JP4466249B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に２つに分けた気筒群のそれぞれに独立した容積室（コレクタ部）と該容積部のそれぞれに吸気上流側から接続する吸気管とを備えたエンジンの吸気装置に関する。

従来のエンジンの吸気装置としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。この吸気装置では、コレクタ（サージタンク）内及びその上流部分を隔壁によって２つに分割するとともに、コレクタ内の２つの分割室内にそれぞれ分離壁を設けて各分割室内にそれぞれ吸気通路を形成し、２つに分けた気筒群を別々の吸気通路に接続させる。そして、前記隔壁には連通弁を、前記分離壁のそれぞれには切換弁を設けて、連通弁と切換弁との開閉状態を適宜組み合わせることによって低回転領域から高回転領域にわたって共鳴過給による出力増大効果を図ろうとしている。
特開平１０−３７７５０号公報

しかし、上記従来の技術では、２つの容積室を連通させる連通弁が吸入空気の主流が流れる部分に配置されているため、特に連通弁の全開状態において通路抵抗が増大して出力が低下してしまい、本来の出力増大効果を得ることができないという問題がある。
本発明は、このような従来の問題に着目してなされたものであり、コレクタ内を２つの容積室に分割する隔壁に連通弁を設ける構成において、吸気系をコンパクトなものととしつつ、連通弁による通気抵抗の増大を防止して効果的に出力性能を向上できるエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係るエンジンの吸気装置は、隔壁によって２つに分割され、第１の容積室と第２の容積室とを形成すると共に、気筒列方向に延びるコレクタと、前記第１の容積室に吸気上流側から接続する第１の上流側吸気管と、前記第２の容積室に吸気上流側から接続する第２の上流側吸気管と、前記第１の容積室の吸気下流側から延びて、２つに分けた気筒群のうち、一方の気筒群の各気筒にそれぞれ接続する第１の下流側吸気管群と、前記第２の容積室の吸気下流側から延びて、２つに分けた気筒群のうち、他方の気筒群の各気筒にそれぞれ接続する第２の下流側吸気管群と、を備えたエンジンの吸気装置において、前記隔壁に取り付けられ、その開弁動作により前記第１の容積室と前記第２の容積室とを連通させる連通弁が前記コレクタの気筒列方向の両端位置にそれぞれ設けられ、各連通弁が前記コレクタ内における吸入空気主流を避ける部位に配置され、かつ前記各連通弁の弁軸が気筒列方向に対し斜めに傾くように配置され、前記連通弁をそれぞれ開閉駆動するアクチュエータが、前記コレクタの気筒列方向の両側に取り付けられる構成とした。

本発明に係るエンジンに吸気装置によると、コレクタ内を２つの容積室に分割する隔壁にその開弁動作により両容積室を連通させる連通弁を複数（例えば２つ）設けたので、連通弁を１つしか有しない構成における連通弁の大型化やそのために生じるコストアップを抑制し、連通弁を駆動するアクチュエータを含めた吸気系全体をコンパクトにできる。また、各連通弁はコレクタ内の吸入空気主流を避ける部位に配置されるので、連通弁による通路抵抗の増大を回避でき、効果的に出力増大効果を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る吸気装置を適用したＶ型６気筒エンジンの概略平面図、図２は概略正面図、図３は図２のＡ−Ａ断面に相当する図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。図１、２に示すように、Ｖ型６気筒エンジンは、点火時期が連続しない気筒群からなる、第１バンク１（＃１、＃３、＃５気筒群）と第２バンク２（＃２、＃４、＃６気筒群）とが互いにＶ型に配置されて構成されている。

吸気マニホールド３は、第１バンク１側と第２バンク２側の各気筒とにそれぞれ３本ずつ延びる合計６本の吸気枝管４ａ〜４ｆと、第１バンク１の上方に配置されて吸気枝管４ａ〜４ｆの上流側端部が集合接続するコレクタ５と、を備えている。
コレクタ５の吸気上流側には、共鳴管として機能する吸気管（以下、「上流側吸気管」という）６が接続されている。この上流側吸気管６は、図１、２に示すように、コレクタ５に対してその気筒列方向のほぼ中央位置に接続しており、上流側吸気管６のさらに吸気上流側にはスロットルチャンバ等（図示省略）が取り付けられている。

コレクタ５は、隔壁１０によって上下方向に２つに分割され、上側容積室（以下、「上側コレクタ」という）５ａと下側容積室（以下、「下側コレクタ」という）５ｂとを形成している。そして、吸気枝管４ａ、４ｃ、４ｅは、上側コレクタ５ａから延びて、それぞれ第１バンク１側の各気筒（＃１、＃３、＃５）に接続しており、吸気枝管４ｂ、４ｄ、４ｆは、下側コレクタ５ｂから延びて、それぞれ第２バンク２側の各気筒（＃２、＃４、＃６）に接続している。なお、上側コレクタ５ａが本発明に係る第１の容積室に相当し、下側コレクタ５ｂが本発明に係る第２の容積室に相当する。また、吸気枝管４ａ、４ｃ、４ｅが本発明に係る第１の下流側吸気管群に相当し、吸気枝管４ｂ、４ｄ、４ｆが本発明に係る第２の下流側吸気管群に相当する。

上流側吸気管６は、コレクタ５と同様に、隔壁１１によって上下方向に２分割されており、その上側の部分（以下、単に「上側吸気管」という）６ａが上側コレクタ５ａに接続し、下側の部分（以下、単に「下側吸気管」という）６ｂが下側コレクタ５ｂに接続している。つまり、上側コレクタ５ａ、下側コレクタ５ｂの上流側には、それぞれ独立した吸気管（上側吸気管６ａ、下側吸気管６ｂ）が接続されている。なお、上側吸気管６ａが本発明に係る第１の上流側吸気管に相当し、下側吸気管６ｂが本発明に係る第２の上流側吸気管に相当する。なお、例えばコレクタ５及び上流側吸気管６を樹脂製とし、１つの（共通する）隔壁によってコレクタ５及び上流側吸気管６を分割するようにしてもよい。

したがって、第１バンク１側（気筒群）の各気筒（＃１、＃３、＃５気筒）は、それぞれ独立した吸気枝管４ａ、４ｃ、４ｅを介して上側コレクタ５ａ、さらには上側吸気管６ａと連通しており、第２バンク２側（気筒群）の各気筒（＃２、＃４、＃６）は、それぞれ独立した吸気枝管４ｂ、４ｄ、４ｆを介して下側コレクタ５ｂ、さらには下側吸気管６ｂと連通している。なお、本実施形態において、点火は例えば＃１→＃４→＃２→＃５→＃３→＃６の順に行われるようになっており、また、各吸気枝管４ａ〜ｆの長さはほぼ同じに設定されている。

図３に示すように、コレクタ５内を２つの容積室（上側コレクタ５ａ、下側コレクタ５ｂ）に分割する隔壁１０には、２つの連通弁（第１連通弁１２、第２連通弁１３）が設けられている。かかる第１連通弁１２、第２連通弁１３は、ともにバタフライ式のものであり、それぞれ弁体（弁本体）１２ａ、１３ａと該弁体１２ａ、１３ａを回転させる回転シャフト１２ｂ、１３ｂとを備えている。

第１連通弁１２、第２連通弁１３は、それぞれコレクタ５内の気筒列方向（長手方向）の両側に配置されており、コレクタ５外の気筒列方向の両側（両外壁）に取り付けられた第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１５によって駆動される。この第１アクチュエータ１４及び第２アクチュエータ１５は、エンジン運転条件に基づいて、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。

第１連通弁１２及び第２連通弁１３を閉弁状態とすると、上側コレクタ５ａが第１バンク１側の気筒群（＃１、＃３、＃５気筒）の容積室となり、下側コレクタ５ｂが第２バンク２側の気筒群（＃２、＃４、＃６気筒）の容積室となる、というようにコレクタ５は２つの気筒群のそれぞれに独立した容積室を構成することになる。
一方、第１連通弁１２及び（又は）第２連通弁１３を開弁状態とすると、上側コレクタ５ａと下側コレクタ５ｂとが連通し、コレクタ５は上記２つの気筒群に共通する１つの容積室を構成することになる。

また、隔壁１０は、図４に示すように、第１連通弁１２及び第２連通弁１３が取り付けられる部分及びその近傍の肉厚ｔ１、すなわち、隔壁１０の気筒列方向の両側部分における肉厚ｔ１が、他の部分（中央付近）の肉厚ｔ２よりも厚く形成されている。この結果、隔壁１０を一定肉厚で形成した場合に比べて、隔壁１０ひいてはコレクタ５の強度を十分に確保できるとともに、第１連通弁１２及び第２連通弁１３を閉弁状態としたときのコレクタ容積（この場合、コレクタ５は独立した２つの容積室を構成するため、上側コレクタ５ａ、下側コレクタ５ｂそれぞれの容積となる）を減らす（小さくする）ことができる。これにより、第１連通弁１２及び第２連通弁１３を閉弁状態としたときの脈動が大きくなり体積効率が向上することになる。

ここで、図５（図２と同様に図１のＡ−Ａ断面図に相当する）を用いて第１連通弁１２及び第２連通弁１３の配置についてさらに詳しく説明する。この図５は、コレクタ５内の吸気の流れを模式的に示している。
上述したように、第１連通弁１２、第２連通弁１３は、それぞれ隔壁１０の気筒列方向の両側にそれぞれ配置されているが、より詳しくは、第１連通弁１２、第２連通弁１３の弁体１２ａ、１３ａが、コレクタ５内を上流側吸気管６から吸気枝管４ａ〜ｆへと流れる吸入空気（図５中、実線矢印で示し、以下「吸入空気主流」という）を避けるような位置に配置されている。より具体的には、第１連通弁１２、第２連通弁１３は、その弁体１２ａ、１３ａが、コレクタ５内の隔壁１０と平行な平面において、気筒列方向のほぼ中央位置に接続される上流側吸気管６と気筒列方向の最も外側に位置する吸気枝管４ａ、４ｆそれぞれとを結ぶ線（図５中、一点鎖線で示す）よりも外側に位置するように、配置されている。これは、第１連通弁１１及び第２連通弁１２が、開弁状態にあるか閉弁状態にあるかにかかわらず、吸入空気主流に対する通気抵抗となることを回避するためである。

また、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１５によってそれぞれ回転駆動される第１連通弁１２の回転シャフト１２ｂと第２連通弁１３の回転シャフト１３ｂとは、主として第１連通弁１２及び第２連通弁１３を開弁状態としたときに生じる、上側コレクタ５ａと下側コレクタ５ｂとの間を流れる吸気（図５中、破線矢印で示し、以下「吸気支流」という）の流れ方向（又はコレクタ５の上流側の内壁５ｃ、５ｄ）とほぼ平行となるように配置されている。これは、開弁時に弁本体１２ａ、１３ａが吸入空気支流を阻害してしまうことを抑制するためであり、これにより、吸入空気主流に加えて、第１連通弁１２、第２連通弁１３を開弁状態としたときに生じる吸入空気支流に対する通気抵抗をも低減できる。

そして、以上のような構成のもと、制御装置にはエンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン運転条件が入力されるようになっており、制御装置は、入力されたエンジン運転条件に基づいて、例えば次のように第１連通弁１２、第２連通弁１３を開閉制御し、体積効率の向上（出力増大）を図っている。
低、中回転領域では、第１連通弁１１及び第２連通弁１２を全閉状態とする。これにより、各バンク１、２にはそれぞれ独立した容積室（上側コレクタ５ａ、下側コレクタ５ｂ）が設定されることとなり、共鳴過給効果を発揮させて体積効率の向上を図る。

一方、高回転領域では、第１連通弁１１及び第２連通弁１２を全開状態とする。これにより、上側コレクタ５ａと下側コレクタ５ｂとが連通し、各バンク１、２に対して共通する容積の大きい１つの容積室（コレクタ５）が設定されることとなり、慣性過給効果により体積効率の向上を図る。
なお、以上の説明では、第１連通弁１２及び第２連通弁１３という２つのバタフライ式の連通弁を設けているが、これに限られるものではなく、コレクタ５内の吸入空気主流を避ける部位に配置されれば連通弁を３つ以上設けるようにしてもよいし、また、連通弁の全部又は一部をフラップ式のもの等としてもよい。また、第１連通弁１２と第２連通弁１３として異なる（形状の）ものを採用しているが、共通としてもよい。

また、上流側吸気管６を隔壁１１によって２分割することで上側吸気管６ａと下側吸気管６ｂとを形成し、上側吸気管６ａ、下側吸気管６ｂのそれぞれを気筒列方向のほぼ中央位置でコレクタ５（上側コレクタ５ａ、下側コレクタ５ｂ）に接続しているが、これに限られるものではなく、独立した２つの吸気管を設け、そのそれぞれを上側コレクタ５ａ、下側コレクタ５ｂに接続するようにしてもよい。また、第１連通弁１２、第２連通弁１３が吸入空気主流を避けた部位に配置されればよく、上流側吸気管６（上側吸気管６ａ、下側吸気管６ｂ）が気筒列方向の中央以外でコレクタ５に接続するように構成してもよい。

以上説明した実施形態によると、上側吸気管６ａ、下側吸気管６ｂがそれぞれコレクタ５の気筒列方向のほぼ中央で上側コレクタ５ａ、下側コレクタ５ｂに接続し、第１連通弁１２及び第２連通弁１３は、コレクタ５内の隔壁１０と平行な平面において、その弁体１２ａ、１２ｂが上流側吸気管６と気筒列方向の最も外側に位置する吸気枝管４ａ、４ｆとを結ぶ線よりも外側に配置されている。これにより、第１連通弁１２（の弁体１２ａ）及び第２連通弁１３（の弁体１３ａ）はコレクタ５内の吸入空気主流を避けた部位に配置されることとなり、第１、第２連通弁を開弁状態とした場合であっても、その弁体１２ａ、１３ａが吸入空気主流の妨げとならず、通気抵抗の増大を防止できる。

また、第１連通弁１２、第２連通弁１３は、その弁体１２ａ、１３ａを回転させる回転シャフト１２ｂ、１３ｂが、開弁時に生じる吸入空気の流れ（吸入空気支流）とほぼ平行となるように、配置される。これにより、上記吸入空気主流に加えて、開弁時に上側コレクタ５ａと下側コレクタ５ｂ間を流れる（すなわち、隔壁１０の開口部を通過する）吸入空気支流に対しても通気抵抗となることを抑制できる。

さらに、隔壁１０は、第１連通弁１２及び第２連通弁１３が取り付けられる部位及びその近傍の肉厚ｔ１が他の部分の肉厚ｔ２よりも厚く形成されている。これにより、第１連通弁１２及び第２連通弁を開弁状態としたときのコレクタ容量（コレクタ５全体としての容量）の減少を最小限に抑えつつ、第１連通弁１２及び第２連通弁１３を閉弁状態としたときのコレクタ容量（分離した上側コレクタ５ａ、下側コレクタ５ｂそれぞれの容量）をより小さくすることができる。したがって、第１連通弁１２及び第２連通弁１３の開弁時には、コレクタ容積を大きくして慣性効果による体積効率の向上を十分に図ることができるとともに、第１連通弁１２及び第２連通弁１３の閉弁時には、コレクタ容積をより小さくできるので、脈動が大きくなり共鳴過給による体積効率の向上を効果的に図ることができる。この結果、エンジン運転条件に応じて第１連通弁１２及び第２連通弁１３の開閉制御を適切に行うことで、低回転領域から高回転領域にわたって出力の向上を図れる。なお、隔壁１０及びコレクタ５の強度も十分に確保することもできる。

また、第１連通弁１２、第２連通弁１３をそれぞれ開閉駆動する第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１５がコレクタ５の気筒列方向の両側（両外壁）に取り付けられているので、吸気系における重量の偏りを防止でき、吸気系全体としての重量バランスがとれる。したがって、例えば吸気系を車体に取り付ける際の作業性が向上する。
なお、コレクタ５に吸気上流側から接続する１つの上流側吸気管６内を隔壁１１によって２つ分割し、一方を上側吸気管６ａ、他方を下側吸気管６ｂとしているので、例えばコレクタ５及び上流側吸気管６を樹脂製として１つの隔壁によってコレクタ及び上流側吸気管６を分割することができ、分品点数の低減及びコストダウンを図ることができる。

本発明を適用したＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。 同じくＶ型６気筒エンジンの概略正面図である。 図２のＡ−Ａ断面に相当する図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 コレクタ内の吸気の流れと連通弁との位置関係を模式的に示した図である。

符号の説明

１…第１バンク、２…第２バンク、３…吸気マニホールド、４ａ〜４ｆ…吸気枝管、５…コレクタ、６…上流側吸気管、１０…隔壁（コレクタ内）、１１…隔壁（上流側吸気枝管内）、１２…第１連通弁、１２ａ…弁体（第１連通弁）、１２ｂ…回転シャフト（第１連通弁）、１３…第２連通弁、１３ａ…弁体（第２連通弁）、１３ｂ…回転シャフト（第２連通弁）、１４…第１アクチュエータ、１５…第２アクチュエータ

Claims (5)

1. 隔壁によって２つに分割され、第１の容積室と第２の容積室とを形成すると共に、気筒列方向に延びるコレクタと、
   前記第１の容積室に吸気上流側から接続する第１の上流側吸気管と、
   前記第２の容積室に吸気上流側から接続する第２の上流側吸気管と、
   前記第１の容積室の吸気下流側から延びて、２つに分けた気筒群のうち、一方の気筒群の各気筒にそれぞれ接続する第１の下流側吸気管群と、
   前記第２の容積室の吸気下流側から延びて、２つに分けた気筒群のうち、他方の気筒群の各気筒にそれぞれ接続する第２の下流側吸気管群と、を備えたエンジンの吸気装置において、
   前記隔壁に取り付けられ、その開弁動作により前記第１の容積室と前記第２の容積室とを連通させる連通弁が前記コレクタの気筒列方向の両端位置にそれぞれ設けられ、各連通弁が前記コレクタ内における吸入空気主流を避ける部位に配置され、かつ前記各連通弁の弁軸が気筒列方向に対し斜めに傾くように配置され、
   前記連通弁をそれぞれ開閉駆動するアクチュエータが、前記コレクタの気筒列方向の両側に取り付けられることを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 前記第１の上流側吸気管、前記第２の上流側吸気管は、それぞれ前記コレクタの気筒列方向のほぼ中央位置で前記第１の容積室、第２の容積室に接続する一方、
   前記連通弁を２つ設け、該２つの連通弁が、前記コレクタ内の前記隔壁と平行な平面において、その弁体が前記第１の上流側吸気管と前記第１の下流側吸気管群のうち最も外側の下流側吸気管とを結ぶ線、又は、前記第２の上流側吸気管と前記第２の下流側吸気管群のうち最も外側の下流側吸気管とを結ぶ線の外側に位置するように、それぞれ配置されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装置。
3. 前記連通弁は、その弁体を回転させる回転シャフトが開弁時に生じる吸入空気支流の流れ方向とほぼ平行となるように、配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの吸気装置。
4. 前記隔壁は、前記連通弁が取り付けられる部分及びその近傍の肉厚が他の部分よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの吸気装置。
5. 前記コレクタに吸気上流側から接続する１つの吸気管内を隔壁によって２つ分割し、一方を前記第１の上流側吸気管、他方を前記第２の上流側吸気管とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの吸気装置。

Images