JP2004068625A - エンジンの可変吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気系容積を増大させることなく共鳴効果を制御しうるエンジンの可変吸気装置を提供する。
【解決手段】サージタンク１内は、隔壁１１により上下２室に分割してある。このようなサージタンク１に対し、吸気管２を隔壁１１と平行な面内で湾曲させて接続する。そして、吸気管２とサージタンク１とで包囲された空間に、吸気管２内とサージタンク１内の各室とを連通させる分岐管３を配設する。分岐管３には、サージタンク側端部３３に第１の弁４を、吸気管側端部３４に第２の弁５を設置する。これらの弁４，５は、エンジン回転数に応じて開閉させる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、共鳴効果による過給効果を選択的に発揮させるエンジンの可変吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共鳴効果を制御して吸気の充填効率を向上させるエンジンの可変吸気装置として、次のものが知られている。すなわち、マニホールド部が上下２段に分かれて接続するサージタンク（若しくは、コレクタ）において、このサージタンク内を上室と下室とに分割する隔壁を形成するとともに、この隔壁に上下両室を連通する孔を設け、エンジン回転数に応じてこの孔を開閉させる弁（「パワーバルブ」と呼ばれる。）を設置したものである。ここで、孔を開放させたときにこのパワーバルブが抵抗となって空気の流れが妨げられることを防ぐため、サージタンクを各室におけるマニホールド部配列方向に延設し、この延設部内にパワーバルブを位置させるようにしている（日産自動車ＺＶ２エンジン）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の可変吸気装置には、次の問題がある。すなわち、パワーバルブがサージタンク内における空気の実質的な通路から外れた位置にあることで、空気の流れが妨げられることはないものの、サージタンクの延設に伴って吸気系容積が増大しているため、燃費が犠牲になっているということである。特開平０７−０７７１１７号公報に記載の装置は、これと同様な問題を有している。すなわち、同装置では、各バンクについて設けられた２つのサージタンクを連通する通路を形成し、この通路に設置したパワーバルブを開閉させて共鳴効果を制御している。このため、吸気系容積が増大し、燃費が犠牲になっているのである。
【０００４】
そこで、本発明は、吸気系容積を増大させることなく共鳴効果を制御しうるエンジンの可変吸気装置を提供することで、出力と燃費とを両立させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、サージタンク内を隔壁により所定のマニホールド部に連通する室毎に分割するとともに、このサージタンクの上流側の吸気管を前記隔壁に平行な面内で湾曲させてサージタンクに接続する。そして、このようなサージタンクに対し、吸気管とサージタンクとで包囲される空間に分岐管を配設して、吸気管内をサージタンク内の各室に連通させる。さらに、この分岐管のサージタンク側端部において、エンジンの運転状態に応じて駆動される第１の弁を設置する。
【０００６】
このような構成によれば、エンジンの運転状態に応じて第１の弁を開閉させることで、共鳴効果を制御し、充填効率を向上させることができる。ここで、本発明では、第１の弁がサージタンク外に位置するため、第１の弁の設置に際して吸気系容積を増大させることがなく、燃費を悪化させずに共鳴効果を制御することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＶ型６気筒エンジン（以下「エンジン」という。）のサージタンク１及びその周辺部の、エンジン上下方向に直交する面による断面図である。また、図２〜５は、それぞれこの部分の直線Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄによる断面図である。
【０００８】
サージタンク１は、このサージタンク１の外壁と一体に成形された隔壁１１により内部が２室に分割されている。本実施形態において、この隔壁１１は、サージタンク１に対するマニホールド部１２ａ〜１２ｆの配列に対応して、エンジン上下方向に直交する面と平行に設定されており、サージタンク１内は、上下に分割されている（図５）。
【０００９】
このようなサージタンク１に対し、上流側に吸気管２が接続している。この吸気管２は、入口部にフランジ部２１が形成されており、このフランジ部２１を介して図示しないスロットルチャンバと結合される。そして、中間部２２において、概ねサージタンク１の長手方向（ここでは、マニホールド部配列方向に等しい。）に沿って延伸し、サージタンク接続部２３において、サージタンク１に向けて隔壁１１と平行な面内で弧状に湾曲して、サージタンク１に接続している。また、吸気管２は、サージタンク接続部２３において、仕切り壁２４により内部が上下に分割されており、この部分がランデブー部とされている。この仕切り壁２４は、末端でサージタンク１内の隔壁１１に接続しているので、吸気管２のサージタンク接続部２３は、サージタンク１の上室１３に連通する第１通路２５と、その下室１４に連通する第２通路２６とに区画されている（図４）。
【００１０】
また、サージタンク１の上流側には、吸気管２から分岐した分岐管３が接続している。この分岐管３は、上記のように弧状に湾曲する吸気管２のサージタンク接続部２３と、サージタンク１とで包囲された空間に配設されている。分岐管３は、吸気管２の中間部２２から分岐して、サージタンク接続部２３に沿って延伸しており、吸気管接続部３１からサージタンク接続部３２にかけてその断面積が徐々に拡大されている。ここで、吸気管２と分岐管３とは、各々を形成する管壁の一部２３ａを共通として一体に成形されている（図２）。
【００１１】
このような分岐管３において、サージタンク側端部３３に第１の弁としての蝶型弁４が、反対の吸気管側端部３４に第２の弁としての蝶型弁５が設置されている。以下の説明では、前者をパワーバルブと、後者を制御バルブと呼ぶこととする。サージタンク１内の隔壁１１は、このパワーバルブ４のすぐ下流で終結している（図３）。
【００１２】
図６は、パワーバルブ４及び制御バルブ５の制御系の構成を示している。これらのバルブ４，５は、いずれもエンジンコントローラ１０１からの指令信号に基づいて作動する。エンジンコントローラ１０１には、クランク角センサからのエンジン回転数検出信号及びエアフローメータからの吸入空気量検出信号を含む、各種運転状態検出信号が入力される。エンジンコントローラ１０１は、入力信号から現在のエンジンの運転状態を判断するとともに、これに応じたパワーバルブ４及び制御バルブ５の指令信号を発生する。
【００１３】
本実施形態において、パワーバルブ４は、ダイヤフラムアクチュエータ１１１により駆動される。エンジンコントローラ１０１は、このアクチュエータ１１１に対し、エンジンの低及び中回転時にパワーバルブ４を閉弁させるための指令信号を発生する一方、高回転時にはこれを開弁させるための指令信号を発生する。ダイヤフラムアクチュエータ１１１は、指令信号に基づいて形成される作動圧を受けてパワーバルブ４を開閉させる。
【００１４】
また、制御バルブ５は、ステッピングモータアクチュエータ１１２により駆動される。エンジンコントローラ１０１は、このアクチュエータ１１２に対し、エンジンの低及び中回転時に制御バルブ５を閉弁させるための指令信号を発生する一方、高回転時にはパワーバルブ４と連動させてこれを開弁させるための指令信号を発生する。ステッピングモータアクチュエータ１１２は、指令信号に対応する開度に制御バルブ５を駆動する。
【００１５】
図１に戻り、サージタンク１の下流側には、各気筒に対応する６つのマニホールド部１２ａ〜１２ｆが接続している。これらのマニホールド部１２ａ〜１２ｆは、サージタンク１に対し、上下２段に分かれて、各段について３つずつ気筒配列方向に並んで接続している。従って、サージタンク１の上室１３は、３つのマニホールド部１２ａ，１２ｃ及び１２ｅを介して、一方（例えば、エンジン前面から見て左）のバンクに設けられた気筒に連通しており、下室１４は、これら以外の３つのマニホールド部１２ｂ，１２ｄ及び１２ｆを介して、他方のバンクに設けられた気筒に連通している。
【００１６】
次に、本実施形態に係るエンジンの可変吸気装置の動作について、図７を参照して説明する。ここでは、サージタンク１、吸気管２、分岐管３、第１の弁としてのパワーバルブ４、第２の弁としての制御バルブ５、エンジンコントローラ１０１及び各バルブのアクチュエータ１１１，１１２を含んで可変吸気装置が構成される。
【００１７】
エンジンの低及び中回転時では、図７（ａ）のように、エンジンコントローラ１０１からの指令信号に基づいてパワーバルブ４及び制御バルブ５がいずれも閉弁する。従って、スロットルチャンバ（図示せず）を通過した空気Ｆ１は、すべて吸気管２のサージタンク接続部２３に流入する。そして、サージタンク接続部２３の第１通路２５に流入した空気Ｆ２は、サージタンク１の上室１３を経てマニホールド部１２ａ，１２ｃ又は１２ｅに、第２通路２６に流入した空気Ｆ３は、サージタンク１の下室１４を経てマニホールド部１２ｂ，１２ｄ又は１２ｆに流入する。
【００１８】
一方、高回転時では、図７（ｂ）のように、エンジンコントローラ１０１からの指令信号に基づいてパワーバルブ４及び制御バルブ５がいずれも開弁する。従って、スロットルチャンバ（図示せず）を通過した空気は、吸気管２のサージタンク接続部２３だけでなく、分岐管３にも流入するようになる。そして、分岐管３に流入した空気Ｆ４は、サージタンク１内の上室１３か、あるいは下室１４を経て、対応するマニホールド部に流入する。
【００１９】
本実施形態に係るエンジンの可変吸気装置によれば、次の効果を得ることができる。
第１に、サージタンク１内を隔壁１１により３つマニホールド部に連通する室毎に分割するとともに、吸気管２をサージタンク接続部２３において湾曲させてサージタンク１に接続してある。このため、エンジンの低及び中回転時に分岐管３を遮断し、吸気管２を通してサージタンク１に空気を流入させることで、共鳴効果により充填効率を高めることができる。ここで、吸気管２のサージタンク接続部２３を仕切り壁２４により分割し、この部分をランデブー部としたことで、より強い共鳴効果を得ることができる。一方、高回転時には、パワーバルブ４及び制御バルブ５を開弁させて分岐管３を開放することで、空気抵抗を下げ、吸気慣性効果を得ることができる。
【００２０】
第２に、第１の弁としてのパワーバルブ４がサージタンク１外に設置されるので、吸気系容積を増大させずに、すなわち、高い燃費を維持したまま共鳴効果を制御することができる。ここで、慣性過給を行うためにパワーバルブ４及び制御バルブ５を開いた状態では、湾曲させたサージタンク接続部２３の内方に位置するマニホールド部１２ａ，１２ｂ（図１）への空気の流入が円滑となるので、出力を向上させることができる。
【００２１】
第３に、高回転時用の吸気通路を本来の吸気管２とは別の分岐管３を含んで構成することとしたので、吸気管２自体は、共鳴効果が最大限発揮されるように適合させることが許容される。このため、径を細くしたり、長さを延長したりすることで、共鳴効果のピークを低回転側にシフトさせ、低回転時に充分なトルクを得ることが可能となる。
【００２２】
第４に、分岐管３の吸気管接続部３１を、吸気管２のうちサージタンク接続部２３から上流側にずらして中間部２２に設けることとした。このため、仕切り壁２４が分岐管３への流れの抵抗になることがなく、空気を円滑に吸入させることができる。
ところで、制御バルブ５は、単に開閉させるだけでなく、図７（ｃ）のように全閉開度（そのときの位置を５ａで示す。）と全開開度（そのときの位置を５ｂで示す。）との間の中間開度に調整することも可能である。そこで、エンジンの低及び中回転時にエンジンコントローラ１０１からステッピングモータアクチュエータ１１２に出力される指令信号を、エンジン回転数に応じ、制御バルブ５を閉弁させるための指令信号と、これを中間開度に調整するための指令信号とで切り換えて発生するようにしてもよい。
【００２３】
このようにすれば、上記のように共鳴効果を得ることができるばかりでなく、分岐管３の吸気管側端部３４に開口部が形成されるので、分岐管３内のうち制御バルブ５とパワーバルブ４との間の空間を利用してレゾネータを構成し、吸気音を低減させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動車用エンジンの可変吸気装置の断面図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図
【図５】図１のＤ−Ｄ断面図
【図６】本発明の一実施形態に係る自動車用エンジンの可変吸気装置の制御系の構成図
【図７】同上可変吸気装置の動作説明図
【符号の説明】
１…サージタンク、１１…隔壁、１２ａ〜１２ｆ…マニホールド部、２…吸気管、２１…フランジ部、２２…中間部、２３…吸気管のサージタンク接続部、２４…仕切り壁、３…分岐管、３１…分岐管の吸気管接続部、３２…分岐管のサージタンク接続部、３３…サージタンク側端部、３４…吸気管側端部、４…第１の弁としてのパワーバルブ、５…第２の弁としての制御バルブ、１０１…コントローラとしてのエンジンコントローラ、１１１，１１２…アクチュエータ。

Claims (6)

1. 内部が隔壁により所定のマニホールド部に連通する室毎に分割されたサージタンクと、
   このサージタンクの上流側に配設され、前記隔壁に平行な面内で湾曲するサージタンク接続部を有する吸気管と、
   この吸気管とサージタンクとで包囲される空間に配設され、この吸気管内を前記隔壁により分割されたサージタンク内の各室に連通させる分岐管と、
   この分岐管を開閉させるための、分岐管のサージタンク側端部に設置された第１の弁と、
   この第１の弁をエンジンの運転状態に応じて作動させるコントローラとを含んで構成されるエンジンの可変吸気装置。
2. 前記吸気管と前記分岐管とが共通の壁部により区画された請求項１に記載のエンジンの可変吸気装置。
3. 前記吸気管において、前記隔壁の端縁より上流側に向けて連設された仕切り壁を備え、サージタンク接続部にランデブー部が形成された請求項１又は２に記載のエンジンの可変吸気装置。
4. 前記分岐管の吸気管接続部が前記ランデブー部よりも上流側に位置する請求項３に記載のエンジンの可変吸気装置。
5. 前記分岐管の吸気管側端部に設置された、前記第１の弁とは異なる第２の弁と、この第２の弁を作動させるコントローラとを備える請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの可変吸気装置。
6. 前記第２の弁の作動モードとして、第１の弁の閉時に全閉開度と全開開度との間の中間開度に設定されるモードを有する請求項５に記載のエンジンの可変吸気装置。

Images