JPS6241924A - 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） 本発明はエンジンの吸気装置、特に吸気系に備えた拡大
室と燃焼室との間の吸気通路の通路状態をエンジン回転
数に応じて可変制御するように構成されたエンジンの吸
気装置に関する。

〈従　　来　　技　　術〉 近年、自動車用等のエンジンにおいては、所謂吸気慣性
効果等を利用して吸気の充填効率を高め、これによりニ
シン出力の向上を図ることが試みられている。この吸気
慣性効果は、吸気行程の開始時に吸気ボート付近に発生
した負の圧力波が吸気通路内を上流側に向って伝播され
ると共に該通路の開放端で反射され、これが正の圧力波
となって吸気ボートに戻されるといった川縁によって生
じる吸気通路内の吸気圧力振動を利用して、シリンダ内
への吸気の押し込み作用を増大させるものであるが、こ
の吸気慣性効果は、吸気通路の長さに応じて定まる吸気
圧力振動の固有振動数と、吸気弁の開閉ザイクルつまり
エンジン回転数とが同調した場合にのみ効果を発揮する
ものである。従って、吸気通路の長さが一定の長さに固
定されていると、効果的な吸気慣性効果が得られるのは
特定のエンジン回転領域に限られ、広い運転領域にわた
って充填効率を向上させることができない。そこで、こ
のような欠点に対処するものとして、例えば特開昭５６
−１１５８１９号公報にエンジン回転数の変化に応じて
吸気通路の長さく等価管長）を可変制御する構成が示さ
れている。これは、具体的には、エンジン回転数の上昇
に伴って吸気通路の実質的長さを段階的に或は無段階的
に短くづ”るように該通路の状態を変化させるようにし
たものである。このような構成によれば、エンジン回転
数が低回転領域にある時、つまり吸気弁の開閉ザイクル
（単位時間当りの開閉回数）が小さい時には、吸気通路
の管長が長くなって該吸気通路内における吸気圧力振動
の固有振動数が低下することにより、上記吸気弁の開閉
サイクルと吸気圧力振動とが良好に同調し、またエンジ
ン回転数が高回転領域にある時には、上記の場合とは逆
に、吸気通路の管長が短縮されて該通路内における吸気
圧力振動の固有振動数が高くなることにより、この高回
転域内においても吸気弁の開閉ザイクルと吸気圧力振動
とが良好にマツチングすることになる。その結果、いず
れの場合にも吸気慣性効果が効果的に得られ、広い運転
領域にわたってエンジン出力の向上を図ることが可能ど
なるのである。

然るに、上記のようにエンジン回転数に応じて吸気通路
の管長を可変どづ−る構成においては、エンジン回転数
が低回転領域（特に極めて低い回転領域）にある場合に
は吸気通路の管長をかなり長くしなければ効果的な吸気
慣性効果を得ることはできず、従ってこのＪ：うな構成
を採用する場合には吸気装置が大型化するどいった不具
合を生じることになる。特に、吸気系の」二流部にサー
ジタンクが設けられたエンジンにおいて、サージタンク
と燃焼室との間の吸気通路に上記のような構成を適用す
る場合には、該吸気通路の配設スペース或はレイアウト
上の問題が生じる。

（発　　明　　の　　目　　的〉 本発明は、エンジン回転数に応じて吸気通路の管長を可
変制御するように構成されたエンジンの吸気装置に関す
る上記のＪ：うな問題に対処するも、）７、特、工、、
、。転数７、低。転領１れあ、揚　　　　　Ｖ合に、吸
気通路の管長を著しく長くすることなく、該通路内にお
ける吸気圧力振動の固有振動数を低下させ得る構造の吸
気装置を実現する。これにより、低回転領域から高回転
領域にわたる広い運転領域で効果的な吸気慣性効果を確
保しながら、吸気装置の小型化を図り、該装置の設置ス
ペース上の問題等を解消することを目的とする。

（発　　明　　の　　構　　成） 本発明に係るエンジンの吸気装置は上記目的達成のため
次のように構成したことを特徴とする。

即ち、吸気系にサージタンク等の拡大室を備え、且つ該
拡大室と燃焼室とを連通ずる吸気通路の通路状態をエン
ジン回転数に応じて可変制御するように構成されたエン
ジンの吸気装置において、上記吸気通路の途中に所定容
積のチャンバを連通させると共に、該チャンバの吸気通
路への連通部に開閉弁を配設し、且つ該開閉弁をエンジ
ン回転数に応じて開閉制御する開閉弁制御手段を設ける
。

この開閉弁制御手段は、上記開閉弁をエンジン回転数が
低回転領域にある時に開弁させ、中回転領域にある時に
閉弁させ、更に高回転領域にある時に再び開弁させるに
うに作動する。

上記の構成ににれば、エンジン回転数が中回転領域にあ
る時、つまり上記開閉弁制御手段が開閉弁を閉弁させる
ことによって上記チャンバと吸気通路とが遮断されてい
る時には、該吸気通路の上流端における拡大室への間口
部が大気開放部として作用する。従って、この場合は上
記拡大室から燃焼室に至るまでの吸気通路の全長にわた
って吸気圧力振動が生じることになる。その場合に、こ
の吸気装置においては、上記吸気通路の全長にわたって
吸気圧力振動が生じる時の固有振動数と、エンジンの中
回転領域における吸気弁の開閉サイクルとが同調するよ
うに該吸気通路の長さが設定されており、従って、この
中回転領域において上記のように開閉弁を閉じることに
より慣性効果が得られることになる。

また、エンジンが高回転領域にある時、つまり上記開閉
弁制御手段が開閉弁を開弁させることににり上記チャン
バと吸気通路との連通部が開通されている時には、該チ
ャンバが所定容積を有して６一 いるために上記連通部が大気開放部として作用する。そ
のため、吸気圧力振動は吸気通路における上記連通部と
燃焼室との間の短い通路部分で生じることになって、該
吸気圧力振ｖＪの固有振動数が高くなる。これにより、
高回転領域においても、吸気圧力振動と吸気弁の開閉サ
イクルとが同調することになる。

一方、エンジン回転数が低回転領域にある時には、上記
吸気弁の開閉ザイクルが低サイクルであることに起因し
て圧力波の周波数が低くなるが、このように周波数の低
い圧力波は通路形状の変化の影響を受けにくく、チャン
バでの圧力変動の減衰率が小さいため、上記開閉弁が開
弁されてチャンバと吸気通路とが連通されても、この連
通部ではほとんど反射せず（チャンバの容積が低周波数
の圧力波を透過させ得る容積とされている）、吸気通路
上流端の拡大室まで達して反射されることになる。その
ため、吸気圧力撮動が生じる吸気通路の管長は、上記中
回転領域における場合と同様に該通路の全長となるが、
この場合においては上記チャンバが吸気通路に連通され
ているために該チャンバの容積分たり吸気通路の容積が
増大し、この容積の増大に伴って吸気圧力振動の固有振
動数が中回転領域における場合よりも低下するのである
。これにより、低回転領域においても吸気圧力振動の固
有振動数と吸気弁の開閉サイクルとが同調することにな
る。

〈発　　明　　の　　効　　果） 以上のように本発明に係るエンジンの吸気装置によれば
、拡大室から燃焼室までの吸気通路の長さを、エンジン
回転数が中回転領域にある時に吸気圧力振動と吸気弁の
開閉ザイクルとが同調し得る長さに設定すると共に、こ
の吸気通路の途中に設（プられた所定容積のチャンバを
、高回転領域においては大気開放部として作用させる一
方、低回転領域においては吸気通路の容積を増大させて
吸気圧力撮動の固有振動数を低下させるように作用させ
る構成としたので、上記吸気圧力振動の固有　　　　　
１１振動数が低、中、高の夫々の回転領域に応じた最適
の値に可変制御されて、上記各領域において吸気圧力振
動と吸気弁の開閉サイクルとが良好に同調されることに
なる。これにより、広い運転領域にわたって効果的に吸
気慣性効果が得られると共に、特に吸気通路の長さが中
回転領域で吸気慣性効果が得られる長さで足りるので、
吸気装置が小型化されて該装置の設置スペースやレイア
ウト上の問題等が解消されることになる。

（実　　施　　例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１〜３図は本発明の第１実施例を示すもので、第１．
２図に示すようにエンジン１の吸気装置２は、上流端が
エアクリーナ（図示せず）に接続された主吸気管３と、
該主吸気管３の下流端に接続されたサージタンク４と、
該サージタンク４の一側部から分岐されて各気筒５・・
・５の吸気ボー１−〇・・・６に夫々接続された独立吸
気管７・・・７とを有し、これらの独立吸気管７の内部
通路と吸気ボー１−６とによって各気筒５についてサー
ジタンク４から吸気弁８を介して燃焼室５ａに至る長さ
ｌ−の独立吸気通路９が構成されている。

然して、この吸気装置２には、上記各独立吸気管７・・
・７に跨って上流側から第１．第２チヤンバ１０．１１
が備えられている。これらのうち第１チヤンバ１０は、
所定容積の内部空間を有し且つ連通部１２・・・１２を
介して上記各独立吸気通路９・・・９に連通されている
と共に、各連通部１２・・・１２には第１開閉弁１３・
・・１３が夫々配設されている。また、第２ヂヤンバ１
１も同様に、所定容積を有する内部空間が連通部１４・
・・１４を介して上記各独立吸気通路９・・・９に連通
されていると共に、各連通部１４・・・１４には第２開
閉弁１５・・・１５が夫々配設されている。そして、以
上の構成に加えて、この吸気装置２には、上記第１１７
ｆｌ閉弁１３・・・１３及び第２開閉弁１５・・・１５
を夫々開閉駆動する第１．第２アクヂュエータ１６．１
７が設けられていると共に、エンジン回転センサ１８か
らのエンジン回転数信号ａを受けて上記アクチュエータ
１６．１７に第１．第２駆動信号す、ｃを夫々出力する
コントロールユニット１９が備えられている。

次に、この第１実施例の作用を説明する。

エンジン１の運転時に図示しないエアクリーナから吸入
された空気は主吸気管３を経てり”−ジタンク４内に導
入され、更に各独立吸気管７・・・７と吸気ボート６・
・・６とでなる各独立吸気通路９・・・９を経て各気筒
５・・・５の燃焼室５ａ・・・５ａに所定の順序で吸入
される。その場合に、上記各独立吸気通路９・・・９と
第１．第２チャンバ１０．１１の内部空間とを連通、遮
断する第１．第２開閉弁１３・・・１３．１５・・・１
５は、コン１ヘロールユニツト１９によって以下に示す
ように開閉制御される。

即ち、エンジン回転センサ１８からの回転数信号ａに基
づいて検出されたエンジン回転数Ｎが、第３図（ＩＩＩ
＞に示す第１ＲΩ定回転数Ｎ１以下である時、つまりエ
ンジン回転数Ｎが極めて低い極低回転領域にある時には
、コン［−ロールユニット１９は、第１．第２アクチュ
エータ１６．１７を介して第３図（１）、（ＩＩ）に示
すように第１．第２開閉弁１３．１５の両方を開弁され
るように駆動信号す、ｃを出力づ−る。そして、この状
態からエンジン回転数が」ニ臂して第１設定回転数Ｎ１
に達した時には、］ン１〜ロールユニット１つは第１聞
閉弁１３を閉作動さＵる」：うに駆ｍＪ＋信号すを出力
すると共に、Ｔンジン回転数Ｎが第２設定回転数Ｎ２に
達づ−るまでの低回転領域においては、」−記第１聞閉
弁１３を閉弁し１つ第２開閉弁１５を開弁させた状態を
維持する。また、この状態でエンジン回転数Ｎが」−記
第２設定回転数Ｎ２に達した時には、コン１−ロールユ
ニツ１〜１９は、第２間Ｖ１１弁１５を閉作動させるよ
うに駆動信号Ｃを出力すると共に、エンジン回転数Ｎが
第３設定回転数Ｎ３に達するまでの中回転領域において
は、第１゜第２開閉弁１３．１５の両方を閉弁した状態
とする。更に、この状態でエンジン回転数Ｎが上記第３
設定回転数Ｎ３に達した時には、コントロールコニット
１９は第２開閉弁１５を再び閉作動させるｊ：うに駆動
信号Ｃを出力すると共に、エンジン［’ｉｌ　１：　’
ａ　Ｎ　ｌｉ、Ｚ（Ｄｍ　３　ＭＱｔ１７！’ｈ；＊　
Ｎ　３１！Ｊ：（７）ＩａＤｏ＆　　　　’領域におい
ては、第１開閉弁１３を閉弁し且つ第２聞閉弁１５を開
弁させた状態とする。この場合、両開閉弁１３．１５の
開閉状態は上記の低回転数領域ど同様の状態となる。

ところで、エンジン回転数Ｎが高回転領域にある時には
、上記の如く第２開閉弁１５が開弁されるため、所定の
容積を有する第２チヤンバ１１の内部空間と独立吸気通
路９とが連通部１４を介して連通されて、該連通部１４
が吸気通路９の人気開放部となる。そのため、エンジン
１の吸気行程開始時、つまり吸気弁８の閉作動時に吸気
ボー１−６内で発生し且つ上流側に向って伝播された圧
力波は、上記連通部１４の形成位置Ａ（第２図参照）で
反射されることになり、従って吸気圧力振動は、独立吸
気通路９における下流部、即ち同図に示す長さ１１の短
い通路部分において高固有振動数の振動として発生する
ことになる。その結果、該吸気圧力振動と、吸気弁８の
開閉サイクルつまりエンジン回転数Ｎとが高回転領域に
おいて同調し、この同調によって効果的な吸気慣性効果
が得られて、第３図（Ｉ［［）に実線（イ）で示すよう
に高回転領域でピーク×１が発生する吸気充填効率の特
性が得られる。そして、このピーク×１ないしその近傍
における特性が利用されることにより、高回転領域にお
けるエンジン１の出力トルクが増大されることになる。

また、エンジン回転数Ｎが中回転領域にある時には、上
記の如く第１．第２開閉弁１３．１５が両方とも閉弁さ
れるため、吸気ボート６内に発生した圧力波は、独立吸
気通路９の上流端にお【ノるザージタンク４への間口位
置Ｂまで達した上で反射されることになる。従って、こ
の場合は吸気圧力振動は独立吸気通路９の全長しにわた
って生じ、該吸気圧力振動の固有振動数が上記の高回転
領域の場合より低下すると共に、これに伴って該吸気圧
ノＪ振動と吸気弁８の開閉サイクルとがエンジン回転数
Ｎの中回転領域において同調することになる。その結果
、第３図（ＩＩＩ）に鎖線（ロ）で示すように、中回転
領域でピークＸ２が発生する吸気充填効率の特性が得ら
れ、このピーク×２ないしその近傍の特性が利用される
ことにより、この中回転領域においても出力トルクが増
大される。

然して、エンジン回転数Ｎが低回転領域にある時には、
」１記の如く第１開閉弁１３が閉弁され［１つ第２開閉
弁１５が開弁されてエンジン回転数［刈が高回転領域に
ある時と同様の状態となるが、この低回転領域において
は、吸気弁８の開閉ザイクルが低サイクルであることに
起因して吸気ボー１−６から−Ｆ流側に伝播される圧力
波の振動が通路形状の変化に影響されにくい低周波数の
振動どなる。

そのため、圧力波は、上記第２ヂヤンバ１１の内部空間
が吸気通路９に連通されているにも拘らず、その連通部
１４（位圃Ａ）においては反射されにくく、容積が十分
大ぎいサージタンク４への開口位置Ｂまで達して反射さ
れることになる。従って、吸気圧力振動は、上記中回転
領域における場合と同様に独立吸気通路９の全長りにわ
たって生じることになるが、この場合においては、上記
第２ヂヤンバ１１の内部空間が独立吸気通路９に連通さ
れて、該空間の容積だけ吸気圧力振動が生じる通路の容
積が増大されているため、該吸気圧力振動の固有振動数
が低下するのである。そのため、該吸気圧力振動と吸気
弁８の開閉サイクルとがエンジン回転数Ｎの低回転領域
において同調することになり、この同調にＪ：って第３
図（ＩＩＩ）に実線（イ）で示す吸気充填効率の特性曲
線に低回転領域でピーク×３が発生することになる。ぞ
して、このピーク×３ないしその近傍における特性が利
用されることにＪ：す、低回転領域においても出力１〜
ルクが増大されることになる。

尚、エンジン回転数Ｎが極低回転領域にある時には、第
１．第２開閉弁１３．１５が両方とも開弁されて独立吸
気通路つと第１．第２チヤンバ１０．１１の内部空間と
が連通されるが、この場合においても上記低回転領域に
おける場合と同様に吸気圧力振動は吸気通路９の全長り
にわたって生じ、しかも通路の容積は上記低回転領域に
お【ノる場合Ｊ：りも第１ヂヤンバ１０の内部空間の容
積だｌ′Ｊ増大されるので、吸気圧力振動の固有振動数
は′１１ 更に低下する。これにＪ：す、吸気圧−力振動と吸気弁
８の開閉ザイクルとの同調が上記低回転領域におりる場
合よりも更に低回転側で生じることになり、従ってこの
極低回転領域においても第３図（ＩＩＩ）に破線（ハ）
で示すように吸気充填効率が高められて、エンジン出力
が増大されることになる。

このように上記実施例においては、独立吸気通路９の長
さしを、エンジン回転数Ｎが中回転領域にある時に吸気
圧力１辰動と吸気弁８の開閉ザイクルとが同調する長さ
に設定すると共に、この吸気通路９にチャンバ１０．１
１の内部空間をエンジン回転数Ｎに応じて連通させるこ
とにより、高、中、低及び極低回転の全ての領域におい
て吸気慣性効果を効率良く得るようにしたので、低回転
ないし極低回転領域において吸気通路の長さだけで上記
効果を得ようとする場合に比較して該吸気通路の長さを
短くすることが可能となる。これにより吸気装置２を大
型化することなく、広い運転領域にわたって出力トルク
を向上させることができるようになる。

次に、本発明の第２実施例を第４．５図に基づ一１７＝ いて説明する。

この実施例におけるエンジン２０の吸気装置２１におい
ては、第４図に示すように、吸気通路２２の途中に所定
容積の内部空間を有する１個のチャンバ２３が開閉弁２
４を介して連通されていると共に、サージタンク２５の
内部には回動可能な回動部材２６が備えられている。そ
して、上記吸気通路２２がこの回動部材２６とサージタ
ンク２５の周壁とによって画成された渦巻状通路２７に
接続されていると共に、該回動部材２６に設けられた開
口部２６ａを介してその内側空間２６ｂに連通されてお
り、該回動部材２６の回動によって燃焼室２０ａから上
記空間２６ｂに至る通路長が可変制御されるようになっ
ている。

この実施例においては、第５図（Ｉ）に示づ゛ように、
上記開閉弁２４が、第１実施例における第２開閉弁１５
と同様にエンジン回転数Ｎが低回転領域（第２設定回転
数Ｎ２以下の領域）にある時には開弁され、中回転領域
（第２設定回転数Ｎ２から第３設定回転数Ｎ３までの領
域）にある時には閉弁され、更に高回転領域（第３設定
回転数Ｎ３以上の領域）にある時には再び開弁されるよ
うに制御される。従って、この実施例においても、エン
ジン回転数Ｎが高回転領域にある時には吸気ボート２８
の燃焼室２０ａへの開口位置Ｃから吸気通路２２におけ
るチャンバ２３の連通位ｗ、　Ｄまでの短い通路部分に
おいて高固有振動数の吸気圧力振動が生じ、中回転領域
にある時には上記位置Ｃから回動部材２６の開口部２６
ａの位置Ｅまでの長い通路内において中固有振動数の吸
気圧ノコ振動が生じ、更に低回転領域にある時には上記
中回転領域の場合と同じ長い通路とチャンバ２３の内部
空間とにわたって低固有振動数の吸気圧力振動が生じる
ことになる。これにより、吸気充填効率が各領域におい
て効果的に高められ、第５図（１）に鎖線（ニ）で示す
ような特性がＩＨられることになる。そして、この実施
例においては、充填効率を高めると共に該効率の変化を
滑かにするために、低、中回転領域において上記回動部
材２６を回動させることによる第５図（ＩＩ）に示すよ
うな通路長の可変制御が行われる。つまり、エンジン回
転数Ｎが低回転領域内の所定の回転数Ｎｏに達した時点
で上記回動部材２６を回転数Ｎの上昇に応じてＸ方向に
回動ｔ？ｉｌ始さＶて通路長を無段階的に短縮すると共
に、該エンジン回転数Ｎが第２設定回転数Ｎ２に達して
中回転領域に移行する時点で、上記開閉弁２４の閉作動
と同時に回動部材２６を当初の状態に復帰させて、通路
長を最大とする。

そして、エンジン回転数Ｎの上昇に応じて回動部材２６
を再びＸ方向に回動させて通路長を短縮すると共に、エ
ンジン回転数Ｎが第３設定回転数Ｎ３以上の高回転領域
においては、通路長を最も短い状態に保持する。これに
より、低回転領域内及び中回転領域内の夫々においても
、エンジン回転数Ｎの上昇に応じて吸気圧力振動の固有
振動数が次第に高くされ、その結果、円領域内における
吸気充填効率が更に効果的に高められると共に、上記開
閉弁２４の閉作動時及び開作動時における吸気充填効率
の局部的な変動等が平滑化されて、第５図に実線くホ）
で示す滑かな特性が得られることになる。

尚、この実施例においても、中回転領域において吸気慣
性効果が得られる吸気通路の長さで低回転領域の充填効
率も向上させることができるので、吸気装置を小型化す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の第１実施例を示すもので、第１図
はエンジンの吸気装置の概略平面図、第２図は第１図■
−■線で切断した断面図、第３図（Ｉ）、（ＩＩ）、（
ＤＩ）は夫々第１開閉弁の開閉状態を示す特性図、第２
開閉弁の開閉状態を示す特性図、及び作用効果を示す吸
気充填効率の特性線図である。また、第４．５図は本発
明の第２実施例を示すもので、第４図はエンジンの吸気
装置の概略縦断面図、第５図（Ｉ）、（Ｉ）、（Ｉ［［
）は夫々開閉弁の開閉状態を示す特性図、吸気通路の通
路長の制御を示す特性図、及び作用効果を示す吸気充填
効率の特性図である。 １．２０・・・エンジン、２，２１・・・吸気装置、４
．２６ｂ・・・拡大室、１１．２３・・・チャンバ、１
５．２４・・・開閉弁、１９・・・開閉弁制御手段（コ
ントロールユニツ１−）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気系に拡大室を備えると共に、該拡大室と燃焼
   室との間の吸気通路の通路状態をエンジン回転数に応じ
   て可変制御するようにしたエンジンの吸気装置であって
   、上記吸気通路の途中に所定容積のチャンバを連通させ
   ると共に、該チャンバの吸気通路への連通部に開閉弁を
   配備し、且つエンジン回転数が中回転領域にある時には
   上記開閉弁を閉弁させ、低回転領域及び高回転領域にあ
   る時には該開閉弁を開弁させる開閉弁制御手段を設けた
   ことを特徴とするエンジンの吸気装置。