JPH0330694B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に、
低速から高速運転領域で吸気系の動的効果によつ
て出力向上を図るようにしたフラツトトルク型エ
ンジンの吸気装置に関するものである。

（従来技術） 従来より、エンジンの気筒とサージタンクとを
独立吸気通路よつて接続し、吸気バルブが開いて
いる間に上記独立吸気通路に生起する気柱振動を
利用し、吸気過程で吸気通路内に生じた圧力振動
が、同一の吸気過程に影響する慣性効果によつて
吸入空気量を増すようにして、サージタンク下流
側の気柱振動系の圧力振動に伴う過給効果（いわ
ゆる慣性過給効果）を得て、出力の向上を図るよ
うにした技術はよく知られている。

また、多気筒エンジンにおいて、各気筒に対し
接続された吸気通路を互いに吸気行程がオーバー
ラツプしないように１つのサージタンクに接続
し、この集合部における吸気干渉を防止するとと
もに、上記サージタンクと各気筒とを接続する吸
気通路を短くし、サージタンク上流側の気柱振動
系の影響による圧力振動に伴う過給効果（以下、
共鳴過給効果と呼ぶ）を利用するようにした吸気
装置は、例えば、特公昭57−2892号によつて提案
されている。

しかして、上記サージタンク上流側の気柱振動
系の共鳴過給効果は、サージタンクの圧力変動を
利用して充填効率を向上するので、サージタンク
から燃焼室までの吸気通路長さが短い方がその過
給効果が大きくなることから、上記先行技術にお
いては、サージタンク下流の吸気通路長さを短く
している。

しかるに、上記共鳴過給効果を利用する吸気装
置において、サージタンク下流の吸気通路長さを
常用回転域で前記慣性過給効果が得られるように
比較的長く設定した場合に、このサージタンク下
流の吸気通路長さが長くなるのに伴つてサージタ
ンク上流の気柱振動系を利用する共鳴過給効果の
低下は若干見られるものの、サージタンク下流の
気柱振動系による慣性過給効果が有効に生起し、
両者を効果的に使用すればより大きな出力向上が
図れるものである。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、低速から高速回転域
にかけて、前記慣性過給効果と共鳴過給効果との
両者による最適な動的効果を得て、全般的な出力
の向上が得られ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、実質的に吸気行程がオー
バーラツプしない２つの気筒群を独立の吸気通路
によつて各々２つのサージタンクに集合し、両サ
ージタンクを上流側の吸気通路で集合してなるエ
ンジンの吸気装置であつて、サージタンク下流の
吸気系におけるサージタンクから燃焼室までの通
路長さおよびその通路横断面積によつて定まるサ
ージタンク下流側気柱振動系の慣性同調回転数を
N₁とし、 一方、各サージタンク上流の吸気系における各
サージタンク容積と各サージタンク下流の吸気通
路容積、各サージタンクから上流の吸気通路の実
質的な圧力変動がない部分までの通路長さおよび
その通路横断面積によつて定まるサージタンク上
流側気柱振動系の共鳴同調回転数をN₂としたと
きに、 上記N₁を4000〜6000rpmに設定するとともに、 N₁−N₂≧N₁×0.15＋N₂×0.15 N₁−N₂≦N₁×0.3＋N₂×0.3 の条件を満足し、さらに、各サージタンク上流側
の吸気通路横断面積を、該各サージタンクに連通
する下流側の各吸気通路の個々の通路横断面積よ
り大きく、かつ該下流側の各吸気通路の通路横断
面積の和より小さい値に設定するとともに、各サ
ージタンク下流側の各吸気通路長さを各気筒のボ
ア径の３倍以上に設定し、慣性過給効果と共鳴過
給効果とをある程度離れた回転領域で生起させる
ようにし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、吸気系の動的効果を、サージ
タンク下流側の気柱振動系の慣性同調回転数N₁
と、サージタンク上流側の気柱振動系の共鳴同調
回転数N₂とを低速から高速にかけてある程度離
して生起するように設定したことにより、すなわ
ち、慣性効果および共鳴効果は特に同調回転数の
±15％の範囲内で最も過給効果が大きいことに対
応し、両同調回転数の差N₁−N₂がN₁の15％と
N₂の15％との和よゅ大きくかつN₁の30％とN₂の
30％との和より小さい範囲で離れているように設
定したことにより、慣性過給効果と共鳴過給効果
とによる大きな出力向上域が重なり合わないよう
にして、しかも運転域全般において平均的な出力
向上効果を得て、フラツトトルク型エンジンが設
定できるものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の基本構成を示す直列６気筒エン
ジンの概略構成図である。

直列６気筒エンジン１は、第１気筒１Ａから第
６気筒１Ｆの点火順序すなわち吸気行程順序は第
１→４→２→５→３→６気筒の順に設定されてい
る。そして、各気筒１Ａ〜１Ｆに接続された独立
吸気通路２ａ〜２ｆはそれぞれ実質的に吸気行程
がオーバーラツプしない２つの気筒群に分割され
て、第１サージタンク３もしくは第２サージタン
ク４に接続されている。すなわち、第１ないし第
３気筒１Ａ，１Ｂ，１Ｃの独立吸気通路２ａ，２
ｂ，２ｃが第１サージタンク３に集合され、第４
ないし第６気筒１Ｄ，１Ｅ，１Ｆの独立吸気通路
２ｄ，２ｅ，２ｆが第２サージタンク４に集合さ
れている。

さらに、上記第１および第２サージタンク３，
４には、その上流側に１本ずつの吸気通路５，６
が接続され、両吸気通路５，６は集合してこの集
合部により実質的な圧力変動のない部分を形成
し、合流通路７に連通して設けられている。

上記吸気装置において、各サージタンク３，４
下流側の吸気系では、吸気バルブが開いている間
に上記独立吸気通路２ａ〜２ｆに生起する気柱振
動が同一の吸気過程で同一気筒に影響する慣性効
果が生起する。このサージタンク下流側の気柱振
動系の圧力振動の共振点、すなわち慣性同調回転
数N₁は、次の近似式によつて求められる。

N₁＝ad₁／πB×√900₁×Ｚ ここでl₁は独立吸気通路２ａ〜２ｆのサージタ
ンク３，４から気筒１Ａ〜１Ｆまでの長さ、d₁は
その通路径、Ｂはシリンダボア径、Ｓはピストン
ストローク、ａは音速、Ｚはバルブタイミングお
よびエンジン特性に伴つて0.5〜0.7の値に設定さ
れる特性数である。

上記式及び後記の各式においては、エンジン回
転数はrpm即ち、毎分当りの回転数で、音速は秒
速である。

そして、この慣性同調回転数N₁前後でのエン
ジン回転数における出力向上効果は、第２図に示
すように、破線で示す動的効果のないエンジンに
おけるトルクカーブに対し、慣性効果は同調回転
数N₁の±30％の範囲内で出力向上効果があり、
特に、同調回転数N₁の±15％の範囲内で顕著な
出力向上効果がある。また、この慣性過給効果は
中高速回転域で良好な特性が得られる。

一方、サージタンク上流側の吸気系において
は、一般に吸気バルブの開弁期間はクランクの回
転角で略240゜で、点火が各吸気で順次120゜ずれて
行なわれることから、第１サージタンク３および
第２サージタンク４では吸気行程が交互に120゜ず
れて240゜生起することから、吸気行程のオーバー
ラツプがないとともにその圧力変動が連続して発
生し、第１サージタンク３と第２サージタンク４
との圧力変動が互いに120゜位相がずれている。よ
つて、一方のサージタンクでの圧力変動がピーク
値にあるときに他方のサージタンクでの圧力変動
が谷値となり、両サージタンク３，４を連通して
いる吸気通路５，６で互いに加振作用し、このサ
ージタンク上流側の気柱振動系が共振した時に、
大きな共鳴過給効果が得られるものである。この
サージタンク上流側の気柱振動系の圧力振動の共
振点、すなわち同調回転数N₂は、次の近似式に
よつて求められる。

N₂＝10×ad₂√１₂ ここで、l₂はサージタンク３，４から合流部ま
での吸気通路５，６の長さ、d₂はその通路径、Ｖ
はサージタンクおよびこれに連通するサージタン
ク下流の吸気通路の容積、ａは音速である。ただ
し、上流l₂については、実長さに管端補正値２×
d₂を加えた値とし、連結部にダンピングリザーバ
がある場合は４×d₂を加えた値とする。

そして、この共鳴同調回転数N₂前後でのエン
ジン回転数における出力向上効果は、第３図に示
すように、破線で示す動的効果のないエンジンに
おけるトルクカーブに対し、共鳴効果は同調回転
数N₂の±30％の範囲内で出力向上効果があり、
特に同調回転数N₂の±15％の範囲内で顕著な出
力向上効果がある。また、この共鳴過給効果は低
中速回転域で良好な特性が得られる。なお、上記
サージタンク上流側の共鳴過給効果における同調
回転数N₂は、必ず前記サージタンク下流側の慣
性過給効果の同調回転数N₁より低回転側で生じ
るものである。

上記慣性過給効果および共鳴過給効果の特性に
基づき、本発明では、エンジン回転数の広い領域
で上記した両過給効果による平均的なトルク特性
が得られるエンジンに設定するべく、両者の同調
回転数N₁，N₂がある程度離れて生起するように
設定してなるものである。

すなわち、上記サージタンク下流側気柱振動系
の慣性同調回転数N₁を4000〜6000rpmに設定す
るとともに、サージタンク上流側気柱振動系の共
鳴同調回転数N₂が、 N₁−N₂≧N₁×0.15＋N₂×0.15 N₁−N₂≦N₁×0.3＋N₂×0.3 の条件を満足するように設定するものである。こ
の場合、前記したようにN₂＜N₁であるから、N₂
はN₁に対しその15％とN₂の15％とを加えただけ
で低い回転数より離れた回転域に設定され、両者
の過給効果はそれぞれ±15％の範囲で最も大きい
ことから、両者の±15％の範囲が重ならないよう
にしているものである。

上記設定による出力特性は、第４図に示すよう
に、２点鎖線で示す慣性効果と１点鎖線で示す共
鳴効果とがそれぞれの顕著な出力向上範囲として
の各同調回転数N₁，N₂の±15％の範囲が重なら
ないように設定されかつ各同調回転数N₁，N₂が
N₁の30％＋N₂の30％の範囲内に設定されている
ので、両過給効果の合成効果は実線で示すよう
に、エンジン回転数に対して大きなピーク値を有
しないため、また各同調回転数N₁，N₂の間でト
ルクが大きく低下する谷間も発生しないため、低
回転域から高回転域にかけて全般的に出力向上が
行なわれているフラツトトルク型エンジンの特性
となるものである。

上記サージタンク下流側気柱振動系の同調回転
数N₁の設定域（4000〜6000rpm）に相当するサ
ージタンク３，４下流の独立吸気通路長さl₁は、
約300〜600mmとなり、一般的に自動車用エンジン
においては各気筒のボア径がほぼ100mm以下であ
ることから、ボア径の３倍以上となつている。こ
の慣性同調回転数N₁に対し共鳴同調回転数N₂を
設定するについてその回転数を高めるには、上記
近似式から分るように、サージタンク３，４上流
の吸気通路５，６の通路長さl₂をより短くし、通
路横断面積A₂（通路径d₂）をより大きくすればよ
いが、このように短く太くしすぎると、すなわち
吸気通路５，６の上流側を集合させたことによつ
て２つの気筒群の連続的な逆位相の加振力によつ
てもたらされる（つまり、一側気筒群の第１気筒
の吸気行程中間位置で他側気筒群の第２気筒の吸
気行程が始まり、この第２気筒の吸気行程中間位
置で一側気筒群における第１気筒の吸気行程が終
了かつ第３気筒の吸気行程が始まるというふう
に、各吸気行程のピストン降下と各バルブ開閉に
より生じる加振力が２つの気筒群で逆位相で連続
することによつてもたらされる）吸気通路５，６
内に生成する大きな加振力が減衰し、その圧力変
動が低減して共鳴効果が低くなる。よつて、上記
サージタンク３，４上流の吸気通路横断面積A₂
を該サージタンク３，４に連通する下流側の各吸
気通路２ａ〜２ｆの通路横断面積A₁の和３×A₁
より小さい値に設定するものである。さらに、上
流側通路横断面積A₂は余り狭くなると通路抵抗
が大くなつてやはり圧力変動が減衰するので、下
流側通路横断面積A₁より大きく設定するもので
ある。すなわち、 A₁＜A₂≦３×A₁ を満たすようにする。

また、８気筒エンジンの場合には、吸気バルブ
の開弁期間が240゜のものでは各サージタンクでの
加振現象が連続せず、共鳴過給効果は小さいが、
過給機を備えたエンジンでは開弁期間が短く設定
される場合もあり、この時には上記と同様な共鳴
過給効果が得られるので、その共鳴同調回転数
N₂を前記条件と同様に慣性同調回転数N₁とある
程度離して設定し、第４図と同様の出力向上効果
を得るものである。なお、この８気筒の場合の、
共鳴同調回転数N₂を求める近似式は、 N₂＝15／２×ad₂√１₂ となる。また、サージタンク上流の通路横断面積
A₁と下流の通路横断面積A₂との関係は、 A₁＜A₂≦４×A₁ を満たすようにするものである。

前述のように、サージタンク上流の吸気通路端
はダンピングリザーバでもよく、このことより単
一のサージタンクに連通する３気筒、４気筒につ
いても本発明を応用できる。

但し、４気筒エンジンの場合各気筒の吸気弁の
開口時期を互いに実質的なオーバーラツプなしに
設定することが重要である。

さらに、前記した共鳴同調回転数N₂を求める
近似式は、慣性同調回転数N₁と接近した領域に
おいては、吸気通路５，６が短くかつ太くなるこ
とから、慣性効果の圧力変動の影響を受けるよう
になつて近似式の精度が低下するが、共鳴同調回
転数N₂の上限を求める領域では、慣性同調回転
数N₁と離れてその影響が低減するので、近似式
は高い精度で成立つている。

次に、さらに具体的な実施態様について説明す
る。第５図は６気筒Ｖ型エンジンを一部断面にし
て示す全体正面図、第６図は第５図の−線に
沿う断面平面図である。

６気筒Ｖ型エンジン１０はシリンダブロツク１
１上に第１のシリンダヘツド１２ａおよび第２の
シリンダヘツド１２ｂが傾斜配設されて、第１，
３，５気筒１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｅを有する第１
のバンク１４と、第２，４，６気筒１３Ｂ，１３
Ｄ，１３Ｆを有する第２のバンク１５とが互いに
角度をもつて形成されてなる。上記Ｖ型６気筒エ
ンジン１０の点火順序すなわち吸気行程順序は第
１→２→３→４→５→６気筒の順である。よつ
て、第１および第２バンク１４，１５では各気筒
の吸気順序が連続せず、吸気行程のオーバーラツ
プがないものである。

上記両側の第１および第２のバンク１４，１５
の各気筒１３Ａ〜１３Ｆに吸気を供給する吸気通
路１６は、両側のバンク１４，１５の間の上部に
前後方向に延びて配設され右左一体に形成された
第１および第２サージタンク１７，１８を備えて
いる。このサージタンク１７，１８と第１および
第２のバンク１４，１５の各吸気ポート１９とを
接続する第１および第２の吸気管２０Ａ，２０Ｂ
は、上記サージタンク１７，１８の下側で、左側
の第１バンク１４の吸気ポート１９に下流端が接
続された第１の吸気管２０Ａの下流側部分の交差
部２１ａと、右側の第２バンク１５の吸気ポート
１９に下流端が接続された第２の吸気管２０Ｂの
下流側部分の交差部２１ｂとが互いに交差し、上
記交差部２１ａ，２１ｂの上流側はそれぞれＵ字
状に曲折し、第１の吸気管２０ＡのＵ字部２２ａ
の上流端は右側部から右側に位置する第１のサー
ジタンク１７に接続され、第２の吸気管２０Ｂの
Ｕ字部２２ｂの上流端は左側部から左側に位置す
る第２のサージタンク１８に接続されて構成され
ているものである。

また、上記第１および第２サージタンク１７，
１８は、全体ケース２３内が前後方向（エンジン
の出力軸方向と平行方向）に延びる仕切壁２３ａ
によつて右左に独立した空間に区画されて形成さ
れている。右側の第１サージタンク１７には、右
側面に開口した連通口１７ａを介して左側の第１
バンク１４に接続される第１吸気管２０Ａが連通
し、左側の第２サージタンク１８には、左側面に
開口した連通口１８ａを介して右側の第２バンク
１５に接続される第２吸気管２０Ｂが連通し、こ
の両サージタンク１７，１８の長手方向の後端開
口部１７ｂ，１８ｂには、流入側の吸気管２４
（スロツトルボデイ部）がエンジン出力軸方向か
ら連接され、この流入側の吸気管２４内にも上記
仕切壁２３ａに連続する隔壁延長部２４ａが設け
られ、両サージタンク１７，１８に連通して吸気
を供給する独立通路２５，２６に区画されてい
る。各独立通路２５，２６にはそれぞれ絞り弁２
７，２８が配設され、この両絞り弁２７，２８は
同じ角度で開閉するよう同期作動される。

さらに、上記流入側の吸気管２４の上流側に
は、可撓性パイプよりなる吸気管２９が接続され
て、上記独立通路２５，２６が上流側に延長され
ている。このパイプによる吸気管２９内の隔壁延
長部２９ａの終端部で両独立通路２５，２６が合
流するものである。

前記第１および第２サージタンク１７，１８下
流の吸気管２０Ａ，２０Ｂの各交差部２１ａ，２
１ｂには、各気筒１３Ａ〜１３Ｆの吸気ポート１
９に対して燃料を噴射する燃料噴射ノズル３０が
配設されている。その他、第５図において、３１
は吸気弁、３２はロツカーアーム、３３はカムシ
ヤフト、３４はピストンである。

そして、上記サージタンク１７，１８上流側の
吸気管２４，２９に形成された隔壁延長部２４
ａ，２９ａの長さすなわちサージタンク１７，１
８から合流部までの通路長さ（前記l₂に相当）等
は、前述の特性が得られるようにその近似式に基
づいて所定の値に設定されるものであり、これに
対応して所定の回転域で共鳴過給効果を得る。ま
た、サージタンク１７，１８下流側の吸気管２０
Ａ，２０Ｂと吸気ポート１９，１９の通路長さ
（前記l₁に相当）等も、前述の特性が得られるよ
うにその近似式に基づいて所定の値に設定される
ものであり、これに対して所定の回転域で慣性過
給効果を得るものである。

なお、上記絞り弁２７，２８は、図示のように
サージタンク１７，１８に近い位置に設置して、
絞り弁２７，２８下流側の容積の低減を図つて応
答性を向上するのが好ましい。

上記の如き実施例によれば、両側のバンク１
４，１５の各気筒に対する吸気の供給は、サージ
タンク上流側の吸気管２９，２４の各通路２５，
２６によつて、絞り弁２７，２８を経て、第１お
よび第２サージタンク１７，１８に流入した吸気
が、各サージタンク１７，１８の側面の連通口１
７ａ，１８ａからそれぞれ両側の吸気管２０Ａ，
２０ＢのＵ字部２２ａ，２２ｂに流れ、該Ｕ字部
２２ａ，２２ｂに沿つてサージタンク１７，１８
の下側に湾曲して流れ、続いて、交差部２１ａ，
２１ｂによつて互いに交差してそれぞれ各シリン
ダヘツド１２ａ，１２ｂの吸気ポート１９，１９
から各気筒１３Ａ〜１３Ｆに供給されるものであ
る。

よつて、上記第１および第２サージタンク１
７，１８の配設構造と、このサージタンク１７，
１８に対し流入側の吸気管２４，２９を長手方向
の一端部にエンジン出力軸方向から接続するとと
もに、上記サージタンク１７，１８と吸気管２
４，２９内の区画構造の採用によりエンジンの全
高を大きくすることなく、サージタンク上流側の
気柱振動系による共鳴効果を得るために十分な長
さを有する吸気通路が構成できる。さらに、第１
および第２サージタンク１７，１８下流の吸気管
２０Ａ，２０Ｂにおいても、交差部２１ａ，２１
ｂとＵ字部２２ａ，２２ｂとによりサージタンク
１７，１８の設置位置を大幅に高くしなくても、
サージタンク１７，１８下流の吸気管２０Ａ，２
０Ｂの長さが大きくでき、慣性過給効果の大きい
コンパクトなエンジンを得ることができるもので
ある。

なお、上記サージタンク１７，１８下流の吸気
通路長さの変更は、Ｕ字部２２ａ，２２ｂを異な
る長さを有するものに交換することにより容易に
実現でき、サージタンク１７，１８上流の合流部
までの吸気通路長さの変更は、パイプ状吸気管２
９の交換により容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す直列６気筒エ
ンジンの概略構成図、第２図は慣性過給効果の出
力向上特性を示す特性図、第３図は共鳴過給効果
の出力向上特性を示す特性図、第４図は本発明の
エンジン出力特性を示す特性図、第５図は本発明
の具体的実施態様であるＶ型エンジンを一部断面
にして示す全体正面図、第６図は第５図の−
線に沿う断面平面図である。 １，１０……エンジン、１Ａ〜１Ｆ……気筒、
２ａ〜２ｆ……下流側吸気通路、３，４……サー
ジタンク、５，６……上流側吸気通路、１３Ａ〜
１３Ｆ……気筒、１４，１５……バンク、１６…
…吸気通路、１７，１８……サージタンク、２０
Ａ，２０Ｂ……下流側吸気管、２４，２９……上
流側吸気管、２５，２６……独立通路、２４ａ，
２９ａ……隔壁延長部、２７，２８……絞り弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的に吸気行程がオーバーラツプしない２
   つの気筒群を独立の吸気通路によつて各々２つの
   サージタンクに集合し、両サージタンクを上流側
   の吸気通路で集合してなるエンジンの吸気装置で
   あつて、サージタンク下流の吸気系におけるサー
   ジタンクから燃焼室までの通路長さおよびその通
   路横断面積によつて定まるサージタンク下流側気
   柱振動系の慣性同調回転数をN₁とし、 一方、各サージタンク上流の吸気系における各
   サージタンク容積と各サージタンク下流の吸気通
   路容積、各サージタンクから上流の吸気通路の実
   質的な圧力変動がない部分までの通路長さおよび
   その通路横断面積によつて定まるサージタンク上
   流側気柱振動系の共鳴同調回転数をN₂としたと
   きに、 上記N₁を4000〜6000rpmに設定するとともに、 N₁−N₂≧N₁×0.15＋N₂×0.15 N₁−N₂≦N₁×0.3＋N₂×0.3 の条件を満足し、さらに、各サージタンク上流側
   の吸気通路横断面積を、該各サージタンクに連通
   する下流側の各吸気通路の個々の通路横断面積よ
   り大きく、かつ該下流側の各吸気通路の通路横断
   面積の和より小さい値に設定するとともに、各サ
   ージタンク下流側の各吸気通路長さを各気筒のボ
   ア径の３倍以上に設定したことを特徴とするエン
   ジンの吸気装置。