JPH0830418B2

JPH0830418B2 - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0830418B2
Application number: JP60182386A
Authority: JP
Inventors: 光夫人見; 泰浩楪
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-08-19
Filing date: 1985-08-19
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPS6241924A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はエンジンの吸気装置、特に吸気系に備えた拡
大室と燃焼室との間の吸気通路の通路状態をエンジン回
転数に応じて可変制御するように構成されたエンジンの
吸気装置に関する。

（従来技術）近年、自動車用等のエンジンにおいては、所謂吸気慣
性効果等を利用して吸気の充填効率を高め、これにより
エジン出力の向上を図ることが試みられている。この吸
気慣性効果は、吸気行程の開始時に吸気ポート付近に発
生した負の圧力波が吸気通路内を上流側に向って伝播さ
れると共に該通路の開放端で反射され、これが正の圧力
波となって吸気ポートに戻されるといった現象によって
生じる吸気通路内の吸気圧力振動を利用して、シリンダ
内への吸気の押し込み作用を増大させるものであるが、
この吸気慣性効果は、吸気通路の長さに応じて定まる吸
気圧力振動の固有振動数と、吸気弁の開閉サイクルつま
りエンジン回転数とが同調した場合にのみ効果を発揮す
るものである。従って、吸気通路の長さが一定の長さに
固定されていると、効果的な吸気慣性効果が得られるの
は特定のエンジン回転領域に限られ、広い運転領域にわ
たって充填効率を向上させることができない。そこで、
このような欠点に対処するものとして、例えば特開昭56
−115819号公報にエンジン回転数の変化に応じて吸気通
路の長さ（等価管長）を可変制御する構成が示されてい
る。これは、具体的には、エンジン回転数の上昇に伴っ
て吸気通路の実質的長さを段階的に或は無段階的に短く
するように該通路の状態を変化させるようにしたもので
ある。このような構成によれば、エンジン回転数が低回
転領域にある時、つまり吸気弁の開閉サイクル（単位時
間当りの開閉回数）が小さい時には、吸気通路の管長が
長くなって該吸気通路内における吸気圧力振動の固有振
動数が低下することにより、上記吸気弁の開閉サイクル
と吸気圧力振動とが良好に同調し、またエンジン回転数
が高回転領域にある時には、上記の場合とは逆に、吸気
通路の管長が短縮されて該通路内における吸気圧力振動
の固有振動数が高くなることにより、この高回転域内に
おいても吸気弁の開閉サイクルと吸気圧力振動とが良好
にマッチングすることになる。その結果、いずれの場合
にも吸気慣性効果が効果的に得られ、広い運転領域にわ
たってエンジン出力の向上を図ることが可能となるので
ある。

然るに、上記のようにエンジン回転数に応じて吸気通
路の管長を可変とする構成においては、エンジン回転数
が低回転領域（特に極めて低い回転領域）にある場合に
は吸気通路の管長をかなり長くしなければ効果的な吸気
慣性効果を得ることはできず、従ってこのような構成を
採用する場合には吸気装置が大型化するといった不具合
を生じることになる。特に、吸気系の上流部にサージタ
ンクが設けられたエンジンにおいて、サージタンクと燃
焼室との間の吸気通路に上記のような構成を適用する場
合には、該吸気通路の配設スペース或はレイアウト上の
問題が生じる。

（発明の目的）本発明は、エンジン回転数に応じて吸気通路の管長を
可変制御するように構成されたエンジンの吸気装置に関
する上記のような問題に対処するもので、特にエンジン
回転数が低回転領域にある場合に、吸気通路の管長を著
しく長くすることなく、該通路内における吸気圧力振動
の固有振動数を低下させ得る構造の吸気装置を実現す
る。これにより、低回転領域から高回転領域にわたる広
い運転領域で効果的な吸気慣性効果を確保しながら、吸
気装置の小型化を図り、該装置の設置スペース上の問題
等を解消することを目的とする。

（発明の構成）本発明に係るエンジンの吸気装置は上記目的達成のた
め次のように構成したことを特徴とする。

即ち、吸気系にサージタンク等の拡大室を備え、且つ
該拡大室と燃焼室とを連通する吸気通路の通路状態をエ
ンジン回転数に応じて可変制御するようにしたエンジン
の吸気装置において、拡大室から分岐されて各気筒の燃
焼室に独立して通じる吸気通路の途中に一気筒あたりの
容積が拡大室よりも小さな所定容積のチャンバを連通さ
せると共に、該チャンバの上記吸気通路への連通部に開
閉弁を配備し、且つ該開閉弁をエンジン回転数に応じて
可変制御する開閉弁制御手段を設ける。この開閉弁制御
手段は、上記開閉弁をエンジン回転数が低回転領域にあ
る時に開弁させ、中回転領域にある時に閉弁させ、更に
高回転領域にある時に再び開弁させるように作動する。

上記の構成によれば、エンジン回転数が中回転領域に
ある時、つまり上記開閉弁制御手段が開閉弁を閉弁させ
ることによって拡大室から各気筒の燃焼室に独立して通
じる吸気通路（以下、独立吸気通路という）とチャンバ
とが遮断されている時には、該吸気通路の上流端におけ
る拡大室への開口部が大気開放部として作用する。従っ
て、この場合は上記拡大室から燃焼室に至るまでの独立
吸気通路の全長にわたって吸気圧力振動が生じることに
なる。その場合に、この吸気装置においては、上記独立
吸気通路の全長にわたって吸気圧力現象が生じる時の固
有振動数と、エンジンの中回転領域における吸気弁の開
閉サイクルが同調するように該吸気通路の長さが設定さ
れており、従って、この中回転領域において上記のよう
に開閉弁を閉じることにより慣性効果が得られることに
なる。

また、エンジンが高回転領域にある時、つまり上記開
閉弁制御手段が開閉弁を開弁させることにより上記チャ
ンバと独立吸気通路との連通部が開通されている時に
は、該チャンバが所定容積を有しているために上記連通
部が大気開放部として作用する。そのため、吸気圧力振
動は独立吸気通路における上記連通部と燃焼室との間の
短い通路部分で生じることになって、該吸気圧力振動の
固有振動が高くなる。これにより、高回転領域において
も、吸気圧力振動と吸気弁との開閉サイクルが同調する
ことになる。

一方、エンジン回転数が低回転領域にある時には、上
記吸気弁の開閉サイクルが低サイクルであることに起因
して圧力波の周波数が低くなるが、このように周波数の
低い圧力波は通路形状の変化を受けにくく、チャンバで
の圧力変動の減衰率が小さいため、上記開閉弁が開弁さ
れてチャンバと独立吸気通路とが連通されても、この連
通部では殆ど反射せず（チャンバは１気筒あたりの容積
が拡大室より小さくされて低周波数の圧力波を透過させ
得るようになっている）、独立吸気通路の上流端の拡大
室まで達して反射されることになる。そのため、吸気圧
力振動が生じる独立吸気通路の管長は、上記中回転領域
における場合と同様に該通路の全長となるが、この場合
においては上記チャンバが独立吸気通路に連通されてい
るために該チャンバの容積分だけ独立吸気通路の容積が
増大し、この容積の増大に伴って吸気圧力振動の固有振
動数が中回転領域における場合よりも低下するのであ
る。これにより、低回転領域においても吸気圧力振動の
固有振動数と吸気弁の開閉サイクルが同調することにな
る。

（発明の効果）以上のように本発明に係るエンジンの吸気装置によれ
ば、拡大室から分岐されて燃焼室に通じる独立吸気通路
の長さを、エンジン回転数が中回転領域にある時に吸気
圧力振動と吸気弁との開閉サイクルとが同調しうる長さ
に設定すると共に、この独立吸気通路の途中に設けられ
た所定容積のチャンバを、高回転領域においては大気開
放部として作用させる一方、低回転領域においては独立
吸気通路の容積を増大させて吸気圧力振動の固有振動数
を低下させるように作用させる構成としたので、該チャ
ンバの独立吸気通路への連通部に配備した開閉弁を開閉
することにより、上記吸気圧力振動の固有振動数が低、
中、高の夫々の回転領域に応じた最適の値に可変制御さ
れて、上記各領域において吸気圧力振動と吸気弁の開閉
サイクルとが良好に同調されて、吸気充填効率が高めら
れることになる。これにより、広い運転領域にわたって
効果的に吸気慣性効果が得られると共に、特に吸気通路
の長さが中回転領域で吸気慣性効果が得られる長さで足
りるので、吸気装置が小型化されて該装置の設置スペー
スやレイアウト上の問題等が解消されることになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１〜３図は本発明の第１実施例を示すもので、第1,
2図に示すようにエンジン１の吸気装置２は、上流端が
エアクリーナ（図示せず）に接続された主吸気管３と、
該主吸気管３の下流端に接続されたサージタンク４と、
該サージタンク４の一側部から分岐されて各気筒５…５
の吸気ポート６…６に夫々接続されて独立吸気管７…７
とを有し、これらの独立吸気管７の内部通路と吸気ポー
ト６とによって各気筒５についてサージタンク４から吸
気弁８を介して燃焼室5aに至る長さＬの独立吸気通路９
が構成されている。

然して、この吸気装置２には、上記各独立吸気管７…
７に跨って上流側から第1,第２チャンバ10,11が備えら
れている。これらのうち第１チャンバ10は、一気筒当た
りの容積が上記サージタンク４よりも小さな所定容積の
内部空間を有し且つ連通部12…12を介して上記各独立吸
気通路９…９に連通されていると共に、各連通部12…12
には第１開閉弁13…13が夫々配設されている。また、第
２チャンバ11も同様に、一気筒当たりの容積がサージタ
ンク４よりも小さな所定容積を有する内部空間が連通部
14…14を介して上記各独立吸気通路９…９に連通されて
いると共に、各連通部14…14には第２開閉弁15…15が夫
々配設されている。そして、以上の構成に加えて、この
吸気装置２には、上記第１開閉弁13…13及び第２開閉弁
15…15を夫々開閉駆動する第1,第２アクチュエータ16,1
7が設けられていると共に、エンジン回転センサ18から
のエンジン回転数信号ａを受けて上記アクチュエータ1
6,17に第1,第２駆動信号b,cを夫々出力するコントロー
ルユニット19が備えられている。

次に、この第１実施例の作用を説明する。

エンジン１の運転時に図示しないエアクリーナから吸
入された空気は主吸気管３を経てサージタンク４内に導
入され、更に各独立吸気管７…７と吸気ポート６…６と
でなる各独立吸気通路９…９を経て各気筒５…５の燃焼
室5a…5aに所定の順序で吸入される。その場合に、上記
各独立吸気通路９…９と第1,第２チャンバ10,11の内部
空間とを連通、遮断する第1,第２開閉弁13…13,15…15
は、コントロールユニット19によって以下に示すように
開閉制御される。

即ち、エンジン回転センサ18からの回転数信号ａに基
づいて検出されたエンジン回転数Ｎが、第３図（III）
に示す第１設定回転数N₁以下である時、つりエンジン回
転数Ｎが極めて低い極低回転領域にある時には、コント
ロールユニット19は、第1,第２アクチュエータ16,17を
介して第３図（Ｉ），（II）に示すように第1,第２開閉
弁13,15の両方を開弁されるように駆動信号b,cを出力す
る。そして、この状態からエンジン回転数が上昇して第
１設定回転数N₁に達した時には、コントロールユニット
19は第１開閉弁13を閉作動させるように駆動信号ｂを出
力すると共に、エンジン回転数Ｎが第２設定回転数N₂に
達するまでの低回転領域においては、上記第１開閉弁13
を閉弁し且つ第２開閉弁15を開弁させた状態を維持す
る。また、この状態でエンジン回転数Ｎが上記第２設定
回転数N₂に達した時には、コントロールユニット19は、
第２開閉弁15を閉作動させるように駆動信号ｃを出力す
ると共に、エンジン回転数Ｎが第３設定回転数N₃に達す
るまでの中回転領域においては、第1,第２開閉弁13,15
の両方を閉弁した状態とする。更に、この状態でエンジ
ン回転数Ｎが上記第３設定回転数N₃に達した時には、コ
ントロールユニット19は第２開閉弁15を再び開作動させ
るように駆動信号ｃを出力すると共に、エンジン回転数
Ｎがこの第３設定回転数N₃以上の高回転領域において
は、第１開閉弁13を閉弁し且つ第２開閉弁15を開弁させ
た状態とする。この場合、両開閉弁13,15の開閉状態は
上記の低回転数領域と同様の状態となる。

ところで、エンジン回転数Ｎが高回転領域にある時に
は、上記の如く第２開閉弁15が開弁されるため、所定の
容積を有する第２チャンバ11の内部空間と独立吸気通路
９とが連通部14を介して連通されて、該連通部14が吸気
通路９の大気開放部となる。そのため、エンジン１の吸
気行程開始時、つまり吸気弁８の開作動時に吸気ポート
６内で発生し且つ上流側に向って伝播された圧力波は、
上記連通部14の形成位置Ａ（第２図参照）で反射される
ことになり、従って吸気圧力振動は、独立吸気通路９に
おける下流部、即ち同図に示す長さl₁の短い通路部分に
おいて高固有振動数の振動として発生することになる。
その結果、該吸気圧力振動と、吸気弁８の開閉サイクル
つまりエンジン回転数Ｎとが高回転領域において同調
し、この同調によって効果的な吸気慣性効果が得られ
て、第３図（III）に実線（イ）で示すように高回転領
域でピークX₁が発生する吸気充填効率の特性が得られ
る。そして、このピークX₁ないしその近傍における特性
が利用されることにより、高回転領域におけるエンジン
１の出力トルクが増大されることになる。

また、エンジン回転数Ｎが中回転領域にある時には、
上記の如く第1,第２開閉弁13,15が両方とも閉弁される
ため、吸気ポート６内に発生した圧力波は、独立吸気通
路９の上流端におけるサージタンク４への開口位置Ｂま
で達した上で反射されることになる。従って、この場合
は吸気圧力振動は独立吸気通路９の全長Ｌにわたって生
じ、該吸気圧力振動の固有振動数が上記の高回転領域の
場合より低下すると共に、これに伴って該吸気圧力振動
と吸気弁８の開閉サイクルとがエンジン回転数Ｎの中回
転領域において同調することになる。その結果、第３図
（III）に鎖線（ロ）で示すように、中回転領域でピー
クX₂が発生する吸気充填効率の特性が得られ、このピー
クX₂ないしその近傍の特性が利用されることにより、こ
の中回転領域においても出力トルクが増大される。

然して、エンジン回転数Ｎが低回転領域にある時に
は、上記の如く第１開閉弁13が閉弁され且つ第２開閉弁
15が開弁されてエンジン回転数Ｎが高回転領域にある時
と同様の状態となるが、この低回転領域においては、吸
気弁８の開閉サイクルが低サイクルであることに起因し
て吸気ポート６から上流側に伝播される圧力波の振動が
通路形状の変化に影響されにくい低周波数の振動とな
る。そのため、圧力波は、上記第２チャンバ11の内部空
間が吸気通路９に連通されているにも拘らず、その連通
部14（位置Ａ）においては反射されにくく、容積が十分
大きいサージタンク４への開口位置Ｂまで達して反射さ
れることになる。従って、吸気圧力振動は、上記中回転
領域における場合と同様に独立吸気通路９の全長Ｌにわ
たって生じることになるが、この場合においては、上記
第２チャンバ11の内部空間が独立吸気通路９に連通され
て、該空間の容積だけ吸気圧力振動が生じる通路の容積
が増大されているため、該吸気圧力振動の固有振動数が
低下するのである。そのため、該吸気圧力振動と吸気弁
８の開閉サイクルとがエンジン回転数Ｎの低回転領域に
おいて同調することになり、この同調によって第３図
（III）に実線（イ）で示す吸気充填効率の特性曲線に
低回転領域でピークX₃が発生することになる。そして、
このピークX₃ないしその近傍における特性が利用される
ことにより、低回転領域においても出力トルクが増大さ
れることになる。

尚、エンジン回転数Ｎが極低回転領域にある時には、
第1,第２開閉弁13,15が両方とも開弁されて独立吸気通
路９と第1,第２チャンバ10,11の内部空間とが連通され
るが、この場合においても上記低回転領域における場合
と同様に吸気圧力振動は吸気通路９の全長Ｌにわたって
生じ、しかも通路の容積は上記低回転領域における場合
よりも第１チャンバ10の内部空間の容積だけ増大される
ので、吸気圧力振動の固有振動数は更に低下する。これ
により、吸気圧力振動と吸気弁８の開閉サイクルとの同
調が上記低回転領域における場合よりも更に低回転側で
生じることになり、従ってこの極低回転領域においても
第３図（III）に破線（ハ）で示すように吸気充填効率
が高められて、エンジン出力が増大されることになる。

このように上記実施例においては、独立吸気通路９の
長さＬを、エンジン回転数Ｎが中回転領域にある時に吸
気圧力振動と吸気弁８の開閉サイクルとが同調する長さ
に設定すると共に、この吸気通路９にチャンバ10,11の
内部空間をエンジン回転数Ｎに応じて連通させることに
より、高、中、低及び極低回転の全ての領域において吸
気慣性効果を効率良く得るようにしたので、低回転ない
し極低回転領域において吸気通路の長さだけで上記効果
を得ようとする場合に比較して該吸気通路の長さを短く
することが可能となる。これにより吸気装置２を大型化
することなく、広い運転領域にわたって出力トルクを向
上させることができるようになる。

次に、本発明の第２実施例を第4,5図に基づいて説明
する。

この実施例におけるエンジン20の吸気装置21において
は、第４図に示すように、サージタンク25から分岐され
て各気筒の燃焼室20aに通じる独立吸気通路22の途中
に、１気筒あたりの容積がサージタンク25よりも小さな
所定容積の内部空間を有する１個のチャンバ23が開閉弁
24を介して連通されていると共に、上記サージタンク25
の内部には回動可能な回動部材26が備えられている。そ
して、上記吸気通路22がこの回動部材26とサージタンク
25の周壁とによって画成された渦巻状通路27に接続され
ていると共に、該回動部材26に設けられた開口部26aを
介してその内側空間26bに連通されており、該回動部材2
6の回動によって燃焼室20aから上記空間26bに至る通路
長が可変制御されるようになっている。

この実施例においては、第５図（Ｉ）に示すように、
上記開閉弁24が、第１実施例における第２開閉弁15と同
様にエンジン回転数Ｎが低回転領域（第２設定回転数N₂
以下の領域）にある時には開弁され、中回転領域（第２
設定回転数N₂から第３設定回転数N₃までの領域）にある
時には閉弁され、更に高回転領域（第３設定回転数N₃以
上の領域）にある時には再び開弁されるように制御され
る。従って、この実施例においても、エンジン回転数Ｎ
が高回転領域にある時には吸気ポート28の燃焼室20aへ
の開口位置Ｃから独立吸気通路22におけるチャンバ23の
連通位置Ｄまでの短い通路部分において高固有振動数の
吸気圧力振動が生じ、中回転領域にある時には上記位置
Ｃから回動部材26の開口部26aの位置Ｅまでの長い通路
内において中固有振動数の吸気圧力振動が生じ、更に低
回転領域にある時には上記中回転領域の場合と同じ長い
通路とチャンバ23の内部空間とにわたって低固有振動数
の吸気圧力振動が生じることになる。これにより、吸気
充填効率が各領域において効果的に高められ、第５図
（III）に鎖線（ニ）で示すような特性が得られること
になる。そして、この実施例においては、充填効率を高
めると共に該効率の変化を滑かにするために、低、中回
転領域において上記回動部材26を回動させることによる
第５図（II）に示すような通路長の可変制御が行われ
る。つまり、エンジン回転数Ｎが低回転領域内の所定の
回転数N₀に達した時点で上記回動部材26を回転数Ｎの上
昇に応じてｘ方向に回動開始させて通路長を無段階的に
短縮すると共に、該エンジン回転数Ｎが第２設定回転数
N₂に達して中回転領域に移行する時点で、上記開閉弁24
の閉作動と同時に回動部材26を当初の状態に復帰させ
て、通路長を最大とする。そして、エンジン回転数Ｎの
上昇に応じて回動部材26を再びｘ方向に回動させて通路
長を短縮すると共に、エンジン回転数Ｎが第３設定回転
数N₃以上の高回転領域においては、通路長を最も短い状
態に保持する。これにより、低回転領域内及び中回転領
域内の夫々においても、エンジン回転数Ｎの上昇に応じ
て吸気圧力振動の固有振動数が次第に高くされ、その結
果、両領域内における吸気充填効率が更に効果的に高め
られると共に、上記開閉弁24の閉作動時及び開作動時に
おける吸気充填効率の局部的な変動等が平滑化されて、
第５図に実線（ホ）で示す滑かな特性が得られることに
なる。

尚、この実施例においても、中回転領域において吸気
慣性効果が得られる吸気通路の長さで低回転領域の充填
効率も向上させることができるので、吸気装置を小型化
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の第１実施例を示すもので、第１図
はエンジンの吸気装置の概略平面図、第２図は第１図II
−II線で切断した断面図、第３図（Ｉ），（II），（II
I）は夫々第１開閉弁の開閉状態を示す特性図、第２開
閉弁の開閉状態を示す特性図、及び作用効果を示す吸気
充填効率の特性線図である。また、第4,5図は本発明の
第２実施例を示すもので、第４図はエンジンの吸気装置
の概略縦断面図、第５図（Ｉ），（II），（III）は夫
々開閉弁の開閉状態を示す特性図、吸気通路の通路長の
制御を示す特性図、及び作用効果を示す吸気充填効率の
特性図である。 1,20…エンジン、2,21…吸気装置、4,26b…拡大室、5a,
20a…燃焼室、7,22…独立吸気通路、11,23…チャンバ、
15,24…開閉弁、19…開閉弁制御手段（コントロールユ
ニット）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気系に拡大室を備えると共に、該拡大室
と燃焼室との間の吸気通路の通路状態をエンジン回転数
に応じて可変制御するようにしたエンジンの吸気装置で
あって、拡大室から分岐されて各気筒の燃焼室に独立し
て通じる吸気通路の途中に一気筒あたりの容積が拡大室
よりも小さな所定容積のチャンバを連通させると共に、
該チャンバの上記吸気通路への連通部に開閉弁を配備
し、且つエンジン回転数が中回転領域にある時には上記
開閉弁を閉弁させ、低回転及び高回転領域にある時には
該開閉弁を開弁させる開閉弁制御手段を設けたことを特
徴とするエンジンの吸気装置。