JPH0823293B2 - 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、多気筒エンジンの各気筒に吸気を供給する
吸気装置に関し、特に、環状の吸気通路により吸気の共
鳴現象を生じさせて吸気過給を行うようにしたものに関
する。

（従来の技術） 従来より、エンジンの気筒内燃焼室に吸入される吸気
の動的効果によってその充填効率を高め、エンジンの出
力トルクを増大させるようにしたものは種々知られてい
る。その１例として、例えば特公昭60−14169号公報等
に示されるものでは、多気筒エンジンにおける吸気通路
を、吸気順序（点火順序）の連続しない気筒を同じグル
ープとする気筒群にそれぞれ接続される２つの吸気通路
に分け、その各々の吸気通路を、吸気マニホールドのブ
ランチ部上流端が接続された拡大室と、この拡大室に接
続された共鳴吸気通路とで構成するとともに、該共鳴吸
気通路の上流端を上流側集合室に連通させ、上記拡大室
に、両吸気通路同士を連通状態または連通遮断状態に切
り換える切換装置を設け、上記切換装置によって各吸気
通路同士の連通を遮断したときには、各気筒の吸気行程
に生じた負の圧力波を上記上流側集合室で反射させて正
の圧力波に反転させ、その反転した正の圧力波により比
較的低い回転域で吸気の共鳴過給効果を発揮させる一
方、各吸気通路同士を連通させたときには、上記吸気圧
力波の反転反射位置を吸気ポートに近付けて、吸気圧力
振動の固有振動数を高くし、高速回転域で共鳴過給効果
を得るようになされている。

また、特開昭56−52522号公報に示されるものでは、
エアクリーナに接続されているインテークマニホールド
にループを形成して、該ループ内を吸気が一方向に流れ
るようにし、かつ該インテークマニホールドに分岐接続
される吸気管は該マニホールドに対してループ内の吸気
流れ方向と鋭角をなすように取り付けることにより、ル
ープ内の吸気流速を利用して、その慣性力により吸気充
填効率を高めるようになされている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記した前者の技術では、吸気マニホール
ドブランチ部の集合部分に大容積の拡大室が設けられて
いるので、吸気系が大形化し、大きな設置スペースを要
する等の不具合がある。

そこで、上記後者の技術において、吸気マニホールド
にループ部を形成するという点に着目し、吸気順序が連
続しない気筒を同じグループとする２つの気筒群の各吸
気ポートを、拡大室のない共通の共鳴用環状吸気通路に
接続し、この共鳴用環状吸気通路を、一方の気筒群に各
吸気ポートに連通する部分と、他方の気筒群に各吸気ポ
ートに連通する部分とがそれぞれ２方向に延びて両側で
相互に接続された環状となし、上記両気筒群間の両側連
通経路の長さを、同じ気筒群の隣接する気筒の吸気ポー
ト間の長さよりも充分に大きく形成することにより、各
気筒の吸気行程の終期に吸気ポート付近に発生した正圧
の圧力波を共鳴用環状吸気通路を略一周させて、同じ気
筒群の他の気筒の吸気ポートに作用させるようにし、吸
気の動的効果を有効に発揮させつつ、吸気の拡大室を不
要として大きさをコンパクト化するようにすることが考
えられる。

さらには、このような環状吸気通路による吸気の共鳴
過給効果に限らず、各気筒の吸気ポートをサージタンク
等の容積拡大室のない吸気通路に接続し、その吸気通路
での吸気の共振周波数がエンジンの特定回転域（例えば
低速回転域）になるように吸気通路の長さを設定するこ
とにより、吸気をその共鳴効果によって過給するように
することも可能である。

ところが、後者の場合、実際には、上記吸気通路によ
る吸気の共鳴過給効果をエンジンの全回転域に亘って良
好に発揮させることは難しく、エンジンの高速回転域で
は充分であるが、低速回転域では困難である。すなわ
ち、エンジンの低速回転域で、吸気通路による良好な共
鳴過給効果を発揮させるようにするためには、該吸気通
路の全長を長くする必要があるが、そのようにエンジン
本体の近くに長い吸気通路を配置することは吸気系のコ
ンパクト化という本来の狙いに反することとなる。

本発明の目的は、上記の如くサージタンク等の容積拡
大部のない吸気通路により吸気の共鳴過給を行うように
したエンジンの吸気装置に対し、そのエンジンの低速回
転域で共鳴過給を行う場合に、上記した環状吸気通路の
構造を効果的に利用して、長さの長い吸気通路を形成す
るようにすることにより、エンジンの低速回転域で共鳴
過給に必要な長い吸気通路をコンパクトな構造で形成で
きるようにすることにある。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明の解決手段は、環
状吸気通路をその所定部で部分的に閉鎖することによっ
て全長の長い１つの吸気通路に変え、エンジンの低回転
域では、その１つの吸気通路を利用して吸気の共鳴過給
効果を得るようにしたものである。尚、この場合、環状
吸気通路がなくなるので、該環状吸気通路による吸気の
共鳴過給，すなわち各気筒の吸気行程で発生した正の圧
力波が環状吸気通路を周回して他の気筒に作用させる共
鳴過給ではなく、各気筒で発生した負の圧力波を反射に
より正圧波に反転させて他の気筒に作用させる共鳴過給
を行わせる。

具体的には、本発明は、上記の如く、各気筒の吸気ポ
ートが接続されかつ容積拡大部のない共鳴用環状吸気通
路を有し、該環状吸気通路により吸気の共鳴過給を生じ
させるようにしたエンジンの吸気装置を前提とする。

そして、上記環状吸気通路を、各気筒の吸気ポートに
独立吸気通路を介して接続された共通吸気通路と、一端
が該共通吸気通路の上流端に、他端が共通吸気通路の下
流端にそれぞれ接続されたリターン吸気通路とで構成す
る。

さらに、上記各気筒の吸気ポートに連通する独立吸気
通路との接続部よりも上流側でかつリターン吸気通路上
流端との接続部よりも下流側の共通吸気通路を閉鎖し
て、上記環状吸気通路による共鳴過給を解除する解除手
段と、エンジンの低速回転域で上記解除手段を作動させ
るように制御する制御手段とを設ける。

（作用） この構成により、エンジンの高速回転域では、解除手
段は作動せず、共鳴用環状吸気通路は閉鎖されない。こ
のため、各気筒で発生した正の圧力波が環状吸気通路を
周回して他の気筒に作用する共鳴過給、あるいは吸気通
路の上流端で反射反転した圧力波が他の気筒に作用する
共鳴過給が生じ、この共鳴過給によってエンジンの出力
トルクを増大させることができる。

これに対し、エンジンの低速回転域では、制御手段の
制御により解除手段が作動して、上記環状吸気通路の所
定部，つまり各気筒の吸気ポートに接続された独立吸気
通路との接続部よりも上流側でかつリターン吸気通路上
流端との接続部よりも下流側の共通吸気通路が閉鎖さ
れ、このことにより上記環状吸気通路による共鳴過給状
態が解除される。そして、こうした環状吸気通路の閉鎖
に伴い、該環状吸気通路は１つの長い吸気通路となり、
各気筒で発生した負の圧力波が該吸気通路の上流側に伝
播されてその上流端での反射により正の圧力波に反転し
た後に下流側に戻って他の気筒に作用する共鳴過給状態
に変わり、この共鳴過給によってエンジンの出力トルク
を増大させることができる。

したがって、このように環状吸気通路を部分的に閉鎖
するだけで、エンジンの低速回転域での共鳴過給のため
の長い吸気通路が得られ、よって低速回転域用の共鳴過
給用の吸気通路をエンジン近くにコンパクトな構造でも
って形成できることなる。

（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図は本発明の第１実施例の全体構成を示し、１は
直列に配置された第１〜第４の４つの気筒2a〜2dを有す
る直列４気筒エンジンであって、上記各気筒2a〜2dは吸
気ポート３と排気ポート（図示せず）とを備えている。
４は上記各気筒2a〜2d内に吸気を供給する吸気通路であ
って、この吸気通路４は吸気管８内に形成された共鳴吸
気通路５と、該共鳴吸気通路５の下流端に接続され、吸
気マニホールド９の集合管部9aにより形成された環状吸
気通路６と、吸気マニホールド９の各独立管部9b内に形
成され、上記環状吸気通路６に分岐接続された独立吸気
通路７とを備えてなり、上記共鳴吸気通路５の上流端は
エアクリーナ10に接続されている。このエアクリーナ10
下流の吸気通路４には吸入空気量を計測するエアフロー
メータ11が配設され、該エアフローメータ11下流の吸気
通路４の途中は比較的大容積の共鳴タンク12に連通さ
れ、この共鳴タンク12下流側の吸気通路４にはスロット
ルバルブ13が配設されている。

上記環状吸気通路６は、吸気マニホールド９の環状集
合部9aを下流側で２つに折り曲げかつその折り曲げられ
た端部同士を上流部分で互いに接続することによって環
状に形成されている。そして、この折曲げ構造により、
環状吸気通路６は、各気筒2a〜2dの吸気ポート３に上記
独立吸気通路７を介して接続された共通吸気通路6aと、
一端が該共通吸気通路6aの上流端に、他端が同共通吸気
通路6aの下流端にそれぞれ接続されたリターン吸気通路
6bとで構成されている。

さらに、上記環状吸気通路６の共通吸気通路6aにおい
て、上記各気筒2a〜2dに連通する独立吸気通路７との接
続部よりも上流側でかつリターン吸気通路6b上流端との
接続部よりも下流側部分には、アクチュエータ14aの駆
動によりその共通吸気通路6bを開閉する蝶弁からなる第
１の制御バルブ14が配設されている。また、上記リター
ン吸気通路6bの上流端部には、アクチュエータ15aの駆
動によりそのリターン吸気通路6bを開閉する蝶弁からな
る第２の制御バルブ15が配設されている。そして、これ
ら２つの制御バルブ14,15を開閉制御することにより、
吸気の共鳴過給状態およびその共鳴振動数を変化させ、
両制御バルブ14,15を共に開いたときには、環状吸気通
路６を途中で閉鎖することなく環状に連通させることに
より、各気筒2a〜2dの吸気行程で発生した正の圧力波を
環状吸気通路６を周回させた後に他の気筒2a〜2dに作用
させるという吸気の共鳴過給状態、あるいは吸気通路４
上流の共鳴タンク12で負から正に反射反転した圧力波が
他の気筒2a〜2dに作用する共鳴過給状態に保つ。また、
第１の制御バルブ14を閉じ、かつ第２の制御バルブ15を
開いたときには、環状吸気通路６の上記第１の制御バル
ブ14配置部分，つまり上記各独立吸気通路７との接続部
よりも上流側でかつリターン吸気通路6b上流端の接続部
よりも下流側の共通吸気通路6aを閉鎖することにより、
上記環状吸気通路６による共鳴過給状態を解除するとと
もに、各気筒2a〜2dの吸気行程で発生した負の圧力波を
第１の制御バルブ14よりも下流側の共通吸気通路6aない
しリターン吸気通路6bを通して共鳴吸気通路５に伝播さ
せて、その途中の共鳴タンク12での反射により正の圧力
波に反転させ、その正の圧力波を下流側に戻して他の気
筒2a〜2dに作用させるという吸気の共鳴過給状態に保
ち、さらに、第１の制御バルブ14を開き、かつ第２の制
御バルブ15を閉じたときには、上記と同様に、環状吸気
通路６の上記第２の制御バルブ15配置部分，つまり上記
リターン吸気通路6bの上流端部分を閉鎖することによ
り、上記環状吸気通路６による共鳴過給状態を解除する
とともに、各気筒2a〜2dの吸気行程で発生した負の圧力
波を共通吸気通路6aを通して共鳴吸気通路５に伝播させ
て、その途中の共鳴タンク12での反射により正の圧力波
に反転させ、その正の圧力波を下流側に戻して他の気筒
2a〜2dに作用させるという吸気の共鳴過給状態に切り換
えるようにした解除手段16が構成されている。また、上
記第１および第２の制御バルブ14,15の配置位置および
リターン吸気通路6b上流端の共通吸気通路6aとの接続部
分の位置により、第１の制御バルブ14を閉じたときに生
じる吸気の固有振動数は第２の制御バルブ15を閉じたと
きのそれよりも低く設定されている。

さらに、上記解除手段16の２つの制御バルブ14,15は
制御手段としてのコントロールユニット17の出力信号を
受けて開閉制御される。このコントロールユニット17に
はエンジン１の回転数を検出する回転センサ18の出力信
号が入力されており、このコントロールユニット17によ
り、エンジン１の回転域に応じて上記制御バルブ14,15
を開閉させ、第２図に示すように、エンジン１の低速回
転域では、第１の制御バルブ14を閉じ、かつ第２の制御
バルブ15を開く一方、中速回転域では、逆に第２の制御
バルブ15を閉じ、かつ第１の制御バルブ14を開き、さら
に、エンジン１が高速回転域に移行すると、両制御バル
ブ14,15を開くように制御する。

尚、上記２つの制御バルブ14,15の開閉切換えの際の
過渡特性をスムーズにするために、各制御バルブ14,15
は、その閉じ状態で環状吸気通路６を気密状に閉鎖する
のではなく、若干の角度だけ開いて通気機能が保たれる
ように設定するのが望ましい。また、第１図中、19は燃
料噴射弁である。

したがって、上記実施例においては、エンジン１の回
転数が回転センサ18により検出され、この回転センサ18
の出力信号を受けたコントロールユニット17により、解
除手段16の２つの制御バルブ14,15が開閉制御される。
すなわち、第２図に示すように、エンジン１が低速回転
域にあるときには、第１の制御バルブ14が閉じられると
ともに、第２の制御バルブ15が開かれる。このバルブ1
4,15の制御により、環状吸気通路６が各独立吸気通路７
との接続部よりも上流側でかつリターン吸気通路6b上流
端との接続部よりも下流側部分で閉鎖され、この閉鎖に
伴い、各気筒2a〜2dの吸気行程で発生した負の圧力波が
第１の制御バルブ14より下流側の共通吸気通路6aないし
リターン吸気通路6bを通して共鳴吸気通路５に伝播され
てその途中の共鳴タンク12での反射により正の圧力波に
反転され、その正の圧力波が下流側に戻って他の気筒2a
〜2dに作用するという吸気の共鳴過給状態、あるいは吸
気通路４上流の共鳴タンク12で負から正に反射反転した
圧力波が他の気筒2a〜2dに作用するという共鳴過給状態
が形成される。

また、エンジン１の中速回転域では、逆に、上記第２
の制御バルブ15が閉じられ、第１の制御バルブ14は開か
れる。この状態では、上記環状吸気通路６が第２の制御
バルブ15との接続部分，つまり上記リターン吸気通路6b
の上流端部分で閉鎖される。このため、各気筒2a〜2dの
吸気行程で発生した負の圧力波は共通吸気通路6aを通し
て共鳴吸気通路５に伝播されて、その途中の共鳴タンク
12での反射により正の圧力波に反転され、その正の圧力
波が下流側に戻って他の気筒2a〜2dに作用する吸気の共
鳴過給状態に切り換えられる。

さらに、エンジン１が高速回転域に移行すると、上記
両制御バルブ14,15が共に開かれる。このときには、環
状吸気通路６はその途中で閉鎖されることなく環状に連
通され、このことにより、各気筒2a〜2dの吸気行程で発
生した正の圧力波が環状吸気通路６を周回した後に他の
気筒2a〜2dに作用するという吸気の共鳴過給状態にな
る。よって、第２図に示すように、エンジン１の低速回
転域から高速回転域までの広い範囲に亘って吸気を共鳴
過給することができ、エンジン１の出力トルクを増大さ
せることができる。

その場合、エンジン１の低／中速回転域で吸気を共鳴
過給するとき、本来は高速回転域で過給を行うための環
状吸気通路６を部分的に閉鎖して、通路長さの長い共鳴
過給用の吸気通路４を形成しているので、その長い吸気
通路４をコンパクトな構造で形成でき、よって吸気の過
給効果を高めつつ、吸気装置のコンパクト化を良好に維
持することができる。

また、環状吸気通路６を２つの制御バルブ14,15によ
り開閉して、エンジン１の低／中速回転域での共鳴振動
数を変化させているため、エンジン１の低速回転域から
高速回転域までの過給効果がスムーズに繋り、よってエ
ンジン１の出力特性を向上させることができる。

尚、上記第１および第２の制御バルブ14,15の配置位
置およびリターン吸気通路6b上流端の共通吸気通路6aと
の接続位置の変更により、第１の制御バルブ14を閉じた
ときに生じる吸気の固有振動数を第２の制御バルブ15を
閉じたときのそれよりも高く設定することも可能であ
る。その場合、上記とは逆に、エンジン１の低速回転域
では第２の制御バルブ15を、中速回転域では第１の制御
バルブ14をそれぞれ閉じるように変える必要がある。

また、上記実施例における第２の制御バルブ15を省略
してもよい。しかし、上記説明の如く、エンジン１の出
力特性を高める上で、上記実施例の如くエンジン１の中
速回転域で吸気を過給するための制御バルブ15を設ける
のが好ましい。

第３図および第４図は第２実施例を示し（尚、第１図
と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明
は省略する）、Ｖ型６気筒エンジンに適用したものであ
る。

すなわち、第３図および第４図において、１′は第１
〜第６の６つの気筒２′ａ〜２′ｆを有するＶ型６気筒
エンジンで、上記６つの気筒２′ａ〜２′ｆは第１気筒
２′ａ、第３気筒２′ｃおよび第５気筒２′ｅからなる
気筒群と、第２気筒２′ｂ、第４気筒２′ｄおよび第６
気筒２′ｆからなる気筒群とに分けられ、その各気筒群
を構成する３つの気筒２′a,2′c,2′e,2′b,2′d,2′
ｆはそれぞれＶ形に配置された２つのバンク１′a,1′
ａに形成されており、その点火順序は第１気筒２′ａ〜
第６気筒２′ｆの順序に設定されている。

上記各気筒群における各気筒２′ａ〜２′ｆの吸気ポ
ート３には吸気通路４′が接続されている。該吸気通路
４′は２つの環状吸気通路６′,6′と、該両環状吸気通
路６′,6′に接続された共鳴吸気通路５′,5′とを有
し、該両共鳴吸気通路５′,5′はその上流端部で互いに
合流してエアクリーナ10に接続されており、この共鳴吸
気通路５′,5′の合流部分において、負の圧力波を反射
させて正の圧力波に反転させるように構成されている。
そして、上記各環状吸気通路６′に、それぞれ第１およ
び第２の２つの制御バルブ14,15が配設されている。そ
の他は上記第１実施例と略同様に構成されている。

尚、上記吸気通路４′の各環状吸気通路６′および各
独立吸気通路７′を形成する吸気マニホールド９′は、
第４図に示すように、エンジン１′の両バンク１′a,
1′ａ間に配置されている。また、各共鳴吸気通路５′
を形成する吸気管８′は上記バンク１′a,1′ａ間から
エンジン１′の一方の側に突出した後にその側面に沿っ
て略直角に折り曲げられており、こうした構造により、
吸気管８′および吸気マニホールド９′をエンジン１′
におけるデッドスペースを有効に利用して配置するよう
になされている。

したがって、この実施例においては、エンジン１′が
低／中速回転域にある場合、第１の制御バルブ14,14お
よび第２の制御バルブ15,15を閉じたときには、各気筒
群において、各気筒２′ａ〜２′ｆの吸気行程で発生し
た負の圧力波が第１の制御バルブ14より下流側の各共通
吸気通路６′ａないしリターン吸気通路６′ｂを通して
共鳴吸気通路５′に伝播されて、それら両共鳴吸気通路
５′,5′の合流部での反射により正の圧力波に反転さ
れ、その正の圧力波が下流側に戻って他の気筒２′ａ〜
２′ｆに作用するという吸気の共鳴過給状態が形成され
る。また、エンジン１′の高速回転域では、各気筒群で
環状吸気通路６′が形成されて、吸気を共鳴させること
ができ、よって上記第１実施例と同様の作用効果を奏す
ることができる。

第５図は本発明の第３実施例を示し、環状吸気通路
６″の等価長を長くしたものである。

すなわち、この実施例では、Ｖ型６気筒エンジン１′
における６気筒２′ａ〜２′ｆの点火順序は例えば第１
気筒２′ａ〜第６気筒２′ｆの順序に設定されており、
この６つの気筒２′ａ〜２′ｆは吸気順序の連続しない
第１気筒２′a,第３気筒２′ｃおよび第５気筒２′ｅと
第２気筒２′ｂ、第４気筒２′ｄおよび第６気筒２′ｆ
との２つの気筒群に分けられて、その各気筒群に対応す
る吸気系が共に加振し合うように構成されている。そし
て、上記一方のグループの吸気系のリターン吸気通路
６″ｂは他のグループの共通吸気通路６″ａに接続され
ており、このことによりループ長さの長い環状吸気通路
６″が形成されている。

したがって、この実施例では、エンジン１′の低速回
転域では、制御バルブ14が閉鎖されて、長い吸気通路
４′が形成され、この吸気通路４′によって吸気が共鳴
過給される。一方、エンジン１′の高速回転域では、制
御バルブ14が開放されて、環状吸気通路６″が形成さ
れ、この環状吸気通路６″によって吸気を過給すること
ができる。よって上記第２実施例と同様の作用効果を奏
することができる。

また、その際、一方のグループの吸気系のリターン吸
気通路６″ｂが他のグループの共通吸気通路６″ａに接
続されているので、コンパクトな構造のままで、等価長
の長い環状吸気通路６″を形成してエンジン１′の低速
回転域で良好な共鳴過給効果を得ることができる利点が
ある。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によると、各気筒の吸気
ポートが接続される，容積拡大室のない共鳴用環状吸気
通路により吸気の共鳴過給を生じさせるようにしたエン
ジンの吸気装置に対し、エンジンの低速回転域では、上
記共鳴用環状吸気通路の所定部を部分的に閉鎖して、該
環状吸気通路を１つの長い吸気通路に変えるようにした
ことにより、エンジンの低速回転域での共鳴過給用の吸
気通路をコンパクトな構造で形成することができ、ひい
ては共鳴過給を行うエンジンの吸気装置の小形化を図る
ことができ、特に車両搭載エンジンへの適用に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示すもの
で、第１図は吸気装置の全体構成を示す説明図、第２図
は制御バルブの開閉動作に対するエンジンの出力トルク
変化の特性を示す特性図である。第３図および第４図は
第２実施例を示し、第３図は第１図相当図、第４図は共
鳴用環状吸気通路の配置構造を示す斜視図である。第５
図は第３実施例を示す第１図相当図である。 1,1′……エンジン、2a〜2d,2′ａ〜２′ｆ……気筒、
6,6′,6″……環状吸気通路、6a,6′a,6″ａ……共通吸
気通路、6b,6′b,6″ｂ……リターン吸気通路、7,7′…
…独立吸気通路、14,15……制御バルブ、16……解除手
段、17……コントロールユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楪 泰浩 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−52522（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各気筒の吸気ポートが接続されかつ容積拡
   大部のない共鳴用環状吸気通路を有し、該環状吸気通路
   により吸気の共鳴過給を生じさせるようにしたエンジン
   の吸気装置であって、上記環状吸気通路は、各気筒の吸
   気ポートに独立吸気通路を介して接続された共通吸気通
   路と、一端が該共通吸気通路の上流端に、他端が共通吸
   気通路の下流端にそれぞれ接続されたリターン吸気通路
   とで構成され、上記独立吸気通路との接続部よりも上流
   側でかつリターン吸気通路上流端との接続部よりも下流
   側の共通吸気通路を閉鎖して、上記環状吸気通路による
   共鳴過給を解除する解除手段と、エンジンの低速回転域
   で上記解除手段を作動させるように制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とするエンジンの吸気装置。