(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系に介装されるコレクタ内に、コレクタ内壁に密着して固定される矩形のフレームと該フレーム内の開口部を開閉自由に軸支された弁体とを備えた開閉弁を配設し、機関運転条件に応じて上記開閉弁の開閉を切り換えることにより、吸気系の切換を行うようにした内燃機関の吸気装置において、
内燃機関がＶ型内燃機関であって、上記コレクタは、吸気導入部を有する中央部の第１容積室と、該第１容積室の両側に並設され、かつ各バンクの吸気ブランチ部がそれぞれ接続された一対の第２容積室と、閉状態において上記第１容積室と上記第２容積室との間を仕切る隔壁を構成するとともに、開状態においては両者を一体に連通させる一対の上記開閉弁と、上記第１容積室の一端部と上記第２容積室の一端部とをそれぞれ接続した一対の共鳴通路部と、を備え、
上記第１容積室、第２容積室、共鳴通路部が同一平面上に沿って配置され、コレクタが全体として偏平形状に構成されているとともに、
上記コレクタが、上記第１容積室、第２容積室、共鳴通路部のそれぞれの底面を構成するとともに、各ブランチ部が接続される開口部が第２容積室部分に形成されたプレート状部材と、このプレート状部材に組み合わされるカバー部材と、から構成され、
かつ、上記フレーム両側のコレクタ内壁部分をフレームの弁体着座面に滑らかに繋がるように盛り上げた突出部を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
上記コレクタの外壁に、上記フレームおよび突出部と交差するようにブローバイガスの配管を一体に形成したことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
上記開閉弁により開閉される開口部の幅Ｌと高さＨの比Ｌ／Ｈを、３．０≦Ｌ／Ｈ≦７．０としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
上記開閉弁は、上記吸気ブランチ部の上流側湾曲部より下流側の直線部分の上側に位置するように配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか1つに記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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切り換えることができる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、高速高負荷域では、実質的な吸気管長を短くするように、左右バンクの容積室を互いに連通させることで、体積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。
【０００５】
また、低速域での吸気動的効果を高めるためには各容積室に連なるバンク毎の共鳴管の管長を長く確保する必要があるが、このように共鳴管を長くしようとすると、吸気装置全体が大型化してしまい、車両への搭載が制約される、という不具合がある。
【０００６】
この点に鑑み、本願出願人は、上記課題を解決したＶ型内燃機関の吸気装置を先に出願した（特願平１０−１０６８２４号参照）。即ち、各バンクの吸気ブランチ部がコレクタに接続され、かつこのコレクタ内で吸気系の切換が行われるＶ型内燃機関の吸気装置において、上記コレクタが、吸気導入部を有する中央部の第１容積室と、この第１容積室の両側に並設され、かつ各バンクの吸気ブランチ部がそれぞれ接続された一対の第２容積室と、開状態において上記第１容積室と上記第２容積室との間を仕切る隔壁を構成するとともに、開状態においては両者を一体に連通させる一対の開閉弁と、上記第１容積室の一端部と上記第２容積室の一端部とをそれぞれ接続した一対の共鳴通路部と、を備えるようにしたものである。
【０００７】
これにより、開閉弁の開閉に伴って各バンクの吸気管長および容積室容量が大きく変化して、低速域および高速域の双方で吸気動的効果を十分に発揮して高出力性能を得られると共に、吸気装置全体を小型化することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記先行技術では、上記開閉弁をコレクタ内壁に密着して固定される矩形のフレームと該フレーム内の開口部を開閉自由に軸支された弁体とを備えたバルブユニットで構成しており、これにより、開閉弁がコレクタに精度よく容易に取り付けられると共に、開閉弁の閉時の洩れ量を十分小さくできる。
【０００９】
しかしながら、開閉弁を、このようなフレームを備えたバルブユニットで構成した場合、フレームの弁体着座面と、その両側のコレクタ内壁面との間に段差を生じ、高速域で開弁する開閉弁の開口部を通過する吸気の抵抗（通気抵抗）が増大する。これは、出力低下につながるので、なお、出力改善の余地があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
内燃機関の吸気系に介装されるコレクタ内に、コレクタ内壁に密着して固定される矩形のフレームと該フレーム内の開口部を開閉自由に軸支された弁体とを備えた開閉弁を配設し、機関運転条件に応じて上記開閉弁の開閉を切り換えることにより、吸気系の切換を行うようにした内燃機関の吸気装置において、
内燃機関がＶ型内燃機関であって、上記コレクタは、吸気導入部を有する中央部の第１容積室と、該第１容積室の両側に並設され、かつ各バンクの吸気ブランチ部がそれぞれ接続された一対の第２容積室と、閉状態において上記第１容積室と上記第２容積室との間を仕切る隔壁を構成するとともに、開状態においては両者を一体に連通させる一対の上記開閉弁と、上記第１容積室の一端部と上記第２容積室の一端部とをそれぞれ接続した一対の共鳴通路部と、を備え、
上記第１容積室、第２容積室、共鳴通路部が同一平面上に沿って配置され、コレクタが全体として偏平形状に構成されているとともに、
上記コレクタが、上記第１容積室、第２容積室、共鳴通路部のそれぞれの底面を構成するとともに、各ブランチ部が接続される開口部が第２容積室部分に形成されたプレート状部材と、このプレート状部材に組み合わされるカバー部材と、から構成され、
かつ、上記フレーム両側のコレクタ内壁部分をフレームの弁体着座面に滑らかに繋がるように盛り上げた突出部を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る発明によると、
機関運転条件に応じて、例えば高速域で等価管長を短縮させて出力向上を図るためコレクタ内の開閉弁が開かれるようにすると、低中速域では、上記開閉弁が閉状態に制御され、吸気は、第１容積室内から一対の共鳴通路部を通り、各第２容積室を経て、各ブランチ部へと供給されるので、各バンクの吸気系が第１容積室直前まで分離独立したものとなり、その低中速域における吸気動的効果によってトルクが向上する。また、高速域では、開閉弁は開状態に制御され、吸気は第１容積室と第２容積室とが実質的に一体化した十分に容量の大きな容積室から各気筒のブランチ部へと供給されるので、各気筒の吸気管長が短くなるとともに、容積室の容量が大となり、高速域に適した吸気動的効果が得られ、トルクが向上する。また、第１容積室、第２容積室および共鳴通路部が一つのコレクタの内部に形成されているので、全体として小型に構成される。
特に共鳴通路部を含めて全体を偏平化したことにより、エンジンルーム内の狭小なスペースを利用してコレクタを配置することが可能となり、また、開閉弁の開口面積を十分に大きく確保でき、さらに、コレクタを２部材でもって構成することができ、構造の単純化が図れる。これは、特に、コレクタを偏平化する場合に好適なものとなる。
【００１４】
そして、上記開閉弁を構成するフレーム両側のコレクタ内壁部分をフレームの弁体着座面に滑らかに繋がるように盛り上げた突出部を設けたことにより、高速域で開弁される開閉弁の開口部の通気抵抗が十分に減少する。これにより、高速域での体積効率が更に向上し、出力が更に向上する。また、上記突出部とフレームとが一体化されて、コレクタ壁が補強され、これによってコレクタ外壁面からの放射音が減少する。
【００１５】
また、請求項２に係る発明は、
上記コレクタの外壁に上記フレームおよび突出部と交差するようにブローバイガスの配管を一体に形成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明によると、
コレクタ内壁側のフレームおよび突出部とコレクタ外壁側のブローバイガス配管とが共に補強部材として機能して、コレクタ壁の剛性が更に強化され、コレクタ外壁面からの放射音が更に減少する。
【００１７】
また、請求項３に係る発明は、
上記開閉弁により開閉される開口部の幅Ｌと高さＨの比Ｌ／Ｈを、３．０≦Ｌ／Ｈ≦７．０としたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明によると、
開閉弁の開口部の幅Ｌと高さＨの比Ｌ／Ｈを、上記の範囲に設定することにより、高速域で開弁されたときの通気抵抗が同一開口面積で最も小さい値に維持される。
【００１９】
また、請求項４に係る発明は、
上記開閉弁は、上記吸気ブランチ部の上流側湾曲部より下流側の直線部分の上側に位置するように配設されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に係る発明によると、
開閉弁を、吸気ブランチ部の上流側湾曲部より下流側の直線部分の上側に位置するように配設することにより、高速域で開弁されたときの体積効率が更に向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るＶ型６気筒内燃機関の吸気装置の一実施例を示している。この吸気装置は、内燃機関のシリンダヘッド上方に配置される偏平な箱状のコレクタ１と、このコレクタ１と各気筒の吸気ポートを接続する下部マニホルド２とから大略構成されている。ここで、上記コレクタ１下面には、各気筒毎に独立した吸気ブランチ部の上流側部分を構成する上部マニホルド部３が一体に形成されており、ここに下部マニホルド２が接続されることにより、各気筒の吸気ポートヘ至る吸気ブランチ部が構成されるものであって、図示するように、右側のバンク４ａのブランチ部５ａはコレクタ１の左側へ、左側のバンク４ｂのブランチ部５ｂは、逆にコレクタ１の右側へ、それぞれ接続される。
【００２７】
上記コレクタ１は、上部マニホルド部３を下面に備えた平坦なべースプレート１１と、このべースプレート１１の上面を覆うように取り付けられるコレクタカバー１２と、から構成されている。コレクタカバー１２は、べースプレート１１と同様の外形を備えた略平坦な上面部１２ａの周囲に、略一定高さの側壁１２ｂを有し、これによってべースプレート１１との間に所要の空間を形成している。
【００２８】
図２は、上記コレクタ１の内部の構成を示すために、コレクタカバー１２の上面部１２ａを取り除いた状態で示す平面図である。この図２に示すように、コレクタ１内部には、気筒列方向に沿った隔壁状をなす一対のバルブユニット１３，１４が平行に配置されており、この開閉弁を構成する一対のバルブユニット１３，１４によって、コレクタ1中央部分の第１容積室１５と、左右一対の第２容積室１６，１７と、が仕切られている。両バルブユニット１３，１４に挟まれた第１容積室１５は、各バルブユニット１３，１４の外側に位置する各第２容積室１６，１７よりも大きな容量を有し、かつ一端部に吸気導入部１８を備えている。
【００２９】
この吸気導入部１８は、図示しない吸気ダクトに接続され、その上流側に、スロットル弁、エアフロメータおよびエアクリーナが配置されている、上記第２容積室１６，１７の底面、つまりべースプレート１１には、各ブランチ部に連なる吸気ブランチ開口部２１が３個ずつ形成されている。この３個の吸気ブランチ開口部２１は、コレクタ１の両端近くに位置し、かつそれぞれ気筒列方向に沿って並んでいる。
【００３０】
またコレクタ１の内部において、上記吸気導入部１８と反対側寄りの位置に、一対の柱状部１９，２０が形成されている。この柱状部１９，２０は、筒状をなし、かつコレクタカバー１２の上面部１２ａと一体に形成されているものであって、該上面部１２ａから垂直にべースプレート１１へ向かって突出し、先端がべースプレート１１に当接している。また、各柱状部１９，２０は、第１容積室１５と第２容積室１６，１７との間に位置し、各柱状部１９，２０とコレクタカバー１２側壁１２ｂとの間に、バルブユニット１３，１４が装着されている。そして、これらの柱状部１９,２０は、バルブユニット１３，１４と反対側の側面が略円弧状に湾曲しており、その外側に沿って共鳴通路部２２，２３がそれぞれ形成されている。各共鳴通路部２２，２３は、コレクタ１の外側へ張り出した湾曲形状をなしており、バルブユニット１３，１４を迂回する形で、第１容積室１５の一端部、詳しくは吸気入口１８と反対側の端部と第２容積室１６，１７の一端部とをそれぞれ連通している。
【００３１】
このように、偏平なコレクタ１の内部に、第１容積室１５、第２容積室１６，１７および共鳴通路部２２，２３が、同一平面に沿って配置されている。
上記の２つのバルブユニット１３，１４は、基本的に同一の構成のものであって、図３にも示すように、べースプレート１１とコレクタカバー１２との間に挟持される矩形のフレーム２５を有し、かつこのフレーム２５内の開口部を開閉するように、略長方形状の弁体２６を備えている。この弁体２６は、フレーム２５の長手方向に沿ったバルブシャフト２７に固定されており、該バルブシャフト２７の回動に伴って開閉する。第１容積室１５と第２容積室１６，１７とは、このバルブユニット１３，１４のみによって仕切られているので、弁体２６が開いた状態では、両容積室１５，１６，１７が断面の略全面で広く連通し、一体の容積室となる。
【００３２】
ここで、上記バルブユニット１３，１４により開閉される開口部の幅Ｌと高さＨの比Ｌ／Ｈが、３．０≦Ｌ／Ｈ≦７．０を満たすように設定される。これにより、図８に示すように、上記バルブユニット１３，１４の開口部の通気抵抗を同一面積で最も小さくすることができる。
【００３３】
また、図１および図２に示すように、上記バルブユニット１３，１４の各フレーム２５両側の上記第１容積室１５および上記第２容積室１６，１７を構成するコレクタ１内壁部分をフレーム２５の弁体着座面に滑らかに繋がるように盛り上げた突出部３１が設けられる。詳しくは、上記突出部３１は、コレクタカバー１２内壁に設けたバルブユニット１３両側の突出部３１ａ，３１ｂおよびバルブユニット１４両側の突出部３１ｃ，３１ｄと、べースプレート１１内壁に設けたバルブユニット１３両側の突出部３１ｅ，３１ｆおよびバルブユニット１４両側の突出部３１ｇ，３１ｈとにより構成され、各突出部３１ａ〜３１ｈは、それぞれ円弧状に形成される。これにより、上記各バルブユニット１３，１４のフレーム２５の弁体着座面と、その両側の突出部３１とにより、開口面積が滑らかに変化するベルマウス状の開口部が形成される。このように、該開口部をベルマウス状に形成することにより、図８に示すように、通気抵抗を十分に減少させることができる。また、上記各フレーム２５は、その両側の突出部３１の間に形成される凹溝内に嵌合することにより位置決めすることができる。
【００３４】
ここで、上記各バルブユニット１３，１４（開閉弁）は、それぞれ外側の第２容積室１６、１７に接続される各ブランチ部５ａ，５ｂの上流側湾曲部より下流側の直線部分の上側（コレクタ中心寄り）に位置するように配設される。このように配置することで、図９に示すように、体積効率を最大限に維持できる。なお、本実施例では、ブランチ部５ａ，５ｂの下流側の直線部がコレクタ１の各容積室と平行して略水平状態の場合を示したが、図１０に示すように、直線部が斜め下方に向けて配設されるものでも、同様に、弁体を直線部分側（コレクタ中心寄り）に位置させて、体積効率を最大限に維持することが望ましい。
【００３５】
上記バルブシャフト２７は、柱状部１９，２０およびコレクタカバー１２側壁１２ｂを貫通してコレクタカバー１２外面に突出しており、その先端部に、負圧ダイヤフラム式のバルブ開閉用アクチュエータ２８がそれぞれ連係している。なお、一対のアクチュエータ２８は同時に駆動され、一対のバルブユニット１３，１４が同時に開閉する構成となっている。
【００３６】
一方、上記コレクタカバー１２の外壁には、上記バルブユニット１３のフレーム２５およびその両側の突出部３１ａ，３１ｂと交差（実施例では直交）するようにブローバイガスの配管３２が、鋳込み又は鋳抜きにより一体に形成されている。
【００３７】
図５および図６は、上部マニホルド部３が一体に形成されたべースプレート１１単体の構成を示している。これらの図に示すように、第１，第２容積室１５，１６，１７および共鳴通路部２２，２３の底面部１１ａ上面は略平坦面をなしており、この底面部１１ａに沿うように、６本のブランチ部５が両端のブランチ開口部２１から下面中央のフランジ部２９へ向かって形成されている。なお、この６本のブランチ部５は、それぞれの通路長が略等しくなるように形成されている。
【００３８】
上記べースプレート１１と上記コレクタカバー１２は、複数本のボルトによって互いに固定されているが、その際に、両者の面部１１ａ，１２ａの間に、一対の柱状部１９,２０とバルブユニット１３，１４の矩形のフレーム２５とが挟持された状態となる。
【００３９】
図７は、この実施例の吸気装置における吸気の流れを説明するための説明図である。この図７において、白抜矢印は、各バルブユニット１３，１４が閉じている場合の吸気の流れを示し、黒矢印は、各バルブユニット１３，１４が開いている場合の吸気の流れを示している。以下、該吸気装置の作用効果を説明する。
【００４０】
すなわち、内燃機関が低中速域にあれば、各バルブユニット１３，１４が閉じた状態に制御され、白抜矢印に示すように、吸気導入部１８から流入した吸気は、第１容積室１５から各共鳴通路部２２，２３を通って第２容積室１６，１７へ向かい、この第２容積室１６，１７から各ブランチ部５へ分配供給される。従って、左右バンクの吸気系は、各共鳴通路部２２，２３と第１容積室１５の接続部まで分離独立したものとなり、それぞれの管長が長く得られるとともに、各バンクの吸気系が合流する容積室の容量が第１容積室１５のみの比較的小さなものとなる。そのため、低中速域に適した吸気動的効果が得られ、体積効率の向上により低中速域のトルクが向上する。
【００４１】
また、内燃機関が高速域となると、各バルブユニット１３，１４が開いた状態に制御され、黒矢印に示すように、吸気導入部１８から流入した吸気は、第１容積室１５から直接第２容積室１６，１７へ入り、この第２容積室１６，１７から各ブランチ部５へ分配供給される。つまり、第１，第２容積室１５，１６，１７が一体のものとなり、この一体化した容積室から各ブランチ部５へ供給される。従って、左右バンクの独立した部分の管長は短くなり、また同時に、各バンクの吸気系が合流する容積室の容量が非常に大きなものとなる。そのため、高速域に適した吸気動的効果が得られ、体積効率の向上により高速域のトルクが向上する。
【００４２】
なお、この実施例の吸気装置においては、第１，第２容積室１５，１６，１７および共鳴通路部２２，２３がコレクタ１として一体化されているため、装置全体を非常に小型に構成できる。特に各要素を同一平面上に並べてコレクタ１を偏平化してあるため、車載状態では、内燃機関上端とエンジンフードとの間の狭小なスペースにコレクタ１を配置することができ、スペース効率に優れたものとなる。また、このように小型であっても、第１容積室１５と第２容積室１６，１７とを隣接させるとともに、共鳴通路部２２，２３を外側へ湾曲した形状とすることにより、バルブユニット１３，１４の開状態と閉状態とで、吸気管長を大きく変化させることができ、容積室容量が変化することと相俟って、低速域と高速域の双方で良好な特性を得ることができる。
【００４３】
そして、本発明に係る構成として、一対のバルブユニット１３，１４の両側に突出部３１を設けて開閉弁の開口部を、開口面積が滑らかに変化するベルマウス状としたことおよびバルブユニット１３，１４により開閉される開口部の幅Ｌと高さＨの比Ｌ／Ｈを３．０≦Ｌ／Ｈ≦７．０に設定したことにより、高速域で該開口部の通気抵抗を最大限に減少させることができ、さらには各バルブユニット１３，１４を、それぞれ外側の第２容積室１６、１７に接続される各ブランチ部５ａ，５ｂの上流側湾曲部より下流側の直線部側（コレクタ中心側）に位置するように配設したことにより、体積効率を最大限に高めてトルクを可及的に向上することができる。
【００４４】
また、柱状部１９，２０の他、バルブユニット１３，１４のフレーム２５、その両側の突出部３１、これらと交差して設けられたブローバイガス配管３２などが、一種の補強部材として機能し、コレクタ１全体の剛性を高めることは勿論のこと、特に、平板状の面部１１ａ，１２ａの中央部分の剛性を効果的に高めることができ、該面部１１ａ，１２ａからの放射音を効果的に低減できる。図１１は、コレクタ上方の放射音のレベルを、上記突出部３１を設けた場合、該突出部３１とブローバイガス配管３２とを設けた場合を、これらを設けない場合と比較して示したもので、突出部３１、さらにはブローバイガス配管３２を設けることで、面部１１ａ，１２ａの剛性が強化されて放射音を効果的に低減できることがわかる。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施例に示した、Ｖ型内燃機関の吸気装置への適用に限られるものではなく、直列型内燃機関などの吸気装置にも適用できることは、勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る吸気装置の一実施例を示す断面図。
【図２】コレクタの内部の構成を示す平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】バルブユニットのみの断面図。
【図５】ベースプレートのみの平面図。
【図６】同じくべースプレートのみの断面図。
【図７】同上吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【図８】同上吸気装置の開閉弁の開口部における幅Ｌと高さＨの比Ｌ／Ｈの変化および開口部をベルマウス状とすることの有無による通気抵抗の変化を示す図。
【図９】同上吸気装置の開閉弁の吸気ブランチ部に対する位置による体積効率の変化を示す図。
【図１０】吸気ブランチ部の別の形態における開閉弁の吸気ブランチ部に対する位置のベストモードを説明するための断面図。
【図１１】同上吸気装置の開閉弁の開口部両側に突出部を設けた場合、更にブローバイガス配管を設けた場合を，これらを設けない場合と比較して示した図。
【符号の説明】
１    コレクタ
１１  べースプレート
１２  コレクタカバー
１３，１４  バルブユニット
１５  第１容積室
１６，１７  第２容積室
３１  突出部
３２  ブローバイガス配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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