JPH0791983B2 - 多気筒エンジンの吸気装置 - Google Patents

多気筒エンジンの吸気装置

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JPH0791983B2
JPH0791983B2 JP1230613A JP23061389A JPH0791983B2 JP H0791983 B2 JPH0791983 B2 JP H0791983B2 JP 1230613 A JP1230613 A JP 1230613A JP 23061389 A JP23061389 A JP 23061389A JP H0791983 B2 JPH0791983 B2 JP H0791983B2
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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の吸気装置、特に各気筒に接続
される複数の分岐通路と、これらの分岐通路が集合する
集合室と、その上流側の通路とで構成される多気筒エン
ジンの吸気装置に関する。
（従来の技術） 近年、自動車用等のエンジンにおいては、出力性能の向
上のために、慣性効果等の吸気系内における吸気の動的
効果を利用して吸気充填効率を高めるようにする場合が
ある。この場合、吸気系統には、エアクリーナから導か
れた上流通路が接続されるサージタンク等の集合部が設
けられ、該集合部から分岐された気筒数と同数の分岐通
路を各気筒にそれぞれ接続する構成とされる。これによ
れば、上記集合部が、吸気弁の開時に分岐通路の下流部
に発生する負圧波を正圧波に反転させる大気解放部とし
て作用し、この正圧波が燃焼室に対する過給作用を行う
ことにより、吸気充填効率ないしエンジン出力が向上す
ることになる。
ところで、上記のような集合部として、従来は、一端の
壁面もしくは周壁面の中央部に上流側通路が接続され且
つ各分岐通路が周壁面に並設されるサージタンクタイプ
のものが多く用いられているが、このような集合部の場
合、該集合部内における上流側通路の接続部から各分岐
通路の接続部までの距離や各分岐通路の長さが相違する
ため、各気筒への吸気の分配性或は各気筒に対する慣性
効果の作用等が不均一になり、また上流側通路の接続部
から各分岐通路の接続部に至る吸気の流動経路が急激に
屈曲することになって、吸気の吸入抵抗が増大すること
になる。
このような問題に対しては、例えば実開昭60−88062号
公報や実開昭57−101367号公報に次のような吸気装置が
開示されている。
つまり、第17図に示すように、前者の公報に示された集
合部Ａは略円錐台状とされ、その小径側の端面に開口す
る上流通路の開口部Ｂの中心を通る軸線Ｌ−Ｌに関し
て、大径側の端面に開口する各分岐通路Ｃ…Ｃの開口部
の配置を略線対称に設けた形状とされている。これによ
れば、集合部Ａにおける上流側通路の開口部Ｂから各分
岐通路Ｃ…Ｃの開口部までの距離が略等しくなって、各
気筒への吸気の分配性が均一化されると共に、吸気の流
動経路の急激な屈曲がなくなって吸気抵抗が低減される
ことが期待でき、また、集合部Ａの下流側の端面に各分
岐通路Ｃ…Ｃの上流端が近接して開口するので、慣性効
果に関して、各分岐通路Ｃ…Ｃが互いに他の分岐通路Ｃ
に対する大気解放空間として作用し、従って集合部Ａの
容積を小さくすることができるのである。
また、第18,19図に示すように、後者の公報に示された
吸気装置においては、集合部Ｄの上流側端面における上
流通路Ｅの開口部Ｅ′を、該集合部Ｄの下流側端面にお
ける各分岐通路Ｆ…Ｆの開口部Ｆ′…Ｆ′に対して均等
にオーバーラップさせた構成とされており、これによれ
ば、上流通路Ｅから各分岐通路Ｆ…Ｆへの吸気の分配性
が一層改善されることが期待できる。
（発明が解決しようとする課題） しかし、上記のような集合部を用いる場合にも、その具
体的な形状、例えば第17図の集合部Ａにおける上流側端
面と下流側端面の面積や両端面間の寸法の関係等によっ
ては、吸気抵抗が効果的に低減されず、また、第19図に
示すように各分岐通路Ｆ…Ｆと上流通路Ｅの開口部の位
置関係を設定しても、１つの上流通路から多数の分岐通
路へ吸気を一度に分配する構成では、その円滑な分配が
困難であり、このような点でなお改善の余地が残るので
ある。
そこで、本発明は、上記のような構成の集合部を備えた
吸気装置において、吸気抵抗の一層の低減もしくは吸気
分配性の一層の改善を図り、もって、吸気充填効率ない
しエンジン出力性能をさらに向上させることを課題とす
る。
（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明は次のように構成した
ことを特徴とする。
まず、本願の請求項１に係る発明（以下、第１発明とい
う）は、各気筒にそれぞれ接続される気筒数と同数の略
等長の分岐通路と、これらの分岐通路の上流部が束ねら
れて集合する集合室と、該集合室から上流側に延びる上
流通路とを有し、且つ上記集合室が、上記各分岐通路上
流端の開口部を囲む下流側端面を有すると共に、上流通
路が接続された上流側端面から該上流側端面より大きい
断面積を有する上記下流側端面にかけて断面積が拡大す
る形状とされた多気筒エンジンの吸気装置において、上
記集合室の上流側端面の面積をS0、下流側端面の面積を
S1、下流側端面における各分岐通路上流端の開口面積の
合計をSN、該集合室の上、下流側端面間の寸法をＨとし
たとき、次式 を同時に満足するように寸法を設定したことを特徴とす
る。
また、請求項２に係る発明（以下、第２発明という）
は、各気筒にそれぞれ接続される気筒数と同数の略等長
の分岐通路と、これらの分岐通路の上流部が束ねられて
集合する集合室と、該集合室から上流側に延びる上流通
路とを有し、且つ上記集合室が、上記各分岐通路上流端
の開口部を囲む下流側端面を有すると共に、上流通路が
接続された上流側端面から該上流側端面より大きい断面
積を有する上記下流側端面にかけて断面積が滑らかに変
化する形状とされた多気筒エンジンの吸気装置におい
て、上記集合室の上流側端面の面積をS0、下流側端面の
面積をS1、下流側端面における各分岐通路上流端の開口
面積の合計をSN、該集合室の上、下流側端面間の寸法を
Ｈとしたとき、上記第１発明と同様に、次式 を同時に満足するように寸法を設定したことを特徴とす
る。
（作用） 上記の構成によれば、第1,第２発明のいずれによって
も、集合室の上流側端面の面積S0、下流側端面の面積
S1、下流側端面における各分岐通路上流端の開口面積の
合計SN、及び上、下流側端面間の寸法Ｈが上記のような
関係を満足するように設定されることにより、集合室の
形状が吸気抵抗の小さい形状となり、その結果、吸気充
填効率ないしエンジン出力性能が効果的に向上すること
になる。なお、上記の関係式は実験的に求められたもの
で、これらの関係式を満足することにより、エンジン出
力が従来よるも向上することが確認されている。
（実 施 例） 以下、本発明の実施例について説明する。
第1,2図は、第1,第２発明に共通する実施例を示すもの
で、この実施例に係る吸気装置は、第17図もしくは第18
図に示す従来の吸気装置と略同様の構成で、各気筒に接
続される４つの分岐通路111〜114と、これらの分岐通路
111〜114の上流端部が束ねられた状態で集合して接続さ
れる集合室12と、該集合室12の上流側に連設された上流
通路13とを有し、該上流通路13の上流端にエアクリーナ
（図示せず）が取り付けられている。
上記集合室12の下流側端面12aは、上記各分岐通路111〜
114の上流端の開口部11a…11aを囲む形状とされている
と共に、上流通路13の下流端の開口部13aが設けられた
上流側端面12bから該端面12bより大きい断面積を有する
上記下流側端面12aにかけて断面積が滑らかに変化する
形状とされている。
そして、該集合室12の上流側端面12bの面積をS0、下流
側端面12aの面積をS1、該下流側端面12aにおける各分岐
通路111〜114の開口部11a…11aの面積をF0、その合計の
面積をSN（＝４×F0）、該集合室12の上、下流側端面12
b,12a間の寸法をＨとしたとき、次式 を同時に満足するように寸法が設定されている。
これらの式は実験的に求められたものであって、まず式
（１）に関する実験結果を説明すると、第３図に示すよ
うに、面積比S0/SNをパラメータとして、慣性過給の同
調エンジン回転数における平均有効圧を調べた結果、面
積比S0/SNが0.25以上で従来タイプ（サージタンクタイ
プ）の集合室を用いたものよりも平均有効圧が大きくな
ることが確認されたのである。つまり、集合室12の上流
側端面12bの面積（上流通路13の下流側開口部13aの面
積）S0が、下流側端面12aにおける各分岐通路111〜114
の開口部11a…11aの面積の合計SNの25％以下では、上流
通路13から集合室12ないし各分岐通路111〜114にかけて
の流路の断面積変化が著しくなり、吸気抵抗の低減効果
が十分に得らないのである。従って、吸気抵抗を効果的
に低減して、エンジン出力を向上させるためには、上記
式（１）を満足するように集合室12の上流側端面12bの
面積S0を設定する必要があるのである。
また、式（２）に関しては、第４図に示すように、値 をパラメータとして慣性効果の同調エンジン回転数にお
ける平均有効圧を調べた結果、上記値が0.7より大きい
ときに従来タイプの吸気装置より平均有効圧が大きくな
ることが確認されたのである。つまり、吸気抵抗を効果
的に低減して、エンジン出力を従来より向上させるため
には、集合室12の上流側端面12bの面積S0に対する下流
側端面12aの面積S1の倍率（S1/S0）が大きいほど、両端
面12b,12a間の寸法Ｈを長くする必要があり、該寸法Ｈ
を下流側端面12aの面積S1の平方根で割った値が上記倍
率の0.7倍以上でエンジン出力が従来より向上するので
ある。
従って、上記式（１），（２）を満足する本実施例によ
れば、吸気抵抗が低減され、エンジン出力が効果的に向
上することになる。
なお、第５〜10図は第1,第２発明に関して集合室の形状
とエンジン出力の関係を確認した実験結果を示すもの
で、第5,6図は、第１発明の実施例に係るもので、集合
室12が上流側端面から下流側端面にかけて断面積が滑ら
かに変化する形状とされ、且つ該集合室12の下流側端面
における各分岐通路11…11の上流端開口部の周辺部ａに
丸味が付されているものであり、また第７図は、集合室
12′が上流側端面から下流側端面にかけて同一の断面積
とされ且つ下流側端面における各分岐通路の周辺部に上
記のような丸味が付されていないものであり、さらに第
８図は、従来のサージタンクタイプの集合室12″を用い
たものである。これらの吸気装置においては、慣性効果
の同調エンジン回転数がいずれも4000RPMに設定され、
また分岐通路11…11の長さはいずれも450mmとされてい
る。
そして、これらの集合室12,12′,12″を備えた吸気装置
について、上記同調回転数で運転した際の集合室の容積
に対する平均有効圧の変化を比較した結果が第９図に示
すグラフであり、また集合室の容積を1.0に統一し
て、エンジン回転数に対する平均有効圧の変化を比較し
た結果が第10図のグラフである。
これらの実験結果によれば、第9,10図に（△）で示す従
来タイプの集合室12″を用いたものがエンジン出力性能
が最も低く、また（●）で示す断面積が一定の集合室1
2′を用いたものより、（○）で示す本発明の実施例に
係る集合室12を用いたものの方が出力性能が優れている
ことがわかる。これは、本発明の実施例に係る集合室12
の場合、吸気抵抗が効果的に低減されることによると考
えられる。
次に、第11図〜14図を参照して本発明の別の実施例を説
明する。
この実施例に係る吸気マニホルド20は、上流端にエアク
リーナ（図示せず）が取り付けられる１本の第１上流通
路21と、その下流端が接続される第１集合室22と、該集
合室22から下流側に延びる２本の第２上流通路231,232
と、これらの通路231,232の下流端が接続される第２集
合室24と、該集合室24から下流側に延びて各気筒の燃焼
室にそれぞれ接続される気筒数と同数（４本）の分岐通
路251〜254とで構成されている。
上記第１集合室22の下流側端面22aは、２本の第２上流
通路231,232の上流端の開口部23a,23aを囲む形状とされ
ていると共に、第１上流通路21の下流端21aが開口する
上流側端面22bから該端面22bより大きい断面積を有する
上記下流側端面22aにかけて断面積が滑らかに変化する
形状とされており、且つ上記各開口部21a,23a,23aが当
該第１集合室22と軸線が略一致するように設けられてい
る。また、第２集合室24の下流側端面24aも、４本の分
岐通路251〜254の上流端の開口部25a…25aを囲む形状と
されていると共に、第２上流通路231,232の下流端23b,2
3bが開口する上流側端面24bから該端面24bより大きい断
面積を有する上記下流側端面24aにかけて断面積が滑ら
かに変化する形状とされており、且つ上記各開口部23b,
23b,25a…25aが当該第２集合室24と軸線が略一致するよ
うに設けられている。
そして、第14図に示すように、第２集合室24の上、下流
側端面24b,24aにおける２本の第２上流通路231,232の開
口部23b,23bと、４本の分岐通路251〜254の開口部25a…
25aとの位置関係が、各第２上流通路の開口部23bが２本
の分岐通路の開口部25a,25aに対してそれぞれ均等にオ
ーバーラップする位置関係とされている。
このような構成の吸気マニホルド20を用いれば、吸気は
１本の第１上流通路21から第１集合室22に流入した後、
２本の第２上流通路231,232に分配されて流入すると共
に、これらの通路231,232から第２集合室24に流入し
て、さらに４本の分岐通路251〜254に分配されて流入す
る。そして、これらの分岐通路251〜254により各気筒の
燃焼室にそれぞれ供給されることになる。つまり、吸気
は、第１集合室22によって２分されると共に、その分割
された吸気のそれぞれが第２集合室24でさらに２分され
ることにより、最終的に４分されることになる。従っ
て、１本の上流通路から１つの集合室を介して１度に気
筒数と同数の分岐通路に分配する場合に比較して、その
分配が円滑に行われることになり、それだけ吸気抵抗が
減少すると共に、吸気の分配性が向上することになる。
そして、特に吸気が２本の第２上流通路231,232から第
２集合室24に流入し、該集合室24から４本の分岐通路25
1〜254に分配される際には、各第２上流通路の開口部23
bが２本の分岐通路の開口部25a,25aに対して均等にオー
バーラップするように設けられているので、各第２上流
通路内の吸気が２本の分岐通路に均等に分配されること
になり、その結果、各気筒に対する吸気の分配性が一層
向上することになる。
ここで、この実施例においては、第13図に鎖線で示すよ
うに、２本の第２上流通路231,232にスロットルバルブ2
6,26をそれぞれ配設することが望ましく、これにより１
個のスロットルバルブを１本の第１上流通路21に配設す
る場合より、吸気供給量を高精度に制御することができ
るようになる。
なお、最下流の集合室（第２集合室）において、複数本
に分割された上流通路（第２分割通路）の各開口部を、
分岐通路の複数の開口部に対して均等にオーバーラップ
させる構成としては、第14図に示すもののほか、次のよ
うな構成が考えられる。
すなわち、第15図に示すように、４つの分岐通路の上流
端の開口部35a…35aが直列状に集合されている場合に、
その隣接する各２個の開口部35a,35aに対して１個の上
流通路の開口部33bを均等にオーバーラップさせる構
成、或いは第16図に示すように、６気筒エンジンの場合
において、６本の分岐通路が束ねられた状態で一体的に
集合されている場合に、３角形状に並ぶ各３個の開口部
45a…45aに対して１個の上流通路の開口部43bを均等に
オーバーラップさせる構成等である。
（発明の効果） 以上のように本発明によれば、各気筒にそれぞれ接続さ
れる気筒数と同数の略等長の分岐通路と、これらの分岐
通路の上流部が束ねられて集合する集合室と、該集合室
から上流側に延びる上流通路とを有し、且つ上記集合室
が、上記各分岐通路上流端の開口部を囲む下流側端面を
有すると共に、上流通路が接続された上流側端面から該
上流側端面より大きい断面積を有する上記下流側端面に
かけて断面積が拡大し、もしくは滑らかに変化する形状
とされた多気筒エンジンの吸気装置において、上記集合
室の形状を数値的に最適な形状に特定したから、吸気が
上流通路から該集合室を通過して各分岐通路に分配され
る際の吸気抵抗が効果的に低減されることになり、慣性
効果による過給作用と相俟って吸気充填効率が著しく向
上すると共に、各気筒の燃焼室に対する吸気分配量が均
一化され、もって、エンジンの出力性能が著しく向上す
ることになる。
【図面の簡単な説明】
第１〜16図は本発明の実施例を示すもので、第１、２図
は第１発明に係る実施例の要部横断平面図及び縦断側面
図、第3,4図は該第１発明の基礎となる実験の結果をそ
れぞれ示すグラフである。第５〜10図は該第１発明に係
る吸気装置とその他の吸気装置の効果を比較する実験を
示すもので、第５図は本発明に係る吸気装置の斜視図、
第６図はその要部断面図、第７図は本発明に対する比較
例として用いた吸気装置の斜視図、第８図は従来の吸気
装置の斜視図であり、また第9,10図はこれらの吸気装置
について行った実験の結果を示すグラフである。また、
第11〜16図は、本発明の別の実施例を示すもので、第11
図は該実施例の吸気装置を示す斜視図、第12,13図は同
吸気装置の要部横断平面図及び縦断側面図、第14図は第
12図のＹ−Ｙ線で切断した断面図であり、また第15,16
図は他の実施例における第14図と同様の断面図である。
さらに、第17図は従来例を示す吸気装置の斜視図、第18
図は他の従来例を示す吸気装置の平面図、第19図は第18
図のＸ−Ｘ線による断面図である。 111〜114,251〜254……分岐通路、12,22,24……集合
室、13,21,231,232……上流通路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 幹公 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 実開 昭60−88062（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−166673（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭60−33333（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】各気筒にそれぞれ接続される気筒数と同数
    の略等長の分岐通路と、これらの分岐通路の上流部が束
    ねられて集合する集合室と、該集合室から上流側に延び
    る上流通路とを有し、且つ上記集合室が、上記各分岐通
    路上流端の開口部を囲む下流側端面を有すると共に、上
    流通路が接続された上流側端面から該上流側端面より大
    きい断面積を有する上記下流側端面にかけて断面積が拡
    大する形状とされた多気筒エンジンの吸気装置であっ
    て、上記集合室の上流側端面の面積をS0、下流側端面の
    面積をS1、下流側端面における各分岐通路上流端の開口
    面積の合計をSN、該集合室の上、下流側端面間の寸法を
    Ｈとしたとき、次式 を同時に満足するように寸法が設定されていることを特
    徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
  2. 【請求項２】各気筒にそれぞれ接続される気筒数と同数
    の略等長の分岐通路と、これらの分岐通路の上流部が束
    ねられて集合する集合室と、該集合室から上流側に延び
    る上流通路とを有し、且つ上記集合室が、上記各分岐通
    路上流端の開口部を囲む下流側端面を有すると共に、上
    流通路が接続された上流側端面から該上流側端面より大
    きい断面積を有する上記下流側端面にかけて断面積が滑
    らかに変化する形状とされた多気筒エンジンの吸気装置
    であって、上記集合室の上流側端面の面積をS0、下流側
    端面の面積をS1、下流側端面における各分岐通路上流端
    の開口面積の合計をSN、該集合室の上、下流側端面間の
    寸法をＨとしたとき、次式 を同時に満足するように寸法が設定されていることを特
    徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
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