JP2007239492A - 多気筒エンジンの可変吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気コレクタの各容積室を連通させるときにトルク段差が生じることを抑制し、さらに吸気音色を悪化させない吸気装置を提供する。
【解決手段】内部を仕切壁２３によって容積が略等しい２つの容積室２１，２２に区画された吸気コレクタ２０と、吸気コレクタ２０の上流側に形成され、外部から取り込んだ吸気が通流する吸気管１０と接続する吸気流入口２０ａと、２つの容積室２１，２２に接続され、各容積室２１，２２と対応する各バンクの気筒とそれぞれ連結する分岐管１１と、仕切壁２３に開口形成され、容積室２１，２２を互いに連通させる複数の連通口２４，２５と、連通口２４，２５をそれぞれ独立して開閉可能な開閉弁２６，２７と、開閉弁２６，２７を運転状態に応じて開閉する開閉弁制御手段５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、多気筒エンジンの可変吸気装置に関する。

Ｖ型６気筒エンジンでは、一方のバンクの気筒（＃１，＃３，＃５気筒）と他方のバンクの気筒（＃２，＃４，＃６気筒）とで吸入行程が重ならないため、各バンクの吸気系を分離することによって、低速領域では共鳴効果による吸気充填効率の向上を図ることができる。一方、高速領域では各容積室を互いに連通させることにより、慣性効果によって吸気充填効率が向上することが知られている。

ところが、各バンクの容積室を連通させるために仕切壁に連通口を形成し、この連通口に開閉弁を設けると、開閉弁の形状によって開弁したときに吸気抵抗となってしまうためにトルク出力を低下させるおそれがあった。

そこで、仕切壁に設けられた開閉弁を開弁したときに吸気コレクタの内壁面に接するように配置して開閉弁が吸気抵抗となりにくいように構成した吸気装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平１１−２９４１７２号公報

しかし、前述した従来の吸気装置では左右２つの開閉弁を備えており、これらの開閉弁は同時に開閉されるため、開閉切替時に吸気量が急激に変化してトルク段差を生じさせてしまった。

また、中高回転域においては共鳴効果が残存すると逆に吸気充填効率を悪化させて出力の低下を招いてしまうため、これを除去する必要があった。さらに、残存共鳴を低減するために開閉弁を大きくすると、吸気抵抗とならないように連通口を偏った位置に配置しなければならず、吸気音を悪化させてしまった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、各容積室を連通させるときにトルク段差が生じることを抑制し、さらに吸気音色を悪化させない吸気装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、内部を仕切壁（２３）によって容積が略等しい２つの容積室（２１，２２）に区画された吸気コレクタ（２０）と、前記吸気コレクタ（２０）の上流側に形成され、外部から取り込んだ吸気が通流する吸気管（１０）と接続する吸気流入口（２０ａ）と、前記２つの容積室（２１，２２）に接続され、各容積室（２１，２２）と対応する各バンクの気筒とそれぞれ連結する分岐管（１１）と、前記仕切壁（２３）に開口形成され、前記容積室（２１，２２）を互いに連通させる複数の連通口（２４，２５）と、前記連通口（２４，２５）をそれぞれ独立して開閉可能な開閉弁（２６，２７）と、前記開閉弁（２６，２７）を運転状態に応じて開閉する開閉弁制御手段（５０）とを備える。

本発明によれば、運転状態が低速域のときには開閉弁を閉弁して２つの容積室間を遮断し、吸気管長を長く確保することで共鳴効果を利用して吸気充填効率を向上させることができる。また、運転状態が高速域のときには２つの容積室を連通させて一体化させ、吸気管長を短くすることで慣性効果を利用して吸気充填効率を向上させることができる。さらに、複数の連通口の開閉を独立して制御することができるため、各容積室の連通・遮断の際にトルク段差が生じることを防止できる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本発明による多気筒エンジンの可変吸気装置を示す図であり、図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態では、クランクシャフトを中心に６個のシリンダがＶ字型に配置されたＶ型６気筒エンジンを採用している。

本実施形態の可変吸気装置は、吸気管１０を通じて外部から取込まれた吸気を一旦貯蔵する吸気コレクタ２０と、吸気コレクタ２０からエンジンの各気筒に吸気を送り込む複数の独立した分岐管１１を備える。

吸気コレクタ２０は、各気筒に供給する吸気量のばらつきを抑えるとともに、吸気脈動を抑制する。また、吸気コレクタ２０は容量が大きいものほどその効果が大きくなる。

吸気コレクタ２０の上流側には、吸気流入口２０ａが形成される。吸気流入口２０ａには、外部に通じる吸気管１０が接続される。吸気コレクタ２０は、吸気流入口２０ａから左右に大きく広がる形状となっている。

また、吸気コレクタ２０の下流側には６本の独立した分岐管１１（１１ａ〜１１ｆ）が接続される。分岐管１１は、各バンクに対応するように平行な２列に配置されている。具体的には、一方のバンクに対応して分岐管１１ａ，１１ｃ，１１ｅが１列に配置され、他方のバンクに対応して分岐管１１ｂ，１１ｄ，１１ｆが平行に配置される。吸気コレクタ２０に取り込まれた吸気は、分岐管１１を通流してエンジンの各気筒に供給される。なお、すべての分岐管１１の長さは等しくなるように形成されている。

図１（Ｂ）に示すように、吸気コレクタ２０にはその内部を上下に仕切る仕切壁２３が形成されている。吸気コレクタ２０は、仕切壁２３によって容積室２１，２２が形成される。これらの容積室２１，２２は、略同じ容積となっている。容積室２１，２２にはそれぞれ１列ずつ３気筒の分岐管が接続されている。容積室２１では分岐管１１ａ，１１ｃ，１１ｅが＃１，＃３，＃５気筒と接続し、同様に容積室２２では分岐管１１ｂ，１１ｄ，１１ｆが＃２，＃４，＃６気筒と接続する。

また、仕切壁２３は吸気コレクタ２０のさらに上流に向かって延設される。仕切壁２３は、取込まれた吸気を容積室２１，２２に均等に分配するように吸気管１０を仕切っている。なお、吸気管１０の仕切壁２３が仕切っている範囲は、容積室２１と連通する部分を共鳴部１２、容積室２２と連通する部分を共鳴部１３とする。

図１（Ａ）に示すように、仕切壁２３には左右に連通口２４，２５が形成されている。連通口２４，２５は、吸気管１０を軸として左右対称に配置されている。連通口２４，２５は、容積室２１，２２を連通させる。また、これらの連通口２４，２５には、それぞれ開閉弁２６，２７が備えられている。開閉弁２６，２７は、互いに独立して開閉する。開閉弁２６，２７は、バルブシャフト２８，２９を軸として回転可能なバタフライバルブである。バルブシャフト２８，２９は、吸気の流れ方向に沿うように配置される。このように配置することによって、開閉弁２６，２７は吸気の流れを阻害しにくくなり、開弁時の吸気抵抗の増加を最小限に抑えることができる。なお、開閉弁２６，２７の開閉は運転状態に応じて電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０により制御される。

図２は、本発明による多気筒エンジンの可変吸気装置の各部の配置を示す図である。

吸気コレクタ２０は、開閉弁２６から最も近い分岐管１１ａまでの距離Ｃと開閉弁２７から最も近い分岐管１１ｅまでの距離Ｄとが等しくなるように形成される。なお、開閉弁２６から分岐管１１ｂまでの距離は距離Ｃと等しく、開閉弁２７から分岐管１１ｆまでの距離は距離Ｄと等しくなっている。

また、吸気コレクタ２０は吸気流入口２０ａからすべての分岐管１１の入口までの距離が等しくなるように形成される。例えば、吸気流入口２０ａから分岐管１１ａまでの距離Ｅは、吸気流入口２０ａから分岐管１１ｃ，１１ｅまでの距離Ｆ，Ｇと等しい。なお、吸気流入口２０ａから分岐管１１ｂ，１１ｄ，１１ｆの距離もすべて等しく、これらは距離Ｅ，Ｆ，Ｇと等しくなっている。

さらに、各列に配置された分岐管１１は互いの間隔が等しくなるように配置される。例えば、分岐管１１ａと１１ｃとの間隔Ａと、分岐管１１ｃと１１ｅとの間隔Ｂは等しくなっている。分岐管１１ｂと１１ｄとの間隔及び分岐管１１ｄと１１ｆとの間隔についても同様である。

このように配置することによって、各分岐管１１に吸気をかたよりなく均等に分配することができる。

また、一方のバンクに属する各気筒、例えば＃１，＃３，＃５気筒は、相互に吸気弁の開時期が重なることがない。したがって、開閉弁２６，２７がともに閉弁している場合には、容積室２１，２２は吸入行程にある１個の気筒からのみ吸気圧力の影響を受けることとなる。吸入行程にある気筒（例えば＃１気筒）から生じる吸気圧力振動の圧力波は、＃１気筒の燃焼室から分岐管１１及び容積室２１を通じて吸気経路が分岐する吸気管１０（共鳴部１２，１３の最上流地点）までの間を往復伝播する。そのため、吸気圧力振動の周期（固有振動数）は、吸気管１０に至るまでの長さによって定まる。前述のように容積室２１，２２から分岐管１１までの距離はすべて等しくなるように形成されているため、各気筒についての固有振動数はすべて等しくなる。

ここで、各気筒で発生した圧力波はある特定のエンジン回転数で容積室２１，２２及び共鳴部１２，１３で合成されて共鳴する。共鳴過給とは、この共鳴によって増幅された圧力波によって吸気を押し込んで充填効率を向上させることをいう。

一方、開閉弁２６，２７をともに開弁している場合には、容積室２１，２２は連通しているため、各気筒で生じる吸気圧力振動の圧力波は燃焼室から連通した容積室２１，２２までの間で往復伝播する。また、容積室２１，２２は各気筒からの吸入負圧を連続的に受けて略一定の負圧に保持されるようになっている。

以上より、開閉弁２６，２７を閉弁した状態では圧力波の伝播経路が長くなり、開弁した状態では伝播経路が短くなる。また、伝播経路が長くなるにつれて吸気圧力振動の周期が増大するため、開閉弁２６，２７を閉弁したときには共鳴を起こすエンジン回転数は低回転域となる。

ここで、図３を用いて本実施形態の効果を説明する。図３は、本発明による多気筒エンジンの可変吸気装置を採用した場合及び従来の可変吸気装置を採用した場合のエンジン回転数とトルク出力との関係を示す図である。縦軸はトルク出力、横軸はエンジン回転数を示し、さらに横軸の下方にはエンジン回転数に対応した開閉弁２６，２７の開閉時期を示している。

本実施形態によれば、エンジン回転数が低回転域のときには開閉弁２６，２７を閉弁して実質的な吸気管長を長くなるように制御する。こうすることによって、共鳴過給により効果的に吸気充填効率を向上させることができる。一方、エンジン回転数が高回転域のときには開閉弁２６，２７を開弁して吸気管長が短くなるように制御する。こうすることによって、慣性効果を利用して吸気充填効率を向上させることができる。こうしてエンジン回転数が低回転域から高回転域に至るまで吸気充填効率の向上を図ることができる。

本実施形態では、図３に示すように一方の開閉弁（開閉弁２６）を従来よりもエンジン回転数が低い状態で開弁させ、他方の開閉弁（開閉弁２７）を従来よりもエンジン回転数が高い状態で開弁させる。従来の吸気可変装置では、２つの開閉弁を同時に開閉させていたために吸気充填効率が一時的かつ急激に減少してしまい、トルク段差を生じさせてしまった。そこで、本実施形態によれば、開閉弁２６，２７をそれぞれ独立して制御することが可能なため、従来の装置で発生していたトルク段差を緩和・抑制することができる。

また、本実施形態によれば開閉弁２６，２７は開弁しているときにも吸気の流れを阻害しにくい位置に配置されている。したがって、エンジン回転数が高回転域にあり、開閉弁２６，２７が開弁しているときでも吸気抵抗となりにくいため、トルク出力の低下を抑えることができる。

さらに、本実施形態では開閉弁２６，２７を仕切壁２３に吸気管１０を軸として左右対称に配置する。また、吸気コレクタ２０は吸気流入口２０ａから各分岐管１１までの距離が等しくなるように形成される。このようにすることによって、開閉弁２６，２７が開弁しているときに吸気コレクタ２０で全気筒からの吸気圧力振動を均等に作用させることができる。したがって、本実施形態によればエンジンが高回転域にあるときには、吸気コレクタ２０の内部で吸気脈動を十分に抑制して残存共鳴の発生を防ぎ、トルク出力を向上させることができる。また、各分岐管１１と吸気コレクタ２０の吸気流入口２０ａとの距離が等しくなるため吸気音が一定になり、音色性能の向上を図ることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、本実施形態ではＶ型６気筒のエンジンに適用したが、これ以外の多気筒エンジンにも適用することが可能である。

本発明によるＶ型多気筒エンジンの可変吸気装置を示す図である。 本発明によるＶ型多気筒エンジンの可変吸気装置の各構成の相対位置を示す図である。 本発明によるＶ型多気筒エンジンの可変吸気装置の制御及び効果を示す図である。

符号の説明

１０ 吸気管
１１ 分岐管
１２，１３ 共鳴部
２０ 吸気コレクタ
２０ａ 吸気流入口
２１，２２ 容積室
２３ 仕切壁
２４，２５ 連通口
２６，２７ 開閉弁
２８，２９ バルブシャフト

Claims (4)

1. 内部を仕切壁によって容積が略等しい２つの容積室に区画された吸気コレクタと、
   前記吸気コレクタの上流側に形成され、外部から取り込んだ吸気が通流する吸気管と接続する吸気流入口と、
   前記２つの容積室に接続され、各容積室と対応する各バンクの気筒とそれぞれ連結する分岐管と、
   前記仕切壁に開口形成され、前記容積室を互いに連通させる複数の連通口と、
   前記連通口をそれぞれ独立して開閉可能な開閉弁と、
   前記開閉弁を運転状態に応じて開閉する開閉弁制御手段と、
   を備える多気筒エンジンの可変吸気装置。
2. 前記吸気コレクタは、前記吸気流入口から前記分岐管の接続部までの距離がそれぞれ等しくなるように形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの可変吸気装置。
3. 前記分岐管は、同一の容積室に配置されて隣り合う分岐管との間隔がそれぞれ等しくなるように配置される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多気筒エンジンの可変吸気装置。
4. 前記連通口は、最も近接する分岐管との距離がそれぞれ等しくなるように配置される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の多気筒エンジンの可変吸気装置。

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