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JP3451589B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

内燃機関の吸気装置

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JP3451589B2
JP3451589B2 JP09486097A JP9486097A JP3451589B2 JP 3451589 B2 JP3451589 B2 JP 3451589B2 JP 09486097 A JP09486097 A JP 09486097A JP 9486097 A JP9486097 A JP 9486097A JP 3451589 B2 JP3451589 B2 JP 3451589B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、吸入空気柱の動的
効果を利用して吸入空気量を広い運転域において増大で
きるようにし、かつ吸入空気量の少ない低吸気量運転域
でも気筒軸方向に流れる縦渦（タンブル）を発生して燃
焼状態を良好ならしめるようにした内燃機関の吸気装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来から、ピストン式内燃機関において
は、出力向上の観点から、吸入空気柱の動的効果を利用
して吸入空気量を増大させる、いわゆる慣性過給の手法
が採用されている。 【０００３】この慣性過給において、管長ｌ，管断面積
Ａ，及び慣性過給が得られるエンジン回転数Ｎの関係
は、近似的に下記のヘルムホルツの共鳴器の振動の式で
示される。 Ｎrpm ＝Ｋ・ａＡ・／ｌ・Ｖm 【０００４】ここで、Ｖm はシリンダ内有効体積、ａは
音速、Ｋは比例定数である。上式から慣性過給を行うに
は、管断面積Ａ又は、管長ｌをエンジン回転数に応じた
値とすればよいことが容易に解かる。 【０００５】一方、変速エンジン、特に、自動車用エン
ジンにおいては、使用回転数がアイドル状態から最高回
転数まで広範囲において変化する。そのため従来の慣性
過給を採用した自動車用エンジンでは、慣性過給により
吸入空気量が増大する所謂チューニングポイントを、最
高トルクあるいは最高出力の発生回転数付近に設定して
おり、その結果、この従来エンジンでは、当然ながら上
記チューニングポイント以外の領域では、トルクあるい
は出力の増大は望めないものであった。 【０００６】そこで上記慣性過給の効果を複数のエンジ
ン回転領域で得ることができるようにした吸気装置とし
て、従来、例えば２本の吸気管を並列に配列するととも
に、一方の吸気管に開閉弁を配置し、該開閉弁をエンジ
ン回転速度に応じて開閉するようにしたものがある。 【０００７】この吸気装置では、吸気管断面積がエンジ
ン回転速度に応じて２段階に切り替えられるので、高
速, 低速の両領域で高トルク化が実現できる。 【０００８】またエンジンの燃焼状態を改善するには、
吸入空気が気筒内において気筒軸方向に流れる縦渦、所
謂タンブルを発生させることが有効であることが知られ
ている。このタンブルを発生させるための構造として、
従来例えば吸気通路の横断面形状を概略逆三角形状にし
たものが知られている。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記吸気
通路を複数系統並列配置する従来装置では、吸気管を複
数本並列に配置するのであるからそれだけ大きなスペー
スを必要とする問題がある。特に多気筒エンジンにおい
ては、各シリンダーの間隔上の制約があることから、上
述のような複数系統の配置は実現困難であり、また構造
が複雑となり易い。 【００１０】また上記吸気通路の横断面形状を概略逆三
角形状にした従来装置では、エンジンの低速回転，低負
荷運転域のように吸入空気量の少ない低吸気量運転域で
は、吸気流速が低く、タンブルを確実に発生させるのは
困難であるといったのが実情である。逆に低吸気量運転
域においてもタンブルが確実に発生するように上記逆三
角形の頂角を小さくすると高速回転時の吸気量が充分で
なく、高出力が得られないという問題が発生する。 【００１１】本発明は、上記従来装置における問題点を
解消して、配設スペースをほとんど増大することなく２
段階のチューニングポイント切り替えを実現でき、広範
囲のエンジン回転領域で吸入空気量を増大でき、また低
吸気量運転域においてもタンブルを確実に発生させて燃
焼状態を改善できる内燃機関の吸気装置を提供すること
を課題としている。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼用空気を
吸気通路を介して気筒内に導入するようにした内燃機関
の吸気装置において、上記吸気通路を、主吸気通路内に
副吸気通路を該主吸気通路の底壁に密着させて配置して
なる二重構造のものとし、上記吸気通路の途中に大容量
のエアチャンバを設けるとともに、該吸気通路のエアチ
ャンバより上流側にスロットルバルブを配設し、上記副
吸気通路の上流端を上記エアチャンバ内に開口させ、該
副吸気通路の下流端を吸気弁開口の反排気弁開口側部分
の近傍に位置させ、該副吸気通路内に開閉弁を配設し、
該開閉弁をエンジンの低吸気量運転域では閉じることに
より吸気を主吸気通路から気筒中心寄りに偏位させかつ
気筒軸線方向に流入させるようにしたことを特徴として
いる。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明による内燃機関の吸
気装置を添付図面に基づいて説明する。図１ないし図４
は本発明の一実施形態による４サイクルエンジンの吸気
装置を説明するための図であり、図１，図２は上記吸気
装置を含むエンジンの要部の断面側面図、図３は図１の
III-III 線断面図、図４は上記吸気装置の効果を説明す
るためのエンジン回転数−トルク特性図である。 【００１４】図において、１は水冷式４サイクルガソリ
ンエンジンであり、これは図示しないクランクケースの
前部にシリンダブロック２を一体形成し、該シリンダブ
ロック２上にシリンダヘッド１０，ヘッドカバー２０を
積層締結した概略構造を有しており、上記シリンダブロ
ック２に形成されたシリンダボア（気筒）２ａ内には、
ピストン３が摺動自在に挿入配置され、該ピストン３は
コンロッド３ａを介してクランク軸（図示せず）に連結
されている。 【００１５】また、上記シリンダヘッド１０のシリンダ
ブロック側合面に凹設された燃焼凹部１０ａには２つの
排気弁開口１０ｄ，及び２つの吸気弁開口１０ｅが開口
しており、該排気弁開口１０ｄは排気ポート１０ｂによ
りシリンダヘッド１０の前壁に、吸気弁開口１０ｅは吸
気ポート１０ｃによりシリンダヘッド１０の後壁にそれ
ぞれ導出されている。また上記排気弁開口１０ｄ，吸気
弁開口１０ｅはそれぞれ排気バルブ４，吸気バルブ５で
開閉されるようになっており、該排気バルブ４，吸気バ
ルブ５はそれぞれ排気カム軸６ａ，吸気カム軸６ｂで開
閉駆動される。 【００１６】そして上記吸気ポート１０ｃの外部接続開
口１０ｆには吸気装置１４の主吸気管７が接続されてお
り、該主吸気管７及び上記吸気ポート１０ｃにより外気
を上記燃焼凹部１０ａとピストン３の頂面とシリンダボ
ア２ａとで囲まれた空間（燃焼室）内に導入する吸気通
路が構成されている。 【００１７】上記主吸気管７の上流端にはエアクリーナ
１２ａを介して空気取入管１２が接続されている。ま
た、上記主吸気管７の途中には大容量のエアチャンバ１
３が一体に膨出形成されており、該チャンバ１３の上流
側にはスロットルバルブ１１が配設されている。また上
記シリンダヘッド１０の上記外部接続開口１０ｆ部分に
は燃料噴射弁１５が配設されており、該燃料噴射弁１５
は吸気弁５の傘部の裏面付近に向けて燃料を噴射供給す
る。 【００１８】上記主吸気管７のエアチャンバ１３より下
流側内には副吸気管８が一体に形成されている。該副吸
気管８は主吸気管７の底壁に密着して、つまり管壁を共
用するよう配設されており、該配設部分は図３に示すよ
うに主吸気通路７ａと副吸気通路８ａとを上下に重ねた
構造となっている。また主吸気通路７ａはその天壁面７
ｃを平坦に形成した概略矩形状をなしているのに対し、
副吸気通路８ａは横断面円形に形成されており、該主吸
気通路７ａ，副吸気通路８ａは下流側ほど徐々その高さ
が低くなっている。 【００１９】そして上記副吸気通路８ａの上流開口部８
ｂは上記エアチャンバ１３内に開口している。また該副
吸気通路８ａの下流端は主吸気通路７ａより下流側に突
出するように延長されており、該延長部８ｃは吸気ポー
ト１０ｃ内に挿入されている。そして該延長部８ｃの下
流開口部８ｄは上記吸気弁開口１０ｅの反排気弁開口側
寄り部分の近傍に位置している。 【００２０】また上記副吸気通路８ａ内には、開閉弁９
が配設されている。そしてこの開閉弁９は、図示しない
開閉制御機構により、エンジン低速回転域，低負荷運転
域のような吸入空気量の少ない低吸気量運転域では閉と
され、それ以外の中，高吸気量運転域では開とされる。 【００２１】次に本実施形態の作用効果を説明する。上
記吸気装置１４では、エンジンの運転領域に応じて、吸
気通路を開閉弁９により主吸気通路７ａのみ、または
主, 副吸気通路７ａ, ８ａの両方の何れかに切り替える
ことによって通路断面積を変化させる。 【００２２】先ず、低速回転域のような低吸気量運転域
では、図１，図２に示すように、開閉制御機構により開
閉弁９が閉とされる。すると空気は主吸気通路７ａのみ
を通ってエンジン１に吸入される。また高速回転域のよ
うな高吸気量運転域では、開閉制御機構により開閉弁９
が開とされる。すると空気は主吸気通路７ａ, 及び副吸
気通路８ａの両方を通ってシリンダボア内に吸入され
る。 【００２３】このように本実施形態では、吸気通路断面
積が低速回転時と高速回転時とで切り替えられるので、
上述の式において断面積が２通りあることとなる。従っ
て、図４に示すように、従来エンジンのトルク曲線Ａに
対して、本実施形態のトルク曲線Ｂは低速, 高速の２段
階のエンジン回転域においてトルクが増大し、広範囲に
おいてトルクを向上できる。 【００２４】そして本実施形態では、上記吸気通路断面
積の切り替えを、主, 副吸気通路７ａ，８ａの二重構造
にすることで実現したので、従来の並列配置による場合
に比較すると、その配設スペースを削減できる。 【００２５】また、本実施形態では、副吸気通路８ａを
主吸気通路７ａの底側に重ねて配置するとともに、副吸
気通路８ａの延長部８ｃを吸気ポート１０ｃ内に挿入
し、その下流開口部８ｃを吸気弁開口１０ｅの反排気弁
開口側に、つまり燃焼凹部１０ａの外周縁側に位置させ
たので、上記副吸気通路８ａを開閉弁９で閉じた場合、
吸気は主吸気通路７ａを通ってシリンダボア中心側に偏
ってかつシリンダボア軸線方向にシリンダボア内に吸引
され、低吸気量運転域においてもタンブルを確実に発生
させることができる（図２参照）。この場合、吸気ポー
ト１０ｃの天井壁部分は、図３に示す主吸気通路７ａの
天壁面７ｃと同様に平坦に形成されているのでこの点か
らも上記タンブルを確実に発生させることができ、その
結果、、燃焼状態を改善できる。 【００２６】なお、上記主，副吸気通路の横断面形状に
ついては、図５に示すように形成しても良い。図５の例
では、吸気管全体を円形とし、円形の副吸気管８を主吸
気管７の底壁に密着するように一体形成している。 【００２７】また、上記実施形態では、副吸気通路８ａ
の下流端を延長した延長部８ｃを吸気ポート１０ｃ内に
挿入するようにしたが、図６に示すように、シリンダヘ
ッド１０の吸気ポート１０ｃの底部に副吸気通路８ａ′
を一体的に形成し、該副吸気通路８ａ′の下流端を吸気
弁開口１０ｅの反排気弁開口側寄り部分に位置させても
良い。 【００２８】 【発明の作用効果】以上のように、本発明に係る内燃機
関の吸気装置によれば、吸気通路の途中に大容量のエア
チャンバを設け、副吸気通路の上流端をエアチャンバ内
に開口させ、低吸気量運転域では副吸気通路を開閉弁で
閉じるようにしたので、吸気通路面積を切り替えること
ができ、低吸気量運転域と高吸気量運転域との両方にお
いて吸気量を増大してトルクを改善でき、また、二重構
造であるから配置スペースを従来の並列配置構造のもの
に比較して大幅に削減できる効果がある。 【００２９】そして上記副吸気通路の下流端部を、吸気
弁開口の反排気弁開口側近傍に位置させたので、副吸気
通路を閉じた場合には、該副吸気通路の下流端部が吸気
を気筒中心に偏らせかつ気筒軸方向に該気筒内に流入さ
せるためのガイドとして機能し、簡単な構造で、低吸気
量運転域であってもタンブルを確実に発生させることが
でき、燃焼状態を改善できる効果がある。
【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施形態によるエンジンの吸気装置
の断面側面図である。 【図２】上記装置の作用を説明するためのエンジンの要
部断面側面図である。 【図３】図２のIII-III 線断面図である。 【図４】上記装置の効果を説明するためのエンジン回転
数−トルク特性図である。 【図５】上記吸気装置の吸気管の変形例を示す断面図で
ある。 【図６】上記副吸気通路の吸気弁開口近傍部分の変形例
を示す断面側面図である。 【符号の説明】 １ ４サイクルエンジン（内燃機関） ７ａ 主吸気通路 ８ａ 副吸気通路 ８ｄ 副吸気通路の下流端 ９ 開閉弁 １０ｅ 吸気弁開口 １０ｄ 排気弁開口 １４ 吸気装置

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 燃焼用空気を吸気通路を介して気筒内に
    導入するようにした内燃機関の吸気装置において、上記
    吸気通路を、主吸気通路内に副吸気通路を該主吸気通路
    の底壁に密着させて配置してなる二重構造のものとし、
    上記吸気通路の途中に大容量のエアチャンバを設けると
    ともに、該吸気通路のエアチャンバより上流側にスロッ
    トルバルブを配設し、上記副吸気通路の上流端を上記エ
    アチャンバ内に開口させ、該副吸気通路の下流端を吸気
    弁開口の反排気弁開口側部分の近傍に位置させ、該副吸
    気通路内に開閉弁を配設し、該開閉弁をエンジンの低吸
    気量運転域では閉じることにより吸気を主吸気通路から
    気筒中心寄りに偏位させかつ気筒軸線方向に流入させる
    ようにしたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
JP09486097A 1997-03-28 1997-03-28 内燃機関の吸気装置 Expired - Fee Related JP3451589B2 (ja)

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US09/042,571 US5937815A (en) 1997-03-28 1998-03-17 Air intake system for internal combustion engine
DE69810831T DE69810831T2 (de) 1997-03-28 1998-03-26 Lufteinlasssystem für Brennkraftmaschine
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