JPH0823295B2

JPH0823295B2 - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0823295B2
Application number: JP16915887A
Authority: JP
Inventors: 宰夫陶守
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-07-07
Filing date: 1987-07-07
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPS6415427A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、吸気行程が互いに隣り合わない気筒で構成
される気筒群毎に夫々容積部を設け、吸気系に生じる慣
性効果と共鳴効果の両方を利用して圧力波過給を行なう
ようにしたエンジンの吸気装置に関するものである。

［従来技術］多気筒エンジンにおいて、吸気系に生じる慣性効果と
共鳴効果の両方を利用して圧力波過給を行なうようにし
たものはよく知られている。

そして、慣性効果を生じさせるためには、各気筒の吸
気ポートに発生する負の圧力波を正の圧力波に反転させ
る開放端となる容積部を、各気筒の吸気ポートと夫々連
通する分岐吸気通路に設ける必要がある。このような容
積部は、一般的には各分岐吸気通路毎に個別的に設けて
もよく、あるいは複数の分岐吸気通路に対して共通に設
けてもよいが（もちろん、全分岐吸気通路に対して只１
つ設けてもよい）、スペース性の向上ないしコンパクト
化を図るためにできる限り容積部を共通化することが好
ましい。

一方、共鳴効果を生じさせるためには、互いに吸気行
程が重複しない複数の気筒の各分岐吸気通路を上流側で
単一の共通吸気通路に接続するとともに、該共通吸気通
路の所定の位置に圧力反転部を設ける必要があり、した
がって、上記圧力反転部下流において、互いに吸気行程
が重複する気筒の分岐吸気通路あるいは容積部が互いに
連通しないようにする必要がある。

このため、慣性効果と共鳴効果の両方を利用する圧力
波過給システムでは、互いに吸気行程が重複しない気筒
同士で構成される気筒群毎に夫々個別の容積部が設けら
れる。このような構成においては、共鳴効果の圧力反転
部が慣性効果の圧力反転部より上流側に位置し、したが
って、共鳴効果の圧力波伝播経路長さが慣性効果の圧力
波伝播経路長より必然的に長くなるので、圧力波が一定
（音速）で伝播する関係上、共鳴効果は低回転域で有効
となり、慣性効果は高回転域で有効となる。そして、４
気筒エンジンにおいては、クランク軸の振動を低減する
ために第１〜第４気筒（＃１〜＃４）の点火順序を＃１
→＃３→＃４→＃２または＃１→＃２→＃４→＃３とす
るのが一般的である。したがって、上記圧力波過給シス
テムを採用した４気筒エンジンにおいては、第１気筒と
第４気筒とに共通な第１容積部と、第２気筒と第３気筒
とに共通な第２容積部とが設けられる。

このような第１容積部と第２容積部とをスペース性を
考慮してレイアウトした従来のものを第２図に示す。と
ころが、この従来のものは、第１〜第３気筒＃１〜＃３
については、第１容積部１または第２容積部２下流の分
岐吸気通路3,4,5はほぼ均一な長さとなるが、第４気筒
＃４については、第１容積部１下流の分岐吸気通路６の
長さは、他の気筒の分岐吸気通路3,4,5の長さより大幅
に大きくなり、このため、第４気筒＃４のみ慣性効果が
ピークとなる回転域が低回転側にずれるので、各気筒の
吸気充填量が不均一となり、トルク変動により出力が不
安定となるといった問題があった。

そこで、例えば第３図に示すように、第１容積部11と
第２容積部12とを上下方向に重ねるように配設して、第
１〜第４気筒＃１〜＃４の第１容積部11又は第２容積部
12下流の各分岐吸気通路13,14,15,16の長さがほぼ均一
となるようにしたものが提案されている（実開昭58−16
7729号公報参照）。しかし、この従来のものは、エンジ
ンルーム内のレイアウト上の制約により上下方向に偏平
な形状とせざるをえないので、第1,第２容積部11,12内
の吸気流通断面積が小さくなり、吸気抵抗が増加し、高
吸入空気量時に、充填量が低下して出力の低下を招くと
いった問題があった。

［発明の目的］本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、慣性効果と共鳴効果の双方を利用して圧力波過給
を行なうために、吸気行程が互いに隣り合わない気筒群
毎に容積部を設けたエンジンにおいて、容積部の吸気抵
抗の増加を招くことなく各気筒の容積部下流の分岐吸気
通路の長さを夫々均一に設定できるエンジンの吸気装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］本発明は上記の目的を達するため、第１気筒と第４気
筒の吸気行程が互いに隣り合わないように気筒構成し、
第１気筒と第４気筒とに対して共通な第１容積部を設け
る一方、第２気筒と第３気筒とに対して共通な第２容積
部を設けた第４気筒エンジンにおいて、気筒配列方向に
垂直な向きの第１容積部中心線と、気筒配列方向に垂直
な向きのエンジン中心線とが、気筒配列方向の位置に関
してほぼ一致するように第１容積部を配設し、該第１容
積部のフロント側もしくはリヤ側に第２容積部を気筒配
列方向に直列して配設したことを特徴とするエンジンの
吸気装置を提供する。

［発明の効果］本発明によれば、第１気筒と第４気筒とは、気筒配列
方向とは垂直な第１容積部の中心線あるいはこれとほぼ
一致するエンジンの中心線（以下、中心線という）に関
して線対称となる位置に配設されている。そこで、第１
気筒と連通する第１分岐吸気通路の上流側端部を所定の
位置で第１容積部に接続し、一方第４気筒と連通する第
４分岐吸気通路の上流側端部を中心線に関して第１分岐
吸気通路の第１容積部への接続部と線対称となる位置で
第１容積部に接続するとともに、第４分岐吸気通路の経
路の形状を中心線に関して第１分岐吸気通路と線対称と
なるように設定すれば、第１分岐吸気通路と第４分岐吸
気通路の長さをほぼ等しくできる。

一方、第２容積部を第１容積部のリヤ側に直列して配
設した場合、第２容積部はエンジンの中心部よりかなり
リヤ側に偏って位置し、したがって、第２容積部は気筒
配列方向にみて第2,第３気筒よりはリヤ側に位置するよ
うに配設される。このため、第2,第３分岐吸気通路はい
ずれも、エンジン側から第２容積部側に向かってリヤ側
にずれながらほぼ平行に伸長するように配設することが
できる。また、第１分岐吸気通路はエンジン中心部を通
る中心線の近傍において第１容積部と接続されるのでエ
ンジン側から第１容積部側に向かってリヤ側にずれなが
ら、第2,第３分岐吸気通路とほぼ平行に伸長して配設す
ることができる。したがって、第１〜第３分岐吸気通路
を夫々ほぼ平行に伸長して配設することにより、それら
の経路長をほぼ均一にすることができる。

したがって、第１〜第４分岐吸気通路の長さをほぼ均
一に設定できるので、各気筒の吸気充填量を均一化する
ことができトルク変動を有効に防止することができる。
なお、第２容積部を第１容積部のフロント側に直列して
配設した場合も同様である。

また、第１容積部と第２容積部とは気筒配列方向に直
列に配設されているので第３図に示す従来例のような上
下方向の高さの制約がなく、したがって、いずれも上下
方向の高さを十分にとることができ、第1,第２容積部の
吸気流通断面積を大きくできるので吸気抵抗の増加を招
くことなく、上記の効果を得ることができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図に示すように、４気筒エンジンGEは第１〜第４
気筒A,B,C,Dで構成され、これらの気筒Ａ〜Ｄの点火順
序は、エンジンの出力軸（図示せず）に発生する不釣合
慣性力による振動を低減するために、第１気筒Ａ→第３
気筒Ｃ→第４気筒Ｄ→第２気筒Ｂの順に設定されてい
る。そして、例えば、第１気筒Ａは、吸気弁1aが開かれ
たときに、吸気ポート2aを介して分岐吸気通路3aから燃
焼室4a内に吸気（混合気）を吸入し、この混合気をピス
トン（図示せず）で圧縮して、点火プラグ（図示せず）
で着火燃焼させ、この後排気弁5aが開かれたときに燃焼
ガスを排気ポート6aを介して分岐排気通路7aに排出する
一連の行程が連続的に繰り返されるような構成となって
いる。上記吸気通路3aには吸気中に燃料を噴射するイン
ジェクタ8aが介設されている。なお、第２気筒〜第４気
筒B,C,Dについても同様の構成となっており、第１気筒
Ａの各部材に対応する部材には第１気筒Ａと同一番号を
付し、夫々、添字b,c,dで区別している。

そして、各気筒Ａ〜Ｄに吸気を供給するために共通吸
気通路11が設けられ、この共通吸気通路11は分岐部12に
おいて、後で詳しく説明する第１容積部13と連通する第
１吸気通路14と、第２容積部15と連通する第２吸気通路
16とに分岐している。第１吸気通路14と第２吸気通路16
とには、夫々アクセルペダルの踏み込みに応じて開閉さ
れる第１スロットル弁17と第２スロットル弁18とが介設
されている。そして、第１容積部13の下流側側面には、
フロント側から順に、第１気筒Ａの分岐吸気通路3a（以
下、第１分岐吸気通路3aと略称する。なお、第１気筒Ａ
のその他の部材、並びに、第２〜第３気筒Ｂ〜Ｃの部材
についても同様に略称する。）と第４分岐吸気通路3dと
が接続されている。一方、第２容積部15の下流側側面に
は、フロント側から順に、第２分岐吸気通路3bと第３分
岐吸気通路3cとが接続されている。

上記第１容積部13と第２容積部15とは、夫々気筒配列
方向を長手方向とする細長い略直方体のサージタンク19
を、気筒配列方向の中央位置で気筒配列方向とは垂直な
平板状の隔壁20で仕切ることによって形成されている。
この隔壁20のほぼ中央部には第１容積部13と第２容積部
15とを連通する連通部21が設けられ、この連通部21には
これを開閉する開閉弁22が介設されている。後で詳しく
説明するように、所定の高回転域では共鳴効果が実質的
に生じなくなり、したがって、それぞれ吸気行程が重複
しない気筒で構成される気筒群同士を連通しないように
仕切る必要がなくなるので、上記高回転域では開閉弁22
を開いて第１容積部13と第２容積部15とを一体化し慣性
効果における圧力反転部となる容積部の容積を増加（２
倍）させ、慣性効果を高めるようにしている。

ところで、サージタンク19は、フロント側に位置する
第１容積部13の気筒配列方向とは垂直で、かつ第１容積
部13とエンジンGE本体とを結ぶ方向の中心線l₁（以下、
単に第１容積部中心線l₁という）と、エンジンGEの気筒
配列方向とは垂直で、かつエンジンGE本体と第１容積部
13とを結ぶ方向の中心線l₃（以下、単にエンジン中心線
l₃という）とが、気筒配列方向の位置に関してほぼ一致
するようにして配設されている。すなわち、第１容積部
中心線l₁とエンジン中心線l₃とは平面的にみれば一致し
て１本の直線ｌとなる。

そして、第１分岐吸気通路3aの第１容積部13への接続
部と、第４分岐吸気通路3dの第１容積部13への接続部と
は、互いに第１容積部中心線l₁（直線ｌ）に対して線対
称となる位置に配設されている。また、第１気筒Ａと第
４気筒Ｄとはエンジン中心線l₃（直線ｌ）に対して線対
称となる位置に配設されている。したがって、第１分岐
吸気通路3aと第４分岐吸気通路3dとは、夫々、その両端
部がともに直線ｌを対称軸とする線対称位置にあるの
で、これを利用してその経路の形状も直線ｌに対して線
対称形となるように配設し、第１分岐吸気通路3aと第４
分岐通路3dの経路長が等しくなるようにしている。か
つ、これらの第1,第４分岐吸気通路3a,3dの経路長さは
夫々、所定回転域で第1,第４吸気弁1a,1d開弁時に第1,
第４吸気ポート2a,2dに発生する圧力波が第１容積部13
との間を往復伝播して、第1,第４吸気弁1a,1d閉弁直前
に第1,第４燃焼室4a,4dに到達するような所定の長さに
設定されている。

一方、第２分岐吸気通路3bは、第２容積部15の下流側
側面に、第１容積部中心線l₁と平行な第２容積部中心線
l₂よりフロント側となる位置で接続され、第３分岐吸気
通路3cはリヤ側となる位置で接続されている。ここにお
いて、第２容積部15は第３気筒Ｃの中心部よりはリヤ側
に配設されているので、第2,第３分岐吸気通路3b,3cは
いずれも第２容積部15への接続部が、気筒B,Cへの接続
部よりは気筒配列方向に関してほぼ等しい距離リヤ側に
ずれている。このずれは、第１分岐吸気通路3aの第１容
積部13への接続部と第１気筒Ａへの接続部とのずれとほ
ぼ同一となるように設定している。このため、第１〜第
３分岐吸気通路3a〜3cは、夫々ほぼ同一の形状（第１図
では右上がり正接曲線状）となり、したがって、経路長
がほぼ等しくなる。そして、前記したとおり、第１分岐
吸気通路3aと第４分岐吸気通路3dは経路長が等しいの
で、第１〜第４分岐吸気通路3a〜3dはすべて経路長が等
しくなっている。

以上のような構成において、本願に対する従来技術で
説明したように、所定の高回転域では第１容積部13また
は第２容積部15を圧力反転部とする慣性効果により、一
方所定の低回転域では分岐部12を圧力反転部とする共鳴
効果により圧力波過給が行なわれる。

エンジン回転数が所定回転数以上となる高回転時に
は、開閉弁22は開かれ第１容積部13と第２容積部15とは
連通部21を介して連通し容量の大きい単一の容積部とな
る（以下、これを連通容積部という）。このとき、第１
〜第４気筒Ａ〜Ｄの慣性効果は、互いに影響を及ぼし合
わず、夫々各気筒あるいは分岐吸気通路内でローカルに
発生する。したがって、以下では第１気筒Ａと第１分岐
吸気通路3aを例として慣性効果の発生メカニズムを説明
するが、第２〜第４気筒についても全く同様である。な
お、ここではとくに第１気筒Ａに関する部材であること
を示す「第１」は省略する。

吸気行程始期において、吸気弁1aが開かれると燃焼室
4a内は強い負圧状態にあるので、吸気弁1aのまわりの吸
気ポート2a内の圧力はステップ状に衝撃的に低下し、こ
のとき負の圧力波が発生する。この負の圧力波は音速で
分岐吸気通路3a内を上流に向かって伝播する。そして連
通容積部に到達すると、この連通容積部は十分な容積を
有しているので波動反射における開放端として作用し、
上記負の圧力波を正の圧力波に反転させた上で下流方向
に反射させる。この正の圧力波は分岐吸気通路3a内を音
速で下流方向に伝播し、吸気弁1a閉弁直前に吸気ポート
2aの燃焼室4aへの開口部に到達し、その正圧で吸気を燃
焼室4a内へ押し込んで過給を行なう。このような慣性効
果による圧力波過給は第２〜第３気筒についても全く同
様に行なわれ、前記したように、第１〜第４分岐吸気通
路3a〜3dの経路長はほぼ等しく設定されているので、各
気筒Ａ〜Ｄと連通容積部との間の圧力波伝播所要時間は
ほぼ等しくなり、ほぼ同等の圧力波過給が行なわれ、各
気筒Ａ〜Ｄの充填効率が均一化され、トルク変動が有効
に防止される。

一方、所定の低回転時には、開閉弁22は閉じられ第１
容積部13と第２容積部15との連通は遮断される。

以下、吸気行程が隣り合わない第1,第４気筒A,Dで構
成される気筒群を第１気筒群と呼び、一方吸気行程の隣
り合わない第2,第３気筒B,Cで構成される気筒群を第２
気筒群と呼ぶ。

これらの第１気筒群の吸気系と第２気筒群の吸気系と
は分岐部12で連通する。そして、この分岐部12では両気
筒群からの互いに位相が逆の圧力波が衝突し、互いに干
渉し合うので、分岐部12の圧力はほぼ一定に保たれ、波
動反射における開放端として作用する。

以下、第１気筒群を例にして共鳴効果を説明するが、
第２気筒群についても同様であることはもちろんであ
る。所定の低回転域において、第１吸気弁1aが開かれた
ときに第１吸気ポート2aに発生する負の圧力波は、順に
第１分岐吸気通路3aと第１容積部13と第１吸気通路14と
を通して分岐部12（圧力反転部）に到達し、分岐部12に
よって正の圧力波に反転させられ、再び上記伝播経路を
下流に向かって伝播し第１吸気ポート2aに戻る。さら
に、この圧力波は第１吸気ポート2aで反射され分岐部12
へ向かう。このようにして第１吸気ポート2aと分岐部12
との間を往復伝播する圧力波が形成される。

一方、第４気筒Ｄについても同様に、第４吸気ポート
2dと分岐部12との間を往復伝播する圧力波が形成され
る。そして、上記第１気筒Ａの圧力波と第４気筒Ｄの圧
力波とは、共通の伝播経路である第１吸気通路14を通過
する際、共鳴して所定の固有振動数を有するとともに個
々の正の圧力波よりは圧力の高い定常圧力波が形成され
る。この定常圧力波によって、所定のタイミングで夫々
第１燃焼室4aと第４燃焼室4dとに吸気を押し込んで過給
が行なわれる。

このような共鳴効果による圧力波過給も、各分岐吸気
通路3a〜3dの経路長がほぼ均一に設定されているのでト
ルク変動を生じることなく行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる吸気装置を備えた４気筒エンジ
ンの平面一部断面説明図である。第２図と第３図とは、夫々慣性効果と共鳴効果の両方を
利用して圧力波過給を行なうための、第１容積部と第２
容積部とを設けた従来のエンジンの吸気装置の平面説明
図である。 GE……エンジン、A,B,C,D……第１〜第４気筒、3a,3b,3
c,3d……第１〜第４気筒の分岐吸気通路、11……共通吸
気通路、12……分岐部、13……第１容積部、15……第２
容積部、21……連通部、22……開閉弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１気筒と第４気筒の吸気行程が互いに隣
り合わないように気筒構成し、第１気筒と第４気筒とに
対して共通な第１容積部を設ける一方、第２気筒と第３
気筒とに対して共通な第２容積部を設けた４気筒エンジ
ンにおいて、気筒配列方向に垂直な向きの第１容積部中心線と、気筒
配列方向に垂直な向きのエンジン中心線とが、気筒配列
方向の位置に関してほぼ一致するように第１容積部を配
設し、該第１容積部のフロント側もしくはリヤ側に第２
容積部を気筒配列方向に直列して配設したことを特徴と
するエンジンの吸気装置。