JP3191487B2 - 多気筒内燃機関の吸気装置 - Google Patents

多気筒内燃機関の吸気装置

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JP3191487B2 JP12269793A JP12269793A JP3191487B2 JP 3191487 B2 JP3191487 B2 JP 3191487B2 JP 12269793 A JP12269793 A JP 12269793A JP 12269793 A JP12269793 A JP 12269793A JP 3191487 B2 JP3191487 B2 JP 3191487B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、共鳴過給を利用した多
気筒内燃機関の吸気装置に係り、特に、エンジン回転数
の高低に応じて共鳴管の管長および管径を適宜切り換
え、全回転域に亘ってトルクアップを図った多気筒内燃
機関の吸気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、多気筒内燃機関には共鳴過給を利
用した吸気装置が取り付けられるようになってきた。図
8に示すようにこの種の共鳴過給吸気装置aは、多気筒
エンジンの吸気系を吸気順序が連続しない二つの気筒群
b,c(例えばV6エンジンの片バンク側や直6エンジ
ンの1,2,3 番気筒など)に分け、各気筒群b,cの吸気
ポートdをそれぞれ共鳴箱としてのサージチャンバeに
接続し、これらサージチャンバeに一端が空気吸入口f
であるY字状の共鳴管gを接続して構成されている。
【0003】この構成によれば、サージチャンバeの容
積,共鳴管gの管断面積Sおよび管長Lによって決まる
共振周波数が3個のシリンダによる加振周波数と一致す
ると、サージチャンバe内に共鳴気柱が生じてチャンバ
e内圧力が高まる。このとき吸気弁を開き吸気を行えば
共鳴過給効果が得られる。各気筒によって加振される共
鳴圧力振動を上手く調整すると、比較的低回転でも大き
な共鳴過給効果が得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】かかる共鳴過給を利用
して低回転トルクを高めた例を図9に示す。この場合、
共鳴管gの管断面積Sや管長L等を低回転に合わせてチ
ューニングすると、図中一点鎖線hで示すように高回転
域の体積効率が低下してしまう。このため、共鳴過給性
能曲線hとベースエンジン性能曲線iとが交差する回転
で、双方のサージチャンバe1 ,e2 を短絡させる弁j
を開き、各サージチャンバe1 ,e2 内で生じる共鳴を
相殺させて共鳴過給を殺し、高回転域では共鳴過給なし
のベースエンジンの体積効率を確保するようにしてい
た。
【0005】しかし、これでは共鳴過給性能曲線hとベ
ースエンジン性能曲線iとが交差する中速回転域で体積
効率が落ちてエンジンのトルク特性にトルクの谷がで
き、ドライバビリテイが低下してしまう。
【0006】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、エンジンの全回転域に亘って共鳴過給すること
ができ、全域の体積効率・トルクを向上させることがで
きる多気筒内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、気筒を吸気順序が連続しない二つの気筒群
に分け、各気筒群の吸気ポートを夫々サージチャンバに
接続し、該サージチャンバを一端が吸気口であるY字型
の共鳴管で連通した多気筒内燃機関の吸気装置におい
て、上記双方のサージチャンバに吸気口を共通する共鳴
管部材をそれぞれ接続し、各共鳴管部材の内部に三本の
分岐通路を並列に形成し、これら分岐通路の両端部に開
閉弁を設け、各開閉弁を機関回転数に応じて適宜開閉制
御し、低回転時には各分岐通路を二重に折り返して連通
するように開閉し、中回転時には一重に折り返すように
開閉し、高回転時には全開閉弁を開とするコントローラ
を設けて構成されている。
【0008】
【作用】低回転時には、コントローラが各開閉弁を開閉
制御し、共鳴管部材内の分岐通路を二重に折り返して連
通させる。よって、共鳴管部材の管長を1,管断面積を
1とすると、このときの実質的な共鳴管長は3,共鳴管
断面積は1/3となり、共鳴周波数が低回転側にシフト
する。
【0009】中回転時には、コントローラが各開閉弁を
開閉制御し、共鳴管部材内の分岐通路を一重に折り返し
て連通させる。よって、このときの実質的な共鳴管長は
1,共鳴管断面積は1/3となり、共鳴周波数が中回転
側にシフトする。
【0010】高回転時には、コントローラが全開閉弁を
開とし、共鳴管部材をその管長および管断面積のまま連
通させる。よって、このときの実質的な共鳴管長は1,
共鳴管断面積は1となり、共鳴周波数が高回転側にシフ
トする。
【0011】
【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【0012】図1に本発明を直列6気筒エンジンに適用
したものを示す。図示するように、エンジン1の吸気系
が吸気順序を連続しない二つの気筒群2,3(すなわち
1,2,3番気筒群と 4,5,6番気筒群)に分けられ、これら
各気筒群2,3の吸気ポート4にそれぞれ共鳴箱として
のサージチャンバ5が接続されている。各サージチャン
バ5には、エンジン1の長手方向端部の上面に流入口6
が設けられている。
【0013】これら流入口6には、共通した一つの吸気
口7を有する共鳴管部材8が接続されている。共鳴管部
材8は、内部が隔壁9によって左右に二分された箱体か
らなり、その隔壁9の上方に共通の吸気口7が形成され
ている。この吸気口7から吸い込まれた空気は、中央か
ら左右両端方向へ流れて、前記流入口6を通してサージ
チャンバ5へと導かれることになる。かかる共鳴管部材
8は、その共鳴管長がL,共鳴管断面積がSとなってい
る。
【0014】共鳴管部材8の内部には、仕切板10で水
平に仕切られた三本の分岐通路11が並列に形成されて
いる。各々の分岐通路11の管長はL、管断面積は1/
3Sとなっている。上仕切板10aと中央隔壁9との間
には第一開閉弁12(バタフライ弁)が設けられ、下仕
切板10bと両端内壁13との間には第二開閉弁14
(バタフライ弁)が設けられている。これら第一開閉弁
12および第二開閉弁14は、それぞれ図中水平に伸び
る第一開閉弁用の回転軸と第二開閉弁用の回転軸とに付
設されており、これら回転軸をエアシリンダやステップ
モータ等のアクチュエータで回転することにより開閉さ
れるようになっている。
【0015】これら第一および第二開閉弁12,14
は、コントローラに接続され、アクチュエータによりエ
ンジン1の回転数に応じて下表のように開閉される。
【0016】 エンジン回転数 第一開閉弁12 第二開閉弁14 低回転域 閉 閉 中回転域 開 閉 高回転域 開 開 ところで、本実施例にあっては、上記サージチャンバ
5,共鳴管部材8,分岐通路11は別々に取り付けられ
るものではなく、次のようにして一体的に形成される。
まず、各気筒の吸気ポート4に垂直方向に高く形成され
た箱状のインレットカバー15を接続し、このインレッ
トカバー15内を 3番 4番気筒の間で垂直隔壁9で左右
に仕切って吸気順序を連続しない二つの気筒群2,3に
分け、水平隔壁16で上下仕切ってサージチャンバ5と
共鳴管部材8とに分け、共鳴管部材8内をさらに仕切板
10で仕切って分岐通路11を形成している。なお、図
中17はシリンダヘッド、18は排気マニホールドであ
る。
【0017】以上の構成からなる本実施例の作用につい
て述べる。
【0018】低回転時には、図2に示すようにコントロ
ーラが第一開閉弁12および第二開閉弁14を共に閉と
する。この結果、共鳴管部材8の吸気口7からサージチ
ャンバ5の流入口6への吸気通路が、分岐通路11によ
って二重に折り返された状態となる。よって、共鳴管部
材8の管長をL,管断面積をSとすると、このときの実
質的な共鳴管長は3L,共鳴管断面積は1/3Sとな
る。
【0019】中回転時には、図3に示すようにコントロ
ーラが第一開閉弁12を開とし、第二開閉弁を閉とす
る。この結果、共鳴管部材8の吸気口7(中央部)から
サージチャンバ5の流入口6(両端部)への吸気通路
が、分岐通路11によって一重に折り返された状態とな
る。よって、このときの実質的な共鳴管長はL,共鳴管
断面積は1/3Sとなる。
【0020】高回転時には、図4に示すようにコントロ
ーラが第一開閉弁12および第二開閉弁14を共に開と
する。この結果、共鳴管部材8の吸気口7(中央部)か
らサージチャンバ5の流入口6(両端部)への吸気通路
は、共鳴管部材8の管長Lおよび管断面積Sとなる。す
なわち、このときの実質的な共鳴管長はL,共鳴管断面
積はSとなる。
【0021】以上の結果をまとめると下表のようにな
る。
【0022】 エンジン回転数 共鳴管長L 共鳴管断面積S 低回転域 3倍 1/3倍 中回転域 1倍 1/3倍 高回転域 1倍 1倍 ここで、共鳴管長Lおよび共鳴管断面積Sをパラメータ
としたエンジン共鳴回転数N(マッチング回転数N)は
概ね次式で与えられることが知られている。
【0023】N=A・√(S/L) A:比例定数 つまり、共鳴過給のマッチング回転数Nは、√Sに比例
し、√Lに反比例する。この結果、低中高回転域におけ
るマッチング回転数Nは、以下のようになる。
【0024】 エンジン回転数 マッチング回転数N 低回転域 N=A・√(1/3/3 ) =√(1/9) =0.33 中回転域 N=A・√(1/3/1)=√(1/3) =0.58 高回転域 N=A・√(1/1)=1.0 すなわち、高回転域のマッチング回転数を1とすると、
中回転域では0.58倍、低回転域では0.33倍となる。この
様子を図5に示す。
【0025】図示するように、コントローラが三種の共
鳴過給性能曲線が交差する回転にて上記第一第二開閉弁
12,14を適宜開閉制御することにより、共鳴管長お
よび管断面積がそのときのエンジン回転数にマッチした
ものとなり、エンジン全回転域に亘って共鳴過給するこ
とができる。よって、エンジン全回転域で体積効率が向
上し、全回転域のトルクアップが可能となる。特に、本
実施例ではアイドル回転数に近い低回転数(0.33倍)か
ら共鳴過給の効果が発揮されるので、使用回転数が低い
ディーゼルエンジンに好適である。
【0026】なお、エンジンの中回転域にて図6に示す
ように第一開閉弁12を閉じ第二開閉弁14を開いても
よい。この場合にあっても図3と同様に実質的な共鳴管
長Lは1倍となり共鳴管断面積Sは1/3倍となるの
で、マッチング回転数Nが0.58倍となることには変わり
ない。
【0027】また、図7に示すように、左右の第一開閉
弁12を大型の一体として紙面垂直方向に回転軸を有す
るバタフライ弁12aとし、開弁時に中央隔壁9と兼用
するようにしてもよい。この場合、開閉弁12a,14
の必要数は計3個となり、低コストとなる。
【0028】また、共鳴管部材8の内部に形成される各
分岐通路11の長さや断面積を各段ごとに異ならせ、低
回転・中回転・高回転のそれぞれのマッチング回転数を
さらに細かく調整するようにしてもよい。
【0029】関連する技術として、実開昭59-52033号公
報や実開平1-124335号公報等が知られているが、これら
はいずれも慣性過給装置であり本願発明とは基本的に異
なる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る多気筒
内燃機関の吸気装置によれば、エンジン回転数の高低に
応じて共鳴管の管長および管断面積を適宜切り換えるこ
とにより、その共鳴回転数をエンジン回転数にマッチさ
せ、エンジン全回転域に亘って共鳴過給することができ
る。よって、全回転域に亘って体積効率の向上およびト
ルクの向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す多気筒内燃機関の吸気
装置の三面図であり、(a) は平面図、(b) は (a)の b-b
線断面図、(c) 側面図である。
【図2】エンジン低回転域における共鳴管部材内の吸気
の流れを示す図である。
【図3】エンジン中回転域における共鳴管部材内の吸気
の流れを示す図である。
【図4】エンジン高回転域における共鳴管部材内の吸気
の流れを示す図である。
【図5】上記吸気装置の体積効率(性能曲線)を示す図
である。
【図6】エンジン中回転域における共鳴管部材内の吸気
の流れの変形例を示す図である。
【図7】共鳴管部材内の第一開閉弁の変形例を示す図で
ある。
【図8】従来例を示す多気筒内燃機関の吸気装置の説明
図であり、(a) は平面図、(b)は正面図である。
【図9】従来の吸気装置の体積効率(性能曲線)を示す
図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 気筒群 3 気筒群 4 吸気ポート 5 サージチャンバ 7 吸気口 8 共鳴管部材 11 分岐通路 12 第一開閉弁 14 第二開閉弁

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気筒を吸気順序が連続しない二つの気筒
    群に分け、各気筒群の吸気ポートを夫々サージチャンバ
    に接続し、該サージチャンバを一端が吸気口であるY字
    型の共鳴管で連通した多気筒内燃機関の吸気装置におい
    て、上記双方のサージチャンバに吸気口を共通する共鳴
    管部材をそれぞれ接続し、各共鳴管部材の内部に三本の
    分岐通路を並列に形成し、これら分岐通路の両端部に開
    閉弁を設け、各開閉弁を機関回転数に応じて適宜開閉制
    御し、低回転時には各分岐通路を二重に折り返して連通
    するように開閉し、中回転時には一重に折り返すように
    開閉し、高回転時には全開閉弁を開とするコントローラ
    を設けたことを特徴とする多気筒内燃機関の吸気装置。
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DE59702642D1 (de) * 1996-06-03 2000-12-21 Mann & Hummel Filter Luftdurchströmungsvorrichtung
DE10134850A1 (de) 2001-07-17 2003-07-24 Mann & Hummel Filter Ansaugvorrichtung für einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor
CN102588165A (zh) * 2012-03-30 2012-07-18 重庆长安汽车股份有限公司 一种增压发动机进气歧管

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