JPH0559956A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の吸気装置における慣性過給性能を
高めて充填効率の向上を図る。 【構成】 通路長大の第１ブランチ部21に連通する第１
コレクタ部32と通路長小の第２ブランチ部22に連通する
第２コレクタ部33とがコレクタ制御弁36を介して連通し
ており、また前記両ブランチもブランチ制御弁25を介し
て連通している。また、各コレクタ部には第１スロット
ル弁37と第２スロットル弁38が設けられる。そして機関
回転数に応じて前記弁の開閉を行い、全速度域にわたっ
て可及的に高い慣性過給を行えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気装置に
関し、特に、充填効率向上を図ったものに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸気装置において充填効率を
図る方法としては、慣性過給が知られている。例えば、
特開昭６０−２１６０６４号公報には、回転自由な円筒
状のコレクタ部の周壁に連通孔を形成すると共に、その
周囲に各気筒のブランチ部を形成し、コレクタの回転位
置を変化させることにより、吸気流に関与する実質のブ
ランチ部通路長を変えて、機関回転速度に応じた慣性過
給を得るようにしたものが示されている。

【０００３】また、特開昭６０−１５６９２９号公報に
は、吸気通路の断面積を多段階に変化させることによ
り、機関回転速度に応じた慣性過給を得るようにしたも
のが示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の慣性過給を利用した吸気装置にあっては、第
１の従来例では、通路長のみが可変とされ、第２の従来
例では通路断面積のみが可変とされることによって慣性
過給機能を得るというように、いずれも慣性過給に寄与
する要素の中の１つのみしか制御していないため、充分
な慣性過給効果が得られないのが実状であった。

【０００５】これら従来例の方式を組み合わせることに
より、慣性過給効果を高めることは可能ではあるが、通
路形状が複雑となったり制御を行う弁数が増える等、実
用的でない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、イ
ンテークマニホールドに気筒毎に第１及び第２のブラン
チ部と、これら第１及び第２ブランチ部が集合するコレ
クタ部とを備えた内燃機関の吸気装置において、前記第
１ブランチ部の通路長を第２ブランチ部の通路長より長
く形成し、コレクタ部を該第１ブランチ部に連通する第
１コレクタ部と該第２ブランチ部に連通する第２コレク
タ部とにより構成すると共に、第１コレクタ部及び第２
コレクタ部の入口部に設けた開閉自由な第１スロットル
弁及び第２スロットル弁と、第１コレクタ部と第２コレ
クタ部との連通部を設け該連通部に設けた開閉自由なコ
レクタ制御弁と、第１ブランチ部の中間部と第２ブラン
チ部の上流端部との連通部を設け該連通部に設けた開閉
自由なブランチ制御弁とを備え、かつ、機関回転速度検
出手段と、検出された機関回転速度に応じて第１スロッ
トル弁、第２スロットル弁、コレクタ制御弁及びブラン
チ制御弁を相互に独立して開閉制御する制御手段と、を
備えて構成した。

【０００７】また、前記吸気装置において、前記第１ブ
ランチ部の通路長を第２ブランチ部の通路長より長く形
成し、コレクタ部を該第１ブランチ部に連通する第１コ
レクタ部と、該第１コレクタ部と独立して形成されて該
第２ブランチ部に連通する第２コレクタ部とにより構成
すると共に、第１コレクタ部及び第２コレクタ部の吸気
入口部に設けた開閉自由な第１スロットル弁及び第２ス
ロットル弁と、第１ブランチ部の中間部と第２ブランチ
部の上流端部との連通部を設け該連通部に設けた開閉自
由なブランチ制御弁と、第１ブランチ部の前記連通部の
下流に設けた開閉自由な第１ブランチ開閉弁とを備え、
かつ、機関回転速度検出手段と、検出された機関回転速
度に応じて第１スロットル弁、第２スロットル弁、ブラ
ンチ制御弁及び第１ブランチ開閉弁を相互に独立して開
閉制御する制御手段と、を備えて構成してもよい。

【０００８】

【作用】第１スロットル弁及び第２スロットル弁と、コ
レクタ制御弁とを独立に開閉制御することによりコレク
タ部容積を変化させることができる。また、ブランチ制
御弁を独立に開閉制御することにより通路断面積を変化
させることができる。また第１スロットル弁及び第２ス
ロットル弁と、コレクタ制御弁、ブランチ制御弁を開閉
制御することにより通路長を変化させることができる。
もって、コレクタ部容積，通路断面積，通路長を複合的
に変化させることができ、以て簡易な構成でありながら
高い慣性過給効果を得ることができる。

【０００９】さらにまた、第１スロットル弁及び第２ス
ロットル弁と、第１ブランチ開閉弁とを独立に開閉制御
することによりコレクタ部容積を変化させることができ
る。また、ブランチ制御弁を開状態として第１ブランチ
開閉弁を開閉制御することによっても通路断面積を変化
させることができる。また第１スロットル弁及び第２ス
ロットル弁と、ブランチ制御弁、第１ブランチ開閉弁と
を開閉制御することにより通路長を変化させることがで
きる。もって、コレクタ部容積，通路断面積，通路長を
複合的に変化させることができ、以て簡易な構成であり
ながら高い慣性過給効果を得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下に第１の本発明の実施例を図に基づいて
説明する。第１実施例の構成を示す図１〜図３におい
て、機関本体１には、各気筒に２本ずつの吸気ポート
(図示せず) を備え、それに対応してインテークマニホ
ールド２は、気筒毎に２本ずつの第１ブランチ部21，第
２ブランチ部22と、これら第１ブランチ部21，第２ブラ
ンチ部22が集合するコレクタ部31と、を備えている。

【００１１】前記２本ずつの第１ブランチ部21，第２ブ
ランチ部22の中、一方の第１ブランチ部21にあっては、
上流部がコレクタ部31の外側周囲を取り巻く延長ブラン
チ部23に連通しており、もって、第１ブランチ部21の方
が、コレクタ部31の周囲を取り巻く分だけ通路長が長く
形成される。またコレクタ部31は前記第１ブランチ部21
即ち延長ブランチ部23に連通する第１コレクタ部32と前
記第２ブランチ部22に連通する第２コレクタ部33とによ
り構成されており、該第１コレクタ部32と第２コレクタ
部33とを隔てている中間壁34に連通孔35が設けられ、該
連通孔35はコレクタ制御弁36により該連通を開閉される
ようになっている。さらに、第１コレクタ部32及び第２
コレクタ部33の入口部には夫々第１スロットル弁37及び
第２スロットル弁38が設けられており、夫々アクチュエ
ータ45及び46の出力軸が連結されており、後述するコン
トロールユニット43からの制御信号により、該第１コレ
クタ部32及び第２コレクタ部33への吸気の流入を制御す
る構成となっている。

【００１２】ここで、コレクタ制御弁36は周知のバタフ
ライ弁であり、中間壁34を貫通する共通の駆動軸39に固
定されており、該駆動軸39の一端部にアクチュエータ40
の出力軸が連結されている。さらに、第１ブランチ部21
の中間部と第２ブランチ部22の上流端部とを連通する連
通部24が設けられており、該連通部24はブランチ制御弁
25により該連通を開閉するようになっている。

【００１３】ここで、ブランチ制御弁25も周知のバタフ
ライ弁であり、第１ブランチ部21及び第２ブランチ部22
を貫通する共通の駆動軸26に固定されており、該駆動軸
26の一端部にアクチュエータ41の出力軸が連結されてい
る。更に、本第１実施例においては、通路長大側の延長
ブランチ部23の途中 (本第１実施例では上流端部) に、
吸気の順流を許容する方向にリード弁51が介装されてい
る。

【００１４】前記、アクチュエータ40、41、45及び46
は、機関回転速度検出手段としてのクランク角センサ等
の回転速度センサ42により検出された機関回転速度に応
じてコントロールユニット43からの制御信号により後述
するように駆動制御される。これら、アクチュエータ4
0、41、45及び46またコントロールユニット43が制御手
段を構成する。

【００１５】以下に、前記アクチュエータ40、41、45及
び46による各制御弁の制御及び該制御に伴う本第１実施
例の作用を図３〜図５及び表１に基づいて説明する。
尚、表１は、同上第１実施例に係る吸気装置の各種制御
弁に係る機関回転速度の各速度域における状態を示すと
共に作用を説明するための表である。

【００１６】

【表１】

【００１７】検出された機関回転速度Ｎが低速に設定さ
れた第１の所定値未満の低速域では、図３に示すように
第１コレクタ部32入口部の第１スロットル弁37は開制御
され、第２コレクタ部33入口部の第２スロットル弁38は
閉制御されるので、吸気は第１コレクタ部32のみに流入
する。また、コレクタ制御弁36が閉制御されるので、第
１コレクタ部32に流入した吸気のみが延長ブランチ部23
に流出する。

【００１８】更に、ブランチ制御弁25も閉制御されるの
で、第１ブランチ部21と第２ブランチ部22とは隔離さ
れ、延長ブランチ部23は第１ブランチ部21のみと連通す
ることとなる。従ってこの状態では、第２スロットル弁
38、コレクタ制御弁36が及びブランチ制御弁25が閉じる
ことにより通路長小側の第２ブランチ部22には吸気が流
通せず、一方通路長大側の第１ブランチ部21は延長ブラ
ンチ部23を介して第１コレクタ部32と連通する。したが
って、第１コレクタ部32内の吸気は、延長ブランチ部23
の上流端部のみからリード弁51を介して吸入される。即
ち、通路断面積が小さく、通路長が長い吸気通路が形成
されると共に容積も小さいコレクタ部を介して吸気通路
に吸気が流入することとなるため、低速域に適した慣性
過給が行われ、さらに一旦シリンダ内に供給された吸気
の反射圧力波による逆流をリード弁51により効果的に抑
制できるため、充填効率をより高められ、高いトルク性
能が得られる。

【００１９】次に、機関回転速度Ｎが前記第１の所定値
以上で全開出力時付近の高速に設定された第２の所定値
未満である中・高速域では、図４に示すようにブランチ
制御弁25のみが閉弁され、第１スロットル弁37、第２ス
ロットル弁38及びコレクタ制御弁36は開制御される。こ
の状態では、吸気は第１コレクタ部32及び第２コレクタ
部33に流入し、第１ブランチ部21と第２ブランチ部22と
の両方に流出することが可能であるが、延長ブランチ部
23にはリード弁51が介装されており、該リード弁51を通
過する際には通過抵抗が伴うため、吸気は殆ど第２ブラ
ンチ部22の方に流出する。そして、ブランチ制御弁25は
閉弁であるため、吸気は第２ブランチ部22を介してのみ
機関本体１に供給される。

【００２０】即ち、通路断面積が小さいが、通路長が短
い吸気通路が形成される。また、コレクタ部としては第
１コレクタ部32と第２コレクタ部33とをあわせたものと
なるので、大きな容積のコレクタ部容積となる。したが
って、これらの相乗作用により中・高速域に適合して最
もトルクを得られる慣性過給が行われる。また、リード
弁51は逆流防止機能は有しないが、高速時はリード弁51
の通過時の抵抗による損失が大きくなるので、リード弁
51を通過させない方が充填効率を高めることができる。

【００２１】また、機関回転速度Ｎが前記第２の所定値
以上となる全開近傍の超高速域では、図５に示すように
第１スロットル弁37、第２スロットル弁38、コレクタ制
御弁36及びブランチ制御弁25がすべて開弁される。この
結果、吸気は第１コレクタ部32及び第２コレクタ部33に
流入し、第１ブランチ部21と第２ブランチ部22との両方
に流出することが可能であるが、延長ブランチ部23には
リード弁51が介装されており、該リード弁51を通過する
際には通過抵抗が伴うため、吸気は殆ど第２ブランチ部
22の方に流出する。そして、ブランチ制御弁25が開弁で
あるため、吸気は第１ブランチ部21と第２ブランチ部22
とに分かれて機関本体１に供給されることとなる。

【００２２】即ち、通路断面積が大きく通路長が短い吸
気通路が形成される。また、コレクタ部として大きな容
積のコレクタ部容積となることは前記と同様である。こ
れにより、超高速域に適合して最も出力を高められる慣
性過給が行われる。このように、通路長，通路断面積，
コレクタ部容積を第１スロットル弁37、第２スロットル
弁38、コレクタ制御弁36及びブランチ制御弁25の切換操
作を行うことにより複合的に可変させて、各速度域に夫
々最も良く適合した慣性過給性能が得られ、しかも、可
及的にコンパクトな吸気通路構造からなるシンプルな構
成で信頼性よく達成できる。

【００２３】尚、リード弁51は、本第１実施例では延長
ブランチ部23の上流端部付近に設けた例を示したが、機
関の諸元によって、延長ブランチ部23の中間部若しく
は、第１ブランチ部21に接続される吸気ポート等、最も
良くマッチングする位置に設ければよい。その場合、リ
ード弁がブランチ部の下流側に位置するほど、容積部増
大の効果は大きい。

【００２４】また、本第１実施例では、前記したように
低速域でのみリード弁51の逆流防止機能を作用させる構
成としたため、例えば特開昭６２−９９６２３号公報や
特開昭６２−９９６２４号公報に示されるように同じく
リード弁を設けて充填効率向上を図った従来例のもの
が、高速域で抵抗による却って出力損失となっていたの
を防止できる。

【００２５】次に第２の本発明に係る第２実施例を説明
する。尚、以下の説明において、第１実施例と同一構成
要素には同一符号を付して説明を省略する。第２実施例
の構成を示す図６，図７において、コレクタ部31は前記
第１ブランチ部21即ち延長ブランチ部23に連通する第１
コレクタ部32と、前記第２ブランチ部22に連通する第２
コレクタ部33とにより構成されており、本第２実施例に
あっては、該第１コレクタ部32と第２コレクタ部33とは
隔壁65により隔絶されている。

【００２６】さらに、第１ブランチ部21の中間部と第２
ブランチ部22の上流端部とを連通する連通部24が設けら
れており、該連通部24はブランチ制御弁25により該連通
を開閉するようになっている。そして、本第２実施例に
おいては、該ブランチ制御弁25より下流側の第１ブラン
チ部21に第１ブランチ開閉弁61が設けられている。ここ
で、第１ブランチ開閉弁61も周知のバタフライ弁であ
り、第１ブランチ部21を貫通する共通の駆動軸63に固定
されており、該駆動軸63の一端部にアクチュエータ62の
出力軸が連結されており、後述するコントロールユニッ
ト43からの制御信号により、第１ブランチ部21への吸気
の流入を制御する構成となっている。

【００２７】前記、アクチュエータ40、45、46及び62
は、機関回転速度検出手段としてのクランク角センサ等
の回転速度センサ42により検出された機関回転速度に応
じてコントロールユニット43からの制御信号により後述
するように駆動制御される。これら、アクチュエータ4
0、45、46及び62またコントロールユニット43が制御手
段を構成する。

【００２８】以下に、前記アクチュエータ40、45、46及
び62による各制御弁の制御及び該制御に伴う本第２実施
例の作用を図７〜図９及び表２に基づいて説明する。
尚、表２は、同上第２実施例に係る吸気装置の各種制御
弁に係る機関回転速度の各速度域における状態を示すと
共に作用を説明するための表である。

【００２９】

【表２】

【００３０】検出された機関回転速度Ｎが低速に設定さ
れた第１の所定値未満の低速域では、図７に示すように
第１コレクタ部32入口部の第１スロットル弁37は開制御
され、第２コレクタ部33入口部の第２スロットル弁38は
閉制御されるので、吸気は第１コレクタ部32のみに流入
する。更に、ブランチ制御弁25も閉制御されるので、第
１ブランチ部21と第２ブランチ部22とは隔離され、延長
ブランチ部23は第１ブランチ部21のみと連通することと
なる。また、第１ブランチ開閉弁61は開制御される。

【００３１】従ってこの状態では、第２スロットル弁38
が閉じることにより通路長小側の第２ブランチ部22には
吸気が流通せず、一方通路長大側の第１ブランチ部21は
延長ブランチ部23のみを介して第１コレクタ部32と連通
する。即ち、通路断面積が小さく、通路長が長い吸気通
路が形成されると共に容積も小さいコレクタ部を介して
吸気通路に吸気が流入することとなるため、低速域に適
した慣性過給が行われるため、充填効率を高められ、高
いトルク性能が得られる。

【００３２】次に、機関回転速度Ｎが前記第１の所定値
以上で全開出力時付近の高速に設定された第２の所定値
未満である中・高速域では、図８に示すように第１ブラ
ンチ開閉弁61のみが閉弁され、第１スロットル弁37、第
２スロットル弁38及びブランチ制御弁25は開制御され
る。この状態では、吸気は第１コレクタ部32及び第２コ
レクタ部33に流入し、第１ブランチ部21と延長ブランチ
部23との両方に流出することが可能であるが、延長ブラ
ンチ部23には管長が長いため、その分管路抵抗が大きく
吸気は殆ど第２ブランチ部22の方に流出する。ところ
で、第１ブランチ開閉弁61は閉弁されているので、延長
ブランチ部23を通過してきた僅かな量の吸気もブランチ
制御弁25を介して第２ブランチ部22に流入する。そし
て、吸気は第２ブランチ部22を介してのみ機関本体１に
供給される。

【００３３】即ち、通路断面積が小さいが、通路長が短
い吸気通路が形成される。また、コレクタ部としては第
１コレクタ部32と第２コレクタ部33とをあわせたものと
なるので、大きな容積のコレクタ部容積となる。したが
って、これらの相乗作用により中・高速域に適合して最
もトルクを得られる慣性過給が行われる。また、機関回
転速度Ｎが前記第２の所定値以上となる全開近傍の超高
速域では、図９に示すように第１スロットル弁37、第２
スロットル弁38、ブランチ制御弁25及び第１ブランチ開
閉弁61がすべて開弁される。この結果、吸気は第１コレ
クタ部32及び第２コレクタ部33に流入し、第１ブランチ
部21と第２ブランチ部22との両方に流出することが可能
であるが、延長ブランチ部23には管長が長いため、その
分管路抵抗が大きく吸気は殆ど第２ブランチ部22の方に
流出する。そして、ブランチ制御弁25が開弁であるた
め、吸気は第１ブランチ部21と第２ブランチ部22とに分
かれて機関本体１に供給されることとなる。

【００３４】即ち、通路断面積が大きく通路長が短い吸
気通路が形成される。また、コレクタ部として大きな容
積のコレクタ部容積となることは前記と同様である。こ
れにより、超高速域に適合して最も出力を高められる慣
性過給が行われる。このように、本第２実施例において
も、通路長，通路断面積，コレクタ部容積を第１スロッ
トル弁37、第２スロットル弁38、コレクタ制御弁36、ブ
ランチ制御弁25及び第１ブランチ開閉弁61の切換操作を
行うことにより複合的に可変させて、各速度域に夫々最
も良く適合した慣性過給性能が得られる。

【００３５】但し、本発明は、リード弁を備えるものに
限定されるものではなく、図示を省略するが、前記第１
実施例のものでリード弁を省略したものでも、通路長，
通路断面積，コレクタ部容積の複合的に可変とするだけ
でも充分高い慣性過給効果が得られる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、コンパクトな吸気通路構造からなるシンプルな構成
及び複数の弁の開閉制御により、通路長，通路断面積，
コレクタ部容積を複合的に切換制御することにより、全
速度域にわたって可及的に慣性過給性能を高めることが
でき、信頼性にも優れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る吸気装置の全体構成
を示す平面図

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図

【図３】同上第１実施例に係る吸気装置の機関回転速度
の低速度域における状態を示す図１のＢ−Ｂ断面図

【図４】同上第１実施例に係る吸気装置の機関回転速度
の中・高速度域における状態を示す図１のＢ−Ｂ断面図

【図５】同上第１実施例に係る吸気装置の機関回転速度
の超高速度域における状態を示す図１のＢ−Ｂ断面図

【図６】本発明の第２実施例に係る吸気装置の全体構成
を示す平面図

【図７】同上第２実施例に係る吸気装置の機関回転速度
の低速度域における状態を示す図６のＥ−Ｅ断面図

【図８】同上第２実施例に係る吸気装置の機関回転速度
の中・高速度域における状態を示す図６のＥ−Ｅ断面図

【図９】同上第２実施例に係る吸気装置の機関回転速度
の超高速度域における状態を示す図６のＥ−Ｅ断面図

【符号の説明】

１…機関本体 21…第１ブランチ部 22…第２ブランチ部 23…延長ブランチ部 25…ブランチ制御弁 32…第１コレクタ部 33…第２コレクタ部 36…コレクタ制御弁 37…第１スロットル弁 38…第２スロットル弁 40…アクチュエータ 41…アクチュエータ 45…アクチュエータ 46…アクチュエータ 61…第１ブランチ開閉弁 62…アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北田 真一郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インテークマニホールドに気筒毎に第１及
   び第２のブランチ部と、これら第１及び第２ブランチ部
   が集合するコレクタ部とを備えた内燃機関の吸気装置に
   おいて、前記第１ブランチ部の通路長を第２ブランチ部
   の通路長より長く形成し、コレクタ部を該第１ブランチ
   部に連通する第１コレクタ部と該第２ブランチ部に連通
   する第２コレクタ部とにより構成すると共に、第１コレ
   クタ部及び第２コレクタ部の吸気入口部に設けた開閉自
   由な第１スロットル弁及び第２スロットル弁と、第１コ
   レクタ部と第２コレクタ部との連通部を設け該連通部に
   設けた開閉自由なコレクタ制御弁と、第１ブランチ部の
   中間部と第２ブランチ部の上流端部との連通部を設け該
   連通部に設けた開閉自由なブランチ制御弁とを備え、か
   つ、機関回転速度検出手段と、検出された機関回転速度
   に応じて第１スロットル弁、第２スロットル弁、コレク
   タ制御弁及びブランチ制御弁を相互に独立して開閉制御
   する制御手段と、を備えて構成したことを特徴とする内
   燃機関の吸気装置。
2. 【請求項２】インテークマニホールドに気筒毎に第１及
   び第２のブランチ部と、これら第１及び第２ブランチ部
   が集合するコレクタ部とを備えた内燃機関の吸気装置に
   おいて、前記第１ブランチ部の通路長を第２ブランチ部
   の通路長より長く形成し、コレクタ部を該第１ブランチ
   部に連通する第１コレクタ部と、該第１コレクタ部と独
   立して形成されて該第２ブランチ部に連通する第２コレ
   クタ部とにより構成すると共に、第１コレクタ部及び第
   ２コレクタ部の吸気入口部に設けた開閉自由な第１スロ
   ットル弁及び第２スロットル弁と、第１ブランチ部の中
   間部と第２ブランチ部の上流端部との連通部を設け該連
   通部に設けた開閉自由なブランチ制御弁と、第１ブラン
   チ部の前記連通部の下流に設けた開閉自由な第１ブラン
   チ開閉弁とを備え、かつ、機関回転速度検出手段と、検
   出された機関回転速度に応じて第１スロットル弁、第２
   スロットル弁、ブランチ制御弁及び第１ブランチ開閉弁
   を相互に独立して開閉制御する制御手段と、を備えて構
   成したことを特徴とする内燃機関の吸気装置。