JP3610772B2 - Ｖ型内燃機関の可変吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｖ型内燃機関の吸気装置、特に、機関運転条件に応じて吸気系を各バンク毎に独立した状態と両バンクで一体となった状態に切り換えることができる可変吸気装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＶ型６気筒内燃機関においては、一方のバンクの＃１，＃３，＃５気筒と、他方のバンクの＃２，＃４，＃６気筒とで、吸気行程が重ならないことから、両バンクの吸気系を分離することにより低中速領域で大きな吸気動的効果を得ることができる。そして、高速高負荷域では、実質的な吸気管長を短くするように、左右バンクの容積室を互いに連通させることで、充填効率が向上することが知られている。
【０００３】
そのため、例えば特開平５−３３２１４１号公報等に記載されているように、各バンク毎に一対の容積室を設け、かつ両容積室を連通する連絡通路に開閉弁を設けて、両者を機関運転条件に応じて連通もしくは分離させることができるようにした可変吸気装置が従来から種々提案されている。また、上記公報に記載の装置では、各容積室の端部に付加的な容積が設けられており、この部分との連通状態を第２の開閉弁で切り換えることにより、容積室の容量を、同時に可変制御できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の構成においては、開閉弁が開いた状態においても、一対の容積室の間の連通面積を十分に大きく確保することが困難であり、高速域での吸気動的効果による出力向上が十分なものとならない。
【０００５】
また、低速域での吸気動的効果を高めるためには各容積室に連なるバンク毎の共鳴管の管長を長く確保する必要があるが、このように共鳴管を長くしようとすると、吸気装置全体が大型化してしまい、車両への搭載が制約される、という不具合がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、各バンクの吸気ブランチ部がコレクタに接続され、かつこのコレクタ内で吸気系の切換が行われるＶ型内燃機関の可変吸気装置において、
上記コレクタは、吸気導入部を有する中央部の第１容積室と、この第１容積室の両側に並設され、かつ各バンクの吸気ブランチ部がそれぞれ接続された一対の第２容積室と、閉状態において上記第１容積室と上記第２容積室との間を仕切る隔壁を構成するとともに、開状態においては両者を一体に連通させる一対の開閉弁と、上記第１容積室の一端部と上記第２容積室の一端部とをそれぞれ接続した一対の共鳴通路部と、を備えていることを特徴としている。
【０００７】
上記開閉弁は、低中速域では閉状態に制御され、第１容積室と第２容積室とが互いに隔てられる。この状態では、吸気は、第１容積室内から一対の共鳴通路部を通り、かつそれぞれの第２容積室を経て、各ブランチ部へと供給される。従って、各バンクの吸気系が第１容積室直前まで分離独立したものとなり、その低中速域における吸気動的効果によってトルクが向上する。
【０００８】
また、高速域では、開閉弁は開状態に制御される。この状態では、第１容積室と第２容積室とが実質的に一体となり、この一体化した十分に容量の大きな容積室から各気筒のブランチ部へと吸気が供給される。従って、各気筒の吸気管長が短くなるとともに、容積室の容量が大となり、高速域に適した吸気動的効果が得られ、トルクが向上する。特に、開閉弁が第１容積室と第２容積室との間の隔壁を構成するように十分に大きく形成されており、この開閉弁が開くことによって、第１容積室と第２容積室とが全体として一体化するため、通気抵抗の増大等を招かずに高速域での体積効率が向上する。
【０００９】
そして、上記の第１容積室、第２容積室および共鳴通路部が、コレクタとして一体に構成されており、換言すれば、第１容積室、第２容積室および共鳴通路部が一つのコレクタの内部に形成されているので、全体として小型に構成される。
【００１０】
また本発明においては、上記の第１容積室、第２容積室、共鳴通路部が同一平面上に沿って配置され、コレクタが全体として偏平形状に構成されている。そして、上記コレクタは、上記の第１容積室、第２容積室、共鳴通路部のそれぞれの底面を構成するとともに、各ブランチ部が接続される開口部が第２容積室部分に形成されたプレート状部材と、このプレート状部材に組み合わされるカバー状部材と、とから構成されている。このように偏平化したコレクタは、例えば内燃機関上面と車体のフードとの間の上下方向に狭小なスペース内に配置される。
また請求項２の発明においては、上記開閉弁が、上記コレクタの偏平な方向に沿った回動軸を有している。この偏平な方向に沿って回動軸を有する開閉弁は、回動軸に沿って細長い形状のものとなる。
【００１１】
また請求項３の発明においては、各共鳴通路部が、それぞれコレクタの外側へ張り出した湾曲形状をなしている。このように湾曲形状とすることにより、コレクタ全体を大型化せずにその通路長が長く得られる。
【００１３】
またこの請求項１〜３の発明をさらに具体化した請求項４の発明では、上記プレート状部材の底面部分と上記カバー状部材の底面部分との間に介在する一対の柱状部を有し、この柱状部によって共鳴通路部が形成されている。つまり、プレート状部材とカバー状部材とからなるコレクタの中央部分に柱状部が設けられており、この柱状部によって両部材が連結された形となるため、柱状部が一種の補強部材となり、コレクタ全体の剛性が高くなる。
【００１４】
さらに、請求項５の発明では、上記柱状部とコレクタ外壁との間に、上記開閉弁を構成する矩形のフレームを備えたバルブユニットが取り付られており、このフレームが、上記プレート状部材の底面部分と上記カバー状部材の底面部分との間に補強部材として介在している。つまり、上記バルブユニットは、矩形のフレームによって弁体周囲を囲った構成となっており、開時に大きな開口面積が得られるとともに、柱状部と併せてコレクタの剛性向上に寄与する。
【００１５】
【発明の効果】
この発明に係るＶ型内燃機関の可変吸気装置によれば、開閉弁の開閉に伴って各バンクの吸気管長および容積室容量を大きく変化させることができ、低速域および高速域の双方で体積効率を一層高く得ることが可能となる。また、可変要素となる第１容積室、一対の第２容積室および一対の共鳴通路部が、コレクタの内部に構成されるので、低速域および高速域の双方で良好な特性を確保しつつ吸気装置全体の小型化を図ることができる。
【００１６】
特に共鳴通路部を含めて全体を偏平化したことにより、エンジンルーム内の狭小なスペースを利用してコレクタを配置することが可能となり、また、コレクタを２部材でもって構成することができ、構造の単純化が図れる。これは、特に、コレクタを偏平化する上で好適なものとなる。
また請求項２の構成によれば、開閉弁の開口面積を十分に大きく確保できる。
【００１７】
また、請求項３の発明によれば、コレクタを大型化せずに共鳴通路部の長さを長く確保できる。
【００１９】
そして、請求項４および請求項５によれば、プレート状部材とカバー状部材とからなるコレクタの剛性を高めることができ、例えばこれらの部材の底面部分からの騒音発生を抑制できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、この発明に係るＶ型６気筒内燃機関の可変吸気装置の一実施例を示している。この可変吸気装置は、内燃機関の上方に配置される偏平な箱状のコレクタ１と、このコレクタ１と各気筒の吸気ポートを接続する下部マニホルド２とから大略構成されている。ここで、上記コレクタ１下面には、各気筒毎に独立した吸気ブランチ部の上流側部分を構成する上部マニホルド部３が一体に形成されており、ここに下部マニホルド２が接続されることにより、各気筒の吸気ポートへ至る吸気ブランチ部が構成されるものであって、図示するように、右側のバンク４ａのブランチ部５ａはコレクタ１の左側へ、左側のバンク４ｂのブランチ部５ｂは、逆にコレクタ１の右側へ、それぞれ接続される。
【００２２】
上記コレクタ１は、上部マニホルド部３を下面に備えた平坦なベースプレート１１と、このベースプレート１１の上面を覆うように取り付けられるコレクタカバー１２と、から構成されている。コレクタカバー１２は、ベースプレート１１と同様の外形を備えた略平坦な上面部１２ａの周囲に、略一定高さの側壁１２ｂを有し、これによってベースプレート１１との間に所要の空間を形成している。
【００２３】
図２は、上記コレクタ１の内部の構成を示すために、コレクタカバー１２の上面部１２ａを取り除いた状態で示す平面図である。この図２に示すように、コレクタ１内部には、気筒列方向に沿った隔壁状をなす一対のバルブユニット１３，１４が平行に配置されており、この開閉弁を構成する一対のバルブユニット１３，１４によって、コレクタ１中央部分の第１容積室１５と、左右一対の第２容積室１６，１７と、が仕切られている。両バルブユニット１３，１４に挟まれた第１容積室１５は、各バルブユニット１３，１４の外側に位置する各第２容積室１６，１７よりも大きな容量を有し、かつ一端部に吸気導入部１８を備えている。この吸気導入部１８は、図示せぬ吸気ダクトに接続され、その上流側に、スロットル弁、エアフロメータおよびエアクリーナが配置されている。上記第２容積室１６，１７の底面、つまりベースプレート１１には、各ブランチ部に連なる吸気ブランチ開口部２１が３個づつ形成されている。この３個の吸気ブランチ開口部２１は、コレクタ１の両端近くに位置し、かつそれぞれ気筒列方向に沿って並んでいる。
【００２４】
またコレクタ１の内部において、上記吸気導入部１８と反対側寄りの位置に、一対の柱状部１９，２０が形成されている。この柱状部１９，２０は、筒状をなし、かつコレクタカバー１２の上面部１２ａと一体に形成されているものであって、該上面部１２ａから垂直にベースプレート１１へ向かって突出し、先端がベースプレート１１に当接している。また、各柱状部１９，２０は、第１容積室１５と第２容積室１６，１７との間に位置し、各柱状部１９，２０とコレクタカバー１２側壁１２ｂとの間に、バルブユニット１３，１４が装着されている。そして、これらの柱状部１９，２０は、バルブユニット１３，１４と反対側の側面が略円弧状に湾曲しており、その外側に沿って共鳴通路部２２，２３がそれぞれ形成されている。各共鳴通路部２２，２３は、コレクタ１の外側へ張り出した湾曲形状をなしており、バルブユニット１３，１４を迂回する形で、第１容積室１５の一端部、詳しくは吸気入口１８と反対側の端部と第２容積室１６，１７の一端部とをそれぞれ連通している。
【００２５】
このように、偏平なコレクタ１の内部に、第１容積室１５、第２容積室１６，１７および共鳴通路部２２，２３が、同一平面に沿って配置されている。
【００２６】
上記の２つのバルブユニット１３，１４は、基本的に同一の構成のものであって、図３にも示すように、ベースプレート１１とコレクタカバー１２との間に挟持される矩形のフレーム２５を有し、かつこのフレーム２５内の開口部を開閉するように、略長方形状の弁体２６を備えている。この弁体２６は、フレーム２５の長手方向に沿ったバルブシャフト２７に固定されており、該バルブシャフト２７の回動に伴って開閉する。第１容積室１５と第２容積室１６，１７とは、このバルブユニット１３，１４のみによって仕切られているので、弁体２６が開いた状態では、フレーム２５の部分を除いて両容積室１５，１６，１７が断面の略全面で広く連通し、一体の容積室となる。
【００２７】
上記バルブシャフト２７は、柱状部１９，２０およびコレクタカバー１２側壁１２ｂを貫通してコレクタカバー１２外面に突出しており、その先端部に、負圧ダイヤフラム式のバルブ開閉用アクチュエータ２８がそれぞれ連係している。なお、一対のアクチュエータ２８は同時に駆動され、一対のバルブユニット１３，１４が同時に開閉する構成となっている。また、上記フレーム２５は、図４に詳示するように、外周面に全周に亙って突条部２５ａを備えており、この突条部２５ａがベースプレート１１およびコレクタカバー１２に形成された凹溝（図示せず）内に嵌合することにより位置決めされている。
【００２８】
図５および図６は、上部マニホルド部３が一体に形成されたベースプレート１１単体の構成を示している。これらの図に示すように、第１，第２容積室１５，１６，１７および共鳴通路部２２，２３の底面部１１ａ上面は略平坦面をなしており、この底面部１１ａに沿うように、６本のブランチ部５が両端のブランチ開口部２１から下面中央のフランジ部２９へ向かって形成されている。なお、この６本のブランチ部５は、それぞれの通路長が略等しくなるように形成されている。
【００２９】
上記ベースプレート１１と上記コレクタカバー１２は、複数本のボルトによって互いに固定されているが、その際に、両者の面部１１ａ，１２ａの間に、一対の柱状部１９，２０とバルブユニット１３，１４の矩形のフレーム２５とが挟持された状態となる。従って、これらの柱状部１９，２０およびフレーム２５が一種の補強部材として機能し、コレクタ１全体の剛性を高めることは勿論のこと、特に、平板状の面部１１ａ，１２ａの中央部分の剛性を効果的に高めることができる。
【００３０】
図７は、この実施例の吸気装置における吸気の流れを説明するための説明図である。この図７において、白抜矢印は、各バルブユニット１３，１４が閉じている場合の吸気の流れを示し、黒矢印は、各バルブユニット１３，１４が開いている場合の吸気の流れを示している。
【００３１】
すなわち、内燃機関が低中速域にあれば、各バルブユニット１３，１４が閉じた状態に制御され、白抜矢印に示すように、吸気導入部１８から流入した吸気は、第１容積室１５から各共鳴通路部２２，２３を通って第２容積室１６，１７へ向かい、この第２容積室１６，１７から各ブランチ部５へ分配供給される。従って、左右バンクの吸気系は、各共鳴通路部２２，２３と第１容積室１５の接続部まで分離独立したものとなり、それぞれの管長が長く得られるとともに、各バンクの吸気系が合流する容積室の容量が第１容積室１５のみの比較的小さなものとなる。そのため、低中速域に適した吸気動的効果が得られ、体積効率の向上により低中速域のトルクが向上する。
【００３２】
また、内燃機関が高速域となると、各バルブユニット１３，１４が開いた状態に制御され、黒矢印に示すように、吸気導入部１８から流入した吸気は、第１容積室１５から直接第２容積室１６，１７へ入り、この第２容積室１６，１７から各ブランチ部５へ分配供給される。つまり、第１，第２容積室１５，１６，１７が一体のものとなり、この一体化した容積室から各ブランチ部５へ供給される。従って、左右バンクの独立した部分の管長は短くなり、また同時に、各バンクの吸気系が合流する容積室の容量が非常に大きなものとなる。そのため、高速域に適した吸気動的効果が得られ、体積効率の向上により高速域のトルクが向上する。
【００３３】
この実施例の吸気装置においては、第１，第２容積室１５，１６，１７および共鳴通路部２２，２３がコレクタ１として一体化されているため、装置全体を非常に小型に構成できる。特に、各要素を同一平面上に並べてコレクタ１を偏平化してあるため、車載状態では、内燃機関上端とエンジンフードとの間の狭小なスペースにコレクタ１を配置することができ、スペース効率に優れたものとなる。また、このように小型であっても、第１容積室１５と第２容積室１６，１７とを隣接させるとともに、共鳴通路部２２，２３を外側へ湾曲した形状とすることにより、バルブユニット１３，１４の開状態と閉状態とで、吸気管長を大きく変化させることができ、容積室容量が変化することと相俟って、低速域と高速域の双方で良好な特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る吸気装置の一実施例を示す断面図。
【図２】コレクタの内部の構成を示す平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】バルブユニットのみの断面図。
【図５】ベースプレートのみの平面図。
【図６】同じくベースプレートのみの断面図。
【図７】この吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【符号の説明】
１…コレクタ
１１…ベースプレート
１２…コレクタカバー
１３，１４…バルブユニット
１５…第１容積室
１６，１７…第２容積室
１９，２０…柱状部
２１…吸気ブランチ開口部
２２，２３…共鳴通路部

Claims (5)

1. 各バンクのブランチ部がコレクタに接続され、かつこのコレクタ内で吸気系の切換が行われるＶ型内燃機関の可変吸気装置において、
   上記コレクタは、吸気入口を有する中央部の第１容積室と、この第１容積室の両側に並設され、かつ各バンクのブランチ部がそれぞれ接続された一対の第２容積室と、閉状態において上記第１容積室と上記第２容積室との間を仕切る隔壁を構成するとともに、開状態においては両者を一体に連通させる一対の開閉弁と、上記第１容積室の一端部と上記第２容積室の一端部とをそれぞれ接続した一対の共鳴通路部と、を備えており、
   上記の第１容積室、第２容積室、共鳴通路部が同一平面上に沿って配置され、コレクタが全体として偏平形状に構成されているとともに、
   上記コレクタが、上記の第１容積室、第２容積室、共鳴通路部のそれぞれの底面を構成するとともに、各ブランチ部が接続される開口部が第２容積室部分に形成されたプレート状部材と、このプレート状部材に組み合わされるカバー状部材と、とから構成されていることを特徴とするＶ型内燃機関の可変吸気装置。
2. 上記開閉弁が、上記コレクタの偏平な方向に沿った回動軸を有していることを特徴とする請求項１記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。
3. 各共鳴通路部が、それぞれコレクタの外側へ張り出した湾曲形状をなしていることを特徴とする請求項１または２に記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。
4. 上記プレート状部材の底面部分と上記カバー状部材の底面部分との間に介在する一対の柱状部を有し、この柱状部によって共鳴通路部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。
5. 上記柱状部とコレクタ外壁との間に、上記開閉弁を構成する矩形のフレームを備えたバルブユニットが取り付られており、このフレームが、上記プレート状部材の底面部分と上記カバー状部材の底面部分との間に補強部材として介在していることを特徴とする請求項４記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。

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