JP4103749B2 - Ｖ型内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

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機構を備えた吸気装置の改良に関する。

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。

そのため、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。

特許文献１には、Ｖ型内燃機関の吸気コレクタとして、吸気入口を備えた中央の第１容積室の外側に、それぞれ各バンクに対応する一対の第２容積室を配置し、第１容積室の端部と第２容積室の端部とを共鳴通路部で接続するとともに、各第２容積室と中央の第１容積室との間に、偏平な板状弁体を用いたバルブユニットをそれぞれ配置した構成が開示されている。このものでは、左右両側に位置する第２容積室の外側から該第２容積室の下側を通って、各気筒のブランチ部がバンク間の中央部へと延びているが、このブランチ部の部分と上記の第１，第２容積室や共鳴通路部の部分とは別体に鋳造されている。さらに、この吸気コレクタは、その底面に取り付けられた下部マニホルドを介して左右バンクのシリンダヘッドに接続されるようになっている。上記下部マニホルドは、ブランチ部を構成する下側の部品を貫通した複数本のボルトによって、吸気コレクタの内側から締結されている。
特開平１１−２９４１７１号公報

上記のように、従来の吸気装置では、吸気コレクタの下面に下部マニホルドを取り付けるために、第１，第２容積室や共鳴通路部を、一方の面が開口した形状に鋳造し、２つの部品を上下に合わせることで空間が構成されるようにしていたので、装置の小型化や構造の単純化が制約されていた。また、上下の合わせ面つまりシール面が大型化し、シールの上で好ましくない。

この発明に係るＶ型内燃機関の吸気装置は、Ｖ型内燃機関のバンク間の上方に吸気コレクタが配置され、その底面に取り付けられた下部マニホルドを介して左右バンクのシリンダヘッドに接続されるとともに、この吸気コレクタ内部で吸気系の切換が行われるようになっている。

上記吸気コレクタは、左右両側にそれぞれ第１，第２コレクタ部を備えるとともに、前端部に、両コレクタ部を連通するように左右に延びた連通管を有している。また上記下部マニホルドは、上記吸気コレクタのボス部を通して上方から挿入された複数本のボルトによって上記吸気コレクタに結合されている。そして、複数個のボス部の中で、一部のボス部は、上記連通管の底壁に設けられており、このボス部の上方となる連通管の上部壁に、ボルト締付作業を行うための作業孔が開口形成されているとともに、該作業孔がプラグにより閉塞されている。

つまり上記連通管は、上下に分割されておらず、この部分では、上記作業孔を通してボルトの締付作業がなされる。そして、ボルトの締付作業の終了後に、例えば着脱可能なねじ式のプラグが取り付けられ、これによって、作業孔が閉塞される。

また本発明の一つの態様では、上記第１，第２コレクタ部の間の領域に、各コレクタ部から互いに内側へ向かうように延びた各気筒のブランチ部が並んで配置されており、これらのブランチ部の先端に上記下部マニホルドが接続されている。そして、上記ブランチ部の上面を覆うようにカバーが取り付けられることで容積室が形成されており、複数個のボス部の中の一部のボス部が、上記容積室内に配置されている。この容積室内のボス部に対応するボルトに対しては、容積室のカバーを取り外した状態で締付作業が行われる。

この発明によれば、下部マニホルド取付用のボルトを、連通管と重なる位置に配置する必要がある場合に、連通管を上下に分割した構成とせずに済み、例えばコレクタ部とともに中空状に鋳造することが可能となる。そのため、吸気コレクタの外形寸法の小型化の上で有利となるとともに、シールが必要なフランジ面などが少なくなり、シールが容易となる。

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。

図１〜図３は、この発明に係るＶ型６気筒内燃機関用の吸気装置の一実施例を示している。この吸気装置は、Ｖ型内燃機関のバンク間の上方に配置される偏平な箱状の吸気コレクタ１と、この吸気コレクタ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。上記下部マニホルド２は、図１に示すように、吸気コレクタ１の中央部下面に取り付けられ、左右バンクのシリンダヘッド３，４がこの下部マニホルド２を介して吸気コレクタ１に接続されるようになっている。

上記吸気コレクタ１は、コレクタボディ１１を主体とし、その上面中央部に別体のコレクタカバー１２が取り付けられて構成されている。コレクタボディ１１およびコレクタカバー１２のそれぞれは、アルミニウム合金により一体に鋳造されている。図４〜図６は、コレクタカバー１２を取り外したコレクタボディ１１の単体での構成を示している。

上記コレクタボディ１１は、左右両側に、それぞれ第１コレクタ部１３および第２コレクタ部１４を備えている。これらのコレクタ部１３，１４は、気筒列方向（前後方向）に細長い箱状をなしており、互いにほぼ平行に配置されているとともに、それぞれの互いに対向する内側面から互いに内側へ各３本のブランチ部１５が延びている。

これらの計６本のブランチ部１５は、図５に示すように、両コレクタ部１３，１４の間の領域において、互い違いに組み合わさるような形で並んで配置されており、かつそれぞれの先端部が、吸気コレクタ１の中央部に達している。各ブランチ部１５内の通路つまりブランチ通路１５Ａは、図８の断面図に示すように、吸気コレクタ１の下面中央部に突出して形成されたブランチ集合部１６の下面に、１列に並んで開口している。上記下部マニホルド２は、このブランチ集合部１６の下面に取り付けられ、各ブランチ通路１５Ａを左右に振り分けて、シリンダヘッド３，４の吸気ポートに連通させている。この下部マニホルド２を介して、図１において左側のシリンダヘッド３（右バンク）の♯１，♯３，♯５気筒は、図右側のコレクタ部１３に接続され、図右側のシリンダヘッド４（左バンク）の♯２，♯４，♯６気筒は、図左側のコレクタ部１４に接続されている。

また、２つのコレクタ部１３，１４の間には、６本のブランチ部１５を連ねるように、コレクタ部１３，１４の下面の高さ位置に沿った底壁１７が一体に形成されているとともに、図４，図６に示すように後部壁１８が一体に形成されており、これらのコレクタ部１３，１４と底壁１７と後部壁１８との内側に、容積室２１となる空間が形成されている。この容積室２１となる空間の上部には、コレクタ部１３，１４の上面の高さ位置にほぼ対応した一つの平面に沿って、ほぼ矩形をなす開口フランジ２２がボルトボス部２３とともに形成されており、ここに上記コレクタカバー１２が取り付けられている（図２、図３参照）。詳しくは、上記コレクタカバー１２の板状のカバー部４１が、液体ガスケット等の適宜なシール材を介して上記開口フランジ２２を覆っており、かつ上記ボルトボス部２３に螺合する複数本のボルト４２により結合されている。これによって、上記の底壁１７より上方の空間が、密閉された容積室２１となっている。

上記第１，第２コレクタ部１３，１４の後端部には、それぞれ首部１３ａ，１４ａを介して吸気入口２７，２８が設けられている。これらの吸気入口２７，２８は、互いに内側を向くように斜めに傾けて形成されており、矩形のフランジ２９，３０をそれぞれ備えている。

また、コレクタボディ１１の前端部には、左右に延びた円筒状の連通管５１が設けられている。この連通管５１は、第１，第２コレクタ部１３，１４等と一体に鋳造されたもので、図７に内部構造を示すように、その両端部が、窓状の開口部５２を通して、第１，第２コレクタ部１３，１４の前端部にそれぞれ接続されている。また、この連通管５１の長手方向の中間部は、同じく窓状の開口部５３を通して、コレクタ部１３，１４の間の容積室２１に開放されている。つまり、実質的に容積室２１と一体の室となっている。換言すれば、上記の開口部５３を備えた長手方向中間部では、連通管５１の断面形状は、上記容積室２１に向かって開口したＣ字形をなしている（図８参照）。そして、この連通管５１内部を、上記開口部５２と上記開口部５３との間の位置において遮断するように、バタフライバルブ型の弁体５５を備えた開閉弁５４が、連通管５１の左右にそれぞれ設けられている。ここで、上記弁体５５の周縁が開閉の際に接触する連通管５１の要部の内周面５１ａは、鋳造後、部分的に機械加工されている。上記連通管５１の断面形状は、真円形に近い長円形をなしており、従って、弁体５５の外形状も、同様の長円形をなしている。また、連通管５１の両端は、上記の機械加工や弁体５５の組立のために、開放された形に鋳造されており、最終的に別体のエンドプレート５７をそれぞれ取り付けることによって閉塞されている。

上記開閉弁５４は、図２等に示すように、ブラケット６１を介して支持される負圧ダイヤフラム式アクチュエータ６２を備えており、弁体５５のシャフト（図示せず）端部に設けられたリンクプレート６３に上記アクチュエータ６２のロッド６２ａ先端が連係し、負圧の導入・遮断に応じて開閉動作する。６４は、リンクプレート６３の回動範囲を規制するストッパピンである。なお、一対の開閉弁５４は、基本的に左右対称に構成されており、通常は、両者同時に開閉制御される。

一方、図２、図３に示すように、上記コレクタカバー１２においては、上記カバー部４１の上面に、吸気入口管４４が一体に鋳造されている。この吸気入口管４４は、平面図上で見て略Ｓ字状をなすように湾曲しており、下流端部が、コレクタカバー１２の後端部に設けられた台形状をなす吸気分岐部４５に連続している。そして、吸気分岐部４５は、左右に一対の吸気出口部４６，４７を有し、この吸気出口部４６，４７と各コレクタ部１３，１４の吸気入口２７，２８との間に、スロットル弁を内蔵したスロットルチャンバ３１，３２がそれぞれ介装されている。このスロットルチャンバ３１，３２は、上記フランジ２９，３０に取り付けられており、上記吸気出口部４６，４７との間は、短いゴムホース３３，３４によって接続されている。３５は、このゴムホース３３，３４を締め付けるホースクランプを示す。

なお、上記吸気入口管４４は、図外のエアクリーナに吸気ダクトを介して接続される吸気取入口４８が、第１コレクタ部１３の側方において前方へ向かって開口しているとともに、ここから略９０°湾曲して第１コレクタ部１３の上を左右方向に横切り、さらに容積室２１上方位置で後方へ略９０°湾曲して上記吸気分岐部４５へ至る。そして、上記吸気取入口４８の部分では略円形の断面形状を有し、かつ第１コレクタ部１３と交差する付近から上下方向の寸法が小さな偏平な形状となっていくとともに、その通路断面積が、吸気分岐部４５へ近付くにつれて徐々に拡大するようになっている。

ここで、図示の実施例は、Ｖ型内燃機関を、クランクシャフト軸方向が車両前後方向に沿った形となる、所謂縦置き状態に車両エンジンルームに搭載する場合に適用されるものである。つまり、連通管５１が車両の前方に、スロットルチャンバ３１，３２が車両のダッシュボード寄りに位置するものとなる。上記実施例では、前方の連通管５１の上面位置に比べて、後方の吸気分岐部４５の上面は相対的に上方へ張り出しているが、これらによる吸気コレクタ１上面の全体的な傾斜が、エンジンルーム上面を覆うフード７１（図８参照）の傾斜に対応したものとなる。別体の吸気ダクトが吸気コレクタ１の上方を通る場合と異なり、上記吸気入口管４４は吸気コレクタ１と一体に鋳造されたものであるので、余分な隙間を設ける必要はなく、フード７１との間の間隙は、非常に小さなものとすることができる。

上記のように構成された吸気装置においては、例えば内燃機関が低中速域にあるときには、上記の一対の開閉弁５４がそれぞれ閉じられる。これにより、第１コレクタ部１３と第２コレクタ部１４とが、互いに分離独立したものとなり、かつ容積室２１からも切り離された形となる。従って、吸気分岐部４５から下流側で左右バンク毎に独立した吸気系が構成されるとともに、吸気分岐部４５から各気筒へ至るそれぞれの管長が十分に長く得られ、かつ第１，第２コレクタ部１３，１４の実質的な容積が小さくなる。これにより、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。

また、例えば内燃機関が高速域となると、一対の開閉弁５４がそれぞれ図７の仮想線のように開かれ、第１コレクタ部１３と第２コレクタ部１４とが連通管５１により互いに連通するとともに、中央の容積室２１とも一体のものとなる。従って、左右バンクの独立した部分の管長は短くなり、かつ各バンクの吸気系が合流する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、高速域の体積効率が向上する。

特に、上記構成では、第１，第２コレクタ部１３，１４と複数本のブランチ部１５と連通管５１とが、コレクタボディ１１として中空状に一体鋳造されているので、開閉弁５４により切換可能な吸気系を構成する吸気装置を非常に小型に構成でき、しかも、合わせ面の段差等が存在しない吸気抵抗の小さな滑らかな流路を得ることができる。

また連通管５１がブランチ部１５の前方に位置し、該連通管５１や開閉弁５４が、ブランチ部１５と上下に重ならずに、ブランチ部１５とほぼ同一の高さ位置にあるので、連通管５１の断面形状を真円形に近い円形形状とすることができ、かつ通路断面積を大きく確保することができる。そのため、開閉弁５４を開いた状態において、第１，第２コレクタ部１３，１４や容積室２１の連通状態がより向上し、内部の圧力が均一となって、良好な吸気動的効果が得られる。また、開閉弁５４の弁体５５が真円形に近い円形形状となるため、該弁体５５の周縁と連通管５１内周面５１ａとのシール性の確保やこれらの機械加工が容易となる。

しかも、第１，第２コレクタ部１３，１４もブランチ部１５と上下に重ならないため、両コレクタ部１３，１４やブランチ部１５を極端な偏平形状とせずに済み、偏平化に伴う吸気抵抗の増加を回避できる。

次に、上記の吸気コレクタ１とその下面側の下部マニホルド２との結合構造をより詳細に説明する。

この実施例では、前後方向に細長い形状をなす下部マニホルド２が合計８本のボルトによって吸気コレクタ１に固定されている。これらのボルトは、いずれも上方つまり吸気コレクタ１側から締め付けられるもので、吸気コレクタ１側のボス部２５ａ〜２５ｈを貫通し、かつ下部マニホルド２のねじ孔に螺合するようになっており、下部マニホルド２の前後両端部にそれぞれ１本ずつ配置され、かつ下部マニホルド２の側縁に沿って左右にそれぞれ３本ずつ配置されている。

図４〜図６に示すように、８箇所のボス部２５ａ〜２５ｈの中で、下部マニホルド２の前後両端部に対応するボス部２５ａ，２５ｈ以外の６個のボス部２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２５ｇは、上記容積室２１の底部つまりコレクタカバー１２のカバー部４１に覆われる位置に配置されている。これらの６個のボス部２５ｂ〜２５ｇは、高さ（軸方向の長さ）が比較的大きな円筒状をなし、各々隣接するブランチ部１５の肉と部分的に連続した形に形成されている。これらのボス部２５に配置される図示せぬボルトは、コレクタカバー１２を取り外した状態において、容積室２１側から締付作業がなされる。

また下部マニホルド２の後端部に対応するボス部２５ｈは、図５，図６に示すように、コレクタボディ１１の後端部の後部壁１８外側に突出した形に設けられている。このボス部２５ｈは、最終的な組立状態では、コレクタカバー１２の吸気分岐部４５に上方から覆われるので、ここに配置されるボルトは、やはりコレクタカバー１２を取り外した状態において締付作業を行う必要がある。

下部マニホルド２の前端部に対応するボス部２５ａは、図６および図８に示すように、連通管５１の底壁に設けられており、他のボス部２５ｂ〜２５ｈに比べて高さが低い円筒状をなしている。より詳しくは、ボス部２５ａは、左右に延びた連通管５１の長手方向のほぼ中央に位置し、かつ長円形をなす連通管５１の断面形状のほぼ中央に位置している。換言すれば、２つの弁体５５の間にボス部２５ａが位置している。そして、このボス部２５ａの直上となる連通管５１の上部壁に、ボルト締付作業用の円形の作業孔６５が開口形成されている。この作業孔６５は、雌ねじ部を有し、六角孔を備えたねじ式のプラグ６６によって閉塞されている。つまり、上記のボス部２５ａに配置されるボルト７２を作業孔６５を通して図示せぬドライバにより連通管５１の外側から締め付けた後に、上記プラグ６６が装着される。なお、このプラグ６６も液体ガスケット等を用いてシールすることが望ましい。また、図８に示すように、上記作業孔６５の開口縁には、上記プラグ６６のフランジ部分６６ａを収容する凹部６５ａが形成されており、これによって、プラグ６６の上面は、連通管５１の上面から突出せず、ほぼ同一面となっている。従って、カバー部４１が取り付けられる開口フランジ２２のフランジ面よりも低い位置に上記連通管５１の上面ならびにプラグ６６の上面が位置し、車載状態においては、前下がりに傾斜するフード７１に沿った外形状となる。

上記のように連通管５１にボス部２５ａならびに作業孔６５を設けた構成によれば、前述したように連通管５１を第１，第２コレクタ部１３，１４等とともに中空状に一体鋳造することが可能であり、例えば連通管５１を上下に２分割する構成に比べて、吸気コレクタ１の外形状がより小型となる。また、カバー部４１を取り付ける開口フランジ２２の大きさが比較的小さくなり、その機械加工やシール性の確保、さらには剛性の確保が容易となる。しかも、上記実施例では、図８に示すように、開口フランジ２２の高さに比べて、プラグ６６を含めた連通管５１の上面高さ位置を低くすることが可能であり、車両のフード７１との間に所要の間隙を確保することができる。図８から明らかなように、仮に、カバー部４１をボス部２５ａの上方まで延長したとすると、その部分の上面の高さ位置がより高くなり、フード７１の高さをより高く設定する必要がある。また、ボス部２５ａが連通管５１内に柱状に存在せず、高さの低いものとすることができるので、連通管５１内の吸気の運動、特に弁体５５が開いた状態での吸気の運動を阻害することがない。

この発明の吸気装置を一対のシリンダヘッドとともに示す正面図。 吸気コレクタを下部マニホルドとともに示す斜視図。 吸気コレクタの平面図。 コレクタボディ単体での構成を示す斜視図。 コレクタボディ単体の平面図。 コレクタボディを後方から示す斜視図。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

符号の説明

１…吸気コレクタ
２…下部マニホルド
３，４…シリンダヘッド
１１…コレクタボディ
１２…コレクタカバー
１５…ブランチ部
２１…容積室
２５ａ〜２５ｈ…ボス部
２７，２８…吸気入口
３１，３２…スロットルチャンバ
５１…連通管
５４…開閉弁
６５…作業孔
６６…プラグ

Claims (7)

1. Ｖ型内燃機関のバンク間の上方に吸気コレクタが配置され、その底面に取り付けられた下部マニホルドを介して左右バンクのシリンダヘッドに接続されるとともに、この吸気コレクタ内部で吸気系の切換が行われるＶ型内燃機関の吸気装置において、
   上記吸気コレクタは、左右両側にそれぞれ第１，第２コレクタ部を備えるとともに、前端部に、両コレクタ部を連通するように左右に延びた連通管を有し、
   上記下部マニホルドは、上記吸気コレクタのボス部を通して上方から挿入された複数本のボルトによって上記吸気コレクタに結合されており、
   複数個の上記ボス部の中の一部のボス部が、上記連通管の底壁に設けられ、このボス部の上方となる連通管の上部壁に、ボルト締付作業を行うための作業孔が開口形成されているとともに、該作業孔がプラグにより閉塞されていることを特徴とするＶ型内燃機関の吸気装置。
2. 上記第１，第２コレクタ部の間の領域に、各コレクタ部から互いに内側へ向かうように延びた各気筒のブランチ部が並んで配置され、これらのブランチ部の先端に上記下部マニホルドが接続されるとともに、
   上記ブランチ部の上面を覆うようにカバーが取り付けられて容積室が形成されており、
   上記一部のボス部は、上記容積室内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
3. 上記連通管の内部が上記容積室に一体に連通しており、上記一部のボス部および上記作業孔を有する部分での上記連通管の断面形状が、上記容積室に向かって開口したＣ字形をなすことを特徴とする請求項２に記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
4. 上記カバーが取り付けられる開口フランジのフランジ面よりも低い位置に上記プラグの上端が位置することを特徴とする請求項２または３に記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
5. 上記連通管の両端部に、各コレクタ部と容積室との間を開閉する開閉弁がそれぞれ配置されており、連通管の長手方向において、上記一部のボス部および上記作業孔が２つの開閉弁の間に位置していることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
6. 上記プラグは、雌ねじ部を備えた作業孔に螺合するねじ式のプラグであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
7. 上記第１，第２コレクタ部および上記連通管が、中空状に一体に鋳造されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＶ型内燃機関の吸気装置。

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