力が大気圧付近まで回復する。したがって、吸気バルブが開くと、インテークマニホールドから気筒内へ空気が効率よく流入し、ポンピングロスを低減することができる。
以下、本発明の複数の実施形態による吸気装置を図面に基づいて説明する。なお、以下の複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による吸気装置を適用した内燃機関としてのガソリンエンジンを図1および図2に示す。図1および図2には、本発明の第1実施形態による吸気装置を4気筒のガソリンエンジン10に適用した例を示す。図1は、本発明の第1実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジン10の概略を示す部分断面図である。また、図2は、図1に示すガソリンエンジン10に吸入される空気が流れる通路の構成を示す模式図である。
ガソリンエンジン10には、吸気装置20が取り付けられている。ガソリンエンジン10は、四つの気筒を有している。四つの気筒は、ガソリンエンジン10が搭載された車両の進行方向の前方から第一気筒(#1)111、第二気筒(#2)112、第三気筒(♯3)113、第四気筒(♯4)114の順で配置されている。各気筒には、図示しないピストンが設置されている。
吸気装置20は、吸気通路21、サージタンク22および四本のインテークマニホールド201、202、203、204を備えている。吸気通路21、サージタンク22およびインテークマニホールド201、202、203、204は、例えば樹脂製の通路形成部材によって一体に形成されている。吸気通路21は、サージタンク22とは反対側の端部が図示しないエアクリーナに接続する。図示しないエアクリーナでは、吸気装置20に導入される空気に含まれる異物が除去される。図示しないエアクリーナを通過した空気は、吸気通路21を経由してサージタンク22に流入する。
サージタンク22は、吸気通路21のエアクリーナとは反対側の端部に接続している。また、サージタンク22からは、複数のインテークマニホールド201、202、203、204が分岐している。エアクリーナを経由して吸気通路21へ流入した空気は、サージタンク22へ流入した後、各インテークマニホールドに分配される。インテークマニホールド201は、サージタンク22と第一気筒111とを接続している。インテークマニホールド202は、サージタンク22と第二気筒112とを接続している。インテークマニホールド203は、サージタンク22と第三気筒113とを接続している。インテークマニホールド204は、サージタンク22と第四気筒114とを接続している。インテークマニホールド201、202、203、204は、それぞれ内周側にサージタンク22からガソリンエンジン10へ供給される空気が流れる空気通路を形成している。
吸気装置20は、スロットル23を備えている。スロットル23は、各インテークマニホールドにそれぞれ設置されている弁部材としてのスロットル弁231、232、233、234と、駆動シャフト24と、アクチュエータ25とを有している。駆動シャフト24は、各スロットル弁231、232、233、234と一体に組み付けられている。アクチュエータ25は、駆動シャフト24を周方向へ回転駆動する。これにより、各インテークマニホールドに設置されているスロットル弁231、232、233、234は、一体となって駆動シャフト24によって回転駆動される。その結果、各インテークマニホールドが形成する空気通路は、それぞれスロットル弁231、232、233、234によって開閉される。これにより、各インテークマニホールドが形成する空気通路を流れる空気の流量は調整される。また、図示していないが、ガソリンエンジン10は、吸気バルブを備えている。吸気バルブは、各インテークマニホールドから各気筒への空気の流入を開閉する。
吸気装置20は、スロットル23のガソリンエンジン10側に連結管部26、27を備えている。第1実施形態の場合、吸気装置20は二本の連結管部26、27を有している。連結管部26は、第一気筒111に接続しているインテークマニホールド201が形成する空気通路と、第四気筒114に接続しているインテークマニホールド204が形成する空気通路とを連結している。連結管部27は、第二気筒112に接続しているインテークマニホールド202が形成する空気通路と、第三気筒113に接続しているインテークマニホールド203が形成する空気通路とを連結している。
ガソリンエンジン10は、図示しない点火コイルを有している。点火コイルは、各気筒にそれぞれ設置されている。点火コイルは、各気筒において圧縮された混合気に着火する。第1実施形態のように4気筒のガソリンエンジン10の場合、第一気筒111→第三気筒113→第四気筒114→第二気筒112の順で混合気の燃焼が行われる。そのため、ガソリンエンジン10では、第一気筒111の点火コイル、第三気筒113の点火コイル、第四気筒114の点火コイル、第二気筒112の点火コイルの順に通電される。すなわち、第1実施形態のようにガソリンエンジン10の場合、各気筒における燃焼時期は点火時期と同義となる。したがって、以下では、ガソリンエンジン10の各気筒における燃焼時期を点火時期として説明する。
上述のように4気筒のガソリンエンジン10の場合、四つの気筒間の燃焼間隔すなわち点火間隔は90°である。そして、4気筒のガソリンエンジン10の点火順序は第一気筒111→第三気筒113→第四気筒114→第二気筒112の順である。そのため、第一気筒111と第四気筒114、および第二気筒112と第三気筒113と間では、燃焼時期の位相差すなわち点火時期の位相差が180°となる。したがって、第一気筒111と第四気筒114、第二気筒112と第三気筒113との間では、点火時期の位相差が点火間隔の2倍となる。
また、第一気筒111の点火時期と第四気筒114の点火時期との間には第三気筒113の点火時期が設定され、第三気筒113の点火時期と第二気筒112との点火時期との間には第四気筒114の点火時期が設定されている。このように、第一気筒111と第四気筒114、および第二気筒112と第三気筒113とは、点火時期が一つおきとなる。
以上のように、第1実施形態の4気筒のガソリンエンジン10の場合、連結管部26は、点火時期の位相差が点火間隔の2倍になるとともに、点火時期が一つおきになる第一気筒111に接続するインテークマニホールド201と、第四気筒114に接続するインテークマニホールド204とを連結している。また、連結管部27は、点火時期の位相差が点火間隔の2倍になるとともに、点火時期が一つおきになる第二気筒112に接続するインテークマニホールド202と第三気筒113に接続するインテークマニホールド203とを連結している。
図3(A)は、回転角度すなわちクランクシャフトの回転角度と各気筒の吸気バルブの開弁量との関係、および回転角度とインテークマニホールド201の第一気筒111側の端部における圧力との関係を示す模式図である。
連結管部26および連結管部27を設けることにより、図3(A)に示すようにインテークマニホールド201の第一気筒111側の端部における圧力は、第一気筒111の吸気バルブが開く前に上昇する。そして、インテークマニホールド201の第一気筒111側の端部における圧力は、大気圧近くまで回復する。すなわち、回転角度が180°から360°へ進むとき、インテークマニホールド201の第一気筒111側の端部における圧力は上昇している。これは、スロットル弁231、および連結管26を経由したスロットル弁233を通して、大気圧の吸気通路21およびサージタンク20から吸気が供給されるからである。その結果、第一気筒111の吸気バルブが開いたとき、第一気筒111の内部の圧力と、インテークマニホールド201の第一気筒111側の端部における圧力とは近似する。したがって、インテークマニホールド201から第一気筒111へすみやかに空気が吸入され、ポンピングロスが低減される。また、第四気筒114の吸気バルブが開弁するときも、同様にインテークマニホールド204から第四気筒114へすみやかに空気が吸入される。したがって、ポンピングロスが低減される。さらに、連結管部27を設けることにより、第二気筒112と第三気筒113との間でも相互に空気が補給され、ポンピングロスは低減される。
さらに、連結管部26を設けることにより、第一気筒111に接続するインテークマニホールド201と第四気筒114に接続するインテークマニホールド204との間では、空気の流量のばらつきが低減される。同様に、連結管部27を設けることにより、第二気筒112に接続するインテークマニホールド202と第三気筒113に接続するインテークマニホールド203との間では、空気の流量のばらつきが低減される。
一方、図3(B)に示すように比較のためにインテークマニホールド201、202、203、204のすべてを一つの連結管部で接続した場合、回転角度が180°から360°へ進むとき、インテークマニホールド201の第一気筒111側の端部における圧力は下降している。これは、第一気筒111の吸気バルブが開く前に、第二気筒112の吸気バルブが開いているためである。すなわち、第二気筒112に接続するインテークマニホールド202の内部の圧力が低下するため、すべてのインテークマニホールドを連結する連結管部によって、第一気筒111に接続するインテークマニホールド201の圧力も低下する。その結果、第一気筒111の吸気バルブが開いたとき、インテークマニホールド201の第一気筒111側の端部の圧力は低下し、第一気筒111からインテークマニホールド201側へ空気が逆流する。したがって、ポンピングロスが発生する。
以上説明したように、本発明の第1実施形態では、連結管部26により第一気筒111に接続するインテークマニホールド201と第四気筒114に接続するインテークマニホールド204とを連結している。また、連結管部27により第二気筒112に接続するインテークマニホールド202と第三気筒113に接続するインテークマニホールド203とを連結している。これにより、連結管部26で連結されたインテークマニホールド201とインテークマニホールド204との間、および連結管部27で連結されたインテークマニホールド202とインテークマニホールド203との間では、相互に空気が補給される。そのため、空気の流量のばらつきが低減されるとともに、一方の気筒の吸気バルブが開く前にその気筒に接続するインテークマニホールドの内部の圧力が上昇する。その結果、吸気バルブが開いたとき、気筒からインテークマニホールド側への空気の逆流が低減される。したがって、空気の流量のばらつきの低減と、ポンピングロスの低減とを両立することができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジンを図4に示す。図4に示すガソリンエンジン30は、直列6気筒の気筒配置である。直列6気筒のガソリンエンジン30の場合、車両の進行方向前方から第一気筒311、第二気筒312、第三気筒313、第四気筒314、第五気筒315および第六気筒316の六つの気筒を有している。そして、サージタンク22とガソリンエンジン30との間には、各気筒に対応してインテークマニホールド321、322、323、324、325、326がそれぞれ接続している。直列6気筒のガソリンエンジン30の場合、燃焼順序すなわち点火順序は、第一気筒311→第五気筒315→第三気筒313→第六気筒316→第二気筒312→第四気筒314の順である。そして、六つの気筒間の燃焼間隔すなわち点火間隔は60°である。
このような直列6気筒のガソリンエンジン30の場合、図4(A)または図4(B)に示すように連結管部331、332、333、334、335を設けることにより、空気流量のばらつきの低減と、ポンピングロスの低減とを両立することができるものの、連結管部331、332、333、334、335の連結態様によっていずれか一方を優先することとなる。すなわち、空気流量のばらつきの低減またはポンピングロスの低減を優先して連結管部の連結態様を選択する必要がある。したがって、空気流量のばらつきの低減を優先した場合、ポンピングロスの低減性能はポンピングロスの低減を優先した場合よりも低下し、ポンピングロスの低減を優先した場合、空気流量のばらつきの低減性能は空気流量のばらつきの低減を優先した場合よりも低下する。
空気流量のばらつきの低減を優先する場合、図4(A)に示すように連結管部331は、第一気筒311に接続するインテークマニホールド321と、第二気筒312に接続するインテークマニホールド322と、第三気筒313に接続するインテークマニホールド323とを連結している。また、連結管部332は、第四気筒314に接続するインテークマニホールド324と、第五気筒315に接続するインテークマニホールド325と、第六気筒316に接続するインテークマニホールド326とを連結している。
上述のように、直列6気筒のガソリンエンジン10の場合、点火順序は第一気筒311→第五気筒315→第三気筒313→第六気筒316→第二気筒312→第四気筒314の順である。そのため、連結管部331および連結管部332は、それぞれ点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結している。
このように、点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部331および連結管部332で連結することにより、連結管部331または連結管部332で連結されたインテークマニホールド間では空気流量のばらつきが低減される。また、点火時期が一つおきとなる気筒間では、点火間隔は直列6気筒のガソリンエンジン30の点火間隔60°の2倍の120°となる。
ポンピングロスの低減を優先する場合、図4(B)に示すように連結管部333は、第一気筒311に接続するインテークマニホールド321と、第六気筒316に接続するインテークマニホールド326とを連結している。また、連結管部334は第二気筒312に接続するインテークマニホールド322と第五気筒315に接続するインテークマニホールド325とを連結し、連結管部335は第三気筒313に接続するインテークマニホールド323と第四気筒314に接続するインテークマニホールド324とを連結している。第一気筒311と第六気筒316との点火間隔、第二気筒312と第五気筒315との点火間隔、および第三気筒313と第四気筒314との点火間隔、すなわち点火時期の位相差は、いずれも180°である。したがって、点火時期の位相差は、直列6気筒のガソリンエンジン30の点火間隔60°の3倍の180°となる。
このように、点火時期の位相差が180°となる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部333、334、335で連結することにより、一方の気筒の吸気バルブが開く前に他方の気筒に接続するインテークマニホールドから連結管部333、334、335を経由して空気が補給される。そのため、吸気バルブが開く前にインテークマニホールドの圧力が大気圧付近まで上昇する。したがって、ポンピングロスを低減することができる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジンを図5に示す。図5に示すガソリンエンジン40は、V型6気筒の気筒配置である。V型6気筒のガソリンエンジン40は、バンクブロック42およびバンクブロック43を有している。バンクブロック42は、車両の進行方向前方から第一気筒411、第三気筒413および第五気筒415の三つの気筒を有している。バンクブロック43は、車両の進行方向前方から第二気筒412、第四気筒414および第六気筒416の三つの気筒を有している。
サージタンク22は、ガソリンエンジン40のバンクブロック42とバンクブロック43との間に配置されている。なお、サージタンク22は、各バンクブロック42、43ごとに個別に設置してもよい。サージタンク22と各バンクブロック42、43との間には、各気筒に対応してインテークマニホールド421、422、423、424、425、426がそれぞれ接続している。V型6気筒のガソリンエンジン40の場合、燃焼順序すなわち点火順序は、第一気筒411→第二気筒412→第五気筒415→第六気筒416→第三気筒413→第四気筒414の順である。そして、六つの気筒間の燃焼間隔すなわち点火間隔は60°である。
このようなV型6気筒のガソリンエンジン40の場合も、第2実施形態の直列6気筒のガソリンエンジン30と同様に、連結管部431、432、434、434の連結態様によって空気流量のばらつきの低減またはポンピングロスの低減のいずれか一方が優先される。
空気流量のばらつきの低減を優先する場合、図5(A)に示すように連結管部431は、第一気筒411に接続するインテークマニホールド421と、第三気筒413に接続するインテークマニホールド423と、第五気筒415に接続するインテークマニホールド425とを連結している。また、連結管部432は、第二気筒412に接続するインテークマニホールド422と、第四気筒414に接続するインテークマニホールド424と、第六気筒416に接続するインテークマニホールド426とを連結している。すなわち、連結管部431はバンクブロック42の各気筒に接続するインテークマニホールド間を連結し、連結管部432はバンクブロック43の各気筒に接続するインテークマニホールド間を連結している。
上述のように、V型6気筒のガソリンエンジン40の場合、点火順序は第一気筒411→第二気筒412→第五気筒415→第六気筒416→第三気筒413→第四気筒414の順である。そのため、連結管部431および連結管部432は、それぞれ点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結している。
このように、点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部431および連結管部432で連結することにより、連結管部431または連結管部432で連結されたインテークマニホールド間では空気流量のばらつきが低減される。また、点火時期が一つおきとなる気筒間では、点火間隔はV型6気筒のガソリンエンジン40の点火間隔60°の2倍の120°となる。
ポンピングロスの低減を優先する場合、図5(B)に示すように連結管部433は、第一気筒411に接続するインテークマニホールド421と、第六気筒416に接続するインテークマニホールド426とを連結している。また、連結管部434は第二気筒412に接続するインテークマニホールド422と第三気筒413に接続するインテークマニホールド423とを連結し、連結管部435は第四気筒414に接続するインテークマニホールド424と第五気筒415に接続するインテークマニホールド425とを連結している。第一気筒411と第六気筒416との点火間隔、第二気筒412と第三気筒413との点火間隔、および第四気筒414と第五気筒415との点火間隔、すなわち点火時期の位相差は、いずれも180°である。したがって、点火時期の位相差は、V型6気筒のガソリンエンジン40の点火間隔60°の3倍の180°となる。
このように、点火時期の位相差が180°となる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部433、434、435で連結することにより、一方の気筒の吸気バルブが開く前に他方の気筒に接続するインテークマニホールドから連結管部433、434、435を経由して空気が補給される。そのため、吸気バルブが開く前にインテークマニホールドの圧力が大気圧付近まで上昇する。したがって、ポンピングロスを低減することができる。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジンを図6に示す。図6に示すガソリンエンジン50は、直列8気筒の気筒配置である。直列8気筒のガソリンエンジン50の場合、車両の進行方向前方から第一気筒511、第二気筒512、第三気筒513、第四気筒514、第五気筒515、第六気筒516、第七気筒517および第八気筒518の八つの気筒を有している。そして、サージタンク22とガソリンエンジン50との間には、各気筒に対応してインテークマニホールド521、522、523、524、525、526、527、528がそれぞれ接続している。直列8気筒のガソリンエンジン50の場合、燃焼順序すなわち点火順序は、第一気筒511→第五気筒515→第二気筒512→第六気筒516→第八気筒518→第四気筒514→第七気筒517→第三気筒513の順である。そして、八つの気筒間の燃焼間隔すなわち点火間隔は45°である。
このような直列8気筒のガソリンエンジン50の場合も、第2実施形態の直列6気筒のガソリンエンジン30と同様に、連結管部531、532、533、534、535、536の連結態様によって空気流量のばらつきの低減またはポンピングロスの低減のいずれか一方を優先することになる。
空気流量のばらつきの低減を優先する場合、図6(A)に示すように連結管部531は、第一気筒511に接続するインテークマニホールド521と、第二気筒512に接続するインテークマニホールド522と、第七気筒517に接続するインテークマニホールド527と、第八気筒518に接続するインテークマニホールド528とを連結している。また、連結管部532は、第三気筒513に接続するインテークマニホールド523と、第四気筒514に接続するインテークマニホールド524と、第五気筒515に接続するインテークマニホールド525と、第六気筒516に接続するインテークマニホールド526とを連結している。
上述のように、直列8気筒のガソリンエンジン50の場合、点火順序は第一気筒511→第五気筒515→第二気筒512→第六気筒516→第八気筒518→第四気筒514→第七気筒517→第三気筒513の順である。そのため、連結管部531および連結管部532は、それぞれ点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結している。
このように、点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部531および連結管部532で連結することにより、連結管部531または連結管部531で連結されたインテークマニホールド間では空気流量のばらつきが低減される。また、点火時期が一つおきとなる気筒間では、点火間隔は直列8気筒のガソリンエンジン50の点火間隔45°の2倍の90°となる。
ポンピングロスの低減を優先する場合、図6(B)に示すように連結管部533は、第一気筒511に接続するインテークマニホールド521と、第八気筒518に接続するインテークマニホールド528とを連結している。また、連結管部534は第二気筒512に接続するインテークマニホールド522と第七気筒517に接続するインテークマニホールド527とを連結し、連結管部535は第三気筒513に接続するインテークマニホールド523と第六気筒516に接続するインテークマニホールド526とを連結し、連結管部536は第四気筒514に接続するインテークマニホールド524と第五気筒515に接続するインテークマニホールド525とを連結している。第一気筒511と第八気筒518との点火間隔、第二気筒512と第七気筒517との点火間隔、第三気筒513と第六気筒516との点火間隔、および第四気筒514と第五気筒515との点火間隔、すなわち点火時期の位相差は、いずれも180°である。したがって、点火時期の位相差は、直列8気筒のガソリンエンジン50の点火間隔45°の4倍の180°となる。
このように、点火時期の位相差が180°となる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部533、534、535、536で連結することにより、一方の気筒の吸気バルブが開く前に他方の気筒に接続するインテークマニホールドから連結管部533、534、535、536を経由して空気が補給される。そのため、吸気バルブが開く前にインテークマニホールドの圧力が大気圧付近まで上昇する。したがって、ポンピングロスを低減することができる。
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジンを図7に示す。図7に示すガソリンエンジン60は、V型8気筒の気筒配置である。V型8気筒のガソリンエンジン60は、バンクブロック62およびバンクブロック63を有している。バンクブロック62は、車両の進行方向前方から第一気筒611、第三気筒613、第五気筒615および第七気筒617の四つの気筒を有している。バンクブロック63は、車両の進行方向前方から第二気筒612、第四気筒614、第六気筒616および第八気筒618の四つの気筒を有している。
サージタンク22は、ガソリンエンジン60のバンクブロック62とバンクブロック63との間に配置されている。なお、サージタンク22は、各バンクブロック62、63ごとに個別に設置してもよい。サージタンク22と各バンクブロック62、63との間には、各気筒に対応してインテークマニホールド621、622、623、624、625、626、627、628がそれぞれ接続している。V型8気筒のガソリンエンジン60の場合、燃焼順序すなわち点火順序は、第一気筒611→第二気筒612→第三気筒613→第四気筒614→第七気筒617→第八気筒618→第五気筒615→第六気筒616の順である。そして、八つの気筒間の燃焼間隔すなわち点火間隔は45°である。
このようなV型8気筒のガソリンエンジン60の場合も、第2実施形態の直列6気筒のガソリンエンジン30と同様に、連結管部631、632、633、634、635、636、637の連結態様によって空気流量のばらつきの低減またはポンピングロスの低減のいずれか一方を優先することになる。
空気流量のばらつきの低減を優先する場合、図7(A)に示すように連結管部631は、第一気筒611に接続するインテークマニホールド621と、第三気筒613に接続するインテークマニホールド623と、第五気筒615に接続するインテークマニホールド625と、第七気筒617に接続するインテークマニホールド627とを連結している。また、連結管部632は、第二気筒612に接続するインテークマニホールド622と、第四気筒614に接続するインテークマニホールド624と、第六気筒616に接続するインテークマニホールド626と、第八気筒618に接続するインテークマニホールド628とを連結している。すなわち、連結管部631はバンクブロック62の各気筒に接続するインテークマニホールド間を連結し、連結管部632はバンクブロック63の各気筒に接続するインテークマニホールド間を連結している。
上述のように、V型8気筒のガソリンエンジン60の場合、点火順序は第一気筒611→第二気筒612→第三気筒613→第四気筒614→第七気筒617→第八気筒618→第五気筒615→第六気筒616の順である。そのため、連結管部631および連結管部632は、それぞれ点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結している。
このように、点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部631および連結管部632で連結することにより、連結管部631または連結管部632で連結されたインテークマニホールド間では空気流量のばらつきが低減される。また、点火時期が一つおきとなる気筒間では、点火間隔はV型8気筒のガソリンエンジン60の点火間隔45°の2倍の90°となる。
ポンピングロスの低減を優先する場合、図7(B)に示すように連結管部633は、第一気筒611に接続するインテークマニホールド621と、第七気筒617に接続するインテークマニホールド627とを連結している。また、連結管部634は、第三気筒613に接続するインテークマニホールド623と、第五気筒615に接続するインテークマニホールド625とを連結している。さらに、連結管部635は第二気筒612に接続するインテークマニホールド626と第八気筒618に接続するインテークマニホールド628とを連結し、連結管部636は第四気筒614に接続するインテークマニホールド624と第六気筒616に接続するインテークマニホールド626とを連結している。第一気筒611と第七気筒617との点火間隔、第三気筒613と第五気筒615との点火間隔、第二気筒612と第八気筒618との点火間隔、および第四気筒614と第六気筒616との点火間隔、すなわち点火時期の位相差は、いずれも180°である。したがって、点火時期の位相差は、V型8気筒のガソリンエンジン60の点火間隔45°の4倍の180°となる。
このように、点火時期の位相差が180°となる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部633、634、635、636で連結することにより、一方の気筒の吸気バルブが開く前に他方の気筒に接続するインテークマニホールドから連結管部633、634、635、636を経由して空気が補給される。そのため、吸気バルブが開く前にインテークマニホールドの圧力が大気圧付近まで上昇する。したがって、ポンピングロスを低減することができる。
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジンを図8に示す。図8に示すガソリンエンジン70は、直列5気筒の気筒配置である。直列5気筒のガソリンエンジン70の場合、ガソリンエンジン70は車両の進行方向前方から第一気筒711、第二気筒712、第三気筒713、第四気筒714および第五気筒715の五つの気筒を有している。そして、サージタンク22とガソリンエンジン70との間には、各気筒に対応してインテークマニホールド721、722、723、724、725がそれぞれ接続している。直列5気筒のガソリンエンジン70の場合、燃焼順序すなわち点火順序は、第一気筒711→第五気筒715→第二気筒712→第四気筒714→第三気筒713の順である。そして、五つの気筒間の燃焼間隔すなわち点火間隔は72°である。
このような直列5気筒のガソリンエンジン70の場合、インテークマニホールドが奇数本となる。そのため、いずれか一本のインテークマニホールドは、他のインテークマニホールドに連結されない。
図8(A)に示す場合、連結管部731は、第二気筒712に接続するインテークマニホールド722と、第三気筒713に接続するインテークマニホールド723とを連結している。また、連結管部732は、第四気筒714に接続するインテークマニホールド724と、第五気筒715に接続するインテークマニホールド725とを連結している。
5気筒のガソリンエンジン70の場合、点火順序は第一気筒711→第五気筒715→第二気筒712→第四気筒714→第三気筒713である。そのため、第二気筒712と第三気筒713との間では、点火が第二気筒712から第三気筒713へ移行するとき、間に第四気筒714の点火を挟んで点火時期が一つおきとなり、点火が第三気筒713から第二気筒712へ移行するとき、間に第一気筒711および第五気筒715の点火を挟んで点火時期が二つおきとなる。同様に、第四気筒714と第五気筒715との間では、点火が第五気筒715から第四気筒714へ移行するとき点火時期が一つおきとなり、点火が第四気筒714から第五気筒715へ移行するとき、点火時期が二つおきとなる。その結果、点火間隔は、点火時期が二つおきであれば、72°の3倍の216°となり、点火時期が一つおきであれば72°の2倍の144°となる。
したがって、図8(A)に示すように連結管部731および連結管部732でインテークマニホールド間を接続した場合、点火時期が二つおきのときポンピングロスが優先的に低減され、点火時期が一つおきのとき空気流量のばらつきが優先的に低減される。また、連結管部731または連結管部732が連結していない第一気筒711に接続するインテークマニホールド721では、他の気筒に接続するインテークマニホールドから影響を受けないため、ポンピングロスが低減される。
図8(B)に示す場合、連結管部733は、第一気筒711に接続するインテークマニホールド721と、第四気筒714に接続するインテークマニホールド724とを連結している。また、連結管部734は、第三気筒713に接続するインテークマニホールド723と、第五気筒715に接続するインテークマニホールド725とを連結している。ここで、第一気筒711と第四気筒714との間では、点火が第一気筒711から第四気筒714へ移行するとき、間に第五気筒715および第二気筒712の点火を挟んで点火時期が二つおきとなり、点火が第四気筒714から第一気筒711へ移行するとき、間に第三気筒713の点火を挟んで点火時期が一つおきとなる。同様に、第三気筒713と第五気筒715との間では、点火が第五気筒715から第三気筒713へ移行するとき点火時期が二つおきとなり、点火が第三気筒713から第五気筒715へ移行するとき、点火時期が一つおきとなる。その結果、点火間隔は、点火時期が二つおきであれば、72°の3倍の216°となり、点火時期が一つおきであれば72°の2倍の144°となる。
したがって、図8(B)に示すように連結管部733および連結管部734でインテークマニホールド間を接続した場合、点火時期が二つおきのときポンピングロスが優先的に低減され、点火時期が一つおきのとき空気流量のばらつきが優先的に低減される。また、連結管部733または連結管部734が連結していない第二気筒712に接続するインテークマニホールド722では、他の気筒に接続するインテークマニホールドから影響を受けないため、ポンピングロスが低減される。
図8(C)に示す場合、連結管部735は、第一気筒711に接続するインテークマニホールド721と、第二気筒712に接続するインテークマニホールド722とを連結している。また、連結管部736は、第四気筒714に接続するインテークマニホールド724と、第五気筒715に接続するインテークマニホールド725とを連結している。ここで、第一気筒711と第二気筒712との間では、点火が第一気筒711から第二気筒712へ移行するとき、間に第五気筒715の点火を挟んで点火時期が一つおきとなり、点火が第二気筒712から第一気筒711へ移行するとき、間に第四気筒714および第三気筒713の点火を挟んで点火時期が二つおきとなる。同様に、第四気筒714と第五気筒715との間では、点火が第五気筒715から第四気筒714へ移行するとき点火時期が一つおきとなり、点火が第四気筒714から第五気筒715へ移行するとき、点火時期が二つおきとなる。その結果、点火間隔は、点火時期が二つおきであれば、72°の3倍の216°となり、点火時期が一つおきであれば72°の2倍の144°となる。
したがって、図8(C)に示すように連結管部735および連結管部736でインテークマニホールド間を接続した場合、点火時期が二つおきのときポンピングロスが優先的に低減され、点火時期が一つおきのとき空気流量のばらつきが優先的に低減される。また、連結管部735または連結管部736が連結していない第三気筒713に接続するインテークマニホールド723では、他の気筒に接続するインテークマニホールドから影響を受けないため、ポンピングロスが低減される。
図8(D)に示す場合、連結管部737は、第一気筒711に接続するインテークマニホールド721と、第二気筒712に接続するインテークマニホールド722とを連結している。また、連結管部738は、第三気筒713に接続するインテークマニホールド723と、第五気筒715に接続するインテークマニホールド725とを連結している。ここで、第一気筒711と第二気筒712との間では、点火が第一気筒711から第二気筒712へ移行するとき、間に第五気筒715の点火を挟んで点火時期が一つおきとなり、点火が第二気筒712から第一気筒711へ移行するとき、間に第四気筒714および第三気筒713の点火を挟んで点火時期が二つおきとなる。同様に、第三気筒713と第五気筒715との間では、点火が第五気筒715から第三気筒713へ移行するとき点火時期が二つおきとなり、点火が第三気筒713から第五気筒715へ移行するとき、点火時期が一つおきとなる。その結果、点火間隔は、点火時期が二つおきであれば、72°の3倍の216°となり、点火時期が一つおきであれば72°の2倍の144°となる。
したがって、図8(D)に示すように連結管部737および連結管部738でインテークマニホールド間を接続した場合、点火時期が二つおきのときポンピングロスが優先的に低減され、点火時期が一つおきのとき空気流量のばらつきが優先的に低減される。また、連結管部737または連結管部738が連結していない第四気筒714に接続するインテークマニホールド724では、他の気筒に接続するインテークマニホールドから影響を受けないため、ポンピングロスが低減される。
図8(E)に示す場合、連結管部739は、第一気筒711に接続するインテークマニホールド721と、第四気筒714に接続するインテークマニホールド724とを連結している。また、連結管部740は、第二気筒712に接続するインテークマニホールド722と、第三気筒713に接続するインテークマニホールド723とを連結している。ここで、第一気筒711と第四気筒714との間では、点火が第一気筒711から第四気筒714へ移行するとき、間に第五気筒715および第二気筒712の点火を挟んで点火時期が二つおきとなり、点火が第四気筒714から第一気筒711へ移行するとき、間に第三気筒713の点火を挟んで点火時期が一つおきとなる。同様に、第二気筒712と第三気筒713との間では、点火が第二気筒712から第三気筒713へ移行するとき点火時期が一つおきとなり、点火が第三気筒713から第二気筒712へ移行するとき、点火時期が二つおきとなる。その結果、点火間隔は、点火時期が二つおきであれば、72°の3倍の216°となり、点火時期が一つおきであれば72°の2倍の144°となる。
したがって、図8(E)に示すように連結管部739および連結管部740でインテークマニホールド間を接続した場合、点火時期が二つおきのときポンピングロスが優先的に低減され、点火時期が一つおきのとき空気流量のばらつきが優先的に低減される。また、連結管部739または連結管部740が連結していない第五気筒715に接続するインテークマニホールド725では、他の気筒に接続するインテークマニホールドから影響を受けないため、ポンピングロスが低減される。
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジンを図9に示す。図9に示すガソリンエンジン80は、V型10気筒の気筒配置である。V型10気筒のガソリンエンジン80は、バンクブロック82およびバンクブロック83を有している。バンクブロック82は、車両の進行方向前方から第一気筒811、第三気筒813、第五気筒815、第七気筒817および第九気筒819の五つの気筒を有している。バンクブロック83は、車両の進行方向前方から第二気筒812、第四気筒814、第六気筒816、第八気筒818および第十気筒8110の五つの気筒を有している。
サージタンク22は、ガソリンエンジン80のバンクブロック82とバンクブロック83との間に配置されている。なお、サージタンク22は、各バンクブロック82、83ごとに個別に設置してもよい。サージタンク22と各バンクブロック82、83との間には、各気筒に対応してインテークマニホールド821、822、823、824、825、826、827、828、829、8210がそれぞれ接続している。V型10気筒のガソリンエンジン80の場合、燃焼順序すなわち点火順序の一例は、第一気筒811→第十気筒8110/第九気筒819→第四気筒814/第三気筒813→第六気筒816/第五気筒815→第八気筒818/第七気筒817→第二気筒812の順である。そして、上記の例によるV型10気筒のガソリンエンジン80の場合、燃焼間隔すなわち点火間隔は、サイクル間となる第二気筒812から第一気筒811までの間が90°であるのを除き、その他が54°の不等間隔である。
このようなV型10気筒のガソリンエンジン80の場合も、第2実施形態の直列6気筒のガソリンエンジン30と同様に、連結管部831、832、833、834、835の連結態様によって空気流量のばらつきの低減またはポンピングロスの低減のいずれか一方を優先することになる。
空気流量のばらつきの低減を優先する場合、図9(A)に示すように連結管部831は、第一気筒811に接続するインテークマニホールド821と、第三気筒813に接続するインテークマニホールド823と、第七気筒817に接続するインテークマニホールド827と、第四気筒814に接続するインテークマニホールド824と、第八気筒818に接続するインテークマニホールド828とを連結している。また、連結管部832は、第五気筒815に接続するインテークマニホールド825と、第九気筒819に接続するインテークマニホールド829と、第二気筒812に接続するインテークマニホールド822と、第六気筒816に接続するインテークマニホールド826と、第十気筒8110に接続するインテークマニホールド8210とを連結している。
上述のように、V型10気筒のガソリンエンジン80の場合、点火順序の一例は第一気筒811→第十気筒8110/第九気筒819→第四気筒814/第三気筒813→第六気筒816/第五気筒815→第八気筒818/第七気筒817→第二気筒812の順である。そのため、連結管部831および連結管部832は、それぞれ点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結している。
このように、点火時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部831および連結管部832で連結することにより、連結管部831または連結管部832で連結されたインテークマニホールド間では空気流量のばらつきが低減される。
ポンピングロスの低減を優先する場合、図9(B)に示すように連結管部833は、第一気筒811に接続するインテークマニホールド821と、第五気筒815に接続するインテークマニホールド825と、第六気筒816に接続するインテークマニホールド826とを連結している。また、連結管部834は、第二気筒812に接続するインテークマニホールド822と、第三気筒813に接続するインテークマニホールド823と、第四気筒814に接続するインテークマニホールド824とを連結している。さらに、連結管部835は、第七気筒817に接続するインテークマニホールド827と、第八気筒818に接続するインテークマニホールド828と、第九気筒819に接続するインテークマニホールド829と、第十気筒8110に接続するインテークマニホールド8210とを連結している。
このように、点火時期の位相差が180°以上となる気筒に接続するインテークマニホールド間を連結管部833、834、835で連結することにより、一方の気筒の吸気バルブが開く前に他方の気筒に接続するインテークマニホールドから連結管部833、834、835を経由して空気が補給される。そのため、吸気バルブが開く前にインテークマニホールドの圧力が大気圧付近まで上昇する。したがって、ポンピングロスを低減することができる。
(その他の実施形態)
以上説明した複数の実施形態では、比較的普及しているガソリンエンジンの気筒配置を例に説明した。しかし、本発明は、上記の複数の実施形態で説明したガソリンエンジンの気筒配置に限らず、他の気筒配置の場合にも適用することができる。また、第7実施形態では、V型10気筒のガソリンエンジン80において54°または90°の不等間隔点火を例について説明したが、等間隔点火に適用してもよい。
さらに、上述の複数の実施形態では、吸気装置をガソリンエンジンに適用する例について説明した。しかし、本発明の吸気装置は、ガソリンエンジンに限らずディーゼルエンジンに適用してもよい。ディーゼルエンジンの場合、点火時期に代えて着火時期を適用することができる。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
本発明の吸気装置を直列4気筒のガソリンエンジンに適用した第1実施形態を示す概略図。 図1に示す本発明の第1実施形態による吸気装置の空気の流れる通路構成を示す模式図。 (A)は本発明の第1実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジン、(B)は比較例において、クランクシャフトの回転角度とインテークマニホールドの圧力との関係および吸気バルブの開閉量の関係を示す模式図。、 本発明の吸気装置を直列6気筒のガソリンエンジンに適用した第2実施形態の通路構成を示す模式図。 本発明の吸気装置をV型6気筒のガソリンエンジンに適用した第3実施形態の通路構成を示す模式図。 本発明の吸気装置を直列8気筒のガソリンエンジンに適用した第4実施形態の通路構成を示す模式図。 本発明の吸気装置をV型8気筒のガソリンエンジンに適用した第5実施形態の通路構成を示す模式図。 本発明の吸気装置を直列5気筒のガソリンエンジンに適用した第6実施形態の通路構成を示す模式図。 本発明の吸気装置をV型10気筒のガソリンエンジンに適用した第7実施形態の通路構成を示す模式図。
符号の説明
10、30、40、50、60、70、80:ガソリンエンジン(内燃機関)、20:吸気装置、22:サージタンク、23:スロットル、231〜234:スロットル弁(弁部材)、26、27、331〜335、431〜435、531〜536、631〜636、731〜740、831〜835:連結管部、201〜204、321〜326、421〜426、521〜528、621〜628、721〜725、821〜8210:インテークマニホールド

Claims (3)

  1. サージタンクと、
    前記サージタンクと内燃機関の複数の気筒とをそれぞれ接続する複数のインテークマニホールドと、
    前記インテークマニホールドにそれぞれ設けられている弁部材を有し、前記インテークマニホールドが形成する空気通路を開閉するスロットルと、
    前記スロットルよりも前記内燃機関側に設けられ、前記インテークマニホールドが接続する前記内燃機関の複数の気筒のうち、燃焼時期の位相差が前記内燃機関の各気筒間の燃焼間隔の2倍以上の整数倍となる気筒に接続するインテークマニホールドを連結する連結管部と、
    を備える吸気装置。
  2. 前記連結管部は、前記燃焼時期が一つおきとなる気筒に接続するインテークマニホールドを連結する請求項1記載の吸気装置。
  3. 前記連結管部は、前記燃焼時期の位相差が180°以上となる気筒に接続するインテークマニホールドを連結する請求項1記載の吸気装置。



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