JPS59218333A - 多気筒エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明（ｊ、過給機を備えた多気筒エンジンの吸気装置
に関し、詳しく（、未吸気通路内に発生７〕る吸気圧力
波を利用した過給効果により１吊気（′ｉ川を向」：さ
Ｕノッキングを防止り−るようにしたものに関Ｊる。

（従来技術） 従来にす、エンジンの吸気通路に過給機（！設置プで、
吸気を過給することににす、吸気の充ｌ眞効率を高めて
出力向上を図るようにすることは知ら１１ている。

また、従来、エンジンの吸気通路内に発生ηる吸気圧力
波により過給効果を得る技術どして、実公昭４５−２３
２１号公報に開示されているように、単一気筒エンジン
において、吸気室を１１法の異なる２本の通路に分り、
かつでれぞれ別の吸気ボートを有し、エンジン高回転時
は２木の吸気通路を用い、低回転時には閉塞１３′７岡
の遅い方の吸気通路を閉止し吸気を早目に閉塞すること
ににす、吸気室の寸法や１ンジン回転数の関数Ｃｃ！う
る吸気の最大圧力時点での吸気の閉塞による過給作用を
利用して広範囲のエンジン回転域に亘つＣ好）白な充填
効率を１１ノるようにした−しのが提案さねている。

しかし、このものは、甲−気筒のＬンジンに対するもの
ｒあ−）で、吸気通路内に発生する吸気圧力波をどのよ
うに利用するのか、その構成、作用が定かでなく、直し
に実用に供し１ワないものであつＩこ　。

ところで、−に記の如き過給１幾句エンジンにａ３いて
は、過給による吸気圧力の［にＪ：り吸気温度が高くな
るため、エンジン低回転運転域、特に高温高負荷低回転
運転域でノッキングが発生しずいという問題がある。

そのため、従来、排気ターボ過給１幾を備えたエンジン
においては、タービン上流の排気通路につ１イス１〜ゲ
ート弁を設けて、該ウェイストグー１〜弁をブＬｌア下
流の吸気圧力（過給圧）によって作動側ｔａｉｌ　Ｌ、
１ノ１気ガスの一部をタービンをバイパスして流下さけ
ることにより、ブＬ」ア〈過給（幾）下流の吸気圧力を
設定値を越えないように一定に保持して、ノッキングの
発生防止を図ることは知られているが、特に］−ンジン
高温高負荷低回転域でまた、ノッキングの発生防止にｆ
１効なｆ段として、掃気を良くすることが知られＣいる
。し・かるに、ぞのためには吸、刊気弁の７Ｌ−バラツ
ブ期間を長くして吸気の吹さ１ノシりを−１３＞にｆｊ
えはよいが、通常の運転域での燃費性能が茗（）く悪化
づ゛るという問題がある。

（発明の目的） そこで、本発明は断かる点に箱、み、 ■　エンジンの吸気特性どしで、吸気ポー１−閉口■に
は吸気の慣性により吸気が圧縮されて吸気ポー１へ部分
に圧縮波が発生すること、■　過給機イ；１］−ンジン
の特性どＬ７て、ノッキングの発生しやづいエンジン低
回転運転域では過給機下流の吸気圧力（過給圧）が排気
ポートにかかる初見圧力よりも大きくなっていることを
知見し、この知見に基づいて、過給機イＫＪ多気筒エン
ジンで（Ｊ一つの気筒での上記■の吸気ボー１〜閉口時
の圧縮波を上記■の運転域Ｃ′他の気筒の吸気ボート間
口直後に作用せしめれば効果的に過給効果が１ワられる
こと（以下、吸気慣性効果という）に１１目してなされ
たものであり、この吸気ｔＥ’ｌ　ＰＩ効果による過給
効果に」、す、既存の吸気系の僅かな説、ｉＩ変更にＪ
：る簡単な構成でもって、吸、排気弁のオーバラップ期
間を長くすることなくつまり燃費の悪化を招くことなく
、掃気作用を向−トさせてノッキングの発生防」Ｆを有
効に図ることを目的どＪ８゜ （発明の構成） この目的を）構成するだめの本発明の技術的解決手段は
、過給（火を備えた多気筒」ンジンにお（プる過給１代
下流の吸気通路において任意の気筒どその気筒の吸気ボ
ート閉口後追も〒く吸気ポー１〜を聞く他の気筒との間
の吸気通路長さを、過給例下流の吸気圧力が排気ボー１
へに作用する排気圧力よりも大きくなるエンジン運転域
て、一つの気筒の吸気ボー１〜閉口時に該吸気ポー１〜
に発生づ°るメ丁縮波が十記他の気筒の吸気ボートの聞
［１直後に１ムｊｉｌｔ　Ｌ。

て過給を行うように設定したものである。このことにＪ
、す、い７ｂゆる吸気慣性効果に」；る過給効果によっ
て、つまり気筒の吸、　ｊｊｌ気ブｒのΔ−バノッゾ峙
にＪ３いＣ閉日時圧＃ｌＩｉ波の伝１ｔｆｔににり吸気
圧力が増大して吸ＪＪＩ気のＬＦ力差が極め（人さくな
ることによって、吸気の吹ぎ抜ｔプが箸しく促進され−
ＣｊｌＴ！気を良好に行うようにしＩζ０のＣある、３
ここにおいて、上記吸気慣性効果を得る気筒間の吸気通
路長さ１−は、 Ｌ＝（３６０−θ」θ（）） Ｘ（６０／３ＣｉＯ−Ｎ＞Ｘｉｌ　　　−（Ｉ）の式に
Ｊ、って求められた値に設定される。上記（’Ｉ）式に
おいて、０は吸気ボ＝−１−の聞［１期間、θｏ　Ｉｔ
吸気ボー１−開口時の圧縮波が実質的に発生してから吸
気ポー１〜閉１コまでの１ｊｌ１間と吸気ボート開口か
ら効果的に過給を行うｌ、：めに上記閉［１時斤楡波を
伝播さＵる１１，１期までの期間とを含悼ｌ刀こ無効期
間てあり、Ｊ、っＴ（３６０−θ−１θＩ）　）　ｆ；
１　一つの気筒での閉に１時圧縮波の光５Ｌからでの気
筒の吸気ボー１〜開口後最もψく吸気ボートを聞く他の
気筒の吸気ポー１へ聞［：１直後への１ｉ１揺Ｊ、−（
に要覆るクランクシトフトの回転角度を表ゎｖｌｏまた
、Ｎはエンジン回転数で、（６０／　３６０　Ｎ　）は
１゜回転するに要りる時間（秒）を表４つり。Ｊ、た、
ａは圧力波（圧縮波）の伝播速磨（音速）Ｃある。

尚、上記（］）式（は、月−力波の伝播に対丈る吸入空
気の流れの影費を無視しているが、これは流速が音速に
比べく小さく、吸気通路の長さにほどんど変化をもたら
ざないためぐある。

（発明の効果） したがって、本発明ににれば、過給機付多気筒］ニンジ
ンにＪ３いて、過給圧がＩＪＩ気圧ツノよりも大きくな
るエンジン低回り９、運Ｉｌ’ｔ；域て・気筒間で吸気
慣ｉＪＪ：効果による過給効果を１ｒ７るようにしたの
で、既存の吸気系の僅かな設訂変更にＪ：る簡単な構成
てしって、吸排気のＡ−パラツブ１υ］間を短く抑え良
好な燃費性能を確保しイアがら掃気作用を向上させるこ
とができ、Ｊ：つてフッ１−シダ光生防止を有効に図る
ことがＣきるとともにその容易実施化おにびロス１−ダ
ウン化をも図ることがて゛きる。

（実施例） 以下、本発明の技術的手段の具体例どしての実第１図お
よび第２図は本発明を２気筒４リイクルエンジンに適用
したり本（１へ光測としての第１実施例を承り。同図に
Ｊ３いて、１ΔＪ３よび１Ｂは第１気筒および第２気筒
であり、２【、１、各気筒１Δ。

１ＢにＪ３いてシリンダ３とビス１〜ン１ど【形成され
た燃焼室である。

５は一端がエアクリーナ６を介して人気に間［−１しで
各気筒１Δ、１Ｂに吸気を供給するための主吸気通路で
あって、該主吸気通路５（ごは、吸入空気流ｍを検出す
るエアフローメータ７が配設され、該エアフローメータ
７の下流には吸入空気量を制御づるスロワ１〜ル弁８が
配設されている。」−記士吸気通路５は、スロワ１ヘル
９８下流にＪ３いて同形状１１法の第１および第２吸気
通路５ｔ＋、５ｂに分岐されたのち各々吸気ポート９，
９を介して各気筒１Δ、１１３の燃焼室２．２に連通し
文いる。。

」ニ記各吸気通路５ａ、５ｂにはイれぞれ上記１アフロ
−メータ７の出力に基づく吸入空気流量に応じて燃料鳴
削里が制御される電磁弁式の燃１′３１　ｌｆ！射ノズ
ル１０．１０が配設されている。

また、上記主吸気通路５の分岐部（，１、スロットル弁
８下流に位１ｍシていて、第１　Ｊ：ｉ　Ｊ：び第２吸
気通路５ａ、５ｂ同士を連通ずる連通路１１を構成して
いる。該連通路１１の通路面積ＡＣは各吸気通路５ａ、
５１＋の最小通路面積Δと同等かそれＬス」−（ΔＣ≧
△）に設定されていて、圧力波をぞの減衰を小さくして
有効に伝播するようにしている。

尚、図示していないが、主吸気通路５のスロットル弁８
ど分岐部（連通路１１）との間にはエンジンの加速運転
時又は減速運転時等の過渡運転時（−・の吸入空気のり
−ジンクを防ぐための所定容積のり一一ジタンクを設り
で、燃１１８１の良好４Ｔ応答性を確保するＪ−うにす
ることがりｒましい。

Ｊ、Ｉζ、１２．１おにび１２］）はそれぞれ一端がＪ
ノ１気ポー１〜１３．１３を介して６気ＩＦ７１１△、
ＩＢの燃焼室２．２に連通して燃焼室２からのＪＪｉ気
ガスを１ノ１出づる第１　Ｊ３よび第２４Ｊｌ気通路で
あって、該各排気通路１２ａ、１２１〕の下流端はそれ
そ゛れ主Ｉｌ＋気通路１２に集合されたのち人気に間口
しており、該主排気通路１２の途中にｌ；Ｌ　）ＩＩ気
ガスを浄化覆るだめの触媒装置１４が介設されＣいる５
、尚、１５は吸気ボート９を間開づる吸気弁、１Ｇは排
気ボー１〜１３を間開りる排気弁である。

一方、１７はＪＪＩ気ターボ過給機であ−）て、該過給
Ｒ１７は、主排気通路１２の触媒８！ｉ置１４１−流に
配設され排気ガス流によって回転駆動されるタービン１
７ａと、主吸気通路５の］デフ１−１−メータ７とスロ
ットル弁８との間に配設され」−記タービン１７ａにＪ
：って駆動されるプ［１ア１７１）とをＩｆｉえ、該ブ
１−１ア１７１）によって吸気を各気筒１Δ。

１Ｂに過給Ｊるｂのぐ（１うる。

さらに、１８は一端が１排気通路１２のタービン１７８
下流に、他端が該タービン１７８下流にそれぞれ間口し
てタービン１７ａ４バーイパスするバイパス通路Ｃあつ
−〔、該バイパス通路Ｉ　Ｂには、上記ブＵ７１７ｂ下
流の主吸気通路５の吸気圧力〈過給圧）に応じて１ヤ動
制御されるつＴイストグートフ↑１９が介設されており
、エンジン回転数の増大により過給１［が設定値以上に
なるとつＴ、イス１〜グー１〜弁１９を間作りＪせしめ
（，１１１気ガス流をバイパス通路１Ｂににつ【タービ
ン１７ａをバイパスし−（流１ζさＵることにｊ二り、
過給圧を設定値を越えないよう一定に保持するように構
成されている。づなわ４５、負′！５）図に示づように
、上記過給圧つまり過給ｆｆｆｉ１７（ブロア１７ｂ）
下流の吸気圧ノＪＰｉｎはエンジン回転数がＪｐｌ大り
るに従って比較的急勾配でもって一次的に増大したのら
、所定回転数Ｊス上になると上記ウニイスＩ〜ゲート弁
１９の作動に１二り設定ｂＱに保持される特性に＜’Ｌ
るように設定さねている。これにり・１し、タービン１
７ａ上流の１１１気圧力つＪ：す１）１気ポー１〜１３
１こ作用Ｊる１ノ１気Ｌ［ツノＪ）ａｘは土ンジン回転
数が増入りるに従って徐々に増大し、所定回転数を越え
ると上記設定上限過給圧Ｊζりし大ぎい圧力となる４”
ｊ　Ｗ−を示Ｊ、。

このため、第５図の如く、上記吸気圧ノＪＰｉｎがＩＪ
Ｉ気圧力ｐｅｘよりも大ぎくなるエンジン運転域例えば
′エンジン回転数で２０００〜４０００＋・ｌ１ｍのエ
ンジン低回転領域と、逆に排気圧力ｐｅｘが吸気圧力ｐ
ｉｎＪ：りち大きくなるエンジン運転域例えば１２９２
回転数で！３００　Ｏｒｐｍ以上のエンジン高回転領域
とが生じることになる。

加えて、第１気筒１△と、該第１気筒１△の吸気ボー１
−９間口（吸気弁１６の閉弁）後に最しワ！く吸気ポー
ト９を聞く他の気筒どしくの第２気筒１Ｂとの間の上記
連通路１１を介しての吸気通路長さしくつまり山気筒１
△、１Ｂの吸気ボー１−９゜９間の連通長さ）は、連通
路１１の通路長さ９（：と該連通路１′１下流の第１．
第２吸気通路Ｊ”＋５１）の各通路長さ文、ＱとをＩＪ
ＩＩ　Ｉ；”Ｎ　シたちの（１−＝ρｃ　−１−２９）
であり、吸気圧力１つｉｎがｊノ１気圧力Ｐｅｘよりも
大ぎくなるコーンジン運％；域で山気１：）１△。

１Ｂ間で吸気慣性効果を得るように上記（１）式により
求められた値に設定されでいる。９休的には、吸気ボー
１へ聞［１期間θ〈吸気ブｒの聞ｊＴ期間）−２３０〜
２７０°、無効期間Ｄｏ−３０°、］−ンジン回転数Ｎ
＝２０００ヘー／１ＯＯＯｒｐｎｌ　、６速ａ　＝３７
６ｍ　、／ｓ　　（８０℃で）とし！ご場合、（１）式
よりＬ＝１．８８〜５．０１ｍとｒｉる。

次に、上記第１実施例の作用につい（第６図により説明
するに、第５５図に承りように過給機１７（ブＵ７１７
ｂ）下流の吸気圧ノＪ　Ｐｉｎ　（過給圧）がＪＪＩ気
ボート′１３に作用りる活気圧力Ｐ（！ＸＪ：りら大さ
くなるエンジン運転域、つまりノッキングが発生しゃＪ
い］ニンジン低回転運転領域（例えば２０００〜４００
０ｐｐｍ　）には、上記Ｐｉｎ＞Ｐｅｘの関係から、一
方の気筒例えば第１気筒１Δの吸気ボート９間日時に該
吸気ボーｒ−９３ＪＸ傍に発生した閉口時Ｌ１：綿波は
、山気１；）１Δ、１８間の通路長さしを上記（Ｉ）式
により求められる値に設定しｌこことにＪ：す、第１吸
気通路５ａ→連通路１１−）第２吸気通路５　ｂを経て
、他の気筒ぐある第２気「；）１［３の吸気ボー１−９
の開口にｉ後に有効に伝播される。その結果、この閉［
」１１．を圧縮波により、吸気が吸気行程初期にある第
２気筒１Ｂの吸気ボート９より燃焼室２内へ押し込まれ
て過給が行われることになる（吸気１ｒ日ｆ１効宋）、
、また、同様に、第１気筒１△にＪ５いても、その吸気
行程初期の吸気ボート９に対し第２気筒１Ｂから閉口時
圧縮波が伝播して過給が行われる。

したか−）で、このように気筒′１△、１Ｂ相互間での
吸気慣性効果による過給効果にｊす、名気筒１△、１Ｂ
の吸気ボー１−９間［１ｉＬ＋１後つ；Ｌり吸、刊気弁
のＡ−パラツブ峙Ｃの吸気ｎ力は上記１）ｉｎに加えて
伝播した開口的圧縮波の圧ツノ分が上乗ぜされ、活気圧
力ｐｃｘとの差Ｉ［が大巾に増入りることにより、吸気
の吹さ抜（〕が若しく促進されることになる。この結果
、吸、　ＪＪＩ気弁のＡ−パラツブ期間を短く抑えなが
らも掃気作用を向上でき、Ｊ、って良好な燃費性能を確
保しながら／ツ１ングの発生を有効に防止することがで
さ゛る。

また、その場合、吸気ｌｆｆ１ｌ性効宋を１’Ｊるため
のｆＬ力波伝播径路である第１．第２吸気通路５ａ、５
１）おにび連通路゛１１（主吸気通路５の分岐部）はス
［１ツＩ〜ル弁８下流に（（７ｉ号るので、該スロワ１
ヘル弁８によって圧力波（圧縮波）が減真されることが
なく、しかも上記連通路゛１１の通路面積ＡＣが名吸気
通路５ａ、５１＞の最小通路面積へ以上であることによ
り、圧ツノ波の伝播の抵抗が小さく、よって上記吸気慣
性効果を有効に発揮できる。

さらに、燃料供に１８−置どしＣの燃１１１１ｒｉ　Ｑ
’ｌノズル１０は、連通路１１下）Ａコの各吸気通路５
　ａ　＋　Ｏｂに設置ノられ（いるの−ｃ１吸気通路長
さが艮＜イよることにＪ：る燃料の応答性の態化を防止
して、良好な燃料応答性を確保で０る。

また、上記吸気悄性効果による過給効果（よ、内気１１
）１△、１８間の通路長さ１−を上述の如く設定するこ
とによって１９られるので、既存の吸気系の僅かな段；
１変更て湾み、（８造が極めて簡単なものクアリ、よっ
（容易にかつ安価に実施することができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるしのＣばなく、そ
の細杆々の変形例をも包含するものである。例えば、上
記第１実施例Ｃは２気筒４リイクル−Ｌンジンに適用し
た例を示したが、本発明はその他各種多気筒」ニンジン
に対しても適用で゛きるしのぐある。例えば、その−例
として第３図に４気筒４リイクルエンジンに適用した第
２実施例を示す（尚、第１実施例と同一の部分について
は同一の符号を付し−（その説明を省略りる）。

本例の場合、各気筒′１Δ・へ−ＩＤに各々吸気ボー］
・９を介して連通づる第１へ一第４吸気通路５８〜・５
（１は、主吸気通路５のスロワ１〜ル弁８下流の分岐部
１１′において分岐連通して、（５す１分岐部１１から
各気筒の吸気ボー１〜９まての吸気通路５ｎ。

５ｂ　、５ｃ　、５ｄの各長さは等長（ご設定されてい
る。さらに、１−３−４−２のり、を火順序にＪ３１］
る任意の気筒とその気筒の吸気ボー１〜閉口後最も早く
吸気ボートを開く他の気筒どの関係にある第１気筒１Ａ
と第４気筒１Ｄ、Ｊ３よひ第２気筒１［３ど第３気筒１
Ｃにおける各気筒間通路長さＬｌ−１１−：（はそれぞ
れ上記（１）式により求められた１ｉｅＴに設定されて
おり、ノッキングが問題となる１ンジン運転域′ｃ９Ｉ
：、巾約に強い過給効果を１９るにうに上記Ｌ　１’−
、＋　とし、−３とは図示の如くほぼ同一に設定づ゛る
ことがりｒましい。したがって、）１７図に示づように
、吸気１月１！１効果の作用態様は、第１気筒→第４気
筒、第３気筒→第２気筒、第４気筒→第１気筒、第２気
筒−１第３気筒へと順次作用して過給が行われ、掃気の
自重が図られる。

また、第４図は直列６気筒４サイクルエンジンに適用し
た第３実施例を示す。本例の場合、各気筒１Δ〜１Ｆの
吸気通路５ａ〜５［は、■吸気通路５のス１コツドル弁
８下流Ｃ分岐しかつ連通路１１″で連通されており、そ
れぞれ等長に設定されている。また、１−５−３−６−
２−４の点火順序にｄ）ける任意の気筒とその気筒の吸
気ボート開］］後足も早く吸気ボートを聞く他の気筒と
の関係にある第１気筒１Ａど第６気筒１Ｆ、第２気筒１
Ｂと第５気筒１［、第３気筒１Ｃど第４気筒１Ｄの各気
筒間通路長さは上記（丁）式で求められた値に宿しく設
定されでいる。したがっＣ，第８図に示すように、吸気
ｔｎ性効果は、第１気筒−）第６気筒、第５気筒→第２
気筒、第３気筒→第４気筒、第１気筒→第４気筒、第２
気筒→第５気筒、第４気筒→第３気筒へと順次作用して
行き、各気筒にＪ３い【（吊気の向上が図られる。

さらに、上記各実施例（は、各気筒に対し吸気ボー１−
を介して甲−の吸気通路を連通させたが、低ｆ’＋荷用
ど高角前用どの２つの吸気通路を各々独立して連通さＵ
るようにしたものにし適用（さ、この場合、低負荷用吸
気系統又はｆＨ，負荷用吸気系統の何れか一方で吸気１
ｆ′ｌ性効宋を１！７るＪ、うｉこ気筒間の通路長さを
設定すればよ＜、ａｒ、！、しく（Ｊ高負荷用吸気通路
は低負荷用吸気通路よりも通路面積が大きく圧力波の減
衰を小さく抑えることができるので、高負荷用吸気系統
での気筒間設定が右利である。

さらにまた、上記各実施例では過給）幾としてＪＪＩ気
ターボ過給機１７を採用したが、−その他過給ポンプ笠
公知の各種過給機が採用可能でｄつる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図おＪ、び第２図は
第１゛実施例を示す全体構成説明図および同要部概略図
、第３図は第２実施例を示Ｊ第１図相当図、第４図は第
３実施例を承り第１図相当図、第５図はエンジン回転数
に対する吸気１１’、　）Ｊ　（１３よび排気圧力の特
性を示づ図、第６図、第７図および第８図【；１それぞ
れ第１実施例、第２実施例、ｔ：；　Ｊ：び第３実施例
における吸気慣性効果の作用態様を示ず説明図である。 １Ａ〜１Ｆ・・・気筒、５・・・主吸気通路、５ａ〜５
ｆ・・・吸気通路、８・・・スロワ１−ル弁、９・・・
吸気ボー１−１１０・・・燃料１１７１０Ｊノズル、１
２・・・主排気通路、１２ａ　〜１２ｆ　・ｉｌｌｌ通
気、１３　・ＩＪＩ気ポー１−１１７・・・Ｊｊｌ気タ
ーボ過給（幾、１９・・・つＪイストゲート弁。 第７１１Ｄ 第５図 ｘ＞；ｙ凹転秋（ｒｐ“）　　　　　　　第１気筒第２
気筒 第３気箇 菊４気筒 第１気筒 ′９ＰＪ２気筒 ”　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｐ３３気的
第ｔ、′ｆＬ筒 第５気筒 第６気高 躬６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気ボー１へを介して各気筒に連通づる吸気通路
   と、排気ボー１−を介して各気筒に連通する排気通路と
   、上記吸気通路に設けられた過給機とを備えＩζ多気筒
   エンジンに３５いて、−１二記過給機下流の吸気通路に
   おいて任意の気筒とその気筒の吸気ボー１−閉口１ｕ最
   ら早く吸気ボー１−を聞く他の気筒どの間の吸気通路長
   さを、過給機下流の吸気圧力が排気ポー１−に作用覆る
   排気圧力よりも大きくなるＪｌンジン運転域で、一つの
   気筒の吸気ポート開［］時に該吸気ボートに発生Ｊる１
   ■縮波が上記他の気筒の吸気ボートの間１」直後に伝播
   して過給を行うように設定したことを特徴とする多気筒
   １−ンジンの吸気装置。