JPS63285221A - Ｖ型エンジンの過給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＶ型エンジンの過給装置、特に吸気脈動の共鳴
現象に加えて排気脈動を利用した吸気加振を行うことに
よりエンジンの充填量を増大させるようにしたＶ型エン
ジンの過給袋Ｒ１こ関する。

（従来技術） 排気エネルギーを利用してエンジンの充填量を増大させ
るようにした過給装置といえば、いわゆるターボチャー
ジャーが一般的であるが、ターボチャージャーに比較し
て、排気系の背圧上昇を少なくして動力ロスを低減する
ことができ、また軽量で慣性力が小さいものとすること
によって応答性および低速時の出力特性を改善し得る過
給装置として、従来、例えば特開昭６１−２１８７２５
号公報に記載されているような排気脈動を利用した吸気
加振式の過給装置が知られている。排気脈動を利用した
この種の過給装置は、例えば上記公報記載のように複数
の気筒を存するエンジンの吸気通路と排気通路を着火順
序の隣り合わない気筒群毎に区分し、気筒群毎に設けら
れた圧力伝達器すなわち加振器に同一気筒群あるいは他
の気筒群の排気脈動を導くことによって吸気を加振し、
この加振による圧力波を吸気タイミングに同調させるこ
とによってエンジンの特定の運転領域で充填量を増大さ
せトルクを向上させるようにしたものである。

ところが、従来のこの種吸気加振式の過給装置は、可動
隔壁によって構成される加振器が気筒群毎に別々に設け
られ、各気筒群の排気脈動がそれぞれ単独でいずれかの
気筒群の加振器にのみ作用するというものであるので、
排気脈動の利用という面で必ずしも効率的なものではな
かった。また、各加振器は、接続管を介して排気脈動が
所要の位相で減衰なく伝わり、また吸気系への圧力伝達
が減衰なく行われるように、しかもそれによる加振効果
が気筒間でばらつくことのないように配置する必要かあ
るが、気筒群毎に加振器を個別に設けることでかえって
過給装置のレイアウトが難しい場合があり、エンジンを
全体としてコンパクトに形成したいという要求に対して
も必ずしも満足できるものではなかった。

ところで、各気筒群の排気脈動を効率的に活用し、併わ
せで、過給装置をコンパクトに″まとめるためには、各
気筒群の排気脈動が作用する作動室を対向状に配置し、
作動室゛を排気室と吸気室とに区画する各可動隔壁を相
互に連接棒で接続してなる対向型加振器の採用が考えら
れる。このように加振器を対向型として、一対の排気室
にそれぞれの気筒群から逆位相の排気脈動を導くように
すれば、連接棒を介して両気筒群の排気脈動が両作動室
の可動隔壁を同方向に作動させることとなるので、排気
脈動が効率的に活用でき、また気筒間のばらつきが小さ
くなる。また、従来２個あった加振器が１個になるとい
うことで、部品点数が減りトータル的には寸法も小さく
なる。しかしながら、排気脈動を利用する加振器を対向
型の加振器とする場合、排気系および吸気系への各接続
管の長さや接続位置など基本的なセツティング上の制約
がある゛のに加えて、対向型加振器であるがための比較
的長い長手方向寸法がレイアウト上の制約ともなるので
、過給装置としての機能を最大限に発揮でき、しかもエ
ンジンが全体としてコンパクトにまとまるような形で対
向型加振器を配設することは容易でない。とくに、Ｖ型
エンジンにこのような対向型の加振器を適用するについ
ては、長手方向および高さ方向の寸法を抑えてエンジン
をコンパクトに形成するというＶ型エンジン本来の特徴
を損わず、むしろ、対称形に形成されたＶバンク構造を
積極的に生かす形でコンパクトに過給装置を形成せしめ
ることが望まれる。また、Ｖ型エンジンの充填効率向上
のために吸気脈動の共鳴現象をら積極的に利用しようと
する場合には、共鳴系と加振系が旨くマツチングしてそ
れぞれが十分にその機能を発揮し得るようレイアウトす
ることが必要となる。しかしながら、従来知られている
技術ではこのような技術的要求に答え得るような手段を
得ることはできない。

（発明の目的） 本発明は上記問題的に鑑みてなされたものであって、排
気脈動を利用した加振器を共鳴型の吸気系を有するＶ型
エンジンに適用するについて、過給装置としての機能が
最大限に発揮でき、しかもエンジンが全体として再入的
コンパクトに形成されるような加振器並びに共鳴系の構
成および配置を得ることを目的としている。

（発明の構成） 本発明は、Ｖ型エンジンの左右対称な構造に着目し、■
バンク空間に共鳴用吸気管並びに対向型加振器を隣接し
て配設することで、吸気脈動の共鳴効果と排気脈動を利
用した吸気加振の効果を十分に得ることができるように
したものであって、その構成はつぎのとおりである。す
なイつち、本発明に係るＶ型エンジンの過給装置は、Ｖ
型エンジンにおけるＶバンク空間に左右バンクの長手方
向に沿って延びる実質的に拡大部を有しない共鳴用吸気
管を設けるとともに、■バンク空間の該共鳴用吸気管に
隣接する位置に排気脈動を利用して吸気を加振する対向
型加振器を配置したことを特徴とじている。

（作用） 各気筒の吸気弁の閉作動に伴って発生する圧力波は吸気
系の固有振動数と同調したときに振幅の大きい共鳴波と
なる。一方、対向型加振器には互いに逆位相の排気脈動
が導かれ、それによって吸気が加振される。そして、こ
れら共鳴波と加振による圧力波が吸気タイミングと同調
し吸気行程の後半に強い正圧波が到達するとエンジンの
充填量が増大する。共鳴用吸気管は実質的に拡大部のな
いコンパクトなものであり、また対向型加振器との距離
は短いので、共鳴波の減衰は少なく、また加振圧力波が
ダイレクトに吸気系に作用し減衰ら少ない。また、コン
パクトな共鳴用吸気管がＶバンクの長手方向に配され、
それに隣接して対向型加振器か設けられるので、吸気系
および過給装置がＶバンク空間を中心としてコンパクト
にまとまり、したがってエンジンが全体としてコンパク
トな乙のとなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の全体概略図である。同
図に示すようにこのＶ型エンジン１の左バンク２には第
１気筒（＃Ｉ）、第３気筒（＃３）および第５気筒（＃
５）が長手方向（図示しないクランク軸方向）に等間隔
・で配列され、また右バンク３には第２気筒（＃２）、
第４気筒（＃４）および第６気筒（＃６）がやはり長手
方向に等間隔て配列されている。そして、これら左右の
気筒列は長手方向にオフセットし、丁度＃Ｉ、＃２゜＃
３．＃４．＃５および＃６がこの順序で長手方向に等間
隔となるような位置関係になっている。

容気筒＃Ｉ、＃２．＃３．＃４．＃５．＃６からは左右
バンク２，３間すなわちＶバンクの内側に向けてそれぞ
れの吸気通路４が延びており、これら各気筒の吸気通路
４はバンク毎に設けられたコレクタパイプ（共鳴用吸気
管）５ａ、５ｂに連通している。左右のコレクタパイプ
５ａ、５ｂは、■バンクの長手方向に延びて上流側吸気
通路６に連通し、実質的に拡大部のない共鳴用通路を形
成する乙のである。上流側吸気通路６はエアクリーナ７
に開口している。左右のコレクタパイプ５ａ。

５ｂの上流端にはアクセルに連動するスロットルバルブ
８ａ、８ｂかそれぞれ設けられ、またエアクリーナ７下
流には吸入空気量検出のためのエアフローメータ９が設
けられている。また、各気筒＃１．＃２．＃３．＃４．
＃５．＃６の排気通路ｌＯは、それぞれＶバンクの外側
に向けて延び、バンク毎の集合管１１ａ、ｌｌｂに連通
している。

対向型加振器１２は、同図に示すように、■バンク空間
の長手方向中央で左右バンク２．３から等距離の位置に
、■バンクの長手方向に沿って配置されている。そして
、対向型加振器１２の作動室（吸気室）１３ａ、１３ｂ
には、丁度左右バンク２．３のオフセット分だけずれた
位置に一対の吐出口１４ａ、１４ｂが設けられていて、
これら吐出口１４ａ、１４ｂが丁度路バンク２．３の長
手方向中央においてコレクタパイプ５ａ、５ｂと直結さ
れるような形になっている。対向型加振器Ｉ２には各バ
ンクの排気側集合管１１ａ、Ｉｌｂから排気接続管１５
ａ、１５ｂを介し排気脈動が伝達される。

この対向型加振器の具体的構造およびこれを配置したＶ
型エンジンの要部構造は第２図及至第４図に示すとおり
である。このうち、第２図はこの実施例のＶ型エンジン
の要部平面図である。ただし、同図では、第１図に示し
た全体図との関係で言えば上下が逆に記載されている。

また、第３図は第２図の／ＩＡ断面図であり、第４図は
第３図の１３−Ｂ断面拡大図である。これら各図から明
らかなように、対向型加振器１２は互いに隣接してＶバ
ンクの長手方向に延びる一対のコレクタパイプ５ａ、５
ｂの真上に位置している。

対向型加振器１２は、第４図に詳細に示されている。中
央部に仕切壁を有する断面略角形の筒状体１６と該筒状
体を両側から覆う端板１７ａ、１７ｂとで形成された一
対の作動室１３ａ、１３ｂ内には仕切壁に軸支された摺
動自在な連接棒Ｉ８によって連結された一対の可動板１
９ａ、ｌ’９ｂが装着されており、各作動室１３ａ、１
３ｂは各可動板１９ａ、１９ｂと前記端板１７ａ、１７
ｂの間に取り付けられた金属ベローズ２０ａ、２０ｂに
よって、外側の排気室２１ａ、２１ｂと内側の吸気室２
２ａ、２２ｂとに区画されている。排気室２１ａ、２１
ｂは、金属ベローズ２０ａ、２ｏｂによって吸気室２２
ａ、２２ｂに対し完全？こ密封されている。また連接棒
１８と仕切壁の軸受；事２３との間隙は微少であるので
、吸気室２２１゜２２ｂ同士らまた略密封状態にある。

各端板Ｉ７ユ、１７ｂには各排気室２１ａ、２１ｂに開
口する吸入口２４ａ、２４ｂが設けられ、これら吸入口
２４ａ、２４ｂと整合する位置に排気接続管１５ａ、１
５ｂが接続されている。可動板１９ａ。

＋９ｂの移動は金属ベローズ２０ａ、２０ｂが有するば
ね力に抗して行われ、そのストロークの幅は第４図に仮
想線で示すとおりである。

第３図および第４図から明らかなように、対向型加振器
１２の吸気室に開口する一対の吐出口１４ａ、１４ｂは
、左バンク２側あるいは右バンク３側のコレクタバイブ
５ａ、５ｂにそれぞれ略゛直結状態で連通している。ま
た、左右バンク２．３の排気集合管１１ａ、ｆｌｂに開
口する排気接続管１５ａ、１５ｂは、第２図および第３
図に示すように、各バンク２．３のへラドカバー２５ａ
。

２５ｂに沿って対向型加振器Ｉ２の両端面にまで延びて
いる。

エンジンＩの各気筒は、第３図に示すように吸気弁２６
によって開閉される吸気ボート２７と排気弁２８によっ
て開閉される排気ポート２９を備え、また、各吸気ボー
ト２７に向けて燃料を噴射するインジェクタ３０を備え
ている。燃料はプレッノヤーレギュレータ３１を介して
左右一対のデリバリバイブ３２ａ、３２ｂに送られ、該
デリバリバイブ３２ａ、３２ｂから各インジェクタ３０
に供給される。

吸気弁か閉じることにより吸気ボート付近には正圧波か
発生し、これが上流側に伝播していって反転して帰って
くる。この圧力変動は吸気系の固有振動数と同調すると
共鳴現象によって強い脈動波どなる。そして、この脈動
波がセツティングされた運転領域において吸気行程終期
の吸気ボート部に高い正圧波となって到達するとエンノ
ンの充謂屯が増大する。

また、同一バンクに属する気筒同士は着火順序が互いに
隣り合わないような位相関係にあるので、各バンク２．
３の気筒列によって生起される排気脈動は干渉し合うこ
となくそれぞれの排気接続管１５−ａ、１５ｂを介して
対向型加振器１２の排気室２１ａ、２１ｂに伝達され可
動板１９ａ、、１９ｂに作用する。可動板１９ａ、１９
ｂに伝達される脈動波の位相は排気接続管１５ａ、１５
ｂの長さによって変わるが、一対の排気接続管１５ａ。

＋５ｂはほぼ対称に配置され長さが等しいので、＋２０
°　（クランク角）毎に交互に発生する左右バンク２．
３の気筒列からの排気脈動が丁度逆位相で作用し、した
がって互いに連結された一対の可動板１９ａ、１９ｂは
両気筒列からの排気脈動を受けて一体的に往復動を行う
。これによって吸気室２２ａ、２２ｂ内に発生する圧力
波は吐出口１４ａ、＋４ｂを介して吸気系に伝達され吸
気を加振する。この加振圧力波が各気筒の吸気行程と同
調して特に吸気行程後半に各気筒に丁度圧力波の正圧部
が到達するような運転領域においてエンジンの充填量が
増大する。

Ｖ型エンジンのＶバンクの真中にこのように対向型加振
器を配置することで、排気系および吸気系との各接続管
の長さを均一なものとすることができ、また加振器を各
気筒に十分近づけることができる。したがって、各気筒
に対しばらつきの少ない大きな加振効果が得られる。前
述のように吸気系が実質的に拡大部のない共鳴用通路を
形成するものであって、容積の小さいコレクタパイプ５
ａ、５ｂを介し加振圧力波がダイレクトに各気筒に伝え
られることになるので過給効果が大きい。

また、コンパクトなコレクタパイプ５ａ、５ｂがＶバン
クの長手方向に配されており、その真上に加振器１２を
設けるということで、過給装置全体がＶバンク空間を中
心としてコンパクトにまとまる。したがってまたエンジ
ンを全体としてコンパクトなものとすることができろ。

ところで、このような加振圧力波によって充填ｍが増大
ずろのは、加振圧力波が吸気行程と同調し、しから正圧
部が吸気行程の後半に各気筒に到達するような運転領域
であるので、例えば、エンジンの低速トルクを改善しよ
うということであれば、低速域においてこの加振効果が
旨く作用するようなセツティングを行う。つまり、排気
系の固有振動数や排気接続管の長さの設定によって狙い
とする領域でのマツチングを図るものである。したがっ
て、コレクタバイブによる共鳴現象の同調点をエンジン
の低速域にセツティングし、さらにその共鳴波に同調さ
せて加振波を発生させることで低速域での充填効率を一
層向上させることができる。また、逆に共鳴効果が作用
しない領域に加振波の同調点をもってくることで、トル
ク曲線の谷の部分を盛り上げることらできる。

また、加振波によって充填量が増大するのは上述のよう
なある特定の領域に限られ、その領域から外れたところ
ではむしろ加振波がマイナスに作用するので、対向型加
振器１２の各吐出口１４ａ。

１４ｂ直下流にシャッターバルブ（図示しない）を設け
、このシャッターバルブを特定の領域で開きその他の領
域では閉じるようにして広い回転数範囲で充填効率を高
めトルクを向上させるようにすることができる。例えば
、第５図に示すように、吸気加振を行う場合には低速域
でトルクの山ができ、吸気加振を行わない場合にはそれ
より高速側にトルクの山ができるようセツティングすれ
ば、ツヤツタ−バルブを開閉して吸気加振をオン・オフ
制御することにより実際には同図に実線で示すようなト
ルク曲線か得られる。

一層ぎに本発明の他の実施例を第６図及至第９図によっ
て説明する。なお、これらの実施例において先の第１の
実施例と共通する部分については、図面に同一の符号を
付すにとどめて詳細な説明を一部省略する。

第６図には本発明の第２の実施例が示されている。この
実施例では、左右バンク２．３の長手方向に沿って延び
るコレクタバイブ５ａ、５ｂ同士が連結されてサーキッ
ト状の共鳴用通路が形成されている。そして、各コレク
タバイブ５ａ、５ｂと連通路５ｃとの間には、連通路５
ｃを開閉する一対のバルブのが設けられている。また、
対向型加振器１２の各吐出口１４ａ、１４ｂ直下流には
シャッターバルブ３３ａ、３３ｂが設けられている。　
この実施例では、バルブ■の開閉によって共鳴系が切り
換わり同調点が変化する。バルブのを閉じた場合は、コ
レクタバイブ５ａ、５ｂは先の第１の実施例の場合と同
様に反転による共鳴系を構成する。この実施例の場合に
は、このようにバルブのを閉じた状態での共鳴効果によ
って中速域でトルクが向上するようなセツティングがな
されている。それに対し、バルブのを開いた場合は、コ
レクタバイブ５ａ、５ｂは連通してサーキット状の共鳴
用通路が形成されるため、吸気系には、反転による圧力
波に加えて、反転せずサーキット状の通路を周わって両
方向に伝わるような圧力波が発生する。この反転によら
ない圧力波は、反転波に対して同調距離が２倍となるが
、この実施例の場合、サーキット状通路は十分に長いの
で同調点は反転波の場合より高速側である。また、対向
型加振器１２による吸気加振の同調点は低速域にセツテ
ィングされている。したがって、シャッターバルブ３３
ａ、３３ｂの開閉による吸気加振のオン・オフ制御とバ
ルブ■の開閉による共鳴系の切り換えを行うことによっ
て第７図に実線で示すようなトルク曲線を得ることがで
きる。なお、バルブのが開いてサーキット状の共鳴用通
路が形成されると、気筒間で共鳴効果のばらつきがなく
なるため高速域でバランスよくトルクを向上させること
ができる。また、この実施例においても、吸気系および
過給装置はＶバンタ空間を中心にコンパクトに配置され
ている。

この第２の実施例に対して、低速域でのトルクをさらに
向上させるようにしたものが第８図に示す第３の実施例
である。

この第３の実施例においては、コレクタバイブ３３ａ、
３３ｂが上流側に長く延びていて、その延長部途中でコ
、レクタバイプ３３ａ、３３ｂ同士を連通させる第２の
連通路５ｄが設けられ、この・第２の連通路５ｄには、
該連通路を開閉するための第２のバルブ０か設けられて
いる。

この実施例の場合、バルブ■を開ジ）た状態では連通路
５ｄが圧力反転部となり、先の第２の実施例の場合と同
様の反転による共鳴系が形成される。

それに対して、バルブ０を閉じた状態では反転部までの
距離が長くなり低速側に同調点が得られる。

この実施例の場合は、シャッターバルブ３３ａ。

３３ｂの開閉によって吸気加振をオン・オフし、またバ
ルブ■およびバルブ■を開閉することによって第９図に
実線で示すようなトルク曲線を得ることができ、とくに
、低速域において共鳴効果と加振効果が重なってトルク
の盛り上がりが大きくなる。この実施例においても、吸
気系および過給装置はＶバンク空間を中心にコンパクト
に配置されている。

なお、上記実施例では共鳴用通路をサーキット状に形成
したものを説明したが、そのほかに、各コレクタパイプ
の下流側に一端を閉塞端とする通路を接続して反射によ
る共鳴効果を利用するようにしたものに対しても本発明
を適用することができる。

本発明はその他いろいろな態様で実施することができる
。

（発明の効果） 本発明は以上のように構成されているので、共鳴型の吸
気系および対向型加振器による過給系を無理なくコンパ
クトにレイアウトすることができる。しかむ、排気脈動
が無駄なく利用でき、また吸気系での圧力波の減衰によ
るロスら少ないので、効率よくエンジンの充填効率を高
めトルクを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す全体概略図、第２
図は同実施例に係るＶ型エンジンの要部平面図、第３図
は第２図のＡ−Ａ断面図、第４図は第３図のＢ−１３断
面拡大図、第５図は同実施例の作動説明図、第６図は本
発明の第２の実施例を示す全体概略図、第７図は同実施
例の作動説明図、第８図は本発明の第３の実施例を示す
全体概略図、第９図は同実施例の作動説明図である。 １：Ｖ型エンジン、２：左バンク、３：右バンク、５ａ
、５ｂ：コレクタパイプ（共鳴用吸気管）、１２：対向
型加振器。 代理人　弁理士　進　藤　純　− 第１図 Ｍ２図 σ 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｖ型エンジンにおけるＶバンク空間に左右バンク
   の長手方向に沿って延びる実質的に拡大部を有しない共
   鳴用吸気管を設けるとともに、Ｖバンク空間の該共鳴用
   吸気管に隣接する位置に排気脈動を利用して吸気を加振
   する対向型加振器を配置したことを特徴とするＶ型エン
   ジンの過給装置。