JPH09264144A

JPH09264144A - 内燃機関の吸気通路構造

Info

Publication number: JPH09264144A
Application number: JP8077357A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Muramatsu; 完昭村松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-07
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JP3304751B2; US5823157A

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は吸気通路断面積を可変しうる内燃機関
の吸気通路構造に関し、機関運転状態に最適な吸気の充
填効率を得ることを課題とする。【解決手段】エンジン本体１の吸気ポート７に接続され
た枝管１０と、吸入された空気の流れに対し下流側端部
が枝管１０にスライド可能に接続されると共に上流側端
部が空気の取り入れ口となる吸気開放端２１とされてお
り、かつ下流側端部から上流側端部に向け断面積が漸次
増大する形状とされたスライド管１９と、サージタンク
１１に固定されると共にスライド管１９内に位置してお
りスライド管１９と相似形状を有した円錐凸部２０とを
設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の吸気通路
構造に係り、特に吸気通路断面積を可変しうる内燃機関
の吸気通路構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関（エンジン）のエンジ
ン回転は低速から高速まで広範囲に渡り変化するため、
燃焼室に吸入される吸気が夫々の回転数において最適な
充填効率を得られるよう構成する必要がある。特に、エ
ンジンが低速低負荷状態である時には、燃焼室に吸入さ
れる吸気の充填効率が低下するため、燃焼効率及び排気
性能等が低下してしまう。

【０００３】よって、従来より吸気の充填効率を向上さ
せるための各種吸気通路構造が提案されている。その一
つとしては、吸気通路を低速用通路と高速用通路の二重
構造とすると共に高速用通路にバルブ（例えば、バタフ
ライバルブ）を配設した構造の吸気通路構造がある。

【０００４】この吸気通路構造では、低速用通路は小さ
な通路断面積とされており、また高速用通路は大なる通
路断面積とされている。また、上記のバルブは、エンジ
ンが高速回転時には開弁され、またエンジンが低速回転
時には閉弁されるよう構成されている。

【０００５】よって、エンジンが高速回転時には、大量
の吸気（空気或いは混合気）は主に断面積の大なる高速
用通路を通り吸気ポートに流入するため充填効率を向上
することができる。また、エンジンが低速回転時には、
吸気は断面積の小さな低速用通路を通ることにより加速
されて吸気ポートに流入する。このため、低速回転時に
おいても吸気の充填効率を向上することができる。

【０００６】ところが、上記の吸気通路を低速用通路と
高速用通路の二重構造とし、この各通路を切り換える切
換タイプの吸気通路構造では、吸気通路の構造が複雑と
なり、また多数の部品が必要となるため、吸気通路が大
型化してしまうと共にコストが上昇してしまうという問
題点がある。

【０００７】そこで、特開平１−２５３５２６号公報に
開示された吸気通路構造が提案されている。同公報に開
示された吸気通路構造は、エンジンの吸気ポートに接続
された円錐形状吸気通路内に、この吸気通路と相似形状
とされた円錐部材が進退可能に設けられた構成とされて
いる。

【０００８】そして、エンジンの運転状態に応じて円錐
部材を円錐形状吸気通路内で移動させることにより、円
錐形状吸気通路と円錐部材との間隙として構成される吸
気通路断面積を変化させる構成とされている。具体的に
は、エンジンが高速回転時には、円錐部材を後退させる
ことにより吸気通路断面積を大きくして吸気の充填効率
を向上させ、またエンジンが低速回転時には、円錐部材
を前進させることにより吸気通路断面積を小さくし、吸
気を加速した上で吸気ポートに流入することにより充填
効率を向上させる構成とされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最適な吸気
効率を実現できる吸気通路構造としては、エンジン回転
が高速回転時においては吸気通路断面積が大きくかつ吸
気通路長が短い構造が望ましく、また低回転時において
は吸気通路断面積が小さくかつ吸気通路長が長い構造が
望ましいことが知られている。

【００１０】しかるに、上記した従来の吸気通路構造で
は、吸気通路断面積しか可変することができなかったた
め、吸気通路断面積についてはエンジン状態に対応した
良好な状態とすることができるものの、吸気通路長につ
いてはエンジン状態に対応した良好な状態とすることが
できなかった。よって、従来の吸気通路構造では、エン
ジン状態に最適な充填効率を得ることができないという
問題点があった。

【００１１】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、吸気通路断面積の変化に伴い吸気通路長の変化す
る構成とするこにより、機関運転状態に最適な吸気の充
填効率を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る内燃機関の吸気通路構造は、内燃機関
の吸気ポートに接続された第１の吸気管と、吸気流体の
流れに対し下流側端部が前記第１の吸気管にスライド可
能に接続されると共に上流側端部が吸気開放端とされて
おり、かつ、前記下流側端部から上流側端部に向け断面
積が漸次増大する形状とされた第２の吸気管と、前記第
２の吸気管内に位置しており、前記第２の吸気管と相似
形状を有した凸部とを設けた構成としたことを特徴とす
るものである。

【００１３】上記構成とされた内燃機関の吸気通路構造
によれば、第２の吸気管は、その下流側端部が内燃機関
の吸気ポートに接続された第１の吸気管にスライド可能
に接続されているため、第２の吸気管がスライド動作す
ることにより吸気通路長を可変することができる。

【００１４】具体的には、第２の吸気管が下流側にスラ
イド動作することにより第１の吸気管と第２の吸気管が
重なり合う部分が大きくなるため吸気通路長は短くな
り、逆に第２の吸気管が上流側にスライド動作すること
により吸気通路長は長くなる。また、第２の吸気管は下
流側端部から上流側端部に向け断面積が漸次増大する形
状とされており、かつ第２の吸気管内にはこの第２の吸
気管と相似形状を有した凸部が位置している。

【００１５】このため、第２の吸気管と凸部との間に間
隙として形成される吸気通路断面積は、第２の吸気管が
スライド動作することにより可変する。具体的には、第
２の吸気管が下流側にスライド動作することにより第２
の吸気管は凸部から離間するため吸気通路断面積は大き
くなり、逆に第２の吸気管が上流側にスライド動作する
ことにより吸気通路断面積は小さくなる。

【００１６】よって、上記のように本発明の構成では、
第２の吸気管が下流側にスライド動作することにより、
吸気通路長が短くなると共に吸気通路断面積は大きくな
る。また逆に、第２の吸気管が上流側にスライド動作す
ることにより吸気通路長が長くなると共に吸気通路断面
積は小さくなる。

【００１７】従って、エンジン回転が高回転時に第２の
吸気管を下流側にスライド動作させ、エンジン回転が低
回転時に第２の吸気管を上流側にスライド動作させるこ
とにより、機関運転状態に最適な充填効率を得ることが
可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面と共に説明する。図１は本発明の一実施例である吸
気通路構造を設けた内燃機関（エンジン）の全体構成図
である。同図において、１はエンジン本体、２はピスト
ン，３はシリンダヘッド、４はピストン２とシリンダヘ
ッド３との間に形成された燃焼室、５は点火プラグ、６
は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポー
トを夫々示している。

【００１９】各吸気ポート７は、前記した第１の吸気管
となる枝管１０を介してサージタンク１１に接続されて
いる。また、各枝管１０には対応する吸気ポート７内に
向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１２が取り付けられて
いる。この各燃料噴射弁１２は図示しない電子制御ユニ
ット（ＥＣＵ）に接続されており、よって燃料噴射量は
ＥＣＵにより制御される構成とされている。

【００２０】サージタンク１１は、吸気ダクト１３を介
してエアクリーナ１４に連結され、吸気ダクト１３内に
はスロットル弁１５が配設されている。よって、エアク
リーナ１４で清浄された空気は吸気ダクト１３を通り、
内部に配設されたスロットル弁１５で流量制御された上
でサージタンク１１内に流入する。

【００２１】また、吸気ダクト１３にはバイパス通路１
６が形成されており、このバイパス通路１６はスロット
ル弁１５を迂回するよう構成されている。このバイパス
通路１６内には、バイパス通路１６内を流れる空気の流
量制御を行うアイドルスピードコントロールバルブ（Ｉ
ＳＣＶ）１７が配設されている。

【００２２】このＩＳＣＶ１７は、機関アイドリング回
転数を制御するために設けられており、機関アイドリン
グ運転時には機関アイドリング回転数が目標回転数とな
るようにこのＩＳＣＶ１７によってバイパス通路１６内
を流れるバイパス空気量が制御される。このＩＳＣＶ１
７もＥＣＵにより制御される構成とされている。

【００２３】また、サージタンク１１の内部には、前記
した第２の吸気管となるスライド管１９と、前記した凸
部となる円錐凸部２０が配設されている。このスライド
管１９及び円錐凸部２０は本発明の要部となるものであ
り、前記した各枝管１０に夫々配設された構成とされて
いる。尚、枝管１０，スライド管１９，及び円錐凸部２
０の詳細については、説明の便宜上、後述するものとす
る。

【００２４】吸気ダクト１３よりサージタンク１１に流
入した空気は、容量の大なるサージタンク１１により吸
気脈動が抑制された上でスライド管１９より枝管１０に
流入する。枝管１０に流入した空気は、燃料噴射弁１２
から噴射される燃料と混合されて混合気を生成し、この
混合気は吸気弁６が吸入行程において開弁することによ
り燃焼室４内に流入する。

【００２５】そして、点火プラグ５が点火することによ
り燃焼処理が行われ、燃焼により発生したガスは排気行
程において排気弁８が開弁することにより各排気ポート
９を介して排気マニホルド１８に排出される。尚、本実
施例に係るエンジンには、エンジン回転数を検出するエ
ンジン回転数センサ（図示せず）が設けられている。こ
のエンジン回転数センサは、例えばディストリビュータ
からクランクシャフトの回転に同期して出力される信号
に基づきエンジン回転数を検出する構成とされている。

【００２６】続いて、枝管１０，スライド管１９，及び
円錐凸部２０の構成について、図１に加え図２乃至図５
を用いて以下説明する。各図に示されるように、枝管１
０は吸入された空気の流れに対し下流側端部が吸気ポー
ト７に接続されており、また上流側端部はサージタンク
１１の内部に突出した構成とされている。尚、各図にお
いて、矢印Ｘ１で示す方向が上流方向であり、矢印Ｘ２
で示す方向が下流側である。

【００２７】スライド管１９は、その下流側端部に形成
された筒状部１９ａがサージタンク１１内に突出した枝
管１０にスライド可能に接続されており、また上流側端
部はサージタンク１１内に流入した空気の取入口となる
吸気開放端２１とされている。また、スライド管１９の
筒状部１９ａと吸気開放端２１との間は、円錐形状とさ
れた円錐形状部１９ｂとされている。よって、スライド
管１９は下流側端部から上流側端部に向けその断面積が
漸次増大する形状とされている。

【００２８】更に、スライド管１９には駆動機構２２が
接続されており、この駆動機構２２により各スライド管
１９は各枝管１０に沿って矢印Ｘ１，Ｘ２方向にスライ
ド動作する構成とされている。この駆動機構２２はＥＣ
Ｕによりその動作が制御される構成とされており、後述
するようにエンジン回転数センサが出力する信号に基づ
きＥＣＵは駆動機構２２を介してスライド管１９を所定
の方向にスライド動作させる。

【００２９】一方、円錐凸部２０は、サージタンク１１
に固定ロッド２３（図２及び図４には図示せず）により
固定された構成とされている。この円錐凸部２０はスラ
イド管１９と同様に円錐形状とされており、その円錐形
状はスライド管１９の形状と相似形状となるよう構成さ
れている。

【００３０】具体的には、図３及び図５に示されるよう
に、スライド管１９の円錐形状部１９ｂの頂角を角度α
とした場合、円錐凸部２０の頂角も角度αとした構成と
されている。また、各図に示されるように、取り付けら
れた状態で円錐凸部２０はスライド管１９に形成された
円錐形状部１９ｂ内に位置した構成とされている。

【００３１】従って、本実施例の構成とすることによ
り、スライド管１９はサージタンク１１に共に固定され
た枝管１０と円錐凸部２０との間で矢印Ｘ１，Ｘ２で示
す方向に移動する構成となる。続いて、上記構成とされ
た吸気通路構造の動作について説明する。

【００３２】図２及び図３は、エンジン回転数が低い低
速時状態を示している。ＥＣＵは、エンジン回転数セン
サが出力する信号に基づきエンジン回転数を検知し、エ
ンジン回転数が低い低速時状態であると判断すると、駆
動機構２２を介してスライド管１９を上流方向（矢印Ｘ
１方向）に移動させる。即ち、低速時状態である場合に
は、スライド管１９は円錐凸部２０に近接するように移
動する。この低速時状態では、スライド管１９が上流方
向に移動するため、相対的に円錐凸部２０はスライド管
１９内に深く進入した状態となる。

【００３３】一方、図４及び図５は、エンジン回転数が
高速時状態を示している。ＥＣＵは、エンジン回転数が
高い高速時状態であると判断すると、駆動機構２２を介
してスライド管１９を下流方向（矢印Ｘ２方向）に移動
させる。即ち、高速時状態である場合には、スライド管
１９は枝管１０に近接するように移動する。この高速時
状態では、スライド管１９が下流方向に移動するため、
相対的に枝管１０はスライド管１９内に深く進入した状
態となる。

【００３４】続いて、上記したエンジン回転数が低速時
状態及び高速時状態の各場合における吸気通路長及び吸
気通路断面積に注目して以下説明する。ここで、吸気通
路長とは吸気ポート７からスライド管１９の上流側端部
である吸気開放端２１までの長さであり、また吸気通路
断面積とはスライド管１９の内壁と円錐凸部２０の外壁
との間に形成される間隙の断面積である。

【００３５】先ず、吸気通路長に注目する。図２及び図
３に示される低速時状態では、スライド管１９は円錐凸
部２０に近接するよう移動しているため、スライド管１
９と枝管１０の重なり合う部分は少なく、逆にスライド
管１９と円錐凸部２０の重なり合う部分は多くなってい
る。このため、吸気通路長は長くなっており、具体的に
は図２（Ａ）に矢印Ｌ１で示す長さとなる。

【００３６】これに対し、図４及び図５に示される高速
時状態では、スライド管１９は枝管１０に近接するよう
移動しているため、スライド管１９と枝管１０の重なり
合う部分は多く、逆にスライド管１９と円錐凸部２０の
重なり合う部分は少なくなっている。このため、吸気通
路長は図４（Ａ）に矢印Ｌ２で示す長さとなり、低速時
状態に比べて短くなっている（Ｌ１＞Ｌ２）。

【００３７】次に、吸気通路断面積に注目する。前記し
たように、スライド管１９は下流側端部から上流側端部
に向け断面積が漸次増大する円錐形状とされており、か
つスライド管１９内にはこのスライド管１９と相似形状
を有した円錐凸部２０がサージタンク１１に固定された
状態で位置している。このため、スライド管１９と円錐
凸部２０との間に環状に形成される間隙の断面積として
形成される吸気通路断面積（Ｓ）は、スライド管１９が
スライド動作することにより可変する。

【００３８】具体的には、スライド管１９が上流側にス
ライド動作する低速時状態では、円錐凸部２０は相対的
にスライド管１９内に進入するため、図２（Ｂ）に示さ
れるように、スライド管１９と円錐凸部２０との間に形
成される間隙は小さくなり、よって吸気通路断面積Ｓ１
は小さくなる。

【００３９】一方、スライド管１９が下流側にスライド
動作する高速時状態では、円錐凸部２０は相対的にスラ
イド管１９から後退するため、図４（Ｂ）に示されるよ
うに、スライド管１９と円錐凸部２０との間に形成され
る間隙は大きくなり、よって吸気通路断面積Ｓ２は大き
くなる。

【００４０】上記の動作をまとめると、本実施例に係る
吸気通路構造では、エンジン回転数が低い低速時状態で
は、スライド管１９は上流側にスライド動作し、これに
より吸気通路長Ｌ１が長くなると共に吸気通路断面積Ｓ
１は小さくなる。また逆に、エンジン回転数が高い高速
時状態では、スライド管１９は下流側にスライド動作
し、これにより吸気通路長Ｌ２が短くなると共に吸気通
路断面積Ｓ２は大きくなる。

【００４１】ところで、前述したように、最適な吸気効
率を実現できる吸気通路構造としては、高速回転時にお
いては吸気通路断面積が大きくかつ吸気通路長が短い構
造が望ましく、また低速回転時においては吸気通路断面
積が小さくかつ吸気通路長が長い構造が望ましい。

【００４２】従って、本実施例に係る吸気通路構造で
は、吸気通路長及び吸気通路断面積の双方において上記
条件を満足しており、よってエンジンの運転状態に最も
適した充填効率を得ることが可能となる。また、スライ
ド管１９のスライド動作は、図２及び図３に示した低速
時状態、或いは図４及び図５に示した高速時状態の２段
階切換動作ではなく、低速時状態から高速時状態に連続
的に動作させうる構成とされている。従って、吸気通路
長及び吸気通路断面積を連続的に可変することが可能と
なり、例えばエンジン回転数が中速である中速状態にお
いてもエンジンの運転状態に最も適した充填効率を得る
ことができる。

【００４３】図６は、スライド管１９を低速時状態から
高速時状態に連続的に動作させうる駆動機構２２の具体
例を示している。尚、図６において図１乃至図５に示し
た構成と同一構成については同一符号を附してその説明
を省略する。図６（Ａ）に示す構成は、駆動機構２２と
してアクチュエータ２４を用いたものである。このアク
チュエータ２４は、例えば油圧シリンダであり、供給す
る油液量に応じて駆動アーム２５を矢印Ｘ１，Ｘ２方向
に伸縮動作させる構成とされている。また、駆動アーム
２５は気筒数に応じて配設された複数のスライド管１９
を連結する連結アーム２６に接続されている。

【００４４】従って、アクチュエータ２４に供給する油
液量を制御することにより、駆動アーム２５及び連結ア
ーム２６を介してスライド管１９を上流側（Ｘ１方向）
及び下流側（Ｘ２方向）に連続的に移動させることがで
きる。尚、アクチュエータ２４は油圧シリンダに限定さ
れるものではなく、空気シリンダ，ソレノイド等の他の
構成のアクチュエータを用いることも可能である。

【００４５】また、図６（Ｂ）に示す構成は、駆動機構
２２としてモータ２７を用いたものである。このモータ
２７の回転軸にはピニオンが配設されると共に、連結ア
ーム２６に接続された駆動アーム２５にはラック（共に
図示せず）が形成されている。従って、モータ２７の回
転制御を行うことにより、駆動アーム２５及び連結アー
ム２６を介してスライド管１９を上流側（Ｘ１方向）及
び下流側（Ｘ２方向）に連続的に移動させることができ
る。

【００４６】図７は、吸気通路断面積Ｓを調整する方法
を示している。エンジンの種類によっては、スライド管
１９の少ないスライド動作で大きな吸気通路断面積変化
をさせたい場合や、逆にスライド管１９の大きいスライ
ド動作で少ない吸気通路断面積変化をさせたい場合があ
る。このような場合には、図７に示すように、スライド
管１９及び円錐凸部２０の頂角を調整することにより対
応することができる。

【００４７】具体的には、図７（Ａ）に示すようにスラ
イド管１９及び円錐凸部２０の頂角を大なる角度α１と
することによりスライド管１９の少ないスライド動作で
大きな吸気通路断面積変化をさせることができる。ま
た、図７（Ｂ）に示すようにスライド管１９及び円錐凸
部２０の頂角を小なる角度α２とすることによりスライ
ド管１９の大きいスライド動作で少ない吸気通路断面積
変化をさせることができる。よって、上記のようにスラ
イド管１９及び円錐凸部２０の頂角を適宜設定すること
により、種々のエンジンの特性に対応した吸気管構造を
容易に実現することができる。

【００４８】尚、上記した実施例では、スライド管１９
及び円錐凸部２０の形状を円錐形状とした例を示した
が、スライド管１９及び円錐凸部２０の形状は下流側端
部から上流側端部に向け断面積が漸次増大する形状であ
れば円錐形状に限定されるものではない。よって、例え
ばスライド管及び円錐凸部の形状を三角錐形状としたり
三角柱形状とする構成が考えられる。

【００４９】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、第２の吸気
管が下流側にスライド動作することにより吸気通路長が
短くなると共に吸気通路断面積は大きくなり、第２の吸
気管が上流側にスライド動作することにより吸気通路長
が長くなると共に吸気通路断面積は小さくなるため、機
関運転状態に最適な充填効率を得ることができる吸気通
路構造を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である吸気通路構造を採用し
てなる内燃機関の全体構成図である。

【図２】第２の吸気管の低速状態における動作を説明す
るための図であり、（Ａ）は概略構成図であり、（Ｂ）
はＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】第２の吸気管の低速状態における動作を説明す
るための斜視図である。

【図４】第２の吸気管の高速状態における動作を説明す
るための図であり、（Ａ）は概略構成図であり、（Ｂ）
はＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図５】第２の吸気管の高速状態における動作を説明す
るための斜視図である。

【図６】第２の吸気管をスライド動作させる駆動機構を
説明するための図であり、（Ａ）はアクチュエータを用
いた場合を示し、（Ｂ）はモータを用いた場合を示す図
である。

【図７】吸気通路断面積の調整方法を説明するための図
である。

【符号の説明】

１エンジン本体４燃焼室６吸気弁７吸気ポート１０枝管１１サージタンク１３吸気ダクト１５スロットル弁１９スライド管１９ａ筒状部１９ｂ円錐形状部２０円錐凸部２１吸気開放端２２駆動機構２４アクチュエータ２５駆動アーム２６連結アーム２７モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の吸気ポートに接続された第１
の吸気管と、吸気流体の流れに対し下流側端部が前記第１の吸気管に
スライド可能に接続されると共に上流側端部が吸気開放
端とされており、かつ、前記下流側端部から上流側端部
に向け断面積が漸次増大する形状とされた第２の吸気管
と、前記第２の吸気管内に位置しており、前記第２の吸気管
と相似形状を有した凸部とを具備することを特徴とする
内燃機関の吸気通路構造。