JP3494218B2 - エンジンの吸気通路可変型吸気装置 - 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、主として自動二輪
車のような車両に搭載されるエンジンであって、吸気通
路の長さを可変としたエンジンの吸気装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの運転時には、吸気通路の長さ
に応じた吸気振動が発生し、この吸気振動がエンジン性
能（充填効率）に影響を及ぼすことが知られている。そ
こで、従来では、エンジンの回転数に対応して吸気通路
の長さを調整することが行われている。例えばエンジン
の吸気通路の上流側に蛇腹状の管を接続して、この管を
伸縮させることにより吸気通路の長さを可変とした吸気
装置が提案されている（特開平９ー１３３０５５号公
報）。さらに、吸気通路の長さ方向の中途に開口部を形
成するとともに、この開口部をスライド管により開閉す
ることにより、吸気通路の実質長さを可変とした吸気装
置も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
吸気装置は、吸気管の長手方向にスライドするスライド
管を設けているのために、車載時に吸気通路の可変長さ
は、ほぼ５０ｍｍ程度しか確保できないので、十分な効
果が得られにくい。しかも、多気筒型エンジンの場合は
各気筒ごとに前記スライド管を設ける必要があるので、
構造が複雑化する。また、スライド操作で吸気通路の長
さを調整するときに音が発生することもある。

【０００４】以上のことを解決するため、エンジンの吸
気通路の上流側に通路長の短い短通路と通路長の長い長
通路を設け、これら長，短通路の分岐部に回転バルブを
設けて、これの回転操作により前記各通路をエンジン回
転数の大小に応じて選択的に開放させることが考えられ
る。これによれば、比較的狭い空間内にコンパクトに設
置することができ、また各通路の切り替え時に音も発生
しない。

【０００５】ところが、このような回転式の２段切替型
吸気装置では、エンジンの回転数に応じて長，短通路を
切り替えるときのトルクの変化が大きくなって、エンジ
ンの滑らかな出力特性が得られない。また、切替えの効
果を大きくするために、長・短通路の通路長の差を大き
くすると、必然的に長通路が長くなる結果、長通路を使
用する低回転域において回転数を上昇または減少の一方
向のみに単調に変化させても、トルク値に山谷が発生
し、やはりエンジンの滑らかな出力特性が得られない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、広い回転域にお
いて高い充填効率を確保しながら、トルクの変化を小さ
くしてエンジンの出力特性を向上させることができる吸
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、請求項１記載の吸気装置は、エンジンの吸気通路を
複数有し、各吸気通路の上流側が通路長の短い短通路と
短通路よりも通路長の長い長通路とに分岐しており、そ
の分岐部に、前記短通路と長通路とをエンジン回転数の
大小に応じて選択的に開放する回転バルブが設けられ、
前記複数の長通路は、２つ以上の相異なる通路長さに設
定されている。

【０００８】この吸気装置では、長，短通路が設けら
れ、短通路と長通路とをエンジン回転数の大小に応じて
選択的に開放するので、広い回転域において吸気振動を
吸気タイミングに合わせることができ、エンジンの高い
充填効率が確保される。しかも、前記長通路は通路長さ
の異なる複数本が設けられているので、エンジンの回転
数に応じて長，短通路を切り替えるとき、トルクの山谷
が互いに相殺され、山谷の差が小さくなってエンジンの
出力特性が向上する。また、従来のスライド式のものに
較べて比較的狭い空間内にコンパクトに設置することが
可能であり、また各通路の切り替え時に音も発生しな
い。

【０００９】請求項２記載の吸気装置は、エンジンの吸
気通路の上流側が通路長の短い短通路と短通路よりも通
路長さの長い長通路とに分岐しており、その分岐部に、
前記短通路と長通路とをエンジン回転数の大小に応じて
選択的に開放する回転バルブが設けられ、この回転バル
ブの弁体に、弁体が短通路を開放する第１の弁位置と長
通路を開放する第２の弁位置との間の位置にあるときに
吸気通路の両側部を広く開放するように切込み部が形成
されている。

【００１０】この吸気装置では、やはり、短通路と長通
路との切替えによってエンジンの高い充填効率が確保さ
れる。さらに、回転バルブの弁体を短，長通路の間で切
り替えるとき、つまりエンジン回転数を低，高速に切り
替えるとき、その過渡状態において前記弁体に設けた切
込み部により弁体の両側に広い吸気通路が確保されて、
短，長通路から十分な量の空気がエンジン側に送られる
ので、エンジンの回転数を切り替えるときのトルクの変
化が小さくなってエンジンの出力特性が向上する。

【００１１】

【００１２】

【００１３】 請求項３記載の吸気装置は、請求項１の
構成において、エンジンが複数の気筒を持ち、前記短通
路および長通路が前記各気筒に１つずつ設けられ、前記
複数の長通路は、比較的短い少なくとも１つの第１通路
と、これよりも長い少なくとも１つの第２通路を有して
いる。この構成によれば、前記長通路として長さの異な
る第１および第２通路を用い、これらを各気筒ごとに割
り当てたことにより、トルク特性がフラットになるた
め、短、長通路の切替え回転数において短通路と同等の
トルクを発生するように設定可能となることから、複数
気筒において長，短通路を切り替えるときのトルクの変
化が小さくなってエンジンの出力特性が向上する。しか
も、長，短通路が通常配置されるエアクリーナケース
は、一般に両端が内側へ絞られた形状をしているので、
このエアクリーナケースの形状に応じて長い第２通路を
ケース中央に、短い第１通路をケース壁近傍に配置する
ことにより、これら第１，第２通路のケース内への配置
が無理なく行える。

【００１４】 請求項４記載の吸気装置は、請求項１か
ら３のいずれかの構成において、前記吸気通路に設けら
れたスロットルバルブの閉止動作に連動して、前記回転
バルブを吸気通路を狭くすることにより吸気量を適正化
する吸気量適正化位置に回動させる吸気量適正化手段を
備えている。この構成によれば、スロットルバルブを閉
止動作させたとき、回転バルブは吸気量適正化手段によ
り強制的に、目標とするトルクが得られるよう吸気量適
正化位置に設定されるので、前記スロットルバルブを閉
止位置から急開したような場合でも、トルクを目標どお
りに制御する、いわゆるトラクションコントロールを行
うことにより、エンジン出力の急激な増大が抑制されて
出力特性が向上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の吸気装
置を装着した４気筒４サイクルエンジンの一部を切欠い
た側面図を示している。このエンジンは自動二輪車のよ
うな車両に搭載される。同図の吸気装置１は、エンジン
２の各気筒２１の吸気口フランジ２２に接続され、スロ
ットルバルブ３１を内装したスロットルボディ３と、こ
れの上流側に接続される吸気管４と、各吸気管４が配置
されるエアクリーナケース５を備えている。また、スロ
ットルボディ３から吸気管４にかけて、その内部に吸気
通路６を形成している。図中、３２はスロットルボディ
３に取り付けた燃料噴射器、５１はエアクリーナケース
５に形成した空気導入孔であり、図示しない吸気ダクト
を介して車両の前方部分に向けて開口している。

【００１６】図２は図１のIIーII線に沿ったエアクリー
ナケース５の断面図、図３は吸気管４の側断面図を示し
ている。この吸気管４は、図３に示すように、側面視Ｙ
形状に形成されており、前記スロットルボディ３（図
１）に連結されて吸気通路６の基部通路４０を形成する
基部ダクト４０Ａの上流側に、通路長の短い短通路４１
を形成する短ダクト４１Ａと、この短通路４１よりも通
路長の長い長通路４２を形成する長ダクト４２Ａとが一
体形成されている。図２に示すように、これら基部ダク
ト４０Ａと短，長ダクト４１Ａ，４２Ａを１組として、
合計４組がエンジン１の幅方向に並べて設けられてい
る。

【００１７】図３に示す前記吸気管４の内部には短，長
通路４１，４２の分岐部４３を貫通する円形孔４４が形
成され、この円形孔４４に、サーボモータのような駆動
機により回転駆動される回転バルブ７が挿入されてい
る。こうして、前記短，長通路４１，４２の分岐部４３
に回転バルブ７に設けた弁体７０を配置し、この弁体７
０により前記短，長通路４１，４２をエンジン回転数の
大小に応じて選択的に開放させる。

【００１８】前記長ダクト４２は、図２に示すように、
長さが比較的短い第１通路４２ａを形成する２本の第１
ダクト４２Ａａと、これよりも長い第２通路４２ｂを形
成する２本の第２ダクト４２Ａｂを備え、これら第２通
路４２ｂを吸気管４の幅方向中央に配置し、第１通路４
２ａを第２通路４２ｂの両側に配置し、これら通路４２
ａ，４２ｂを一直線上に位置させている。このようにす
れば、前記吸気管４が配置されるエアクリーナケース５
は、通常両端が内側に絞られた形状をしているので、こ
のケース５内に第１および第２通路４２ａ，４２ｂを配
置するのを、無理なく容易に行える。

【００１９】図３に示す回転バルブ７の回転軸心Ｇ１
は、短通路４１と長通路４２の通路中心線Ｐ１，Ｐ２が
交わる通路交点Ｇ２よりも両通路４１，４２の上流寄り
に設定している。また、前記短，長通路４１，４２間で
の回転バルブ７の切り替え操作性を高めるため、前記通
路交点Ｇ２を通る上流側吸気通路６の通路中心線Ｐ３に
対する前記通路中心線Ｐ１，Ｐ２の各角度θ１，θ２を
それぞれ同一角度に設定している。

【００２０】前記回転バルブ７は、図４の正面図に示す
ように、側面視円形の胴部７１と、これの両端の中心上
に突設された軸部７２とを有しており、胴部７１には、
図３の吸気管４の各通路４１，４２と対応する４個所
に、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である図５に示すよ
うに、切欠部７３を形成し、その切欠された残部に、前
記短，長通路４１，４２（図３）を開閉する横断面三日
月状の前記弁体７０を形成している。弁体７０は、各気
筒２１（図１）に１つずつ対応させて、合計４個設けら
れている。

【００２１】前記切欠部７３の奥内部にあたる弁体７０
の内面７０ａは、バルブ軸方向と直交する横断面がＲ１
の曲率半径を持ち、図６に示すバルブ軸方向に沿った縦
断面がＲ２の曲率半径を持つ弯曲面となっている。Ｒ１
はＲ２よりも大きく設定されている。さらに、図４の弁
体７０の長手方向両側には、この弁体７０が図３の短通
路４１を開放する第１の弁位置（図８）と、長通路４２
を開放する第２の弁位置（図７）との中間に位置すると
き、図４の弁体７０の両側に広い吸気通路６を確保する
ための円弧状の切込み部７４が形成されている。

【００２２】次に、以上の構成による作用について説明
する。図７はエンジンを低速回転する場合の回転バルブ
７の弁体７０の位置を、図８はエンジンを高速回転する
場合の弁体７０の位置をそれぞれ示している。エンジン
の低速回転時には、図７のように、スロットルボディ３
に設けたスロットルバルブ３１が適宜の開度（図７では
半開状態）に設定され、一方回転バルブ７は、その弁体
７０が吸気管４の短通路４１の位置に設定されて、この
短通路４１を閉鎖し、長通路４２を開放する。この長通
路４２の開放により吸気通路６を長くして、発生する吸
気振動を低速回転時の吸気タイミングに適合させ、これ
によりエンジンの充填効率を高める。

【００２３】また、エンジンの高速回転時には、図８の
ように、前記スロットルバルブ３１が全開またはそれに
近い状態とされ、一方回転バルブ７の弁体７０は、前記
短通路４１の位置から長通路４２の位置に回転されて、
この長通路４２を閉鎖し、短通路４１を開放する。この
短通路４１の開放により吸気通路６を短くして、吸気振
動を高速回転時の吸気タイミングに適合させ、これによ
りエンジンの充填効率を高める。

【００２４】このように、前記吸気管４には、基部通路
４０と短，長通路４１，４２とを１組として合計４組が
設けられ、また長通路４２は、長さの短い２本の第１ダ
クト４２ａと、長さの長い２本の第２ダクト４２ｂから
形成されているので、エンジンの低，高速回転時に、
短，長通路４１，４２をエンジンの回転数に応じて切り
替えるとき、トルクの変化が小さくなる。この点に関し
ては、後で詳述する。

【００２５】また、前記弁体７０を短，長通路４１，４
２の位置に回転させたとき、弁体７０の内面には、基部
通路４０と、短通路４１もしくは長通路４２とを滑らか
に連結する弯曲した円弧面７０ａが形成されているの
で、短，長通路４１，４２を選択的に開放して吸気する
ときの吸気抵抗の増大が抑制される。さらに、図３に示
す回転バルブ７の回転軸心Ｇ１は、前記短，長通路４
１，４２の通路中心線Ｐ１，Ｐ２が交わる通路交点Ｇ２
よりも、短，長通路４１，４２の上流寄りに設定されて
いるので、前記回転バルブ７の径を小さくして軽量化
し、小さな駆動力で迅速に回転させることができる。し
たがって、低速と高速の間の切替時間が短くなるので、
切替えの途中に生じるトルク変化の継続時間が短くなっ
て、エンジンの出力特性が向上する。また、前記通路交
点Ｇ２を通る上流側通路中心線Ｐ３に対し、前記通路中
心線Ｐ１，Ｐ２の各角度θ１，θ２がそれぞれ同一角度
に設定されているので、短、長いずれの通路４１，４２
に切り替えた場合でも、通路４１，４２が上流側通路と
滑らかに接続される。

【００２６】図９は、前記回転バルブ７の弁体７０が、
短通路４１を開放する第１の弁位置（図８）と長通路４
２を開放する第２の弁位置（図７）との中間に位置した
状態を示している。図１０は図９の矢印Ｘ方向から見た
矢視図を示している。図１０に示すように、弁体７０の
両側部には切込み部７４が設けられているので、前記弁
体７０が図９の状態にあるとき、つまり、エンジンが低
速回転から高速回転に移行する過渡状態で、前記弁体７
０が短，長通路４１，４２の間に位置しているとき、前
記切込み部７４により弁体７０の両側部分に広い吸気通
路６が確保されて、短，長通路４１，４２から十分な量
の空気がエンジン側に送られる。このため、低速から高
速へ切り替えるときのトルクの変化が小さくなる。

【００２７】図１１は、エンジンの回転を急激に低下さ
せるような場合にスロットルバルブ３１を全閉位置にし
た状態を示している。このように、スロットルバルブ３
１が全閉位置にあるときには、前記回転バルブ７を、そ
の弁体７０が基部通路４０を塞ぐ位置と長通路４２を塞
ぐ位置の中間位置で、吸気通路６を狭くして吸気量を適
正化する吸気量適正化位置に、強制的に回転させる。回
転バルブ７の吸気量適正化位置は、図１１に二点鎖線で
示すように、基部通路４０を塞ぐ位置と短通路４１を塞
ぐ位置の中間位置としてもよい。

【００２８】図１２は前記回転バルブ７を回動させるた
めの制御ブロック図を示している。同図では、コントロ
ーラ８に、前記回転バルブ７の切替手段８１と優先制御
手段８２および吸気制御手段８３を設けて、この切替手
段８１の入力側にエンジンの回転数を検出するエンジン
回転検出センサ８４を、また吸気制御手段８３の入力側
に前記スロットルバルブ３１の開度を検出するスロット
ル開度検出センサ８５をそれぞれ接続するとともに、前
記優先制御手段８２の出力側に、回転バルブ７を駆動す
るサーボモータのような駆動機８７を接続している。

【００２９】前記開度検出センサ８５で検出するスロッ
トルバルブ３１の開度が吸気量適正化対象位置（例えば
全閉位置）外にあるとき、切替手段８１からの出力が前
記優先制御手段８２を通って駆動機８７に入力される。
このとき、回転検出センサ８４で検出するエンジンの回
転数が一定値以下であれば、駆動機８７の作動により回
転バルブ７を回転させて、図７に示した低速位置に弁体
７０を位置させ、エンジン回転数が一定値を越えている
場合、図８に示した高速用位置に弁体７０を位置させ
る。

【００３０】さらに、スロットルバルブ３１の開度が吸
気量適正化対象（全閉位置）にあるとき、吸気量適正化
手段８３からの出力が優先制御手段８２を通って優先的
に駆動機８７に入力され、回転バルブ７を、図１１に示
した吸気量適正化位置に強制的に回動させる。このよう
にすれば、吸気通路が狭くなって、目標とするトルクが
得られるように吸気量が適正化されるから、ライダーが
前記スロットルバルブ３１を閉止位置から急開したよう
な場合でも、トルクを目標どおりに制御する、いわゆる
トラクションコントロールを行うことにより、エンジン
出力の急激な増大が抑制されて出力特性が向上する。

【００３１】図１３は、縦軸にエンジントルクを、横軸
にエンジン回転数をとったエンジン性能の基礎データを
示す特性グラフである。図１３において、点線Ａは吸気
管に長さａのダクトを設けた場合を、二点鎖線Ｂは長さ
ａ＋α（α＝４５±１０ｍｍ）のダクトを設けた場合
を、実線Ｃは長さａとａ＋αの２つのダクトを設けた場
合をそれぞれ示している。前記Ｂから明らかなように、
Ａに対し長さａ＋αのダクトを設ける場合は、エンジン
の低回転数領域において高いトルクが得られるが、エン
ジンの回転数によってトルクの山谷が頻繁に発生し、ま
たトルク値の変化の回転数による差も大きくなる。

【００３２】しかも、前記ＡとＢは互いに逆相となって
発生する。このため、前記ＡとＢの特性をもつダクトを
各気筒に設けるとき、これらＡとＢは、線で重なる領域
がなく、点でしか交差しないので、Ａ，Ｂの間で大きな
トルク差を招くことなく切り替えるのが難しい。つま
り、ＡとＢの交差点Ｑに対応する一定回転数で切替えを
行うように制御しても、実際の切替えでは、この交差点
Ｑから外れる場合が多いが、交差点Ｑを僅かでも外れて
ＢからＡへ切り替えを行うと、高速用Ａと低速用Ｂ間の
トルクギャップＧ１が大きいので、エンジンの出力特性
を低下させる。ところが、前記Ｃのように、ａと２ａの
異なる長さを組み合わせた場合は、前記Ａ，Ｂの山谷の
差が互いに打ち消されて、比較的滑らかな勾配となるの
で、交差点Ｑを外れた回転数でＣからＡへ切り替えて
も、トルクギャップＧ２は小さい。

【００３３】図１４は縦軸にエンジントルクを、横軸に
エンジン回転数をとった本発明のエンジンの性能を示す
特性図である。同図において、実線Ｄは吸気管に短通路
として所定長さｂの通路を設けた場合を、破線Ｅは長通
路として、前記ｂよりも長い長さｂ＋ｃの通路と、長さ
ｂ＋ｃ＋α（α＝４５±１０ｍｍ）の通路を設けた場合
をそれぞれ示している。図１４から明らかなように、前
記破線Ｅは、比較的ゆるやかな勾配となるだけではな
く、エンジンの回転数が一定の領域Ｓにあるとき、前記
実線Ｄに近接する。よって、この近接する領域Ｓ内の位
置Ｆにおいて低速用のＥから高速用のＤへトルク差を招
くことなく容易に切り替えられる。また、破線Ｅは低速
から中速領域にわたる広い領域で高いトルク性能を有し
ているので、この破線Ｅと高速領域で高いトルク性能が
得られる前記実線Ｄを組み合わせて、これらの線Ｅ，Ｄ
を前記Ｆ位置で連続させた同図の太い破線および太い実
線に沿ってエンジンの制御を行うことにより、低速から
高速の広い領域にわたって大きなトルクが得られる。

【００３４】以上の実施形態では、４気筒４サイクルエ
ンジンについて説明したが、本発明はこれ以外の２気筒
や多気筒４サイクルエンジンおよび多気筒２サイクルエ
ンジンにも適用できる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明の吸気装置によれ
ば、広い回転域において高い充填効率を確保しながら、
長短通路を切り替えるときのトルクの変化を小さくし
て、エンジンの出力特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸気装置を装着した４サイクルエンジ
ンの一部を切欠いた側面図である。

【図２】図１のＩＩーＩＩ線に沿ったエアクリーナケー
スの断面図である。

【図３】吸気管の縦断面図である。

【図４】回転バルブの正面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線方向から見た回転バルブの断面
図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った回転バルブの断面
図である。

【図７】エンジンの低速回転を行う場合の回転バルブの
位置を示す吸気管の縦断面図である。

【図８】エンジンの高速回転を行う場合の回転バルブの
位置を示す吸気管の縦断面図である。

【図９】回転バルブの弁体が短通路を開放する第１の弁
位置と長通路を開放する第２の弁位置との中間に位置し
た状態を示す吸気管の縦断面図である。

【図１０】図９の矢印Ｘ方向から見た矢視図である。

【図１１】前記回転バルブの弁体が吸気量適正化位置に
位置された状態を示す吸気管の縦断面図である。

【図１２】回転バルブを制御するための制御回路を示す
ブロック図である。

【図１３】エンジン性能の基礎データを示す特性図であ
る。

【図１４】本発明のエンジン性能を示す特性図である。

【符号の説明】

２…エンジン、４…吸気管、６…吸気通路、７…回転バ
ルブ、２１…気筒、３１…スロットルバルブ、４１…短
通路、４２…長通路、４２ａ…第１通路、４２ｂ…第２
通路、４３…分岐部、７０…弁体、７４…切込み部、８
３…吸気量適正化手段、Ｐ１，Ｐ２…通路中心線、Ｇ１
…回転バルブの回転軸心、Ｇ２…通路交点

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 27/02 F02M 35/10 F02M 35/104 F02M 35/16

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの吸気通路を複数有し、各吸気
   通路の上流側が通路長の短い短通路と短通路よりも通路
   長の長い長通路とに分岐しており、 その分岐部に、前記短通路と長通路とをエンジン回転数
   の大小に応じて選択的に開放する回転バルブが設けら
   れ、 前記複数の長通路は、２つ以上の相異なる通路長さに設
   定されている吸気装置。
2. 【請求項２】 エンジンの吸気通路の上流側が通路長の
   短い短通路と短通路よりも通路長さの長い長通路とに分
   岐しており、 その分岐部に、前記短通路と長通路とをエンジン回転数
   の大小に応じて選択的に開放する回転バルブが設けら
   れ、 前記回転バルブの弁体に、弁体が短通路を開放する第１
   の弁位置と長通路を開放する第２の弁位置との間の位置
   にあるときに吸気通路の両側部を広く開放するように、
   切込み部が形成されている吸気装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、エンジンは複数の気
   筒を持ち、前記短通路および長通路は前記各気筒に１つ
   ずつ設けられ、前記複数の長通路は、比較的短い少なく
   とも１つの第１通路と、これよりも長い少なくとも１つ
   の第２通路を有している吸気装置。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかにおいて、前
   記吸気通路に設けられたスロットルバルブの閉止動作に
   連動して、前記回転バルブを吸気通路を狭くすることに
   より吸気量を適正化する吸気量適正化位置に回動させる
   吸気量適正化手段を備えた吸気装置。