(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の複数の燃焼室の一群に接続する第１の吸気通路と、他群に接続する第２の吸気通路とを並列に備え、前記第１の吸気通路と第２の吸気通路とを途中で接続する接続ポートを開閉弁により開閉して前記内燃機関における有効気管長を変更する内燃機関の吸気制御装置において、
前記接続ポートよりも上流の前記第１の吸気通路における第１の上流部と
前記接続ポートよりも上流の前記第２の吸気通路における第２の上流部と
を前記接続ポートに鋭角につなぐとともに、前記第１の上流部および前記第２の上流部における流路断面の一部は前記接続ポートと交差するように指向することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置において、
前記接続ポートの通過断面積を前記上流部の通過断面積よりも大きくしたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の流通を制御するための内燃機関の吸気制御装置に係り、詳しくは吸気制御装置内での空気の流通の円滑化の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気行程においては、ピストンの往復運動によって発生した負圧波が吸気通路内を伝播して、大気開放端にて反射し、正圧波となって吸気バルブに戻ってくる。この波が共振することによって、吸気通路内の空気が脈動しながら燃焼室内へ吸入される。内燃機関の出力向上を図るためには、この燃焼室への空気の吸入の効率を向上させ、燃料と空気との混合ガスを燃焼室内に多量に充填することが望ましい。そのため、例えば特開昭６３−１１１２２４公報に開示されるように、吸気通路を流れる空気の脈動を利用して、燃焼室への空気の吸入効率を向上させる方法が講じられている。すなわち、脈動している空気の流れ（以降、脈動流という）には圧力が高い部分と低い部分とが交互に生じている。そして、空気の圧力の高い部分が燃焼室の近傍に位置した時に吸気バルブを開くことにより、吸気通路から燃焼室へ効率良く空気を吸入させることができる。なお、一般に、吸気通路に生じる圧力の高い部分と低い部分との間隔は、吸気管長，径等により決定されるため、内燃機関の回転速度が変化すると吸気通路は効率良く空気を吸入できる領域と効率の悪い領域に分かれる。
【０００３】
そして今日では、内燃機関の全回転速度域において燃焼室への空気の吸入効率を向上させるために、上述したような脈動流の特性（以降、脈動効果という）を考慮した吸気制御が行われている。すなわち、内燃機関の回転速度等に合わせて、脈動流が生じる吸気通路の長さ（以降、有効吸気管長という）を変更することが可能な吸気制御が提案され、実用化されている。
【０００４】
上記の吸気制御の具体的方法について図１２及び図１３にしたがって説明する。図１２は吸気制御装置１０１の略断面図を示し、図１３は同吸気制御装置１０１における燃焼室へ取り込まれる空気の経路（以降、吸気経路という）を示す概略図である。
【０００５】
まず、吸気制御装置１０１の構成について説明する。
車両（図示略）に設けられた空気取り入れ口（図示略）から取り込まれた空気は、エアクリーナ２７へ導かれる。エアクリーナ２７に接続された吸気通路２６は、２本の吸気通路２６ａ，２６ｂに分岐され、その下流でサージタンク２５に接続されている。サージタンク２５の内部は隔壁４１によって２つのサージ室２５ａ，２５ｂに仕切られている。両サージ室２５ａ，２５ｂには、エンジンの左右バンクに各３本ずつの合計６本の燃焼室１６へ連通されたインテークマニホールド２３がそれぞれ接続されている。したがって、吸気経路は、両吸気通路２６ａ，２６ｂの２つに分岐された後、サージタンク２５で６つに分岐されている。
【０００６】
一方、両吸気通路２６ａ，２６ｂの間には、同両吸気通路２６ａ，２６ｂ同士を連通するように連通路５１が設けられている。連通路５１は、両吸気通路２６ａ，２６ｂと直交する方向へ延びるように設けられており、その長手方向中央部には両吸気通路２６ａ，２６ｂ同士を連通又は遮断するための第１開閉弁４２が設けられている。また、サージタンク２５の隔壁４１には、サージ室２５ａ，２５ｂを連通又は遮断するための第２開閉弁４４が設けられている。
【０００７】
両吸気通路２６ａ，２６ｂにおける連通路５１の上流側にはスロットルバルブ２８が設けられており、両スロットルバルブ２８は同期して開閉するようになっている。
【０００８】
このように、外部から取り込まれ、エアクリーナ２７を通過した空気は吸気通路２６を通り、両吸気通路２６ａ，２６ｂへ分岐される。それぞれに分岐した空気はサージタンク２５に流れ込み、さらにインテークマニホールド２３により各燃焼室１６へ導かれる。この際、各弁４２，４４が開閉されることにより、燃焼室１６までの有効吸気管長が変更される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した構成の吸気制御装置１０１において、連通路５１は両吸気通路２６ａ，２６ｂに対して直交する方向に設けられている。そのため、両吸気通路２６ａ，２６ｂ内を流れる空気がこの直交した連通路５１へ分岐する際に吸気通路２６の内壁に沿って吸気乱流を生じていた。そして、この吸気乱流の発生によって、脈動効果が低下し、燃焼室１６への吸気効率が低下することがあった。
【００１０】
また、連通路５１に設けられた第１開閉弁４２を開放し、両吸気通路２６ａ，２６ｂ間の空気の圧力差を打ち消して連通路５１を大気開放端とすることにより、有効吸気管長を変化させていた。しかし、第１開閉弁４２の径が小さいため、空気の流通に対して抵抗となり、両吸気通路２６ａ，２６ｂ間の空気の流通が十分行われなかった。そのため、内燃機関の回転速度の変化に応じて有効吸気管長を変化させても、燃焼室１６に空気が十分に吸入されなかった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、２本の吸気通路間をつなぐ連通路内の円滑な空気の流通を行い、また、単位時間当たりに連通路を流通できる空気の流通量を多くすることによって、燃焼室への吸気効率をより向上させることのできる内燃機関の吸気制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の複数の燃焼室の一群に接続する第１の吸気通路と、他群に接続する第２の吸気通路とを並列に備え、前記第１の吸気通路と第２の吸気通路とを途中で接続する接続ポートを開閉弁により開閉して前記内燃機関における有効気管長を変更する内燃機関の吸気制御装置において、前記接続ポートよりも上流の前記第１の吸気通路における第１の上流部と前記接続ポートよりも上流の前記第２の吸気通路における第２の上流部とを前記接続ポートに鋭角につなぐとともに、前記第１の上流部および前記第２の上流部における流路断面の一部は前記接続ポートと交差するように指向することをその要旨とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置において、前記接続ポートの通過断面積を前記上流部の通過断面積よりも大きくしたことをその要旨とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図にしたがって説明する。なお、第１実施形態において、図１２及び図１３に示した従来の形態と同じ構成部材については符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
【００１５】
例として、Ｖ型６気筒エンジンに接続された吸気制御装置１を図１から図３に示し、その構造及び動作について説明する。図１は第１実施形態の吸気制御装置１の略断面図、図２は同吸気制御装置１における吸気経路を示す概略図、図３はエンジン及び吸気制御装置１の略断面図である。
【００１６】
図３に示されるように、吸気制御装置１が設けられたエンジンはＶ字状に形成されたシリンダブロック１１を備え、シリンダブロック１１には６つのピストン（図３には２つのみ図示）１２が往復移動可能に設けられている。各ピストン１２はコンロッド１３を介して内燃機関の出力軸であるクランクシャフト１４に連結されている。ピストン１２の往復運動がコンロッド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換されるようになっている。
【００１７】
シリンダブロック１１の両上端には、シリンダヘッド１５が取り付けられている。そして、各ピストン１２の上端と各シリンダヘッド１５との間には燃焼室１６が形成されており、各シリンダヘッド１５には各燃焼室１６と連通する吸気ポート１７及び排気ポート１８が設けられている。各吸気ポート１７には吸気バルブ１９が設けられ、各排気ポート１８には排気バルブ２０が設けられている。
【００１８】
各シリンダヘッド１５には、回転可能に支持された吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が平行に設けられている。両カムシャフト２１，２２は、タイミングベルト（図示略）を介してクランクシャフト１４に連結されている。
【００１９】
クランクシャフト１４の回転力はタイミングベルトを介して両カムシャフト２１，２２に伝達され、それら両カムシャフト２１，２２が回転することによって、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が開閉駆動される。吸気ポート１７と燃焼室１６とは開閉駆動される吸気バルブ１９によって連通又は遮断される。また、排気ポート１８と燃焼室１６とは開閉駆動される排気バルブ２０によって連通又は遮断される。吸気ポート１７には吸気制御装置１のインテークマニホールド２３が接続されている。
【００２０】
吸気制御装置１は、インテークマニホールド２３，サージタンク２５，吸気通路２６，エアクリーナ２７，スロットルバルブ２８を備えている。インテークマニホールド２３の上流端はサージタンク２５に接続され、サージタンク２５には吸気通路２６を介してエアクリーナ２７が接続されている。インテークマニホールド２３，サージタンク２５及び吸気通路２６内は、吸気経路となっている。また、排気ポート１８にはエグゾーストマニホールド２４が接続されている。排気ポート１８及びエグゾーストマニホールド２４の内部は、排気経路となっている。
【００２１】
吸気通路２６内にはスロットルバルブ２８が設けられている。スロットルバルブ２８はアクセル操作に基づき、その開度が変化する。スロットルバルブ２８の開度を変化させることによって、燃焼室１６内へ吸入される空気の量が調整されるようになっている。また、吸気ポート１７には燃焼室１６へ向かって燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が設けられている。この燃料噴射弁３０は、空気が吸気経路を通って燃焼室１６へ吸入される時に、燃焼室１６へ向けて燃料を噴射し、燃料及び空気から成る混合ガスを生成するようになっている。更に、シリンダヘッド１５には、燃焼室１６へ吸入された混合ガスに点火するための点火プラグ３１が設けられ、この点火プラグ３１はディストリビュータ３２に電気的に接続されている。
【００２２】
次に、上記のように構成されたエンジンへ送られる空気を制御する吸気制御装置１の構成について図にしたがって説明する。
図１及び図２で示されるように、吸気通路２６は、エアクリーナ２７の下流で第１の吸気通路２６ａ及び第２の吸気通路２６ｂの２本に分岐している。両吸気通路２６ａ，２６ｂ内には、同期して開閉するスロットルバルブ２８が設けられている。第１の吸気通路２６ａ及び第２の吸気通路２６ｂはスロットルバルブ２８の下流側から単一の隔壁４１によって隔てられており、隔壁４１には接続ポート４１ａが形成されている。接続ポート４１ａは第１の吸気通路２６ａと第２の吸気通路２６ｂとをつないでいる。隔壁４１には接続ポート４１ａを開閉するための第１開閉弁４２が設けられている。
【００２３】
図４は接続ポート４１ａの拡大断面図である。
第１の吸気通路２６ａと第２の吸気通路２６ｂとはスロットルバルブ２８の設置位置から下流側に向かうにつれて徐々に接近しながら接続ポート４１ａに接続している。接続ポート４１ａより上流の吸気通路２６ａの第１の上流部２６ｃ及び吸気通路２６ｂの第２の上流部２６ｄは、接続ポート４１ａに鋭角θ１，θ２につながっている。すなわち、上流部２６ｃ，２６ｄの流路の断面の一部は、接続ポート４１ａと交差するように指向している。図４のＣ１，Ｃ２は上流部２６ｃ，２６ｄの流路の断面を表し、矢印Ｐ１，Ｐ２は断面Ｃ１，Ｃ２の指向方向を示す。
【００２４】
サージタンク２５の内部は隔壁４１によって２つのサージ室２５ａ，２５ｂに仕切られている。両サージ室２５ａ，２５ｂには、エンジンの左右バンクに各３本ずつ、合計６本の燃焼室１６へ連通されたインテークマニホールド２３がそれぞれ接続されている。したがって、吸気経路は、両吸気通路２６ａ，２６ｂの２つに分岐された後、サージタンク２５で６つに分岐されている。また、サージタンク２５内の隔壁４１には、両サージ室２５ａ，２５ｂ間を連通又は遮断するための第２開閉弁４４が設けられている。
【００２５】
図５に、同吸気制御装置１の両弁４２，４４の制御ブロック図を示す。第１開閉弁４２及び第２開閉弁４４はアクチュエータ４５，４６によって開閉作動される。アクチュエータ４５，４６はコントローラ４７によって制御され、コントローラ４７はエンジン回転速度センサ４８からの回転速度情報に基づいてアクチュエータ４５，４６の作動を制御する。
【００２６】
次に、上記のように構成された吸気制御装置１の動作について説明する。前述したように、各燃焼室１６の吸気バルブ１９が閉じる直前に高い圧力が生じるように脈動効果を利用することによって、多量の空気を各燃焼室１６へ吸入させて、内燃機関の出力を向上させることができる。
【００２７】
脈動効果は、ピストンの往復運動によって生じる空気の圧力の波の共振による脈動を利用している。そして、脈動の共振を起こして吸気経路内の空気に圧力差を生じさせるには、吸気バルブ１９の開放時期と同調する周期の脈動の波長に見合った有効吸気管長が必要である。そして、その開放の周期は内燃機関の回転速度によって変化する。
【００２８】
すなわち、内燃機関が低速回転をしている時には各吸気バルブ１９の開放の間隔の周期は長くなるため、吸気経路内の脈動の周波数を長くしなければならない。そのため、周期の長い脈動の波長に見合うように有効吸気管長を長くする必要がある。また、逆に内燃機関が高速回転をしている時には空気圧を高める間隔を短くしなければならないため、有効吸気管長も短くする必要がある。
【００２９】
以下に、上述した原理に基づいた作用を図６に具体例を示して説明する。まず、低速回転時（エンジン回転速度Ｒ１以下）における弁の開閉動作について説明する。
【００３０】
上述したように低速回転時には、有効吸気管長の長さを長くする必要がある。コントローラ４７はエンジン回転速度センサ４８からの回転速度情報に基づき、アクチュエータ４５，４６を不作動とし、第１開閉弁４２と第２開閉弁４４とが両方とも遮断される。この遮断により、各燃焼室１６から両吸気通路２６ａ，２６ｂの吸気経路が分岐される位置が大気開放端となり、有効吸気管長は長さＬ１となる。
【００３１】
逆に、高速回転時（エンジン回転速度Ｒ２以上）には有効吸気管長の長さを短くする必要がある。コントローラ４７はエンジン回転速度センサ４８からの回転速度情報に基づき、アクチュエータ４５，４６を作動させ、第１開閉弁４２と第２開閉弁４４とを両方とも開放し、両吸気通路２６ａ，２６ｂが連通される。すると、サージタンク２５内の圧力差がなくなるため、有効吸気管長は各燃焼室１６からサージタンク２５までの長さＬ３となる。
【００３２】
そして、中速回転時（エンジン回転速度Ｒ１〜Ｒ２の範囲）には、コントローラ４７はエンジン回転速度センサ４８からの回転速度情報に基づき、アクチュエータ４５のみを作動する。したがって、第１開閉弁４２を開放するとともに第２開閉弁４４を遮断する。すると、両吸気通路２６ａ，２６ｂ間の圧力差は接続ポート４１ａによって打ち消されるため、有効吸気管長は燃焼室１６から接続ポート４１ａまでの長さＬ２となる。
【００３３】
図７のグラフはエンジンの回転速度と出力トルクとの関係を示す作用結果である。曲線Ｅは第１実施形態の場合を表し、曲線Ｄは従来の場合を表す。
グラフに示されるように、中速回転時の場合、すなわち第１開閉弁４２が大気開放端となる場合には、トルクが向上している。
【００３４】
このように、内燃機関が低速回転から高速回転になるほど、周期が短くなる脈動流の周波数に対応して、有効吸気管長を順次Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と短くする。このようにすれば、脈動流の周期変化に対応して有効吸気管長を適切に変更することにより、内燃機関の全回転域において各燃焼室１６の各吸気バルブ１９の開放時期に合わせて空気圧を高めることができ、内燃機関の吸気効率を向上させることができる。
【００３５】
次に、上記のように構成された第１実施形態の吸気制御装置の効果について説明する。
・両吸気通路２６ａ，２６ｂは接続ポート４１ａを介して鋭角に連通されている。このため、脈動の妨げとなるデッドボリュームが少なくなり、脈動の減衰を防ぐことができる。また、第１開閉弁４２が閉じているときには、吸気通路２６の内壁に沿った空気の流れを円滑に流すことができ、同弁４２が開いているときには、隣り合う両吸気通路２６ａ，２６ｂ内の空気を円滑に流通させることができる。したがって、吸気乱流が低減され、脈動効果が妨げられることなく吸気に利用でき、燃焼室１６への吸入空気量を増やすことによって、内燃機関の吸気効率を向上させることができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図にしたがって説明する。図８は第２実施形態の吸気制御装置２の略断面図、図９は同吸気制御装置２における吸気経路を示す概略図である。
【００３７】
第２実施形態では、両吸気通路２６ａ，２６ｂを連通させる連通路５１に大口径第１開閉弁５２が設けられている。大口径第１開閉弁５２は、両吸気通路２６ａ，２６ｂの断面積よりも大きく作られており、コントローラ４７によって制御されたアクチュエータ４５により開閉作動される。なお、他の構成については従来の吸気制御装置１０１と同じため、符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
【００３８】
次に、上記のように構成された第２実施形態の吸気制御装置２の動作について説明する。第１実施形態における第１開閉弁４２及び第２開閉弁４４と同様に内燃機関が低速回転時には大口径第１開閉弁５２及び第２開閉弁４４がアクチュエータ４５，４６によって閉鎖され、両吸気通路２６ａ，２６ｂは遮断される。中速回転時には大口径第１開閉弁５２が開放され、第２開閉弁４４が遮断される。そして、高速回転時には両弁４４，５２は開放される。
【００３９】
次に、上記のように構成された第２実施形態の吸気制御装置の効果について説明する。
・大口径第１開閉弁５２の面積を両吸気通路２６ａ，２６ｂの断面積よりも大きくした。これにより、一度に多くの空気を大口径第１開閉弁５２に流通させることができるため、燃焼室１６からの圧力波を減衰させることなく、連通路５１を大気開放端とすることができる。したがって、脈動効果を十分引き出すことができ、内燃機関の全回転域において迅速に吸気効率を向上させることができる。
【００４０】
なお、上述した第１及び第２実施形態の各吸気制御装置は以下のように変更してもよく、その場合でも同様の作用及び効果を得ることができる。
・上記各実施形態では、接続ポート４１ａ又は大口径第１開閉弁５２のいずれかを設けたが、図１０及び図１１に示されるように、両方とも設けてもよい。この場合、吸気効率を更に向上させることができる。
【００４１】
・上記各実施形態では、２個の開閉弁４２（５２），４４を設けたが、同開閉弁４２（５２），４４は１個または３個以上であってもよい。１個にすれば構成を簡略化でき、３個にすれば内燃機関の回転速度に応じてより細かな対応が可能になる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、第１及び第２の吸気通路を接続ポートに鋭角につないだ。この結果、第１及び第２の吸気通路の空気の流れを吸気乱流を生じさせることなく、円滑に流通させることができる。
【００４３】
請求項２に記載の発明によれば、接続ポートの通過断面積を第１及び第２の各吸気通路の断面積より大きくした。この結果、燃焼室へ吸入される空気の吸気抵抗が減り、吸気脈動を大きくでき、ひいては吸入空気量を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における吸気制御装置の略断面図。
【図２】第１実施形態における吸気経路を示す概略図。
【図３】内燃機関及び吸気制御装置の略断面図。
【図４】接続ポート拡大断面図。
【図５】第１実施形態における制御ブロック図。
【図６】吸気経路距離を示す概略図。
【図７】第１実施形態による効果の比較グラフ。
【図８】第２実施形態における吸気制御装置の略断面図。
【図９】第２実施形態における吸気経路を示す概略図。
【図１０】他の実施形態における吸気制御装置の略断面図。
【図１１】他の実施形態における吸気経路を示す概略図。
【図１２】従来の吸気制御装置の略断面図。
【図１３】従来の吸気制御装置の吸気経路を示す概略図。
【符号の説明】
１６…燃焼室、２６ａ…第１の吸気通路、２６ｂ…第２の吸気通路、４１ａ…接続ポート、４２…第１開閉弁、４４…第２開閉弁、５２…大口径第１開閉弁。
【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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【図１２】
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【図１３】
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