JPH0364622A - 吸排気管長可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 及棗≧坐剋且立立 本発明は、内燃機関の体積効率を向上させるために、吸
気管または排気管もしくはその両方（吸排気管と総称す
る）の実質的管長を回転数に応じて変化させる吸排気管
長可変装置に関する。

ｋ来技歪 内燃機関において、吸排気管内に生ずる吸排気の脈動す
なわち吸排気管内を往復伝播する圧力波を利用すること
により、体積効率を向上させ得ることが知られている。

例えば吸気側においては吸気弁が開（時期に前記脈動の
最大圧力（正圧）が吸気弁の直前に生ずるようにすれば
新気の吸入が促進され、排気側においては排気弁が開く
時期に最小圧力（負圧）が排気弁の直後に生ずるように
すれば排気の排出が促進されて、体積効率が向上する。

しかし、前記脈動の周期、換言すれば前記圧力波の正圧
部または負圧部が吸気弁または排気弁に到達する時期は
、吸排気管の長さが一定であれば、内燃機関の回転数が
変化しても変わらない。従って吸排気弁の開閉時期と該
弁位置における脈動圧とが、機関の高回転数域において
上記のように整合するように、吸排気管の長さを設定す
ると、中回転数域において前記整合が失われ、脈動圧が
かえって新気の吸入もしくは排気の排出を阻害するよう
になる。この結果体積効率が低下して出力トルクが落ち
、所謂トルクの谷が中回転数域に生ずる。

このトルクの谷を解消するために、機関回転数に応じて
吸排気管の実質長を変化させることが行われており、例
えば特開昭６３−２０５４５２号公報には、吸気管の実
質長を変化させる装置をエアクリーナ内に組込んだもの
が提案されている。この装置においては、エアクリーナ
のケーシングに連接された小径円形断面部内に、外周面
に螺旋状の溝が形成された円筒状部材を摺動自在に嵌合
させて、両者間に螺旋状の流路を形成し、エアクリーナ
のフィルタエレメントを通った空気がこの螺旋状流路を
通って吸気間に流れるようにしである。

そして機関回転数が高い時には、前記円筒状部材を前記
小径円形断面部内から前記エアクリーナのケーシング内
に押し込んで、円筒状部材と小径円形断面部との嵌合長
を短くすることにより、両者間に形成される螺旋状流路
の長さを短くし、もって吸気系の流路長を短縮する。機
関回転数が低い時には、円筒状部材をケーシング側から
小径円形断面部側へ引き出して両者の嵌合長を長くし、
これにより螺旋状流路の長さを長くして吸気系の流路長
を長くする。

麗次旦よ立支工旦課国 上記従来例の吸気管長可変装置ははエアクリーナに一体
に組込まれるものであるので、これを排気系に通用する
ことはできない。また、エアクリーナを大形で構造複雑
なものとしなければならないので、管長可変装置を設け
ることによるコストの上昇が大きい。

さらに、この装置においては、機関回転数に応じて螺旋
状流路の長さは変化するが該流路の断面積は常に一定で
ある。従って低負荷で吸入空気量の少ない低速回転時に
は、流路内の流速が低下して吸気の慣性効果が滅じ、前
記脈動が減少するので、これにまり流路長を長くしたこ
とによる出力向上効果が削減される傾向がある。

従って本発明は、吸気系にも排気系にも適用でき、小形
、簡潔で、かつ回転数に応じて流路長のみならず流路面
積も変えることのできる吸排気管長可変装置を提供しよ
うとするものである。

”′　るための　　および 本発明による吸排気管長可変装置は、エンジンの吸気系
または排気系中に挿入され、上流側および下流側に分断
された各吸排気管部分の一方に摺動自在に嵌合する可動
接続管と、他方の吸排気管部分に固定された固定接続管
と、両端面がそれぞれ前記可動接続管および固定接続管
に固定され周壁が螺旋状の波形をなして軸線方向に伸縮
自在なベローズ状の伸縮部材と、該伸縮部材内において
前記波形の周壁に摺接するとともに前記接続管の一方に
固定されかつ長さが前記伸縮部材の伸長時の長さより短
い筒状部材とから威り、前記伸縮部材の周壁の波形によ
り前記筒状部材の外周面に沿って螺旋状の流路が形成さ
れる。

この吸排気管長可変装置は、可動接続管を一方の吸排気
管部分に摺動自在に嵌合させ、固定接続管を他方の吸排
気管部分に固定することにより、吸排気管中にその一部
分として挿入、装着される。

エンジンの高回転数域においては、可動接続管をこれが
嵌合している一方の吸排気管部分側へ移動させて、伸縮
部材を伸長させる。他方の吸排気管部分に固定され伸縮
部材内においてその波形の周壁に摺接している筒状部材
は、その長さが伸縮部材の伸長時の長さより短かいので
、伸縮部材の伸長により前記可動接続管側の波形部分は
筒状部材から離脱し、該波形の一部のみが筒状部材と摺
接関係に維持され、該筒状部材の外周面に沿って形成さ
れる螺旋状流路の長さは短かくなる。エンジンの回転数
が低下した場合には、伸縮部材を短縮させ、波形の全部
もしくは大部分が筒状部材の外周面に摺接するようにし
て、前記螺旋状流路の長さを長くする。装置内を流れる
吸排気は筒状部材部分においては前記螺旋状流路を通っ
て流れるので、該螺旋状流路の長短は吸排気系の流路の
長短を意味する。従ってエンジン回転数に応じて伸縮部
材を伸縮させることにより吸排気系の流路長を変化させ
て体積効率の向上を達成することができる。

前記伸縮部材はベローズと同じ構造であるので、低速回
転時短縮された時には波形のピッチが小さくなり、前記
螺旋状流路の断面積が減少する。従って通過空気流量の
減少により流速が低下することがなく、全回転数域にわ
たって充分な脈動、慣性効果が得られる。

前記螺旋状流路はまた、ここを流れる吸排気に遠心力を
生しさせ、この遠心力により吸気においてはフィルタか
らの混入粒子、排気においてはスス等の小粒子が分離さ
れ捕集されるという効果を有するが、前記のようにこの
螺旋状流路には全回転数域にわたって充分な流速が維持
されるので、常に大きな遠心力が作用し、良好な小粒子
分離捕集効果が得られる。

夫−立一員 以下、本発明を図示の実施例について説明する。

第１図は本発明を適用したエンジンの吸気系および排気
系を示す全体図である。

ｌはエンジンのシリンダ、２はピストン、３は吸気口、
４は排気口である。吸気系Ｓを構成する吸気管はエアク
リーナ６に接続された上流側吸気管部分５ｕと、吸気口
３に接続された下流側吸気管部分５ｄとに分断され、両
吸気管部分５ｕ、５ｄ間に本発明による吸気管長可変装
置７が挿入されている。

吸気はエアクリーナ６、吸気管部分５ｕ、吸気管長可変
装置７および吸気管部分５ｄを通って吸気口３からシリ
ンダ１に吸入され、この吸気中に燃料噴射弁８から燃料
が供給される。９は点火プラグである。排気系Ｅを構成
する排気管も、排気口４に接続された上流側排気管部分
１０ｕと、下流側排気管部分１０ｄとに分断され、両排
気管部分１０ｕ、１０ｄ間に本発明による排気管長可変
装置１１が挿入されている。なお、本実施例においては
吸気系Ｓと排気系Ｅとにそれぞれ吸気管長可変装置７お
よび排気管長可変装置１１が設けられているが、いずれ
か一方だけに管長可変装置を設けてもよい。

吸気管長可変装置７と排気管長可変装置１１とは実質的
に同一構造であるので、以下排気管長可変装置１１につ
いて詳細に説明する。排気管長可変装置１１は下流側排
気管部分１０ｄに軸線方向に摺動自在に嵌合された可動
接続管１２と、上流側排気管部分１０ｕに接続固定され
た固定接続管１３とを備え、両接続管１２．１３がベロ
ーズ構造の伸縮部材１４によって接続されている。伸縮
部材１４の接続管１２．１３に接続された端板１５．１
６には中央部にそれぞれ間口１７．１８が設けられてお
り、伸縮部材１４の内部はこれらの開口を通じて接続管
１２．１３に連通している。伸縮部材１４は可動接続管
１２を排気管部分１５ｄに沿って摺動させることにより
、第２図に示す伸長状態と第１図および第３図に示す短
縮状態との間で伸縮することができる。伸縮部材１４の
周壁１９は波箔の縦断面形状を有しているが、該波形は
第２図から良く分かるように螺旋状をなしている。

すなわち波形の山ａを連ねる線は周壁１９のまわりを次
第に固定接続管１３側から可動接続管１２側へ向かって
下降する連続した螺旋を描いている。

可動接続管１２にはまた前記端板１５を底壁として円筒
部材２０が固定されている。円筒部材２０の外周面は伸
縮部材１４の波形の谷部すの内周面に摺接している。ま
た円筒部材２０の長さＬは伸縮部材１４が伸長した時の
長さ１１よりも短く、伸縮部材１４が短縮した時の長さ
１２にほぼ等しくなされている。

円筒部材２０の底部にはその周面の１箇所に設けられた
開口２１を前記端板１５の開口１７すなわち可動接続管
１２内に連通させる連通路２２が形成されており、上流
側排気管部分１０ｕから固定接続管１３、開口１８を経
て伸縮部材１４の内部に流入した排気は、円筒部材２０
が伸縮部材１４の周壁１９に摺接している部分において
は、周壁１９の波形と円筒部材２０の外周面とにより該
外周面に沿って形成された螺旋状流路２３内を流れ、開
口２１から連通路２２を通って可動接続管１２に、次い
で下流側排気管部分１０ｄに（Ｊ１出される。

伸縮部材１４の可動接続管１２に固定された端板１５は
リターンスプリング２４によって下流側排気管部分１０
ｄ側へ付勢されており、またこの端板１５には支軸２５
のまわりに回動操作される操作レバー２６の先端が当接
している。

排気管長可変装置１１はこのように構成されているので
、操作レバー２６を図において時計方向に回動させると
、端板１５が操作レバー２６により押圧されて可動接続
管１２が排気管部分１０ｄから引き出されるが、固定接
続管１３は排気管部分１０ｕに固定されているので伸縮
部材１４は第３図に示すように短縮する。操作レバー２
６を反対方向に回動させるとリターンスプリング２４の
力により可動接続管１２は排気管部分１０ｄ内に引き込
まれ、伸縮部材１４は第２図に示すように伸長する。伸
縮部材１４が伸長すると、周壁の波形の上流側の部分は
円筒部材２０から外れ、下流側の一部分だけが円筒部材
２０の周面に摺接するので、螺旋状流路２３の長さは短
かくなり、伸縮部材１４が短縮するにつれ螺旋状流路２
３の長さは次第に長くなる。そして伸縮部材１４が最も
短縮した状態では波形の全部が円筒部材２０に摺接し、
螺旋状流路２３は最長となる。従ってエンジンの回転数
に応じて伸縮部材１４を適宜伸縮させて螺旋状流路２３
の長さを変え、これにより排気系Ｅの流路長をその時の
回転故に応じた長さとして、全回転数域にわたってエン
ジン出力を向上させることができる。

さらに、伸縮部材１４の伸縮は周壁１９の波形のピッチ
が変わることにより行われるので、低速回転時伸縮部材
１４が短縮した時には前記波形は軸線方向に圧縮されて
、該波形により形成される螺旋状流路２３の断面積が減
少する（第３図参照）。従って低速回転により排気流量
が減少しても螺旋状流路２３内の流速が低下せず、充分
な排気慣性効果が得られ、排気の脈動を有効に利用する
ことができる。

伸縮部材１４と円筒部材２０の横断面形状を第４図に示
すように長円形状にすれば、管として作用する有効部分
を大きくすることができる。

螺旋状流路２３を円筒部材２０の外周を回りながら流れ
る排気には遠心力が作用し、この遠心力により排気中に
混入している例えばスス等の小粒子が排気から分離され
る。前記のように排気流量が少ない時でも螺旋状流路２
３内には充分な流速が維持されるので、この遠心分離効
果は常に得られる。

分離された小粒子は波形の山部ａの内面に沿って伸縮部
材１４の最も低い位置に移動するので、この位置に第５
図に示すように粒子捕集部２７が設けられている。第１
図ないし第３図にはこの捕集部の図示を省略しである。

上記実施例においては、伸縮部材１４の周壁の波形はプ
レス加工等により一体に形成されているが、この波形は
、第６図に示すように、それぞれ別個の波形部片２８を
シール材２９を介して互いに摺動可能に組合わせて形威
してもよい。シール材２９としては耐熱０リングまたは
ステンレス鋼製中空Ｏリング等が使用される。また、第
７図に示すように、隣接する皿ばね状の環状板３０どう
しをその外周部と内周部において順次溶接して波形を形
威してもよい。３１は溶接部である。第８図は第７図の
変形例を示す部分図である。この変形例においては円筒
部材２０に摺接する内周部の溶接部３１を環状板３０．
３０の内端から僅かに外方へ偏倚した位置に設け、環状
板３０の内端部と円筒部材２０の外周面との間にラビリ
ンス３２を形威しである。

可動接続管１２と排気管部分１０ｄとの間に第９図に示
すようにＯリング等のシール材３３を介在させてもよい
。

以上排気管長可変装置１１について詳細に説明したが、
吸気管長可変装置７についても全く同様である。

発」Ｒ号九果 以上の通り、本発明による吸排気管長可変装置は、上流
側および下流側に分断された各吸排気管部分の一方に摺
動自在に嵌合する可動接続管と、他方の吸排気管部分に
固定された固定接続管と、両端面がそれぞれ前記可動接
続管および固定接続管に固定され周壁が螺旋状の波形を
なして軸線方向に伸縮自在なベローズ状の伸縮部材と、
該伸縮部材内において前記波形の周壁に摺接するととも
に前記接続管の一方に固定されかつ長さが前記伸縮部材
の伸長時の長さより短い筒状部材とから成り、前記伸縮
部材の周壁の波形により前記筒状部材の外周面に沿って
螺旋状の流路が形成されるので、吸排気管中にその一部
として小形、簡潔に挿入、装着でき、エンジン回転数に
応して伸縮部材を伸長させ螺旋状流路の長さを変えるこ
とにより、吸排気系の流路長を回転数に適応した長さに
変化させて、全回転数域にわたって体積効率の向上を達
成することができる。

また、前記螺旋状流路は、低速回転時伸縮部材の短縮に
まり流路長を長くした時にその断面積が減少するので、
通過空気流量の減少により流速が低下することがなく、
全回転数域にわたって充分な脈動、慣性効果が得られる
。

さらに、この螺旋状流路を流れる吸排気にはその流速に
より常に大きな遠心力が作用するので、良好な小粒子分
離捕集効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したエンジンの吸気系および排気
系を示す全体図、第２図は排気管長可変装置の伸長状態
を示す縦断面図、第３図は同排気管長可変装置の短縮状
態を示す縦断面図、第４図は第２図のＩＶ−ＩＶ線に沿
う横断面図、第５図は伸縮部材に付設された粒子捕集部
を示す第２図と同様な図面、第６図ないし第８図は伸縮
部材周壁の波形の各変形例をそれぞれ示す部分的縦断面
図、第９図は可動接続管と排気管部分との嵌合部の変形
例を示す縦断面図である。 １・・・シリンダ、２・・・ピストン、３・・・吸気口
、４・・・排気口、５・・・吸気管、６・・・エアクリ
ーナ、７・・・吸気管長可変装置、８・・・燃料噴射弁
、９・・・点火プラグ、１０・・・排気管、１１・・・
排気管長可変装置、１２・・・可動接続管、１３・・・
固定接続管、１４・・・伸縮部材、１５・・・端板、１
６・・・端板、１７・・・開口、１８・・・開口、１９
・・・周壁、２０・・・円筒部材、２１・・・開口、２
２・・・連通路、２３・・・螺旋状流路、２４・・・リ
ターンスプリング、２５・・・支軸、２６・・・操作レ
バー、２７・・・粒子捕集部、２８・・・波形部片、２
９・・・シール材、３０・・・環状板、３１・・・溶接
部、３２・・・ラビリンス、３３・・・シール材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　エンジンの吸気系または排気系中に挿入され該吸排気
   系の流路の長さを可変とする吸排気管長可変装置であっ
   て、上流側および下流側に分断された各吸排気管部分の
   一方に摺動自在に嵌合する可動接続管と、他方の吸排気
   管部分に固定された固定接続管と、両端面がそれぞれ前
   記可動接続管および固定接続管に固定され周壁が螺旋状
   の波形をなして軸線方向に伸縮自在なベローズ状の伸縮
   部材と、該伸縮部材内において前記波形の周壁に摺接す
   るとともに前記接続管の一方に固定されかつ長さが前記
   伸縮部材の伸長時の長さより短い筒状部材とから成り、
   前記伸縮部材の周壁の波形により前記筒状部材の外周面
   に沿って螺旋状の流路が形成されることを特徴とする吸
   排気管長可変装置。