JPS5982523A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に低負荷用と
高負荷用との２系統の独立した吸気通路を備えた多気筒
エンジンにおいて吸気通路内に発生する吸気圧力波を利
用してエンジン高負荷高回転時に過給効果を得るように
したものに関する。

一般に、多気筒エンジンにおいて、拡大室から分岐し各
気筒に各々独立して低負荷用および高負荷用吸気ボート
を介して開口する２系統の低負荷用吸気通路と該低置耐
用吸気通路よりも通路面積の大きい高負荷用吸気通路と
を有する吸気通路を備え、該吸気通路は、上記拡大室の
上流に位置して少なくとも低負荷用吸気通路を流れる吸
気量を変化させる１次弁と、高負荷用吸気通路を流れる
吸気量を変化させる２次弁とを有しており、エンジンの
低負荷時には、上記１次弁のみを開作動して低負荷用吸
気通路のみから吸気を各気筒に供給することにより、吸
気流速を速めて燃焼安定性を向上させる一方、エンジン
の高負荷時には、上記２次弁をも開作動して高負荷用吸
気通路からも吸気の供給を行うことにより、充填効率を
高めて出力向上を図るようにした。いわゆるデュアルイ
ンダクション方式の吸気システムはよく知られている０ ところで、従来、エンジンの充填効率向上、出力向上を
図るべく吸気通路に過給機を設けて吸気を過給する技術
はよく知られているが、過給機装（ｉｉｆｉのため、構
造が犬がかりとなるとともにコストアップとなる嫌いが
あった。

また、従来、エンジンの吸気通路内に発生する吸気圧力
波により過給効果を得る技術として、実公昭４５−２３
２１号公報に開示されているように、単一気筒エンジン
において、吸気管を寸法の異なる２本の通路に分け、か
つそれぞれ別の吸気ポートを有し、エンジン高回転時は
２本の吸気通路を用い、低回転時には閉塞位置の遅い方
の吸気通路を閉止し吸気を早目に閉塞することにより、
吸気管の寸法やエンジン回転数の関数である吸気の最大
圧力時点での吸気の閉塞による過給作用を利用して広範
囲のエンジン回転域に亘って好適な充填効率を得るよう
にしたものが提案されている。しかし、このものは、単
一気筒のエンジンに対するものであって、吸気通路内に
発生する吸気圧力波をどのように利用するのか、その構
成、作用が定かでなく、直ちに実用に供し得ないもので
あった。

しかも、気化器方式のため、圧力源を利用して過給効果
を得ようとすると吸気通路の通路長さが長くなることに
より燃料の応答遅れが著しくなるという欠点がある。

そこで、本発明者等は、エンジンの吸気特性を見るに、
吸気ボートから吸気の吸入を開始すると、吸気通路が負
圧となって膨張波が発生し、この膨張波を圧縮波に反転
して特に吸気の吹き返しが生じる吸気行程終期の吸気ボ
ートに作用せしめれば効果的に過給効果が得られること
（以下、吸気個有脈動効果という）に着目し、この吸気
個有脈動効果を利用することによってエンジンの充填効
率向上を意図するものである。

その場合、各気筒の低負荷用吸気ポートと高負荷用吸気
ポートとの開口時期が異なる場合、開口時期の早い方に
燃焼室の残留排気ガスの吹き返しが集中し、そのことに
より開口時期の遅い方の吸気開始による負圧発生が大き
くなり強い膨張波が発生でき、吸気個有脈動効果が犬と
なるので望ましい。

これらのことから、本発明は、上記の如き低負荷用と高
負荷用との２系統の吸気通路を備えた多気時エンジンに
おいて、低負荷用吸気ポートと高＋ａ　ｒｓｉ用吸気ボ
ートのうちいずれか一方の開口時期を他方よりも遅くら
せて、高出力を要するエンジン高負荷高回転時に遅らせ
た側の吸気系統で吸気個有脈動効果を得るようにするこ
とにより、過給機等を用いることなくかつ燃料の良好な
応答性を確保しつつ、既存の吸気系の僅かな設計変更に
よる簡単な構成でもって、エンジン高負荷高回転時の充
填効率を効果的に高めて出力向上を有効に図ることを目
的とするものである。

この目的を達成するため、本発明の構成は、拡大室と、
該拡大室下流に各気筒へ各々独立して低負荷用および高
負荷用吸気ポートを介して開口する低負荷用吸気通路と
高負荷用吸気通路とを有する吸気通路を備え、該吸気通
路は、上記拡大室の上流に位置して少なくとも低負荷用
吸気通路を流れる吸気量を変化させる１次弁と、高負荷
用吸気通路を流れる吸気量を変化させる２次弁とを有す
る多気筒エンジンの吸気装置であって、上記拡大室下流
の低負荷用吸気通路に燃料噴射ノズルを設け、上記低負
荷用吸気ボートと高負荷用吸気ポートのうちいずれか一
方の開口時期を他方よりも遅く設定するとともに、上記
拡大室から各気筒に至る開口時期を遅らせた側の吸気通
路の通路長さを、５０００〜’７０００ｒｐｍのエンジ
ン高回転時に各気筒の吸気ボートの吸気開始により生じ
る膨張波を上記拡大室で反転して反射した圧縮波の２次
脈動波が吸気行程終期にある各気筒の吸気ボートに伝播
して過給を行うように設定したもので、吸気個有脈動効
果を効果的にかつ強力に発生せしめて、エンジン高負荷
高回転時に強い過給効果を得るようにしたものである。

ここにおいて、上記吸気個有脈動効果を得るエンジン高
回転時としての５０００〜’７０００ｒｐｍの限定は、
一般に最高出力および最高速度がこの範囲に設定されて
いることから、エンジンの高負荷高回転領域であって高
出力を要し、充填効率向上、出力向上に有効な領域であ
ることによる。

また、上記低電荷用吸気通路と高負荷用吸気通路とを拡
大室の下流において独立させる理由は、各気筒の低負荷
用および高負荷用吸気通路でそれぞれ発生した圧力波が
他方に分散したり、相互に干渉し合って弱まるのを防止
するためであり、特に低負荷用吸気通路と高負荷用吸気
通路とはデュアルインダクション吸気システムでの要求
の違いからタイミング長さが同じでなく、一方の圧力波
が他方によって減少させられることになるからである。

さらに、上記燃料噴射ノズルの拡大室下流位置設定は、
吸気個有脈動効果を得るように設定すると吸気通路の通
路長さが長くなり、燃料の応答遅れが生じるので、それ
を燃料噴射方式により可及的に抑制するためである。

また、本発明において吸気個有脈動効果を得るに当って
２次脈動を用いる理由は、１次脈動は上記効果が犬であ
る反面、高負荷用吸気通路の通路長さが長くなりすぎ、
２次脈動の場合に対して２倍の長さとなるので車載性か
悪く、また吸気抵抗を増加させる傾向がある。一方、３
次脈動は通路長さが２次脈動に対して乙の長さに短かく
なる反面、２次脈動に対して上記効果か約１５〜２５％
程度低下し、また吸気抵抗かさほと変わらない。

このことから、通路長さを可及的に短かくしながら吸気
個有脈動効果を有効に発（ポさせるためである。

以下、本発明の実施例を同量に基づいて詳細に説明する
。

第１図および第２図はデュアルインダク／ヨンタイプの
４バルブ式２気筒４サイクルエンジンに本発明を適用し
た基本構造例としての第］、実施例を示す。同図におい
て、１人および１Ｂは第１気筒および第２気筒であり、
２は各気筒ｉＡ、ｌＢにおいてシリンダ３とピストン４
とで形成された燃焼室である。

５は一端かエアクリーナ６を介して大気に開口して各気
筒ＩＡ、ｉ１３に吸気を供給するだめの主吸気通路であ
って、該主吸気通路５には吸入空気ｌを検出するエアフ
ローメータ７が配設されている。上記主吸気通路５はエ
アフローメータ７下流において拡大室８を有し、該拡大
室８から各気筒ＩＡ＋ＩＢに対し低負荷用吸気通路９ａ
＋９ｂと高負荷用吸気通路１０ａ、１０１）とが独立分
岐し、各々低負荷用吸気ポート１１および高負荷用吸気
ボート１２を介して各気筒１Ａ、ＩＢの燃焼室２に開口
している。

上記拡大室８上流でエアフローメータ７下流の主吸気通
路５には、エンジン負荷の増大に応じて開作動して所定
負荷以上になると全開となってエンジン低負荷時少なく
とも低負荷用吸気通路９ａ＋９ｂを流れる吸気量を変化
さぜる１次−：ｔＰ１３が配設きれ、また拡大室８下流
の各高負荷用吸気通路１０ａｌｌＯｂには、エンジン負
荷か所定負荷以上になると開作動してエンジン高負荷時
高負荷用吸気通路１０ａ、１０ｂを流れる吸気量を変化
させる２次弁１４．１４が互いに連動して配設されてい
る。さらに、上記拡大室８下流の各低負荷用吸気通路９
ａ、９ｂには、上記エアフローメータ７の出力に基づい
て吸入空気量に応じて燃料噴射量が制御される電磁弁式
の燃料噴射ノズル１５゜１５が配設されている。

また、上記各高負荷用吸気ポート１２には核高置荷用吸
気ボート１２を吸気行程において開閉する高負荷用吸気
弁１６が設けられ、また図示し７ていないが各低負荷用
吸気ポート１１には該低負荷用吸気ポート１１を吸気行
程において開閉する低負荷用吸気弁が設けられている。

尚、各気筒１Ａ。

ＩＢにおいて、１７および１８はそれぞれ一端が大気に
開口し他端が排気ポート１９，２０を介して各気筒１．
Ａ、ｌＥｌの燃焼室２に開口して燃焼室２からの排気ガ
スを排出する第１および第２排気通路であって、上記各
排気ポー）１９，２０には該排気ポート１９．２０を排
気行程において開閉する排気弁２１．２１が設けられて
いる。

そして、上記各高負荷用吸気通路１０ａ、１０ｂの最小
通路面積Ａｓは各低負荷用吸気通路９ａ。

９ｂの最小通路面積Ａｐよりも大きく設定され（Ａｌｌ
）Ａｐ）、まだ各高負荷用吸気通路１０ａ、１０１）の
通路長さ１．は各低負荷用吸気通路９ａ＋９ｂの通路長
さ７？ｐよりも短刀１く設定されており　Ｃｅ−＜ｅｐ
）、特に高負荷用吸気通路１０ａ、１０ｂによる圧力波
の伝播をその減衰を小さくして有効に行うようにしてい
る。

まだ、上記拡大室８の容積は、エンジン総排気量に対し
て０．５倍以上に設定されており、０．５倍未満では膨
張波と圧縮波間の反転効果が得られないことによるもの
である。また、上記拡大室８は、エンジンの加速運転時
又は減速運転時等の過渡運転時での吸入空気のザージタ
ンクとして機能し、加速時の息付きや減速時の燃料のオ
ーバリッチによる失火等を防止して燃料の良好な応答性
を確保するものである。

さらに、上記低負荷用吸気弁（図示せず）の開弁時期（
低負荷用吸気ボート１１の開口時期は、高負荷用吸気弁
１６の開弁時期（高負荷用吸気ボート１２の開口時期）
よりも早くなるように設定されており、燃焼室２の残留
排気ガスの吹き返しを低負荷用吸気ボート１１側に集中
させ、その分高置荷用吸気ポート１２側での吸気開始時
に膨張波を強く発生させるようにしている。また、高負
荷用吸気弁１６の閉弁時期（高負荷用吸気ポート１２の
閉口時期）は低負荷用吸気弁の閉弁時期（低負荷用吸気
ボート１１の閉口時期）より以遅になるように設定され
ており、吸気行程終期の高負荷用吸気ポート１２に伝播
した２次脈動圧縮波が低負＋Ｓｒ用吸気ボート１１から
吹き抜けるのを防止して高負荷用吸気系統での吸気個有
脈動効果を有効に発揮させるよう如している。

加えて、上記各高負荷用吸気通路１０ａ、１０ｂの通路
長さｌｓ、つまり該高負荷用吸気通路１０ａ、ｌＱｂの
拡大室８への開口端面から燃焼室２への開口（高負荷用
吸気ポート１２）までの通路長さ１．は、５００ＯＮ’
２００Ｏｒｐｍの回転域で２次の吸気個有脈動効果を得
るように、 １ｓ＝ｃθＳ−θｏ）×３６ＯＮ×４ｘａ・・（Ｉ）の
式から求められた値に設定されている。尚、上記（Ｉ）
式において、θＳは高負荷用吸気弁１６の開弁期間で、
θ０は高負荷用吸気弁１６の開弁による高負荷用吸気ボ
ート１２開口から膨張波が実質的に発生するまでの期間
と効果的に過給を行うために該１彫張波を反転した圧縮
波の２次脈動波を伝播させる時期から高負荷用吸気弁１
６の閉弁（高負荷用吸気ポート１２閉口）までの期間と
を合算した無効期間で約６０〜１００°程度であり、よ
って（θＳ−θ０）は膨張波発生から圧縮波の２次脈動
波伝播までに要するクランクシャフトの回転角度を表わ
す。また、Ｎはエンジン回転数でＮ二５０００〜７００
Ｏｒｐｍであり’　３６ＯＮは１０回転するに要する時
間（秒）を表わす。また、ｉは２次脈動が２往復する行
程の逆数を表わす。さらに、ａは圧力波の伝播速度（音
速）で、２０°Ｃでａ＝３４３／である。

尚、上記（Ｉ）式では、圧力波の伝播に対する吸入空気
の流れの影響を無視している。これは、流速が音速に比
べて小さく、吸気通路の長さにほとんど変化をもたらさ
ないためである。

次に、上記第１実施例の作用について説明するに、高出
力を要する５０００〜７００ｏｒｐｍのエンジン高回転
時には、２次弁１４．１４の開作動により低負荷用吸気
通路９ａ＋９ｂと共に高置イｄｉ用吸気通路１０ａ、１
０１）も開かれて、各気筒ＩＡ＋ＩＢに対し高負荷用吸
気通路１０ａ、１０ｂがらも吸気の供給か行われている
。その際、各気筒１Ａ、ＩＢにおいて高負荷用吸気弁１
６の開弁後、高負荷用吸気ポート１２からの吸気開始に
より各高負荷用吸気通路１０ａ、１０ｂ内に膨張波が発
生する。この膨張波の発生は、低負荷用吸気ボート１１
の開口時期が高負荷用吸気ポート１２の開口時期よりも
早いことにより、各気筒ｌＡ、ｌＢの吸気行程開始時、
燃焼室２の残留排気ガスの吹き返しが低負荷用吸気ポー
ト１１側に集中し、その分、高負荷用吸気ポート１２か
らの吸気開始による負圧の発生か大きく強いものとなる
。そして、この強い膨張波は、拡大室８と各気筒ＩＡ、
１Ｂに至る高負荷用吸気通路１０ａｌ　　１０１）の通
路長さＩ！、を５０００〜’７０００ｒｐｍのエンジン
高回転時を基準として上記（Ｉ）式によシ求められた値
に設定したことにより、高負荷用吸気通路１０ａ、１０
ｂ−拡大￥８　（圧縮波に反転して反射）−高負荷用吸
気通路１０ａ、１０ｂ−燃焼室２（膨張波に反転して反
射）−高負荷用吸気通路１０ａ、１０ｂ−拡大室８　（
圧縮波に反転して反射）−高負荷用吸気通路１０ａ、１
０ｂを経て、圧縮波の２次脈動波として各気筒ＩＡＩＩ
Ｂの吸気行程終期の高負荷用吸気ポート１２に伝播する
。その結果、この強力な２次脈動圧縮波により、吸気行
程終期の高負荷用吸気ポート１２からの吸気の吹き返し
が抑制されて吸気が燃焼室２内へ強く押し込まれ、しか
も高負荷用吸気ポート１２の閉口時期を低負荷用吸気ポ
ート１１より以遅にして上記２次脈動圧縮波の低負荷用
吸気ボート１１からの吹き抜けを防止したことと相俟っ
て、強い過給が行われることになる。

したがッテ、このように、５０００〜７００Ｏｒｐｍの
エンジン高回転時、各気筒ＩＡＩＩＢ自身の高負荷用吸
気系統での効果的で強力な吸気個有脈動効果の発生によ
り強い過給効果が得られるので、第３図に示すように、
５０００〜７００Ｏｒｐｍの、１Ｔ−７ジン高回転時つ
まジエンジン高負荷高回転時での充填効率か増大して出
力を向上させることかできる。尚、第３図では、エンジ
ン回転数６００Ｏｒｐｍを基準として高負荷用吸気系統
で２次の吸気個有脈動効果を得るように設定した場合に
おけるエンジンの出力トルク特性を示す。

また、その場合、吸気個有脈動効果を得るだめの圧力波
伝播経路である高負荷用吸気通路１０ａ。

１０ｂは、低負荷用吸気通路９ａ、９ｂよりも通ゝ路面
積が犬で、しかも通路長さか短かいことにより、圧力波
の伝播の抵抗が小さく、よって上記吸気個有脈動効果を
高負荷用吸気系統で一層有効に発揮させることができる
。

さらに、燃料供給装置としての燃料噴射ノズル１５は、
拡大室８下流の低負荷用吸気通路９　ａ＋９ｂに設けら
れているので、その通路長さｌｐが長いことによる燃料
の応答性の悪化を防止して、良好な燃料応答性を確保で
きるとともに、全運転域で吸気の供給を行い燃料の供給
が可能な低負荷用吸気通路９ａ、９ｂのみの設置で済み
、燃料供給装置の簡略化を図ることかできる。

また、」起重吸気個有脈動効果による過給効果は、拡大
室８の位置、各吸気ポート１１，１２の開口時期、およ
び該拡大室８から各気筒ＩＡＩＩＢに至る高負荷用吸気
系統１０ａ、１０ｂの通路長さＩ！ｓ等を」二連の如く
設定することによって得られ、過給機等を要さないので
、既存の吸気系の僅かな設計変更で済み、構造が極めて
簡単なものであり、よって容易にかつ安価に実施するこ
とができる。

尚、本発明は上記第１実施例に限定されるものではなく
、その他種々の変形例をも包含するものである。第４図
は本発明の第２実施例を示しく尚、。

第１実施例と同一の部分については同一の符号をイ」シ
てその説明を省略する）、拡大室を、第１実施例での単
一の拡大室８に代え、低負荷用吸気系統の拡大室８ａと
高負荷用吸気系統の拡大室８ｂとに独立して設けるよう
にしたものである。本例においても、低負荷用吸気ボー
ト１１の開口時期を高負荷用吸気ポート１２よりも早く
設定し、高負荷用吸気通路１０ａｌｌＯｂの通路長さＡ
’Ｓを上記（Ｉ）式により設定することにより、上記第
１実施例と同様の作用効果を奏するととかてきる。

また、上記実施例では２気筒エンジンに適用した例を示
したが、本発明は、デュアルインダク７ヨン吸気システ
ムのその他各種多気筒エンジンに対しても適用できるの
は言うまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、拡大室下流に低
負荷用と高負荷用との２系統の吸気通路を備えた多気筒
エンジンにおいて、５０００〜’７０００ｒｐｍのエン
ジン高回転時、吸気個有脈動効果を効果的に生ぜしめて
強い過給効果を得るようにしたので、過給機等を要さず
にかつ燃料の良好な応容性を確保しなから、既存の吸気
系の僅かな設計変更による簡単な構成でもって、エンジ
ン高負荷高回転時の出力向上を有効に図ることができ、
よってエンジンの出力向上対策の容易実施化およびコス
トダウン化に太いに寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示し、第１図および第２図は
第１実施例を示す全体構成説明図および同要部概略図、
第３図は出力トルク特性を示す図、第４図は第２実施例
を示す第１図相当図である。 ＩＡ・・第１気筒、１Ｂ・・第２気筒、２・・燃焼室、
５・・主吸気通路、Ｌ　　８ａ、８１）・・拡大室、９
ａ。 ９ｂ・・低負荷用吸気通路、１０ａｌ　　１０ｂ・・高
負荷用吸気通路、１１・・低負荷用吸気ポート、１２・
・高負荷用吸気ポート、１３・・１次弁、１４・・２次
弁、１５・・燃料噴射ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１１拡大室と、該拡大室下流に谷気筒へ各々独立して
   低負荷用および高負荷用吸気ポートを介して開口する低
   負荷用吸気通路と高負荷用吸気通路とを有する吸気通路
   を備え、該吸気通路は、上記拡大室の上流に位置して少
   なくとも低負荷用吸気通路を流れる吸気量を変化させる
   １次弁と、高負荷用吸気通路を流れる吸気量を変化させ
   る２次弁とを有する多気筒エンジンの吸気装置であって
   、上記拡大室下流の低負荷用吸気通路に燃料噴射ノズル
   を設け、上記低負荷用吸気ポートと高置（Ｗｒ用吸気ポ
   ートのうちのいずれか一方の開口時期を他方よシも遅く
   設定するとともに、上記拡大室から各気筒に至る開口時
   期を遅らせた側の吸気通路の通路長さを、５０００〜′
   ２ＵＯＯｒｐｍのエンジン高回転時に各気筒の吸気ボー
   トの吸気開始により生じる膨張波を上記拡大室で反転し
   て反射した圧縮波の２次脈動波が吸気行程終期にある各
   気筒の吸気ボートに伝播して過給を行うように設定した
   ことを特徴とするエンジンの吸気装置。