JP2004124738A

JP2004124738A - 多気筒エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JP2004124738A
Application number: JP2002286650A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Iwata; 岩田　典之; Shigeyuki Hirashita; 平下　茂行; Takashi Youso; 養祖　隆; Tatsuya Fujikawa; 藤川　竜也
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】簡単な構成でエンジンの吸気慣性効果と加速応答性との両立を図る多気筒エンジンの吸気装置を提供する。
【解決手段】サージタンク４下流のスロットル弁上流側部位を、隔壁により高速用吸気通路と低速用吸気通路とに分割するとともに、その下流にロータリー型のスロットル弁装置６を配置する。スロットル弁装置６は、内部に吸気通路の一部となる弁体内吸気通路７ｄが形成された回動可能な弁体７を有し、弁体７が所定開度以下の時には弁体内吸気通路７ｄは低速用分岐通路とのみ連通し、所定開度以上の時には弁体内吸気通路７ｄは低速用分岐通路及び高速用分岐通路と連通して、燃焼室１３内に吸気を供給する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒エンジンの吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの各気筒の独立吸気通路に、例えば乗員の要求に応じて吸入空気量を線形的に変化するスロットル弁を配置するいわゆる多連スロットル弁によって、加速応答性を向上させることが知られている。
また、吸気通路の燃焼室に対して近接した位置にスロットル弁を配置するものにおいて、スロットル弁を円筒形状の回動可能な弁体としその内部に吸気通路を形成したロータリー型とする技術も公知である。（例えば、特開２００１−７３８１３号公報参照）このようなスロットル弁においては、加速応答性をより向上するため、スロットル弁をできる限りエンジンに近接した吸気通路下流側に位置したいという要求がある。これは、スロットル弁下流の吸気通路容積を減少でき、加速応答性を向上できるからである。
また、サージタンク４から吸気を燃焼室に供給する吸気通路を低速用通路と高速用通路とから構成すると共に、該両通路合流部に切換弁を設け、該切換弁によって吸気通路長をエンジン回転数に応じて切換え、吸気行程中のピストンの下降によって生じる圧力変化の振動数（エンジン回転数に関連する値）と吸気通路長・シリンダ容積とで決まる吸気系の固有振動数とを同調させることで得られるいわゆる吸気慣性効果によって吸気体積効率を向上して高出力化を図ることが知られている。（例えば、特公平５−７８６５１号公報参照）
【特許文献１】
特開２００１−７３８１３号公報
【特許文献２】
特公平５−７８６５１号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、吸気慣性効果を利用したエンジンに、燃焼室に近接配置したスロットル弁を適用した場合、吸気慣性効果を制御する切換弁とスロットル弁との少なくとも２つの弁が、燃焼室、つまりエンジン本体側に近づけて配置されることとなり、吸気装置のレイアウト上非常に煩雑な構造になるといった問題がある。
また、エンジンにおいては、一般に燃焼室内の吸気の乱流を強化して燃料と吸気との混合性を高め、燃焼性を向上したいといった要求がある。
【０００４】
本発明は、以上のような課題に勘案してなされたもので、その目的は、簡単な構成で吸気慣性効果と加速応答性との両立を図るとともに、燃焼室内の吸気の乱流強化により燃料と吸気との混合性を高め燃焼性の向上を図る多気筒エンジンの吸気装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の請求項１記載の発明においては、多気筒エンジンの全気筒の燃焼室に吸気を供給する共通吸気通路と、該共通吸気通路から分岐して各気筒の燃焼室に吸気を供給する複数の独立吸気通路と、各独立吸気通路に設けられ、回動軸方向から見て円形となる弁体の内部に、吸気通路の一部となる空間部を形成し、該燃焼室内へ供給される吸入空気量を線形的に変化可能なロータリー型のスロットル弁とを備えた多気筒エンジンの吸気通路において、　　各独立吸気通路は、上記スロットル弁への吸気の供給が複数の通路により行われるように複数の分岐吸気通路から構成されるとともに、上記スロットル弁は、該スロットル弁の回動によって、一部の分岐吸気通路による上記燃焼室内への吸気の供給を実質的に閉塞し、残りの分岐吸気通路による該燃焼室内への吸気の供給を行う第１の状態と、全ての分岐吸気通路による該燃焼室内への吸気を行う第２の状態とが設定可能となるよう形成されるとともに、第１の状態における上記独立吸気通路の該スロットル弁より下流側部位と該スロットル弁との連通部分の開口面積が、第２の状態における該開口面積よりも小さくなるよう構成されることを特徴としている。
このような構成により、吸気慣性効果の機能とスロットル弁機能とを有する弁をエンジンの燃焼室の比較的近傍に配置することができ、簡単な構成で吸気慣性効果と加速応答性との両立が図れる。
また、第１の状態において独立吸気通路の該スロットル弁より下流側部位と該スロットル弁との連通部分の開口面積が、第２の状態における開口面積よりも小さくなるため、第１の状態における燃焼室内に供給される吸気の流速が早くなって燃焼室内の吸気の乱流強化により燃料と吸気との混合性が高まり燃焼性の向上が図れる。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記独立吸気通路のスロットル弁下流側部位は、該スロットル弁が第１の状態にある時に該スロットル弁から上記燃焼室内へ供給される吸気により該燃焼室内で生成される乱流のタンブル比が、該スロットル弁が第２の状態にある時の乱流のタンブル比より大きくなるように構成されることを特徴としている。
尚、タンブル比とは、乱流の内エンジン回転速度に対する縦渦流の速度比で示されるものであり、渦流の強度をインパルスメーターにより吸気流縦方向角速度として求め、この吸気流縦方向角速度とエンジン回転速度とにより求める公知の手法により算出される。（特開２００１−３４２８３６号公報参照）
このような構成により、請求項１記載の発明の構造上、第１の状態では第２の状態よりも吸入空気量が少なくなり燃料と吸気との混合性が悪いが、この第１の状態では縦渦が強化されることで燃料と吸気との混合性悪化が抑制され燃焼性の向上が図れる。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１において、上記スロットル弁開度を制御する制御手段を備え、該制御手段は、エンジンの運転状態に基づいて低回転時は第１の状態となるとともに、高回転時は第２の状態となるよう制御するとともに、第１の状態及び第２の状態のそれぞれの状態において吸入空気量を線形的に変化可能となるよう制御することを特徴としている。
このような構成により、低回転時は閉塞されていない分岐吸気通路の通路形状に基づく吸気慣性効果により吸気充填量を向上でき、高回転時は全ての分岐吸気通路の通路形状に基づく吸気充填量を向上できる。したがって、低回転から高回転にかけての広い回転数領域で吸気充填量の向上が図れる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１において、上記独立吸気通路の該スロットル弁より下流側部位は、該スロットル弁から上記燃焼室に対して斜め下方に向かって延設されるとともに、上記スロットル弁は、該下流側部位との連通部分における上記開口が、該下流側部位の上方位置に形成されるよう構成されることを特徴としている。
このような構成により、スロットル弁より下流側部位と該スロットル弁との連通部分の開口面積から供給される流速の速い吸気により燃焼室内に確実に強い乱流を生成することが可能となる。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１において、上記共通吸気通路と上記独立吸気通路との接続部分に、容積室を構成したことを特徴としている。
このような構成により、複数の分岐吸気通路による吸気慣性効果を確実に高めることが可能となる。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項１において、複数の分岐吸気通路は、エンジンの回転数が高回転時に上記燃焼室内に吸気を供給する高速用分岐吸気通路と、エンジンの回転数が少なくとも低回転時に上記燃焼室内に吸気を供給する低速用分岐吸気通路とを備えるとともに、夫々の分岐吸気通路はエンジンのクランク軸方向から見ては湾曲形成されるとともに、該高速用分岐吸気通路を該低速用分岐吸気通路に対して湾曲外方となるように形成されることを特徴としている。
このような構成により、低回転時に対して大量の吸気供給が要求される高回転時において、吸気の供給を吸気抵抗を低減した状態で実行できるとともに、この時の吸気装置のコンパクト化が図れる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明により、吸気慣性効果の機能とスロットル弁機能とを有する弁をエンジンの燃焼室の比較的近傍に配置することができ、簡単な構成で吸気慣性効果と加速応答性とを両立できる。
また、第１の状態において独立吸気通路の該スロットル弁より下流側部位と該スロットル弁との連通部分の開口面積が、第２の状態における開口面積よりも小さくなるため、第１の状態において燃焼室内に供給される吸気の流速を早くして燃焼室内の乱流強化により燃焼性を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１から図６は、本発明の実施形態に関する４気筒エンジンの吸気装置を示している。
図１は、４気筒エンジンの吸気装置１を示す全体構成図であり、吸気装置１は、大気から吸気を取り込むダクト２と、ダクト２に接続され吸気中の埃等を除去するエアクリーナ３と、エアクリーナ３からスロットル弁を介さずに吸気を導入するサージタンク４と、サージタンク４からエンジン本体８ａの各気筒に吸気を供給する各気筒毎形成された独立吸気通路群５とを備えている。
各独立吸気通路群５の夫々の途中には、横長形状のロータリー型のスロットル弁装置６が、エンジンのクランク軸（図示せず）方向に沿って平行に、つまり各独立吸気通路５に対して略直角となるように配置されている。このスロットル弁装置６は、全独立吸気通路５に亘ってクランク軸方向に沿って延設されるものである。このスロットル弁装置６の内部には、外形である横長形状と略平行に円筒状の空間が形成されており、この空間内にこの空間形状と略同形状のスロットル弁装置６の弁体７が回動可能に嵌挿され、この弁体７には、弁体を回動駆動するためのアクチュエータ８が取り付けられている。尚、この空間内への弁体７の組付けは、スロットル弁装置６の長手方向の一方側の空間開放部分６ａから弁体７を挿入して行われるので、スロットル弁装置６自体の部品点数が少なく、組付け作業性向上が図れる構成となっている。
サージタンク４とサージタンク４からスロットル弁装置６に延設する独立吸気通路５の上流側通路とは一体成形されるとともに、スロットル弁装置６の外形部分とスロットル弁装置６からエンジン本体８ａまで延設される独立吸気通路５の下流側通路６ｂとも一体形成されており、これによって本実施形態の吸気装置１全体の部品点数を少なくでき、組付け作業性が向上できる。
【００１５】
図２は、本発明の吸気装置１の内、所定の一気筒の独立吸気通路５断面をエンジンのクランク軸方向から見た図であり、他気筒の独立吸気通路断面も略同様の図となる。
この図によれば、サージタンク４はスロットル弁装置６よりエンジン本体８ａの上下方向の下側に位置し、このサージタンク４に接続された独立吸気通路５のスロットル弁上流側部位９は、サージタンク４からエンジン本体８ａ上下方向の上方向に向かって延設した後、エンジン本体８ａに向かってＵ字状に湾曲する。また、独立吸気通路５のスロットル弁上流側部位９には、低速用吸気通路９ａと高速用吸気通路９ｂとが隔壁９ｃによって、サージタンクから上記の湾曲部部分まではクランク軸方向に対してエンジンの水平方向に垂直な方向に沿って隣接し、湾曲部分からスロットル弁装置まではエンジン本体８ａの上下方向に沿って隣接するよう形成されるとともに、Ｕ字状の湾曲外方に高速用吸気通路９ｂが位置するとともに、湾曲内方に低速用吸気通路９ａが位置するよう形成される。このようにＵ字状の湾曲外方に高速用吸気通路９ｂを配置したことにより、サージタンク４と独立吸気通路５とのレイアウトをコンパクト化して、運転状態に応じて高回転もしくは高負荷運転時の大量の吸気流量が流通することになる高速用吸気通路９ｂにおける吸気抵抗を低減できる。
【００１６】
このスロットル弁上流側部位９のエンジン本体８ａ側端部のにはスロットル弁装置６が組付け固定されており、この固定によりスロットル弁上流側部位９の高速用吸気通路９ｂにスロットル弁装置６内に形成されたスロットル内高速用吸気通路１０ａが対応して連通することとなり、同様に、スロットル弁上流側部位の低速用吸気通路９ｃにスロットル弁装置６内に形成されたスロットル内低速用吸気通路１０ｂが対応して連通する。
図２のようにスロットル弁装置６の内部に形成された円筒状空間の長手方向に沿って、摺動する円形外筒状の弁体７が嵌挿されており、その回動軸方向から見た弁体７の外縁は円形である。この弁体７の回動軸方向から見て隣合うように上述のスロットル内高速用吸気通路１０ａ及びスロットル内低速用吸気通路１０ｂと、スロットル弁上流側部位９の高速用吸気通路９ｂ及び低速用吸気通路９ｃとが配置している。また、弁体７の内部に弁体７の回動軸方向から見て略平行な第１内壁部７ａと第２内壁部７ｂとが互いに対向するように形成されている。これら内壁部７ａ、７ｂと、弁体７の回動軸に対して直角な面を有しお互いに対向配置された弁体７内部の側壁７ｃとにより形成される略矩形形状の空間が弁体内吸気通路７ｄであり、弁体７の回動によりこの弁体内吸気通路７ｄを通過する吸入空気の量が調整されることとなる。
弁体７のエンジン本体８ａ側のスロットル弁装置６内部には、弁体内吸気通路７ｄと連通可能なスロットル下流通路６ｂが形成されている。
【００１７】
スロットル下流通路６ｂは、シリンダヘッド８ｃ内に形成された吸気ポート１１の開口部分に対応する位置にスロットル下流通路６ｂと吸気ポート１１とが連通するよう固定される。吸気ポート１１は、クランク軸の回転に同期して開閉動作する吸気弁１２を介してシリンダブロック８ｂの燃焼室１３と連通している。シリンダヘッド８ｃのエンジン本体８ａ上下方向の上方には燃料噴射弁１４が配置されており、燃料噴射弁１４から噴射された燃料を吸気ポート１１を介して燃焼室１３内に導入するために、シリンダヘッド８ｃには、燃料噴射導入孔１４ａが形成されている。
【００１８】
また、図２のスロットル弁装置６において第１内壁部７ａの上流側端部７ｅは、スロットル内高速用吸気通路１０ａとスロットル内低速用吸気通路１０ｂとを区画する隔壁１０ｃの下流側端部と略接触した状態を示している（本発明の請求項に記載の「第１の状態」における一実施形態に相当）。この状態では、高速用吸気通路９ｂによる吸気供給は僅かながら漏れがあるものの実質的に遮断されるとともに、スロットル内低速用吸気通路１０ｂと弁体内吸気通路７ｄとが連通した状態となって低速用吸気通路９ａのみによる吸気供給が実質的に行われることとなる。これにより、弁体７上流のスロットル内低速用吸気通路１０ｂ及びスロットル弁上流側部位９の低速用吸気通路９ａ（以下、これら双方を示す場合は、低速用分岐通路と称す）と、更に弁体内吸気通路７ｄと弁体７下流の独立吸気通路５の一部との全体の通路形状（通路長や通路断面積）に基づく吸気慣性効果が得られることになる。
また、この状態では第２内壁部７ｂの下流端７ｆとスロットル下流通路６ｂの上側の内壁面との開口１５は狭まった状態（開口面積は所定値以下。尚、開口面積とは、弁体内吸気通路７ｄのスロットル下流通路６ｂに対する開口面積を示す）となるので、弁体７から下流に供給される流速の速い吸気は、スロットル下流通路６ｂと吸気ポート１１とを介し、上記開口１５から吸気弁１２までの距離の短さも起因して吸気流速が速い状態のままま吸気弁１２から燃焼室１３内に供給されることとなり、エンジン回転速度が低い状態であっても燃焼室１３内で比較的大きな乱流を発生させることが可能となる。これにより燃料噴射弁１４から噴射された燃料と吸気との混合性を高めて燃焼性を向上できる。
【００１９】
また、図２では、上記の開口１５部分はスロットル下流通路６ｂ断面から見て周辺部の一部、つまり図２ではエンジン本体８ａ上下方向の上方向側に位置するとともに、弁体７下流の独立吸気通路５は、弁体７からエンジン本体８ａの上下方向に対して斜め下向に向かって略直線的に延設され、吸気弁１２直前の吸気ポート１１の湾曲部分１６で下方に大きく湾曲しているため、第２内壁部７ｂの下流端とスロットル下流通路６ｂの上流端の上側壁面との開口１５から速い速度で供給された吸気は、主にスロットル下流通路６ｂの断面から見て周辺部の一部、つまり図２ではスロットル下流通路６ｂの上面に沿って偏った状態で流れて、吸気弁１２直前の湾曲部分１６で略下方向に向きを変えられその偏りを維持したまま吸気弁１２から燃焼室１３に供給されることになる。これにより燃焼室１３内に供給された吸気は燃焼室１３内で強いタンブル流（縦渦）を生成することになり、本エンジンが燃焼室１３内の混合気が均質に存在する状態で着火燃焼する均質燃焼エンジン（例えば混合気理論空燃比近傍で燃焼を行うλ燃焼エンジン）であれば、燃料と吸気との混合性をより高めて更に燃焼性を向上できる。
【００２０】
尚、弁体７が図２の状態から更に紙面上時計周りに回動すると、スロットル内低速用吸気通路１０ｂと弁体内吸気通路７ｄとの開口１７、及びスロットル下流通路６ｂと弁体内吸気通路７ｄとの開口１５とが更に狭まり吸入空気量が減少するとともに、より乱流が強化されることとなる。
【００２１】
弁体７が更に同方向に回動し続けて、弁体内吸気通路７ｄの流通方向と、スロットル下流通路６ｂの流通方向とが直角に近づくと、弁体内吸気通路７ｄとスロットル下流通路６ｂとの連通は遮断される。この時、弁体内吸気通路７ｄとスロットル内高速用吸気通路１０ａとの連通、及び弁体内吸気通路７ｄとスロットル内低速用吸気通路１０ｂとの連通も遮断された状態となる。
【００２２】
逆に、弁体７が図２の状態から更に紙面上反時計周りに回動すると、スロットル内低速用吸気通路１０ｂと弁体内吸気通路７ｄとの開口１７の開口面積は変化しないがスロットル内高速用吸気通路１０ａと弁体内吸気通路７ｄとが連通するようになり、同時にスロットル下流通路６ｂと弁体内吸気通路７ｄとの開口１５の開口面積が広くなる（本発明の請求項に記載の「第２の状態」における一実施形態に相当）。これにより、スロットル内高速用吸気通路１０ａ及びスロットル弁上流側部位９の高速用吸気通路９ｂ（以下、これら双方を示す場合、高速用分岐通路と称す）と、スロットル弁上流側部位９の低速用吸気通路９ａと、弁体内吸気通路７ｄと、弁体７下流の独立吸気通路５との全体の通路形状（通路長や通路断面積）に基づく吸気慣性効果が強まるとともに吸入空気量が増量する。
この状態では、図２において、第２内壁部７ｂの下流端７ｆと、スロットル下流通路６ｂの上流壁面上流端との距離が広がって、上記開口１５の開口面積が所定値以上となり、弁体７より下流側の独立吸気通路５内における吸気主体の偏在（つまり、吸気流速が高い状態）が、高速用吸気通路９ｂを遮断した状態のときよりも小さくなる。尚、この状態においては、エンジン回転速度が高いために、単位時間当りのピストンストローク量が大きく、乱流強度は必然的に高められるため、弁体７による乱流強化は必要ない。
【００２３】
図３は、スロットル弁装置６のみを図２と同じ方向から見た図で、図２のスロットル弁装置６と比較して、弁体７の全開状態を示すものである。
弁体７が全開状態にある状態では、スロットル内高速用吸気通路１０ａと弁体内吸気通路７ｄとの連通、及びスロットル内低速用吸気通路１０ｂと弁体内吸気通路７ｄとの連通は、それぞれ全開状態となり、また弁体内吸気通路７ｄとスロットル下流通路６ｂとの開口１５も全開状態となる。
【００２４】
また、図３によれば、弁体７が全開状態にある時は、弁体７の第１内壁部７ａの上流側端部７ｅとこの上流側端部７ｅに対応するスロットル内高速用吸気通路１０ａの下流端の上側壁面とは面一となり、また弁体７の第１内壁部７ａの下流側端部７ｇとこの下流側端部７ｇに対応するスロットル下流通路６ｂの上流端の上側壁面とは面一となるよう形成される。同様に、弁体７の第２内壁部７ｂの上流側端部７ｈとこの上流側端部７ｈに対応するスロットル内低速用吸気通路１０ｂの下流の下側壁面とは面一となり、また弁体７の第２内壁部７ｂの下流側端部７ｆとこの下流側端部７ｆに対応するスロットル下流通路６ｂの上流端の下側壁面とは面一となるよう形成される。これにより、全開時における吸気の乱れの発生を抑制して吸気抵抗を少なくできる。
【００２５】
図４は、本実施形態の吸気装置１をエンジン上下方向の上側から見た概略図であり、弁体７がスロットル弁上流側部位９の吸気通路（高速用吸気通路９ｂ及び低速用吸気通路９ａ）とスロットル弁下流側部位６ｂの吸気通路とを全開状態に連通している状態を示している。この図によれば、弁体７の側壁部７ｃとこれに対応するスロットル弁上流側部位９の吸気通路の側壁１８、及び弁体７の側壁部とこれに対応するスロットル弁下流部位の吸気通路の側壁１９は、いずれも面一であり全開時における吸気の乱れの発生を抑制して吸気抵抗を少なくしている。また、この図のように独立吸気通路５は、クランク軸方向に見て前後方向には基本的には分岐されておらず、２つの吸気弁１２の近傍付近で分岐するコモンポートとなっている。
【００２６】
本実施形態におけるスロットル弁装置６は、弁体７の開度と吸気通過量との関係は、独立吸気通路のスロットル弁上流側部位からスロットル弁装置６へ供給される吸入空気量が一定の場合、図５に示すような特性となっている。弁体７の開度が上述の図２の位置にある時が、図５において弁体７の開度がＡの時に相当しており、弁体７の開度が開度Ａから増大して低速用吸気通路９ａと弁体内吸気通路７ｄとが連通した状態から高速用吸気通路９ｂと弁体内吸気通路７ｄとの連通も行われる状態に移行した時の吸気通過量は線形に変化する。また、弁体７の全閉から全開の間に亘っても、吸気通過量は線形に変化するよう構成される。
【００２７】
図６は、スロットル弁装置６の弁体７を制御するための制御ブロック図を示している。制御ユニット２０は、アクセル（図示せず）のアクセル開度を検出する開度センサ２１とエンジン回転数を検出する回転数センサ２２とから夫々の出力信号を入力し、アクセル開度から負荷を算出するとともに、予め記憶されたエンジン回転数と負荷とに応じて設定された開度マップに基づいて弁体７の回動角、つまり開度を算出する。アクチュエータ８は、制御ユニット２０からの出力信号を受けて算出した開度となるよう弁体７を調整する。
【００２８】
次に、本実施形態の動作について説明する。
エンジンが停止状態の時は、アクチュエータ８はスロットル弁装置６の弁体７の開度を制御して、弁体内吸気通路７ｄと弁体７下流の独立吸気通路５との連通を遮断する。この時、弁体内吸気通路７ｄと弁体７上流側のスロットル内高速用吸気通路１０ａとの連通、及び弁体内吸気通路７ｄと弁体７上流側のスロットル内低速用吸気通路１０ｂとの連通も遮断された状態となり、これにより燃焼室１３内への吸気供給は行われない状態となる。
【００２９】
エンジン回転数が所定回転以下で且つエンジン負荷が所定負荷以下となる運転状態（低回転・低負荷状態）では、弁体内吸気通路７ｄと弁体７上流のスロットル内高速用吸気通路１０ａとの連通は遮断される一方、弁体内吸気通路７ｄと弁体７上流のスロットル内低速用吸気通路１０ｂとは連通し、同時に弁体内吸気通路７ｄと弁体７下流の独立吸気通路５とも連通する。これにより吸気はサージタンク４から低速用吸気通路９ａとスロットル内低速用吸気通路１０ｂと弁体内吸気通路７ｄと弁体７下流の独立吸気通路５とを介して燃焼室１３内に供給されることとなり、低速用吸気通路９ａ、スロットル内低速用吸気通路１０ｂを含めた独立吸気通路全体の通路長又は通路断面積に基づく吸気慣性効果が得られるので、低回転域での燃焼室１３内に供給される吸気の充填量を増量できる。また、この時は弁体７下流の独立吸気通路内の吸気速度が高められるので、燃焼室１３内で吸気の乱流、特にタンブル流が強化され燃焼性が向上する。
尚、この低回転・低負荷状態での吸入空気量の調整は、弁体７を制御してスロットル内低速用吸気通路１０ｂと弁体内吸気通路７ｄとの連通開口１７の開口面積と弁体内吸気通路７ｄと弁体７下流の独立吸気通路５との連通開口１５の開口面積とを同時に調整することで行われることとなり、アクセル開度に基づく乗員の出力要求に応じて弁体７開度を線形的に調整してこれらの連通開口面積を調整し、吸入空気量を制御する。
【００３０】
エンジン回転数が所定回転以上の高回転状態、あるいはエンジン負荷が所定負荷以上の高負荷状態（高回転及び高負荷状態も含む）では、低速用吸気通路９ａとスロットル内低速用吸気通路１０ｂと弁体内吸気通路７ｄとは全開状態で連通するとともに、高速用吸気通路９ｂとスロットル内高速用吸気通路１０ａと弁体内吸気通路７ｄとも連通し、同時に弁体内吸気通路７ｄとスロットル下流通路６ｂとも連通する。この時、弁体内吸気通路７ｄとスロットル下流通路６ｂとの連通開口面積は、低回転及び低負荷状態における連通開口面積よりも大きい面積で連通することとなる。これにより吸気はサージタンク４から低速用吸気通路９ａ及び高速用吸気通路９ｂと、スロットル内低速用吸気通路１０ｂとスロットル内高速用吸気通路１０ａ、弁体内吸気通路７ｄ、その下流スロットル弁装置６下流の独立吸気通路とを介して燃焼室１３内に供給されることとなる。この時、低速用吸気通路９ａ及び高速用吸気通路９ｂと、スロットル内低速用吸気通路１０ｂ及びスロットル内高速用吸気通路１０ａとを含めた独立吸気通路全体の通路容積は、低回転・低負荷状態における高速用吸気通路９ｂ及びスロットル内高速用吸気通路１０ａを除いた通路容積よりも大きいので、高回転域に適応した吸気慣性効果が得られ、高回転域での燃焼室１３内に供給される吸気の充填量を増量できる。
尚、この高回転あるいは高負荷状態での吸入空気量の調整は、弁体７を制御してスロットル内高速用吸気通路１０ａと弁体内吸気通路７ｄとの連通開口面積と弁体内吸気通路７ｄと弁体７下流の独立吸気通路５との連通開口１５の開口面積とを同時に調整することで行われることとなり、アクセル開度に基づく乗員の出力要求に応じて弁体７開度を線形的に調整してこれらの連通開口面積を調整し、吸入空気量を制御する。
【００３１】
また、高回転あるいは高負荷状態でも、弁体７下流の独立吸気通路形状により燃焼室１３内にタンブル流が生成されるが、この状態でのタンブル比は、低回転・低負荷時のタンブル比より小さくなるよう設定されている。
これは、低回転・低負荷状態は弁体内吸気通路７ｄと弁体７下流の独立吸気通路との開口１５が弁体７下流の独立吸気通路５断面の周辺部の上面側に位置するとともにその開口面積が小さため、流速の速い吸気が弁体７下流の独立吸気通路５断面の周辺部の上面に偏って燃焼室１３内に供給されることによる。一方高回転あるいは高負荷状態では弁体７下流の独立吸気通路５断面の中心部側の吸気の流速が速いので、燃焼室１３内に生成されるタンブル比は、低回転・低負荷状態よりも小さい。つまり、低回転・低負荷状態におけるタンブル比は、高回転あるいは高負荷状態のタンブル比より大きくなっている。
【００３２】
次に、本実施形態の効果を以下に述べる。
本実施形態においては、独立吸気通路５の途中にロータリー型のスロットル弁装置６を設けるとともに、独立吸気通路５のスロットル弁装置６上流側は高速用分岐通路と低速用分岐通路とに分かれており、低回転時は低速用分岐通路による吸気供給を行い、高回転時は更に高速用分岐通路も連通させて吸気供給を行うことで、スロットル弁装置６をスロットル弁と吸気慣性効果用の切換え弁との２つの機能を備えさせて共通化できるので、１つのロータリー型の弁を利用して、簡単な構成で吸気慣性効果を利用したスロットル弁機能付の吸気装置を提供することが可能となる。また簡単な構成であるのでレイアウト性が良く、スロットル弁装置をエンジン本体に近接配置できるためスロットル弁装置と燃焼室との離間距離を短くでき、吸気供給の応答性も向上できる。
また、このロータリー型のスロットル弁により低速用分岐通路による吸気供給が行われている時にはスロットル弁装置６の弁体内吸気通路７ｄとスロットル下流吸気通路６ｂとの開口１５が狭まっているので、スロットル弁下流の独立吸気通路５において、吸気流速を高めつつ、吸気主流を吸気通路軸心より一方側に偏在させることで、燃焼室１３内に発生する乱流を強化することも可能となる。
また、本実施形態では、このような乱流の強化が行われる状態は、エンジンの運転状態が、吸気量が比較的少ない低回転・低負荷状態であり、このような状態は吸気と燃料との混合性は低いものの、この時、乱流強化により吸気と燃料との混合性を高めて燃焼性を向上できる。特に本実施形態では、タンブル流を生成する吸気系において低吸気量状態ではタンブル流を強化しているので、混合性向上によって、低吸気量状態での燃焼性を向上させつつ、高吸気量状態での吸気抵抗を低減できる。すなわち、高吸気量状態では、スワール生成を主体的に行う吸気装置に比べ、本実施形態のようにタンブル生成を主体的に行う吸気系では、吸気抵抗が低減できる。
【００３３】
（他の実施形態）
また、本実施形態の他の実施形態について以下に述べる。
本実施例においては、スロットル弁上流側部位９の通路管内部に隔壁９ｃを設け、高速用吸気通路９ｂと低速用吸気通路９ａとを形成したが、高速用吸気通路９ｂと低速用吸気通路９ａは外形的に独立した別々の管路を設けて、スロットル弁装置６に吸気を供給してもよい。
また、本実施例のスロットル弁装置６の弁体７において、その内壁部より外周側は肉厚部としたが、弁体７の外周表面から内壁部方向に向けて部分的に切欠くことで、弁体７自体の軽量化が図れるとともに、スロットル弁装置６の弁体７を回動方向に摺動可能に保持する外形部分との摺動抵抗を低減できより、応答性よく弁体７の制御が可能となる。
【００３４】
また、本実施形態においては、低速用分岐通路のみによる吸気供給中はスロットル弁装置６の弁体内吸気通路７ｄとスロットル下流通路６ｂとの開口１５をエンジン本体８ａ上下方向の上方向になるように位置させ、弁体７下流の独立吸気通路５は、弁体７からエンジン本体８ａの上下方向に対して斜め下向に向かって略直線的に延設し、吸気弁１２直前の吸気ポート１１で下方に湾曲するよう構成して燃焼室１３内のタンブル流を強化させたが、スロットル弁装置６を図２のスロットル弁装置６が存在する位置より紙面上の更に上方に位置させて、且つ上記の開口１５は下方向になるよう位置させるとともに、この時の弁体７下流のスロットル下流吸気通路６ｂと吸気ポート１１との斜め下向きの傾斜を、図２の傾斜よりも大きくしてもよい。このような構成により上記の開口１５から供給される流速の速い吸気は主体的にスロットル下流吸気通路６ｂの下面側に沿って流れ、燃焼室１３内にタンブル流が強化される方向で導入されることとなり、本実施形態と同様にタンブル流の強化させることが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態では、エンジンの運転状態が低回転且つ低負荷時に低速用分岐通路による吸気供給を行わせ、それ以外の領域では低速用分岐通路と高速用分岐通路とによる吸気供給を行わせるよう構成したが、エンジンの運転状態が所定回転数以下の低回転時は高負荷であっても低速用吸気通路による吸気供給を行わせるよう弁体７制御して吸気慣性効果により吸気充填量を高めてもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、一体形成されたサージタンク４と各独立吸気通路５のスロットル弁上流側部位９と、独立吸気通路５の一部を成すスロットル下流通路６ｂを形成したスロットル弁装置６とを分割しているため、個々の部品の生産性向上、及び部品の一体化による組付性向上が図れたり、更にスロットル弁装置６の部分だけを他の機種のエンジンに転用するなどの共通化が図れるが、これらのサージタンク４とスロットル弁上流部位とスロットル弁装置６とを一体成形してもよく、これによっても部品点数低減、及び組付性向上が図れる。またこのような一体成形部品をエンジン本体８ａに組付けるよりも前に、一体成形部品のスロットル弁装置６に弁体７をスロットル弁装置６に挿入しておいても、組付後に弁体７をスロットル弁装置６に挿入してもどちらでも組付け性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンの吸気装置を示す全体構成図。
【図２】エンジンの吸気装置４をエンジンクランク軸方向から見た正面図。
【図３】図２のスロットル弁装置６の弁体７が全開状態にある時を示した図。
【図４】図１を上から見たときの概略図
【図５】弁体７開度と吸気通過量との特性図
【図６】制御ブロック図
【符号の説明】
４：サージタンク
６：スロットル弁装置
７：弁体
９：スロットル弁上流側部位
９ａ：低速用吸気通路
９ｂ：高速用吸気通路

Claims

多気筒エンジンの全気筒の燃焼室に吸気を供給する共通吸気通路と、
該共通吸気通路から分岐して各気筒の燃焼室に吸気を供給する複数の独立吸気通路と、
各独立吸気通路に設けられ、回動軸方向から見て円形となる弁体の内部に、吸気通路の一部となる空間部を形成し、該燃焼室内へ供給される吸入空気量を線形的に変化可能なロータリー型のスロットル弁とを備えた多気筒エンジンの吸気通路において、
各独立吸気通路は、上記スロットル弁への吸気の供給が複数の通路により行われるように複数の分岐吸気通路から構成されるとともに、
上記スロットル弁は、該スロットル弁の回動によって、一部の分岐吸気通路による上記燃焼室内への吸気の供給を実質的に閉塞し、残りの分岐吸気通路による該燃焼室内への吸気の供給を行う第１の状態と、全ての分岐吸気通路による該燃焼室内への吸気を行う第２の状態とが設定可能となるよう形成されるとともに、第１の状態における上記独立吸気通路の該スロットル弁より下流側部位と該スロットル弁との連通部分の開口面積が、第２の状態における該開口面積よりも小さくなるよう構成されることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
上記独立吸気通路のスロットル弁下流側部位は、該スロットル弁が第１の状態にある時に該スロットル弁から上記燃焼室内へ供給される吸気により該燃焼室内で生成される乱流のタンブル比が、該スロットル弁が第２の状態にある時の該タンブル比より大きくなるように構成されることを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジンの吸気装置。
上記スロットル弁開度を制御する制御手段を備え、該制御手段は、エンジンの運転状態に基づいて低回転時は第１の状態となるとともに、高回転時は第２の状態となるよう制御するとともに、第１の状態及び第２の状態のそれぞれの状態において吸入空気量を線形的に変化可能となるよう制御することを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジンの吸気装置。
上記独立吸気通路の該スロットル弁より下流側部位は、該スロットル弁から上記燃焼室に対して斜め下方に向かって延設されるとともに、
上記スロットル弁は、該下流側部位との連通部分における上記開口が、該下流側部位の上方位置に形成されるよう構成されることを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジンの吸気装置。
上記共通吸気通路と上記独立吸気通路との接続部分に、容積室を構成したことを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジンの吸気通路。
複数の分岐吸気通路は、エンジンの回転数が高回転時に上記燃焼室内に吸気を供給する高速用分岐吸気通路と、エンジンの回転数が少なくとも低回転時に上記燃焼室内に吸気を供給する低速用分岐吸気通路とを備えるとともに、夫々の分岐吸気通路はエンジンのクランク軸方向から見て湾曲形成されるとともに、該高速用分岐吸気通路を該低速用分岐吸気通路に対して湾曲外方となるように形成されることを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジンの吸気通路。