JPS6325314A - 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するものである。

従来よりエンジン、特に自動車用エンジンにおいては、
吸気の動的効果、例えば慣性効果あるいは共鳴効果を利
用して吸気を過給することが知られている（例えば、特
開昭６０−１６４６１９号公報参照）。そして、このよ
うな吸気の動的効果を利用する場合、通常、吸気通路の
通路長さを変化させることにより吸気系の固有振動数、
換言すれば慣性効果あるいは共鳴効果を有効に利用する
ことのできる同調回転数を、予め定めた設定エンジン回
転数を基準として変化させる（例えば設定エンジン回転
数より低回転側では吸気通路長さを長くして固有振動数
を低振動数側に設定し、該設定エンジン回転数より高回
転側では吸気通路長さを短くして高振動数側に設定する
）ことが有効であるとされている。

ところで、この吸気系の固有振動数の切換え基準の決め
方であるが、従来の吸気装置においてはこの設定エンジ
ン回転数を全運転領域を通じて固定のものとし且つその
設定方法は第６図において破直線ｎｏで示すようにスロ
ットル弁全開状態において吸気通路長さが長い場合にお
けるトルク曲線Ａ、と吸気通路長さが短い場合における
トルク曲線Ｂ、とが重なる点（以下、単に軸トルク重合
点という）Ｐｌにおけるエンジン回転数Ｎ、を固定の設
定エンジン回転数として採用する方法をとっている。

ところが、本願発明者らが吸気の動的効果の有効利用を
図るという観点から行なった実験によれば、軸トルク重
合点はエンジンの全負荷域を通じて一定のものではなく
、第６図においてトルク曲線Ａ、−Ａ、及びトルク曲線
Ｂ、−Ｂ、で示すようにエンジン負荷の増大（換言すれ
ば吸入空気量の増大）に従って高回転数側に移行すると
いうことが知見された（この理由は、エンジン負荷が増
大すると吸気流速が早くなり、吸気通路内の流動抵抗が
減少し、これにより動的効果の同調回転数が高くなるこ
とによるものと推察される）。

従って、この実験結果に基づけば、設定エンジン回転数
を上述のように全負荷時における軸トルク重合点Ｐ、に
対応するエンジン回転数Ｎ１に固定的に設定した場合に
は、全負荷運転以外の運転領域、例えば吸気管負圧がＩ
ｏｏｍｍＨｇの３／４負荷時（軸トルク重合点Ｐｔ）、
吸気管負圧が３００ｍｍＨｇの２／４負荷時（軸トルク
重合点ｐ３）、及び吸気管負圧が３００ｍｍＨｇの１／
４時（軸トルク重合点Ｐ４）においてはそれぞれ吸気の
動的効果の同調回転数と上記設定エンジン回転数との間
にズレが生じることとなり、吸気の動的効果を吸気過給
に十分に生かしきれないという問題が発生することにな
る。このような傾向は過給機付エンジンにおいても同様
である。

（発明の技術的背景） 本願発明者らは吸気の動的効果の本質を前掲の実験結果
に基いて考察した結果、固有振動数可変手段の制御基準
となる設定エンジン回転数はこれを特定のエンジン回転
数に固定することは過給効果上得策ではなく、エンジン
の負荷状態に対応して変化させることが過給効果上有利
であるということに想到したものである。

（発明の目的） 本発明は上記従来技術の項で指摘した問題点を解決しよ
うとするもので、吸気の動的効果を利用して、過給を行
なうようにしたエンジンの吸気装置において、吸気の動
的効果をエンジンの全運転域において有効に利用し、最
適な過給効果が得られるようにすることを目的とするも
のである。

（目的を達成するための手段） 本発明は上記の目的を達成するための手段として、吸気
系の固有振動数を予め定めた設定エンジン回転数を基準
としてその前後の運転領域で切換える如く作用する固有
振動数可変手段を備えるとともに上記設定エンジン回転
数をエンジン負荷の増加に対応して高回転数側へ変化さ
せ得るようにしたものである。

（作　用） 本発明では上記の手段により、固有振動数可変手段の制
御基準となる設定エンジン回転数をエンジンの負荷に対
応させて例えば、各負荷運転領域における各軸トルク重
合点に合致させることが可能ならしめられる。

（実施例） 以下、第１図ないし第６図を参照して本発明の好適ない
くつかの実施例を説明する。

（第１の実施例） 第１図及び第２図には本発明の第１の実施例に係る吸気
装置を備えた４気筒燃料噴射式自動車用エンジンの要部
が示されており、各図において符号１は４つの気筒５，
５・・を備えたエンジン本体である。このエンジン本体
１のシリンダヘッド２には、各気筒毎にそれぞれ吸気通
路３と排気通路４が形成されている。この各吸気通路３
の外端部には、該各吸気通路３．３・・をそれぞれ独立
して容積部１３に連通せしめる独立吸気通路１０゜ＩＯ
・・が接続されている。

容積部１３は、その一端がスロットル弁１５を備えた吸
気集合管１７に連通ずる主室１３Ａとその一端が閉塞さ
れた副室１３Ｂの２室に区画形成されている。

一方、上記独立吸気通路１０は、上記シリンダヘッド２
の吸気通路３の外端部から上記容積部１３の主室１３Ａ
に至る通路長さの長い主吸気通路ＩＩと、上記シリンダ
ヘッド２の吸気通路３の外端部から上記主吸気通路１１
の一部を経て分岐し上記容積部１３の副室１３Ｂに至る
副吸気通路１２の長・短２つの通路で構成されている。

この各独立吸気通路１０．１０・・の主吸気通路１１と
副吸気通路１２との分岐部には、それぞれ該副吸気通路
１２を開閉する開閉弁Ｉ６が取付けられている。この各
独立吸気通路ｔ　ｏ、ｔ　ｏ・・にそれぞれ設けられた
開閉弁１６．１６・・は、共通の弁棒２７に固定されて
おり、該弁棒２７をこれに連結されたダイヤフラム式の
アクチュエータ２０によって回転させることにより同期
して開閉せしめられる。

尚、この実施例においては、シリンダヘッド２の吸気通
路３から独立吸気通路ｔＯを経て吸気集合管１７に至る
一連の通路が特許請求の範囲中の吸気通路に該当するも
のである。また、開閉弁１６の開閉により吸気の動的効
果に寄与する通路長さが変化する。即ち、開閉弁１６の
閉弁状顔時においては副吸気通路１２が無効とされ、吸
気の圧力波の伝播は通路長さの長い主吸気通路１１を通
して行なわれ、容積部１３の主室１３Ａがその圧力反転
部として機能する。これに対して開閉弁１６の開弁状態
時においては副吸気通路１２が有効とされるところから
吸気圧力波の伝播はこの通路長さの短い副吸気通路１２
を通して行なわれ、容積部Ｉ３の副室１３Ｂがその圧力
反転部として機能する。従って、吸気系の固有振動数は
開閉弁１６の閉弁状態時（即ち、吸気通路長さが長い時
）においては低振動数に、また開閉弁１６の開弁状態時
（即ち、吸気通路長さが短い時）においては高振動数に
それぞれ切換えられることとなる。即ち、この実施例に
おいては、この開閉弁１６が特許請求の範囲中の固有振
動数可変手段７７として機能する。

ところで、この開閉弁１６の開閉制御は、ハード的には
アクチュエータ２０の負圧室２１に三方ソレノイド弁２
５を介して択一的に負圧あるいは大気圧を導入しその連
結杆２３を押引操作することにより行なわれ、またソフ
ト的にはＣＰＵ２６から出力される制御信号ＳＯにより
上記三方ソレノイド弁２５の作動を制御することにより
行なわれる。

そして、この場合、この実施例においては本発明を適用
して、上記三方ソレノイド弁２５の制御、即ち開閉弁１
６の開閉制御をエンジン回転数とエンジン負荷の２つの
制御要素に基づいて行なうようにしている。即ち、基本
的にはは従来と同様に設定エンジン回転数を基準として
開閉弁１６の開閉を行なうわけであるが、この実施例で
はこの設定エンジン回転数を一定値に固定するのではな
く、第６図の各エンジン負荷における軸トルク曲線Ａ、
〜Ａ、及び同Ｂ１〜Ｂ４の各軸トルク重合点Ｐｌ〜Ｐ４
に着目し、設定エンジン回転数を第６図において実直線
復、で示すように上記各軸トルク重合点Ｐ１〜Ｐ４に対
応して変化させるようにしている。

具体的には、たとえばエンジン負荷を４／４負荷（全負
荷）、３／４負荷、２／４負荷及び１／負荷及の４段階
に区分し、４／４負荷時には軸トルク重合点Ｐ、に対応
するエンジン回転数Ｎ１を、３／４負荷時には軸トルク
重合点Ｐ、に対応するエンジン回転数Ｎ２を、２／４負
荷時には軸トルク重合点Ｐ、に対応するエンジン回転数
Ｎ３を、さらにｌ／４負荷時には軸トルク重合点Ｐ、に
対応するエンジン回転数Ｎ４を、それぞれ開閉弁１６開
閉制御基準となる設定エンジン回転数として採用する。

このようにすることにより、エンジンの全負荷運転域に
おいて吸気系の固有振動数を吸気の動的効果の同調回転
数に可及的に合致させることができるので、動的効果、
特にこの実施例の場合には慣性効果を最大限有効に利用
して高水準の過給効果を得ることが可能となる。

（第２の実施例） 第２図には本発明の第２の実施例に係る吸気装置を備え
たエンジンが示されている。この実施例のものは上記第
１の実施例と同様に主として吸気の慣性効果を対象とし
、吸気通路の通路長さを変化させることにより慣性効果
に寄与する吸気系の固有振動数を変化させるようにした
ものであるが、上記第１の実施例のものが容積部１３内
に主・副２つの室を形成しこの２つの室１３ａ、１３ｂ
に主吸気通路１１と副吸気通路１２をそれぞれ接続して
いたのに対して、この実施例のものは主吸気通路１１と
副吸気通路１２を共通の容積部１３に接続したものであ
る。従って、その作用・効果は概略上記第１実施例のも
のと同様である。尚、この第３図の他の構成部材には第
１図の各構成部材に対応させてそれぞれ同一の符号を付
することによりその説明を省略する。

（第３の実施例） 第４図には本発明の第３の実施例に係る吸気装置を備え
た■型６気筒自動車エンジンの吸気系のシステム図が示
されている。この実施例のものは、上記第１及び第２の
実施例のものが主として慣性効果を対象とし、圧力反転
部までの吸気通路長を変化させることにより吸気系の固
有振動数を変化させるようにしていたのに対して、動的
効果として主に共鳴効果を対象とし、その圧力波干渉部
までの通路長さを変化させることにより共鳴効果に寄与
する吸気系の固有振動数を変化させるようにしたもので
ある。具体的には、第４図に示すようにその一端が吸気
集合管１７に接続される共鳴室３１の内部を、隔壁３４
により第１室３１と第２室３２の２室に区画し、この第
１室３１と第２室３２を該隔壁３４に設けた連通路３５
とスロットル弁１５．１５の上流側に設けた集合部３６
の両方で相互に連通可能としている。従って、連通路３
５に設けた開閉弁３７の閉弁状態においては上記集合部
３６において圧力波干渉が行なわれ吸気系の固有振動数
は低振動数とされ、これに対して該開閉弁３７の開弁状
態においては連通路３５を介して圧力波干渉が行なわれ
吸気系の固有振動数は高振動数に設定される。即ち、こ
の実施例においては開閉弁３７が特許請求の範囲中の固
有振動数可変手段に該当する。又、この開閉弁３７は、
上記各実施例と同様にダイヤフラム式のアクチュエータ
２０によって開閉され、またその制御方法も上記各実施
例と同様にエンジン負荷に対応して設定される設定エン
ジン回転数を基準として行なわれる。

尚、上記共鳴室３１の第１室３２にはエンジン本体ｌの
一方の気筒群ＩＡの３つの気筒５，５．５の各吸気通路
３にそれぞれ独立して接続された３本の独立吸気通路１
０，１０．１０が、また第２室３３には他方の気筒群Ｉ
Ｂの３つの気筒５．５．５の各吸気通路３にそれぞれ独
立して接続さ、れた３本の独立吸気通路＋０．１０．ｌ
Ｏかそれぞれ接続されている。なお、独立吸気通路ｔ　
ｏ、ｔ　ｏ、ｔ　。

と気筒５，５．５との接続の関係は便宜上、吸気ボート
がそれぞれ外側で接続したものを図示したが、逆に内側
にしてもよい。

この実施例の場合にも上記第１及び第２の実施例と同様
の作用・効果か得られることは勿論である。

（第４の実施例） 第５図には本発明の第４の実施例に係る吸気装置を備え
たエンジンが示されている。この実施例のものは吸気の
動的効果のうち主として慣性効果を利用して過給を行な
うという点については上記第１及び第２の実施例と同様
であるが、これら各実施例が吸気通路の通路長さを変化
させることにより慣性効果に寄与する吸気系の固有振動
数を変化させるようにしていたのに対して、この実施例
のものは吸気通路の通路面積を変化させることにより吸
気系の固有振動数を変化させるようにしたものである。

具体的には、第５図に示すように、エンジン本体１の各
気筒５．５．５の吸気通路３と容積部１３とをそれぞれ
独立に接続する各独立吸気通路４０．４０・・を、それ
ぞれ常開の第１の通路４１とその途中に開閉弁４３を設
けた第２の通路４２の２つの通路で構成し、設定エンジ
ン回転数に基づいてこの各開閉弁４３．４３・・をアク
チュエータ２０により開閉することにより各独立吸気通
路４０．４０・・の実質的な通路面積を変化させるよう
にしている。即ち、開閉弁４３の開弁状態においては通
路面積が小さくなり吸気系の固有振動数は高振動数に設
定され、これに対して開閉弁４３の閉弁状態においては
通路面積が大きくなり吸気系の固有振動数は低振動数に
設定される。尚、この実施例においては、各開閉弁４３
゜４３・・がそれぞれ特許請求の範囲中の固有振動数可
変手段に該当する。

この実施例の場合にも、本発明を適用して、上記各実施
例と同様に開閉弁４３の開閉制御を、工ンジン負荷に応
じて設定される設定エンジン回転数に基づいて行なうよ
うにしており、従って、それに基づく作用・効果も上記
実施例と同様に得られるものである。

（発明の効果） 本発明は、吸気系の固有振動数を予め定めた設定エンジ
ン回転数を基準としてその前後の運転領域で切換え−る
如く作用する固有振動数可変手段を備えるとともに上記
設定エンジン回転数をエンジン負荷の増加に対応して高
回転数側へ変化させ得るように構成したことを特徴とす
るものである。

従って、本発明のエンジンの吸気装置によれば、吸気系
の固有振動数がエンジン負荷に対応して定められる設定
エンジン回転数に基づいてその前後の回転数域で変化せ
しめられるところから、吸気の動的効果をエンジンの全
運転領域において最適条件で利用することが可能であり
、より高水準の過給性能が実現されるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る吸気装置を備えた
エンジンの要部縦断面図、第２図は第１図の■−■矢視
概略図、第３図は本発明の第２の実施例に係る吸気装置
を備えたエンジンの要部縦断面図、第４図は本発明の第
３の実施例に係る吸気装置を備えたエンジンの吸気系の
概略縦断面図、第５図は本発明の第４の実施例に係る吸
気装置を備えたエンジンの吸気系の概略縦断面図、第６
図はエンジン回転数と軸トルクとの相関特性図である。 １・・・・・エンジン本体 ２・・・・・シリンダヘッド ３・・・・・吸気通路 ４・・・・・排気通路 １０．４０　・・・独立吸気通路 １１・・・・主吸気通路 １２・・・・副吸気通路 １３・・・・容積部 １５・・・・スロットル弁 １６．３７．４３・・開閉弁 ２０・・・・アクチュエータ ２５・・・・三方ソレノイド弁 ３１・・・・共鳴室 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、吸気系の固有振動数を予め定めた設定エンジン回転
   数を基準としてその前後の運転領域で切換える如く作用
   する固有振動数可変手段を備えるとともに上記設定エン
   ジン回転数がエンジン負荷の増加に対応して高回転数側
   へ可変なる如く構成されていることを特徴とするエンジ
   ンの吸気装置。