JPH0716032Y2 - 多気筒内燃機関の可変吸気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、多気筒内燃機関の吸気装置であって、分岐部
下流側で吸気弁と分岐部との間に、ボリュームと制御弁
を設け、運転条件により制御弁を開閉することにより慣
性効果を利用して体積効率を向上させるようにした可変
吸気装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関の吸気装置は、大別すると、第６図に示すもの
（以下タイプＩという）と、第７図に示すもの（以下タ
イプIIという）とに分けられる。

タイプＩは多気筒（図では６気筒の場合を示している）
の各気筒ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを互に独立の吸気管P
a、Pb、Pc、Pd、Pe、Pf、によって１つのサージタンク
Ｓに接続し、サージタンクＳを１本のダクトＤによって
エアクリーナＡに接続したシステムから成る。このタイ
プのものは、たとえば実開昭58-116726号公報に示され
ている。

タイプIIは多気筒（図では６気筒の場合を示している）
の各気筒ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを互に吸気行程が重な
らない気筒群に分割し、すなわちａ、ｂ、ｃの気筒群と
ｄ、ｅ、ｆの気筒群に分割し、一つの気筒群に属する気
筒に接続する互に独立の吸気管を１つの吸気管に集合さ
せ、すなわちPa、Pb、PcはTaに集合させるとともに、P
c、Pd、PeはTbに集合させ、集合した吸気管Ta、Tbをさ
らに１つのダクトＤに集合させてエアクリーナＡに接続
させたものから成る。集合部にはサージタンクＳが設け
られてもよくあるいは吸気管を単に集合させたものであ
ってもよい。このタイプのものはたとえば特開昭48-725
09号公報に示されている。

上記の吸気装置を、気筒内に吸引される空気の体積効率
を上げて出力特性を向上させるという観点から見ると、
タイプＩとタイプIIとでは体積効率に影響を与える慣性
効果が異なるので、分けて論ぜられなければならない。
何となればタイプＩのものは、慣性効果が吸気弁からサ
ージタンクＳ迄の距離l₀の圧力反射波の影響を受け、サ
ージタンクＳ内で各気筒の圧力変動が干渉し平滑化され
大気開放と同じ効果を与えて、サージタンクＳより上流
の影響をほとんど受けないので、エンジン回転数ES−体
積効率ηｖ特性において第９図に示すようなl₀の影響を
受ける１つのピークしかあらわれないのに対し、タイプ
IIのものは、慣性効果が吸気弁から第１の集合部（第１
の吸気管の集合部）迄の距離l₀の圧力反射波と吸気弁か
ら第２の集合部（第２の吸気管の集合部）迄の距離l₁の
圧力反射波との両方の影響を受け、エンジン回転数ES−
体積効率ηｖ特性において第10図に示すようなl₀とl₁の
影響を受ける２つのピークがあらわれるからである。こ
の場合、l₀の影響を受けるピークはl₁の影響を受けるピ
ークよりエンジン回転数大側にあらわれる。すなわち、
タイプＩとタイプIIとでは、１つのピークか２つのピー
クかが異なる原理が利用され、それらを利用して使用範
囲に高体積効率域がくるように吸気系が設計される。

本考案は、上記タイプのうち、タイプIIに属するものの
改良である。

タイプIIの吸気装置において、エンジン回転数のなるべ
く広い範囲にわたって高体積効率が得られるように、実
開昭57-81435号公報では、気筒群ａ、ｂ、ｃの吸気管P
a、Pb、Pcを集合させた吸気管Taと気筒群Pd、Pe、Pfを
集合させた吸気管Tbのそれぞれに、該吸気管Ta、Tbの下
流側分岐部とダクトＤとの間にボリュームVa、Vbを接続
するとともにボリュームの吸気管Ta、Tbとの接続部に制
御弁を設け、エンジン運転条件に応じて開閉制御させる
ようにしたものが提案されている。第８図はそれをモデ
ル化して示している。このような吸気装置では、制御弁
が閉じられているときは各気筒群に属する吸気管Ta、Tb
はボリュームVa、Vbから遮断され、制御弁が開になると
そこで各吸気管Ta、TbがボリュームVa、Vbに連通してボ
リュームVa、Vbの影響を受け、実質的な吸気管長が増減
して、第11図に示すように、エンジン回転数ES−体積効
率ηｖ特性において吸気弁から第２の集合部までの距離
l₁によって生じるピークがエンジン速度大側または小側
に破線で示したようにずれる。これを利用して、エンジ
ン回転数の低、中速域に高体積効率ηｖが得られる。

［考案が解決しようとする問題点］ しかし、従来の実開昭57-81435号公報に示されるような
可変吸気装置においては、エンジンの回転数の低、中速
域においては、良好な体積効率効率特性が得られるもの
の、２つのピークのうち回転数の大側にあらわれるピー
クがほとんど左右にずれないので、エンジンの高速域に
おける体積効率が改善することは難しいという問題があ
った。

本考案は、上記タイプIIの可変吸気装置において、高回
転時の体積効率向上効果を増大させ、エンジン回転数の
広い範囲にわたって高体積効率を得ることができるよう
にすることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本考案に係る多気筒内燃機関
の可変吸気装置は、多気筒内燃機関の各気筒を吸気行程
が重ならない気筒群に分割して各気筒群に属する各気筒
を該気筒に接続される互に独立の複数の第１の吸気管に
よってそれぞれの気筒群に対して１つづつ設けられた第
２の吸気管に接続して集合させ、各気筒群に対して１つ
づつ設けられた第２の吸気管を１つのダクトに接続して
集合させ、該ダクトをエアクリーナに接続した多気筒内
燃機関の吸気装置において、各気筒群に属する前記複数
の第１の吸気管のそれぞれに、第１の吸気管に連通する
一定の容積を有するボリュームを設け、前記ボリューム
の第１の吸気管からの分岐部に開と閉の２位置のみを選
択的にとることができる開閉可能な制御弁を設け、第２
の吸気管の集合部による体積効率のピークを低速域にマ
ッチングさせ、制御弁閉時の第１の吸気管の集合部によ
る体積効率のピークを中速域と高速域との何れか一方に
マッチングさせ、制御弁開時の前記ボリュームによる体
積効率のピークを中速域と高速域との他方にマッチング
させ、制御弁閉時にエンジン回転速度が前記中速域と高
速域との他方になったときに前記制御弁が開となるよう
に、前記制御弁をエンジン運転条件に応じて開閉させた
ものから成る。

［作用］ 上記可変吸気装置では、制御弁が開となってボリューム
の作用が生じるとき、ボリュームが設けられない場合に
あらわれる２つのピークのうちエンジン回転数が大側に
あらわれるピークがボリュームの影響を受けて左右にず
れる。このピークは、ボリュームが小容積の場合はエン
ジン回転数の小側にずれ、ボリュームが大容積の場合は
エンジン回転数の大側にずれる。

ボリュームを設けることによってピークが左右にずれる
理由は、ボリュームが小容積の場合は、固有振動数が低
くなり、流れの慣性効果が低回転側で強くあらわれ、逆
にボリュームが大容積の場合は、固有振動数が高くなり
大気開放に近い効果が出て流れの慣性効果が高回転側で
強く出るからである。

ボリュームが設けられないときにあらわれる２つのピー
クが低速域と高速域とにわかれてあらわれるように設計
された吸気系では、小容積のボリュームをとりつけ、エ
ンジン回転数が中速域になったときに制御弁を開き、エ
ンジン中速域の体積効率特性をボリュームの影響が出る
特性に切替えてエンジン中速域の体積効率を向上させエ
ンジン回転数の低、中、高の全範囲にわたって高体積効
率が得られるようにする。

一方、ボリュームが設けられないときにあらわれる２つ
のピークが比較的接近していて、低速域と中速域にあら
われるように設計された吸気系では、大容積のボリュー
ムを取付け、エンジン回転数が高速になったときに制御
弁を開いて、エンジン高速域の体積効率を向上させ、
低、中、高速の全範囲にわたって高体積効率が得られる
ようにする。

上記において、本考案では、吸気行程が干渉しない気筒
群に分割し、たとえば＃１、＃２、＃３の気筒から成る
気筒群と＃４、＃５、＃６の気筒から成る気筒群に分割
し、各気筒群内において各第１の吸気管のボリュームの
制御弁を開閉させるようにしたので、吸気脈動の干渉が
生じず、１吸気サイクル中の吸気脈動を大きくとれ、大
きな慣性効果が得られる。このため、制御弁を開に切替
えたときにあらわれる体積効率のピークが高くあらわ
れ、エンジン回転数の広い範囲にわたって高い体積効率
が得られ、望ましいエンジン出力の向上が達成される。
また、制御弁には、開と閉の２位置のみを選択的にとる
ことができる弁を用いさえすればよく、制御、装置が単
純なもので済む。

上記のことは、ガソリンエンジンについてもディーゼル
エンジンについても適用され得る。

［実施例］ 以下に、本考案に係る多気筒内燃機関の可変吸気装置の
望ましい実施例を、図面を参照して説明する。

第１図、第２図、第５図は本考案の第１実施例に係るシ
ステムの構成を示し、第３図、第４図は本考案の何れの
実施例についていえる特性を示している。なお、従来例
で説明した第12図の気筒の吸気行程タイミングは本考案
の実施例についても適用される。

第１図、第２図および第５図において、１は多気筒エン
ジンであり（図では６気筒）、排気マニホルド２を通っ
て排気ガスは流出する。

気筒は、＃１→＃５→＃３→＃６→＃２→＃４の順序で
点火される場合、各気筒の吸気行程は第12図に示すよう
になり、吸気行程が重ならない気筒群は、＃１、＃２、
＃３気筒から成る気筒群と、＃４、＃５、＃６気筒から
なる気筒群となる。気筒は、吸気行程が重ならない気筒
群に分割される。各気筒群はそれぞれ、互に独立の第１
の吸気管3a、3b、3cおよび第１の吸気管3d、3e、3fによ
って、各気筒群に対して１つづつ設けられた互に独立の
サージタンク4a、4bに接続される。互に独立のサージタ
ンク4a、4bは、各気筒群に対して１つづつ設けられた互
に独立の第２の吸気管7a、7bに接続され、互に独立の第
２の吸気管7a、7bは１本のダクト８に接続されて集合さ
れ、該ダクト８はエアクリーナ９に接続される。ただ
し、サージタンク4a、4bを設けないで第１の吸気管を直
接第２の吸気管に接続して集合させてもよい。各第１の
吸気管3a、3b、3c、3d、3e、3fの各気筒入口には吸気弁
が設けられ、吸気行程時に開とされる。

各気筒に対して設けられた第１の吸気管3a、3b、3c、3
d、3e、3fの途中には、第１の吸気管3a、3b、3c、3d、3
e、3fと連通する一定の容積を有するボリューム6a、6
b、6c、6d、6e、6fが第１の吸気管3a、3b、3c、3d、3
e、3fにそれぞれ取付けられ、該ボリューム6a、6b、6
c、6d、6e、6fの第１の吸気管3a、3b、3c、3d、3e、3f
との分岐部にはそれぞれ、開と閉の２位置のみを選択的
にとることができる開閉可能な制御弁５が設けられる。

ボリュームが設けられない場合に吸気系のエンジン回転
数ES−体積効率ηｖ特性のピークがエンジン回転数で低
速域と高速域にわかれてあらわれる吸気系では、ボリュ
ーム6a、6b、6c、6d、6e、6fは小容積のものがとりつけ
られ、エンジン回転数が中速のときに制御弁５が開けら
れる。ボリュームを設けない場合のピークがエンジン回
転数で低速域と中速域にあらわれる吸気系では、ボリュ
ーム6a、6b、6c、6d、6e、6fは大容積のものがとりつけ
られ、エンジン回転数が高速のときに制御弁５が開けら
れる。この制御は、エンジン回転数センサによりエンジ
ン回転数を検出し、アクセル開度センサ等によりエンジ
ン負荷を検出し、これらの信号をCPUに送って演算し、
その出力によりアクチュエータを駆動し、ロッドを介し
て制御弁５を開閉することにより行なう。

第５図は本考案のシステムを従来の第８図のシステムに
比較させて示してある。

制御弁５は、流れの圧力を弁が受けて弁の開閉制御が乱
されないようにバタフライバルブが用いられる。バタフ
ライバルブ５の開閉方向は弁板が第１の吸気管3a、3b、
3c、3d、3e、3fを流れる流れに直角にあたって流れを乱
さないように弁軸を第１の吸気管3a、3b、3c、3d、3e、
3f内の流れと平行に設置することが望ましい。

つぎに上記本考案の第１実施例のシステムにおける作用
について説明する。

エンジン回転数センサとエンジン負荷センサによってエ
ンジン運転条件を検出し、エンジン運転条件に応じて制
御弁５は同時に開閉される。

ボリュームを取付けないときのピークが低速域と高速域
にわかれてあらわれる吸気系で、ボリューム6a、6b、6
c、6d、6e、6fに小容積ものが用いられているときに
は、エンジン回転数が中速域になったときに制御弁５が
開かれ、それ以外は閉じられる。制御弁５が閉じている
ときには、第３図の曲線（Ｘ）のように２つのピークの
うち一方が低速域、他方が高速域にあらわれる。制御弁
５が開くと、２つのピークのうちの高速域のピークが、
第３図の曲線（Ｙ）のように中回転側にずれて、中速域
においても、高体積効率が得られる。これによって、エ
ンジン回転数の低、中、高速の全域にわたって、第３図
の曲線（Ｚ）のような高体積効率が得られる。すなわ
ち、２つのピークの間の谷が埋められる。

ボリュームを取付けないときのピークが低速域と中速域
とにあらわれる吸気系で、ボリューム6a、6b、6c、6d、
6e、6fに大容積のものものが用いられているときには、
エンジン回転数が高速域になったときに制御弁５が開か
れ、それ以外は閉じられる。制御弁５が閉じられている
ときには、第４図の曲線（Ｘ）のように２つのピークが
低速域と中速域にあらわれる。制御弁５が開くと、２つ
のピークのうちの中速域のピークが、第４図の曲線
（Ｙ）のように高回転側にずれて、高速域においても、
高体積効率が得られる。これによって、回転数の低、
中、高の全域にわたって第４図の曲線（Ｚ）のような高
体積効率が得られる。すなわち、高体積効率の得られる
範囲が、高速域の方にひろがる。

ここで、本考案のサージタンク4a、4bまたは第２の吸気
管7a、7bによる第１の吸気管3a、3b、3c、3d、3e、3fの
連通では、吸気行程が重ならない気筒同志を連通させる
ようになっているので、すなわち＃１、＃２、＃３気筒
を互に連通させるとともに、＃４、＃５、＃６気筒を互
に連通させるようになっているので、吸気行程が重なる
気筒同志の吸気脈動干渉による吸気負圧の低減がなく、
大きな慣性効果が得られる。このため大きな吸気慣性効
果により、エンジンの何れの回転域においても高い体積
効率が得られ、エンジンの低、中、高回転の広い回転域
にわたって高い体積効率、出力性能の向上が得られる。

第1A図、第2A図、第5A図は本考案の第２実施例を示して
いる。第２実施例において、第１実施例と同一の構造を
有する部分には、第１実施例と同一の符号を付してあ
り、そうすることによって重複説明を省略する。第２実
施例が第１実施例と異なるところは、ボリュームが吸気
行程が重ならない気筒に接続する第１の吸気管3a、3b、
3c同志の間、および第１の吸気管3d、3e、3f同志の間
で、互に連通されていることであり、他は第１実施例に
準じる。第1A図において、6aは第１の吸気管3a、3b、3c
に対して設けられた共通のボリュームであり、6bは第１
の吸気管3d、3e、3fに対して設けられた共通のボリュー
ムである。

このようにボリュームを共通とすることによって、ボリ
ュームの容積が増大し、かつ位相が同じ方向に若干重な
り合うことにより気筒間の連通効果が増し、ボリューム
の影響が促進され、第４図の効果が強くあらわれる。

［考案の効果］ 本考案の多気筒内燃機関の可変吸気装置によれば、第１
の吸気管にボリュームを設け、ボリュームの第１の吸気
管からの分岐部に開と閉の２位置のみを選択的にとるこ
とができる開閉可能な制御弁を設け、第２の吸気管の集
合部による体積効率のピークを低速域にマッチングさ
せ、制御弁閉時の第１の吸気管の集合部による体積効率
のピークを中速域と高速域との何れか一方にマッチング
させ、制御弁開時の前記ボリュームによる体積効率のピ
ークを中速域と高速域との他方にマッチングさせ、制御
弁閉時にエンジン回転速度が前記中速域と高速域との他
方になったときに前記制御弁が開となるように、前記制
御弁を開閉することにより、吸気系の固有振動数を変化
させ、しかも気筒を互に吸気行程が重ならないもの同志
を連通させるようにしたので、高体積効率が得られる領
域を高回転側にひろげることができるか、または低、高
回転域の間の体積効率の谷を埋めることができ、エンジ
ン回転数の低、中高の全域にわたって最大慣性過給効果
を得ることができる。

しかも、ボリュームの容積を適宜に選定することによ
り、ピークを希望する方向にずらすことができるので、
ボリュームの分岐位置を比較的自由に選定でき、スペー
ス設計の自由度が向上する。また、制御弁に開と閉の２
位置のみを選択的にとることができる弁を使用できるの
で、制御、装置が単純なもので済む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例に係る多気筒内燃機関の可
変吸気装置の系統図、 第1A図は本考案の第２実施例に係る多気筒内燃機関の可
変吸気装置の系統図、 第２図は第１図の装置のボリューム部の断面図、 第2A図は第1A図の装置のボリューム部の断面図、 第３図は本考案のボリュームが小容積の場合のエンジン
速度−体積効率特性図、 第４図は本考案のボリュームが大容積の場合のエンジン
速度−体積効率特性図、 第５図は本考案の第１実施例の概略系統図、 第5A図は本考案の第２実施例の概略系統図、 第６図は従来のタイプＩの吸気システムの系統図、 第７図は従来のタイプIIの吸気システムの系統図、 第８図は第６図のタイプ（タイプＩ）の従来の可変吸気
システムの系統図、 第９図は従来のタイプＩの体積効率特性図、 第10図は従来のタイプIIの体積効率特性図、 第11図は従来の第８図の可変吸気システムの体積効率特
性図、 第12図は各気筒間の吸気行程タイミング図、 である。 3a、3b、3c、3d、3e、3f……第１の吸気管 ５……制御弁 6a、6b、6c、6d、6e、6f……ボリューム 7a、7b……第２の吸気管 ８……ダクト ９……エアクリーナ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】多気筒内燃機関の各気筒を吸気行程が重な
   らない気筒群に分割して各気筒群に属する各気筒を該気
   筒に接続される互に独立の複数の第１の吸気管によって
   それぞれの気筒群に対して１つづつ設けられた第２の吸
   気管に接続して集合させ、各気筒群に対して設けられた
   第２の吸気管を１つのダクトに接続して集合させ、該ダ
   クトをエアクリーナに接続した多気筒内燃機関の吸気装
   置において、各気筒群に属する前記複数の第１の吸気管
   のそれぞれに、第１の吸気管に連通する一定の容積を有
   するボリュームを設け、該ボリュームの第１の吸気管か
   らの分岐部に開と閉の２位置のみを選択的にとることが
   できる開閉可能な制御弁を設け、第２の吸気管の集合部
   による体積効率のピークを低速域にマッチングさせ、制
   御弁閉時の第１の吸気管の集合部による体積効率とピー
   クを中速域と高速域との何れか一方にマッチングさせ、
   制御弁開時の前記ボリュームによる体積効率のピークを
   中速域と高速域との他方にマッチングさせ、制御弁閉時
   にエンジン回転速度が前記中速域と高速域との他方にな
   ったときに前記制御弁が開となるように、前記制御弁を
   エンジン運転条件に応じて開閉させたことを特徴とする
   多気筒内燃機関の可変吸気装置。