JP2006283669A

JP2006283669A - Ｖ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置

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Publication number: JP2006283669A
Application number: JP2005105069A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inatomi; 洋稲富; Keiji Araki; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP4561444B2

Abstract

【課題】Ｖ型６気筒エンジンの吸気系にパルス発生装置をコンパクトに組み込むとともに、各気筒に対して良好に高圧波を生成し、体積効率を高める。
【解決手段】両バンク１，２間に、気筒別の各吸気管４１Ａ〜４１Ｆの上流端が開口する集合部４０が設けられ、この集合部に、クランクシャフトの１／２の回転速度で回転して各吸気管の上流端開口を開閉するロータリバルブ３３が内蔵される。両バンク間の燃焼順序が隣り合う２つの気筒に接続された両吸気管の上流端開口位置が、集合部内壁の周方向において、一方のバンクの気筒の吸気管上流端開口から他方のバンクの気筒の吸気管上流端開口へ、周方向に６０°だけ位相をずらせた配置とされ、ロータリバルブ３３が一方側の吸気管上流端開口から他方側の吸気管上流端開口へ回転しつつ、各気筒の吸気行程途中でロータリバルブ３３の開口が吸気管上流端開口に連通するように構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明はＶ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置に関し、特に、インパルス（気筒内に導入される高圧の圧力波）を生成するパルス発生装置を備えた吸気装置に関する。

従来より、インテークマニホールドのサージタンクと、このサージタンクから分岐して各気筒の吸気ポートに接続された分岐管とが設けられた多気筒エンジンの吸気装置において、体積効率を高める技術が種々開発されている。

例えば、非特許文献１には、インパルスによる低回転領域のトルクアップを図る技術が開示されている。その構成では、インテークマニホールドの分岐管途中に、当該分岐管の経路方向にストロークする電磁弁を設け、吸気行程の途中までは、電磁弁を閉じて負圧を形成し、吸気行程の下死点近傍にて電磁弁を開放することによって、急激に気筒内に空気を供給する構成が開示されている。

また、特許文献１、非特許文献２には、インパルスを生成する装置として、フラップ弁を用いてパルスを発生させる装置が開示されている。
特開２０００−２４８９４６号公報 Impulse charging boosts torque at low speed , Findlay Publications社「European Automotive Design」２００４年２月号掲載 Development of an Actuator for a Fast Moving Flap for impulse Charging , Findlay Publications社「European Automotive Design」２００３年１月号掲載

このようにパルス発生装置を設ける場合に、各気筒に対して高圧波の生成を良好に行わせることで有効に体積効率の向上させることが要求されるとともに、パルス発生装置を含む吸気装置をコンパクトに形成することが望ましい。

ところが、非特許文献１の構成では、電磁弁が吸気通路の経路方向に移動するものであるため、吸気の流れを阻害し、吸気抵抗が非常に大きくなることになる。そのため、体積効率が低下するばかりでなく、低回転領域で負圧を生成した後、瞬間的に開弁する動作を行わせると、甚大な脈動が生じ、大きな異音が発生するため、実用化は困難であった。

他方、特許文献１や非特許文献２の構成では、フラップ弁を開閉する構成であるため、吸気管を通過する空気の抵抗を受けやすい。また低中速回転領域といえども、吸気弁の開閉タイミングに同期させて開閉制御を実現することは極めて困難であった。

また、これらの従来の装置では、特にＶ型６気筒４サイクルエンジンに適用しようとした場合に、パルス発生装置を吸気装置にコンパクトに組み込むことが難しかった。

本発明は上記の事情に鑑み、Ｖ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置にパルス発生装置をコンパクトに組み込むことができるとともに、両バンクに配設された各気筒に対してそれぞれ良好に高圧波を生成し、体積効率を高めることができるＶ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置を提供することを課題としている。

本発明は、一方のバンクに気筒列方向一端側から順に第１、第３、第５の３つの気筒が配設され、他方のバンクに気筒列方向一端側から順に第２、第４、第６の３つの気筒が配設されるとともに、各気筒の燃焼がクランク角で１２０°の位相差をもって第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒、第５気筒、第６気筒の順に行われるＶ型６気筒４サイクルエンジンにおいて、両バンク間に、各気筒に接続された各吸気管の上流端がそれぞれ開口する共通の集合部が設けられ、この集合部の内壁がクランクシャフトと平行に軸心を持つ中空円筒状に形成され、この集合部に、クランクシャフトの１／２の回転速度で回転して上記各吸気管の上流端開口を開閉するロータリバルブが内蔵され、両バンク間の燃焼順序が隣り合う２つの気筒に接続された両吸気管の上流端開口位置が、集合部内壁の周方向において、吸気行程が先行する一方のバンクの気筒の吸気管上流端開口から後続する他方のバンクの気筒の吸気管上流端開口へ、周方向に６０°だけ位相をずらせた配置とされ、エンジンの所定運転域において、ロータリバルブが上記一方のバンクの気筒の吸気管上流端開口から上記他方のバンクの気筒の吸気管上流端開口へ回転しつつ、各気筒の吸気行程に対応して吸気弁開弁期間内の吸気行程途中でロータリバルブの開口が吸気管上流端開口に連通するように構成されていることを特徴とするものである。

この構成によると、上記ロータリバルブにより、各気筒の吸気行程途中で吸気管上流端開口が開かれ、高圧波が生成されて、体積効率が高められる。

特に、一方のバンクの気筒と他方のバンクの気筒とが１２０°の位相差をもって燃焼を行うというＶ型６気筒４サイクルエンジンの幾何学的関係が有効に利用されて、高圧波生成のための構造を含む吸気系が両バンク間にコンパクトに配置されながら、両バンクの各気筒に対して効果的に高圧波の生成が行われる。

そして、このようにコンパクトに吸気系が構成されて、吸気管長が比較的短くされ、かつ、等長化されることにより、低速域でも高圧波生成による効果が高められる。

この発明の吸気装置において、上記両バンクの各気筒の吸気ポートにそれぞれ下流端が接続された吸気管の各上流端開口が、上記集合部の上方部で、それぞれに対応する気筒が存在するバンク側の位置に接続されていることが好ましい。

このようにすると、吸気集合部と各吸気管を両バンク間にコンパクトに納めることができるとともに、吸気管を短くし、かつ等長化することができ、エンジンの低速域でも高圧波生成作用を良好に得ることができる。

また、各吸気管の上流端開口から吸気ポート下流端までの独立通路容積が、各気筒の行程容積に対して７０％〜１３０％の範囲に設定されていることが好ましい。このようにすると、単一独立吸気通路容積が比較的小さく、コンパクトな構造となるとともに、高圧波生成が効果的に行われる。

また、上記集合部における上記両吸気管の上流端開口の間に存在する集合部内壁の周方向範囲が、１つの吸気管上流端開口の周方向範囲よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。このようにすると、ロータリバルブの開弁速度（吸気管上流端開口の開き始めから全開までの時間）が速めらる。これにより、高圧波生成作用が高められ、体積効率が高められる。

また、上記ロータリバルブは、周方向における開口の区間が閉塞部分の区間よりも大きくなるように形成されていることが好ましい。このようにすると、吸気弁が閉じた後も比較的長い期間、吸気管上流端開口に対してロータリバルブが開いた状態となるため、吸気弁閉弁直後に吸気管中に生じる脈動を集合部で吸収する作用が確保される。

また、ロータリバルブの下流で各吸気管を連通する連通路と、この連通路を開閉する制御弁とが設けられ、エンジンの特定運転領域で、上記連通路を開く状態に上記制御弁が作動されるようになっていることが好ましい。このようにすると、高圧波生成を停止して吸気行程初期から吸気を導入することが要求されるような運転領域では、上記連通路が開かれることにより、吸気行程の気筒に連通路を通して他の気筒の吸気管から吸気を導入することができる。

また、上記ロータリバルブの、軸方向及び周方向に位置がずれた３箇所に開口が設けられ、この各開口が上記集合部における２つずつの吸気管上流端開口を開閉するように構成されるとともに、各吸気管の下流端の気筒列方向の間隔に対して各吸気管の下流端の気筒列方向の間隔が小さくされていることが好ましい。このようにすると、集合部及びロータリバルブの軸方向寸法が短くなり、コンパクト化される。

以上のように、本発明の吸気装置によると、Ｖ型６気筒４サイクルエンジンにおいて、高圧波生成のための構造を含む吸気系を両バンク間にコンパクトに組み込むことができるとともに、両バンクの各気筒に対して効果的に高圧波を生成し、体積効率を高めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は本発明の別の実施形態に係るＶ型６気筒エンジンの正面略図、図２は同エンジンの平面略図、図３は同エンジンの断面略図である。

これらの図を参照して、エンジンＥは、左右１対のバンク１、２を形成するシリンダヘッド３およびこのシリンダヘッド３と一体化されたシリンダブロック４を有している。一方のバンク１には、第１、第３、第５気筒１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅが設けられているとともに、他方のバンク２には、第２、第４、第６気筒１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆが設けられている。各気筒１０Ａ〜１０Ｆの内部には、クランクシャフト１１に連結されたピストン１２が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室１４が形成されている。

シリンダヘッド３には、前記各気筒１０Ａ〜１０Ｆの燃焼室１４毎に図略の点火プラグが固定されている。

また、シリンダヘッド３には、前記気筒１０Ａ〜１０Ｆ毎に燃焼室１４に向かって開口する吸気ポート１５、排気ポート１６がそれぞれ形成されているとともに、これらのポート１５、１６には、図略の吸気弁および排気弁がそれぞれ装備されている。

各吸気ポート１５には図略の燃料噴射弁が設けられている。この燃料噴射弁は、ニードル弁およびソレノイドを内蔵している。

吸気弁および排気弁は、エンジンＥに支承された吸気弁用および排気弁用のカムシャフト１７、１８によって、所定位相差で同期して吸気ポート１５、排気ポート１６を開閉するように構成されている。各カムシャフト１７、１８は、可変バルブタイミング機構２０Ａ、２０Ｂによって、それぞれ位相を変更可能に構成されている。

当実施形態に係る吸気装置３０は、両バンク１、２間に配置されたインテークマニホールド３１と、吸気行程途中で気筒内に高圧波を生成するパルス発生装置３２とを備えている。

インテークマニホールド３１は、エンジンＥの前後方向（各気筒１０Ａ〜１０Ｆが並んでいる方向）に水平に延びる集合部としてのサージタンク４０と、このサージタンク４０に接続され、それぞれが分離した吸気通路ＰＨ１〜ＰＨ６を形成する気筒別の第１〜第６吸気管４１Ａ〜４１Ｆとを一体に有している。サージタンク４０の後端部には、スロットルバルブ４６を内蔵したスロットルボディ４５が設けられている。

サージタンク４０は、ほぼ円筒形部材であり、吸気管４１Ａ〜４１Ｆと連通することによって、各吸気管４１Ａ〜４１Ｆの差圧を吸収し、異音やセンサの誤作動を防止する機能を果たすものである。当実施形態において、このサージタンク４０に接続される各吸気管４１Ａ〜４１Ｆの上流端の気筒列方向の間隔は、各吸気管４１Ａ〜４１Ｆの下流端の気筒列方向の間隔よりも小さくなっており、これに伴い、サージタンク４０の気筒列方向の長さは各バンク１、２の気筒列方向の長さよりも短くなっている（図２参照）。

各吸気管４１Ａ〜４１Ｆは、気筒１０Ａ〜１０Ｆ毎に設けられ、それぞれ、上流端側がサージタンクに接続されるとともに下流端側が吸気ポート１５に接続されることにより、
対応する気筒１０Ａ〜１０Ｆをサージタンク４０と連通させている。図示の実施形態において、各吸気管４１Ａ〜４１Ｆは、その吸気通路ＰＨ１〜ＰＨ６の通路長（当実施形態においては、吸気ポート１５からサージタンク４０までの長さ）がほぼ同じ長さに設定されている。

各吸気通路ＰＨ１〜ＰＨ６の通路長は、５００ｍｍ以内に設定されており、これによって、後述するロータリバルブ３３によるトルクへのレスポンスの向上を図っている。さらに、各吸気管４１Ａ〜４１Ｆの上流端開口４２Ａ〜４２Ｆから吸気ポート下流端までの独立通路容積が、各気筒１０Ａ〜１０Ｆの行程容積に対して７０％〜１３０％の範囲に設定されている。この容積は、エンジンの中速運転領域において、吸気が同調共鳴する固有振動数に対応するように決定される。この結果、エンジンの中速運転領域で通路長設定による慣性過給効果を発揮させ、体積効率を高めることが可能なる。

上記パルス発生装置３２は、サージタンク４０に内蔵されるロータリバルブ３３と、このロータリバルブ３３を回転させる駆動手段とを備えている。そして、このロータリバルブ３３の開閉により、各吸気管４１Ａ〜４１Ｆの上流端開口４２Ａ〜４２Ｆが所定のタイミングで開閉されるようになっている。

また、各吸気管４１Ａ〜４１Ｆには、連通機構６０が設けられている。

連通機構６０は、サージタンク４０のケース内に各バンク１、２毎に形成されて、対応する吸気管４１Ａ〜４１Ｆを連通する一対の連通管６１、６２と、各連通管６１、６２内に配置された円筒状の制御弁６３、６４と、一方の制御弁６３を駆動するアクチュエータ６５と、この一方の制御弁６３の回転駆動力を他方の制御弁６４に伝達する動力伝達機構６６とを有している。

各連通管６１、６２は、それぞれ対応するバンク１、２に接続された吸気管（連通管６１においては第１、第３、第５吸気管４１Ａ、４１Ｃ、４１Ｅ、連通管６２においては第２、第４、第６吸気管４１Ｂ、４１Ｄ、４１Ｆ）を連通する連通路を構成している。

各制御弁６３、６４は、何れも対応する吸気管４１Ａ〜４１Ｆを連通する同一位相の開口６３ａ、６４ａを有している。

アクチュエータ６５は、図外のコントロールユニットによって制御されることにより、制御弁６３を回転駆動して、連通管６１を開閉するものである。連通管６１が開くと、第１、第３、第５吸気管４１Ａ、４１Ｃ、４１Ｅが連通するため、何れかの吸気管で形成されたインパルスが減衰する。

動力伝達機構６６は、駆動側の制御弁６３に取り付けられた出力スプロケット６６ａと、従動側の制御弁６４に取り付けられた入力スプロケット６６ｂと、両スプロケット６６ａ、６６ｂを連結するチェーン６６ｃで構成されている。この動力伝達機構６６は、駆動側の制御弁６３の回転力を同一速度で従動側の制御弁６４に伝達する。そのため、駆動側の制御弁６３が対応する第１、第３、第５吸気管４１Ａ、４１Ｃ、４１Ｅを連通すると、従動側の制御弁６４も第２、第４、第６吸気管４１Ｂ、４１Ｄ、４１Ｆを連通するように構成されている。

また、吸排気弁のカムシャフト１７、１８及びパルス発生装置３２のロータリバルブ３３を駆動するための駆動手段は、次のようになっている。

クランクシャフト１１には、吸気弁および排気弁の各カムシャフト１７、１８に動力を伝達する出力プーリ７０が設けられており、この出力プーリ７０に連結されたチェーン７１によって、動力が伝達される。また、各カムシャフト１７、１８には、可変バルブタイミング機構２０Ａ、２０Ｂが取付けられ、これら可変バルブタイミング機構２０Ａ、２０Ｂにより、出力プーリ７０からチェーン７１を介して伝達された駆動力をカムシャフト１７、１８に伝えるとともに、排気弁及び吸気弁の開閉タイミングを変更することができるようになっている。

一方のバンク２に設けられた吸気弁の可変バルブタイミング機構２０Ａは、動力伝達機構７３を介して、パルス発生装置を構成するロータリバルブ３２に取り付けられた可変バルブタイミング機構２０Ｃに動力を伝達する。そして、ロータリバルブ３３は、吸気弁のカムシャフト１７と同期して、クランクシャフト１１と同一回転方向に、クランクシャフト１１の１／２の回転速度で回転するとともに、可変バルブタイミング機構２０Ｃにより、開弁タイミングを進角または遅角させることが可能になっている。

なお、上記各可変バルブタイミング機構２０Ａ〜２０Ｃは、図外のコントロールユニットによって制御され、これにより、吸排気弁の開閉タイミング及びロータリバルブ３３の開閉タイミングがエンジンの運転状態に応じて変更されるようになっている。

次に、図２、図３と、ロータリバルブの展開図である図４とを参照して、パルス発生装置３２と、これを組み込んだサージタンク４０の具体的構成を説明する。

サージタンク４０の内壁は中空円筒状に形成されている。パルス発生装置３２のロータリバルブ３３は、円筒形部材であり、その外周面がサージタンク４０の内周面に摺接した状態で、回転自在に配置されている。そして、ロータリバルブ３３は、内周側の吸気通路を各吸気管４１Ａ〜４１Ｆの吸気通路ＰＨ１〜ＰＨ６と所定のタイミングで連通する機能を奏する。

図示のエンジンＥにおける燃焼順序は、第１気筒１０Ａ、第２気筒１０Ｂ、第３気筒１０Ｃ、第４気筒１０Ｄ、第５気筒１０Ｅ、第６気筒１０Ｆとなるように設定されている。この結果、第１気筒１０Ａが吸気行程を迎える時点を起点とすると、各気筒と行程の関係（各気筒の燃焼順序）は、図６中に示す通りとなる。

この燃焼順序に対応してインパルスを生成するために、当実施形態では、吸気行程が先行する一方のバンク１の各気筒の吸気管である第１、第３、第５吸気管４１Ａ、４１Ｃ、４１Ｅの上流端開口４２Ａ、４２Ｃ、４２Ｅがロータリバルブ回転方向の上流側、吸気行程が後続する他方のバンク２の各気筒の吸気管である第２、第４、第６吸気管４１Ｂ、４１Ｄ、４１Ｆの上流端開口４２Ｂ、４２Ｄ、４２Ｆがロータリバルブ回転方向の下流側とされ、上流側の開口と下流側の開口とで周方向に６０°だけ位相がずれた状態で、これら吸気管上流端がサージタンク４０に接続されている。

第１吸気管４１Ａと第２吸気管４１Ｂとの各上流端開口４２Ａ、４２Ｂ、第３吸気管４１Ｃと第４吸気管４１Ｄとの各上流端開口４２Ｃ、４２Ｄ、並び第５吸気管４１Ｅと第６吸気管４１Ｆとの各上流端開口４２Ｅ、４２Ｆは、それぞれが同一の円周Ｌ１〜Ｌ３（図４参照）上に沿って並んでいる。また、一方のバンク１側の吸気管４１Ａ、４１Ｃ、４１Ｅ同士と、他方のバンク２側の吸気管４１Ｂ、４１Ｄ、４１Ｆ同士は、それぞれサージタンク４０の周方向において同一位相で、気筒列方向に整列するように配設されている。

各吸気管上流端開口４２Ａ〜４２Ｆは、サージタンク４０の上方部で、かつ、それぞれに対応する気筒が存在するバンク側の位置に配置されている。つまり、一方のバンク１の各気筒１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの吸気ポート１５に下流端が接続される吸気管４１Ａ、４１Ｃ、４１Ｅの上流端開口４２Ａ、４２Ｃ、４２Ｅは、サージタンク４０の上方部中央より一方のバンク１側に偏って配置され、他方のバンク１の各気筒１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆの吸気ポート１５に下流端が接続される吸気管４１Ｂ、４１Ｄ、４１Ｆの上流端開口４２Ｂ、４２Ｄ、４２Ｆは、サージタンク４０の上方部中央より他方のバンク２側に偏って配置されている。このようにすることにより、各吸気管４１Ａ〜４１Ｆが等長化される。

また、サージタンク４０に収容されたロータリバルブ３３は、上述のように第１、第３、第５吸気管４１Ａ、４１Ｃ、４１Ｅの上流端開口４２Ａ、４２Ｃ、４２Ｅが上流側、第２、第４、第６吸気管４１Ｂ、４１Ｄ、４１Ｆの上流端開口４２Ｂ、４２Ｄ、４２Ｆが６０°位相のずれた下流側となるように所定方向（図３に示す断面では矢印で示すような時計回りの方向）に回転し、その回転速度はクランクシャフト１１の１／２回転となるように設定されている。

そして、ロータリバルブ３３には３つの開口３４〜３６が形成され、その各開口３４〜３６がサージタンク４０においてそれぞれ同一円周上に位置する２つずつの吸気管上流端開口を開閉するようになっている。上記各開口３４〜３６は、１２０°の位相差をもつように配置されている。

ロータリバルブ３３の直径は、断面積が各吸気管４１Ａ〜４１Ｆの断面積よりも大きくなるように設定され、好ましくは、吸気管断面積の３〜４倍となるように設定される。これにより、吸気流通抵抗が低減されるとともに、空気の脈動を抑制することができ、異音の発生も少なくなる。

図５は上流端開口４２Ａ、４２Ｂが同一円周上に位置する２つ吸気管４１Ａ、４１Ｂとサージタンク４０及びロータリバルブ３３を拡大して示す断面図であり、この図を参照しつつ、吸気管、サージタンク４０及びロータリバルブ３３の構成を、さらに具体的に説明する。なお、この図は、第１吸気管４１Ａ及び第２吸気管４１Ｂが位置する部分でのサージタンク４０及びロータリバルブ３３の断面を示している。

サージタンク４０において、吸気管４１Ａ、４１Ｂの上流端開口４２Ａ、４２Ｂの周方向範囲（図では回転角θで表す）と、位相差が６０°を成す両開口４２Ａ、４２Ｂの間に存在するサージタンク内壁４３の周方向範囲（図では回転角αで表す）との関係としては、サージタンク内壁４３の周方向範囲αが１つの開口の周方向範囲θより大きくなるように設定されている。

すなわち、上記開口４２Ａ、４２Ｂをサージタンク４０の周方向には短く、これと直交する方向に長い楕円形もしくは長円形に形成することにより、吸気流通抵抗を小さくすべく開口面積を確保し、かつ、両開口４２Ａ、４２Ｂの位相差６０°という条件を満足しながら、各開口４２Ａ、４２Ｂの周方向範囲θと両開口間のサージタンク内壁４３の周方向範囲αの関係がθ＜αとなる程度に、各開口４２Ａ、４２Ｂの周方向範囲θが狭くされている。

一方、ロータリバルブ３３は、周方向における閉塞部分３７の区間より開口３４の区間の方が大きく形成されている。

なお、図５ではサージタンク４０における開口４２Ａ、４２Ｂとロータリバルブ３３における開口３４とが設けられている部分について示したが、サージタンク４０における開口４２Ｃ、４２Ｄとロータリバルブ３３における開口３５とが設けられている部分、及びサージタンク４０のおける開口４２Ｅ、４２Ｆとロータリバルブ３３における開口３６とが設けられている部分についても、同様に構成されている。

図６は、各気筒１０Ａ〜１０Ｆにおける吸気弁の開閉タイミング（ＩＮ）及び各気筒１０Ａ〜１０Ｆの吸気管上流端開口４２Ａ〜４２Ｆに対するロータリバルブ３３の開閉タイミング（ＲＶ）を示している。また、図７はロータリバルブ３３の動作状態を示しており、同図（ａ）は第１吸気管４１Ａの上流端開口４２Ａ（あるいは開口４２Ｃまたは４２Ｅ）に対する開弁開始時点（図６中の時点ｔ１）での状態、同図（ｂ）は上記開口４２Ａに対する全開時点（図６中の時点ｔ２）での状態、同図（ｃ）は第２吸気管４１Ｂの上流端開口４２Ｂ（あるいは開口４２Ｄまたは４２Ｆ）に対する開弁開始時点（図６中の時点ｔ３）での状態、同図（ｄ）は上記開口４２Ｂに対する全開時点（図６中の時点ｔ４）での状態である。

これらの図に示すように、ロータリバルブ３３は、吸気弁開弁後の吸気行程途中で開かれる。そして、ロータリバルブ３３が開いてから吸気弁が閉じるまでの期間に吸気が気筒に導入される。

吸入の終期は吸気弁の閉弁時期によって規定される。従ってロータリバルブ３３の閉弁時期は、吸気弁の閉弁時期よりも遅ければよく、ロータリバルブ３３の開弁期間を長くして閉弁時期を吸気弁の閉弁時期より大きく遅らせても差し支えない。

ロータリバルブ３３の開き始め（ｔ１時点：図７（ａ））から全開時点（ｔ２時点：図７（ｂ））までの開弁動作期間は、開口４２Ａ〜４２Ｆの周方向範囲θに対応するものであり、開口４２Ａ〜４２Ｆの周方向範囲θが小さいほど、上記開弁動作期間が短くなる。

以上のような当実施形態のＶ型６気筒４サイクルエンジンによると、出力が要求されるような運転状態では、図６に示すように、ロータリバルブ３３が吸気行程途中で開くように開閉タイミングが制御され、これより高圧波が生成され、これが気筒１０Ａ〜１０Ｆに供給されることにより、体積効率を高めることができる。

そして、サージタンク４０に内蔵された１つのロータリバルブ３３により、両バンク１、２の各気筒１０Ａ〜１０Ｂに対して高圧波の生成を行うことができる。しかも、各気筒１０Ａ〜１０Ｆの吸気管上流端開口４２Ａ〜４２Ｆが、２気筒ずつ、軸方向同一位置で周方向に位相をずらせて配置され、ロータリバルブ３３の開口３４〜３６の１つずつで２気筒ずつの吸気管上流端開口４２Ａ〜４２Ｆを開閉するように構成されているので、サージタンク４０及びロータリバルブ３３の軸方向寸法が短くなる。

さらに、ロータリバルブ３３を内蔵したサージタンク４０が両バンク１、２間に位置し、このサージタンク４０に対し、両バンク１、２の各気筒１０Ａ〜１０Ｂに接続された吸気管４１Ａ〜４１Ｂの各上流端開口４２Ａ〜４２Ｂが、サージタンク４０の上方部で、かつ、それぞれに対応する気筒が存在するバンク側の位置に接続されているため、各吸気管４１Ａ〜４１Ｂが等長化されつつ、ロータリバルブ３３を内蔵したサージタンク４０および各吸気管４１Ａ〜４１Ｂが両バンク１、２間にコンパクトに収まる。

こうして、一方のバンク１、２の気筒１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅと他方のバンクの気筒１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆとが１２０°の位相差をもって燃焼を行うというＶ型６気筒４サイクルエンジンの幾何学的関係が有効に利用されて、高圧波生成のための構造を含む吸気系が両バンク１、２間にコンパクトに配置されながら、各気筒１０Ａ〜１０Ｆに対して効果的に高圧波の生成が行われる。

また、ロータリバルブ３３がクランクシャフトの１／２の回転速度で回転することとの関係で、サージタンク４０において同一軸方向位置に配置された２つの開口４２Ａ、４２Ｂ（４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅ、４２Ｆ）は、燃焼順序が隣り合う気筒の位相差（１２０°）の１／２である６０°だけ周方向にずれて配置されるが、このような制約のもとで、開口４２Ａ〜４２Ｆの周方向範囲θと両開口部間のサージタンク内壁４３の周方向範囲αとの関係がθ＜αとなる程度に開口４２Ａ〜４２Ｆの周方向範囲θを小さくしているため、ロータリバルブ３３の開き初めから全開までの開弁動作期間を短くすることができる。これにより、ロータリバルブ３３の開弁に伴って生成される高圧波の圧力を高め、効果的に体積効率を増大し、エンジン出力を高めることができる。

また、ロータリバルブ３３においては、閉塞部分３７の区間より開口３４、３５、３６の区間の方が大きく形成されていることにより、吸気弁１９が閉じた後も比較的長い期間、吸気管上流端開口に対してロータリバルブ３３が開いた状態となるため、吸気弁閉弁直後に吸気管中に生じる脈動をサージタンク４２で吸収する作用が確保される。

なお、ロータリバルブ３３の開閉タイミングは運転状態に応じて変更され、これによって高圧波生成作用が調整される。そして、出力が要求されない低中負荷運転域等では、ポンピングロス低減等のため、高圧波生成を停止して吸気行程初期から吸気を導入することが要求されるが、可変バルブタイミング機構２０Ｃが機構的に開閉タイミング可変範囲を大きく取れない場合、ロータリバルブ３３の開弁時期を吸気行程初期まで進角させることができない。このような場合、上記連通機構６０の制御弁６３、６４が連通管６１、６２を開くように制御されることにより、吸気行程初期から連通管６１、６２を通して吸気が導入することができる。

本発明の実施形態に係るＶ型６気筒４サイクルエンジンの正面図である。同エンジンの平面図である。同エンジンの断面図である。ロータリバルブの展開図である。図３の要部を拡大して示す部分拡大断面図である。エンジンの各気筒の行程と、吸気弁及びロータリバルブの開閉タイミングを示す説明図である。（ａ）〜（ｄ）はロータリバルブの動作状態を示す断面図である。

符号の説明

１、２バンク
１０Ａ〜１０Ｆ気筒
１１クランクシャフト
１５吸気ポート
３０吸気装置
３２パルス発生装置
３３ロータリバルブ
３４〜３５開口
３７閉塞部分
４０サージタンク（集合部）
４１Ａ〜４１Ｆ吸気管
４２Ａ〜４２Ｆ開口
４３サージタンク内壁（集合部内壁）

Claims

一方のバンクに気筒列方向一端側から順に第１、第３、第５の３つの気筒が配設され、他方のバンクに気筒列方向一端側から順に第２、第４、第６の３つの気筒が配設されるとともに、各気筒の燃焼がクランク角で１２０°の位相差をもって第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒、第５気筒、第６気筒の順に行われるＶ型６気筒４サイクルエンジンにおいて、
両バンク間に、各気筒に接続された各吸気管の上流端がそれぞれ開口する共通の集合部が設けられ、
この集合部の内壁がクランクシャフトと平行に軸心を持つ中空円筒状に形成され、
この集合部に、クランクシャフトの１／２の回転速度で回転して上記各吸気管の上流端開口を開閉するロータリバルブが内蔵され、
両バンク間の燃焼順序が隣り合う２つの気筒に接続された両吸気管の上流端開口位置が、集合部内壁の周方向において、吸気行程が先行する一方のバンクの気筒の吸気管上流端開口から後続する他方のバンクの気筒の吸気管上流端開口へ、周方向に６０°だけ位相をずらせた配置とされ、
エンジンの所定運転域において、ロータリバルブが上記一方のバンクの気筒の吸気管上流端開口から上記他方のバンクの気筒の吸気管上流端開口へ回転しつつ、各気筒の吸気行程に対応して吸気弁開弁期間内の吸気行程途中でロータリバルブの開口が吸気管上流端開口に連通するように構成されていることを特徴とするＶ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置。
請求項１記載のエンジンの吸気装置において、
上記両バンクの各気筒の吸気ポートにそれぞれ下流端が接続された吸気管の各上流端開口が、上記集合部の上方部で、それぞれに対応する気筒が存在するバンク側の位置に接続されていることを特徴とするＶ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置。
請求項２記載のエンジンの吸気装置において、
各吸気管の上流端開口から吸気ポート下流端までの独立通路容積が、各気筒の行程容積に対して７０％〜１３０％の範囲に設定されていることを特徴とするＶ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエンジンの吸気装置において、
上記集合部における上記両吸気管の上流端開口の間に存在する集合部内壁の周方向範囲が、１つの吸気管上流端開口の周方向範囲よりも大きくなるように設定されていることを特徴とするＶ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエンジンの吸気装置において、
上記ロータリバルブは、周方向における開口の区間が閉塞部分の区間よりも大きくなるように形成されていることを特徴とするＶ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエンジンの吸気装置において、
ロータリバルブの下流で各吸気管を連通する連通路と、この連通路を開閉する制御弁とが設けられ、エンジンの特定運転領域で、上記連通路を開く状態に上記制御弁が作動されるようになっていることを特徴とするＶ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエンジンの吸気装置において、
上記ロータリバルブの、軸方向及び周方向に位置がずれた３箇所に開口が設けられ、この各開口が上記集合部における２つずつの吸気管上流端開口を開閉するように構成されるとともに、各吸気管の下流端の気筒列方向の間隔に対して各吸気管の下流端の気筒列方向の間隔が小さくされていることを特徴とするＶ型６気筒４サイクルエンジンの吸気装置。