JPH06207519A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸入空気流の逆流防止を図り、空気流れを方
向を判別し得ない空気流量計の測定精度を高める 【構成】（１）吸気管のうちエアクリーナ２の上流にあ
るエアパイプ１途中に大気と通じて空気流入可能な開口
部１Ａを設け、開口部１Ａをエンジン運転条件に応じて
弁９により開閉させて吸気管の等価長さを変化させ、吸
気管１の空気の固有振動数を変えてこの固有振動数と吸
気脈動の共振を回避する。或いは、（２）エンジンの各
気筒に通じる吸気マニホールド或いは吸気ポート同士を
互いに連通させ、この連通管を介して各気筒の吸気弁が
閉じた時に生じる水撃現象による逆流空気を吸気行程の
始まっている他の気筒に吸収させるよう設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子制御燃料噴射装置
付きエンジンの吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエンジンの吸気装置には、例え
ば、特開平１−１８２５６８号、特開平４−８８６１号
公報等に開示されるように、エンジンの吸気管の途中に
共鳴室（レゾネータ）を設け、この共鳴周波数と吸気管
に発生する吸気騒音周波数とを一致させて、共鳴周波数
を消音に利用することで吸気騒音を低減させたり、特開
昭６２−１９１６５６号公報に開示されるように、エア
クリーナに２個のインレットダクトをそれぞれの空気流
が干渉し合うように設け、このインレットダクトの一方
に該インレットバルブの通路を開閉させる開閉弁を設
け、この一方のインレットダクトの通路を、エンジン回
転数に応動して開閉させることで、吸気系の音響特性を
制御し、エンジン回転数の広い範囲にわたって高い体積
効率を得るようにした吸気装置等、エンジン吸気装置に
種々の工夫がなされたものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車の電
子制御燃料噴射装置に、空気流量計として熱線等の感温
抵抗体（発熱抵抗体）を用いた熱式空気流速計の原理を
用いたものがある。この空気流量計は、小形で応答性が
良く、かつ、質量流量が直接測定できるので広く用いら
れている。

【０００４】しかし、熱式空気流量計は、流れの方向を
検出できないため、絞り弁全開時のように、空気流が逆
流を伴った大きな脈動流である場合に大きな誤差を生じ
る課題がある。この逆流現象は、次のような理由により
生じる。

【０００５】一つは、例えばエンジンが低回転数、且つ
高負荷（絞り弁開度が大きいとき）に吸気脈動が大きく
なって、図９に示すように、その一部（斜線で示した部
分）が逆流し、また、この逆流部分が空気流量計に誤っ
て順流として検出されるためである。吸気脈動はピスト
ンの吸引速度に対応してほゞサイン波形となるため生じ
るが、吸気脈動の振幅が大きいほど充填効率は良い。反
面、吸気管の空気の固有振動数と吸入空気流の周期（エ
ンジン回転速度）が一致すると、共振によって吸気脈動
が大きくなり過ぎて、上記したような逆流現象が発生す
る。

【０００６】もう一つは、各気筒の吸気弁が閉じるとき
空気流の慣性によって水撃が生じ、これが逆流となる現
象である。

【０００７】このような逆流を判別し得ない熱式空気流
量計は、この課題に対象するため、従来は、例えば特公
昭６２−１４７０５号公報等に開示されるように、空気
流量計の信号に補正係数をかける方法を用いていた。し
かし、この方法は、対症療法的で精度が悪くかつ補正係
数を求めるのに時間がかかり、抜本的な方法の提案が期
待されている。

【０００８】また、前記〔従来技術〕の欄で説明した技
術のうち、前者のように共鳴室を吸気管に設ける技術
は、吸気管の共鳴周波数と一致させた共鳴周波数で能動
的に消音を行うもので、吸気脈動に対する共振を抑制で
きる期待も感じさせるが、共鳴室といったものを必要と
するため、装置を大型化して取付スペース等の課題が残
されている。

【０００９】また、後者の場合には、吸気系の体積効率
（充填効率）を高めるために音響特性を制御するもので
あり、ここで課題とする吸気系の逆流防止を図ることは
できない。

【００１０】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は、取付スペースの改善を図りつつ、吸入空気流の逆
流防止を図り、空気流量計の測定精度を高めることにあ
る。また、逆流防止を通じて円滑な吸気作用を保証する
ことも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基本的には次のような課題解決手段を提
案する。

【００１２】一つは、吸気管のエアクリーナの下流に空
気流量計，絞り弁等を備えたエンジンの吸気装置におい
て、前記吸気管のうち前記エアクリーナの上流の管路途
中に大気と通じて空気流入可能な開口部と、この開口部
をエンジンの運転条件に応じて開閉させて該吸気管の等
価長さを変化させる開閉弁とを設け、この吸気管の等価
長さを変えることで吸気管内の空気の固有振動数と吸気
脈動との共振を回避するように設定したものを提案する
（これを第１の課題解決手段とする）。

【００１３】もう一つは、エンジンの吸気装置におい
て、エンジンの各気筒に通じる吸気マニホールド或いは
吸気ポート同士を互いに連通させる連通管を設け、且
つ、この連通管を介して各気筒の吸気弁が閉じた時に生
じる水撃現象による逆流空気を吸気行程の始まっている
他の気筒に吸収させるよう設定したものを提案する（こ
れを第２の課題解決手段とする）。

【００１４】

【作用】第１の課題解決手段の作用…吸気管内の空気の
固有振動数は、音速及び吸気管の長さによって決定され
る。したがって、本発明のように、エアクリーナの上流
の管路途中に設けた開口部を閉めてある場合と、開口部
を開いて大気と連通させた場合（この場合は、この開口
部からもわずかに吸入空気が導入される）では、吸気管
の等価長さが変化する。なお、エアクリーナの上流に前
記開口部を設けたのは、塵埃流入防止も配慮したためで
ある。

【００１５】したがって、この開口部を、エンジンの運
転条件に応じて弁を用いて開閉し、吸気管の等価長さを
変えることで、吸気脈動に対する共振を回避できる吸気
管の空気の固有振動数が得られる。その結果、吸気脈動
の大きい運転条件でこの吸気管の等価長さを上記共振回
避を意図して変化させることで、過大な吸気脈動の発生
を防止し、ひいては、それに伴う逆流を大幅に抑制でき
空気流量計の測定精度を高める。さらに、逆流防止を図
ることで円滑な吸気作用を保証する。

【００１６】第２の課題解決手段の作用…エンジンの吸
気マニホールド或いはその吸気ポート同士を連通させる
と、或る気筒の吸気弁が吸気行程終了によって閉じた時
に吸入空気の慣性によって水撃現象が発生する。この時
発生する逆流が、連通管を介して吸気行程の始まってい
る他の気筒に吸い込まれ、空気流量計のある位置にほと
んど影響を及ぼさないので、これによって空気流量計の
測定精度を高めることができる。

【００１７】また、第１の課題解決手段における開口
部，開閉弁及び第２の課題解決手段における連通管は、
取付スペースをさほど要しない。

【００１８】なお、第１の課題解決手段と第２の課題解
決手段の装置同士を組合せることも可能である。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す構成図であ
る。

【００２０】エンジンへの吸入空気は、吸気管の一部と
なるエアパイプ１、エアクリ−ナ２、空気流量計３、絞
り弁４、吸気管５、吸気弁７を通って、エンジンに吸入
される。空気流量計３は、例えば温度依存特性を有する
発熱抵抗体（熱線、薄膜抵抗体、半導体等）を用いた熱
式吸気流量計である。

【００２１】吸気管のうちエアクリ−ナ２の上流に位置
するエアパイプ１の管路途中に大気と通じる開口部１Ａ
が設けてある。９は、この開口部１Ａを電気信号により
開閉する開閉弁で、電磁弁より成る。

【００２２】８はエンジン制御コントロ−ラ（マイクロ
コンピュータ）で、図２に示すようなエンジン回転速
度、絞り弁開度のテ−ブルを格納し、このテーブルから
該開閉弁９の開閉を決め、その開閉指令信号を開閉弁９
の電磁ソレノイドに出力する手段を有し、これにより弁
９すなわち開口部１Ａを開閉制御する。なお、６は燃料
噴射弁である。

【００２３】通常、エンジンが低回転数、高負荷の時、
吸入空気流は逆流を伴った脈動流となる。上記テーブル
は、この脈動が大きくなる運転条件域とその他の運転条
件域を絞り弁開度とエンジン回転数から定めてあり、エ
ンジンが低回転数で絞り弁が大の運転域で開閉弁９を開
き、それ以外の時には開閉弁９を閉じる特性としてあ
る。

【００２４】そして、エンジンが低回転数、絞り弁開度
が大の時に開閉弁９を開くことにより、吸気管内の空気
の固有振動数を決める吸気管長さが短くなり（図１で
は、Ｌで示す。）、吸気脈動の周波数（エンジン回転速
度）と該固有振動数の共振が回避される。この時脈動振
幅は小さくなり、逆流の程度も大幅に小さくなる。実験
結果を図３に示す。図３（ａ）は開閉弁９を閉じた時の
熱式空気流量計の信号で、図３（ｂ）は開閉弁９を開い
た時の熱式空気流量計の信号で、これらを比較しても理
解できるように、開閉弁９を開いて上記共振回避を図る
ことで、逆流を大幅に小さくできる。なお、開閉弁９の
ある開口部１Ａの面積は、小さいと効果はない。実験に
よれば、エアパイプ１の通路断面積の１／３以上が必要
である。

【００２５】なお、上述の共振を確実に回避するために
は、固有振動数を決める吸気管長さを大きく変える必要
があり、そのためには、開口部１Ａをエアクリーナ２の
直ぐ近くの上流に設けると良い。このようにすれば、開
口部１Ａから流入する空気はエアクリーナエレメントを
通過するので、エンジンへの塵埃流入は防げる効果もあ
る。

【００２６】また、開閉弁９の開閉を決めるテーブル
は、図２の絞り弁開度の代わりに絞り弁開度と等価な吸
気圧力又は空気流量を用いても良い。

【００２７】図４は、本発明の第２実施例である。吸気
多岐管５の上流の集合部１０の直上流に絞り弁４と一体
の空気流量計３を設け、エアクリ−ナ２の直上流に開口
部１Ａ及び開閉弁９を設けた構造である。

【００２８】この構造では通常、吸気弁７（図１に示
す）からエアクリ−ナ２までの長さは短く、逆流の程度
は小さいが、さらに、エアパイプ１に設けた開閉弁９を
開くことによりエアパイプ１からエアクリ−ナ２までの
通路で生じる吸気脈動の周期（エンジン回転速度）との
共振を回避でき逆流の程度をより小さくできる。

【００２９】図５は開閉弁９の他の構造である。三方弁
１３で大気圧と吸気管圧力を適切に取り込みダイアフラ
ム１２を介して弁１１を開閉するものである。この構造
ではダイアフラム１２で弁１１を開閉するので、三方弁
（電磁弁）１３の消費電力を小さくできる効果がある。

【００３０】図６は、図５の変形例である。絞り弁４の
下流の圧力の作用で、ダイアフラム２０を介して開閉弁
９を開閉する。絞り弁４が閉じている時は、絞り弁下流
圧が負圧になり、ダイアフラム２０により開閉弁９は閉
じる。絞り弁４が全開になると、絞り弁下流圧はほゞ大
気圧になり、ダイアフラム２０中の圧縮ばね２１の作用
により、開閉弁９は開く。この構成では、前述にように
逆流を生じる絞り弁全開時に、開閉弁９が開き、吸気管
内の空気の固有振動数が高くなり、吸気脈動の周期との
共振を回避でき、逆流の程度を小さくできる。かつ、マ
イクロコンピュータのようなコントローラを介さずに上
記の逆流抑制をできる利点がある。

【００３１】図７は水撃現象による逆流の発生を抑制す
る実施例（第３実施例）である。

【００３２】本実施例は、各気筒の吸気マニホールド５
（或いは吸気ポート）同士を吸気弁７（図１参照）にご
く近い位置１７で接続する連通管１６を設けたものであ
る。なお、１５はエンジン、１４は吸気管のサ−ジタン
ク部である。弁１８は、図１の開閉弁９と同様に図２に
示すようなテ−ブルを用いてコントロ−ラ８により、開
閉される弁である。弁１８は、図１の開閉弁９のように
電磁ソレノイドまたは図５，図６のようなダイアフラム
１２で開閉される。図８は、図７のＨ−Ｈ断面である。

【００３３】本実施例によれば、吸気弁７が開いている
間は矢印Ａの方向に吸入空気は流れるが、吸気弁が閉じ
た瞬間、水撃現象により矢印Ｂのように流れる。この逆
流が空気流量計３まで到達すると熱線式空気流量計では
誤差を生じるので、矢印Ｃで示すように該逆流を連通管
１６を介して他の気筒に吸い込ませる原理である。例え
ば、４気筒エンジンでは、ひとつの気筒の吸気弁が閉じ
る時、既に他の気筒では吸気行程が始まっており容易に
逆流を吸入することができる。

【００３４】この方式は、水撃に伴う逆流を抑制できる
が、空気流の脈動振幅を小さくするのでエンジンの充填
効率が低下しやすい。そこで、充填効率の低下が課題と
なる場合は、逆流を生じる低回転速度、絞り弁高開度の
時のみ弁１８を開いて、逆流を生じない運転条件では、
充填効率の低下がないように弁１８を閉じる。理想的に
は、弁１８は第１−第２気筒、第２−第３気筒、第３−
第４気筒の間の３ケ所に設けるのが良いが、第２−第３
３気筒の間１ケ所でもその効果はあまり劣らない。なぜ
なら、４気筒エンジンの吸気順序は、気筒でいえば１−
３−４−２または１−３−２−４の順であり、特に後者
の吸気順序の場合、図６の弁１８の位置で、他の気筒で
発生した逆流の吸入を抑止できるので、弁１８は１ケ所
でも良い。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、第１の課題解決手段で
は、共振に伴う脈動振幅の拡大による逆流の発生を抑制
でき、第２の課題解決手段では、水撃現象による逆流の
発生を抑制できる。従って、流れの向きを検知できない
空気流量計でも、正確に空気流量を測定できる効果があ
る。

【００３６】なお、空気流の脈動振幅を小さくすると慣
性過給を得にくく、エンジンの充填効率が低下しやす
い。そこで、実施例のように、逆流を生じるエンジン低
回転数、高負荷の時のみ弁９、１８を開き、逆流を生じ
ない運転条件では、充填効率の低下がないように弁９、
１８を閉じれば、逆流の抑制と充填効率の向上とを両立
でき燃料量の精密制御とエンジン出力の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す構成図

【図２】上記実施例に用いる開閉弁９の開閉をきめるテ
−ブルの例

【図３】上記開閉弁９を開いた時の逆流の減少を示す実
験結果

【図４】本発明の第２実施例を示す構成図

【図５】上記開閉弁９の他の例を示す構造図

【図６】上記開閉弁９の他の例を示す構造図

【図７】本発明の第３実施例を示す構成図

【図８】図７のＨ−Ｈ断面図

【図９】吸気脈動に伴う逆流現象を示す説明図

【符号の説明】 １…エアパイプ（吸気管の一部）、１Ａ…開口部、２…
エアクリ−ナ、３…熱式空気流量計、４…絞り弁、５…
吸気管、６…燃料噴射弁、７…吸気弁、８…コントロ−
ラ、９…開閉弁、１３…三方弁、１５…エンジン、１６
…連通管、１８…弁。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気管のエアクリーナの下流に空気流量
   計，絞り弁等を備えたエンジンの吸気装置において、 前記吸気管のうち前記エアクリーナの上流の管路途中に
   大気と通じて空気流入可能な開口部と、この開口部をエ
   ンジンの運転条件に応じて開閉させて該吸気管の等価長
   さを変化させる開閉弁とを設け、この吸気管の等価長さ
   を変えることで吸気管内の空気の固有振動数と吸気脈動
   との共振を回避するように設定したことを特徴とするエ
   ンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記開閉弁は、制御
   手段によって、エンジンの吸気脈動が大きくなる運転条
   件では前記開口部を開き、他の運転条件では前記開口部
   を閉めるように設定してあることを特徴とするエンジン
   の吸気装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記制御手段はマイ
   クロコンピュータより成り、予めエンジンの吸気脈動の
   大きくなるエンジン運転条件を、（イ）絞り弁の開度／
   エンジン回転数のテーブル、（ロ）吸気圧力／エンジン
   回転数のテーブル、（ハ）吸気流量／エンジン回転数の
   テーブルのいずれか一つを用いて設定してあることを特
   徴とするエンジンの吸気装置。
4. 【請求項４】 請求項２において、前記制御手段は、吸
   気管内圧力に応動して前記開閉弁を開閉させるダイアフ
   ラム機構より成ることを特徴とするエンジンの吸気装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   において、前記開口部の面積は、前記吸気管の通路面積
   の１／３倍以上であることを特徴とするエンジンの吸気
   装置。
6. 【請求項６】 エンジンの吸気装置において、エンジン
   の各気筒に通じる吸気マニホールド或いは吸気ポート同
   士を互いに連通させる連通管を設け、且つ、この連通管
   を介して各気筒の吸気弁が閉じた時に生じる水撃現象に
   よる逆流空気を吸気行程の始まっている他の気筒に吸い
   込ませるよう設定して成ることを特徴とするエンジンの
   吸気装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、エンジンの吸気脈動
   が大きい運転条件のときに前記連通管の管路を開く開閉
   弁を備えていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、エンジンが４気筒エ
   ンジンである場合には、前記連通管の管路のうち第２気
   筒・第３気筒間に前記開閉弁を設けたことを特徴とする
   エンジンの吸気装置。