説明

内燃機関の吸気構造

【課題】吸気コレクタの容量の制約に捕らわれず、所望のエンジン出力を得られる分岐通路の長さを設定することができる吸気構造を安価に構成する。
【解決手段】内燃機関の吸気構造は、吸気マニホールド1と、スロットル弁の下流側に配置され吸気コレクタ2と、吸気マニホールド1と吸気コレクタ2との接続部分に摺動可能に配置された可動部材3と、可動部材3を可動させるアクチュエータ6と、を有する。可動部材3は、分岐通路から吸気コレクタ2内へ引き出すことで分岐通路の通路長さを変更可能な分岐通路延長部4と、吸気コレクタ2の一側壁を構成し、吸気コレクタ2内を進退移動することで吸気コレクタ2の容積を変更可能な吸気コレクタ可動壁部5と、を有し運転状態に応じて可動部材3を可動させ、分岐通路の長さ及び吸気コレクタ2の容積を連続的に可変させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の吸気構造に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、吸気通路の一部を構成する吸気管を、シリンダヘッドに固定される固定部と、この固定部に入れ子状に摺動自在に収容される可動部とから構成し、上記固定部に対して上記可動部を進退移動させることで、吸気通路の長さを運転状態に応じて変更できるようした技術が開示されている。また、この特許文献1においては、上記固定部の下端に形成されたフランジがシリンダヘッドに結合されており、このフランジの近傍に燃料噴射弁が設けられ、この燃料噴射弁の僅かに上流側にスロットル弁が設けられている。
【0003】
ここで、吸気マニホールドの吸気導入口から各シリンダまでの各吸気通路内、すなわち吸気コレクタよりも下流側に位置する各分岐通路内の吸気脈動を利用して内燃機関の出力向上を図る場合には、分岐通路長を短くすると吸気脈動の効果を短い時間で利用できるので、内燃機関の回転数が高い時(高回転数)には上記分岐通路が短いほどよいことになる。
【0004】
また、上記各分岐通路内の吸気の慣性効果を利用して内燃機関の出力向上を図る場合には、内燃機関の回転数が低いほど上記分岐通路長を長く、内燃機関の回転数が高いほど上記分岐通路長を短くすることが望ましい。
【0005】
吸気の慣性効果は、そのサイクルの吸気行程始めに生じた負圧波の反射を利用する。吸気行程の初期に、上記分岐通路内のバルブ(吸気弁)付近の空気はシリンダから吸われてそこに負圧が生じる。この負圧が上記分岐通路内を伝わり大気側(吸気コレクタ側)に達する。そこで負圧波は逆位相の正圧波として反射されバルブ側に伝播する。
【0006】
シリンダ内では、吸気行程後半(BDC以後)にピストンが上昇し、シリンダ内へ一旦吸入した新気を上記分岐通路に吹き返してしまう。そのタイミングに反射されて返ってきた正圧波がバルブ位置に来ると吹き返しが抑制され体積効率は向上する。これが吸気慣性効果である。この吸気慣性効果を支配している要因は、次式(1)で表すことができる。
【0007】
【数1】

【0008】
尚、この式(1)において、fは周波数、Vは行程容積、Aは分岐通路(吸気マニホールドの吸気導入口から各シリンダまでの吸気通路)の断面積、Lは分岐通路(吸気マニホールドの吸気導入口から各シリンダまでの吸気通路)の長さ、aは音速である。
【0009】
上記式(1)より、上記分岐通路の断面積、長さがこの周波数に影響を及ぼす。従って、周波数をあげる、すなわちエンジンの高回転域に慣性効果を同調させるには上記分岐通路を短くし、上記分岐通路の断面積を大きくする必要がある。また、周波数をさげる、すなわちエンジン低回転域に慣性効果を同調させるには吸気管を長くし、上記分岐通路の断面積を小さくする必要がある。つまり、エンジン出力向上の為には、エンジン全回転域において上記分岐通路長を連続的に変化させる必要がある。
【特許文献1】特開平4−183952号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、上述した特許文献1に開示されるように吸気通路の長さを可変とするような吸気システムにおいては、吸気システムに吸気コレクタが設けられていると、上記吸気通路の長さを長くした場合に、可動部の固定部から飛び出した部分は吸気コレクタ内に収容されることになるため、エンジン低回転時に上記分岐通路を長くできるように吸気通路長の可変量を増加させると、吸気コレクタの容量の増大を招くことになり、アイドル安定性の悪化やレスポンス低下を招く虞がある。
【0011】
また、吸気コレクタの容量を規制すれば、アイドル安定性の悪化やレスポンス低下を抑制することは可能となるが、吸気コレクタの容量が規制されるために吸気通路長の可変量が相対的に小さくなり、狙いのエンジン出力を得るだけの吸気通路長が得られない虞がある。
【0012】
そして、特許文献1においては、上記固定部の下端にスロットル弁が設けられているので、吸気コレクタの容量を大きくしても、アイドル安定性の悪化やレスポンス低下を抑制することは可能であるが、各気筒毎にスロットル弁が設けられる構成となっているため、吸気コレクタの上流側に一つのスロットル弁を配置する構成に比べて、必要とするスロットル弁の数が多くなり、コストが大幅に増加してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
そこで、本発明に係る内燃機関の吸気構造は、気筒数に応じた分岐通路を連結してなる吸気マニホールドと、スロットル弁の下流側に配置され、上記吸気マニホールドの一端側が接続された吸気コレクタと、上記吸気マニホールドと上記吸気コレクタとの接続部分の内側に、両者に跨って摺動可能に配置された可動部材と、上記可動部材を可動させる可動手段と、を有し、上記可動部材は、上記吸気マニホールドの各分岐通路内に摺動可能に収容され、上記分岐通路から上記吸気コレクタ内へ引き出すことで上記分岐通路の通路長さを変更可能な分岐通路延長部と、上記吸気コレクタ内に摺動可能に収容されて該吸気コレクタの一側壁を構成すると共に、上記分岐通路延長部の一端部が接続され、上記吸気コレクタ内を進退移動することで該吸気コレクタの容積を変更可能な吸気コレクタ可動壁部と、を有し、運転状態に応じて上記可動部材を可動させることで、上記分岐通路の長さ及び上記吸気コレクタの容積をそれぞれ連続的に可変させることを特徴としている。
【0014】
これによって、上記可動部材を可動させ、上記分岐通路延長部を上記分岐通路から引き出し、上記分岐通路の通路長さを長くすると、上記吸気コレクタの容量は小さくなる。また、上記可動部材を可動させ、上記分岐通路延長部の上記分岐通路に収容される部分の長さが長くなるようにするほど、上記吸気コレクタの容量は大きくなる。つまり、上記可動部材は、上記分岐通路の通路長さが長くなるほど、上記吸気コレクタの容量が小さくなるように可動する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、吸気マニホールドの分岐通路の通路長さが長くなるほど吸気コレクタの容量が小さくなるように可動部材が可動するので、各気筒毎にスロットル弁を設けることなく、かつ吸気コレクタの容量の制約に捕らわれず、所望のエンジン出力を得られる吸気マニホールドの分岐通路の長さを設定することができる吸気構造を安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る内燃機関の吸気構造の要部を模式的に示した説明図である。尚、本実施形態においては内燃機関は4気筒である。
【0017】
吸気マニホールド1は、一端側が吸気コレクタ2に接続され、他端側が図示せぬシリンダヘッドに接続されている。吸気コレクタ2はスロットル弁(図示せず)の下流側に位置している。尚、吸気マニホールド1の下流側には、吸気弁(図示せず)以外に吸気通路を開閉するあるいは絞るような弁はない。
【0018】
吸気マニホールド1は、4つの分岐通路を有し、一端側の吸気マニホールド一端部1aにおいては分岐通路が2つづつ連結されてなり、他端側の吸気マニホールド他端部1bにおいては4つの分岐通路が一体となって連結されている。
【0019】
吸気マニホールド1と吸気コレクタ2との接続部分の内側には、両者に跨って摺動可能に可動部材3が配置されている。
【0020】
可動部材3は、吸気マニホールド一端部1aの各分岐通路内に摺動可能に収容された筒状の4つの分岐通路延長部4と、吸気コレクタ2内に摺動可能に収容されると共に、吸気コレクタ2の実質的な一側壁を構成する板状の吸気コレクタ可動壁部5と、から大略構成されている。詳述すると、各分岐通路延長部4は入れ子状に吸気マニホールド一端部1aの各分岐通路に収容されている。
【0021】
各分岐通路延長部4は、それぞれその一端部が吸気コレクタ可動壁部5に接続され、吸気コレクタ可動壁部5に形成された開口部5aを介して吸気コレクタ2内と連通している。
【0022】
そして、吸気コレクタ可動壁部5には、アクチュエータ6(可動手段)によって進退移動するロッド7(可動手段)の一端部が接続されている。アクチュエータ6は、吸気コレクタ可動壁部5に対向する吸気コレクタ2の他側壁8に取り付けられている。アクチュエータ6及びロッド7は、可動部材3を可動させる可動手段に相当するものである。
【0023】
可動部材3は、ロッド7の動きに追従して可動する。詳述すると、ロッド7の一端部が吸気コレクタ2の他側壁8側(アクチュエータ6側)に引き寄せられるように動くと、分岐通路延長部4が吸気マニホールド一端部1aから引き出され、吸気マニホールド1の分岐通路の実質的な通路長が長くなると共に、吸気コレクタ可動壁部5が吸気コレクタ2の他側壁8側(アクチュエータ6側)に移動し、吸気コレクタ2のコレクタ容積が相対的に小さくなる。また、ロッド7の一端部が吸気コレクタ2の他側壁8側(アクチュエータ6側)から遠ざかるように動くと、分岐通路延長部4が、吸気マニホールド一端部1aに押し戻され、吸気マニホールド1の分岐通路の実質的な通路長が短くなると共に、吸気コレクタ可動壁部5が吸気コレクタ2の他側壁8側(アクチュエータ6側)から遠ざかるように移動し、吸気コレクタ2のコレクタ容積が相対的に大きくなる。
【0024】
そして、本実施形態においては、図2に示すように、運転状態に応じて、吸気コレクタ2のコレクタ容積と、吸気マニホールド1の分岐通路の長さとを同時にかつ連続的に可変させる。
【0025】
すなわち、内燃機関の回転数が低い場合(低速域の場合)には、図2aに示すように、吸気コレクタ2のコレクタ容積が小さく、かつ吸気マニホールド1の分岐通路の長さが長くなるよう、可動部材3をアクチュエータ6により可動する。つまり、低速域では、アイドル安定性を考慮して吸気コレクタ2のコレクタ容量を小さくしつつ、低速トルク向上のために吸気コレクタ2下流側の吸気通路の長さを長くすることができる。
【0026】
そして、内燃機関の回転数が上昇するのにともない、吸気コレクタ2のコレクタ容積を大きくしていくと共に、吸気マニホールド1の分岐通路の長さを短くしていく(図2b)。つまり、中速域では、低速域に比べて吸気コレクタ2のコレクタ容量が相対的に拡大することにより出力向上を図りつつ、内燃機関の回転数及び負荷に応じて吸気マニホールド1の分岐通路の長さ、つまり吸気コレクタ2下流側の吸気通路の長さを最適な長さに設定することができる。
【0027】
また、内燃機関の回転数が高い場合(高速域の場合)には、図3cに示すように、吸気コレクタ2のコレクタ容積が大きく、かつ吸気マニホールド1の分岐通路の長さが短くなるよう、可動部材3をアクチュエータ6により可動する。つまり、高速域では、さらなる出力向上を図るために、吸気コレクタ2のコレクタ容量を大きくしつつ、吸気コレクタ2下流側の吸気通路の長さを短くすることができる。
【0028】
以上説明してきたように、本実施形態においては、吸気マニホールド1の分岐通路の通路長さが長くなるほど吸気コレクタ2の容量が小さくなるように可動部材3が可動するので、各気筒毎にスロットル弁を設けることなく、かつ吸気コレクタ2の容量の制約に捕らわれずに、所望のエンジン出力を得られる吸気マニホールド1の分岐通路の長さを設定することができる吸気構造を安価に構成することができる。
【0029】
また、本実施形態においては、高速域ほど吸気マニホールド1の分岐通路の通路長さを短くし、低速域ほど吸気マニホールド1の分岐通路の通路長さを長く設定することができるので、吸気コレクタ2下流側の吸気通路内の吸気脈動及び吸気の慣性効果を利用して内燃機関の出力向上を図ることができる。
【0030】
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【0031】
(1) 内燃機関の吸気構造は、気筒数に応じた分岐通路を連結してなる吸気マニホールドと、スロットル弁の下流側に配置され、上記吸気マニホールドの一端側が接続された吸気コレクタと、上記吸気マニホールドと上記吸気コレクタとの接続部分の内側に、両者に跨って摺動可能に配置された可動部材と、上記可動部材を可動させる可動手段と、を有し、上記可動部材は、上記吸気マニホールドの各分岐通路内に摺動可能に収容され、上記分岐通路から上記吸気コレクタ内へ引き出すことで上記分岐通路の通路長さを変更可能な分岐通路延長部と、上記吸気コレクタ内に摺動可能に収容されて該吸気コレクタの一側壁を構成すると共に、上記分岐通路延長部の一端部が接続され、上記吸気コレクタ内を進退移動することで該吸気コレクタの容積を変更可能な吸気コレクタ可動壁部と、を有し、運転状態に応じて上記可動部材を可動させることで、上記分岐通路の長さ及び上記吸気コレクタの容積をそれぞれ連続的に可変させる。
【0032】
これによって、上記可動部材を可動させ、上記分岐通路延長部を上記分岐通路から引き出し、上記分岐通路の通路長さを長くすると、上記吸気コレクタの容量は小さくなる。また、上記可動部材を可動させ、上記分岐通路延長部の上記分岐通路に収容される部分の長さが長くなるようにするほど、上記吸気コレクタの容量は大きくなる。つまり、上記可動部材は、上記分岐通路の通路長さが長くなるほど、上記吸気コレクタの容量が小さくなるように可動する。
【0033】
そのため、吸気コレクタの容量の制約に捕らわれず、所望のエンジン出力を得られる吸気マニホールドの分岐通路の長さを設定することができる吸気構造を安価に構成することができる。
【0034】
(2) 上記(1)に記載の内燃機関の吸気構造において、可動部材は、具体的には、内燃機関の回転数が高くなるほど、上記分岐通路の長さを短く、かつ上記吸気コレクタの容積を大きくするように可動させる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明に係る内燃機関の吸気構造の要部を模式的に示した説明図。
【図2】本発明に係る内燃機関の吸気構造における可動部材の運転状態に応じた位置を模式的に示した説明図であって、(a)は低速域における位置を示す説明図、(b)中速域における位置を示す説明図、(c)は高速域における位置を示す説明図。
【符号の説明】
【0036】
1…吸気マニホールド
2…吸気コレクタ
3…可動部材
4…分岐通路延長部
5…コレクタ可動壁部
6…アクチュエータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
気筒数に応じた分岐通路を連結してなる吸気マニホールドと、
スロットル弁の下流側に配置され、上記吸気マニホールドの一端側が接続された吸気コレクタと、
上記吸気マニホールドと上記吸気コレクタとの接続部分の内側に、両者に跨って摺動可能に配置された可動部材と、
上記可動部材を可動させる可動手段と、を有し、
上記可動部材は、上記吸気マニホールドの各分岐通路内に摺動可能に収容され、上記分岐通路から上記吸気コレクタ内へ引き出すことで上記分岐通路の通路長さを変更可能な分岐通路延長部と、上記吸気コレクタ内に摺動可能に収容されて該吸気コレクタの一側壁を構成すると共に、上記分岐通路延長部の一端部が接続され、上記吸気コレクタ内を進退移動することで該吸気コレクタの容積を変更可能な吸気コレクタ可動壁部と、を有し、
運転状態に応じて上記可動部材を可動させることで、上記分岐通路の長さ及び上記吸気コレクタの容積をそれぞれ連続的に可変させることを特徴とする内燃機関の吸気構造。
【請求項2】
内燃機関の回転数が高くなるほど、上記分岐通路の長さを短く、かつ上記吸気コレクタの容積を大きくするように、上記可動部材を可動させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気構造。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2009−215963(P2009−215963A)
【公開日】平成21年9月24日(2009.9.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−60366(P2008−60366)
【出願日】平成20年3月11日(2008.3.11)
【出願人】(000003997)日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】(000151209)株式会社マーレ フィルターシステムズ (159)
【Fターム(参考)】