JP2010203357A - 多気筒内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】副吸気通路による吸気を各気筒に均等に分配し、気筒間の空燃比ばらつきを改善して内燃機関の排気ガス性能をよくすること。
【解決手段】集合通路６０が副吸気チャンバ５８の吸気取入口６２と連通する終端部分６１に、吸気取入口６２周りの渦流を生成する渦流生成手段（円弧面による内壁６１Ａ、段差６８による絞り）を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、多気筒内燃機関の吸気装置に関し、特に、副吸気系を有する吸気装置に関する。

多気筒内燃機関の吸気装置として、複数個の気筒の各々に吸気を供給する主吸気通路と、前記主吸気通路に設けられた主スロットル弁と、前記主スロットル弁より吸気下流側の前記主吸気通路に吸気を供給する副吸気通路とを有する吸気装置が知られている（例えば、特許文献１）。

副吸気通路は、補助吸気通路やバイパス吸気通路と呼ばれることがある。また、副吸気通路を流れる吸入空気によってアイドル制御を行うことから、副吸気通路をプライマリ吸気通路と云い、主スロットル弁を設けられている主吸気通路をセカンダリ吸気通路と云うことがあるが、本明細書では、セカンダリ吸気通路を主吸気通路、プライマリ吸気通路を副吸気通路と云う。

特開２００３−３２８８８２号公報

上述のような吸気装置では、副吸気通路による吸気の気筒間の分配特性が、気筒間の空燃比ばらつきに影響を与える。このため、気筒間の空燃比ばらつきを低減するためには、副吸気通路による吸気が各気筒に均等に分配供給されなくてはならない。

本発明が解決しようとする課題は、副吸気通路による吸気の気筒間の分配特性を改善し、気筒間の空燃比ばらつきを抑えて内燃機関の排気ガス性能を改善することである。

本発明による多気筒内燃機関の吸気装置は、複数個の気筒毎に設けられて各気筒に吸気を供給する複数個の主吸気通路と、前記主吸気通路毎に設けられた主スロットル弁と、前記主スロットル弁より吸気下流側の前記主吸気通路に吸気を供給する副吸気通路とを有する多気筒内燃機関の吸気装置であって、前記副吸気通路は、各気筒毎に設けられて前記主吸気通路に連通する複数個の分岐通路と、前記複数個の分岐通路に連通接続され一つの吸気取入口が開口した吸気チャンバと、終端をもって前記吸気取入口と連通し前記吸気取入口より吸気上流側の吸気通路を構成する集合通路と有し、前記集合通路に前記吸気取入口周りの渦流を生成する渦流生成手段が設けられている。

この構成によれば、吸気が集合通路から吸気取入口を通って吸気チャンバへ流れる際に、渦流生成手段により吸気に吸気取入口周りの渦流が生じる。これにより、吸気が吸気取入口の全周から満遍なく吸気チャンバへ流れ、吸気が特定の分岐通路に対して指向性をもって吸気チャンバに流入することがなく、吸気が各気筒の分岐通路に均等に分配される。

本発明による多気筒内燃機関の吸気装置は、好ましくは、前記吸気取入口は、円形あるいは楕円形の貫通孔をもって前記吸気チャンバと前記集合通路とを連通接続するのであり、前記吸気取入口は、円形あるいは楕円形の貫通孔をもって前記吸気チャンバと前記集合通路とを連通接続するものであり、前記渦流生成手段は、前記集合通路を流れる吸気の流れ方向に直交する通路横断面で見て、前記終端部分の通路幅方向の一方の側が他方の側に比して通路断面積が小さく、当該一方の側が絞り部になっていることにより構成されている。

この構成によれば、集合通路より吸気取入口へ流れる吸気が、終端部分へ流入する際に絞り部によって通路片側で絞り作用を受け、終端部分の通路幅方向の流路抵抗差を付与される。この流路抵抗差によって終端部分の通路幅方向に吸気の速度差、流量差が生じ、これらのことにより速度差吸気取入口周りに旋回する渦流（スワール流）が生成される。

本発明による多気筒内燃機関の吸気装置は、好ましくは、前記吸気取入口の前記吸気チャンバに対する開口方向と前記吸気チャンバに形成された前記分岐通路の入口の前記吸気チャンバに対する開口方向とが互いに異なっている。分岐通路入口の開口方向に対して吸気取入口の吸気チャンバに対する開口方向が異なっているため、吸気が吸気取入口より特定の分岐通路に対して直接に指向性をもって吸気チャンバに流入することがなく、吸気の各気筒に対する均等分配性能が向上する。

本発明による多気筒内燃機関の吸気装置は、好ましくは、前記吸気チャンバは多気筒内燃機関の気筒列方向に長く、当該吸気チャンバには気筒列方向に間隔をおいて前記各気筒の分岐通路の入口が開口しており、多気筒内燃機関の点火順序が気筒列方向に反転してから最初に点火順序が隣り合う気筒間で連続する二つの気筒に対応する前記分岐通路入口の気筒配列方向の中間位置に、気筒列方向で見て対応する位置に、前記吸気取入口が前記吸気チャンバに開口している。

この構成によれば、吸気チャンバより吸気を吸い込む分岐通路が点火順序によって変化することにより吸気チャンバ内の吸気が気筒列方向に振られる中央領域に、吸気が吸気取入口より吸気チャンバに流入することになり、このことによっても吸気の各気筒に対する均等分配性能が向上する。

本発明による多気筒内燃機関の吸気装置によれば、吸気が集合通路から吸気取入口を通って吸気チャンバへ流れる際に、渦流生成手段により吸気に吸気取入口周りの渦流が生じ、吸気が吸気取入口の全周から満遍なく吸気チャンバへ流れるようになる。これにより、吸気が特定の分岐通路に対して指向性をもって吸気チャンバに流入することがなく、吸気が各気筒の分岐通路に均等に分配され、気筒間の空燃比ばらつきが抑えられる。

本発明による吸気装置を適用されたＶ型多気筒内燃機関の一つの実施例を示す断面図。 本発明による多気筒内燃機関の吸気装置の一つの実施例を模式的に示す図。 本実施例による吸気装置の平断面図。 本実施例による吸気装置の要部の縦断面図。 図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図。 図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図。 本発明による多気筒内燃機関の吸気装置における吸気取入口の適正位置を示すための説明図。

以下に、本発明による多気筒内燃機関の吸気装置の一つの実施例を、図１〜図６を参照して説明する。

本実施形態の多気筒内燃機関（エンジン)は、図１に示されているように、Ｖ型多気筒エンジンであり、シリンダブロック１０の右側バンク部１２と左側バンク部１４の各々にシリンダボア１６を形成されている。シリンダボア１６は図１の紙面を直交する方向に複数個設けられており、１０気筒Ｖ型エンジンであれば、シリンダボア１６は右側バンク部１２と左側バンク部１４とで各々５個ずつ形成される。

シリンダブロック１０の右側バンク部１２と左側バンク部１４には、各々、シリンダボア１６の上端を閉じるようにシリンダヘッド１８が取り付けられている。シリンダボア１６にはピストン２０が往復動可能に設けられている。ピストン２０はシリンダヘッド１８との間に燃焼室２２（＃１〜＃５気筒）を画定している。

各バンクのシリンダヘッド１８には燃焼室２２毎に吸気ポート２４と排気ポート２６とが形成されている。吸気ポート２４、排気ポート２６は、各々、燃焼室２２に対する開口端（下流端）を、吸気弁２８、排気弁３０によって開閉される。

各バンクのシリンダヘッド１８の吸気接続面部（吸気ポート２４の上流端が開口した面部）には、吸気ボディ４０が取り付けられている。吸気ボディ４０は、インジェクタベース部材とも呼ばれ、各吸気ポート２４に個別に連通する複数個の主吸気通路４２と、複数個の主吸気通路４２の各々に開口したインジェクタ取付孔４４（図３参照）とを形成されている。主吸気通路４２は、各気筒毎に設けられて各気筒に吸気を個別に供給する。インジェクタ取付孔４４にはインジェクタ（燃料噴射弁）３２が取り付けられている。インジェクタ３２は、各気筒毎に設けられ、各々、主吸気通路４２に連通する吸気ポート２４へ向けて燃料を噴射する。

吸気ボディ４０の吸気上流側にはスロットルボティ７０が取り付けられている。スロットルボティ７０は、各主吸気通路４２に個別に連通する複数個のスロットル通路７２を有する。スロットル通路７２は気筒毎に個別に設けられている。複数個のスロットル通路７２の各々には主スロットル弁７４が設けられている。主スロットル弁７４は、各気筒毎、つまり各主吸気通路４２毎に個別に設けられた多連式のものであり、共通の弁軸７６によってスロットルボティ７０より回動可能に支持されたバタフライ弁である。各気筒の主スロットル弁７４は弁軸７６によって一斉に開閉し、主吸気通路４２を通って各燃焼室２２に吸入される吸気の流量（吸入空気量）を定量的に調整（計量）する。

このようなスロットル機構は、気筒別スロットルあるいは多連式スロットルと呼ばれ、当該多連式スロットルでは、各スロットル弁から各気筒の燃焼室までの吸気通路長を短く設定できるので、スロットル開度変化による実吸入空気量変化の応答性が向上する。

スロットルボティ７０の吸気上流側には吸気マニホールドの集合管部をなす主吸気チャンバ８０が接続されている。

つぎに、本実施例による吸気装置の副吸気系の詳細を、図２〜図５を参照して説明する。吸気装置は、右側バンク部１２のものと、左側バンク部１４のものとで、対称配置の同一構成のものであるから、片側のバンク部のものについて説明する。また、片側のバンク部の５個の気筒を、図２で見て左側のものより、順に、＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃５気筒と云う。

吸気ボディ４０には、副吸気通路として、各主吸気通路４２の外周を取り巻いて湾曲して延在して各々主スロットル弁７４より吸気下流側の主吸気通路４２に連通する気筒数分の分岐通路４６と、各気筒の分岐通路４６を連通接続された副吸気チャンバ５８と、副吸気チャンバ５８より吸気上流側の集合通路６０が形成されている。

副吸気チャンバ５８は多気筒内燃機関の気筒列方向（図３で見て左右方向）に長く、副吸気チャンバ５８の縦側壁に、気筒列方向に間隔をおいて各気筒の分岐通路４６の入口４８が開口している。

図４に示されているように、集合通路６０は副吸気チャンバ５８の天井壁４０Ａによって副吸気チャンバ５８と隔離された通路である。天井壁４０Ａには集合通路６０の終端部分６１とは副吸気チャンバ５８とを連通する一つの吸気取入口６２が開口している。吸気取入口６２は円形の貫通孔であり、吸気取入口６２の副吸気チャンバ５８に対する開口方向が垂直方向であるのに対して、副吸気チャンバ５８に形成されている分岐通路４６の入口４８の副吸気チャンバ５８に対する開口方向は水平方向で、互いの開口方向が互いに異なっている。

なお、図２では、吸気取入口６２の開口方向と入口４８の開口方向が同じ方向になっているが、これは、図２では、副吸気通路の全体を平面的に示しているからであり、実際には、図４に示されているように、方向違いになっている。

吸気取入口６２は、多気筒内燃機関の点火順序が気筒列方向に反転してから最初に点火順序が、隣り合う気筒間で連続する二つの気筒に対応する分岐通路４６の入口４８の気筒配列方向の中間位置に気筒列方向で見て対応する配置位置Ａ（図３参照）において、副吸気チャンバ５８に開口している。

５気筒内燃機関の点火順序が、図７（ａ）に示されているように、＃１気筒→＃５気筒→＃２気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃１気筒であると、点火順序が気筒列方向に反転してから最初に点火順序が、隣り合う気筒間で連続する二つの気筒は、＃２気筒と＃３気筒となり、吸気取入口６２の気筒列方向の配置位置Ａは、＃２気筒に対応する分岐通路４６の入口４８と＃３気筒に対応する分岐通路４６の入口４８との気筒配列方向の中間位置に気筒列方向で見て対応する位置になる。

なお、他の実施例として、４気筒内燃機関の場合には、点火順序が、図７（ｂ）に示されているように、＃１気筒→＃４気筒→＃２気筒→＃３気筒→＃１気筒であると、吸気取入口６２の配置位置Ａは、＃２気筒に対応する分岐通路の入口と＃３気筒に対応する分岐通路の入口との気筒配列方向の中間位置に気筒列方向で見て対応する位置になる。３気筒内燃機関の場合には、点火順序が、図７（ｃ）に示されているように、＃１気筒→＃３気筒→＃２気筒→＃１気筒であると、吸気取入口６２の配置位置Ａは、＃２気筒に対応する分岐通路の入口と＃３気筒に対応する分岐通路の入口との気筒配列方向の中間位置に気筒列方向で見て対応する位置になる。

吸気取入口６２は、鋳造製の吸気ボディ４０においては、鋳抜きによって形成されるから、副吸気チャンバ５８の底部が吸気取入口６２と対応する部位には中子抜き孔４０Ｃが形成される。中子抜き孔４０Ｃは副吸気チャンバ５８内に露呈する面が球面による栓部材５９によって閉じられている。

集合通路６０は、水平方向に長く終端部分６１に至る水平通路６３と、水平通路６３の吸気上流側に連通接続する垂直通路６４とによる横転Ｌ字形の通路になっている。本実施例では、垂直通路６４の通路断面形状は円形であるのに対し、水平通路６３の通路断面形状は扁平な四角形になっている。

終端部分６１に至る集合通路６０は水平通路６３であり、水平通路６３の延在方向は水平で、吸気取入口６２の貫通方向（垂直方向）に対して直角に交差している。換言すると、終端部分６１の底面に吸気取入口６２が開口している。

終端部分６１は、渦流生成手段として、終端突き当たりの内壁６１Ａが吸気取入口６２の外周縁形状に倣った円弧面、この実施例では吸気取入口６２と同心の半円面になっていると共に、集合通路６０を流れる吸気の流れ方向に直交する通路横断面（図６に示されている断面）で見て、終端部分６１の通路幅方向の一方の側が他方の側に比して通路断面積が小さく、当該一方の側が絞り部６１Ｃになっている。この絞り部６１Ｃは、水平通路６３の天井壁４０Ｂの外側から見て天井壁４０Ｂに形成された窪み４０Ｄにより形成されている。

水平通路６３と垂直通路６４との接続部がなす折り曲り部分６５の内周側には、チャコールキャリスタのパージガス等の付加ガスを集合通路６０に導入するための付加ガス導入ポート６６が開口している。垂直通路６４の上端部分には、乱流発生用凸部６７が突出形成されている。乱流発生用凸部６７は垂直通路６４の内壁を円周方向に沿って水平に延びる突条として構成されている。

垂直通路６４の上端がなす吸気入口には副スロットルボディ１００のスロットルボア１０１が連通接続されている。スロットルボア１０１には副吸気通路を流れる吸気流量を定量的に計量設定するバラフライ弁による副スロットル弁１０３が設けられている。

副スロットル弁１０３の配置位置は、図１に示されているように、主スロットル弁７４の配置位置より高い位置にある。このことにより、副スロットル弁１０３の下方に、副吸気チャンバ５８を構成するスペースを確保できる。また、主スロットル弁７４は、シリンダヘッド１８に近い位置に配置でき、応答性向上の効果が増す。

つぎに、上述の構成による副吸気系の作用について説明する。
副吸気通路を通って各気筒の燃焼室２２に吸入される吸気は、まず、副スロットル弁１０３によって流量を計量され、集合通路６０の垂直通路６４、折り曲り部分６５、水平通路６３を順に流れる。

この集合通路６０の吸気流れにおいて、吸気は、乱流発生用凸部６７の部分を通過する際に、その一部が乱流発生用凸部６７に衝突することにより、流れにマイクロタービュレンスと云われるような乱れ（乱流）を生じる。この乱流が折り曲り部分６５を流れることにより、吸気流れの偏向によって乱流範囲を拡大される。

パージガス等の付加ガスは、付加ガス導入ポート６６より、この折り曲り部分６５の乱流雰囲気中に導入される。これにより、吸気と付加ガスとが良好に混じり合い、吸気と付加ガスとのミキシングが良好に行われ、吸気と付加ガスとの混合気の均質化が促進される。

この後、吸気と付加ガスとの混合気（以下、副吸気と云う)は、比較的長い水平通路６３を流れ、水平通路６３を流れる過程で整流化される。そして、この副吸気は、集合通路６０の吸気下流側の終端部分６１に至る際に、絞り部６１Ｃによって通路片側で絞り作用を受け、終端部分６１の通路幅方向で流路抵抗差を付与される。絞り部６１Ｃは絞られていない部分６１Ｂに比して流路抵抗が大きいから、副吸気は専ら絞られていない部分６１Ｂに偏って流れ、終端部分６１の通路幅方向に吸気の速度差、流量差が生じる。

この副吸気は、終端部分６１の通路幅方向の速度差、流量差と、当該副吸気が吸気取入口６２と同心の半円面である内壁６１Ａに沿って流れることと相俟って、吸気取入口６２周りの旋回流（渦流）、つまりスワール流れになり、吸気取入口６２の全周から満遍なく副吸気チャンバ５８へ流れるようになる。

これにより、副吸気が特定の分岐通路４６に対して指向性をもって副吸気チャンバ５８に流入することが回避される。このことにより、副吸気が、特定気筒の分岐通路４６に偏って分配されることがなく、各気筒の分岐通路４６に均等に分配されることになる。この結果、気筒間の空燃比ばらつきが抑えられる。

また、吸気取入口６２の副吸気チャンバ５８に対する開口方向が垂直方向であるのに対し、副吸気チャンバ５８に形成されている分岐通路４６の入口４８の副吸気チャンバ５８に対する開口方向は水平方向で、互いの開口方向が互いに異なっていることにより、吸気取入口６２より副吸気チャンバ５８に流入した副吸気が特定の気筒の分岐通路４６の入口４８へ直接向かうことがない。このことによっても、副吸気が特定の燃焼室２２（気筒）の分岐通路４６に偏って分配されることが回避され、気筒間の空燃比ばらつきが抑えられる。また、吸気取入口６２より副吸気チャンバ５８に入った副吸気は副吸気チャンバ５８内に底面に露呈する栓部材５９の球面に衝突することによっても副吸気チャンバ５８における均一拡散性が向上する。

また、吸気取入口６２が、多気筒内燃機関の点火順序が気筒列方向に反転してから最初に点火順序が、隣り合う気筒間で連続する二つの気筒に対応する分岐通路４６の入口４８の気筒配列方向の中間位置に気筒列方向で見て対応する配置位置Ａにおいて、副吸気チャンバ５８に開口していることにより、副吸気チャンバ５８より副吸気を吸い込む分岐通路４６が点火順序によって変化することにより副吸気チャンバ５８内の副吸気が気筒列方向に振られる中央領域に、副吸気が吸気取入口６２より副吸気チャンバ５８に流入することになる。このことによっても吸気の各気筒に対する均等分配性能が向上し、気筒間の空燃比ばらつきが抑えられる。

本発明による吸気装置は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。例えば、吸気取入口６２は楕円形の開口によるものであってもよい。

２２ 燃焼室
４０ 吸気ボディ
４２ 主吸気通路
４６ 分岐通路
４８ 入口
５８ 副吸気チャンバ
６０ 集合通路
６１ 終端部分
６１Ａ 内壁
６１Ｃ 絞り部
６２ 吸気取入口
６３ 水平通路
６４ 垂直通路
６６ 付加ガス導入ポート
７４ 主スロットル弁
８０ 主吸気チャンバ
１０３ 副スロットル弁

Claims (4)

1. 複数個の気筒毎に設けられて各気筒に吸気を供給する複数個の主吸気通路と、前記主吸気通路毎に設けられた主スロットル弁と、前記主スロットル弁より吸気下流側の前記主吸気通路に吸気を供給する副吸気通路とを有する多気筒内燃機関の吸気装置であって、
   前記副吸気通路は、各気筒毎に設けられて前記主吸気通路に連通する複数個の分岐通路と、前記複数個の分岐通路に連通接続され一つの吸気取入口が開口した吸気チャンバと、終端をもって前記吸気取入口と連通し前記吸気取入口より吸気上流側の吸気通路を構成する集合通路と有し、
   前記集合通路に前記吸気取入口の中心軸線周りの渦流を生成する渦流生成手段が設けられている多気筒内燃機関の吸気装置。
2. 前記吸気取入口は、円形あるいは楕円形の貫通孔をもって前記吸気チャンバと前記集合通路とを連通接続するものであり、
   前記渦流生成手段は、前記集合通路を流れる吸気の流れ方向に直交する通路横断面で見て、前記終端部分の前記吸気取入口の径方向の一方の側が他方の側に比して通路断面積が小さく、当該一方の側が絞り部になっていることにより構成されている請求項１に記載の多気筒内燃機関の吸気装置。
3. 前記吸気取入口の前記吸気チャンバに対する開口方向と前記吸気チャンバに形成された前記分岐通路の入口の前記吸気チャンバに対する開口方向とが互いに異なっている請求項１または２に記載の多気筒内燃機関の吸気装置。
4. 前記吸気チャンバは多気筒内燃機関の気筒列方向に長く、当該吸気チャンバには気筒列方向に間隔をおいて前記各気筒の分岐通路の入口が開口しており、
   多気筒内燃機関の点火順序が気筒列方向に反転してから最初に点火順序が隣り合う気筒間で連続する二つの気筒に対応する前記分岐通路の前記入口の気筒配列方向の中間位置に、気筒列方向で見て対応する位置に、前記吸気取入口が前記吸気チャンバに開口している請求項１から３の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の吸気装置。

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