JP2008057341A

JP2008057341A - 吸気装置

Info

Publication number: JP2008057341A
Application number: JP2006231994A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hayashi; 和宏林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】多連スロットルを備え、吸気効率の向上と、アイドリング回転数のさらなる低減とを両立する吸気装置を提供する。
【解決手段】ガソリンエンジン１０がアイドル状態になると、スロットル６０に連動して制御弁部７０が空気通路５１〜５４と容積室４１との間を開放する。そのため、インテークマニホールド３１〜３４のガソリンエンジン１０側の端部では、容積が増大する。その結果、吸気バルブが開いたとき、気筒内に比較してインテークマニホールド３１〜３４側の圧力は低くなる。これにより、吸気バルブが開いても、インテークマニホールド３１〜３４から各気筒内へ流入する空気の流量は低下する。一方、アイドル状態以外のとき、制御弁部７０はスロットル６０に連動して空気通路５１〜５４と容積室４１との間を遮断する。そのため、インテークマニホールド３１〜３４から各気筒へ空気が速やかに吸入される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

吸気装置は、導入した空気を内燃機関へ供給する。導入された空気は、サージタンクから分岐するインテークマニホールドを経由して内燃機関の各気筒へ分配される。従来、幅広い回転数領域で内燃機関へ吸入される空気の体積効率を高めるため、サージタンクの容積を可変とする構造が考えられている（特許文献１参照）。

一方、近年では、サージタンクから分岐する各インテークマニホールドにスロットルの弁部材を設けた多連スロットルを備える吸気装置が提案されている（特許文献２参照）。このような多連スロットルを備える吸気装置の場合、サージタンクは吸気の流れ方向においてスロットルの弁部材よりも上流側すなわち内燃機関とは反対側に配置されている。そのため、内燃機関のアイドリング時に、インテークマニホールドが形成する空気通路において、スロットルが空気の流れを遮断しているときでも、所定の流量の空気が空気通路を流れる。その結果、アイドリング時でも所定の流量の空気が内燃機関に吸入され、アイドル回転数のさらなる低減は困難であるという問題がある。

特開昭６１−１５５６１９号公報特開昭６３−１５４８２７号公報

そこで、本発明の目的は、多連スロットルを備え、吸気効率の向上と、アイドリング回転数のさらなる低減とを両立する吸気装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、容積室を形成する容積部を備えている。容積室は、スロットルと内燃機関との間において、各インテークマニホールドが形成する各空気通路に接続している。これにより、スロットルと内燃機関との間には、容積室が接続する。容積室と空気通路との間には、制御弁部材が設けられている。制御弁部材は、スロットルの弁部材が空気通路を閉鎖しているとき、すなわち内燃機関がアイドル状態のとき、空気通路と容積室との間を開放する。そのため、スロットルの弁部材と内燃機関との間には、容積室が形成される。容積室を形成することにより、インテークマニホールドの気筒側の端部における容積は増大する。内燃機関では、各気筒の吸気バルブが開くと、インテークマニホールドの空気が気筒内へ吸入される。そのため、インテークマニホールドの気筒側の端部では、吸気バルブが開くと圧力が低下する。スロットルの弁部材と内燃機関との間に容積室を形成することにより、インテークマニホールドの気筒側の端部における容積すなわち圧力が低下する容積が増大する。その結果、吸気バルブが開き、気筒内へ空気が吸入された後、インテークマニホールドの気筒側の端部において圧力が回復するには時間を要する。一方、吸気バルブが開く直前では、気筒内の圧力はほぼ大気圧に近似している。そのため、インテークマニホールドの気筒側の端部における圧力が低い場合、吸気バルブが開いたとき、インテークマニホールドへ気筒内から空気が逆流する。その結果、内燃機関がアイドル状態のとき、各気筒へ吸入される空気の流量が低減され、アイドル時の回転数は低減される。したがって、アイドル時の回転数をさらに低減することができ、燃料の消費量を低減することができる。また、請求項１記載の発明では、制御弁部材は、内燃機関がアイドル状態でないとき、容積室と空気通路との間を遮断する。そのため、インテークマニホールドの気筒側の端部における容積は低減される。その結果、インテークマニホールドの気筒側の端部では、吸気バルブが閉じると、速やかに圧力が回復する。これにより、吸気バルブが開いたとき、気筒からインテークマニホールド側へ空気の逆流は低減される。したがって、気筒内へ空気が速やかに導入され、吸気効率を高めることができる。

ところで、特許文献１に開示されている発明の場合、サージタンクは主室と副室とに仕切られている。そして、特許文献１に開示されている発明では、主室と副室との間を弁部材によって開閉することにより、サージタンクの容積を変化させている。そのため、構造の複雑化および大型化を招くという問題がある。また、弁部材は、ソレノイドによって駆動される。そのため、スロットルの駆動と弁部材の駆動との間に時期的なずれが生じ、応答性の悪化を招くおそれがある。

請求項２記載の発明では、スロットルの弁部材と制御部の制御弁部材は同軸上に設けられており、これらはアクチュエータによって一体に駆動される。弁部材と制御弁部材とを同軸上に設けることにより、スロットルの延長上に制御部が設けられる。そのため、構造が簡単になり、小型化を図ることができる。また、弁部材と制御弁部材は、アクチュエータによって一体に駆動される。そのため、弁部材と制御弁部材とは同期して駆動される。したがって、応答性を高めることができる。

以下、本発明の複数の実施形態による吸気装置を図面に基づいて説明する。なお、以下の複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による吸気装置を適用した内燃機関としてのガソリンエンジンを図１に示す。図１には、本発明の第１実施形態による吸気装置を４気筒のガソリンエンジンに適用した例を示す。
ガソリンエンジン１０には、吸気装置２０が取り付けられている。ガソリンエンジン１０は、四つの気筒を有している。四つの気筒は、ガソリンエンジン１０が搭載された車両の進行方向の前方から第一気筒１１、第二気筒１２、第三気筒１３および第四気筒１４の順で配置されている。

吸気装置２０は、吸気通路２１、サージタンク２２、四本のインテークマニホールド３１〜３４および容積部４０を備えている。吸気通路２１、サージタンク２２およびインテークマニホールド３１〜３４は、例えば樹脂製の通路形成部材によって一体に形成されている。吸気通路２１は、サージタンク２２とは反対側の端部が図示しないエアクリーナに接続する。図示しないエアクリーナでは、吸気装置２０に導入される空気に含まれる異物が除去される。図示しないエアクリーナを通過した空気は、吸気通路２１を経由してサージタンクへ流入する。

サージタンク２２は、吸気通路２１のエアクリーナとは反対側の端部に接続している。また、サージタンク２２からは、四本のインテークマニホールド３１〜３４が分岐している。エアクリーナおよび吸気通路２１を経由してサージタンク２２へ流入した空気は、四本のインテークマニホールド３１〜３４に分配される。インテークマニホールド３１は、サージタンク２２と第一気筒１１とを接続している。インテークマニホールド３２は、サージタンク２２と第二気筒１２とを接続している。インテークマニホールド３３は、サージタンク２２と第三気筒１３とを接続している。インテークマニホールド３３は、サージタンク２２と第四気筒１４とを接続している。インテークマニホールド３１〜３４は、それぞれ内周側にサージタンク２２からガソリンエンジン１０へ供給される空気が流れる空気通路５１〜５４を形成している。

吸気装置２０は、スロットル６０を備えている。スロットル６０は、各インテークマニホールド３１〜３４にそれぞれ設置されているスロットル弁６１〜６４を有している。すなわち、吸気装置２０のスロットル６０は、多連スロットルを構成している。スロットル６０は、スロットル弁６１〜６４に加え、駆動シャフト６５およびアクチュエータ６６を有している。駆動シャフト６５は、各スロットル弁６１〜６４を貫いて一体に組み付けられている。アクチュエータ６６は、駆動シャフト６５を周方向へ回転駆動する。これにより、各インテークマニホールド３１〜３４に設置されているスロットル弁６１〜６４は、一体となって駆動シャフト６５とともに回転駆動される。その結果、各インテークマニホールド３１〜３４が形成する空気通路５１〜５４は、それぞれスロットル弁６１〜６４によって開閉される。これにより、各インテークマニホールド３１〜３４が形成する空気通路５１〜５４を流れる空気の流量は調整される。また、図示していないが、ガソリンエンジン１０は、吸気バルブを備えている。吸気バルブは、各インテークマニホールド３１〜３４から各気筒への空気の流入を開閉する。

スロットル６０のスロットル弁６１〜６４は、ガソリンエンジン１０がアイドル状態のとき、空気通路５１〜５４に対しほぼ垂直に立ち上がる。そのため、ガソリンエンジン１０がアイドル状態のとき、スロットル弁６１〜６４は各インテークマニホールド３１〜３４が形成する空気通路５１〜５４をほぼ塞いでいる。一方、スロットル弁６１〜６４が空気通路５１〜５４を塞いでいるときでも、スロットル弁６１〜６４とインテークマニホールド３１〜３４との間の隙間から空気が流出する。これにより、ガソリンエンジン１０は、わずかな空気を吸入し、アイドル状態を継続する。

第１実施形態の吸気装置２０は、スロットル６０よりもガソリンエンジン１０側に連結管部３５、３６を備えている。連結管部３５は、第一気筒１１に接続しているインテークマニホールド３１が形成する空気通路５１と、第四気筒１４に接続しているインテークマニホールド３４が形成する空気通路５４とを連結している。また、連結管部３６は、第二気筒１２に接続しているインテークマニホールド３２が形成する空気通路５２と、第三気筒１３に接続しているインテークマニホールド３３が形成する空気通路５３とを連結している。

容積部４０は、容器状に形成され、内部に容積室４１となる空間を形成している。容積部４０は、通路形成部材４２を経由して連結管部３５および連結管部３６に接続している。これにより、容積室４１は、通路形成部材４２が形成する接続通路４３、連結管部３５が形成する連結通路５５、および連結管部３６が形成する連結通路５６を経由して各インテークマニホールド３１〜３４が形成する空気通路５１〜５４に接続している。すなわち、各インテークマニホールド３１〜３４が形成する空気通路５１〜５４と容積部４０が形成する容積室４１とは、接続されている。

容積部４０には、制御弁部７０が設けられている。制御弁部７０は、容積部４０が形成する容積室４１の入口すなわち各インテークマニホールド３１〜３４側に設けられている。制御弁部７０は、容積室４１と各インテークマニホールド３１〜３４が形成する空気通路５１〜５４との間を開閉する。すなわち、容積室４１と各空気通路５１〜５４とが接続するとき、制御弁部７０は開弁する。一方、容積室４１と各空気通路５１〜５４との接続が遮断されるとき、制御弁部７０は閉弁する。

制御弁部７０は、スロットル６０の駆動シャフト６５の延長線上に配置されている。そして、制御弁部７０は、駆動シャフト６５によって各スロットル弁６１〜６４とともに一体に回転する。これにより、アクチュエータ６６は、各スロットル弁６１〜６４および制御弁部７０を一体に駆動する。すなわち、制御弁部７０およびアクチュエータ６６は、特許請求の範囲の制御部を構成している。容積部４０および制御弁部７０の概略構成の一例を図２に示す。容積部４０は、容積室４１を形成するとともに、二つの開口４４を有している。二つの開口４４には、それぞれ制御弁部７０の弁部材７１が設けられている。また、二つの開口４４には、例えば連結管部３５、３６を経由して空気通路５１〜５４が接続する。

制御弁部７０の弁部材７１は、駆動シャフト６５に取り付けられている。駆動シャフト６５は、制御弁部７０とは反対側の端部がアクチュエータ６６に接続している。そして、駆動シャフト６５の制御弁部７０とアクチュエータ６６との間には、スロットル弁６１〜６４が設けられている。
制御弁部７０の弁部材７１は、駆動シャフト６５に垂直な断面がほぼ扇形状に形成されている。そのため、駆動シャフト６５の回転角度が所定の角度になるまで、弁部材７１は開口４４を塞いでいる。そして、駆動シャフト６５の回転角度が所定の角度に達すると、弁部材７１は開口４４を開放する。これにより、弁部材７１は、駆動シャフト６５が回転し、各スロットル弁６１〜６４が各空気通路５１〜５４を塞いでいるとき、すなわちガソリンエンジン１０がアイドル状態のとき、図２（Ｂ）に示すように空気通路５１〜５４と容積室４１との間を開放する。一方、駆動シャフト６５が回転し、各スロットル弁６１〜６４が各空気通路５１〜５４を開放しているとき、すなわちガソリンエンジン１０がアイドル状態でないとき、弁部材７１は、図２（Ａ）に示すように空気通路５１〜５４と容積室４１との間を遮断する。

以上のように、ガソリンエンジン１０がアイドル状態のとき、制御弁部７０によって空気通路５１〜５４と容積室４１との間を接続することにより、インテークマニホールド３１〜３４のガソリンエンジン１０側の端部では容積が増大する。アイドル状態に限らず、ガソリンエンジン１０が運転されているとき、ガソリンエンジン１０の吸気バルブが開くと、空気通路５１〜５４から各気筒内へ空気が吸入される。そのため、インテークマニホールド３１〜３４のガソリンエンジン１０側の端部では、各気筒内への空気の吸入にともなって圧力が低下する。

第１実施形態の場合、ガソリンエンジン１０がアイドル状態のとき、空気通路５１〜５４と容積室４１との間が接続している。そのため、インテークマニホールド３１〜３４が形成する空気通路５１〜５４のガソリンエンジン１０側の端部における容積は増大する。この結果、各気筒内へ空気が吸入されると、容積が増大した部分、すなわちインテークマニホールド３１〜３４のガソリンエンジン１０側の端部だけでなく、容積室４１の内部においても圧力が低下する。

空気通路５１〜５４に容積室４１が接続しているとき、インテークマニホールド３１〜３４のガソリンエンジン１０側の端部における容積は増大する。そのため、サージタンク２２から各インテークマニホールド３１〜３４へ空気が供給されても、インテークマニホールド３１〜３４のガソリンエンジン１０側の端部における圧力の回復には時間を要する。その結果、第一気筒１１に接続するインテークマニホールド３１の場合、図３（Ａ）に示すようにインテークマニホールド３１が形成する空気通路５１の圧力は、吸気バルブが開いても大気圧Ｐ０よりも低い圧力を維持する。

一方、吸気バルブが開くとき、ガソリンエンジン１０の各気筒内の圧力はほぼ大気圧Ｐ０に等しくなっている。そのため、第１実施形態のように、インテークマニホールド３１〜３４のガソリンエンジン１０側の端部が大気圧Ｐ０よりも低い圧力に維持されているとき、吸気バルブが開くと、ガソリンエンジン１０の各気筒からインテークマニホールド３１〜３４側へ空気が逆流する。すなわち、本来、インテークマニホールド３１〜３４から各気筒内へ空気が供給されるべきであるのに対し、圧力差によって各気筒内からインテークマニホールド３１〜３４側へ空気が流れる。その結果、ガソリンエンジン１０がアイドル状態のとき、ガソリンエンジン１０の各気筒への空気の流入量は低減される。

これに対し、インテークマニホールド３１〜３４が形成する空気通路５１〜５４の容積が比較的小さい、すなわち容積室４１が設けられていないとき、図３（Ｂ）に示すように第一気筒１１に接続するインテークマニホールド３１が形成する空気通路５１の圧力は、吸気バルブが開くまでに大気圧Ｐ０付近まで回復する。そのため、吸気バルブが開くと、各インテークマニホールド３１〜３４の空気はすみやかに各気筒内へ吸入される。その結果、各気筒内へ流入する空気の流量は、図３（Ａ）に示す第１実施形態の吸気装置２０と比較して増加する。

ガソリンエンジン１０がアイドル状態のとき、インテークマニホールド３１〜３４から各気筒内へ流入する空気の流量が増大すると、増大した空気に応じて燃料の噴射量を増加する必要がある。そのため、ガソリンエンジン１０の回転数すなわちアイドル時の回転数のさらなる低減は困難となるとともに、燃料の消費量は増大する。

以上のように、本発明の第１実施形態では、ガソリンエンジン１０がアイドル状態になると、スロットル６０に連動して制御弁部７０が空気通路５１〜５４と容積室４１との間を開放する。そのため、インテークマニホールド３１〜３４のガソリンエンジン１０側の端部では、ガソリンエンジン１０の各気筒内への空気の吸入にともなって圧力が低下する容積は増大する。その結果、吸気バルブが開いたとき、各気筒内に比較してインテークマニホールド３１〜３４側の圧力は低くなる。これにより、吸気バルブが開いても、インテークマニホールド３１〜３４から各気筒内へ流入する空気の流量は低減される。したがって、ガソリンエンジン１０のアイドル時における回転数を低減することができ、燃料の消費量を低減することができる。

一方、本発明の第１実施形態では、ガソリンエンジン１０がアイドル状態でないとき、スロットル６０に連動して制御弁部７０が空気通路５１〜５４と容積室４１との間を遮断する。そのため、インテークマニホールド３１〜３４のガソリンエンジン１０側の端部では容積が低減される。その結果、サージタンク２２からガソリンエンジン１０の各気筒へ空気がすみやかに供給される。したがって、ガソリンエンジン１０がアイドル状態でないとき、体積効率を高めることができる。

また、本発明の第１実施形態では、空気通路５１〜５４と容積室４１との間を開閉する制御弁部７０はスロットル６０と連動している。そのため、インテークマニホールド３１〜３４の容積を可変する制御弁部７０はインテークマニホールド３１〜３４およびスロットル６０の近傍に配置される。したがって、部品点数の増大および構造の複雑化が低減されるとともに、吸気装置２０の体格を低減することができる。また、制御弁部７０はスロットル６０と連動しているため、制御弁部７０はスロットル６０とともに迅速に駆動される。したがって、スロットル６０の開度に対する制御弁部７０の応答性を高めることができる。

（第２、第３実施形態）
本発明の第２、第３実施形態をそれぞれ図４または図５に示す。
第２実施形態および第３実施形態では、容積部４０とインテークマニホールド３１〜３４との接続状態が第１実施形態と異なる。すなわち、第１実施形態の場合、複数のインテークマニホールド３１〜３４間を連結管部３５および連結管部３６で連結し、この連結管部３５および連結管部３６と容積部４０とを接続している。

これに対し、図４に示す第２実施形態のように、容積部４０と各インテークマニホールド３１〜３４とを個別に接続してもよい。具体的には、インテークマニホールド３１〜３４には、それぞれ枝管部８１〜８４が接続している。枝管部８１〜８４は、インテークマニホールド３１〜３４とは反対側の端部が集合管部８５で集合し、集合管部８５は容積部４０に接続している。

また、図５に示す第３実施形態にように、容積部４０と各インテークマニホールド３１〜３４とを単一の連結管部９０で連結してもよい。具体的には、容積部４０に接続する連結管部９０に、各インテークマニホールド３１〜３４から分岐する分岐管９１〜９４が接続している。
以上のように、容積部４０とインテークマニホールド３１〜３４との接続状態は、任意に設定することができる。

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、内燃機関の一例として４気筒のガソリンエンジン１０を例に説明した。しかし、本発明は、４気筒など気筒数に関わらず、かつガソリンエンジンだけでなくディーゼルエンジンにも適用することができる。また、容積部４０と空気通路５１〜５４との間を開閉する制御弁部７０は、図２に示す例に限らず、任意の形態の制御弁部を適用することができる。

以上のように本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジンを示す模式的な断面図。本発明の第１実施形態による吸気装置の制御弁部の概略を示す斜視図。クランクシャフトの回転角度と第一気筒の吸気弁のリフト量、および第一気筒に接続するインテークマニホールドのガソリンエンジン側の端部の圧力との関係を示す概略図であって、（Ａ）は本発明の第１実施形態、（Ｂ）は比較例を示す図。本発明の第２実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジンを示す模式的な断面図。本発明の第３実施形態による吸気装置を適用したガソリンエンジンを示す模式的な断面図。

符号の説明

１０：ガソリンエンジン（内燃機関）、１１：第一気筒、１２：第二気筒、１３：第三気筒、１４：第四気筒、２０：吸気装置、２２：サージタンク、３１〜３４：インテークマニホールド、４０：容積部、４１：容積室、５１〜５４：空気通路、６０：スロットル、６１〜６４：スロットル弁（弁部材）、６６：アクチュエータ（制御部）、７０：制御弁部（制御部）、７１：弁部材（制御弁部材）

Claims

サージタンクと、
前記サージタンクと内燃機関の複数の気筒とをそれぞれ接続する複数のインテークマニホールドと、
前記インテークマニホールドにそれぞれ設けられている弁部材を有し、前記インテークマニホールドが形成する空気通路を開閉するスロットルと、
前記スロットルよりも前記内燃機関側に設けられ、前記複数のインテークマニホールドが形成する各空気通路に接続する容積室を形成している容積部と、
前記容積室と前記複数のインテークマニホールドが形成する各空気通路との間を開閉する制御弁部材を有し、前記スロットルの前記弁部材が前記空気通路を閉鎖しているとき、前記空気通路と前記容積室との間を開放する制御部と、
を備える吸気装置。
前記スロットルの前記弁部材と前記制御部の前記制御弁部材とは同軸上に設けられ、
前記制御部は、前記弁部材および前記制御弁部材を一体に駆動するアクチュエータを有する請求項１記載の吸気装置。