JP2007247482A - 多気筒内燃機関の多連スロットル型吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多連スロットル型吸気装置において、吸気動的効果が負に作用するときのトルク低下を防止する。
【解決手段】各気筒にそれぞれ接続される複数の気筒別吸気通路１が並列に設けられ、それぞれスロットル弁２が介装される。気筒列方向に沿って、バランス通路３が設けられており、連通路４を介して、各気筒別吸気通路１のスロットル弁２下流側部分に接続される。連通路４には、該連通路４を開閉する切換弁５がそれぞれ配設されており、適宜なアクチュエータ６により一斉に開閉される。切換弁５は、基本的には低負荷側で開、高負荷側で閉に制御されるが、吸気動的効果が負に作用し体積効率が低下する特定の回転数領域では、高負荷域でも、切換弁５が開に制御される。これにより吸気脈動のピーク位置が変化し、同じ回転数の下でも体積効率が改善される。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数気筒のそれぞれに接続された気筒別吸気通路に、スロットル弁がそれぞれ配設された多連スロットル型吸気装置に関する。

高出力形の多気筒内燃機関に好適な吸気装置として、複数気筒のそれぞれに接続された気筒別吸気通路に、スロットル弁がそれぞれ配設された多連スロットル型吸気装置が知られている。そして、この種の吸気装置では、スロットル弁開度が小さい領域において、吸入負圧の過度のばらつきが生じることから、スロットル弁下流側に各気筒の気筒別吸気通路を相互に連通させるバランス通路を設けることが従来からなされている。また、上記のように各気筒の気筒別吸気通路を相互に連通させるバランス通路は、トルク向上に有効な吸気動的効果を損なうことになるので、特許文献１，２に開示されているように、気筒別吸気通路とバランス通路との間の連通を何らかの切換弁によって制御し得るように構成し、トルクが要求される高負荷域では、気筒別吸気通路とバランス通路との間を遮断し、低負荷側ではバランス通路により各気筒別吸気通路を相互に連通させることが公知である。
特開昭６２−１３９９６０号公報 特開平４−１３２８２８号公報

バランス通路との間が遮断されて気筒別吸気通路が個々に独立している状態での吸気動的効果は、気筒別吸気通路の管長などの条件と機関回転数とにより定まるが、ある機関回転数においては、吸気動的効果が逆に体積効率を低下させる方向に作用することがある。つまり、吸気動的効果は、吸気の脈動もしくは慣性によって、吸気弁が開いたタイミングに該吸気弁直前位置での圧力が高くなっている場合に体積効率向上ひいてはトルク向上効果が得られるのであるが、機関回転数によっては、逆に、吸気弁が開いたタイミング（吸気弁閉時期直後）に圧力が低下することとなる場合がある。

従って、本発明は、バランス通路を利用して、このような現象を回避し、高負荷域全域でより高いトルクを得るようにした吸気装置を提供することを目的とする。

この発明は、複数の気筒のそれぞれに接続された気筒別吸気通路に、スロットル弁をそれぞれ配設するとともに、これらのスロットル弁の下流側において、各気筒別吸気通路を互いに連通させるバランス通路と接続し、かつこのバランス通路と各気筒別吸気通路との間を、切換弁によって開閉するようにした多気筒内燃機関の多連スロットル型吸気装置において、上記切換弁を、低負荷側で開に、高負荷側で閉に、それぞれ制御するとともに、上記切換弁が閉であるときの吸気動的効果が体積効率を低下させる方向に作用する所定の機関回転数領域では、上記切換弁を開に制御することを特徴としている。

上記の機関回転数領域は、より具体的には、吸気弁付近の圧力が吸気弁開時期直後に負圧となる機関回転数領域である。

上記切換弁が閉じている状態では、各気筒の気筒別吸気通路は個々に独立しており、吸気動的効果により高い体積効率が得られる。スロットル弁開度が比較的小さい低負荷側では、切換弁が開き、バランス通路を介して複数の気筒別吸気通路が相互に連通することにより、各気筒の吸入負圧が一定となり、燃焼が安定化する。

ここで、上記の吸気動的効果は、ある機関回転数領域では、逆に、体積効率を低下させる方向に作用することがある。本発明においては、このような機関回転数領域では、高負荷域であっても、切換弁を開に制御する。これにより圧力脈動が弱まるとともに、そのピーク位置が変化し、吸気弁が開くタイミングでの吸気弁付近の圧力が相対的に上昇する。従って、この回転数領域でのトルクが向上する。

この発明によれば、特定の機関回転数領域での吸気動的効果の負の作用によるトルクの落ち込みを、バランス通路を利用して回避することができ、広い回転数領域でトルク向上が図れる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る多連スロットル型吸気装置の構成を概略的に示した構成説明図である。図示するように、複数気筒を有する多気筒内燃機関において、各気筒にそれぞれ接続される複数の気筒別吸気通路１が並列に設けられており、かつこれらの気筒別吸気通路１の通路途中に、それぞれスロットル弁２が介装されている。また各気筒別吸気通路１の上流端は、図示しない吸気コレクタに接続されており、この吸気コレクタから図示しない燃焼室へと矢印で示す方向に新気が通流する。上記スロットル弁２は、公知のバタフライバルブ型の構成であり、例えば、図示しない共通の回転軸によって複数個のスロットル弁２が一斉に開閉するようになっている。なお、図には３つの気筒の気筒別吸気通路１を示しているが、実際には、４気筒や６気筒の気筒別吸気通路１が並んだ構成となっている。

上記気筒別吸気通路１の流れ方向と直交する方向、つまり気筒列方向に沿って、バランス通路３が設けられており、このバランス通路３は、連通路４を介して、各気筒別吸気通路１に個々に接続されている。特に、各々のスロットル弁２よりも下流側の部分に接続されている。上記連通路４には、該連通路４を開閉する切換弁５がそれぞれ配設されており、適宜なアクチュエータ６により一斉に開閉される構成となっている。上記切換弁５としては、例えば、バタフライバルブ、あるいはロータリバルブ、などを用いることができる。

図２は、運転条件に基づく上記切換弁５の開閉制御の特性を示したものであり、図示するように、基本的に、低負荷側の領域で上記切換弁５は「開」に制御され、高負荷側の領域で「閉」に制御される。すなわち、スロットル弁２の開度が小さい低負荷側の領域では、バランス通路３を介して気筒別吸気通路１を相互に連通することで、各気筒の吸入負圧のばらつきが小さくなり、この吸入負圧のばらつきによる燃焼の不安定化が回避される。これに対し、高いトルクが要求される高負荷側の領域では、気筒別吸気通路１を個々に独立させることにより、吸気動的効果によるトルク向上が図れる。

ここで、本発明では、図２の符号ａ，ｂで示す領域のように、ある特定の機関回転数領域では、高負荷域であっても、切換弁５が「開」に制御され、気筒別吸気通路１がバランス通路３により相互に連通する。図２では、このような回転数領域が２箇所に存在するものとして例示されているが、その個数や具体的な回転数などは、気筒別吸気通路１の管長などによって異なるものとなる。この回転数領域ａ，ｂは、切換弁５が閉じているときの吸気動的効果が負に作用して体積効率を低下させることとなる機関回転数の領域であり、より具体的には、吸気弁付近の圧力が、吸気弁開時期直後に負圧となるような機関回転数の領域である。

図３は、吸気脈動による吸気弁付近での圧力変化を示したものであり、特に、上記の回転数領域ａ，ｂにおける吸気脈動を示す。なお、横軸はクランク角であり、ｅｖｏは排気弁開時期、ｅｖｃは排気弁閉時期、ｉｖｏは吸気弁開時期、ｉｖｃは吸気弁閉時期、である。実線は切換弁５が閉じている場合の特性であり、この場合は、圧力脈動の振幅が大きく、かつ、吸気弁開時期ｉｖｏの直後に、負圧となる。そのため、仮に切換弁５が閉じていると、この回転数領域では、逆に体積効率が低下し、トルクが低下することになる。これに対し、本発明のように、切換弁５を開くと、同じ回転数の条件の下でも、破線で示すように、吸気脈動が弱まるとともに、そのピーク位置が変化するため、吸気弁開時期ｉｖｏの直後の負圧が弱まり、あるいは正圧となる。従って、この回転数領域ａ，ｂでの体積効率が改善される。

これにより、例えば、図４に示すように、回転数領域の全域に亘って、トルクが向上する。なお、図４の比較例は、単にバランス通路のみを備えた多連スロットル型吸気装置の場合の特性である。

なお、本発明におけるバランス通路としては、細い通路状のもののみに限定されず、前述した特許文献１，２に見られるように比較的大きな容積を有するバランスタンク状のものであってもよい。

この発明に係る吸気装置の構成を概略的に示す構成説明図。 運転条件に対する切換弁の切換特性を示す特性図。 回転数領域ａ，ｂの下での圧力変化を示す特性図。 本発明の吸気装置によるトルク特性を示す特性図。

符号の説明

１…気筒別吸気通路
２…スロットル弁
３…バランス通路
５…切換弁

Claims (2)

1. 複数の気筒のそれぞれに接続された気筒別吸気通路に、スロットル弁をそれぞれ配設するとともに、これらのスロットル弁の下流側において、各気筒別吸気通路を互いに連通させるバランス通路と接続し、かつこのバランス通路と各気筒別吸気通路との間を、切換弁によって開閉するようにした多気筒内燃機関の多連スロットル型吸気装置において、
   上記切換弁を、低負荷側で開に、高負荷側で閉に、それぞれ制御するとともに、
   上記切換弁が閉であるときの吸気動的効果が体積効率を低下させる方向に作用する所定の機関回転数領域では、上記切換弁を開に制御することを特徴とする多気筒内燃機関の多連スロットル型吸気装置。
2. 上記の機関回転数領域は、吸気弁付近の圧力が吸気弁開時期直後に負圧となる機関回転数領域であることを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の多連スロットル型吸気装置。
   

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