JP3997598B2 - Variable intake system for V-type internal combustion engine - Google Patents
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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、各バンク毎に独立した容積室を有し、かつ両容積室を、機関運転条件に応じて分離状態および連通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7−324658号公報等に記載されているように、コレクタの内部を仕切り壁によって一対の容積室に区画し、かつ各容積室を左右バンクの吸気ポートにそれぞれ接続するとともに、両容積室の間の仕切り壁に連通口を開口形成し、この連通口を開閉弁でもって開閉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。具体的には、上記公報に記載の装置では、細長い箱状をなすコレクタの内部が、中央部の仕切り壁によって上下の容積室に区画されており、かつコレクタの一方の側面に3本づつブランチ部が接続されているとともに、仕切り壁の一端部に連通口が開口形成され、ここに、バタフライバルブ型の開閉弁が設けられている。この開閉弁は、機関の低中速域では、連通口を閉塞し、かつ高速域では、各バンクの容積室を互いに連通するように開作動する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の構成において、開閉弁の弁体は、閉状態においては、仕切り壁の壁面に略沿った形に位置するので、コレクタ内で通気抵抗とならないが、開状態においては、仕切り壁から離れ、例えば90°程度の角度で仕切り壁に対し交差するように位置するため、コレクタ内で大きな通気抵抗となる。特に、開閉弁が開く高速域は、吸気の流量も多く、コレクタ内を吸気が高速で流れるため、コレクタ内の中間部で開閉弁が立ち上がっていると、通気抵抗が一層大きなものとなり、高速域での出力低下を招く、という問題がある。
【0005】
しかも、上記のように開位置で弁体が通気抵抗となり易いことから、上記開閉弁を、コレクタ内のブランチ開口部近傍に配置することが困難である。例えば、上記公報記載の装置では、開閉弁がコレクタの端部に配置されており、各気筒のブランチ部の開口部、特にコレクタの反対側の端部に位置する気筒の開口部からの距離が大きくなり、それだけ開時における連通効果が低くなる。つまり、連通口開時の機関の性能の上からは、連通口の位置がコレクタの中央部でかつブランチ開口部の近くにあることが望ましいが、このような位置に連通口を設けたとすると、開閉弁の弁体が通気抵抗となり、一層大きな出力低下を招いてしまう。同様に、開位置で弁体が通気抵抗となり易いことから、開閉弁の弁体の大きさが制約され、連通口の開口面積を十分に確保することが困難となる。従って、高速時に最適な吸気動的効果が得られず、高速域での出力を十分に高めることができない。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、コレクタ内を仕切り壁によって2つの容積室に区画し、かつ各容積室に各バンクのブランチ部をそれぞれ接続するとともに、上記仕切り壁に両容積室を連通する連通口を開口形成し、この連通口を機関運転条件に応じて開閉する開閉弁を設けてなるV型内燃機関の可変吸気装置において、
上記開閉弁は、板状の弁体の一端部にバルブシャフトを備え、該バルブシャフトを中心に回動するとともに、連通口を開放する開位置において上記弁体が吸気入口が開口するコレクタ内壁面と同一の内壁面に沿って近接した状態となるように構成され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、連通口を閉塞する。これにより、各バンクの吸気系が分離独立したものとなり、その低中速域で吸気動的効果によってトルクが向上する。また、高速域では、連通口を開放し、両容積室を連通状態とする。これにより、高速域での体積効率が向上する。
【0008】
ここで、上記構成では、上記弁体がバルブシャフトにいわゆる片持ち状に取り付けられており、バルブシャフトを中心として開位置まで回動したときに、この弁体がコレクタの内壁面に沿って該内壁面に近接した状態となる。
【0009】
換言すれば、弁体がコレクタ内壁面に張り付いた形に近い状態となる。従って、コレクタ内をブランチ開口部へ向かって流れる吸気流に対し、弁体による通気抵抗が非常に小さくなり、高速域での出力低下を招くことがない。
【0011】
吸気は、一方の内壁面に開口する吸気入口からコレクタ内に入り、かつ各ブランチ部の開口部へと流出する。つまり、コレクタ内で吸気入口からブランチ開口部へと主に流れる。従って、開閉弁が開いたときに吸気入口側の内壁面に弁体が近接すれば、吸気の主流はこの弁体に衝突することがなく、通気抵抗がさらに低くなる。
【0012】
さらに請求項2の発明は、上記連通口および上記開閉弁を一対備え、一対の開閉弁の中間部に上記吸気入口が配置されていることを特徴としている。
【0013】
そして、請求項3の発明では、上記仕切り壁に沿って配置された同一のバルブシャフトに一対の弁体が取り付られている。
【0014】
このように一対の連通口を設けることにより、開時の総開口面積が非常に大きく確保される。
【0015】
また、請求項4に係る発明では、複数のブランチ部の開口部が、容積室の長手方向に並んで配置されており、その両端の開口部よりも容積室長手方向に突出しない範囲に、上記連通口が配置されている。
【0016】
つまり、各ブランチ部の開口部に比較的近く、かつコレクタの中央部寄りの位置に連通口が設けられている。これにより、連通状態における圧力の均衡化が一層確実なものとなり、高速域の出力が向上する。
【0017】
また、請求項5の発明では、上記弁体が近接するコレクタ内壁面に、弁体が嵌合する凹部が形成されている。従って、弁体が開くと、コレクタ内壁面の凹部内に入り込んだ状態となるため、通気抵抗が一層小さくなる。
【0018】
【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、開閉弁が連通口を開放したときに、該開閉弁の弁体がコレクタ内に突出しないため、通気抵抗となることがなく、その通気抵抗に起因する高速域での出力低下を回避できる。また、連通口の形成位置や開口面積の自由度が増し、例えば請求項4のように、ブランチ部の開口部近傍に十分に大きな連通口を確保することが可能となる。
【0019】
また、吸気の主流と干渉しない側に弁体が開くので、通気抵抗をさらに低減できる。
【0020】
また請求項2あるいは請求項3の発明によれば、連通口の総開口面積をさらに大きく確保でき、開閉弁が開く高速域の性能の上でさらに有利となる。
【0021】
さらに請求項5の発明によれば、凹部内に弁体が嵌合することにより通気抵抗が一層小さなものとなる。
【0022】
【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。
【0023】
図1は、この発明に係る可変吸気装置を備えたV型6気筒内燃機関全体の構成を示している。この内燃機関は、シリンダブロック1にV型に配置された6個のシリンダ2を有し、それぞれにピストン3が摺動可能に嵌合しているとともに、左右の各バンクに、シリンダヘッド4がそれぞれ装着されている。このシリンダヘッド4には、バンク内側となる側に、吸気ポート5を備えており、バンク外側にそれぞれ図示せぬ排気ポートを備えている。なお、図中、6は吸気弁、7は燃料噴射弁である。
【0024】
上記吸気ポート5は、各気筒毎に独立したブランチ部8の一端に接続されており、かつ各ブランチ部8の他端は、箱状をなすコレクタ11の一方の側面に接続されている。このコレクタ11は、中央部に略水平方向に設けられた仕切り壁12によって上下一対の容積室13,14に区画されており、図右側のバンクの3本のブランチ部8は上方の容積室13に、図左側のバンクの3本のブランチ部8は、下方の容積室14に接続されている。そして、上記コレクタ11の上記ブランチ部8と反対側の側面には、それぞれ各容積室13,14に連通する吸気通路となる共鳴管15,16が接続されている。この一対の共鳴管15,16は、上流側で1本の通路に集合しており、スロットル弁20(図2,図3参照)を上流側に備えているともに、図示せぬエアフロメータおよびエアクリーナが上流側に配置されている。
【0025】
図2および図3は、上記コレクタ11の詳細を示している。このコレクタ11は、一方の側面が開口した箱状をなすボディ17と、このボディ17の開口面に取り付けられるベースプレート18とからなり、上記ボディ17に6本のブランチ部8が一体に形成されているとともに、上記ベースプレート18に上記共鳴管15,16が接続されている。これらの各部材は、例えばアルミニュウム合金等で鋳造されている。なお、図1に示すように、各ブランチ部8の下流側部分を別部材として構成してもよい。
【0026】
上記仕切り壁12は、上記ベースプレート18に一体に形成されており、その周縁に取り付られたシール部材19を介して、ボディ17の内壁面に突き当てられている。この仕切り壁12は、図3に示すように、平面図上では、細長い略長方形状をなしているが、その両端に、それぞれ略矩形の連通口21,22が開口形成されている。なお、各連通口21,22は、図3に示すように、上下の容積室13,14に接続された6本のブランチ部8の中で、両端に位置する2本のブランチ部8の開口部8aに略対応する位置にある。そして、各連通口21,22を機関運転条件に応じて開閉するために、それぞれに開閉弁23,24が設けられている。この開閉弁23,24は、ベースプレート18に回動可能に支持されたバルブシャフト25と、このバルブシャフト25に取り付られた略矩形の板状の弁体23a,24aとから構成されている。つまり、この実施例では、同一のバルブシャフト25によって一対の開閉弁23,24が構成されている。ここで、上記バルブシャフト25は、仕切り壁12の付け根部分つまりベースプレート18の底壁と交差する部分に、仕切り壁12長手方向に沿って配置されており、このバルブシャフト25に対し、各弁体23a,24aの一端部がいわゆる片持ち状となるようにビス26によって固定されている。上記バルブシャフト25の一端部には、図4に示すように、ベースプレート18側部のダイヤフラム式負圧アクチュエータ27が連係しており、この負圧アクチュエータ27の動作に伴って、バルブシャフト25は、90°強回動するようになっている。このバルブシャフト25の回動に伴って弁体23a,24aは図2に示すように回動するが、仕切り壁12に沿った位置で連通口21,22を閉塞し、かつ仕切り壁12から離れてベースプレート18の側壁に沿った位置で連通口21,22を開放する。なお、連通口21,22の開口縁には、弁体23a,24aの閉位置において該弁体23a,24aの周縁と当接する段部28がそれぞれ設けられている。また、ベースプレート18の側壁には、各弁体23a,24aに対応する凹部29がそれぞれ設けられており、図2に示すように、弁体23a,24aが開位置まで回動したときに、この凹部29内に嵌合するようになっている。
【0027】
上記ベースプレート18には上述したように共鳴管15,16が接続されているが、この共鳴管15,16が接続される吸気入口30,31は、一対の開閉弁23,24に挟まれたコレクタ11長手方向中央部に位置している。詳しくは、図4に示すように、上方の容積室13において、弁体23a,24aに対応する一対の凹部29の間に、長円形状をなす吸気入口30が形成されており、下方の容積室14においては、仕切り壁12を挟んでこれと対称形状をなすように、吸気入口31が形成されている。
【0028】
上記の構成においては、吸気は、一対の共鳴管15,16からコレクタ11内の各容積室13,14へ入り、かつ各ブランチ部8を介して各気筒へ供給される。機関の低中速域、例えば4000rpm以下の領域では、一対の開閉弁23,24が閉状態に制御され、両容積室13,14が独立した状態となる。つまり、左右バンクの吸気系が分離独立したものとなり、低中速域でのトルクが吸気動的効果によって向上する。また、機関の高速域、例えば4000rpm以上の領域では、一対の開閉弁23,24が開位置に制御され、両容積室13,14が連通口21,22を介して互いに一体に連通した状態となる。これにより、両容積室13,14の圧力は均一となり、高速域での体積効率が向上する。
【0029】
このとき、上記構成では、弁体23a,24aは、コレクタ11内でベースプレート18の側壁面に張り付いたような状態、特に凹部29内に嵌合した状態となり、容積室13内に殆ど突出しない。従って、コレクタ11内を流れる吸気流に対し通気抵抗となることがない。特に、上記構成では、弁体23a,24aが吸気入口30,31側の内壁面に沿うように開くので、吸気入口30,31からブランチ部8へ向かって流れる吸気流と弁体23a,24aとの干渉が一層確実に回避される。
【0030】
また、上記実施例では、連通口21,22が一対設けられており、その総開口面積が十分に大きなものとなるので、連通口21,22を介した圧力均衡作用が一層良好なものとなる。特に、従来のように連通口を一端部に偏って配置した場合に比べて、各ブランチ部8の開口部8aから連通口21,22までの距離が非常に短くなり、弁体23a,24aの通気抵抗の低減と相俟って、高速域での出力が向上する。
【0031】
図5は、本実施例の吸気装置を用いた内燃機関のトルク特性を従来の吸気装置のものと対比して示した特性図であり、図示するように、本発明では高速域でのトルク低下を抑制できる。なお、この図示例では、4000rpmにおいて連通口が閉から開へ切り換えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る吸気装置を備えたV型内燃機関全体の断面図。
【図2】コレクタ部分を拡大して示す断面図。
【図3】図2のA−A線に沿った断面図。
【図4】ベースプレートのみを示す図2のB−B線に沿った断面図。
【図5】この発明に係る吸気装置を備えた内燃機関のトルク特性を従来の吸気装置の場合と対比して示す特性図。
【符号の説明】
8…ブランチ部
11…コレクタ
12…仕切り壁
13,14…容積室
21,22…連通口
23,24…開閉弁
23a,24a…弁体
25…バルブシャフト
29…凹部
30,31…吸気入口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an intake device for a V-type internal combustion engine, and more particularly, a variable intake system that has independent volume chambers for each bank and can switch both volume chambers to a separated state and a communication state according to engine operating conditions. It relates to the improvement of the apparatus.
[0002]
[Prior art]
For example, in a V-type 6-cylinder internal combustion engine, the intake strokes of cylinders # 1, # 3, and # 5 in one bank and cylinders # 2, # 4, and # 6 in the other bank do not overlap. By separating the intake system of the bank, a large intake dynamic effect can be obtained in the low and medium speed regions. In the high speed and high load range, it is known that the charging efficiency is improved by connecting the volume chambers of the left and right banks to each other so as to shorten the substantial intake pipe length.
[0003]
Therefore, for example, as described in JP-A-7-324658, etc., the inside of the collector is partitioned into a pair of volume chambers by a partition wall, and each volume chamber is connected to the intake ports of the left and right banks, respectively. Various variable intake devices have been proposed in the past in which a communication port is formed in the partition wall between the two volume chambers, and the communication port can be opened and closed with an on-off valve. Specifically, in the apparatus described in the above publication, the interior of the elongated box-shaped collector is partitioned into upper and lower volume chambers by a partition wall at the center, and three branches are provided on one side of the collector. Are connected to each other, and a communication opening is formed at one end of the partition wall, and a butterfly valve on-off valve is provided there. This on-off valve closes the communication port in the low / medium speed region of the engine and opens so that the volume chambers of the banks communicate with each other in the high speed region.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional configuration as described above, the valve body of the on-off valve is located in a shape substantially along the wall surface of the partition wall in the closed state, and thus does not provide ventilation resistance in the collector. Since it is located away from the wall and intersects the partition wall at an angle of, for example, about 90 °, a large ventilation resistance is generated in the collector. In particular, the high-speed area where the on-off valve opens has a large intake flow rate, and the intake air flows at a high speed in the collector. There is a problem that the output is reduced.
[0005]
In addition, as described above, since the valve body is likely to become a ventilation resistance at the open position, it is difficult to dispose the on-off valve in the vicinity of the branch opening in the collector. For example, in the device described in the above publication, the opening / closing valve is disposed at the end of the collector, and the distance from the opening of the branch of each cylinder, particularly the opening of the cylinder located at the end opposite to the collector, is The communication effect at the time of opening becomes low that much. In other words, from the viewpoint of the performance of the engine when the communication port is opened, it is desirable that the position of the communication port is in the center of the collector and near the branch opening, but if the communication port is provided at such a position, The valve body of the on-off valve becomes a ventilation resistance, which causes a further decrease in output. Similarly, since the valve body tends to be a ventilation resistance in the open position, the size of the valve body of the on-off valve is restricted, and it is difficult to secure a sufficient opening area of the communication port. Therefore, the optimum intake dynamic effect at high speed cannot be obtained, and the output in the high speed range cannot be sufficiently increased.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present invention divides the inside of the collector into two volume chambers by partition walls, and connects the branch portions of each bank to each volume chamber, and opens a communication port for communicating both volume chambers to the partition wall. In a variable intake device for a V-type internal combustion engine that is formed and provided with an on-off valve that opens and closes this communication port according to engine operating conditions,
The on-off valve is provided with an end valve shaft portion of the plate-shaped valve body, said valve shaft with pivots about a collector in the wall in which the valve body is opened intake inlet in the open position to open the communication port It is comprised so that it may be in the state which adjoined along the same inner wall surface .
[0007]
The on-off valve is controlled to be closed in the low / medium speed range and closes the communication port. As a result, the intake system of each bank is separated and independent, and the torque is improved by the intake dynamic effect in the low and medium speed ranges. Further, in the high speed range, the communication port is opened and both volume chambers are in communication. Thereby, the volume efficiency in a high-speed area improves.
[0008]
Here, in the above configuration, the valve body is attached to the valve shaft in a so-called cantilever shape, and when the valve body is rotated about the valve shaft to the open position, the valve body is moved along the inner wall surface of the collector. It becomes a state close to the inner wall surface.
[0009]
In other words, the valve body is in a state close to the shape attached to the inner wall surface of the collector. Therefore, the airflow resistance due to the valve body becomes very small with respect to the intake air flow flowing toward the branch opening in the collector, and the output in the high speed region is not reduced.
[0011]
The intake air enters the collector through an intake inlet that opens in one inner wall surface, and flows out to the opening of each branch portion. That is, it mainly flows from the intake inlet to the branch opening in the collector. Therefore, if the valve body comes close to the inner wall surface on the intake inlet side when the on-off valve is opened, the main flow of intake air does not collide with the valve body, and the ventilation resistance is further reduced.
[0012]
Further, the invention of claim 2 is characterized in that a pair of the communication port and the on-off valve are provided, and the intake inlet is disposed at an intermediate portion of the pair of on-off valves.
[0013]
In the invention of
[0014]
By providing the pair of communication ports in this way, the total opening area at the time of opening is ensured very large.
[0015]
Moreover, in the invention which concerns on Claim 4 , the opening part of a some branch part is arrange | positioned along with the longitudinal direction of the volume chamber, In the range which does not protrude in the volume chamber longitudinal direction rather than the opening part of the both ends, A communication port is arranged.
[0016]
That is, the communication port is provided at a position relatively close to the opening of each branch portion and closer to the center of the collector. As a result, the pressure in the communication state is more evenly balanced, and the output in the high speed range is improved.
[0017]
In the invention according to claim 5 , a concave portion into which the valve body is fitted is formed on the collector inner wall surface close to the valve body. Accordingly, when the valve body is opened, the ventilation resistance is further reduced because the valve body enters the recess of the inner wall surface of the collector.
[0018]
【The invention's effect】
According to the variable intake device for a V-type internal combustion engine according to the present invention, when the on-off valve opens the communication port, the valve body of the on-off valve does not protrude into the collector, so that there is no ventilation resistance. It is possible to avoid a decrease in output in a high speed range due to ventilation resistance. Further, the degree of freedom of the formation position and the opening area of the communication port is increased, and a sufficiently large communication port can be secured near the opening of the branch portion, for example, as in claim 4 .
[0019]
Also, since the valve element opens on the side that does not mainstream and interference of the intake, it is possible to further reduce the airflow resistance.
[0020]
According to the invention of claim 2 or
[0021]
Furthermore, according to the invention of claim 5, the ventilation resistance is further reduced by fitting the valve body into the recess.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 shows the overall configuration of a V-type 6-cylinder internal combustion engine equipped with a variable intake system according to the present invention. This internal combustion engine has six cylinders 2 arranged in a V shape in a cylinder block 1, and
[0024]
The intake port 5 is connected to one end of an
[0025]
2 and 3 show details of the
[0026]
The
[0027]
As described above, the
[0028]
In the above configuration, the intake air enters the
[0029]
At this time, in the above configuration, the
[0030]
Moreover, in the said Example, since the
[0031]
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the torque characteristics of an internal combustion engine using the intake device of this embodiment in comparison with that of a conventional intake device. Can be suppressed. In the illustrated example, the communication port is switched from closed to open at 4000 rpm.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an entire V-type internal combustion engine equipped with an intake device according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a collector portion.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2 showing only the base plate.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing torque characteristics of an internal combustion engine equipped with an intake device according to the present invention in comparison with a conventional intake device.
[Explanation of symbols]
8 ...
Claims (5)
上記開閉弁は、板状の弁体の一端部にバルブシャフトを備え、該バルブシャフトを中心に回動するとともに、連通口を開放する開位置において上記弁体が吸気入口が開口するコレクタ内壁面と同一の内壁面に沿って近接した状態となるように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。The interior of the collector is partitioned into two volume chambers by partition walls, and the branch portions of the banks are connected to the respective volume chambers, and a communication port for communicating both volume chambers is formed in the partition wall. In a variable intake device for a V-type internal combustion engine provided with an on-off valve that opens and closes according to engine operating conditions,
The on-off valve is provided with an end valve shaft portion of the plate-shaped valve body, said valve shaft with pivots about a collector in the wall in which the valve body is opened intake inlet in the open position to open the communication port A variable intake device for a V-type internal combustion engine, which is configured to be close to each other along the same inner wall surface .
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