JPH09287459A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

エンジンの吸気装置

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JPH09287459A JP10582096A JP10582096A JPH09287459A JP H09287459 A JPH09287459 A JP H09287459A JP 10582096 A JP10582096 A JP 10582096A JP 10582096 A JP10582096 A JP 10582096A JP H09287459 A JPH09287459 A JP H09287459A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気系の気柱振動と吸気期間とのタイミング
の同調による慣性過給による吸気を行うことで、エンジ
ンの回転域全体において全開トルクの出力の向上を得る
こと。 【解決手段】 第１通路よりも断面積が大きく、長さの
短い第２、第３を第１通路に隣接して平行に配置し、低
回転域においては第１通路を連通し、中回転域において
は第２通路を連通し、高回転域においては第２、第３の
通路を連通するようにしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸気装
置に関するものであり、特に、各気筒毎にサージタンク
と吸気口との間に独立した吸気管を介して接続すること
によって、吸気系の気柱振動と吸気期間とのタイミング
の同調による慣性過給による吸気を行うようにしたエン
ジンの吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの吸気弁への吸気管内の流れは
脈動流であり、エンジンの吸気弁が開放し、吸気行程に
おいてシリンダ内に発生する負圧のために吸気管内の気
柱は加速され吸気弁を介してシリンダ内部へ流れ込む。
このときシリンダ内の圧力および容積は、ピストンの下
降と共に変化し、同時に吸気管内の圧力および速度も変
化する。シリンダで発生した圧力波は吸気管を伝わり、
サージタンクで反射されてシリンダに戻るものであっ
て、吸気系においてはこの現象が繰り返されている。こ
のピストンの下降によって生じる圧力変化の振動数と、
吸気管およびシリンダ容積で決定する吸気系の固有振動
数とを同調させることによって吸気慣性効果が得られ
て、体積効率を向上させることができ高出力化が実現で
きることはよく知られている。
【０００３】この吸気系の固有振動数は吸気通路の長さ
と断面積と吸気期間における平均の容積とで決定され、
この固有振動数と同調するエンジン回転数の範囲を広く
し、吸気慣性効果の利用による出力向上域を拡大するた
めに、吸気通路の長さまたは吸気面積を可変にする技術
がある。特に、エンジンの低回転域においては吸気通路
の断面積を小さくし吸気通路の長さを長くすることによ
って吸気系の固有振動数がエンジンの回転数と同調し、
エンジンの高回転域においては吸気通路の断面積を大き
くし吸気通路の長さを短くすることによって吸気系の固
有振動数がエンジンの回転数と同調することが知られて
いる。
【０００４】具体的な従来の技術として、例えば特開昭
６０−１５９３３３号（第１の従来技術という）や特公
平５−５３９３１号（第２の従来技術という）がある。
第１の従来技術においては、吸気管のサージタンク側の
端部の内周に配置した円筒形状の通路長さ可変手段がア
クチェエータによってサージタンクの内部に突き出され
るようになっており吸気管の長さを変更することができ
ると共に、吸気管の吸気弁側においては断面積変更手段
がアクチュエータによって吸気管の断面積を絞り込んで
変更することができるようになっている。第２の従来技
術においては、サージタンクと吸気弁との間の吸気管の
一部に小径通路と大径通路を平行に配置し、それぞれの
通路に設けた弁を個別に制御して３段階の通路面積を確
保することができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】第１の従来技術におい
ては通路長さ可変手段をアクチェエータによってサージ
タンクの内部に突き出すタイプであり、アクチュエータ
の構成や作動が複雑であり、エンジンの振動の激しい部
位で作動することもありアクチュエータの信頼性や耐久
性の面における不安がある。また、第１の従来技術にお
いては、円筒形状の通路長さ可変手段の部位にまで断面
積変更手段が作用せず、断面積が変更できる部位は吸気
管の一部のみとなっており、吸気系の固有振動数とを同
調させる回転域が小さくなる問題点がある。
【０００６】一方、第２の従来技術においては、エンジ
ンの回転数に応じて吸気管の断面積を変更することはで
きるが、吸気通路の長さは変化させることができない。
一般に、慣性過給の効果は吸気管の長さと吸気管の断面
積との比によって決定されるので、第２の従来技術にお
いては設計段階でエンジンの高回転域で高い慣性過給の
効果を得るか、エンジンの低回転域で高い慣性過給の効
果を得るかを決定することとなり、低回転域から高回転
域に至る全ての回転域において高い慣性過給の効果を得
ることは不可能である。
【０００７】本発明は、上記の従来技術の問題点を解決
し、低回転域から高回転域に至る全ての回転域において
高い慣性過給の効果を得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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために請求項１の発明において講じた手段は、サージタ
ンクと各気筒の吸気口との間に設けられたエンジンの吸
気装置であって、第１吸気通路と、第１吸気通路よりも
通路面積が大きく、通路長さの短い第２吸気通路及び第
３吸気通路と、第１、第２、第３吸気通路のそれぞれに
設けられた第１、第２、第３開閉弁と、第１、第２、第
３開閉弁を開閉する切換手段とから形成され、エンジン
の回転数の上昇に対応して、低回転域で第１開閉弁のみ
を開放し、中回転域で第２開閉弁のみを開放し、高回転
域で第２および第３開閉弁を開放するように切換手段を
作動させる制御手段を備え、吸気通路面積を３段階に切
り換えるようにしたことである。従って、エンジンが低
回転のときには第１開閉弁のみを開放して通路面積が小
さく、通路の長い第１吸気通路によってサージタンクと
気筒の吸気口との間を連通し、エンジンが中回転のとき
には第２開閉弁のみを開放して第１吸気通路よりも通路
面積が大きく、通路の短い第２吸気通路によってサージ
タンクと気筒の吸気口との間を連通し、エンジンが高回
転のときには第２開閉弁と第３開閉弁を開放して第２吸
気通路と第３吸気通路をサージタンクと気筒の吸気口と
の間を連通して、エンジンが中回転のときに比べて通路
面積を大きくすることによって、低回転域から高回転域
に至る全ての回転域において高い慣性過給の効果を得る
ことができる。
【０００９】請求項２の発明において講じた手段は、第
３吸気通路は、第２吸気通路に平行して配置されてお
り、その通路面積と通路長さが第２吸気通路と同一とし
たことである。従って、第２吸気通路と共に第３吸気通
路を開放するエンジンが高回転域の場合には中回転域の
場合に比べて２倍の通路面積を確保できるとともに、こ
れらの通路を平行して配置したことによって加工成形が
簡単となり、エンジンの吸気装置をコンパクトにするこ
とが可能となる。
【００１０】請求項３の発明において講じた手段は、第
２、第３吸気通路は第１吸気通路に隣接して配置してお
り、切換手段は第１開閉弁と第２開閉弁を開閉するリン
ク機構を備えていることである。従って、１つのリンク
機構によって第１開閉弁と第２開閉弁の開閉を行うこと
ができるものであり、開閉弁毎に切換手段を必要としな
いエンジンの吸気装置を簡単な構成とすることが可能と
なる。
【００１１】請求項４の発明において講じた手段は、リ
ンク機構は、第１開閉弁と第２開閉弁とを固着した径方
向に所定範囲で往復回転可能なシャフトを備えており、
このシャフトの往復回転の一端において第１開閉弁を閉
鎖し第２開閉弁を開放すると共に、他端において第１開
閉弁を開放し第２開閉弁を閉鎖することである。本発明
においては、第１開閉弁と第２開閉弁とを同時に開放し
たり、同時に閉鎖したりすることがないので、リンク機
構に設けられる１本のシャフトで２つの開閉弁を制御す
ることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態を図１、
図２及び図３に基づいて説明する。
【００１３】図１は、本発明を用いた実施の形態のエン
ジンの吸気装置１０を各気筒１２毎に４つのバルブを備
えたＤＯＨＣエンジンに適用したエンジンの要部断面図
面である。図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図
３は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００１４】図１に示すように、エンジンの気筒１２
は、内周部にシリンダー１４を形成するシリンダーブロ
ック１６と、吸気管１８、排気管２０、吸気弁２２、排
気弁２４を備えたシリンダーヘッド２６とから構成され
ている。吸気弁２２、排気弁２４は、それぞれ吸気管１
８、排気管２０の端部の吸気口３０、排気口３２におい
て、燃焼室２８との連通を開閉している。３４はシリン
ダー１４内を摺動するピストンで、３６はシリンダーブ
ロック１６に設けられたエンジンの気筒１２を冷却する
ための冷却水のための通路である。なお、第２の吸気弁
と第２の排気弁は、吸気弁２２、排気弁２４と重複して
おり図１では図示していない。
【００１５】エンジンの吸気装置１０は、図示しないエ
アークリーナとスロットルバルブ３８を介して吸入した
大気を蓄えるサージタンク４０と、吸気口３０との間に
設けられている。図１および図２に示すように、エンジ
ンの吸気装置１０の第２の通路４２と第３の通路４４と
は、同一断面積の同一長さの通路であり、サージタンク
４０と吸気口３０との間を略直線的に結んでおり、吸気
口３０の近くで合流して吸気管１８を形成している。第
２の通路４２と第３の通路４４と比較して断面積が約２
分の１である第１の通路４６は、サージタンク４０の外
周を周回するように配置することによって第２の通路４
２、第３の通路４４の長さよりも約１．５倍の長さとな
っており、第２の通路４２と第３の通路４４とが合流す
る部分の近くで吸気管１８と合流している。
【００１６】第１の通路４６、第２の通路４２および第
３の通路４４が合流する部分の近くには、第１の開閉弁
４８、第２の開閉弁５０、第３の開閉弁５２が形成され
ている。これらの第１の開閉弁４８、第２の開閉弁５０
および第３の開閉弁５２は、図３に示すように、それぞ
れ第１の通路４６、第２の通路４２および第３の通路４
４に設けられており、第１の開閉弁４８と第２の開閉弁
５０とはシャフト５４に固定されており、第３開閉弁５
２はシャフト５６に固定されている。なお、第１の開閉
弁４８と第２の開閉弁５０は、シャフト５４の径方向に
９０度の相対角度差を持って固定されている。６２は、
ＥＣＵ６６からの信号によって駆動するモータ（切換手
段）であり、リンク５８を介してシャフト５４を９０度
の角度範囲で正方向又は負方向に径方向に回転させて、
第１の開閉弁４８を開放し第２の開閉弁５０を閉鎖する
か、第１の開閉弁４８を閉鎖し第２の開閉弁５０を開放
する。６４もＥＣＵ６６からの信号によって駆動するモ
ータ（切換手段）であり、リンク６０を介してシャフト
５６を９０度の角度範囲で径方向に回転させて、第２の
開閉弁５０を開閉する。
【００１７】上記の構成のエンジンの吸気装置１０の作
動について説明する。
【００１８】気筒１２が吸気工程になると、ピストン３
４がシリンダー１４内を摺動すると共に吸気弁２２が開
放して、サージタンク４０、エンジンの吸気装置１０、
導入吸気管１８を介して燃焼室２８へ大気が導入され
る。なお、燃焼室２８へ導入される大気は図示しない燃
料噴射ノズルから噴射された燃料を含んだ混合気であ
る。
【００１９】エンジンが作動すると、エンジンの回転数
がＥＣＵ６６へ伝達される。そして、ＥＣＵ６６では、
エンジンの回転数に応じてモータ６２及びモータ６４の
駆動を制御して第１の開閉弁４８、第２の開閉弁５０、
第３の開閉弁５２を開閉させる。具体的には、エンジン
の回転域を第１設定回転数Ｎ１、第２設定回転数Ｎ２に
よって、エンジンの回転数が第１設定回転数Ｎ１以下の
場合（低回転域）、第１設定回転数Ｎ１以上であり第２
設定回転数Ｎ２以下の場合（中回転域）及び第２設定回
転数Ｎ２以上の場合（高回転域）の３つの回転域に応じ
た第１〜第３の開閉弁の制御を行う。
【００２０】エンジンの回転数と全開トルクとの関係を
示した図４を参照して、低回転域、中回転域、高回転域
のエンジンの回転域毎におけるエンジンの吸気装置１０
の作動の詳細を説明する。
【００２１】エンジンの回転数が低回転域の場合には、
モータ６２によって第１の開閉弁４８を開放して第１の
通路４６を連通し、モータ６４によって第３の開閉弁５
２を閉鎖する。このとき、第１の開閉弁４８と第２の開
閉弁５０がシャフト５４に９０度の相対角度で取り付け
られていることにより、第２の開閉弁５０は閉鎖されて
いる。従って、サージタンク４０と吸気口３０との間を
断面積が小さく、長さの長い第１の通路４６のみによっ
て連通されており、図４にＣで示した特性を得ることが
できる。
【００２２】エンジンの回転数が中回転域の場合には、
モータ６２によって第２の開閉弁５０を開放して第２の
通路４２を連通し、モータ６４によって第３の開閉弁５
２を閉鎖する。このとき、第１の開閉弁４８と第２の開
閉弁５０がシャフト５４に９０度の相対角度で取り付け
られていることにより、第１の開閉弁４８は閉鎖されて
いる。従って、サージタンク４０と吸気口３０との間を
第１の通路４６よりも断面積が大きく、長さの短い第２
の通路４２のみによって連通されており、図４にＤで示
した特性を得ることができる。
【００２３】エンジンの回転数が高回転域の場合には、
モータ６２によって第２の開閉弁５０を開放して第２の
通路４２を連通し、モータ６４によって第３の開閉弁５
２も開放する。このとき、第１の開閉弁４８と第２の開
閉弁５０がシャフト５４に９０度の相対角度で取り付け
られていることにより、第１の開閉弁４８は閉鎖されて
いる。従って、サージタンク４０と吸気口３０との間を
第２の通路４２と第３の通路４４とが連通されており、
図４にＥで示した特性を得ることができる。中回転域と
高回転域との相違は、第２の通路４２と第３の通路４４
とが同一の断面積と同一の長さを備えていることによ
り、長さは同一であるが断面積を２倍にすることができ
る。
【００２４】以上のように、エンジンの回転数が低回転
域から高回転域の範囲を３段階に区分して、図４にＣ、
Ｄ、Ｅの３つの実線によって示される全開トルクの特性
を得ることができる。
【００２５】また、図４にＣ、Ｄ、Ｅの３つの実線によ
って示されるそれぞれの特性のピークは、第１の通路４
６と第２の通路４２と第３の通路４４の断面積および長
さを適宜設定することによって変更することができるも
のであり、エンジンの用途に合わせた全開トルクの特性
とすることが可能となる。
【００２６】なお、本実施の形態に用いたモータ６２及
びモータ６４は、電動モータ以外に、負圧により駆動さ
れる負圧モータを用いることもできる。
【００２７】
【発明の効果】上記した請求項１の発明によれば、エン
ジンが低回転のときには第１開閉弁のみを開放して通路
面積が小さく、通路の長い第１吸気通路によってサージ
タンクと気筒の吸気口との間を連通し、エンジンが中回
転のときには第２開閉弁のみを開放して第１吸気通路よ
りも通路面積が大きく、通路の短い第２吸気通路によっ
てサージタンクと気筒の吸気口との間を連通し、エンジ
ンが高回転のときには第２開閉弁と第３開閉弁を開放し
て第２吸気通路と第３吸気通路をサージタンクと気筒の
吸気口との間を連通して、エンジンが中回転のときに比
べて通路面積を大きくすることによって、低回転域から
高回転域に至る全ての回転域において高い慣性過給の効
果を得ることができる。特に、低回転域と中回転域とで
吸気通路の長さも変更することができるので、低回転域
において全開トルクの特性を最大限に引き出すことがで
きる。また、構造が単純であり、製造コストをアップさ
せることなく、信頼性の高い装置とすることができる。
【００２８】請求項２の発明によれば、第２吸気通路と
第３吸気通路を同一断面積の同一長さの通路としたこと
により加工成形が簡単となり、エンジンの吸気装置をコ
ンパクトにすることができる。
【００２９】請求項３の発明によれば、第１開閉弁と第
２開閉弁を開閉するリンク機構を設けたので、１つのリ
ンク機構によって第１開閉弁と第２開閉弁の開閉を行う
ことができ、開閉弁毎に切換手段を必要としないコンパ
クトなエンジンの吸気装置とすることができる。
【００３０】請求項４の発明によれば、リンク機構は、
第１開閉弁と第２開閉弁とを固着した径方向に所定範囲
で往復回転可能なシャフトを備えており、このシャフト
の往復回転の一端において第１開閉弁を閉鎖し第２開閉
弁を開放すると共に、他端において第１開閉弁を開放し
第２開閉弁を閉鎖することで、第１開閉弁と第２開閉弁
とを同時に開放したり、同時に閉鎖したりすることがな
いタイプのエンジンの吸気装置において、リンク機構に
設けられる１本のシャフトで２つの開閉弁を制御するこ
とが可能となり、コンパクトなエンジンの吸気装置とす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるエンジンの吸気装置
を備えたエンジンの気筒の要部断面を示したものであ
る。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態であるエンジンの吸気装置
の制御によるエンジンの回転数と全開トルクとの関係を
示す特性図である。
【符号の説明】
１０・・・エンジンの吸気装置 ３０・・・吸気口 ４０・・・サージタンク ４２・・・第２の通路（第２吸気通路） ４４・・・第３の通路（第３吸気通路） ４６・・・第１の通路（第１吸気通路） ４８・・・第１の開閉弁（第１開閉弁） ５０・・・第２の開閉弁（第２開閉弁） ５２・・・第３の開閉弁（第３開閉弁） ５８、６０・・・リンク機構 ６２、６４・・・モータ（切換手段） ６６・・・ＥＣＵ（制御手段）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 サージタンクと各気筒の吸気口との間に
    設けられたエンジンの吸気装置であって、 第１吸気通路と、該第１吸気通路よりも通路面積が大き
    く、通路長さの短い第２吸気通路及び第３吸気通路と、
    前記第１、第２、第３吸気通路のそれぞれに設けられた
    第１、第２、第３開閉弁と、該第１、第２、第３開閉弁
    を開閉する切換手段とから形成され、 エンジンの回転数の上昇に対応して、低回転域で第１開
    閉弁のみを開放し、中回転域で第２開閉弁のみを開放
    し、高回転域で第２および第３開閉弁を開放するように
    前記切換手段を作動させる制御手段を備え、吸気通路面
    積を３段階に切り換えることを特徴とするエンジンの吸
    気装置。
  2. 【請求項２】 前記第３吸気通路は、前記第２吸気通路
    に平行して配置されており、その通路面積と通路長さが
    前記第２吸気通路と同一であることを特徴とする請求項
    １記載のエンジンの吸気装置。
  3. 【請求項３】 前記第２、第３吸気通路は前記第１吸気
    通路に隣接して配置しており、前記切換手段は前記第１
    開閉弁と前記第２開閉弁を開閉するリンク機構を備えて
    いることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエン
    ジンの吸気装置。
  4. 【請求項４】 前記リンク機構は、前記第１開閉弁と前
    記第２開閉弁とを固着した径方向に所定範囲で往復回転
    可能なシャフトを備えており、該シャフトの往復回転の
    一端において前記第１開閉弁を閉鎖し前記第２開閉弁を
    開放すると共に、他端において前記第１開閉弁を開放し
    前記第２開閉弁を閉鎖することを特徴とする請求項３記
    載のエンジンの吸気装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1233161A3 (de) * 2001-02-13 2003-11-26 Filterwerk Mann + Hummel Gmbh Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zu deren Betrieb

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