「吸気」を明らかにする。さまざまに変化する状況、狙うは「いつでもマキシマム」。

インテークマニフォールド（吸気管）の設計というと、とかくWOT（ウォット=Wide Open Throttle：スロットル全開。そのエンジン回転数での最大トルクを発生する運転状態）での性能に目を向けがちだ。カタログに載る性能曲線図をどのように描きたいと考え、それを達成するために最適な管径なり管長なりを考慮する観点で捉えてしまう。トルクを効率的に発生させるため、吸気の動的効果である慣性過給（各吸気ポートの気柱を利用）と共鳴過給（吸気ポートより上流の吸気管の気柱を利用）を利用するが、その効果を最大限発生させることが吸気管にとって重要なのは事実。だが......。

「空気がたくさん入ることが必ずしも効率がいいとは限りません」と、アイシンで吸気系の開発に携わる伊藤篤史氏は語る。「慣性過給を合わせたからパーシャルスロットルの効率もいいかというと、必ずしもそうではありません」

トルクや出力だけではなく、燃費を考える必要もある。どちらにせよ重要なのは、気筒分配のばらつきを抑えることだ。4気筒なら、1番から4番まで、WOTであってもパーシャルであっても、各気筒に等分配することが重要になる。

「空気の分配が悪いと、A/Fを14.7で揃えたいのに、ある気筒は14になって、別の気筒は15.5になってというようなことが起きて最適な点火時期で運転できず、効率が悪くなります。空気をたくさん流したときも、パーシャルでスロットルが半開きのときでも、EGRも含めて各気筒に等分配になるような三次元的な流れ解析をし、吸気系を設計します」

定常流で確認するだけでなく、ピストンの上下運動にともなう脈動があるなかで空気はどうふるまうのか。綿密に検証しつつ諸元を決めていくことになる。吸気管にまつわるさまざまな疑問について、伊藤氏に回答いただいた。

各気筒での吸気量ばらつきを最小にする

直管形状がいいかと問われればそのとおりで、直管が空気抵抗ミニマムという考えは正しいと思います。ただ、当然のことながら実際のエンジンルームにはスペースの制約があります。前にはラジエーターがあり、上にはエンジンフードがある。いろんな物に囲まれているので、限られたスペースの中でレイアウト可能な吸気管をどうやって曲げたら一番性能が出るのか、エンジン全体を見るようなシミュレーションで流れを解析したり、インテークマニフォールド単独で圧力損失を確認したりします。各種CFDを使って吸気流量の最大化を図りつつ、気筒間のばらつきがあってはいけないので、それぞれの気筒で最小の吸気量ばらつきになるような設計をします。

吸気管だけを見ても効果は予測できない