JPH073175B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、多気筒エンジンにおいて吸気の動的効果（慣
性効果又は共鳴効果）を利用して出力の向上を図るよう
にした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は知られている。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、吸気干渉により略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、その個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、多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集合部まで延ば
し、該各気筒群別の集合部を互いに独立した気筒群別の
共通吸気通路で上記集合部より上流側で集合させるよう
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、上記各気筒群別の集合部を
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、上記気筒群別の集合
部上流側において、各気筒群別の集合部同士を連通する
連通部及び共通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略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） しかるに、上記提案のものでは、高回転域で慣性効果を
得るべく気筒群別の集合部の容積を大きくしておくと、
低回転域における圧力波が該集合部で減衰されて共鳴効
果を十分に発揮でないという問題がある。さりとて、上
記気筒群別の集合部容積を上記圧力波の減衰が生じない
程度の妥当な大きさにすると、上記の共鳴効果は良好に
得られるものの、該集合部において圧力波の反射、反転
が十分に行われず、高回転域での慣性効果を十分に発揮
できないことになる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、各気筒の独立吸気通路をその途中から分
岐させて相互に連通させるようにすると、この連通部で
圧力波の反転作用が起って慣性効果が得られることに着
目し、これに基づいて低回転域及び高回転域において吸
気の動的効果（慣性効果又は共鳴効果）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
の集合部まで延ばし、該各気筒群別の集合部を互いに独
立した気筒群別の共通吸気通路で上記集合部より上流側
で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、上記独立吸気通路
の途中から分岐して各気筒群の独立吸気通路同士のみを
相互に連通する連通部を設ける。

さらに、各独立吸気通路の連通部への各分岐部に、少な
くともエンジンの高負荷時、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設け
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、気筒群での独立吸気通路相互間の連通が遮断されて
いる。このため、気筒群別の集合部の容積を圧力波の減
衰が生じない程度の大きさにしておくと、例えば各気筒
群の吸気系において共鳴効果が十分に発揮されることに
なる。

一方、エンジン回転数が設定値以上の高回転域では、制
御弁の開作動により、各気筒群での独立吸気通路同士の
みが連通部によって相互に連通される。これにより、各
気筒の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ことに
より、各気筒毎に慣性効果が有効に発揮されることにな
る。このとき、各気筒群の独立吸気通路同士のみが連通
部により相互に連通されているので、吸気行程が連続し
ない各気筒群の２つ以上の気筒の独立吸気通路相互間を
連通して、連通部での圧力波の反転作用を十分に得るこ
とができる。以上のことから、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出力の
向上が可能となる。

尚、上記気筒群別の集合部の容積を大きくして上記の共
鳴効果をある程度犠牲にした場合には、制御弁が閉じて
いる設定回転数以下の領域において、上記共鳴効果が発
生する回転域よりも高い回転域で上記集合部での圧力波
の反射、反転作用による慣性効果が得られて、例えば低
・中・高の３つの回転域で出力向上を図ることができ
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６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〜1fはエンジン本体２内に直列状に形成
された第１〜第６気筒であって、その点火順序は第１→
第４→第２→第６→第３→第５の気筒順に行われる。こ
の各気筒1a〜1f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及び排気ボー
ド６が開口しており、該吸気ポート５には吸気弁７が、
また排気ポート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するように配設されている。

上記各気筒1a〜ｆ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、第２及び第３気筒1a〜1cからなり、第２気筒群Ｂ
は第４、第５及び第６気筒1d〜1fからなる。第１気筒群
Ａにおける第１〜第３気筒1a〜1cの各吸気ポート５に
は、互いに独立した気筒別の第１〜第３独立吸気通路9a
〜9cの下流端が連通接続され、これら第１〜第３独立吸
気通路9a〜9cの上流端は気筒群別の第１集合部10Aに集
合されている。また、第２気筒群Ｂにおける第４〜第６
気筒1d〜1fの各吸気ポート５には、同じく互いに独立し
た気筒別の第４〜第６独立吸気通路9d〜9fの下流端が連
通接続され、これら第４〜第６独立吸気通路9d〜9fの上
流端は気筒群別の第２集合部10Bに集合されている。さ
らに、上記第１集合部10Aには気筒群別の第１共通吸気
通路11Aの下流端が、また第２集合部10Bには気筒群別の
第２共通吸気通路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共通吸気通路11A,11Bの上流端
は上記集合部10A,10Bより上流側において主集合部12に
集合され、該主集合部12は主吸気通路13を介して大気に
開口している。そして、上記各独立吸気通路9a〜9fは同
径、同通路長さに形成されているとともに、各共通吸気
通路11A,11Bも同径、同通路長さに形成されている。ま
た、気筒群別の第１及び第２集合部10A,10Bはそれぞれ
管状に形成されていて、該各集合部10A,10Bで圧力波の
減衰が生じない程度の容積に設定されている。以上の構
成により、各気筒1a〜1f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〜9fと気筒群別の集合部10A,10Bと気筒群別の共通吸
気通路11A,11Bとからなる通路を有していて、各気筒群
において共鳴効果を発揮するように構成されている。

さらに、上記第１気筒群Ａにおける第１〜第３独立吸気
通路9a〜9cの途中箇所には、第１〜第３の各独立吸気通
路9a〜9cから分岐する分岐孔14を介して第１気筒群Ａに
おける第１〜第３独立吸気通路9a〜9c同士のみを相互に
連通する第１連通部15Aが設けられている。また、同じ
く、第２気筒群Ｂにおける第４〜第６独立吸気通路9d〜
9fの途中箇所には、第４〜第６の各独立吸気通路9d〜9f
から分岐する分岐孔14を介して第２気筒群Ｂにおける第
４〜第６独立吸気通路9d〜9f同士のみを相互に連通する
第２連通部15Bが設けられている。尚、上記各独立吸気
通路9a〜9fの連通部分分岐箇所は略同一位置であって、
該各連通分岐箇所から各気筒1a〜1fまでの通路長はそれ
ぞれ略同一長さに設定されている。

そして、上記各分岐孔14にはそれぞれ、分岐孔14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16が配設されており、これら
各制御弁16は、単一のバルブシャフト17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、上記第１連通部15Aに
よる第１〜第３独立吸気通路9a〜9c相互間の連通及び第
２連通部15Bによる第４〜第６独立吸気通路9a〜9f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16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16が開状
態又は閉状態に保たれるようにしてもよい。

尚、18は各独立吸気通路9a〜9fの連通部分岐箇所より下
流に設けられた燃料噴射弁である。

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16が閉じていて、第
１連通部15Aによる第１〜第３独立吸気通路9a〜9c相互
間の連通及び第２連通部15Bによる第４〜第６独立吸気
通路9d〜9f相互間の連通がそれぞれ遮断されている。こ
の状態では、第１気筒群Ａの第１〜第３気筒1a〜1c及び
第２気筒群Ｂの第４〜第６気筒1d〜1f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〜9fと気筒群別
の各集合部10A,10Bと気筒群別の各共通吸気通路11A,11B
とからなる通路つまり各気筒1a〜1fから主集合部12に至
る通路が気筒間の吸気干渉を生じない共鳴吸気系を構成
し、しかもこの通路長さ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、低回転域で上記共鳴吸気系により共鳴効果が有
効に得られて吸気充填効率が高められる。その際、上記
共鳴吸気系の一部を構成する気筒群別の各集合部10A,10
Bは、圧力波の伝播時その減衰が生じない程度の容積に
設定されているので、上記共鳴効果を十分に発揮させる
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、各制御弁16が開いて、第１連通部15Aにより第１〜
第３独立吸気通路9a〜9c相互間が連通し、第２連通部15
Bにより第４〜第６独立吸気通路9d〜9f相互間が連通し
ている。この状態では、各気筒1a〜1fの吸気行程で生じ
る負圧波が上記連通部15A又は15Bで反射、反転されて正
圧波が各気筒1a〜1f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
チングすることから、高回転域で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、各連通部15A,15Bにより、吸気行程が等間隔（240
°毎）に行われる気筒の独立吸気通路9a〜9c又は9d〜9f
相互間のみが連通されているので、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上記連通部15A
（又は15B）を介して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、上記低回転域の共鳴効果（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16を閉じ、これより高回転側で制御弁
16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。

尚、上記実施例では、気筒群別の各集合部10A,10Bの容
積を圧力波の減衰が生じない程度の大きさにしたが、圧
力波の反射、反転が生じる程度に大きくしてもよい。こ
の場合には、第７図に示すように、低回転域において実
線で示す如く上述の共鳴効果は上記集合部10A,10Bによ
る圧力波の減衰によって幾分低下するものの、この共鳴
効果の生じる回転域よりも高い回転側で上記集合部10A,
10Bでの圧力波の反射、反転による慣性効果が得られ
て、中回転域での出力が向上する。尚、高回転域では上
述と同様の慣性効果が得られる。

尚、第１図で仮想線で示す如く、気筒群別の第１と第２
との共通吸気通路11A,11Bの途中同士を連通部19で連通
し、かつ該連通部19をエンジン運転状態に応じて開閉弁
（図示せず）で開閉制御するようにした共鳴効果可変機
構を設けて、共鳴効果が発生する回転域を高回転側へ移
行させるようにしてもよい。

また、第４図に示すように、６つの気筒1a〜1fにおい
て、吸気行程の連続しない第１気筒1aと第２気筒1bとの
独立吸気通路9a,9b相互間を第１連通部15′Ａで、また
同様の第３気筒1cと第４気筒1dとの独立吸気通路9c,9d
相互間を第２連通部15′Ｂで、さらに第５気筒1eと第６
気筒1fとの独立吸気通路9e,9f相互間を第３連通部15′
Ｃでそれぞれ連通するようにしてもよい。

第５図はＶ型６気筒エンジンに適用した場合の第２実施
例を示し、このＶ型６気筒エンジンの場合、一方のバン
ク側に第１、第３及び第５気筒1a,1c,1eが、また他方の
バンク側に第２、第４及び第６気筒1b,1d,1fがそれぞれ
設けられていて、その点火順序は第１→第２→第３→第
４→第５→第６の気筒順に行われるので、第１、第３及
び第５気筒1a,1c,1eによって吸気行程の連続しない第１
気筒群Ａを構成し、第２、第４及び第６気筒1b,1d,1fに
よって吸気行程の連続しない第２気筒群Ｂを構成してい
る。そして、第１気筒群Ａの各気筒1a,1c,1eはそれぞれ
気筒別の独立吸気通路9a,9c,9eを介して気筒群別の第１
集合部10Aに集合され、また第２気筒群Ｂの各気筒1b,1
d,1fは同じくそれぞれ気筒別の独立吸気通路9b,9d,9fを
介して気筒群別の第２集合部10Bに集合され、さらに上
記各集合部10A,10Bがそれぞれ気筒群別の第１及び第２
共通吸気通路11A,11Bを介して該集合部10A,10Bより上流
側の主集合部12に集合されて、各気筒1a〜1fの吸気系が
構成されている。

このような吸気系において、第１気筒群Ａにおける第
１、第３及び第５気筒1a,1c,1eに連通する第１、第３及
び第５独立吸気通路9a,9c,9eの途中から分岐してこれら
第１、第３及び第５独立吸気通路9a,9c,9e同士を相互に
連通する第１連通部15Aを、また第２気筒群Ｂにおける
第２、第４及び第６気筒1b,1d,1fに連通する第２、第４
及び第６独立吸気通路9b,9d,9fの途中から分岐して該第
２、第４及び第６独立吸気通路9b,9d,9f同士を相互に連
通する第２連通部15Bをそれぞれ両バンクに沿って設け
るとともに、各独立吸気通路9a〜9fの対応する各連通部
15A,15Bへの分岐孔14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16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での共鳴効果と高回転域での慣性効
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。

尚、制御弁16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図や第７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
転が起こり得る。そのような領域では、トルク特性の高
い方に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。

また、以上の説明では、６気筒エンジンの場合について
述べたが、本発明は４気筒その他の多気筒のエンジンに
対しても同様に適用できる。例えば、４気筒エンジンの
場合には、低回転域及び高回転域で共に慣性効果によっ
て出力の向上が図られることになる。

さらにまた、各気筒を吸気行程の連続しない気筒群に分
ける分け方としては、上記実施例の如く２つに限らず、
３つ以上に分けてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の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集合部及び共通吸気流路で構
成して低回転域で共鳴効果又は慣性効果を有効に発揮さ
せる一方、上記下流側吸気系としての気筒群毎の独立吸
気通路同士のみを相互に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慣性効果を有効に発揮させ
るようにしたので、高出力が要求される高負荷時におい
ても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
成を示す模式平面図及び模式斜視図、第３図は第１図の
III-III線断面図である。第４図は連通部構造の変形例
を示す第２図相当図である。第５図は第２実施例の全体
概略構成を示す模式平面図である。第６図及び第７図は
それぞれ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〜1f……気筒、9a〜9f……独立吸気通路、10A……第
１集合部、10B……第２集合部、11A……第１共通吸気通
路、11B……第２共通吸気通路、14……分岐孔、15A,1
5′Ａ……第１連通部、15B,15′Ｂ……第２連通部、1
5′Ｃ…………第３連通部、16……制御弁、Ａ……第１
気筒群、Ｂ……第２気筒群。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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集合部まで延ばし、該各気筒群別の
   集合部を互いに独立した気筒群別の共通吸気通路で上記
   集合部より上流側で集合させるように構成したエンジン
   の吸気装置において、 上記独立吸気通路の途中から分岐して各気筒群の独立吸
   気通路同士のみを相互に連通する連通部を設け、 各独立吸気通路の連通部への各分岐部に、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設けたことを特徴とする
   エンジンの吸気装置。