JP2649372B2 - 過給機付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、過給機付エンジンの吸気装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来より、多気筒エンジンの気筒間の吸気通路に発生
する圧力変動を利用し、吸気行程後半に吸気ポート部分
の圧力を上昇させて過給効果を得るようにした吸気装置
が種々提案されている。この吸気の動的効果の１つとし
て、慣性過給がある。この慣性過給は、吸気行程にある
気筒からの負圧波を吸気拡大部によって正の圧力波に反
転させ、この正の圧力波による吸気押込み作用によって
過給を行うものである。

この吸気の動的効果の他のものとして、特公昭60−14
169号公報に示すように、共鳴過給がある。この共鳴過
給は、複数の気筒が互いに吸気行程が隣り合わない第１
気筒群と第２気筒群とに分けられ、第１気筒群の各気筒
がそれぞれ分岐吸気管を介して第１集合通路に連通さ
れ、第２気筒群の各気筒がそれぞれ分岐吸気管を介して
第２集合通路に連通される。そして、両集合通路同士
は、それぞれ独立した共鳴管を介して共通の集合部に連
通される。このような構成によって、吸気ポートの周期
的な開閉によって生じる圧力波を原因として共鳴管内の
気柱が振動され、この共鳴管内の振動が第１および第２
集合通路内および分岐吸気管内の空気を振動させること
になる。そして、この振動の共鳴を生じたときに圧力振
動の振幅が最大となって、大きな過給が行われることに
なる。

（発明が解決しようとする課題） 一方、前記のような吸気系の固有振動との同調を利用
して過給効果を得るようにした吸気系では、吸気行程の
オーバーラップが発生しない気筒を共鳴吸気通路に集合
させて吸気圧力振動を得るようにし、また、吸気拡大部
のない共鳴吸気通路を構成し、吸気拡大部による圧力波
の減衰を低減した状態で、高い共鳴過給効果を得ること
が考えられる。さらに、エンジンのコンパクト化の要求
に対応してコンパクト吸気系とする場合にも、サージタ
ンクなどの吸気拡大部を形成することなく各気筒に対す
る吸気通路を集合した共鳴吸気通路で構成されるように
なる。

しかして、上記ように複数の気筒に対する吸気通路が
吸気の流れに対して順に接続されているものでは、下流
側に位置する気筒は上流側の気筒に対して吸気流入量が
低減して、各気筒の体積効率が不均一となる可能性があ
る。すなわち、上流側気筒の吸い込みによって共鳴吸気
通路内のエアが稀薄となった状態で下流側気筒が次の吸
い込みとなると、その影響を受けて下流側気筒の吸気量
が低減傾向となり、この現象は共鳴吸気通路の径を小さ
くするほど影響が大きくなるが、共鳴効果等の吸気の動
的効果を利用するとき、径を余り大きくすると圧力振幅
が低下して過給効果が低減することになる。

特に、上記のように共鳴吸気系もしくはコンパクト吸
気系等を構成すると共に、エンジンの出力性能を向上す
るためにこの吸気系に過給機を設置することが行われる
が、この場合に前記のような気筒間の吸気充填効率の差
があると、充填量の多くなる気筒の耐ノック性が低下
し、ノッキングを回避するために過給圧を低下させた
り、点火時期を遅角したり、圧縮比などの諸条件を設定
しなければならず、出力が十分に発揮できず、また、熱
効率の低下から燃費の悪化を招くというセットロスの問
題が懸念される。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、共鳴吸気通路に過
給機を設置するについて、気筒間の体積効率の差を低減
するようにした過給機付エンジンの吸気装置を提供する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明の吸気装置は、過給
機を備えた上流側吸気通路と、この上流側吸気通路に上
流端を接続し、下流側にかけて順に各気筒の独立吸気通
路がそれぞれ接続された共鳴吸気通路で構成すると共
に、前記上流側吸気通路の過給機上流と共鳴吸気通路の
下流端部とを接続し、前記共鳴吸気通路における余剰の
加圧エアを過給機上流へ再循環させるバイパス通路を設
けて構成したものである。

（作用） 上記のようなエンジンの吸気装置では、過給機をバイ
パスするバイパス通路を共鳴吸気通路の下流側端部に接
続し、ノッキングが問題となる全過給時に過給機から吐
出された加圧エアが共鳴吸気通路上流側から下流側に流
れ、各気筒に吸入される一方、余剰の加圧エアは共鳴吸
気通路を通過し、バイパス通路から過給機に再循環され
る。この時、余剰の循環エアによって共鳴吸気通路の下
流側の気筒にも常に十分な空気が存在し、上流側気筒の
吸い込みによる共鳴吸気通路内のエアの稀薄化は起こら
ず、下流側気筒も空気を吸い込みやすくなって各気筒の
体積効率を均一化して、耐ノック性によるセットロスが
小さくてすみ、過給による出力が十分に出せると共にエ
ンジン振動が小さくなるようにしている。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の各実施態様を説明する。

実施例１ 第１図はＶ型６気筒エンジンの吸気装置の概略通路構
成を示す。

Ｖ型エンジン本体１は、互いにＶ型をなすように配置
された左バンク1Lと右バンク1Rとを備え、左バンク1Lは
1,3,5番の３つの気筒2a,2c,2eを有し、右バンク1Rは2,
4,6番の３つの気筒2b,2d,2fを有する。各気筒2a〜2fの
点火順序は、例えば、１−６−３−４−５−２気筒の順
に設定され、各バンク1L,1Rでは点火順序が隣接しな
い。

前記各気筒2a〜2fに開口された吸気ポート３に吸気を
供給する上流側吸気通路４は、上流側からエアクリーナ
５、吸気量センサ６、スロットル弁７が介装され、この
スロットル弁７の下流側に過給機８が配設されて吸気の
過給を行う。過給機８より下流側の吸気通路は、インタ
ークーラー９を経て左バンク1Lに対する左共鳴吸気通路
11と、右バンク1Rに対する右共鳴吸気通路12とに分岐さ
れている。そして、左共鳴吸気通路11には左バンク1Lの
第5,3,1気筒2e,2c,2aの順に上流側から独立吸気通路13
e,13c,13aによって各気筒の吸気ポート３に独立して接
続されている。一方、右共鳴吸気通路12には右バンク1R
の第6,4,2気筒2f,2d,2bの順に上流側から独立吸気通路1
3f,13d,13bによって各気筒の吸気ポート３に独立して接
続されている。前記共鳴吸気通路11,12の分岐部分すな
わちインタークーラー９は比較的大きな容積を有する共
鳴用の圧力反転部とされている。

上記左右の共鳴吸気通路11,12は下流側気筒2a,2bへの
接続部から更に延長され、両共鳴吸気通路11,12の下流
端11a,12aは所定長さの連通路15によって相互に連通さ
れている。そして、前記過給機８をバイパスするバイパ
ス通路16は、一端が過給機８より上流側の吸気通路４に
接続され、他端は前記連通路15の中間部分に接続され、
この連通路15を介して左右の共鳴吸気通路11,12の下流
端部に連通されている。また、上記バイパス通路16の途
中には制御弁17が介装され、該制御弁17の開閉作動は、
第２図に示すように、低速低負荷領域Ａおよび高負荷領
域Ｂで開くように操作される。

本例の作用を説明すれば、低速軽負荷状態においては
燃費改善や騒音低減などのために過給機８の作動が停止
され、前記制御弁17が開かれる。この状態では、過給機
８はその駆動を停止しても、上下流の圧力差のため自然
と回転してある程度の空気を吐出し、上流側から吸気を
供給すると共に、前記バイパス通路16によって過給機８
をバイパスして共鳴吸気通路11,12の下流側から空気が
供給される。これにより、各共鳴吸気通路11,12では各
気筒2a〜2fで空気の吸い込みが十分に行え体積効率の均
等化が得られ、アイドル安定性、エミッションセットロ
スの改善、エンジン振動の低減が図れる。

また、高負荷時には過給機８による過給が大きな吐出
量で行われ、過給機８から吐出された加圧エアが各共鳴
吸気通路11,12に上流側から送給され、各気筒2a〜2fに
吸入される一方、余剰の加圧エアは各共鳴吸気通路11,1
2の下流端11a,12aから連通路15を経て、制御弁17が開状
態となっているバイパス通路16を通って吸気通路４に戻
って、過給機８に再循環される。このような吸気の循環
により各共鳴吸気通路11,12では、下流側の気筒2a,2bに
対しても十分な空気が吸い込み可能であり、各気筒の体
積効率を均一化して、ノッキングに対して好ましい特性
となる。

一方、中負荷領域などにおいては前記制御弁17は閉作
動され、過給機８による吸気圧力の上昇によって充填量
が増加すると共に、各気筒2a〜2fから発生する圧力波が
各共鳴吸気通路11,12を伝播し、圧力反転部９で反転し
て吸気行程終期の吸気ポート圧を高めて共鳴過給効果に
よって更に充填量を増加する。その際、吸気拡大部がな
いことから圧力波の伝播における減衰が少なく過給効果
が大きく、また、下流側の連通路15によって両共鳴吸気
通路11,12が連通していることにより、連通のないもの
に比べて同調点が高速側となると共に、吸気抵抗が大き
い下流側の空気を両共鳴吸気通路11,12間で流通させて
下流側気筒2a,2bの吸気を容易として充填量の均一化を
得るものである。尚、前記高負荷状態においても上記と
同様な共鳴過給効果が得られるものである。

実施例２ 本例は第３図に示し、基本的には前例と同様のＶ型６
気筒エンジンの例であり、吸気系の振動の長さを変更し
て固有振動数をエンジン速度に応じて変え、広い領域で
共鳴効果を得るようにしている。

エンジン本体１の左右のバンク1L,1Rの各気筒2a〜2f
に対する吸気通路４の基本構造は前例と同様に構成され
ている。左右のバンク1L,1Rに対応する左右共鳴吸気通
路11,12は、各気筒2a〜2fへの接続部より上流側でイン
タークーラー９による圧力反転部より下流側の位置で、
開閉可能な第１開閉弁20を介して両共鳴吸気通路11,12
が第２圧力反転部21で連通される。

また、両共鳴吸気通路11,12の下流端11a,12aは前例同
様の連通路15によって相互に連通され、この連通路15の
中間部分に制御弁17を備えたバイパス通路16が接続され
る。さらに、両共鳴吸気通路11,12の下流端11a,12aは補
助連通路22によって所定長さ延長されて相互に連通さ
れ、この補助連通路22には前記連通路15の接続部より下
流側の左右連通部分にそれぞれ第２開閉弁23,23が配設
されている。その他は前例と同様に構成され、同一構造
には同一符号を付してその説明を省略する。

本例における各弁17,20,23の開閉作動は、第４図に示
すように行う。バイパス通路16の制御弁17は前例同様に
低速低負荷領域Ａおよび高負荷領域Ｂで開くように操作
され、この制御弁17の開閉によって前例と同様な充填量
の均等化を得る。

一方、上流側の第１開閉弁20および下流側の第２開閉
弁23,23は、エンジン回転数に対し、低回転域Ｉでは第
１開閉弁20および第２開閉弁23の両方が閉とされ、両共
鳴吸気通路11,12はインタークーラー９の第１圧力反転
部での連通による長い固有振動系により低回転域で同調
を得る。また、中回転域IIでは第１開閉弁20が開で、第
２開閉弁23が閉とされ、両共鳴吸気通路11,12は上流側
が短い第２圧力反転部21での連通による固有振動系によ
り中回転域で同調を得る。さらに、高回転域IIIでは第
１開閉弁20および第２開閉弁23の両方が開とされ、両共
鳴吸気通路11,12上流側が短い第２圧力反転部21で連通
し、下流側は補助連通路22を介して連通し、この補助連
通路22によって圧力伝播の容積が増大した固有振動系に
より高回転域で同調を得て、それぞれの同調点での共鳴
過給により広い領域でトルク上昇を得る。

実施例３ 本例は第５図に示し、直列４気筒エンジンの吸気装置
の概略通路構成を示す。

エンジン本体25は直列に第１ないし第４気筒2a〜2dを
有し、各気筒の吸気ポート３に吸気を供給する吸気通路
26は、上流側からエアクリーナ５、吸気量センサ６、ス
ロットル弁７が介装され、このスロットル弁７の下流側
に過給機８が配設されて吸気の過給を行う。過給機８よ
り下流側の吸気通路は、インタークーラー９を経た下流
側の共鳴吸気通路27には第１ないし第４気筒2a〜2dが第
４気筒2dから順に上流側から独立吸気通路13d〜13aによ
って各気筒2d〜2aの吸気ポート３に独立して接続されて
いる。

上記共鳴吸気通路27には第１気筒2a側の下流端27a
に、前記過給機８をバイパスするバイパス通路16の一端
が接続され、このバイパス通路16の他端は過給機８より
上流側の吸気通路26に接続される。上記バイパス通路16
の途中には制御弁17が介装され、該制御弁17の開閉作動
は、実施例１の第２図と同様に、低速低負荷領域Ａおよ
び高負荷領域Ｂで開くように操作される。

本例の作用を説明すれば、低速軽負荷状態においては
過給機８の作動が停止され、前記制御弁17が開かれる。
この状態では、共鳴吸気通路27の上流側から過給機８を
経た吸気が供給されると共に、バイパス通路16によって
下流端27a側からも空気が供給され、各気筒2a〜2dで空
気の吸い込みが十分に行え体積効率の均等化が得られ
る。

また、高負荷時には過給機８による加圧エアが共鳴吸
気通路27に上流側から送給されて各気筒2a〜2dに吸入さ
れ、余剰の加圧エアが共鳴吸気通路27の下流端27aから
制御弁17が開状態となっているバイパス通路16を通って
過給機８に再循環され、各気筒2a〜2dの体積効率を均一
化している。さらに、インタークーラー９を圧力反転部
としての固有振動に対応した同調点で共鳴効果が得られ
る。

実施例４ 本例は第６図に示し、基本的には前例と同様の直列４
気筒エンジンの例であり、吸気系の固有振動数をエンジ
ン速度に応じて切り換えるようにしている。

過給機８を経たインタークーラー９下流の共鳴吸気通
路29は迂回して第１ないし第４気筒2a〜2dが第４気筒2d
から順に上流側から独立吸気通路13d〜13aによって各気
筒の吸気ポート３に独立して接続されている。さらに、
上記共鳴吸気通路29の第１気筒2aに対する接続部より下
流側が延長されて、下流端29aが前記インタークーラー
９下流の共鳴吸気通路29の上流部に接続され、この第１
気筒2aに対する接続部より下流側に開閉弁30が介装さ
れ、ループ状に共鳴吸気通路29が形成されている。そし
て、第１気筒2aへの接続部と前記開閉弁30との間の共鳴
吸気通路29の下流端29aに、制御弁17を備えたバイパス
通路16が接続されている。その他は前例と同様に構成さ
れ、同一構造には同一符号を付している。

本例における制御弁17と開閉弁30の開閉作動は、第７
図に示すように行われ、バイパス通路16の制御弁17は他
例同様に低速低負荷領域Ａおよび高負荷領域Ｂで開くよ
うに操作され、開閉弁30は低速域Ｉ′で閉となり、高速
域II′で開となるように操作される。

上記作動により、低速軽負荷時では、過給機８を経て
共鳴吸気通路29に上流側から吸気が自然流入し、開閉弁
30が閉じていることから第４気筒2d側の上流から吸気が
供給され、制御弁17の開いているバイパス通路16から第
１気筒2a側の共鳴吸気通路29の下流側にも吸気が供給さ
れて充填効率の均等化を得る。一方、低速高負荷時には
開閉弁30が閉じたままで過給機８による過給が行われ、
第４気筒2dから順に吸気が吸入され、余剰空気はバイパ
ス通路16を通って過給機８に循環され、充填効率の均等
化を得る。さらに、高速高負荷時には、開閉弁30も開か
れ、共鳴吸気通路29には上流および下流から過給が行わ
れ、余剰空気がバイパス通路16から過給機８に循環す
る。また、前記開閉弁30の閉状態と開状態とでは固有振
動の通路長さが異なり、閉じた状態で低速側の同調点と
なり、開いた状態で高速側の同調点で共鳴効果が得られ
るものである。

実施例５ 本例は第８図に示し、直列４気筒エンジンの分割通路
構造の例であり、大きな共鳴効果を得るようにしてい
る。

エンジン本体25の第１ないし第４気筒2a〜2dは、１−
４気筒2a,2dと２−３気筒2b,2cとに吸気行程のオーバー
ラップがないように分割され、インタークーラー９下流
の吸気通路が１−４気筒用の第１共鳴吸気通路31と、２
−３気筒用の第２共鳴吸気通路32とに分岐形成されてい
る。そして、第１共鳴吸気通路31には上流側から第４気
筒2d、第１気筒2aの順にそれぞれの独立吸気通路13d,13
aが接続され、同様に第２共鳴吸気通路32には上流側か
ら第３気筒2c、第２気筒2bの順にそれぞれの独立吸気通
路13c,13bが接続されている。

上記第１および第２共鳴吸気通路31,32の下流端31a,3
2aには所定長さの連通路15が接続され、相互に連通され
ている。そして、この連通路15の途中に過給機８をバイ
パスするバイパス通路16が接続されている。その他は、
前例と同様に構成され、同一構造には同一符号を付して
いる。

本例においては、気筒の分割によって各共鳴吸気通路
31,32での圧力振幅が大きくなって、インタークーラー
９を圧力反転部とする大きな共鳴効果が得られるもので
あり、制御弁17の開閉、連通路15の機能等は前記実施例
１におけるＶ型６気筒エンジンの場合と同様である。ま
た、前記実施例２のように吸気系の固有振動数を変更可
能に構成してもよい。

実施例６ 本例は第９図に示し、直列６気筒エンジンの例であ
る。

エンジン本体34には第１から第６気筒2a〜2fを備え、
この気筒が点火順序の隣接しない２つの気筒群すなわち
第１〜３気筒2a〜2cと第４〜６気筒2d〜2fに分割され、
インタークーラー９下流の吸気通路が１〜３気筒用の第
１共鳴吸気通路35と、４〜６気筒用の第２共鳴吸気通路
36とに分岐形成されている。そして、第１共鳴吸気通路
35には上流側から第３−２−１気筒2c,2b,2aの順にそれ
ぞれの独立吸気通路13c,13b,13aが接続され、同様に第
２共鳴吸気通路36には上流側から第４−５−６気筒2d,2
e,2fの順にそれぞれの独立吸気通路13d,13e,13fが接続
されている。

上記第１および第２共鳴吸気通路35,36のそれぞれの
下流端35a,36aには所定長さの連通路15が接続され、相
互に連通されている。そして、この連通路15の途中に過
給機８をバイパスするバイパス通路16が接続されてい
る。その他は、前例と同様に構成され、同一構造には同
一符号を付している。

尚、前記各実施例において、Ｖ型６気筒エンジンの例
はV8型、V12型エンジンについても適用可能であり、非
分割直列４気筒エンジンについては２気筒もしくは３気
筒エンジンに適用可能である。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、過給機を備えた上流側
吸気通路に上流端を接続した共鳴吸気通路の下流側にか
けて順に各気筒の独立吸気通路をそれぞれ接続すると共
に、上流側吸気通路の過給機上流と共鳴吸気通路の下流
端部とを接続してバイパス通路を設け、このバイパス通
路を通して共鳴吸気通路における余剰の加圧エアを過給
機上流へ再循環させることによって、各気筒の体積効率
を均一化し、耐ノック性を改善してそのセットロスが小
さくてすみ、過給による出力が十分に出せると共に気筒
間のトルク差に起因するエンジン振動を小さくすること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるエンジンの吸気
装置の概略構成図、 第２図は同エンジンの制御弁の開閉領域を示す特性図、 第３図は第２の実施例におけるエンジンの吸気装置の概
略構成図、 第４図は同エンジンの制御弁および開閉弁の開閉領域を
示す特性図、 第５図は第３の実施例におけるエンジンの吸気装置の概
略構成図、 第６図は第４の実施例におけるエンジンの吸気装置の概
略構成図、 第７図は同エンジンの制御弁および開閉弁の開閉領域を
示す特性図、 第８図は第５の実施例におけるエンジンの吸気装置の概
略構成図、 第９図は第６の実施例におけるエンジンの吸気装置の概
略構成図である。 1,25,34……エンジン本体、2a〜2f……気筒、３……吸
気ポート、4,26……吸気通路、８……過給機、９……イ
ンタークーラー、11,12,27,29,31,32,35,36……共鳴吸
気通路、11a,12a,27a,29a,31a,32a,35a,36a……下流
端、16……バイパス通路、17……制御弁。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】過給機を備えた上流側吸気通路と、この上
   流側吸気通路に上流端が接続され、下流側にかけて順に
   各気筒の独立吸気通路がそれぞれ接続された共鳴吸気通
   路で構成された過給機付エンジンの吸気装置であって、 前記上流側吸気通路の過給機上流と共鳴吸気通路の下流
   端部とを接続し、前記共鳴吸気通路における余剰の加圧
   エアを過給機上流へ再循環させるバイパス通路を設けた
   ことを特徴とする過給機付エンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】前記バイパス通路に、所定運転域で開く制
   御弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の過給機付
   エンジンの吸気装置。
3. 【請求項３】前記所定運転域が、少なくとも高負荷域で
   あることを特徴とする請求項２記載の過給機付エンジン
   の吸気装置。
4. 【請求項４】Ｖ型６気筒エンジンで、点火順序の連続し
   ない気筒同志を連通した共鳴吸気通路を各バンクに対応
   して設け、該共鳴吸気通路の下流側端部に前記バイパス
   通路の下流端を接続したことを特徴とする請求項１記載
   の過給機付エンジンの吸気装置。