JPS61201819A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、吸気の動的効果により出力の向上を図るよう
にしたエンジンの吸気Ｈｉｌｌの改良に関するものであ
る。

（従来技術） 従来からエンジンの吸気装置においては、吸気開始に伴
って生じる負圧波が吸気通路上流側の大気または拡大室
への開口端で反射されて正圧波となって吸気ボート方向
に戻されることを利用し、上記正圧波が吸気弁の閉弁の
寸前に吸気ボートに達して吸気が吸い込まれるようにし
て、いわゆる吸気の慣性効果で吸気の充填効率を高める
ようにしたものがある。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開閉周期とがマツチン
グして慣性効果が高められるのは特定速度域に限られる
。

このため、特開昭５６−１１５８１９号公報に見られる
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
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
通路に開閉弁を設けて、高速域でこの開閉弁を開くこと
により吸気通路の有効長を短縮するようにし、こうして
低速域と高速域とでそれぞれ吸気の慣性効果を＾めるよ
うにした吸気装置も提案されている。

ところで、上記装置においては、低速域では各気筒と容
積部との間の気筒別吸気通路の有効長を長くすることに
よって、この通路内に生じる圧力振動が気筒に有効に作
用するようにしているが、この振動によって大きな慣性
効果の得られる回転域は比較的高回転寄りであるため、
より低回転側において、上記振動とは異なる吸気圧力振
動を利用することができれば、吸気充填効率をより一層
向上することが期待できる。

また、上記装置によると、高速域では各気筒別の吸気通
路の有効長が短縮されることにより、単に各気筒と上記
吸気通路の上流側開口端との圧力伝播による慣性効果が
高められるにすぎないが、他の気筒に生じる圧力波をも
有効に利用することができれば、充填効率をより一層向
上することが期待できる。

ざらに、エンジン回転数の変動に対して最適な容積部の
容積は変化し、エンジン回転数の上昇に対して容積部の
容積が小さくなるように変化させることができれば、ざ
らに、充填効率を向上することが期待できるものである
。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、低速域から高速域にまでわた
り、吸気通路に生じる圧力振動を利用して吸気充填効率
を高めるとともに、特に、低速域での吸気充填効率を従
来のこの種の装置よりもさらに高めることができ、しか
も高速域では、各気筒間でも互いに他の気筒に生じる圧
力波が有効に作用し合うようにして吸気充填効率をより
一層高め、さらに、容積変化により吸気充填効率を高め
て、出力を向上するようにしたエンジンの吸気装置を提
供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の吸気装置は、サージタンクを可動区画部材によ
って容積が可変な第１容積至と第２容積室とに区画し、
第１容積室と各気筒とを比較的長い吸気通路で接続し、
第２容積室と各吸気通路の途中とをこれらの吸気通路を
相互に連通して接続し、上記第１容積室と第２容積室と
を連通路によって連通させるとともに、この第２容積室
と上記各吸気通路との間にエンジン回転数が設定値以上
の高速域で聞く開閉弁を設け、さらに、前記区画部材を
低速域ではエンジン回転数の上昇に応じて第１容積室の
容積を低減する方向に、高速域では第２容積室の容積を
エンジン回転数の上昇に応じて低減する方向に移動操作
する駆動装置を設けたことを特徴とするものである。

（発明の効果） 本発明によれば、エンジン回転数が設定値未満の低速域
では、各気筒と第１容積室との間の比較的長い吸気通路
に吸気圧力振動が生じるとともに、この第１容積室とこ
れに連通路を介して接続された第２容積室との間の部分
にも吸気圧力振動を起すことにより、両者によって高い
充填効率が得られるものである。

また、エンジン回転数が上昇し開閉弁が開いた高速域で
は、第２容積室、により各気筒から伝播する負圧波を正
圧の圧力波に反転して反射させ、各気筒と第２容積室の
間の比較的短い通路に吸気圧力振動が生じて、高速域で
の慣性効果が高められるとともに、第２容積室を介して
他の気筒からの圧力波を伝播させて、これらの圧力波の
相乗作用で充填効率を高めることができるものである。

また第１容積室と第２容積室とを区画する区画部材を可
動として、第１容積室と第２容積室の容積を可変とし、
駆動装置によってエンジン回転数に対応して容積を変化
させるようにしたことにより、開閉弁の開閉に対応して
容積を最適にして、さらに吸気充填効率の向上が図れる
ものである。

しかも、サージタンクを区画部材で区画し、この区画部
材を移動させて第１および第２容積室の容積を変化さぜ
るようにしたことにより、上記容積可変構造がコンパク
トに形成できるものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図はこの実施例の吸気装置を備えたエンジンの断面
正面図、第２図は概略平面図である。

この実施例のエンジンは４気筒４サイクルエンジンであ
って、シリンダブロック２およびシリンダヘッド３から
なるエンジン本体１に、４つの気筒４ａ〜４ｄが形成さ
れている。この各気筒４ａ〜４ｄにはそれぞれピストン
５の上方に燃焼室６が形成され、この燃焼室６に吸気ボ
ート７および排気ボート８が開口し、これらのボート７
．８に動弁機構１１によって所定のタイミングで開閉す
る吸気弁９および排気弁１０が装備されている。

上記多気Ｉ！４ａ〜４ｄの各吸気ボート７には、互いに
独立した気筒別の吸気通路１２ａ〜１２ｄが連通してい
る。これらの吸気通路１２８〜１２ｄの上流端は、ある
程度の容量を有する第１容積室１３に接続されており、
また、各吸気通路１２ａ〜１２ｄの途中箇所にはこれら
の吸気通路１２ａ〜１２ｄを相互に連通ずる第２容積室
１４が接続されている。

上記第１容積室１３および第２容積室１４は、吸気系に
介装したサージタンク１５を区画部材１６で分割するこ
とにより、この：ナージタンク１５内にそれぞれ区画形
成され、第２容積全１４の下端に各吸気通路１２ａ〜１
２ｄの途中箇所からの分岐した連通孔１７を開口させる
とともに、この連通孔１７よりも上流側で各吸気通路１
２ａ〜１２ｄを湾曲させて、その上流端を第１容積室１
３の側方に開口させている。なａ３、上記各吸気通路１
２ａ〜１２ｄの上流側湾曲部分はサージタンク１５の第
２容積室１４の壁部を利用して一体に形成されている。

また、上記区画部材１６は、一端が枢支されて回動自在
に取付けられ、その先端部はサージタンク１５内壁に摺
接して移動し、両側の第１容積室１３および第２容積室
１４の容積が可変なように構成されている。

上記第２容積室１４と各吸気通路１２ａ〜１２ｄとの間
の連通孔１７には、それぞれ開閉弁１９が設けられてい
る。この各開閉弁１９は回動シャフト１９ａに一体に連
接され、該回動シャフト１９ａの端部に駆動装置２１の
第１アクチユエータ２０が連接されて各気筒のものが連
係して開閉作動され、エンジン回転数が設定値未満の低
速域では閉じられ、エンジン回転数が設定値以上の高速
域で開くように制御される。

また、上記第１容積室１３と第２容積室１４との間には
、各吸気通路１２ａ〜１２ｄとは別に、上記両容積室１
３．１４を連通ずる連通路１８が設けられ、この実施例
では前記区画部材１６に連通路１８が開口形成されてい
る。そして、上記区画部材１６には、この区画部材１６
を回Ｄｆｆ１作する駆動装置２１の第２アクチユエータ
２３（第２図では図示省略）が接続され、矢印ａ方向へ
の区画部材１６の回動によって第１容積室１３の容積を
低減する一方、第２容積室１４の容積を拡大し、逆方向
への回動によって第２容積室１４の容積を低減する一方
、第１容積室１３の容積を拡大するものである。

ざらに、上記第２容積室１４の一端部に（よ上流側の吸
気導入通路２６が接続されており、この吸気導入通路２
６にはスロットル弁２７が配設され、その上流端は図示
しないエアフローメータ等を介してエアクリーナに接続
される。前記各吸気通路１２ａ〜１２ｄの下流端近傍に
は、燃料通路２８に接続された燃料噴射弁２９が配設さ
れている。

前記駆動装置２１における第１および第２アクチュエー
タ２０．２３は、エンジンコントロールユニット３７　
（ＥＣＵ）からの制御信号が出力されてその作動が制御
され、該エンジンコントロールユニット３７には回転数
センサー３８によるエンジン回転数の検出信号が入力さ
れる。なお、図において、４０は排気マニホールドであ
る。

上記駆動装置２１による開閉弁１９の開閉と区画部材１
６の作動は第３図Ａ、Ｂに示すように、エンジン回転数
の設定値Ｎｏにおいで、開閉弁１９の開閉を行うもので
あって、この設定値Ｎ０未渦の低速域で開閉弁１９を閉
じ、設定値Ｎｏ以上の高速域で開閉弁１９を聞くもので
ある。また、区画部材１６は、開閉弁１９が閉じる低速
域においては、エンジン回転数の上昇に対応して第１容
積室１３の容積が徐々に減少するようにａ方向に回動操
作する一方、開閉弁１９が開いている高速域においては
、エンジン回転数の上昇に対応して第２容積至１４の容
積が徐々に減少するように逆ａ方向に回動操作するもの
である。

そして、上記エンジン回転数が設定値Ｎｏにあって、開
閉弁１９が開閉作動される状態すなわち区画部材１６が
第１図の鎖線の位置にあるときは、第１容積室１３の容
積Ｖ１および第２容積室１４の容積ｖ２はこのエンジン
回転数におけるそれぞれの適値に設けられ、また、区画
部材１６が実線の位置にある逆ａ方向に回動する時は、
エンジン回転数の低下に対して第１容積室１３の容積が
適値に、エンジン回転数の上昇に対して第２容積室１４
の容積が適値になるようにそれぞれ設定されている。す
なわち、区画部材１６は開閉弁１９の閉じた最低回転域
からのエンジン回転数の上昇に対して、図の実線の位置
からａ方向に回動して、回転数が設定値Ｎ０に達すると
鎖線の位置となり、開閉弁１９が開いてさらに回転数が
上昇すると、この鎖線の位置から逆ａ方向に回動して、
最高回転数では実線の位置付近となり、エンジン回転数
の下降に対してはこれと逆に作動制御されるものであり
、上記設定値Ｎｏにおいて区画部材１６の回動位置の変
更を要しないように設定している。

なお、このようなエンジン回転数に応じた開閉弁１９お
よび区画部材１６の作動は、少なくともｆｌ：　′ｈ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
、低負荷時にはエンジン回転数に関係なく開ｒ！ｌ弁１
９を開状態または開状態に保つようにしてもよい。

上記実施例の装置において、エンジン回転数が設定値Ｎ
ｏ未満の低回転域にある時には、開閉弁１９は閉じて各
吸気通路１２ａ〜１２ｄと第２容積室１４との直接の連
通が遮断されているため、各気筒４ａ〜４ｄが各吸気通
路１２ａ〜１２ｄの全長にわたる比較的長い通路を介し
て第１容積室１３に接続されるとともに、第１容積室１
３の上流に連通路１８を介して第２容積室１４が接続さ
れた状態である。

従って、各気筒４ａ〜４ｄの吸気行程で生じる負圧波が
各吸気通路１２ａ〜１２ｄを通して第１容積室１３に伝
播され、第１容積室１３で各気筒４ａ〜４ｄに反射され
て、各吸気通路１２ａ〜１２ｄに吸気圧力振動が生じる
。そして、低回転域内でのエンジン回転数の上昇に対応
して吸気慣性効果に最適な容積は徐々に小さくなること
から、上記第１容積室１３の容積が徐々に低減するよう
に区画部材１６が回動操作される。さらに、特にエンジ
ン回転数が比較的低いときは、各気筒４ａ〜４ｄから第
１容積室１３に作用する圧力波により、第１容積室１３
とその上流の第２容積室１４との間でも圧力波が生じて
、この部分も吸気圧力振動に関与する。つまり、両容積
室１３．１４の間でも、ある程度の有効長を持った連通
路１８を通して圧力伝播が行われることになる。この場
合、連通路１８が両容積室１３．１４間の区画部材１６
に開設されたものであっても、開口端補正を加味すれば
有効長はある程度の長さとなる。

このため、各気筒４ａ〜４ｄと第１容積室１３との間の
吸気通路１２８〜１２ｄ内に生じる吸気系の固有振動の
周期と吸気弁Ｗ＃閉同周期がマツチングするような低速
側の各回転数で、各気筒４ａ〜４ｄに作用する圧力が吸
気行程終期に高められ、充填効率が向上する。ざらに、
より低回転域において、両容積室１３．１４間の固有振
動数と第１容積室１３に生じる各気筒４ａ〜４ｄの吸気
行程に起因する圧力変動の周波数が一致したときに第１
容積室１３の圧力が大きくなり、この圧力が吸気通路１
２ａ〜１２ｄに作用し、充填効率が高められる。

このような作用により、前記開閉弁１９が閉じられてい
る状態での高負荷時におけるエンジン回転数とトルクと
の関係は第４図に曲線Ａで示すようになって、低速域全
体での吸気充填効率が高められてトルクが上昇し、単に
１つの容積室と気筒との間の圧力伝播を利用して慣性効
果を高めるようにした場合（この場合のトルクを曲線Ａ
′で示す）と比べてより低速域で吸気充填効率の向上が
得られている。なお、比較トルク曲線Ａ′はその容積室
の容積をエンジン回転数がＮ１の時にマツチングして設
定してあり、実施例のものもこのエンジン回転数Ｎ１で
は第１容積室１３が同様の容積となるように区画部材１
６が移動するものである。

一方、前記エンジン回転数が設定値Ｎｏ以上の高回転域
にある時には、開閉弁１９が開いて各吸気通路１２ａ〜
１２ｄと第２容積室１４とが連通孔１７によって直接連
通され、各気筒４ａ〜４ｄが第２容積室１４との間の各
吸気通路１２ａ〜１２ｄによる比較的短い通路長さを介
して第２容積室１４に接続されるとともに、第１容積室
１３も吸気通路１２ａ〜１２ｄの下流側部分を介して各
気筒４ａ〜４ｄと連通し、吸気が補給される。

この状態では、吸気行程で生じる負圧波が前記第２容積
室１４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、高速域で吸気
慣性効果が高められるとともに、この高速域でのエンジ
ン回転数の上昇に対応して吸気慣性効果に最適な容積は
徐々に小さくなることから、第２容積室１４の容積が徐
々に減少するように区画部材１６が回動操作され、より
一層吸気慣性効果が高められる。さらに、この運転域で
は他の気筒から伝播される圧力波も有効に作用し、その
際、第２容積室１４の容積の低減により、他の気筒から
の圧力波の減衰が少なく充填効率の向上゛が図れる。こ
の高速時における高負荷時のエンジン回転数とトルクと
の関係は第４図の曲線Ｂで示すようになり、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
た場合の曲線Ｂ′と比べて、容積変化および気筒間の圧
力伝播作用で充填効率がより一層高められ、トルクが上
昇するものである。なお、比較トルク曲１！ＪＢ’　は
、その容積室の容積をエンジン回転数がＮ２の時にマツ
チングして設定してあり、実施例のものもこのエンジン
回転数Ｎ２では第２容積室１４が同様の容積となるよう
に区画部材１６が移動するものである。

従って、少なくとも高負荷時に、上記両面線ＡとＢが交
差する点に相当する回転数Ｎｏが、前記開閉弁１９を開
閉する設定値Ｎｏであり、これより低速側で閉じて高速
側で開くものであり、全回転数域の吸気充填効率を高め
て出力の向上を図るものである。

以上の実施例は４気筒エンジンに本発明装置を適用した
場合について示したが、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。

また、上記実施例における第１容積室１３と第２容積至
１４を連通ずる連通路１８は、区画部材１６に形成する
ようにしているが、別途に両容積室１３．１４を連通ず
る通路を形成するようにしてもよく、上記両容積室１３
．１４は別体に形成するようにしてもよい。ざらに、吸
気導入通路２６は第２容積室１４に接続するようにして
いるが、第１容積室１３に接続するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における吸気装置を備えたエ
ンジンの断面正面図、 第２図はその概略平面図、 第３図Ａ、Ｂはエンジン回転数に対する開閉弁および区
画部材の作動を示ず説明図、 第４図はエンジン回転数に応じたトルク特性を示す特性
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）サージタンクを可動区画部材によつて容積が可変
   な第１容積室と第２容積室とに区画し、第１容積室と各
   気筒とを互いに独立した気筒別の吸気通路で接続し、第
   ２容積室と各吸気通路の途中とをこれらの吸気通路を相
   互に連通して接続し、上記第１容積室と第２容積室とを
   各吸気通路とは別に設けた連通路によつて連通させると
   ともに、この第２容積室と上記各吸気通路との間に、少
   なくとも高負荷時にエンジン回転数が設定値未満の低速
   域では閉じて設定値以上の高速域で開く開閉弁を設け、
   さらに、前記区画部材を低速域ではエンジン回転数の上
   昇に応じて第１容積室の容積を低減する方向に、高速域
   では第２容積室の容積をエンジン回転数の上昇に応じて
   低減する方向に移動操作する駆動装置を設けたことを特
   徴とするエンジンの吸気装置。