JPH0128208B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、過給機を備えた多気筒エンジンの吸
気装置に関し、詳しくは吸気通路内に発生する吸
気圧力波を利用した過給効果によりエンジン高回
転時の充填効率を向上させるようにしたものに関
する。

（従来技術） 従来より、エンジンの吸気通路に過給機を設け
て、吸気を過給することにより、吸気の充填効率
を高めて出力向上を図るようにすることは知られ
ている。

また、従来、エンジンの吸気通路内に発生する
吸気圧力波により過給効果を得る技術として、実
公昭45−2321号公報に開示されているように、単
一気筒エンジンにおいて、吸気管を寸法の異なる
２本の通路に分け、かつそれぞれ別の吸気ポート
を有し、エンジン高回転時は２本の吸気通路を用
い、低回転時には閉塞位置の遅い方の吸気通路を
閉止し吸気を早目に閉塞することにより、吸気管
の寸法やエンジン回転数の関数である吸気の最大
圧力時点での吸気の閉塞による過給作用を利用し
て広範囲のエンジン回転域に亘つて好適な充填効
率を得るようにしたものが提案されている。しか
し、このものは、単一気筒のエンジンに対するも
のであつて、吸気通路内に発生する吸気圧力波を
どのように利用するのか、その構成、作用が定か
でなく、直ちに実用に供し得ないものであつた。

ところで、上記の如き過給機付エンジンにおい
ては、過給による吸気圧力の上昇により吸気温度
が高くなるため、エンジン低回転運転域、特に高
温高負荷低回転運転域でノツキングが発生しやす
いという問題がある。そのため、例えば排気ター
ボ過給機を備えたエンジンにおいては、タービン
上流の排気通路にウエイストゲート弁を設けて、
該ウエイストゲート弁をブロア下流の吸気圧力
（過給圧）によつて作動制御し、排気ガスの一部
をタービンをバイパスして流下させることによ
り、ブロア（過給機）下流の吸気圧力を設定値を
越えないように一定に保持して、ノツキングの発
生防止を図ることがなされている。

しかるに、このようにウエイストゲート弁等に
より過給圧の上限値を規則制御した場合、エンジ
ン高回転運転域では過給機下流の吸気圧力（過給
圧）は一定のままで排気ポートにかかる排気圧力
よりも小さいものとなつてしまう。このため、本
来高出力を要するエンジン高回転運転域で充填効
率を十分に向上できず、所望の高出力が得られな
い嫌いがあつた。

（発明の目的） そこで、本発明はかかる点に鑑み、上記の如き
過給機付エンジンの吸気特性として、排気ポート
にかかる排気圧力が過給機下流の吸気圧力よりも
大きくなるエンジン高回転運転域では、吸気ポー
ト開口時には燃焼室の残留排気ガスの圧力によつ
て吸気が圧縮され、吸気通路内の吸気ポート部分
に上記排気圧力と同等の圧力の強い圧縮波が発生
することを知見し、この知見に基づいて、過給機
付多気筒エンジンでは一つの気筒での上記吸気ポ
ート開口時の圧縮波を該気筒の吸気ポート開口後
最も早く吸気ポートを閉じる他の気筒の特に吸気
の吹き返しが生じる吸気ポート閉口直前に作用せ
しめれば効果的に過給効果が得られること（以
下、排気干渉効果という）に着目してなされたも
のであり、この排気干渉効果による過給効果によ
り、既存の吸気系の僅かな設計変更による簡単な
構成でもつて、エンジン高回転運転域での充填効
率を有効に高めて出力向上を図ることを目的とす
るものである。

（発明の構成） この目的を達成するための本発明の技術的解決
手段は、過給機を備えた多気筒エンジンにおける
過給機下流の吸気通路において各気筒間の吸気通
路長さを、吸気行程が連続する気筒間で同一に
し、かつ排気ポートに作用する排気圧力が過給機
下流の吸気圧力よりも大きくなるエンジン運転域
で、各気筒の吸気ポート開口時に該吸気ポートに
発生する圧縮波が該気筒の吸気ポート開口後最も
早く吸気ポートを閉じる他の気筒の吸気ポートの
閉口直前に伝播して過給を行うように設定したも
のである。このことにより、いわゆる排気干渉効
果による過給効果によつて、つまり各気筒の吸気
の吹き返しが生じる吸気行程終期の吸気ポートに
排気圧力と等しい圧力の開口時圧縮波が伝播して
吸気圧力が増大することによつて、エンジン高回
転時の充填効率を効果的に高めるようにしたもの
である。

（発明の効果） したがつて、本発明によれば、過給機付多気筒
エンジンにおいて、排気圧力が過給圧よりも大き
くなるエンジン高回転運転域で各気筒間で排気干
渉効果による過給効果を得るようにしたので、既
存の吸気系の僅かな設計変更による簡単な構成で
もつて、エンジン高回転運転時の充填効率を向上
でき、出力向上を有効に図ることができ、よつて
出力向上対策の容易実施化およびコストダウン化
に有用なものである。

（実施例） 以下、本発明の技術的手段の具体例としての実
施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明を４気筒４サイク
ルエンジンに適用した基本構造例としての第１実
施例を示す。同図において、１Ａ〜１Ｄは第１〜
第４気筒であり、２は各気筒１Ａ〜１Ｄにおいて
シリンダ３とピストン４とで形成された燃焼室で
ある。

５は一端がエアクリーナ６を介して大気に開口
して各気筒１Ａ〜１Ｄに吸気を供給するための主
吸気通路であつて、該主吸気通路５には、吸入空
気流量を検出するエアフローメータ７が配設さ
れ、該エアフローメータ７の下流には吸入空気量
を制御するスロツトル弁８が配設されている。上
記主吸気通路５は、スロツトル弁８下流において
第１〜第４吸気通路５ａ〜５ｄに分岐されたのち
各々吸気ポート９，９，…を介して各気筒１Ａ〜
１Ｄの燃焼室２，２，…に連通している。

上記各吸気通路５ａ〜５ｄにはそれぞれ上記エ
アフローメータ７の出力に基づく吸入空気流量に
応じて燃焼噴射量が制御される電磁弁式の燃料噴
射ノズル１０，１０，…が配設されている。

また、上記主吸気通路５の分岐部は、スロツト
ル弁８下流に位置していて、第１〜第４吸気通路
５ａ〜５ｄを互いに連通する連通路１１を構成し
ている。該連通路１１の通路面積Acは各吸気通
路５ａ〜５ｄの最小通路面積Ａと同等かそれ以上
（Ac≧Ａ）に設定されていて、圧力波をその減衰
を小さくして有効に伝播するようにしている。
尚、図示していないが、主吸気通路５のスロツト
ル弁８と分岐部（連通路１１）との間にはエンジ
ンの加速運転時又は減速運転時等の過渡運転時で
の吸入空気のサージングを防ぐための所定容積の
サージタンクを設けて、燃料の良好な応答性を確
保するようにすることが好ましい。

また、１２ａ〜１２ｄはそれぞれ一端が排気ポ
ート１３，１３，…を介して各気筒１Ａ〜１Ｄの
燃焼室２，２，…に連通して燃焼室２からの排気
ガスを排出する第１〜第４排気通路であつて、該
各排気通路１２ａ〜１２ｄの下流端はそれぞれ主
排気通路１２に集合されたのち大気に開口してお
り、該主排気通路１２の途中には排気ガスを浄化
するための触媒装置１４が介設されている。尚、
１５は吸気ポート９を開閉する吸気弁、１６は排
気ポート１３を開閉する排気弁である。

一方、１７は排気ターボ過給機であつて、該過
給機１７は、主排気通路１２の触媒装置１４上流
に配設され排気ガス流によつて回転駆動されるタ
ービン１７ａと、主吸気通路５のエアフローメー
タ７とスロツトル弁８との間に配設され上記ター
ビン１７ａによつて駆動されるブロア１７ｂとを
備え、該ブロア１７ｂによつて吸気を各気筒１Ａ
〜１Ｄに過給するものである。

さらに、１８は一端が主排気通路１２のタービ
ン１７ａ上流に、他端が該タービン１７ａ下流に
それぞれ開口してタービン１７ａをバイパスする
バイパス通路であつて、該バイパス通路１８に
は、上記ブロア１７ｂ下流の主吸気通路５の吸気
圧力（過給圧）に応じて作動制御されるウエイス
トゲート弁１９が介設されており、エンジン回転
数の増大により過給圧が設定値以上になるとウエ
イストゲート弁１９を開作動せしめて、排気ガス
流をバイパス通路１８によつてタービン１７ａを
バイパスして流下させることにより、過給圧を設
定値を越えないよう一定に保持するように構成さ
れている。すなわち、第５図に示すように、上記
過給圧つまり過給機１７（ブロア１７ｂ）下流の
吸気圧力Pinはエンジン回転数が増大するに従つ
て比較的急勾配でもつて一次的に増大したのち、
所定回転数以上になると上記ウエイストゲート弁
１９の作動により設定値に保持される特性になる
ように設定されている。これに対し、タービン１
７ａ上流の排気圧力つまり排気ポート１３に作用
する排気圧力Pexはエンジン回転数が増大するに
従つて徐々に増大し、所定回転数を越えると上記
設定上限過給圧よりも大きい圧力となる特性を示
す。このため、第５図の如く、上記吸気圧力Pin
が排気圧力Pexよりも大きくなるエンジン運転領
域例えばエンジン回転数で2000〜4000rmpのエン
ジン低回転領域と、逆に排気圧力Pexが吸気圧力
Pinよりも大きくなるエンジン運転域例えばエン
ジン回転数で5000〜7000rpmのエンジン高回転領
域とが生じることになる。

加えて、上記第１気筒１Ａと第４気筒１Ｄとの
吸気通路５ａと５ｄはその長さが等長l₁に設定さ
れているとともに、第２気筒１Ｂと第３気筒１Ｃ
との吸気通路５ｂと５ｃも等長l₂に設定されてい
る。そして、１−３−４−２の点火順序における
吸気行程が連続する隣接気筒間の通路長さ、つま
り各気筒と、該気筒の吸気ポート９開口（吸気弁
１５の開弁）後に最も早く吸気ポート９を閉じる
他の気筒との間の上記連通路１１を介しての吸気
通路長さＬは、互いに同一に設定され、連通路１
１の通路長さをlcとした場合Ｌ＝lc＋l₁＋l₂であ
り、排気圧力Pexが吸気圧力Pinよりも大きくな
るエンジン運転域で上記隣接気筒間で排気干渉効
果を得るように、 Ｌ＝（θ−180−θ₀）×（60／360N）×ａ ……（） の式によつて求められた値に設定されている。上
記（）式において、θは吸気ポート９の開口期
間（吸気弁１５の開弁期間）で、約230〜270゜で
あり、また180゜は気筒間の位相差であり、さらに
θ₀は吸気ポート９の開口（吸気弁１５の開弁）か
ら開口時圧縮波が実質的に発生するまでの期間と
効果的に過給を行うために該開口時圧縮波を伝播
させる時期から吸気ポート９開口（吸気弁１５の
閉弁）までの時間とを合算した無効期間で、吸気
弁１５の開弁特性等によつて異なるが数10゜程度
であり、よつて（θ−180−θ₀）は一つの気筒で
の開口時圧縮波の発生から該気筒の吸気ポート９
開口後最も早く吸気ポート９を閉じる他の気筒の
吸気ポート９閉口直前への伝播までに要するクラ
ンクシヤフトの回転角度を表わす。また、Ｎはエ
ンジン回転数で、排気圧力Pexが吸気圧力Pinよ
りも100mmHg以上も高くなるエンジン回転域が排
気干渉効果を有効に発揮するので好ましく、実用
域として通常5000〜7000rpmの範囲であり、
（60／360N）は1゜回転するに要する時間（秒）を
表わす。また、ａは圧力波（圧縮波）の伝播速度
（音速）で、吸気温度が約80℃のときａ＝376
（ｍ／ｓ）である。よつて、θ₀＝30゜として上記数
値を上記（）式に代入して具体的に通路長さＬ
を求めると、Ｌ＝0.18〜0.75（ｍ）となる。

尚、上記（）式では、圧力波の伝播に対する
吸入空気の流れの影響を無視しているが、これは
流速が音速に比べて小さく、吸気通路の長さにほ
とんど変化をもたらさないためである。

次に、上記第１実施例の作用について第６図に
より説明するに、第５図に示すように排気ポート
１３に作用する排気圧力Pexが過給機１７（ブロ
ア１７ｂ）下流の吸気圧力Pin（過給圧）よりも
例えば100mmHg以上大きくなるエンジン運転域、
例えば5000〜7000rpmのエンジン高回転運転領域
には、上記Pex＞Pinの関係から、一つの気筒例
えば第３気筒１Ｃの吸気ポート９開口時に該吸気
ポート９近傍に強い圧縮波が発生する。この開口
時圧縮波は、１−３−４−２の点火順序における
隣接気筒間の通路長さＬを上記（）式により求
められる値に設定したことにより、第３吸気通路
５ｃ→連通路１１→第１吸気通路５ａを経て、他
の気筒である第１気筒１Ａの吸気ポート９の閉口
直前に有効に伝播される。その結果、この開口時
圧縮波により、吸気が吸気行程終期にある第１気
筒１Ａの吸気ポート９より燃焼室２内へ押し込ま
れて過給が行われることになる（排気干渉効果）。
また、同様に、この排気干渉効果は、第４気筒１
Ｄ→第３気筒１Ｃ、第２気筒１Ｂ→第４気筒１
Ｄ、第１気筒１Ａ→第２気筒１Ｂへと順次作用し
て行き、各気筒の吸気行程終期の吸気ポート９に
対し開口時圧縮波が伝播して過給が行われる。

したがつて、このように吸気行程が連続する隣
接気筒相互間での排気干渉効果による過給効果に
より、つまり各気筒の吸気の吹き返しが生じる吸
気ポート９閉口直前での吸気圧力が排気圧力Pex
と等しい圧力の開口時圧縮波の伝播により著しく
増大することにより、エンジン高回転運転時の充
填効率が著しく増大して出力を大巾に向上させる
ことができる。

また、その場合、排気干渉効果を得るための圧
力波伝播径路である第１〜第４吸気通路５ａ〜５
ｄおよび連通路１１（主吸気通路５の分岐部）は
スロツトル弁８下流に位置するので、該スロツト
ル弁８によつて圧力波（圧縮波）が減衰されるこ
とがなく、しかも上記連通路１１の通路面積Ac
が各吸気通路５ａ〜５ｄの最小通路面積Ａ以上で
あることにより、圧力波の伝播の抵抗が小さく、
よつて上記排気干渉効果を有効に発揮できる。

さらに、燃料供給装置としての燃料噴射ノズル
１０は、連通路１１下流の各吸気通路５ａ〜５ｄ
に設けられているので、吸気通路長さが長くなる
ことによる燃料の応答性の悪化を防止して、良好
な燃料応答性を確保できる。

また、上記排気干渉効果による過給効果は、各
気筒１Ａ〜１Ｄ間の通路長さＬを上述の如く設定
することによつて得られるので、既存の吸気系の
僅かな設計変更で済み、構造が極めて簡単なもの
であり、よつて容易にかつ安価に実施することが
できる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、その他種々の変形例をも包含するものであ
る。例えば、上記第１実施例では４気筒４サイク
ルエンジンに適用した例を示したが、本発明はそ
の他各種多気筒エンジンに対しても適用できるも
のである。例えば、第３図に本発明の第２実施例
を示し（第１実施例と同一の部分には同一の符号
を付してその説明を省略する）、上記第１実施例
と異なり、４気筒４サイクルエンジンにおける各
気筒１Ａ〜４Ｄに各々吸気ポート９を介して連通
する第１〜第４吸気通路５ａ〜５ｄを全て等長に
設定したものであり、この場合、各気筒間の吸気
通路長さＬがすべて同一となり、この長さＬを上
記（）式により求められた値に設定すればよ
く、上記第１実施例と同様の作用効果を奏するも
のである。

また、第４図は直列６気筒４サイクルエンジン
に適用した第３実施例を示す（尚、上記第１実施
例と同一の部分については同一の符号を付してそ
の説明を省略する）。本例の場合、各気筒１Ａ〜
１Ｆの吸気通路５ａ〜５ｆは、主吸気通路５のス
ロツトル弁８下流で分岐しかつ連通路１１′で連
通されており、それぞれ等長に設定されている
（尚、図では２次元的に等長にしたが、要は３次
元的に等長であればよい）。また、１−５−３−
６−２−４の点火順序における吸気行程が連続す
る隣接気筒間通路長さＬは上記（）式の右辺第
１項（開口時圧縮波発生から伝播までに要する回
転角度）が異なり、６気筒での気筒間の位相差が
120゜であるので、 Ｌ＝（θ−120−θ₀）×（60／360N）×ａ （′） で求められた値に等しく設定されている。具体的
には４気筒の場合と同じ数値条件とした場合、Ｌ
＝0.72〜1.50ｍとなる。したがつて、第７図に示
すように、排気干渉効果は、第５気筒→第１気
筒、第３気筒→第５気筒、第６気筒→第３気筒、
第２気筒→第６気筒、第４気筒→第２気筒、第１
気筒→第４気筒へと順次作用して行き、各気筒に
おける吸気行程終期の吸気ポート９に過給が行わ
れてエンジン高回転時での充填効率の向上が図ら
れる。

さらに、上記各実施例では、各気筒に対し吸気
ポートを介して単一の吸気通路を連通させたが、
低負荷用と高負荷用との２つの吸気通路を各々独
立して連通させるようにしたものにも適用でき、
この場合、低負荷用吸気系統又は高負荷用吸気系
統の何れか一方で排気干渉効果を得るように気筒
間の通路長さを設定すればよく、好ましくは高負
荷用吸気通路は低負荷用吸気通路よりも通路面積
が大きく圧力波の減衰を小さく抑えることができ
るので、高負荷用吸気系統での気筒間設定が有利
である。

さらにまた、上記各実施例では過給機として排
気ターボ過給機１７を採用したが、その他過給ポ
ンプ等公知の各種過給機が採用可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図および第
２図は第１実施例を示す全体構成説明図および同
要部概略図、第３図は第２実施例を示す第１図相
当図、第４図は第３実施例を示す第１図相当図、
第５図はエンジン回転数に対する吸気圧力および
排気圧力の特性を示す図、第６図および第７図は
それぞれ第１実施例および第３実施例における排
気干渉効果の作用態様を示す説明図である。 １Ａ〜１Ｆ……気筒、５……主吸気通路、５ａ
〜５ｆ……吸気通路、８……スロツトル弁、９…
…吸気ポート、１０……燃料噴射ノズル、１２…
…主排気通路、１２ａ〜１２ｆ……排気通路、１
３……排気ポート、１７……排気ターボ過給機、
１９……ウエイストゲート弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気ポートを介して各気筒に連通する吸気通
   路と、排気ポートを介して各気筒に連通する排気
   通路と、上記吸気通路に設けられた過給機とを備
   えた多気筒エンジンにおいて、上記過給機下流の
   吸気通路において各気筒間の吸気通路長さを、吸
   気行程が連続する気筒間で同一にし、かつ排気ポ
   ートに作用する排気圧力が過給機下流の吸気圧力
   よりも大きくなるエンジン運転域で、各気筒の吸
   気ポート開口時に該吸気ポートに発生する圧縮波
   が該気筒の吸気ポート開口後最も早く吸気ポート
   を閉じる他の気筒の吸気ポートの閉口直前に伝播
   して過給を行うように設定したことを特徴とする
   多気筒エンジンの吸気装置。