JPH0643464Y2 - 多気筒内燃機関の可変吸気装置 - Google Patents

多気筒内燃機関の可変吸気装置

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JPH0643464Y2
JPH0643464Y2 JP1986011581U JP1158186U JPH0643464Y2 JP H0643464 Y2 JPH0643464 Y2 JP H0643464Y2 JP 1986011581 U JP1986011581 U JP 1986011581U JP 1158186 U JP1158186 U JP 1158186U JP H0643464 Y2 JPH0643464 Y2 JP H0643464Y2
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cylinder
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engine
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幸三 松浦
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Toyota Motor Corp
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、多気筒内燃機関の吸気装置であって、分岐部
下流側で吸気弁と分岐部との間に、吸気行程がオーバラ
ップしない気筒群の吸気管の実質長を可変させる制御弁
を設け、運転条件により制御弁を開閉することにより慣
性効果を利用して体積効率を向上させるようにした可変
吸気装置に関する。
〔従来の技術〕
内燃機関の吸気装置は、大別すると、第5図に示すもの
(以下タイプIという)と、第6図に示すもの(以下タ
イプIIという)とに分けられる。
タイプIは多気筒(図では6気筒の場合を示している)
の各気筒a、b、c、d、e、fを互に独立の吸気管P
a、Pb、Pc、Pd、Pe、Pf、によって1つのサージタンク
Sに接続し、サージタンクSを1本のダクトDによって
エアクリーナAに接続したシステムから成る。このタイ
プのものは、例えば特開昭60-164619号公報に示されて
いる。
タイプIIは多気筒(図では6気筒の場合を示している)
の各気筒a、b、c、d、e、fを互に吸気行程が重な
らない気筒群に分割し、すなわちa、b、cの気筒群と
d、e、fの気筒群に分割し、一つの気筒群に属する気
筒に接続する互に独立の吸気管を1つの吸気管に集合さ
せ、すなわちPa、Pb、PcはTaに集合させるとともに、P
d、Pe、PfはTbに集合させ、集合した吸気管Ta、Tbをさ
らに1つのダクトDに集合させてエアクリーナAに接続
させたものから成る。集合部にはサージタンクSが設け
られてもよくあるいは吸気管を単に集合させたものであ
ってもよい。このタイプのものはたとえば特開昭42-725
09号公報に示されている。
上記の吸気装置を、気筒内に吸引させる空気の体積効率
を上げて出力特性を向上させるという観点から見ると、
タイプIとタイプIIとでは体積効率に影響を与える慣性
効果が異なるので、分けて論ぜられなければならない。
何となればタイプIのものは、慣性効果が吸気弁からサ
ージタンクS迄の距離l0の圧力反射波の影響を受け、サ
ージタンクS内で吸気動脈が干渉し平滑化され、大気開
放と同じ効果を与えて、サージタンクSより上流の影響
をほとんど受けないので、エンジン回転数ES−体積効率
ηv特性において第8図に示すようなl0の影響を受ける
1つのピークしかあらわれないのに対し、タイプIIのも
のは、慣性効果が吸気弁から第1の集合部迄の距離l0
圧力反射波と吸気弁から第2の集合部迄の距離l1の圧力
反射波との両方の影響を受け、エンジン回転数ES−体積
効率ηv特性において第9図に示すようなl0とl1の影響
を受ける2つのピークがあらわれるからである。すなわ
ち、タイプIとタイプIIとでは、1つのピークか2つの
ピークかが異なる原理が利用され、それらを利用して使
用範囲に高体積効率域がくるように吸気系が設計され
る。
本考案は、上記タイプのうち、タイプIIに属するものの
改良である。
タイプIIの吸気装置において、エンジン回転数のなるべ
く広い範囲にわたって高体積効率が得られるように、特
公昭58-38613号公報では、気筒群a、b、cの吸気管P
a、Pb、Pcを集合させた吸気管Taと気筒群Pd、Pe、Pfを
集合させた吸気管Tbに長短2種の吸気通路を設けるとと
もに該吸気通路に制御弁を設けたものが提案されてい
る。第7図はそれをモデル化して示している。このよう
な吸気装置では、制御弁の開閉により吸気管Ta、Tbの実
質長を変化させ、第10図に示すように、エンジン回転数
ES−体積効率ηv特性において吸気弁から第2の集合部
までの距離l1によって生じるピークを、吸気管Ta、Tbの
実質長が長いときはエンジン速度小側にずらし、吸気管
Ta、Tbの実質長が短いときはエンジン速度大側にずら
す。これを利用して、エンジン回転数が小のときの体積
効率特性を向上せしめる。
〔考案が解決しようとする問題点〕
しかし、従来の特公昭58-38613号公報に示されるような
可変吸気装置においては、吸気管Ta、Tbの吸気管長の大
小が2つのピークのうちエンジン回転数小側のピークを
左右にずらす効果しかもたないので、エンジンの低、中
回転域の体積効率特性を向上させることができるもの
の、エンジン高転域の体積効率特性を向上させることが
難しい。
本考案は、上記タイプIIの可変吸気装置において、高回
転時の体積効率向上効果を増大させることを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するための多気筒内燃機関の可変吸気装
置は、多気筒内燃機関の各気筒を吸気行程が重ならない
気筒群に分割して各気筒群に属する各気筒を該気筒に接
続される互に独立の複数の第1の吸気管によってそれぞ
れの気筒群に対して1つづつ設けられた第2の吸気管に
接続して集合させ、各気筒群に対して1つづつ設けられ
た第2の吸気管を1つのダクトに接続して集合させ、該
ダクトをアエクリーナに接続した多気筒内燃機関の吸気
装置において、各気筒群に属する気筒に接続される前記
複数の第1の吸気管の集合部を第1の吸気管の途中に短
絡路によって連通させ、該短絡路にそれぞれ制御弁を設
け、前記第1の吸気管、第2の吸気管、短絡路を、前記
制御弁が閉時には低速域、中高速域に体積効率のピーク
があらわれ前記制御弁が開時には中速域、高速域に体積
効率のピークがあらわれるように設定し、前記制御弁
を、高負荷時には中速域および高速域で開にし低速域お
よび中高速域で閉にし、低、中負荷時には機関回転速度
に無関係に開にするようにしたものから成る。
〔作用〕
上記可変吸気装置では、エンジン中速時および高速時に
は制御弁を開き、長短の両方の吸気通路を通って吸気を
流し、これによって制御弁閉時に低速と中高速にあらわ
れる2つのピークをエンジン回転数大側にずらして中速
時および高速時にピークがくるようにずらす。また、エ
ンジン回転数が低速または中高速のときには制御弁を閉
じ、これによって制御弁開時に中速と高速にあらわれる
2つのピークをエンジン回転数小側にずらして低速と中
高速にピークがくるようにする。これによって、エンジ
ンの全回転域にわたって高体積効率が得られる。吸気管
の実質長さが短い程体積効率が高回転側に出る理由は、
吸気弁が開いてピストンが下降行程にあるとき、吸気管
を通る空気の流れ抵抗が吸気管長さの小さくなった分、
吸引され易く、高回転特性がでるため、流れの慣性効果
が高回転側で強く出るからである。
本考案では、エンジン吸気系を、制御弁が閉じている場
合に、第1の集合部(第1の吸気管の長い吸気通路のみ
を通って流れる場合の集合部)によるピークと第2の集
合部(第2の吸気管の集合部)によるピークとの2つの
体積効率のピークがエンジン中高速域(4,000rpm付近)
とエンジン低速域(2,000rpm付近)にそれぞれあらわれ
るようにマッチングしておき、すなわち吸気弁と第1の
吸気管の長い吸気通路を通って第1の吸気管の集合部に
至る管長をたとえば600〜700mmにとっておき、中、高回
転域で制御弁を開いて中、高回転域(3,000rpm付近およ
び5,000rpm付近)で長短の両方の吸気通路を通って流れ
る場合の第1の吸気管の集合部によるピークが出る特性
に切替えることにより、エンジン回転域の低、中、中
高、高速の広い範囲にわたって高体積効果が得られるよ
うになり、すなわち実質的な高体積効率が得られるエン
ジン回転数領域を中速域と高速域にひろげることがで
き、これによって全回転域におけるエンジン出力が向上
される。
上記において、本考案では、吸気行程が干渉しない気筒
群に分割し、たとえば#1、#2、#3の気筒から成る
気筒群と#4、#5、#6の気筒から成る気筒群に分割
し、各気筒群内において各第1の吸気管の長さを実質的
に変化させるようにしたので、吸気動脈の干渉が生じ
ず、1吸気サイクル中の吸気動脈を大きくとれ、大きな
慣性効果が得られる。このため、中および高回転域に切
替えたときにあらわれる高回転域の体積効率のピークが
高くあらわれ、エンジン回転数の広い範囲にわたって高
い体積効率が得られ、望ましいエンジン出力の向上が達
成される。
上記のことは、ガソリンエンジンについてもディーゼル
エンジンについても適用され得る。
〔実施例〕
以下に、本考案に係る多気筒内燃機関の可変吸気装置の
望ましい実施例を、図面を参照して説明する。
第1実施例 第1図、第2図、第4図は本考案の実施例に係るシステ
ムの構成を示し、第3図および第3A図は本考案の実施例
の特性を示している。なお、従来例で説明した第11図の
気筒の吸気行程タイミングは本考案の実施例についても
適用される。
第1図および第2図において、1は多気筒エンジンであ
り(図では6気筒)、排気マニホルド2を通って排気ガ
スは流出する。
気筒は、#1→#5→#3→#6→#2→#4の順序で
点火される場合、各気筒の吸気行程は第11図に示すよう
になり、吸気行程が重ならない気筒群は、#1、#2、
#3気筒から成る気筒群と、#4、#5、#6気筒から
なる気筒群となる。気筒は、吸気行程が重ならない気筒
群に分割される。各気筒群はそれぞれ、互に独立の第1
の吸気管3a、3b、3cおよび第1の吸気管3d、3e、3fによ
って、各気筒群に対して1つづつ設けられた容積部(た
とえばサージタンク)4a、4bに接続される。互に独立の
2つの容積部4a、4bはそれぞれの気筒群に1本づつ設け
られた第2の吸気管5a、5bによって1本のダクト6に接
続されて集合され、該ダクト6はエアクリーナ7に接続
される。各第1の吸気管3a、3b、3c、3d、3e、3fの各気
筒入口には吸気弁10が設けられ、吸気行程時に開とされ
る。各気筒群に対して1つづつ設けられた容積部4a、4b
は、それぞれの容積部4a、4bに接続された第1の吸気管
3a、3b、3cおよび3d、3e、3fの途中に短絡路9a、9b、9c
および9d、9e、9fによってそれぞれ短絡されており、各
短絡路9a、9b、9cには制御弁8aが設けられ、各短絡路9
d、9e、9fには制御弁8bが設けられる。制御弁8a、8bは
アクチュエータ12により駆動されるロッド11によって開
閉され、エンジンが高負荷でかつ中速域または高速域に
あるときは開にし、低、中速域のときは閉とされる。た
だし、低、中負荷のときは、制御弁8a、8bを開にして、
吸気抵抗を減らした方が燃費上よいのでエンジン回転数
の如何を問わず開とされる。第3A図は制御弁8a、8bの開
閉領域をマップにして示している。この制御は、エンジ
ン回転数センサによりエンジン回転数を検出し、アクセ
ル開度センサ等によりエンジン負荷を検出し、これらの
信号をCPUに送って演算し、その出力によりアクチュエ
ータを駆動し、ロッド11を介して制御弁8a、8bを開閉す
ることにより行なう。
第4図は本考案のシステムを従来の第7図のシステムに
比較させて示してある。
制御弁8a、8bは、流れの圧力を弁が受けて弁の開閉制御
が乱されないようにバタフライバルブが用いられる。
つぎに上記実施例のシステムにおける作用について説明
する。
エンジン回転数センサとエンジン負荷センサによってエ
ンジン運転条件(機関回転速度、機関負荷)を検出し、
エンジンが高負荷でかつ中速域または高速域にあると
き、または低、中負荷のときはエンジン回転数の如何を
問わず制御弁8a、8bは開とされ、高負荷でかつ低、中高
速のときは閉とされる。
制御弁8a、8bが閉まっているときは、各第1の吸気管3
a、3b、3cおよび3d、3e、3fは各気筒群内で独立であ
り、第1の吸気管の吸気管長は吸気弁10から第1の吸気
管の集合部迄の距離l0となり、制御弁8a、8bが開いてい
るときは、短絡路9a、9bを通しても吸気は流れ、第1の
吸気管の吸気管長は吸気弁10から制御弁8a、8bまでの距
離l2に実質的に短縮される。そして、制御弁8a、8bが閉
まっているときは吸気管長l0(約600〜700mm)が有効に
効いて、エンジン速度ES−体積効率ηv特性のうち距離
l0によってあらわれるピークは、第3図の曲線(X)に
示すように、2,000rpm付近の低速域と4,000rpm付近の中
高速域にあらわれ、制御弁8a、8bが開いているときはピ
ークは第3図の曲線(Y)に示すように、エンジン高回
転側にずれてあらわれる。すなわち、ピークは3,000rpm
付近の中速域と5,000rpm付近の高速域にあらわれる。そ
して、両曲線X,Yが交叉する部位P1,P2,P3のエンジン
回転数で制御弁8a、8bの開閉を切替えることにより、第
3図の曲線(Z)の体積効率特性でエンジンを運転する
ことができる。そして、曲線Yのピークは曲線Xのピー
クより高回転側にあらわれるので、中速域の谷を埋める
とともに高回転域において高体積率が得られる領域がひ
ろがる。
ここで、本考案の連通では、吸気行程が重ならない気筒
同志を連通させるようになっているので、すなわち第1
の吸気管3a、3b、3cを互に連通させるとともに、第1の
吸気管3d、3e、3fを互に連通させるようになっているの
で、吸気行程が重なる気筒同志の吸気脈動干渉による吸
気負圧の低減がなく、大きな慣性効果が得られる。この
ため大きな吸気慣性効果により、高負荷、中および高速
域に高い体積効率が得られ、エンジンの低、中、中高、
高速の全回転域にわたって高い体積効率、出力性能の向
上が得られる。
〔考案の効果〕
本考案の多気筒内燃機関の可変吸気装置によれば、第1
の吸気管、第2の吸気管、短絡路、制御弁を設け、第1
の吸気管、第2の吸気管、短絡路を、制御弁が閉時には
低速域、中高速域に体積効率のピークがあらわれ制御弁
開時には中速域、高速域に体積効率のピークがあらわれ
るように設定し、制御弁を、高負荷時には中速域、高速
域で開にし低速域、中高速域で閉にし、低、中負荷時に
は機関回転速度に無関係に開にし、しかも気筒を互いに
吸気行程が重ならないもの同志を連通させるようにした
ので、高負荷時には全回転域において高体積効率が得ら
れ、低、中負荷速には良好な燃費を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例に係る多気筒内燃機関の可変
吸気装置の系統図、 第2図は第1図のII-II線に沿ってみた系統図、 第3図は本考案のエンジン速度−体積効率特性図、 第3A図は制御開閉領域図、 第4図は本考案の概略系統図、 第5図は従来のタイプIの吸気システムの系統図、 第6図は従来のタイプIIの吸気システムの系統図、 第7図は第6図のタイプの従来の可変吸気システムの系
統図、 第8図は従来のタイプIの体積効率特性図、 第9図は従来のタイプIIの体積効率特性図、 第10図は従来の第9図の可変吸気システムの体積効率特
性図、 第11図は各気筒の吸気行程関係図、 である。 3、3a、3b、3c、3d、3e、3f……第1の吸気管 4a、4b……容積部 5a、5b……第2の吸気管 6……ダクト 7……エアクリーナ 8a、8b……制御弁 9a、9b……短絡路

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】多気筒内燃機関の各気筒を吸気行程が重な
    らないよう気筒群に分割して各気筒群に属する各気筒を
    該気筒に接続される互に独立の複数の第1の吸気管によ
    ってそれぞれの気筒群に対して1つづつ設けられた第2
    の吸気管に接続して集合させ、各気筒群に対して設けら
    れた第2の吸気管を1つのダクトに接続して集合させ、
    該ダクトをエアクリーナに接続した多気筒内燃機関の吸
    気装置において、各気筒群に属する気筒に接続される前
    記複数の第1の吸気管の集合部を各第1の吸気管の途中
    に短絡路によって連通させ、該短絡路にそれぞれ制御弁
    を設け、前記第1の吸気管、第2の吸気管、短絡路を、
    前記制御弁が閉時には低速域、中高速域に体積効率のピ
    ークがあらわれ前記制御弁が開時には中速域、高速域に
    体積効率のピークがあらわれるように設定し、前記制御
    弁を、高負荷時には中速域および高速域で開にし低速域
    および中高速域で閉にし、低、中負荷時には機関回転速
    度に無関係に開にすることを特徴とする多気筒内燃機関
    の可変吸気装置。
JP1986011581U 1986-01-31 1986-01-31 多気筒内燃機関の可変吸気装置 Expired - Lifetime JPH0643464Y2 (ja)

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