JPS60159332A - 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、エンジンの吸気装置に関し、特に、吸気系の
気柱振動と吸気期間との同一による慣性過給を利用して
出力の向上を図るようにしたエンジンの吸気装置の改良
に関するものである。

（従来技術） 一般に、吸気管内の流れはいわゆる脈動流で、吸気弁が
開き吸入行程が始まると、シリンダ内に発生する負圧の
ために吸気管内気柱は加速されシリンダ内に流れ込む。

この間シリンダ内圧力および容積は、ピストン下降運動
と共に変化し、同時に吸気管内圧力および速度も漸次時
間的にも場所的にも変化する。シリンダで発生した圧力
波は吸気管を伝わり、サージタンク部で反射されてシリ
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。上記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ま
る吸気系の固有振動数とを同調させると吸気慣性効果が
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。

上記吸気系の固有振動数は吸気通路の長さと断面積と吸
気期間中の平均シリンダ容積で定まり、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
果の利用による出方向上域を拡大するために、吸気通路
長さまたは吸気通路面積を可変とした技術が種々提案さ
れている（例えば、特開昭４８−５８２１４号、特開昭
５６−１１５８１９号、特開昭５８−１１９９１９号）
。

しかるに、これらの先行技術は、吸気慣性効果の利用に
よる出方向上範囲の拡大作用が小さくて不十分であり、
また、変更範囲を広くするには複雑な機構を伴うなどの
問題があり、簡易な構造でより広い範囲で大きな同調が
得られることが望まれている。

例えば、吸気通路の長さのみを変更するようにしたもの
では、同調範囲そのあのが狭いとともに、一応の同調状
態であってもそのエンジン回転数において最大限の吸気
慣性効果が得られる最適な同調条件に一致しているとは
限らないものである。

また、同様に、吸気通路の長さと面積とを変更して各エ
ンジン回転数で気柱振動数との同調を得るにおいて、所
定エンジン回転数における同調条件を満たす長さと面積
の値は各種あるが、全ての条件が良好な充填効率の上昇
をもたらすものではない。

すなわち、吸気慣性効果は気柱振動を利用して吸気行程
終期における吸気ボートの圧力を増大して充填効率を向
上せんとするものであるが、この充填効率は吸気通路面
積（径）そのものの大きさによっても変化するものであ
り、充填効率の低い通路面積の設定においては吸気通路
長さを変更して吸気慣性効果により充填効率を向上して
も、基本的に充填効率が低いのでこれを吸気慣性効果で
改善しても、全体としては良好な出方向上効果を得るこ
とはできず、このように単に吸気慣性の同調条件を合せ
るだけでは吸気慣性効果を最大限に利用することはでき
ないものである。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、吸気通路長さを変更して慣性
同調領域を拡大するについて、吸気流速に着目し各領域
で吸気慣性効果が最大に得られるように、吸気通路の通
路長さおよび面積を変えて出力の向上を図るようにした
エンジンの吸気装置を提供することを目的とするもので
ある。

（発明の構成） 本発明の吸気装置は、吸気通路長さを可変とするととも
に、吸気通路面積を可変とし、エンジン回転数に対応し
て吸気通路面積を変更して平均吸気流速が充填効率上で
最適範囲内にあるように略一定に保つとともに、この吸
気通路面積に対応してエンジン回転数と気柱振動数とを
同調させるべく吸気通路長さを変更するようにしたこと
を特徴とするものである。

（発明の効果） 本発明によれば、吸気通路長さと吸気通路面積との変更
により、慣性同調範囲を拡大し各領域で出方向上を図る
について、平均吸気流速が最適範囲内にあるように吸気
通路面積を変更し、これによって基本的に充填効率の良
好な条件を確保し、さらに、吸気通路長さを変更して良
好な吸気慣性効果を得るようにしたことにより、常に最
大限の吸気慣性効果を得てこれによる出方向上が効果的
に図ることができるものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第１図は吸気装置を備えた多気筒エンジンの要部断面正
面図を示している。

エンジン１の各気筒の燃焼室２に連通開口する吸気通路
３は、サージタンク５下流で分岐され各気筒に対して独
立して結合され、シリンダヘッド６から吸気ボート７を
経て燃焼室２に連通し、途中に燃料噴射ノズル８が配設
されている。

また、上記吸気通路３には、サージタンク５との接続部
分に摺動自在に内設された筒部材１１を備えた通路長さ
可変手段９、および吸気ポート７近傍から上記筒部材１
１の内部に至る間に設けられた移動部材１２を備えた通
路面積変更手段１０とが設置されている。上記通路長さ
可変手段９は筒部材１１をアクチュエータ１３によって
移動して吸気通路長さを変更するものであり、一方、通
路面積変更手段１０は移動部材１２をアクチュエータ１
４によって移動して吸気通路面積を変更するものであり
、両アクチュエータ１３．１４は制御手段１５（コント
ロールユニット）からの制御信号によって駆動制御され
る。この制御手段１５は回転数センサー１６からのエン
ジン回転数信号および負荷センサー１７からの負荷信号
を受け、＾負荷域においてエンジン回転数の変動に対応
して吸気通路の長さおよび面積を変更調整するものであ
る。

なお、上記移動部材１２のサージタンク５側端部１２ａ
は回動自在に取付けられ、先端が筒部材１１内面に圧接
するように付勢され、この筒部材１１の摺動を許容しつ
つ吸気の通る通路面積の増減を行うように構成されてい
る。その伯、第１図において、１９は吸気弁、２０はシ
リンダブロック、２１はピストンである。

上記制御手段１５はエンジン回転数の上昇に応じて通路
面積変更手段１０を駆動して吸気通路面積を増大し、吸
気ボート７での平均吸気流速が最適流速範囲内にあるよ
うに略一定に保つとともに、この吸気通路面積において
エンジン回転数と気柱振動数とが同調して吸気慣性効果
が得られるように通路長さ可変手段９を駆動して吸気通
路長さを変更調整するものであり、その変更は通路面積
の変更の影響を大きく受けるが、基本的にはエンジン回
転数の上昇に対応して通路長さが短くなるように変更す
るものである。なお、実際には、エンジン回転数に対応
して通路面積および長さが予め設定できるので、これに
応じて制御手段１５は両者を同時に調整するものである
。

吸気慣性の同調条件は、エンジン回転数に対応する吸気
期間と、吸気系の長さと面積に対応する気柱振動の周期
とが略等しく、吸気弁１９が閉じる直前の吸気ボート７
の圧力が上昇して充填効率が増大するものであって、こ
のような同調条件を得るための吸気通路長さと面積の組
合せは無限に存在し、一定の同調状態を保ちつつ、吸気
通路３の長さと面積を同時に変えたときの体積効率と吸
気通路内の平均流速との関係をめた結果を第５図に示す
。この第５図から分るように、各エンジン回転数で通路
長さと面積を変えた場合に、体積効率が最大となる最適
流速Ａが存在するものである。

よって、上記制御手段１５は、エンジン回転数の変動に
対し吸気流速が上記最適流速Ａの範囲内に維持されるよ
うに、通路面積変更手段１０のアクチュエータ１４に制
御信号を出力して通路面積を調整し、その時点で吸気慣
性の同調条件を得るべ（、上記通路面積に対し通路長さ
を演算し、通路長さ可変手段９のアクチュエータ１３に
制御信号を出力し、各エンジン回転数で吸気慣性効果を
最大限に利用して、大きな体積効率を得て出力を向上す
るものである。

なお、第５図において、破線で示す特性ａは、通路面積
をある一定値に固定した場合において、通路長さを変え
ることによって得られた同調状態を示し、エンジン回転
数が高回転域では平均吸気流速は最適流速Ａの範囲内に
あって（通路面積が比較的広い）良好な体積効率が得ら
れているが、回転数が低下するにしたがって吸気流速が
低下し、通路長さを変更しても体積効率の向上は少ない
ものである。この場合に、エンジン回転数の低下に伴っ
て通路面積を減少して吸気流速が最適範囲内となるよう
に上昇させ、減少した通路面積との組合せにおいて同調
状態を得るべく通路長さを変更するように制御するもの
である。

また、上記最適吸気流速としては、エンジンの種類等に
よってその値は相違するが、−例としては、４０〜６０
ｍ／ｓ好ましくは５０ｍ／Ｓである。一方、吸気慣性効
果が最大となる同調条件は、吸気期間をｔｓ、気性振動
数をｆｓとして、吸気期間ｔｓと気柱振動の周期１／「
ｓが略等しく、例えば、０．９＜　ｔｓｘ　ｆｓ＜　１
．１ の範囲に設定するものである。

実施例２ 第２図は本例の吸気装置を備えた多気筒エンジンの要部
断面正面図、第３図は第２図の■−■線に沿う断面図で
ある。なお、第１図と構造が異なっても一部の同一名称
部分には同一符号を付している。

エンジン１の各気筒の燃焼室２に連通開口する吸気通路
３は、スロットル弁４下流にサージタンク５を備え、こ
のサージタンク５下流で分岐され各気筒に対して独立し
て結合され、燃料噴射ノズル８が配設されている。

上記サージタンク５はケーシング２２と、これに回転自
在に内設された円筒状の回転部材２３によって形成され
、このサージタンク５に吸気通路３の通路長さを変更す
る通路長さ可変手段９が構成されている。このケーシン
グ２２はエンジン１のシリンダヘッド６に締結される吸
気マニホールドを形成し、各気筒に対応してそれぞれ結
合された吸気通路３の延長部分がケーシング２２の周方
向に沿って形成されている。また、回転部材２３は内部
空間がスロットル弁４下流の拡張室、換言すれば、吸気
保持空間としての実質的なサージタンクを構成するもの
であり、一端面の中心に開口部２３ａが開設され、この
開口部２３ａがスロットル弁４を備えた上流側の吸気通
路３に連通して吸気入口となり、回転部材２３の円筒状
外周面はその内部空間と外周部の吸気通路３とを区画す
るとともに、ケーシング２２の隣接する気筒に対する吸
気通路３の内壁面に接して各吸気通路３を気筒ごとに独
立させている。該回転部材２３の局面には各気筒に対す
る吸気通路３に連通ずる出口側の連通口２３ｂが開設さ
れ、回転部材２３の回転位置に対応して内部空間と吸気
通路３との連通位置が変更し、これによってサージタン
ク５から各気筒に至る吸気通路３の長さが可変となるよ
うに構成されている。

上記回転部材２３の他端面にはケーシング２２の外方に
突出する軸部２３ｃが連接され、この軸部２３ｃと開口
部２３ａの周囲でケーシング２２に回転可能に支承され
る一方、軸部２３Ｇの端部に固着された入力用のギヤー
２４にモータ２５の出力軸に固着されたギヤー２６が噛
合されて、回転部材２３の回転作動によって吸気通路長
さを変更する駆動手段２７が構成されている。上記モー
タ２５は制御手段１５（コントロールユニット）からの
制御信号によって駆動制御される。

また、上記サージタンク５下流の吸気通路３には、吸気
ボート７に近接した位置に、通路面積を変更して吸気流
速を変更する調整弁２８が配設されて通路面積変更手段
１０が構成され、上記調整弁２８は操作ロッド２９に連
係され、この操作ロッド２９のアクチュエータ３０によ
る作動にともなって回動するように構成されている。上
記アクチュエータも前記制御手段１５からの制御信号に
よって駆動制御される。

上記制御手段１５には前例と同様に回転数センサー１６
からのエンジン回転数信号および負荷センサー１７から
の負荷信号が入力され、該制御手段１５はエンジン回転
数の変動に対応して吸気通路長さを変更する通路長さ可
変手段９の駆動手段２７および前記吸気通路面積を変更
する通路面積変更手段１０を駆動制御し、吸気流速が最
適範囲内にあるように略一定に保つとともに、吸気通路
３の気柱振動数とエンジン回転数に基づく吸気期間の周
期とが同調して吸気慣性効果が最大となる値に吸気通路
面積および吸気通路長さを調整するものである。

この実施例における制御手段１５による通路長さ可変手
段９および通路面積変更手段１０の制御は、基本的には
前例と同様であるが、前例では通路面積変更手段１０に
よってサージタンク５下流の吸気通路全体の通路面積を
変更するようにしていたのに対し、この例では吸気ボー
ト７近傍の一部の吸気通路３のみ通路面積を変更するよ
うにしたものであって、この通路面積の変更による気柱
振動数への影響が前例よりも少なく、そのため、エンジ
ン回転数の変動に対して最適吸気流速を得るべく通路面
積変更手段１０の調整弁２８を作動させても、それによ
って吸気慣性の同調条件の変動は少なく、最大吸気慣性
効果を得るための同調状態への調整は主に通路長さ可変
手段９による通路長さの変更によって行うものである。

したがつて、通路長さ可変手段９の作動によって、通路
長さを変更して同調状態を得た後、通路面積を変更して
吸気流速を調整しても同調状態は殆ど変化しない。

実施例３ 本例は第４図に示し、前例と同様の通路長さ変更手段１
０を備えているのに対し、サージタンク５下流の吸気通
路３に配設した移動部材３１をリンク３２を介してアク
チュエータ３３で作動し、吸気ボート７近傍だけでなく
その上流部分についても通路面積を変更するようにした
通路面積変更手段１０を備えてなり、この例においては
第１実施例と同様に、通路面積の変更に伴って吸気流速
が変化するとともに、気柱振動が変化するようにしたこ
とにより、同調範囲が拡大して一層幅の広いエンジン回
転数で大きな吸気慣性効果による出方向上が行えるもの
である。

その他は前例と同様に構成され、同一構造には同一符号
を付してその説明を省略する。

よって、上記各実施例においては、通路面積の変更によ
って吸気流速を最適範囲Ａに維持するとともに、吸気慣
性効果を得るべく通路長さを変動させることから、吸気
慣性効果を最大限に利用して充填効率の向上を図ること
ができ、広い範囲において大きな吸気慣性効果を得て出
力が向上できるものである。特に、低回転域では吸気通
路面積を小さくして吸気流速を維持し、燃焼室内での燃
焼性能を改善することとができる。

また、上記第２および第３実施例では、吸気通路長さを
変更する通路長さ可変手段９をサージタンク５の周囲に
形成した吸気通路延長部と、これに沿って回転作動する
回転部材２３とによって構成したことにより、全体をコ
ンパクトに形成して構造の簡略化が図れ、確実な作動を
確保することができる。

一方、吸気通路面積および吸気通路長さを変更するだめ
の手段の作動は、上記実施例のようにエンジン回転数を
検出したコントロールユニットによる制御手段で行うほ
か、排気圧力に対応して作動するアクチュエータによっ
て駆動制御するなどエンジン回転数に相関関係のある信
号によって作動する手段が適宜採用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における吸気装置を有す
るエンジンの要部断面正面図、第２図は第２の実施例に
おける吸気装置を有するエンジンの要部断面正面図、 第３図は第２図の１１線に沿う断面図、第４図は第３の
実施例にお１ノる吸気装置を有するエンジンの要部断面
正面図、 第５図は吸気通路の長さと面積を同時に変えたときの体
積効率と吸気通路内の平均流速との関係を示す特性図で
ある。 １・・・・・・エンジン　３・・・・・・吸気通路５・
・・・・・サージタンク　７・・・・・・吸気ボート９
・・・・・・通路長さ可変手段 １０・・・・・・通路面積変更手段 １５・・・・・・制御手段 笛　１！！Ｉ 笥　４　図 ＠５図 小−吸気褒滲一入

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）気筒に至る吸気通路長さを可変とする通路長さ可
   変手段を設けるとともに、少なくとも吸気ボート近傍の
   吸気通路の通路面積を変更する通路面積変更手段を設け
   、平均吸気流速を最適範囲内に略一定に保つように吸気
   通路面積を調整するべくエンジン回転数に対応して上記
   通路面積変更手段を作動制御するとともに、エンジン回
   転数と気柱振動数とを同調させて吸気慣性効果を得るよ
   うに吸気通路長さを調整するべくエンジン回転数に対応
   して上記吸気通路長さ可変手段を作動制御するＭＩ１１
   手段を設けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。