JP4678266B2 - 内燃機関の吸気管 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、内燃機関の吸気管に関し、より特定的には、Ｖ型６気筒エンジンに適用される内燃機関の吸気管に関する。

従来の内燃機関の吸気管に関して、たとえば特開平７−１９１３２号公報には、上流側吸気通路のエンジン上方への突出量を抑えつつ、シリンダヘッドカバーとの干渉を回避して開口の方向を変更することを目的としたＶ型エンジンの吸気装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、吸気工程が隣り合わない気筒群からなる前側バンクと後側バンクとをＶ型に配設した横置きＶ型６気筒エンジンに、吸気装置が搭載されている。吸気装置は、上下２段構造のサージタンクを備える。サージタンクには、後側バンクに通じる上側サージタンクと、前側バンクに通じる下側サージタンクとが一体に形成されている。
特開平７−１９１３２号公報

上述の特許文献１に開示されたＶ型６気筒エンジンでは、吸気工程が前側バンクと後側バンクとで交互に行なわれるため、サージタンク内で下側サージタンクと上側サージタンクとの間で行き来する空気流れが発生する。しかしながら、空気が、上下のサージタンクを区画する隔壁の端部を回り込む際にスムーズに流れないと、エンジンの吸気効率の向上の妨げとなるおそれが生じる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、吸気効率の向上が十分に図られる内燃機関の吸気管を提供することである。

この発明に従った内燃機関の吸気管は、内燃機関に導入される空気が流れるメイン流路と、メイン流路から分岐し、第１のシリンダ群に通じる第１の分岐流路と、メイン流路から分岐し、第２のシリンダ群に通じる第２の分岐流路と、第１の分岐流路と第２の分岐流路とを区画する隔壁とを備える。隔壁は、メイン流路に対峙する端部を有する。端部は、球状面によって形成されている。

このように構成された内燃機関の吸気管によれば、メイン流路からの吸気が、第１および第２のシリンダ群の一方から他方に移ることにより、第１の分岐流路と第２の分岐流路との間に空気流れが発生する。この際、隔壁の端部が球状面によって形成されているため、端部を回り込んで第１および第２の分岐流路の一方から他方に向かう空気を円滑に流すことができる。これにより、内燃機関の吸気効率の向上を十分に図ることができる。

また、隔壁は、端部に対してメイン流路の反対側で延在する基部をさらに有する。好ましくは、端部と基部との境界位置で、端部を形成する球状面が、連続して基部まで連なっている。このように構成された内燃機関の吸気管によれば、端部を回り込んでさらに端部から基部に向かう位置で空気を円滑に流すことができる。これにより、内燃機関の吸気効率をより効果的に向上させることができる。

また、隔壁は、端部に対してメイン流路の反対側で延在し、ほぼ一定の厚みＴを有する基部をさらに有する。端部は、厚みＴよりも大きい厚みｔを有する。なお、厚みＴおよびｔとは、それぞれ、第１の分岐流路と第２の分岐流路とが並ぶ方向の基部および端部の長さである。このように構成された内燃機関の吸気管によれば、第１および第２の分岐流路間の空気流れを円滑にしつつ、第１および第２の分岐流路内の流路面積を大きく確保することができる。

また、隔壁は、端部に対してメイン流路の反対側で延在する基部をさらに有する。好ましくは、端部は、基部とは別部材から形成され、基部に取り付けられている。このように構成された内燃機関の吸気管によれば、球状面によって形成された端部を別部材とすることで、吸気管の製造工程を容易化できる。

また、吸気管は、樹脂成形により形成されている。好ましくは、端部を含む第１の成形部分と、第１の成形部分とは別に成形された第２の成形部分とが、組み合わさって吸気管が形成されている。このように構成された内燃機関の吸気管によれば、端部を含む第１の成形部分を他と別に成形することで、樹脂成形の型抜き工程が、端部の形状に起因して制約を受けることを回避できる。これにより、吸気管の製造工程を容易化できる。

また、内燃機関の吸気管は、互いに点火順序が隣り合わない第１のシリンダ群が形成された第１のバンクと、互いに点火順序が隣り合わない第２のシリンダ群が形成された第２のバンクとを備えるＶ型６気筒エンジンに搭載されている。

このように構成された内燃機関の吸気管によれば、第１のバンクと第２のバンクとで交互に吸気工程を迎えるため、第１の分岐流路と第２の分岐流路との間で行き来する空気流れが頻繁に発生する。このため、本発明による吸気管が搭載されたＶ型６気筒エンジンにおいて、上述のいずれかに記載の効果をより効果的に得ることができる。

以上説明したように、この発明に従えば、吸気効率の向上が十分に図られる内燃機関の吸気管を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態における吸気管が適用されたエンジンを示す分解組み立て図である。図１を参照して、本実施の形態における吸気管は、Ｖ型６気筒エンジンである車両用のガソリンエンジン１０（以降、エンジン１０と称する）に適用されている。エンジン１０は、Ｖ字状に配置された右バンク１１および左バンク１２を備える。

右バンク１１には、＃１、＃３および＃５の番号がそれぞれ割り振られたシリンダ（以降、＃１シリンダ、＃３シリンダおよび＃５シリンダと称する）が、車両前方から車両後方に順に並んで形成されている。左バンク１２には、＃２、＃４および＃６の番号がそれぞれ割り振られたシリンダ（以降、＃２シリンダ、＃４シリンダおよび＃６シリンダと称する）が、車両前方から車両後方に順に並んで形成されている。

なお、本実施の形態では、各バンクが車両前後方向に延びるようにエンジン１０が縦置きに積まれているが、各バンクが車両幅方向に延びるように横置きに積まれていても良い。

エンジン１０では、点火順序が、♯１シリンダ、♯２シリンダ、♯３シリンダ、♯４シリンダ、♯５シリンダ、♯６シリンダ、♯１シリンダ…の順となる。つまり、右バンク１１および左バンク１２にそれぞれ形成されたシリンダ群は、点火順序が隣り合わない複数のシリンダから構成されている。この場合、右バンク１１と左バンク１２とが交互に吸気工程を迎える。

右バンク１１には、シリンダヘッド１３が設けられており、そのシリンダヘッド１３には、＃１シリンダ、＃３シリンダおよび＃５シリンダにそれぞれ通じる吸気ポート５１、５３および５５が形成されている。左バンク１２には、シリンダヘッド１４が設けられており、そのシリンダヘッド１４には、＃２シリンダ、＃４シリンダおよび＃６シリンダにそれぞれ通じる吸気ポート５２、５４および５６が形成されている。

シリンダヘッド１３および１４には、インテークマニホールド１５が固定されている。インテークマニホールド１５には、シリンダヘッド１３および１４の反対側に位置してサージタンク２１が固定されている。サージタンク２１は、ホース１７によって、外気を取り込む図示しないエアインテークと接続されている。サージタンク２１とホース１７との接続位置には、電子制御スロットルボディ１８が配設されている。

サージタンク２１は、エアインテークから取り込まれた空気を、＃１シリンダから＃６シリンダ毎に分配し、インテークマニホールド１５に向けて流す。インテークマニホールド１５は、サージタンク２１から流入した空気を吸気ポート５１から５６に導く。本実施の形態では、インテークマニホールド１５がアルミニウム合金から形成されており、サージタンク２１が樹脂材料から形成されている。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿ったサージタンクの断面図である。図１および図２を参照して、サージタンク２１は、ホース１７に連通する開口部２１ｈを有する。サージタンク２１に流入した空気はまず開口部２１ｈを通過する。開口部２１ｈには、電子制御スロットルボディ１８によって、運転者のアクセル操作等を受けて適当な開度に制御されるスロットルバルブ１９が設けられている。

サージタンク２１には、開口部２１ｈから略直線上に延びるメイン流路２２と、メイン流路２２から分岐し、湾曲しながら延びる上側分岐流路２３および下側分岐流路２４とが形成されている。上側分岐流路２３および下側分岐流路２４は、サージタンク２１に一体に成形された隔壁３１によって、互いに区画されている。

上側分岐流路２３および下側分岐流路２４は、隔壁３１を挟んで上下に並んでいる。隔壁３１は、サージタンク２１内の空気が流れる空間を２分割し、メイン流路２２からシリンダに向かう所定の区間に渡って上側分岐流路２３および下側分岐流路２４を形成している。メイン流路２２は、開口部２１ｈと隔壁３１との間で延びている。メイン流路２２は、エアインテークから各シリンダに向かう空気流れの上流側に形成されており、上側分岐流路２３および下側分岐流路２４は、エアインテークから各シリンダに向かう空気流れの下流側に形成されている。

たとえば、上側分岐流路２３は、インテークマニホールド１５を介して吸気ポート５２、５４および５６に通じており、下側分岐流路２４は、インテークマニホールド１５を介して吸気ポート５１、５３および５５に通じている。つまり、メイン流路２２に流れる空気は、上側分岐流路２３を通って、左バンク１２に形成された＃２シリンダ、＃４シリンダおよび＃６シリンダに導かれ、下側分岐流路２４を通って、右バンク１１に形成された＃１シリンダ、＃３シリンダおよび＃５シリンダに導かれる。

隔壁３１は、メイン流路２２に対峙する位置に設けられた端部３２と、端部３２を挟んでメイン流路２２の反対側で上側分岐流路２３と下側分岐流路２４とを区画し、端部３２から連続する基部３３とを有する。上側分岐流路２３および下側分岐流路２４は、端部３２が設けられた位置から始まり、基部３３が設けられた位置に向かって延びている。

端部３２は、球状面からなる表面３２ａを有する。基部３３は、平面からなる表面３３ａを有する。表面３２ａおよび３３ａは、上側分岐流路２３および下側分岐流路２４を部分的に規定している。

メイン流路２２、上側分岐流路２３および下側分岐流路２４の流路断面が同時に現れる図２中に示す断面位置において、隔壁３１は、端部３２で丸みを帯びるティアドロップ（tear drop）状の断面形状を有している。表面３２ａは、湾曲しながら滑らかに表面３３ａに連なっており、表面３２ａと表面３３ａとの境界位置にエッジ部分が存在しない。表面３２ａは、少なくともメイン流路２２に面する範囲で球状面から構成されていても良い。

基部３３は、ほぼ一定の厚みＴを有する板状に形成されている。端部３２は、厚みＴよりも大きい最大厚みｔを有する。厚みＴおよびｔは、それぞれ、上側分岐流路２３と下側分岐流路２４とが並ぶ上下方向の基部３３および端部３２の長さである。

Ｖ型６気筒エンジンであるエンジン１０では、たとえば、右バンク１１で＃１シリンダの吸気工程が終わりに差し掛かった時に、左バンク１２で、点火順序が＃１シリンダの次である＃２シリンダの吸気工程が最中となるタイミングが存在する。このとき、今まで＃１シリンダに吸気していた下側分岐流路２４から、＃２シリンダに通じる上側分岐流路２３へと向かう空気流れ（矢印１０２に示す空気流れ）が、メイン流路２２から上側分岐流路２３へと向かう空気流れ（矢印１０１に示す方向の空気流れ）と同時に発生する。

次に、＃２シリンダの吸気工程が終わりに差し掛かると、今まで＃２シリンダに吸気していた上側分岐流路２３から、点火順序が＃２シリンダの次である＃３シリンダに通じる下側分岐流路２４へと向かう空気流れが、メイン流路２２から下側分岐流路２４へと向かう空気流れと同時に発生する。このようにＶ型６気筒エンジンであるエンジン１０では、上側分岐流路２３と下側分岐流路２４との間を行き来する空気流れが発生し、その流れ方向は、吸気工程がシリンダ間を移行するたびに反転する。

図３は、サージタンクの隔壁形状の従来例を示す断面図である。図３を参照して、従来例においては、サージタンクをコンパクトな形状とし、また製造工程の簡素化を図るため、上側分岐流路２３と下側分岐流路２４とを区画する隔壁１３１が、単なる板状に形成されている。このため、隔壁１３１の端部は、角型断面を有し、角張ったエッジ状部分を含んで形成されている。

この場合、たとえば、下側分岐流路２４から上側分岐流路２３に向かう空気流れを想定すると、隔壁１３１の表面１３１ａに沿って流れる空気は、隔壁１３１の端部を回り込む際にエッジ部分で断続的となる。このため、空気流れが上側分岐流路２３で剥離を起こし、表面１３１ａ上に粘性を持った流れ領域が形成されてしまう。これにより、空気は主に矢印１０３に示すように表面１３１ａから離れた領域を流れることとなり、上側分岐流路２３における有効流路面積Ｓが減少する。

図２を参照して、これに対して本実施の形態では、端部３２の表面３２ａが球状面から構成されている。このため、隔壁３１の端部３２を回り込む空気を、表面３２ａに沿って連続的に流すことができ、空気流れが上側分岐流路２３で剥離を起こすことを抑制できる。また、本実施の形態では、表面３２ａが湾曲しながら表面３３ａに連なっているため、空気が表面３２ａ上から表面３３ａ上に移る際にも同様に剥離の発生を抑制することができる。これにより、上側分岐流路２３における有効流路面積Ｓを増大させることができる。

加えて、本実施の形態では、端部３２が、基部３３の厚みＴよりも大きい最大厚みｔを有するように形成されている。このため、端部３２を回り込む空気は、表面３２ａに沿って、よりなだらかなカーブを描きながら下側分岐流路２４から上側分岐流路２３に向かうことができる。このため、空気流れが剥離を起こすことをより効果的に抑制できる。一方、基部３３は、端部３２よりも小さい厚みで形成されているため、上側分岐流路２３および下側分岐流路２４における空気の流路面積を大きく確保することができる。

なお、ここでは、下側分岐流路２４から上側分岐流路２３に向かう空気流れについて説明を行なったが、上側分岐流路２３から下側分岐流路２４に向かう空気流れについても同様である。

図４は、図２中のサージタンクに形成された隔壁の第１の変形例を示す断面図である。図４を参照して、本変形例では、隔壁３１の端部３２が、楕円形状もしくは円形状の断面形状を有する。この場合においても、端部３２を回り込む空気が上側分岐流路２３もしくは下側分岐流路２４で剥離を起こすことを抑制できる。

図５は、図２中のサージタンクに形成された隔壁の第２の変形例を示す断面図である。図６は、図２中のサージタンクに形成された隔壁の第３の変形例を示す断面図である。図５および図６に示す変形例では、隔壁３１の端部３２が、プラスチックやゴム等の材料から形成されており、サージタンク２１とは別に成形されている。

図５（Ａ）に示す例では、端部３２に溝部３２ｍが形成されている。溝部３２ｍが、サージタンク２１に一体に成形された基部３３の先端部３５に嵌め合わされることによって、端部３２が基部３３に固定される。図５（Ｂ）に示す例では、さらに、溝部３２ｍの内壁に凸部３２ｐが一体に成形されている。基部３３の先端部３５には、凹部３３ｑが形成されている。溝部３２ｍが先端部３５に嵌め合わされた状態で、凸部３２ｐが凹部３３ｑに係止されることによって、基部３３と端部３２とが強固に固定される。

図６に示す例では、端部３２に突出部３２ｉが成形されており、端部３２と重なり合う基部３３の先端部３５に、孔３３ｈが形成されている。孔３３ｈに突出部３２ｉが嵌め合わされることによって、端部３２が基部３３に固定される。

サージタンク２１を樹脂成形する場合、型抜きの関係上、基部３３よりも大きい厚みを有する端部３２を一体に成形できないことがある。図５および図６に示す変形例によれば、端部３２がサージタンク２１とは別成形により作製されるため、このような事態を回避することができる。

図７は、図２中のサージタンクの樹脂成形工程の一例を示す断面図である。図７を参照して、サージタンク２１を樹脂成形する際に、端部３２を含む成形ピース４１と、基部３３を含む成形ピース４２と、成形ピース４１および４２の上下に配置される成形ピース４３および４４とを、別成形で作製し、これらの成形ピースを熱溶着により一体化して、サージタンク２１を完成させても良い。この場合、樹脂成形時の型抜きが端部３２の形状から制約を受けることを防止できる。

図８は、図２中のサージタンクの樹脂成形工程の別の例を示す断面図である。図８を参照して、隔壁３１および上側分岐流路２３を含む成形ピース４７と、下側分岐流路２４を含む成形ピース４８とを一体化して、サージタンク２１を作製する場合に、上側分岐流路２３に面する側で隔壁３１の表面３１ａを平面状とし、下側分岐流路２４に面する側で、端部３２の表面３２ａを基部３３の表面３３ａから突出するように湾曲させても良い。この場合、成形ピース４７の形成時の型抜きが端部３２の形状から受ける制約を、最小限度に抑えることができる。

この発明の実施の形態における内燃機関としてのエンジン１０の吸気管は、エンジン１０に導入される空気が流れるメイン流路２２と、メイン流路２２から分岐し、第１のシリンダ群としての＃２シリンダ、＃４シリンダおよび＃６シリンダに通じる第１の分岐流路としての上側分岐流路２３と、メイン流路２２から分岐し、第２のシリンダ群としての＃１シリンダ、＃３シリンダおよび＃５シリンダに通じる第２の分岐流路としての下側分岐流路２４と、上側分岐流路２３と下側分岐流路２４とを区画する隔壁３１とを備える。隔壁３１は、メイン流路２２に対峙する端部３２を有する。端部３２は、球状面によって形成されている。第１のシリンダ群を構成する＃２シリンダ、＃４シリンダおよび＃６シリンダは、それぞれ、第２のシリンダ群を構成する＃１シリンダ、＃３シリンダおよび＃５シリンダと点火順序が前後する。

エンジン１０の吸気管は、互いに点火順序が隣り合わない＃２シリンダ、＃４シリンダおよび＃６シリンダが形成された第１のバンクとしての左バンク１２と、互いに点火順序が隣り合わない＃１シリンダ、＃３シリンダおよび＃５シリンダが形成された第２のバンクとしての右バンク１１とを備えるＶ型６気筒エンジンに搭載されている。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるエンジン１０の吸気管によれば、左右バンク間の空気流れを円滑にすることで、各シリンダへの吸気量を増加させることができる。これにより、吸気効率の向上を図り、エンジン１０の出力を増大させることができる。

なお、本実施の形態では、サージタンク２１とインテークマニホールド１５とが別々に設けられたエンジン１０に本発明を適用したが、サージタンクとインテークマニホールドとが一体に設けられたエンジンに本発明を適用することも可能である。

続いて、上述の効果を検証するため行なった実施例について説明を行なう。図９は、実施例に用いたサージタンクの形状を模式的に表わす断面図である。

図９を参照して、本実施例では、サージタンク２１から吸気ポート５１から５６までの吸気路長を２段階に切り換える可変吸気システム（Acoustic Control Induction System：ACIS）が搭載されたエンジンを用いた。サージタンク２１には、エンジン回転数、スロットルバルブ１９の開度に応じて、エンジンコントロールコンピュータ６２により開閉制御されるＡＣＩＳバルブ６１が設けられている。

ＡＣＩＳバルブ６１を開くことにより、上側分岐流路２３と下側分岐流路２４との間が連通し、吸気路長が短く設定される。ＡＣＩＳバルブ６１を閉じることにより、上側分岐流路２３と下側分岐流路２４との間が遮断され、吸気路長が長く設定される。このような構成により、吸気路内の脈動効果を利用して吸入空気量を増大させることができ、低回転から高回転に渡る全域でトルクアップを図ることができる。

本実施例では、ＡＣＩＳバルブ６１を閉じた状態として、上側分岐流路２３と下側分岐流路２４との間で行き来する空気流れを発生させ、エンジンの回転数を変化させながら出力を測定した。また、比較のため、図３に示す板状の隔壁１３１を備えるサージタンクを用いて、同様の測定を行なった。

図１０は、実施例において、エンジン回転数と出力トルクとの関係を示すグラフである。図１０を参照して分かるように、本実施例では、２点差線２０１に囲まれた回転数領域において、出力トルクを比較例の場合よりも６Ｎｍ程度向上させることができた。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態における吸気管が適用されたエンジンを示す分解組み立て図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿ったサージタンクの断面図である。 サージタンクの隔壁形状の従来例を示す断面図である。 図２中のサージタンクに形成された隔壁の第１の変形例を示す断面図である。 図２中のサージタンクに形成された隔壁の第２の変形例を示す断面図である。 図２中のサージタンクに形成された隔壁の第３の変形例を示す断面図である。 図２中のサージタンクの樹脂成形工程の一例を示す断面図である。 図２中のサージタンクの樹脂成形工程の別の例を示す断面図である。 実施例に用いたサージタンクの形状を模式的に表わす断面図である。 実施例において、エンジン回転数と出力トルクとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ エンジン、１１ 右バンク、１２ 左バンク、２１ サージタンク、２２ メイン流路、２３ 上側分岐流路、２４ 下側分岐流路、３１ 隔壁、３２ 端部、３２ａ，３３ａ 表面、３３ 基部、４１，４２，４３，４４，４７，４８ 成形ピース。

Claims (4)

1. 互いに点火順序が隣り合わない第１のシリンダ群が形成された第１のバンクと、互いに点火順序が隣り合わない第２のシリンダ群が形成された第２のバンクとを備えるＶ型６気筒エンジンに搭載される内燃機関の吸気管であって、
   内燃機関に導入される空気が流れるメイン流路と、
   前記メイン流路から分岐し、第１のシリンダ群に通じる第１の分岐流路と、
   前記メイン流路から分岐し、第２のシリンダ群に通じる第２の分岐流路と、
   前記第１の分岐流路と前記第２の分岐流路とを区画する隔壁とを備え、
   前記隔壁は、前記メイン流路に対峙する端部を有し、
   前記端部の先端は湾曲面状であり、かつ、前記端部は、前記メイン流路から各シリンダ群に向かって流れる空気流れの下流側に向かうほど、厚みが漸減する部分を含み、
   前記隔壁は、前記端部に対して前記メイン流路の反対側で延在し、ほぼ一定の厚みＴを有する基部をさらに有し、
   前記端部は、前記厚みＴよりも大きい厚みｔを有する、内燃機関の吸気管。
2. 前記端部と前記基部との境界位置で、前記端部を形成する湾曲面が、連続して前記基部まで連なっている、請求項１に記載の内燃機関の吸気管。
3. 前記端部は、前記基部とは別部材から形成され、前記基部に取り付けられている、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気管。
4. 吸気管は、樹脂成形により形成されており、
   前記端部を含む第１の成形部分と、前記第１の成形部分とは別に成形された第２の成形部分とが、組み合わさって前記吸気管が形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気管。

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