JPS59218332A - 多気筒エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野） 本発明は、過給機を備えた多気筒エンジンの吸気装置に
関し、詳しくは吸気通路内に発生Ｊる吸気圧力波を利用
した過給効果ににリエンジン高回転時の充填効率を向上
させるようにしたものに関する。

（従来技術） 従来より、エンジンの吸気通路に過給機を設りて、吸気
を過給することにより、吸気の充！眞効キを高めて出力
向上を図るようにすることは知られＣいる。

また、従来、エンジンの吸気通路内に発生Ｊる吸気圧力
波により過給効果を得る技術として、実公昭４５−２３
２１号公報に開示されているように、単一気筒エンジン
において、吸気管を寸法の異なる２木の通路に分け、か
つそれぞれ別の吸気ボートを有し、エンジン高回転時は
２本の吸気通路を用い、低回転時には閉塞位置の遅い方
の吸気通路を閉止し吸気を早目に閉塞で−ることにより
、吸気管の寸法ヤ）エンジン回転数の関数である吸気の
最大圧力時点での吸気の閉塞による過給作用を利用しで
広範囲のエンジン回転域に亘ってりｆ適な充填効率を１
ｑるようにしたちのが提案されている。

しかし、このものは、１４−気筒のエンジンに対するも
のであって、吸気通路内に発生づる吸気圧力波をどのよ
うに利用するのか、その構成、作用が定かでなく、直ち
に実用に供し１ｇないものであっｌこ　。

ところＣ１上記の如き過給１ｊｌｔ　（＝Ｊエンジンに
Ｊ３いては、過給による吸気圧力の上背により吸気温度
が高くなるため、エンジン低回転運転域、特に高温高負
荷低回転運転域でノッキングが発生しゃずいという問題
がある。そのため、例えば排気ターボ過給機を備えたエ
ンジンにおいては、タービン上流のり１気通路にウニイ
ス１へグー１〜弁を段（プて、該ウェイストゲート弁を
ブロア下流の吸気圧力（過給圧）によって作動制御し、
排気ガスの一部をタービンをバイパスして流下させるこ
とにより、ブロア（過給機）下流の吸気圧力を設定値を
越えないように一定に保持して、ノッキングの発生防止
を図ることがなされている。

しかるに、このようにウニイストゲ−１〜弁等ににり過
給圧の上限値を規−制制（（口した場合、エンジン高回
転運転域では過給機下流の吸気圧力（過給圧）は一定の
ままで排気ボートにかかるｊＪｌ気圧力よりし小さいも
のとなってしまう。このため、本来高出力を要するエン
ジン高回転運転域で充填効率を十分に向上できず、所望
のへ出力が１７られない嫌いがあった。

（発明の目的） てこで、本発明はかかる点に鑑み、上記の如き過給＄１
　（＝Ｉエンジンの吸気特性として、排気ボートにかか
る排気圧力が過給機下流の吸気圧力よりも大きくなるエ
ンジン高回転運転域で（よ、吸気ボート開口時には燃焼
室の残留ＪＪｌ気ガスの圧力によって吸気が圧縮され、
吸気通路内の吸気ボート部分に上記排気圧力と同等の圧
力の強い圧縮波が発生覆ることを知見し、この知見に基
づいて、過給機付多気筒エンジンでは一つの気筒での上
記吸気ボート開１」時の圧縮波を該気筒の吸気ボート開
［１後最も早く吸気ポートを閉じる他の気筒の特に吸気
の吹き返しが生じる吸気ボート閉口直前に作用せしめれ
ば効果的に過給効果が得られること（以下、排気干渉効
果という）に竹目してなされたものであり、この排気干
渉効果による過給効果により、既存の吸気系の僅かな設
Ｈ１変更による簡単な構成でもって、エンジン高回転運
転ｍｒの充填効率を有効に高めて出力向上を図ることを
目的とするものである。

〈発明の構成） この目的を）ヱ成覆るための本発明の技術的解決手段は
、過給機を備えた多気筒エンジンにおける過給（幾下流
の吸気通路において各気筒間の吸気通路長さを、吸気行
程が連続する気筒間で同一にし、かつ排気ボートに作用
覆る排気圧力が過給１１下流の吸気圧力にりも大きくな
るエンジン運転域で、各気筒の吸気ボー１〜開口時に該
吸気ボートに発生ずる圧縮波が該気筒の吸気ボー１−間
口後層も早く吸気ポートを閉じる他の気筒の吸気ポート
の閉［］直前に伝播して過給を行うように設定したもの
である。このことにＪ：す、いわゆる排気干渉効果によ
る過給効果によって、つまり名気筒の吸気の吹き返しが
生じる吸気行程終期の吸気ポートに１月気圧力と等しい
圧力の間［−１１時ＦＦ縮波が伝播して吸気圧力が増大
することににって、エンジン高回転時の充填効率を効果
的に高めるようにしたちのである。

（発明の効果） したがって、本発明にＪ、れば、過給機イ］多気筒エン
ジンにおいて、排気圧力が過給圧より６人きくなるエン
ジン高回転運転域で各気筒間で１」１気干渉効果による
過給効果を得るようにしたので、既存の吸気系の僅かな
設ｉｔ変更による簡単な構成て・もって、エンジン高回
転運転時の充填効率を向トでき、出力向上を有効に図る
ことが（・き、よって出力向上対策の容易実施化および
ロス１〜ダウン化に有用なものである。

（実施例） 以下、本発明の技術的手段の具体例としての実施例を図
面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明を４気ｔ１）４リイクルエ
ンジンに適用した基本構）外側としての第１実施例を示
す。同図において、１Ａ〜１Ｄは第１〜第４気筒であり
、２は各気筒１△〜１Ｄにおいてシリンダ３どビス１−
ン４とで形成された燃焼室である。

５は一端がエアクリーナ６を介して大気に間口して各気
筒１Ａ〜１Ｄに吸気を供給するための主吸気通路であっ
て、該主吸気通路５には、吸入空気流量を検出づるｌア
フ［１−メータ７が配設され、該エアフローメータ７の
一ト流には吸入空気量を制御するスロットル弁８が配設
されている。上記主吸気通路５は、ス１１ツ１〜ル弁８
下流において第１へ一第４吸気通路５８〜５ｄに分岐さ
れたのち各々吸気ボー！〜９．９．・・・を介して各気
筒’ｌ　Ａ〜１Ｄの燃焼室２，２．・・・に連通してい
る。

上記各吸気通路５ａ〜５ｄにはぞれぞれ上記エアフロー
メータ７の出力に基づく吸入空気流量に応じて燃１′３
１噴射量が制（１１１される電磁弁式の燃料噴射ノズル
１０，１０．・・・が配設されている。

また、上記主吸気通路５の分岐部は、スロットル弁８下
流に位置していて、第１〜第４吸気通路５８〜５ｄを互
いに連通づる連通路１１を構成している。該連通路１１
の通路面梢Δｃ　ｔｉｔ各吸気通路５８〜５ｄの最小通
路面イ＾Ａと同等かそれ以上（Ａｃ≧Ａ）に設定されて
いて、圧力波をその減衰を小さくして有効に伝播するよ
うにしている。

尚、図示していないが、主吸気通路５のスＩＩツ１−ル
弁８と分岐部（連通路１１）との間にはエンジンの加速
運転時又は減速運転時等の過渡運転時での吸入空気のサ
ージングを防ぐための所定容積のザージタンクを設けて
、燃料の１≧好な応答Ｐ１を確保するようにすることが
好ましい、。

また、１２ａ〜１２ｄはそれぞれ一端が４Ｊｌ気ボート
１３，１３．・・・を介して各気筒１Δ−１Ｄの燃焼室
２．２．・・・に連通して燃焼室２からのＩＪＩ気ガス
を排出する第１へ・第４排気通路ぐあって、該各排気通
路１２ａ〜１２ｄの下流端はでれそ゛れ主排気通路１２
に集合されたのち人気に開［１してＪ３す、該主ＪＪＩ
気通路１２の途中には１）１気ガスを浄化するための触
ｔｓ装置１４が介設されている。尚、１５は吸気ポート
９を開閉する吸気弁、１６は排気ボート１３を開閉でる
排気弁である。

一方、１７は排気ターボ過給機であって、該過給機１７
は、主排気通路１２の触媒装置１４上流に配設され＋Ｊ
ｌ気ガス流によって回転駆動されるタービン１７ａと、
主吸気通路５のエアフに】−メータ７とス［１ツトル弁
８との間に配設され」上記タービン１７ａにＪ：って駆
動されるブロアｉ　７　ｂとを備え、該ブロア１７１〕
によって吸気を各気筒１Δ〜１Ｄに過給覆るものＣある
。

さらに、１８は一端が主排気通路１２のタービン１７＋
上流に、他端が該タービン’＋７８−ト流にそれぞれ間
口してタービン１７ａをバイパスするバイパス通路であ
って、該バイパス通路１８には、上記ブロア１７ｂ下流
の主吸気通路５の吸気圧力（過給圧）に応じ−（作動制
御されるウェイストゲート弁１９が介設されており、エ
ンジン回転数の増大により過給圧が設定値以上になると
ウェイストゲート弁１９を開作動せしめて、排気ガス流
をバイパス通路１８ににってタービン１７ａをバイパス
して流下さμることにより、過給圧を設定値を越えない
よう一定に保持Ｊるように構成されている。寸なわら、
第５図に示りＪ、うに、上記過給圧つまり過給機１７（
ブロア１７ｂ）下流の吸気圧力ｐｉｎはエンジン回転数
が増大りるに従つ一ζ比較的急勾配でもって一次的に増
大したのら、所定回転数以上になると上記ウェイストゲ
ート弁１９の作動により設定値に保持される特性になる
ように設定されている。これに対し、タービン１７＋１
上流の排気圧力つまり排気ボート１３に作用する１１１
気圧力ｐｅｘはエンジン回転数が増大覆るに従って徐々
に増大し、所定回転数を越えると上記５ｐ定上限過給圧
よりも大きい圧力となる特性を示づ。

このため、第５図の如く、上記吸気圧力Ｐｉｎが排気圧
力ｐｅｘよりも太き（なる■ンジン運転域例えばエンジ
ン回転数で２０００〜４００　Ｏｒｐｍのエンジン低回
転領域と、逆に排気Ｌ１−力ｐｅｘが吸気ＩＩ力Ｐｉｎ
よりも大きくなるエンジン蓮転域例えばエンジン回転数
で５０００〜７０００ｐｐｍの［ンジン商回転領域とが
生じることになる。

加えて、上記第１気筒１△と第４気筒１Ｄとの吸気通路
５ａと５ｄはそ□の長さが笠ｒ　９　＋に設定されてい
るとともに、第２気筒１Ｂと第３気筒１Ｃとの吸気通路
５１）と５０も旧１２に設定されでいる。そして、１−
３−４−２の点火順序における吸気行程が連続づる隣接
気筒間の通路長さ、つまり各気筒と、該気筒の吸気ボー
ト９開口（吸気弁１５の開弁）後に最も早く吸気ボー１
−〇を閉じる他の気筒との間の上記連通路１１を介して
の吸気通路長さしは、互いに同一に設定され、連通路１
１の通路長さをＩｃとした場合ＬＩＣ−１１１＋９２で
あり、排気圧力ｐｅｘが吸気圧力ｐｉｎよりも大きくな
るエンジン運転域で」−記隣接気筒間で４７１気干渉効
果を（りるように、 し−（θ−１８０−００） Ｘ（６０／３６ＯＮ）Ｘａ　　　・　（Ｉ＞の式（こよ
って求められた値に６９定されている。上記（Ｉ）式に
おいて、θは吸気ボー１へ９の開１：］　ｆｆＪ間（吸
気弁１５の開弁期間）で、約２３０〜２７０°であり、
また１８０°は気筒間の位相差であり、さらにθ０は吸
気ボー１−９の開口（吸気ｊｒ　１５の開弁）から間口
時圧縮波が実質的に発生覆るまでの期間と効果的に過給
を行うために該間ＬＴ１時圧縮波を伝播さぽる時期から
吸気ポル１〜９閉口（吸気弁１５の閉弁）までの期間と
を含算しＩこ無効期間で、吸気弁１５の開弁性１′！ｉ
等によって異なるが数１０′Ｐｉ！度クアリ、ヨッテ（
θ−’１００−００）は一つの気筒での聞［」時圧縮波
の発生がら該気筒の吸気ポー８９間口後足も早く吸気ボ
ー１−〇を閉じる他の気筒の吸気ボー１−〇閉口直前へ
の伝播までに要づるクランクシＶ７１〜の四転角頂を表
わす。また、Ｎはエンジン回転数で、ｉＪｌ気圧力Ｐｃ
ｘが吸気圧力Ｐｔｎよりも１００ｍｍ１−ＩＣＩ以」−
も高くなるエンジン回転域が排気干渉効果を有効に発揮
づるのひ好ましく、実用域として通常５０００へ一７０
００ｒｌ）ｍの範囲であり、（６０／　３６０　Ｎ　）
は１°回転゛丈るに要り”るｒ＋；ｙ間（秒）を表ねｚ
Ｊ。また、ａは圧力波（圧縮波）の伝播速疫（音速）で
、吸気温度が約８０℃のどきａ　＝３７６　（ｍ　、／
ｓ　）である。よって、θｏ　＝３０’としＵＪ：記数
性を上記（Ｉ）式に代入して具体的に通路長さＬを求め
ると、Ｌ＝０．１８〜０．７５　（ＴＩ＋）どなる。

尚、上記（Ｉ）式では、圧力波の伝播に対する吸入空気
の流れの影響を熟視しているが、これは流速が音速に比
べて小さく、吸気通路の長さにほとんど変化をもたらさ
ないためである。

次に、上記第１実施例の作用について第６図により説明
でるに、第５図に示づように排気ボー１〜１３に作用す
る排気圧力ｐｅｘが過給Ｉ幾１７（ブロア１７１１）下
流の吸気圧力ｐｉｎ（過給圧）よりも例えば１００ｍｍ
ｌ−１（１以上大ぎくなるエンジン運転域、例えば５０
００−７０００ｒｌ＋ｍのエンジン高回転運転領域には
、上記ｐｅｘ＞Ｐｉｎの関係から、一つの気筒例えば第
３気筒１ＣのＩＰ＆気ボー１〜９開口時に該吸気ボーＩ
・９近傍に強い圧縮波が発生づる。この間口時圧縮波は
、１−３〜４−２の点火順序における隣接気筒間の通路
長さしを上記（Ｉ　）式にＪ：り求められる値に設定し
たことにより、第３吸気通路５Ｃ→連通路１１→第１吸
気通路５ａを経″Ｃ１他の気筒である第１気筒１△の吸
気ボート９の閉口直前に有効に伝１■される１、ぞの帖
宋、この開口時圧縮波により、吸気が吸気（１稈終期に
ある第１気筒１Ａの吸気ボー１−９Ｊζり燃焼室２内へ
押し込まれて過給が行われることＩｌｌ、　Ｑる（　ｔ
Ｊｌ気干渉効果）。また、同様に、この和気Ｆ渉効宋（
３］、第４気筒１Ｄ→第３気＠１Ｃ１第２気筒１Ｂ−１
第４気筒１Ｄ、第１気筒１Δ→第２気１；１１　ｒ３へ
と順次作用して行き、各気筒の吸気行程終期の吸気ボー
ト９に対し間口時圧縮波が化１１Ｉｉシ’Ｔ、過給が行
われる。

したがって、このにうに吸気行程が連続する隣接気筒相
互間でのＩＪＩ気干渉効果による過給効果にＪ：す、つ
まり６気１に】の吸気の吹き返しが生じる吸気ポート９
閉日直前での吸気圧力が排気圧力ｐｅｘと等しい圧力の
聞［］峙圧縮波の伝播によりバしく増大することにより
、エンジン高回転運転時の充填効率が著しく増大して出
力を人Ｉ＋］に向上させることができる。

また、その場合、排気干渉効果を（ｑるための圧力波伝
播径路である第１〜ｇＨ／ｌ吸気通路５８〜５ｄおよび
連通路１１（主吸気通路５の分岐部）はスロットル弁８
下流に位置覆るので、該ス１」ットル弁８にＪ、って圧
力波（圧縮波）が減衰されることがなく、しかも上記連
通路１１の通路面（？１△Ｃが各吸気通路５ａへ一５ｄ
の最小通路面積Ａ以上であることにより、圧力波の伝播
の抵抗が小さく、よって上記排気干渉効果を有効に発揮
できる。

さらに、燃わ１供給Ｓ４：岡としての燃判噴躬ノズル１
０は、連通路１１下流の各吸気通路５８〜５ｄに設（〕
られているので、吸気通路長さが長くなることによる燃
料の応答性の悪化をヴ」止して、良好な燃ｉ１′、！１
応答性を確保できる。

また、上記１ノ）気−Ｆ渉効果による過給効果（Ｊ、８
気筒１Δ〜１Ｄ間の通路長さＬを」）ホの如く設定する
ことによって（ワられるので、既γＹの吸気系の僅かな
設泪変史て済み、（トじｈが極めて簡＋１１なものであ
り、Ｊ：っＣ容易にかつ安価に実施することがでさ・る
。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、そ
の他種々の変形例をも包含するものである。例えば、上
記第１実施例で（よ４気筒４サイクル１ンジンに適用し
た例を示したが、本発明はその他各種多気筒エンジンに
対しｃし適用できるものである。例えば、第３図に本発
明の第２実施例を示しく第１実施例と同一の部分に（；
１同　の符号を付してその説明を省略覆る）、１−記第
１実施例と異なり、４気筒４サイクルエンジンにＪ３け
る各気筒１Δ〜１Ｄに各々吸気ボー１〜９を介して連通
ずる第１〜第４吸気通路５８〜５ｄを金で等長に設定し
たちのぐあり、この場合、各気筒間の吸気通路長さＬが
すべて同一どなり、この長さ１−を上記（Ｉ＞式ににり
求められた（ぽ目こｔ９定１〕ればＪ−り、上記第１実
施例と同様の作用効果を奏するものである。

Ｊ、た、第４図は直列６気筒４リイクルｆンジンに適用
した第３実施例を示覆（尚、上記第１実施例と同一の部
分については同一のＷ、１号をイｑしてての説明を省略
する）。本例の場合、８気筒７△〜１Ｆの吸気通路５ａ
〜５［は、二１吸気通路５のス「１ツトル弁８下流で分
岐しかつ連通路１゛ビで連通されており、それぞれ等長
に設定されている（尚、図では２次元的に等長にしたが
、要は３次元的に等長であればよい）。まＩζ、１−５
−３−６−２−４の点火順序にお（プる吸気行程が連続
する隣接気筒間通路長さ［−は１記（１）式の右辺第１
項（聞［１時圧縮波発生から伝播までに要づる回転角度
）が箕なり、６気筒Ｃの気筒間の位相差が１２０°であ
るので、 Ｌ＝（θ−１２０−θリ　） Ｘ　（６０／３６ＯＮ＞Ｘａ　　　　　（Ｉ’　）で求
められｌ（値に等しく設定されている。具体的には４気
筒の場合と同じ数１ｉ１’１条件どした場合、１−＝０
．７２〜１．５０Ｔｒｌとなる。したがって、第７図に
示すように、排気ｆ渉効果は、第５気筒→第１気筒、第
３気筒−憂第５気筒、第６気筒→第３気筒、第２気筒→
第Ｇ気筒、第４気筒→第２気筒、第１気筒−シ第４気筒
へと順次作用して行き、各気筒にａ＞　Ｌｊる吸気行稈
柊ＩＵ」の吸気ボー１〜９に過給が行われてエンジン高
回転時（゛の充用効率の向十が図られる。

さらに、上記各実施例では、各気筒に対し吸気ボー１〜
を介して甲−の吸気通路を辻通さ１！だが、低負荷用と
高負荷用どの２つの吸気通路を各々独立して連通さゼる
ようにしたしのにも適用Ｃき、この場合、低角筒用吸気
系統又は高ＣＩ　？ｉ！ｊ用吸気系統の何れか一方で排
気干渉効果を１９るよらに気筒間の通路長さを設定ずれ
ばよく、りｆましくは高負荷用吸気通路は低負荷用吸気
通路Ｊ、りち通路面積が大きく圧力波の減衰を小さく抑
えることができるので、高角筒用吸気系統での気筒間設
定がイｊ利である。

さらによｌこ、上記各実施例Ｃは過給（ｆ（どじ−Ｕ　
ＪＪＩ気ターボ過給機１７を採用したが、その他過給ポ
ンプ等公知の各種過給機が採用可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図（１３よび第２図
は第１実施例を示Ｊ全体構成説明図６３　Ｊ：び同要部
１■略図、第３図は第２実施例を示１第１図相当図、第
４図は第３実施例を承り第′１図相当図、第５図はエン
ジン回転数に対り゛る吸気１１ニカＪｊよび１ノ１気圧
力の特性を示す図、第６図および第７図は−ｆれぞれ第
１実施例および第３実Ｉ進例にＪ５ける１７１気１渉効
１１コの作用態様を示づ一説明図である。 １Δ−ＩＦ・・・気ｆ：）、５・・・主吸気通路、５８
〜５ｆ・・・吸気通路、８・・・ス１］ツ１−ル弁、９
）・・・吸気ボート、１０・・・燃料１１ｎ　１３Ｊノ
ズル、１２・・・主刊気通路、１２ｄ・−′１２ｒ・・
・排気通路、１３・・・排気ボート、１７・・・排気タ
ーボ過給機、１９・・・ウニイス１−グー１〜　ブ？　
。 特Ｗ１出願人　　　　東洋工業株式会社第２図 １ 戴　８　　塚　駅 諏　塚　淋　謝　塚　域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気ボー１〜を介して各気筒に連通Ｊる吸気通路
   と、排気ボートを介して各気筒に連通するＪＪＩ気通路
   と、上記吸気通路に設けられた過給機とを備えた多気筒
   エンジンにおいて、上記過給機下流の吸気通路において
   各気筒間の吸気通路長さを、吸気行程が連続する気筒間
   で同一にし、かつ排気ボー１−に作用づるＩＪＩ気圧力
   が過給機下流の吸気圧力よりも大きくなるエンジン運転
   域で、各気筒の吸気ボー１〜間口時に該吸気ポー１〜に
   発生する圧縮波が該気筒の吸気ボート間口後最も早く吸
   気ボートを閉じる他の気筒の吸気ポー１への閉口直前に
   伝播して過給を行うように設定したことを特徴とづる多
   気筒エンジンの吸気装置。