JP2009008020A - 多気筒内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、吸気脈動による過給効果がより効果的に得られるようにすることのできる多気筒内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】サージタンク１０の内部を区画する仕切り壁１３を備えるとともに、サージタンク１０における吸気マニホールド（コネクタ１２ａ〜１２ｆ）への分岐位置のうちで最上流のものよりも上流側で、且つスロットルバルブの下流側に設けられる仕切り壁１３の上流端１３ａよりも下流側において常時開口する連通孔１７を仕切り壁１３に形成するようにした。そしてこうした連通孔１７の形成によって、吸気ポートから連通孔１７までを有効吸気管長とするときの吸気脈動による過給効果と、吸気ポートから仕切り壁１３の上流端１３ａまでを有効吸気管長とするときの吸気脈動による過給効果とが同時に得られるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、多気筒内燃機関の吸気装置に関する。

吸気管内の空気の流れには、ピストンの上下動や吸気バルブの開閉により、圧力の高い部分と低い部分とが生じる。この圧力の高低差が脈動となり、その脈動による圧力波が吸気管内を伝播する。吸気バルブが閉じられる直前に、脈動の圧力の高い部分が吸気ポート内に位置すると、その圧力で空気がシリンダ内に押し込まれるようになる。これが一種の過給効果となり、燃焼室内の空気の充填効率を、ひいては内燃機関の発生するトルクを向上することができる。

こうした吸気脈動の過給効果は、限られた回転速度域でしか得られないものとなっている。ただし吸気脈動の周期は、吸気管の長さや断面積により決まるため、これらのパラメータを調整することで、吸気脈動による過給効果の得られる回転速度域を変えることができる。例えば高回転速度域でのトルク性能を向上させたい場合には、吸気脈動の周期が短かくなるように、吸気管を短く、太くする。また低回転速度域でのトルク性能を向上させたい場合には、吸気脈動の周期が短かくなるように、吸気管を長く、細くする、といったチューニングが行なわれる。

一方、こうした吸気脈動による過給効果がより広い回転速度域で得られるようにするための技術として、例えば特許文献１に見られるような可変吸気システムが実用されている。この可変吸気システムは、有効吸気管長を可変とすることで、上記のような吸気脈動による過給効果を、複数の回転速度域で得られるようにするものである。同文献に記載の可変吸気システムは、サージタンクの内部を仕切り壁によって２つの気室に区画するとともに、その２つの気室を選択的に連通・遮断するバルブ、いわゆる可変吸気バルブを設けたものとなっている。そしてその可変吸気バルブの開閉により、有効吸気管長の長／短を機関回転速度に応じて切り替えることで、低回転速度域と高回転速度域との双方で吸気脈動による過給効果が得られるようにしている。
特開２００２−２４２６８１号公報

ところで、こうした可変吸気システムを採用した場合にも、長／短に切り替えられる有効吸気管長のそれぞれにおいては、上記吸気脈動による過給効果の得られる機関回転速度域は限定されたものとなる。よって、吸気脈動の過給効果が得られる機関回転速度域を更に広げるには、有効吸気管長を３段階、或いはそれ以上に切り替えられるようにする必要があり、複数の可変吸気バルブが必要となるなど、装置の複雑化や製造コストの増大を招いてしまうようになる。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、簡易な構成で、吸気脈動の過給効果がより効果的に得られるようにすることのできる多気筒内燃機関の吸気装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、多気筒内燃機関の第１気筒群の吸気マニホールドが接続される第１気室と、第２気筒群の吸気マニホールドが接続される第２気室とに、サージタンクの内部を区画する仕切り壁を備えるとともに、前記サージタンクにおける前記吸気マニホールドへの分岐位置のうちで最上流のものよりも上流側で、且つスロットルバルブの下流側に設けられる前記仕切り壁の上流端よりも下流側において常時開口する連通孔が前記仕切り壁に形成されてなることをその要旨とするものである。

サージタンクの内部を仕切り壁によって２つの気室に区画した場合、各気筒の吸気ポートからその仕切り壁の上流端までが有効吸気管長となる。ここで上記構成では、そうした仕切り壁に連通孔を設けている。この場合、ピストンの上下動や吸気バルブの開閉によって各気筒の吸気ポートで発生した圧力波は、その気筒の吸気マニホールド及びその吸気マニホールドの接続されたサージタンク内の気室を通って上流に伝播する。そしてそうした圧力波の一部が、仕切り壁に形成された連通孔にて反射され、吸気ポートに戻っていくようになる。一方、連通孔を通過した圧力波の残りの部分は、更に上流に伝播して、仕切り壁の上流端にて反射されて、吸気ポートに戻っていくようになる。よって、仕切り壁に連通孔が形成されているときの吸気ポートには、連通孔で反射された圧力波と、仕切り壁の上流端で反射された圧力波との２つの圧力波が戻ってくるようになる。そのため、上記構成では、吸気ポートから連通孔までを有効吸気管長とするときの吸気脈動による過給効果と、吸気ポートから仕切り壁の上流端までを有効吸気管長とするときの吸気脈動による過給効果とが、同時に得られるようになる。その結果、吸気脈動による過給効果の得られる回転速度域が広がるとともに、２つの吸気脈動の重畳によって、より高い過給効果が得られるようにもなる。したがって、上記構成によれば、サージタンクの内部を区画する仕切り壁に設けるとともに、その仕切り壁に連通孔を形成しただけの簡易な構成で、吸気脈動の過給効果がより効果的に得られるようにすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多気筒内燃機関の吸気装置において、前記第１の気室と前記第２の気室とを、開閉により選択的に連通／遮断する可変吸気バルブが前記連通孔の下流側に設けられてなることをその要旨とするものである。

上記構成では、可変吸気バルブの開閉により、有効吸気管長が変更され、吸気脈動による過給効果の得られる回転速度域を変更することが可能となる。そして可変吸気バルブを閉じたときには、上記のように２つの有効吸気管長における吸気脈動の過給効果が同時に得られるようになる。このような可変吸気バルブを備える可変吸気システムを採用する吸気装置では、サージタンク内を区画する仕切り壁がそもそも設けられているため、その仕切り壁に連通孔を形成するだけの簡易な構成の変更だけで、吸気脈動の過給効果がより効果的に得られるようにすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の多気筒内燃機関の吸気装置において、当該多気筒内燃機関は、各気筒が左右のバンクに分配配置されたＶ型内燃機関であり、前記第１及び第２の気筒群はそれぞれ、左バンクに配置された気筒、及び右バンクに配置された気筒によって構成されてなることをその要旨とするものである。

このように、本願発明は、Ｖ型内燃機関に好適に適用することができる。

以下、本発明の多気筒内燃機関の吸気装置を具体化した一実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。なお本実施形態では、左右のバンクにそれぞれ３つの気筒が設けられたＶ型６気筒の内燃機関に本発明の多気筒内燃機関の吸気装置を適用した場合を説明する。

図１は、こうした本実施形態の吸気装置に採用されるサージタンクユニットの模式的な斜視構造を示している。同図に示すように、このサージタンクユニットは、サージタンク１０に、スロットルボディ及び各気筒の吸気マニホールドにそれぞれ接続するためのコネクタを一体に設けたものとなっている。すなわち、このサージタンクユニットのサージタンク１０の側方には、スロットルバルブの設けられたスロットルボディに接続されるコネクタ１１が設けられ、またそのサージタンク１０の前方には、各気筒の吸気マニホールドにそれぞれ接続される６つのコネクタ１２ａ〜１２ｆが設けられている。これらコネクタ１２ａ〜１２ｆのうち、当該機関の左バンクの３つの気筒の吸気マニホールドにそれぞれ接続されるもの（コネクタ１２ａ〜１２ｃ）はサージタンク１０上部に、右バンクの３つの気筒の吸気マニホールドにそれぞれ接続されるもの（コネクタ１２ｄ〜１２ｆ）はサージタンク１０下部に、それぞれ３つ並んで配設されている。なお、これらのコネクタ１２ａ〜１２ｆは、実質的に吸気マニホールドの上流部分を構成するものとなっている。

こうしたサージタンクユニットのサージタンク１０及びコネクタ１１の内部は、仕切り壁１３によって上下２つの気室に、すなわちサージタンク１０上部に形成される第１気室１４とサージタンク１０下部に形成される第２気室１５とに区画されている。そして第１気室１４には、当該機関の左バンクの各気筒の吸気マニホールドに接続されるコネクタ１２ａ〜１２ｃがそれぞれ接続され、また第２気室１５には、当該機関の右バンクの各気筒の吸気マニホールドに接続されるコネクタ１２ｄ〜１２ｆが接続されている。更にサージタンク１０内部の仕切り壁１３には、上記第１気室１４と第２気室１５とを、開閉に応じて選択的に連通／遮断する可変吸気バルブ１６が設置されている。ちなみに、こうした本実施形態では、第１気室１４に接続される左バンクの３気筒によって上記第１気筒群が構成され、第２気室１５に接続される右バンクの３気筒によって上記第２気筒群が構成されている。

さて本実施形態の吸気装置では、こうしたサージタンクユニットの仕切り壁１３に、常時開口する連通孔１７を形成するようにしている。この連通孔１７は、サージタンク１０における吸気マニホールド（コネクタ１２ａ〜１２ｆ）への分岐位置のうちで最上流のもの（本実施形態ではコネクタ１２ａへの分岐位置）よりも上流側で、且つスロットルバルブの下流側に設けられる仕切り壁１３の上流端１３ａよりも下流側に形成されている。

図２に、こうしたサージタンクユニットを備える本実施形態の吸気装置の構成を模式的に示す。同図に示すように、こうした吸気装置における吸気の経路は、スロットルバルブ１８の設置されたスロットルボディ１９の下流において、仕切り壁１３によって２つに分岐されている。そして左バンクの３気筒には、第１気室１４及びコネクタ１２ａ〜１２ｃを通って、右バンクの３気筒には、第２気室１５及びコネクタ１２ｄ〜１２ｆを通って、それぞれ吸気が送られるようになっている。

ここで、可変吸気バルブ１６を開いて第１気室１４と第２気室１５とを連通したときには、吸気ポートからコネクタ１２ａ〜１２ｆとサージタンク１０との接続部分までが有効吸気管長となる。一方、可変吸気バルブ１６を閉じて第１気室１４と第２気室１５とを遮断したときには、上記連通孔１７が無ければ、吸気ポートからスロットルバルブ１８の下流に設けられた仕切り壁１３の上流端１３ａまでが有効吸気管長となる。

ただし、本実施形態では、仕切り壁１３に上述のような連通孔１７が形成されている。この場合、ピストンの上下動や吸気バルブの開閉によって各気筒の吸気ポートで発生した圧力波は、その気筒の吸気マニホールドやコネクタ１２ａ〜１２ｆ、及びサージタンク１０内の気室（第１気室１４又は第２気室１５）を通って吸気上流側に伝播する。そして連通孔１７では、そうして伝播された圧力波が部分的に反射される。すなわち、圧力波の一部が、仕切り壁１３に形成された連通孔１７にて反射され、吸気ポートに戻っていく一方で、連通孔１７を通過した圧力波の残りの部分は、更に吸気上流側に伝播して、仕切り壁１３の上流端１３ａにて反射されて、吸気ポートに戻っていくようになる。

よって、仕切り壁１３に連通孔１７の形成された本実施形態では、可変吸気バルブ１６が閉じられたときの吸気ポートには、連通孔１７で反射された圧力波と、仕切り壁１３の上流端１３ａで反射された圧力波との２つの圧力波が戻ってくるようになる。これにより周期の異なる２つの吸気脈動が発生することとなり、吸気ポートから連通孔１７までを有効吸気管長とするときの吸気脈動による過給効果と、吸気ポートから仕切り壁１３の上流端１３ａまでを有効吸気管長とするときの吸気脈動による過給効果とが、同時に得られるようになる。その結果、吸気脈動による過給効果の得られる回転速度域が広がるようになり、また２つの吸気脈動の重畳によってより高い過給効果が得られるようにもなる。

ここで、そうした本実施形態の多気筒内燃機関の吸気装置の効果を、次のような２つの吸気装置の構成例との比較により説明する。図３（ａ）に、仕切り壁１３に連通孔１７の形成された本実施形態の吸気装置の模式構成を、図３（ｂ）に比較例１の吸気装置の模式構成を、図３（ｃ）に比較例２の吸気装置の模式構成をそれぞれ示す。図３（ｂ）に示すように、比較例１の吸気装置は、本実施形態の吸気装置における連通孔１７の形成位置に上流端１３ａ’が位置されるように、連通孔の無い仕切り壁１３’を設けたものとなっている。また図３（ｃ）に示すように、比較例２の吸気装置は、本実施形態の吸気装置における仕切り壁１３の上流端１３ａと同じ位置に上流端１３ａ”が位置されるように、連通孔の無い仕切り壁１３”を設けたものとなっている。

図４に、本実施形態、及び上記比較例１、２の吸気装置をそれぞれ採用した内燃機関のトルク特性を併せて示す。有効吸気管長を短くすると、吸気脈動による過給効果の得られる回転速度域が高回転速度側に移行する。そのため、有効吸気管長のより短い比較例１の吸気装置を採用する内燃機関では、有効吸気管長のより長い比較例２の吸気装置を採用する内燃機関に比して、吸気脈動による過給効果が得られる回転速度域が高くなり、トルクが最大となるエンジン回転速度がより高くなる。

これに対して本実施形態の吸気装置を採用する内燃機関では、連通孔１７を形成したことで、長短２つの有効吸気管長における吸気脈動による過給効果が同時に得られるようになっている。そのため、比較例１の吸気装置を採用した場合に吸気脈動の過給効果の得られる回転速度域と、比較例２の吸気装置を採用した場合に吸気脈動の過給効果の得られる回転速度域と、の双方において、吸気脈動による過給効果が得られるようになる。更に、そうした過給効果の得られる回転速度域が重なっている場合には、脈動の重畳により、更に高い過給効果が得られるようになり、最大トルクが向上されるようにもなる。なお本実施形態の吸気装置を採用する内燃機関では、可変吸気バルブ１６を開いて有効吸気管長をより短くすることで、高回転速度域でのトルク性能が向上されるようになってもいる。

ちなみにこうした本実施形態の多気筒内燃機関の吸気装置では、連通孔１７の位置や大きさを調整することで、吸気脈動による過給効果の得られる回転速度域を変更することができる。例えば連通孔１７の形成位置を下流側に変更すると、最大トルクの得られるエンジン回転速度を高回転速度側に移行させることができる。また連通孔１７の大きさを大きくすることによっても、連通孔１７での圧力波の反射度合いが増大されるため、最大トルクの得られるエンジン回転速度を高回転速度側に移行させることができる。

以上説明した本実施形態の多気筒内燃機関の吸気装置によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、サージタンク１０の内部を区画する仕切り壁１３を備えるとともに、その仕切り壁１３に常時開口する連通孔１７を形成するようにしている。そして仕切り壁１３におけるその連通孔１７の形成位置を、サージタンク１０における吸気マニホールド（コネクタ１２ａ〜１２ｆ）への分岐位置のうちで最上流のものよりも上流側で、且つスロットルバルブ１８の下流側に設けられる仕切り壁１３の上流端１３ａよりも下流側としている。このように仕切り壁１３に連通孔１７の形成された本実施形態の多気筒内燃機関の吸気装置では、吸気ポートから連通孔１７までを有効吸気管長とするときの吸気脈動による過給効果と、吸気ポートから仕切り壁１３の上流端１３ａまでを有効吸気管長とするときの吸気脈動による過給効果とが、同時に得られるようになる。その結果、吸気脈動による過給効果の得られる回転速度域が広がるとともに、２つの吸気脈動の重畳によって、より高い過給効果が得られるようにもなる。したがって本実施形態によれば、サージタンク１０の内部を区画する仕切り壁１３を設けるとともにその仕切り壁１３に連通孔１７を形成しただけの簡易な構成で、吸気脈動の過給効果がより効果的に得られるようにすることができる。

（２）本実施形態では、サージタンク１０を第１気室１４と第２気室１５とに区画する仕切り壁１３を備えるとともに、第１気室１４と第２気室１５とを開閉により連通／遮断する可変吸気バルブ１６がその仕切り壁１３に配設された可変吸気システムを採用する吸気装置をベースとしている。こうした可変吸気システムを採用する吸気装置では、サージタンク１０の内部を区画する仕切り壁１３がもとより設置されているため、その仕切り壁１３に連通孔１７を形成するだけの簡易な構成の変更だけで、本発明を具体化することができる。

なお上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、第１気室１４と第２気室１５とを開閉により連通／遮断する可変吸気バルブ１６を有して有効吸気管長を可変とする可変吸気システムを採用する吸気装置に本発明を適用した場合を説明した。こうした可変吸気システムを採用する吸気装置では、サージタンク１０の内部を区画する仕切り壁１３がもとより設けられているため、その仕切り壁１３に連通孔１７を形成するだけの簡易な構成の変更だけで本発明を具現とすることが可能である。もっとも、そうした可変吸気システムを採用しない吸気装置であっても、そのサージタンクを区画する仕切り壁を設けるとともに、上記のような連通孔をその仕切り壁に形成すれば、長短２つの有効吸気管長における吸気脈動の過給効果を同時に得ることができるようになる。

・上記実施形態では、Ｖ型６気筒の多気筒内燃機関に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は、それ以外の形式の内燃機関にも同様に適用することができる。要は、内燃機関の形式に関わらず、以下の態様で吸気装置を構成すれば、上記（１）に記載の効果を同様に奏することができる。すなわち、多気筒内燃機関の各気筒を、互いの吸気脈動の少ない気筒同士でそれぞれ構成された第１気筒群と第２気筒群とに分け、各気筒群の吸気マニホールドがそれぞれ接続される第１気室と第２気室とにサージタンクの内部を区画するように仕切り壁を設ける。そしてその仕切り壁に常時開口する連通孔を形成するようにする。なお連通孔の形成位置は、サージタンクにおける吸気マニホールドへの分岐位置のうちで最上流のものよりも上流側で、且つスロットルバルブの下流側に設けられる仕切り壁の上流端１３ａよりも下流側とする。

本発明の多気筒内燃機関の吸気装置の一実施形態についてそのサージタンクユニットの模式的な透過斜視構造を示す斜視図。 同実施形態の吸気装置の模式構造を示す模式図。 （ａ）は同実施形態の吸気装置の模式構造を示す模式図であり、（ｂ）はその効果を説明するための比較例１の吸気装置の模式構造を示す模式図であり、更に（ｃ）は同じく効果説明のための比較例２の吸気装置の模式構造を示す模式図である。 本実施形態及び比較例１、２の吸気装置をそれぞれ採用する内燃機関のトルク特性を併せ示すグラフ。

符号の説明

１０…サージタンク、１１…コネクタ（スロットルボディ接続用）、１２ａ〜１２ｆ…コネクタ（吸気マニホールド接続用）、１３…仕切り壁（１３ａ…上流端）、１４…第１気室、１５…第２気室、１６…可変吸気バルブ、１７…連通孔、１８…スロットルバルブ、１９…スロットルボディ。

Claims (3)

1. 多気筒内燃機関の第１気筒群の吸気マニホールドが接続される第１気室と、第２気筒群の吸気マニホールドが接続される第２気室とに、サージタンクの内部を区画する仕切り壁を備えるとともに、
   前記サージタンクにおける前記吸気マニホールドへの分岐位置のうちで最上流のものよりも上流側で、且つスロットルバルブの下流側に設けられる前記仕切り壁の上流端よりも下流側において常時開口する連通孔が前記仕切り壁に形成されてなる
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の吸気装置。
2. 前記第１気室と前記第２気室とを、開閉により選択的に連通／遮断する可変吸気バルブが前記連通孔の下流側に設けられてなる
   請求項１に記載の多気筒内燃機関の吸気装置。
3. 当該多気筒内燃機関は、各気筒が左右のバンクに分配配置されたＶ型内燃機関であり、前記第１及び第２の気筒群はそれぞれ、左バンクに配置された気筒、及び右バンクに配置された気筒によって構成されてなる
   請求項１又は２に記載の多気筒内燃機関の吸気装置。

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