JPH0568613B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は多気筒機関の吸気装置に関し、特に
低温時での機関回転の安定化を図つた吸気装置に
関する。

（従来の技術） 内燃機関においては慣性過給または共鳴過給と
呼称される吸気供給方式を採用したものがある。

このものは吸気開始時吸気ポート付近に発生し
た負の圧力波が音速で吸気管端（単気筒機関の場
合）に伝播し、正の圧力波となつて吸気ポート方
向に戻される吸気圧力振動が生じることを利用す
るもので、吸気弁が閉じる寸前に前記正の圧力波
が吸気弁のところまで伝達されるようにすれば、
正の圧力波を生じた空気が慣性によつてシリンダ
内に押し込まれることになる。こうした慣性過給
を行わせることのできる吸気圧力振動の周期は有
効管長にて一義的に定まるので、この周期と吸気
弁開閉周期とをマツチングさせることにより、慣
性過給を行い、吸気充効率を改善するようにして
いる。

ところが、自動車用機関では吸気弁開閉周期が
機関速度の増大に応じて短縮されるので、特定の
機関速度域でしか吸気弁開閉周期と吸気圧力振動
の周期とをマツチングさせることができない。そ
こで、この吸気圧力振動の周期、すなわち有効管
長を可変とする装置が提案され、これを第９図に
示すと、これは６気筒機関に適用したものである
（たとえば、特開昭56−115818号、実開昭59−
88221号公報参照）。

この機関では点火順序が１−４−２−６−３−
５であるため、第１０図に示すように、１〜３番
気筒（以下第１気筒グループという）は各気筒
の吸気弁開時期が実質的に互いにオーバーラツプ
せず、また４〜６番気筒（以下第２気筒グループ
という）も各気筒の吸気弁開時期が実質的に互
いにオーバーラツプしない。

これらの気筒グループ，の各燃焼室に連通
するマニホールドブランチ部（分岐部）３〜５，
６〜８は箱状のマニホールドコレクタ部（吸気集
合部）９Ａ，９Ｂにそれぞれ開口され、これらの
コレクタ部９Ａ，９Ｂに連通する分岐通路１１，
１２は上流に位置するサージタンク１３に開口合
流される。

また、コレクタ部９Ａ，９Ｂ間にはこのコレク
タ部間を連通する連通路を遮断する遮断弁１０が
介装され、この遮断弁１０は機関運転条件（機関
回転速度）に応じて開閉制御される。

たとえば、遮断弁１０が閉じられる機関低速域
においては、気筒グループ，内の吸入行程に
ある気筒から生じる吸気圧力振動の圧力波は、こ
の気筒の燃焼室から対応するブランチ部３〜８、
コレクタ部９Ａ，９Ｂ、分岐通路１１，１２を経
由してサージタンク１３に開口する開口端１１
Ａ，１２Ａまでの吸気通路を往復伝播するため、
この開口端１１Ａ，１２Ａが一方の管端となり、
他方の管端が吸気弁位置となる有効管長が形成さ
れる。

従つて、この有効管長により、この運転域での
吸気圧力振動の周期が定まる。このため、この有
効管長を機関低速域における吸気弁の開閉周期に
対応して設定することにより、低速域での吸気慣
性過給を良好に行うことができる。

これに対し、遮断弁１０が開かれる機関高速域
では、ブランチ部３〜８のコレクタ部９Ａ，９Ｂ
への開口端３Ａ〜８Ａを一方の管端とし他方の管
端を吸気弁位置とする有効管長によりこの運転域
での吸気圧力振動の周期が定まる。この場合に
は、有効管長が機関低速域に比べて短縮されるの
で、吸気圧力振動の周期が減少し、機関高速域に
おける吸気弁開閉周期にマツチングして高速域に
おいても良好な吸気慣性過給が行なわれる。

従つて、機関回転速度Ｎに対する吸気の充填効
率ηcは第３図に示す如く遮断弁５が閉弁する機
関低速域と開弁する機関高速域とに対しそれぞれ
最も良好な慣性過給を行うことのできる極大点
Ａ，Ｂを有することになり、ほぼ全速度域に渡つ
て良好な吸気充填効率特性が得られる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、各気筒に供給される燃料は、圧縮比
が高いほど圧縮温度上昇が大きくなり、良好に霧
化されるのであるが、機関温度が低いときには、
燃料の霧化がもともと行なわれにくいので、燃料
が良好に霧化するか否かは圧縮比に大きく左右さ
れる。

たとえば、気筒間に空気の分配のばらつきがあ
ると、気筒間で圧縮比が異なるが、圧縮比の十分
な気筒では高い圧縮温度上昇を得て燃焼状態が良
好となるのに対し、圧縮比の小さい気筒では、圧
縮温度上昇が期待できず燃料の霧化が十分でない
ことから燃焼状態が不良となり、こうして気筒間
で燃焼状態が異なると、トルク変動を生じ機関が
不安定となる。また、燃料の霧化の十分でない気
筒では排ガス成分の清浄化が図れず燃費の悪化を
招く。従つて、圧縮比を各気筒間で同一とするた
めには各気筒への空気の分配を均等にする必要が
ある。

しかし、このような吸気装置にあつては、遮断
弁１０が機関回転速度Ｎのみに依存して開閉制御
されるので、機関温度が低いときでも、機関回転
数が低いときには遮断弁１０が開弁状態に保持さ
れる。

遮断弁１０の閉弁状態では、各気筒の吸気弁位
置と分岐通路１１，１２の開口端１１Ａ，１２Ａ
との間の有効管長にて吸気圧力振動の周期が定ま
ることを前述したが、これらの有効管長を各気筒
で同一にすることは吸気マニーホルドの構造上困
難である。例えば第９図において第２気筒グルー
プを例に採ると、４〜６番気筒の有効管長は、
吸気弁位置６Ｂ〜８Ｂと開口端１２Ａまでの間の
各管長にて定まり、従つて有効管長は４番気筒か
ら６番気筒に向けて長くなる。

このため、第１２図に示すように、各気筒間で
ηcが最大となるピークがずれ、例えば４番気筒
のηcのピークに合わせた回転速度Ｎでは４番気
筒のηcが最大となり５番気筒、６番気筒の順に
低下する。この結果、同一の回転速度Ｎでは同一
のηcが得られることがなく、空気を各気筒で均
等に分配することができなくなり、アイドル時等
の機関温度の低い運転域では、この各気筒間の空
気の分配のばらつきにより、機関が不安定とな
り、また燃費の悪化や排ガス成分の清浄化の不良
を招くのである。

この発明は、機関温度の低い運転域にも各気筒
間に空気を均等に分配することのできる吸気装置
を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明は、吸気弁の開弁時期が相互にオーバ
ーラツプしない気筒にて形成した気筒グループへ
の分岐通路が開口合流する複数の吸気集合部と、
これらの吸気集合部の各々に連通する分岐通路が
開口合流する共通のサージタンクと、前記吸気集
合部間を連通する連通路を遮断する遮断弁と、機
関運転条件に応じてこの遮断弁を開閉制御する制
御手段とを備える多気筒機関の吸気装置を前提と
し、この装置に、機関温度を検出する温度検出手
段と、機関温度が所定値以下のときは機関運転条
件に拘わらず前記遮断弁を開弁状態に保持する弁
保持手段とを設ける。

（作用） このように構成すると、機関温度が所定値以下
の低温時は遮断弁が開弁状態に保持される。

この状態は機関高速域と同様であり、各気筒の
有効管長は吸気弁位置と吸気集合部への分岐通路
の開口端との間の管長にて定まる。

この場合、吸気集合部は各気筒に近接して設け
られるので、これらの有効管長は各気筒ともほぼ
等しく、従つて同一の回転速度に対し吸気充填効
率ηcを同等にすることが可能となり、機関低温
時にも全気筒の実圧縮比を同一として機関の安定
化を図り、また燃費の向上と排ガス成分の清浄化
を達成することができるのである。

（実施例） 第１図はこの発明を６気筒機関に適用した第１
実施例を示す概略図である。

この機関の点火順序は１−４−２−６−３−５
であるため、第２図に示すように、１〜３番気
筒、４〜６番気筒は各々各気筒の吸気弁開時期が
実質的に互いにオーバーラツプせず、従つて１〜
３番気筒が第１気筒グループ、４〜６番気筒が
第２気筒グループとして形成されている。

９Ａ，９Ｂはこれらの気筒グループ，の
個々の燃焼室に連通されるマニホールドブランチ
部３〜５，６〜８が開口合流するマニホールドコ
レクタ部（吸気集合部）、１３はこれらのコレク
タ部９Ａ，９Ｂの各々に連通する分岐通路１１，
１２が開口合流する共通のサージタンク、また１
０はコレクタ部９Ａ，９Ｂ間を連通する連通路を
遮断する遮断弁である。

２０は機関運転条件としての機関回転速度Ｎを
検出する回転速度センサ２１からの信号に応じて
この遮断弁１０を開閉制御するコントロールユニ
ツトであり、たとえばデジタル制御を行うマイク
ロコンピユータ等から構成される。

こうして構成される吸気装置の作用は従来例と
同様である。

たとえば、遮断弁１０が閉じられる機関低速域
においては、気筒グループ，内の吸入行程に
ある気筒から生じる吸気圧力振動の圧力波は、こ
の気筒の燃焼室から対応するブランチ部３〜８、
コレクタ部９Ａ，９Ｂ、分岐通路１１，１２を経
由してサージタンク１３に開口する開口端１１
Ａ，１２Ａまでの吸気通路を往復伝播するため、
この開口端１１Ａ，１２Ａが一方の管端となり、
他方の管端が吸気弁位置となる有効管長が形成さ
れる。

従つて、この有効管長により、この運転域での
吸気圧力振動の周期が定まる。このため、この有
効管長を機関低速域における吸気弁の開閉周期に
対応して設定することにより、低速域での吸気慣
性過給を良好に行うことができる。

なお、１つの気筒グループ，内の各気筒相
互間は吸気弁の開時期が実質的にオーバーラツプ
しないから、対応するコレクタ部９Ａ，９Ｂは吸
入行程にある１個の気筒からの吸気圧力の影響の
みを受け、吸気の干渉が生じることはない。

これに対し、遮断弁１０が開かれる機関高速域
では、ブランチ部３〜８のコレクタ部９Ａ，９Ｂ
への開口端３Ａ〜８Ａを一方の管端とし他方の管
端を吸気弁位置とする有効管長によりこの運転域
での吸気圧力振動の周期が定まる。この場合に
は、有効管長が機関低速域に比べて短縮されるの
で、吸気圧力振動の周期が減少し、機関高速域に
おける吸気弁開閉周期にマツチングして高速域に
おいても良好な吸気慣性過給が行なわれる。

従つて、機関回転速度Ｎに対する吸気の充填効
率ηcは第３図に示す如く遮断弁５が閉弁する機
関低速域と開弁する機関高速域とに対しそれぞれ
最も良好な慣性過給を行うことのできる極大点
Ａ，Ｂを有することになり、ほぼ全速度域に渡つ
て良好な吸気充填効率特性が得られる。

なお、多気筒機関では何個かの気筒を共通のマ
ニホールドでつなぐのが普通であり、共通のマニ
ーホルドを用いるのでは他の気筒の影響を受ける
ことがある。たとえば、遮断弁１０が閉弁状態に
ある場合を考えると、第２図に示すように、１番
気筒の吸入行程終了前に、４番気筒の吸入行程が
始まる。その影響で、１番気筒の吸気弁前の管内
圧力が低下し、１番気筒の吸入量が減少する。こ
のような吸気干渉を避けるために容量の大きなサ
ージタンク１３が設けられ、他の気筒の圧力振動
を減衰させているのである。同様に、遮断弁１０
が開弁状態にある場合の吸気の干渉を避けるため
に、コレクタ部９Ａ，９Ｂが設けられている。

次に、この発明の要部を説明すると、第１図に
おいて、２２は機関温度を検出する温度センサで
あり、機関温度を代表する、たとえば冷却水温
度、潤滑油温度等が検出される。

この温度信号が入力されるコントロールユニツ
ト２０は回転速度に応じて遮断弁１０の開閉を制
御するだけでなく、弁保持手段としても機能し、
この温度信号に基づき機関温度Ｔが所定値To以
下のときは機関運転条件に拘わらず遮断弁１０を
開弁状態に保持する。

第４図はこのコントロールユニツト２０をマイ
クロコンピユータで構成した場合に、このマイク
ロコンピユータの一部を構成する中央演算ユニツ
トにて行なわれる動作を説明する流れ図である。

この動作は所定時間毎に行なわれるものであ
り、図中の番号は処理番号を示す。

２３では、機関回転速度Ｎ、機関温度Ｔが読み
込まれ、２４ではＮを所定値Noと比較すること
により、Ｎ≧Noであるときは高速域にあるのだ
から２７にて遮断弁１０を開弁し、有効管長を短
くすることにより、Ｎの高い運転域での吸気充填
効率ηcを高める。

２４にてＮ＜Noであれば、低速域にあるのだ
から、２６にて遮断弁１０を開弁し、有効管長を
長くすることにより、Ｎの低い運転域でのηcを
高める。

２５，２７はこの発明の要部となるところであ
り、弁保持手段として機能する。すなわち、２４
にてＮ＜Noである場合に２６に進み常に遮断弁
１０が閉弁とされるのではなく、この例では２５
にてＴを所定値Toと比較し、Ｔ≦Toである低温
時にはそのときのＮに拘わらず２７にて遮断弁１
０を開弁状態に保持する。

このことは、第５図に示すように、Ｎ＜Noか
つＴ≦Toである領域が遮断弁１０を開弁する運
転域として新たに設けられたことを意味する。な
お、第５図はこの実施例の運転条件に対する遮断
弁１０の開閉特性図である。

ところが、従来例ではこうした低温領域にも遮
断弁１０が閉じられる。この場合には、吸気マニ
ホールドの構造上各気筒への有効管長を同一にす
ることは困難であり、各気筒でηcが最大となる
ピークがずれ、同一回転速度では各気筒への空気
が均等に分配されず、実圧縮比が相違する。

こうした実圧縮比の相違は、低温時には燃焼室
に供給された燃料の霧化の程度に大きく影響し、
圧縮比の小さい気筒では圧縮温度上昇が十分でな
いことから燃料が十分に霧化せず、燃焼状態が不
良となつて燃費の悪化や排ガス成分の清浄化の不
良を招き、また燃焼状態の良好な気筒との間でト
ルク変動を生じてしまう。

これに対し、この発明ではアイドル時等の低温
時は遮断弁１０が開弁状態に保持され、各気筒の
有効管長は吸気弁位置とブランチ部３〜８の開口
端３Ａ〜８Ａとの間の管長にて定まる。

この状態は機関高速域と同様であり、コレクタ
部９Ａ，９Ｂが各気筒に近接して設けられること
からも、これらの有効管長は各気筒間ともほぼ等
しくすることが可能で、従つて、同一の回転速度
に対しすべての気筒のηcを同等にして空気を均
等に分配することができる。

このため、各気筒間で実圧縮比を同等として同
じ燃焼状態を得ることができ、これにより機関を
安定化することができるとともに、部分的に圧縮
比の小さくなる気筒がなくなることから燃費の向
上と排ガス成分の清浄化の改善をも達成すること
ができる。

なお、２５にてＴ＞Toである高温時には、機
関に供給される燃料の霧化が良好であり、少々の
空気の分配のばらつきがあつても良好な燃焼状態
を得ることができるので気筒間のトルク変動もわ
ずかなものであり、従つて、この場合には遮断弁
１０を閉じる必要はなく、２６にて遮断弁１０を
閉弁することにしている。

第６図はこの発明をＶ型６気筒機関に適用した
第２実施例の機械的構成を示す横断面図である。
なお、第７図はこの実施例の縦断面図、第８図は
第６図のＡ−Ａ線断面図である。

この例では、吸気弁の開弁時期が相互にオーバ
ーラツプしない気筒グループがそれぞれバンク３
０Ａ，３０Ｂを形成しており、このため、吸気マ
ニホールド３１は隔壁３２にて複数のコレクタ部
９Ａ，９Ｂに区画され、それぞれのコレクタ部９
Ａ，９Ｂに気筒グループを形成する各気筒へのブ
ランチ部３〜５，６〜８が開口される。

また、コレクタ部９Ａ，９Ｂ間を連通する連通
路３４がコレクタ部上面に設けられ、この連通路
３４に遮断弁１０が介装されている。この場合、
コレクタ部９Ａ，９Ｂの連通路３４への開口部３
３Ａ，３３Ｂは第６図においてバンクのほぼ中央
に開口されている。

従つて、サージタンク１３から２つに分岐した
分岐通路１１，１２を介して空気を各気筒に分配
する場合、分岐通路１１，１２から最も遠い位置
にある気筒への分配がどうしても遅れがちとなる
のであるが、この例では、低温時に遮断弁１０が
開弁されると、この連通路３４を介して最も遠い
位置にある気筒への空気の分配が容易に行なわ
れ、各気筒間の空気の分配を均一にすることがで
きるので、第１実施例よりも機関の安定化、燃費
の向上、排ガス成分の清浄化の効果を一層高める
ことができる。

なお、３５は吸気ダクト、３６は熱線式のエア
フローメータ、３７はエアクリーナ、３８は燃料
噴射弁である。

（発明の効果） この発明は、吸気弁の開弁時期が相互にオーバ
ーラツプしない気筒にて形成した気筒グループへ
の分岐通路が開口合流する複数の吸気集合部と、
これらの吸気集合部の各々に連通する分岐通路が
開口合流する共通のサージタンクと、前記吸気集
合部間を連通する連通路を遮断する遮断弁と、機
関運転条件に応じてこの遮断弁を開閉制御する制
御手段とを備える多気筒機関の吸気装置におい
て、機関温度を検出する温度検出手段と、機関温
度が所定値以下のときは機関運転条件に拘わらず
前記遮断弁を開弁状態を保持する弁保持手段とを
設けたので、アイドル時等の低温時は機関高速域
と同様、全気筒の有効管長を同一とすることによ
り、ほぼ同様の吸気充填効率が得られ空気が均等
分配される。

この結果、各気筒間の実圧縮比が同等となり同
じ燃焼状態を得ることができ、機関の安定化、燃
費の向上、排ガス成分の清浄化を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を６気筒機関に適用した第１
実施例を示す概略図、第２図はこの機関における
各気筒のクランク角に対する吸気弁開度特性を示
す説明図、第３図はこの実施例における機関回転
速度と吸気充填効率の関係を示す特性図である。
第４図はこの実施例の動作を説明する流れ図、第
５図はこの実施例の運転条件に対する遮断弁の開
閉特性図である。第６図はこの発明をＶ型６気筒
機関に適用した第２実施例の機械的構成を示す横
断面図、第７図はこの実施例の縦断面図、第８図
は第６図のＡ−Ａ線断面図である。第９図は従来
例の６気筒機関における概略図、第１０図はこの
機関における各気筒のクランク角に対する吸気弁
開度特性を示す説明図、第１１図はこの例におけ
る機関回転速度と吸気充填効率の関係を示す特性
図、第１２図はこの例の遮断弁閉弁時における第
２気筒グループの吸気充填効率の特性図である。 ＃１〜＃６…気筒、３〜８…吸気マニホールド
ブランチ部、３Ａ〜８Ａ…開口端、９Ａ…一方の
吸気マニホールドコレクタ部、９Ｂ…他方の吸気
マニホールドコレクタ部、１０…遮断弁、１１，
１２…分岐通路、１１Ａ，１２Ａ…開口端、１３
…サージタンク、２０…コントロールユニツト、
２１…回転速度センサ、２２…温度センサ、３０
Ａ，３０Ｂ…バンク、３１…吸気マニホールド、
３２…隔壁、３３Ａ，３３Ｂ…開口部、３４…連
通路、３８…燃料噴射弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気弁の開弁時期が相互にオーバーラツプし
   ない気筒にて形成した気筒グループへの分岐通路
   が開口合流する複数の吸気集合部と、これらの吸
   気集合部の各々に連通する分岐通路が開口合流す
   る共通のサージタンクと、前記吸気集合部間を連
   通する連通路を遮断する遮断弁と、機関運転条件
   に応じてこの遮断弁を開閉制御する制御手段とを
   備える多気筒機関の吸気装置において、機関温度
   を検出する温度検出手段と、機関温度が所定値以
   下のときは機関運転条件に拘わらず前記遮断弁を
   開弁状態に保持する弁保持手段とを設けたことを
   特徴とする多気筒機関の吸気装置。