JP3051194B2

JP3051194B2 - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JP3051194B2
Application number: JP3061469A
Authority: JP
Inventors: 知宏砂田; 光政藤田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 2000-06-12
Anticipated expiration: 2015-06-12
Also published as: JPH04295131A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】吸気弁が開かれたときに吸気ポートに発
生する負圧波を上流の容積部まで伝播させて正圧波に反
転させ、この正圧波を吸気ポートまで伝播させ、吸気を
燃焼室に押し込むといった、慣性効果を利用した圧力波
過給により吸気充填効率を高めるようにしたエンジンの
吸気装置は従来より知られている。ここで、慣性効果を
効果的に発生させるには、吸気ポートと容積部との間の
吸気経路長すなわち圧力波伝播経路長を、吸気ポートの
開閉周期に対応するように設定する必要がある。しかし
ながら、吸気ポートの開閉周期はエンジン回転数によっ
て変化するので、圧力波伝播経路長が固定された吸気装
置では、広い回転領域で効果的に慣性効果を得ることが
できない。そこで、エンジン回転数に応じて圧力波伝播
経路長を変えられるようにし、幅広い回転領域で効果的
に慣性効果を利用できるようにしたエンジンの吸気装置
が提案されている(例えば、特開昭５８−１２６４２２
号公報、特開昭６０−４５７１８号公報、実開昭６１−
３６１２６号公報参照)。

【０００３】具体的には、例えば、吸気経路長が相対的
に長い低速吸気通路と相対的に短い高速吸気通路とを備
えた独立吸気通路と、エンジンの運転状態に応じて高速
吸気通路を開閉する開閉弁とが設けられたエンジンの吸
気装置が提案されている。かかる従来の吸気装置におい
ては、低速時(低回転時)には開閉弁が閉じられ、吸気経
路長の長い低速吸気通路を通してエンジン本体に吸気が
供給され、効果的に慣性効果が得られるようになってい
る。また、高速時(高回転時)には開閉弁が開かれ、両吸
気通路を通してエンジン本体に吸気が供給されるように
なっている。このとき、圧力波は主として吸気経路長の
短い高速吸気通路側を伝播するので、効果的に慣性効果
が得られるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに低速吸気通路と高速吸気通路と開閉弁とが設けられ
た従来の吸気装置においては、比較的エンジン騒音の小
さい低速時に、高速用吸気通路に比較し、低速用吸気通
路の方が吸気通路表面積（放射面積）が大きいことか
ら、低速吸気通路から発生する放射音が高速吸気通路か
らのものと比べ顕在化し、運転者に違和感を与えるとい
った問題がある。また、低負荷時に開閉弁が切り替えら
れたときには、切替ショックが発生するといった問題が
ある。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、低速吸気通路と高速吸気通
路とを備えた独立吸気通路と、高速吸気通路を開閉する
開閉弁とが設けられたエンジンの吸気装置において、エ
ンジンの運転状態に応じて効果的に慣性効果を得ること
ができるとともに、低速時における低速吸気通路からの
放射音の発生と、低負荷時における切替ショックの発生
とを有効に防止することができるエンジンの吸気装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明は、（ａ）下流端がエンジン本体の吸
気ポートに接続され、かつ相対的に吸気経路長の長い低
速吸気通路と相対的に吸気経路長の短い高速吸気通路と
が設けられた独立吸気通路と、エンジンの運転状態に応
じて高速吸気通路を開閉する開閉弁とが設けられたエン
ジンの吸気装置において、（ｂ）低速吸気通路を介し
て、エンジン始動時にエンジン始動用燃料を供給する燃
料供給手段と、（ｃ）エンジン回転数がアイドル回転数
Ｎｉ未満のエンジン始動の回転数領域では全負荷域で開
閉弁を閉じさせ、エンジン回転数がＮｉ以上でありかつ
Ｎｉより高回転側の第１の設定回転数Ｎ₁未満の回転数
領域では開閉弁を開かせ、エンジン回転数がＮ₁以上で
ありかつＮ₁より高回転側の第２の設定回転数Ｎ₂以下で
ある回転数領域では開閉弁を閉じさせ、エンジン回転数
がＮ₂を超える回転数領域では開閉弁を開かせる開閉弁
制御手段とが設けられていることを特徴とするエンジン
の吸気装置を提供する。

【０００７】第２の発明は、第１の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、開閉弁制御手段が、エンジン回
転数がＮ₁以上かつＮ₂以下の場合において、低負荷時に
は、開閉弁を開かせるようになっていることを特徴とす
るエンジンの吸気装置を提供する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１と図２とに示すように、６気筒Ｖ型エンジンＶＥに
は、気筒配列方向に長手となる第１,第２バンクＰ,Ｑが
設けられ、第１バンクＰ側にはフロント側から順に第
１,第３,第５気筒＃１,＃３,＃５が配置され、第２バン
クＱ側にはフロント側から順に第２,第４,第６気筒＃
２,＃４,＃６が配置されている。そして、エンジンＶＥ
のシリンダブロック１の、第１バンクＰ側の上面には第
１シリンダヘッド２が配置され、第２バンクＱ側の上面
には第２シリンダヘッド３が配置されている。

【０００９】そして、各気筒＃１〜＃６においては、夫
々、吸気弁４が開かれたときに、吸気ポート５から燃焼
室６内に吸気が吸入され、この吸気(混合気)がピストン
７によって圧縮された後点火プラグ(図示せず)によって
着火・燃焼させられ、排気弁８が開かれたときに燃焼ガ
スが排気ポート９に排出されるようになっている。な
お、インジェクタ１０から吸気ポート５内に、燃料が噴
射されるようになっている。

【００１０】エンジンＶＥに吸気を供給するために吸気
装置Ａが設けられている。吸気装置Ａには、第２バンク
Ｑのやや上方において、共通吸気通路１１が配置され、
この共通吸気通路１１内にはスロットル弁(図示せず)が
設けられている。そして、吸気装置Ａは、エンジンの広
い回転領域にわたって、慣性効果による圧力波過給を効
果的に行わせるために、低速用吸気系統と高速用吸気系
統とに分けられ、エンジンＶＥはいわゆる可変吸気管長
タイプとなっている。

【００１１】低速用吸気系統は、実質的に、共通吸気通
路１１から分岐する集合吸気通路１３と、集合吸気通路
１３の下流側端部と連通する低速用サージタンク１４
と、夫々、上流側端部が低速用サージタンク１４に接続
される低速吸気通路１６とで構成されている。

【００１２】集合吸気通路１３は、気筒配列方向にみて
エンジンＶＥのリヤ寄りの位置において、第２バンクＱ
側から第１バンクＰ側に向かってエンジン幅方向(図１
では左右方向)に伸長している。そして、集合吸気通路
１３には、エンジンＶＥの冷間始動時の混合気の燃焼性
を高めるために、コールドスタートインジェクタ１９が
臨設されている。

【００１３】低速用サージタンク１４は気筒配列方向に
長手となるように形成され、第１バンクＰの外側端部近
傍において、第１バンクＰのやや上方で、第１バンクＰ
のほぼ全長にわたって配置されている。また、低速吸気
通路１６は、集合吸気通路１３より下側に配置され、気
筒配列方向にみて夫々対応する気筒が配置された位置
で、低速用サージタンク１４から分岐して第２バンクＱ
側に向かって伸長している。ここで、低速用サージタン
ク１４は、吸気の供給を安定化させるとともに、低速時
に負圧波を正圧波に反転させる容積部として機能する。
また、各低速吸気通路１６の管長は、低速時に効果的に
慣性効果が得られるような所定の長さに設定されてい
る。

【００１４】一方、高速用吸気系統は、実質的に、共通
吸気通路１１に接続され気筒配列方向に長手となるよう
に形成された高速用サージタンク１２と、気筒配列方向
にみて夫々対応する気筒が配置された位置で、高速用サ
ージタンク１２から分岐する高速吸気通路１７と、各高
速吸気通路１７を開閉する開閉弁２１とで構成されてい
る。各開閉弁２１は、後で説明するように、アクチュエ
ータ２３によって一律に開閉されるようになっている。
ここで、高速用サージタンク１２は、高速時に負圧波を
正圧波に反転させる容積部として機能する。なお、各高
速吸気通路１７の管長は、高速時に有効に慣性効果が得
られるような所定の長さに設定されている。

【００１５】そして、低速吸気通路１６と高速吸気通路
１７とは下流側端部で集合され、独立吸気通路１８に接
続されている。なお、独立吸気通路１８の下流側端部は
吸気ポート５に接続されている。

【００１６】図３に示すように、夫々、第１〜第６気筒
＃１〜＃６の高速吸気通路１７を開閉する各開閉弁２１
は、気筒配列方向(図３では左右方向)に伸長する１つの
弁軸２２に取り付けられ、この弁軸２２はリンク機構２
４を介してアクチュエータ２３に連結されている。アク
チュエータ２３の圧力室は負圧導入通路２５に接続さ
れ、この負圧導入通路２５にはソレノイド式の切替弁２
６が介設されている。ここで、切替弁２６は、コントロ
ールユニット２７からの信号に従って、負圧導入通路２
５を負圧源に接続するか、あるいは大気に開放するかを
切り替えるようになっている。そして、アクチュエータ
２３は、圧力室に大気圧が導入されているときには開閉
弁２１を閉じる一方、圧力室に負圧が導入されていると
きには開閉弁２１を開くようになっている。なお、コン
トロールユニット２７は、請求項１および請求項２に記
載された開閉弁制御手段に相当する。

【００１７】コントロールユニット２７は、エンジン負
荷とエンジン回転数とを入力情報として、エンジンＶＥ
の運転状態に応じて、図４に示すような特性でアクチュ
エータ２３を介して開閉弁２１を開閉させ、効果的に慣
性効果を利用して吸気充填効率を高めるようになってい
る。以下、適宜図１〜図４を参照しつつコントロールユ
ニット２７による開閉弁２１の制御方法を説明する。

【００１８】(１)エンジン回転数Ｎがアイドル回転数Ｎ
i未満である場合(領域１)、すなわちエンジン始動時に
は、エンジン負荷にかかわりなく開閉弁２１が閉じられ
る。エンジン始動時においては、混合気の燃焼性を高め
るために、コールドスタートインジェクタ１９から集合
吸気通路１３内に比較的多量の燃料が噴射されるが、こ
の場合、集合吸気通路１３内の吸気流速をできるだけ大
きくし、燃料の気化・霧化を促進する必要がある。この
ため、開閉弁２１を閉じて全吸気を集合吸気通路１３内
を通し、集合吸気通路１３内の吸気流速を高めるように
している。これによって、エンジンＶＥの始動性の向上
が図られる。

【００１９】(２)エンジン回転数Ｎが、アイドル回転数
Ｎi以上でありかつ第１設定回転数Ｎ₁未満である場合に
は(領域２)、エンジン負荷にかかわりなく開閉弁２１が
開かれる。ここで、第１設定回転数Ｎ₁は、これ未満で
はそれほど高出力を必要しないような境界値(例えば１
７５０r.p.m.)に設定される。このとき、吸気が低速吸
気通路１６と高速吸気通路１７の両方を通って流れるの
で、集合吸気通路１３内あるいは低速吸気通路１６内の
吸気流速が小さくなり、これらからの放射音が低減され
る。図５に、開閉弁開弁時の騒音レベル(折れ線Ｈ₁)
と、開閉弁閉弁時の騒音レベル(折れ線Ｈ₂)のエンジン
回転数に対する特性の一例を示す。図５から明らかなよ
うに、領域２に相当する部分(概ね１０００〜１７５０
r.p.m.)では開閉弁２１を開くことによって騒音レベル
が低減されている。なお、領域２において効果的に慣性
効果を得るためには、開閉弁２１を閉じて吸気経路長の
長い低速吸気通路１６から吸気を供給すべきであるが、
このような低速域では、それほど高出力が要求されない
ので、開閉弁２１を開いてもとくに不具合が生じない。

【００２０】(３)エンジン回転数Ｎが、第１設定回転数
Ｎ₁以上でありかつ第２設定回転数Ｎ₂以下である場合に
おいて、エンジン負荷が所定値Ｌ₁を超えるときには(領
域３)、開閉弁２１が閉じられ、低速吸気通路１６を通
して燃焼室６に吸気が供給される。ここで、第２設定回
転数Ｎ₂は、これを超えると高速吸気通路１７側の慣性
効果が低速吸気通路１６側の慣性効果よりも大きくなる
ような境界値(例えば４７５０r.p.m.)に設定される。ま
た、エンジン負荷Ｌ₁は、これ以下では実質的に無負荷
となるような境界値に設定される。この場合、吸気ポー
ト５の開閉周期が比較的長くなるので、吸気を比較的長
い低速吸気通路１６を通すことによって、高い慣性効果
が得られ、吸気充填効率が高められ、エンジン出力が高
められる。なお、全負荷時において、開閉弁２１を閉じ
た場合と開いた場合の、エンジントルクのエンジン回転
数に対する特性を、夫々、図４中の曲線Ｇ₁,Ｇ₂で示
す。曲線Ｇ₁,Ｇ₂から明らかなように、領域３では、開
閉弁２１を閉じた場合には、これを開いた場合よりも大
幅にエンジン出力が高められている。

【００２１】(４)エンジン回転数Ｎが、Ｎ₁以上であり
かつＮ₂以下である場合において、エンジン負荷がＬ₁以
下のときには(領域４)、開閉弁２１が開かれる。このた
め、領域４では、領域２の場合と同様に、集合吸気通路
１３あるいは低速吸気通路１６からの放射音が低減され
る。また、後で説明するように、エンジン回転数ＮがＮ
₂を超える場合には開閉弁２１が開かれるので、エンジ
ン始動時を除けば、エンジン負荷がＬ₁以下の場合に
は、開閉弁２１が常時開かれ、開閉弁２１の切り替えが
起こらない。このため、低負荷時に起こりやすい開閉弁
２１の切替ショックの発生が防止される。なお、この場
合も、効果的に慣性効果を得るためには、開閉弁２１を
閉じて吸気経路長の長い低速吸気通路１６から吸気を供
給すべきであるが、かかる低負荷時(減速時、無負荷時
等)においては高出力が要求されないので、開閉弁２１
を開いたことによりとくに不具合は生じない。

【００２２】(５)エンジン回転数ＮがＮ₂を超える場合
には(領域５)、エンジン負荷にかかわりなく開閉弁２１
が開かれる。この場合、吸気ポート５の開閉周期が比較
的短くなるので、吸気を比較的短い高速吸気通路１７内
を通すことによって、高い慣性効果が得られ、吸気充填
効率が高められ、エンジントルクが高められる。図４中
の曲線Ｇ₁,Ｇ₂から明らかなように、この領域５では、
開閉弁２１を開いた場合には、これを閉じた場合よりも
大幅にエンジン出力が高められている。

【００２３】以上、本発明によれば、高出力が要求され
る運転領域では高い慣性効果が得られ、吸気充填効率が
高められる。また、低速領域あるいは低負荷域では、集
合吸気通路１３あるいは低速吸気通路１６からの放射音
が低減される。また、エンジン始動時の混合気の燃焼性
が高められる。

【００２４】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、燃料供給手
段によって、エンジンの冷間始動時の混合気の燃焼性が
高められる。さらに、エンジン回転数がＮｉ未満の回転
数領域では、開閉弁が閉じられるので、低速吸気通路内
での吸気流速が高められて燃料の気化・霧化が促進さ
れ、エンジンの始動性が向上する。エンジン回転数がＮ
ｉ以上でありかつＮ₁未満の回転数領域では、開閉弁が
開かれ、高速吸気通路と低速吸気通路の両方を通してエ
ンジン本体に吸気が供給されるので、低速吸気通路内の
吸気流速が小さくなり、低速吸気通路から発生する放射
音が低減される。エンジン回転数がＮ₁以上でありかつ
Ｎ₂以下である回転数領域（中回転領域）では、比較的
吸気経路長が長い低速吸気通路を通してエンジン本体に
吸気が供給され、高い慣性効果が得られる。したがっ
て、高出力が要求される運転領域では常に高い慣性効果
が得られ、エンジンの出力の向上が図られる。エンジン
回転数がＮ₂を超える回転数領域（高回転領域）では、
比較的吸気経路長が短い高速吸気通路を通してエンジン
本体に吸気が供給され、高い慣性効果が得られる。

【００２５】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、エンジン回
転数がＮ₁以上かつＮ₂以下の中回転領域において、高出
力が要求されない低負荷域では開閉弁が開かれるので、
低速吸気通路からの放射音の発生が低減される。また、
低負荷域では開閉弁が常時開かれ、開閉弁の切り替えが
起こらないので、とくに低負荷時に起こりやすい切替シ
ョックがの発生が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる吸気装置を備えたＶ型６気筒エ
ンジンの平面説明図である。

【図２】図１に示すエンジンの一部断面正面立面説明図
である。

【図３】図１に示すエンジンの、開閉弁駆動機構ないし
制御機構の模式図である。

【図４】エンジン負荷とエンジン回転数とに対する開閉
弁の開閉特性を示す図である。

【図５】開閉弁開時と開閉弁閉時とにおける、エンジン
の騒音レベルのエンジン回転数に対する特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

ＶＥ…エンジンＡ…吸気装置Ｐ…第１バンクＱ…第２バンク＃１〜＃６…第１〜第６気筒５…吸気ポート１２…高速用サージタンク１３…集合吸気通路１４…低速用サージタンク１６…低速吸気通路１７…高速吸気通路１８…独立吸気通路２１…開閉弁２３…アクチュエータ２７…コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 27/02 F02B 29/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下流端がエンジン本体の吸気ポートに接
続され、かつ相対的に吸気経路長の長い低速吸気通路と
相対的に吸気経路長の短い高速吸気通路とが設けられた
独立吸気通路と、エンジンの運転状態に応じて高速吸気
通路を開閉する開閉弁とが設けられたエンジンの吸気装
置において、低速吸気通路を介して、エンジン始動時にエンジン始動
用燃料を供給する燃料供給手段と、エンジン回転数がアイドル回転数Ｎｉ未満のエンジン始
動の回転数領域では全負荷域で開閉弁を閉じさせ、エン
ジン回転数がＮｉ以上でありかつＮｉより高回転側の第
１の設定回転数Ｎ₁未満の回転数領域では開閉弁を開か
せ、エンジン回転数がＮ₁以上でありかつＮ₁より高回転
側の第２の設定回転数Ｎ₂以下である回転数領域では開
閉弁を閉じさせ、エンジン回転数がＮ₂を超える回転数
領域では開閉弁を開かせる開閉弁制御手段とが設けられ
ていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】請求項１に記載されたエンジンの吸気装
置において、開閉弁制御手段が、エンジン回転数がＮ₁以上かつＮ₂以
下の場合において、低負荷時には、開閉弁を開かせるよ
うになっていることを特徴とするエンジンの吸気装置。