JP4120264B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多気筒内燃機関の吸気装置、特に、各気筒毎に独立した吸気通路のそれぞれにスロットル弁が設けられた吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の各気筒毎に独立した吸気通路を有するとともに、この気筒別の吸気通路のそれぞれに、スロットル弁を備えた吸気装置が従来から知られている。この場合、複数個のスロットル弁は、一般に、いわゆる多連スロットルとして、同軸状に配置され、同一開度となるように一斉に開閉される。
【０００３】
このような複数個のスロットル弁を各気筒毎に備えた構成では、アイドル時のようなスロットル弁開度が小さい領域で、種々の誤差やスロットルシャフトの捻れ等に起因して各気筒の実際の吸気量が不均一となり、例えばアイドル安定性が悪化する、といった問題が生じる。
【０００４】
そのため、従来、この種の吸気装置において、特開平９−２８００６１号公報や特開平８−１３５５２９号公報に示されているように、スロットル弁の下流側において各吸気通路を互いに連通させるように連通路を設けることが提案されている。この場合、連通路を介して各気筒の吸気量が均等となり、気筒間のアンバランスが解消される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような連通路を設けた構成では、高負荷運転時に、充填効率向上のために積極的に活用すべき各気筒の吸気通路の吸気脈動が、上記連通路を介した各気筒の脈動の干渉によって減衰してしまい、吸気動的効果が十分に得られない、という不具合が生じる。
【０００６】
図６は、この脈動の減衰を説明するもので、一般に、独立した各気筒の吸気通路では、（ａ）に示すような吸気脈動が生じる。これは、最初に吸気弁の開弁に伴って吸入パルスとして示す負圧波が生じ、大気開放端側で正圧波として反射してくる反射波と合成されるものであり、良く知られているように、これによって吸気慣性効果ならびに吸気脈動効果が得られるのである。（ｂ）は、例えば直列４気筒機関の♯２気筒の吸気脈動を示し、（ｃ）は、隣接する♯３気筒の吸気脈動を示しているが、これらの吸気装置が連通路により互いに連通していると、（ｄ）に示すように、ある瞬間で圧力の高い方の気筒から低い方の気筒へと吸気が流れようとする結果、実線のように脈動が減衰してしまう。これは、各気筒の間で同様に生じる。
【０００７】
この発明は、このような連通路の存在による不具合を解消することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の吸気装置は、各気筒毎に独立した吸気通路を有するとともに、この気筒別の吸気通路のそれぞれに、スロットル弁が設けられており、このスロットル弁の下流側で各吸気通路に連通路が接続されている。この連通路によって、各吸気通路が互いに連通しており、各気筒の吸気量が均等化する。そして、本発明では、上記連通路に、各気筒間の連通を機関運転条件に応じて遮断する遮断弁が設けられている。また本発明では、この連通路がアイドル回転数制御用の補助空気通路の一部としても機能する。すなわち、上記スロットル弁の上流側から補助空気を導く単一の補助空気通路の先端が上記連通路の一部に接続され、該連通路を介して各気筒に補助空気が分配されるように構成されるとともに、上記補助空気通路に補助空気制御弁が設けられており、この補助空気制御弁によって、アイドル時の補助空気量制御が行われる。
【０００９】
従って、高い充填効率が要求される運転条件では、遮断弁によって各気筒間の連通を遮断すれば、吸気脈動の減衰が回避される。上記遮断弁は、少なくとも全開時を含む高負荷側の領域で閉弁する。また、遮断弁を開いた状態とすれば、各気筒の吸気量のばらつきが回避される。上記遮断弁は、少なくともアイドルを含む低速低負荷側の領域で開弁する。
【００１０】
ここで、高い充填効率が要求される高負荷側では、スロットル弁の開度が大きく、各気筒の吸気量も大であるので、気筒間の吸気量のばらつきは実質的に問題とならない。また、吸気量のばらつきが問題となるアイドルあるいは低速低負荷域では、高い充填効率は要求されない。従って、両者は十分に両立し得る。
【００１１】
【発明の効果】
この発明によれば、各気筒の吸気通路を連通させる連通路に遮断弁を設けたので、高い充填効率が要求される運転条件において連通を遮断し、吸気動的効果をより有効に利用することができる。そして、アイドルを含む低速低負荷域では、遮断弁を開状態とすることで、気筒間の吸気量のばらつきを抑制することができる。また連通路をアイドル回転数制御用の補助空気通路の一部としても利用して、補助空気制御弁で計量された補助空気を各気筒のスロットル弁下流側へ均等に分配することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１および図２は、この発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施例を示している。これは、直列４気筒機関に適用したものであって、４つの気筒１に対し、各気筒毎に独立した吸気通路２が設けられており、かつこの４本の吸気通路２のそれぞれにバタフライバルブ型のスロットル弁３が設けられている。なお、４は吸気弁、５は排気弁、６はピストンを示す。上記吸気通路２の上流端は、通常、十分な容積を有する図示せぬサージタンクにそれぞれ接続されているが、それぞれ独立した形のまま直接大気に開口する構成とすることもできる。
【００１４】
気筒毎の計４つのスロットル弁３は、いわゆる多連スロットルとして構成されており、図２に示すように、互いに同軸状に配置され、かつ実質的に１本のスロットルシャフト７によって一斉に開閉される構成となっている。なお、図示例では、スロットルシャフト７が２気筒分ずつに分割され、かつ中央のジョイント８によって１本に連結されている。上記スロットルシャフト７は、例えば、図示せぬスロットルドラムおよびスロットルワイヤを介してアクセルペダルに連係して回転駆動されるが、電動モータにより開閉駆動する構成とすることも可能である。また、各スロットル弁３を電動モータ等により個別に開閉する構成としてもよい。
【００１５】
各気筒の吸気通路２は、スロットル弁３の下流側の位置において、連通路９によって互いに連通している。この連通路９は、気筒列方向に延びる主通路９ａと、該主通路９ａから分岐して各気筒へと延びる４本の分岐通路９ｂと、からなり、各分岐通路９ｂの先端が、スロットル弁３の下流側の位置において各吸気通路２に接続されている。なお、この連通路９の通路断面積は、吸気通路２に比べて遙かに小さい。また、この実施例では、上記連通路９が、スロットル弁３をバイパスして供給される補助空気の通路の一部としても利用されている。すなわち、スロットル弁３の上流側から補助空気を導くように１本の補助空気通路１０が設けられており、その通路途中に、補助空気流量を可変制御する補助空気制御弁１１が介装されているとともに、この補助空気通路１０の先端が連通路９の主通路９ａに接続されている。従って、補助空気制御弁１１によって計量された補助空気は、上記連通路９を通して、各気筒に均等に分配される。なお、図示例では、より円滑に各気筒へ補助空気を導入するために、補助空気制御弁１１と上記連通路９との間の補助空気通路１０に、適宜な容積を有する補助空気チャンバ１２が設けられている。上記補助空気通路１０の上流端は、図１に示すように、いずれかの気筒の吸気通路２に接続してもよく、あるいは図示せぬサージタンクに接続してもよい。上記補助空気制御弁１１は、アイドル時に、クローズドループ形式でのアイドル回転数制御を実現するように、エンジンコントロールユニット１３からの制御信号に基づき、補助空気量を制御している。さらに、空調用コンプレッサ等の補機による負荷を相殺するための補助空気を、この補助空気制御弁１１を介して供給することもできる。
【００１６】
上記連通路９の各分岐通路９ｂには、電磁弁からなる遮断弁１５がそれぞれ介装されている。この遮断弁１５は、エンジンコントロールユニット１３からの信号によって一斉に開閉されるものであり、より具体的には、機関回転数センサ１６が検出する機関回転数と、吸気圧センサ１７が検出するスロットル弁３下流側の吸気圧力と、に基づいて、運転条件に応じて開閉制御される。なお、図示例では、各分岐通路９ｂに遮断弁１５を設けているので、計４個の遮断弁１５が用いられているが、後述する例のように、連通路９の通路構成およびそれに対する遮断弁１５の配置によって、より少ない個数の遮断弁１５でもって各気筒間の連通を遮断することも可能である。
【００１７】
図３は、上記遮断弁１５の制御特性の一例を示す特性図であって、図示するように、アイドルを含む低速低負荷側の領域で、遮断弁１５は開弁状態となり、全開時を含む高負荷側の領域で、遮断弁１５は閉弁状態に保たれる。従って、スロットル弁３の開度が小さいことから各気筒の吸気量のばらつきが問題となる低速低負荷側の領域では、連通路９によって各気筒の吸気通路２が互いに連通した状態となり、気筒間の吸気量のばらつきが抑制される。特にアイドル時においては、各気筒の発生トルクのアンバランスが抑制され、アイドル安定性が向上する。これに対し、高負荷域では、遮断弁１５が閉じることで、各気筒の連通が遮断されるので、吸気脈動の減衰が回避され、吸気動的効果による充填効率の向上が図れる。また図示例では、連通路９が補助空気の導入にも利用されるが、アイドル回転数制御が行われるアイドル時には、上述のように遮断弁１５が開いているので、補助空気の導入は何ら支障なく行われる。補機負荷に対する補助空気の導入は、吸気量全体が大となる高負荷域では不要であるので、上記のように連通路９が遮断されることによる不都合はない。
【００１８】
図３は制御特性の一例であって、例えば気筒間の吸気量のばらつきが最も問題となるのは、アイドル時であるので、アイドル時のみ遮断弁１５を開弁し、他の領域では遮断弁１５を閉じるようにしてもよい。この場合、例えばアイドルスイッチ等によるアイドル検出に基づいて遮断弁１５の開閉を制御することも可能である。また逆に、全開付近の領域のみで遮断弁１５を閉じ、他の領域では遮断弁１５を開いておくようにしてもよい。
【００１９】
次に、図４は、遮断弁１５を変更した第２実施例を示している。この実施例の遮断弁１５は、分岐通路９ｂを開閉するように設けられたバタフライバルブ型の弁体１５ａからなり、特に４個の弁体１５ａが同軸状に配置されていて、共通のバルブシャフト２１に取り付けられている。上記バルブシャフト２１は、その一端部においてダイヤフラム式の負圧アクチュエータ２２に連係しており、前述した吸気圧センサ１７と同様に吸気通路２のスロットル弁３下流側から取り出された吸入負圧が、負圧アクチュエータ２２の負圧室に導入されている。そして、この負圧室の圧力が大気圧に近い場合には負圧アクチュエータ２２内部のリターンスプリングのばね力により上記弁体１５ａは閉じており、吸入負圧が強くなると、ばね力に抗して弁体１５ａが開くように構成されている。
【００２０】
従って、アイドルを含む低速低負荷側では、吸入負圧が十分に発達することから、遮断弁１５となる弁体１５ａは開状態となり、連通路９を介して各気筒の吸気通路２が連通する。負荷が増加すると、吸入負圧は弱まるので、弁体１５ａの開度は徐々に小さくなり、全開を含む所定の高負荷域では、弁体１５ａが全閉状態となる。そのため、前述した実施例と同様に、連通路９が遮断され、気筒間の吸気脈動の干渉が回避される。
【００２１】
このように、この第２実施例では、吸入負圧により作動する負圧アクチュエータ２２を用いることで、外部からの制御が不要となり、センサ等を含めた制御システムの簡素化が図れる。
【００２２】
次に、図５は、連通路９の気筒間位置に電磁弁からなる遮断弁１５を設けた第３実施例を示している。すなわち、連通路９は、主通路９ａと４本の分岐通路９ｂとから構成されているが、主通路９ａの３箇所、つまり♯１気筒と♯２気筒との間、♯２気筒と♯３気筒との間、および♯３気筒と♯４気筒との間、にそれぞれ遮断弁１５が介装されている。この遮断弁１５の開閉制御は、前述した第１実施例と同様である。この構成では、３個の遮断弁１５によって各気筒の吸気通路２の間を遮断することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施例を示す構成説明図。
【図２】同じく第１実施例の要部のみを示す構成説明図。
【図３】遮断弁の制御特性の一例を示す特性図。
【図４】この発明に係る内燃機関の吸気装置の第２実施例を示す構成説明図。
【図５】この発明に係る内燃機関の吸気装置の第３実施例を示す構成説明図。
【図６】連通路による吸気脈動の減衰を説明する説明図。
【符号の説明】
２…吸気通路
３…スロットル弁
９…連通路
１０…補助空気通路
１１…補助空気制御弁
１５…遮断弁

Claims (6)

1. 内燃機関の各気筒毎に独立した吸気通路を有するとともに、この気筒別の吸気通路のそれぞれに、スロットル弁が設けられ、かつこのスロットル弁の下流側で各吸気通路に接続されて各吸気通路を互いに連通させる吸気量均等化のための連通路を備えてなる内燃機関の吸気装置において、
   上記連通路に、少なくともアイドルを含む低速低負荷側の領域で開弁するとともに、少なくとも全開時を含む高負荷側の領域で閉弁して各気筒間の連通を遮断する遮断弁を備え、
   さらに、上記スロットル弁の上流側から補助空気を導く単一の補助空気通路の先端が上記連通路の一部に接続され、該連通路を介して各気筒に補助空気が分配されるように構成されるとともに、上記補助空気通路に補助空気制御弁が設けられており、この補助空気制御弁によって、アイドル時の補助空気量制御が行われることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 上記連通路の各気筒へ至る分岐通路にそれぞれ遮断弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 上記補助空気制御弁と上記連通路との間の補助空気通路に補助空気チャンバが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 上記連通路の気筒間の位置にそれぞれ遮断弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 上記遮断弁は電磁弁からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
6. 上記遮断弁は、スロットル弁下流側の吸入負圧が導入される負圧アクチュエータにより開閉駆動される弁体からなり、アイドル時の吸入負圧によって上記弁体が開くように構成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内燃機関の吸気装置。

Images