JP2606254B2 - 多気筒内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、燃料噴射装置を備えた多気筒内燃機関の吸
気装置に関する。

〈従来の技術〉 従来のこの種の吸気装置としては、例えば第４図に示
すようなものがある（特公昭61−13108号、実開昭57−1
67254号等参照）。

概要を説明すると、機関１に吸入される空気は、図示
しないエアクリーナ及びエアフロメータを経て絞り弁２
を通過した後、吸気マニホールド３のコレクタ部3aに吸
入される。コレクタ部3aでは吸気流れ方向を変えるた
め、吸気流れ速度を小さくしサージタンクの機能を持た
せている。コレクタ部3aの空気は各気筒の吸入行程に呼
応して各気筒の分岐管3bに流入し、シリンダ内に吸入さ
れる。４は各気筒への分岐管3bに設けられた燃料噴射弁
である。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来の吸気装置にあって
は、コレクタ部3aに接続される各分岐管３は、４気筒の
場合＃1,＃2,＃3,＃４の順に配列されているが、各気筒
の吸入順序は＃1,＃3,＃4,＃２のため、図示の如くコレ
クタ部3aにおいて、吸気流れが左右に変化すると共に、
吸気流れが直角に曲がるため、吸気抵抗が大きく増大す
る。

また、吸気流れはコレクタ部3a内で流速が極端に小さ
くなるため、吸気の慣性力を有効に利用できないと共
に、吸気系全体の気柱振動を利用した慣性過給が効果的
に活用できないという課題を有していた。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされた
もので、吸気流れ抵抗を十分小さくできると共に、コン
パクトな構造でありながら慣性過給，共鳴過給効果を高
めて、最大出力を低下させることなく低中速トルクの向
上を図った多気筒内燃機関の吸気装置を提供することを
目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するため本発明は、吸入空気流量を検
出し、吸入空気流量に応じた量の燃料を噴射供給する燃
料噴射装置を備えた多気筒内燃機関の吸気装置におい
て、吸気通路の絞り弁直後の内部空間を、吸気通路の吸
気流通方向に沿った中心軸を中心とする放射状の隔壁を
設けることによって、気筒数個の通路に等分割すると共
に、前記等分割形成された各通路の下流端と各気筒とを
略等長の分岐通路で接続し、かつ、前記隔壁の上流側に
接続される吸気通路の通路中心軸を、前記隔壁の中心軸
の延長線上にあって前記絞り弁を介装した部分と吸入空
気流量の検出手段をバイパス通路に介装した部分とを経
て容積大に形成されたエアクリーナに至るまで同一直線
上に配設し、燃料噴射装置を前記各分岐通路に配設した
構成とする。

〈作用〉 上記構成からなる吸気装置においては、空気はエアク
リーナから吸入され、直線状の吸気通路において吸入空
気流量を検出され、絞り弁で絞られた後、隔壁によって
気筒数個の通路に等分配され、各分岐通路を経て各気筒
に供給される。

ここで、前記気筒数個の通路は上流側の吸気通路に対
して同一方向に連なって接続されているため、吸気流れ
抵抗を十分小さく確保できると共に、容積大に形成され
たエアクリーナより下流側で極端に吸気流速が低下する
部分がないため、最大出力を確保しつつ、実質的に等価
管長が増大して低中速時の慣性過給，共鳴過給圧効果に
よるトルク向上を図れる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る吸気装置の構成を示
す。図において、容積大に形成されたエアクリーナ11の
吸気入口には、吸気導入ダクト12が接続され、吸気出口
には、吸気管13が接続される。

吸気管13には、吸入空気流量の検出手段としてのエア
フローメータ14を介装したバイパス通路15が接続される
と共に、その下流側に絞り弁16が介装されている。

前記吸気管13の絞り弁16より下流部は下流端に向かっ
て通路口径が拡開する円錐台状に形成され下流端には、
吸気マニホールド17が接続される。該吸気マニホールド
17の上流部分は断面円形状の内部空間が吸気流通方向に
沿った通路中心軸を中心として放射状に形成された隔壁
17aによって、気筒数個（実施例では４個）の断面扇形
状の通路18A〜18Dが等分割形成される。吸気マニホール
ド17の下流部分は、前記各通路18A〜18Dの下流端に連な
る４本の分岐通路19A〜19Dとなって各気筒のシリンダに
接続される。これら分岐通路19A〜19Dは通路長が略等し
く形成されている。

ここで、前記吸気管13は吸気流通方向に沿った通路中
心軸が隔壁17aの中心軸の延長線上にあって下流端から
エアクリーナ11に至る上流端まで同一直線上に設けられ
る。

また、前記各分岐通路19A〜19Dの下流端部には燃料噴
射装置としての燃料噴射弁20が装着されている。

次に作用を説明する。

機関の運転時、空気は吸気導入ダクト12からエアクリ
ーナ11を経て清浄化された後、吸気管13に流入し、一部
はバイパス通路15を通ってエアフローメータ14により、
吸入空気流量を検出され、絞り弁16によって絞られた後
吸気マニホールド17に流入する。

吸気マニホールド17内に流入した空気は、上流部分で
４個の扇形状の通路18A〜18Dに分配され、これらに接続
された分岐通路19A〜19Dから対応する気筒のシリンダに
供給される。

一方、エアフローメータ14によって検出された吸入空
気流量に応じた量の燃料が対応する気筒の燃料噴射弁20
から噴射供給され、吸入空気と混合してシリンダ内に供
給される。

次に、かかる吸気装置の吸気性能を第２図及び第３図
を参照して、従来例と比較しつつ説明する。

従来より、吸気通路（分岐管）の長さ及び断面積によ
って求められる吸気の慣性力を利用して充填効率を高
め、出力向上を図ることが行われている。

これは、簡易的にΣＦ＝d/dt（質量×速度）で示され
る運動量の式と、粘性抵抗を考慮して求めることができ
るが、一般的に低回転域ではピストンの作動速度が小さ
いため、吸気通路内の吸気流速も小さくなるので慣性効
果は小さい。

また、回転速度が上がるにつれ、慣性効果は大きくな
るが、高回転になり過ぎると吸気慣性力が大きくなる前
に吸気弁が閉じてしまい、十分な充填効率が得られず、
また、吸気流速が高まるため、粘性抵抗が高まり、吸気
抵抗が増大して慣性過給効果が減少する。

この特性は、吸気通路（分岐管）の長さ，断面積によ
って変化するが、例えば長さを大とすると、低回転側に
ピーク点は移動するが最大出力は低下する（第２図参
照）。

従来型の吸気マニホールドの場合、コレクタ部にて一
度吸気流速を零近くまで減少させてしまうため、慣性効
果を得るための気柱寸法はマニホールドのブランチ長さ
で決まり、また、実用的には分岐管は略一定断面積にし
か設計できない。

したがって、低回転側で十分な慣性過給を得るために
は、コレクタ部下流側の通路が長大となってしまい、か
つ、通路断面積を大きく採れないため、全開運転時の吸
気抵抗が大きくなって最大出力が低下してしまう等の問
題を生じる。

これに対し、本実施例においては、隔壁17aの中心軸
の延長線上に吸気管13の吸気流通方向に沿った通路中心
軸が同一直線上にして配設されるため、エアクリーナ11
の下流側では吸気流速が極端に低下する大容積のコレク
タ部に相当する部分がない。したがって、吸気マニホー
ルド17の分岐通路19A〜19D及び扇形状の通路18A〜18Dか
らなる通路部分に加えて、それより上流側の集合部であ
る吸気管12部分も慣性過給に寄与する気柱の一部となる
ため、気柱長さを増大でき、もって従来型に比べ吸気通
路の全体形状をコンパクトに保持したまま慣性過給効果
のピーク点を低回転側に移動し、トルクのピーク値を低
回転側にずらすことができる。

また、機関の高回転時にあっても絞り弁16が介装され
る吸気管13部分は断面積が大きく、絞り弁15全開時の吸
気流速は小さく、吸気抵抗は小さく保たれるため、最大
出力も確保できる。

一方、吸気行程時に吸気弁付近で発生した圧力波が吸
気通路を逆流してその上流開放端で反射された高圧波が
吸気弁付近に戻ってきたときの圧力上昇を利用して充填
効率を高めるという共鳴過給においては、分岐通路の長
さ、断面積、コレクタ部容積、形状、吸気管（集合部）
の長さ、断面積等によって、各種要因の影響を受ける。

以下、かかる共鳴過給効果による吸気性能特性を、従
来例と比較した実験結果に基づき第３図を参照して説明
する。

この実験に用いられる実施例装置と従来例装置の概要
を示すと、機関本体は両者共通で４気筒，排気量2389c
c,圧縮比9.0であり、吸気系は従来例装置が分岐通路寸
法が口径42mm×長さ310mm、実施例装置が分岐通路寸法
が口径40mm×長さ350mm、吸気管12のストレート部が口
径60mm×長さ110mm、円錐台部の最大口径（下流端）100
mm,長さ40mmである。

前記従来型の吸気装置では、コレクタ部がサージタン
クの機能をするために、分岐通路の寸法による共鳴効果
の影響が大きく、コレクタ部を節とする振動モードが主
たる共鳴現象として現れる、これにより、機関回転速度
約4400rpmでトルクピーク点となる。さらに、吸気系全
体の長さの中央付近を節とした振動モードにより2800rp
m付近でも共鳴効果が現れる。

一方、本発明に係る吸気装置では、大気開放端がエア
クリーナ11の部分となるため、気柱長さが長く、従来型
に比較し主共鳴点は低回転側に移り約3600rpmでトルク
ピークとなる。

また、分岐通路の集合部（吸気管13の下流端部）に小
さなコレクタ部があると考えると、その効果は小さいが
そこを節とした振動モードにより、5200rpm付近にも共
鳴効果が得られ、さらに、吸気導入ダクト12先端の開放
端を節とする振動モードにより、2000rpm付近でも弱い
共鳴効果が得られトルクの向上を図れる。

なお、気化器式のもの（例えば特開昭53−17820号）
や、シングルポイントインジェクション式のもの（例え
ば実開昭59−157576号，特開昭61−215453号）では、絞
り弁の上流または下流にベンチュリ部やインジェクタが
存在するため、これらが大きな吸気抵抗となりその他の
条件を前記本実施例装置と同等としても出力，トルク共
に低い。また、いずれも吸気ポートからかなり上流で混
合気を形成するため、低温時等は気化出来ない燃料が壁
流となって吸気管内壁にへばりつき、運転性に悪影響を
及ぼしていた。その対策として低温時作動するPCTヒー
タを採用することも考えられるが、この場合その分コス
トアップし、かつ、吸気抵抗は一層増大して充填効率を
低下させてしまうこととなる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば吸気通路構造と
燃料噴射装置の取り付け位置の工夫により、コンパクト
でありながら、最大出力を確保しつつ、慣性過給効果や
共鳴過給効果を高めて低中速時のトルク向上を図れるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明に係る吸気装置の一実施例の構成
を示す縦断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面
図、第２図はマニホールド長に対する慣性過給効果の相
違を示す線図、第３図は共鳴過給効果によるトルク特性
を同上実施例と従来例とを比較して示す線図、第４図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は順次従来例を示す機関の縦断
面図と吸気系の異なる２方向の縦断面図である。 11……エアクリーナ、13……吸気管、14……エアフロー
メータ、15……バイパス通路、16……絞り弁、17a……
隔壁、18A〜18D……通路、19A〜19D……分岐通路、20…
…燃料噴射弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入空気流量を検出し、吸入空気流量に応
   じた量の燃料を噴射供給する燃料噴射装置を備えた多気
   筒内の吸気装置において、 吸気通路の絞り弁直後の内部空間を、吸気流通方向に沿
   った通路中心軸を中心とする放射状の隔壁を設けること
   によって、気筒数個の通路に等分割すると共に、 前記等分割形成された各通路の下流端と各気筒とを略等
   長の分岐通路で接続し、 かつ、前記隔壁の上流側に接続される吸気通路の吸気流
   通方向に沿った中心軸を、前記隔壁の中心軸の延長線上
   にあって前記絞り弁を介装した部分と吸入空気流量の検
   出手段をバイパス通路に介装した部分とを経て容積大に
   形成されたエアクリーナに至るまで同一直線上に配設
   し、 燃料噴射装置を前記各分岐通路に配設したことを特徴と
   する多気筒内燃機関の吸気装置。