JP2004300998A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒に導入する空気量の気筒間差を低減する内燃機関の吸気装置を提供することを課題とする。
【解決手段】内燃機関の複数の気筒に空気を各々導入する分岐管１１〜１８が一方側から他方側に配列されたインテークマニホールド２を備え、サージタンク１０の一方側に接続する吸気通路３から空気を吸入し、サージタンク１０内に吸入した空気を分岐管１１〜１８によって分配する内燃機関の吸気装置１であって、吸気通路２とサージタンク１０の他方側とに接続するバイパス通路４，５，６を備え、バイパス通路４，５，６からサージタンク１０に空気を吸入することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の気筒に空気を導入するインテークマニホールドを備える内燃機関の吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気装置のインテークマニホールドでは、スロットルバルブが設けられている吸気通路からサージタンク内に空気を吸入し、この吸入した空気を分岐管によって各気筒に分配している。サージタンクは、エンジンの配置や分岐管の形状等によって空気を吸入する位置が異なり、例えば、タンクの一端部から吸入するものやタンクの中央部から吸入するものがある。また、分岐管は、エンジンの型式やインテークマニホールドに確保されているスペース等に応じて様々な形状を有している。特に、インテークマニホールドには、各気筒に対して長さの違う分岐管を複数備え、エンジン回転数に応じて長さの違う分岐管を切り換えているものもある（特許文献１参照）。このようなインテークマニホールドには、分岐管の長さを確保するために、分岐管がサージタンクに巻きついているものがある。この場合、サージタンクは、タンクの側面には吸気通路を接続するスペースがないので、分岐管の巻きついていない端部に吸気通路が接続し、端部から空気を吸入している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７３５３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、車両のスタイリングや車室スペースの確保等によりエンジンルームのスペースが制約を受ける一方で、エンジンルームに収納しなければならない装置が増えている。そのため、エンジンルーム内の各装置のコンパクト化が求められ、インテークマニホールドもコンパクトにしなければならない。したがって、サージタンクのタンク容積が少なく、十分な流路面積を確保できない場合がある。特に、分岐管が巻きついているサージタンクは、タンク容積が少なく、流路面積も小さい。
【０００５】
一端部から空気を吸入するサージタンクの場合、流路面積が小さくなると縮流の影響により、空気を吸入している一端部から遠くになるほど（下流ほど）、吸入した空気の流速が速くなり、流量が少なくなる。そのため、下流の分岐管ほど気筒に導入する空気量が少なくなり、上流側と下流側とにおける空気量の気筒間差が大きくなる。通常、各気筒に対する燃料噴射量は同量であり、最も少ない空気量に合わせて燃料噴射量を設定している。そのため、下流側の気筒ほど最適な空燃比となるが、上流側の気筒ほど空気量の割合が大きくなって最適な空燃比からずれる。その結果、気筒間で空燃比が不均一になり、燃焼効率が低下する。ちなみに、特許文献１に記載のインテークマニホールドの場合、各気筒に導入する空気量のばらつきを少なくするために、サージタンク内に延びた分岐管を曲げ、上流側の分岐管の向きと下流側の分岐管の向きを変えている。そのため、サージタンク内を大きくする必要があり、コンパクト化できない。
【０００６】
そこで、本発明は、各気筒に導入する空気量の気筒間差を低減する内燃機関の吸気装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の吸気装置は、内燃機関の複数の気筒に空気を各々導入する分岐管が一方側から他方側に配列されたインテークマニホールドを備え、サージタンクの一方側に接続する吸気通路から空気を吸入し、サージタンク内に吸入した空気を分岐管によって分配する内燃機関の吸気装置であって、吸気通路とサージタンクの他方側とに接続するバイパス通路を備え、バイパス通路からサージタンクに空気を吸入することを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の吸気装置は、内燃機関の複数の気筒に空気を分配するインテークマニホールドを備えている。インテークマニホールドは、複数の気筒に空気を各々導入するための分岐管を有しており、分岐管が一方側から他方側に配列されている。また、インテークマニホールドは、サージタンクの一方側に吸気通路が接続しており、一方側から空気を吸入している。さらに、吸気装置は、吸気通路とサージタンクの他方側とに接続するバイパス通路を備えている。そして、インテークマニホールドは、バイパス通路によってサージタンクの他方側からも空気を吸入している。そのため、サージタンクにおいて、バイパス通路がない場合に比べて、一方側と他方側とで流速の差が小さくなり、一方側の流量は減少するが、他方側の流量が増加する。その結果、分岐管から各気筒に導入する空気量の気筒間差が小さくなり、燃焼効率が向上する。
【０００９】
なお、吸気通路がサージタンクに接続する一方側は、サージタンクの一方側の端部からサージタンクの中央部までである。バイパス通路がサージタンクに接続する他方側は、サージタンクの他方側の端部からサージタンクの中央部までである。
【００１０】
本発明の上記内燃機関の吸気装置は、吸気通路をサージタンクの一方側の端部に接続し、バイパス通路をサージタンクの他方側の端部に接続すると好適である。
【００１１】
この内燃機関の吸気装置では、吸気通路がサージタンクの一端部に接続し、バイパス通路がサージタンクの他端部に接続することによって、サージタンクの両端部から空気を吸入する。そのため、サージタンクにおいて一方側と他方側とでの流速の差が非常に小さくなり、各気筒に導入する空気量の気筒間差が非常に小さくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の吸気装置の実施の形態を説明する。
【００１３】
本実施の形態では、本発明に係る内燃機関の吸気装置を、８気筒エンジンの各気筒に対して１本づつ分岐管を有するインテークマニホールドを備える吸気装置に適用する。本実施の形態には、２つの実施の形態があり、第１の実施の形態が２本のバイパス通路を有する場合であり、第２の実施の形態が１本のバイパス通路を有する場合である。なお、本実施の形態では、インテークマニホールドにおいてスロットルバルブから近い側が一方側及び上流側であり、スロットルバルブから遠い側が他方側及び下流側である。
【００１４】
図１〜図５を参照して、第１に実施の形態に係る吸気装置１について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る吸気装置の平面図である。図２は、第１の実施の形態に係る吸気装置の側面図である。図３は、第１の実施の形態に係る吸気装置の正面図である。図４は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１５】
吸気装置１は、アクセルペダル（図示せず）の操作量等に応じて所定量の空気を吸入し、吸入した空気をエンジンの各気筒（図示せず）に分配する。特に、吸気装置１では、各気筒に分配する空気量の気筒間差を低減する。そのために、吸気装置１は、インテークマニホールド２、吸気管３、２本のバイパス管４，５、合流管６を備えている。
【００１６】
インテークマニホールド２は、吸気管３から空気を吸入するとともに合流管６から空気を吸入し、各気筒に空気を導入する。インテークマニホールド２は、サージタンク１０と８本の第１分岐管１１〜第８分岐管１８で構成される。
【００１７】
サージタンク１０は、エンジン本体（図示せず）の上方に配置され、スロットルバルブ（図示せず）の近い側から遠い側にかけてエンジン本体と同程度の長さを有する。サージタンク１０のスロットルバルブに近い側（一方側）の一端面１０ａには、吸気管３が接続される。また、サージタンク１０のスロットルバルブに遠い側（他方側）の他端面１０ｂには、合流管６が固定される。合流管６の先端部は、他端面１０ｂからタンク内部に突出している（図４参照）。
【００１８】
第１分岐管１１〜第８分岐管１８は、サージタンク１０の上部に２列で配設される。吸気管３が接続されている側から順に、第１分岐管１１と第２分岐管１２がサージタンク１０の左右に配置され、次に、第３分岐管１３と第４分岐管１４がサージタンク１０の左右に配置され、次に、第５分岐管１５と第６分岐管１６がサージタンク１０の左右に配置され、次に、第７分岐管１７と第８分岐管１８がサージタンク１０の左右に配置される（図１参照）。したがって、第１分岐管１１と第２分岐管１２はスロットルバルブから最も近い位置であり、第７分岐管１７と第８分岐管１８はスロットルバルブから最も遠い位置である。
【００１９】
各分岐管１１〜１８の一端部は、サージタンク１０の上面１０ｃからタンク内部にその一部が突出し、サージタンク１０の上面１０ｃで固定される（図５参照）。各分岐管１１〜１８の中間部は、サージタンク１０の上方で略Ｕ字状に曲がり、サージタンク１０の側方に位置する。（図３参照）。各分岐管１１〜１８とサージタンク１０の側面１０ｄ，１０ｅとは、バイパス管４，５が通る程度の間隔を有している（図３参照）。各分岐管１１〜１８の他端部は、各気筒のシリンダヘッドの吸気ポート（図示せず）に各々接続される。
【００２０】
吸気管３は、吸入空気をインテークマニホールド２まで導く管であり、吸入空気をサージタンク１０の一方側から導入する。吸気管３にはスロットルバルブが設けられ、スロットルバルブによって吸入空気量が調整される。なお、本実施の形態では、吸気管３に形成される吸気通路が特許請求の範囲に記載する吸気通路に相当する。
【００２１】
バイパス管４，５は、吸気管３を流れる吸入空気をサージタンク１０の他方側まで導く管であり、吸入空気を吸気管３から合流管６まで各々流す。バイパス管４，５の一端部は、吸気管３の側面に各々接続される。この接続する位置は、サージタンク１０に出来るだけ近い位置とする。バイパス管４，５は、吸気管３の各側面からサージタンク１０の一端面１０ａに沿って左右それぞれに延び、サージタンク１０の一側面１０ｄと分岐管１１，１３，１５，１７の間又は他側面１０ｅと分岐管１２，１４，１６，１８との間を通るように折れ曲がる（図１参照）。さらに、バイパス管４，５は、サージタンク１０の側面１０ｄ，１０ｅに沿って各々延び、サージタンク１０の他端面１０ｂに沿って折れ曲がる（図１参照）。そして、バイパス管４，５は、互いに繋がるとともに、合流管６に繋がる。バイパス管４，５の管径は、吸気管３の管径より小径である。
【００２２】
合流管６は、バイパス管４，５を流れる吸入空気をインテークマニホールド２まで導く管であり、吸入空気をサージタンク１０の他方側から導入する。合流管６の管径は、バイパス管４，５の管径と同程度の径である。なお、第１実施の形態では、バイパス管４とそれに繋がる合流管６に形成されるバイパス通路及びバイパス管５とそれに繋がる合流管６に形成されるバイパス通路の２本のバイパス通路が特許請求の範囲に記載するバイパス通路に相当する。
【００２３】
ちなみに、バイパス管４，５は、図１に示すように、サージタンク１０の外周に沿って配置されるとともに、分岐管１１〜１８の内側に配置される。つまり、バイパス管４，５は、インテークマニホールド２の隙間を有効利用して配設される。したがって、バイパス管４，５及び合流管６の占めるスペースとしては殆どインテークマニホールド２に対して確保されているスペース内であり、バイパス管４，５及び合流管６を配設するためだけにスペースを確保する必要は殆どない。
【００２４】
図１〜図５を参照して、吸気装置１における動作について説明する。吸気装置１では、吸気管３に所定量の空気が流れる。そして、吸気装置１では、吸気管３を流れる空気の一部を吸気管３からサージタンク１０に直接吸入させ、残りをバイパス管４，５に分岐させる。さらに、吸気装置１では、バイパス管４，５に分岐された空気を合流管６からサージタンク１０に吸入させる。
【００２５】
したがって、サージタンク１０には、一方側から空気が導入されるとともに、他方側からも空気が導入される（図５参照）。そのため、サージタンク１０では、一方側からのみ空気が導入される場合に比べて（バイパス管４，５及び合流管６が無い場合に比べて）、一方側での流速が速くなるとともに他方側での流速が遅くなり、一方側の流量は減るが、他方側の流量は増える。その結果、サージタンク１０における一端面１０ａから他端面１０ｂにおける流量の差は、非常に少ない。
【００２６】
図１１には、サージタンク１０の分岐管１１〜１８が配置されている位置における流量をグラフで示している。吸気装置１における流量が実線で示され、一方側からのみ空気が導入される従来の吸気装置における流量が破線で示されている。吸気装置１と従来の吸気装置とを比較すると、第１分岐管１１及び第２分岐管１２側における流量が多少減少し、第７分岐管１７及び第８分岐管１８側における流量が大幅に増加している。その結果、吸気装置１の場合、第７分岐管１７及び第８分岐管１８側の流量は第１分岐管１１及び第２分岐管１２側における流量より多少少ないが、その差は僅かである。
【００２７】
そして、吸気装置１では、サージタンク１０内を流れる空気を各分岐管１１〜１８から吸い上げ、各分岐管１１〜１８から各気筒に導入する。この際、サージタンク１０内の全域にわたって同程度の流量なので、分岐管１１〜１８で分配する空気量の差も少ない。したがって、各気筒に導入される空気量の気筒間差は、小さい。その結果、各気筒に対する燃料噴射量が同量でも、各気筒における空燃比が均一化し、燃焼効率が非常に良い。
【００２８】
第１の実施の形態に係る吸気装置１によれば、サージタンク１０の一方と他方の両側から空気を導入する構成としたので、サージタンク１０全域における流量差を極力低減でき、各気筒に導入する空気量の気筒間差を低減することができる。また、この吸気装置１では、バイパス管４，５をインテークマニホールド２の隙間に配置する構成としたので、バイパス管４，５のためのスペースを殆ど必要とせず、サージタンク１０内を大きくする必要もない。さらに、吸気装置１は、サージタンク１０の流路面積（タンク容積）を小さくした場合でも、両側から空気を吸入しているので、縮流が発生しない。そのため、吸気装置１は、コンパクト化に対応できる。
【００２９】
図６〜図１０を参照して、第２に実施の形態に係る吸気装置２１について説明する。図６は、第２の実施の形態に係る吸気装置の平面図である。図７は、第２の実施の形態に係る吸気装置の側面図である。図８は、第２の実施の形態に係る吸気装置の正面図である。図９は、図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図１０は、図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。なお、吸気装置２１では、第１の実施の形態に係る吸気装置１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
吸気装置２１は、第１の実施の形態に係る吸気装置１と同様の吸気装置であり、バイパス管を１本しか有しない点のみ異なる。吸気装置２１は、インテークマニホールド２、吸気管３、１本のバイパス管２２を備えている。
【００３１】
インテークマニホールド２では、サージタンク１０の他端面１０ｂにバイパス管２２が固定される。バイパス管２２の先端部は、他端面１０ｂからタンク内部に突出している（図９参照）。
【００３２】
バイパス管２２は、吸気管３を流れる吸入空気をサージタンク１０の他方側まで導く管であり、吸入空気を吸気管３から合流管６まで流す。バイパス管２２の一端部は、吸気管３の側面に接続される。この接続する位置は、サージタンク１０に出来るだけ近い位置とする。バイパス管２２は、吸気管３の側面からサージタンク１０の一端面１０ａに沿って延び、サージタンク１０の側面１０ｅと分岐管１２，１４，１６，１８との間を通るように折れ曲がる（図６参照）。さらに、バイパス管２２は、サージタンク１０の側面１０ｅに沿って延び、サージタンク１０の他端面１０ｂに沿って折れ曲がる（図６参照）。そして、バイパス管２２は、サージタンクの他端面１０ｂの中央に他端面１０ｂに向かって折れ曲がり、その他端部が他端面１０ｂで固定される。バイパス管２２の管径は、吸気管３の管径より小径である。なお、第２実施の形態では、バイパス管２２に形成されるバイパス通路が特許請求の範囲に記載するバイパス通路に相当する。
【００３３】
ちなみに、バイパス管２２は、図６に示すように、サージタンク１０の外周に沿って配置されるとともに、分岐管１２，１４，１５，１６の内側に配置される。バイパス管２２もインテークマニホールド２の隙間を有効利用して配設され、バイパス管２２を配設するためだけにスペースを確保する必要が殆どない。
【００３４】
図６〜図１０を参照して、吸気装置２１における動作について説明する。吸気装置２１では、吸気管３を流れる所定量の空気の一部を吸気管３からサージタンク１０に直接吸入させ、残りをバイパス管２２に分岐させる。さらに、吸気装置２１では、バイパス管２２に分岐された空気をサージタンク１０に吸入させる。
【００３５】
したがって、サージタンク１０には、第１の実施の形態に係る吸気装置１と同様に、一方と他方の両側から空気が導入され（図１０参照）、一方側からのみ空気が導入される場合に比べて、一方側の流量は減るが、他方側の流量は増える。しかし、吸気装置２１の場合、バイパス管を１本しか有しないので、吸気装置１に比べて他方側から導入する空気量は少ない。その結果、サージタンク１０における一端面１０ａから他端面１０ｂにおける流量の差は、小さいが、吸気装置１に比べると大きくなる。
【００３６】
図１１には、吸気装置２１における流量が一点鎖線で示されている。吸気装置２１と従来の吸気装置とを比較すると、第１分岐管１１及び第２分岐管１２側における流量が多少減少し、第７分岐管１７１及び第８分岐管１８側における流量が大幅に増加している。また、吸気装置２１と第１の実施の形態に係る吸気装置１とを比較すると、第１分岐管１１及び第２分岐管１２側における流量が多少増加し、第７分岐管１７１及び第８分岐管１８側における流量が多少減少している。その結果、吸気装置２１の場合、第７分岐管１７１及び第８分岐管１８側の流量は第１分岐管１１及び第２分岐管１２側における流量より多少少ないが、その差は僅かであるが、吸気装置１よりもその差は大きい。
【００３７】
そして、吸気装置２１では、サージタンク１０内を流れる空気を各分岐管１１〜１８から各気筒に導入する。この際、サージタンク１０内の全域にわたって同程度の流量なので、分岐管１１〜１８で分配する空気量の差も少なく、各気筒に導入される空気量の気筒間差も小さい。
【００３８】
第２の実施の形態に係る吸気装置２１によれば、第１の実施の形態に係る吸気装置１と同様の作用効果を有するが、各気筒に導入する空気量の気筒間差は吸気装置１より多少大きくなる。しかし、吸気装置２１は、バイパス管を１本しか有しないので、吸気装置１より構成が簡単であり、部品点数も少ない。
【００３９】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００４０】
例えば、本実施の形態では吸気通路がサージタンクの一端面に接続し、バイパス通路がサージタンクの他端面に接続する構成としたが、吸気通路がサージタンクの中央部から一端面のいずれかの箇所（例えば、側面）に接続し、バイパス通路がサージタンクの中央部から他端面のいずれかの箇所（例えば、側面）に接続する構成であれば、気筒間差を低減することができる。
【００４１】
また、本実施の形態ではバイパス通路をサージタンクの側方に配置する構成としたが、空いているスペースを考慮し、サージタンクの上方や下方に配置する構成でもよい。
【００４２】
また、本実施の形態では分岐管を各気筒に対して１本づつ有するインテークマニホールドに適用したが、長さの異なる分岐管を各気筒に対して複数本づつ有するインテークマニホールドに適用してもよい。また、分岐管の長さを確保するために、サージタンクに巻きつく分岐管を有するインテークマニホールドに適用してもよい。この場合、サージタンクの流路面積が小さくなるが、サージタンクの両側から空気を吸入するので、縮流が発生することなく、流速が速くならない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、サージタンクの一方側と他方側の両側から空気を吸入できる構成としたので、各気筒に導入する空気量の気筒間差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る吸気装置の平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る吸気装置の側面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る吸気装置の正面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る吸気装置の平面図である。
【図７】第２の実施の形態に係る吸気装置の側面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る吸気装置の正面図である。
【図９】図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図１０】図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図１１】サージタンク内の分岐管の位置における空気の流量を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２１…吸気装置、２…インテークマニホールド、３…吸気管、４，５，２２…バイパス管、６…合流管、１０…サージタンク、１１…第１分岐管、１２…第２分岐管、１３…第３分岐管、１４…第４分岐管、１５…第５分岐管、１６…第６分岐管、１７…第７分岐管、１８…第８分岐管、

Claims (2)

1. 内燃機関の複数の気筒に空気を各々導入する分岐管が一方側から他方側に配列されたインテークマニホールドを備え、サージタンクの一方側に接続する吸気通路から空気を吸入し、サージタンク内に吸入した空気を分岐管によって分配する内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気通路と前記サージタンクの他方側とに接続するバイパス通路を備え、
   前記バイパス通路からサージタンクに空気を吸入することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記吸気通路は前記サージタンクの一方側の端部に接続し、前記バイパス通路は前記サージタンクの他方側の端部に接続することを特徴とする請求項１に記載する内燃機関の吸気装置。

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