JPH0517123U - エンジンの慣性吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの低速運転時においても、高速運転
時においても高い充填効率を得ることができる慣性吸気
装置を提供する。 【構成】 吸気タンクの内部に、末端に吸気口を有する
短通路と、末端に吸気口を有するとともに略中央部にバ
イパス口をも有する長通路と、短通路開閉弁およびバイ
パス口開閉弁からなる制御弁と、が設けられているエン
ジンの慣性吸気装置において、長通路と短通路とはエン
ジンの燃料インジェクター取り付け部まで互いに独立通
路として構成され、制御弁はエンジンの低速運転時には
短通路開閉弁を閉鎖するとともにバイパス口開閉弁を閉
鎖するように制御され、高速運転時には短通路開閉弁を
開口するとともにバイパス口開閉弁を開口するように制
御される、ことを特徴とするエンジンの慣性吸気装置で
ある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、エンジンのシリンダヘッドに接続する吸気装置に関し、より詳細に は、吸気通路に設けた制御弁を切り替えることによって、エンジンの回転数に最 適な長さと断面積とを有する吸気通路を与えることができるエンジンの慣性吸気 装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、吸気慣性を利用してシリンダへの吸気充填効率を高めることを目的とす るエンジンの吸気装置としては、図６及び、図７に示す構造のものがすでに提案 されている。 図６はかかる装置の従来例の断面図である。 図示の通りこの装置は、吸気タンク１とエンジンのシリンダヘッド１３とが、 連結通路２０によって接続されており、この吸気タンク１の内部には、制御弁８ によって開閉自在なバイパス口６を有する長通路４が設けられている。そして、 吸気の流れは、制御弁８が閉鎖した状態にあっては吸気取入口１２から長通路４ 、連結通路２０を通じてシリンダヘッド１３へ流入し、制御弁８が開口した状態 にあっては長通路４を通ることなく吸気取入口１２からバイパス口６を通じて連 結通路２０、シリンダヘッド１３へと流入する。 この慣性吸気装置においては、エンジンの回転速度に対応して制御弁８の開閉 制御が行われる。すなわち、エンジンの低速運転中には制御弁８が閉鎖して吸気 は長通路４を通じて行われるが、エンジンの運転が所定の回転数よりも高速運転 域に達すると制御弁８が開口して吸気は長通路４を通らずにバイパス口６から行 われる。このようにして第一の従来の慣性吸気装置においては、吸気通路の長さ を変化させることができる。 次に、第二の従来例を説明する。 第二の従来の慣性吸気装置においては、図７に示すように、吸気タンク１とシ リンダヘッド１３とは、長通路４、短通路２、及び連結通路２０によって接続さ れている。そして、長通路４及び短通路２と、連結通路２０との接続部分には、 制御弁８が設けられ、これを切り替え操作して、長通路４及び短通路２のうち一 方の通路を選択使用するようになっている。すなわち、エンジンへの吸気経路は 、制御弁８の切り替え位置に応じて選択することができ、吸気取入口１２から長 通路４、連結通路２０を順に通ってシリンダヘッド１３に流入する経路と、吸気 取入口１２から短通路２、連結通路２０を順に通ってシリンダヘッド１３に流入 する経路とがある。 この第二の従来の慣性吸気装置においても、第一の従来例と同様にエンジンの 回転数に対応して制御弁８の切り替え制御が行われる。すなわち、エンジンの低 速運転中は制御弁８が長通路４を開口し、吸気は長通路４を通じて行われるが、 エンジンの回転数が所定の回転数よりも高速運転域に達すると、制御弁８の切り 替え操作が行われ、吸気は短通路２を通じて行われることになる。 第二の従来の慣性吸気装置においては、このようにして吸気通路の長さを変化 させることができる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、慣性吸気において、最大の効果をあげるためには単に吸気通路の長 さを変化させるだけでは不十分であり、通路の長さと断面積の両方を変化させな ければならないことが知られている。そして、その場合には、長さと断面積との 積の値を一定に保ちつつ、断面積と長さを変化させなければならないとされてい る。 ところが、上述の第一の従来例においては、制御弁の開閉で吸気取入口からシ リンダヘッドまでの吸気通路の長さを変化させることはできるが、吸気通路の断 面積は一定で変化することがない。すなわち、吸気通路の長さだけしか変化しな いので、充分な慣性効率を得ることはできない、という問題点があった。 次に、第二の従来の慣性吸気装置については、吸気取入口から制御弁までは長 通路と短通路とが独立に設けられているので、この部分については両通路の長さ と断面積との両方を自由に設定することができるが、連結通路については時間当 たりの吸気量の多いエンジンの高速運転時に合わせて大きな断面積に設計しなけ れば管内の吸気速度が高すぎることになる。このため、エンジンの低速運転時に は、慣性過給を効果的に行わせる目的で吸気速度を高めるべく断面積が小さく設 定された長通路から、断面積が大きい連結通路に吸気が流入することになり、こ のときに、吸気の流速は減速し、エンジンの吸気バルブに到達した吸気はシリン ダ内に充分な慣性効果を発生させることができない。この結果、エンジンの良好 な体積効率を維持することができない、という問題点があった。 さらに、従来の慣性吸気装置では、その構造上燃焼室内にスワールを発生させ ることができないという問題点もあった。周知のように、エンジンの燃焼室内部 における吸気の流れにはスワールとタンブルとがある。スワールはピストン円周 方向の渦であり、タンブルは図７に示すようなシリンダ上下方向の渦である。そ して、スワールはエンジンの高速回転時には不要で、低速回転時には必要とされ ている。高速回転時には時間当たりの吸気量が多いため強力なタンブルが発生し 、良好な燃焼に十分な循環状態となるので、この上さらにスワールが存在すると 、シリンダ内壁からの熱損失が大きくなるばかりで好ましくないためである。と ころが、一方、低速回転時には時間当たりの吸気量が少なくタンブルが発生せず 、このままでは良好な燃焼を維持することができない。そこで燃焼室内の循環を 補うためにスワールが必要となるのである。すなわち、高速回転時にはスワール を発生させずに、低速回転時にのみスワールを発生させることが望ましい。 ところが、上述した従来の慣性吸気装置では、エンジンの回転数に関わらず、 スワールは発生しない。すなわち図８に示すように、２つの吸気バルブから同じ 流速の吸気が向かい合って燃焼室内に流入するため、互いにスワールの発生を打 ち消すからである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上述の諸問題点を解決することを目的とするもので、その構成は、 エンジンのシリンダヘッドの各気筒毎に独立して接続される吸気タンクの内部に 、末端に吸気口を有する短通路と、末端に吸気口を有するとともに略中央部にバ イパス口をも有する長通路と、短通路の吸入口を開閉する短通路開閉弁および前 記バイパス口を開閉するバイパス口開閉弁からなる制御弁と、が設けられている エンジンの慣性吸気装置において、長通路と短通路とはエンジンの燃料インジェ クター取り付け部まで互いに独立通路として構成されており、制御弁は、一本の 弁軸に短通路開閉弁とバイパス口開閉弁とが設けられて構成されるとともに、制 御弁は、エンジンの低速回転時においては、前記短通路開閉弁を閉鎖するととも に前記バイパス口開閉弁を閉鎖するように制御され、エンジンの高速回転時にお いては、前記短通路開閉弁を開口するとともに前記バイパス口開閉弁を開口する ように制御される、ことを特徴としている。

【０００５】

【作用】

本考案のエンジンの慣性吸気装置は以上のように構成されるので、エンジンの 低速運転時には長通路のみを吸気通路として使用して、小さな断面積の長い通路 による吸気を実現でき、高速運転時には、バイパス口の開口で通路長さが短縮さ れた長通路と、短通路との二つの通路を同時に吸気通路として、大きな断面積の 短い通路による吸気を実現できる。すなわち、本考案は、吸気通路の断面積と長 さとの両方を変化させるという本来の慣性吸気の理論に合致した慣性吸気装置を 提供することができるので、エンジンの回転数を問わず、最大の吸気慣性効率を あげることができる慣性吸気装置を提供することができる。 さらに、本考案は、長通路と短通路との独立性を燃料インジェクターまで確保 したので、エンジンの低速回転時には長通路の慣性効果により高い流速を得た吸 気を一方の吸気バルブから燃焼室内に導入するので、燃焼室内に強力なスワール を発生できるとともに、高速回転時には通路長さが短縮された長通路と短通路と の二つの通路から同時に二つの吸気バルブに吸気が流入し不要なスワールを発生 させることがない。

【０００６】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案のいくつかの実施例を説明する。 まず、本考案の第一実施例を説明する。 図１は、本考案の第一実施例の断面図である。 図示の通り、この装置ではエンジンの各気筒毎に独立して設けられた吸気タン ク１の内部に、短通路２と、長通路４と、制御弁８とが設けられている。 ここで、短通路２は、その一端がシリンダヘッド１３へ接続され、他端の短通 路の吸入口３は吸気タンク１内部の吸気取入口１２の付近に開口しており、吸気 取入口１２からこの短通路２を通してシリンダヘッド１３に吸気を導入できるよ うになっている。 そして、短通路の吸入口３には後述する制御弁８の一部をなす短通路開閉弁１ ０が開閉自在に設けられている。 次に、長通路４は、その一端がシリンダヘッド１３に接続され、吸気タンク１ 内を取り巻くようにして配置され、末端の長通路の吸入口５は吸気タンク１内部 の吸気取入口１２の付近に開口し、吸気取入口１２からシリンダヘッド１３に吸 気を導入できるようになっている。 そして、この長通路４の略中央部にはバイパス口６が開口しており、バイパス 口６には後述する制御弁８の一部をなすバイパス口開閉弁１１が設けられている 。 そして、短通路２と、長通路４とは仕切壁７によって、燃料インジェクター１ ５の取り付け部まで互いに独立通路となっている。 なお、本実施例では図中の省略線で示した部分において、短通路２と長通路４ とは螺旋状に９０°捻れている。すなわち、図中のシリンダヘッド１３は水平断 面図であり、吸気タンク１は垂直断面図である。 つぎに、制御弁８について説明する。 制御弁８は、弁軸９を中心に短通路開閉弁１０とバイパス口開閉弁１１とが両 側に取り付けられたもので、両開閉弁が弁軸９を中心に概略「く」の字状の形状 をなすように配置されている。そして、弁軸９を回動させると、短通路開閉弁１ ０とバイパス口開閉弁１１とは、一体的に開閉動作を行う。 すなわち、制御弁８は、短通路開閉弁１０とバイパス口開閉弁１１との両方が 閉鎖する第一の作動位置（図中において実線で示す）と、短通路開閉弁１０とバ イパス口開閉弁１１との両方が開口する第二の作動位置（図中において一点鎖線 で示す）の二つの作動位置をとる。

【０００７】 次に、本考案の第二実施例を説明する。 図２は、第二実施例の一部破断平面図、図３はＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図 、図４はＩＶ−ＩＶ線による断面図である。なお、図面の説明において第一実施 例と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 図示の通り、この装置では短通路２と長通路４とは捻れることなく、平行に吸 気タンク１とシリンダヘッド１３とを接続している。短通路の吸入口３を開閉す る短通路開閉弁１０と、長通路４のバイパス口６を開閉するバイパス口開閉弁１ １とは弁軸９の軸方向に相異なる位置に設けられ、弁軸９の回動操作により二つ の弁は一体的に開閉動作を行う。 第二実施例は第一実施例の通路の捻れを解消したものである。すなわち、第一 実施例においては図１の省略線で示した部分において、短通路２と長通路４とは 螺旋状に捻れていた。第二実施例では、通路と弁との位置関係を変更してこの捻 れを解消した。

【０００８】 つぎに、本実施例の作用を説明する。 まず、エンジンの低速運転中においては、制御弁８は、短通路開閉弁１０とバ イパス口開閉弁１１との両方が閉鎖する第一の作動位置をとるべく制御される。 したがって、吸気は、通路断面積が小さく、通路長の長い長通路４のみによって 行われる。これは、低速運転時において吸気慣性効率が最大となる吸気通路構成 となる。 その結果、従来の装置では吸気不足の発生しがちなエンジンの低速運転中にお いても高い吸気慣性により充分な量の空気をシリンダ内に吸入し、高い充填効率 が実現できるので、エンジンの性能を最大限に引き出すことができ、一酸化炭素 等の発生を抑止することもできる。 しかも、本考案の慣性吸気装置においては、長通路４がエンジンの燃料インジ ェクター１５の取り付け部まで独立通路とされているので、長通路４中を高速で 流れてきた吸気は流速をほとんど低下させることがなく、シリンダ内に高速で流 れ込み、シリンダ内に強力なスワールを発生させることができ、エンジンの燃焼 状態を良好なものとすることができる。

【０００９】 ここで、本考案の慣性吸気装置のエンジン低速時におけるスワールの発生につ いて、さらに説明する。 本実施例において図１に示したのは、吸気側、排気側に各２バルブを有するい わゆる４バルブエンジンに本考案の慣性吸気装置を使用した例である。ここで、 エンジンの低速運転時においては、すでに説明したように、長通路４のみによっ て吸気が行われる。したがって、エンジンのシリンダ内に供給される吸気は、ほ とんどが長通路側に位置する一方の吸気バルブのみから流入することになる。こ れにより、本考案の慣性吸気装置では、従来の４バルブエンジンでは全く考えら れなかった強力なスワールを得ることができる。 また、吸気側、排気側とも各１バルブの、いわゆる２バルブエンジンに本考案 の慣性吸気装置を使用した場合にも、従来の吸気装置によっては得ることのでき なかった強力なスワールを発生させることができる。これは、吸気が長通路４の みによって行われるため、２バルブエンジンにおいても、吸気バルブの全面から 均一に吸気が導入されるのとは異なり、吸気バルブの長通路側の一部に吸気が集 中して流入することによる。

【００１０】 次に、エンジンの回転数が所定の回転数よりも高速運転域における本考案の作 用について説明する。 エンジンの回転数が、所定の回転数よりも高速回転域に達すると、制御弁８は 短通路開閉弁１０とバイパス口開閉弁１１との両方を開口させる第二の作動位置 へと切り替わるべく制御される。したがって、エンジンへの吸気は、吸気取入口 １２から、バイパス口６、長通路４を介してシリンダヘッド１３へと流入する第 一の経路と、吸気取入口１２から、短通路吸入口３、短通路２を介してシリンダ ヘッド１３へと流入する第二の経路との二つの経路により同時に行われることに なる。 すなわち、高速運転時における吸気は、通路長さの短い二つの通路を同時に用 いて行われることとなり、このことは、通路断面積が大きく、通路長さの短い吸 気通路によって吸気を行うことを意味する。これは、高速運転時において吸気慣 性効率を最大とする吸気通路構成となる。 その結果、エンジンの高速回転時に必要な量の空気を、慣性吸気により充分に 吸入することができる。 また、エンジンの高速運転時においては、低速運転時における動作で説明した ような吸気の偏りによるスワール発生の効果は生じないが、吸気の流入速度自体 がきわめて高速であるため、シリンダ内部には充分なタンブルを発生させること ができるため、燃焼室内の循環は十分であり、良好な燃焼を維持できる。

【００１１】 次に、本考案のエンジンの慣性吸気装置の効果を、図５のグラフを参照して説 明する。図５は本考案の慣性吸気装置を取り付けたエンジンについて、エンジン 回転数と発生トルクとの関係を示すものである。 Ａとして示した曲線は、エンジンの全回転域において制御弁を第一の作動位置 （短通路開閉弁とバイパス口開閉弁とをともに閉鎖する作動位置）に固定した場 合のエンジンの発生トルクを示すカーブである。 Ｂとして示した曲線は、エンジンの全回転域において制御弁を第二の作動位置 （短通路開閉弁とバイパス口開閉弁とをともに開口する作動位置）に固定した場 合のエンジンの発生トルクを示すカーブである。 Ｃとして示した曲線は、本考案の本来の動作であり、エンジンの低速運転時に は制御弁を第一の作動位置に制御し、エンジンの高速運転時には制御弁を第二の 作動位置に制御した場合における発生トルクを示すカーブである。 Ｄとして示した曲線は、同じエンジンに慣性吸気を利用しない通常の吸気装置 を取り付けた場合におけるエンジンの発生トルクを示すカーブである。 ＣのグラフとＤのグラフとを比較すると、本実施例がエンジンの全ての回転域 において通常の吸気装置よりも大きなトルクを発生させることが理解できる。

【００１２】

【考案の効果】

以上、詳述したように本考案のエンジンの慣性吸気装置によれば、エンジンの 低速運転時には長通路のみを吸気通路として使用して、小さな断面積の長い通路 による吸気を実現でき、高速運転時には、バイパス口の開口で通路長さが短縮さ れた長通路と、短通路との二つの通路を同時に吸気通路として、大きな断面積の 短い通路による吸気を実現できる。すなわち、本考案は、吸気通路の断面積と長 さとの両方を変化させるという本来の慣性吸気の理論に合致した慣性吸気装置を 提供することができるので、エンジンの回転数を問わず、最大の吸気慣性効率を あげることができる慣性吸気装置を提供することができる。 さらに、本考案は、長通路と短通路との独立性を燃料インジェクターまで確保 したので、エンジンの低速回転時には長通路の慣性効果により高い流速を得た吸 気を一方の吸気バルブから燃焼室内に導入するので、燃焼室内に強力なスワール を発生でき、高速回転時には通路長さが短縮された長通路と短通路との二つの通 路から同時に二つの吸気バルブに吸気が流入し不要なスワールを発生させること がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の第一実施例の立断面図

【図２】 本考案の第二実施例の一部破断平面図

【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による立断面図

【図４】 図２のＩＶ−ＩＶ線による立断面図

【図５】 本考案の効果を示す図

【図６】 第一の従来例を示す図

【図７】 第二の従来例を示す図

【図８】 従来例の欠点を説明するための図

【符号の説明】

１．．．吸気タンク ２．．．短通路 ４．．．長通路 ６．．．バイパス口 ７．．．仕切壁 ８．．．制御弁 １２．．吸気取入口 １５．．燃料インジェクター

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンのシリンダヘッドの各気筒毎に独
   立して接続される吸気タンクの内部に、 末端に吸気口を有する短通路と、 末端に吸気口を有するとともに略中央部にバイパス口を
   も有する長通路と、 前記短通路の吸入口を開閉する短通路開閉弁および前記
   バイパス口を開閉するバイパス口開閉弁からなる制御弁
   と、 が設けられているエンジンの慣性吸気装置において、 前記長通路と前記短通路とはエンジンの燃料インジェク
   ター取り付け部まで互いに独立通路として構成されてお
   り、 前記制御弁は、一本の弁軸に前記短通路開閉弁と前記バ
   イパス口開閉弁とが設けられて構成されるとともに、 前記制御弁は、エンジンの低速運転時においては、前記
   短通路開閉弁を閉鎖するとともに前記バイパス口開閉弁
   を閉鎖するように制御され、エンジンの高速運転時にお
   いては、前記短通路開閉弁を開口するとともに前記バイ
   パス口開閉弁を開口するように制御される、ことを特徴
   とするエンジンの慣性吸気装置。