JP5135237B2 - 気筒休止内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の気筒休止内燃機関に係り、詳細には、休筒運転時において吸気騒音を低減し得る吸気装置の構成に関する。

自動車用内燃機関の騒音対策として、吸気装置（吸気系）にレゾネータを設ける技術が知られている。レゾネータは、例えば、一端が吸気装置の吸気通路に連通する管状部材と、管状部材の他端に設けられた共鳴室とから構成され、その共鳴周波数、すなわち低減可能な周波数は、管状部材の内径や長さ、共鳴室の容量（容積）によって定まる。そのため、自動車の運転状態に応じた吸気騒音の低減を実現するべく、管状部材と共鳴室との連結部分をアクチュエータの駆動により開閉する開閉板を設け、管状部材の内径を変化させてレゾネータの共鳴周波数を変更可能にしたものがある（例えば、特許文献１）。

特開昭５９−２１５９１３号公報

複数のバンクを備え、自動車の運転状態に応じて特定バンクの気筒を稼動停止する気筒休止内燃機関において、全ての気筒を稼動する全筒運転から、特定バンクの気筒を稼動停止する休筒運転に移行すると、低周波数成分の振動（約３００Ｈｚ）が増加することが確認されている。そのため、全筒運転から休筒運転に移行した際に低周波数成分の振動を低減させるためには、レゾネータの共鳴室の容量を増加させることが必要となる。しかしながら、上述した特許文献１のようなレゾネータは、管状部材の内径を変化させることにより共鳴周波数を変化させることは可能であるが、低周波数成分の振動を効果的に低減するためには、共鳴室の容量を予め大型に形成しておく必要がある。

また、Ｖ型内燃機関においては、各シリンダバンクに対応する２系統の吸気装置を設け、それぞれの吸気装置にレゾネータを設ける構成がある。このような構成では、特にレゾネータの大型化はエンジンの大型化につながる。

本発明は以上の観点に基づきなされたものであって、レゾネータを大型化することなく、全筒運転時および休筒運転時のいずれにおいても効果的に吸気騒音を低減することができる可変気筒内燃機関を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の発明は、第１シリンダバンク（フロントシリンダバンク１１ａ）および第２シリンダバンク（リアシリンダバンク１１ｂ）を備え、前記第１シリンダバンクおよび前記第２シリンダバンクの気筒のすべてを稼動する全筒運転と、前記第１シリンダバンクの気筒を休止する休筒運転とを切り換え可能な気筒休止内燃機関（エンジン１０）において、前記第１シリンダバンクの気筒に連通する第１吸気通路（４１）と、前記第２シリンダバンクの気筒に連通する第２吸気通路（５１）と、前記第１吸気通路に介装された第１制御弁（第１スロットルバルブ４６）と、前記第２吸気通路に介装された第２制御弁（第２スロットルバルブ５７）と、前記第１吸気通路の前記第１制御弁の上流側に設けられた第１レゾネータ（４９）と、前記第２吸気通路の前記第２制御弁の上流側に設けられた第２レゾネータ（６０）と、前記第１吸気通路の前記第１吸気制御弁と前記第１レゾネータとの間の部分と、前記第２吸気通路の前記第２吸気制御弁と前記第２レゾネータとの間の部分とを連通するバイパス通路（６１）と、前記第２吸気通路の前記第２レゾネータの上流側に介装された第３制御弁（開閉バルブ５３）とを備え、前記第３制御弁が、全筒運転時に開かれる一方、休筒運転時に閉じられることを特徴とする。

この構成によれば、第１シリンダバンクが休止する休筒運転時には、吸気は第１吸気通路、バイパス通路、第２吸気通路を順に通過して第２シリンダバンクに流入する。この吸気が通過する通路には第１レゾネータおよび第２レゾネータが設けられているため、２つのレゾネータを協働させることができ、低周波数の振動を効果的に低減することができる。そのため、それぞれのレゾネータを小型化することができるとともに、２つのレゾネータの大きさを均一にすることが容易になる。

第２の発明は第１の発明において、前記第１吸気通路の前記第１制御弁の下流側および前記第２吸気通路の前記第２制御弁の下流側に介装された単一のチャンバ（共用サージタンク６３）を備え、前記第１制御弁が、休筒運転時に閉じられることを特徴とする。

この構成によれば、吸気脈動を防止するチャンバを第１吸気通路および第２吸気通路で共用するため、チャンバの大容量化が図れるとともに、内燃機関全体のコンパクト化が図れる。

第３の発明は第１の発明または第３の発明において、前記第１吸気通路の前記バイパス通路が連通する部分と前記第１制御弁との間と、前記第２吸気通路の前記バイパス通路が連通する部分と前記第２制御弁との間とにそれぞれエアクリーナ（４４，５５）が介装されたことを特徴とする。

この構成によれば、第１レゾネータ、第２レゾネータ、第３制御弁およびバイパス通路がエアクリーナの上流側（ダストサイド）に配置されるので、これらのシール構造等を簡素化できる。

以上の構成により、気筒休止内燃機関は、全筒運転時には経路上に１つのレゾネータが配置された吸気通路から各シリンダバンクの気筒に吸気を引き込み、休筒運転時には経路上に２つのレゾネータが配置された吸気通路から第２シリンダバンクに吸気を引き込むため、休筒運転時に増加する低周波数の振動を低減することができる。

第１実施形態に係るエンジンの要部を示す側面図である。 第１実施形態に係る吸気装置を模式的に示す概略図である。 第１実施形態に係る吸気装置を模式的に示す概略図である。 第２実施形態に係る吸気装置を模式的に示す概略図である。 第２実施形態に係る吸気装置を模式的に示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明を自動車用のＶ型６気筒エンジン１０に適用した第１実施形態について詳細に説明する。図１は、実施形態に係るエンジン１０の要部を示す側面図である。エンジン１０は、図１の紙面の左側が車両の前方となるようにエンジンルームに横置きに配置されている。以下、車両の進行方向を前方、車幅方向を右方または左方、鉛直方向を上方または下方として説明する。

図１に示すように、エンジン１０は、前後方向にＶ字形をなすフロントシリンダバンク１１ａおよびリアシリンダバンク１１ｂが形成されたシリンダブロック１１と、各シリンダバンク１１ａ，１１ｂの上部に設けられたシリンダヘッド１２と、各シリンダヘッド１２の上部に設けられたヘッドカバー１３とを外殻として備えている。エンジン１０の吸気装置４０は両シリンダバンク１１ａ，１１ｂの内側に配設され、排気系７０は外側に配設されている。

各シリンダバンク１１ａ，１１ｂ内にはシリンダボア１４が３つずつ形成され、各シリンダヘッド１２の各シリンダボア１４に対応する部分には燃焼室２１が形成されている。シリンダボア１４と燃焼室２１とによって気筒が構成される。各シリンダボア１４内には、コンロッド１６を介してクランクシャフト１７に連結されたピストン１５が、摺動可能に配置されている。

燃焼室２１には、シリンダヘッド１２のシリンダバンク内側の側部に開口する吸気ポート２２と、シリンダヘッド１２のシリンダバンク外側の側部に開口する排気ポート２３との一端がそれぞれ連通している。各燃焼室２１に対して、吸気ポート２２および排気ポート２３は２つずつ設けられている。燃焼室２１と、吸気ポート２２および排気ポート２３との境界部には、吸気バルブ２４および排気バルブ２５が介装されている。吸気バルブ２４および排気バルブ２５は、動弁機構３０によって開閉駆動される。

動弁機構３０は、カム３１が列設されたカムシャフト３２と、カム３１と吸気バルブ２４および排気バルブ２５との間に介装された吸気ロッカアーム３３および排気ロッカアーム３４と、吸気ロッカアーム３３を揺動自在に支持する吸気ロッカシャフト３５と、排気ロッカアーム３４を揺動自在に支持する排気ロッカシャフト３６とを備えている。カムシャフト３２はクランクシャフト１７の回転に同期して回転し、吸気バルブ２４および排気バルブ２５は、吸気ロッカアーム３３および排気ロッカアーム３４を介してカム３１により駆動される。

フロントシリンダバンク１１ａの動弁機構３０には、ある特定の運転状態の時に吸気バルブ２４および排気バルブ２５の開閉作動を休止して燃焼サイクルを休止させるための気筒休止機構３７が、全ての吸気ロッカアーム３３および排気ロッカアーム３４に組み込まれている。気筒休止機構３７は公知のものであってよく、例えば、吸気ロッカアーム３３をカム３１に摺接する駆動部分と、吸気バルブ２４に連結する従動部分とに分割して構成し、油圧等によって変位する連結ピンによって駆動部分と従動部分との連結および切断を選択的に行う。気筒稼動状態においては駆動部分と従動部分とが連結ピンにより連結され、カム３１の駆動に応じて吸気バルブ２４が開閉され、気筒休止状態においては連結ピンが変位して駆動部分と従動部分とが切断され、カム３１の駆動が従動部分に伝達されなくなり、吸気バルブ２４が閉じた状態に維持される。排気バルブ２５も同様に、気筒休止機構３７によって気筒稼動状態と気筒休止状態とを切り換え可能となっている。

本実施形態では、気筒休止機構３７によりフロントシリンダバンク１１ａの全ての気筒を休止するとともに、リアシリンダバンク１１ｂの全ての気筒を稼動する休筒運転と、フロントシリンダバンク１１ａおよびリアシリンダバンク１１ｂの全ての気筒を稼動する全筒運転とが可能となっている。全筒運転は自動車の発進時や加速時等の負荷が大きい場合に選択され、休筒運転は自動車の高速巡航時やアイドル時等の負荷が小さい場合に選択される。全筒運転と休筒運転とのいずれを選択するかは、図示しないＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）によって、アクセルペダルの踏み込み量やエンジン回転数等に基づいて決定される。

図２は、第１実施形態に係る吸気装置４０の模式的構成図である。図２に示すように、吸気装置４０は、フロントシリンダバンク１１ａの吸気ポート２２に連通する第１吸気通路４１と、リアシリンダバンク１１ｂの吸気ポート２２に連通する第２吸気通路５１との２系統を備えている。第１吸気通路４１は、空気の取り入れ口であるエアインレット４２、吸気管４３、第１エアクリーナ４４、吸気管４５、第１スロットルバルブ（第１制御弁）４６、第１サージタンク４７、吸気管４８を上流側よりこの順で連続して備えている。吸気管４３には、第１レゾネータ４９が分岐する形で取り付けられている。第２吸気通路５１は、第１吸気通路４１と共通のエアインレット４２、吸気管５２、開閉バルブ（第３制御弁）５３、吸気管５４、第２エアクリーナ５５、吸気管５６、第２スロットルバルブ（第２制御弁）５７、第２サージタンク５８、吸気管５９を上流側よりこの順で連続して備えている。吸気管５４には、分岐する形で第２レゾネータ６０が取り付けられている。また、吸気管４３の第１レゾネータ４９より下流の部分と、吸気管５４の第２レゾネータ６０より下流の部分とは、バイパス通路６１により連結されている。なお、図２には第１サージタンク４７と吸気ポート２２とを連結する吸気管４８を１つしか記載していないが、実際にはフロントシリンダバンク１１ａの３つの気筒の各吸気ポート２２に対応するように６つの吸気管４８を備えている。吸気管５９も同様に、実際には６つの吸気管５９を備えている。

第１スロットルバルブ４６，第２スロットルバルブ５７，開閉バルブ５３は、バタフライ弁であり、駆動源としてモータを備え、電子制御により開閉制御がなされている。第１エアクリーナ４４および第２エアクリーナ５５は、外殻をなすフィルタケーシングと、フィルタケーシング内に配置されたフィルタエレメントとを備えており、吸気中の不純物をフィルタエレメントによって捕集する。第１サージタンク４７および第２サージタンク５８は、吸気管４８，５９の断面積に比較して大きな断面積を有するように拡張された空間（チャンバ）であり、空気溜めとして作用する。

第１レゾネータ４９は、一端が分岐する形で吸気管４３に連結した管状部材４９ａと、管状部材４９ａの他端に連結された箱状の共鳴室４９ｂとを備えたヘルムホルツ型レゾネータである。第２レゾネータ６０も第１レゾネータ４９と同様に、管状部材６０ａと共鳴室６０ｂとを備えている。第１レゾネータ４９および第２レゾネータ６０は、吸気装置４０の内部を流れる気体の振動（脈動）を低減する。

第１吸気通路４１と第２吸気通路５１とは、第２吸気通路５１が開閉バルブ５３を備える点を除き対称な構成となっている。開閉バルブ５３は、ＥＣＵによって開閉が制御され、エンジン１０が全筒運転時には開状態となり、エンジン１０が休筒運転時には閉状態となる。

排気系７０は、排気ポート２３に連結する排気マニホールド７１と、排気マニホールド７１の下流側に連結された三元触媒やマフラー等（いずれも図示しない）とを備えている。

次に、第１実施形態に係るエンジン１０の作用について説明する。図２に示すように、全筒運転時においては、開閉バルブ５３が開かれており、エアインレット４２を通過した吸気は図中の白抜きの矢印で示すようにフロントシリンダバンク１１ａの気筒に流入するとともに、図中の黒塗りの矢印で示すようにリアシリンダバンク１１ｂの気筒に流入する。なお、吸気管４３内と吸気管５４内の差圧に応じて、バイパス通路６１を通過して吸気管４３から吸気管５４、または吸気管５４から吸気管４３に吸気が流れる。

図３は、第１実施形態に係る吸気装置４０を模式的に示す説明図であって、休筒運転時における吸気の経路について示す。休筒運転時においては、フロントシリンダバンク１１ａの吸気バルブ２４は気筒休止機構３７により閉状態を維持し、吸気はフロントシリンダバンク１１ａの気筒に流入しない。また、開閉バルブ５３が閉状態となるため、エアインレット４２を通過した吸気は、図中の黒塗り矢印で示すように、吸気管４３、バイパス通路６１、吸気管５４、第２エアクリーナ５５、吸気管５６、第２スロットルバルブ５７、第２サージタンク５８、吸気管５９を順に通過して、リアシリンダバンク１１ｂの気筒に流入する。

このように休筒運転時には第１レゾネータ４９および第２レゾネータ６０が吸気脈動源であるエンジン１０に対して直列に配置されるようになる。したがって、吸入空気の脈動が第１レゾネータ４９と第２レゾネータ６０の双方によって低減され、２つのレゾネータ４９，６０の消音効果を得ることができる。吸気の経路上に設けられた２つのレゾネータ４９，６０は協働して作用し、実質的に大容量のレゾネータを設けたのと同様の効果を奏する。このように、気筒休止時に第１レゾネータ４９および第２レゾネータ６０を協働させることにより、気筒休止運転時に吸気装置４０において増加する低周波数成分の振動を低減することができる。そのため、各レゾネータ４９，６０を小型化することができる。

第１実施形態では、エアクリーナ４４，５５の上流側（ダストサイド）で、第１レゾネータ４９が設けられた吸気管４３と、第２レゾネータ６０が設けられた吸気管５４とが、バイパス通路６１により連結されるので、第１レゾネータ４９、第２レゾネータ６０、開閉バルブ５３およびバイパス通路６１のシール構造等を簡素化できる。

本実施形態では、休筒運転時には第１スロットルバルブ４６は吸気経路に影響を与えないため、付加的な機構によって第１スロットルバルブ４６の動作を制限する必要がない。

次に、第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る吸気装置４０を模式的に示す概略図であって、全筒運転時の吸気の流れを示す。第２実施形態は、第１実施形態において各シリンダバンク１１ａ，１１ｂに対して設けられていた第１サージタンク４７および第２サージタンク５８を、両シリンダバンク１１ａ，１１ｂにおいて共用となる単一の共用サージタンク６３に置き換えた点で第１実施形態と相違し、他の構成においては第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と共通の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。

図４に示すように、第１スロットルバルブ４６および第２スロットルバルブ５７の下流端は、共用サージタンク（チャンバ）６３に連結しており、共用サージタンク６３の下流端はフロントシリンダバンク１１ａの吸気ポート２２に連結する吸気管４８と、リアシリンダバンク１１ｂの吸気ポート２２に連結する吸気管５９とに連結している。

第２実施形態における第１スロットルバルブ４６は、休筒運転時において閉状態を維持するように構成されている。ＥＣＵは、休筒運転制御を行う場合に、第１スロットルバルブ４６を閉状態に維持する。

次に、第２実施形態の作用効果について説明する。全筒運転時において、各気筒に流入する吸気の流れを白抜き矢印で図４中に示す。吸気管４３および吸気管５４には概ね同量の吸気が流通しており、第１レゾネータ４９および第２レゾネータ６０は、それぞれ吸気管４３および吸気管５４に発生する振動を低減する。

図５は、第２実施形態に係る吸気装置４０を模式的に示す概略図であって、全筒運転時の吸気の流れを示す。休筒運転時には、第１スロットルバルブ４６、開閉バルブ５３、吸気バルブ２４は閉状態を維持され、エアインレット４２より取り込まれた吸気は、図中の白抜き矢印で示すように、吸気管４３、バイパス通路６１、吸気管５４、第２エアクリーナ５５、吸気管５６、第２スロットルバルブ５７、共用サージタンク６３、吸気管５９を順に通過してリアシリンダバンク１１ｂの気筒に流入する。そのため、第１実施形態と同様に、休筒運転時には第１レゾネータ４９および第２レゾネータ６０が吸気脈動源であるエンジン１０に対して直列に配置されるようになり、２つのレゾネータ４９，６０を協働させて利用することができる。これにより、各レゾネータ４９，６０を小型化することができる。

第２実施形態のように、各スロットルバルブ４６，５７の下流に設けられた共用サージタンク６３を両シリンダバンク１１ａ，１１ｂに対して共用にしたことによって、共用サージタンク６３を大容量化してもサージタンクを２つ設ける場合に比べてコンパクト化が可能になる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、レゾネータには、公知の様々な構成を適用することができる。また、第１レゾネータ４９および第２レゾネータ６０の共鳴室４９ｂ，６０ａの容量に差を設け、異なる周波数成分の振動に対応するようにしてもよい。また、実施形態ではＶ型内燃機関に適用した例を示したが、内燃機関は例えば水平対向型内燃機関等であってもよい。また、エアクリーナ４４，５５の下流側（クリーンサイド）に、第１レゾネータ４９、第２レゾネータ６０、開閉バルブ５３およびバイパス通路６１を配置するようにしてもよい。例えば、第１レゾネータ４９より上流側の吸気管４３にエアクリーナ４４を配置し、第２レゾネータ６０の上流側に配置した開閉バルブ５３より更に上流側の吸気管５２にエアクリーナ５５を配置する。この場合、休筒運転時に吸気脈動源であるエンジン１０と、第１レゾネータ４９および第２レゾネータ６０との間に、エアクリーナ４４，５５が配置されなくなるため、消音効果が向上する。その他内燃機関の構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１０・・気筒休止エンジン（気筒休止内燃機関）、１１ａ・・フロントシリンダバンク（第１バンク）、１１ｂ・・リアシリンダバンク（第２バンク）、３７・・気筒休止機構、４０・・吸気装置、４１・・第１吸気通路、４４・・第１エアクリーナ、４６・・第１スロットルバルブ（第１制御弁）、４７・・第１サージタンク、４９・・第１レゾネータ、５１・・第２吸気通路、５３・・開閉バルブ（第３制御弁）、５５・・第２エアクリーナ、５７・・第２スロットルバルブ（第２制御弁）、５８・・第２サージタンク、６０・・第２レゾネータ、６１・・バイパス通路、６３・・共用サージタンク（チャンバ）

Claims (3)

1. 第１シリンダバンクおよび第２シリンダバンクを備え、前記第１シリンダバンクおよび前記第２シリンダバンクの気筒のすべてを稼動する全筒運転と、前記第１シリンダバンクの気筒を休止する休筒運転とを切り換え可能な気筒休止内燃機関において、
   前記第１シリンダバンクの気筒に連通する第１吸気通路と、
   前記第２シリンダバンクの気筒に連通する第２吸気通路と、
   前記第１吸気通路に介装された第１制御弁と、
   前記第２吸気通路に介装された第２制御弁と、
   前記第１吸気通路の前記第１制御弁の上流側に設けられた第１レゾネータと、
   前記第２吸気通路の前記第２制御弁の上流側に設けられた第２レゾネータと、
   前記第１吸気通路の前記第１吸気制御弁と前記第１レゾネータとの間の部分と、前記第２吸気通路の前記第２吸気制御弁と前記第２レゾネータとの間の部分とを連通するバイパス通路と、
   前記第２吸気通路の前記第２レゾネータの上流側に介装された第３制御弁と
   を備え、
   前記第３制御弁が、全筒運転時に開かれる一方、休筒運転時に閉じられることを特徴とする気筒休止内燃機関。
2. 前記第１吸気通路の前記第１制御弁の下流側および前記第２吸気通路の前記第２制御弁の下流側に介装された単一のチャンバを備え、
   前記第１制御弁が、休筒運転時に閉じられることを特徴とする、請求項１に記載の気筒休止内燃機関。
3. 前記第１吸気通路の前記バイパス通路が連通する部分と前記第１制御弁との間と、前記第２吸気通路の前記バイパス通路が連通する部分と前記第２制御弁との間とにそれぞれエアクリーナが介装されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の気筒休止内燃機関。

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