JPH048823A

JPH048823A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH048823A
Application number: JP2112218A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Hitomi; 光夫人見; Toshihiko Hattori; 服部　敏彦; Masashi Maruhara; 正志丸原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-13

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】（産業上の利用分野〉本発明は、気筒の燃焼室とサージタンクとが気筒毎の独
立吸気通路で接続されているエンジンの吸気装置に関す
る。

（従来の技術）近年、自動車用等のエンジンでは、出力性能の向上のな
め、慣性効果等の吸気系内における吸気の動的効果を利
用して吸気充填効率を高めることが行われている。その
場合、吸気系統には、エアクリーナから導かれた上流通
路が接続されるサージタンクが設けられ、該サージタン
クから分岐させた気筒数と同数の独立吸気通路を各気筒
におけるそれぞれの燃焼室に接続する構成とされる。

このような構成によれば、上記サージタンクを、吸気弁
の開時に独立吸気通路の下流部に発生する負圧波を正圧
波に反転させる大気解放部と１〜で作用させることによ
り、慣性効果による吸気充填量の増大効果が得られる。

ところで、上記の吸気装置においては、独立吸気通路の
形状が一定であると、該吸気通路に生じる圧力波の振動
周期と吸気弁の開閉周期とが、エンジンの所定回転数の
ときにマツチングするから、慣性効果による過給作用の
ピークは特定回転域に限られることになる。

そのため、たとえば特開昭５６−１１５８１９号公報に
は第７図に示すように、気筒毎の独立吸気通路Ａを上流
側で二股に分岐させて通路長の長い吸気通路Ａ１と短い
吸気通路Ａ２とを形成し、これらの通路Ａ１．Ａ２の上
流端をサージタンクＢに連通させると共に、短い通路Ｂ
２に開閉弁Ｃを設けて、エンジンの高回転域ではこの開
閉弁Ｃを開くことにより、吸気通路の有効長を短縮させ
るように制御する技術が開示されている。

これによれば、エンジンの回転数に応じて開閉弁Ｃを開
閉作動させることによって、低回転域と高回転域とのそ
れぞれに慣性効果による過給作用のピークを設定するこ
とが可能になって慣性過給の２段階効果が得られる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記公報に開示の技術のように、独立吸気通
路をその上流側で二股に分岐させると、該分岐部分の開
口部を前述の開閉弁によって閉じていても、通路内面の
円滑さが失われ、通路断面積の変化等によって吸気抵抗
が増大する。

特に、慣性効果における圧力反転を強くして過給作用を
増大させるため、容積確保を図って分岐部分の開口面積
を増大させようとすると、吸気抵抗が大きく増大するこ
とになる。

そこで本発明は、吸気抵抗を増大させることなく、慣性
効果による２段階過給作用を高めることができるエンジ
ンの吸気装置の提供を課題とする。

（課題を解決するための手段）すなわち、本発明の請求項１にかかる発明（以下、第１
発明という）は、サージタンクと各気筒の燃焼室とがそ
れぞれ独立吸気通路で接続されていると共に、これらの
独立吸気通路が連通路によって相互に連通され、かつこ
の連通路と各独立吸気通路との連通部をそれぞれ開閉す
る開閉手段が備えられているエンジンの吸気装置におい
て、上記達通路が、各独立吸気通路における燃焼室から
略等距離の位置に、少なくとも２つ対向して形成されて
いることを特徴とする。

また、本発明の請求項２にかかる発明は（以下、第２発
明という）は、上記の吸気装置において、独立吸気通路
がサージタンクから湾曲して導かれ、その湾曲部終端か
ら略直線状に延びて各気筒の燃焼室に接続されていると
共に、上記連通路が、独立吸気通路における燃焼室から
略等距離の湾曲部終端位置に、該湾曲部の半径方向の外
側と内側とに互いに対向させて２つ形成されていること
を特徴とする。

（作　　　用）上記の第１発明および第２発明によれば、気筒毎の独立
吸気通路を相互に連通させる連通路が２つに分けられて
該独立吸気通路を挟む位置に対向状に設けられ、かつこ
れら連通路と各独立吸気通路との連通部に開閉手段が備
えられているから、開閉手段によって連通部を閉じてい
る状態では各気筒の燃焼室に対してサージタンクが所定
のエンジン回転域で大気解放部として働き、これによっ
て燃焼室に対する慣性過給作用が得られる。また上記Ｗ
Ｊ開閉手段よって連通部を開放している状態では両速通
路が他のエンジン回転域で大気開放部として働き、これ
によって燃焼室に対する慣性過給作用が得られる。した
がってエンジン回転数に応じて連通部を開閉制御するこ
とによって２段階の慣性過給作用が得られるから、エン
ジンの広い回転域で吸気充填効率が高まる。

その場合、連通路を上述のように２つに分けて独立吸気
通路に連通させたから、それぞれの連通路と独立吸気通
路とをつなぐ連通部の開口面積が少なくて済むことにな
って、独立吸気通路内を流れる気流に働く抵抗が減少す
る。

しかも、独立吸気通路における燃焼室から等距離位置に
２つの連通路が設けられているため、慣性現象における
圧力波の分散が生じないと共に、２つの連通路の容積を
合わせた慣性効果を生起できて、慣性効果による過給作
用が高まることになる。

また第２発明では、連通路が独立吸気通路における湾曲
部終端位置で、該湾曲部の半径方向の外側と内側とに配
置されているから、湾曲部の内側のスペースを利用して
一方の連通路を配置できることになって、吸気装置のコ
ンパクト化が可能になることに加え、これら連通路が独
立吸気通路の直線部内を通して燃焼室に略直線的に連通
することになるため、圧力波が効果的に独立吸気通路内
を伝播し、過給作用をより効果的なものにできる。

（実　施　例）次に、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図および第２図は本発明にかかる吸気装置を直列４
気筒エンジンに適用した第１実施例を示し、この実施例
における吸気マニホルド１は、横長のサージタンク２を
備え、該サージタンク２の一端にエアクリーナ（図示せ
ず）から導いた上流３Ｉｉ１３が連通して接続されると
共に、このサージタンク２とエンジン４における各気筒
の吸気ボート５とが、気筒数と同数の、かつ気筒毎の独
立吸気通路６１〜６４によって接続される。

その場合、各独立吸気通路６１〜６４はそれぞれの上流
端がサージタンク２の側壁面に接続された等長の通路と
されており、これら通路６１〜６４は該サージタンク２
から下方にむけて略１８０度範囲湾曲して導出されると
共に、該湾曲部７の終端部からは各気筒にむけて直線状
に配設されるコンパクト構造とされ、さらに該直線部８
の下流端で、かつ気筒の吸気ポート５に臨む箇所に燃料
噴射ノズル９〜９が装備され、かつこれらの燃料噴射ノ
ズル９〜９にわたって燃料供給管１０が接続されている
。

また、独立吸気通路６１〜６４における湾曲部７の略湾
曲半径方向の内側に、サージタンク２および各独立吸気
通路６１〜６４とは隔壁１１によって隔てられて、これ
ら独立吸気通路６１〜６４にわたって位置する第１の連
通路１２が形成され、この第１連通路１２が各独立吸気
通路６Ｉ〜６４における湾曲部７の終端位置において、
それぞれの吸気通路６□〜６４と連通されると共に、そ
れぞれの連通部１３に該連通部の開閉を制御する開閉弁
１４が装備される。

さらに、独立吸気通路６１〜６４における湾曲部７の略
湾曲半径方向の外側に、これら吸気通路６１〜６４にわ
たって第２の連通路１５が配設され、この第２連通路１
５が第１一連通路１２と同様に、湾曲部７の終端位置に
おいて、それぞれの吸気通路６１〜６４と連通されると
共に、それぞれの連通部１６に該連通部の開閉を制御す
る開閉弁１７が装備される。

したがって、第１と第２のそれぞれの連通路１２．１５
は、連通部１３．１６が開閉弁１４．１７によって開口
された場合、これらの連通部１３．１６を通して独立吸
気通路６、〜６４に連通されることになるが、その場合
の第１連通ＦＩ＠１２の連通位置と、第２連通路１５の
連通位置は、各独立吸気通路６１〜６４において、気筒
の燃焼室から等距離の上流位置にあるように設定されて
いる。

また、上記した第１と第２の連通路１２．１５における
開閉弁１４．１７は、エンジン４が低回転域にあるとき
は各連通部１３．１６を閉じ、これら連通路１２．１５
を独立吸気通路６．〜６４から切り離して、サージタン
ク２が所定の高エンジン回転数に同調して各気筒に対し
圧力反転のための大気解放部として働くようにし、かつ
エンジン４が高回転域に移行するに伴い各連通部１３．
１６を開口して、各気筒に対してこれら連通路１２．１
５が所定の高エンジン回転数に同調して各気筒に対し圧
力反転のための大気解放部として働くように制御される
。

このため、各開閉弁１４．１７は制御回路によって開閉
作動される。すなわち、各独立吸気通路６１〜６４の第
１連通路用の開閉弁１４は吸気マニホルド１を貫通する
回動軸１８によって連動連結され、かつ第２連通路用の
開閉弁１７は同じく吸気マニホルド１を貫通する回動軸
１９によって連動連結されており、これらの回動軸１８
．１９が該回動軸を回動させる負圧ダイアフラム等のア
クチュエータ２０．２１に連結されている。そして、こ
れらアクチュエータ２０．２１にコントローラ２２が接
続されると共に、該コントローラ２２にエンジン回転数
を検出するエンジン回転センサ２３からの信号Ｓ１が入
力するように構成されている。

そして、コントローラ２２は、上記信号Ｓ、が示すエン
ジン回転数が所定値以下の低回転域では、上記アクチュ
エータ２０．２１を介して上述の開閉弁１４．１７が連
通部１３．１６を遮断し、また所定値以上の高回転域で
は、これら開閉弁１４．１７が連通部１３．１６を開放
するように制御信号Ｓ２を出力する。

これによって、エンジン４が低回転域にあるとき、開閉
弁によって第１および第２連通路１２．１５が独立吸気
通路６１〜６４から切り離され、次に高回転域に移行す
るに伴い第１および第２連通路１２．１５がそれぞれの
独立吸気通路６１〜６４に連通される。そして、この場
合、気筒の燃焼室とサージタンク２とをむすんでいる各
独立吸気通路６、〜６４の有効通路長が、低回転域でサ
ージタンク２が慣性効果のための大気解放部として働く
長さに揃えて構成され、また各独立吸気通路６１〜６４
における燃焼室と第１および第２連通路・１２．１５と
をむすぶ有効通路長が、高回転域で第１および第２連通
路１２．１５が慣性効果における大気解放部として働く
長さに揃えられている。

以上の構成において、エンジン４が始動された状態では
、エアクリーナから上流通路３を経てサージタンク２に
流入した吸気が各独立吸気通路６１〜６４から各気筒に
供給されることになるが、エンジン回転数が第３図に示
す所定値Ｎ３以下の低回転数では、コン１−ローラ２２
およびアクチュエータ２０．２１の作動により、開閉弁
１４．１７が各連通部１３．１６を遮断して第１連通部
１２および第２連通部１５を共に独立吸気通路６１〜６
４から切り離すので、各気筒の吸気弁の開時に独立吸気
通路６１〜６４の下流部に発生ずる負圧波は、独立吸気
通路６１〜６４を上流側に伝播してサージタンク２に至
ることにより、該サージタンク２で正圧波に反転され、
この正圧波が独立吸気通路６１〜６４を経て上記吸気弁
の閉弁直前に該通路の下流端に到達することにより、燃
焼室内への吸気の過給作用が得られることになる。

その場合、上記の吸気系では、開閉弁１４．１７を閉じ
てエンジン４の低回転域における所定の回転数Ｎ１に同
調して慣性過給による吸気充填効率が最大となる点を有
するように構成されているから、上記の同調作用によっ
て該低回転域では、第３図に破線で示すように、所定の
低エンジン回転数Ｎ！で高いピーク値を有するエンジン
出力特性が得られる。

一方、エンジン４の高回転域では、前述の開閉弁１４．
１７が各連通部１３．１６を開放し、各独立吸気通路６
１〜６４に対して第１連通路１２および第２連通路１５
を連通させる。したがって各気筒の吸気弁の開時に発生
する負圧波は独立吸気通路６１〜６４を上流へ伝播する
ときに、これらの連通路１２．１５において正圧波に反
転され、かつ該正圧波が吸気弁の閉弁直前に独立吸気通
路６□〜６４の下流端に到達することになって、燃焼室
内への吸気の過給作用が得られる。

そして、この場合における吸気系でも、気筒と各連通路
１２．１５との間の独立吸気通路６１〜６４の有効長が
、高回転域における所定のエンジン回転数Ｎ２に同調し
て慣性過給による吸気充填効率が最大となる点を有する
ように構成されているため、上記の同調作用によって該
高回転域では、第３図に鎖線で示すように、所定の高エ
ンジン回転数Ｎ２で高いピーク値を有するエンジン出力
特性が得られる。

したがって、上記の所定エンジン回転数Ｎ１、Ｎ２の中
間の回転数Ｎ、で開閉弁１４．１７を開動もしくは閉動
させることにより、慣性過給の２段階効果によって第３
図に実線で示すように、広いエンジン回転域で出力が向
上された特性が得られることになる。

そして、特に高回転域での慣性過給に寄与する連通路１
２．１５が独立吸気通路６１〜６４の略湾曲半径方向の
内側と外側とに対向して配設されており、しかもこれら
の連通路１２．１５の連通部１３．１６が燃焼室からみ
て等距離の、独立吸気通路６１〜６．の上流位置に開口
されているから、連通路１２．１５の容積アップを図っ
て高回転域における圧力反転を強くし、かつ過給作用を
増大できる。加えて、上記の容積確保が２つの連通路１
２．１５によって行われているため、それぞれの連通路
１２．１６における連通部１３．１６の開口面積を少な
くできて、吸気抵抗を低減できることになる。

さらに、上記連通ｉｔ！１２．１５の連通部１３．１６
が独立吸気通路６、〜６４における湾曲部７の終端部分
に設けられているから、これら連通部に１３．１６が該
吸気通路６１〜６４の直線部８内を通して気筒の吸気ボ
ート５に連通する。そのため圧力波が効果的に連通路１
２．１５および気筒に及ぶことになり、これに加えて再
連通部１３．１６が燃焼室から等距離の上流位置にある
ため、圧力波の分散がなくなることも相まって過給作用
が向上する。

第４図は本発明の第２実施例を示すもので、独立吸気通
路１０６が湾曲部１０７から直線部１０８に至る部分（
つまり湾曲部終端）の内側と外側に連通路１１２．１１
５を対向して配設すると共に、これらの連通路１１２゛
、１１５を独立吸気通路１０６に連通させ、また遮断さ
せる開閉弁をロータリーバルブ１１４．１１７から構成
させている。

この第２実施例おいても、第１と第２の連通路１１２．
１１５が燃焼室から等距離の上流位置に形成される９し
たがって慣性過給の２段階効果によって広いエンジン回
転域で出力性能が向上された特性が得られると共に、吸
気抵抗が低減され、かつ高回転域での慣性過給の働きを
強くすることができる。

また、上記のロータリバルブ１１４．１１７を使用すれ
ば該バルブで連通部１１３．１１６を閉じている状態で
は、独立吸気通路１０６１〜１０６４の通路内面が比較
的滑らかになるので、吸気抵抗がより低減することにな
ると共に、特に第１実施例の連通路１２．１５の構造に
比較して第２実施例の連通路１１２．１１５がコンパク
ト化され、かつ吸気マニホルド１０１もコンパクトにな
るメリットがある。

ところで、エンジンでは上述の慣性効果による過給作用
の他に、吸気系の共鳴効果を利用して吸気充填効率の向
上が図られる場合がある。そして該共鳴過給においても
エンジンの低回転域と高回転域との２段階効果によって
、広いエンジン回転域での吸気充填効率の増大ないし出
力向上が望まれることになる、その場合に吸気抵抗その
他の点で慣性過給と同様な問題が生じることが考えられ
る。

これに対しては、第５図および第６図に示す構造が有用
となる。

すなわち、第５図および第６図は■型６気筒エンジン１
０４を示し、第１バンク１０４ａの気筒の燃焼室に接続
されている独立吸気通路２５１〜２５３がこれらの上流
端を第１のサージタンク２６ａに接続され、第２バンク
１０４ｂの気筒の燃焼室に接続されている独立吸気通路
２５４〜２５６の上流端が第２サージタンク２６ｂに接
続されると共に、それぞれのサージタンク２６ａ、２６
ｂに上流通路２７ａ、２７ｂが連通される。

そして、第１バンク１０４ａ側の上流通路２７ａと、第
２バンク１０４ｂ側の上流通路２７ｂとがサージタンク
２６ａ、２６ｂから等距離にある上流側の部位において
一対の連通路２８．２９により連通される。そして、こ
れら連通路２８．２９は上流通路２７ａ、２７ｂを挟ん
で両側に対向して配置されると共に、各々に開閉弁３０
．３１が装備される。

この構造によれば、上記の開閉弁３０．３１を閉弁させ
て連通路２８．２９を遮断させ、かつ上流通路２７ａ、
２７ｂとの相互連通を断っておけば、エンジン１０４の
低回転域において、第１バンク１０４ａ側では、サージ
タンク２６ａおよびその上流通路２７ａでなる共鳴空間
内で、また第２バンク１０４ｂ側では、サージタンク２
６ｂおよびその上流通路２７ｂでなる共鳴空間内で、そ
れぞれ気筒の吸気行程時に発生する負圧波を起振力とし
てエンジンの回転数に比例する周波数の圧力振動が発生
する。そして該圧力振動が上記共鳴空間の固有振動数に
一致することにより、そのエンジン回転数の周辺で共鳴
現象による大きな圧力振動が発生し、この圧力振動が各
気筒の燃焼室に吸気を過給する作用を行うことになって
、吸気充填量が増大する。

また、上記の開閉弁３０．３１を開弁させて各連通路２
８．２９を通路開放させ、かつ上流通路２７ａと２７ｂ
の相互を連通させれば、上述の各バンク１０４ａ、１０
４ｂの共鳴空間の固有振動数が変化する。このため上記
共鳴空間で生じる圧力振動が、エンジン１０４の他の回
転域において上記固有振動数に一致することになって、
共鳴現象による大きな圧力振動が発生し、共鳴過給作用
により吸気充填量が増大する。このためエンジン回転数
の広い範囲にわたって共鳴効果による吸気充填効率の増
大が得られる。

そして、このような２段階の共鳴過給においても、連通
路２８．２９が２つに分けて上流通路２７ａ、２８ｂに
連通されているから、連通部の開口面積をちいさく設定
できて、吸気抵抗を低減できると共に、圧力反転力を強
くして共鳴過給作用を高めることができるようになる。

（発明の効果）以上の記載によって明らかなように、本発明の第１発明
および第２発明によれば、気筒毎の独立吸気通路を相互
に連通させる連通路が２つに分けられて該独立吸気通路
を挟む位置に対向状に設けられ、かつこれら連通路と各
独立吸気通路との連通部に開閉手段が備えられているか
ら、開閉手段によって連通部を閉じている状態では各気
筒に対してサージタンクが所定のエンジン回転域で大気
解放部として働き、これによって気筒の燃焼室に対する
慣性過給作用が得られる。また上記開閉手段によって連
通部を開放している状態では再連通路が他のエンジン回
転域で大気開放部として働き、これによって燃焼室に対
する慣性過給作用が得られる。したがってエンジン回転
数に応じて連通部を開閉制御することによって２段階の
慣性過給作用が得られるから、エンジンの広い回転域で
吸気充填効率が高まることになる。

その場合、連通路を上述のように２つに分けて独立吸気
通路に連通させたから、それぞれの連通路と独立吸気通
路とをつなぐ連通部の開口面積が少なくて済むことにな
って、独立吸気通路内を流れる気流に働く抵抗が減少す
る。しかも気筒の燃焼室から等距離位置に２つの連通路
が設けられているため、慣性現象における圧力波の分散
が生じないと共に、２つの連通路の容積を合わせた慣性
効果を生起できることになり、慣性効果による過給作用
が高まることになる。したがって吸気抵抗を増大させる
ことなく、２段階の慣性過給作用を高めてエンジンの出
力特性を向上させることができる。

また第２発明では、連通路が独立吸気通路における湾曲
部終端位置の、湾曲半径方向の外側と内側とに配置され
ているから、湾曲部の内側のスペースを利用して一方の
連通路を配置できることになって、吸気装置のコンパク
ト化が可能になると共に、これら連通路が独立吸気通路
の直線部内を通して燃焼室に略直線的に連通ずることに
なるため、圧力波が効果的に独立吸気通路内を伝播し、
過給作用をより効果的なものにできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明にかかるエンジンの吸気装置の実施例を示
し、第１図は第１実施例における吸気装置の平面図、第
２図は第１図の■−■線矢視切断図、第３図はエンジン
の出力特性図、第４図は第２実施例の断面図、第５図は
共鳴過給に本発明を適用した場合の平面図、第６図は第
５図の■−■線矢視切断図である。第７図は先行技術の概略構成図である。１・・・吸気マニホルド、２・・・サージタンク、４．
１０４・・・エンジン、６１〜６４，１０６・・・独立
吸気通路、７・・・湾曲部、８・・・直線部、１２．１
５，１１２，１１５・・・連通路、１３．１６，１１３
，１１６・・・連通部、１４１７．１１４．１１７・・
・開閉手段（１４と１７は開閉弁、１１４と１１７はロ
ータリバルブ）。第ト第４〆ｏｔ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）サージタンクと各気筒の燃焼室とがそれぞれ独立
吸気通路で接続されていると共に、これらの独立吸気通
路が連通路によって相互に連通され、かつこの連通路と
各独立吸気通路との連通部をそれぞれ開閉する開閉手段
が備えられているエンジンの吸気装置であって、上記連
通路が、独立吸気通路における燃焼室から略等距離の位
置に、少なくとも２つ対向して形成されていることを特
徴とするエンジンの吸気装置。
（２）サージタンクと各気筒の燃焼室とがそれぞれ独立
吸気通路で接続されていると共に、これらの独立吸気通
路が連通路によって相互に連通され、かつこの連通路と
各独立吸気通路との連通部をそれぞれ開閉する開閉手段
が備えられているエンジンの吸気装置であって、上記独
立吸気通路がサージタンクから湾曲して導かれ、その湾
曲部終端から略直線状に延びて各気筒の燃焼室に接続さ
れていると共に、上記連通路が、独立吸気通路における
燃焼室から略等距離の湾曲部終端位置に、該湾曲部の半
径方向の外側と内側とに互いに対向させて２つ形成され
ていることを特徴とするエンジンの吸気装置。