(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタ内を仕切り壁によって２つの容積室に区画し、かつ各容積室に各バンクのブランチ部をそれぞれ接続するとともに、上記仕切り壁に両容積室を連通する連通口を開口形成し、この連通口を機関運転条件に応じて開閉する開閉弁を設けてなるＶ型内燃機関の可変吸気装置において、
上記開閉弁は、板状の弁体の一端部にバルブシャフトを備え、該バルブシャフトを中心に回動するとともに、連通口を開放する開位置において上記弁体が吸気入口が開口するコレクタ内壁面と同一の内壁面に沿って近接した状態となるように構成されてい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】
上記連通口および上記開閉弁を一対備え、一対の開閉弁の中間部に上記吸気入口が配置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】
上記仕切り壁に沿って配置された同一のバルブシャフトに一対の弁体が取り付られていることを特徴とする請求項２記載のＶ型内燃機関の可変吸気装置。
【請求項４】
複数のブランチ部の開口部が、容積室の長手方向に並んで配置されており、その両端の開口部よりも容積室長手方向に突出しない範囲に、上記連通口が配置され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】
上記弁体が近接するコレクタ内壁面に、弁体が嵌合する凹部が形成さ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。
【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、各バンク毎に独立した容積室を有し、かつ両容積室を、機関運転条件に応じて分離状態および連通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、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７−３２４６５８号公報等に記載されているように、コレクタの内部を仕切り壁によって一対の容積室に区画し、かつ各容積室を左右バンクの吸気ポートにそれぞれ接続するとともに、両容積室の間の仕切り壁に連通口を開口形成し、この連通口を開閉弁でもって開閉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。具体的には、上記公報に記載の装置では、細長い箱状をなすコレクタの内部が、中央部の仕切り壁によって上下の容積室に区画されており、かつコレクタの一方の側面に３本づつブランチ部が接続されているとともに、仕切り壁の一端部に連通口が開口形成され、ここに、バタフライバルブ型の開閉弁が設けられている。この開閉弁は、機関の低中速域では、連通口を閉塞し、かつ高速域では、各バンクの容積室を互いに連通するように開作動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の構成において、開閉弁の弁体は、閉状態においては、仕切り壁の壁面に略沿った形に位置するので、コレクタ内で通気抵抗とならないが、開状態においては、仕切り壁から離れ、例えば９０°程度の角度で仕切り壁に対し交差するように位置するため、コレクタ内で大きな通気抵抗となる。特に、開閉弁が開く高速域は、吸気の流量も多く、コレクタ内を吸気が高速で流れるため、コレクタ内の中間部で開閉弁が立ち上がっていると、通気抵抗が一層大きなものとなり、高速域での出力低下を招く、という問題がある。
【０００５】
しかも、上記のように開位置で弁体が通気抵抗となり易いことから、上記開閉弁を、コレクタ内のブランチ開口部近傍に配置することが困難である。例えば、上記公報記載の装置では、開閉弁がコレクタの端部に配置されており、各気筒のブランチ部の開口部、特にコレクタの反対側の端部に位置する気筒の開口部からの距離が大きくなり、それだけ開時における連通効果が低くなる。つまり、連通口開時の機関の性能の上からは、連通口の位置がコレクタの中央部でかつブランチ開口部の近くにあることが望ましいが、このような位置に連通口を設けたとすると、開閉弁の弁体が通気抵抗となり、一層大きな出力低下を招いてしまう。同様に、開位置で弁体が通気抵抗となり易いことから、開閉弁の弁体の大きさが制約され、連通口の開口面積を十分に確保することが困難となる。従って、高速時に最適な吸気動的効果が得られず、高速域での出力を十分に高めることができない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、コレクタ内を仕切り壁によって２つの容積室に区画し、かつ各容積室に各バンクのブランチ部をそれぞれ接続するとともに、上記仕切り壁に両容積室を連通する連通口を開口形成し、この連通口を機関運転条件に応じて開閉する開閉弁を設けてなるＶ型内燃機関の可変吸気装置において、
上記開閉弁は、板状の弁体の一端部にバルブシャフトを備え、該バルブシャフトを中心に回動するとともに、連通口を開放する開位置において上記弁体が吸気入口が開口するコレクタ内壁面と同一の内壁面に沿って近接した状態となるように構成されていることを特徴としている。
【０００７】
上記開閉弁は、低中速域では閉状態に制御され、連通口を閉塞する。これにより、各バンクの吸気系が分離独立したものとなり、その低中速域で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、連通口を開放し、両容積室を連通状態とする。これにより、高速域での体積効率が向上する。
【０００８】
ここで、上記構成では、上記弁体がバルブシャフトにいわゆる片持ち状に取り付けられており、バルブシャフトを中心として開位置まで回動したときに、この弁体がコレクタの内壁面に沿って該内壁面に近接した状態となる。
【０００９】
換言すれば、弁体がコレクタ内壁面に張り付いた形に近い状態となる。従って、コレクタ内をブランチ開口部へ向かって流れる吸気流に対し、弁体による通気抵抗が非常に小さくなり、高速域での出力低下を招くことがない。
【００１１】
吸気は、一方の内壁面に開口する吸気入口からコレクタ内に入り、かつ各ブランチ部の開口部へと流出する。つまり、コレクタ内で吸気入口からブランチ開口部へと主に流れる。従って、開閉弁が開いたときに吸気入口側の内壁面に弁体が近接すれば、吸気の主流はこの弁体に衝突することがなく、通気抵抗がさらに低くなる。
【００１２】
さらに請求項２の発明は、上記連通口および上記開閉弁を一対備え、一対の開閉弁の中間部に上記吸気入口が配置されていることを特徴としている。
【００１３】
そして、請求項３の発明では、上記仕切り壁に沿って配置された同一のバルブシャフトに一対の弁体が取り付られている。
【００１４】
このように一対の連通口を設けることにより、開時の総開口面積が非常に大きく確保される。
【００１５】
また、請求項４に係る発明では、複数のブランチ部の開口部が、容積室の長手方向に並んで配置されており、その両端の開口部よりも容積室長手方向に突出しない範囲に、上記連通口が配置されている。
【００１６】
つまり、各ブランチ部の開口部に比較的近く、かつコレクタの中央部寄りの位置に連通口が設けられている。これにより、連通状態における圧力の均衡化が一層確実なものとなり、高速域の出力が向上する。
【００１７】
また、請求項５の発明では、上記弁体が近接するコレクタ内壁面に、弁体が嵌合する凹部が形成されている。従って、弁体が開くと、コレクタ内壁面の凹部内に入り込んだ状態となるため、通気抵抗が一層小さくなる。
【００１８】
【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、開閉弁が連通口を開放したときに、該開閉弁の弁体がコレクタ内に突出しないため、通気抵抗となることがなく、その通気抵抗に起因する高速域での出力低下を回避できる。また、連通口の形成位置や開口面積の自由度が増し、例えば請求項４のように、ブランチ部の開口部近傍に十分に大きな連通口を確保することが可能となる。
【００１９】
また、吸気の主流と干渉しない側に弁体が開くので、通気抵抗をさらに低減できる。
【００２０】
また請求項２あるいは請求項３の発明によれば、連通口の総開口面積をさらに大きく確保でき、開閉弁が開く高速域の性能の上でさらに有利となる。
【００２１】
さらに請求項５の発明によれば、凹部内に弁体が嵌合することにより通気抵抗が一層小さなものとなる。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は、この発明に係る可変吸気装置を備えたＶ型６気筒内燃機関全体の構成を示している。この内燃機関は、シリンダブロック１にＶ型に配置された６個のシリンダ２を有し、それぞれにピストン３が摺動可能に嵌合しているとともに、左右の各バンクに、シリンダヘッド４がそれぞれ装着されている。このシリンダヘッド４には、バンク内側となる側に、吸気ポート５を備えており、バンク外側にそれぞれ図示せぬ排気ポートを備えている。なお、図中、６は吸気弁、７は燃料噴射弁である。
【００２４】
上記吸気ポート５は、各気筒毎に独立したブランチ部８の一端に接続されており、かつ各ブランチ部８の他端は、箱状をなすコレクタ１１の一方の側面に接続されている。このコレクタ１１は、中央部に略水平方向に設けられた仕切り壁１２によって上下一対の容積室１３，１４に区画されており、図右側のバンクの３本のブランチ部８は上方の容積室１３に、図左側のバンクの３本のブランチ部８は、下方の容積室１４に接続されている。そして、上記コレクタ１１の上記ブランチ部８と反対側の側面には、それぞれ各容積室１３，１４に連通する吸気通路となる共鳴管１５，１６が接続されている。この一対の共鳴管１５，１６は、上流側で１本の通路に集合しており、スロットル弁２０（図２，図３参照）を上流側に備えているともに、図示せぬエアフロメータおよびエアクリーナが上流側に配置されている。
【００２５】
図２および図３は、上記コレクタ１１の詳細を示している。このコレクタ１１は、一方の側面が開口した箱状をなすボディ１７と、このボディ１７の開口面に取り付けられるベースプレート１８とからなり、上記ボディ１７に６本のブランチ部８が一体に形成されているとともに、上記ベースプレート１８に上記共鳴管１５，１６が接続されている。これらの各部材は、例えばアルミニュウム合金等で鋳造されている。なお、図１に示すように、各ブランチ部８の下流側部分を別部材として構成してもよい。
【００２６】
上記仕切り壁１２は、上記ベースプレート１８に一体に形成されており、その周縁に取り付られたシール部材１９を介して、ボディ１７の内壁面に突き当てられている。この仕切り壁１２は、図３に示すように、平面図上では、細長い略長方形状をなしているが、その両端に、それぞれ略矩形の連通口２１，２２が開口形成されている。なお、各連通口２１，２２は、図３に示すように、上下の容積室１３，１４に接続された６本のブランチ部８の中で、両端に位置する２本のブランチ部８の開口部８ａに略対応する位置にある。そして、各連通口２１，２２を機関運転条件に応じて開閉するために、それぞれに開閉弁２３，２４が設けられている。この開閉弁２３，２４は、ベースプレート１８に回動可能に支持されたバルブシャフト２５と、このバルブシャフト２５に取り付られた略矩形の板状の弁体２３ａ，２４ａとから構成されている。つまり、この実施例では、同一のバルブシャフト２５によって一対の開閉弁２３，２４が構成されている。ここで、上記バルブシャフト２５は、仕切り壁１２の付け根部分つまりベースプレート１８の底壁と交差する部分に、仕切り壁１２長手方向に沿って配置されており、このバルブシャフト２５に対し、各弁体２３ａ，２４ａの一端部がいわゆる片持ち状となるようにビス２６によって固定されている。上記バルブシャフト２５の一端部には、図４に示すように、ベースプレート１８側部のダイヤフラム式負圧アクチュエータ２７が連係しており、この負圧アクチュエータ２７の動作に伴って、バルブシャフト２５は、９０°強回動するようになっている。このバルブシャフト２５の回動に伴って弁体２３ａ，２４ａは図２に示すように回動するが、仕切り壁１２に沿った位置で連通口２１，２２を閉塞し、かつ仕切り壁１２から離れてベースプレート１８の側壁に沿った位置で連通口２１，２２を開放する。なお、連通口２１，２２の開口縁には、弁体２３ａ，２４ａの閉位置において該弁体２３ａ，２４ａの周縁と当接する段部２８がそれぞれ設けられている。また、ベースプレート１８の側壁には、各弁体２３ａ，２４ａに対応する凹部２９がそれぞれ設けられており、図２に示すように、弁体２３ａ，２４ａが開位置まで回動したときに、この凹部２９内に嵌合するようになっている。
【００２７】
上記ベースプレート１８には上述したように共鳴管１５，１６が接続されているが、この共鳴管１５，１６が接続される吸気入口３０，３１は、一対の開閉弁２３，２４に挟まれたコレクタ１１長手方向中央部に位置している。詳しくは、図４に示すように、上方の容積室１３において、弁体２３ａ，２４ａに対応する一対の凹部２９の間に、長円形状をなす吸気入口３０が形成されており、下方の容積室１４においては、仕切り壁１２を挟んでこれと対称形状をなすように、吸気入口３１が形成されている。
【００２８】
上記の構成においては、吸気は、一対の共鳴管１５，１６からコレクタ１１内の各容積室１３，１４へ入り、かつ各ブランチ部８を介して各気筒へ供給される。機関の低中速域、例えば４０００ｒｐｍ以下の領域では、一対の開閉弁２３，２４が閉状態に制御され、両容積室１３，１４が独立した状態となる。つまり、左右バンクの吸気系が分離独立したものとなり、低中速域でのトルクが吸気動的効果によって向上する。また、機関の高速域、例えば４０００ｒｐｍ以上の領域では、一対の開閉弁２３，２４が開位置に制御され、両容積室１３，１４が連通口２１，２２を介して互いに一体に連通した状態となる。これにより、両容積室１３，１４の圧力は均一となり、高速域での体積効率が向上する。
【００２９】
このとき、上記構成では、弁体２３ａ，２４ａは、コレクタ１１内でベースプレート１８の側壁面に張り付いたような状態、特に凹部２９内に嵌合した状態となり、容積室１３内に殆ど突出しない。従って、コレクタ１１内を流れる吸気流に対し通気抵抗となることがない。特に、上記構成では、弁体２３ａ，２４ａが吸気入口３０，３１側の内壁面に沿うように開くので、吸気入口３０，３１からブランチ部８へ向かって流れる吸気流と弁体２３ａ，２４ａとの干渉が一層確実に回避される。
【００３０】
また、上記実施例では、連通口２１，２２が一対設けられており、その総開口面積が十分に大きなものとなるので、連通口２１，２２を介した圧力均衡作用が一層良好なものとなる。特に、従来のように連通口を一端部に偏って配置した場合に比べて、各ブランチ部８の開口部８ａから連通口２１，２２までの距離が非常に短くなり、弁体２３ａ，２４ａの通気抵抗の低減と相俟って、高速域での出力が向上する。
【００３１】
図５は、本実施例の吸気装置を用いた内燃機関のトルク特性を従来の吸気装置のものと対比して示した特性図であり、図示するように、本発明では高速域でのトルク低下を抑制できる。なお、この図示例では、４０００ｒｐｍにおいて連通口が閉から開へ切り換えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る吸気装置を備えたＶ型内燃機関全体の断面図。
【図２】コレクタ部分を拡大して示す断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】ベースプレートのみを示す図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図５】この発明に係る吸気装置を備えた内燃機関のトルク特性を従来の吸気装置の場合と対比して示す特性図。
【符号の説明】
８…ブランチ部
１１…コレクタ
１２…仕切り壁
１３，１４…容積室
２１，２２…連通口
２３，２４…開閉弁
２３ａ，２４ａ…弁体
２５…バルブシャフト
２９…凹部
３０，３１…吸気入口
【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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