JP4517853B2

JP4517853B2 - Ｖ型内燃機関の吸気コレクタ

Info

Publication number: JP4517853B2
Application number: JP2004370356A
Authority: JP
Inventors: 晋石崎; 孝伸杉山; 亮介日吉; 毅有永
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: JP2006177222A

Description

この発明は、Ｖ型内燃機関の吸気コレクタ、特に、吸気弁のバルブリフト特性を可変動弁機構を用いて可変制御することにより吸入空気量を制御するようにしたＶ型内燃機関に好適な吸気コレクタに関する。

例えば特許文献１にはＶ型６気筒内燃機関の吸気コレクタの一例が開示されており、この吸気コレクタでは、内燃機関のＶバンク間の位置となる中央部に、一対のコレクタ部が設けられ、機関後方のスロットルチャンバから各コレクタ部へ吸気が分流し、各コレクタ部から左右バンクの各気筒へ吸気が流れるように構成されている。

また特許文献２には、吸気弁のバルブリフト特性を可変制御することで、スロットル弁に依存せずに、内燃機関の吸入空気量ひいては負荷を制御するようにした吸気制御装置の一例が開示されている。
特開平８−１０５３６０号公報特開２００２−２５６９０５号公報

上記の特許文献１は、スロットル弁によって吸入空気量の制御を行うことを前提としたものであり、スロットル弁開度変化に対する応答性や各気筒への分配の点から、上記のように、中央部に配置したスロットルチャンバの下流で２つのコレクタ部に並列的に吸気を分けている。そのため、スロットルチャンバへ向かう吸気ダクトが、小さな曲率半径で曲がるようなレイアウトとなりやすく、２つのコレクタ部へ分流することと相俟って、吸気コレクタ内での圧力損失が大きい。

特許文献２等に開示されるバルブリフト特性による負荷制御では、アクセル開度変化に伴ってバルブリフト特性が変化することで吸入空気量が調整されるので、吸気弁上流側の吸気コレクタ等における応答性や気筒分配の問題は生じない。

従って、本発明は、このようなバルブリフト特性の可変制御により吸入空気量を制御するＶ型内燃機関に好適な吸気コレクタを提供することを目的としている。

本発明は、請求項１のように、吸気弁のバルブリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構を備え、機関運転条件に応じて上記バルブリフト特性を制御することにより内燃機関の吸入空気量を制御するようにしたＶ型内燃機関の吸気コレクタであって、上記吸気コレクタは、外周部に沿って吸気主流が旋回する環状流路を構成するように、左右両側にそれぞれ第１，第２コレクタ部を備えるとともに、両者の一端部が連通路によって一体に接続され、かつ上記第１コレクタ部の他端部のみに、吸気主流の旋回方向に沿った吸気入口が設けられている。上記吸気コレクタの底面の中央部には、下部マニホルドを介して左右バンクのシリンダヘッドに接続される各気筒の吸気出口が配置されている。そして、上記吸気出口から、一方のバンクの気筒は第１コレクタ部へ、他方のバンクの気筒は第２コレクタ部へ、向かうように振り分けられ、かつそれぞれ先端が各コレクタ部へ向かって開口した複数のブランチ部を備えており、この複数のブランチ部が、上記環状流路の内周側に配置されている。

従って、この構成では、吸気入口から吸気コレクタ内に流入した吸気の主流は、吸気コレクタの外周部に沿って、第１コレクタ部、連通路、第２コレクタ部の順に流れる。そして、第１コレクタ部から一方のバンクの各気筒へ流れ、第２コレクタ部から他方のバンクの各気筒へ流れる。従って、吸気主流は２つのコレクタ部へ分岐することがなく、その分岐に伴う通気抵抗が生じない。

本発明の望ましい一つの態様では、外周部を流れる吸気主流に対する各気筒のブランチ部の開口端の角度が、各気筒で異なる。上記のように２つのコレクタ部に順に吸気主流が流れるため、各気筒の通路長は比較的大きく異なるものとなり、そのままでは、吸気主流の下流側の気筒ほど吸気量が少なくなる傾向となる。これに対し、吸気主流に対するブランチ部の開口端の正対度合を適切に設定すると、通路長の影響を相殺できる。一般には、下流側の気筒ほど吸気主流に正対して開口するように構成することになる。

また、同様の理由から、本発明の望ましい一つの態様では、第１コレクタ部と連通路と第２コレクタ部とからなる環状流路の実質的な流路断面積が、上記吸気入口から下流へ向かうに従って徐々に縮小するように構成されている。このように構成することによって、吸気主流の下流側での流速低下を抑制でき、各気筒の吸気量を均一化できる。

本発明の一つの態様では、環状流路となる第１コレクタ部と連通路と第２コレクタ部とが、略Ｕ字形に連続したものとなる。また、他の一つの態様では、上記環状流路が吸気コレクタの全周に連続するように、吸気主流の最下流となる上記第２コレクタ部の他端部が上記第１コレクタ部の他端部に連通している。

本発明の具体的な一つの態様では、上記吸気コレクタは、内周部に複数のブランチ部を備えた上面開口の偏平なコレクタボディと、このコレクタボディの上面開口を覆うコレクタカバーと、から構成される。この場合、コレクタカバーで覆われたコレクタボディ内部が一つの空間となり、上記第１，第２コレクタ部が、ブランチ部周囲の空間によって互いに連通したものとなる。これにより、構成が非常に単純化する。

望ましくは、上記コレクタカバーは、上記環状流路と重ならない内周部に、先端がコレクタボディ側に当接する補強リブを備える。このように補強リブを配置することで、偏平な吸気コレクタを補強でき、かつ外周部の環状流路を流れる吸気主流を阻害することがない。

この発明によれば、吸気入口から流入した吸気主流が２つのコレクタ部へ分岐することなく、２つのコレクタ部を順に流れるので、通気抵抗が少なくなり、機関の出力の向上が図れる。

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。

図１〜図５は、この発明を、Ｖ型６気筒内燃機関の吸気コレクタに適用した実施例を示している。なお、この吸気コレクタが用いられる内燃機関は、前述した特許文献２に開示されている吸気装置と同様に、例えば、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大・縮小させる第１の可変動弁機構と、作動角の中心角を連続的に遅進させる第２の可変動弁機構と、を組み合わせてなる可変動弁装置を備えており、リフト・作動角と中心角との組み合わせにより実現される吸気弁のバルブリフト特性の可変制御によって、吸入空気量の制御を行うようになっている。なお、一般的なスロットル弁に代えて、ブローバイガスの処理等のための僅かな負圧を生成する目的で、電子制御スロットル弁と同様の形態をなす負圧生成弁を備えている場合もある。

この実施例の吸気コレクタは、左右バンクのバンク間の上方に配置されるものであって、図１，図２に示すように、偏平な上面開口のコレクタボディ１と、このコレクタボディ１の上面開口を覆う板状のコレクタカバー２と、から大略構成されている。これらのコレクタボディ１およびコレクタカバー２は、いずれも合成樹脂製のものであって、外周のフランジ部同士が、図示せぬ複数のボルトや接着剤等の適宜な手段でもって互いに接合され、かつシールされている。

図５は、コレクタカバー２を取り外したコレクタボディ１のみを示しており、このコレクタボディ１は、平面図上においては、概ね円形をなし、その内周部に、♯１気筒〜♯６気筒にそれぞれ対応する６本のブランチ部１１〜１６が配置されている。そして、このブランチ部１１〜１６の外周側を囲むように、第１コレクタ部４、第２コレクタ部５、および両者の一端部を互いに接続する連通路６が設けられており、これらによって、吸気主流が流れる環状流路が構成されている。取付フランジ７を有する吸気入口８が、第１コレクタ部４の他端部つまり連通路６と反対側に設けられており、この吸気入口８は、環状流路の接線方向に沿って吸気を導くように、その方向が設定されているとともに、この吸気入口８のすぐ下流側部分が、第１コレクタ部４の一部ともなる直線状の導入路９となっている。また、この実施例では、連通路６と反対側となる第２コレクタ部５の端部５ａと第１コレクタ部４の端部４ａとは、連通路６よりは通路断面積が狭まっているものの、遮断されることなく互いに連通している。従って、吸気入口８から流入した吸気主流は、図５に矢印Ｓ１，Ｓ２として示すように、第１コレクタ部４、連通路６、第２コレクタ部５の順に、吸気コレクタの外周部に沿って流れ、かつ第２コレクタ部５からさらに第１コレクタ部４へと戻る。つまり全周に亘って外周部に沿って旋回する。

ここで、図３，図４にも示すように、吸気コレクタは、気筒列方向に、その上下厚さ寸法が徐々に変化しており、車載時に車両前方となる♯１気筒側で最も上下に狭く、車両後方となる♯６気筒側で最も上下に広くなっている。上記連通路６は、♯６気筒側にある。

上記コレクタボディ１の底面中央部には、下方へ筒状に突出した形に、６個の吸気出口１８がほぼ一列に並んで配置されている。これらの吸気出口１８は、図示せぬ下部マニホルドを介して、左右バンクのシリンダヘッドの吸気ポートに接続される。

ブランチ部１１〜１６は、コレクタボディ１中央に並んだ吸気出口１８と左右の第１，第２コレクタ部４，５とを接続するものであって、図５，図２に示すように、一方のバンクの♯１，♯３，♯５気筒用のブランチ部１１，１３，１５は、吸気出口１８からコレクタボディ１底部に沿うようにして第２コレクタ部５側へ湾曲しつつ延び、かつそれぞれの先端１１ａ，１３ａ，１５ａが、第２コレクタ部５へ向かって開口している。同様に、他方のバンクの♯２，♯４，♯６気筒用のブランチ部１２，１４，１６は、吸気出口１８からコレクタボディ１底部に沿うようにして第１コレクタ部４側へ湾曲しつつ延び、かつそれぞれの先端１２ａ，１４ａ，１６ａが、第１コレクタ部４へ向かって開口している。つまり、この実施例では、６本のブランチ部１１〜１６は、交互に左右へ振り分けられている。なお、図示せぬシリンダヘッドとの関係では、各ブランチ部１１〜１６は、Ｕターンするように流れるいわゆるターンフロー型の構成となっており、第１コレクタ部４の下方に位置するバンクの気筒が第１コレクタ部４側に、第２コレクタ部５の下方に位置するバンクの気筒が第２コレクタ部５側に、それぞれ連通しているが、本発明はこれに限定されず、一方のコレクタ部の下方に位置するバンクの気筒が反対側のコレクタ部に連通する、いわゆるクロスフロー型の構成とすることもできる。

コレクタボディ１のブランチ部１１〜１６の上方は、コレクタカバー２を取り付けた状態においても、多少の隙間が残存し、コレクタカバー２との間は特にシールされていない。従って、第１コレクタ部４と第２コレクタ部５は、実際には一つの空間として一体に連通しており、両コレクタ部４，５の明確な境界は存在しない。換言すれば、コレクタボディ１とコレクタカバー２とからなる一つの偏平な空間の中心部に６本のブランチ部１１〜１６が存在し、その外周の残りの部分が、環状流路（つまり第１コレクタ部４、第２コレクタ部５、連通路６）となる。但し、吸気主流は、遠心力によって吸気コレクタの外周部を旋回しようとするので、ブランチ部１１〜１６の上方の空間を横切る流れは殆ど存在しない。

また、６本のブランチ部１１〜１６は、基本的には、中央部の吸気出口１８から気筒列と直交する方向へ沿って延びているが、各々の具体的な形状はそれぞれ異なり、特に、吸気主流に対する各ブランチ部１１〜１６の開口端１１ａ〜１６ａの角度が、気筒間分配性能を考慮して設定されている。具体的には、吸気入口８に近い♯２気筒用ブランチ部１２や♯４気筒用ブランチ部１４は、第１コレクタ部４の吸気主流方向に略直交して開口している。これに対し、吸気主流の最も下流となる♯１気筒用ブランチ部１１は、第２コレクタ部５の吸気主流方向に対して、正対に近い角度で対向している。そして、吸気主流の順で、♯６気筒用ブランチ部１６、♯５気筒用ブランチ部１５、♯３気筒用ブランチ部１３は、吸気主流に対し直交する状態から徐々に正対に近づくように、その向きが異なっている。このように構成することにより、吸気主流の上流側，下流側による気筒毎の吸気量のばらつきが抑制される。

また、同様の理由により、６本のブランチ部１１〜１６の外周部に構成される環状流路は、その実質的な流路断面積が、上流側（吸気入口８近傍）から下流側（第２コレクタ部５の端部５ａ）へ向かって徐々に小さくなることが望ましい。このようにすれば、環状流路内の吸気主流の流速がより一定となる。

なお、コレクタボディ１の成形に際しては、中子を用いてブランチ部１１〜１６を含む全体を一体に成形してもよく、あるいは、成形の複雑化を回避するために、ブランチ部１１〜１６の上面部分をコレクタボディ１の底壁部分とは別部品として成形し、これら２つの部品を溶着ないしは接着等で一体化するようにしてもよい。

一方、薄板状をなすコレクタカバー２は、その剛性を高めるために、エンボス状の補強リブ２１を４箇所に備えている。これらの補強リブ２１は、外周部を旋回する吸気主流を阻害しないように、環状流路（第１コレクタ部４、第２コレクタ部５、連通路６）とは重ならない位置、つまり吸気コレクタの内周部にある。具体的には、片側３本ずつ並んだブランチ部１１〜１６の間に、それぞれ配置されている。これらの補強リブ２１は、隣接するブランチ部１１〜１６の向きに沿った細長い形状をなし、吸気主流から各ブランチ部１１〜１６へ向かう吸気の流れを案内するガイドベーンとしても機能している。上記補強リブ２１は、その先端がコレクタボディ１側の底部、詳しくは僅かに上方へ高くなったボス部２２（図５参照）に当接する。

上記の構成においては、図示せぬ吸気ダクトを介して吸気入口８へ導入された吸気は、前述したように、遠心力でもって吸気コレクタの外周部の環状流路を旋回し、かつ各コレクタ部４，５からそれぞれ各気筒のブランチ部１１〜１６へ導入される。吸入空気量の制御は吸気ポート下流の吸気弁でなされるので、吸気コレクタ内は、常にほぼ大気圧（前述した負圧制御弁を具備する場合でも非常に弱い負圧）に維持されており、アクセル開度変化に対する圧力変化の応答性を考慮する必要はない。従って、吸気主流が吸気コレクタ内で２つのコレクタ部に分岐することがないため、通気抵抗が少なく、出力向上の上で有利となる。また上記構成では、吸気入口８が、円盤状をなす吸気コレクタの側部において接線方向に設けられるので、例えば、Ｖ型６気筒内燃機関を車両前部のエンジンルーム内にいわゆる縦置形式に搭載した場合に、車体前端に位置するエアクリーナから吸気入口８へと吸気ダクトを直線状にレイアウトすることができ、この点からも、通気抵抗が最小限となる。

次に、図６は、この発明に係る吸気コレクタの第２の実施例を概略的に示している。この実施例においては、第１コレクタ部４と第２コレクタ部５とが連通路６によって接続され、略Ｕ字形に環状流路が構成されている。つまり、この実施例では、環状流路の最下流となる第２コレクタ部５の他端部は、第１コレクタ部４の他端部に連続しておらず、吸気入口８から流入した吸気主流は、矢印Ｓのように、第１コレクタ部４、連通路６、第２コレクタ部５の順に旋回するものの、全周に亘って旋回する形とはならない。内周部のブランチ部１１〜１６の構成は前述した実施例と同様である。

この発明に係る吸気コレクタの斜視図。コレクタボディとコレクタカバーとの分解斜視図。この吸気コレクタの側面図。この吸気コレクタの図５のＡ−Ａ線に沿った断面図。コレクタボディのみを示す平面図。本発明の第２の実施例を示す平面図。

符号の説明

１…コレクタボディ
２…コレクタカバー
４…第１コレクタ部
５…第２コレクタ部
６…連通路
８…吸気入口
１１〜１６…ブランチ部
１８…吸気出口
２１…補強リブ

Claims

吸気弁のバルブリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構を備え、機関運転条件に応じて上記バルブリフト特性を制御することにより内燃機関の吸入空気量を制御するようにしたＶ型内燃機関の吸気コレクタであって、
上記吸気コレクタは、外周部に沿って吸気主流が旋回する環状流路を構成するように、左右両側にそれぞれ第１，第２コレクタ部を備えるとともに、両者の一端部が連通路によって一体に接続され、かつ上記第１コレクタ部の他端部のみに、吸気主流の旋回方向に沿った吸気入口が設けられており、
上記吸気コレクタの底面の中央部には、下部マニホルドを介して左右バンクのシリンダヘッドに接続される各気筒の吸気出口が配置されており、
上記吸気出口から、一方のバンクの気筒は第１コレクタ部へ、他方のバンクの気筒は第２コレクタ部へ、向かうように振り分けられ、かつそれぞれ先端が各コレクタ部へ向かって開口した複数のブランチ部を備えるとともに、この複数のブランチ部が、上記環状流路の内周側に配置されていることを特徴とするＶ型内燃機関の吸気コレクタ。
外周部を流れる吸気主流に対する各気筒のブランチ部の開口端の角度が、各気筒で異なることを特徴とする請求項１に記載のＶ型内燃機関の吸気コレクタ。
上記環状流路が吸気コレクタの全周に連続するように、吸気主流の最下流となる上記第２コレクタ部の他端部が上記第１コレクタ部の他端部に連通していることを特徴とする請求項１または２に記載のＶ型内燃機関の吸気コレクタ。
上記吸気コレクタは、内周部に複数のブランチ部を備えた上面開口の偏平なコレクタボディと、このコレクタボディの上面開口を覆うコレクタカバーと、から構成され、上記第１，第２コレクタ部が、ブランチ部周囲の空間によって互いに連通し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型内燃機関の吸気コレクタ。
上記コレクタカバーは、上記環状流路と重ならない内周部に、先端がコレクタボディ側に当接する補強リブを備えることを特徴とする請求項４に記載のＶ型内燃機関の吸気コレクタ。