JP3731240B2 - 多気筒エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多気筒エンジンの吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多気筒エンジンにおいて、その出力向上のために吸気系にサージタンク及びレゾナンスチャンバーを設け、共鳴効果及び慣性効果を利用して吸気の動的過給を行なうことは一般に行なわれている。この場合の共鳴効果は、吸気行程で吸気管内に生じた圧力振動（吸気脈動）に、レゾナンスチャンバーの気柱固有振動数を同調させることによって所定のエンジン回転域において過給効果を得るものであり、同調点で脈動が減衰する一方、その両側のエンジン回転域においては過給効果が得られてエンジンの出力トルクが上昇することになる。一方、慣性効果は、吸気行程で吸気管内に生じた負圧波がサージタンクで正圧波に反転することを利用し、該正圧波が所定のエンジン回転域において吸気弁の閉弁直前の吸気口に作用するようにして過給効果を得るものである。
【０００３】
このような動的過給効果を得ることができる多気筒エンジンの一例が特開平３−２６０３６７号公報に記載されている。このものは、サージタンクと各気筒とを互いに独立の吸気通路で接続し、該サージタンクに各気筒に共通の上流側吸気通路をするとともに、サージタンクよりも容積が小さいレゾナンスチャンバーを連通させている。また、各独立吸気通路は横長になった大容積のサージタンクから互いに平行に延設され、途中から相隣る独立吸気通路の間隔が漸次広がって各気筒に接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、大容積のサージタンクは、負圧波を反転させて得られる正圧波のレベルが高くなるため、特定のエンジン回転域において上述の慣性過給効果を高めエンジン出力を高める上では有利になるものの、該回転域の両側（高回転側及び低回転側）では該慣性効果の反動のために逆にエンジンの出力が大きく低下し、特に低回転側での出力低下が問題になる。これに対して、レゾナンスチャンバーによる共鳴効果を利用して出力低下を補うことが考えられるが、そのチャンバー容積が小さいことから低回転側で共鳴の同調を得ることには不利であり、また、出力低下が大きいからこれを十分に補うことも難しい。
【０００５】
また、サージタンクの容積が大きいということは、上流側の共通吸気通路を流れてくる吸気がサージタンクにおいて一旦大きく拡張する、ということであり、各独立吸気通路に吸気を円滑に導く上では不利になる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、このような課題に対し、サージタンクとレゾナンスチャンバーとを、従来と逆にサージタンク容積が小さくレゾナンスチャンバー容積が大きいように形成すれば、特定のエンジン回転域で得られる慣性過給効果は少し低くなるものの、その両側の回転域での大きな出力低下を抑制することができること、そして、レゾナンスチャンバーの容積が大きくなる分、低回転側で共鳴過給効果を得て上記出力低下を補うことが容易になり、エンジン回転数のほぼ全域にわたってトルクの谷のない高い出力を得ることができること、しかも、上流側の共通吸気通路、サージタンク及び独立吸気通路群の配置を適切なものにすれば、サージタンクの容積が小さいことを利用して吸気抵抗の低減、並びに各気筒への吸気の分配性の向上を図ることができることを見出だし、本発明を完成するに至ったものである。以下、具体的に説明する。
【０００７】
この出願の発明では、圧力波を反転させるための容積を有するサージタンクと各気筒とは互いに独立した吸気通路によって接続して各気筒毎に慣性過給効果を得るようにし、また、このサージタンクにレゾナンスチャンバーを接続してその気柱固有振動数を所定のエンジン回転数において吸気脈動に同調させてそれよりも高回転域において共鳴過給効果を得るようにしている。そして、この場合にサージタンクとレゾナンスチャンバーとを、サージタンクの方がレゾナンスチャンバーよりも容積が小になるように形成することによって、限られたスペースでも大きな容積のレゾナンスチャンバーを形成することができるようにして、エンジンの出力トルクがエンジンのほぼ全回転域おいて平均的に上昇するようにしている。
【０００８】
すなわち、サージタンクの容積を小さくすることによって、慣性過給の効果が得られるエンジン回転域の両側の回転域での出力の低下を抑制している。そして、レゾナンスチャンバーの容積を大きくすることによって、上記慣性過給によって生ずるエンジン低回転側でのトルクの谷を上記共鳴過給の効果によって十分に埋めることができるようにし、全域にわたってトルクの谷のない平均化した高いトルクを実現できるようにしている。
【０００９】
ここに、レゾナンスチャンバーの気柱固有振動数の同調点では理論的にはトルクの低下を来すはずであるが、実際にはエンジン低回転側での同調であるからトルクの低下はほとんどみられない。これに対して、上記慣性過給によるエンジン低回転側のトルクの谷を共鳴過給効果によって埋めるために、仮にレゾナンスチャンバーの上記同調点を該エンジン低回転域よりも高回転側にもってくるとすると、高回転側であるがゆえに当該同調によるトルクの低下が顕著になり、上記慣性過給効果が相殺される。
【００１０】
そうして、この出願の発明において重要な点は、上述の如くサージタンク容積を小さくすることを、レゾナンスチャンバーの容積拡大に利用しただけでなく、吸気抵抗の低減に利用し、さらには各気筒への吸気の分配性の向上に利用した点である。
【００１１】
すなわち、サージタンクの容積が小さいから、吸気は上流側の共通吸気通路からサージタンクに流入するときの拡張が少なくなって、各独立吸気通路へ円滑に流れ易くなる（吸気抵抗の低減）。しかも、この出願の発明では、上記独立吸気通路群を、上記容積の小さなサージタンクから該サージタンクを中心として扇形に広がって延びていくように配置することによって各気筒に対する吸気の分配に偏りを生じにくくし（分配性の向上）、さらに、上記共通吸気通路から上記サージタンクに流入する吸気の流入方向が、該サージタンクから各独立吸気通路に流出する吸気の流出方向のうちの少なくとも一つの流出方向と同方向となるように当該共通吸気通路、サージタンク及び独立吸気通路をレイアウトすることにより、吸気の円滑な流れを実現し各気筒の吸入効率を高めている。
【００１２】
この出願の他の発明は、さらに、上記サージタンクを、上記共通吸気通路の接続部を中心として上記独立吸気通路群が接続された部分に向かって末広になった扇形に、しかも上記独立吸気通路群の扇形配置の中心にあって該扇形に略相似の扇形になるように形成することによって、上流側の共通吸気通路からサージタンクを介して各独立吸気通路に吸気が円滑に流れるようにし、吸入効率の向上ないしは分配性の向上を図っている。
【００１３】
この出願のさらに他の発明は、上記独立吸気通路群の扇形配置及び上記サージタンクの扇形の広がり角度を９０度以下として、上記上流側の共通吸気通路→サージタンク→各独立吸気通路、という吸気の流れがさらに円滑なものになるようにしている。
【００１４】
この出願のさらに他の発明は、上記各独立吸気通路とサージタンクとの接続口を、上記扇形の広がりに直交する方向の縦長に形成して該扇形の広がり方向に並設することによって、各独立吸気通路の必要な通路面積を確保しながら、容積の小さなサージタンクから各独立吸気通路を扇形に広げて配置することをできるようにしている。
【００１５】
この出願のさらに他の発明は、上記共通吸気通路の気柱固有振動数が、上記レゾナンスチャンバーの気柱固有振動数が同調するエンジン回転数よりも低回転側において吸気脈動に同調し、上記レゾナンスチャンバーによる共鳴過給効果が現れるエンジン回転域よりも低回転側において共鳴過給効果が現れるものである。これにより、エンジンの低回転側での出力トルクの向上を図り、エンジンの全回転域にわたる高トルクの実現に有利になるようにしている。ここに、上記共通吸気通路は複数の気筒に対する吸気を賄う関係で通路面積が大きくなる。従って、低回転側での共鳴過給に必要な容積の確保が容易になるものである。
【００１６】
【発明の効果】
従って、この出願の発明によれば、サージタンクの容積を小さくしてレゾナンスチャンバーの容積を大きくすることによって、エンジンの全回転域にわたって平均して高い出力トルクを得ることを容易にしながら、さらに、小さなサージタンクから各独立吸気通路を扇形の広がりをもって延設するとともに、共通吸気通路からサージタンクに対する吸気の流入方向と該サージタンクから少なくとも一つの独立吸気通路に対する吸気の流出方向とを同方向としたから、吸気抵抗が低減するとともに吸気の分配性が向上し、エンジンの全回転域にわたるエンジン出力の向上に有利になる。さらに、上記サージタンクを扇形に形成すれば、さらには扇形の広がり角度を９０度以下にすれば、上記吸気抵抗の低減及び吸気の分配性の向上に有利になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜吸気装置の構造＞
図１には自動車の多気筒（４気筒）エンジンの吸気装置の全体構成が示されている。同図において、１はエンジン本体、２は該エンジン本体１の吸気マニホールド、３は該吸気マニホールド２にスロットル弁を有するスロットルボディ４を介して接続された各気筒に共通の吸気通路、５は該共通吸気通路３の上流端に設けられたエアクリーナである。吸気マニホールド２は、共通吸気通路３が接続されたサージタンク６と、該サージタンク６から分岐して各気筒に延びる互いに独立した独立吸気通路７ａ〜７ｄと、該サージタンク５に連通路を介して接続されたレゾナンスチャンバー８とを備えてなる。
【００１８】
また、共通吸気通路３から延設されたＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）用通路１０がスロットルボディ４をバイパスしてレゾナンスチャンバー８にＩＳＣバルブ１１を介して接続され、さらに、該ＩＳＣ用通路１０には専用のレゾネータ１２が連通路１３を介して接続されている。
【００１９】
図２及び図３に示すように、レゾナンスチャンバー８は、サージタンク６の下に配置されていて、該サージタンク６及びレゾナンスチャンバー８の側面同士が連通路１５によって接続されている。そして、レゾナンスチャンバー８の容積はサージタンク６の容積の１．５〜３倍になっている。換言すれば、サージタンク６はかなり小さいものに形成されている。
【００２０】
そうして、上記容積が小さいサージタンク６は、平面視においてスロットルボディ４に対する接続部を中心として独立吸気通路７ａ〜７ｄが接続された部分に向かって末広になった扇形に形成されている。そして、独立吸気通路７ａ〜７ｄは、その上流側部分がサージタンク６から該サージタンク６を中心として同様の扇形に広がって延びていくように配置されている。すなわち、サージタンク６は独立吸気通路７ａ〜７ｄの扇形配置の中心にあって、この配置形状とサージタンク６の扇形とは略相似になっている。また、これらの扇形の広がりは９０度以下（図面に示す実施例は約８０度）に設定されている。
【００２１】
共通吸気通路３、サージタンク６及び独立吸気通路７ａ〜７ｄの三者をみると、共通吸気通路３からサージタンク６に流入する吸気の流入方向が、該サージタンク６から独立吸気通路７ａ〜７ｄのうちの中央の２つの独立吸気通路７ｂ，７ｃに流出する吸気の流出方向と同方向となるように、当該共通吸気通路３、サージタンク６及び独立吸気通路７ａ〜７ｄが配置されている。
【００２２】
各独立吸気通路７ａ〜７ｄは、上記上流側の扇形配置部分から互いに平行になって湾曲しながら図４及び図５に示すようにレゾナンスチャンバー８の下方へ回り込み、エンジン本体１の各気筒に接続されている。また、各独立吸気通路７ａ〜７ｄは、図３に示すように、サージタンク６との接続口９ａ〜９ｄが、上記扇形の広がりに直交する方向の縦長に形成され且つ該扇形の広がり方向に並設されており、各々の通路断面形状は上記縦長から、漸次真円形になるように変化しさらに横長の楕円形になるように漸次変化してエンジン本体１の各気筒に接続されている。
【００２３】
図４に示すように、レゾナンスチャンバー８の上記連通路１５とは反対側の側面には、ＩＳＣバルブ１１を接続するための接続口１６が開口している。そして、この接続口１６の脇にＩＳＣ通路１０に専用レゾネータ１２が配置されている。図１から明らかなように、共通吸気通路３は各気筒に対する吸気を賄うため大径に形成され、ＩＳＣ用通路１０は小径に形成されている。
【００２４】
＜吸気装置の特性＞
−動的効果について−
各独立吸気通路７ａ〜７ｄは、図６に示すように、エンジンの高回転域において慣性過給効果が現れるように、その気柱固有振動数が設定されている。しかし、上述の如くサージタンク６の容積が小さい。このため、同図に１点鎖線で示すように該高回転域に当該慣性過給によって得られるエンジンの出力トルクの山はそれほど大きくなく、従って、その両側の回転域でのトルクの落ち込みも小さい。同図に破線で示す特性は参考のためにサージタンク容積を大きくした場合の慣性過給効果を示すものである。
【００２５】
レゾナンスチャンバー８は、その気柱固有振動数が上記慣性過給効果によって低回転域に生じたトルクの谷よりもさらに低回転側で吸気脈動に同調するように形成されている。従って、該同調点よりも高回転側で共鳴過給効果が得られ、上記慣性過給効果によるトルクのピーク点よりも低回転側に生じているトルクの谷が当該共鳴過給効果によって埋められる。よって、上記慣性過給効果と共鳴過給効果との合成によって、全体としては図６に細い実線で示すようにエンジンの略全回転域においてエンジン出力が高まったトルク特性が得られる。
【００２６】
ここに、上記レゾナンスチャンバー８の上記同調点では理論的には減衰によってトルクの低下を来すことになるが、実際には同調点がエンジン低回転域であるためには該減衰によるトルク低下がほとんどみられない。
【００２７】
また、上記レゾナンスチャンバー８の気柱固有振動数は、共通吸気通路３の気柱固有振動数との関係でみると、該共通吸気通路３の気柱固有振動数よりも該振動数の１５％強ほど高い方に離れた振動数に設定されている。つまり、共通吸気通路３の固有振動数は、レゾナンスチャンバー８の同調点よりも低回転側において吸気脈動に同調するようになっている。従って、当該共通吸気通路３による共鳴過給効果が、レゾナンスチャンバー８による共鳴過給効果が現れるエンジン回転域よりも低回転側に現れ、図６に２点鎖線で示すようにエンジン低回転側でのトルクが上昇する。
【００２８】
−吸気抵抗低減・吸気分配性向上について−
上記吸気装置においては、サージタンク６の容積が小さく、しかも共通吸気通路３の接続部を中心に扇形に広がってその前方に４つの独立吸気通路７ａ〜７ｄの縦長の接続口９ａ〜９ｄが横に並んでいるから、吸気が共通吸気通路３からサージタンク６を通って各独立吸気通路７ａ〜７ｄに流れるときのサージタンク６によって受ける吸気抵抗が小さく、また、各独立吸気通路７ａ〜７ｄに対する吸気の分配にも偏りが少なくなる。
【００２９】
そして、上記独立吸気通路７ａ〜７ｄのうちの中央の２つの吸気通路７ｂ，７ｃに関しては、共通吸気通路３からサージタンク６を介して吸気が直線的に流入してくることになるから、吸気の流れが円滑なものになる。一方、両側の吸気通路７ａ，７ｄに関しては、扇形になったサージタンク６の側壁の延長方向に延びているから、吸気の流れに抵抗が少ない。しかも、上記扇形の広がり角度が鈍角になっているから、中央の吸気通路７ｂ，７ｃとその両側吸気通路７ａ，７ｄとの吸気抵抗の差も小さい。
【００３０】
以上の理由から、各気筒の吸入効率が高くなり、そのため、エンジンの出力トルクが図６に太い実線で示すようにエンジンの全回転域においてさらに上昇するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多気筒エンジンの吸気装置の全体構成を示す平面図。
【図２】同吸気装置の吸気マニホールド部分の平面図。
【図３】同吸気マニホールド部分の正面図。
【図４】同吸気マニホールド部分の左側面図。
【図５】同吸気マニホールド部分の右側面図。
【図６】エンジン回転数とその出力トルクとの関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 吸気マニホールド
３ 共通吸気通路
４ スロットルボディ
５ エアクリーナ
６ サージタンク
７ａ〜７ｄ 独立吸気通路
８ レゾナンスチャンバー
９ａ〜９ｄ 接続口
１０ ＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）用通路
１１ ＩＳＣバルブ
１２ 専用レゾネータ
１３ 連通路
１５ 連通路
１６ 接続口

Claims (5)

1. 多気筒エンジンの各気筒に各々の先端が接続された互いに独立した吸気通路と、これらの独立吸気通路の各基端が接続された各気筒共通のサージタンクと、該サージタンクに吸気を供給する各気筒共通の吸気通路とを備えていて、気柱固有振動数が所定のエンジン回転数で吸気脈動に同調し該エンジン回転数よりも高回転域において共鳴過給効果が現れるように形成されたレゾナンスチャンバーが上記サージタンクに連通している多気筒エンジンの吸気装置において、
   上記サージタンクとレゾナンスチャンバーとは、サージタンクの方がレゾナンスチャンバーよりも容積が小さくなるように形成され、
   上記独立吸気通路群は、上記サージタンクから該サージタンクを中心として扇形に広がって延びていくように配置されているとともに、
   上記共通吸気通路から上記サージタンクに流入する吸気の流入方向が、該サージタンクから各独立吸気通路に流出する吸気の流出方向のうちの少なくとも一つの流出方向と同方向となるように、当該共通吸気通路、サージタンク及び独立吸気通路が配置されていて、
   上記各独立吸気通路が、上記共鳴過給効果が現れるエンジン回転域よりも高回転側において慣性過給効果が現れるように気柱固有振動数を設定して形成されていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
2. 請求項１に記載されている多気筒エンジンの吸気装置において、
   上記サージタンクが、上記共通吸気通路の接続部を中心として上記独立吸気通路群が接続された部分に向かって末広になった扇形に、しかも上記独立吸気通路群の扇形配置の中心にあって該扇形に略相似の扇形に形成されていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
3. 請求項２に記載されている多気筒エンジンの吸気装置において、
   上記独立吸気通路群の扇形配置及び上記サージタンクの扇形の広がり角度が
   ９０度以下であることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
4. 請求項１に記載されている多気筒エンジンの吸気装置において、
   上記各独立吸気通路とサージタンクとの接続口が、上記扇形の広がりに直交する方向の縦長に形成され且つ該扇形の広がり方向に並設されていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
5. 請求項１に記載されている多気筒エンジンの吸気装置において、
   上記共通吸気通路の気柱固有振動数が、上記レゾナンスチャンバーの気柱固有振動数が同調するエンジン回転数よりも低回転側において吸気脈動に同調し、上記レゾナンスチャンバーによる共鳴過給効果が現れるエンジン回転域よりも低回転側において共鳴過給効果が現れることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。

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