JPH0726544B2

JPH0726544B2 - ４気筒エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0726544B2
Application number: JP60242007A
Authority: JP
Inventors: 光夫人見; 佳邦矢田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-10-29
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS62101823A

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（慣性効果）を利用して出力
の向上を図るようにした４気筒エンジンの吸気装置の改
良に関するものである。

（従来の技術）従来より、エンジンの吸気装置において、吸気通路内に
生じる吸気圧力振動を利用して、吸気弁が閉じる寸前に
正の吸気圧力波が吸気ポートに伝達されるように、吸気
圧力振動の周期と吸気弁の開閉周期とをマッチングさせ
ることにより、この正の圧力波が生じた空気が慣性によ
って燃焼室内に強制的に押し込まれて、吸気の充填効率
を高めるようにすること知られている。このような吸気
の動的効果としては、各気筒毎においてその吸気開始に
伴って生じる負の圧力波が吸気通路上流側の大気又は容
積部（例えばサージタンク等）への開口端で反射され正
の圧力波となって吸気ポート方向へ戻されることを利用
した慣性効果、及び吸気干渉を生じない気筒間における
吸気圧力振動が共振することを利用した共鳴効果があ
る。

ところで、多気筒エンジンにおいては、吸気行程が連続
し吸気弁の開弁期間がオーバラップする気筒同士が集合
する集合部では、吸気干渉によりほぼ一定の負圧に保持
されて圧力波の伝播を緩衝するダンピング機能を有する
ことから、吸気行程にある気筒の吸気通路内の吸気圧力
振動は実質的に気筒と上記集合部との間を圧力波が往復
伝播する振動となり、その固有振動数は上記集合部の位
置で決定される。また、吸気弁の開閉周期と吸気圧力振
動の周期とをマッチングさせることができるのは特定の
回転域に限られる。これらのことから、通常の吸気系構
造では上記慣性効果及び共鳴効果を全回転域に亘って発
揮させることができない。

そのため、従来、実開昭59−58736号公報に開示される
ように、６気筒エンジンにおいて、各気筒を吸気行程が
連続しない気筒群に分け、各気筒の吸気系を、互いに独
立した気筒別の独立吸気通路で気筒群別の合流部に合流
させ、該各気筒群別の合流部を互いに独立した気筒群別
の合流吸気通路で上記合流部より上流側で集合部に集合
させるように構成して、各気筒群において主に低回転域
で共鳴効果を得るようにするとともに、上記各気筒群別
の合流部を大きな容積の容積部として各気筒毎に主に高
回転域で慣性効果を得るようにする。さらに、上記気筒
群別の合流部上流側において、各気筒群別の合流部同士
を連通する連通部及び合流吸気通路の途中同士を連通す
る連通部を設け、該各連通部をエンジン回転数に応じて
開閉弁で開閉制御することにより、上記共鳴効果の発生
回転域を可変とし、よって上記の慣性効果及び共鳴効果
によって低回転から高回転までのほぼ全回転域に亘って
吸気充填効率を良好に高めて出力の向上を図るようにし
たものが提案されている。

（発明が解決しようとする課題）そこで、上記の考えを利用して、４気筒エンジンにおい
て共鳴効果と慣性効果とを発揮させて出力向上を図るこ
とが考えられる。しかし、４気筒エンジンの場合、吸気
行程の連続しない気筒群に共鳴は１回転当りの２回の吸
気弁開閉周期を持つ２気筒間で行われるため、共鳴点よ
り低回転側で各気筒群別の合流吸気通路が集合する集合
部による圧力波の反射、反転作用により慣性効果が得ら
れるものの、共鳴点では６気筒エンジン（３気筒間の共
鳴）の場合とは異なり、逆に負圧波となって吸気充填効
率を低下させるマイナス側に作用することになる（第６
図参照）。このため、４気筒エンジンの場合、共鳴効果
を利用して出方向上を図ることは困難であることを見い
出した。

本発明は、かかる点に着目してなされたもので、上記の
如く吸気行程の連続しない気筒群の吸気系による慣性効
果を低回転域で得ながら、上記の如きマイナス側共鳴作
用が生じないように気筒群別の合流吸気通路同士又は気
筒別の独立吸気通路の途中同士を連通しかつこの連通部
による圧力波の反射、反転作用により慣性効果を高回転
域で得ることにより、低回転域及び高回転域において吸
気の慣性効果を共に有効に発揮させて、広範囲の回転域
に亘って出力向上を図ることにある。

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、各気
筒を吸気行程が連続しない気筒群に分け、各気筒の吸気
系を、互いに独立した気筒別の独立吸気通路で気筒群別
の合流部に合流させ、該各気筒群別の合流部を互いに独
立した気筒群別の合流吸気通路で上記合流部より上流側
で集合部に集合させるように構成することを前提とす
る。

そして、このような吸気系において、上記各独立吸気通
路から合流吸気通路までは、吸気拡大室の形成されてい
ない略同じ断面積のものとし、上記各合流吸気通路もし
くは各独立吸気通路の相互を連通する連通部を設ける。

さらに、上記連通部に、少なくとも高負荷時、エンジン
回転数が設定値以下のときに閉じ、設定値以上になると
開く制御弁をその閉弁時に各合流吸気通路もしくは各独
立吸気通路に吸気拡大室が形成されないように設けると
ともに、上記連通部をその連通部長さの1/2が上記連通
部から集合部までの通路長さよりも短くなるように設定
する構成としたものである。

（作用）上記の構成により、本発明では、高出力が要求される少
なくとも高負荷時において、エンジン回転数が設定値以
下の低回転域では、制御弁の閉作動により連通部による
合流吸気通路相互間もしくは独立吸気通路相互間の連通
が遮断されている。このため、独立吸気通路及び合流吸
気通路の通路長さを所定長さに適切に設定すると、低回
転域において各気筒群における各気筒と集合部と間で慣
性効果を十分に発揮させることが可能である。

しかも、このとき、上記各独立吸気通路から合流吸気通
路までは、吸気拡大室の形成されていない略同じ断面積
のものとされ、制御弁が閉じた状態でも各独立吸気通路
もしくは各合流吸気通路に吸気拡大室が形成されないの
で、吸気圧力波の減衰部がなくなり、エンジンの低回転
域での出力を確実に向上させることができる。

一方、エンジン回転数が設定値以上となり、各気筒群で
マイナス側共鳴作用が生じる高回転域では、制御弁の開
作動により、合流吸気通路相互間もしくは独立吸気通路
相互間が連通部によって連通されることにより、上記マ
イナス側共鳴作用の発生はない。しかも、該連通部の中
間点で圧力波の反射、反転作用が得られ、かつ該連通部
の通路部長さの1/2（中間点までの通路長）が連通部か
ら集合部までの通路長さよりも短いことにより、高回転
域において各気筒毎に吸気行程で発生した負圧波が該連
通部で反射、反転して正圧波となって各気筒の吸気ポー
トに戻る慣性効果が有効に発揮されることになる。

以上のことから、制御弁の開閉により、マイナスの共鳴
点の発生を打ち消し、吸気拡大室のないコンパクトなレ
イアウトでもって、低回転から高回転までの広い回転域
に亘って吸気の充填効率が高められてエンジン出力の向
上が可能となる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図〜第３図は本発明を直列型の４気筒エンジンに適
用した場合の第１実施例を示し、第１図及び第２図はそ
の概略構造を、第３図は要部の縦断構造を示している。
同図において、1a〜1dはエンジン本体２内に直列状に形
成された第１〜第４気筒であって、その点火順序は第１
→第３→第４→第２の気筒順に行われる。この各気筒1a
〜1dにはそれぞれピストン３上方に燃焼室４が形成さ
れ、該燃焼室４には吸気ポート５及び排気ポート６が開
口しており、該吸気ポート５には吸気弁７が、排気ポー
ト６には排気弁８がそれぞれ各ポートを所定のタイミン
グで開閉するように配設されている。

上記各気筒1a〜1dは、吸気行程（点火順序）が連続しな
い第１及び第２気筒群A,Bに分けられ、第１気筒群Ａは
第１及び第４気筒1a,1dからなり、第２気筒群Ｂは第２
及び第３気筒1b,1cからなる。第１気筒群Ａにおける第
１及び第４気筒1a,1bの各吸気ポート５には、それぞれ
互いに独立した気筒別の第１及び第４独立吸気通路9a,9
bの下流端が連通接続され、これら第１及び第４独立吸
気通路9a,9bの上流端は気筒群別の第１合流部10Aに合流
されている。また、第２気筒群Ｂにおける第２及び第３
気筒1b,1cの各吸気ポート５には、それぞれ同じく互い
に独立した気筒別の第２及び第３独立吸気通路9b,9cの
下流端が連通接続され、これら第２及び第３独立吸気通
路9b,9cの上流端は気筒群別の第２合流部10Bに合流され
ている。さらに、上記第１合流部10Aには気筒群別の第
１合流吸気通路11Aの下流端が、また第２合流部部10Bに
は気筒群別の第２合流吸気通路11Bの下流端がそれぞれ
連通接続され、これら第１及び第２合流吸気通路11A,11
Bの上流端は上記合流部10A,10Bより上流側において集合
部12に集合され、該集合部12は共通吸気通路13を介して
大気に開口している。

上記各独立吸気通路9a〜9dは互いに同径、同通路長さl₁
に形成されているとともに、各合流吸気通路11A,11Bも
互いに同径、同通路長さl₂に形成されている。すなわ
ち、上記各独立吸気通路9a〜9dから各合流吸気通路11A,
11Bまで、詳しくは各独立吸気通路9a〜9dの下流端から
各合流吸気通路11A,11Bの上流端までの間は、吸気拡大
室が形成されていなくて略同じ断面積とされている。ま
た、集合部12は該集合部12で圧力波の反射、反転を十分
に行い得る容積を有する容積部（サージタンク）に形成
されている。以上の構成により、各気筒1a〜1dの吸気系
は、他の気筒と吸気干渉しない吸気通路の有効長として
気筒別の独立吸気通路9a〜9dと気筒群別の合流吸気通路
11A,11Bとからなる通路長さ（l₁＋l₂）を有していて、
低回転域で各気筒1a〜1dと集合部12との間で慣性効果を
発揮するように設定されている。また、上記各独立吸気
通路9a〜9dはエンジン本体２の気筒列方向と直角方向つ
まり側方に延びてそれぞれ気筒群別の合流部10A,10Bに
合流し、該各合流部10A,10Bから気筒群別の合流吸気通
路11A,11Bは上方に立上った後、気筒列方向と平行に後
方へ延びており、かつ各独立吸気通路9a〜9dの通路長さ
l₁は各合流吸気通路11A,11Bの通路長さl₂よりも短く設
定されていて、上記各気筒1a〜1dにおいて集合部12との
間で低回転域で慣性効果を発揮するための有効長（l₁＋
l₂）を確保するに当って、他の部材に干渉しないでコン
パクトなレイアウトになるようにしている。尚、14は共
通吸気通路13の上流端に設けられたエアクリーナ、15は
共通吸気通路13に配設され吸入空気量を検出するエアフ
ローメータ、16は各合流吸気通路11A,11Bに配設され互
いに連動して吸入空気量を制御するスロットル弁、17は
各独立吸気通路9a〜9dに配設され燃料を噴射供給する燃
料噴射弁である。

さらに、上記各合流部10A,10Bには、各合流部10A,10Bか
ら分岐する分岐孔18を介して合流部10A,10B相互間を連
通する連通路19が設けられている。上記連通路19は、そ
の通路長さl₃の1/2（連通路19の中間点までの長さ）が
合流吸気通路11A,11Bの通路長さl₂（つまり連通路19へ
の分岐孔18から集合部12までの通路長さ）よりも短くな
る（l₃/2＜l₂）ように設定されていて、上記各気筒1a〜
1dと集合部12との間での慣性効果発生回転域よりも高回
転側で、連通路19の中間点での圧力波の反射、反転作用
により各気筒1a〜1dと連通路19との間で慣性効果を発揮
するようにしている。

そして、上記各分岐孔18にはそれぞれ、分岐孔18を開閉
する、詳しくは圧力波の伝播を実質的に許容又は阻止し
得るように開閉する制御弁20が配設されており、これら
各制御弁20は、単一のバルブシャフト21に一体的に連動
可能に固定されていて、図示していないが、エンジン運
転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）を検出する
運転状態検出手段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、上記連通路19による合
流部10A,10B相互間の連通をエンジン運転状態に応じて
制御し、少なくともエンジン高負荷時においてエンジン
回転数が設定値以下の低回転域では閉じられ、エンジン
回転数が設定値以上となる高回転域では開かれるように
構成されている。このようなエンジン回転数に応じた制
御弁20の開閉作動は、少なくとも高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
は制御弁20が開状態又は閉状態に保たれるようにしても
よい。

次に、上記実施例の作用について述べるに、例えば高出
力が要求される高負荷時において、エンジン回転数が設
定値以下の低回転域では、各制御弁20が閉じていて、連
通路19による合流部10A,10B相互間の連通が遮断されて
いる。この状態では、第１気筒群Ａの第１及び第４気筒
1a,1b、並びに第２気筒群Ｂの第２及び第３気筒1b,1cに
おいては、その吸気系として気筒別の各独立吸気通路9a
〜9dと気筒群別の合流吸気通路11A,11Bとからなる通路
つまり各気筒1a〜1dから集合部12に至る通路が気筒間の
吸気干渉を生じない吸気系を構成し、しかもこの通路長
さ（l₁＋l₂）は比較的長くてその個有振動数が低回転域
での吸気弁７の開閉周期にマッチングすることから、低
回転域で上記各気筒1a〜1dと集合部12との間で各気筒1a
〜1d毎に慣性効果が有効に得られて吸気充填効率が高め
られる。

この際、各独立吸気通路9a〜9dから合流吸気通路11A,11
Bまでは、吸気拡大室の形成されていない略同じ断面積
とされ、連通路19への各分岐孔18に制御弁20が配設され
ているので、この各制御弁20が閉じた状態では、各独立
吸気通路9a〜9dから合流吸気通路11A,11Bまでの間に吸
気圧力波の減衰部が全くなくなることとなり、よって、
吸気拡大室のないコンパクトなレイアウトで、上記慣性
効果をさらに高めてエンジン出力を向上させることがで
きる。

一方、エンジン回転数が設定値以上となる高回転域で
は、上記気筒群別の吸気系ではマイナス側の共鳴作用が
生じるが、その際には、各制御弁20が開いて、連通路19
により合流部10A,10B相互間が連通することにより、上
記マイナス側共鳴作用の発生はない。しかも、この状態
では、各気筒1a〜1dの吸気行程で生じる負圧波が上記連
通路19の中間点で反射、反射されて正圧波が各気筒1a〜
1dの吸気ポート５に伝播されるという慣性効果が得ら
れ、かつ上記連通路19の通路長さl₃の1/2が合流吸気通
路11A,11Bの通路長さl₂（分岐孔18から集合部12までの
通路長さ）よりも短いことから、この負圧波及びその反
射波（正圧波）の伝播に供される通路長さ（l₁＋l₃/2）
が短くなってその吸気圧力振動周期が高回転域での吸気
弁７の開閉周期にマッチングするので、高回転域で各気
筒1a〜1d毎に慣性効果が有効に得られて吸気充填効率が
高められる。しかも、この高回転域では、吸気行程が等
間隔（360゜毎）に行われる同じ気筒群Ａ（又はＢ）内
の他の気筒から伝播する圧力波も有効に作用することに
なり、この気筒間の圧力伝播により高回転域での吸気充
填効率が大幅に高められる。

したがって、第６図に示すように、少なくとも高負荷時
に、上記低回転域の慣性効果（実線で示す）と高回転域
の慣性効果（破線で示す）とが得られる各回転数の中間
回転数に相当する上述の設定回転数N₁を境に、これより
低回転側で制御弁20を閉じ、これより高回転側で制御弁
20を開くようにすることにより、低回転から高回転まで
の広い回転域に亘って出力トルクを向上させることがで
きる。

ここで、上記第６図の特性について詳述するに、制御弁
20が閉じているときの出力ピーク（慣性同調）の回転数
Na（rpm）は、 Na＝（θ/6）・ｆ［但し、θ：吸気弁の有効開弁期間（deg）、f:圧力波
反転部下流の吸気系（つまり集合部12までの吸気系）の
個有振動数（Hz）］で求められる。また、制御弁20が閉じているときの出力
の谷部（共鳴）の回転数Nb（rpm）は、 Nb＝60・ｆで求められる。従って、制御弁20を閉から開にする上記
設定回転数N₁は、Na＜N₁＜Nbの範囲内に設定すればよ
い。

また、上記制御弁20の開閉は、必ずしも実施例のように
設定回転数以下の全回転域で閉じ、それ以上の全回転域
で開くものでなくてもよい。即ち、吸気系の構造や使用
回転域によっては、第６図の回転域のより低回転側或い
はより高回転側で制御弁の閉と開とのトルク特性の逆転
が起り得る。そのような領域では、トルク特性の高い方
の制御弁を開或いは閉にすることによって乗り換えれば
良い。

（他の実施例）第４図及び第５図は本発明の第２実施例を示し（第１実
施例と同一部分については同一の符号を付してその説明
を省略する）、上記第１実施例では合流部10A,10B相互
間を連通路19で連通したのに代え、各独立吸気通路9a〜
9d相互間を連通路19′で連通したものである。すなわ
ち、各独立吸気通路9a〜9dの途中から分岐して独立吸気
通路9a〜9d相互間を連通する連通路19′を設け、各独立
吸気通路9a〜9dの連通路19′への各分岐孔18′に、少な
くとも高負荷時、エンジン回転数が設定値以下のときに
閉じ、エンジン回転数が設定値以上となると開く制御弁
20を設けたものである。

本例においても、上記第１実施例と同様に、少なくとも
高負荷時に低回転域及び高回転域で慣性効果が得られて
全回転域で出力の向上を図ることができる。そして、こ
の場合、連通路19′による連通位置が各独立吸気通路9a
〜9dの途中に移ったので、第１実施例に較べて各気筒1a
〜1dと連通路19′との通路長さが短くなって高回転域で
の慣性効果の発生域が高回転側へ移ることになる。ま
た、高回転域では他の気筒から伝播する圧力波も連通路
19′を介して有効に作用して高回転域での吸気充填効率
が一層向上する。また、連通路19′による連通は、本例
の如く４つの全独立吸気通路9a/9d相互間を１つの連通
路19′で連通するほか、各気筒群毎に第１と第４の独立
吸気通路9a,9d同士、及び第２と第３の独立吸気通路9b,
9c同士をそれぞれ連通路で連通するようにしてもよく、
同様に慣性効果を十分にかつ有効に発揮でき好ましい
が、吸気行程が連続する気筒の独立吸気通路間の連通で
あっても、各連通路で圧力波の反射、反転作用が一応得
られて慣性効果を発揮し得る。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の４気筒エンジンの吸気装
置によれば、吸気行程が連続しない気筒群の吸気系を気
筒別の独立吸気通路と気筒群別の合流吸気通路で構成し
て低回転域で慣性効果を有効に発揮させる一方、上記各
独立吸気通路から合流吸気通路までを吸気拡大室の形成
されていない略同じ断面積のものとし、合流吸気通路相
互間もしくは独立吸気通路相互間を所定長さの連通部に
よって少なくとも高負荷時に高回転域で連通させて、気
筒群におけるマイナス側共鳴作用を発生させることなく
上記連通路による圧力波の反射、反転作用によって慣性
効果を有効に発揮させるようにしたので、吸気系のコン
パクトなレイアウトでもって、高出力が要求される高負
荷時において低回転から高回転までの広い領域に亘って
出力を有効かつ十分に向上させることができる。

【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〜第３図は第１
実施例を示し、第１図及び第２図はそれぞれ全体概略構
成を示す斜視図及び模式平面図、第３図は要部の縦断側
面図である。第４図及び第５図は第２実施例を示し、第
４図はその全体概略構成の斜視図、第５図は模式平面図
である。第６図は本発明により得られるエンジン回転数
に対する出力トルク特性を示す図である。 1a〜1d……気筒、9a〜9d……独立吸気通路、10A……第
１合流部、10B……第２合流部、11A……第１合流吸気通
路、11B……第２合流吸気通路、12……集合部、13……
共通吸気通路、18,18′……分岐孔、19,19′……連通
路、20……制御弁、Ａ……第１気筒群、Ｂ……第２気筒
群。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各気筒を吸気行程が連続しない気筒群に分
け、各気筒の吸気系を、互いに独立した気筒別の独立吸
気通路で気筒群別の合流部に合流させ、該各気筒群別の
合流部を互いに独立した気筒群別の合流吸気通路で上記
合流部より上流側で集合部に集合させるように構成した
４気筒エンジンの吸気装置において、上記各独立吸気通路から合流吸気通路までは、吸気拡大
室の形成されていない略同じ断面積のものとされ、上記各合流吸気通路もしくは各独立吸気通路の相互を連
通する連通部を設け、上記連通部に、少なくとも高負荷時、エンジン回転数が
設定値以下のときに閉じ、設定値以上になると開く制御
弁をその閉弁時に各合流吸気通路もしくは各独立吸気通
路に吸気拡大室が形成されないように設けるとともに、上記連通部をその通路部長さの1/2が上記連通部から集
合部までの通路長さよりも短くなるように設定したこと
を特徴とする４気筒エンジンの吸気装置。