JPH1162596A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】有効吸気管長を可変とする可変吸気システムに
あって、吸気通路から連通路への空気の流通を円滑に
し、燃焼室への吸気効率をより向上させることのできる
内燃機関の吸気制御装置を提供する。 【解決手段】内燃機関の吸気制御装置１はインテークマ
ニホールド２３，サージタンク２５，吸気通路２６，エ
アクリーナ２７を備えている。サージタンク２５とエア
クリーナ２７をつなぐ二つの吸気管２６ａ，２６ｂは接
続ポート４１ａによって鋭角につなげられ、接続ポート
４１ａからサージタンク２５までは隔壁４１で遮られて
いる。接続ポート４１ａには第１開閉弁４２が設けら
れ、サージタンク２５内には第２開閉弁４４が設けられ
ている。各弁４２，４４を開閉させることにより両吸気
管２６ａ，２６ｂ間が連通又は遮断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
へ吸入される空気の流通を制御するための内燃機関の吸
気制御装置に係り、詳しくは吸気制御装置内での空気の
流通の円滑化の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸気行程においては、ピスト
ンの往復運動によって発生した負圧波が吸気通路内を伝
播して、大気開放端にて反射し、正圧波となって吸気バ
ルブに戻ってくる。この波が共振することによって、吸
気通路内の空気が脈動しながら燃焼室内へ吸入される。
内燃機関の出力向上を図るためには、この燃焼室への空
気の吸入の効率を向上させ、燃料と空気との混合ガスを
燃焼室内に多量に充填することが望ましい。そのため、
例えば特開昭６３−１１１２２４公報に開示されるよう
に、吸気通路を流れる空気の脈動を利用して、燃焼室へ
の空気の吸入効率を向上させる方法が講じられている。
すなわち、脈動している空気の流れ（以降、脈動流とい
う）には圧力が高い部分と低い部分とが交互に生じてい
る。そして、空気の圧力の高い部分が燃焼室の近傍に位
置した時に吸気バルブを開くことにより、吸気通路から
燃焼室へ効率良く空気を吸入させることができる。な
お、一般に、吸気通路に生じる圧力の高い部分と低い部
分との間隔は、吸気管長，径等により決定されるため、
内燃機関の回転速度が変化すると吸気通路は効率良く空
気を吸入できる領域と効率の悪い領域に分かれる。

【０００３】そして今日では、内燃機関の全回転速度域
において燃焼室への空気の吸入効率を向上させるため
に、上述したような脈動流の特性（以降、脈動効果とい
う）を考慮した吸気制御が行われている。すなわち、内
燃機関の回転速度等に合わせて、脈動流が生じる吸気通
路の長さ（以降、有効吸気管長という）を変更すること
が可能な吸気制御が提案され、実用化されている。

【０００４】上記の吸気制御の具体的方法について図１
２及び図１３にしたがって説明する。図１２は吸気制御
装置１０１の略断面図を示し、図１３は同吸気制御装置
１０１における燃焼室へ取り込まれる空気の経路（以
降、吸気経路という）を示す概略図である。

【０００５】まず、吸気制御装置１０１の構成について
説明する。車両（図示略）に設けられた空気取り入れ口
（図示略）から取り込まれた空気は、エアクリーナ２７
へ導かれる。エアクリーナ２７に接続された吸気通路２
６は、２本の吸気通路２６ａ，２６ｂに分岐され、その
下流でサージタンク２５に接続されている。サージタン
ク２５の内部は隔壁４１によって２つのサージ室２５
ａ，２５ｂに仕切られている。両サージ室２５ａ，２５
ｂには、エンジンの左右バンクに各３本ずつの合計６本
の燃焼室１６へ連通されたインテークマニホールド２３
がそれぞれ接続されている。したがって、吸気経路は、
両吸気通路２６ａ，２６ｂの２つに分岐された後、サー
ジタンク２５で６つに分岐されている。

【０００６】一方、両吸気通路２６ａ，２６ｂの間に
は、同両吸気通路２６ａ，２６ｂ同士を連通するように
連通路５１が設けられている。連通路５１は、両吸気通
路２６ａ，２６ｂと直交する方向へ延びるように設けら
れており、その長手方向中央部には両吸気通路２６ａ，
２６ｂ同士を連通又は遮断するための第１開閉弁４２が
設けられている。また、サージタンク２５の隔壁４１に
は、サージ室２５ａ，２５ｂを連通又は遮断するための
第２開閉弁４４が設けられている。

【０００７】両吸気通路２６ａ，２６ｂにおける連通路
５１の上流側にはスロットルバルブ２８が設けられてお
り、両スロットルバルブ２８は同期して開閉するように
なっている。

【０００８】このように、外部から取り込まれ、エアク
リーナ２７を通過した空気は吸気通路２６を通り、両吸
気通路２６ａ，２６ｂへ分岐される。それぞれに分岐し
た空気はサージタンク２５に流れ込み、さらにインテー
クマニホールド２３により各燃焼室１６へ導かれる。こ
の際、各弁４２，４４が開閉されることにより、燃焼室
１６までの有効吸気管長が変更される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した構成
の吸気制御装置１０１において、連通路５１は両吸気通
路２６ａ，２６ｂに対して直交する方向に設けられてい
る。そのため、両吸気通路２６ａ，２６ｂ内を流れる空
気がこの直交した連通路５１へ分岐する際に吸気通路２
６の内壁に沿って吸気乱流を生じていた。そして、この
吸気乱流の発生によって、脈動効果が低下し、燃焼室１
６への吸気効率が低下することがあった。

【００１０】また、連通路５１に設けられた第１開閉弁
４２を開放し、両吸気通路２６ａ，２６ｂ間の空気の圧
力差を打ち消して連通路５１を大気開放端とすることに
より、有効吸気管長を変化させていた。しかし、第１開
閉弁４２の径が小さいため、空気の流通に対して抵抗と
なり、両吸気通路２６ａ，２６ｂ間の空気の流通が十分
行われなかった。そのため、内燃機関の回転速度の変化
に応じて有効吸気管長を変化させても、燃焼室１６に空
気が十分に吸入されなかった。

【００１１】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、２本の吸気通路間をつ
なぐ連通路内の円滑な空気の流通を行い、また、単位時
間当たりに連通路を流通できる空気の流通量を多くする
ことによって、燃焼室への吸気効率をより向上させるこ
とのできる内燃機関の吸気制御装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、内燃機関の複数の燃焼室の一群に接続する第１の吸
気通路と、他群に接続する第２の吸気通路とを並列に備
え、前記第１の吸気通路と第２の吸気通路とを途中で接
続する接続ポートを開閉弁により開閉して前記内燃機関
における有効気管長を変更する内燃機関の吸気制御装置
において、前記接続ポートよりも上流の前記第１の吸気
通路における第１の上流部と前記接続ポートよりも上流
の前記第２の吸気通路における第２の上流部とを前記接
続ポートに鋭角につないだことをその要旨とする。

【００１３】請求項２に記載の発明は、前記第１の上流
部における流路断面の少なくとも一部は前記接続ポート
と交差するように指向することをその要旨とする。請求
項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機
関の吸気制御装置において、前記接続ポートの通過断面
積を前記上流部の通過断面積よりも大きくしたことをそ
の要旨とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、本発明を具体化した第１実施形
態を図にしたがって説明する。なお、第１実施形態にお
いて、図１２及び図１３に示した従来の形態と同じ構成
部材については符号を等しくしてその詳細な説明を省略
する。

【００１５】例として、Ｖ型６気筒エンジンに接続され
た吸気制御装置１を図１から図３に示し、その構造及び
動作について説明する。図１は第１実施形態の吸気制御
装置１の略断面図、図２は同吸気制御装置１における吸
気経路を示す概略図、図３はエンジン及び吸気制御装置
１の略断面図である。

【００１６】図３に示されるように、吸気制御装置１が
設けられたエンジンはＶ字状に形成されたシリンダブロ
ック１１を備え、シリンダブロック１１には６つのピス
トン（図３には２つのみ図示）１２が往復移動可能に設
けられている。各ピストン１２はコンロッド１３を介し
て内燃機関の出力軸であるクランクシャフト１４に連結
されている。ピストン１２の往復運動がコンロッド１３
によってクランクシャフト１４の回転へと変換されるよ
うになっている。

【００１７】シリンダブロック１１の両上端には、シリ
ンダヘッド１５が取り付けられている。そして、各ピス
トン１２の上端と各シリンダヘッド１５との間には燃焼
室１６が形成されており、各シリンダヘッド１５には各
燃焼室１６と連通する吸気ポート１７及び排気ポート１
８が設けられている。各吸気ポート１７には吸気バルブ
１９が設けられ、各排気ポート１８には排気バルブ２０
が設けられている。

【００１８】各シリンダヘッド１５には、回転可能に支
持された吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２
２が平行に設けられている。両カムシャフト２１，２２
は、タイミングベルト（図示略）を介してクランクシャ
フト１４に連結されている。

【００１９】クランクシャフト１４の回転力はタイミン
グベルトを介して両カムシャフト２１，２２に伝達さ
れ、それら両カムシャフト２１，２２が回転することに
よって、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が開閉駆動
される。吸気ポート１７と燃焼室１６とは開閉駆動され
る吸気バルブ１９によって連通又は遮断される。また、
排気ポート１８と燃焼室１６とは開閉駆動される排気バ
ルブ２０によって連通又は遮断される。吸気ポート１７
には吸気制御装置１のインテークマニホールド２３が接
続されている。

【００２０】吸気制御装置１は、インテークマニホール
ド２３，サージタンク２５，吸気通路２６，エアクリー
ナ２７，スロットルバルブ２８を備えている。インテー
クマニホールド２３の上流端はサージタンク２５に接続
され、サージタンク２５には吸気通路２６を介してエア
クリーナ２７が接続されている。インテークマニホール
ド２３，サージタンク２５及び吸気通路２６内は、吸気
経路となっている。また、排気ポート１８にはエグゾー
ストマニホールド２４が接続されている。排気ポート１
８及びエグゾーストマニホールド２４の内部は、排気経
路となっている。

【００２１】吸気通路２６内にはスロットルバルブ２８
が設けられている。スロットルバルブ２８はアクセル操
作に基づき、その開度が変化する。スロットルバルブ２
８の開度を変化させることによって、燃焼室１６内へ吸
入される空気の量が調整されるようになっている。ま
た、吸気ポート１７には燃焼室１６へ向かって燃料を噴
射するための燃料噴射弁３０が設けられている。この燃
料噴射弁３０は、空気が吸気経路を通って燃焼室１６へ
吸入される時に、燃焼室１６へ向けて燃料を噴射し、燃
料及び空気から成る混合ガスを生成するようになってい
る。更に、シリンダヘッド１５には、燃焼室１６へ吸入
された混合ガスに点火するための点火プラグ３１が設け
られ、この点火プラグ３１はディストリビュータ３２に
電気的に接続されている。

【００２２】次に、上記のように構成されたエンジンへ
送られる空気を制御する吸気制御装置１の構成について
図にしたがって説明する。図１及び図２で示されるよう
に、吸気通路２６は、エアクリーナ２７の下流で第１の
吸気通路２６ａ及び第２の吸気通路２６ｂの２本に分岐
している。両吸気通路２６ａ，２６ｂ内には、同期して
開閉するスロットルバルブ２８が設けられている。第１
の吸気通路２６ａ及び第２の吸気通路２６ｂはスロット
ルバルブ２８の下流側から単一の隔壁４１によって隔て
られており、隔壁４１には接続ポート４１ａが形成され
ている。接続ポート４１ａは第１の吸気通路２６ａと第
２の吸気通路２６ｂとをつないでいる。隔壁４１には接
続ポート４１ａを開閉するための第１開閉弁４２が設け
られている。

【００２３】図４は接続ポート４１ａの拡大断面図であ
る。第１の吸気通路２６ａと第２の吸気通路２６ｂとは
スロットルバルブ２８の設置位置から下流側に向かうに
つれて徐々に接近しながら接続ポート４１ａに接続して
いる。接続ポート４１ａより上流の吸気通路２６ａの第
１の上流部２６ｃ及び吸気通路２６ｂの第２の上流部２
６ｄは、接続ポート４１ａに鋭角θ１，θ２につながっ
ている。すなわち、上流部２６ｃ，２６ｄの流路の断面
の一部は、接続ポート４１ａと交差するように指向して
いる。図４のＣ１，Ｃ２は上流部２６ｃ，２６ｄの流路
の断面を表し、矢印Ｐ１，Ｐ２は断面Ｃ１，Ｃ２の指向
方向を示す。

【００２４】サージタンク２５の内部は隔壁４１によっ
て２つのサージ室２５ａ，２５ｂに仕切られている。両
サージ室２５ａ，２５ｂには、エンジンの左右バンクに
各３本ずつ、合計６本の燃焼室１６へ連通されたインテ
ークマニホールド２３がそれぞれ接続されている。した
がって、吸気経路は、両吸気通路２６ａ，２６ｂの２つ
に分岐された後、サージタンク２５で６つに分岐されて
いる。また、サージタンク２５内の隔壁４１には、両サ
ージ室２５ａ，２５ｂ間を連通又は遮断するための第２
開閉弁４４が設けられている。

【００２５】図５に、同吸気制御装置１の両弁４２，４
４の制御ブロック図を示す。第１開閉弁４２及び第２開
閉弁４４はアクチュエータ４５，４６によって開閉作動
される。アクチュエータ４５，４６はコントローラ４７
によって制御され、コントローラ４７はエンジン回転速
度センサ４８からの回転速度情報に基づいてアクチュエ
ータ４５，４６の作動を制御する。

【００２６】次に、上記のように構成された吸気制御装
置１の動作について説明する。前述したように、各燃焼
室１６の吸気バルブ１９が閉じる直前に高い圧力が生じ
るように脈動効果を利用することによって、多量の空気
を各燃焼室１６へ吸入させて、内燃機関の出力を向上さ
せることができる。

【００２７】脈動効果は、ピストンの往復運動によって
生じる空気の圧力の波の共振による脈動を利用してい
る。そして、脈動の共振を起こして吸気経路内の空気に
圧力差を生じさせるには、吸気バルブ１９の開放時期と
同調する周期の脈動の波長に見合った有効吸気管長が必
要である。そして、その開放の周期は内燃機関の回転速
度によって変化する。

【００２８】すなわち、内燃機関が低速回転をしている
時には各吸気バルブ１９の開放の間隔の周期は長くなる
ため、吸気経路内の脈動の周波数を長くしなければなら
ない。そのため、周期の長い脈動の波長に見合うように
有効吸気管長を長くする必要がある。また、逆に内燃機
関が高速回転をしている時には空気圧を高める間隔を短
くしなければならないため、有効吸気管長も短くする必
要がある。

【００２９】以下に、上述した原理に基づいた作用を図
６に具体例を示して説明する。まず、低速回転時（エン
ジン回転速度Ｒ１以下）における弁の開閉動作について
説明する。

【００３０】上述したように低速回転時には、有効吸気
管長の長さを長くする必要がある。コントローラ４７は
エンジン回転速度センサ４８からの回転速度情報に基づ
き、アクチュエータ４５，４６を不作動とし、第１開閉
弁４２と第２開閉弁４４とが両方とも遮断される。この
遮断により、各燃焼室１６から両吸気通路２６ａ，２６
ｂの吸気経路が分岐される位置が大気開放端となり、有
効吸気管長は長さＬ１となる。

【００３１】逆に、高速回転時（エンジン回転速度Ｒ２
以上）には有効吸気管長の長さを短くする必要がある。
コントローラ４７はエンジン回転速度センサ４８からの
回転速度情報に基づき、アクチュエータ４５，４６を作
動させ、第１開閉弁４２と第２開閉弁４４とを両方とも
開放し、両吸気通路２６ａ，２６ｂが連通される。する
と、サージタンク２５内の圧力差がなくなるため、有効
吸気管長は各燃焼室１６からサージタンク２５までの長
さＬ３となる。

【００３２】そして、中速回転時（エンジン回転速度Ｒ
１〜Ｒ２の範囲）には、コントローラ４７はエンジン回
転速度センサ４８からの回転速度情報に基づき、アクチ
ュエータ４５のみを作動する。したがって、第１開閉弁
４２を開放するとともに第２開閉弁４４を遮断する。す
ると、両吸気通路２６ａ，２６ｂ間の圧力差は接続ポー
ト４１ａによって打ち消されるため、有効吸気管長は燃
焼室１６から接続ポート４１ａまでの長さＬ２となる。

【００３３】図７のグラフはエンジンの回転速度と出力
トルクとの関係を示す作用結果である。曲線Ｅは第１実
施形態の場合を表し、曲線Ｄは従来の場合を表す。グラ
フに示されるように、中速回転時の場合、すなわち第１
開閉弁４２が大気開放端となる場合には、トルクが向上
している。

【００３４】このように、内燃機関が低速回転から高速
回転になるほど、周期が短くなる脈動流の周波数に対応
して、有効吸気管長を順次Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と短くす
る。このようにすれば、脈動流の周期変化に対応して有
効吸気管長を適切に変更することにより、内燃機関の全
回転域において各燃焼室１６の各吸気バルブ１９の開放
時期に合わせて空気圧を高めることができ、内燃機関の
吸気効率を向上させることができる。

【００３５】次に、上記のように構成された第１実施形
態の吸気制御装置の効果について説明する。 ・両吸気通路２６ａ，２６ｂは接続ポート４１ａを介し
て鋭角に連通されている。このため、脈動の妨げとなる
デッドボリュームが少なくなり、脈動の減衰を防ぐこと
ができる。また、第１開閉弁４２が閉じているときに
は、吸気通路２６の内壁に沿った空気の流れを円滑に流
すことができ、同弁４２が開いているときには、隣り合
う両吸気通路２６ａ，２６ｂ内の空気を円滑に流通させ
ることができる。したがって、吸気乱流が低減され、脈
動効果が妨げられることなく吸気に利用でき、燃焼室１
６への吸入空気量を増やすことによって、内燃機関の吸
気効率を向上させることができる。

【００３６】（第２実施形態）次に、本発明を具体化し
た第２実施形態を図にしたがって説明する。図８は第２
実施形態の吸気制御装置２の略断面図、図９は同吸気制
御装置２における吸気経路を示す概略図である。

【００３７】第２実施形態では、両吸気通路２６ａ，２
６ｂを連通させる連通路５１に大口径第１開閉弁５２が
設けられている。大口径第１開閉弁５２は、両吸気通路
２６ａ，２６ｂの断面積よりも大きく作られており、コ
ントローラ４７によって制御されたアクチュエータ４５
により開閉作動される。なお、他の構成については従来
の吸気制御装置１０１と同じため、符号を等しくしてそ
の詳細な説明を省略する。

【００３８】次に、上記のように構成された第２実施形
態の吸気制御装置２の動作について説明する。第１実施
形態における第１開閉弁４２及び第２開閉弁４４と同様
に内燃機関が低速回転時には大口径第１開閉弁５２及び
第２開閉弁４４がアクチュエータ４５，４６によって閉
鎖され、両吸気通路２６ａ，２６ｂは遮断される。中速
回転時には大口径第１開閉弁５２が開放され、第２開閉
弁４４が遮断される。そして、高速回転時には両弁４
４，５２は開放される。

【００３９】次に、上記のように構成された第２実施形
態の吸気制御装置の効果について説明する。 ・大口径第１開閉弁５２の面積を両吸気通路２６ａ，２
６ｂの断面積よりも大きくした。これにより、一度に多
くの空気を大口径第１開閉弁５２に流通させることがで
きるため、燃焼室１６からの圧力波を減衰させることな
く、連通路５１を大気開放端とすることができる。した
がって、脈動効果を十分引き出すことができ、内燃機関
の全回転域において迅速に吸気効率を向上させることが
できる。

【００４０】なお、上述した第１及び第２実施形態の各
吸気制御装置は以下のように変更してもよく、その場合
でも同様の作用及び効果を得ることができる。 ・上記各実施形態では、接続ポート４１ａ又は大口径第
１開閉弁５２のいずれかを設けたが、図１０及び図１１
に示されるように、両方とも設けてもよい。この場合、
吸気効率を更に向上させることができる。

【００４１】・上記各実施形態では、２個の開閉弁４２
（５２），４４を設けたが、同開閉弁４２（５２），４
４は１個または３個以上であってもよい。１個にすれば
構成を簡略化でき、３個にすれば内燃機関の回転速度に
応じてより細かな対応が可能になる。

【００４２】

【発明の効果】請求項１及び請求項２に記載の発明によ
れば、第１及び第２の吸気通路を接続ポートに鋭角につ
ないだ。この結果、第１及び第２の吸気通路の空気の流
れを吸気乱流を生じさせることなく、円滑に流通させる
ことができる。

【００４３】請求項３に記載の発明によれば、接続ポー
トの通過断面積を第１及び第２の各吸気通路の断面積よ
り大きくした。この結果、燃焼室へ吸入される空気の吸
気抵抗が減り、吸気脈動を大きくでき、ひいては吸入空
気量を増すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態における吸気制御装置の略断面
図。

【図２】第１実施形態における吸気経路を示す概略図。

【図３】内燃機関及び吸気制御装置の略断面図。

【図４】接続ポート拡大断面図。

【図５】第１実施形態における制御ブロック図。

【図６】吸気経路距離を示す概略図。

【図７】第１実施形態による効果の比較グラフ。

【図８】第２実施形態における吸気制御装置の略断面
図。

【図９】第２実施形態における吸気経路を示す概略図。

【図１０】他の実施形態における吸気制御装置の略断面
図。

【図１１】他の実施形態における吸気経路を示す概略
図。

【図１２】従来の吸気制御装置の略断面図。

【図１３】従来の吸気制御装置の吸気経路を示す概略
図。

【符号の説明】

１６…燃焼室、２６ａ…第１の吸気通路、２６ｂ…第２
の吸気通路、４１ａ…接続ポート、４２…第１開閉弁、
４４…第２開閉弁、５２…大口径第１開閉弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の複数の燃焼室の一群に接続す
   る第１の吸気通路と、他群に接続する第２の吸気通路と
   を並列に備え、前記第１の吸気通路と第２の吸気通路と
   を途中で接続する接続ポートを開閉弁により開閉して前
   記内燃機関における有効気管長を変更する内燃機関の吸
   気制御装置において、 前記接続ポートよりも上流の前記第１の吸気通路におけ
   る第１の上流部と前記接続ポートよりも上流の前記第２
   の吸気通路における第２の上流部とを前記接続ポートに
   鋭角につないだことを特徴とする内燃機関の吸気制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１の上流部における流路断面の少
   なくとも一部は前記接続ポートと交差するように指向す
   ることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の内燃機
   関の吸気制御装置において、 前記接続ポートの通過断面積を前記上流部の通過断面積
   よりも大きくしたことを特徴とする内燃機関の吸気制御
   装置。