JPH0726542B2 - 多気筒エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気の動的効果を利用
して出力の向上を図るようにした多気筒エンジンの吸気
装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エンジンの吸気装置におい
て、吸気開始に伴って生じる負圧波（負圧の圧力波）が
吸気通路上流側の大気または吸気拡大室への開口端で反
射され正圧波（正圧の圧力波）となって吸気ポート方向
に戻されることを利用し、上記正圧波が吸気弁の閉弁寸
前に吸気ポートに達して吸気を燃焼室に押し込むように
する，いわゆる吸気の慣性効果によって吸気の充填効率
を高めるようにすることは知られている。このような技
術を用いようとする場合に、吸気通路の形状が一定であ
ると、吸気通路に生じる圧力波の振動周期と吸気弁の開
閉周期とがマッチングして吸気慣性効果が高められるの
は特定回転域に限られる。

【０００３】このため、従来、特開昭５６−１１５８１
９号公報にみられるように、エンジンの回転数に応じて
吸気通路の長さ等を変えるようにし、例えば、各気筒別
の吸気通路を上流部で２叉に分岐させて長い通路と短い
通路とを形成し、これらの通路の上流端を吸気拡大室等
に開口させるとともに、短い通路に制御弁を設けて、高
回転域でこの制御弁を開くことにより吸気通路の有効長
を短縮するようにしたもの（上記公報の第６図参照）が
提案されており、該エンジンの吸気装置によると、低回
転域と高回転域とでそれぞれ吸気の慣性効果を高めるこ
とはできる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンの
吸気弁の閉弁直後には、吸気の慣性により吸気が圧縮さ
れて吸気ポートの近傍に圧縮波（正圧波）が発生してい
る。

【０００５】そこで、本発明者等は、各独立吸気通路の
途中部から各々分岐する分岐吸気通路と、該各分岐吸気
通路の上流部同士を互いに連通させる第２容積室とを設
け、上記分岐吸気通路と上記第２容積室とからなる連通
路によって、気筒毎の各独立吸気通路の途中部同士を相
互に連通させて、一の気筒において吸気弁の閉弁直後に
独立吸気通路の下流側（吸気ポートの近傍）に発生した
正圧波を上記連通路を介して他の吸入行程の終期（閉弁
直前）の独立吸気通路に伝播させ、この正圧波による吸
気の押込み作用（過給作用）により吸気の充填効率を向
上させることを発明した。すなわち、各独立吸気通路同
士を直接に連通させる連通路を設けることにより、該連
通路を介して他の気筒の独立吸気通路に伝播される正圧
波によって他の気筒における吸気の充填効率を高める吸
気気筒間干渉を得ようとした。

【０００６】ところが、本発明者等は、上記構造のエン
ジンの吸気装置を用いて種々検討した結果、連通路と独
立吸気通路との交差角の如何によって吸気の充填効率が
大きく異なることを見出だした。

【０００７】上記に鑑み、本発明は、連通路と独立吸気
通路との交差角を限定することにより、吸気の充填効率
を向上させることを目的とする。

【０００８】上記の目的を達成するため、本発明の解決
手段は、多気筒エンジンの各気筒へ吸気を導入する独立
吸気通路と、上記各独立吸気通路の上流部同士を互いに
連通させる第１容積室と、上記各独立吸気通路の途中部
から各々分岐する分岐吸気通路と該各分岐吸気通路の上
流部同士を互いに連通させる第２容積室とからなり、上
記各独立吸気通路同士を互いに連通させる連通路とを備
えており、該連通路と上記独立吸気通路との合流部は、
これら連通路及び独立吸気通路の各々の吸気流れ方向の
交差角が鋭角になるように形成されている構成とするも
のである。

【０００９】

【作用】上記の構成により、本発明では、連通路と独立
吸気通路との合流部を、これら連通路及び独立吸気通路
の各々の吸気流れ方向の交差角が鋭角になるように形成
したため、一の気筒の吸気弁の閉弁直後に該一の気筒の
独立吸気通路で発生した正圧波が連通路にスムーズに伝
播されると共に連通路に伝播された正圧波が吸入行程の
他の気筒の独立吸気通路にスムーズに伝播される。これ
により、一の気筒の独立吸気通路で発生した正圧波は、
他の独立吸気通路にスムーズに伝播されて当該他の独立
吸気通路の吸気ポートに達し、他の気筒において吸気を
効率良く燃焼室に押し込む。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づい
て詳細に説明する。

【００１１】図１〜図４は本発明を４気筒４サイクルエ
ンジンに適用した場合の実施例を示す。同図において、
１はシリンダブロック２およびシリンタヘッド３等から
なるエンジン本体であって、該エンジン本体１にはその
長手方向に第１〜第４の４つの気筒４，４，…が直列状
に形成されている。この各気筒４にはそれぞれ燃焼室５
が形成されている。

【００１２】６は気筒毎に互いに独立して設けられた独
立吸気通路であって、該各独立吸気通路６は、シリンダ
ヘッド３内に形成され独立吸気通路６の下流端部を構成
する吸気ポート７を介して各気筒４の燃焼室５に開口し
ている。また、８はエンジン長手方向に平行に延びる略
角筒形状のタンクよりなる吸気拡大室であって、該吸気
拡大室８は仕切板９によって上下に仕切られて上側に比
較的大きな容積の第１容積室８a と下側に比較的小さな
容積の第２容積室８b とに区画されている。そして、上
記各独立吸気通路６，６…の上流端はそれぞれほぼ同一
通路長でもって上記吸気拡大室８の第１容積室８a に連
通接続されている。該第１容積室８a の一端面には外気
を導入する吸気導入管１０が接続されていて、該吸気導
入管１０内には吸入空気量を制御するスロットル弁１１
が配設されており、上記吸気導入管１０により第１容積
室８a に導入された吸気を各独立吸気通路６を介して各
気筒４の燃焼室５に供給するようになされている。ま
た、上記吸気ポート７には吸気弁１２が設けられてい
る。

【００１３】さらに、上記各独立吸気通路６の途中箇所
から分岐吸気通路としての第２通路１３が分岐してい
て、該各第２通路１３，１３…の他端はそれぞれほぼ同
一通路長でもって上記吸気拡大室８の第２容積室８b に
連通接続されており、これにより第２容積室８b 及び各
第２通路１３によって各独立吸気通路６，６…同士は相
互に連通しており、第２容積室８b 及び第２通路によっ
て連通路が構成されている。この場合、図１に示すよう
に、第２通路１３は独立吸気通路６に対して鋭角の交差
角で合流している。

【００１４】また、上記各第２通路１３にはそれぞれ第
２通路１３を開閉するバタフライ式のシャッター弁１４
が設けられており、この各シャッター弁１４は、吸気拡
大室８長手方向と平行に延びるバルブシャフト１５に回
動可能に支持されている。そして、各シャッター弁１４
は、図示していないが、エンジン回転数検出手段等の出
力を受ける制御回路によりアクチュエータを介して開閉
制御され、上記第２容積室８b による各独立吸気通路
６，６…相互間の連通をエンジン運転状態に応じて制御
し、エンジン回転数が設定値未満の低回転域では閉じら
れ、エンジン回転数が設定値以上の高回転域では開かれ
るように制御される。なお、このようなエンジン回転数
に応じたシャッター弁１４の開閉作動は、少なくとも出
力が要求される高負荷時において行われるようにすれば
よく、低負荷時にはシャッター弁１４が開状態または閉
状態に保たれるようにしてもよい。

【００１５】そして、このような吸気系システムにおい
て、１６は、上記吸気拡大室８、各独立吸気通路６，６
…および各第２通路１３，１３…を形成するための吸気
系構造体であって、該構造体１６は、吸気拡大室８（第
１容積室８a および第２容積室８b ）を構成するタンク
部１７と、該タンク部１７のエンジン側とは反対側の側
辺上部から側辺および下辺にかけてタンク部１７の周囲
を迂回して延び、かつその構成壁の一部つまり側壁およ
び下壁を利用して各独立吸気通路６，６…の上流側部分
６a ，６a …をその各上流端がタンク部１７（第１容積
室８a ）側辺上部に開口するように一体的に形成する一
体吸気管部１８，１８…と、該各一体吸気管部１８，１
８…の下辺部からエンジン側へ向かって各気筒別に分岐
して延び、各独立吸気通路６，６…の下流側部分６b ，
６b …を形成する分岐吸気管部１９，１９…と、上記各
一体吸気管部１８の分岐吸気管部１９近傍においてタン
ク部１７（第２容積室８b ）の構成壁のうちの下壁を利
用して各独立吸気通路６の途中を第２容積質８b に連通
する第２通路１３を一体的に形成する連通管部２０，２
０…と、上記各分岐吸気管部１９，１９…の先端部を互
いに連結するフランジ部２１とからなり、該フランジ部
２１にてエンジン本体１に対し各分岐吸気管部１９の独
立吸気通路下流側部分６b を各気筒４の吸気ポート７に
合致せしめた状態でボルト２２，２２…を側方から挿入
して締付けることによりエンジン本体１に固定される。
また、上記タンク部１７のエンジン側の側辺上部はエン
ジン側に膨出するように形成されており、第１容積室８
a の容積を十分に確保するようにしている。

【００１６】また、上記各分岐吸気管部１９の独立吸気
通路下流側部分６b および各吸気ポート７は、斜め上方
から燃焼室５に向ってほぼ直線状に延びて燃焼室５に開
口するように形成されている。そして、該各分岐吸気管
部１９の独立吸気通路下流側部分６b の下流端近傍上部
には噴射弁装着孔２３が形成されており、燃料噴射弁２
４はその先端噴射口部がシールリング２３a を介して装
着孔２３に挿入されて固定されている。この装着孔２３
及び燃料噴射弁２４の取付方向は該噴射弁２４からの燃
料が燃焼室５の吸気弁１２に向って噴射されるように装
着されていて、各燃料噴射弁２４，２４…はエンジン長
手方向に平行に配設された燃料供給管２５に連通接続さ
れている。このことにより、燃料噴射弁２４は分岐吸気
管部１９にほぼ沿って寝た状態で取付けられることとな
り、該燃料噴射弁２４の中心線の延長線ｌ上に上記吸気
拡大室８（タンク部１７）が燃料噴射弁２４および燃料
供給管２５に近接して位置することになる。

【００１７】また、上記各連通管部２０の第２通路１３
にシャッター弁１４が配設されること、および吸気拡大
室８（タンク部１７）が燃料噴射弁２４の中心延長線ｌ
上に位置することから、上記吸気系構造体１６は、その
タンク部１７において、上記中心延長線ｌよりも下側の
位置でかつ各第２通路１３，１３…を含む吸気拡大室８
の第２容積室８b の部分と吸気拡大室８の第１容積室８
aとの間としての上記仕切板９の位置で吸気拡大室８の
長手方向に沿った分割面によって上下に分割されて形成
されていて、タンク部１７の上半部および各一体吸気管
部１８，１８…の上半部が一体成形された上側分割体１
６a と、タンク部１７の下半部，一体吸気管部１８，１
８…の下半部、各分岐吸気管部１９，１９…、各連通管
部２０，２０…およびフランジ部２１が一体成形された
下側分割体１６b とからなり、両分割体１６a ，１６b
が上記仕切板９を介して接合され、ボルト２６，２６…
を下方から挿入して締付けることにより気密的に結合さ
れてなる。

【００１８】また、図４に詳示するように、上記タンク
部１７（第２容積室８b ）の下壁には、各第２通路１３
の第２容積室８b への開口部間および両端部にシャッタ
ー弁１４のバルブシャフト１５を回転自在に支承するボ
ス部２７，２７…が一体に形成されているとともに、上
記各開口部周囲つまりシャッター弁１４の弁体１４a が
着座する弁座部分に上記各ボス部２７，２７を一連に連
続させるように環状に***するリブ部２８，２８…が一
体に形成されており、このリブ部２８，２８…を介して
一連に連なるボス部２７，２７…によって吸気拡大室８
（タンク部１７）のエンジン長手方向の剛性を増大させ
るようにしている。

【００１９】また、図４に示す如く上記第２通路１３は
第２容積室８b 側からドリルで穴明け加工されるが、こ
の第２通路１３の独立吸気通路との接続部を滑らかなＲ
部に形成して、第２通路１３の通路断面積の変化を小さ
くかつ緩かなものに抑え、第２容積室８b から第２通路
１３を介しての独立吸気通路６への流通抵抗およびその
変化を小さく抑えるようにしている。また、２９はボス
部２７に沿って形成され、第２通路１３開口部周りの環
状リブ部２８，２８同士を連結するリブ部である。

【００２０】次に、上記実施例の作用について述べる
に、各シャッター弁１４が閉じて第２通路１３の閉塞に
よって第２容積室８b による各独立吸気通路６，６…相
互間の連通が遮断されている状態では、各気筒４の吸気
行程で生じる負圧波が第１容積室８a まで伝播されてこ
こで反射され、つまり比較的長い通路を通して上記負圧
波およびその反射波が伝播することにより、低回転域に
おいてこのような圧力波の振動周期が吸気弁開閉周期に
マッチングすることになり、低回転域での吸気の慣性効
果が高められて、吸気充填効率が高められる。

【００２１】一方、上記各シャッター弁１４が開かれ第
２通路１３が開放されて、第２容積室８b により各独立
吸気通路６，６…相互間が連通している状態では、各気
筒４の吸気行程で生じる負圧波が上記第２通路１３を介
して第２容積室８b で反射されてこの負圧波および反射
波の伝播に供される通路長さが短くなることにより、高
回転域で吸気慣性効果が高められるとともに、この運転
域では他の気筒から伝播される圧力波も第２容積室８b
を介して有効に作用することになり、高回転域での充填
効率が大幅に高められる。従って、少なくとも高負荷時
に、上記低回転域と高回転域との吸気慣性効果が得られ
る各回転数の中間回転数に相当する所定回転数を境に、
これより低回転側でシャッター弁１４を閉じ、これより
高回転側でシャッター弁１４を開くようにしておくこと
により、全回転域で吸気充填効率が高められて出力を向
上させることができる。特に、高回転域での吸気充填効
率は、従来のように単に吸気通路を短縮させて慣性効果
を高めるようにした場合と比べても、気筒間の圧力伝播
作用でより一層高められることとなる。

【００２２】さらに、吸気行程が終わり吸気弁１２が燃
焼室５の吸気口を閉塞したときには、上記反射波の伝播
により独立吸気通路６の吸気ポート７に圧縮波（正圧
波）が伝わるが、該正圧波は吸気弁１２で反射された
後、第２通路１３及び第２容積室８b を通って他の吸気
行程の独立吸気通路６に伝播される。この場合、第２通
路１３は独立吸気通路６に対して鋭角の交差角を有して
合流しているため、正圧波は、吸気行程が終了した独立
吸気通路６から該独立吸気通路６の途中部で開口する第
２通路１３にスムーズに導入された後、第２容積室８b
及び吸気行程の独立吸気通路６の途中部で開口する第２
通路１３から吸気行程の独立吸気通路６にスムーズに伝
播される。このため、当該独立吸気通路６の吸気ポート
７に正圧波が効率良く伝達されるので、吸気の充填効率
が向上する。

【００２３】なお、以上のような作用を有効に発揮させ
るに適当な第１および第２容積室８a ，８b の大きさと
しては、第１容積室８a は排気量の０．５倍以上の容量
とし、第２容積室８b は排気量の１．５倍以下の容量と
しておくことが望ましい。さらに、上記第２容積室８b
は第１容積室８a よりも容量を小さくし、かつ第２容積
室８b の断面積は各独立吸気通路６の断面積よりも大き
くしておくことが望ましい。

【００２４】そして、この場合、吸気系構造体１６にお
ける吸気拡大室８（第１容積室８a および第２容積室８
b ）を構成するタンク部１７と各独立吸気通路６の上流
側部分６a を構成する一体吸気管部１８と各独立吸気通
路６の下流側部分６b を構成する分岐吸気管部１９と各
第２通路１３を構成する連通管部２０とによって、各独
立吸気通路６が吸気拡大室８の周囲に迂回しながらかつ
吸気拡大室８（タンク部１７）の構成壁の一部を利用し
て一体的に形成されているとともに、各第２通路１３が
吸気拡大室８（第２容積室８b）の構成壁の一部と一体
的に形成されているので、上記独立吸気通路６の所要長
さおよび吸気拡大室８の第１および第２容積室８a ，８
b の各所要容積を得るに当って、これら吸気系をコンパ
クトに小型のものに形成することができ、よって限られ
たスペース（エンジンルーム）内で上記所要長さおよび
所要容積を十分に確保することができ、車載性の向上を
図ることができる。

【００２５】また、この場合、燃料噴射弁２４が上記分
岐吸気管部１９の下流端近傍つまり独立吸気通路６の下
流側においてその噴射燃料をその霧化を良好にしながら
燃焼室５に応答性良く供給すべく燃焼室５に向けて装着
されている関係上、該燃料噴射弁２４の中心延長線ｌ上
に近接して吸気系構造体１６のタンク部１７（吸気拡大
室８）が位置すること、および上記各第２通路１３にシ
ャッター弁１４を配設することが必要である。このた
め、上記吸気系構造体１６はそのタンク部１７において
上記中心延長線ｌよりも下側即ち分岐吸気管部１９側の
位置でかつ仕切板９の位置で吸気拡大室８の長手方向に
沿った分割面で上下に上側分割体１６a と下側分割体１
６b とに分割され両分割体１６a ，１６b が仕切板９を
介して結合されてなるので、下側分割体１６b をそのフ
ランジ部２１にてエンジン本体１に側方からのボルト２
２による締付けにより取付けたのち、該下側分割体１６
b の各分岐吸気管部１９の噴射弁装着孔２３に燃料噴射
弁２４を中心延長線ｌ方向から挿入し燃料供給管２５を
下側分割体１６b に固定することによって各燃料噴射弁
２４を取付けるとともに、下側分割体１６b の各連通管
部２０の第２通路１３にその上方からシャッター弁１４
を挿入してバルブシャフト１５に固定し、しかる後上記
下側分割体１６b に対して仕切板９を介在させて上側分
割体１６a を接合して下方からのボルト２６の締付けに
より両者１６a ，１６b を一体に結合することによっ
て、良好な成形性を確保し、かつ上側および下側分割体
１６a ，１６b の組付けを容易に行い得るのは勿論のこ
と、シャッター弁１４および燃料噴射弁２４の組付けを
容易に行うことができ、良好な組付け性を確保すること
ができる。

【００２６】しかも、上記上側分割体１６a と下側分割
体１６b との結合は、下方からのボルト２６の締付けに
よって行われるので、その良好な組付け性を確保しなが
ら、上述の如くタンク部１７（吸気拡大室８）における
エンジン側の側辺上部の膨出形成が可能となって、吸気
拡大室８の特に第１容積室８a の容積を十分に確保でき
る利点もある。また、上記第２容積室８b は吸気系構造
体１６のタンク部１７を仕切板９で上下に分割すること
によって第１容積室８a に並設され、第１容積室８a の
構成壁の一部（仕切板９）を共用して形成されているの
で、上記吸気系のコンパクト化を一層図ることができ
る。

【００２７】さらに、上記タンク部１７（第２容積室８
b ）の下壁に、各シャッター弁１４の弁体１４a が固定
されエンジン長手方向に平行に延びるバルブシャフト１
５を回転自在に支承するボス部２７，２７…が一体に形
成され、かつ該各ボス部２７，２７…は各第２通路１３
の開口部周囲に一体に形成された環状のリブ部２８，２
８…によって一連に連なっているので、吸気拡大室８
（タンク部１７）のエンジン長手方向の剛性強度が増強
されることになる。そのため、エンジン振動に伴うタン
ク部１７の振動変形が可及的に抑制されて、従来の如く
シャッター弁１４の開閉に支障を与えることがなく、そ
のスムーズな開閉動作が安定して確保されることにな
り、上記の吸気慣性効果の発揮を確実なものとすること
ができる。また、上記タンク部１７の構成壁への上記ボ
ス部２７およびリブ部２８の一体形成により、構造のコ
ンパクト化および簡素化を図ることもできる。

【００２８】尚、本発明は以上の実施例の如く４気筒エ
ンジンに限らず、他の多気筒エンジン、例えば５気筒エ
ンジンや６気筒エンジンにも適用することができるのは
勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
連通路と独立吸気通路との合流部を、これら連通路及び
独立吸気通路の各々の吸気流れ方向の交差角が鋭角にな
るように形成したため、一の気筒の吸気弁の閉弁直後に
該一の気筒の独立吸気通路で発生した正圧波が連通路を
介して他の吸入行程の気筒の独立吸気通路に伝播される
際、該正圧波は当該他の独立吸気通路にスムーズに伝播
されて当該他の独立吸気通路の吸気ポートに達し、吸気
を効率良く燃焼室に押し込むので、吸気の充填効率が向
上し、これによりエンジン出力が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る多気筒エンジンの吸気
装置を示し、図３のＩ−Ｉ線における縦断側面図であ
る。

【図２】上記多気筒エンジンの吸気装置を示し、図３の
II−II線における縦断側面図である。

【図３】上記多気筒エンジンの吸気装置の一部を破断し
た平面図である。

【図４】上記多気筒エンジンの吸気装置を示し、図１の
IV−IV線における拡大断面図である。

【符号の説明】

１…エンジン本体 ４…気筒 ６…独立吸気通路 ８…吸気拡大室 ８a …第１容積室 ８b …第２容積室 １３…第２通路 １４…シャッター弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花房 宏行 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−213922（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多気筒エンジンの各気筒へ吸気を導入する
   独立吸気通路と、 上記各独立吸気通路の上流部同士を互
   いに連通させる第１容積室と、 上記各独立吸気通路の途
   中部から各々分岐する分岐吸気通路と該各分岐吸気通路
   の上流部同士を互いに連通させる第２容積室とからな
   り、上記各独立吸気通路同士を互いに連通させる連通路
   とを備えており、該連通路と上記独立吸気通路との合流
   部は、これら連通路及び独立吸気通路の各々の吸気流れ
   方向の交差角が鋭角になるように形成されていることを
   特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。