JPS61201820A - 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、吸気の動的効果により出力の向上を図るよう
にした多気筒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） 従来からエンジンの吸気装置においては、吸気開始に伴
って生じる負圧波が吸気通路上流側の大気または拡大室
への開口端で反射されて正圧波となって吸気ボート方向
に戻されることを利用し、上記正圧波が吸気弁の開弁の
寸前に吸気ボートに達して吸気が吸い込まれるようにし
て、いわゆる吸気の慣性効果で吸気の充填効率を高める
ようにしたものがある。このような技術を用いようとす
る場合に、吸気通路の形状が一定であると、吸気通路に
生じる圧力波の振動周期と吸気弁開閉周期とがマツチン
グして慣性効果が高められるのは特定速度域に限られる
。

このため、特開昭５６−１１５８１９号公報に見られる
ように、エンジンの回転数に応じて吸気通路の長さを変
えるようにし、例えば、各気筒別の吸気通路を上流部で
分岐させて長い通路と短い通路とを形成し、これらの通
路の上流端を吸気拡大室等に開口させるとともに、短い
通路に開閉弁を設けて、高速域でこの開閉弁を開くこと
により吸気通路の有効長を短縮するようにし、こうして
低速域と高速域と′でそれぞれ吸気の慣性効果を高める
ようにした吸気装置も提案されている。

ところで、上記装置においては、低速域では各気筒と容
積部との間の気筒別吸気通路の有効長を長くすることに
よって、この通路内に生じる圧力撮動が気筒に有効に作
用するようにしているが、この振動によって大きな慣性
効果の得られる回転域は比較的高回転寄りであるため、
より低回転側において、上記振動とは異なる吸気圧力振
動を利用することができれば、吸気充填効率をより一層
向上することが期待できる。

また、上記装置によると、高速域では各気筒別の吸気通
路の有効長が短縮されることにより、単に各気筒と上記
吸気通路の上流側開口端との圧力伝播による慣性効果が
高められるにすぎないが、他の気筒に生じる圧力波をも
有効に利用することができれば、充填効率をより一層向
上することが期待できる。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、低速域から高速域にまでわた
り、吸気通路に生じる圧力振動を利用して吸気充填効率
を高めるとともに、特に、低速域での吸気充填効率を従
来のこの種の装置よりもざらに高めることができ、しか
も高速域では、各気筒間でも互いに他の気筒に生じる圧
力波が有効に作用し合うようにして吸気充填効率をより
一層高め、出力を向上することのできるエンジンの吸気
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、第１容積室と各気筒とを互いに独
立した気筒別の吸気通路で接続し、この気筒別の各吸気
通路の途中にこれらの吸気通路を相互に連通しかつ上流
端が吸気導入通路に接続された第２容積室を設けるとと
もに、この第２容積室と上記各吸気通路との間に、少な
くとも高負荷時にエンジン回転数が設定値未満の低速域
では閉じて設定値以上の高速域で開く第１開閉弁を設け
る一方、上記第１容積室と第２容積室とを上記各吸気通
路とは別に設けた連通路によって連通させ、かつこの連
通路に上記設定ｆａ以上の第１開閉弁の開領域で閉じる
第２開閉弁を設け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、エンジン回転数が設定値未満の低速域
では、各気筒と第１容積室との間の比較的長い吸気通路
に吸気圧力撮動が生じるとともに、この第１容積室とこ
れに連通路を介して接続された第２容積室との間の部分
にも吸気圧力振動を起すことにより、両者によって高い
充填効率が得られるものである。

また、エンジン回転数が上昇し第１開閉弁が聞いた高速
域では、第２容積室により各気筒から伝播する負圧波を
正圧の圧力波に反転して反射させ、各気筒と第２容積室
の間の比較的短い通路に吸気圧力振動が生じて、高速域
での慣性効果が高められるとともに、第２開閉弁を閉じ
て第２容積室を第１容積室から分離し、容積の小さくな
った第２容積室を介して他の気筒からの圧力波を減衰さ
せることなく伝播させて、これらの圧力波の相乗作用で
充填効率を高めることができるものである。

すなわち、第１容積室の８畿は、第１開閉弁が閑じてい
る低速域の特性に合せた適値に設定し、また、第２容積
室は第１開閉弁が開いている高速域の特性に合せた適値
に設定するらのである。そして、低速域においては第１
容積室と第２容積室とを連通させて吸気を導入すると、
前記のように両者間に生起す、る動的効果によって充填
効率が向上するものである。しかるに、高速域において
は第２容積室が第１容積室と連通していると、この第１
容積室の影響を受けて、第２容積室の容量を高速域に対
応した適値に設定した効果が充分に発揮されないことに
なるので、高速域には、上記第１容積室と第２容積室と
の連通を第２開閉弁で遮断−４ることにより、その容量
設定効果が充分に生かせて充填効率の向上が行えるもの
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図はこの実施例の吸気１！ｉｉ置を備えたエンジン
の断面正面図、第２図は概略平面図である。

この実施例のエンジンは４気筒４サイクルエンジンであ
って、シリンダブロック２およびシリンダｌペッド３か
らなるエンジン本体１に、４つの気筒４ａ〜４ｄが形成
されている。この各気筒４ａ〜４ｄにはそれぞれピスト
ン５の上方に燃焼室６が形成され、この燃焼室６に吸気
ボート７および排気ポート８が開口し、これらのボート
７．８に動弁機構１１によって所定のタイミングで開閉
する吸気弁９および排気弁１０が装備されている。

上記各気筒４ａ〜４ｄの各吸気ボート７には、互いに独
立した気筒別の吸気通路１２ａ〜１２ｄが連通している
。これらの吸気通路１２ａ〜１２ｄの上流端は、ある程
度の容量を有する第１容積室１３に接続されており、ま
た、各吸気通路１２ａ〜１２ｄの途中箇所にはこれらの
吸気通路１２ａ〜１２ｄを相互に連通ずる第２容積室１
４が接続されている。

この実施例では吸気系をコンパクトに構成するため、吸
気系に介装したタンク１５を仕切壁１６で分割すること
、により、このタンク１５内に第１容積室１３と第２容
積室１４とを区画形成し、第２容積室１４の下端に各吸
気通路１２ａ〜１２ｄの途中箇所からの分岐した連通孔
１７を開口させるとともに、この連通孔１７よりも上流
側で各吸気通路１２ａ〜１２ｄを湾曲させて、その上流
端を第１容ｆａ室１３の側方に同口させている。なお、
上記各吸気通路１２ａ〜１２ｄの上流側湾曲部分はタン
ク１５の第２容積室１４の壁部を利用して一体に形成さ
れている。

上記第２容積室１４と各吸気通路１２ａ〜１２ｄとの間
の連通孔１７には、それぞれ第１開閉弁１９が設けられ
ている。この各第１開閉弁１９は回動シャフト１９ａに
一体に連接され、該回動シャフト１９ａの端部に制御装
置２１の第１アクチユエータ２０が連接されて各気筒の
ものが連係して開閉作動され、エンジン回転数が設定値
未満の低速域では閉じられ、エンジン回転数が設定値以
上の＾遠域で開くように制御される。

また、上記第１容積室１３と第２容積室１４との間には
、各吸気通路１２ａ〜１２ｄとは別に、上記両容積室１
３．１４を連通ずる連通路１８が設けられ、この実施例
では前記仕切壁１６に連通路１８が開口形成されている
。そして、この連通路１８に第２開閉弁２２が設けられ
、この第２開閉弁２２は制御装置２１の第２アクチユエ
ータ２３が接続されて開閉作動され、上記設定値以上の
高速域における第１開開弁１９の開領域で閉じるように
制御される。

さらに、上記第２容積室１４の一端部には上流側の吸気
導入通路２６が接続されており、この吸気導入通路２６
にはスロットル弁２７が配設され、その上流端は図示し
ないエアフローメータ等を介してエアクリーナに接続さ
れる。前記各吸気通路１２ａ〜１２ｄの下流端近傍には
、燃料通路２８に接続された燃料噴射弁２９が配設され
ている。

１）を２制ｗＪ装置２１における第１および第２アクヂ
ュエータ２０．２３は、それぞれ第１容積室１３の吸気
負圧を作動源とするダイヤフラム式に設けられ、負圧の
導入によって第１開閉弁１９もしくは第２開閉弁２２を
開作動するものである。両アクチュエータ２０．２３に
それぞれ一端が接続された負圧導入通路３０．３１の他
端は、吸気負圧を蓄圧するバキュームチャンバ３２に接
続され、このバキュームチャンバ３２からチェックパル
プ３３を介して第１容積室１３に負圧通路３４が接続さ
れている。また、上記両負圧導人通路３０゜３１にはそ
れぞれ３方ソレノイドバルブ３５．３６が介装され、第
１もしくは第２アクチユエータ２０．２３への負圧の導
入もしくは大気開放を切換え作動する；ｂのである。こ
の３方ソレノイドバルブ３５．３６にはエンジンコント
ロールユニット３７　（ＥＣＵ）からの制御信号が出力
され、該エンジンコントロールユニット３７には回転数
セン′ＩＪ−３８によるエンジン回転数の検出信号が入
力される。なお、図において、４０　ｉ、を排気マニホ
−ルドである。

上記制御装！２１による第１開閉弁１９と第２開閉弁２
２の開閉は第３図Ａ、Ｂに示すように、エンジン回転数
が低回転域から上昇し設定値Ｎｌに達すると、まず、第
１開閉弁１９が開いた後、遅れて第２開閉弁２２が閉じ
、逆にエンジン回転数が高回転域から下降して設定値Ｎ
１近傍になると、まず、第２開閉弁２２が開いた後に第
１開閉弁１９が閉じるように、作動タイミングにずれを
もたせて設定されている。すなわち、一方の開閉弁が開
いている状態で他方の開閉弁を閉じるものであって、こ
れにより、両開閉弁１９．２２が共に閉じている状態が
生起しないようにするとともに、急激な開開状態の変化
によるショックを軽減するように設定されている。なお
、このようなエンジン回転数に応じた第１および第２開
閉弁１９゜２２のＩｊｆｌ閉作動は、少なくとも出力が
要求される高負荷時において行われるようにすればよく
、低負荷時にはエンジン回転数に関係なく第１開閉弁１
９を開状態または開状態に保つようにしてもよい。

上記実施例の装置において、エンジン回転数が設定値Ｎ
１未満の低回転域にある時には、第１開閑弁１９は閏じ
る一方、第２開開弁２２は開かれている。この状態にお
いては、各吸気通路１２ａ〜１２ｄと第２容積室１４と
の直接の連通が第１開閉弁１９によって遮断されている
ため、各気筒４ａ〜４ｄが各吸気通路１２ａ〜１２ｄの
仝艮にわたる比較的長い通路を介して第１容積室１３に
接続されるとともに、第１容積室１３の上流に連通路１
８を介して第２容積室１４が接続された状態である。

従って、各気筒４ａ〜４ｄの吸気行程で生じる負圧波が
各吸気通路１２ａ〜１２ｄを通して第１容積室１３に伝
播され、第１容積室１３で各気筒４ａ〜４ｄに反射され
て、各吸気通路１２ａ〜１２ｄに吸気圧力振動が生じる
。特に、エンジン回転数が比較的低いときは、各気筒４
ａ〜４ｄから第１容１苗１３に作用する圧力波により、
第１容積室１３とその上流の第２容積室１４との間でも
圧力波が生じて、この部分も吸気圧力撮動に関与する。

つまり、両容積室１３．１４の間でも、ある程度の有効
長を持った連通路１８を通して圧力伝播が行われること
になる。この場合、連通路１８が両容積室１３．１４間
の仕切壁１６に開設されたものであっても、開口端補正
を加味すれば有効長はある程度の長さとなる。

このため、容気１ｆＩ４ａ〜４ｄと第１容積室１３との
間の吸気通路１２８〜１２ｄ内に生じる吸気系の固有振
動の周期と吸気弁開閉周期とがマツチングするような低
速側の回転域で、容気ｆｆ１４ａ〜４ｄに作用する圧力
が吸気行程終期に高められ、充填効率が向上する。さら
に、より低回転域において、両容積室１３．１４間の固
有振動数と第１容積室１３に生じる各気筒４ａ〜４ｄの
吸気行程に起因する圧力変動の周波数が一致したときに
第１容積室１３の圧力が大きくなり、この圧力が吸気通
路１２８〜１２ＩＣ作用し、充填効率が高められる。

このような作用により、前記第１開閉弁１９が関しられ
ている状態での高負荷時におけるエンジン回転数とトル
クとの関係は第４図に曲線へで示すようになって、低速
域での吸気充填効率が高められてトルクが上昇し、単に
１つの容積室と気筒との間の圧力伝播を利用して慣性効
果を高めるようにした場合（この場合のトルクを曲線Ａ
′で示ず）と比べてより低速域で吸気充填効率の向上が
得られている。

一方、前記エンジン回転数が設定値Ｎ１以上の高回転域
にある時には、第１開閉弁１９が開く一方、第２開口ｌ
弁２２は閉じられる。この状態においては、各吸気通路
１２ａ〜１２ｄと第２容積室１４とが連通孔１７によっ
て直接連通され、容気ｆｍ４ａ〜４ｄが第２容積全１４
との間の各吸気通路１２８〜１２ｄによる比較的短い通
路長さを介して第２容積室１４に接続される。

この状態では、後に詳述するように、吸気行程で生じる
負圧波が前記第２容積室１４で反射されて、この負圧波
および反射波の伝播に供される通路長さが短くなること
により、高速域で吸気慣性効果が高められるとともに、
この運転域では他の気筒から伝播される圧力波も有効に
作用する。その際、第２開閉弁２２の閉作動により、他
の気筒からの圧力波の減衰が少なく充填効率の向上が図
れる。この＾速時における高負荷時のエンジン回転数と
トルクとの関係は第４図の曲１ｉ１Ｂで示すようになり
、従来のように単に吸気通路を短縮させて慣性効果を高
めるようにした場合の曲線Ｂ′と比べて、気筒間の圧力
伝播作用で充填効率がより一層高められ、トルクが上昇
するものである。

従って、少なくとも高負荷時に、上記両凸線ＡとＢが交
差する点に相当する回転数Ｎ１が、前記第１開閉弁１９
を開閉する設定値Ｎｔであり、これより低速側で閉じて
高速側で開くものであり、これに対応して第２開閉弁２
２を開閉し、全回転数域の吸気充填効率を高めて出力の
向上を図るものである。

上記高速域での作用を第５図および第６図によつ−て具
体的に説明する。第５図は実施例に示したものと等価な
吸気系を示している。この図において、Ｌｒが前記第１
容積室１３から各吸気通路１２ａ〜１２ｄの下流端まで
の通路長さであって、低速域で気１１１１４ａ〜４ｄか
らの負圧波およびその反射波の伝播に供されるものであ
り、Ｌ２が第２容積室１４から各吸気通路１２８〜１２
ｄの下流端までの通路長さである。また、実線矢印およ
び鎖線矢印、は、高速域において吸気行程にある気筒に
対する吸気の流れおよび他の気筒から伝播される圧力波
をそれぞれ示している。この図に示すように、各吸気通
路１２ａ〜１２ｄの連通孔１７が開かれた状態、すなわ
ち第１開閉弁１９が開いている高速域において、例えば
第３気筒４Ｃが吸気行程にある時は、この気筒４Ｃに第
２容積室１４から吸気通路１２Ｃを通して吸気が供給さ
れる。

そして、吸気行程で生じる負圧波はこの第２容積室１４
で正圧波に反転して反射されることとなる。

他の気筒４ａ、４ｂ、４ｄが吸気行程にあるときも同様
に第２容積室１４で負圧波が反射される。

こうして、吸気慣性効果に関与する吸気通路の長さが、
第２容積室１４から吸気通路下流端までの通路長ざＬ２
に短縮される。さらに、この状態では、上記第２容積室
１４が比較的小容量であるため、吸気行程にある気筒に
他の気筒の吸気行程終期に生じる圧力波が上記第２容積
空１４を通して伝播し、例えば第３気筒４Ｃに対しては
第１気筒４ａからの圧力波が伝播する。

このようにして上記の各気筒４ａ〜４ｄと第２容積室１
４との間の圧力伝播によって吸気ボート付近に生じる圧
力波、および特定気筒に他の気筒から伝播される圧力波
を示すと第６図のようになる。すなわち、ピストン上死
点ＴＤＣ直前の吸気弁同時期１０からピストン下死点Ｂ
ＤＣ以後の吸気弁閉時期ＩＣまでの間の吸気行程で生じ
る負圧波Ｗ１は吸気通路上流側に伝播し、上記のように
第２容積室１４で正圧に反転されて反射され、この反射
波Ｗ２が吸気ボート７側に戻されるが、この場合に第２
容積至１４より下流の比較的短い通路長さＬ２を圧力波
が往復伝播するに要する時間ΔＴは、高速域での吸気弁
開閉周期とマツチングし、吸気行程終期に上記反射波Ｗ
２のピークが吸気ボート７付近に達する。従って、両者
の合成による吸気ボート７付近の圧力は、この第６図に
実線で示すように吸気行程終期に高い圧力波Ｗ３が得ら
れる。また、例えば、第１気筒４ａにおいて上記のよう
に吸気行程終期に生じる圧力波Ｗ３は、第１気筒４ａに
続いて吸気行程が行われる第３気筒４Ｃに伝播され、こ
の場合の伝播に要する時間［ΔＴ＋ΔＴ′　１　（ただ
しΔＴ′は吸気通路１２ａ、１２ｃ間の第２容積室１４
を圧力波が伝播する時間）は、第１気筒４ａと第３気筒
４Ｃの吸気行程のずれにほぼ対応する。このため、第１
気筒４ａから第３気筒４Ｃに伝播された鎖線で示す圧力
波Ｗ３’が、第３気筒４Ｃと第２容積室１４との間で生
じる圧力波Ｗ３とほぼ同位相となって吸気行程終期に作
用し、この圧力波Ｗ３を増幅する作用をなす。そして、
この図では示さないが、第３気筒４Ｃ以外の各気筒４ａ
、４ｂ、４ｄに対しても、それぞれの気筒と吸気行程が
前後する気筒から圧力波が伝播され、上記作用をなす。

こうして、各気筒４ａ〜４ｄと第２容積室１４との間の
比較的短い通路長さＬ２によって吸気の慣性効果が得ら
れるような高速域では、この効果が他の気筒から伝播さ
れる圧力波によってさらに増大されることとなる。

以上のような作用を有効に発揮させるために、第１容積
室１３の８最はエンジン回転数が設定値Ｎ五未満の低速
域に対応した適値に設定し、第２容積室１４の容ωはエ
ンジン回転数が設定値Ｎ１以上の高速域に対応した適値
に設定し、上記高速時の圧力波の伝播において、第２容
積室１４が第１容積交１３と連通していると、その影響
を受番プで圧力波が減衰するとともに、第２容積室１４
の適値に設定した容量特性がずれて、動的効果が低減す
るので、両容積室１３．１４の連通路１８を第２開閉弁
２２で閉じるものである。

以上の実施例は４気筒エンジンに本発明装置を適用した
場合について示したが、他の多気筒エンジン、例えば５
気筒エンジンや６気筒エンジンにも適用することができ
る。そして、各気筒の吸気行程のずれが４気筒エンジン
では１８０°となるが、例えば６気筒エンジンでは１２
０°となるので、６気筒のエンジンに適用する場合は、
上記第２容積室１４を短く形成しておけば、高速域で特
定気筒に他の気筒から第２容積室１４を通して伝播され
る圧ノ〕波と第２容積室１４からの反射波とを合致させ
ることができる。

また、上記実施例における第１容積室１３と第２容積室
１４を連通ずる連通路１８は、仕切壁１６に形成するよ
うにしているが、別途に両容積室１３．１４を連通する
通路を形成するようにしてもよい。さらに、上記両容積
室１３．１４は別体に形成するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における吸気装置を備えたエ
ンジンの断面正面図、 第２図はその概略平面図、 第３図Ａ、Ｂはエンジン回転数に対する第１開ｍ弁およ
び第２開閉弁の開閉時期を示す説明図、第４図はエンジ
ン回転数に応じたトルク特性を示す特性図、 第５図は吸気装置の作用を説明するための高速域での等
価構成図、 第６図は各気筒の吸気ボート付近の圧力波の波形図であ
る。 １・・・・・・エンジン本体　　　４ａ〜４ｄ・・・・
・・気筒１２ａ〜１２ｄ・・・・・・吸気通路 １３・・・・・・第１容積室　　　１４・・・・・・第
２容積室１７・・・・・・連通孔　　　　　１８・・・
・・・連通路１９・・・・・・第１開閉弁　　　２１・
・・・・・制御装置２２・・・・・・第２開閉弁　　　
２６・・・・・・吸気導入通路第５図 第６図 第３図 ニシジン回転数 第４図 エンジン口陣云数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１容積室と各気筒とを互いに独立した気筒別の
   吸気通路で接続し、この気筒別の各吸気通路の途中にこ
   れらの吸気通路を相互に連通しかつ上流端が吸気導入通
   路に接続された第２容積室を設けるとともに、この第２
   容積室と上記各吸気通路との間に、少なくとも高負荷時
   にエンジン回転数が設定値未満の低速域では閉じて設定
   値以上の高速域で開く第１開閉弁を設ける一方、上記第
   １容積室と第２容積室とを上記各吸気通路とは別に設け
   た連通路によつて連通させ、かつこの連通路に上記設定
   値以上の第１開閉弁の開領域で閉じる第２開閉弁を設け
   たことを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。