JPS63111229A - 内燃機関の吸気慣性増大装置 - 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、内燃機関の慣性過給装置に関し、更に詳しく
は吸気の慣性効果を増大させ、吸気の体積効率をいっそ
う向上させた内燃機関の吸気慣性増大装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関では、吸気弁の開閉により、吸気通路において
吸気が圧力振動である吸気慣性波となって流れている。

この吸気慣性波を利用して吸気の体積効率を増大し、出
力を向上させるものが慣性過給装置である。

吸気行程におけるピストンの吸入作用により吸気ボート
に発生した負圧は、吸気通路内を負圧波となって伝わり
、吸気通路の開放端で反射され正圧波となって吸気ボー
トに向けて返ってくる。これら正負の圧力波の合成によ
り圧力振動が生じる。

このように吸気行程において吸気通路内に発生した圧力
振動が吸気行程に与えるＥ’５’Ｊには、慣性効果と脈
動効果がある。慣性効果は、同一の吸気行程に圧力振動
が影響を与える場合をいう。又、脈動効果は、ある吸気
行程で発生した圧力振動が次のサイクルの吸気行程にγ
〉響を与える場合をいう。慣性効果及び脈動効果を含む
吸気通路における圧力振動波を本願では吸気慣性波とい
うものとする。

吸気慣性波の固有振動数は、吸気通路の長さや断面積な
どにより定まる。そこで、吸気慣性波の固有振動数が吸
気弁の開閉タイミングとマ・７チング（同調）するよう
に吸気通路の長さ、断面積などを設計し、吸気弁の閉鎖
直前に吸気ボートでの吸気慣性波が正圧となるようにし
て吸気の体積効率を向上させたものが慣性過給装置であ
る。

ところが、一般の吸気通路では、内燃機関の回転数によ
り吸気弁の開閉速度は変化するので、当該吸気通路にお
いて吸気弁の開閉タイミング、と吸気慣性波が同調する
同調回転数は、ある幅内に限られる。

これを改菩するものとして、第６図に示す公知の慣性過
給装置では、吸気通路１の固有振動数を切換弁２により
選択できるようにしである（特許出願公開昭和５６年第
１１５８１８号を参照）。符号３はシリンダ、４は吸気
弁、５はピストンである。

このものでは、吸気通路１の固有振動数を切り換えるこ
とにより、同調回転数を２点設定可能とし、広い回転数
範囲で慣性過給を行うことができる。

一方、ＰｔＳ７図に示すようなりランクケース圧力過給
装置が公知である（特許出願公開昭和５９年第１１９０
２２号を参照）。クランクケース６と吸気ボート７が空
気取入ｆ８により連通されている。ピストン５が下がる
ことによりクランクケース６内の空気を空気取入管８を
介して通常吸気に付加して過給する。

（発明が解決しようとする問題、α） しかし、上記第６図の２点同調型の慣性過給ＶＣ置では
、吸気通路１の仕様により定まる吸気慣性波の振幅を積
極的に増幅して体積効率を一層向上させる思想はなかっ
た。

又、上記ＰＳ７図のクランクケース圧力過給装置でも、
クランクケース内の圧力を利用して吸気慣性波を増幅す
る思想はなかった。

しかし、吸気慣性波の振幅を積極的に増幅させることが
できれば、慣性効果は増大し、体積効率がいっそう向上
することは明らかである。

そこで、本発明の目的は、多点同調型の慣性過給装置に
おいて、吸気通路の各分岐管の吸気慣性波を増幅させる
ことにより吸気の体積効率をいっそう向上させた内燃機
関の給気慣性増大装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の特徴は、次の各構成にある。

シリンダ相互にクランクケース内部が隔壁により仕切ら
れて成る区画室。

区画室のうち同位相のものを合流点にて合流、し当該区
画室に対応するシリンダの吸気分岐管に分岐して連通し
て設けられ、ピストンの運動により前記区画室に生じる
圧力波を前記合流点にて増幅して前記吸気分岐管に導く
圧力波取出管。

（実施例） ｆｊＳ１図ないし第４図に基づいて本発明の一実施例を
説明する。

内燃機関１１（以下、機関と略称する）として、本実施
例では多気筒型のディーゼル機関を示す。

本実施例では６気筒であるが、気筒数はこれに限定され
ない。

機関１１は、吸気通路１、吸気ボート７、吸気弁４及び
シリンダ３などからなる吸気系統を有している。吸気通
路１は、第１のマニホールド１３、第２のｖ＝ホールド
１４ａ、１４ｂ１吸気分岐管１５などから成る。

第１のマニホールド１３は、図示しないエアクリーナに
接続されている。第２のマニホールド１４ａは第１のシ
リンダ３１．１２のシリンダ３２及び第３のシリンダ３
．への吸気を行うものである。又、ｆ５２のマニホール
ド１４ｂは、第４のシリンダ３いｆ５５のシリンダ３５
及び第６のシリンダ３６への吸気を行うものである。吸
気分岐ｇ　１５　、ないし１５６は、各シリンダ３に接
続され、吸気を各シリンダ３に供給するものである。

機関１１の回転数が大きくなればなるほど、吸気弁４の
開閉速度間隔が小さくなる。吸気弁４の開閉タイミング
に吸気通路１の吸気慣性波の周波数を同調させることに
より慣性過給が行なわれる。

本実施例の慣性過給装置は、２点の同調回転数、つまり
機関回転数の２点において吸気弁４と吸気慣性波の周波
数が同調する２点同調型である。尚、本発明は２点同調
型に限定されるものではな（，２点以上の多点同調型を
含むものである。

吸気通路１には、切換弁２が設けられている。

機関１１の回転数域の高低に応じて切換弁２が、切換え
られ、吸気通路１における吸気の合流点が変えられる。

吸気の合流点が変わることにより吸気慣性波の周波数が
変わる。

低回転数域では、切換弁２は閉じられ、第１のマニホー
ルド１３が合流点となり、吸気慣性波の周波数は低いも
のとなる。

一方、高回転数域では、切換弁２は開かれ、切換弁２付
近が合流点となり、吸気慣性波の周波数は高いものとな
る。第４図の破線は体積効率の特性曲線１２ｈ、１２＋
である。高回転数域の１１点、低回転数域のＬ点の２点
の同調回転数で吸気弁４の開閉タイミングと吸気通路１
の吸気慣性波の同調が最適となり、吸気の体積効率ηＣ
が最適となっている。

この多点同調型の慣性過給装置の過給性能を向上させる
吸気慣性増大装置が、次のように構成されている。

多気筒型機関では、一部のピストンのサイクルが同一と
なっている。例えば、本実施例のような６％筒機関では
、２組づつのピストンが同一サイクルとなっている。即
ち、第１のシリンダ３Ｉと第６のシリンダ３６の組、第
２のシリンダ３□と第５のシリンダ３５の組、第３のシ
リング３コと第４のシリンダ３．の組がそれぞれ同一サ
イクルである。

隣接するシリンダ３においてピストンサイクルが異なる
もの相互を隔壁１６により仕切る。

つまり、隣接する同位相の第３のシリンダ３３と第４の
シリンダ３４の組を除く各シリンダ３ごとにクランクケ
ース６内部が隔壁１６により仕切られて区画室１７い　
１７□、１７３４．１７５．１７６が設けられる。これ
ら区画室のうち１７Ｉと１７６．１７２と１７５．１７
１．の区画室に対応するシリンダ３のピストンサイクル
が同一である。

これらピストンサイクルが同一の区画室１７から一個の
合流点Ｇにて合流した後、当該区画室１７に対応するシ
リンダ３の吸気分岐管１５に分岐して連通する圧力波取
出管１８ａ、１８ｂ、１８ｃが設けられる。

、圧力波取出Ｗ１８ａは、区画室１７．と１７６からそ
れぞれ管が出て合流点Ｇａにて合流した後、吸気分岐管
１５．と１５６に連通される。又、圧力波取出ｖｉ　ｓ
ｂは、区画室１７゜と１７．がらそれぞれ管が出て合流
点Ｇｂにて合流した後、吸気分岐管１５□と１５．に連
通される。区画室１７□の場合には区画室１７□自体が
合流点ＧＣとなっており、分岐して吸気分岐管１５．と
１５、に連通される。

ピストン５の運動により各区画室１７に生じる圧力波は
、合流点Ｇにて共鳴し増幅される。

各区画室１７には、ピストン５の往復運動により圧力波
が生じている。同位相の圧力波は圧力波取出管１８の合
流点Ｇにおいて共鳴し増幅され、その増幅された圧力波
が吸気分岐管１５の吸気慣性波に共鳴、重畳する。

本実施例は２点同調型であるから、高低各回転数におけ
る吸気分岐管１５の吸気慣性波の各周波数を＋８、＋４
とし、圧力波取出管１８の圧力波の周波数をｆｌ、＋２
とすると、ｆ＋＝ｎｆｓ又は＋２＝ｎｆ、（ｎは次数）
として両波を共鳴させるのである。

又、圧力波取出管１８の圧力波の周波数をｒｌ又は＋２
に選択するため、本実施例では圧力波取出管１８の長さ
を変えるものとしている。圧力波取出管１８の長さが異
なることにより圧力波取出管１８の固有振動数が異なり
、圧力取出管１８の圧力波の周波数を変えることができ
る。

第２図に示す圧力波取出管１８の途中一部が、長い第１
管１８ｘと短い第２管１８ｙに分岐して形成されている
。長い第１管１８ｘの圧力波の周波数ｆ、は低く、短い
第２管１８ｙの圧力波の周波数ｆ２は高い。

機関１の同調回帖数Ｈ，Ｌと第１管１８ｘの圧力波の周
波数ｒ１、第２萱１　ａｙの圧力波の周波数ｆ２との関
係は、次のとおりである。

Ｈ”　６０　ｆ　＋　／　ｎ（ｎは次数）Ｌ　＝６０　
＋２／　ｎ 又、第１　ｔｒｌｌ　８　ｘ　Ｉ）　圧力波ｆ）　ＦＫ
Ｊ　波Ｒｆ　＋、第２管１８ｙの圧力波の周波数ｆ２は
、第１管１８ｘの、断面積ｓ１、長さ１１％　クランク
ケース６の容積Ｖｅｒ、（第２管１８ｙの断面積ｓ２、
長さ１２）の各要素によりヘルムホルツの共鳴式に従い
次のように決定される。

ｆ、＝ｃ／２πｆ７０＝− ｆ　２　＝　ｃ／　２　ｙｒノ、／（Ｖｃ＋”　＋２）
尚、クランクケース６の容積Ｖｃｒとシリング３の容４
ｐ　Ｖ　ｓとの比は、次の値であることが望ましい。

Ｖｅｒ／Ｖｓ＝　７−１０ これは、１０を越えるとクランクケースの圧力変動が過
小となり有効な圧力波とならず、７未満であると使用回
転数外となるからである。

第１管１８ｘとｉ２管１８ｙを切換える圧力波取出管の
可変は購は、犬のように構成されて−する。

第１￥７１８×と第２管１８ｙを切り換える′圧力波取
出管１８の切換弁１９が、第１管１８ｘと第２萱１８ｙ
の合流点に設けられている。切換弁１９は３本の切換軸
２０に連結され、切換軸２０を回転させることにより切
換弁１９が切り換えられる。切換軸２０は、エアシリン
ダ２１により回転される。２２は、エアシリンダ２１を
作動させるエアが溜められたエアタンクである。

一方、機関１１の回転数を検知する回転数検知手段２３
と、回転数検知手段２３からの信号を処理するコントロ
ーラ２４が設けられている。

又、コントローラ２４からの信号により作動する電磁弁
２５が設けられ、この電磁弁２５によりエアシリンダ２
１が制御され、切換軸１９の動きを介して切換弁１９が
切換えられる。

コントローラ２４により、低回転数域では第１古１８×
、高回転数域では第２管１８ｙに切り換えられる。

本実施例は、次のように作用する。

機関１１の回転数に応じ、次のように切換弁２が開閉さ
れ、吸気通路１の吸気慣性波の周波数が変えられる。

高回転数域では、吸気通路１の切換弁２が開かれ、高い
周波数ｆ、の吸気慣性波となる。又、低回転数域では切
換弁２が閉じられ、低い周波数ｆ３の吸気慣性波となる
。そして、第４図に示す同調回転数Ｈ，Ｌにおいて吸気
弁４の開閉タイミングと吸気慣性波の周波数ｆ１、＋３
が同調し、吸気の体積効率りＣが最適になる。

ピストン５の運動によりクランクケース６内には圧力振
動が生じている。このクランクケース６内の圧力波は、
圧力波取出管１８を介して吸気分岐管１５に導かれる。

各区画室１７には、ピストン５の往復運ｍｈにより圧力
波が生じている。圧力波１７１と１７６．１７□と１７
３．１７コ、はそれぞれ同位相であり、圧力波取出管１
８の合流点Ｇにて共鳴し増幅され、その増幅された圧力
波の圧力波を吸気分岐管１５の吸気慣性波に共鳴、重畳
させる。

低回転数域では、コントローラ２４は、圧力波取出管１
８の艮い第１営１８ｘを選択する信号を出力する。これ
により電磁弁２５の作動を介しエアシリンダ２１は切換
弁１９を制御し、長い第１ｆｒ１１８ｘが連通し、圧力
波取出管１８には低い周波数ｆｌの圧力波が生じる。

そして、吸気分岐ｇ１５において吸気慣性波（ｆ３）と
圧力波（ｆ、）が重畳する。ここで、吸気分岐管１５の
吸気慣性波の周波数ｆ、と圧力波の周波数ｆ、は、ｆｌ
＝ｎｆ３の関係にある。そのため、味気通路１の吸気慣
性波と圧力波は共鳴し、吸気慣性波は増幅された重畳吸
気慣性波となる。

従りて、ｆ５４図に示すように、低回転数域における吸
気の体積効率の特性曲線１２！は上にシフトし特性曲Ｌ
Ａ２Ｇ＋となり、回転数りにおいて吸気弁４の開閉タイ
ミングと重畳吸気慣性波の周波数ｆ、が最適状態で同調
し、体積効率ηＣは増大する。

尚、１４図の３３１は、−の区画室から合流なしに対応
するシリンダに圧力取出管を連通させ重畳させた場合の
特性曲線であ。本実施例では、圧力波どうしを共鳴、増
幅させてた後に吸７ｃ慣性波に共鳴、重畳させるため、
よりいっそう体積効率＋７ｃが向上するものとなってい
る。

、一方、高回転数域では、圧力波取出管１８は短い第２
’１７１８ｙに切換えられ、高い周波数ｆ２の圧力波が
生じる。吸気通路１の周波数ｆ４の吸気慣性波と周波数
ｆ２の圧力波は共鳴し、増幅された重畳吸気慣性波とな
る。

その結果、１４図に示すように、高回転数域における吸
気の体積効率の特性曲線１２１１は上にシフトし特性曲
線２６１＋となり、回転数Ｈにおいて吸気弁４の開閉タ
イミングと重畳吸気慣性波の周波数ｆ、が最適状悪で同
調し、体積効率？ｃは増大する。

尚、３３ｈは、−個の区画室から合流なしに対応するシ
リンダに圧力取出管を連通させ重畳させた場合の特性曲
線である。

以上説明した実施例に本発明は限定されるものではない
。例えば、以下のような実施例もある。

圧力波取出管１８の切換弁１９の制御は、次のように吸
気通路の切換弁２の開閉の動きに連動させてもよい。

高回転数域では吸気通路１の切換弁２は開かれるが、そ
れに連動させて圧力波取出管１９を第２管１８ｙになる
ようにする。

一方、低回転数域では、吸気通路１の切換弁２は閉じら
れるが、それに連動させて第１管１８Ｘになるようにす
る。

又、第５図に示すように、クランクケース６からの圧力
波の周波数を変えるために、圧力波取出管１８の断面積
を変えるようにしてもよい。

圧力波取出管１８内が、隔！！！３１により第ＩＷ　１
８　ｓと第２管１８ｔに長手方向に区画される。

ｆ５２管１８ｓの上端ポートに圧力波取出管１８の切換
弁１９が設けられ、この切換弁１９を開閉することによ
り圧力波取出管１８の断面積を変える。

この他に、圧力波取出管の長さと断面積の両方を可変と
してもよい。

更に、同じくｆ５５図を参照して、圧力波取出？７１８
における吸気分岐管１５との接続部にダイヤフラム３２
を設けてもよい。これは、クラ、アクケース６内のブロ
ーパイがスが吸気に混入して体積効率が落ちることを防
止するものである。

（発明の効果） 本発明は、ピストンサイクルの同一のクランクケースか
らの圧力波どうしを合流し共鳴、増幅させてた後、吸気
慣性波に共鳴、増幅させる。

そのため、多点同調型の慣性過給装置における吸気の体
積効率をよりいっそう大きくし、（穴開の出力を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

′第１図は、本発明の一実施例の側面図である。 第２図は、第１図の正面図である。 第３図は、第１図の吸気系統を示す略図である。 第４図は、第１図の実施例の体積効率の特性曲線図であ
る。 第５図は、本発明の他の実施例の正面図である。 第６図は、従来の多、（χ同調型の慣性過給装置の略図
である。 第７図は、従来のクランクケース圧力過給装置である。 １：吸気通路　２：吸気通路の切換弁　３ニジリンダ　
４：吸気弁　５：ピストン　６：クランクケース　７：
吸気ポート　１１：内燃機関１５：吸気分岐管　１６：
隔壁　１７：区画室１８：圧力波取出管　１８ｘ：第１
管　１８ｙ：’第２１ｉ７１９：圧力波取出管の切換弁
　２０：切換軸　２１：エアシリング　２２：エアタン
ク２３：回転数検知手段　２４：コントローラ２５：電
磁弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気弁の閉鎖直前に吸気ポートでの吸気慣性波が
   正圧となるようにして吸気の体積効率を向上させる内燃
   機関の慣性過給装置において、クランクケース内部を、
   シリンダ相互に隔壁により仕切られて成る区画室と、 該区画室のうち対応するシリンダのピストンサイクルが
   同一のものを合流点にて合流した後、当該区画室に対応
   するシリンダの吸気分岐管に分岐して連通して設けられ
   、ピストンの運動により前記区画室に生じる圧力波を前
   記合流点にて増幅して前記吸気分岐管に導く圧力波取出
   管とを備えて成り、 前記吸気分岐管の吸気慣性波と前記圧力波取出管の圧力
   波とが共鳴するようにしたことを特徴とする内燃機関の
   吸気慣性増大装置。
2. （２）前記慣性過給装置が機関回転数の２点で共鳴する
   ように吸気通路の固有振動数が２種に可変となっており
   、前記圧力波取出管の長さを２種に可変とする可変機構
   を備えて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の内燃機関の吸気慣性増大装置。
3. （３）前記慣性過給装置が機関回転数の２点で共鳴する
   ように吸気通路の固有振動数が２種に可変となっており
   、前記圧力波取出管の断面積を２種に可変とする可変機
   構を備えて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の内燃機関の吸気慣性増大装置。