| 【発明の名称】 |
Ｖ型内燃機関の可変吸気装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】川水 清身
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| 【要約】 |
【課題】低中速域のトルク向上と高速域の出力向上とを両立させる。
【解決手段】Ｖ型内燃機関において、各バンクのブランチ部がそれぞれ接続された一対のコレクタと、バンク間の気筒列方向一端部に吸気入口４５を有するとともに、両側部に、各コレクタに連なるコレクタ入口部３６，３７が開口形成された偏平なバルブ室３５と、吸気入口から各コレクタにそれぞれ接続された一対の共鳴通路と、バルブ室３５内に配置された一対の開閉弁５１とを有する。開閉弁５１の回動軸５２は、一対の回動軸５２の間の距離が下流に向かうに従って広がるように傾斜している。各開閉弁５１の吸気入口４５寄りの一部に、弁体５３の一方の端縁５３ａから略円周方向に延びたエアガイド部５４が形成される。開閉弁５１の開時には、エアガイド部５４が吸気入口４５の下流にあり、吸気をコレクタ入口部３６，３７へ向けて案内する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 各バンクのブランチ部がそれぞれ接続された一対のコレクタと、バンク間の気筒列方向一端部に吸気入口を有するとともに、両側部に、上記各コレクタに連なるコレクタ入口部がそれぞれ開口形成された偏平なバルブ室と、上記吸気入口から各コレクタにそれぞれ接続された一対の共鳴通路と、上記バルブ室内に配置され、かつ上記吸気入口の両側縁から該吸気入口に対向するコレクタ入口部間の壁面に至る回動軸を有するとともに、上記吸気入口と各コレクタ入口部との間を仕切る隔壁状の弁体を有する一対の開閉弁と、を備えて構成され、上記回動軸は、一対の回動軸の間の距離が下流に向かうに従って広がるように、上記吸気入口を通る気筒列方向に沿った中心線に対しそれぞれ傾斜しており、かつ各開閉弁の吸気入口に近い上流側の一部に、弁体の一方の端縁から略円周方向に延びたエアガイド部が形成され、このエアガイド部は、上記開閉弁の開時に上記バルブ室の中央寄りに位置することを特徴とするＶ型内燃機関の可変吸気装置。
【請求項２】 略Ｔ字形の断面形状をなすように上記エアガイド部が弁体に一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。
【請求項３】 上記エアガイド部は、開閉弁の開時に、バルブ室の下面から上面に至る範囲のほぼ全体を覆うことを特徴とする請求項１または２に記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。
【請求項４】 上記開閉弁の開時に、一対のエアガイド部が、上流側の端部で互いに接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。
【請求項５】 上記バルブ室は、その高さが上流側から下流側に向かうに従って徐々に狭くなるテーパ状の断面形状を有し、かつ、これに対応して、開閉弁の弁体がテーパ状をなすとともに、回動軸に対しテーパ状に傾いた端縁にエアガイド部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。
【請求項６】 上記バルブ室は、中央の吸気入口から両側部のコレクタ入口部に至る一対の側壁を有し、この側壁と回動軸とが、上記中心線に対し同じ方向に傾斜していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、Ｖ型内燃機関の吸気装置、特に、機関運転条件に応じて吸気系を各バンク毎に独立した状態と両バンクで一体となった状態に切り換えることができる可変吸気装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばＶ型６気筒内燃機関においては、一方のバンクの＃１，＃３，＃５気筒と、他方のバンクの＃２，＃４，＃６気筒とで、吸気行程が重ならないことから、両バンクの吸気系を分離することにより低中速領域で大きな吸気動的効果を得ることができる。そして、高速域では、実質的な吸気管長が短くなるように、左右バンクの容積室を互いに連通させることで、充填効率が向上することが知られている。
【０００３】そのため、例えば特開平５−３３２１４１号公報等に記載されているように、各バンク毎に一対の容積室を設け、かつ両容積室を連通する連絡通路に開閉弁を設けて、両者を機関運転条件に応じて連通もしくは分離させることができるようにした可変吸気装置が従来から種々提案されている。また、上記公報に記載の装置では、各容積室の端部に付加的な容積が設けられており、この部分との連通状態を第２の開閉弁で切り換えることにより、容積室の容量を、同時に可変制御できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のような従来の構成においては、開閉弁が開いた状態においても、一対の容積室の間の連通面積を十分に大きく確保することが困難であり、高速域での吸気動的効果による出力向上が十分なものとならない。しかも、上流側の吸気通路と各容積室とは、分岐通路のみを通して連通しており、開閉弁が開いた高速域においても、この細い分岐通路のみを通して吸気が供給されるので、高い出力を得ることができず、また高速域での出力向上のために分岐通路を大径化すると、低中速域でのトルクが低下する、という不具合がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、高速域では十分に大きなバルブ室を介して吸気入口を各バンクのコレクタに連通させ、吸気を各コレクタに円滑に案内するようにするとともに、低速域では、バンク毎に独立させた共鳴通路を介して吸気入口をコレクタに連通させるようにした。
【０００６】すなわち、請求項１の発明に係るＶ型内燃機関の可変吸気装置は、各バンクのブランチ部がそれぞれ接続された一対のコレクタと、バンク間の気筒列方向一端部に吸気入口を有するとともに、両側部に、上記各コレクタに連なるコレクタ入口部がそれぞれ開口形成された偏平なバルブ室と、上記吸気入口から各コレクタにそれぞれ接続された一対の共鳴通路と、上記バルブ室内に配置され、かつ上記吸気入口の両側縁から該吸気入口に対向するコレクタ入口部間の壁面に至る回動軸を有するとともに、上記吸気入口と各コレクタ入口部との間を仕切る隔壁状の弁体を有する一対の開閉弁と、を備えて構成され、上記回動軸は、一対の回動軸の間の距離が下流に向かうに従って広がるように、上記吸気入口を通る気筒列方向に沿った中心線に対しそれぞれ傾斜しており、かつ各開閉弁の吸気入口に近い上流側の一部に、弁体の一方の端縁から略円周方向に延びたエアガイド部が形成され、このエアガイド部は、上記開閉弁の開時に上記バルブ室の中央寄りに位置することを特徴としている。
【０００７】なお、各バンクのコレクタ入口部や開閉弁等は、一般に、上記の中心線を挟んで左右に概ね対称に配置されるが、実用機関では完全な対称形状となることは殆どなく、従って、上記の中心線とは、厳密な対称形状の中心線を意味するものではない。
【０００８】この請求項１の発明をさらに具体化した請求項２の発明では、略Ｔ字形の断面形状をなすように上記エアガイド部が弁体に一体に形成されている。
【０００９】また、請求項３の発明では、上記エアガイド部は、開閉弁の開時に、バルブ室の下面から上面に至る範囲のほぼ全体を覆う大きさとなっている。
【００１０】上記開閉弁は、低中速域では閉状態に制御され、バルブ室内において吸気入口と各コレクタ入口部とが隔てられる。この状態では、吸気は、吸気入口から一対の共鳴通路を介して各コレクタに入り、かつ各コレクタから各ブランチ部へ供給される。従って、各バンクの吸気系が分離独立したものとなり、かつ実質的な吸気管長が長くなって、その吸気動的効果によりトルクが向上する。上記共鳴通路は、バルブ室とは別に設けられているので、必要に応じて、その通路長や通路断面積を設定できる。
【００１１】また、高速域では、一対の開閉弁はそれぞれ開状態に制御される。この状態では、バルブ室内が実質的に一体となり、この一体化した十分に大きなバルブ室を介して、吸気入口からコレクタ入口部を通して各コレクタへ吸気が供給される。従って、各気筒の吸気管長が短くなるとともに、両コレクタとバルブ室とで大きな容積室が構成されるため、高速域に適した吸気動的効果が得られ、出力が向上する。また、このとき、各開閉弁のエアガイド部が吸気入口のすぐ下流に位置し、かつ吸気入口からほぼ気筒列方向に沿って流入してくる吸気流に対し、外側へ傾斜した配置となる。従って、流入した吸気流は、斜め外側つまりコレクタ入口部側へ円滑に案内される。
【００１２】ここでエアガイド部は、開閉弁の上流側の一部のみに存在するので、左右バンクの連通状態を損なうことはない。
【００１３】なお、共鳴通路は、吸気入口とコレクタとを連通した状態のままであるので、該共鳴通路を通しても吸気の一部がコレクタヘ供給される。
【００１４】また、請求項４のように、望ましくは、上記開閉弁の開時に、一対のエアガイド部が、上流側の端部で互いに接するように構成されている。
【００１５】このように構成すれば、吸気入口から流入した吸気の殆どがエアガイド部を介して左右のコレクタ入口部へ円滑に案内されるようになり、両エアガイド部の間の間隙を通して直線状に流れようとする吸気流が少なくなる。
【００１６】また、請求項５の発明においては、上記バルブ室は、その高さが上流側から下流側に向かうに従って徐々に狭くなるテーパ状の断面形状を有し、かつ、これに対応して、開閉弁の弁体がテーパ状をなすとともに、回動軸に対しテーパ状に傾いた端縁にエアガイド部が設けられている。
【００１７】このように構成すれば、例えば自動車のエンジンルーム内にいわゆる縦置状態で搭載した場合に、車体のフードの傾斜に沿ってバルブ室上面を傾斜面とすることができる。また、上記のように弁体のテーパ状に傾斜した端縁にエアガイド部を設ければ、開閉弁の開時に、回動軸の左右の傾斜よりもエアガイド部が大きく傾斜したものとなる。吸気流を案内すべきコレクタ入口部は、回動軸よりも外側に位置するので、上記のようにエアガイド部が大きく傾斜することは、吸気流を案内する上で一層有利となる。
【００１８】また請求項６の発明では、上記バルブ室は、中央の吸気入口から両側部のコレクタ入口部に至る一対の側壁を有し、この側壁と回動軸とが、上記中心線に対し同じ方向に傾斜している。従って、開閉弁の開時に、上記側壁と上記エアガイド部とによってコレクタ入口部へ向かう傾斜した通路が構成され、非常に円滑に吸気が流れる。
【００１９】
【発明の効果】この発明に係るＶ型内燃機関の可変吸気装置によれば、開閉弁を閉じた状態で吸気が流れる共鳴通路の長さや断面積をバルブ室の構成から独立して任意に設定することができ、低中速域において高いトルクを確保できる。そして、開閉弁が開いた状態では、大きなバルブ室を介して両コレクタが連通することから通気抵抗を抑制しつつ高速域に適した吸気動的効果が得られる。特に、吸気入口からバルブ室内へ流入した吸気が各開閉弁のエアガイド部によって円滑に案内され、高速域での出力が向上する。つまり、低中速域におけるトルクの向上と高速域における出力の向上とを一層高いレベルで両立させることができる。
【００２０】また、特に請求項４の構成によれば、両エアガイド部の間から漏洩する吸気流が少なくなり、一層良好なガイド作用が得られる。
【００２１】また、請求項５の構成によれば、エンジンルーム内の狭小なスペースを有効に利用してバルブ室を配置することができる上に、中央の吸気入口から両側のコレクタ入口部へ向けて吸気流を一層適切な方向で案内することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】図１〜図６は、この発明に係るＶ型６気筒内燃機関の可変吸気装置の一実施例を示している。この可変吸気装置は、図１〜図３に示す下半部を構成するコレクタロア１と、図４〜図６に示す上半部を構成するコレクタアッパ２とから大略構成されている。
【００２４】上記コレクタロア１は、図示せぬ内燃機関の上方、さらに詳しくは両バンクの中央部の上方に配置されるもので、左右両側に、気筒列方向に沿って細長い一対のコレクタ５，６が設けられているとともに、中央に、下方へ向いた単一のマニホルドフランジ部７を有し、かつ各コレクタ５，６と上記マニホルドフランジ部７との間に各気筒のブランチ部８，９が形成されている。上記マニホルドフランジ部７は、図２に一部のみを仮想線で示したマニホルド１０の上面フランジ部（図示せず）に接続されるものであって、該マニホルド１０のブランチ部１５，１６を介して、上記コレクタロア１のブランチ部８，９が各気筒の吸気ポートに接続される。ここで、図１、図２の右側のコレクタ５から延びた３本のブランチ部８は、図の左側のバンクの吸気ポートに、逆に、左側のコレクタ６から延びた３本のブランチ部９は、図の右側のバンクの吸気ポートに、それぞれ接続されるようになっている。
【００２５】上記各コレクタ５，６の上面には、コレクタ入口部１１，１２がそれぞれ長円状に開口しており、該コレクタ入口部１１，１２の周縁には、コレクタアッパ２と接続するためのコレクタフランジ部１３，１４が形成されている。
【００２６】また、上記コレクタロア１の中央部つまりバンク間の上方となる位置でかつ気筒列方向の後端部に、上方へ向いて開口する共鳴管入口部２１が設けられており、この共鳴管入口部２１と各コレクタ５，６の後端部との間に、それぞれ共鳴通路を構成する共鳴管２２，２３が形成されている。各共鳴管２２，２３は、集合部となるバンク間の共鳴管入口部２１からそれぞれ斜めに延びているが、その通路長および断面積は、所望の回転数領域において最適な吸気動的効果が得られるように設定されている。上記共鳴管入口部２１の周縁には、コレクタアッパ２と接続するための共鳴管フランジ部２４が形成されており、この共鳴管フランジ部２４は、上記コレクタフランジ部１３，１４と同一平面上に形成されている（図３参照）。
【００２７】なお、上記のコレクタロア１は、その全体が例えばアルミニウム合金等を用いて一体に鋳造されている。
【００２８】図４〜図６は、上記コレクタロア１の上面に組み合わせられるコレクタアッパ２を示している。このコレクタアッパ２は、底部壁３１および上部壁３２（図５参照）、前部側壁３３および後部側壁３４（図４参照）、を有する偏平な中空箱状のものであって、その内部空間がバルブ室３５となっている。図４および図５に示すように、このコレクタアッパ２は、内燃機関の左右方向に細長く延びており、その両端の下面つまり底部壁３１に、それぞれコレクタ入口部３６，３７が開口形成されている。このコレクタ入口部３６，３７は、上述したコレクタロア１のコレクタ入口部１１，１２と一致する形状をなし、その周縁のコレクタフランジ部３８，３９がコレクタロア１側のコレクタフランジ部１３，１４と図示せぬボルトにより結合されるようになっている。また、中央後端部の下面には、同様に、コレクタロア１の共鳴管入口部２１およびその周縁の共鳴管フランジ部２４に合致する共鳴管入口部４１および共鳴管フランジ部４２が形成されている。つまり、底部壁３１は、３カ所に開口部を有し、それぞれコレクタロア１側のコレクタ入口部１１，１２および共鳴管入口部２１に接続されている（図５、図６参照）。
【００２９】また、上記前部側壁３３は、図４に示すように、左右のコレクタ入口部３６，３７の前縁部を互いに結ぶように、気筒列方向に対し直交する方向に沿って略直線状に形成されている。一方、後部側壁３４は、中央に位置する共鳴管入口部４１の側縁の前端付近から両側部のコレクタ入口部３６，３７の後縁部を直線状に結ぶように、傾斜している。つまり、図４に示すように、一対の後部側壁３４が全体として略Ｖ字形をなすように傾斜して形成されている。そして、一対の後部側壁３４の間には、入口管４４が形成されている。
【００３０】上記入口管４４は、一端が吸気入口４５としてバルブ室３５に向かって開口しており、ここから略９０°強、側方へ湾曲し、他端が図示せぬ吸気ダクトを接続するためのダクト接続部４６となっている。そして、上記共鳴管入口部４１は、この入口管４４の底面に開口している。
【００３１】図６に示すように、上記上部壁３２は、底部壁３１に対し傾斜しており、これに伴って、内部のバルブ室３５は、前方へ向かうに従って高さが低くなるテーパ状の断面形状を有している。この実施例では、内燃機関は、自動車のエンジンルーム内にいわゆる縦置状態に搭載されるものであって、上記上部壁３２の傾斜は、車体のフード（図示せず）の傾斜に沿っている。従って、バルブ室３５は、その吸気入口４５側が最も高さが高く、この部分に入口管４４が接続されている。
【００３２】上記コレクタアッパ２は、コレクタロア１と同様に、その全体が例えばアルミニウム合金等を用いて一体に鋳造されている。
【００３３】上記コレクタアッパ２のバルブ室３５内には、図７〜図１２に示すように、吸気入口４５と各コレクタ入口部３６，３７との間を開閉する一対の開閉弁５１が設けられている。図７〜図９は開閉弁５１の開状態を、図１０〜図１２は閉状態を、それぞれ示している。なお、一対の開閉弁５１は、実質的に対称の構成をなすので、同一の符号を付して説明する。この開閉弁５１は、一種のバタフライバルブ型の構成となっており、吸気入口４５の側縁つまり入口管４４と後部側壁３４との境界付近から前部側壁３３に亘って回動軸５２が配設されているとともに、この回転可能な回動軸５２に、隔壁状の弁体５３が取り付けられている。ここで、上記回動軸５２は、図７に示すように、吸気入口４５を通る気筒列方向に沿った中心線Ｌに対しそれぞれ傾斜しており、一対の回動軸５２の間の距離が、吸気入口４５側で狭く、前部側壁３３側で相対的に広くなっている。なお、一対の回動軸５２は、中心線Ｌを挟んで略対称に傾いている。また図示していないが、側方から見た場合に、上記回動軸５２は、底部壁３１と平行に配置されている。
【００３４】上記回動軸５２に取り付けられた弁体５３は、この回動軸５２の位置におけるバルブ室３５の断面形状に対応して、一方の端縁５３ａがテーパ状に傾いた略三角形をなしている。つまり、この開閉弁５１が閉位置にあるときには、上記のテーパ状の端縁５３ａが上部壁３２に近接し、回動軸５２と平行な他方の端縁５３ｂが底部壁３１に近接して、吸気入口４５と各コレクタ入口部３６，３７との間を遮断するようになっている。なお、上記端縁５３ｂとの間のシール性を高めるために、底部壁３１に、上記端縁５３ｂを受ける段部３１ａが形成されている（図１１、図１２参照）。
【００３５】また、上記弁体５３の吸気入口４５側の端部には、上記端縁５３ａから側方に延びたエアガイド部５４が、該弁体５３と一体に形成されている。このエアガイド部５４は、図８等に明らかなように、弁体５３とともに略Ｔ字形の断面形状をなすように形成されており、さらに詳しくは、開閉に伴って上部壁３２の壁面上を移動する一方の突出片が断面円弧状に湾曲し、かつ上部壁３２と干渉することがない他方の突出片が端縁５３ａから円弧の接線方向に向かって直線状に延びている。さらに、上記エアガイド部５４の吸気入口４５側の端部５４ａは、図１０のように閉位置においても後部側壁３４等と干渉することがないように、斜めに切り落とされている。
【００３６】次に、上記可変吸気装置における吸気の流れを説明する。
【００３７】まず、内燃機関が低中速域（例えば４０００ｒｐｍ以下の領域）にあれば、上記開閉弁５１は、図示せぬ負圧アクチュエータ等を介して、図１０等のように閉位置に制御される。この状態では、図示せぬ吸気ダクトを介して取り込まれた吸気は、共鳴管入口部２１，４１を経て共鳴管２２，２３を通り、バンク毎に独立した各コレクタ５，６に流入する。従って、左右バンクの吸気系は、各コレクタ５，６から共鳴管２２，２３を経て共鳴管入口部２１，４１に至るまで互いに分離独立したものとなり、それぞれの管長が長くなるとともに、その断面積が小さくなって、低中速域に適した吸気動的効果が得られる。これにより低中速域のトルクが向上する。なお、開閉弁５１は、一方の端縁５３ｂが段部３１ａによって良好にシールされるとともに、エアガイド部５４側では、該エアガイド部５４が広くバルブ室３５上面に近接することから、良好にシールされる。
【００３８】また、内燃機関が高速域（例えば４４００ｒｐｍ以上）となると、上記開閉弁５１は、図示せぬ負圧アクチュエータ等を介して、図７等のように開位置に制御される。この状態では、バルブ室３５内が一体に連通した状態となるので、図示せぬ吸気ダクトを介して取り込まれた吸気は、吸気入口４５からバルブ室３５内を通って両コレクタ入口部３６，３７へと向かい、両コレクタ５，６へ直接流入する。なお、共鳴管２２，２３は常に連通状態にあるので、一部の吸気は、該共鳴管２２，２３を通して同時にコレクタ５，６へ流入する。従って、実質的な管長が短くなるとともに、両バンクの吸気系が集合するバルブ室３５の容積が十分に大きいことから、高速域に適した吸気動的効果が得られ、その出力が向上する。ここで、上記開閉弁５１が開状態にあるとき、エアガイド部５４は、図８および図９に示すように、それぞれバルブ室３５の中央寄りに回動しており、バルブ室３５の下面から上面に至る範囲の略全体を覆っている。また、図７に明らかなように、各エアガイド部５４は、吸気入口４５に近い端部５４ａが互いに接した状態になるとともに、ここから徐々に左右に広がるように傾斜している。従って、吸気入口４５から流入した吸気は、このエアガイド部５４に沿って左右のコレクタ入口部３６，３７へ円滑に案内される。特に、バルブ室３５の後方に位置する後部側壁３４も同じ方向へ傾斜しており、エアガイド部５４とともに吸気入口４５からコレクタ入口部３６，３７へ向かうダクト状の通路が構成されるので、流れが一層円滑となる。さらに、エアガイド部５４は、端縁５３ａが回動軸５２に対しテーパ状をなすことから、図７に明らかなように、回動軸５２よりも一層大きく傾斜しており、これによって、左右のコレクタ入口部３６，３７へ向けて一層確実に吸気を案内することができる。なお、このエアガイド部５４は、吸気入口４５に近い一部のみに存在するので、両コレクタ５，６の連通状態を損なうことはない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月２６日（１９９９．８．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２１９９
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 富士弥 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６５４１７（Ｐ２００１−６５４１７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２３９１０２ |
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