JP4206536B2

JP4206536B2 - 吸気管装置

Info

Publication number: JP4206536B2
Application number: JP33708198A
Authority: JP
Inventors: 雅彦久保; 公二郎岡田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP2000161162A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン（内燃機関）のシリンダ内に吸気などの流体を導く吸気管装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用多気筒エンジン（内燃機関）の各シリンダ内に吸気（空気あるいは空気と燃料との混合気）等の流体を導く吸気管装置は、各気筒のシリンダから延びる吸気管を集合するサージタンクを備えている。そして、シリンダ内に流入する吸気の効率は、吸気管内に生じる吸気脈動を利用して過給（慣性過給）することで向上できる。このため、エンジン回転数が低い時には吸気管長を長くし、エンジン回転数が高い時には吸気管長を短くすることが慣性過給効果を最大限に利用する上で好ましく、例えば、その一例として特開平９−１２５９６７号公報に開示されている技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示されている技術では、一端がサージタンクに接続しかつ他端がエンジンのシリンダ内に吸気を導く吸気多岐管に接続したケーシングと、このケーシングの他端に設けられた固定吸気管と、この固定吸気管に摺動自在に設けられた可動吸気管とを備えた構成となっている。このため、可動吸気管が最長位置となってサージタンク側と接続する状態ではケーシングと可動吸気管外周との間に形成される閉空間部（収容室）が吸気に関与しない無駄な空間として存在してしまう。この閉空間部は、可動吸気管のほぼ全長に亘ってケーシング内に存在することになり、かなりの容積を有するものとなる。吸気管装置自体が大型化する傾向となっていた。
【０００４】
また、可動吸気管が最長位置にある場合に合せてサージタンクの容積を設定すると、可動吸気管が最長位置以外の位置にある場合には、サージタンクの容積が上記閉空間容積分、増加することになるので、実質的なサージタンク容積が過大になり、十分なエンジンの出力応答性が確保できないことがある。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題を鑑みて、その目的は、吸気流路の長さを変更可能な吸気管装置において、小型化を図れ、エンジンの出力応答性の悪化を抑制することが出来る吸気管装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の吸気管装置では、吸気が流入する吸気流入口を有する容積部材と、前記容積部材に接続されかつ内燃機関のシリンダ内へ吸気を導く固定吸気管と、前記容積部材内に設けられ、前記吸気流入口を含む第１室と、前記固定吸気管が接続され、吸気流出口を含む第２室とに前記容積部材を仕切る隔壁と、前記隔壁に設けられかつ前記第１室と前記第２室とを連通する第１の連通部と、一端部が前記第１の連通部に接続される第１の位置及び前記第２室内に開口する第２の位置の間で変位自在に前記容積部材内に設けられ、他端部が前記固定吸気管に接続される可動吸気管と、前記第１室と前記第２室とを常時連通する第２の連通部と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動吸気管の変位位置を制御する制御装置と、を備え、前記第２室内面と前記可動吸気管外面とにより形成される閉空間部の容積、及び、前記第２の連通部の流路断面積とは、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動吸気管が前記第１の位置に変位して設けられる際に、前記内燃機関により発生する脈動波と共鳴する周波数を有するように設定されている構成としている。
【０００７】
このため、例えば、制御装置により内燃機関の運転状態に応じて可動吸気管を、吸気流路を最長とする第１の位置と最短とする第２の位置との間で変位させることで、所謂慣性過給作用を利用することができ、内燃機関の出力トルクを向上することができる。
【０００８】
また、第１室と第２室とを第２の連通部により連通しているため、容積部材の容積を前記第２室と可動吸気管外周との間に形成される閉空間の容積を考慮して設定することができるので、容積部材を小型化できコスト低減や軽量化を図れると共に、エンジンの出力応答性の悪化を抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図１から図４を参照して説明する。
【００１０】
吸気管装置１は、図１及び図２に示すようにエンジンのシリンダヘッド２に連結され、このシリンダ（図示せず）内に流体としての吸気を導く装置であって、サージタンク３と、固定吸気管４と、可動吸気管５と、制御手段としての制御装置７などを備えている。
【００１１】
サージタンク３は、所定容積を有するよう中空の箱状に形成され、その内部に略長手方向（図１における左右方向）に沿って吸気を流す流路が形成されている。また、サージタンク３は、その内部に固定吸気管４及び可動吸気管５を内部に設けているとともに、サージタンク３としての機能も有するハウジング６が接続している。なお、このサージタンク３とハウジング６とで本明細書に記した容積部材を形成している。
【００１２】
そして、サージタンク３とハウジング６との間には隔壁８が設けられ、この隔壁８により容積部材はサージタンク３側の第１室３Ａとハウジング６側の第２室６Ａとに区画されている。なお、第１室３Ａは後述する吸気流入口５０（図４及び図５に示す）を含んでおり、第２室６Ａは後述する吸気流出口６０（図２に示す）を含んでいる。
【００１３】
そして、隔壁８には、前記サージタンク３の内側と外側とを互いに連結する第１の連通部としての吸気供給管９を前記シリンダと同数設けている。これら吸気供給管９は、図３に示すように、互いの中心が略直線上に位置するよう設けられ、それぞれ、断面が円環状のパイプに形成されている。
【００１４】
サージタンク３は、その長手方向の一端部（上端部）が吸気流入口５０（図４及び図５に示す）として開口しており、この流入口５０には図４などに示すように、スロットル弁１０を内部に有する吸気通路１００が接続されている。スロットル弁１０は、図１に示すように、サージタンク３の一端部側でかつ前記流路の上流側に設けられている。図示例において、スロットル弁１０は、円板状の弁体１１と弁棒１２とを備え、かつ弁棒１２を中心として図示中の矢印Ｒに回動自在なバタフライ弁として構成されている。
【００１５】
前述の構成によって、スロットル弁１０は、前記サージタンク３の流路を遮断してこのサージタンク３内に吸気を導かない状態と、前記サージタンク３の流路を開放してこのサージタンク３内に吸気を導く状態とを切換えるようになっている。
【００１６】
固定吸気管４は、ハウジング６に接続し、かつ前記シリンダと同数設けられているとともに、それぞれがパイプ状に形成される。固定吸気管４は、それぞれ一端部１３が前記シリンダに連通するよう接続されている。また、固定吸気管４の一部は、容積部材内の吸気が流出する吸気流出口６０（図２に示す）を兼ねている。固定吸気管４の他端部１４はそれぞれハウジング６内に開口している。なお、固定吸気管４は、本明細書に記した吸気管をなしている。
【００１７】
可動吸気管５は、前記シリンダおよび固定吸気管４と同数設けられ、かつ前記固定吸気管４の他端部１４と嵌合して設けられている。固定吸気管４と可動吸気管５との間には、互いに流体密に接続するパッキン１５が設けられている。
【００１８】
前記可動吸気管５は、その一端部１６が前記吸気供給管９に届いて接続して、前記固定吸気管４とでなす吸気流路が最長となる図２及び図４に示す第１の位置と、前記吸気供給管９から離れて一端部１６が第２室６Ａ内に開口して、前記吸気流路が最短となる図５に示す第２の位置と、に亘つて図２中の矢印Ｊに沿って移動自在となっている。可動吸気管５は、その他端部１９が固定吸気管４に接続している。
【００１９】
可動吸気管５は、前記第１の位置に変位した際に、前記吸気供給管９と流体密にして接続して、前記吸気通路１００を介して前記サージタンク３に導かれた吸気を、前記吸気供給管９との接続部をなどから漏らすことなく、この吸気供給管９を介して固定吸気管４及びシリンダ内に導くようになっている。
【００２０】
なお、可動吸気管５が少しでも前記第１の位置から第２の位置へ向かって、即ち図示中の矢印Ｊ１に沿って変位すると、後述するように、吸気が前記吸気供給管９と可動吸気管５との間から漏れてハウジング６内に侵入するようになっている。
【００２１】
また、前記可動吸気管６は、それぞれ、一端が可動吸気管５に連結されかつ他端が図１及び図２に示す可動吸気管駆動手段としてモータ１７の回転軸に連結された図示しないアーム部材を介して、モータ１７の駆動力によって、前記第１の位置と第２の位置とに亘つて矢印Ｊに沿って移動されるようになっている。
【００２２】
ハウジング６は、すべての前記固定吸気管４と可動吸気管５と吸気供給管９とを覆って、その内部を閉空間に保った状態で、前記サージタンク３に取付けられている。ハウジング６は、可動吸気管５が第１の位置から第２の位置に向かって移動した際に、吸気供給管９を介してハウジング６内部に流入した吸気を外部に漏らさないようになっている。前述した構成によって、ハウジング６は、前記隔壁８によってサージタンク３と仕切られた閉空間を有して、サージタンク３に設けられている。
【００２３】
また、前記サージタンク３の前述した隔壁８には、図２に示すように可動吸気管５が第１の位置に変位した際に、この可動吸気管５の外面とハウジング６の内面とによって形成される閉空間部Ｍと、第１室３Ａとを連通する第２の連通部としてのパイプ状のレゾネータ管１８が、図３に示すように設けられている。
【００２４】
このため、閉空間部Ｍと第１室３Ａとがレゾネータ管１８により連通しているので、可動吸気管５が第１位置から第２位置に変位しても、容積部材の内部容積が急激に増大することがないため、スロットル弁１０の開度変化に対する吸入空気量の変化が鈍くなる（エンジンの出力応答性が悪化する）ことを抑制することができる。
【００２５】
また、閉空間部Ｍの容積及びレゾネータ管１８の流路断面積は、低中速域における所定回転数において、吸気装置の通路内で発生する脈動波と共鳴する周波数を有するよう最適な値に設定されている。このため、ハウジング６が上記所定回転数において、所望の共鳴過給作用をも得ることができる。
【００２６】
前記制御装置７は、公知のマイクロプロセッサ等を備えた演算装置であり、前記モータ１７と接続しており、このモータ１７の駆動を制御するようになっている。この制御装置７は、既存の装置であるＥＣＵ（Engine Control Unit ）などに機能を追加して構成されるのが望ましく、またマイクロプロセッサ等を備えた専用の演算装置としても良い。
【００２７】
制御装置７は、エンジン回転数が例えば所定値としての３０００ｒｐｍ以下などの所定低中速域では、前記可動吸気管５が第１の位置１に変位するようにモータ１７を制御するようになっている。
【００２８】
具体的には、制御装置７は、エンジン回転数が前述した所定値を越える前記所定低中速域より高い回転数となると、前記可動吸気管５が第１の位置から第２の位置に向かって矢印Ｊ１に沿って移動するように、前記モータ１７を駆動するようになっている。なお、このとき、前記可動吸気管５は、前記固定吸気管４とでなす吸気流路の長さが慣性過給作用を発揮できる適切な長さとなるように、連続して移動されるようになっている。
【００２９】
前述した構成によれば、前記吸気管装置１は、エンジン回転数が前述した所定値以下の低中速域においては、図４に示すように、前記可動吸気管５と前記吸気供給管９とが互いに接続しているので、サージタンク３内に導かれた吸気は、図示中の矢印Ａに沿って前記可動吸気管５、固定吸気管４、第２吸気通路を介してシリンダ内に導かれるとともに、図示中の矢印Ｂに沿ってレゾネータ管１８を介してハウジング内に導かれる。
【００３０】
前記矢印Ｂに沿って、ハウジング６内に導かれた吸気は、前記低中速域の所定のエンジン回転数におけるシリンダの吸気弁の開閉動作によつて、共鳴する。そして、この所定回転数における共鳴によって、吸気が可動吸気管５および固定吸気管４などを介してシリンダ内に過給される所謂共鳴過給作用が生じる。シリンダ内に流入する吸気が過給されるので、エンジンの発生トルクが向上することとなる。また、このとき、ハウジング６内において吸気が共鳴するので、吸気音を低減することとなる。
【００３１】
このように、前記可動吸気管５が第１の位置へ変位した際に、ハウジング６が従来から用いられてきたレゾネータ（共鳴器）と同様の役劃を果たすこととなって、所定のエンジン回転数において共鳴過給作用をなすこととなる。
【００３２】
そして、エンジン回転数が上昇すると、可動吸気管５が第１の位置から第２の位置に向かって徐々に移動する。そして、図５に示すように吸気は、前記矢印Ｂに沿つてレゾネータ管１８を介してハウジング６内に流入するのにくわえ、図示中の矢印Ｃに沿って、吸気供給管９と可動吸気管６との間からもハウジング６内に流入する。
【００３３】
このとき、可動吸気管５は、固定吸気管４とでなす吸気流路の長さが、シリンダの吸気弁の開閉動作によって吸気が脈動してシリンダ内に過給される所謂慣性過給作用を生じる長さとなるように移動される。シリンダ内に吸気が過給されるので、エンジンの発生するトルクが向上することとなる。
【００３４】
本実施形態によれば、可動吸気管５が第１の位置に変位した際に、前述した共鳴過給作用によって吸気がシリンダ内に過給されてエンジンの発生するトルクが向上するため、慣性過給作用のみによって本実施形態と同等のエンジン発生トルクを得ようとする吸気管装置と比較して、前記固定吸気管４と可動吸気管５との長さを短くすることが可能となる。このため、吸気管装置１の軽量化及び小型化を図ることが可能となる。また、可動吸気管６が第１の位置に変位した際の吸気音を低減することも可能となる。
【００３５】
なお、前述した実施形態においては前記レゾネータ管１８を一つのみ備えた吸気管装置１を図示しているが、ハウジング６が共鳴過給作用をなすエンジン回転数を適切なものとするために、前記レゾネータ管１８を複数設けても良い。
【００３６】
この場合、より適切なエンジン回転数において共鳴過給作用を得られるとともに、吸気管装置１のレイアウト上一つのみのレゾネータ管１８によって所定のエンジン回転数において共鴫過給作用が得られない場合にも、容易に所定の流路断面積を得ることができるので、所望のエンジン回転数における共鳴過給作用を得ることができる。
【００３７】
また、本発明の構成は何ら実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、固定吸気管４をシリンダヘッド２側に形成される吸気通路と別体に構成したり、レゾネータ管１８をサージタンク３の外壁とハウジング６の外壁とで接続するよう構成したり、可動吸気管５を油圧駆動にしたりしても良く、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、容積部材の小型化を図れ、エンジン出力応答性の悪化を抑制することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す吸気管装置の平面図。
【図２】図１に示されたｉｉ−ｉｉ線に沿う断面図。
【図３】図２に示されたｉｉｉ−ｉｉｉ線に沿う断面図。
【図４】同実施形態の吸気管装置の可動吸気管が第１の位置に変位している際の吸気流路を模式的に示す図。
【図５】同実施形態の吸気管装置の可動吸気管が第２の位置に変位している際の吸気流路を模式的に示す図。
【符号の説明】
１…吸気管装置
３…サージタンク（容積部材）
３Ａ…第１室
４…固定吸気管（吸気管）
５…可動吸気管
６…ハウジング（容積部材）
６Ａ…第２室
７…制御装置
８…隔壁
９…吸気供給管（第１の連通部）
１６…一端部
１９…他端部
１８…レゾネータ管（第２の連通部）
５０…吸気流入口
６０…吸気流出口

Claims

吸気が流入する吸気流入口を有する容積部材と、
前記容積部材に接続されかつ内燃機関のシリンダ内へ吸気を導く固定吸気管と、
前記容積部材内に設けられ、前記吸気流入口を含む第１室と、前記固定吸気管が接続され、吸気流出口を含む第２室とに前記容積部材を仕切る隔壁と、
前記隔壁に設けられかつ前記第１室と前記第２室とを連通する第１の連通部と、
一端部が前記第１の連通部に接続される第１の位置及び前記第２室内に開口する第２の位置の間で変位自在に前記容積部材内に設けられ、他端部が前記固定吸気管に接続される可動吸気管と、
前記第１室と前記第２室とを常時連通する第２の連通部と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動吸気管の変位位置を制御する制御装置と、
を備え、
前記第２室内面と前記可動吸気管外面とにより形成される閉空間部の容積、及び、前記第２の連通部の流路断面積とは、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動吸気管が前記第１の位置に変位して設けられる際に、前記内燃機関により発生する脈動波と共鳴する周波数を有するように設定されていることを特徴とする吸気管装置。