(57)【要約】    【課題】  コンパクトで、かつ、広範な速度領域にて吸気共鳴効果を得ることが可能な内燃機関の吸気装置を提供する。    【解決手段】  共鳴管（独立吸気通路）６ａ，６ｂの間に設けられた連通装置７は、第１連通路１１と、第２連通路１２と、切替弁２０とにより構成される。第１連通路１１は、一端１１αが共鳴管６ａに接続し、他端１１βが共鳴管６ｂの第１ポート１３ａに相対する。第２連通路１２は、一端１２αが共鳴管６ｂの第２ポート１３ｂに相対し、折り返し部１２βにて折り返し、他端１２γが一端１２αと平行に並んでいる。切替弁２０は、第１の切替位置にて、第１連通路１１の他端１１βと第１ポート１３ａとを接続し、第２の切替位置にて、第１連通路１１の他端１１βと第２連通路１２の他端１２γとを接続すると共に、第２連通路１２の一端１２αと第２ポート１３ｂとを接続する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気順序の連続しない気筒同士でグループ化した気筒グループ毎に吸気通路を独立させ、一対の独立吸気通路の間に、これらを連通可能な連通装置を設けてなる内燃機関の吸気装置において、
前記連通装置として、
一端が一方の独立吸気通路に接続され、他端が他方の独立吸気通路に設けた第１ポートに相対する第１連通路と、
一端が他方の独立吸気通路に設けた第２ポートに相対し、途中で折り返して、他端が前記一端と平行に並ぶ第２連通路と、
前記第１連通路の他端及び前記第２連通路の両端と、他方の独立吸気通路の前記第１ポート及び前記第２ポートとの間に介装され、第１の切替位置で、前記第１連通路の他端と前記第１ポートとを接続し、第２の切替位置で、前記第１連通路の他端と前記第２連通路の他端とを接続すると共に、前記第２連通路の一端と前記第２ポートとを接続する切替弁と、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】
中空円筒体の中心軸に垂直な断面を仕切り壁により３つに仕切り、この仕切り壁と前記中空円筒体の内周面とにより３つの通路を形成し、これら３つの通路のうちの１つは、両端にて開口させて、前記第１連通路とし、残りの２つは、一端にて互いに連通させ、他端にてそれぞれ開口させて、前記第２連通路としたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
前記中空円筒体の他端にて、前記第１連通路の他端及び前記第２連通路の両端を、周方向に３つ並べて開口させ、これらの開口端に、前記切替弁を配置し、前記切替弁は、前記中空円筒体の中心軸回りを回動可能で、回動位置により、３つの開口端のうち、いずれか１つを外部に開口させ、他の２つを互いに連通させて外部に対しては遮断する形状を有し、前記第１の切替位置では、前記第１連通路の他端を外部に開口させて前記第１ポートと連通させ、前記第２の切替位置では、前記第２連通路の一端を外部に開口させて前記第２ポートを連通させるものであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
前記第１連通路に、この連通路の開閉を行う連通路開閉弁を設けた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。
【請求項５】
前記第１連通路と前記第２連通路との少なくとも１つに、レゾネータを連通させることを特徴とする請求項１〜請求項４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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の吸気装置において、低速域の幅広い回転数領域にて吸気共鳴効果を活用するため、それぞれ独立した吸気通路（共鳴管）を異なる位置で連通する連通部を複数備え、各連通部に備えられた開閉弁を制御することにより、連通した位置と吸気ポートとの間の距離を変化させて、必要とする固有振動数を得ることが示されている。
【特許文献１】特開平０３−０６１６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関の吸気装置では、連通部を複数設置することにより、吸気通路（共鳴管）が長く、レイアウト上形状も複雑になってしまうため、通気抵抗が増加し、特に高速域での跳ね返りが懸念される。
【０００４】
本発明は、このような実情に鑑み、コンパクトでありながら、低速域から高速域まで幅広く吸気共鳴効果を得ることが可能な内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため本発明では、吸気順序の連続しない気筒同士でグループ化した気筒グループ毎に吸気通路を独立させ、一対の独立吸気通路の間に、次のような連通装置を設けている。この連通装置は、一端が一方の独立吸気通路に接続され、他端が他方の独立吸気通路に設けた第１ポートに相対する第１連通路と、一端が他方の独立吸気通路に設けた第２ポートに相対し、途中で折り返して、他端が前記一端と平行に並ぶ第２連通路と、第１連通路の他端及び第２連通路の両端と、他方の独立吸気通路の第１ポート及び第２ポートとの間に介装され、第１の切替位置で、第１連通路の他端と第１ポートとを接続し、第２の切替位置で、第１連通路の他端と第２連通路の他端とを接続すると共に、第２連通路の一端と第２ポートとを接続する切替弁と、を設ける。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、切替弁の第１の切替位置では、第１連通路を介して、第２の切替位置では、第１連通路と第２連通路とを介して、一対の独立吸気通路を連通させることができる。従って、連通路長が変更可能であることにより、吸気系の固有振動数（吸気共鳴効果の同調回転数）が変更可能になるので、幅広い速度域にて吸気共鳴効果を得ることができる。また、連通装置がコンパクトな構成になっているので、吸気通路における通気抵抗を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態における内燃機関の吸気装置の構成図である。
【０００９】
内燃機関１は左右２つのバンクからなるＶ型６気筒の内燃機関であり、左バンク２ａには３つの気筒３ａ〜３ｃが備えられ、右バンク２ｂには３つの気筒３ｄ〜３ｆが備えられている。ここで、気筒３ａ〜３ｆの吸気順序（点火順序）は、気筒３ａ→気筒３ｄ→気筒３ｂ→気筒３ｅ→気筒３ｃ→気筒３ｆとなっている。即ち、各バンクにて、吸気順序の連続しない気筒同士がグループ化されている。
【００１０】
気筒３ａ〜３ｆには各々、吸入空気を導入する吸気ポート４ａ〜４ｆが設けられており、左バンク２ａに対応した吸気ポート４ａ〜４ｃは各々の上流側にてコレクタ部５ａに接続し、右バンク２ｂに対応した吸気ポート４ｄ〜４ｆは各々の上流側にてコレクタ部５ｂに接続している。コレクタ部５ａ，５ｂの上流側には、互いに独立した共鳴管６ａ，６ｂが設けられている。即ち、吸気順序の連続しない気筒同士でグループ化した気筒グループ毎に、コレクタ部と共鳴管とからなる独立吸気通路を備えている。
【００１１】
共鳴管６ａ，６ｂの間には、これらを連通可能な連通装置７が設けられている。尚、連通装置７の詳細については、後述する。
【００１２】
共鳴管６ａ，６ｂには各々、コレクタ部５ａ，５ｂと連通装置７との間に、吸入空気量を調節するスロットル弁８ａ，８ｂが設けられていると共に、連通装置７の上流側に、エアクリーナ９ａ，９ｂが設けられている。尚、スロットル弁８ａ，８ｂとエアクリーナ９ａ，９ｂとは、上述の他、共鳴管６ａ，６ｂの任意の位置に設置可能である。また本発明に係る連通装置７は、吸気共鳴効果により内燃機関１の全開性能を向上させるものであるので、かかる効果を発現させるときは、スロットル弁８ａ，８ｂが全開であることが前提である。
【００１３】
上述した連通装置７は、第１連通路１１と、第２連通路１２と、切替弁２０とにより構成される。
【００１４】
第１連通路１１は、その一端１１αが共鳴管６ａに接続され、他端１１βが共鳴管６ｂに設けた第１ポート１３ａに相対している。
【００１５】
第２連通路１２は、その一端１２αが共鳴管６ｂに設けた第２ポート１３ｂに相対し、共鳴管６ａ近傍の折り返し部１２βにてＵターン状に折り返し、他端１２γが一端１２αと平行に並んでいる。
【００１６】
切替弁２０は、第１連通路１１の他端１１β及び第２連通路１２の両端１２α，１２γと、第１ポート１３ａ及び第２ポート１３ｂとの間に介装されている。この切替弁２０は２つの切替位置を有し、第１の切替位置では、第１連通路１１の他端１１βと第１ポート１３ａとを接続し、第２の切替位置では、第１連通路１１の他端１１βと第２連通路１２の他端１２γとを接続すると共に、第２連通路１２の一端１２αと第２ポート１３ｂとを接続する。尚、図１は、切替弁２０が第２の切替位置のときの状態を示している。本実施形態では、アクチュエータ（モータ）２１の作動軸を回転させることにより、切替弁２０の切替位置を変更するが、この他、油圧式切替弁により、前記切替位置を変更することも可能である。
【００１７】
また、第１連通路１１には、この連通路の開閉を行う連通路開閉弁３０が設けられている。この連通路開閉弁３０と、切替弁２０（アクチュエータ２１）とは、図示しないエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）により、機関運転状態に応じて制御される。
【００１８】
次に、図２〜図４に基づき、本実施形態における連通装置の詳細を説明する。
【００１９】
図２は、本実施形態における第１連通路及び第２連通路の詳細を示している。尚、図２（イ）は第１連通路及び第２連通路の斜視図であり、図２（ロ）は図２（イ）のＸ−Ｘ断面図、図２（ハ）は図２（イ）のＹ−Ｙ断面図である。
【００２０】
中空円筒体４１の内周面と、中空円筒体４１の中心軸に垂直な断面を３つに仕切る仕切り壁４２（図２（ロ）参照）とより３つの通路が形成されている。この３つの通路のうちの１つは、その両端（１１α，１１β）にて開口させて、第１連通路１１とする。残りの２つは、それらの一端（折り返し部１２β）にて閉止部材（図２（イ），（ハ）のハッチング部分）により閉口させると共に、仕切り壁４２を切り欠くことで互いに連通させ（図２（イ），（ハ）参照）、それらの他端（１２α，１２γ）にてそれぞれ開口させて（図２（ロ）参照）、第２連通路１２としている。これにより、中空円筒体４１の一端にて、第１連通路の一端１１αが開口し、中空円筒体４１の他端にて、第１連通路１１の他端１１β及び第２連通路１２の両端１２α，１２γが、周方向に３つ並べて開口している。
【００２１】
図３は、本実施形態における切替弁の詳細を示している。尚、図３（イ）は切替弁の斜視図であり、図３（ロ）は図３（イ）のＺ−Ｚ断面図である。
【００２２】
切替弁２０は、中空円筒体４１と同一内径の中空円筒体４３の内周面と、中空円筒体４３の中心軸に垂直な断面を２つに仕切る仕切り壁４４とより２つの空洞が形成されている。この２つの空洞のうちの１つ（第１空洞４５）は、前記３つの通路のうちの１つ分の断面積を有し、その両端にて開口させている一方、残り１つ（第２空洞４６）は、前記３つの通路のうちの２つ分の断面積を有し、その一端にて開口させ、他端にて閉止部材（図３（イ），（ロ）のハッチング部分）により閉口させている（図３（ロ）参照）。
【００２３】
図４は、本実施形態における連通装置の連通路長の切替方法を示す図である。
【００２４】
切替弁２０は、中空円筒体４１の他端（即ち、第１連通路１１の他端１１β及び第２連通路１２の両端１２α，１２γが、周方向に３つ並べられている開口端）に配置されている。また、切替弁２０は、アクチュエータ２１を用いて、中空円筒体４１の中心軸回りに回動可能であり、この回動位置により、中空円筒体４１の他端に並べられた３つの開口端のうち、いずれか１つを外部に開口させ、他の２つを互いに連通させて外部に対しては遮断することが可能である。
【００２５】
図４（Ａ）は、切替弁２０の回動位置が第１の切替位置である場合を示しており、第１連通路の他端１１βが切替弁２０を介して外部に開口され、第１ポート１３ａと連通する。このとき、共鳴管６ａ，６ｂは、第１連通路１１を介して互いに連通する。尚、図４（Ａ）において、連通路開閉弁３０を図示していないが、連通路開閉弁３０は全開である。
【００２６】
図４（Ｂ）は、切替弁２０の回動位置が第２の切替位置である場合を示しており、第１連通路１１の他端１１βと第２連通路１２の他端１２γとが切替弁２０を介して互いに連通し、外部に対しては遮断していると共に、第２連通路１２の一端１２αが切替弁２０を介して外部に開口され、第２ポート１３ｂと連通する。このとき、共鳴管６ａ，６ｂは、第１連通路１１を介し、更にＵターン状の第２連通路１２を介して互いに連通する。尚、図４（Ｂ）において、連通路開閉弁３０を図示していないが、連通路開閉弁３０は全開である。
【００２７】
図４（Ｃ）は、切替弁２０の回動位置が第１の切替位置であると共に、連通路開閉弁３０が全閉である場合を示している。このとき、共鳴管６ａ，６ｂ間の連通路は、遮断される。
【００２８】
従って、連通路開閉弁３０が全開である場合は、切替弁２０の回動位置が第１の切替位置のときよりも、第２の切替位置のときの方が、連通路長が長くなる。また、連通路開閉弁３０を全閉にすることにより、連通路が遮断される。即ち、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示された方法を用いることにより、連通装置７にて３つの異なる連通路長（短・長・連通なし）を設定することが可能である。
【００２９】
次に、機関運転状態に応じた切替弁及び連通路開閉弁の制御方法について、図５及び図６を用いて説明する。
【００３０】
図５は、本実施形態における機関運転状態に応じた連通装置の設定を示す図であり、図６は、本実施形態における機関回転数と機関トルクとの関係を示す図である。
【００３１】
図５（Ａ）は、内燃機関１の機関回転数が中速域の場合の連通装置の設定を示している。ＥＣＵは切替弁２０の回動位置を第１の切替位置に設定すると共に、連通路開閉弁３０を全開に設定する。この設定により、共鳴管６ａ，６ｂは、第１連通路１１を介して互いに連通する。この連通路長にすることで、吸気系の固有振動数（吸気共鳴効果の同調回転数）が中速域に対応するので、中速域での吸気共鳴効果が得られ、充填効率が向上し、図６（Ａ）に示すように、中速域にて良好な機関トルクを得ることができる。
【００３２】
図５（Ｂ）は、内燃機関１の機関回転数が低速域の場合の連通装置の設定を示している。ＥＣＵは切替弁２０の回動位置を第２の切替位置に設定すると共に、連通路開閉弁３０を全開に設定する。この設定により、共鳴管６ａ，６ｂは、第１連通路１１及び第２連通路１２を介して互いに連通する。即ち、上述した中速域時に比べ、連通路長が長くなる。この連通路長にすることで、吸気系の固有振動数（吸気共鳴効果の同調回転数）が低速域に対応するので、低速域での吸気共鳴効果が得られ、充填効率が向上し、図６（Ｂ）に示すように、低速域にて良好な機関トルクを得ることができる。
【００３３】
図５（Ｃ）は、内燃機関１の機関回転数が高速域の場合の連通装置の設定を示している。ＥＣＵは、連通路開閉弁３０を全閉に設定する。この設定により、連通路が遮断される。これにより、吸気系の固有振動数（吸気共鳴効果の同調回転数）が高速域に対応するので、高速域での吸気共鳴効果が得られ、充填効率が向上し、図６（Ｃ）に示すように、高速域にて良好な機関トルクを得ることができる。この場合、切替弁２０の回動位置を第１の切替位置に設定することにより、第２の切替位置に設定したときに比べ、連通路開閉弁３０から各共鳴管６ａ，６ｂまでの間に形成されるデッドスペースが小さくなり、かつ、連通路開閉弁３０から各共鳴管６ａ，６ｂまでの通路長がほぼ同等になるので、高応答にて吸気系の固有振動数を変更することができる。
【００３４】
尚、本実施形態において、所望の吸気共鳴効果を得るためのチューニング手法として、第１連通路１１又は第２連通路１２の断面積を部分的に変更する手法や、第２連通路１２の折り返し部１２βの形状を変更する手法がある。また、これらの他、図７に示すように、第２連通路１２（又は第１連通路１１）にレゾネータ（所定容積の室）５０を連通させる手法もある。これら手法により、吸気系の固有振動数を微調整することが可能である。
【００３５】
本実施形態によれば、連通装置７として、一端１１αが一方の独立吸気通路（共鳴管６ａ）に接続され、他端１１βが他方の独立吸気通路（共鳴管６ｂ）に設けた第１ポート１３ａに相対する第１連通路１１と、一端１２αが他方の独立吸気通路（共鳴管６ｂ）に設けた第２ポート１３ｂに相対し、途中の折り返し部１２βにてＵターン状に折り返し、他端１２γが前記一端１２αと平行に並ぶ第２連通路１２と、第１連通路１１の他端１１β及び第２連通路１２の両端１２α，１２γと、他方の独立吸気通路（共鳴管６ｂ）の第１ポート１３ａ及び第２ポート１３ｂとの間に介装され、第１の切替位置で、第１連通路１１の他端１１βと第１ポート１３ａとを接続し、第２の切替位置で、第１連通路の他端１１βと第２連通路の他端１２γとを接続すると共に、第２連通路１２の一端１２αと第２ポート１３ｂとを接続する切替弁２０とを設けることにより、連通路長が変更可能となるため、吸気系の固有振動数も変更可能となるので、吸気共鳴効果の同調回転数も変更することができる。また、独立吸気通路（共鳴管６ａ，６ｂ）と連結装置７との接続が簡素であるため、独立吸気通路（共鳴管６ａ，６ｂ）における通気抵抗を抑制することができる。
【００３６】
また本実施形態によれば、中空円筒体４１の中心軸に垂直な断面を仕切り壁４２により３つに仕切り、この仕切り壁４２と中空円筒体４１の内周面とにより３つの通路を形成し、これら３つの通路のうちの１つは、両端１１α，１１βにて開口させて、第１連通路１１とし、残りの２つは、一端（折り返し部１２β）にて互いに連通させ、他端（１２α，１２γ）にてそれぞれ開口させて、第２連通路１２とすることにより、連通装置７の省スペース化を実現することができる。
【００３７】
また本実施形態によれば、中空円筒体４１の他端にて、第１連通路１１の他端１１β及び第２連通路１２の両端１２α，１２γを、周方向に３つ並べて開口させ、これらの開口端に、切替弁２０を配置し、切替弁２０は、中空円筒体４１の中心軸回りを回動可能で、回動位置により、３つの開口端のうち、いずれか１つを外部に開口させ、他の２つを互いに連通させて外部に対しては遮断する形状を有し、第１の切替位置では、第１連通路１１の他端１１βを外部に開口させて第１ポート１３ａと連通させ、第２の切替位置では、第２連通路１２の一端１２αを外部に開口させて第２ポート１３ｂを連通させるものであるので、コンパクトな構成により、連通路長の切替をすることができる。
【００３８】
また本実施形態によれば、第１連通路１１に、この連通路の開閉を行う連通路開閉弁３０を設けることにより、独立吸気通路（共鳴管６ａ，６ｂ）間の連通／非連通が切替可能であるので、機関運転状態に応じて良好な充填効率になるように、吸気系の固有振動数を変更することができる。
【００３９】
また本実施形態によれば、第１連通路１１と第２連通路１２との少なくとも１つに、レゾネータ５０を連通させることにより、吸気系の固有振動数の微調整が可能になるので、吸気共鳴効果の同調回転数を微調整することができる。
【００４０】
尚、本実施形態では、２つのバンクからなるＶ型機関を用いて説明したが、これに限るものではない。即ち、本発明は、２つのバンクからなるＶ型機関や水平対向機関の他、直列機関であっても、吸気順序の連続しない気筒同士でグループ化した気筒グループ毎に吸気通路を独立させた機関であれば、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の吸気装置の構成を示す図
【図２】第１連通路及び第２連通路の詳細を示す図
【図３】切替弁の詳細を示す図
【図４】連通装置の連通路長の切替方法を示す図
【図５】機関運転状態に応じた連通装置の設定を示す図
【図６】機関回転数と機関トルクとの関係を示す図
【図７】第２連通路にレゾネータを連通させた場合の内燃機関の吸気装置の構成を示す図
【符号の説明】
【００４２】
１  内燃機関
５ａ，５ｂ  コレクタ部（独立吸気通路）
６ａ，６ｂ  共鳴管（独立吸気通路）
７  連通装置
１１  第１連通路
１２  第２連通路
１３ａ  第１ポート
１３ｂ  第２ポート
２０  切替弁
３０  連通路開閉弁
４１  中空円筒体
４２  仕切り壁
５０  レゾネータ
【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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