JP4595726B2

JP4595726B2 - 吸気装置

Info

Publication number: JP4595726B2
Application number: JP2005210964A
Authority: JP
Inventors: 潤哉佐々木; 仁神野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: CN1900495A; CN100417794C; US7299787B2; US20070017490A1; JP2007023986A

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

従来から、スロットルバルブと、吸気コレクタと、スロットルバルブと吸気コレクタとの間に設けられる吸気管とを備えた吸気装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６２−９１６２１（第１−４頁、第１−３図）

特許文献１の技術では、吸気管が仕切板で第１吸気空間と第２吸気空間とに分けられて、共鳴吸気が行われている。このような吸気装置において、仕切板の上流から、第１吸気空間と第２吸気空間とへパージガスなどのガスが導入されることがある。

しかし、パージガスなどのガスと新気空気とが均一に混ざらないことがあり、パージガスなどのガスの気筒分配が不均一になる傾向にある。

本発明の課題は、パージガスなどのガスの気筒分配を均一化することができる吸気装置を提供することにある。

本発明に係る吸気装置は、調整弁と、吸気コレクタと、第１吸気管と、仕切部と、ガス導入管とを備える。調整弁は、内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気通路に吸入される新気空気の量を調整する。吸気コレクタは、吸気通路において、調整弁の下流に設けられる。第１吸気管は、調整弁と吸気コレクタとの間に設けられる。仕切部は、第１吸気管の内側の空間の一部を第１吸気空間と第２吸気空間とに分ける。ガス導入管は、調整弁と仕切部との間において、第１吸気管の内側の空間に第１ガスを導入する。仕切部は、上流側の部分が調整弁の回転軸に対して傾いている。

この吸気装置では、仕切部は、上流側の部分が調整弁の回転軸に対して傾いている。また、ガス導入管は、調整弁と仕切部との間において、第１吸気管の内側の空間に第１ガスを導入する。これらにより、第１ガスと新気空気とのミキシングを促進することができる。

本発明に係る内燃機関では、第１ガスと新気空気とのミキシングを促進することができるので、第１ガスの気筒分配を均一化することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の断面図を図１に示す。

（内燃機関の概略構成）
内燃機関１は、共鳴吸気を行うＶ型６気筒の機関である。６つの気筒は、長手方向から見て右側に配置される右バンクと、左側に配置される左バンクとに、同数に分かれて配置されている。なお、図１には、６気筒のうちの１つの気筒が示されている。

内燃機関１は、主として、６つの燃焼室６３、吸気装置７０、排気装置３０、６つの燃料噴射弁２７及び６つの点火プラグ２９を備える。

各燃焼室６３は、シリンダヘッド２０，シリンダブロック１０およびピストン３に囲まれた室であり、気筒ごとに形成されている。シリンダヘッド２０には、燃焼室６３に新気空気を供給するための吸気ポート２３と、燃焼室６３から既燃ガスを排気ガスとして排出するための排気ポート２４とが形成されている。

また、吸気装置７０は、吸気通路５０を介して新気空気及び燃料を各燃焼室６３へ導入するように設けられており、６気筒に対して共通に形成されている。吸気装置７０は、吸気バルブ２１，吸気ポート２３及び吸気ブランチ５２などを有している。吸気ブランチ５２は、吸気ポート２３の上流に位置している。吸気ポート２３の下流には吸気バルブ２１が配備されている。

一方、排気装置３０は、排気ガスを各燃焼室６３から排出するように設けられており、６気筒に対して共通に形成されている。排気装置３０は、主として、排気バルブ２２，排気ポート２４及び排気ブランチ３１を有している。排気ブランチ３１は、排気ポート２４の下流に位置している。排気ポート２４の上流には排気バルブ２２が配備されている。

クランクシャフトの回転に連動して回転する吸気用カム軸２１ｂ／排気用カム軸２２ｂに固定された吸気用カム２１ａ／排気用カム２２ａは、吸気バルブ２１／排気バルブ２２の上方に配置されており、吸気バルブ２１／排気バルブ２２を開閉させる。

各燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３にガソリン燃料を噴射する弁であり、気筒ごとに設けられている。燃料噴射弁２７の先端は、吸気ポート２３に突出している。

各点火プラグ２９は、燃焼室６３上部略中央のシリンダヘッド２０から燃焼室６３内部へ延びるように、気筒ごとに設けられている。点火プラグ２９の先端部分２９ａは、燃焼室６３に突出している。

（内燃機関の概略動作）
内燃機関１では、吸気ブランチ５２に導入された後述の第１混合気が、吸気ポート２３に導入されている。加圧された燃料が供給される燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３に導入された第１混合気に燃料を噴射する。これにより、吸気ポート２３において、新気混合気が形成される。

吸気行程において、吸気用カム２１ａにより吸気バルブ２１は開状態とされ、吸気ポート２３で形成された新気混合気は、吸気ポート２３から燃焼室６３へ導入される。

圧縮行程においては、ピストン３が上昇して、燃焼室６３の新気混合気が圧縮される。そして、点火プラグ２９の先端部分２９ａにより、燃焼室６３の新気混合気は所定のタイミングで点火され燃焼する。

膨張行程では、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン３が押し下げられる。

排気行程では、排気用カム２２ａにより排気バルブ２２が開状態とされ、燃焼室６３で燃焼された既燃ガスが、排気ガスとして排気ポート２４経由で排気ブランチ３１へ排出される。

（吸気装置の概略構成）
吸気装置の上面図を図２に示す。また、図２の矢視III-IIIから見た図を図３に示す。さらに、図３のIV-IV断面図を図４に示す。

吸気装置７０は、主として、吸気通路５０，スロットルバルブ（調整弁）９１（図１参照），吸気バルブ２１（図１参照），仕切部８０，ガス導入管７１を備える。

吸気通路５０は、燃焼室６３に吸入される新気空気が流される通路である。吸気通路５０は、主として、スロットルチャンバ５４（図１参照），第１吸気管５３，吸気コレクタ５１，吸気ブランチ５２及び吸気ポート２３（図１参照）を有する。仕切部８０は、第１仕切板８１と第２仕切板８２とを有する。

スロットルチャンバ５４には、スロットルバルブ９１（図１参照）が配備されている。スロットルバルブ９１は、開度が変えられることにより、スロットルチャンバ５４を通過する新気空気の量を変えることができるようになっている。これにより、スロットルバルブ９１は、吸入される新気空気の量を調整する。

第１吸気管５３は、スロットルチャンバ５４と吸気コレクタ５１との間に設けられる。第１吸気管５３の管壁５３ｃは、略円弧状に湾曲しながら、スロットルチャンバ５４と吸気コレクタ５１とを連通している。また、第１吸気管５３の内側の空間の一部は、第１仕切板８１により、右バンクと左バンクとに対応して、第１吸気空間５３ａと第２吸気空間５３ｂと（第１仕切板８１の上下、図６参照）に分けられている。ここで、第１仕切板８１は、スロットルバルブ９１の付近（フランジ５３ｅ付近であってフランジ５３ｅより下流）から吸気コレクタ５１に至る部分に設けられている。さらに、第１吸気管５３の内側の空間の残りの部分は、第１仕切板８１よりも上流であってスロットルバルブ９１よりも下流に位置する第３吸気空間５３ｄとなっている。

ガス導入管７１は、スロットルチャンバ５４と第１仕切板８１との間で第１吸気管５３に合流するように接続されている。これにより、ガス導入管７１は、第３吸気空間５３ｄにパージガス（第１ガス）を導入することができるようになっている。ここで、パージガスは、燃料タンク（図示せず）の燃料の蒸発ガスが排出されるのを抑制するキャニスタ（図示せず）から導入されるガスである。

コレクタ壁５１ｃに囲まれて形成される吸気コレクタ５１は、スロットルバルブ９１及び第１吸気管５３の下流に設けられている。吸気コレクタ５１は、略直方体形状をしており、中央付近に第１吸気管５３が接続されている。また、吸気コレクタ５１は、第２仕切板８２により、右バンクと左バンクとに対応して、第１コレクタ空間と第２コレクタ空間と（第２仕切板８２の上下）に分けられている。ここで、第２仕切板８２の第１吸気管５３側の端部８２ｃは、第１仕切板８１の吸気コレクタ５１側の端部（下流側の部分）８１ｃと連続している。これにより、第１コレクタ空間は第２吸気空間５３ｂに連通されずに第１吸気空間５３ａに連通されており、第２コレクタ空間は第１吸気空間５３ａに連通されずに第２吸気空間５３ｂに連通されている。

吸気ブランチ５２は、吸気コレクタ５１とシリンダヘッド２０との間に設けられており、第１吸気管５３と反対側の部分で吸気コレクタ５１に接続されている。吸気ブランチ５２は、気筒数分（図２では６気筒）設けられた各吸気ポート２３に対応して分岐しており、第１分岐管５２ａ，第２分岐管５２ｂ，第３分岐管５２ｃ，第４分岐管５２ｄ，第５分岐管５２ｅ及び第６分岐管５２ｆを有している。ここで、第１分岐管５２ａ，第２分岐管５２ｂ及び第３分岐管５２ｃが右バンクに対応しており、第１コレクタ空間から右バンクの各吸気ポート２３へと延びている。また、第４分岐管５２ｄ，第５分岐管５２ｅ及び第６分岐管５２ｆが左バンクに対応しており、第２コレクタ空間から左バンクの各吸気ポート２３へと延びている。

そして、各吸気ポート２３の下流には、吸気ポート２３と燃焼室６３との間を開閉するように、吸気バルブ２１が設けられている。

（吸気装置の概略動作）
スロットルバルブ９１は、所定の開度で開かれる。これにより、吸入される量が調整された新気空気は、スロットルチャンバ５４を通過して第１吸気管５３の第３吸気空間５３ｄへ導入される。一方、ガス導入管７１には、キャニスタ（図示せず）からパージガスが導入される。ガス導入管７１に導入されたパージガスは、第３吸気空間５３ｄに導入される。そして、第３吸気空間５３ｄにおいて新気空気とパージガスとが混合して第１混合気が生成される。この第１混合気は、第１吸気空間５３ａと第２吸気空間５３ｂとへ分岐して、吸気コレクタ５１へ向かって流れる。これにより、共鳴吸気を行うために、第１吸気空間５３ａにおける第１混合気の脈動と、第２吸気空間５３ｂにおける第１混合気の脈動とは、位相を異ならせることができるようになっている。

そして、第１混合気は、第１吸気空間５３ａから第１コレクタ空間へ導入された後、第１分岐管５２ａ〜第３分岐管５２ｃを介して、右バンクの各吸気ポート２３に導入される。吸気ポート２３に導入された第１混合気は、吸気バルブ２１が開いた際に燃焼室６３へ導入される。

同様に、第１混合気は、第２吸気空間５３ｂから第２コレクタ空間へ導入された後、第４分岐管５２ｄ〜第６分岐管５２ｆを介して、左バンクの各吸気ポート２３に導入される。吸気ポート２３に導入された第２混合気は、吸気バルブ２１が開いた際に燃焼室６３へ導入される。

（第１吸気管及び第１仕切板の詳細構成）
図２の矢視V-Vから見た図を図５に示す。さらに、図２のVI-VI断面図を図６に示す。

スロットルバルブ９１の回転シャフト（回転軸）９１ａ（図１参照）を、フランジ５３ｅのスロットルチャンバ５４への接合面５３ｆと同一平面上に投影したものが、図５に破線で示されている。すなわち、第１仕切板８１は、上流側の部分８１ｂがスロットルバルブ９１の回転シャフト９１ａ（図１参照）に対して角度θ（例えば、１２度）をなして傾いている。具体的には、第１仕切板８１は、第１吸気空間５３ａを向く第１面８１ｄと、第２吸気空間５３ｂを向く第２面８１ｅとを有している。そして、互いに略平行な第１面８１ｄと第２面８１ｅとは、上流側の部分８１ｂにおいて、スロットルバルブ９１の回転シャフト９１ａに対して角度θをなして傾いている。

また、吸気装置７０が車載された状態における水平方向ＨＤは、スロットルバルブ９１の回転シャフト９１ａ（図１参照）に略平行である。すなわち、第１仕切板８１は、車載状態の水平方向ＨＤに対しても角度θ（例えば、１２度）をなして傾いている。具体的には、互いに略平行な第１面８１ｄと第２面８１ｅとは、上流側の部分８１ｂにおいて、車載状態の水平方向ＨＤに対して角度θをなして傾いている。このため、第１仕切板８１が水平方向ＨＤに対して傾いていない場合に比べて、中心軸ＣＡを通り水平方向ＨＤに平行な軸（図５では破線で示した回転シャフト９１ａと重なる軸）に関する第１吸気管５３及び第１仕切板８１の断面係数は向上している。このため、第１仕切板８１が水平方向ＨＤに対して傾いていない場合に比べて、水平方向ＨＤに略垂直な上下方向の振動を抑制することができるようになっている。

さらに、第１仕切板８１は、第１吸気管５３が延びている方向に沿って延びている。具体的には、第１仕切板８１の第１面８１ｄと第２面８１ｅとは、上流側の部分８１ｂから下流側の部分８１ｃに至るに従って、スロットルバルブ９１の回転シャフト９１ａ（図１参照）に対してなす角度がθから次第に０へと近づいていく。そして、第１仕切板８１の第１面８１ｄと第２面８１ｅとは、下流側の部分８１ｃにおいて、回転シャフト９１ａに対して略平行に延びている第２仕切板８２の第１吸気管５３側の端部８２ｃに連続しているとともに、回転シャフト９１ａに対してなす角度が略０度となっている。このように、第１面８１ｄと第２面８１ｅとは、滑らかな連続面を形成している。これにより、第１仕切板８１及び第１吸気管５３は、溶着面ＷＳ１（一点鎖線で示す）と溶着面ＷＳ２（二点鎖線で示す）と（図３参照）を介して、振動溶着工法により形成することができるようになっている。なお、振動溶着工法は、アルミ鋳物に利用されるＧＤＣ工法や、樹脂成型に利用されるロストコア工法に比べて、低コストの工法である。

一方、第１吸気管５３は、吸気装置７０が車載された状態において、上流側の部分５３ｈよりも下流の部分５３ｇが低くなるように形成されている。具体的には、第１吸気管５３は、フランジ５３ｅ付近から第１仕切板８１の上流側の部分８１ｂ付近にかけて、下部の管壁５３ｃが下方に傾斜するように延びている。なお、上部の管壁５３ｃは、フランジ５３ｅ付近から第１仕切板８１の上流側の部分８１ｂ付近にかけて、略同じ高さになっている。

また、第１吸気管５３の管壁５３ｃには、図４に示すように、第１仕切板８１の上流側の部分８１ｂとフランジ５３ｅとの間で開口されて開口部７１ａが形成されている。これにより、ガス導入管７１は、開口部７１ａを介して、第３吸気空間５３ｄへパージガスを導入することができるようになっている。

（第１吸気管における流体の詳細動作）
スロットルバルブ９１により吸入される量が調整された新気空気は、図６に白抜き矢印で示すように、スロットルチャンバ５４を通過して第１吸気管５３の第３吸気空間５３ｄへ導入される。ここで、スロットルバルブ９１の回転シャフト９１ａ（図１参照）から、フランジ５３ｅのスロットルチャンバ５４への接合面５３ｆと同一平面上へ引いた投影線の延長線ＰＬが、図５に破線で示されている。すなわち、スロットルチャンバ５４を通過する新気空気が回転シャフト９１ａからずれた位置を進むので、第３吸気空間５３ｄへ導入された新気空気も、投影線の延長線ＰＬからずれた位置を進む。

それに対して、ガス導入管７１には、キャニスタ（図示せず）からパージガスが導入される。ガス導入管７１に導入されたパージガスは、スロットルバルブ９１と第１仕切板８１との間において、開口部７１ａ（図６に破線で示す）を介して、第３吸気空間５３ｄに導入される。

第３吸気空間５３ｄに導入された新気空気と、第３吸気空間５３ｄに導入されたパージガスとは、開口部７１ａ付近から第１仕切板８１の上流側の部分８１ｂに至る位置で、混合して第１混合気となる。ここで、投影線の延長線ＰＬの下側を進む第１混合気は、第１仕切板８１の上流側の部分８１ｂに衝突して跳ね返る傾向にある。このため、第３吸気空間５３ｄにおいて、乱流が発生してパージガスと新気空気とのミキシングが促進されるので、上流側の部分８１ｂ付近へ到達した第１混合気は、濃度が略均一になる。

濃度が略均一になった第１混合気は、第１吸気空間５３ａと第２吸気空間５３ｂとへ分岐して、吸気コレクタ５１へ向かって流れる。

第１吸気空間５３ａへ導入された第１混合気は、第１コレクタ空間へ向かって流れる際に、その一部が第１面８１ｄに沿って流れる。ここで、第１面８１ｄが滑らかな連続面になっているので、第１吸気空間５３ａにおける通気抵抗が抑えられている。

同様に、第２吸気空間５３ｂへ導入された第１混合気は、第２コレクタ空間へ向かって流れる際に、その一部が第２面８１ｅに沿って流れる。ここで、第２面８１ｅが滑らかな連続面になっているので、第２吸気空間５３ｂにおける通気抵抗が抑えられている。

一方、第３吸気空間５３ｄには、新気空気又はパージガスとともに、水蒸気やオイルの蒸気が導入されることがある。このとき、第３吸気空間５３ｄにおいて、水蒸気やオイルの蒸気が凝縮して、第１吸気管５３の底に滞留して第３吸気空間５３ｄからスロットルチャンバ５４へ逆流する傾向にある。

この場合でも、第１吸気管５３は、上流側の部分５３ｈよりも下流の部分５３ｇが低くなるように形成されている。これにより、凝縮水・オイル分ＬＱなどは、図６に斜線の矢印で示すように、第１吸気管５３の底において、上流側の部分５３ｈから下流の部分５３ｇへと流れる。すなわち、凝縮水・オイル分ＬＱなどは、スロットルバルブ９１から遠い部分において、第１吸気管５３の底に溜まるようになっている。これにより、凝縮水・オイル分ＬＱがスロットルバルブ９１へ逆流することが低減されている。

（内燃機関の吸気装置に関する特徴）
（１）
ここでは、仕切部８０の第１仕切板８１は、上流側の部分８１ｂがスロットルバルブ９１の回転シャフト９１ａに対して傾いている。また、ガス導入管７１は、スロットルバルブ９１と仕切部８０の第１仕切板８１との間において、第１吸気管５３の第３吸気空間５３ｄにパージガスを導入する。これらにより、パージガスと新気空気とのミキシングが促進される。

このように、パージガスと新気空気とのミキシングが促進されるので、第１吸気空間５３ａから第１コレクタ空間経由で右バンクの各気筒へ導入される第１混合気と、第２吸気空間５３ｂから第２コレクタ空間経由で左バンクの各気筒へ導入される第１混合気とは、それぞれ略均一になっている。この結果、パージガスの気筒分配は均一化される。

（２）
ここでは、仕切部８０の第１仕切板８１は、上流側の部分８１ｂが車載状態の水平方向ＨＤに対して傾いている。これにより、第１吸気管５３及び第１仕切板８１の断面係数が上がっているので、上下方向の振動は抑制されている。

（３）
ここでは、仕切部８０の第１仕切板８１は、第１吸気管５３が延びている方向に沿って延びている。このため、第１仕切板８１の第１面８１ｄと第２面８１ｅとが滑らかな連続面を形成するようになるので、仕切部８０の第１仕切板８１及び第１吸気管５３を低コストの振動溶着工法により形成することができるようになっている。また、第１吸気空間５３ａや第２吸気空間５３ｂにおける通気抵抗は抑えられている。

（４）
ここでは、第１吸気管５３は、上流側の部分５３ｈよりも低い部分５３ｇを有する。これにより、スロットルバルブ９１の近傍の下流において第１吸気管５３の底に凝縮水やオイル分などが溜まってスロットルバルブ９１へ逆流することが低減されるので、スロットルバルブ９１の固着しぶりは防止される。

（変形例）
（Ａ）第１仕切板８１の上流側の部分８１ｂがスロットルバルブ９１の回転シャフト９１ａに対して傾いている角度θは、１２度である代わりに、１２度以外の７度〜１９度の値であってもよい。この場合でも、投影線の延長線ＰＬの下側を進む第１混合気を、第１仕切板８１の上流側の部分８１ｂに衝突して跳ね返るようにすることができ、第１吸気空間５３ａにおける通気抵抗や第２吸気空間５３ｂにおける通気抵抗を抑えることができる。

（Ｂ）ガス導入管７１により第３吸気空間５３ｄに導入されるのは、パージガスである代わりに、ブローバイガスやＥＧＲガスなどであってもよい。

この場合でも、仕切部８０の第１仕切板８１は、上流側の部分８１ｂがスロットルバルブ９１の回転シャフト９１ａに対して傾いている。これにより、ブローバイガスやＥＧＲガスなどと新気空気とのミキシングは促進される。

（Ｃ）内燃機関１は、Ｖ型である代わりに、水平対向型であっても良い。また、内燃機関１は、６気筒の機関である代わりに、４気筒、８気筒、１０気筒、１２気筒などの機関であってもよい。

本発明に係る吸気装置は、パージガスなどのガスの気筒分配を均一化することができるという効果を有し、吸気装置等として有用である。

本発明の実施形態に係る内燃機関の断面図。吸気装置の平面図。図２の矢視III-IIIから見た図。図３のIV-IV断面図。矢視V-Vから見た図。図２のVI-VI断面図。

符号の説明

１内燃機関
５０吸気通路
５１吸気コレクタ
５３第１吸気管
５３ａ第１吸気空間
５３ｂ第２吸気空間
７１ガス導入管
８０仕切部
８１第１仕切板
８１ｂ上流側の部分
９１スロットルバルブ（調整弁）
９１ａ回転シャフト（回転軸）
ＨＤ水平方向

Claims

内燃機関の吸気通路に設けられ、前記吸気通路に吸入される新気空気の量を調整する調整弁と、
前記吸気通路において、前記調整弁の下流に設けられる吸気コレクタと、
前記調整弁と前記吸気コレクタとの間に設けられる第１吸気管と、
前記第１吸気管の内側の空間の一部を第１吸気空間と第２吸気空間とに分ける仕切部と、
前記調整弁と前記仕切部との間において、前記第１吸気管の内側の空間に第１ガスを導入するガス導入管と、
を備え、
前記仕切部は、上流側の部分が前記調整弁の回転軸に対して傾いている、
吸気装置。
前記第１ガスは、パージガス、ブローバイガス又はＥＧＲガスを含む、
請求項１に記載の吸気装置。
前記仕切部は、上流側の部分が車載状態の水平方向に対して傾いている、
請求項１又は２に記載の吸気装置。
前記仕切部は、前記第１吸気管が延びている方向に沿って延びている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の吸気装置。
前記第１吸気管は、上流側の部分よりも低い部分を有する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の吸気装置。