JP2005090414A - Ｖ型内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連通管５１を偏平化せずに大きな通路断面積を確保する。
【解決手段】Ｖ型６気筒内燃機関用の吸気コレクタ１として、右バンク用の第１コレクタ部１３と左バンク用の第２コレクタ部１４とを両側に備え、前端部に、左右に延びた連通管５１を備える。両コレクタ部１３，１４の間の領域に、各コレクタ部１３，１４から内側へ延びるブランチ部が配置されており、その上方の空間が、カバー部４１により覆われて、連通管５１の中央部と一体に連通した容積室となっている。連通管５１の両端部は、内部でコレクタ部１３，１４と接続されており、各コレクタ部１３，１４と容積室との間で連通管５１を開閉するように、一対の開閉弁５４を備えている。開閉弁５４が閉じると、各バンクの吸気系が独立し、開閉弁５４が開くと、両バンクの吸気系が一体となる。連通管５１はブランチ部と上下に重ならないので、円形断面とすることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、Ｖ型内燃機関の吸気装置、特に、機関運転条件に応じて吸気系を各バンク毎に独立した状態と両バンクで一体となった状態に切り換えることができる可変機構を備えた吸気装置の改良に関する。

例えばＶ型６気筒内燃機関においては、一方のバンクの＃１，＃３，＃５気筒と、他方のバンクの＃２，＃４，＃６気筒とで、吸気行程が重ならないことから、両バンクの吸気系を分離することにより低中速領域で大きな吸気動的効果を得ることができる。そして、高速高負荷域では、実質的な吸気管長を短くするように、左右バンクの容積室を互いに連通させることで、充填効率が向上することが知られている。

そのため、各バンク毎に一対の容積室を設け、かつ両容積室を連通する連絡通路に開閉弁を設けて、両者を機関運転条件に応じて連通もしくは分離させることができるようにした可変吸気装置が従来から種々提案されている。

特許文献１には、吸気入口を備えた中央の第１容積室の外側に、それぞれ各バンクに対応する一対の第２容積室を配置し、第１容積室の端部と第２容積室の端部とを共鳴通路部で接続するとともに、各第２容積室と中央の第１容積室との間に、偏平な板状弁体を用いたバルブユニットをそれぞれ配置した構成が開示されている。
特開平１１−２９４１７１号公報

上記構成においては、左右両側に位置する第２容積室の外側から該第２容積室の下側を通って、各気筒のブランチ部がバンク間の中央部へと延びている。つまり、一つの平面にほぼ沿った形で配置された６本のブランチ部の上に、第１，第２容積室や共鳴通路部が積み重ねられた２段重ねの構成となっている。そのため、自動車のエンジンルームのように上下方向の寸法が制約された条件下では、第１，第２容積室や共鳴通路部の断面形状さらにはブランチ部の断面形状をかなりの偏平形状にせざるを得ず、通気抵抗の上で好ましくない。また、開閉弁となるバルブユニットも偏平形状となるので、その精度確保や加工が、円形の開閉弁に比べて面倒となり易い。

この発明に係るＶ型内燃機関の吸気装置は、Ｖ型内燃機関のバンク間の上方に吸気コレクタが配置され、この吸気コレクタ内部で吸気系の切換が行われるようになっている。

上記吸気コレクタは、左右両側にそれぞれ第１，第２コレクタ部を備えるとともに、前端部に、左右に延びた連通管を有している。また、上記第１，第２コレクタ部の間の領域に、各コレクタ部から互いに内側へ向かうように延びた各気筒のブランチ部が並んで配置されている。そして、各コレクタ部の前端部がそれぞれ上記連通管に接続されているとともに、各コレクタ部の後端部にそれぞれ吸気入口が設けられており、上記連通管を開閉する少なくとも一つの開閉弁を備えている。この開閉弁が閉じた状態では、各コレクタ部が分離独立した吸気系となり、開閉弁が開いた状態では、両者が一体に連通する。

この発明によれば、第１，第２コレクタ部がブランチ部と上下に重ならないとともに、左右の第１，第２コレクタ部を連通する連通管が、ブランチ部の前方を通るように吸気コレクタの前端部に設けられているので、上下方向の寸法の制約が少なくなり、第１，第２コレクタ部や連通管を極端な偏平形状にせずにすみ、通気抵抗をより小さくすることができる。

また、連通管を真円形に近い断面形状とすることが可能となり、その剛性が向上するので、吸気脈動等による放射音が低減する。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３は、この発明に係るＶ型６気筒内燃機関用の吸気装置の一実施例を示している。この吸気装置は、Ｖ型内燃機関のバンク間の上方に配置される偏平な箱状の吸気コレクタ１と、この吸気コレクタ１と各気筒の吸気ポートを接続する下部マニホルド２と、から大略構成されている。上記下部マニホルド２は、図１に示すように、吸気コレクタ１の中央部下面に取り付けられ、左右バンクのシリンダヘッド３，４がこの下部マニホルド２を介して吸気コレクタ１に接続されるようになっている。

上記吸気コレクタ１は、コレクタボディ１１とコレクタカバー１２との２つの部材に分割して構成されているものであり、コレクタボディ１１およびコレクタカバー１２のそれぞれは、アルミニウム合金により一体に鋳造されている。図４および図５は、コレクタカバー１２を取り外したコレクタボディ１１の単体での構成を示している。

上記コレクタボディ１１は、左右両側に、それぞれ第１コレクタ部１３および第２コレクタ部１４を備えている。これらのコレクタ部１３，１４は、気筒列方向（前後方向）に細長い箱状をなしており、互いにほぼ平行に配置されているとともに、それぞれの互いに対向する内側面から互いに内側へ各３本のブランチ部１５が延びている。

これらの計６本のブランチ部１５は、図５に示すように、両コレクタ部１３，１４の間の領域において、互い違いに組み合わさるような形で並んで配置されており、かつそれぞれの先端部が、吸気コレクタ１の中央部に達している。各ブランチ部１５内の通路（ブランチ通路）は、吸気コレクタ１の下面中央部に突出して形成されたブランチ集合部１６の下面に、１列に並んで開口している。上記下部マニホルド２は、このブランチ集合部１６の下面に取り付けられ、各ブランチ通路を左右に振り分けて、シリンダヘッド３，４の吸気ポートに連通させている。この下部マニホルド２を介して、図１において左側のシリンダヘッド３（右バンク）の♯１，♯３，♯５気筒は、図右側のコレクタ部１３に接続され、図右側のシリンダヘッド４（左バンク）の♯２，♯４，♯６気筒は、図左側のコレクタ部１４に接続されている。

また、２つのコレクタ部１３，１４の間には、６本のブランチ部１５を連ねるように、コレクタ部１３，１４の下面の高さ位置に沿った底壁１７が一体に形成されているとともに、図４に示すように後部壁１８が一体に形成されており、これらのコレクタ部１３，１４と底壁１７と後部壁１８との内側に、容積室２１となる空間が形成されている。この容積室２１となる空間の上部には、コレクタ部１３，１４の上面の高さ位置にほぼ対応した一つの平面に沿って、ほぼ矩形をなす開口フランジ２２がボルトボス部２３とともに形成されており、ここに上記コレクタカバー１２が取り付けられている（図２、図３参照）。詳しくは、上記コレクタカバー１２の板状のカバー部４１が、液体ガスケット等の適宜なシール材を介して上記開口フランジ２２を覆っており、かつ上記ボルトボス部２３に螺合する複数本のボルト４２により結合されている。これによって、上記の底壁１７より上方の空間が、密閉された容積室２１となっている。

なお、上記容積室２１内には、図４、図５に示すように、コレクタボディ１１を下部マニホルド２に固定するためのボルトが貫通する円筒状のボス部２５が、ブランチ部１５の肉と部分的に連続した形で、６箇所に形成されている。これらのボス部２５に配置される図示せぬボルトは、コレクタカバー１２を取り付ける前に、容積室２１側から締付作業がなされる。

上記第１，第２コレクタ部１３，１４の後端部には、それぞれ首部１３ａ，１４ａを介して吸気入口２７，２８が設けられている。これらの吸気入口２７，２８は、互いに内側を向くように斜めに傾けて形成されており、矩形のフランジ２９，３０をそれぞれ備えている。

図２、図３に示すように、上記コレクタカバー１２においては、上記カバー部４１の上面に、吸気入口管４４が一体に鋳造されている。この吸気入口管４４は、平面図上で見て略Ｓ字状をなすように湾曲しており、下流端部が、コレクタカバー１２の後端部に設けられた台形状をなす吸気分岐部４５に連続している。そして、吸気分岐部４５は、左右に一対の吸気出口部４６，４７を有し、この吸気出口部４６，４７と各コレクタ部１３，１４の吸気入口２７，２８との間に、スロットル弁を内蔵したスロットルチャンバ３１，３２がそれぞれ介装されている。このスロットルチャンバ３１，３２は、上記フランジ２９，３０に取り付けられており、上記吸気出口部４６，４７との間は、短いゴムホース３３，３４によって接続されている。３５は、このゴムホース３３，３４を締め付けるホースクランプを示す。

なお、上記吸気入口管４４は、図外のエアクリーナに吸気ダクトを介して接続される吸気取入口４８が、第１コレクタ部１３の側方において前方へ向かって開口しているとともに、ここから略９０°湾曲して第１コレクタ部１３の上を左右方向に横切り、さらに容積室２１上方位置で後方へ略９０°湾曲して上記吸気分岐部４５へ至る。そして、上記吸気取入口４８の部分では略円形の断面形状を有し、かつ第１コレクタ部１３と交差する付近から上下方向の寸法が小さな偏平な形状となっていくとともに、その通路断面積が、吸気分岐部４５へ近付くにつれて徐々に拡大するようになっている。

一方、吸気コレクタ１の前端部つまりコレクタボディ１１の前端部には、左右に延びた円筒状の連通管５１が設けられている。この連通管５１は、第１，第２コレクタ部１３，１４等と一体に鋳造されたもので、図７に内部構造を示すように、その両端部が、窓状の開口部５２を通して、第１，第２コレクタ部１３，１４の前端部にそれぞれ接続されている。また、この連通管５１の長手方向の中間部は、同じく窓状の開口部５３を通して、コレクタ部１３，１４の間の容積室２１に開放されている。つまり、実質的に容積室２１と一体の室となっている。そして、この連通管５１内部を、上記開口部５２と上記開口部５３との間の位置において遮断するように、バタフライバルブ型の弁体５５を備えた開閉弁５４が、連通管５１の左右にそれぞれ設けられている。なお、上記弁体５５の周縁が開閉の際に接触する連通管５１の要部の内周面は、鋳造後、部分的に機械加工されている。図６は、この弁体５５が位置する部分での連通管５１の断面形状を示しており、図示するように、真円形に近い長円形をなしている。従って、弁体５５の外形状も、この図６と同様の長円形をなしている。また、連通管５１の両端は、上記の機械加工や弁体５５の組立のために、開放された形に鋳造されており、最終的に別体のエンドプレート５７をそれぞれ取り付けることによって閉塞されている。

上記開閉弁５４は、図２等に示すように、ブラケット６１を介して支持される負圧ダイヤフラム式アクチュエータ６２を備えており、弁体５５のシャフト（図示せず）端部に設けられたリンクプレート６３に上記アクチュエータ６２のロッド６２ａ先端が連係し、負圧の導入・遮断に応じて開閉動作する。６４は、リンクプレート６３の回動範囲を規制するストッパピンである。なお、一対の開閉弁５４は、基本的に左右対称に構成されており、通常は、両者同時に開閉制御される。

また、上記連通管５１の中央上面には、ボルト締付作業用の作業孔６５が設けられており、この作業孔６５が、六角孔を備えたねじ式のプラグ６６によって閉塞されている。この作業孔６５の直下となる連通管５１底部には、前述した下部マニホルド２固定用のボス部２５と同様のボス部（図示せず）が位置しており、下部マニホルド２前端部に螺合するボルトが該ボス部に配置されている。つまり、上記のボルトを作業孔６５を通して連通管５１の外側から締め付けた後に、上記プラグ６６を装着することで、密閉されている。なお、下部マニホルド２の後端部に対応するもう１本のボルトが貫通するボス部２５Ａが、コレクタボディ１１の後端部の後部壁１８外側に設けられている。従って、コレクタボディ１１と下部マニホルド２とは、前述したボス部２５に対応する左右３箇所ずつの６箇所と、前後の１箇所ずつとの、計８点で固定されている（図５参照）。

上記のように構成された吸気装置においては、例えば内燃機関が低中速域にあるときには、上記の一対の開閉弁５４がそれぞれ閉じられる。これにより、第１コレクタ部１３と第２コレクタ部１４とが、互いに分離独立したものとなり、かつ容積室２１からも切り離された形となる。従って、吸気分岐部４５から下流側で左右バンク毎に独立した吸気系が構成されるとともに、吸気分岐部４５から各気筒へ至るそれぞれの管長が十分に長く得られ、かつ第１，第２コレクタ部１３，１４の実質的な容積が小さくなる。これにより、低中速域に適した吸気動的効果が得られ、体積効率の向上により低中速域のトルクが向上する。

また、例えば内燃機関が高速域となると、一対の開閉弁５４がそれぞれ図７の仮想線のように開かれ、第１コレクタ部１３と第２コレクタ部１４とが連通管５１により互いに連通するとともに、中央の容積室２１とも一体のものとなる。従って、左右バンクの独立した部分の管長は短くなり、かつ各バンクの吸気系が合流する室の容量が非常に大きなものとなる。そのため、高速域に適した吸気動的効果が得られ、高速域の体積効率が向上する。

特に、上記構成では、連通管５１がブランチ部１５の前方に位置し、該連通管５１や開閉弁５４が、ブランチ部１５と上下に重ならずに、ブランチ部１５とほぼ同一の高さ位置にあるので、連通管５１の断面形状を真円形に近い円形形状とすることができ、かつ通路断面積を大きく確保することができる。そのため、開閉弁５４を開いた状態において、第１，第２コレクタ部１３，１４や容積室２１の連通状態がより向上し、内部の圧力が均一となって、良好な吸気動的効果が得られる。また、開閉弁５４の弁体５５が真円形に近い円形形状となるため、該弁体５５の周縁と連通管５１内周面とのシール性の確保やこれらの機械加工が容易となる。そして、連通管５１が円筒形状をなすため、壁部の剛性が向上し、吸気脈動等による放射音が低減する。

しかも、第１，第２コレクタ部１３，１４もブランチ部１５と上下に重ならないため、両コレクタ部１３，１４やブランチ部１５を極端な偏平形状とせずに済み、偏平化に伴う吸気抵抗の増加を回避できる。

また上記実施例では、第１，第２コレクタ部１３，１４の間のブランチ部１５の上方の空間、つまり通常はデッドスペースとなる空間が、コレクタカバー１２のカバー部４１で覆うことにより、容積室２１として利用されており、従って、全体として小型で、かつスペース利用効率に優れたものとなる。

なお、図示の実施例は、Ｖ型内燃機関を、クランクシャフト軸方向が車両前後方向に沿った形となる、所謂縦置き状態に車両エンジンルームに搭載する場合に好適なものである。つまり、連通管５１が車両の前方に、スロットルチャンバ３１，３２が車両のダッシュボード寄りに位置するものとなる。上記実施例では、前方の連通管５１の上面位置に比べて、後方の吸気分岐部４５の上面は相対的に上方へ張り出しているが、これらによる吸気コレクタ１上面の全体的な傾斜が、エンジンルーム上面を覆うフードの傾斜に対応したものとなる。

この発明の吸気装置を一対のシリンダヘッドとともに示す正面図。 吸気コレクタを下部マニホルドとともに示す斜視図。 吸気コレクタの平面図。 コレクタボディ単体での構成を示す斜視図。 コレクタボディ単体の平面図。 図５のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

符号の説明

１…吸気コレクタ
２…下部マニホルド
３，４…シリンダヘッド
１１…コレクタボディ
１２…コレクタカバー
１５…ブランチ部
２１…容積室
２７，２８…吸気入口
３１，３２…スロットルチャンバ
５１…連通管
５４…開閉弁

Claims (6)

1. Ｖ型内燃機関のバンク間の上方に吸気コレクタが配置されるとともに、この吸気コレクタ内部で吸気系の切換が行われるＶ型内燃機関の吸気装置において、
   上記吸気コレクタは、左右両側にそれぞれ第１，第２コレクタ部を備えるとともに、前端部に、左右に延びた連通管を有し、
   上記第１，第２コレクタ部の間の領域に、各コレクタ部から互いに内側へ向かうように延びた各気筒のブランチ部が並んで配置されており、
   各コレクタ部の前端部がそれぞれ上記連通管に接続されているとともに、各コレクタ部の後端部にそれぞれ吸気入口が設けられており、
   上記連通管を開閉する少なくとも一つの開閉弁を備えていることを特徴とするＶ型内燃機関の吸気装置。
2. 上記連通管は、両コレクタ部と同じ高さ位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
3. 第１，第２コレクタ部の間に、上記ブランチ部の上面を覆う容積室が形成されており、この容積室が上記連通管内部と一体に連通していることを特徴とする請求項１または２に記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
4. 上記連通管の両端部に、それぞれ上記開閉弁が設けられており、この２つの開閉弁の間となる連通管の中央部分が上記容積室と一体に連通していることを特徴とする請求項３に記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
5. 上記連通管の上記開閉弁が位置する部分は、円筒状をなしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
6. 吸気コレクタを構成する上記第１，第２コレクタ部と上記連通管と上記ブランチ部とが、一体鋳造されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
   

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