JPH0745809B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

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に関するものである。

（従来の技術） 最近のエンジンにおいては、吸気の動的効果を利用して
過給すなわち体積効率の向上を行うものが多くなってい
る。この吸気の動的効果の１つとして、慣性過給があ
る。この慣性過給は、吸気行程にある気筒からの負圧波
をサージタンク等によって正の圧力波に反転させ、この
正の圧力波による吸気押込み作用によって過給を行うも
のである。

この慣性過給は、所定のエンジン回転数のときしか同調
条件を満たさないものである。このため、同調条件を変
化させるべく、吸気通路にエンジン出力軸と同期して作
動されるタイミング弁を設けて、このタイミング弁によ
り吸気開始時期を実質的に変化させるようにしたものが
提案されている（特開昭55−107018号公報参照）。

しかしながら、慣性過給は、あくまで、負の圧力波をそ
のまま単に正の圧力波として反転させただけで吸気押込
みを行うものであるため、かなりの高速域では大きな効
果を有しても、低回転域での十分な体積効率向上には限
界がある。

また、吸気の動的効果のうち他のものとして、共鳴過給
がある。この共鳴過給は、分岐吸気通路を介して複数の
気筒が集合される集合部に対して共鳴用通路を接続し、
吸気ポートの周期的な開閉による連続的な負の圧力波を
加振力として共鳴用通路内の気柱を振動させるものであ
る。そして、この振動の共鳴を生じたときに振幅が最大
となり、大きな過給が行われることになる。換言すれ
ば、共鳴過給は、１自由度振動系と等価であり、吸気ポ
ートの開閉に伴って発生する負の圧力波が加振力として
作用して、共鳴によりこの負の圧力波の振幅よりも大き
な振幅が得られるため、低速域における体積効率向上と
しては慣性過給よりもはるかに大きな効果が得られるも
のである。

ところで、多気筒エンジンにおいては、気筒間で、吸気
ポート開期間にオーバラップを有することが多い。この
オーバラップ、特に大きなオーバラップが存在すると、
いわゆる気筒間干渉により共鳴過給の効果が低減されて
しまうことになる。このため、特公昭60−14169号公報
に示すように、複数の気筒を、点火順序の隣り合わない
気筒毎に第１気筒群と第２気筒群とに分けて、吸気通路
を各気筒群に、集合部と該集合部に連なる共鳴用通路と
を有する構成とする一方、この集合部同士を連通、遮断
する切換弁を設け、さらに各集合部と気筒群同士とは、
慣性過給用の長尺な分岐吸気通路を介して接続するよう
にしてある。そして、低回転時には、両集合部同士を遮
断して両気筒群毎に個々独立して共鳴過給を行わせる一
方、高回転時には両集合部同士を連通させて、慣性過給
を行うようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンで代
表されるように内燃期間においては、低速トルクをいか
に確保するかが重要な課題となっており、この点におい
て、共鳴過給を利用することが好ましいものとなる。特
に、共鳴過給の場合は、慣性過給の場合とは異なって各
気筒毎に長尺の分岐吸気通路を要しないという利点を有
するため、吸気系のコンパクト化を図る上でも好ましい
ものとなる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、
気筒間で吸気ポート開期間にオーバラップを有する多気
筒エンジンであることを前提として、共鳴過給を利用し
て、より低回転域でのトルク向上が図られると共に、高
回転域でもこの共鳴過給によるトルク向上をなし得るよ
うにしたエンジンの吸気装置を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段、作用） 前述の目的を達成するため、本発明においては、次のよ
うな構成としてある。すなわち、 気筒間で吸気ポート開期間にオーバラップを有する多気
筒エンジンにおいて、 前記多気筒が吸気ポート開期間のオーバラップが小さい
複数の少数気筒群に分けられ、 吸気通路が、前記少数気筒群毎に、個々独立して設けら
れた集合部および該集合部に連なる共鳴用通路を有し、 前記吸気通路には、前記集合部同士を連通させる非分割
状態と該集合部同士を遮断する分割状態とに切換える分
割切換手段が設けられ、 前記各気筒における吸入期間を小さくする遅角状態と該
吸入期間を該遅角状態よりも大きくする進角状態とに切
換える吸入期間切換手段が設けられ、 エンジン回転数をパラメータとして、前記分割切換手段
と吸入期間切換手段との切換えを制御する制御手段が設
けられている、 ような構成としてある。

このように、本発明においては、低回転時には、非分割
状態かつ遅角状態とすることにより、多気筒すなわち全
気筒間共通の共鳴用通路を利用して共鳴過給を行うこと
ができ、より低回転側で大きなトルク向上を得ることが
できる。すなわちエンジン回転数をNo、吸気系の固有振
動数をfo気筒数をａとすると、共鳴過給の同調条件は、
４サイクル式エンジンの場合は、 No＝120fo/a となり、また２サイクル式あるいはロータリピストン式
エンジンの場合は、 No＝60fo/a となる。すなわち、共鳴用通路の長さが同じ（foが同
じ）とすれば、共鳴過給に関与する気筒数ａの数が多い
程、共鳴過給の同調条件を満たすときのエンジン回転数
Noが小さくなる。例えば、６気筒エンジンにおいて、３
気筒づつの２つの少数気筒群に分けた場合、６気筒で共
鳴過給を得るときのエンジン回転数は３気筒で共鳴過給
を得るときのエンジン回転数の1/2となる。

これに加えて、低回転時には、いわゆる吸気遅開きとな
って、共鳴過給を得るための加振力となる負の圧力波そ
のものが大きくなり、より一層効果的に共鳴過給すなわ
ち大きなトルク向上を得ることができる。

一方、エンジンの高回転時には、分割状態かつ進角状態
とされて、各少数気筒群毎に共鳴過給が行われる。この
とき、前述した説明から既に明らかなように、共鳴用通
路の長さは同じであるとしても、共鳴過給に関与する気
筒数が低回転時よりも減少するので、進角状態として各
気筒の吸入期間を十分に確保することと合せて、この高
回転時にあっても共鳴過給によるトルク向上が得られ
る。

勿論、本発明では、エンジン回転数の低いときも高いと
きも共鳴過給が得られるので、各気筒に個々独立に連な
る分岐吸気通路の長さを慣性過給を得る場合のように特
に長くする必要がないので、エンジンのコンパクト化を
阻げることもない。しかも、共鳴過給に関与する気筒数
を可変とすることにより、共鳴過給をエンザン回転数の
広い領域に渡って得るようにしたので、例えば共鳴用通
路の長さを可変とする等により共鳴過給のための同調条
件を変化させる場合に比して、コンパクト化の面で有利
となる。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

本発明の第１実施例を示す第１図において、E1は４サイ
クル往復動型のエンジン本体であり、実施例ではＶ型６
気筒用とされている。すなわち、エンジン本体E1は、互
いにＶ型をなす左右一対のバンク部1L、1Rとを有し、そ
れぞれクランク軸２と平行に、左側バンク部1Lには１
番、３番、５番の３つの気筒3Lが構成され、また右側バ
ンク部1Rには２番、４番、６番の３つの気筒3Rが構成さ
れている。この各気筒3L（3R）の吸気ポート4L（4R）
は、それぞれＶバンク中央空間Ｖに向けて開口される一
方、排気ポート5L（5R）はＶバンク中央空間Ｖとは反対
側に開口されて、いわゆるクロスフロータイプとされて
いる。

Ｖバンク中央空間Ｖ内には、クランク軸２と平行に長く
伸びる、吸気集合部としての左右一対の集合管11L、11R
が配設されている。この左側集合管11Lに対しては、短
尺の分岐吸気管12を介して、左側の３つの気筒3L（の吸
気ポート4L）が個々独立して接続されている。同様に、
右側の集合管11Rに対しては、短尺の分岐吸気管12Rを介
して、右側の３つの気筒3R（の吸気ポート4R）が個々独
立して接続されている。そして、点火順序は、例えば１
番→６番→３番→４番→５番→２番というように設定さ
れている。すなわち、左側バンク部1Lにおける３つの気
筒3Lが第３図（ａ）に示すように吸気ポート4Lの開期間
がオーバラップしない左側の少数気筒群を構成してい
る。同様に、右側バンク部1Rにおける３つの気筒3Rが第
３図（ｂ）で示すように吸気ポート4Rの開期間がオーバ
ラップしない右側の少数気筒群を構成している。

前記両集合管11L、11Rを含む吸気通路Ｉは、左右２本の
共鳴用通路13L、13Rと、１本の共通吸気通路14と、１つ
の大きな容積を有する共鳴過給用の圧力反転部15と、を
有する。

上記右側の共鳴用通路13Lは、左側の集合管11Lと圧力反
転部15とを接続し、また右側の共鳴用通路13Rは右側の
集合管11R圧力反転部15とを接続している。また、共通
吸気通路14は、その下流端が圧力反転部15に連なり、こ
の共通吸気通路14には、エアクリーナ16、エアフローメ
ータ17が接続されている。

前記両集合管11Lと11Rとを連通、遮断する分割切換手段
X1を構成するため、左右の共鳴用通路13Lと13Rとが、集
合管11L、11R近傍において短尺の連通路18を介して連通
され、この連通路18に開閉弁19が配設されている。ま
た、左右の共鳴用通路13L、13Rのいずれか一方（実施例
では13R）には、上記分割切換手段X1の若干上流側にお
いて、開閉弁20が配設されている。さらに、共鳴用通路
13L、13R内には、分割切換手段X1の下流側において、互
いに同一開度となるように連動されたスロットル弁21
L、21Rが配設されている。

前記左右の集合管11L、11R部分には、各気筒3L、3Rの吸
入期間を調整するためのタイミング弁31L、31Rが構成さ
れている。この左右のタイミング弁31L、31R共に実質的
に同一構成なので、左側のタイミング弁31Lについて着
目し、右側のタイミング弁31Rについては、「Ｌ」の符
号に代えて「Ｒ」の符号を用いることによってその重複
した説明は省略する。

タイミング弁31Lは、そのハウジング32Lが有底筒状の集
合管11Lを兼用しており、この内部に回転自在に配置さ
れる回転子33Lも、有底筒状とされている。すなわち、
回転子33Lは、その一端開口部位が、流入口34Lとして共
鳴用通路13Lの下流端に臨んで、その内部に吸気が充満
されるようになっている。そして、回転子33Lの側壁に
は、各分岐吸気通路12L毎に、流出口35Lが形成されてい
る。

両タイミング弁31L、31Rの回転子33L、33Rは、進角機構
Ｓを介して、クランク軸２により回転駆動される。この
進角機構Ｓは、回転子33Lの一端部に突設された軸部33L
−ａに一体化された第１ヘリカルギア41と、軸部33L−
ａに直列に配設された中間軸42に一体化された第２ヘリ
カルギア42と、この両ヘリカルギア41、42に噛合された
調整駒44と、を有する。上記中間軸42とクランク軸２と
が歯付プーリ、タイミングベルトを含む伝達機構45によ
り連係されている。そして、両回転子31Lと31Rとは、歯
車46、47によって互いに同一回転数でかつ逆方向回転と
なるように連動されている。クランク軸２と中間軸42と
の回転比は2:1とされ、クランク軸２が回転されると、
進角機構Ｓを介して、両回転子33L、31Rがクランク軸２
の1/2の速さで回転される。そして、クランク軸２に対
する回転子33L、33Rの回転位相の調整（進角調整）は、
調整駒44を第１図左右動させることにより行われる。

第１図中Ｕは制御ユニットで、この制御ユニットＵに
は、センサ51からのエンジン回転数信号が入力される。
また、この制御ユニットＵからは、調整駒44を左右動さ
せるためのアクチュエータ52および開閉弁18、20駆動用
のアクチュエータ53、54に出力される。

ここで、吸気ポート3L、3Rの開期間は、第２図に示すよ
うに設定されている。すなわち、点火順序が１番→６番
→３番→４番→５番→２番の気筒順とされ、気筒間での
吸気ポート開期間のアーバラップ「OR」が、周知のよう
に極めて大きなものとして設定されている。そして、左
側バンク部1Lの少数気筒群3Lにおける吸気ポート開期間
および右側バンク部1Rの少数気筒群3Rにおける吸気ポー
ト開期間は、それぞれ、オーバラップが丁度「零」にな
るように設定されている。また、タイミング弁31L（31
R）は、その流出口35L（35R）が分岐吸気通路12L（12
R）と合致したときに開となるが、その開閉タイミング
は、遅角状態では第２図破線で示すように設定されて、
上記オーバラップ「OR」を、実質的に「OR′」というよ
うに小さなものとしている。また、進角状態では、第３
図（ａ）、第３図（ｂ）で示すように、吸気ポート4L
（4R）の開期間とほぼ合致するようにされている。この
ようにして、タイミング弁31L、31Rと進角機構Ｓとが、
吸入期間切換手段X2を構成している。

以上のような構成において、低回転時には、開閉弁19が
開かれる一方、開閉弁20が閉じられ、かつタイミング弁
31L、31Rは遅角状態とされる（吸入期間を第２図斜線部
分として設定）。これにより、６つの全気筒3L、3Rは、
互いに連通路18を介して連通されて集合管11Lと11Rとを
共通の集合部として、また左側の共鳴用通路13Lを共通
の共鳴用通路として、圧力反転部15を利用した多気筒
（６気筒）共鳴過給が行われる。勿論、このときは、気
筒間干渉を小さくして、また加振力としての負の圧力波
の発生をより大きなものとして、共鳴過給が効果的に行
われ、かつ共鳴同調条件を満たすエンジン回転数も多気
筒（６気筒）共鳴であるため、極めて低回転域とするこ
とができる。なお、このときに開閉弁20を閉じるのは、
共鳴用通路の数を少なくしてより効果的に共鳴過給を発
揮させるためであり、この開閉弁20を無くしてもよい。

一方、高回転時には、開閉弁20が開かれると共に開閉弁
19が閉じられ、かつタイミング弁31L、31Rは第３図
（ａ）、（ｂ）に示す進角状態とされる。このときの各
気筒における実際の吸入期間は、同図斜線を施して示す
ように、吸気ポート６の開期間とほぼ同じとされる。こ
れにより、十分な吸入期間を確保しつつ、左右バンク部
1L、1Rの３つの気筒3L、3R毎に個々独立して共鳴過給が
行われることになる。勿論、このときは、少数気筒共鳴
であるため、共鳴同調回転数が高回転側に移行されるも
のである。

上述した共鳴過給の様子を、まとめて第４図に示してあ
る。なお、少数気筒共鳴過給を得るときのエンジン回転
数よりもかなり高回転となったときは、再び開閉弁19を
開いた方が、トルク向上の上で好ましいものとなる。

また、第５図は、開閉弁18、20の開閉切換タイミング
と、タイミング弁31L、31Rの進角切換タイミングとを若
干ずらすことにより、多気筒共鳴と少数気筒共鳴とで得
られるトルクの谷を埋めることができることを示したも
のである。

第６図は本発明の第２実施例を示すもので、前記実施例
と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略す
る。本実施例では、バンケル型の２気筒ロータリピスト
ンエンジンに対して適用した場合を示す。すなわち、エ
ンジン本体E2は、出力軸（偏心軸）81の一端側から他端
側へ順次連結されたサイドハウジング82、ロータハウジ
ング83、中間ハウジング84、ロータハウジング85、サイ
ドハウジング86を有し、各ロータハウジング83、85内
に、それぞれロータ（図示略）が収納されている。そし
て、第６図左側が前気筒R1とされ、右側が後気筒R2とさ
れている。

各ロータハウジング83、85内には、それぞれプライマリ
とセカンダリとの２つの吸気ポート87、88が開口され、
プライマリ吸気ポート87は中間ハウジング84に、またセ
カンダリ吸気ポート88はサイドハウジング82あるいは86
に形成されている。なお、プライマリ、セカンダリ吸気
ポート87、88共に、ロータにより開閉されるタイミング
は同じとされている。

本実施例では、前気筒R1の分岐吸気通路91、92が、上流
側で一旦合流した後集合部93Lに連なっている。同様
に、後気筒R2の分岐吸気通路91、92も、一旦上流側で合
流された後集合部93Rに連なっている。この両集合部93L
と93Rとは、タンク93内を隔壁93aによって仕切ることに
より形成されている。そして、この両集合部93Lと93Rと
の連通、遮断を行う分割切換手段X1が、上記隔壁93aに
構成されている。また、吸入期間調整用のタイミング弁
61は、各分岐吸気通路91と92とが合流する部分に設けら
れている。このタイミング弁61は、ハウジング62と、該
ハウジング62内に回転自在に配設された回転子63と、を
有する。ハウジング62は、各気筒毎に、集合部93L（93
R）側へ常時連なる吸入口64と、吸気ポート87、88側に
常時連なる流出口65とを有する。また回転子63は、円柱
状部材に対して各気筒毎に径方向に貫通する連通口66を
開口したものとして構成されている。

ここで、ロータにより開閉される吸気ポート87、88の開
閉タイミングは、第７図に示すように設定され、既知の
ように、前後の気筒R1とR2との間ではその吸気ポート開
期間に大きなオーバラップ「OR」を有する。一方、タイ
ミング弁61が第７図に示すように遅角されたときは、オ
ーバラップが「OR′」として示すように事実上「零」と
されている。すなわち、前後の各気筒R1、R2における実
質的な吸入期間は、第７図で斜線を施した部分となって
いる。勿論、タイミング弁61を進角させたときは、第８
図（ａ）、（ｂ）に示すように吸入期間は実質的に吸気
ポート87、88の開期間とされる。

以上のような構成において、低回転高負荷時には、開閉
弁19が開かれると共にタイミング弁61が遅角され（第７
図の状態）、前後の各気筒R1、R2との集合部93L、93Rお
よび共鳴用通路13L、13Rが共通された多気筒（２気筒）
共鳴過給が行われる。そして、ロータリピストンエンジ
ンでは、このようにオーバラップを無くしても、吸気ポ
ート87あるいは88の開口期間は元々出力軸81の回転角で
270゜というように極めて大きいので、このオーバラッ
プを無くしたとしても十分に大きな吸入期間を確保する
ことができ、低回転高負荷時での体積効率は、往復動型
のものに比して極めて大きなものとされる。

一方、高回転時には、開閉弁19が閉じられると共に、タ
イミング弁61が進角され（第８図（ａ）、（ｂ）の状
態）、前後の気筒R1、R2毎に個々独立して共鳴過給が行
われる。

以上実施例では、タイミング弁31L、31Rあるいは61に対
して進角機構Ｓを設けることにより各気筒の吸入期間を
エンジン回転数に応じて調整するようにしたが、このタ
イミング弁をバイパスするバイパス通路を各気筒毎に設
けて、該バイパス通路内に設けた開閉弁をエンジン回転
数に応じて開閉することにより吸入期間を変化させるよ
うにしてもよい。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、気筒間で
吸気ポート開期間にオーバラップを有する多気筒エンジ
ンにおいて、より低回転域でも共鳴過給を効果的に発揮
させて、トルクを大幅に向上させることができる。

また、エンジン回転数に応じて多気筒共鳴を少数気筒共
鳴というように、共鳴に関与する気筒数を変化させるよ
うにしてあるので、低回転時および高回転時というよう
により広いエンジン回転数域に渡って共鳴過給を行うこ
とができる。

勿論、気筒数調整により共鳴過給のための同調条件を変
えるようにしてあるので、共鳴用通路の長さ等を変更す
ることによりこの同調条件を変化させるものに比して、
吸気系のコンパクト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の第１実施例を示すもので、 第１図は簡略全体系統図、 第２図は低回転時における多気筒共鳴過給を行う場合の
吸入期間を示すグラフ、 第３図は少数気筒共鳴過給を行う場合の吸入期間を示す
グラフ、 第４図、第５図は第１図に示す実施例における作動態様
とトルクとエンジン回転数との関係を示すグラフであ
る。 第６図〜第８図は本発明の第２実施例を示すもので、 第６図は簡略全体系統図、 第７図は第２図に対応したグラフ、 第８図は第３図に対応したグラフである。 E1:エンジン本体 3L、3R:気筒 4L、4R:吸気ポート 11L、11R:集合管（集合部） 12L、12R:分岐吸気管 13、13R:共鳴用通路 18:連通路 19:開閉弁 31L、31R:タイミング弁 51:回転数センサ 52、53、54:アクチュエータ 61:タイミング弁 R1、R2:気筒 87、88:吸気ポート 91、92:分岐吸気通路 93L、93R:集合部 S:進角機構 X1:分割切換手段 X2:吸入期間切換手段 U:制御ユニット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気筒間で吸気ポート開期間にオーバラップ
   を有する多気筒エンジンにおいて、 前記多気筒が吸気ポート開期間のオーバラップが小さい
   複数の少数気筒群に分けられ、 吸気通路が、前記少数気筒群毎に、個々独立して設けら
   れた集合部および該集合部に連なる共鳴用通路を有し、 前記吸気通路には、前記集合部同士を連通させる非分割
   状態と該集合部同士を遮断する分割状態とに切換える分
   割切換手段が設けられ、 前記各気筒における吸入期間を小さくする遅角状態と該
   吸入期間を該遅角状態よりも大きくする進角状態とに切
   換える吸入期間切換手段が設けられ、 エンジン回転数をパラメータとして、前記分割切換手段
   と吸入期間切換手段との切換えを制御する制御手段が設
   けられている、 ことを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、 前記吸入期間切換手段が吸気通路に設けられたタイミン
   グ弁により構成されて、該タイミング弁は前記遅角状態
   では吸気ポート開タイミングよりも遅れて開き、前記進
   角状態では吸気ポートの開期間とほぼ同じ開期間とされ
   る、ことを特徴とするエンジンの吸気装置。