JP2008190413A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの吸気装置において、吸気のレスポンスの悪化を招くことなく且つ吸気装置全体のコンパクト化を図りつつ、エンジンの幅広い回転域でトルクの向上を図る。
【解決手段】一端側がサージタンク１２に、多端側がエアクリーナ１１にそれぞれ接続されるように吸気通路長さの異なる吸気管１３，１４を設け、これらの吸気管１３，１４に切換弁２１，２２を設ける。切換弁２１，２２はコントローラ３０によって開閉制御され、該コントローラ３０は、エンジンが高負荷低回転領域の場合には吸気通路長さの長い第１吸気管１３に設けられた第１切換弁２１を開状態に、高負荷中回転領域の場合には吸気通路長さの短い第２吸気管１４に設けられた第２切換弁２２を開状態に、高負荷高回転領域の場合には、上記第１及び第２切換弁２１，２２を開状態にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの吸気装置に関するものであり、特に、吸気通路長さを可変として吸気を行う可変吸気の技術分野に属する。

従来より、エンジンの吸気装置として可変吸気機構を備えたものが多く採用されており、その一例として、特許文献１に開示された吸気装置が知られている。

上記特許文献１に開示された吸気装置は、一端がエアクリーナに連結され、他端がサージタンクに連結可能な第１吸気管と、一端がエアクリーナに連結され、他端がサージタンクに連結可能で且つ上記第１吸気管よりも吸気経路の長い第２吸気管と、上記エアクリーナからの吸気経路を上記第１吸気管あるいは第２吸気管に切り換え可能な切換機構と、を備えている。

具体的には、上記第１及び第２吸気管は一端側がエアクリーナに連結されている一方、該第１吸気管よりも吸気通路長さの長い第２吸気管の他端は該第１吸気管に連結されている。そして、上記吸気装置は、切換機構としての切換弁によって、低回転域では吸気経路を上記第２吸気管に、中回転域では吸気経路を上記第１吸気管に、それぞれ切り換えるように構成されている。

これにより、低中回転域において、吸気開始に伴って生じる負圧の圧力波が吸気管上流側の開口端としてのサージタンクやエアクリーナで反転され正弦波となって吸気ポート側へ戻されることを利用して、気筒内に吸気を押し込むことができ、吸気の充填効率を高めることができる。なお、本明細書では、上記サージタンクで圧力波が反転して吸気ポート側へ戻るのを慣性効果、上記エアクリーナで圧力波が反転して吸気ポート側へ戻るのを共鳴効果と呼ぶ。
特開平１０−２９９４９０号公報

ところで、上述のような吸気の慣性効果や共鳴効果を用いて吸気の充填効率を向上する場合、慣性効果や共鳴効果の得られるエンジンの回転域は、吸気上流側の空間部分までの管長さや管径、吸気上流側の空間部分の容積に影響される。そのため、上記特許文献に開示されている構成では、一つの切換弁により２つの吸気経路を切り換えて低中回転域で吸気の充填効率を向上できるだけであり、高回転域も含めたエンジンの幅広い回転域でトルクの向上を図れる構成とは言い難い。

また、エンジンの幅広い回転域で吸気の充填効率を向上するためには、高回転域に合わせて、別の吸気経路を設けたりサージタンクの容積を大きくしたりするなどの構成も考えられるが、いずれも装置の大型化や複雑化を招く恐れがある。さらに、上記サージタンクの容積を大きくする場合には、スロットルバルブよりも下流側の容積が大きくなるため吸気のレスポンスの悪化を招く原因にもなる。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの吸気装置において、吸気のレスポンスの悪化を招くことなく且つ吸気装置全体のコンパクト化を図りつつ、エンジンの幅広い回転域でトルクの向上を図ることにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るエンジンの吸気装置では、一端側がサージタンクに連通し、他端側がエアクリーナに連通するロング吸気通路及びショート吸気通路に、それぞれ、開閉弁を設け、エンジンの低中回転域ではいずれか一方の開閉弁を、高回転域では両方の開閉弁を開状態にするようにした。

具体的には、第１の発明は、複数の気筒の分岐管部が接続されるサージタンクと、該サージタンクに一端側で連通し、エアクリーナに他端側で連通する通路長の異なるロング吸気通路及びショート吸気通路と、を備え、エンジン回転域に応じて吸気経路を上記吸気通路の少なくとも一方に切り換えて吸気を行うエンジンの吸気装置を対象とする。

そして、上記ロング吸気通路及びショート吸気通路は、それぞれ、上記サージタンクに対して独立して連通しているとともに、該ロング吸気通路には第１開閉弁が、該ショート吸気通路には第２開閉弁がそれぞれ設けられていて、エンジンの高負荷低回転領域では上記ロング吸気通路を介して吸気する一方、高負荷中回転領域では上記ショート吸気通路を介して吸気し、高負荷高回転領域では上記ロング及びショート吸気通路を介して吸気するように、上記第１及び第２開閉弁を開閉制御する開閉弁制御手段を備えているものとする。

この構成により、エンジンの低中回転域では、吸気通路長さの異なる２つの吸気通路に設けられた開閉弁が開閉制御されて、吸気経路がエンジン回転域に応じていずれか一方の吸気通路に切り換えられるため、低中回転域で吸気の共鳴効果を確実に得ることができ、吸気の充填効率を高めることができる。そして、エンジンの高回転域では、２つの吸気通路の両方から吸気を行うため、各気筒の吸気上流側の空間の容積を増大させることができ、吸気の慣性効果を高めることができる。

これにより、別に吸気通路を設けたりサージタンクの容量を大きくしたりすることなく、幅広い回転域で吸気の充填効率を高めることができ、トルクの向上を図れる。したがって、上述のような構成にすることで、装置のコンパクト化を図れるとともに、スロットルバルブよりも下流側の容積を比較的小さくすることができ、吸気のレスポンスの悪化を防止することもできる。

上述の構成において、上記ロング吸気通路は、上記ショート吸気通路よりも通路断面積が小さいものとする（第２の発明）。このように、エンジンの低回転域で吸気経路となるロング吸気通路の通路断面積を、中回転域で吸気経路となるショート吸気通路よりも小さくすることで、各回転域でより確実に吸気の共鳴効果を得ることができ、吸気の充填効率をより高めることができる。

上記サージタンクは、上記分岐管部の並び方向に延びるように設けられていて、上記サージタンクの一端側には上記ロング吸気通路が連通し、他端側には上記ショート吸気通路が連通しているのが好ましい（第３の発明）。これにより、サージタンクの両端にロング吸気通路及びショート吸気通路が連通する、いわゆるサイドエントリーの構成になるため、吸気通路からサージタンクへ吸気が流入する際の曲がりがなくなり、通気抵抗を小さくすることができる。すなわち、筒状のサージタンクの側面に吸気通路が連通する従来の構成に比べて、吸気の曲がる回数が減るため、通気抵抗が小さくなって、吸気の充填効率をさらに向上することができる。

また、上記ロング吸気通路の一部は、上記サージタンクの延伸方向と略平行に延びるように設けられていて、上記ロング吸気通路及びショート吸気通路は、環状になるように、それらの他端側が一つのエアクリーナに連通しているのが好ましい（第４の発明）。

こうすることで、２つの吸気通路に対してそれぞれエアクリーナを設けることなく、一つのエアクリーナを共通化できるため、装置全体のコンパクト化及びコスト低減を図れる。しかも、上記２つの吸気通路は一つのエアクリーナに接続されて環状になるため吸気装置を狭いエンジンルーム内にコンパクトに配置することが可能になる。

また、上記サージタンクの延伸方向の中間部と上記ロング吸気通路の上流部との間には、該サージタンクと上記エアクリーナとの間の吸気通路長さが上記ロング吸気通路及び上記ショート吸気通路の吸気通路長さの中間の長さになるような中間吸気通路が設けられていて、上記中間吸気通路には、高負荷低回転領域と高負荷中回転領域との中間領域で開動作する第３開閉弁が設けられているのが好ましい（第５の発明）。

これにより、上記ロング吸気通路とショート吸気通路との中間の吸気通路長さを有する中間吸気通路によって、低回転域と中回転域との中間領域で吸気の共鳴効果を得ることができる。したがって、吸気の充填効率を低中回転域でより緻密に向上することができ、該低中回転域で確実にトルクの向上を図れる。

また、上記開閉弁制御手段は、エンジンの部分負荷時には、上記第１及び第２開閉弁を開動作させて両者の開度の和が各気筒に必要な吸気量を供給できるような所定の開度になるように、該第１及び第２開閉弁を開閉制御するよう構成されているのが好ましい（第６の発明）。ここで、エンジンの部分負荷とは、高負荷以外の場合を意味する。

上述のように、サージタンクの両端にそれぞれ吸気通路を連通させるサイドエントリーの構成では、気筒毎に吸気通路長さが変わるため、気筒間での吸気のばらつきが大きくなる。特に、エンジンが部分負荷の場合には、吸気のばらつきによる燃焼悪化の影響が大きくなるため、上述の構成のように第１及び第２開閉弁をともに開状態にして２つの吸気通路から吸気を行うことで、吸気のばらつきを抑えて燃焼性能の悪化を防止することができる。

さらに、以上の構成において、上記開閉弁制御手段は、上記エンジンの加速時には、上記開閉弁を所定期間、全開状態とするように構成されているのが好ましい（第７の発明）。エンジン加速の際には、一時的に開閉弁を全開状態にして、できるだけ多くの吸気を行うことで、加速時のトルク応答性を向上することができる。ここで、上記所定期間は、例えばエンジンが加速されている期間や、その期間の一部を意味する。

本発明によれば、一端側がサージタンクに連通し、他端側がエアクリーナに連通するロング吸気通路及びショート吸気通路に、それぞれ開閉弁を設け、エンジンの高負荷低回転域ではロング吸気通路を介して吸気する一方、高負荷中回転域ではショート吸気通路を介して吸気し、高負荷高回転域ではロング吸気通路及びショート吸気通路を介して吸気するように、上記開閉弁を開閉制御することによって、コンパクトな装置で吸気レスポンスの悪化の防止を図りつつ、吸気の慣性効果及び共鳴効果を利用してエンジンの幅広い回転域で吸気の充填効率を高めてトルクの向上を図れる。

また、第２の発明によれば、上記ロング吸気通路は、上記ショート吸気通路よりも通路断面積が小さいため、低中回転域でより確実に吸気の共鳴効果を得ることができ、該低中回転域でより確実にトルクの向上を図れる。

また、第３の発明によれば、上記サージタンクは分岐管部の並び方向に延びて、その両端に上記ロング吸気通路及びショート吸気通路が連通するため、サージタンクの側面に吸気通路が連通する従来の構造に比べて吸気の曲がり回数が減り、通気抵抗を小さくすることができる。したがって、吸気の充填効率をさらに向上することができ、さらなるトルクの向上を図れる。

また、第４の発明によれば、上記ロング吸気通路及びショート吸気通路は、環状になるように１つのエアクリーナに連通されるため、装置全体のコンパクト化及びコスト低減を図ることができる。

また、第５の発明によれば、サージタンクの中間部とロング吸気通路の上流部との間に、該ロング吸気通路とショート吸気通路との中間の吸気通路長さを有する中間吸気通路を設け、該中間吸気通路に設けられた第３開閉弁を低回転域と中回転域との中間域で開動作させるようにしたため、低中回転域でより緻密に吸気の共鳴効果を得ることができ、より確実にトルクの向上を図ることができる。

また、第６の発明によれば、エンジンの部分負荷時には、第１及び第２開閉弁を開動作させて両者の開度の和が所定開度になるように、該第１及び第２開閉弁を開閉制御するようにしたため、サージタンクの両端に吸気通路が連通する、いわゆるサイドエントリーの構造であっても、トルク向上の必要があまりない部分負荷時には、気筒間のばらつきを抑えて、燃焼性能の悪化を確実に防止することができる。

さらに、第７の発明によれば、エンジンの加速時には、上記開閉弁を所定期間、全開状態にするため、加速時のトルクの応答性を向上することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
−全体構成−
図１は、本実施形態に係る内燃機関（エンジン）の吸気装置１の概略構成を示したものであり、この図１において、符号２は吸気装置１と連通する複数の気筒３，４，５，６（本実施形態では４気筒）が形成されたエンジンを示している。なお、符号３ａ，４ａ，５ａ，６ａは吸気ポートを、符号３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂは排気ポートを、それぞれ示している。

上記吸気装置１は、図示しないダクトから取り込まれた空気の浄化を行うエアクリーナ１１と、該エアクリーナ１１と上記エンジン２との間に配設されるサージタンク１２と、該サージタンク１２とエアクリーナ１１とを連通させる吸気管１３，１４（ロング吸気通路、ショート吸気通路）と、該サージタンク１２と上記エンジン２とを連通させる分岐管部１５，１６，１７，１８と、を備えている。そして、上記吸気装置１は、エンジン２の各気筒３，４，５，６の吸気開始に伴って生じる負圧の圧力波が吸気上流側の開口端で反転され正弦波となって吸気ポート３ａ，４ａ，５ａ，６ａ側へ戻される、いわゆる吸気の慣性効果または共鳴効果を利用して気筒内に吸気を押し込むことにより、吸気の充填効率を向上するように構成されている。ここで、上記サージタンク１２で圧力波が反転して吸気ポート３ａ，４ａ，５ａ，６ａ側へ戻るのを慣性効果、上記エアクリーナ１１で圧力波が反転して吸気ポート３ａ，４ａ，５ａ，６ａ側へ戻るのを共鳴効果と呼ぶ。

具体的には、上記分岐管部１５，１６，１７，１８は、それぞれ、一端側が上記エンジン２の吸気ポート２ｂ，２ｂ，…に連通している一方、他端側が上記サージタンク１２に接続され、該サージタンク１２の内部空間と連通している。上記サージタンク１２は、上記分岐管部１５，１６，１７，１８の並び方向に沿って延びるように形成された筒状の部材であり、その側面に上記分岐管部１５，１６，１７，１８が、両端に上記吸気管１３，１４が、それぞれ接続されている。すなわち、本実施形態では、上記吸気装置１は、上記サージタンク１２に対して両端から吸気管１３，１４が連通する、いわゆるサイドエントリーの構造になっている。また、上記サージタンク１２は、エンジン２の低中回転域では、吸気開始に伴って生じる圧力波が通過して吸気上流側のエアクリーナ１１で反転するように、小容量に形成されている。

上記吸気管１３，１４には、それぞれ、スロットルバルブとしても機能する切換弁２１，２２（第１及び第２開閉弁）が設けられている。この切換弁２１，２２は、ＥＣＵなどのコントローラ３０（開閉弁制御手段）からの出力信号に基づいて開閉制御するように構成された制御弁である。詳しくは後述するように、上記コントローラ３０は、エンジンの回転速度や要求トルクなどに応じて上記切換弁２１，２２の開度を変更するように構成されている。

また、上記図１に示すように、上記吸気管１３，１４は、第１吸気管１３（ロング吸気通路）の方が第２吸気管１４（ショート吸気通路）よりも吸気通路長さが長くなるように設けられている。すなわち、上記エアクリーナ１１は、上記サージタンク１２に対して第２吸気管１４側に位置付けられており、上記第１吸気管１３は、その一部が上記筒状のサージタンク１２の筒軸方向（延伸方向）に延びて、上記エアクリーナ１１に接続されている。ここで、上記第１吸気管１３は、エンジン２の回転速度が低回転の領域で共鳴効果が得られるような吸気通路長さに設定されている。一方、上記第２吸気管１４は、エンジン２の回転速度が中回転の領域で上記共鳴効果が得られるような吸気通路長さに設定されている。

このように上記吸気管１３，１４の長さを変えることで、上記吸気の共鳴効果を利用して各気筒３，４，５，６内に吸気を押し込む場合、別々のエンジン回転域で共鳴効果を得ることができ、これにより、広いエンジン回転域でトルクの向上を図ることができる。

また、上記吸気管１３，１４は、上記図１に示すように、一端側が上記サージタンク１２の端部に接続され、他端側が上記エアクリーナ１１に接続されて、全体として環状になっている。このように、一つのエアクリーナ１１に対して２つの吸気管１３，１４を接続し、該エアクリーナ１１を一つ省略することで、吸気装置１を小型化できるとともにコストの低減を図れる。しかも、上述のように吸気管１３，１４を環状にすることで、吸気装置１全体がコンパクトになり、狭いエンジンルーム内に該吸気装置１をコンパクトに配置することができる。

さらに、上記吸気管１３，１４は、吸気通路長さの長い第１吸気管１３の方が第２吸気管１４よりも通路断面積が小さくなるように形成されている。このように、通路断面積を小さくすることで、低回転域で吸気の共鳴効果をより確実に得ることができる。したがって、このような通路断面積の違いによっても共鳴効果の得られる回転域を変えることができ、より確実に広い回転域でトルクの向上を図れる。なお、上記吸気管１３，１４に設けられる上記切換弁２１，２２は、上述のような吸気管１３，１４の通路断面積の大小に合わせて、第２切換弁２２よりも第１切換弁２１のボア径の方が小さくなるように形成されていてもよい。このような構成にした場合には、詳しくは後述するように、第１切換弁２１が閉状態の場合の吸気の漏れを抑えることができ、より確実に吸気の共鳴効果を得ることができる。

−可変吸気−
次に、上述のような構成の吸気装置１における可変吸気の動作について、図１〜１０を用いて以下で説明する。なお、上記吸気装置１の可変吸気の動作は、上記コントローラ３０による切換弁２１，２２の開閉制御によって行われるが、その開閉制御はエンジン２の負荷や回転速度に応じて変わるため、該エンジン２が高負荷の場合、それ以外の部分負荷の場合に分けて、それぞれの負荷状態においてエンジン回転域毎に説明する。ここで、各エンジン回転域は、図１０に示すように低中高の回転域に分けられる。

（高負荷状態）
上記エンジン２が高負荷の場合には、できるだけ大きなトルクを得るために、吸気の慣性効果及び共鳴効果を用いて各エンジン回転域で吸気の充填効率を高めるようにする。

具体的には、上記エンジン２の回転速度が低回転域である場合には、図１に示すように、吸気通路長さの長い第１吸気管１３の第１切換弁２１を開状態にする一方、吸気通路長さの短い第２吸気管１４の第２切換弁２２を閉状態にする。これにより、上記第１吸気管１３のみで吸気が行われることになり、図４に実線（ａ）で示すように上記吸気の共鳴効果をエンジン２の低回転域Ｉで得ることができる。したがって、上記エンジン２の低回転域Ｉで吸気の充填効率を高めることができ、当該領域Ｉでトルクの向上を図れる。

上記エンジン２の回転速度が中回転域である場合には、図２に示すように、吸気通路長さの短い第２吸気管１４の第２切換弁２２を開状態にする一方、吸気通路長さの長い第１吸気管１３の第１切換弁２１を閉状態にする。これにより、上記第２吸気管１４のみで吸気が行われることになり、図４に破線（ｂ）で示すように上記吸気の共鳴効果をエンジン２の中回転域IIで得ることができる。したがって、上記エンジン２の中回転域IIで吸気の充填効率を高めることができ、当該領域IIでトルクの向上を図れる。

なお、上述のように、上記エンジン２の回転速度が低中回転域の場合には、上記第１及び第２切換弁２１，２２のいずれか一方を閉状態にするが、実際には、該第１及び第２切換弁２１，２２は、閉状態でも完全に閉じているわけではなく、微小な隙間が空いていて、その隙間から吸気が漏れている。そのため、エアクリーナ１１で反転する圧力波はその吸気の漏れによって減衰し、得られる吸気の共鳴効果は小さくなってしまう。したがって、図５に破線（細線）で示すように、低中回転域で得られるトルクは理想の状態よりも小さくなる。このような吸気の漏れは、切換弁のボア径が大きいほど多くなるため、上述のように、通路断面積の小さい上記第１吸気管１３に設けられた上記第１切換弁２１のボア径が、通路断面積の大きい上記第２吸気管１４に設けられた第２切換弁２２よりも小さくなるように形成すれば、両者を同じボア径にした場合に比べて該第１切換弁２１の吸気の漏れが少なくなる。これにより、上記第１切換弁２１が閉で上記第２切換弁２２が開の状態、すなわちエンジン２の低回転域において、十分な吸気の共鳴効果を得ることができ、より確実にトルクの向上を図ることができる。

上記エンジン２の回転速度が高回転域である場合には、図３に示すように、上記第１及び第２切換弁２１，２２の両方を開状態にする。これにより、上記第１及び第２吸気管１３，１４の両方から吸気が行われることになり、吸気抵抗を低減できるとともに、各吸気ポート３ａ，４ａ，５ａ，６ａの吸気上流側の容積が増大するため、この吸気上流側の空間によって吸気の慣性効果が得られる。したがって、図４に一点鎖線（ｃ）で示すように、上記エンジン２の高回転域IIIで最も回転速度の大きい領域（図中の右端）において、上記図１及び図２の構成（図中の実線及び破線）に比べてトルクを大きくすることができる。

以上より、上述のような可変吸気を行うことで、エンジン２の幅広い回転域でトルクを向上することができる。

また、本実施形態のように、サージタンク１２の両端部に吸気管１３，１４が接続されるサイドエントリーの構造では、サージタンク１２内の各気筒の吸気通路長さが異なるため、気筒間の吸気量のばらつきが大きくなるが、上述のように、エンジン２の高回転域で上記第１及び第２吸気管１３，１４から吸気を行うようにすることで、該エンジン高回転域で気筒間の吸気のばらつきを減少することができる。

ところで、一般的に、上記サージタンク１２の容量が大きくなるほど、エンジン２の高回転域で大きな慣性効果が得られるが、逆に低中回転域で共鳴効果が得られにくくなったり、スロットルバルブ下流の容積が大きくなって吸気のレスポンスが悪化したりするなどの弊害が生じる。

これに対し、本実施形態のように、上記サージタンク１２の容量を小さくして、エンジン２の高回転域で上記第１及び第２切換弁２１，２２を開いて吸気ポート３ａ，４ａ，５ａ，６ａの吸気上流側の空間の容量を増大させることで、吸気のレスポンスの悪化を防止しつつ、低中回転域では共鳴効果を確実に得ることができ、高回転域では十分な慣性効果を得ることができる。

次に、上記コントローラ３０による上記第１及び第２切換弁２１，２２の開閉制御の具体例を図６に示す。この図６は、エンジン２の回転速度を時間とともに徐々に大きくした場合の上記第１及び第２切換弁２１，２２の開度変化の一例を示している。

上記図６の例のように、上記コントローラ３０は、エンジン２の回転速度が低回転域Ｉの場合には上記第１切換弁２１を開状態にし、中回転域IIの場合には該第１切換弁２１を閉じて上記第２切換弁２２を開状態にする。そして、上記エンジン２の回転速度が高回転域IIIの場合には、上記第１切換弁２１を再度、開状態にする。これにより、上述のとおり、エンジン２の幅広い回転域でトルクの向上を図ることができる。

なお、エンジン２の加速の瞬間である過渡時には、上述のような制御とは関係なく、図７に実線で示すように（図中の左端）、上記切換弁２１，２２の両方を一瞬、開状態にして、上記サージタンク１２内を大気圧に近づけるようにしてもよい。こうすることで、加速時には応答性良くトルクを大きくすることができる。そして、上述のように加速の瞬間のみ、上記切換弁２１，２２を開状態にした後は、一方の切換弁（図７では第２切換弁２２）を閉じて、既述したとおり、エンジン２の回転域に応じて切換弁２１，２２の開閉制御を行う。上記一瞬は、本発明の所定期間に対応しており、例えばエンジン２の加速期間の一部や全部に相当する。

ここで、上記図７は、上記第１切換弁２１のみが開状態のときに、エンジン２が加速されて上記第２切換弁２２も一瞬、開状態にする場合の弁開度の例を示している。この図７において、二点鎖線は、エンジン２が加速状態でない場合の上記第２切換弁２２の開度を示している。なお、本実施形態では、上記第１切換弁２１のみが開状態のときにエンジン２が加速される場合を説明したが、上記第２切換弁２２のみが開状態のときにエンジン２が加速された場合には、上記第１切換弁２１を一瞬、開状態にすればよい。

（部分負荷の場合）
次に、上記エンジン２が部分負荷の場合における上記吸気装置１の可変吸気の動作について図８〜１０に基づいて説明する。

上記エンジン２が部分負荷の場合には、トルク向上よりも安定した燃焼が要求される。すなわち、上述のように、サージタンク１２の両端部に吸気管１３，１４が接続される本実施形態のような構成では、気筒間の吸気のばらつきが大きく、燃焼性能が悪化しやすいため、トルク向上の要求がある高負荷以外の場合は上記吸気管１３，１４の両方から吸気を行って吸気のばらつきをなくす。

そのため、図８に示すように、エンジン回転速度及び負荷に応じて、上記切換弁２１，２２の開度を制御する。すなわち、エンジン２の高回転域では、負荷の大小に関係なく、上記切換弁２１，２２の両方を開く一方、エンジン２の低中回転域では、上述のように高負荷時には一方の切換弁のみを開き、それ以外の部分負荷の場合には上記切換弁２１，２２の両方を開いて吸気を行う。これにより、吸気の共鳴効果を利用して吸気の充填効率を高める必要のある低中回転で且つ高負荷の領域以外では、吸気のばらつきを抑えることができる。

図９は、上記図８におけるエンジン２の低回転域（Ａ−Ａ）での負荷変化（切換弁２１が全開になるときの負荷を１００％とした場合の負荷変化）に対する上記切換弁２１，２２の開度を、図１０は、上記図８における高負荷域（Ｂ−Ｂ）でのエンジン回転速度に対する上記切換弁２１，２２の開度を、それぞれ示す。

上記図９に示すように、エンジン２が低負荷の状態では、上記切換弁２１，２２の開度はほぼ同じで、上記吸気管１３，１４からほぼ均等に吸気が行われる。これは、アイドリング時には、吸気のばらつきによる燃焼性能の悪化への影響が大きいため、上記切換弁２１，２２を同じ開度にして、上記吸気管１３，１４の両方から吸気を行って、より確実にばらつきを抑える必要があるためである。そして、徐々にエンジン負荷が高くなると、上記第１切換弁２１は開度が大きくなる一方、上記第２切換弁２２は徐々に開度が小さくなって、上述の高負荷状態では、上記第１切換弁２１が開で上記第２切換弁２２が閉になる。

上記図１０に示すように、エンジン２が高負荷の状態で、エンジン回転速度が大きくなると、上述のとおり、低回転域では上記第１切換弁２１が開状態に、中回転域では上記第２切換弁２２が開状態に、高回転域では上記第１及び第２切換弁２１，２２が開状態になる。その切換弁の切り替わりの際は、徐々に切換弁が開状態若しくは閉状態になるため、第１及び第２切換弁２１，２２の両方が開いている、上記図８に斜線で示すような中間領域が設けられている。

以上より、この実施形態によれば、吸気通路長さの異なる第１及び第２吸気管１３，１４の一端側をサージタンク１２に、他端側をエアクリーナ１１にそれぞれ接続し、それぞれの吸気管１３，１４に切換弁２１，２２を設け、エンジン２の高負荷低回転領域では第１切換弁２１のみを開状態に、高負荷中回転領域では第２切換弁２２のみを開状態にすることで、上記第１及び第２吸気管１３，１４によってそれぞれの回転域で吸気の共鳴効果を得ることができ、各回転域で吸気の充填効率を向上することができる。特に、吸気通路長さの長い上記第１吸気管１３は、吸気通路長さの短い上記第２吸気管１４よりも通路断面積が小さいため、回転域毎により確実に共鳴効果を得ることができる。

しかも、エンジン２の高負荷高回転領域では、上記第１及び第２切換弁２１，２２の両方を開いて、上記第１及び第２吸気管１３，１４の両方から吸気することで、サージタンク１２の容積を大きくすることなく、吸気上流側の空間の容積を増大させることができ、十分な吸気の慣性効果を得ることができる。すなわち、上述のような構成にすることで、サージタンク１２の容積を大きくすることの弊害（低中回転域での共鳴効果が小さくなったり、スロットルバルブよりも下流側の容積が大きくなって吸気のレスポンスが悪化したりするなど）を解消しつつ、十分な吸気の慣性効果を得ることができる。また、上述のように、２つの吸気管１３，１４から吸気を行うことで、吸気抵抗を低減することができ、吸気の充填効率をより高めることができる。

したがって、上述の構成によって、エンジン２の幅広い回転域で吸気の充填効率を向上してトルクの向上を図ることができる。

また、上記吸気装置１は、上記サージタンク１２の両端に上記吸気管１３，１４が接続される、いわゆるサイドエントリーの構造を有しているため、吸気の曲がる回数を減らすことができ、通気抵抗を低減することができる。このようなサイドエントリーの構造の場合には、気筒毎の吸気通路長さが変わるため、気筒間の吸気のばらつきが大きくなるが、本実施形態のように、トルク向上のために一方の吸気管からのみ吸気を行う高負荷低中回転領域以外の領域において、２つの吸気管１３，１４から吸気を行うことで、上述のような吸気のばらつきを抑制することができる。

さらに、上記吸気装置１では、上記吸気管１３，１４が一つのエアクリーナ１１に接続されているため、それぞれの吸気管１３，１４にエアクリーナを設ける場合に比べてコストの低減及び装置１の小型化を図れる。また、上記吸気管１３，１４は、上記エアクリーナ１１に接続されて環状に形成されているため、装置１のさらなる小型化を図ることができ、狭いエンジンルーム内にコンパクトに配置することができる。

また、エンジン２の加速時には、上記第１及び第２切換弁を所定期間、全開状態とするため、加速時のトルク応答性を向上することができるとともに、該所定期間経過後には、元の開閉制御に戻るため、上述のように、各回転域や負荷領域でトルクの向上を図ったり、燃焼性能の悪化を防止したりすることができる。

《実施形態２》
図１１は、本発明の実施形態２に係るエンジンの吸気装置１０１の概略構成を示したものであり、上記実施形態１とは、サージタンク１２と第１吸気管１３との間に第３吸気管１０２が設けられた点が異なるだけなので、以下、同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分だけを説明する。

具体的には、上記吸気装置１０１には、サージタンク１２からエアクリーナ１１までの吸気通路長さが第１及び第２吸気管１３，１４の吸気通路長さの中間の長さになるような吸気経路を構成するように、サージタンク１２の側面と第１吸気管１３との間を接続する第３吸気管１０２（中間吸気通路）が設けられている。この第３吸気管１０２には、コントローラ１１０によって開閉制御される第３切換弁１０３（第３開閉弁）が設けられている。

上記第３切換弁１０３も上記実施形態１の第１及び第２切換弁２１，２２と同様、ＥＣＵなどのコントローラ１１０からの出力信号に基づいて開閉制御するように構成された制御弁であり、該コントローラ１１０も上記実施形態１のコントローラ３０と同様、エンジンの回転速度や要求トルクなどに応じて上記第第１〜第３切換弁２１，２２，１０３の開度をそれぞれ変更するように構成されている。

すなわち、上記コントローラ１１０は、エンジン２の回転速度が低回転域では第１切換弁２１を開状態にして、中回転域では第２切換弁２２を開状態にする一方、低回転域と中回転域との中間の領域では第３切換弁１０３を開状態にするように構成されている。これにより、エンジン２の回転速度が低回転域、中回転域及び低回転域と中回転域との中間領域で、吸気の共鳴効果により吸気の充填効率を高めることができる。したがって、図１２に示すように、エンジン２の低中回転域でより緻密にトルクの向上を図ることができる（図１２に二点鎖線（ｄ）で示す）。

また、上記コントローラ１１０は、上記エンジン２の高回転域では、上記第１〜第３切換弁２１，２２，１０３を開状態にするように構成されている。これにより、上記エンジン２の高回転域で、吸気抵抗を低減できるとともに、吸気上流側の空間の容積を増大させることができ、吸気の慣性効果によって吸気の充填効率を高めることができる。したがって、上記エンジン２の高回転域でもトルクの向上を図ることができる。しかも、３つの吸気管１３，１４，１０２から吸気を行うため、サージタンク１２内での気筒毎の吸気通路長さの相違に起因する吸気のばらつきを、より効果的に低減することができる。

以上より、この実施形態によれば、上記吸気装置１０１は、吸気通路長さが第１吸気管１３及び第２吸気管１４の中間の長さになるように、サージタンク１２と該第１吸気管１３との間を接続する第３吸気管１０２を設けたため、この第３吸気管１０２によって形成される吸気通路によってエンジン２の低回転域と中回転域との間の回転域で、吸気の共鳴効果を得ることができる。したがって、上記低回転域と中回転域との中間領域で、吸気の充填効率を高めることができ、低中回転域でより緻密にトルクの向上を図れる。

なお、この実施形態でも、上記実施形態１と同様、エンジン２の加速時に、一瞬、第１〜第３切換弁２１，２２，１０３を全開状態にすることで、トルク応答性の向上を図れる。

《その他の実施形態》
本発明の構成は、上記各実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記各実施形態では、吸気管１３，１４を一つのエアクリーナ１１に接続して環状に形成しているが、この限りではなく、該吸気管１３，１４にそれぞれエアクリーナを設けて、吸気管１３，１４をサージタンク１２に対して直線状に配設してもよい。

また、上記各実施形態では、エンジン２はいずれも４気筒の構成であるが、この限りではなく、６気筒以上であってもよい。

また、上記実施形態１では、エンジン２の中負荷低回転領域において、エンジン負荷が大きくなるほど第１切換弁２１の開度を大きくし、第２切換弁２２の開度を小さくしているが、この限りではなく、低負荷領域で該第１及び第２切換弁２１，２２の開度が同等であり、高負荷領域で第１切換弁２１のみが開状態になっていれば、該第１及び第２切換弁２１，２２の開度をどのように変化させてもよい。

さらに、上記実施形態２では、サージタンク１２と第１吸気管１３との間を接続するように第３吸気管１０２を設けているが、この限りではなく、エアクリーナ１１及びサージタンク１２に対して直接、第３吸気管１０２を接続してもよい。

以上説明したように、本発明におけるエンジンの吸気装置は、エンジンの高負荷高回転時に、２つの吸気管から吸気を行うことで、装置のコンパクト化及び吸気レスポンスの悪化防止を図りつつ、広いエンジン回転域でトルクの向上を図ることができるから、例えばトルクの向上が要求されるエンジンに特に有用である。

実施形態１に係るエンジンの吸気装置において、エンジンが高負荷低回転領域の場合の弁制御を示す模式図である。 エンジンが高負荷中回転領域の場合の図１相当図である。 エンジンが高負荷高回転領域の場合の図１相当図である。 エンジン回転速度とトルクとの関係を示す図である。 閉状態の切換弁からの漏れを考慮した場合の図４相当図である。 エンジン回転速度を時間とともに徐々に大きくする場合の切換弁の開度の変化の一例を示す図である。 一方の切換弁のみが開状態のときに加速した場合の、切換弁の開度の変化の一例を示す図である。 エンジン回転速度及びトルクに応じた切換弁の開閉制御の概略を示す図である。 図８においてエンジンが低回転速度の場合（Ａ−Ａ）の、負荷と切換弁の開度との関係を示す図である。 図８においてエンジンが高負荷の場合（Ｂ−Ｂ）の、エンジン回転速度と切換弁の開度との関係を示す図である。 実施形態２に係るエンジンの吸気装置において、エンジンが高負荷で且つ低回転域と中回転域との間の回転域の場合の弁制御を示す模式図である。 エンジン回転速度とトルクとの関係を示す図である。

符号の説明

１，１０１ エンジンの吸気装置
２ エンジン
３，４，５，６ 気筒
３ａ，４ａ，５ａ，６ａ 吸気ポート
１１ エアクリーナ
１２ サージタンク
１３ 第１吸気管（ロング吸気通路）
１４ 第２吸気管（ショート吸気通路）
１５，１６，１７，１８ 分岐管部
２１ 第１切換弁（第１開閉弁）
２２ 第２切換弁（第２開閉弁）
３０，１１０ コントローラ（開閉弁制御手段）
１０２ 第３吸気管（中間吸気通路）
１０３ 第３切換弁（第３開閉弁）

Claims (7)

1. 複数の気筒の分岐管部が接続されるサージタンクと、該サージタンクに一端側で連通し、エアクリーナに他端側で連通する吸気通路長さの異なるロング吸気通路及びショート吸気通路と、を備え、エンジン回転域に応じて吸気経路を上記吸気通路の少なくとも一方に切り換えて吸気を行うエンジンの吸気装置であって、
   上記ロング吸気通路及びショート吸気通路は、それぞれ、上記サージタンクに対して独立して連通しているとともに、該ロング吸気通路には第１開閉弁が、該ショート吸気通路には第２開閉弁がそれぞれ設けられていて、
   エンジンの高負荷低回転領域では上記ロング吸気通路を介して吸気する一方、高負荷中回転領域では上記ショート吸気通路を介して吸気し、高負荷高回転領域では上記ロング及びショート吸気通路を介して吸気するように、上記第１及び第２開閉弁を開閉制御する開閉弁制御手段を備えていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 請求項１において、
   上記ロング吸気通路は、上記ショート吸気通路よりも通路断面積が小さいことを特徴とするエンジンの吸気装置。
3. 請求項１または２において、
   上記サージタンクは、上記分岐管部の並び方向に延びるように設けられていて、
   上記サージタンクの一端側には上記ロング吸気通路が連通し、他端側には上記ショート吸気通路が連通していることを特徴とするエンジンの吸気装置。
4. 請求項３において、
   上記ロング吸気通路の一部は、上記サージタンクの延伸方向と略平行に延びるように設けられていて、
   上記ロング吸気通路及びショート吸気通路は、環状になるように、それらの他端側が一つのエアクリーナに連通していることを特徴とするエンジンの吸気装置。
5. 請求項４において、
   上記サージタンクの延伸方向の中間部と上記ロング吸気通路の上流部との間には、該サージタンクと上記エアクリーナとの間の吸気通路長さが上記ロング吸気通路及び上記ショート吸気通路の吸気通路長さの中間の長さになるような中間吸気通路が設けられていて、
   上記中間吸気通路には、高負荷低回転領域と高負荷中回転領域との中間領域で開動作する第３開閉弁が設けられていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
6. 請求項３または４において、
   上記開閉弁制御手段は、エンジンの部分負荷時には、上記第１及び第２開閉弁を開動作させて両者の開度の和が各気筒に必要な吸気量を供給できるような所定の開度になるように、該第１及び第２開閉弁を開閉制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
7. 請求項１から６のいずれか一つにおいて、
   上記開閉弁制御手段は、上記エンジンの加速時には、上記開閉弁を所定期間、全開状態とするように構成されていることを特徴とするエンジンの吸気装置。

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