(57)【要約】【課題】エンジンルームレイアウトの制約条件を満たし、エンジン低回転域及び高回転域において慣性効果の同調を図ることができ、且つ出力性能の低下を防止する【解決手段】吸気マニホールド２のコレクタ３内の吸気を各気筒へ分配する吸気通路を、可変吸気バルブ９の開閉により、第１ポート７により構成される短ポート（Ｌ１）と、第１ポート７の上流側に直列に第２ポート８が接続されて、第１ポート７と第２ポート８とにより構成される長ポート（Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ２）とに切換可能とする。そして、第２ポート８の通路断面積Ｂを第１ポート７の通路断面積Ａより小さくする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気マニホールドのコレクタ内の吸気を各気筒へ分配する吸気通路を、可変吸気バルブにより、第１ポートにより構成される短ポートと、前記第１ポートの上流側に直列に第２ポートが接続されて第１ポートと第２ポートとにより構成される長ポートとに切換可能な内燃機関の可変吸気装置において、
前記第２ポートの通路断面積を前記第１ポートの通路断面積より小さくしたことを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
【請求項２】
前記第２ポートの通路長は、第１ポートと第２ポートとの合計通路長の２５〜５０％であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変吸気装置。
【請求項３】
前記第１ポート及び第２ポートは、これらの接続部である第１ポートの入口部と、第２ポートの入口部とで、前記コレクタと連通する構造であり、
前記可変吸気バルブは、前記第１ポートの入口部と前記コレクタとの連通部を開閉する開閉バルブであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の可変吸気装置。
【請求項４】
前記第２ポートは、その通路壁の周方向の一部を前記可変吸気バルブの弁体により構成される構造であり、
前記可変吸気バルブは、その弁体の突出動作により、前記第２ポートの通路壁を構成し、退出動作により、前記第２ポートを実質的に消失させるものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の可変吸気装置。
【請求項５】
前記可変吸気バルブは、前記第２ポートの通路壁を構成する弁体が、前記第２ポートの下流側に設けた軸周りに揺動して先端部側が前記第２ポートの上流側に突入・退出するスイングバルブであり、前記弁体は、プレート状で、その先端側が突入方向と反対側に屈曲していて、揺動量により、前記第２ポートの通路断面積及び通路長が変化することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の可変吸気装置。
【請求項６】
前記可変吸気バルブは、前記第２ポートの通路壁を構成する弁体が、前記第２ポートの仮想軸線と直角な方向線に対し上流側に向かって斜めに移動するスライドバルブであり、移動量に応じて、前記第２ポートの通路断面積及び通路長が変化することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の可変吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の可変吸気装置では、特許文献１に示されるように、エンジン回転域に応じて、吸気マニホールドのコレクタ内の吸気を各気筒へ分配する吸気通路を、可変吸気バルブにより、第１ポートにより構成される短ポートと、第１ポートの上流側に直列に第２ポートが接続されて第１ポートと第２ポートとにより構成される長ポートとに切り換え、慣性効果や脈動効果を変化させることでエンジンの体積効率を向上させることが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１４７２９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の装置では、第１ポート及び第２ポートの通路断面積がほぼ一定に形成されているため、例えばＶ型エンジンの場合には、エンジンルームレイアウトの制約上、長ポートの長さ（第１ポートと第２ポートとの合計通路長）を十分に確保できず、エンジン低回転域において慣性効果の同調を図ることができないという問題が生じていた。一方、レイアウトの制約を満たすために、第１ポート及び第２ポートの通路断面積を小さくしてポート長を長くすると、エンジン低回転域における慣性効果の同調を図ることができるが、エンジン高回転域において短ポート（第１ポート）への切り換えを行うと、短ポートの圧力損失が増大するため、出力性能が低下するという問題が生じていた。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑み、エンジンルームレイアウトの制約条件を満たし、エンジン低回転域及び高回転域において慣性効果の同調を図ることができ、出力性能の低下を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明では、第２ポートの通路断面積を第１ポートの通路断面積より小さくした。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、可変吸気バルブの切り換えにより、エンジン低回転域及び高回転域において慣性効果の同調を図ることができ、高回転域において第１ポートでの圧力損失を、通路断面積を大きくすることで防止して、出力性能の低下を防止することができる。その一方、第２ポートの通路断面積を小さくすることで、エンジンルームレイアウトの制約が厳しい場合でも、第２ポートの通路長を確保でき、低回転域において長ポートの長さ（第１ポートと第２ポートとの合計通路長）を確保して、低回転域での同調効果を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置１を備える吸気マニホールド２を示す断面図である。
【０００９】
吸気マニホールド２は、Ｖ型エンジン（図示せず）のバンク間に気筒列方向に延在し、スロットル弁（図示せず）を介して吸気が導かれるコレクタ３と、このコレクタ３を取り囲むように延びて、コレクタ３内の吸気を各気筒へ分配する気筒数個の吸気管４とから構成される。そして、吸気管４の出口側フランジ部５がシリンダヘッド（図示せず）に固定されて、吸気弁（図示せず）に至る吸気通路が構成される。
【００１０】
ここで、吸気マニホールド２のコレクタ３内の吸気を各気筒へ分配する吸気通路（吸気管４内の通路とシリンダヘッド内の通路とを含んで総称する）は、下流側の長さＬ１で通路断面積Ａの第１ポート７と、上流側の長さＬ２で通路断面積Ｂの第２ポート８とから構成される。なお、第１ポート７の長さＬ１についていうときは、吸気弁までの長さを含んでいう。
【００１１】
第１ポート７及び第２ポート８は、これらの接続部である第１ポート７の入口部７ａと、第２ポート８の入口部８ａとで、コレクタ３と連通する構造であり、第１ポート７の入口部７ａとコレクタ３との連通部には、これを開閉可能な可変吸気バルブ（開閉バルブ）９が設けられている。なお、可変吸気バルブ９は、気筒毎に設けられているが、コレクタ３の延在方向に配置した共通の回転シャフト１０に取り付けられ、回転シャフト１０の回転により各第１ポート７の入口部７ａの開閉を同時に行う。なお、回転シャフト１０は、可変吸気コントロールアクチュエータ（図示せず）により回転操作される。
【００１２】
従って、可変吸気バルブ９の開閉により、その開時には、吸気通路を、第１ポート７により構成される短ポート（通路長さＬ１）に切り換え、その閉時には、吸気通路を、第１ポート７の上流側に直列に第２ポート８が接続されて第１ポート７と第２ポート８とにより構成される長ポート（通路長さＬ３＝Ｌ１＋Ｌ２）に切り換えることができる。
【００１３】
また、第１ポート７は、図示の通り、その通路断面積が面積Ａで形成されている。一方、第２ポート８は、図示の通り、その通路断面積が第１ポート７の通路断面積Ａより小さい面積Ｂで形成されている。このため、エンジンルームの大きさが同じであっても、従来の装置と比較して第２ポート８を細くする（通路断面積Ｂを小さくする）ことで、第２ポート８を長く形成することができる。例えば、ポートのレイアウトの制約が厳しいＶ型エンジンや、ボンネットフードが低いスポーティーカーのエンジンにおいても、エンジン高回転域における出力性能を低下させることなく、エンジン低回転域における低速トルクの向上が狙える。
【００１４】
すなわち、気筒への吸気を多量に必要とするエンジン高回転域においては、可変吸気コントロールアクチュエータ（図示せず）により可変吸気バルブ９を開き、コレクタ３内の吸気が第１ポート７の入口部７ａから導入され、第１ポート７を通過して気筒へ導かれた状態での運転を行う。この運転状態では、実効吸気ポートの長さは、可変吸気バルブ９から吸気弁まで、すなわち第１ポート７の長さＬ１となり、この短いポートにより、より高回転域での吸気慣性効果が得られ、トルク向上（最高出力の向上）が図れる。
【００１５】
一方、気筒への吸気を多量に必要としないエンジン低中回転域においては、可変吸気コントロールアクチュエータにより可変吸気バルブ９を閉じ、コレクタ３内の吸気が第２ポート８の入口部８ａから導入され、第１ポート７を通過して気筒へ導かれた状態での運転を行う。この運転状態では、実効吸気ポートの長さは、第２ポート８の入口部８ａからエンジンの吸気バルブまで、すなわち第１ポート７と第２ポート８との合計通路長Ｌ３となり、この長いポートにより、低中回転域での吸気慣性効果が得られ、吸入効率が向上して高いトルクが得られる。
【００１６】
また、第２ポート８の通路長Ｌ２が、第１ポート７と第２ポート８との合計通路長Ｌ３の２５〜５０％に形成されている（すなわち０．２５≦（Ｌ２／Ｌ３）≦０．５０）。この理由については、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００１７】
図２は、可変吸気バルブによる切り換え運転を行った場合のトルク特性を示す図であり、横軸はエンジン回転数、縦軸は軸トルクを示している。そして、図２のエンジン低回転域において可変吸気バルブを閉じ、長ポート（合計通路長Ｌ３）の入口部から吸気を行う運転を図示ＴＬで示し、エンジン高回転域において可変吸気バルブ９を開き、短ポート（第１ポート）の入口部から吸気を行う運転を図示ＴＨで示している。
【００１８】
また図３は、本発明の装置による合計通路長Ｌ３に対する第２ポート長Ｌ２の割合（Ｌ２／Ｌ３（％））と、慣性過給点エンジン回転数と、の関係を示す実験結果である（通路断面積比Ｂ／Ａは５０％としている）。なおこの図は、可変吸気バルブ９を閉じ、第２ポート８の入口部８ａから吸気を行っている運転状態を示したものである。
【００１９】
合計通路長Ｌ３に対する第２ポートＬ２の割合が５０％を超える場合（すなわち（Ｌ２／Ｌ３）＞０．５０）には、図２を参照し、エンジン低回転域の慣性同調点と高回転域の慣性同調点との幅Ｗが大きくなり過ぎて、低速から高速に移行する際にトルク段差（図示ｈ）が大きくなってしまう。そして、低速時の吸気抵抗が大きくなりすぎることから、この割合が５０％以下であることが望ましい（すなわち（Ｌ２／Ｌ３）≦０．５０）。
【００２０】
しかし、図３に示すように、合計通路長Ｌ３に対する第２ポートＬ２の割合が２５％未満の場合（すなわち（Ｌ２／Ｌ３）＜０．２５）には、目標回転数が慣性効果を得ようとするための所定目標回転数から急激に離れてしまい（図示Ｈが大となる）、十分な慣性効果が得られず、エンジン出力性能の低下をもたらすことから、この割合が２５％以上であることが望ましい（すなわち０．２５≦（Ｌ２／Ｌ３））。
【００２１】
また、慣性効果の同調回転は、次の関係にある。
同調回転数 ∝ √（ポートの通路断面積／ポート長さ）
このため、ポートの通路断面積及びポート長さの関係により慣性効果の同調回転が図られ、前述の通り、エンジン低回転域では可変吸気バルブ９を閉じ、ポート長を長く切り換えて、第２ポート８の入口部８ａからの吸気による運転を行う場合に、慣性効果の同調回転をエンジン低回転側に合わせることができる。一方、エンジン高回転域では可変吸気バルブ９を開き、ポート長を短く切り換えて、第１ポート７の入口部７ａからの吸気による運転を行う場合に、慣性効果の同調回転数をエンジン高回転側に合わせることができる。
【００２２】
なお合計通路長Ｌ３に対する第２ポート８の長さＬ２の割合は、前述の通り２５％〜５０％の範囲であるが、これに伴い、エンジン低回転域及び高回転域においても慣性効果の同調を図れるよう、第１ポート７の通路断面積Ａ及び第２ポート８の通路断面積Ｂの大きさをそれぞれ適切に定める（例えば、通路断面積Ａに対する通路断面積Ｂが５０〜８０％）。
【００２３】
ここで図４は、本発明の装置と従来の装置とによるトルク特性を示す図であり、横軸にはエンジン回転数、縦軸には軸トルクを示している。なお、本発明の装置のトルク特性は実線、従来の装置のトルク特性は破線で示している。
【００２４】
本発明の装置では、第１ポート７の通路断面積Ａが第２ポート８の通路断面積Ｂより小さく、且つ合計通路長Ｌ３に対する第２ポート８の通路長Ｌ２の割合が２５〜５０％の間で適切に設定されるため（図１〜図３参照）、エンジン低回転域及び高回転域において慣性効果の同調が図られ、可変吸気バルブ９の切り換えを行うことにより、図４に示す通り、エンジン低回転域及び高回転域のいずれにおいても出力性能の向上が得られる。
【００２５】
本実施形態によれば、第２ポート８の通路断面積Ｂを第１ポート７の通路断面積Ａより小さく形成している。このため、可変吸気バルブ９の切り換えにより、エンジン低回転域及び高回転域において慣性効果の同調を適切に図ることができる。すなわち、高回転域においては、可変吸気バルブ９を開き、通路断面積の大きい第１ポート７からの吸気による運転を行うことで、第１ポート７の圧力損失を低下させ、出力性能の低下を防止することができる。その一方、低回転域においては、可変吸気バルブ９を閉じ、長ポートの長さ（第１ポートと第２ポートとの合計通路長）を確保して、通路断面積の小さい第２ポート８からの吸気による運転を行うことで、慣性効果の同調を図ることができる。そして、エンジンルームレイアウトの制約が厳しい場合でも、第２ポート８の通路長Ｌ２を確保できる。
【００２６】
また本実施形態によれば、第２ポート８の通路長Ｌ２は、第１ポート７と第２ポート８との合計通路長Ｌ３の２５〜５０％である。このため、第２ポート８が合計通路長Ｌ３に対して長すぎることにより、エンジン低回転域の慣性同調点と高回転域の慣性同調点の幅Ｗ（図２参照）が大きくなり過ぎ、低回転から高回転に移行する際にトルク段差が生じてしまうことを防止できると共に、低回転時の吸気抵抗が過大となることを防止できる。一方、第２ポート８の長さＬ２が合計通路長Ｌ３に対して短すぎることにより、慣性効果を得るための目標回転数から急激に離れることを防止できる（図３参照）。
【００２７】
また本実施形態によれば、第１ポート７及び第２ポート８は、これらの接続部である第１ポート７の入口部７ａと、第２ポート８の入口部８ａとで、コレクタ３と連通する構造であり、可変吸気バルブ９は、第１ポート７の入口部７ａとコレクタ３との連通部を開閉する開閉バルブである。このため、可変吸気バルブ９を開閉することで、第１ポート７の入口部７ａからの吸気と、第２ポート８の入口部８ａからの吸気とを切り換えることができる。
【００２８】
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置１を備える吸気マニホールド２であり、（イ）は断面図、（ロ）は可変吸気バルブの弁体が動作した状態の線Ｘにおける断面図である。なお、第１の実施形態と同じ部分に相当するものには、同じ符号または記号を付している。
【００２９】
吸気マニホールド２は、コレクタ３からの吸気が各気筒へ流入する吸気管４の断面が略四角形に形成され（図５（ロ）参照）、その通路壁の周方向の一部を可変吸気バルブ１１の弁体により構成する。可変吸気バルブ１１は、その弁体の揺動（スイング）による突出・退出動作が可能なスイングバルブを用いている。
【００３０】
スイングバルブ１１は、プレート状に形成されており、その先端側（コレクタ３側）がバルブ１１の突入方向と反対側に屈曲していて、揺動量により、第２ポート８の通路断面積及び通路長を変化させる。このバルブ１１の気筒側の一端が回転シャフト１０に固定され、シャフト１０の回転により、スイングバルブ１１の先端プレート部１１ａが図示αの位置から図示γの位置まで連続的に突出・退出可能である。なお図では、プレート部１１ａは図示βの位置（中立の位置）にある場合を示している。
【００３１】
スイングバルブ１１の退出動作により先端プレート部１１ａが図示αの位置にある場合には、第２ポート８を実質的に消失させる。なお、この時の吸気通路（吸気管４）の断面積は図５（ロ）に示す通り、第１ポート７の通路断面積Ｃと同じである。
【００３２】
スイングバルブ１１の突出動作により、先端プレート部１１ａが図示αから図示γの位置まで連続的に突出する場合には、プレート部１１ａの位置に応じて第２ポート８の通路断面積及び通路長が変化する。
【００３３】
スイングバルブ１１の先端プレート部１１ａが図示γの位置にある場合には、先端プレート部１１ａにより第２ポート８が構成される。この時、先端プレート部１１ａのコレクタ３側の先端から回転シャフト１０までの通路方向長さＬ２が第２ポート８の長さとなる。なお、この時の吸気通路の断面積は図５（ロ）に示す通り、第２ポート８が通路断面積Ｄ、第１ポート７が通路断面積Ｃとなる。
【００３４】
図６は、本実施形態における装置と従来の装置とのトルク特性を示す図であり、横軸はエンジン回転数、縦軸は軸トルクを示す。
回転シャフト１０の回転によりスイングバルブ１１の揺動量を変化させることで、第２ポート８の長さＬ２と通路断面積Ｄを連続的に変化させるため、図示の通り、エンジン低回転域及び高回転域のいずれにおいても出力性能の向上が得られる。
【００３５】
本実施形態によれば、第２ポート８は、その通路壁の周方向の一部をスイングバルブ１１により構成し、スイングバルブ１１の突出動作により、第２ポート８の通路壁を構成し（図５（イ）の図示γ参照）、退出動作により、第２ポート８を実質的に消失させる（図５（イ）の図示α参照）。このため、エンジン回転域に応じて、スイングバルブ１１の先端プレート部１１ａの位置を連続的に変化させ、第２ポート８の長さＬ２と通路断面積Ｄとを連続的に変化させることで、各回転域で最適な慣性効果、脈動効果を得ることができ、よりスムーズな出力特性を得ることができる。
【００３６】
また本実施形態においては、可変吸気バルブ９は、第２ポート８の通路壁を構成する弁体が、第２ポート８の下流側に設けた軸周りに揺動して先端部側が第２ポート８の上流側に突入・退出するスイングバルブ１１であり、このバルブ１１は、プレート状で、その先端側が突入方向と反対側に屈曲していて、揺動量により、第２ポート８の通路断面積及び通路長を変化させる。このため、回転シャフト１０によってスイングバルブ１１の揺動量が決定され、スイングバルブ１１の先端プレート部１１ａの位置により、エンジン回転域に応じた第２ポート８の通路長さＬ２と通路断面積Ｄとすることで、最適な慣性効果、脈動効果を得ることができ、よりスムーズな出力特性を得ることができる。
【００３７】
次に、第３の実施形態について説明する。
図７は、第３の実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置１を備える吸気マニホールド２であり、（イ）は断面図、（ロ）は可変吸気バルブの弁体が移動した状態の線Ｘ’における断面図である。
【００３８】
吸気マニホールド２は、吸気通路（吸気管４）の通路壁の下部を可変吸気バルブ１２の弁体により構成する。可変吸気バルブ１２は、その弁体の突入・退出動作が可能なスライドバルブを用いている。このスライドバルブ１２のスライドにより、図示α’の位置から図示γ’の位置まで連続的に突出・退出可能である。
【００３９】
スライドバルブ１２は、第２ポート８の通路壁を構成または実質的に消失させる弁体であり、第２ポート８の仮想軸線と直角な方向線に対し上流側に向かって斜めに移動する。
【００４０】
スライドバルブ１２が退出動作により図示α’の位置にある場合には、第２ポート８を実質的に消失させる。
そして、スライドバルブ１２が図示α’から図示γ’の位置まで連続的に突出する場合には、その移動量に応じて、第２ポート８の通路断面積Ｄ’と通路長Ｌ２とが変化する。
【００４１】
スライドバルブ１２が図示γ’の位置にある場合には、バルブ１２の先端（コレクタ３側）から第１ポート７の入口部までの長さＬ２が第２ポート８の長さとなる。
【００４２】
なお本実施の形態における装置と従来の装置とのトルク特性を示す図６は、第２の実施形態と同様であり、この場合には、スライドバルブ１２が移動することで適切に慣性効果を同調することができ、広範囲のエンジン回転域において出力性能の低下を防止できる。
【００４３】
本実施形態によれば、可変吸気バルブは、第２ポート８の通路壁を構成する弁体が、第２ポート８の仮想軸線と直角な方向線に対し上流側に向かって斜めに移動するスライドバルブ１２であり、移動量に応じて、第２ポート８の通路断面積及び通路長を変化させる。このため、スライドバルブ１２の移動量（位置）により、第２ポート８が実質的に消失して第１ポート７による吸気が成される場合（図７（イ）図示α’参照）、第２ポート８の長さＬ２と通路断面積Ｄ’と変化する場合（図７（イ）図示γ’参照）に切り換えることができる。そして、エンジン低回転域から高回転域までの広範囲の回転域において出力性能を確保することができる。そして、スライドバルブ１２によりスライド位置を連続的に変化させることで、通路断面積とポート長さを変化させることができ、各エンジン回転域において最適な慣性効果、脈動効果を得ることができ、スムーズな出力特性を得ることができる。
【００４４】
なお、スライドバルブ１２は、第２ポート８の仮想軸線と直角な方向線に対し上流側に向かって斜めにしているが、仮想軸線と直角な方向線に向かって、すなわち吸気通路４の流路方向と垂直にスライドするようにして、通路断面積Ｃ’のみを変化させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置を備える吸気マニホールドの断面図
【図２】可変吸気バルブによる切り換え運転を行ったトルク特性図
【図３】合計通路長に対する第２ポート長の割合と、慣性過給点エンジン回転数との関係図
【図４】本発明と従来との装置によるトルク特性図
【図５】第２の実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置を備える吸気マニホールドの断面図
【図６】第２の実施形態における装置と従来の装置とのトルク特性図
【図７】第３の実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置を備える吸気マニホールドの断面図
【符号の説明】
１  内燃機関の可変吸気装置
２  吸気マニホールド
３  コレクタ
４  吸気管
５  出口側フランジ部
７  第１ポート
７ａ  入口部
８  第２ポート
８ａ  入口部
９  可変吸気バルブ
１０  回転シャフト
１１  スイングバルブ
１１ａ  先端プレート部
１２  スライドバルブ
【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】
2004197656.tif 000008
【図７】
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