JPH0733773B2

JPH0733773B2 - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0733773B2
Application number: JP62099474A
Authority: JP
Inventors: 光夫人見; 昭則山下; 敏彦服部; 泰浩楪
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-04-21
Filing date: 1987-04-21
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPS63263218A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は共鳴効果によって吸気の充填効率を高めるよう
にしたエンジンの吸気装置に関するものである。

（従来技術）従来から、吸気の動的効果によって充填効率を高めるよ
うにしたエンジンの吸気装置は種々知られている。例え
ば、特公昭60−14169号公報に示された装置では、多気
筒エンジンにおいて、吸気順序が連続しない気筒を同一
グループとする２グループの気筒群にそれぞれ接続され
た２つの吸気通路を設け、この各吸気通路をそれぞれ、
吸気マニホールドブランチの上流端が接続された拡大室
（容積大の集合室）と、この拡大室から上流に延びる共
鳴通路とを備えて構成するとともに、上記拡大室等に、
上記各吸気通路相互を連通遮断可能とする切替装置を設
け、各吸気通路の上流端を上流側集合室に接続してい
る。この装置によると、上記切替装置が上記各吸気通路
相互を遮断した状態にあるときは、上流側集合室で反転
して反射される吸気圧力波により、エンジン回転数が比
較的低い領域で慣性過給効果が得られ、上記切替装置が
上記各吸気通路を連通する状態となったときは、圧力波
の反転反射位置が吸気ポートに近づけられることによ
り、エンジン回転数が比較的高い領域で慣性過給効果が
得られる。

ところが、この吸気装置によると、吸気マニホールドブ
ランチ部が集合する部分に大きな容積の拡大室が設けら
れているため、吸気系が大型化し、自動車に搭載する場
合に大きな設置スペースが必要となる等の不都合があ
る。

また、Ｖ型エンジンにおいては、例えば特開昭59−565
号公報に見られるように、両バンク間の空間に、ブラン
チ部に相当する湾曲した個々の吸気通路と、この個々の
吸気通路に連通した拡大室に相当する空間とを有する吸
気マニホールドを配置することにより、慣性過給効果を
もたせつつ、全体の小型化を図るようにしたものがあ
る。しかしこの構造によっても、両バンク間に配置され
た吸気マニホールドに、ブランチ部に通じる拡大室が設
けられているため、吸気マニホールドがバンク上端より
上方に相当量突出することは避けられず、このためエン
ジン全体の高さが大きくなり、自動車に搭載する場合、
ボンネット高さを低く抑えることが困難となる。

つまり、これら従来装置のように吸気マニホールドブラ
ンチ部を拡大室に接続する構造によると、コンパクト化
（特に高さの低減）には限界がある。このため、上記拡
大室を廃止し、例えば、吸気順序が連続しない気筒を同
一グループとする２つの気筒グループの各吸気ポートに
それぞれ、拡大室を有しない２つのパイプ状の吸気通路
を、短い枝管を介して接続し、この両吸気通路を上流側
適宜箇所で集合させてこの部分で圧力波を反転反射させ
るようにすることが考えられる。しかしこの場合、吸気
ポートと圧力波反転反射部との間の圧力波伝播経路の長
さに気筒毎の較差が生じ、とくに高速域での過給効果を
期待して上記吸気通路を短くすると、相対的に上記較差
が大きくなって、各気筒に対する圧力波の作用にアンバ
ランスが生じるため、各気筒に充分な過給効果を及ぼす
ことが困難になる。

（発明の目的）本発明は上記の事情に鑑み、拡大室を不要にしつつ効果
的に充填効率を高めることができ、とくに吸気系を充分
にコンパクト化し、しかも動的効果を増大させることが
できるエンジンの吸気装置を提供するものである。

（発明の構成）本発明の装置は、各気筒の吸気ポートに通じる吸気通路
に、各吸気ポートとの間に拡大室を有せずに各吸気ポー
トから伝播する圧力波を周回させるように環状に形成さ
れた共鳴用環状通路を設け、この共鳴用環状通路の吸気
流通経路以外の部分を吸気流通経路よりも細く形成した
ものである。

この構成によると、上記共鳴用環状通路を通って伝播す
る圧力波により各気筒間で共鳴効果が得られる。そして
このよう共鳴用環状通路を設けた場合に、この共鳴用環
状通路には、圧力波の伝播経路とはなるが吸気の流通経
路とはならない部分が存在するので、この部分の通路面
積を相対的に細くすることにより、吸気の流通に支障を
きたすことなく、共鳴用環状通路のコンパクト化と、吸
気圧力波の強化が図られる。

（実施例）第１図および第２図は本発明の装置をＶ型６気筒エンジ
ンに適用した場合の一実施例を示しており、Ｖ型エンジ
ンの一方のバンク１には、１番、２番、３番の３つの気
筒3a,3b,3cが設けられ、他方のバンク２には、４番、５
番、６番の３つの気筒3d,3e,3fが設けられている。各気
筒の点火順序（吸気順序）は、例えば、１番気筒3a→４
番気筒3d→２番気筒3b→５番気筒3e→３番気筒3c→６番
気筒3fとされて、一方のバンク１における各気筒3a〜3c
が吸気順序の連続しない第１気筒グループを構成し、他
方のバンク２における各気筒3d〜3fが吸気順序の連続し
ない第２気筒グループを構成している。各気筒3a〜3fに
はそれぞれ吸気ポート4a〜4fおよび排気ポート5a〜5fが
配設されており、これら吸気ポート4a〜4fおよび排気ポ
ート5a〜5fは、図外の吸気弁および排気弁によってそれ
ぞれ所定のタイミングで開閉される。

上記各気筒の吸気ポート4a〜4fは、拡大室を有しない共
鳴用環状通路６に接続され、この共鳴用環状通路６が、
エアクリーナ８およびスロットル弁９を介して吸気を導
入する共通吸気通路７に接続されている。

上記共鳴用環状通路６は、第１気筒グループの各吸気ポ
ート4a〜4cに短い枝管10a〜10cを介して通じる通路6a、
および第２気筒グループの各吸気ポート4d〜4fに短い枝
管10d〜10fを介して通じる通路6bが、それぞれ上流側と
下流側の二方向に延び、共通吸気通路７に接続される上
記側端部と下流側端部とで互いに連なることにより、環
状をなしている。

この共鳴用環状通路６の吸気流通経路以外の部分は、吸
気流通経路となる部分と比べて細く形成されている。つ
まり、当実施例の場合、共鳴用環状通路６において、第
１気筒グループの各吸気ポート4a〜4cおよび第２気筒グ
ループの各吸気ポート4d〜4fがそれぞれ接続された部分
と、その上流の気筒グループ間連通部分（通路6a,6bが
上流側に延びて互いに連なる部分）とは、共通吸気通路
７から各気筒3a〜3fに導入される吸気が通過する吸気流
通経路となるが、気筒グループ間の下流側連通部分（通
路6a,6bが下流側に延びて互い連なる部分）6cは吸気流
通経路から外れていて、ほとんど吸気が流れない。そこ
で、上記の吸気流通経路となる部分は吸気抵抗を小さく
して吸気流通量を確保するに必要な通路面積S₁を有する
ように形成され、一方、上記下流側連通部分6cは、吸気
流通経路となる部分よりも小さな通路面積S₂に形成され
ている。

このような吸気系をＶ型エンジンに組込む場合の具体的
構造としては、第２図のように、両バンク1,2間の空間
部において、共鳴用環状通路６を構成する上記通路6a,6
bが互いに平行に気筒配列方向に沿って延び、エンジン
本体の前後両側において互いに連なるように配置され
る。そして、共鳴用環状通路６の上流側部分および下流
側部分はエンジン本体の前後両側において適宜折曲げら
れ、例えば、共鳴用環状通路６の上流側部分は片側のバ
ンク２の端部に沿って折曲げられて、バンク２外側部で
共通吸気通路７に接続され、共鳴用環状通路６の下流側
連通部分6cは上側に折返される。このようにして、エン
ジン全高を高くせず、かつ、エンジンの前後方向等にも
大きく突出することなく、共鳴用環状通路６等がコンパ
クトにエンジン本体に組込まれることとなる。この場
合、共鳴用環状通路６の吸気流通経路以外の部分（上記
下流側連通部分6c）を細く形成しておくことにより、共
鳴用環状通路６が充分にコンパクトになる。

この実施例の装置による場合の作用を、第３図を参照し
て説明する。

吸気順序が連続しない同一気筒グループの各吸気ポート
付近、例えば第１気筒グループの各吸気ポート4a〜4c付
近には、第１気筒グループの各気筒の作動によりそれぞ
れの吸気行程途中で負圧となって吸気行程終期に正圧と
なる基本的圧力振動（第３図の線Ａ）が生じる。ある気
筒の吸気ポート付近に生じた圧力波は、その吸気ポート
から上流側と下流側の二方向に分かれてそれぞれ共鳴用
環状通路６を周回するように伝播し、共鳴用環状通路６
をほぼ一周して同一グループの他の気筒の吸気ポートに
作用する。この場合、共鳴用環状通路６は拡大室を有し
ないので、圧力波は反転することなく伝播される。

そして、圧力波が共鳴用環状通路６をほぼ一周する時間
と上記の基本的圧力振動の周期τとが一致する状態とな
ったとき、すなわち共鳴用環状通路６全体の長さＬ（枝
管容積などの影響も考慮した等価管長）と上記周期τと
の関係が τ＝L/a …… a:音速となったときは、第３図に矢印で示すように１番気筒3a
に生じて共鳴用環状通路６を伝播した圧力波が２番気筒
3bに生じた圧力波と重なり、同様にして２番気筒3bから
伝播した圧力波が３番気筒3cに生じる圧力波と重なり、
３番気筒3cから伝播した圧力波が１番気筒3aに生じる圧
力波と重なる。こうして、第１気筒グループの気筒相互
間で圧力波が共振して第３図に線Ｂで示すように圧力振
動が強められ、同様に第２気筒グループの気筒相互間で
も共振が生じて圧力振動が強められる。この共鳴効果に
より、各気筒の充填効率が高められることとなる。

なお、第３図では、同一気筒グループにおいて生じる圧
力振動の１つの圧力波が次の圧力波に重なるように伝播
する基本的共振状態を示したが、圧力波が１つおきや２
つおきの圧力波に重なるように伝播するときにも共振状
態が得られ、従って、上記の基本的共振状態が得られる
エンジン回転数の整数倍のエンジン回転数でも共振状態
が得られる。

このように上記共鳴用環状通路６によって共鳴効果をも
たせた本発明の吸気装置によると、下流側連通経路を設
けずに上流側に圧力反転部を有する構造とした場合と比
べ、高速域での充填効率向上に有利となる。

つまり、第１気筒グループの各吸気ポートに通じる通路
と第２気筒グループの各吸気ポートに通じる通路とを上
流側にのみ延ばした状態でこの両通路の集合部を圧力反
転部とする構造とした場合、上記集合部で負圧から正圧
に反転して反射された圧力波が自気筒に作用して吸気行
程終期の圧力を強める状態となったときに充填効率が高
められ、このときの圧力振動の周期τと吸気ポートから
集合部までの通路長さＬ′（等価管長）との関係はτ/2
＝2L′/a …… となる。そして、上記圧力振動の周期τはエンジン回転
数が高くなるにつれて短くなるので、高速域で過給効果
を高めるには上記通路長さを短く設定する必要がある
が、各気筒の吸気ポートから通路集合部までの通路長さ
には、気筒相互の吸気ポート間長さ分の較差があり、集
合部までの通路長さを短くする程、相対的に上記較差が
大きくなり、各気筒に作用する圧力波のアンバランスが
大きくなるため、全体的な充填効率を高めることは困難
となる。

これに対し、当実施例の装置によると、前記式が成立
するときに共鳴効果が得られ、この式と式とを比べ
ると、圧力振動の周期τが同じであれば、共鳴用環状通
路６全体の等価管長Ｌは前記式による場合の等価管長
Ｌ′の４倍となり、高速域でも、気筒毎の圧力波伝播経
路の較差が相対的に小さいので、各気筒に作用する圧力
波のアンバランスが小さくなる。従って、高速域で有効
に充填効率を高めることができる。

また、上記共鳴用環状通路６において、吸気流通経路以
外の部分である前記下流側連通部分6cが細く形成されて
いることにより、充填効率がより一層高められる。つま
り、一般に圧力波が通路を通して伝播されるとき、ある
程度までは通路面積が小さくなるほど圧力波が強められ
る傾向がある。ただし、圧力波が伝播される上記共鳴用
環状通路６のうちで、吸気の流通経路ともなる部分を細
くすると吸気通路抵抗が増大して吸気の導入が阻害され
る。そこで、吸気流通経路以外の部分を細くしておくこ
とにより、吸気の流通に支障をきたすことなく圧力波が
強められ、有効に共鳴効果が高められることとなる。実
際に、上記下流側連通部分6cを細くした場合と共鳴用環
状通路６全体を一定径とした場合とについて各種エンジ
ン回転数での平均有効圧力を調べると、共鳴用環状通路
６全体を50mmの一定径（通路長さは約880mm）とした場
合には、第４図に破線Ｃでつないだ値となったのに対
い、上記下流側連通部分6cを直径40mmに細くした場合は
第４図に実線でつないだ値となり、平均有効圧力が高め
られた。

なお、上記実施例の構造によると、共通吸気通路７から
導入される吸気は共鳴用環状通路６の上流側部分を通っ
て各気筒に供給されるが、第５図に示すように、共鳴用
環状通路６の大部分を、吸気導入用の通路から独立させ
て形成しておいてもよい。すなわちこの実施例では、共
通吸気通路７とこの通路７から２又に分岐した分岐吸気
通路7a,7bとで吸気導入のための主吸気系が構成され、
上記分岐吸気通路7a,7bの下流端部が吸気ポート近傍の
共鳴用環状通路６に接続されている。この構造による
と、外部から導入された吸気は、上記分岐吸気通路7a,7
bから、共鳴用環状通路６の吸気ポート近傍部分のみを
通って各気筒に供給される。従って、共鳴用環状通路６
における両気筒グループ間の両側各連通部分6c,6dがい
ずれも吸気の流通経路とはならずに、圧力波の伝播のみ
を行なうこととなるので、この場合は上記両連通部分6
c,6dを細く形成しておけばよい。

第６図は本発明のさらに別の実施例を示し、この実施例
では、共鳴用環状通路６の通路長さを可変としている。
すなわち、共鳴用環状通路６における両気筒グループ間
の下流側連通部分6cに、その途中を短絡する短絡連通部
6eが設けられ、この短絡連通部6eに第１切替弁11が設け
られるとともに、これより下流の連通部分6cに第２切替
弁12が設けられている。この構造によると、第１切替弁
11を閉じて第２切替弁12を開いた状態では共鳴用環状通
路６が比較的長く、第１切替弁11を開いて第２切替弁を
閉じた状態では共鳴用環状通路６の実質的な長さが短く
なるので、図外の制御手段により、エンジン回転数に応
じて上記各切替弁11,12の開閉を切替えることにより、
異なる回転数域でそれぞれ共鳴効果を高めることができ
る。そして、通路径が小さくされている下流側連通部分
で上記のように連通長さを可変にしておけば、このよう
な機構もコンパクトに組込まれることとなる。

第７図は本発明を直列３気筒エンジンに適用した場合の
実施例を示している。この場合、各気筒3a〜3cは２グル
ープに分けられず、直列に配列された各気筒3a〜3cの吸
気ポート4a〜4cが共鳴用環状通路６に接続されている。
そしてこの共鳴用環状通路６のうち、共通吸気通路７か
ら各気筒3a〜3cに導入される吸気の流通経路となる部分
6f,6gと比べ、吸気流通経路とならない部分6hは細く形
成されている。この場合も、上記共鳴用環状通路６によ
って各気筒間で共鳴効果が得られる。

（発明の効果）以上のように本発明は、各気筒の吸気ポートに通じる吸
気通路に、拡大室を有せずに各吸気ポートから伝播する
圧力波を周回させる共鳴用環状通路が設けられているた
め、各吸気ポートから伝播して共鳴用環状通路をほぼ一
周する圧力波により、各気筒に有効に共鳴効果を及ぼし
て充填効率を高めることができる。しかも、このような
構造により拡大室を不要にするとともに、上記共鳴用環
状通路の吸気流通経路以外の部分を細くしているため、
吸気系をコンパクトにエンジンに組込むことができ、か
つ、共鳴用環状通路を伝播する圧力波を強めて共鳴効果
を高めることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す吸気装置概略図、第２
図はＶ型エンジンに吸気系を組込んだ構造の一例を示す
斜視図、第３図は吸気ポート付近の圧力振動を示す図、
第４図は共鳴用環状通路を一定径とした場合と吸気流通
経路以外の部分を細くした場合とについて各種エンジン
回転数での平均有効圧力を調べたデータについてのグラ
フ、第５図乃至第７図は各々別の実施例を示す吸気装置
概略図である。 3a〜3f……各気筒、4a〜4f……吸気ポート、６……共鳴
用環状通路、6c,6d,6f……吸気流通経路以外の部分。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者楪泰浩広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭60−230510（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−241418（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各気筒の吸気ポートに通じる吸気通路に、
各吸気ポートとの間に拡大室を有せずに各吸気ポートか
ら伝播する圧力波を周回させるように環状に形成された
共鳴用環状通路を設け、この共鳴用環状通路の吸気流通
経路以外の部分を吸気流通経路よりも細く形成したこと
を特徴とするエンジンの吸気装置。