JPS60230509A - 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、低速から
高速運転領域で吸気系の動的効果によって出方向占を図
るように１だフラットトルク型エンジンの吸気装置に関
するものである。

（従来技術） 従来より、エンジンの気筒とサージタンクとを独立吸気
通路によって接続し、吸気バルブが開いている間に上記
独立吸気通路に生起する気柱振動を利用し、吸気過程で
吸気通路内に生じた圧力振動が、同一の吸気過程に影響
する慣性効果によって吸入空気量を増すようにして、サ
ージタンク下流側の気柱振動系の圧力振動に伴う過給効
果（いわゆる慣性過給効果）を得て、出力の向上を図る
ようにした技術はよく知られている。

また、多気筒エンジンにおいて、各気筒に対し接続され
た吸気通路を互いに吸気行程がオーバーラツプしないよ
うに１つのサージタンクに接続し、この集合部における
吸気干渉を防止するとともに、上記サージタンクと各気
筒とを接続する吸気通路を短くし、サージタンク上流側
の気性振動系の影響による圧力振動に伴う過給効果（以
下、共鳴過給効果と呼ぶ）を利用するようにした吸気装
置は、例えば、特公昭５７−２８９２号によって提案さ
れている。

しかして、上記サージタンク上流側の気柱振動系の共鳴
過給効果は、サージタンクの圧力変動を利用して充填効
率を向上するので、サージタンクから燃焼室までの吸気
通路長さが短い方がその過給効果が大きくなることから
、上記先行技術においては、サージタンク下流の吸気通
路長さを短くしている。

しかるに、上記共鳴過給効果を利用する吸気装置におい
て、サージタンク下流の吸気通路長さを常用回転域で前
記慣性過給効果が得られるように比較的長く設定した場
合に、このサージタンク下流の吸気通路長さが長くなる
のに伴ってサージタンク上流の気柱振動系を利用する共
鳴過給効果の低下は若干見られるものの、サージタンク
下流の気柱振動系による慣性過給効果が有効に、生起し
、両者を効果的に使用すればより大きな出方向上が図れ
るものである。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、低速から高速回転域にかけて
、前記慣性過給効果と共鳴過給効果との両者による最適
な動的効果を得て、全般的な出方向上が得られるように
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、実質的に吸気行程がオーバーラツ
プしない気筒群を独立の吸気通路によって１つのサージ
タンクに集合し、サージタンク下流側気柱振動系の慣性
同調回転数をＮ１とし、サージタンク上流側気柱振動系
の共鳴同調回転数をＮ２としたときに、上記Ｎ１を４０
００〜６０００ｒｐｍに設定するとともに、 Ｎ１−Ｎ２≧Ｎｓ　Ｘ　Ｏ，１５＋Ｎ２　Ｘ　Ｏ，１５
の条件を満足するように設定し、慣性過給効果と仕鴫８
絵軸思とをある程度鰭れた回転領域で生起させるように
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、吸気系の動的効果を、サージタンク下
流側の気柱振動系の慣性同調回転数Ｎ１と：サージタン
ク上流側の気柱振動系の共鳴同調回転数Ｎ２とを低速か
ら高速にかけである程度離して生起するように設定した
ことにより、すなわち、慣性効果および共鳴効果は特に
同調回転数の±１５％の範囲内で最も過給効果が大きい
ことに対応し、両同調回転数の差Ｎ１−Ｎ２がＮｔの１
５％とＮ２の１５％との和より大きく離れているように
設定したことにより、慣性過給効果と共鳴過給効果とに
よる大きな出方向上域が重なり合わないようにして、運
転域全般において平均的な出方向上効果を得て、フラッ
トトルク型エンジンが設定できるものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の基本構成を示す直列６気筒エンジンの
概略構成図である。

直列６気筒エンジン１は、第１気筒１Ａから第６気筒１
Ｆの点火順序すなわち吸気行程順序は第１→４→２→５
→３→６気筒の順に設定されている。そして、各気筒１
Ａ〜１Ｆに接続された・独立吸気通路２８〜２ｆはそれ
ぞれ実質的に吸気行程がオーバーラツプしない２つの気
筒群に分割されて、第１サージタンク３もしくは第２サ
ージタンク４に接続されている。すなわち、第１ないし
第３気筒ＩＡ、ＩＢ、１Ｇの独立吸気通路２ａ、２ｂ、
２ｃが第１サージタンク３に集合され、第４ないし第６
気筒ＩＤ、１Ｅ、ＩＦの独立吸気通路２ｄ、２ｅ、２ｆ
が第２サージタンク４に集合されている。

さらに、上記第１および第２サージタンク３゜４には、
その上流側に１本ずつの吸気通路５，６が接続され、両
吸気通路５．６は集合−して合流通路７に連通して設け
られている。

上記吸気装置において、各サージタンク３，４下流側の
吸気系では、吸気バルブが開いている間に上記独立吸気
通路２ａ〜２ｆに生起する気柱振動が同一の吸気過程で
同一気筒に影響する慣性効果が生起する。このサージタ
ンク下流側の気柱振動系の圧力振動の共振点、すなわち
慣性同調回転数Ｎｓは、次の近似式によってめられる。

Ｎｌ　＝ａｄｔ　／πｓｘＥ］弱７９．ｓ　ＳＸＺここ
で、９．ｌは独立吸気通路２ａ〜２ｆのサージタンク３
．４から気筒１Ａ〜１Ｆまでの長さ、ｄｌはその通路径
、Ｂはシリンダボア径、Ｓはビストンストローク、ａは
音速、ｌはバルブタイミングおよびエンジン特性に伴っ
て０．５〜０．１の値に設定される特性数である。

上記式及び後記の各式においては、エンジン回転数はｒ
ｐｍ即ち、毎分当りの回転数で、音速は分速である。

そして、この慣性同調回転数Ｎ１前後でのエンジン回転
数における出方向上効果は、第２図に示すように、破線
で示す動的効果のないエンジンにおけるトルクカーブに
対し、慣性効果は同調回転数Ｎ１の±３０％の範囲内で
出方向上効果があり、特に、同調回転数Ｎ１の±１５％
の範囲内で顕著な出方向上効果がある。また、この慣性
過給効果は中高速回転域で良好な特性が得られる。

一方、サージタンク上流側の吸気系においては、一般に
吸気バルブの開弁期間はクランクの回転角で略２４０°
で、点火が各気筒で順次１２０°ずれて行なわれること
から、第１サージタンク３および第２サージタンク４で
は吸気行程が交互に１２０’ずれて２４０°生起するこ
とから、吸気行程のオーバーラツプがないとともにその
圧力変動が連続して発生し、第１サージタンク３と第２
サージタンク４との圧力変動が互いに１２０°位相がず
れている。よって、一方のサージタンクでの圧力変動が
ピーク値にあるときに他方のサージタンクでの圧力変動
が谷値となり、両サージタンク３．４を連通している吸
気通路５，６で互いに加振作用し、このサージタンク上
流側の気柱振動系が共振した時に、大きな共鳴過給効果
が得られるものである。このサージタンク上流側の気柱
振動系の圧力振動の共振点、すなわち同調回転数Ｎ２は
、次の近似式によってめられる。

Ｎ’２　＝　１０Ｘａｄ２　ｓｒ王／　ｙｔ　Ｖ　９ｐ
　２ここで、５１，２はサージタンク３，４から合流部
までの吸気通路５．６の長さ、ｄ２はその通路径、■は
サージタンクおよびこれに連通ずるサージタンク下流の
吸気通路の容積、ａは音速である。ただし、上記９．２
については、実長さに管端補正値２ｘｄ２番加えた値と
し、連結部にダンピングリザーバがある場合は４×ｄ２
を加えた値とする。

そして、この共鳴同調回転数Ｎ２前後でのエンジン回転
数における出方向上効果は、第３図に示すように、破線
で示す動的効果のないエンジンにおけるトルクカーブに
対し、共鳴効果は同調回転数Ｎ２の±３０％の範囲内で
出方向上効果があり、特に、同調回転数Ｎ２の±１５％
の範囲内で顕著な出方向上効果がある。また、この共鳴
過給効果は低中速回転域で良好な特性が得られる。なお
、上記サージタンク上流側の共鳴過給効果における同調
回転数Ｎ２は、必ず前記サージタンク下流側の慣性過給
効果の同調回転数Ｎｌより低回転側で生じるものである
。

上記慣性過給効果および共鳴過給効果の特性に基づき、
本発明では、エンジン回転数の広い領域で上記した両過
給効果による平均的なトルク特性が得られるエンジンに
設定するべく、両者の同調回転数Ｎ＋　、Ｎｚがある程
度離れて生起するように設定してなるものである。

すなわち、上記サージタンク下流側気柱振動系の慣性同
調回転数Ｎ１を４０００〜６０００ｒｐｎ＋に設定する
とともに、サージタンク上流側気柱振動系の共鳴同調回
転数Ｎ２が、 Ｎｔ　Ｎ２≧Ｎ、　Ｘ　Ｏ，１５＋Ｎｌ！　Ｘ　Ｏ，１
５の条件を満足するように設定するものである。この場
合、前記したようにＮ２　＜Ｎｔであるから、Ｎ２はＮ
１に対しその１５％とＮ２の１５％とを加えただＧノ低
い回転数より離れた回転域に設定され、両者の過給効果
はそれぞれ１１５％の範囲で最も大きいことから、両者
の１１５％の範囲が重ならないようにしているものであ
る。

上記設定による出力特性は、第４図に示すように、２点
鎖線で示す慣性効果と１点鎖線で示す共鳴効果とが、そ
れぞれの頻著な出方向上範囲としての各同調回転数Ｎｓ
、Ｎ２の１１５％の範囲が重ならないように設定されて
いるので、両過給効果の合成効果は実線で示すように、
エンジン回転数に対して大きなピーク値を有しないで低
回転域から高回転域にかけて全般的に出方向上が行なわ
れているフラットトルク型エンジンの特性となるもので
ある。

一方、上記各同調回転数Ｎ工、Ｎｚの設定が余り離れ過
ぎると：この両同調回転数Ｎｒ　、Ｎ２の間でトルクが
低下する谷間が発生するので、これを避けるために、離
れる限度として、 Ｎｓ　Ｎｚ　≧Ｎ、Ｘ　Ｏ，３＋Ｎ２　Ｘ　０．３の条
件を満足するように設定するのが望ましいものである。

上記サージタンク下流側気柱振動系の同調回転数Ｎ１の
設定域（４０００〜６００Ｏｒａｍ　）に相当するサー
ジタンク３．４下流の独立吸気通路長さ９Ｊ１は、約３
００〜６００　ｍｎ＋となり、この慣性同調回転数Ｎｓ
に対し共鳴同調回転数Ｎ２を設定するにつぃてその回転
数を高めるには、上記近似式から分るように、サージタ
ンク３．４上流の吸気通路５゜６０通路長さｚ２を短く
し、通路径ｄ２すなわち通路面積Ａ２を大きくすればよ
いが、このように短く木くすると圧力変動が低減して共
鳴効果が低くなるので、上記サージタンク３．４上流の
吸気通路面積Ａ２を該サージタンク３，４に連通する下
流側の各吸気通路２ａ〜２ｆの通路面積Ａ１の和３×Ａ
１より小さい値に設定するものである。

さらに、上流側通路面積Ａ２は余り狭くなると通路抵抗
が大きくなって圧力変動が減衰するので、下流側通路面
積Ａ１より大きく設定するのが望ましいものである。す
なわち、 Ａ＊　＜Ａｚ≦３×Ａ１ を満たすようにする。

なお、第１図においては、サージタンク３．４上流側の
吸気通路５，６を合流するようにしているが、この上流
端はそれぞれエアクリーナ等に開放していても、このサ
ージタンク上流側気柱振動系の共振点と同調した時に、
共鳴過給効果が得られるものであり、この場合の吸気通
路長さｆｌ、２はサージタンク３．４から開放端すなわ
ち実質的な圧力変動がない部分までの距離となる。

また、８気筒エンジンの場合には、吸気バルブの開弁期
間が２４０°のものでは各サージタンクでの加振現象が
連続せず、共鳴過給効果は小さいが、過給機を備えたエ
ンジンでは開弁期間が短く設定される場合もあり、この
時には上記と同様な共鳴過給効果が得られるので、その
共鳴同調回転数Ｎ２を前記条件と同様に慣性同調回転数
Ｎｌとある程度離して設定し、第４図と同様の出方向上
効果を得るものである。なお、この８気筒の場合の、共
鳴同調回転数Ｎ２をめる近似式は、となる。また、サー
ジタンク上流の通路面積Ａ１と下流の通路面積Ａ２との
関係は、 ＡＩ　＜Ａ２≦４×八！ を満たすようにするものである。

前述のように、サージタンク上流の吸気通路端はエアク
リーナやダンピングリザーバでもよく、このことより単
一のサージタンクに連通ずる３気筒、４気筒についても
本発明を応用できる。

但し、４気筒エンジンの場合合気筒の吸気弁の開口時期
を互いに実質的なオーバラップなしに設定することが重
要である。

さらに、前記した共鳴同調回転数Ｎ２をめる近似式は、
慣性同調回転数Ｎ１と接近した領域においては、吸気通
路５，６が短くかつ太くなることから、慣性効果の圧力
変動の影響を受けるようになって近似式の精度が低下す
るが、共鳴同調回転数Ｎ２の上限をめる領域では、慣性
同調回転数ＮＫと離れてその影響が低減するので、近似
式は高い精度で成立っている。

次に、さらに具体的な実施態様について説明する。第５
図は６気筒Ｖ型エンジンを一部断面にして示す全体正面
図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線に沿う断面平面図で
ある。

６気筒Ｖ型エンジン１０はシリンダブロック１１上に第
１のシリンダヘッド１２ａおよび第２のシリンダヘッド
１２ｂが傾斜配設されて、第１゜３．５気筒１３Ａ’、
１３Ｃ，１３Ｅを有する第１のバンク１４と、第２．４
．６気筒１３Ｂ、１３Ｄ、’１３Ｆを有する第２のバン
ク１５とが互いに角度をもって形成されてなる。上記Ｖ
型６気筒エンジン１０の点火順序すなわち吸気行程順序
は第１→２→３→４→５→６気筒の順である。よって、
第１および第２バンク１４．１５では各気筒の吸気順序
が連続せず、吸気行程のオーバーラツプがないものであ
る。

上記両側の第１および第２のバンク１４．１５の各気筒
１３Ａ〜１３Ｆに吸気を供給する吸気通路１６は、両側
のバンク１４．１５の間の上部に前後方向に延びて配設
され右左一体に形成された第１および第２サージタンク
１７．１８を備えている。このサージタンク１７．１８
と第１および第２のバンク１４．１５の各吸気ポート１
９とを接続する第１および第２の吸気管２ＯＡ、２０Ｂ
は、上記サージタンク１７．１８の下側で、左側の第１
バンク１４の吸気ボート１９に下流端が接続された第１
の吸気ｌｌ７Ｒ２０Ａの下流側部分の交差部２１ａと、
右側の第２バンク１５の吸気ボート１９に下流端が接続
された第２の吸気管２０Ｂの下流側部分の交差部２１ｂ
とが互いに交差し、上記交差部２１ａ、２１ｂの上流側
はそれぞれＵ字状に曲折し、第１の吸気管２０Δの０字
部２２ａの上流端は右側部から右側に位置する第１のサ
ージタンク１７に接続され、第２の吸気管２０Ｂの０字
部２２ｂの上流端は左側部から左側に位置する第２のサ
ージタンク１８に接続されて構成されているものである
。

また、上記第１および第２サージタンク１７゜１８は、
全体ケース２３内が前後方向くエンジンの出力軸方向と
平行方向）に延びる仕切壁２３ａによって右左に独立し
た空間に区画されて形成されている。右側の第１のサー
ジタンク１７には、右側面に開口した連通口１７ａを介
して左側の第１バンク１４に接続される第１吸気管２０
Ａが連通し、左側の第２のサージタンク１８には、左側
面に開口した連通口１８ａを介して右側の第２バ”ｔ　
ｈ　１　Ｋ　＋−４１ｔ　血と　−’ｒ　４Ｑ　１　竺
　Ｑ　６■　ｔＥ　α午　ＯＡ　Ｄ　ＪＪ　！ＩＩＩ　
：＆　１この両サージタンク１７．１８の長手方向の後
端開口部１７ｂ、１８ｂには、流入側の吸気管２４（ス
ロットルボディ部）がエンジン出力軸方向から連接され
、この流入側の吸気管２４内にも上記仕切壁２３ａに連
続する隔壁延長部２’４ａが設けられ、両サージタンク
１７．１８に連通して吸気を供給する独立通路２５．２
６に区画されている。

各独立通路２５．２６にはそれぞれ絞り弁２７゜２８が
配設され、この両絞り弁２７．２８は同じ角度で開閉す
るよう同期作動される。

さらに、上記流入側の吸気管２４の上流側には、可撓性
パイプよりなる吸気管２９が接続されて、上記独立通路
２５．．２６が上流側に延長されている。このパイプに
よる吸気管２９内の隔壁延長部２９ａの終端部で両独立
退路２５．２６が合流するものである。

前記第１および第２サージタンク１７．１８下流の吸気
管２ＯＡ、２０Ｂの各交差部２１ａ、２１ｂには、各気
筒１３Ａ〜１３Ｆの吸気ポート１９に対して燃料を噴射
する燃料噴射ノズル３０が配設されている。その他、第
５図において、３１は吸気弁、３２はロッカーアーム、
３３はカムシャフト、３４はピストンである。

そして、上記サージタンク１７．１８上流側の吸気管２
４．２９に形成された隔壁延長部２４ａ。

２９ａの長さすなわちサージタンク１７．１８から合流
部までの通路長さく前記９Ｊ２に相当）等は、前述の特
性が得られるようにその近似式に基づいて所定の値に設
定されるものであり、これに対応して所定の回転域で共
鳴過給効果を得る。また、サージタンク１７．１８下流
側の吸気管２０Ａ。

２０Ｂと吸気ポート１９．１９の通路長さく前記９、ｌ
に相当）等も、前述の特性が得られるようにその近似式
に基づいて所定の値に設定されるものであり、これに対
応して所定の回転域で慣性過給効果を得るものである。

なお、上記絞り弁２７．２８は、図示のようにサージタ
ンク１７．１８に近い位置に設置して、絞り弁２７．２
８下流側の容積の低減を図って応答性を向上するのが好
ましい。

上記の如き実施例によれば、両側のバンク１４゜１５の
各気筒に対する吸気の供給は、サージタンク上流側の吸
気管２９．２４の各通路２５．２６によって、絞り弁２
７．２８を経て、第１および第２サージタンク１７．１
８に流入した吸気が、各サージタンク１７．１８の側面
の連通口１７ａ。

１８ａからそれぞれ両側の吸気管２ＯＡ、２０Ｂの０字
部２２ａ、２２ｂに流れ、該０字部２２ａ。

２２ｂに沿ってサージタンク１７．１８の下側に湾曲し
て流れ、続いて、交差部２１ａ、２１ｂによって互いに
交差してそれぞれ各シリンダヘッド１２ａ、１２ｂの吸
気ポート１９．１９から各気筒１３Ａ〜１３Ｆに供給さ
れるものである。

よって、上記第１および第２サージタンク１７゜１８の
配設構造と、このサージタンク１７．１８に対し流入側
の吸気管２４．２９を長手方向の一端部にエンジン出力
軸方向から接続するとともに、上記サージタンク１７．
１８と吸気管２４．２９内の区画構造の採用によりエン
ジンの全高を大きくすることなく、サージタンク上流側
の気柱振動系による共鳴効果を得るために十分な長さを
有する吸気通路が構成できる。さらに、第１および第２
サージタンク１７．１８下流の吸気管２０Ａ。

２０Ｂにおいても、交差部２１ａ、２１ｂと（）字部２
２ａ、２２ｂとによりサージタンク１７，１８の設置位
置を大幅に高くしなくても、サージタンク１７．１８下
流の吸気管２０Ａ、２０Ｂの長さが大きくでき、慣性過
給効果の大きいコンパクトなエンジンを得ることができ
るものである。

なお、上記サージタンク１７．１８下流の吸気通路長さ
の変更は、０字部２２ａ、２２ｂを異なる長さを有する
ものに交換することにより容易に実現でき、サージタン
ク１７．１８上流の合流部までの吸気通路長さの変更は
、パイプ状吸気管２９の交換により容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す直列６気筒エンジンの
概略構成図、 第２図は慣性過給効果の出方向上特性を示す特性図、 第３図は共鳴過給効果の出方向上特性を示す特性図、 第４図は本発明のエンジン出力特性を示す特性図、 第５図は本発明の具体的実施態様である■型エンジンを
一部断面にして示す全体正面図、第６図は第５図のＶｌ
−Ｖｌ線に沿う断面平面図である。 １．１０・・・・・・エンジン　１Ａ〜１Ｆ・・・・・
・気筒２ａ〜２ｆ・・・・・・下流側吸気通路３．４・
・・・・・サージタンク ５．６・・・・・・上流側吸気通路 １３Ａ〜１３Ｆ・・・・・・気筒 １４．１５・・・・・・バンク　１６・・・・・・吸気
通路１７．１８・・・・・・サージタンク ２ＯＡ、２０Ｂ・・・・・・下流側吸気管２４．２９・
・・・・・上流側吸気管 ２５．２６・・・・・・独立通路 ２４ａ、２９ａ・・・・・・隔壁延長部２７．２８・・
・・・・絞り弁 ＩＩＩ図 ｆｓ２図　１！３図 Ｉ！４図 （自発〉手続ネ…正書 特許庁長官　殿　昭和５９年１０月４日２、発明の名称 エンジンの吸気装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　広島県安芸郡府中町新地３番１号名称　マツダ
株式会社 ［昭和５９年５月１５日　名称変更流（一括）］４、代
理人 東京都港区六本木５丁目２番１号 ６、補正により増加する発明の数　な　し７、補正の対
象　明細書の「発明の詳細な説明」の欄８、補正の内容 １）明細書第８頁第１３行

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質的に吸気行程がオーバーラツプしない気筒群
   を独立の吸気通路によって１つのサージタンクに集合し
   てなるエンジンの吸気装置であって、サージタンク下流
   の吸気系におけるサージタンクから燃焼室までの通路長
   さおよびその通路面積によって定まるサージタンク下流
   側気柱振動系の慣性同調回転数をＮ１とし、 一方、サージタンク上流の吸気系におけるサージタンク
   容積とサージタンク下流の吸気通路容積、サージタンク
   から上流の吸気通路の実質的な圧力変動がない部分まで
   の通路長さおよびその通路面積によって定まるサージタ
   ンク上流側気柱振動系の共鳴同調回転数をＮ２としたと
   きに、上記Ｎ１を４０００〜６０００ｒｐｍに設定する
   とともに、ＮＩ　Ｎ２≧ＮＩＸ　Ｏ，１５＋Ｎ２Ｘ　０
   ０１５の条件を満足し、さらに、サージタンク上流側の
   吸気通路面積を該サージタンクに連通ずる下流側の各吸
   気通路の通路面積の和より小さい値に設定したことを特
   徴とするエンジンの吸気装置。