JPH0335851Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の吸気路に取付けられるサー
ジタンク、特に、サージタンクの容積を可変する
内燃機関のサージタンクに関する。

内燃機関の吸気路はエアクリーナよりの吸気を
各シリンダに導く案内路として働くと共にエンジ
ン出力を左右する吸気量にも影響を与える。とこ
ろで、この吸気路を流れる吸気は吸気ポートの開
時期にシリンダ内に流入し、閉時期には流入を停
止する。このため、吸気路中の流れは一定となら
ず、常に変動流となる。この吸気の変動は吸気路
の長さ、径、その他の形状により変化する。この
ため、気柱の吸気慣性、吸気脈動を考慮して吸気
管を形成し、吸気の動的効果をエンジントルクの
増大に利用可能である。たとえば第７図に示すよ
うな多気筒エンジン１のスロツトル全開時の体積
効率η〓は第８図ａに実線で示すようにエンジン
回転数により変化する。しかも、このようなエン
ジン１の吸気マニホウルド２の端部に形成される
サージタンク３の容量を十分大きく（小さく）す
ると、第８図ｂの実線（破線）で示すような特性
に体積効率が変化する。これは吸気ポート４より
サージタンクまでの長さＡが高回転域ａで、ま
た、エアクリーナ５までの長さＢが低回転域ｂ
で、それぞれ吸気脈動を正、逆反転する大気開放
口までの長さとして働くためと見做される。

このため、高回転域ａと低回転域ｂ（これは高
負荷域と低負荷域とも概略近似する）の各体積効
率の高い領域をそれぞれ得られれば、全運転域で
第８図ａに実線で示すより大きな体積効率、即
ち、エンジンの出力トルクを得ることができると
考察される。

更に、このようなサージタンクを備えたエンジ
ンでは、第９図に示すように、スロツトル弁開度
θを変化させた過渡期ｃにおいて、エアクリーナ
５の通過空気量Ｑ１と各吸気ポート４の全通過空
気量Ｑ２との間に差が生じ、特に、実線より破線
で示すように、サージタンクの容量Ｖが小より大
で両空気量間における差が大きくなる。これはス
ロツトル弁６の開度変化に対し、吸気ポート４の
通過空気量の追従が緩漫になり、トルクの立上り
の遅れ要因となる。しかも、エアクリーナ４側の
エアフローセンサ７による吸気量と、吸気ポート
４の吸気量との間に差が生じると、Ａ／Ｆコント
ロールにずれが生じ、これを補正しなければ過度
にリツチな混合気の供給を行なつてしまうという
不具合がある。

本考案は吸気路における吸気の動的効果を引き
出すことのできる内燃機関のサージタンクを供給
することを目的とする。

上記目的を達成するため、本考案は内燃機関の
スロツトル弁より吸気ポートまでの間の吸気路に
連通する内室と、上記内室を囲む側壁の一部を形
成するダイヤフラムと、同ダイヤフラムを上記内
室の容積拡大方向に付勢する弾性部材と、上記ダ
イヤフラムにより上記内室から遮断されて設けら
れた大気室と、同大気室と大気を連通するオリフ
イスと、同オリフイスとは別に大気から上記大気
室への空気の流入を許容すると共に上記大気室か
ら大気への空気の流出を阻止するチエツク弁とに
より構成したことを特徴としている。

このような内燃機関のサージタンクはダイアフ
ラムが負圧値に応じて内室容積を変化させるよう
作用する。

また、内室の圧力上昇による大気室からの空気
の流出はオリフイスを介して除々に行なわれ、内
室の容積拡大は緩やかに行なわれる。

更に、内室の圧力低下による大気室への空気の
流入は、チエツク弁を介して直ちに行なわれ、内
室の容積縮小は急速に行なわれる。

第１図には本考案の一実施例としての内燃機関
のサージタンク（以後単にサージタンクと記す）
を備えた吸気マニホウルド１０を示した。これは
４気筒ガソリンエンジンのシリンダヘツド１１と
エアクリーナ１２を取付けた吸気管１３との間に
装着される。なお吸気管１３にはスロツトル弁２
３及びエアフローセンサ２４が取付けられる。吸
気マニホウルド１０はシリンダヘツド１１内の各
吸気ポート１４に各々接続される分岐管部１５
と、これらの合流部にあるサージタンク１６とに
区分される。なお、各吸気ポート１４には図示し
ない燃料噴射装置により適時に燃料噴射がなされ
ている。

サージタンク１６は箱状の基体１６１と蓋部１
６２と、基対１６１及び蓋部１６２間に挟持され
るダイアフラム１７と、このダイフラムを上向き
に押圧する弾性部材としてのばね１８と、基体１
６１及びダイフラム１７により囲まれる内室１９
と、蓋部１６２とダイアフラム１７間の大気室２
０とを備える。しかも、大気室２０は、空気の大
気室２０への流入を許容し、逆流を断つチエツク
弁２１と一定の低流量を許容するオリフイス２２
とを介し大気に連通する。ダイアフラム１７は可
撓性の膜部１７１と板部１７２とからなり、内室
容積の減方向Ｄへの負圧力Ｐと内室容積の増方向
ｕへの弾性力Ｆとを受けることにより、内室容積
を増減できる。ダイフラム１７は第１図に実線で
示すホームポジシヨンである基準位置Ｓ０にある
時内室１９を最大容積に保ち、２点鎖線で示す最
大作動位置Ｓ１（この位置は図示しないストツパ
により決定される）にある時内室１９を最小容積
に保つ。

ここで、内室１９の容積は、吸気路における吸
気の動的効果である吸気慣性や吸気脈動を吸気作
用に対して正の働きをするよう利用するために可
変される。ここでは第１に、エンジン負荷の大き
い時（この時エンジン回転数も通常比較的大き
い）、分岐管部１５において生じた負の圧力波が
サージタンク１６側開口で、あたかも大気開放口
と同様の影響を受けて正圧化して、反転するよ
う、サージタンクの容積Ｖを十分大きく保つ。し
かも、分岐管部１５の長さＬ１の決定に当つて
は、エンジンの高負荷域においての吸気の動的効
果を考慮する。この場合、サージタンク側開口で
正圧化した圧力波が次の開タイミングの吸気ポー
トに流入するよう、吸気脈動を有効利用できる長
さＬ１が採用される。次に、全吸気路Ｌ２の長さ
の設定に当つては、エンジン負荷の小さい運転域
（エンジン回転数も通常比較的小さい）における
吸気の動的効果を考慮する。この場合、分岐管部
１５に生じた負の圧力波はサージタンクの内室の
影響を受けず、エアクリーナ１２側の開口で反転
して正圧化し、閉直前の吸気ポート１４に押込流
入するよう、吸気慣性を有効利用できる長さＬ２
が採用される。

更に、サージタンクの容積を可変させるダイア
フラム１７の変位量の決定に当つては、エンジン
負荷の大小に応じた最も吸気の動的効果を得るの
に適した内室容積値を求め、これに基づき、たと
えば第４図に実線で示す制御特性線を決定する。

ところで吸気マニホウルドの負圧値は無負荷の
アイドル回転時に最も大きく（第２図中に四角印
で示した）、負荷の増加と共に低減し、全負荷Ｎ
５では大気圧に近づく（通常のガソリンエンジン
では−30乃至−80［mmHg］程度）。このように、
負圧を内室１９が大気圧を大気室２０がそれぞれ
受けることにより、ダイアフラム１７はこの圧力
差による負圧力Ｐを減方向Ｄに受ける。不動時、
ダイアフラム１７はばね１８により基準位置Ｓ０
に押圧されている。このばね１８は第３図に示す
ような特性を有するもので、初期弾性力Ｆ０で基
準位置Ｓ０のダイアフラム１７を押圧すると共に
最大作動位置Ｓ１では弾性力Ｆ１を発生できる。

このようなばね１８とダイアフラム１７とはマ
ツチングを取られる。即ち、エンジン負荷Ｎ１で
生じる負圧がダイアフラム１７に与える負圧力Ｐ
とその時に最大作動位置Ｓ１まで圧縮しているば
ね１８が発生する弾性力Ｆ１とがつり合うよう設
定される。更に、エンジン負荷がＮ２（Ｎ２＞Ｎ
１）で生じる負圧がダイアフラム１７に与える負
圧力Ｐとその時に基準位置Ｓ０のばね１８が発生
する初期弾性力Ｆ０とがつり合うよう設定され
る。これにより、第４図に実線で示す制御特性に
沿つてサージタンクの容積は変動する。なお、こ
の場合、エンジンの高負荷域ａと低負荷域ｂとの
間隙Ｍ１では内室１９の容積は連続的に変化す
る。この変化特性はばね１８等を代えることによ
り一点鎖線で示すように代えることもでき、間隙
Ｍ１よりＭ２に代えることが吸気の動的効果を得
る上で良好であればこれを採用できる。

このようなサージタンクの作動を説明する。

まず、エンジン運転域がアイドリング時より低
負荷Ｎ１時までの間にある時は、マニホウルド負
圧は最大で、ダイフラム１７は最大作動位置Ｓ１
に達し、内室１９は最も狭い。この時、吸気弁開
により生じる負圧波は吸気路長さＬ２を往復し、
吸気弁閉直前に正圧波を吸気ポート１４に導き、
吸気慣性による吸気の動的効果を引き出せる。

次に、エンジン運転域がＮ１よりＮ２までの間
では、ダイアフラム１７は最大作動位置Ｓ１より
基準位置Ｓ０まで連続変化する。この領域でもそ
の両端域では比較的吸気の動的効果が引き出され
る。

次にエンジン運転域がＮ２以上の高負荷域ａに
入ると内室１９は常に最大容積を保つ。この時吸
気弁の閉鎖により生じる負の圧力波は次の吸気弁
の開時期までの間に分岐管部１５の長さＬ１を往
復し、正圧波として吸気ポート１４に達し、吸気
の押込効果を得られる。

次に、エンジンが低負荷域ｂにある時、スロツ
トル弁２３が急変して全開したような場合、マニ
ホウルド負圧は急減（大気圧に近づく）する。こ
の時大気室２０の空気はオリフイス２２を介して
徐々に排出されるため、内室１９はその容積を拡
大するのに時間幅を有する。従つて、エアーフロ
ーセンサ７による吸気量であるエアクリーナ通過
空気量Ｑ１と吸気ポート４の通過空気量Ｑ２との
間の差は、第９図の実線にて示すように、内室１
９の容積が直ちに拡大した場合（破線）に比べて
少なくなる。このような過渡期にはエアクリーナ
通過空気量Ｑ１と吸気ポート通過空気量Ｑ２との
間にできるだけ差を生じさせないことにより、
Ａ／Ｆコントロールのずれをなくし、過渡にリツ
チな混合気の供給を防止することが出来る。ま
た、エンジンが高負荷域ａにある時、スロツトル
弁２３を急閉したような場合、マニホウルド負圧
は急増する。この時チエツク弁２１を介して空気
が大気室２０内に流入するため、内室１９は直ち
にその容積を縮小する。このような場合にも、上
述のように、内室１９の容積が小さい程、Ａ／Ｆ
コントロールのずれがなくなり、安定したアイド
ル状態を得ることができる。

上述の処において、サージタンク１６は吸気マ
ニホウルド１０と一体に形成されていたが、これ
に代え、第５図に示すサージタンクを用いてもよ
い。このサージタンク３１は吸気マニホウルド３
０に後付けされるもので、第６図にその要部を示
した。なお、吸気マニホウルド３０はシリンダヘ
ツド１１とエアクリーナを取付けた吸気管１３と
の間に配設されている。

サージタンク３１は吸気マニホウルド３０内の
主室３０１に連通する複室３１３を有し、この複
室と主室３０１の合計の内室容積を変化させる。
このサージタンク３１は皿部３１１と蓋部３１２
とダイアフラム３２とばね３３とを備える。ダイ
アフラム３２は常時、ばね３３により複室容積を
増加する方向に押圧される。ダイアフラム３２の
上側の空気室３１４は第１図で説明したのと同一
のチエツクバルブ２１とオリフイス２２を介し大
気開放される。

この場合も、ダイアフラム３２とばね３３はエ
ンジン負圧に対し所定の変位をするようマツチン
グが取られ、第１図のサージタンクと同様の作
用、効果を引き出すことができる。

このように、本考案によるサージタンクはエン
ジンの吸気路に生じる負圧に基づきサージタンク
の内室の容積を変化させ、全運転域において吸気
の動的効果を引き出すことによりエンジンの体積
効率の向上に役立つことができ、従来より全運転
域での出力トルクを増大させることができる。ま
た、エンジンの低負荷域運転時にスロツトル弁を
急開した場合には、オリフイスにより大気室から
の空気の流出を低減して内室の容積拡大を遅らせ
ることによつて、通過空気量情報の信頼性が高ま
り、過渡時の応答性を良好に保つことができる。

更に、エンジンの高負荷運転時にスロツトル弁
を急閉した場合には、チエツク弁により大気室へ
の空気の流入を行ない内室の容積を直ちに縮小さ
せることにより、同様に過渡時の応答性を良好に
保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例としてのサージタン
クを備えたエンジンの一部切欠概略断面図、第２
図はエンジン負荷−マニホウルド負圧値線図、第
３図は弾性力−変位量線図、第４図はエンジン負
荷−サージタンク容積線図、第５図は本考案の他
の実施例としてのサージタンクを取付けたエンジ
ンの概略図、第６図は第５図のサージタンクの拡
大断面図、第７図は従来エンジンの概略図、第８
図ａ，ｂは各々異なるエンジン回転数−体積効率
線図、第９図はエンジンの吸気系におけるスロツ
トル弁操作に伴う特性線図をそれぞれ示してい
る。 １１……シリンダヘツド、１３……吸気管、１
５……分岐管部、１６，３１……サージタンク、
１７，３２……ダイアフラム、１８，３３……ば
ね、１９……内室、２３……スロツトル弁、３１
３……複室。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関のスロツトル弁より吸気ポートまでの
   間の吸気路に連通する内室と、上記内室を囲む側
   壁の一部を形成するダイヤフラムと、同ダイヤフ
   ラムを上記内室の容積拡大方向に付勢する弾性部
   材と、上記ダイヤフラムにより上記内室から遮断
   されて設けられた大気室と、同大気室と大気を連
   通するオリフイスと、同オリフイスとは別に大気
   から上記大気室への空気の流入を許容すると共に
   上記大気室から大気への空気の流出を阻止するチ
   エツク弁とにより構成したことを特徴とする内燃
   機関のサージタンク。