JP2500856B2 - 多気筒エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気の動的効果を
利用して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。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エンジンの吸気装置におい
て、吸気開始に伴って生じる負圧波（負圧の圧力波）が
吸気通路上流側の大気または吸気拡大室への開口端で反
射反転して正圧波（正圧の圧力波）となって吸気ポート
方向に戻されることを利用し、上記正圧波が吸気弁の閉
弁寸前に吸気ポートに達して吸気を燃焼室に押し込むよ
うにする，いわゆる吸気の慣性効果によって吸気の充填
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
の開閉周期とがマッチングして吸気慣性効果が高められ
るのは特定回転域に限られる。

【０００３】このため、従来、特開昭５６−１１５８１
９号公報にみられるように、エンジンの回転数に応じて
吸気通路の長さ等を変えるようにし、例えば、各気筒別
の吸気通路を上流部で２叉に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、短い通路に制御弁を設けて、高
回転域でこの制御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たもの（上記公報の第６図参照）が
提案されており、該エンジンの吸気装置によると、低回
転域と高回転域とでそれぞれ吸気の慣性効果を高めるこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構造では、吸気系が大型のものとなると共に、同一
の容積室に長・短の通路を連通しているため、容積室の
容量によっては高回転時の振動周波数とマッチングせず
にトルクが低下する可能性があることから、設計自由度
が低いという問題がある。

【０００５】そこで、上記容積室として、低速用の容積
室と高速用の容積室とを別途に設けて、各容積室をそれ
ぞれの領域で出力が最も得られる容積に設定するととも
に、この吸気系を可及的にコンパクトにすることが考え
られる。しかし、この場合、制御弁の開弁時に使用され
る上記高速用容積室の設定次第、例えばコンパクトに設
定しすぎると、幅広い運転域において吸気動的効果によ
る出力向上を確保することができないことがある。

【０００６】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、上記高速用容積室の断面積を適切に設定するだけ
で、幅広い運転域での吸気動的効果による出力向上を確
保することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明の手段は、第１容積室の下流に各気
筒に対応して設けられた独立吸気通路を接続した多気筒
エンジンの吸気装置において、上記各独立吸気通路の途
中から分岐して設けられた分岐路と、該各分岐路の他端
に接続され、上記各独立吸気通路間を各分岐路を介して
連通する第２容積室と、上記各分岐路に設けられ、エン
ジンの運転状態に応じて分岐路を開閉するよう開閉作動
する制御弁とを備え、上記第２容積室の断面積を上記各
独立吸気通路の断面積よりも大きく設定したものとす
る。

【０００８】これにより、請求項１では、エンジンの運
転状態に応じて制御弁が開閉状態となる。そして、制御
弁の閉弁時には、各気筒は各々対応する独立吸気通路を
介して第１容積室に連通する一方、制御弁の開弁時に
は、各気筒は各々対応する独立吸気通路及びその途中か
ら分岐した分岐路を介して第２容積室にも連通するの
で、広い運転域に亘って吸気の動的効果が発揮され、出
力の向上が図られる。

【０００９】その場合、上記第２容積室の断面積を上記
各独立吸気通路の断面積よりも大きく設定するだけの簡
単な変更で、高回転時の吸気系の固有振動数が変更し
て、高回転時、より高回転側で吸気の動的効果が得られ
る。

【００１０】そして、請求項２の発明では、上記制御弁
を、エンジン運転状態としてエンジン回転数に応じて開
閉作動させ、エンジンの低回転域では分岐路を閉じ、高
回転域では分岐路を開くようにしている。これにより、
低回転域と高回転域とで吸気動的効果による出力の向上
を得ながら、上記請求項１と同様に幅広い運転域での出
力向上の確保を図ることができる。

【００１１】さらに、請求項３の発明では、上記請求項
２における制御弁を、エンジン負荷が所定負荷以上の領
域でのみ開閉作動させるものとする。これにより、上記
制御弁の開閉が所定負荷以上の高負荷領域のみで行われ
るので、制御弁の開閉頻度をできるだけ少なくでき、制
御弁の信頼性の向上を図ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１〜図４は本発明を４気筒４サイクルエ
ンジンに適用した場合の実施形態を示す。同図におい
て、１はシリンダブロック２およびシリンタヘッド３等
からなるエンジン本体であって、該エンジン本体１には
その長手方向に第１〜第４の４つの気筒４，４，…が直
列状に形成されている。この各気筒４にはそれぞれ燃焼
室５が形成されている。

【００１４】６は気筒毎に互いに独立して設けられた独
立吸気通路であって、該各独立吸気通路６は、シリンダ
ヘッド３内に形成され独立吸気通路６の下流端部を構成
する吸気ポート７を介して各気筒４の燃焼室５に開口し
ている。また、８はエンジン長手方向に平行に延びる略
角筒形状のタンクよりなる吸気拡大室であって、該吸気
拡大室８は仕切板９によって上下に仕切られて上側に比
較的大きな容積の第１容積室８a と下側に比較的小さな
容積の第２容積室８b とに区画されている。そして、上
記各独立吸気通路６，６…の上流端はそれぞれほぼ同一
通路長でもって上記吸気拡大室８の第１容積室８a に連
通接続されている。該第１容積室８a の一端面には外気
を導入する吸気導入管１０が接続されていて、該吸気導
入管１０内には吸入空気量を制御するスロットル弁１１
が配設されており、上記吸気導入管１０により第１容積
室８a に導入された吸気を各独立吸気通路６を介して各
気筒４の燃焼室５に供給するようになされている。ま
た、上記吸気ポート７には吸気弁１２が設けられてい
る。

【００１５】さらに、上記各独立吸気通路６の途中箇所
から分岐路としての第２通路１３が分岐していて、該各
第２通路１３，１３…の他端はそれぞれほぼ同一通路長
でもって上記吸気拡大室８の第２容積室８b に連通接続
されており、これにより第２容積室８b 及び各第２通路
１３によって各独立吸気通路６，６…同士は相互に連通
しており、第２容積室８ｂ及び第２通路１３によって連
通路が構成されている。この場合、図１に示すように、
第２通路１３は独立吸気通路６に対して鋭角の交差角で
合流している。

【００１６】また、上記各第２通路１３における開口部
近傍にはそれぞれ第２通路１３を開閉する制御弁として
のバタフライ式のシャッター弁１４が設けられており、
この各シャッター弁１４は、吸気拡大室８長手方向と平
行に延びるバルブシャフト１５に回動可能に支持されて
いる。この場合、シャッター弁１４は、図１の一点鎖線
で示すように、開弁時に一端部が独立吸気通路６内に進
出する一方、他端部が第２通路１３内に退避し、且つ一
端部がシャッター弁１４の回動軸よりも吸気の流入方向
の下流側に位置するように設けられている。このように
シャッター弁１４を設けたため、独立吸気通路６を流通
する吸気はバタフライ式シャッター弁１４の独立吸気通
路側の面に沿って下流側に流れるので、開弁時にシャッ
ター弁１４の一端部が独立吸気通路６内に進出するにも
拘らず、吸気抵抗の増大を極力抑制することができる。

【００１７】そして、各シャッター弁１４は、図示して
いないが、エンジン回転数検出手段等の出力を受ける制
御回路によりアクチュエータを介して開閉制御され、上
記第２容積室８b による各独立吸気通路６，６…相互間
の連通をエンジン運転状態に応じて制御し、エンジン回
転数が設定値未満の低回転域では閉じられ、エンジン回
転数が設定値以上の高回転域では開かれるように制御さ
れる。なお、このようなエンジン回転数に応じたシャッ
ター弁１４の開閉作動は、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
にはシャッター弁１４が開状態または閉状態に保たれる
ようにしてもよい。

【００１８】そして、このような吸気系システムにおい
て、１６は、上記吸気拡大室８、各独立吸気通路６，６
…および各第２通路１３，１３…を形成するための吸気
系構造体であって、該構造体１６は、吸気拡大室８（第
１容積室８a および第２容積室８b ）を構成するタンク
部１７と、該タンク部１７のエンジン側とは反対側の側
辺上部から側辺および下辺にかけてタンク部１７の周囲
を迂回して延び、かつその構成壁の一部つまり側壁およ
び下壁を利用して各独立吸気通路６，６…の上流側部分
６a ，６a …をその各上流端がタンク部１７（第１容積
室８a ）側辺上部に開口するように一体的に形成する一
体吸気管部１８，１８…と、該各一体吸気管部１８，１
８…の下辺部からエンジン側へ向かって各気筒別に分岐
して延び、各独立吸気通路６，６…の下流側部分６b ，
６b …を形成する分岐吸気管部１９，１９…と、上記各
一体吸気管部１８の分岐吸気管部１９近傍においてタン
ク部１７（第２容積室８b ）の構成壁のうちの下壁を利
用して各独立吸気通路６の途中を第２容積室８b に連通
する第２通路１３を一体的に形成する連通管部２０，２
０…と、上記各分岐吸気管部１９，１９…の先端部を互
いに連結するフランジ部２１とからなり、該フランジ部
２１にてエンジン本体１に対し各分岐吸気管部１９の独
立吸気通路下流側部分６b を各気筒４の吸気ポート７に
合致せしめた状態でボルト２２，２２…を側方から挿入
して締付けることによりエンジン本体１に固定される。
また、上記タンク部１７のエンジン側の側辺上部はエン
ジン側に膨出するように形成されており、第１容積室８
a の容積を十分に確保するようにしている。

【００１９】また、上記各分岐吸気管部１９の独立吸気
通路下流側部分６b および各吸気ポート７は、斜め上方
から燃焼室５に向ってほぼ直線状に延びて燃焼室５に開
口するように形成されている。そして、該各分岐吸気管
部１９の独立吸気通路下流側部分６b の下流端近傍上部
には噴射弁装着孔２３が形成されており、燃料噴射弁２
４はその先端噴射口部がシールリング２３a を介して装
着孔２３に挿入されて固定されている。この装着孔２３
及び燃料噴射弁２４の取付方向は該噴射弁２４からの燃
料が燃焼室５の吸気弁１２に向って噴射されるように装
着されていて、各燃料噴射弁２４，２４…はエンジン長
手方向に平行に配設された燃料供給管２５に連通接続さ
れている。このことにより、燃料噴射弁２４は分岐吸気
管部１９にほぼ沿って寝た状態で取付けられることとな
り、該燃料噴射弁２４の中心線の延長線ｌ上に上記吸気
拡大室８（タンク部１７）が燃料噴射弁２４および燃料
供給管２５に近接して位置することになる。

【００２０】また、上記各連通管部２０の第２通路１３
にシャッター弁１４が配設されること、および吸気拡大
室８（タンク部１７）が燃料噴射弁２４の中心延長線ｌ
上に位置することから、上記吸気系構造体１６は、その
タンク部１７において、上記中心延長線ｌよりも下側の
位置でかつ各第２通路１３，１３…を含む吸気拡大室８
の第２容積室８b の部分と吸気拡大室８の第１容積室８
a との間としての上記仕切板９の位置で吸気拡大室８の
長手方向に沿った分割面によって上下に分割されて形成
されていて、タンク部１７の上半部および各一体吸気管
部１８，１８…の上半部が一体成形された上側分割体１
６a と、タンク部１７の下半部，一体吸気管部１８，１
８…の下半部、各分岐吸気管部１９，１９…、各連通管
部２０，２０…およびフランジ部２１が一体成形された
下側分割体１６b とからなり、両分割体１６a ，１６b
が上記仕切板９を介して接合され、ボルト２６，２６…
を下方から挿入して締付けることにより気密的に結合さ
れてなる。

【００２１】また、図４に詳示するように、上記タンク
部１７（第２容積室８b ）の下壁には、各第２通路１３
の第２容積室８b への開口部間および両端部にシャッタ
ー弁１４のバルブシャフト１５を回転自在に支承するボ
ス部２７，２７…が一体に形成されているとともに、上
記各開口部周囲つまりシャッター弁１４の弁体１４aが
着座する弁座部分には上記各ボス部２７，２７を一連に
連続させるように環状に隆起するリブ部２８，２８…が
一体に形成されており、このリブ部２８，２８…を介し
て一連に連なるボス部２７，２７…によって吸気拡大室
８（タンク部１７）のエンジン長手方向の剛性を増大さ
せるようにしている。また、２９はボス部２７に沿って
形成され、第２通路１３開口部周りの環状リブ部２８，
２８同士を連結するリブ部である。

【００２２】また、図４に示す如く上記第２通路１３は
第２容積室８b 側からドリルで穴明け加工されるが、こ
の第２通路１３の独立吸気通路６との接続部を滑らかな
Ｒ部に形成して、第２通路１３の通路断面積の変化を小
さくかつ緩かなものに抑え、第２容積室８b から第２通
路１３を介しての独立吸気通路６への流通抵抗およびそ
の変化を小さく抑えるようにしている。

【００２３】そして、本発明の所要の作用を有効に発揮
させる上での適当な第１および第２容積室８a ，８b の
大きさとしては、第１容積室８a は排気量の０．５倍以
上の容量とし、第２容積室８b は排気量の１．５倍以下
の容量としておくことが望ましい。さらに、上記第２容
積室８b は第１容積室８a よりも容量を小さくし、かつ
第２容積室８b の断面積は各独立吸気通路６の断面積よ
りも大きく設定されている。

【００２４】次に、上記実施形態の作用について述べる
に、各シャッター弁１４が閉じて第２通路１３の閉塞に
よって第２容積室８b による各独立吸気通路６，６…相
互間の連通が遮断されている状態では、各気筒４の吸気
行程で生じる負圧波が第１容積室８a まで伝播されてこ
こで反射され、つまり比較的長い通路を通して上記負圧
波およびその反射波が伝播することにより、低回転域に
おいてこのような圧力波の振動周期が吸気弁開閉周期に
マッチングすることになり、低回転域での吸気の慣性効
果が高められて、吸気充填効率が高められる。

【００２５】一方、上記各シャッター弁１４が開かれ第
２通路１３が開放されて、第２容積室８b により各独立
吸気通路６，６…相互間が連通している状態では、各気
筒４の吸気行程で生じる負圧波が上記第２通路１３を介
して第２容積室８b 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
回転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第２容積室８b
を介して有効に作用することになり、高回転域での充填
効率が大幅に高められる。従って、少なくとも高負荷時
に、上記低回転域と高回転域との吸気慣性効果が得られ
る各回転数の中間回転数に相当する所定回転数を境に、
これより低回転側でシャッター弁１４を閉じ、これより
高回転側でシャッター弁１４を開くようにしておくこと
により、全回転域で吸気充填効率が高められて出力を向
上させることができる。特に、高回転域での吸気充填効
率は、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と比べても、気筒間の圧力伝播
作用でより一層高められることとなる。

【００２６】さらに、吸気行程が終わり吸気弁１２が燃
焼室５の吸気口を閉塞したときには、上記反射波の伝播
により独立吸気通路６の吸気ポート７に圧力波が伝わる
が、該圧力波は吸気弁１２で反射された後、第２通路１
３及び第２容積室８b を通って吸気行程の独立吸気通路
６に伝播、導入される。この場合、第２通路１３は独立
吸気通路６に対して鋭角の交差角を有して合流している
ため、圧力波は、吸気行程が終了した独立吸気通路６か
ら該独立吸気通路６の途中部で開口する第２通路１３に
スムーズに導入された後、第２容積室８b 及び吸気行程
の独立吸気通路６の途中部で開口する第２通路１３から
吸気行程の独立吸気通路６にスムーズに導入される。こ
のため、当該独立吸気通路６の吸気ポート７に圧力波が
効率良く伝達されるので、吸気の充填効率が向上する。

【００２７】その場合、上記第２容積室８b の断面積を
上記各独立吸気通路６の断面積よりも大きく設定するだ
けの簡単な変更で、高回転時の吸気系の固有振動数が変
更して、高回転時、より高回転側で上記の如き吸気の動
的効果が得られる。

【００２８】そして、この場合、吸気系構造体１６にお
ける吸気拡大室８（第１容積室８aおよび第２容積室８b
）を構成するタンク部１７と各独立吸気通路６の上流
側部分６a を構成する一体吸気管部１８と各独立吸気通
路６の下流側部分６b を構成する分岐吸気管部１９と各
第２通路１３を構成する連通管部２０とによって、各独
立吸気通路６が吸気拡大室８の周囲に迂回しながらかつ
吸気拡大室８（タンク部１７）の構成壁の一部を利用し
て一体的に形成されているとともに、各第２通路１３が
吸気拡大室８（第２容積室８b ）の構成壁の一部と一体
的に形成されているので、上記独立吸気通路６の所要長
さおよび吸気拡大室８の第１および第２容積室８a ，８
b の各所要容積を得るに当って、これら吸気系をコンパ
クトに小型のものに形成することができ、よって限られ
たスペース（エンジンルーム）内で上記所要長さおよび
所要容積を十分に確保することができ、車載性の向上を
図ることができる。

【００２９】また、この場合、燃料噴射弁２４が上記分
岐吸気管部１９の下流端近傍つまり独立吸気通路６の下
流側においてその噴射燃料をその霧化を良好にしながら
燃焼室５に応答性良く供給すべく燃焼室５に向けて装着
されている関係上、該燃料噴射弁２４の中心延長線ｌ上
に近接して吸気系構造体１６のタンク部１７（吸気拡大
室８）が位置すること、および上記各第２通路１３にシ
ャッター弁１４を配設することが必要である。このた
め、上記吸気系構造体１６はそのタンク部１７において
上記中心延長線ｌよりも下側即ち分岐吸気管部１９側の
位置でかつ仕切板９の位置で吸気拡大室８の長手方向に
沿った分割面で上下に上側分割体１６a と下側分割体１
６b とに分割され両分割体１６a ，１６b が仕切板９を
介して結合されてなるので、下側分割体１６b をそのフ
ランジ部２１にてエンジン本体１に側方からのボルト２
２による締付けにより取付けたのち、該下側分割体１６
b の各分岐吸気管部１９の噴射弁装着孔２３に燃料噴射
弁２４を中心延長線ｌ方向から挿入し燃料供給管２５を
下側分割体１６b に固定することによって各燃料噴射弁
２４を取付けるとともに、下側分割体１６b の各連通管
部２０の第２通路１３にその上方からシャッター弁１４
を挿入してバルブシャフト１５に固定し、しかる後上記
下側分割体１６b に対して仕切板９を介在させて上側分
割体１６a を接合して下方からのボルト２６の締付けに
より両者１６a ，１６b を一体に結合することによっ
て、良好な成形性を確保し、かつ上側および下側分割体
１６a ，１６b の組付けを容易に行い得るのは勿論のこ
と、シャッター弁１４および燃料噴射弁２４の組付けを
容易に行うことができ、良好な組付け性を確保すること
ができる。

【００３０】しかも、上記上側分割体１６a と下側分割
体１６b との結合は、下方からのボルト２６の締付けに
よって行われるので、その良好な組付け性を確保しなが
ら、上述の如くタンク部１７（吸気拡大室８）における
エンジン側の側辺上部の膨出形成が可能となって、吸気
拡大室８の特に第１容積室８a の容積を十分に確保でき
る利点もある。また、上記第２容積室８b は吸気系構造
体１６のタンク部１７を仕切板９で上下に分割すること
によって第１容積室８a に並設され、第１容積室８a の
構成壁の一部（仕切板９）を共用して形成されているの
で、上記吸気系のコンパクト化を一層図ることができ
る。

【００３１】さらに、上記タンク部１７（第２容積室８
b ）の下壁には、各シャッター弁１４の弁体１４a が固
定されエンジン長手方向に平行に延びるバルブシャフト
１５を回転自在に支承するボス部２７，２７…が一体に
形成され、かつ該各ボス部２７，２７…は各第２通路１
３の開口部周囲に一体に形成された環状のリブ部２８，
２８…によって一連に連なっているとともに、該環状リ
ブ部２８，２８間はエンジン長手方向（第２容積室８b
の長手方向）に延びるリブ部２９によって連結されてい
るので、吸気拡大室８（タンク部１７）のエンジン長手
方向の剛性強度が増強されることになる。そのため、エ
ンジン振動に伴うタンク部１７の振動変形が可及的に抑
制されて、従来の如くシャッター弁１４の開閉に支障を
与えることがなく、そのスムーズな開閉動作が安定して
確保されることになり、上記の吸気慣性効果の発揮を確
実なものとすることができる。また、上記タンク部１７
の構成壁への上記ボス部２７およびリブ部２８，２９の
一体形成により、著しい重量増加を招くことなく構造の
コンパクト化および簡素化を図ることもできる。

【００３２】尚、本発明は以上の実施形態の如く４気筒
エンジンに限らず、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の
は勿論である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３の発
明によれば、吸気系を大幅に変更することなく、幅広い
運転域における吸気の動的効果による出力向上を確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る多気筒エンジンの吸
気装置を示し、図３のＩ−Ｉ線における縦断側面図であ
る。

【図２】上記多気筒エンジンの吸気装置を示し、図３の
II−II線における縦断側面図である。

【図３】上記多気筒エンジンの吸気装置の一部を破断し
た平面図である。

【図４】上記多気筒エンジンの吸気装置を示し、図１の
IV−IV線における拡大断面図である。

【符号の説明】

１…エンジン本体 ４…気筒 ６…独立吸気通路 ８…吸気拡大室 ８a …第１容積室 ８b …第２容積室 １３…第２通路 １４…シャッター弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 英夫 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 実開 昭60−175822（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−4007（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−69431（ＪＰ，Ｕ) 特公 平２−59290（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１容積室の下流に各気筒に対応して設
   けられた独立吸気通路を接続した多気筒エンジンの吸気
   装置において、 上記各独立吸気通路の途中から分岐して設けられた分岐
   路と、 該各分岐路の他端に接続され、上記各独立吸気通路間を
   各分岐路を介して連通する第２容積室と、 上記各分岐路に設けられ、エンジンの運転状態に応じて
   分岐路を開閉するよう開閉作動する制御弁とを備え、 上記第２容積室の断面積を上記各独立吸気通路の断面積
   よりも大きく設定したことを特徴とする多気筒エンジン
   の吸気装置。
2. 【請求項２】 上記制御弁は、エンジンの運転状態とし
   てエンジン回転数に応じて開閉作動し、エンジンの低回
   転域では分岐路を閉じ、高回転域では分岐路を開くよう
   開閉作動するものであ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。
3. 【請求項３】 上記制御弁は、エンジン負荷が所定負荷
   以上の領域でのみ開閉作動するものであることを特徴と
   する請求項２記載の多気筒エンジンの吸気装置。