JP4103750B2 - 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、左右バンク毎に独立した一対のサージタンクの間に、両者の連通，遮断を切り換えるタンク制御弁を配置するとともに、各サージタンクから延びるブランチ通路の実質的な通路長を長短に切り換える一対のブランチ制御弁を備えたＶ型内燃機関用の吸気装置が開示されている。各サージタンクは、その吸気入口にスロットルチャンバを備え、ゴムホース等を介してエアクリーナ側から吸気が導入されることになる。
特開平７−１０２９７９号公報

上記従来の構成においては、低中速域においてタンク制御弁を閉じて両サージタンクを分離独立させたときに、スロットルチャンバから下流側の部分のみが各バンクの共鳴管となる。従って、共鳴管の長さを十分に確保するためには、ブランチ部の長さも含め、吸気コレクタ全体の外形寸法が非常に大きなものとなってしまう。換言すると、エンジンルーム内の限られたスペースの中に吸気装置を収容しようとした場合に、各バンクの共鳴管の長さが不十分となりやすく、低中速域でのトルク向上を十分に達成することができない。

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、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、これらの第１，第２コレクタ部の間に、開閉弁を介して各コレクタ部と連通可能な容積室を備えている。つまり、開閉弁が閉じた状態では、各バンクの吸気系が分離独立し、開閉弁が開いた状態では、各バンクの吸気系が上記容積室とともに一体に連通する。

各コレクタ部の後端部には、それぞれ吸気入口が設けられている。

そして、本発明では、上記容積室の上方から後方へ延びる剛性を有する吸気入口管を備えており、この吸気入口管が、上記容積室の上方で二股状に分岐した形状に形成されるとともに、分岐した２本の管部が容積室後方で互いに交差し、かつＵターンして各コレクタ部の吸気入口にそれぞれ接続されている。

このような構成では、上記開閉弁を閉じて各バンクの吸気系が分離独立した状態のときに、剛性を有する吸気入口管の分岐部から下流側の部分も各バンクの共鳴管の一部となるため、共鳴管の長さが長く得られる。そして、この共鳴管となる吸気入口管の一対の管部は、容積室の上方から後方へ延び、かつ互いに交差するとともにＵターンして各コレクタ部へと向かうので、吸気コレクタ上方の空間を有効に利用しつつ、限られたスペース内で長い管長を得ることができる。また、左右バンクの共鳴管の長さを容易に等長化することができる。

さらに、本発明の一つの態様では、各バンク毎にスロットルチャンバを備えており、このスロットルチャンバが、各コレクタ部の吸気入口と各管部との間に配設されている。この場合、スロットルチャンバも、共鳴管の長さの一部となる。

この発明によれば、限られたスペース内で左右バンクの共鳴管の長さを長く確保することができ、低中速域におけるトルクをより向上させることができる。

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４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とコレクタカバー１２との２つの部材に分割して構成されているものであり、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。

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、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とともに、下方へ向かって湾曲しており、吸気コレクタ１の下面中央部に下方へ向いたフランジ状に形成されたブランチ集合部１６に、１列に並んで開口するように接続されている。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。

上記第１，第２コレクタ部１３，１４の後端部には、それぞれ吸気入口（図示せず）が開口する矩形のフランジ２９，３０が設けられている。これらの吸気入口となるフランジ２９，３０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、スロットル弁を内蔵したスロットルチャンバ３１，３２がそれぞれ取り付けられている。

また、２つのコレクタ部１３，１４の間には、コレクタカバー１２の略矩形のカバー部４１により覆われてなる容積室２１が設けられている。詳しくは、複数本のブランチ部１５を連ねるように、コレクタボディ１１側に底壁（図示せず）が設けられているとともに、その周縁に、一つの平面に沿った略矩形のフランジ部２２が形成されており、ここに、液体ガスケット等の適宜なシール材を介して上記カバー部４１が取り付けられ、かつ複数のボス部４２に配置されるボルト（図示せず）によって固定されている。これによって、カバー部４１の内側に、密閉された容積室２１が形成されている。

なお、上記下部マニホルド２は、上記コレクタカバー１２を取り外した状態において、上記容積室２１の内側から図示せぬボルトによって締付固定されている。

この実施例では、第１コレクタ部１３と第２コレクタ部１４とを直接に連通する連通路は具備しておらず、カバー部４１により覆われた中央の容積室２１に、各コレクタ部１３，１４がそれぞれ開閉弁５４を介して内部で連通する構成となっている。上記開閉弁５４は、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、バタフライバルブ型の弁体を有するシャフト６３の端部に設けられたリンクプレート６３ａ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。つまり、各コレクタ部１３，１４と容積室２１との間では、３本のブランチ部１５の間となる２箇所に、各コレクタ部１３，１４内と容積室２１内とを連通させる開口部（図示せず）が形成されており、開閉弁５４のシャフト６３に設けられた一対の弁体がこれらの開口部を開閉する構成となっている。従って、一対の開閉弁５４が上記開口部を閉じた状態では、両コレクタ部１３，１４は互いに独立したものとなり、一対の開閉弁５４が上記開口部を開くと、両コレクタ部１３，１４が容積室２１とともに互いに一体に連通したものとなる。

一方、上記コレクタカバー１２においては、上記第１，第２コレクタ部１３，１４へ吸気を導くための吸気入口管４４が、上記カバー部４１の上面に、該カバー部４１と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いるものであって、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、さらにカバー部４１の中央（左右方向の中央）付近で、後方へ湾曲しつつ左右に分岐している。つまり、分岐部４４ｃにおいて第１管部４４Ａと第２管部４４Ｂとに二股状に分岐して形成されている。そして、第１管部４４Ａは、湾曲部４４ａ，４４ｂで略９０°ずつ２回湾曲してＵターンするように方向転換し、その先端が、短いゴムホース３３を介して第１コレクタ部１３側のスロットルチャンバ３１に接続されている。

一方、第２管部４４Ｂは、そのまま真っ直ぐ進むような形で斜め後方へと延び、かつ上記第１管部４４Ａの湾曲部４４ａ，４４ｂの間の下方を通って、該第１管部４４Ａと交差している。この第２管部４４Ｂの先端は、湾曲部４４ａ，４４ｂの間の第１管部４４Ａの側縁に沿って終端となっており、かつ矩形のフランジ７１を備えている。つまり、このフランジ７１は、第１管部４４Ａの側縁に沿って位置している。そして、このフランジ７１に、同様のフランジ７３を備えた金属製の中間ダクト７２が接続され、該中間ダクト７２の先端が、ゴムホース３４を介して第２コレクタ部１４側のスロットルチャンバ３２に接続されている。上記中間ダクト７２は、吸気入口管４４と同じく剛性を有するアルミニウム合金の鋳造品からなり、フランジ７３からスロットルチャンバ３２側の端部へ亘って略９０°以上方向が変化するように両端部が曲がっている。従って、第２管部４４Ｂから中間ダクト７２を介して第２コレクタ部１４へと、全体として、Ｕターンするような形状となっている。なお、３５は、ゴムホース３３，３４を締め付けるホースクランプである。

ここで、上記吸気入口管４４は、上記吸気取入口４８の部分では略円形の断面形状（図１参照）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、カバー部４１の上では、第１，第２管部４４Ａ，４４Ｂも偏平な断面形状を有し、かつ上述のようにカバー部４１よりも後方の位置において上下に交差する。そして、第１管部４４Ａの先端および第２管部４４Ｂの先端は、再び略円形の断面形状となる。なお、第１管部４４Ａと第２管部４４Ｂとが交差する部分では、両者は、一体に連続したものとして鋳造されている。

また、カバー部４１から突出した吸気入口管４４の上流側部分を支持するために、上記吸気入口管４４の中間部の両側に、貫通孔を備えた一対のボス部４９が形成されており、第１コレクタ部１３の上面に設けられたボルトボス部５０に、図示せぬボルトにより結合されるようになっている。

上記の吸気入口管４４等の組立手順としては、まず、コレクタカバー１２取付前に、第１，第２コレクタ部１３，１４のフランジ２９，３０にスロットルチャンバ３１，３２を固定する。次に、第１コレクタ部１３側のスロットルチャンバ３１にゴムホース３３でもって第１管部４４Ａを接続しつつ、コレクタカバー１２のカバー部４１をコレクタボディ１１の上面のフランジ部２２に合わせて固定する。次に、第２コレクタ部１４側のスロットルチャンバ３２と中間ダクト７２の端部とをゴムホース３４でもって接続した後、中間ダクト７２のフランジ７３と第２管部４４Ｂ先端のフランジ７１との位置を合わせ、図示せぬボルトで結合する。なお、ゴムホース３３，３４で接続されている箇所においても、互いに突き合わされる金属管同士の間隙は非常に小さく（例えば４〜５ｍｍ程度）、従って、実質的には、吸気系の管路全体が剛性の高い金属鋳造品から構成されている。

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、吸気入口管４４の分岐部４４ｃ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、分岐部４４ｃから各気筒へ至るそれぞれの共鳴管として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がそれぞれ開かれ、第１コレクタ部１３と第２コレクタ部１４とが中央の容積室２１に一体に連通する。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。

ここで、上記構成では、共鳴管として機能する剛性を有する吸気入口管４４が吸気コレクタ１の容積室２１上面から後方へ延び、かつ分岐した２つの管部４４Ａ，４４Ｂが、いわゆる”たすき掛け状”となるように交差して配置されているので、エンジンルーム内の限られたスペースの中で、吸気装置全体をコンパクトにしつつ、各バンクの共鳴管の長さを十分に大きく確保することができる。また、途中に介在するスロットルチャンバ３１，３２も、共鳴管の長さの一部として有効に利用することができる。そして、上記のように第１，第２管部４４Ａ，４４Ｂを交差させることにより、それぞれの流路が、より緩やかな曲率でもって大きくＵターンする形となり、流れの片寄りが少なくなって、両バンクへ均等に吸気を導入することができるとともに、両バンクの共鳴管の長さを容易に等長化することができる。

また、第２管部４４Ｂと中間ダクト７２とを連結するフランジ７１，７３が、交差する第１管部４４Ａの側縁に沿って位置するため、図４に示すように、第１管部４４Ａと第２管部４４Ｂとの高低差を利用して、フランジ７１，７３が外部に大きく突出しないようにすることができる。

さらに上記構成では、スロットルチャンバ３１，３２は、その入口側および出口側の双方が同じ吸気コレクタ１に接続されることになるため、内燃機関がロール振動等により振動しても、スロットルチャンバ３１，３２が片持ち状に振動することはなく、その振動が抑制される。しかも、カバー部４１から側方へ突出した吸気入口管４４が第１コレクタ部１３のボルトボス部５０に固定支持されるため、吸気入口管４４が振動したり、カバー部４１のシール性が低下したりすることがない。

なお、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好適なものである。つまり、開閉弁５４のアクチュエータ６２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、カバー部４１の前方寄り部分の上面位置に比べて、後方の吸気入口管４４部分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、フードとの間の間隙は、非常に小さなものとすることができる。

実施例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。 この吸気装置を斜め前方から示す斜視図。 同じく平面図。 同じく背面図。

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
３１，３２…スロットルチャンバ
４１…カバー部
４４…吸気入口管
５４…開閉弁

Claims (6)

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、これらの第１，第２コレクタ部の間に、開閉弁を介して各コレクタ部と連通可能な容積室を備えており、
   各コレクタ部の後端部にそれぞれ吸気入口が設けられており、
   上記容積室の上方から後方へ延びる剛性を有する吸気入口管が、上記容積室の上方で二股状に分岐した形状に形成されるとともに、分岐した２本の管部が容積室後方で互いに交差し、かつＵターンして各コレクタ部の吸気入口にそれぞれ接続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. 各バンク毎にスロットルチャンバを備え、このスロットルチャンバが、各コレクタ部の吸気入口と各管部との間に配設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. 上記吸気入口管は、二股状の分岐部から両管部の交差部を含む範囲が一体に形成されており、一方の管部の先端が一方のスロットルチャンバに接続されているとともに、他方の管部の先端に、別部材からなる中間ダクトが接続され、該中間ダクトを介して他方のスロットルチャンバに接続されている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. 交差部において下側となる管部に上記中間ダクトが接続されており、かつ上記中間ダクトと接続するためのフランジが、上側の管部の側縁に沿って形成されていることを特徴とする請求項３に記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
5. 上記容積室の上面開口を覆って該容積室を構成するカバー部と上記吸気入口管とが一体に鋳造されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
6. 上記吸気入口管の上流側部分が一方のコレクタ部の上面を横切るように、上記カバー部から側方へ突出して形成されており、かつ上記コレクタ部の上面に固定支持されていることを特徴とする請求項５に記載のＶ型内燃機関の吸気装置。
   

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