JP4692389B2 - Ｖ型内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に係り、特に、左右２系統の吸気系を備えたＶ型内燃機関の吸気装置に関する。

従来、Ｖ型内燃機関の吸気装置において、左右一対のスロットルボディから吸気を導入する左右２系統の吸気系を有するものが知られている（特許文献１を参照）。

特開２０００−５４８４５号公報

ところで、従来の吸気装置として上記特許文献１に開示された吸気マニホルドは、左右から延設された連通路が共鳴切換バルブを介して対向配置されているため、共鳴切換バルブが開放する低速回転時には、スロットルボディから左右の吸気系に供給された吸気が連通路で衝突（干渉）することになって吸入抵抗が増加し、機関出力の増加を抑制する。

したがって、本発明の目的は、Ｖ型内燃機関の吸気装置において、スロットルボディから吸気ポートまでの吸入抵抗を低減させることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、各気筒が左右バンクに配列されたＶ 型内燃機関の吸気装置であって、容積室と、複数の分岐管と、左吸気管および右吸気管とを備える。
容積室は、左右バンクの略中央に位置し、左右の側面にそれぞれ左開口部および右開口部を有する。複数の分岐管は、各気筒に対応して設けられ、一端が前記容積室内の左側および右側で下方に開口し、当該一端から対応する気筒のバンクに向けて所定の曲げ角度で湾曲し、対応する気筒に吸気を供給する。左吸気管および右吸気管は、一端が容積室の左開口部および右開口部に接続し、上流側の他端から吸気を前記容積室の底部に向けて供給する供給する。

左吸気管および右吸気管は、容積室に対する吸気の流入方向が一致しないように、左開口部および右開口部近傍の管の中心軸が設定されているとともに、左吸気管から供給された吸気を一端が容積室内の右側で開口する分岐管へと導く第一凹部と、右吸気管から供給された吸気を一端が容積室内の左側で開口する分岐管へと導く第二凹部とが容積室の底部へ設けられている。したがって、左吸気管および右吸気管から容積室に通流する吸気が干渉しないとともに、吸気が分岐管に滑らかに導入される。

本発明によれば、左吸気管および右吸気管から容積室に通流する吸気が干渉しないとともに、吸気が分岐管に滑らかに導入されるため、Ｖ 型内燃機関の各気筒に供給される吸入抵抗を低減させることが可能となる。

以下、本発明に係るＶ型内燃機関の吸気装置の実施の形態について図を参照して説明する。ここで、Ｖ型内燃機関としてはガソリン機関またはディーゼル機関のいずれでも構わない。
なお、以下の実施形態の説明では、車両の進行方向を前として左右前後の方向を規定するものとする。

図１は、本発明の一実施形態に係る吸気装置を含むＶ型内燃機関の前面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る吸気装置を含むＶ型内燃機関の平面図である。このＶ型内燃機関は、一例として、左右バンクにそれぞれ４気筒が収容されるＶ型８気筒内燃機関となっている。

図１に示すように、このＶ型８気筒内燃機関では、４気筒がそれぞれ左右バンク（左バンク６Ｌ，右バンク６Ｒ）に配列されて収容されている。左バンク６Ｌは、左シリンダヘッド７Ｌを含み、右バンク６Ｒは、右シリンダヘッド７Ｒを含む。左右のシリンダヘッドの下部には、シリンダブロック３が設けられる。
図１および図２に示すように、実施形態に係る吸気装置１０のサージタンク１２は、左バンク６Ｌおよび右バンク６Ｒの略中央に配置されている。上流にある左側スロットルボディおよび右側スロットルボディから流れ込む吸気は、それぞれ左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒを通して、左右からサージタンク１２に導入されるようになっている。
サージタンク１２に導入された吸気は、吸気マニホルド１３を介して左右バンクの各気筒に分配される。

（吸気装置１０の構成）
次に、実施形態に係る吸気装置に搭載された吸気装置１０の構成を、図３および図４を参照して説明する。
図３は、吸気装置１０の平面図であり、図４は、吸気装置１０の前面図である。なお、図３において、紙面下方向が前方（車両進行方向）となる。

図３に示すように、吸気装置１０は、上流に位置するスロットルボディから延設される左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒと、所定の容積を有するサージタンク１２（容積室）と、各気筒の吸気ポートに対して吸気を供給する複数の分岐管１３＿１〜１３＿８からなる吸気マニホルド１３とを有する。

左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒは、一端がそれぞれ左右のスロットルボディ（図３には図示せず）に接続され、他端がサージタンク１２の左右の開口部１２ａおよび１２ｂにおいてサージタンク１２と接合される。これによって、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒは、左右のスロットルボディからサージタンク１２までの吸気路を形成する。

サージタンク１２は、図３に示すように、前後方向が長手方向となる容積室であって、左右バンクの略中央に位置する。サージタンク１２は、前後方向の略中央位置の側面に左右の開口（左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂ）を有し、この左右の開口から左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒを通過した吸気を収集する吸気コレクタとしての役割を備える。
左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂは、下流側の分岐管１３＿１〜１３＿８に対して効率良く均一に吸気を分配させるために、平面視で見て長手方向の略中央に設けられている。
図４に示すように、サージタンク１２の底部１２ｃは、左右２箇所に凹部が形成されており、これによって、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒから流入した空気が効率良く、吸気マニホルド１３（分岐管１３＿１〜１３＿８）に取り込まれるようになっている。

吸気マニホルド１３の各分岐管１３＿１〜１３＿８は、サージタンク１２内の空気を対応する気筒の吸気ポートに伝達する。ここで、各分岐管１３＿１〜１３＿８は、それぞれ第１気筒（＃１）〜第８気筒（＃８）に対応している。図３には、各分岐管に対応する気筒番号を記載してある。
図４を参照して、各分岐管の構造を説明する。たとえば分岐管１３＿１の場合、管の一端である端部１３ａが、サージタンク１２内において、対応する第１気筒が配設される左バンクと逆側（つまり右側）に下方に開口して形成される。そして、分岐管１３＿１は、その端部１３ａから上方に延び、第１気筒の吸気ポートに向けて（すなわち左方向に向けて）所定の曲げ角度で湾曲して形成されている。

一方、平面視で分岐管１３＿１に隣接して設けられる分岐管１３＿２（図４には図示せず）は、管の一端である端部が、サージタンク１２内において、対応する第２気筒が配設される右バンクと逆側（つまり左側）に下方に開口して形成される。そして、分岐管１３＿２は、その端部から上方に延び、第２気筒の吸気ポートに向けて（すなわち右方向に向けて）所定の曲げ角度で湾曲して形成されている。

第１気筒と同一のバンクに配設される第３気筒、第５気筒、第７気筒に対応する分岐管１３＿３，１３＿５，１３＿７（図４には図示せず）は、第１気筒に対応する分岐管１３＿１と、正面視で見て同様の形状となっている。第２気筒と同一のバンクに配設される第４気筒、第６気筒、第８気筒に対応する分岐管１３＿４，１３＿６，１３＿８（図４には図示せず）は、第２気筒に対応する分岐管１３＿２と、正面視で見て同様の形状となっている。

次に、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒの構造についてさらに説明する。
本実施形態に係る吸気装置では、左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂ近傍における左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒの管の形状に特徴がある。左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂ近傍における管の形状は、上流から吸気管を流れてくる空気のサージタンク１２に対する流入方向を決定付けるが、本実施形態に係る吸気装置では、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒからサージタンク１２に対する吸気の流入方向が一致しないように、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒの管の形状、すなわち、管の中心軸が設定される。

図５は、左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂ近傍における左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒの管の形状を概略的に表した説明図であって、（ａ）は平面視での形状、（ｂ）は正面視での形状を示す。図５は、左吸気管１１Ｌ、右吸気管１１Ｒの管、およびサージタンク１２の一部の断面を概略的に捉えた図と考えてよい。

図５（ａ）を参照すると、平面視で左吸気管１１Ｌの管の中心軸の接線方向が左開口部１２ａ近傍で右方向を指向しているため、左吸気管１１Ｌからサージタンク１２に流入する空気流ＦＬの流入方向は、右方向となる。一方、平面視で右吸気管１１Ｒの管の中心軸の接線方向が右開口部１２ｂ近傍で所定の角度をもって前方を指向しているため、右吸気管１１Ｒからサージタンク１２に流入する空気流ＦＲの流入方向は、前方に所定の角度を持った方向となる。
図５（ｂ）を参照すると、正面視で左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒの管の中心軸の接線方向が左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂ近傍でともに下方向を指向しているため、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒからサージタンク１２に流入する空気流ＦＬ，ＦＲの流入方向は、ともに下方向となる。
このように、左右の空気流ＦＬおよびＦＲのサージタンク１２に対する流入方向は、三次元上互いに異なる方向を指向するため、左右の空気流ＦＬおよびＦＲの干渉が最小化され、吸入抵抗が少ないものとなっている。

（吸気装置１０の動作）
次に、実施形態に係る吸気装置１０の動作を、図６を参照して説明する。なお、図６は、図４に示した吸気装置１０の正面図に対して吸気の通流方向を矢印で付加した図である。

この吸気装置が搭載されるＶ型８気筒内燃機関において、左右２系統の吸気経路を有し、左右のスロットルボディを通過した吸気は、スロットルボディよりも下流に配置される左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒに流れ込む。なお、図６では、左吸気管１１Ｌから流れ込む吸気の流れのみを示しているが、右吸気管１１Ｒから流れ込む吸気の流れも同様である。
左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒに流れ込んだ吸気は、それぞれ左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂからサージタンク１２へ導入される。ここで、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒの左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂ近傍の管の中心軸は、サージタンク１２に流入する空気流ＦＬ，ＦＲの流入方向が一致しないように設定されているため、サージタンク１２内において、左右の空気流ＦＬおよびＦＲの干渉がほとんど発生しない。したがって、非常に低い吸入抵抗で吸気がサージタンク１２に導入される。

サージタンク１２に導入された吸気は、サージタンク１２内において下方に開口した端部から各分岐管１３＿１〜１３＿８に分配される。
図６では、サージタンク１２内の空気が分岐管１３＿１に流れ込む吸気の様子が示されている。前述したように、左吸気管１１Ｌからの空気流ＦＬの向きが下方向を指向しているため、左吸気管１１Ｌから導入された空気は、図６に示すように、サージタンク１２の底部１２ｃの右側の凹部に向けて流れ、その凹部によって、滑らかに分岐管１３＿１の開口端１３ａへ導入される。分岐管１３＿１に導入された吸気は、第１気筒の吸気ポート（図示せず）に向かう。
他の分岐管１３＿２〜１３＿８についても、同様に、低吸入抵抗で対応する各気筒に吸気が導入される。

以上、本実施形態に係る吸気装置の構成および動作について説明してきたが、次に、この実施形態の変形例について説明する。

（変形例１）
本実施形態に係る吸気装置では、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒからサージタンク１２に対する吸気の流入方向が一致しないように、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒの管の中心軸を設定するが、左右からの吸気の流入方向は、図５に示した一例に限られない。
図７は、左右からの吸気の流入方向の別の例を示す図であって、図５と同様の形式の図である。

図７（ａ）に示す例では、平面視で左吸気管５１Ｌの管の中心軸の接線方向が左開口部近傍で所定の角度をもって後方を指向しているため、左吸気管５１Ｌからサージタンク５２に流入する空気流ＦＬの流入方向は、後方に所定の角度を持った方向となる。一方、平面視で右吸気管５１Ｒの管の中心軸の接線方向が右開口部近傍で左方向を指向しているため、右吸気管５１Ｒからサージタンク５２に流入する空気流ＦＲの流入方向は、左方向となる。

図７（ｂ）に示す例では、平面視で左吸気管６１Ｌの管の中心軸の接線方向が左開口部近傍で所定の角度をもって後方を指向しているため、左吸気管６１Ｌからサージタンク６２に流入する空気流ＦＬの流入方向は、後方に所定の角度を持った方向となる。一方、平面視で右吸気管６１Ｒの管の中心軸の接線方向が右開口部近傍で所定の角度をもって前方を指向しているため、右吸気管６１Ｒからサージタンク６２に流入する空気流ＦＲの流入方向は、前方に所定の角度を持った方向となる。

図７に示したいずれの例においても、図５に示した場合と同様に、左右からの吸気の流入方向が一致しないため、サージタンク１２内で左右からの吸気の干渉が最小化される。

ここで、図７（ｂ）に示したように、左吸気管および右吸気管によるサージタンクへの吸気の流入方向が、平面視で左右方向の軸を境にして逆向きとなるように、左右の吸気管の形状を設定することで、吸入抵抗を最も小さくすることができる。また、このように左右の吸気管の形状設定を行うと、図７（ｂ）に示すように、平面視で左右からの空気流が交差しない。したがって、機関室内の周辺レイアウトやサージタンクの容量によって、左右からの空気流の流入方向を正面視で見て下向きにできない場合に有効である。

なお、サージタンクにおける左右の開口部を前後方向にオフセットさせることで、左右からの空気流の干渉をさらに低下させることもできる。

図８は、左右の吸気管の中心軸がほぼ水平である吸気装置の正面図である。図８に示す吸気装置では、左右の吸気管２１Ｌ，２１Ｒの中心軸がほぼ水平であって、かつ、サージタンク２２の深さが前述のサージタンク１２と比較して浅くなっている。サージタンク２２内の吸気は、分岐管２３＿１，２３＿２，…に導入される。
この図８に示す吸気装置において、左右からのサージタンク２２に対する空気流が干渉しないようにするためには、平面視で左右からの空気流が交差しないようにする必要があるため、左右の吸気管２１Ｌ，２１Ｒに対して図７（ｂ）に例示したような管形状を設けるのがよい。

（変形例２）
左吸気管および右吸気管からサージタンクに対する吸気の流入方向は、各気筒の点火順序を考慮して決定することもできる。
たとえば、上述した実施形態において、各気筒の点火順序が、第１気筒（＃１）、第８気筒（＃８）、第７気筒（＃７）、第３気筒（＃３）、第６気筒（＃６）、第５気筒（＃５）、第４気筒（＃４）、第２気筒（＃２）の順である場合を想定する。ここで、図３を参照すると、第２気筒（＃２）および第４気筒（＃４）はともに同一バンクにあって、対応する分岐管１３＿２および１３＿４の開口端部は、サージタンク１２内で隣接している。
かかる場合、第４気筒（＃４）、第２気筒（＃２）の順に連続して吸気ポート内に吸入されていくため、第４気筒よりも後に吸入する第２気筒の吸入空気量が少なくなる虞がある。

そこで、左右バンクのいずれかにおいて、隣接する２つの気筒間の点火順序が連続するときには、左吸気管および右吸気管によるサージタンク１２への吸気の流入方向が、その隣接する２つの気筒に対応する分岐管の一端の開口を指向するようにすることが好ましい。たとえば、上述した例では、右吸気管１１Ｒからの吸気の流入方向が、分岐管１３＿２および１３＿４の開口端部を指向するように、右開口部１２ｂ近傍の右吸気管１１Ｒの管の中心軸を設定する。これによって、サージタンク１２内では、分岐管１３＿２および１３＿４の開口端部付近には、第４気筒（＃４）とそれに続く第２気筒（＃２）とによって行われる連続的な吸入に対して、十分な量の空気量が確保される。

＜本吸気装置の特徴＞
（１）
以上説明したように、この吸気装置は、Ｖ型内燃機関の左右バンクの略中央に位置し、左右の側面にそれぞれ左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂを有するサージタンク１２（容積室）と、各気筒に対応して設けられ、端部１３ａがサージタンク１２で下方に開口し、その端部１３ａから対応する気筒のバンクに向けて所定の曲げ角度で湾曲し、対応する気筒に吸気を供給する複数の分岐管１３＿１〜１３＿８（吸気マニホルド１３）と、一端がサージタンク１２の左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂに接続し、上流側（スロットルボディ側）の他端から吸気をサージタンク１２に供給する左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒと、を備える。そして、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒは、サージタンク１２に対する吸気の流入方向が一致しないように、左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂ近傍の管の中心軸が設定されている。
したがって、この吸気装置によれば、サージタンク１２に対して左右から流入する吸気が干渉しないので、干渉する場合と比較して、吸入抵抗が低減し、各気筒に分配される吸入空気量が増加する。それゆえ、吸気の干渉が発生する場合と比較して、Ｖ型内燃機関の出力が増加する。

（２）
この吸気装置において、各分岐管の一端の開口（分岐管１３＿１の場合、端部１３ａ）は、左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂよりも下方に位置し、左吸気管１１Ｌおよび右吸気管１１Ｒによるサージタンク１２への吸気の流入方向が水平軸よりも下方向である。
したがって、左開口部１２ａおよび右開口部１２ｂよりも下方に、サージタンク１２の所望の容量を確保しつつ、吸入抵抗を低減させることができる。

（３）
この吸気装置では、左吸気管および右吸気管によるサージタンクへの吸気の流入方向が、平面視で左右方向の軸を境にして逆向きであることが好ましい。
かかる構成によれば、平面視で左右からの空気流が交差しないようにすることができ、左吸気管、右吸気管およびサージタンクの形状設計自由度を高くすることができる。

（４）
左右バンクのいずれかにおいて、隣接する２つの気筒間の点火順序が連続するときには、左吸気管および右吸気管によるサージタンク１２への吸気の流入方向が、その隣接する２つの気筒に対応する分岐管の一端の開口を指向するように、左開口部および右開口部近傍の管の中心軸が設定されていることが好ましい。
かかる構成によれば、対応して配置された隣接する２つの分岐管の開口端部付近に、隣接する２つの気筒によって行われる連続的な吸入に対して、十分な量の空気量が確保される。

以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成及びシステムは本実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更や、他のシステムへの適応なども含まれる。

実施形態に係る吸気装置を含むＶ型内燃機関の前面図である。 実施形態に係る吸気装置を含むＶ型内燃機関の平面図である。 実施形態に係る吸気装置の平面図である。 実施形態に係る吸気装置の前面図である 左開口部および右開口部近傍における左吸気管および右吸気管の形状を概略的に表した説明図である。 実施形態に係る吸気装置の動作を示す図である。 実施形態に係る吸気装置の変形例を示す図である。 実施形態に係る吸気装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１０…吸気装置
１１Ｌ…左吸気管、１１Ｒ…右吸気管
１２…サージタンク（容積室）
１３…吸気マニホルド
１３＿１〜１３＿８…分岐管

Claims (4)

1. 各気筒が左右バンクに配列されたＶ 型内燃機関の吸気装置であって、
   左右バンクの略中央に位置し、左右の側面にそれぞれ左開口部および右開口部を有する容積室と、
   各気筒に対応して設けられ、一端が前記容積室内の左側および右側で下方に開口し、当該一端から対応する気筒のバンクに向けて所定の曲げ角度で湾曲し、対応する気筒に吸気を供給する複数の分岐管と、
   一端が前記容積室の左開口部および右開口部に接続し、上流側の他端から吸気を前記容積室の底部に向けて供給する供給する左吸気管および右吸気管と、
   を備え、
   前記左吸気管および前記右吸気管は、前記容積室に対する吸気の流入方向が一致しないように、前記左開口部および右開口部近傍の管の中心軸が設定されているとともに、前記左吸気管から供給された吸気を一端が前記容積室内の右側で開口する分岐管へと導く第一凹部と、前記右吸気管から供給された吸気を一端が前記容積室内の左側で開口する分岐管へと導く第二凹部と、を前記容積室の底部へ設ける、
   Ｖ 型内燃機関の吸気装置。
2. 前記分岐管の一端の開口は、前記左開口部および右開口部よりも下方に位置し、
   前記左吸気管および前記右吸気管による前記容積室への吸気の流入方向が水平軸よりも下方向である
   請求項１ 記載のＶ 型内燃機関の吸気装置。
3. 前記左吸気管および前記右吸気管による前記容積室への吸気の流入方向は、平面視で左右方向の軸を境にして逆向きである
   請求項１ または２ 記載のＶ 型内燃機関の吸気装置。
4. 各気筒が左右バンクに配列されたＶ 型内燃機関の吸気装置であって、
   左右バンクの略中央に位置し、左右の側面にそれぞれ左開口部および右開口部を有する容積室と、
   各気筒に対応して設けられ、一端が前記容積室内で下方に開口し、当該一端から対応する気筒のバンクに向けて所定の曲げ角度で湾曲し、対応する気筒に吸気を供給する複数の分岐管と、
   一端が前記容積室の左開口部および右開口部に接続し、上流側の他端から吸気を前記容 積室に供給する左吸気管および右吸気管と、
   を備え、
   前記左吸気管および前記右吸気管は、前記容積室に対する吸気の流入方向が一致しないように、前記左開口部および右開口部近傍の管の中心軸が設定されており、
   左右バンクのいずれかにおいて、隣接する２ つの気筒間の点火順序が連続するときには、前記左吸気管および前記右吸気管による前記容積室への吸気の流入方向が、前記２ つの気筒に対応する分岐管の一端の開口を指向するように、前記左開口部および右開口部近傍の管の中心軸が設定されている、Ｖ 型内燃機関の吸気装置。

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