JP2562465B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は共鳴効果によって吸気の充填効率を高めるよ
うにしたエンジンの吸気装置に関するものである。

（従来技術） 従来から、吸気の動的効果によって充填効率を高める
ようにしたエンジンの吸気装置が種々知られている。

例えば、特公昭60−14169号公報に示された装置で
は、多気筒エンジンにおいて、吸気順序が連続しない気
筒を同一グループとする２グループの気筒群にそれぞれ
２つの吸気通路が接続され、吸気マニホールドブランチ
の上流端が接続された拡大室（容積大の集合室）と、こ
の拡大室から上流に延びる共鳴通路とが備えられるとと
もに、上記拡大室等に、上記各吸気通路相互を連通遮断
可能とする切替装置が設けられ、各吸気通路の上流端が
上流側集合に接続されている。

この装置によると、上記切替装置が上記各吸気通路相
互に遮断した状態にあるときは、上流側集合室で反転し
て反射される吸気圧力波により、エンジン回転数が比較
的低い領域で慣性過給効果が得られ、上記切替装置が上
記各吸気通路を連通する状態となったときは、圧力波の
反転反射位置が吸気ポートに近づけられることにより、
エンジン回転数が比較的高い領域で慣性過給効果が得ら
れる。

ところが、この吸気装置によると、拡大室に連通する
吸気マニホールドブランチ部の長さをそれぞれ十分に取
らなければならないので、吸気系が大型化し、自動車に
搭載する場合に大きな設置スペースが必要となる等の不
都合がある。

また、Ｖ型エンジンにおいては、例えば特開昭59−56
5号公報に見られるように、両バンク間の空間に、ブラ
ンチ部に相当する湾曲した個々の吸気通路と、この個々
の吸気通路に連通した拡大室に相当する空間とを有する
吸気マニホールドを配置することにより、慣性過給効果
をもたせつつ、全体の小型化を図るようにしたものがあ
る。

しかし、この構造によっても、両バンク間に配置され
た吸気マニホールドをそれぞれ十分な長さに設定しなけ
ればならないため、吸気マニホールドがバンク上端より
上方に相当量突出することは避けられず、このためエン
ジン全体の高さが大きくなり、自動車に搭載する場合、
ボンネット高さを低く抑えることが困難となる。つま
り、これら従来装置のように吸気マニホールドの各ブラ
ンチ部を拡大室に接続する構造によると、コンパクト化
（特に高さの低減）には限界がある。

このような問題点を解決する手段として、上記拡大室
を廃止し、例えば、吸気順序が連続しない気筒を同一グ
ループとする２つの気筒グループの各吸気ポートにそれ
ぞれ、拡大室を有しない２つのパイプ状の吸気通路を、
短い枝管を介して接続し、この両吸気通路を上流側適宜
箇所で集合させてこの部分で圧力波を反転反射させるよ
うにすることが考えられる。しかしこの場合、吸気ポー
トと圧力波反転反射部との間の圧力波伝播経路の長さに
気筒毎の較差が生じ、とくに高速域での過給効果を期待
して上記吸気通路を短くすると、相対的に上記較差が大
きくなって、各気筒に対する圧力波の作用にアンバラン
スが生じるため、各気筒に充分な過給効果を及ぼすこと
が困難になる。

そこで本出願人は、各気筒の吸気ポートを、拡大室を
有しない共通の環状吸気通路に接続するようにしたもの
を先に提案している。この構造によると、吸気ポート付
近に吸気終期に正圧となる圧力波が生じ、この圧力波が
共鳴用環状通路をほぼ一周して同一または隣接する吸気
ポートに作用することにより共鳴効果が得られ、優れた
充填効率およびトルクの向上効果を得ることができ。

ところがこの構造の場合、共鳴効果が得られる状態に
おいてはトルク向上効果が著しいが、それ以外の状態で
は基本波と周回波とが互いに干渉することにより圧力が
下がり、通常の共鳴型エンジンよりも充填効率およびト
ルクの低下が顕著となる。すなわちこの構造では、共鳴
点での充填効率およびトルクの向上効果は得られるが、
幅広い領域に亘っての効果が得られ難い問題点があっ
た。

（発明の目的） 本発明は上記の事情に鑑み、コンパクトな構造で、有
効に吸気の動的効果を発揮させることができ、共鳴点で
の充填効率およびトルクの向上を図りながら、なおかつ
他の領域においても幅広い充填効率およびトルクの向上
効果を得ることができるエンジンの吸気装置を提供する
ことを目的とする。

（発明の効果） 本発明は、多気筒エンジンにおける各気筒の吸気ポー
トを共通の共鳴用環状吸気通路に接続した吸気通路にお
いて、この環状吸気通路内で共鳴時に圧力変動の節とな
る部分に、この通路の平均断面積よりも実質断面積の大
きい容器部を設けたものである。

この構造によると、吸気ポート付近に吸気終期に正圧
となる圧力波が生じ、この圧力波が共鳴用環状通路をほ
ぼ一周して同一または隣接する吸気ポートに作用するこ
とにより、容器部に圧力変動の節が生じた状態で共鳴効
果が得られ、優れた充填効率およびトルクの向上効果を
得ることができる。また、このような共鳴時以外の状態
では、圧力変動の伝播が容器部によって抑制されるの
で、基本圧力波への周回波の影響が少なく、これによる
充填効率およびトルクの低下が抑えられる。

（実施例） 第１図は本発明装置Ｖ型６気筒エンジンに適用した場
合の一実施例を示している。このＶ型エンジンの一方の
バンク１には、１番、２番、３番の３つの気筒3a,3b,3c
が設けられ、他方のバンク２には、４番、５番、６番の
３つの気筒3d,3e,3fが設けられている。

各気筒の点火順序（吸気順序）は、例えば、１番気筒
3a→４番気筒3d→２番気筒3b→５番気筒3e→３番気筒3c
→６番気筒3fとされ、一方のバンク１における各気筒3a
〜3cが吸気順序の連続しない第１気筒グループを構成
し、他方のバンク２における各気筒3d〜3fが吸気順序の
連続しない第２気筒グループを構成している。

各気筒3a〜3fにはそれぞれ吸気ポート4a〜4fおよび排
気ポート（図示せず）が配設されており、これら吸気ポ
ート4a〜4fおよび排気ポートは、図外の吸気弁および排
気弁によってそれぞれ所定のタイミングで開閉される。

上記各気筒の吸気ポート4a〜4fは、共鳴用環状通路６
に接続され、この共鳴用環状通路６が、サージタンク
５、エアフローメータ８およびスロットル弁９を介して
吸気を導入する共通吸気通路７に接続されている。

上記共鳴用環状通路６は、第１気筒グループの各吸気
ポート4a〜4cに短い枝管10a〜10cに介して通じる通路6
a、および第２気筒グループの各吸気ポート4d〜4fに短
い枝管10d〜10fを介して通じる通路6bが、それぞれ上流
側と下流側の二方向に延び、共通吸気通路７に接続され
る上流側端部と下流側端部とで互いに連なることによ
り、環状をなしている。

エンジン本体に対する配置としては、両バンク1,2間
の空間部において、共鳴用環状通路６を構成する上記通
路6a,6bが互いに平行に気筒配列方向に沿って延び、エ
ンジン本体の前後両側において互いに列なるように形成
されている。この場合、エンジン本体の両端部よりも外
方に延びる共鳴用環状通路６の上流側部分および下流側
部分は、エンジン本体に沿わせて適宜屈曲させ、共鳴用
環状通路６の上流端側はエンジン本体の外側部等におい
て共通吸気通路７に接続すれば、エンジン全高を抑え、
コンパクトに吸気系を装備することができる。

さらに、この装置の特徴とするところは、上記環状通
路６において、後に詳細に記す共鳴時に圧力変動の節と
なる部分、すなわち両通路6a,6bが上流側および下流側
で連なる部分の中間部分にそれぞれ容器部11a,11bが設
けられており、これらの容器部11a,11bは、その実質断
面積が、環状通路６の平均断面積よりも大きく設定され
ている。なお、この実施例において容器部11a,11bの実
質断面積とは、これらの容積をＶ、両通路6a,6bの中心
間距離をｌとするとV/lで表わされ、また、容器部11a,1
1bの具体的な大きさとしては、環状吸気通路６の平均径
をｄ、容器部11a,11bの平均断面積をＦ、環状通路６の
平均断面積をｆとすると、 Ｖ≧ｌ×（π/4）d²×1.5 F/f であることが望ましい。

なお、本発明は、上記共鳴時に圧力変動の節となる部
分に全て容器部を設けなければならないものではなく、
例えば、後に記す第５図および第６図と同様に、この実
施例において片側の容器部11a（11b）を省略するように
してもよい。

この装置による作用を説明する前に、圧力反転型の吸
気装置および通常の環状吸気通路を有する吸気装置の作
用を第２図〜第４図を参照しながら説明し、これらとの
比較により当実施例装置の作用を説明することにする。

圧力反転型の吸気装置とは、第２図（ａ）に示される
ように、吸気順序が連続しない同一気筒グループの各吸
気ポート31a,31b,31cを、それぞれ短い枝管32a,32b,32c
を介して共通のパイプ状の吸気通路33に接続し、この吸
気通路33の上流側適宜箇所で圧力波を反転反射させるよ
うにしたものである。この装置によると、各吸気ポート
31a〜31c付近には、第１気筒グループの各気筒の作動に
よりそれぞれの吸気行程途中で負圧となって吸気行程終
期に正圧となる基本的圧力振動波（第２図（ａ）の実線
A;以下基本圧力波と称す）が生じ、この振動が上流側の
適宜箇所で反転して各吸気ポート31aから31cに戻る（同
図破線Ｂ）こととなる。

第２図（ｂ）は、エンジン回転数に対応するこの装置
内での圧力変動を示したものであり、同図において、実
線33は各吸気ポートにおける基本圧力波、破線34はこの
基本圧力波が反転して戻ってきた一次反転波をそれぞれ
示し、太い実線35はこれらの合成圧力波（吸気ポート31
bのみ）を示している。この図では、上記装置による場
合に、基本圧力波と一次反転波の位相が合致する回転数
（いわゆる共鳴状態となる回転数）をNoとし、これを基
準に回転数を変化させたときに上記各圧力波の関係がど
のように変化するのかを示している。

ここでは、充填効率の高低を知る目安として、吸気ポ
ート31bの下死点（BDC）から全閉点（IC）までの期間に
おける圧力変動を調べることとし、全吸気期間は240de
g、BDC〜IC間は50degとする。第２図（ｂ）に斜線で示
した領域および黒塗りで示した領域は、それぞれ、上記
BDCからIC間における合成液の正圧成分および負圧成分
を示しており、第２図（ｃ）は、このBDC〜IC間の合成
圧力の積分値（実際のトルク向上効果の目安となる値）
とエンジン回転数との関係を示したものである。この第
２図（ｃ）に示されるように、エンジン回転数が０〜
（3/2）Noの範囲でトルク向上効果は正となり、エンジ
ン回転数がNoとなる点（共鳴点）で、トルク向上効果は
最大となる。

次に、通常の共鳴用環状通路を有する装置について説
明する。ここでは、第３図（ａ）に示されるように、上
に上記した当実施例の構造において容器部11a,11bを省
略した装置についての圧力変動を調べている。

この装置によると、上記圧力反転型と同様に、吸気順
序が連続しない同一気筒グループの各吸気ポート付近、
例えば第１気筒グループの各吸気ポート4a〜4c付近に
は、第１気筒グループの各気筒の作動によりそれぞれの
吸気行程途中で負圧となって吸気行程終期に正圧となる
基本圧力波が生じるが、この基本圧力波は第３図（ａ）
に矢印で示す（気筒3cからの圧力伝播を例示する）よう
に、反転せずに、上流側と下流側の二方向に分かれてそ
れぞれ共鳴用環状通路６を周回するように伝播し、共鳴
用環状通路６をほぼ一周して同一気筒グループの他の気
筒の吸気ポートに作用する。この場合、共鳴用環状通路
６は容器部を有しないので、圧力波を正常に伝播され
る。

第３図（ｂ）は、この装置の各吸気ポート4a〜4cにお
ける基本圧力波、この基本圧力波が環状通路６を一巡し
て戻ってきた周回波、およびこれらの合成圧力波をそれ
ぞれ実線43、破線44、および太い実線45で示したもので
ある。この図に示されるように、エンジン回転数がNoと
なった状態で、基本圧力波と周回波の位相が一致し、こ
のとき、第３図（ａ）に実線矢印で示すように例えば３
番気筒3cに生じて共鳴用環状通路６を伝播した圧力波が
２番気筒3bに生じた圧力波と重なる。このようにして、
第１気筒グループの気筒相互間で圧力波が共振して第３
図（ｂ）に太い実線45で示すように圧力振動が強めら
れ、同様に第２気筒グループの気筒相互間でも共振が生
じて圧力振動が強められる。このような共鳴効果によ
り、各気筒の充填効率が高められることとなる。

しかも、上記圧力反転型のものに比べ、両気筒グルー
プ間の連通経路の長さを、同一気筒グループの隣接する
気筒の吸気ポート間の長さよりも充分に長く設定できる
ので、圧力波伝播経路の長さの気筒間較差を小さくでき
るとともに、各気筒グループの独立性が保たれて吸気順
序が連続する気筒の相互間で圧力波を弱め合うような干
渉が避けられ、これらの作用により、共鳴効果は上記圧
力反転型のものよりも高くなる。

ところが一方、このような共鳴点の前後領域において
は、エンジン回転数の変化に伴って周回波が基本波から
ずれる度合が、第３図（ａ）に示した圧力反転型の装置
と異なり、この装置による場合と比べ、トルク向上に逆
効果を及ぼす干渉が生じる回転数領域が共鳴回転数Noに
近付き、第３図（ｃ）に示されるように、エンジン回転
数が（1/4）No〜（1/2）Noの範囲および（5/4）No〜（3
/2）Noの範囲でトルク向上効果は負となってしまう。す
なわち、共鳴点の前後でトルク向上効果が得られる範囲
は、圧力反転型のものよりも狭いこととなる。

第４図は、このような装置によるトルク向上効果の特
性を実際に実験によって求めたものである。同図におい
て、実線51は、全周が1700mmの環状通路、点線52は、全
周が2980mmの環状通路、破線53は、全周が3500mmの環状
通路を有する装置のトルク向上効果および平均有効圧力
をそれぞれ示し、太い実線54は、第２図（ａ）に示され
る装置において、中央の吸気ポート31bから圧力反転箇
所までの距離が820mmの装置の平均有効圧力およびトル
ク向上効果を示している。この図から分るように、環状
通路を有する装置によると、かなりの高回転領域でも共
鳴効果をもたせるように設定することが可能であり（点
線52参照）、かつ、圧力反転型の装置に比べより大きな
最大圧力を得ることができる（破線53参照）が、実際に
使用される運転領域において、トルク向上効果が正とな
る領域は圧力反転型の装置に比べ狭い（線53,54参
照）。

これに対して上に記した当実施例の吸気装置において
は、環状通路６の間に容器部11a,11bが設けられている
ので、共鳴点以外の状態においては、この容器部1a,11b
によって圧力変動の伝播が抑制され、基本圧力波に比
し、一巡して戻ってくる周回波の成分が減少することと
なる。従って、共鳴点以外の状態では上述のような基本
圧力波と周回波の干渉作用が少なくなり、これによっ
て、トルク向上効果の低下も減少する。

しかも、共鳴点においては、圧力変動の節となる位置
に上記容器部11a,11bが設けられているので、周回波の
圧力変動には全く影響することがなく、よって、第３図
（ａ）に示される装置と同様に高い共鳴効果を得ること
ができる。

従ってこの装置によれば、基本圧力波と周回波の位相
が一致する共鳴時においては、容器部11a,11bをもたな
い通常の環状通路を備えた装置と同様に高い充填効率お
よびトルク向上効果を得ることができ、しかも、それ以
外の領域においては、容器部11a,11bの作用により周回
波の圧力変動の伝播を抑制し、これによって充填効率お
よびトルク向上効果の低減を抑えることができる。

なお、この実施例では、Ｖ型６気筒エンジンに適用す
る場合について説明したが、本発明装置はこれに限ら
ず、例えば第５図〜第７図に示されるように、直列型エ
ンジンに適用し、片側の通路6bのみに各気筒61a〜61dの
吸気ポート62a〜62dを枝管63a〜63dを介して接続するよ
うにしてもよい。また、第５図のように上流側のみに容
器部11aを設ける構造や、第６図のように下流側のみに
容器部11bを設ける構造でもよいし、第７図のように両
側に設けても勿論構わない。

さらに、第８図に示されるように、直列型エンジンに
おいても各気筒61a〜61dを中央のグループとその両側の
グループの２つのグループ（吸気順序が連続しない気筒
同士のグループ）に分け、それぞれを通路6aおよび通路
6bに接続するようにしてもよい。

また、第９図に示されるように、それぞれの通路6a,6
bの下流側部分に互いに連動するバルブ12a,12bを設ける
ようにすれば、環状通路６全体を用いる状態と、それぞ
れの通路6a,6bを独立させて圧力反転させる状態とに切
換えることが可能となる。

また、第10図に示されるように、環状通路６とは独立
して容器部13a,13bを設け、それぞれ枝管14a,14bを介し
て、共鳴時に圧力変動の節となる部分に接続するように
しても同様の効果を得ることができる。

（発明の効果） 以上のように本発明は、多気筒エンジンにおける各気
筒の吸気ポートが接続された共鳴用環状吸気通路におい
て、共鳴時に圧力変動の節となる部分に、この通路の平
均断面積よりも実質断面積の大きい容器部を設けたもの
であるので、このような容器部を有しない装置と同様
に、コンパクトな構造によりながら、高い共鳴効果で各
気筒の充填効率を高めることができ、しかも、共鳴効果
が得られない領域においては、上記容器部によって周回
波の圧力変動を抑制できるので、この周回波と基本圧力
波との干渉による圧力低下を軽減し、これによって、容
器部を有しない装置よりも広い運転領域に亘って高い充
填効率およびトルク向上効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における吸気装置の概略図、
第２図（ａ）は圧力反転型の吸気装置の概略構造図、同
図（ｂ）は同装置においてエンジン回転数に対応する圧
力変動を示すグラフ、同図（ｃ）は同装置におけるエン
ジン回転数とトルク向上効果との関係を示すグラフ、第
３図（ａ）は通常の共鳴用環状通路を有する吸気装置の
概略構造図、同図（ｂ）は同装置においてエンジン回転
数に対応する圧力変動を示すグラフ、同図（ｃ）は同装
置におけるエンジン回転数とトルク向上効果との関係を
示すグラフ、第４図は上記装置におけるエンジン回転数
と平均有効圧力およびトルク向上効果との関係を実験に
より求めたグラフ、第５図〜第10図は本発明の他の実施
例における吸気装置の概略を示す構造図である 3a〜3f,61a〜61d……気筒、4a〜4f,62a〜62d……吸気ポ
ート、６……共鳴用環状通路、11a,11b,13a,13b……容
器部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多気筒エンジンにおける各気筒の吸気ポー
   トを共通の共鳴用環状吸気通路に接続した吸気通路にお
   いて、この環状吸気通路内で共鳴時に圧力変動の節とな
   る部分に、この通路の平均断面積よりも実質断面積の大
   きい容器部を設けたことを特徴とするエンジンの吸気装
   置。