JP4352829B2 - 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、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。
特開平１１−２９４１７１号公報

特許文献１に示されているように、この種の吸気装置は、エンジンルーム内で上下方向の寸法が制約されることから、全体として偏平な箱状の構成となり、バンク間の上方を広く覆うような形状をなしているのが一般的である。そのため、吸気脈動等による加振力を受けたときに振動面となる上面の面積が大きいとともに、振動面となる部位の膜剛性が一般に低くなりやすく、吸気系騒音の一部となる放射音が生じやすい、という問題がある。

また、特許文献１の構成では、中央の第１容積室の吸気入口に、斜め後方から吸気ダクトが接続されて、吸気が斜めに導入されるので、運転条件等によっては、左右バンクの吸気が不均等となりやすい。

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、上記容積室の上面開口を覆って該容積室を構成するカバー部の一部を二重構造とし、この二重構造の部分を吸気入口管の一部とし、この吸気入口管は、上記二重構造部分では上下方向の寸法が小さい偏平な通路断面形状を有するとともに、上流端となる吸気取入口が一方のコレクタ部の側方に位置し、上流側部分が上記コレクタ部を横切るように、上記カバー部から側方へ突出しつつ上記吸気取入口へと延び、上記容積室の後方に達した下流端部には下方へ拡大した拡張部が設けられ、この拡張部の両側面に吸気出口部が開口しており、各バンク毎にスロットルチャンバを備え、この一対のスロットルチャンバが、各コレクタ部の吸気入口と上記拡張部の上記吸気出口部との間に各々介装されている。

上記のような二重構造により、カバー部の膜剛性が高くなり、またカバー部の少なくとも一部を二重に覆うことで、カバー部からの放射音が抑制される。

また、吸気入口管から各コレクタ部へ流れる吸気は、バンク間の中央部で一旦後方へ向かった後、Ｕターンする形で各バンクのコレクタ部へ流入するので、吸気の片寄りが生じにくい。

そして、各バンクのスロットルチャンバが、各コレクタ部の吸気入口と上記吸気入口管との間に配設されているが、スロットルチャンバに接続される吸気入口管が吸気コレクタと一体であるため、スロットルチャンバの振動が抑制される。

この発明によれば、吸気コレクタ上面の膜剛性を高めて、吸気脈動等に起因する放射音を低減できる。また、左右バンクへの吸気の流れをより均等にすることができる。

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。図４および図５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（ブランチ通路）は、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。

なお、上記容積室２１内には、図４、図５に示すように、コレクタボディ１１を下部マニホルド２に固定するためのボルトが貫通する円筒状のボス部２５が、ブランチ部１５の肉と部分的に連続した形で、６箇所に形成されている。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を取り付ける前に、容積室２１側から締付作業がなされる。

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６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。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。なお、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。

また、上記連通管５１の中央上面には、ボルト締付作業用の作業孔６５が設けられており、この作業孔６５が、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。この作業孔６５の直下となる連通管５１底部には、前述した下部マニホルド２固定用のボス部２５と同様のボス部（図示せず）が位置しており、下部マニホルド２前端部に螺合するボルトが該ボス部に配置されている。つまり、上記のボルトを作業孔６５を通して連通管５１の外側から締め付けた後に、上記プラグ６６を装着することで、密閉されている。なお、下部マニホルド２の後端部に対応するもう１本のボルトが貫通するボス部２５Ａが、コレクタボディ１１の後端部の後部壁１８外側に設けられている。従って、コレクタボディ１１と下部マニホルド２とは、前述したボス部２５に対応する左右３箇所ずつの６箇所と、前後の１箇所ずつとの、計８点で固定されている（図５参照）。

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。

より具体的には、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。つまり、第１コレクタ部１３の上方から吸気取入口４８へ至る上流側部分は、カバー部４１から側方へ突出した形に形成されている。また、カバー部４１上の湾曲部から下流側部分は、バンク間の中央に沿って、後方へ真っ直ぐに延びている。そして、上記吸気取入口４８の部分では略円形の断面形状（図１参照）を有し、かつ図７に示すように、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。また、吸気入口管４４の下流端部となる吸気分岐部４５は、図７（Ｃ）のように、下方へ拡大した拡張部４５ａを有し、この拡張部４５ａの側面に、上記吸気出口部４６，４７が開口している。なお、吸気出口部４６と吸気出口部４７とは、僅かに異なる高さ位置に配置されているものの、平面図上では、図３に明らかなように、実質的に左右対称となるように形成されている。

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が形成されている（図２，図３参照）とともに、第１コレクタ部１３の上面に、対応するねじ孔を備えた一対のボルトボス部５０が形成されており（図４，図５参照）、図示せぬボルトにより互いに結合されるようになっている。

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６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。

ここで、上記構成では、容積室２１の上面を覆うカバー部４１と一体に偏平な吸気入口管４４が鋳造されているため、カバー部４１の膜剛性が向上し、その振動による放射音が低減する。同時に、カバー部４１の面積のかなりの部分が偏平な吸気入口管４４で覆われて二重構造となるので、内部から生じる透過音も効果的に抑制される。

また、吸気取入口４８から流入した吸気の流れは、吸気入口管４４の通路断面積が下流へ向かうに従って徐々に拡大し、かつ拡張部４５ａにおいて大きく拡大することから、流速が徐々に低下していき、かつ拡張部４５ａにおいて流速が大きく低下した状態でもって左右の吸気出口部４６，４７へと分配される。しかも、吸気入口管４４を後方へと向かう流れの方向が、吸気分岐部４５からＵターンするような形で、各コレクタ部１３，１４へ流れる。従って、流れの片寄りが少なくなり、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、乱流の発生等による吸気損失を抑制できる。

さらに、上記構成では、吸気入口管４４がコレクタカバー１２に一体鋳造されているので、図２，図３等に明らかなように、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。従って、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のボルト４２に過大な応力が作用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、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。上記第１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。

一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。 この実施例の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。 図３のＤ−Ｄ線に沿った断面図。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図（Ａ）、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図（Ｂ）、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図（Ｃ）およびスロットルチャンバ入口の断面形状（Ｄ）を対比して示す図。

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
２７，２８…吸気入口
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 (3)

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、
   上記容積室の上面開口を覆って該容積室を構成するカバー部の一部を二重構造とし、この二重構造の部分を吸気入口管の一部とし、
   この吸気入口管は、上記二重構造部分では上下方向の寸法が小さい偏平な通路断面形状を有するとともに、上流端となる吸気取入口が一方のコレクタ部の側方に位置し、上流側部分が上記コレクタ部を横切るように、上記カバー部から側方へ突出しつつ上記吸気取入口へと延び、上記容積室の後方に達した下流端部には下方へ拡大した拡張部が設けられ、この拡張部の両側面に吸気出口部が開口しており、
   各バンク毎にスロットルチャンバを備え、この一対のスロットルチャンバが、各コレクタ部の吸気入口と上記拡張部の上記吸気出口部との間に各々介装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. 上記吸気入口管の通路断面積が、下流へ向かうに従って徐々に拡大し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. 上記カバー部から側方へ突出した吸気入口管の上流側部分が、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１または２に記載のＶ型内燃機関の吸気装置。

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