JPS62101823A - ４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（ｆ！ｌ性効果）を利用して
出力の向上を図るようにした４気筒エンジンの吸気装置
の改良に関するものである。

（従来の技術） 従来より、エンジンの吸気装置において、吸気通路内に
生じる吸気圧力振動を利用して、吸気弁が閉じる寸前に
正の吸気圧力波が吸気ポートに伝達されるように、吸気
圧力振動の周期と吸気弁の開閉周期とをマツチングさせ
ることにより、この正の圧力波が生じた空気が慣性によ
って燃焼室内に強制的に押し込まれて、吸気の充填効率
を高めるようにすることは知られている。このような吸
気の動的効果としては、各気筒１Ｇにおいてその吸気開
始に伴って生じる負の圧力波が吸気通路上流側の大気ま
たは容積部（例えばナージタンク等）への開口端で反射
され正の圧力波となって吸気ボート方向へ戻されること
を利用した慣性効果、および吸気干渉を生じない気筒間
における吸気圧力振動が共振することを利用した共鳴効
果がある。

ところで、多気筒エンジンにおいては、吸気行程が連続
し吸気弁の開弁期間がオーバラップする気筒同士が集合
する集合部では、吸気干渉によりほぼ一定の負圧に保持
されて圧力波の伝播を緩衝するダンピング機能を有する
ことから、吸気行程にある気筒の吸気通路内の吸気圧力
振動は実質的に気筒と上記集合部どの間を圧力波が往復
伝播する振動となり、その個有振動数は上記集合部の位
置で決定される。また、吸気弁の開閉周期と吸気圧力振
動の周期とをマツチングさせることができるのは特定の
回転域に限られる。これらのことから、通常の吸気系構
造では上記慣性効果および共鳴効果を全回転域に亘って
発揮させることができない。

そのため、従来、実開昭５９−５８７３６号公報に開示
されるように、６気筒エンジンにおいて、各気筒を吸気
行程が連続しない気筒群に分け、各気筒の吸気系を、互
いに独立した気筒別の独立吸気通路で気筒群別の合流部
に合流させ、該多気筒群別の合流部を互いに独立した気
筒群別の合流吸気通路で上記合流部より上流側で集合部
に集合させるように構成して、各気筒群において土に低
回転域で共鳴効果をｊ７るようにするとともに、上記各
気筒群別の合流部を大きな容積の容積部として各気筒毎
に主に高回転域で慣性効果を１ｑるようにする。さらに
、上記気筒群別の合流部上流側において、各気筒群別の
合流部同士を連通ずる連通部および合流吸気通路の途中
同士を連通する；１通部を設け、該各連通部をエンジン
回転数に応じて開閉弁で開閉制御することにより、上記
共鳴効果の発生回転域を可変とし、よって上記の慣性効
果および共鳴効果によって低回転から高回転までのほぼ
全回転域に亘って吸気系１眞効率を良好に高めて出力の
向上を図るようにしたものが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） そこで、上記の考えを利用して、４気筒エンジンにおい
て共鳴効果と慣性効果とを発揮させて出力向上を図るこ
とが考えられる。しかし、４気筒エンジンの場合、吸気
行程の連続しない気筒群における共鳴は１回転当りの２
回の吸気弁開閉周期を持つ２気筒間で行われるため、共
鳴点より低回転側で各気筒群別の合流吸気通路が集合す
る集合部による圧力波の反射２反転作用により慣性効果
が得られるものの、共鳴点では６気筒エンジン（３気筒
間の共鳴）の場合とは異なり逆に負圧波となって吸気充
填効率を低下させるマイナス側に作用することになる（
第６図参照）。このため、４気筒エンジンの場合、共鳴
効果を利用して出力向上を図ることは困難であることを
児い出した。

本発明は、かかる点に着目してなされたもので、上記の
如く吸気行程の連続しない気筒群の吸気系による慣性効
果を低回転域で冑ながら、上記の如きマイナス側共鳴作
用が生じないように気筒群別の合流吸気通路同士又は気
筒別の独立吸気通路の途中同士を連通しかつこの連通部
による圧力波の反射１反転作用により慣性効果を高回転
域で１得ることにより、低回転域および高回転域におい
て吸気の慣性効果を共に有効に発揮させて、広範囲の回
転域に亘って出力向上を図ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、各気
筒を吸気行程が連続しない気筒群に分け、各気筒の吸気
系を、互いに独立した気筒別の独立吸気通路で気筒群別
の合流部に合流させ、該多気筒群別の合流部を互いに独
立した気筒群別の合流吸気通路で上記合流部より上流側
で集合部に集合させるように構成することを前提どする
。そして、このような吸気系において、上記各合流吸気
通路もしくは各独立吸気通路の途中から分岐して相互を
連通ずる連通路を設ける。さらに、各合流吸気通路もし
くは各独立吸気通路の連通路への各分岐部に、少なくと
もエンジンの高負荷時、エンジン回転数が設定値以下の
ときに閉じ、設定圃以上になると聞く制御弁を設けると
ともに、上記連通路を、その通路長さの１／２が上記分
岐部から集合部までの通路良さよりも短くなるように設
定する構成どしたものである。

（作用〉 上記の構成により、本発明では、高出力が要求される少
なくとも高負荷時において、エンジン回転数が設定値以
下の低回転域では、制御弁の閉作動により連通路による
合流吸気通路相互間もしくは独立吸気通路相互間の連通
が遮断されている。

このため、独立吸気通路および合流吸気通路の通路長さ
を所定長ざに適切に設定すると、低回転域において各気
筒群における各気筒と集合部との間で慣性効果を十分に
発揮させることが可能である。

一方、エンジン回転数が設定値以上となり、各気筒群で
マイナス側共鳴作用が生じる高回転域では、制御弁の閉
作動により、合流吸気通路相互間もしくは独立吸気通路
相互間が連通路によって連通されることにより、上記マ
イナス側共鳴作用の発生はない。しかも、該連通路の中
間点で圧力波の反射１反転作用が１ｑられ、かつ該連通
路の通路長さの１、−′２　（中間点までの通路長）が
連通路への分岐部から集合部までの通路長さよりも短い
ことにより、高回転域において各気筒毎に吸気行程で発
生した負圧波が該連通路で反射９反転して正圧波となっ
て各気筒の吸気ポートに戻る慣性効果が有効に発揮され
ることに仕る。以上のことから、低回転から高回転まで
の広い回転域に亘って吸気の充＋ｇ効串が高められて出
力の向上が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図〜第３図は本発明を直列型の４気筒エンジンに適
用した場合の第１実施例を示し、第１図および第２図は
その概略構造を、第３図は要部の縦断構造を示している
。同図において、１８〜１ｄはエンジン本体２内に直列
状に形成された第１〜第４気筒であって、その点火順序
は第１→第３→第４→第２の気筒類に行われる。この各
気筒１ａ〜１ｄにはそれぞれピストン３上方に燃焼室４
が形成され、該燃焼室４には吸気ボー１−５および排気
ポート６が開口しており、該吸気ボート５には吸気弁７
が、排気ポート６には排気弁８がそれぞれ各ボートを所
定のタイミングで開閉するように配設されている。

上記各気筒１ａ〜１ｄは、吸気行程（点火順序）が連続
しない第１および第２気筒群Ａ、Ｂに分けられ、第１気
筒群Ａは第１および第４気筒１ａ。

１ｄからなり、第２気筒群Ｂは第２および第３気筒ｌｂ
、１ｃからなる。第１気筒詳Ａにおける第１、第４気筒
１ａ、１ｃｌの各吸気ポート５には、互いに独立した気
筒別の第１および第４独立吸気通路９ａ　、９ｄの下流
端が連通接続され、これら第１．第４独立吸気通路９ａ
　、　９ｄの上流端は気筒群別の第１合流部１０Ａに合
流されている。また、第２気筒群Ｂにおける第２．第３
気筒ｌｂ。

１Ｃの各吸気ポート５には、同じく互いに独立した気筒
別の第２および第３独立吸気通路９ｂ、９Ｃの下流端が
連通接続され、これら第２．第３独立吸気通路９ｂ、９
ｃの上流端は気筒群別の第２合流部１０Ｂに合流されて
いる。さらに、上記第１合流部１０Ａには気筒群別の第
１合流吸気通路１１Ａの下流端が、また第２合流部部１
０Ｂには気筒群別の第２合流吸気通路１１Ｂの下流端が
それぞれ連通接続され、これら第１および第２合流吸気
通路１１△、１１Ｂの上流端は上記合流部１０Ａ、１０
Ｂより上流側においＣ集合部１２に集合され、該集合部
１２は共通吸気通路１３を介して大気に開口している。

上記各独立吸気通路９８〜９ｄは同径、同通路長さＱ虻
に形成されているとともに、各合流吸気通路１１Ａ、１
１Ｂも同径、同通路長さ交２に形成されている。また、
集合部１２は該集合部１２で圧力波の反射１反転を十分
に行い１！ｙ８容積を右する容積部（サージタンク）に
形成されている。

以上の構成により、各気筒１ａ〜１（１の吸気系は、他
の気筒と吸気干渉しない吸気通路の有効長として気が）
別の独立吸気通路９８〜９ｄと気筒群別の合流吸気通路
１１Ａ、１”ｌＢとからなる通路長さ（０１＋、Ｑ２）
を有していて、低回転域で各気筒１ａ〜１ｄと集合部１
２との間で慣性効果を発揮するように設定されている。

また、上記各独立吸気通路９８〜９ｄはエンジン本体２
の気筒列方向と直角方向つまり側方に延びてそれぞれ気
筒群別の合流部１０Ａ、１０Ｂに合流し、該各合流部１
ＯＡ、１０Ｂから気筒群別の合流吸気通路１１Ａ。

１１Ｂは上方に立上ったのち気筒列方向と平行に後方へ
延びており、かつ各独立吸気通路９８〜９ｄの通路長さ
９１は各合流吸気通路１１Ａ、１１Ｂの通路良さＱ２よ
りも短く設定されていて、上記各気筒１ａ〜１ｄにおい
て集合部１２との間で低回転域で慣性効果を発揮するた
めの有効長（９＋　＋９２　＞を確保するに当って、他
の部材に干渉しないでコンパクトなレイアウトになるよ
うにしている。尚、１４は共通吸気通路１３の上流端に
設けられたエアクリーナ、１５は共通吸気通路１３に配
設され吸入空気量を検出するエアフローメータ、１６は
各合流吸気通路１１Ａ、１１Ｂに配設され互いに連動し
て吸入空気量を制御するスロットル弁、１７は各独立吸
気通路９８〜９ｄに配設され燃料を噴射供給する燃料噴
射弁である。

さらに、上記各合流部１０Ａ、ＩＯＢには、各合流部１
０Ａ、１０Ｂから分岐する分岐孔１８を介して合流部１
０Ａ、ＩＯＢ相互間を連通ずる連通路１９が設けられて
いる。上記連通路１９は、での通路長さ０３の１　、、
、、’　２　（連通路１９の中間点までの長さ）が合流
吸気通路１１Ａ、１１Ｂの通路長さ０２　（つまり分岐
孔１８から集合部１２までの通路長さ）よりも短くなる
（Ｑ３／　２＜、９２　）ように設定されていて、上記
各気筒１ａ〜１ｄと集合部１２との間での慣性効果発生
回転域よりも高回転側で、連通路１９の中間点ぐの圧力
波の反射１反転作用により各気筒１ａ〜１ｄと連通路１
９との間で慣性効果を発揮するようにしている。

そして、上記各分岐孔１８にはそれぞれ２分岐孔１８を
開閉する。詳しくは圧力波の伝播を実質的に許容又は阻
止し得るように開閉する７ｈ１ｊ御弁２０が配設されて
おり、これら各制御弁２ｏは、単一のバルブシャフト２
１に一体的に運動可能に固定されていて、図示していな
いが、エンジン運転状態（エンジン回転数およびエンジ
ン負荷）を検出する運転状態検出手段の出力を受ける制
御回路によりアクチュエータを介して開閉制御され、上
記連通路１９による合流部１０Ａ、ＩＯＢ相互間の連通
をエンジン運転状態に応じて制御し、少なくともエンジ
ン負荷９荷時においてエンジン回転数力Ｎ　ｐＱ定１直
以下の低回転域では閉じられ、エンジン回転数が設定値
以上となる高回転域では開かれるように構成されている
。このようなエンジン回転故に応じた制御弁２０の開閉
作動は、少なくとも高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、低負荷時には制御弁２ｏ
が開状態または開状態に保たれるようにしてもよい。

次に、上記実施例の作用について述べるに、例えば高出
力が要求される高負荷時において、エンジン回転数が設
定値以下の低回転域では、各制御弁２０が閉じていて、
連通路１９による合流部１０Ａ、ＩＯＢ相互間の連通が
遮断されている。この状態では、第１気筒群Ａの第１．
第４気筒１ａ。

１ｄおよび第２気ｌＦ？Ｉ群Ｂの第２．第３気筒ｌｂ。

１Ｇにおいては、その吸気系として気筒別の各独立吸気
通路９ａ〜９（１と気筒群別の合流吸気通路１１Ａ、１
１Ｂとからなる通路つまり各気筒１ａ〜１ｄから集合部
１２に至る通路が気筒間の吸気干渉を生じない吸気系を
構成し、しがもこの通路長さく、Ｑ＋＋、Ｑ２）は比較
的長くてその個有振動数が低回転域での吸気弁７の開閉
開明にマツチングすることから、低回転域で上記各気筒
１ａ〜１ｄと集合部１２との間で各気筒１ａ〜１ｄ毎に
慣性効果が有効に得られて吸気充填効率が高められる。

一方、エンジン回転数が設定値以上となる高回転域では
、上記気筒群別の吸気系ではマイナス側の共鳴作用が生
じるが、その際には、各制御弁２０が開いて、連通路１
９により合流部１０Ａ、１０Ｂ相互間が連通ずることに
より、上記マイナス側共鳴作用の発生はない。しがち、
この状態では、各気筒１ａ〜１ｄの吸気行程で生じる負
圧波が上記連通路１９の中間点で反射１反転されて正圧
波が各気筒１ａ〜１ｄの吸気ポート５に伝播されるとい
う１ｎ性効果ｈｔ　ｉｑられ、かつ上記連通路１９の通
路長さｐ３の１／′２が合流吸気通路１１Ａ、１１Ｂの
通路長ざ０２　（分岐孔１８がら集合部１２までの通路
長さ）よりも短いことがら、この負圧波およびその反射
波（正圧波）の伝播に供される通路長さくＱ＋　＋、Ｑ
、／　２）が短くなってその吸気圧力１辰初周期が高回
転域での吸気弁７の開閉周期にマツチングするので、高
回転域で各気筒１ａ〜１ｄ毎に慣性効果が有効に得られ
て吸気充填効率が高められる。しかも、この高回転域で
は、吸気行程が等間隔（３６０’毎）に行われる同じ気
筒群Ａ又はＢ内の他の気筒から伝播する圧力波も有効に
作用することになり、この気筒間の圧力伝播により高回
転域での吸気充填効率が大幅に高められる。

したがって、第６図に示すように、少なくとも高負荷時
に、上記低回転域の慣性効果（実線で示す）と高回転域
の慣性効果（破線で示す）とが得られる各回転数の中間
回転数に相当する上述の設定回転数Ｎ１を境に、これよ
り低回転側で制御弁２０を閉じ、これより高回転側で制
御弁２０を開くようにすることにより、低回転から高回
転までの広い回転域に亘って出力トルクを向上させるこ
とができる。

ここで、上記第６図の特性について詳述するに、制御弁
２０ｈ＜ｒＪＪじているときの出力ピーク（慣性同調）
の回転数Ｎａ（ｒｐｍ）は、 Ｎａ＝（θ、／’６＞−ｆ ［但し、θ：吸気弁の有効量弁明間（ｄｅｇ＞、ｆ　：
圧力波反転部下流の吸気系（つまり集合部１２までの吸
気系）の個有振動数（Ｈ２）　］ で求められる。また、制御弁２０が閉じているときの出
力の谷部（共鳴）の回転数Ｎｂ（ｒｐｍ　）は、Ｎｂ＝
６０−ｆ で求められる。従って、制御弁２０を開から開にする上
記設定回転数Ｎ１は、Ｎａ＜ｌ’ｌ＋＜Ｎｌｌの範囲内
に設定すればよい。

また、制御弁２０の開閉は、必ずしも実施例のように設
定回転数以下の全回転域で閉じ、それ以上の全回転域で
開くものでなくてもよい。即ち、吸気系の構造や使用回
転域によっては、第６図の回転域のより低回転側あるい
はより高回転側で制御弁の閉と開とのトルク特性の逆転
が起り１ｑる。

そのような領域では、トルク特性の高い方に制御弁を間
あるいは開にすることによって乗り換えれば良い。

（他の実施例） 第４図および第５図は本発明の第２実施例を示しく第１
実Ｍ！例と同一部分については同一の符号を付してその
説明を古Ｉ８づる）、上記第１実施例では合流部１０Ａ
、１０Ｂ相互間を連通路１つで）１通したのに代え、各
独立吸気通路９８〜９ｄ相互間を連通路１９′で連通し
たものである。すなわち、各独立吸気通路９８〜９ｄの
途中から分岐して独立吸気通路９８〜９ｄ相互間を連通
する連通路１９′を設け、各独立吸気通路９８〜９ｄの
連通路１９′への各分岐孔１８′に、少なくとも高負荷
時、エンジン回転数が設定値以下のときに閉じ、エンジ
ン回転数が設定値以上となると開く制御弁２０を設けた
ものである。

本例においても、上記第１実ｍ例と同様に、少なくとも
高負荷時に低回転域および高回転域で慣性効果が１１ら
れて全回転域で出力の向上を図ることができる。そして
、この場合、連通路１９′による連通位置が各独立吸気
通路９８〜９ｄの途中に移ったので、第１実施例に較べ
て各気筒１ａ〜１ｄと連通路１９′との通路長さが短く
なって高回転域での慣性効果の発生域が高回転側へ移る
こ、とになる。また、高回転域では他の気筒から伝播す
る圧力波も連通路１９′を介して有効に作用して高回転
域での吸気充填効率が一層向上する。また、連通路１９
′による連通は、本例の如く４つの全独立吸気通路９ａ
７／９ｄ相互間を１つの連通　　′路１９′で連通ずる
ほか、各気筒ｌ１１′毎に第１と第４の独立吸気通路９
ａ、９ｄ同士、および第２と第３の独立吸気通路９ｂ　
、９ｃ同士をそれぞれ連通路で連通ずるようにしてもよ
く、同様に慣性効果を十分にかつ有効に発揮でき好まし
いが、吸気行程が連続する気筒の独立吸気通路間の連通
であっても、各連通路で圧力波の反射１陵転作用が一応
１０られて慣性効果を発揮し得る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の４気筒エンジンの吸気装
置によれば、吸気行程が連続しない気筒群の吸気系を気
筒別の独立吸気通路と気筒群別の合流吸気通路で構成し
て低回転域で慣性効果を有効に発揮させる一方、上記合
流吸気通路相互間もしくは独立吸気通路相互間を所定長
さの連通路によって少なくとも高負荷時に高回転域で連
通させて、気筒群におけるマイナス側共鳴作用を発生さ
せることなく上記連通路による圧力波の反射９反転作用
によって慣性効果を有効に発揮させるようにしたので、
高出力が要求される高負荷時において低回転から高回転
までの広い領域に亘って出力を有効かつ十分に向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示し、第１図〜第３図は第１
実施例を示し、第１図および第２図はそれぞれ全体概略
構成を示す斜視図および模式平面図、第３図は要部の縦
断側面図である。第４図および第５図は第２実施例を示
し、第４図はその全体概略構成の斜視図、第５図は模式
平面図である。 第６図は本発明により１！７られるエンジン回転数に対
する出力トルク特性を示す図である。　１８〜１ｄ・・
・気筒、９ａ〜９ｄ・・・独立吸気通路、１０Ａ・・・
第１合流部、１０Ｂ・・・第２合流部、１１Ａ・・・第
１合流吸気通路、１１Ｂ・・・第２合流吸気通路、１２
・・・集合部、１３・・・共通吸気通路、１８．１８’
・・・分岐孔、１９．１９’・・・連通路、２０・・・
制御弁、Ａ・・・第１気筒群、Ｂ・・・第２気筒群。 ：Ｊニー エンジン回戦数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各気筒を吸気行程が連続しない気筒群に分け、各
   気筒の吸気系を、互いに独立した気筒別の独立吸気通路
   で気筒群別の合流部に合流させ、該各気筒群別の合流部
   を互いに独立した気筒群別の合流吸気通路で上記合流部
   より上流側で集合部に集合させるように構成した４気筒
   エンジンの吸気装置において、上記各合流吸気通路もし
   くは各独立吸気通路の途中から分岐して相互を連通する
   連通路を設け、各合流吸気通路もしくは各独立吸気通路
   の連通路への各分岐部に、少なくとも高負荷時、エンジ
   ン回転数が設定値以下のときに閉じ、設定値以上になる
   と開く制御弁を設けるとともに、上記連通路をその通路
   長さの１／２が上記分岐部から集合部までの通路長さよ
   りも短くなるように設定したことを特徴とする４気筒エ
   ンジンの吸気装置。