JP2002295318A - 多気筒内燃機関の可変吸気装置 - Google Patents

多気筒内燃機関の可変吸気装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の吸気制御弁により吸気特性を複数段に
切替え可能な部品点数が少なく簡単な構造の多気筒内燃
機関の可変吸気装置を安価に供する。 【解決手段】 吸気集合室５と各気筒との間を少なくと
も一対の吸気通路部を備える吸気通路６１，６２で連通
し、２個の弁体25，26を一体に備えた吸気制御弁20を各
一対の吸気通路部における一方の吸気通路６２と吸気集
合室５との隔壁７に形成した開口11にそれぞれ設け、吸
気制御弁20は内燃機関の機関回転速度に応じて作動して
一方の弁体25により一方の吸気通路６２を開閉し、他方
の弁体26により隔壁７の開口11を開閉する多気筒内燃機
関の可変吸気装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の広い機
関回転速度域に亘って高い吸気充填効率と出力トルクが
得られるようにした多気筒内燃機関の可変吸気装置の改
良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、多気筒内燃機関の各気筒に連
通接続される吸気通路に発生する吸気圧力振動を利用し
て、各気筒における吸気行程の後半に、その気筒の吸気
ポート部分の圧力を上昇させて、吸気過給効果を得るよ
うにした吸気装置が種々提案されている。
【０００３】すなわち、内燃機関の吸気管の管路長や容
積を内燃機関の回転数に応じて変えて、吸気の慣性過給
効果を利用して、低回転速度域から高回転速度域まで広
い回転速度域にわたって吸気充填効率を高く維持して、
出力トルクを向上させることが行なわれている。
【０００４】例えば、特開昭６０−１５９３３４号公報
に記載された例では、吸気通路長さ切換手段と吸気通路
面積切換手段をそれぞれ個別に備えて、機関回転速度に
応じて順次切換えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】吸気通路長さ切換手段
により駆動される切換弁と吸気通路面積切換手段により
駆動される切換弁が所要箇所にそれぞれ配設される複雑
な構造をしており、部品点数も多く、コスト高となって
いた。
【０００６】本発明は、斯かる点に鑑みなされたもの
で、その目的とする処は、単一の吸気制御弁により吸気
特性を複数段に切替え可能な部品点数が少なく簡単な構
造の多気筒内燃機関の可変吸気装置を安価に供する点に
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本請求項１記載の発明は、吸気集合室
と各気筒との間を少なくとも一対の吸気通路部を備える
吸気通路で連通し、２個の弁体を一体に備えた吸気制御
弁を各一対の吸気通路部における前記一方の吸気通路と
前記吸気集合室との隔壁に形成した開口にそれぞれ設
け、前記吸気制御弁は内燃機関の機関回転速度に応じて
作動して一方の弁体により前記一方の吸気通路を開閉
し、他方の弁体により前記隔壁の開口を開閉する多気筒
内燃機関の可変吸気装置とした。
【０００８】単一の吸気制御弁に２個の弁体を一体に備
え、同吸気制御弁の機関回転速度に応じた作動により一
対の吸気通路部のうち一方の吸気通路の開閉と、一方の
吸気通路と吸気集合室との隔壁に形成した開口の開閉を
同時に行って吸気通路長と吸気通路面積を変化させ、こ
れによって低回転速度域から高回転速度域まで広い回転
速度域にわたって吸気充填効率を高く維持して、出力ト
ルクを向上させることができる。
【０００９】単一の吸気制御弁に２個の弁体を一体に備
える簡単な構造であり、部品点数も少なくてすみ、低コ
スト化を図ることができる。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の多
気筒内燃機関の可変吸気装置において、前記吸気制御弁
が、前記一方の弁体により前記一方の吸気通路を開成し
たときに、前記他方の弁体により前記隔壁の開口を閉成
することを特徴とする。
【００１１】一方の吸気通路を開成し隔壁の開口を閉成
することで、吸気通路面積を大きくし吸気通路長を長く
設定することができ、特に中回転速度域の出力トルクを
向上させることができる。その際、一方の吸気通路を開
成する弁体により吸気流に乱れを生じさせることが可能
で、この乱流により燃料の霧化を促進して燃焼効率を向
上させることができる。
【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の多気筒内燃機関の可変吸気装置において、
前記吸気通路が、前記吸気集合室の周りを覆うように形
成されることを特徴とする。
【００１３】吸気マニホールドをコンパクトに纏め小型
化を図ることができる。また吸気集合室の周りを覆う吸
気通路と吸気集合室の隔壁の開口に吸気制御弁が設けら
れるので、吸気通路の下流側に直接吸気集合室を連通さ
せたり、吸気制御弁の２個の弁体の作動により一方の吸
気通路を吸気集合室として機能させたりすることがで
き、簡単な構造で吸気通路長、吸気通路面積及び吸気集
合室容積を複合的に切替え制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明に係る一実施の形態に
ついて図１ないし図６に基づき説明する。本実施の形態
に係る可変吸気装置１は、直列４気筒内燃機関に適用し
たものであり、その吸気マニホールド４における一般的
な吸気の流れを図１に模式的に示し説明する。
【００１５】スロットル弁２を内蔵するスロットルボデ
イが設けられる吸気ダクト３は、上流側をエアクリーナ
（図示せず）に連通し、下流側を吸気マニホールド４の
吸気集合室５に連通している。吸気集合室５からは４つ
の気筒に向けてそれぞれ４本の互いに独立な吸気通路６
が並んで延出している。
【００１６】したがってエアクリーナ、スロットル弁２
を経て吸気ダクト３に導かれた吸気は、比較的大容積か
らなる吸気集合室５に流入し、ここからさらに４本の互
いに独立な吸気通路６に分流して各気筒に供給される。
【００１７】ここに本可変吸気装置１における吸気マニ
ホールド４は、図２及び図３に示すように吸気集合室５
を気筒の配列方向に長尺の筒状空間に構成し、その周り
を４分の３周程巻付くようにして４本の吸気通路６が覆
う構造をなしている。吸気ダクト３は、長尺の吸気集合
室５の一方の端壁に下流端を開口している。
【００１８】図３において吸気集合室５に周設される吸
気通路６は、その内周壁が吸気集合室５との隔壁７を形
成しており、吸気集合室５の下部の長尺方向に４個並ん
で形成された開口が各吸気通路６の入口８となり、吸気
集合室５の周りを図３において時計回りに４分の３周程
巻回して吸気集合室５の斜め上部に出口９（気筒への入
口）を有する。
【００１９】吸気集合室５の周りに円弧状に湾曲する吸
気通路６は、上流側半部が仕切り壁10により外周側の主
吸気通路６１と内周側の副吸気通路６２とに分割されて
一対の吸気通路部を形成している。
【００２０】そして吸気集合室５と吸気通路６とを隔て
る隔壁７の略中央部分に開口11が形成され、同開口11の
上流側端縁11ａと下流側端縁11ｂと前記仕切り壁10の下
流側端縁10ｂとの３つの端縁に内接して回転自在に吸気
制御弁20が嵌挿されている。
【００２１】なお開口11の上流側端縁11ａと下流側端縁
11ｂには吸気通路６の配列方向に指向してそれぞれ溝条
が形成されていて、両溝条にシール部材12，13が嵌合さ
れており、吸気制御弁20はこのシール部材12，13に接す
る。
【００２２】吸気制御弁20は、図２に示すようにロータ
リバルブであり、同軸に円板状の３枚の仕切り板23が両
端の円板状の側板21，22間に等間隔に配列され、側板2
1，22と仕切り板23との間および各仕切り板23，23間を
各々２枚の弁体25，26が連結した一体構造をなしてい
る。
【００２３】円板状の各仕切り板23および側板21，22は
全て径が等しい。図３に示すように２枚の弁体25，26は
概ね平行に湾曲しており、一方の弁体25は回転中心から
外れた位置にあって両端部25ａ，25ｂが中央の湾曲とは
逆に若干はね上がっており、所定径の仕切り板23等の円
板より僅かにはみ出している。
【００２４】他方の弁体26は、湾曲した中央部が回転中
心の近傍に位置して両端部26ａ，26ｂが仕切り板23等の
円板の外周に接する位置にあってはみ出してはいない。
【００２５】以上のような輪郭が円筒状をした吸気制御
弁20が吸気マニホールド４に側方から軸方向に挿入され
て装着される。
【００２６】４本の吸気通路６を互いに仕切る仕切り壁
に仕切り板23と同径の円弧状切欠き６ａが前記隔壁７に
設けられた開口11に至るまでの３分の２周程に亘って形
成されており、この円弧状切欠き６ａに合せて輪郭が円
筒状をした吸気制御弁20が嵌挿される。
【００２７】この吸気制御弁20の嵌挿に際しては、一方
の弁体25の両端部25ａ，25ｂが仕切り板23等の円板より
はみ出しているので、円弧状切欠き６ａの周縁に当って
単純には挿入できない。
【００２８】そこで開口11の上流側端縁11ａと下流側端
縁11ｂのシール部材12，13を嵌合する両溝条を利用し
て、同両溝条に弁体25の両端部25ａ，25ｂを挿入するよ
うにして吸気制御弁20を嵌挿することができる。
【００２９】シール部材12，13を溝条に嵌合する前は、
吸気制御弁20と円弧状切欠きとの間に若干の余裕がある
ので、吸気制御弁20を長尺方向所定位置まで挿入した処
で、吸気制御弁20を所定の角度範囲まで回転することが
でき、その後シール部材12，13を溝条に嵌合する。
【００３０】こうして吸気マニホールド４に吸気制御弁
20が装着されると、各仕切り壁23は円弧状切欠き６ａに
回転自在に嵌合して、並設された４本の吸気通路６を仕
切っており、側壁21，22は吸気マニホールド４の側壁に
回転自在に嵌合する。
【００３１】したがって図３ないし図５に示すように吸
気制御弁20は、弁体25の両端部25ａ，25ｂが同時に開口
11の下流側端縁11ｂと仕切り壁10の下流側端縁10ｂに当
接する位置（図３参照）から弁体25の両端部25ａ，25ｂ
が同時に仕切り壁10の上流側端縁11ａと開口11の下流側
端縁11ｂに当接する位置（図５参照）まで往復回転する
ことができる。
【００３２】一方の側壁21の中心から突出した回転軸21
ａを電動アクチュエータまたは負圧アクチュエータによ
り回転駆動して吸気制御弁20を回転させる。なお他方の
側壁22の中心から突出した回転軸22ａに角度センサを取
り付けて吸気制御弁20の回転角度をフィードバックして
アクチュエータを駆動して回転角度制御を行うことがで
きる。
【００３３】別途内燃機関のエンジン回転数がエンジン
回転数センサにより検出されており、検出されたエンジ
ン回転数（機関回転速度）に基づき電子制御ユニットＥ
ＣＵにより吸気制御弁20の回転角度の目標値が設定され
てアクチュエータが駆動される。
【００３４】本可変吸気装置１は、以上のような構造を
しており、内燃機関が低回転速度域にあるときは、図３
に示すように吸気制御弁20の一方の弁体25の両端部25
ａ，25ｂが同時に仕切り壁10の下流側端縁10ｂと開口11
の下流側端縁11ｂに当接する位置に設定される。
【００３５】したがって仕切り壁10の下流側端縁10ｂと
開口11の下流側端縁11ｂとの間が弁体25により閉成さ
れ、主吸気通路６１のみが吸気集合室５と気筒とを連通
することになり、吸気通路長が長く吸気通路面積が小さ
い実効吸気通路が形成される。
【００３６】他方の弁体26は、開口11も副吸気通路６２
も閉じておらず副吸気通路６２の出口を吸気集合室５と
連通させているので、副吸気通路６２をも含めて吸気集
合室５の容積が増大したと同じことにことになり、吸気
集合室５における吸気圧力振動の反転機能が増す。
【００３７】したがって内燃機関が低回転速度域にある
ときは、小さい吸気通路面積で長い吸気通路長の実効吸
気通路内で生じる低い固有振動数の吸気圧力振動と機関
の低回転速度に基づく吸気弁の長い開閉サイクルとが同
調して、高い慣性過給効果が得られ、全ての気筒につい
て高い吸気充填効率が得られて、出力トルクを向上させ
ることができる（図６の参照）。
【００３８】容積が増大したと考えられる吸気集合室５
における吸気圧力振動の反転機能の増大は、慣性過給効
果をさらに助長して出力トルクを一層向上させることが
できる。エンジン回転数に対する出力トルクの変化を図
６に示す。図６において低回転速度域は、エンジン回
転数がＮ１以下の領域である。
【００３９】そして内燃機関の機関回転速度が増大して
中回転速度域に入ると、吸気制御弁20を回転して図４に
示す回転位置に設定する。すなわち弁体26の両端部26
ａ，26ｂがそれぞれ開口11の上流側端縁11ａと下流側端
縁11ｂの溝条に嵌合されたシール部材12，13に当接し
て、弁体26が開口11を閉成している。
【００４０】同時に弁体25は、副吸気通路６２を開成す
るとともに、図４に示すように弁体25は仕切り壁10に沿
った姿勢で副吸気通路６２を空気が円滑に流れるように
している。したがって主吸気通路６１と副吸気通路６２
の２本が導通して吸気通路長が長く吸気通路面積が大き
い実効吸気通路が形成される。
【００４１】したがって内燃機関が中回転速度域にある
ときは、大きい吸気通路面積で長い吸気通路長の実効吸
気通路内で生じる固有振動数の吸気圧力振動と機関の中
回転に基づく吸気弁の開閉サイクルとが同調して、高い
慣性過給効果が得られ、全ての気筒について高い吸気充
填効率が得られて、出力トルクを向上させることができ
る（図６の参照）。
【００４２】さらに図４に示すように仕切り壁10に沿う
弁体25の下流端となる端部25ｂが中央の湾曲とは逆に若
干はね上がっているため、外側の主吸気通路６１を流れ
る空気流に対して副吸気通路６２から合流する空気流が
角度を持って流入するため乱流を生じさせ、この乱流が
下流側に設けられるインジェクタから噴出される燃料の
霧化を促進することができ、燃焼効率を上げ、出力トル
クをさらに向上させることができる。図６において中回
転速度域は、エンジン回転数がＮ１以上Ｎ２以下の領
域である。
【００４３】そしてさらに内燃機関の機関回転速度が増
大して高回転速度域に入ると、吸気制御弁20を回転して
図５に示す回転位置に設定する。すなわち弁体25の両端
部25ａ，25ｂがそれぞれ開口11の上流側端縁11ａと仕切
り壁10の下流側端縁10ｂに当接して、弁体25が副吸気通
路６２を閉成している。同時に弁体26は、開口11を開成
して吸気集合室５から吸気通路６の下流側へ直接吸気を
円滑に流入させる通路を形成している。
【００４４】主吸気通路６１は連通しているが、殆どの
吸気が吸気集合室５から開口11を介して吸気通路６の下
流側へ直接流入することになり、吸気通路長が短くかつ
吸気通路面積が大きい実効吸気通路が形成される。
【００４５】したがって内燃機関が高回転速度域にある
ときは、大きい吸気通路面積で短い吸気通路長の実効吸
気通路内で生じる高い固有振動数の吸気圧力振動と機関
の高回転に基づく吸気弁の短い開閉サイクルとが同調し
て、高い慣性過給効果が得られ、全ての気筒について高
い吸気充填効率が得られて、出力トルクを向上させるこ
とができる（図６の参照）。図６において高回転速度
域は、エンジン回転数がＮ２以上の領域である。
【００４６】以上のように本可変吸気装置１は、吸気制
御弁20を機関回転速度に応じて３段階に切替えて回転角
度を制御することで、図６に示すように内燃機関の低回
転速度域から高回転速度域までの広い回転速度域にわた
って、高い吸気充填効率によりフラットな高い出力トル
クとを得ることができる。
【００４７】一般に、慣性過給と共鳴過給とを比較する
と、その効果は、慣性過給の方が大きく、本可変吸気装
置１では、低中高全ての回転速度域で慣性過給効果によ
り高い吸気充填効率を得ているので、広い回転速度域に
わたってより高い出力トルクを得ることが可能である。
【００４８】本可変吸気装置１は、単一の吸気制御弁20
に２枚の弁体25，26を一体に備える簡単な構造であり、
部品点数も少なくてすみ、低コスト化を図ることができ
る。吸気通路６が、吸気集合室５の周りを覆うように形
成されているので、吸気マニホールド４がコンパクトに
纏められ小型化が図られている。
【００４９】以上の実施の形態に係る吸気制御弁20は、
図２に示すようなロータリバルブであったが、１本の吸
気通路に対して２枚の弁体が一体に形成されていればよ
く、したがって図７に示すようにバタフライバルブも考
えられる。
【００５０】すなわち図７に示す吸気制御弁40は、回転
中心軸41に湾曲した板状の弁体42が中央部分を連結して
４枚互いに間隔を存して配列され、各弁体42の背面から
径方向に延出した腕部43の先端にそれぞれ湾曲した板状
の弁体44が一体に形成されている。
【００５１】弁体42と弁体44は、それぞれ前記実施の形
態の吸気制御弁20の弁体26と弁体25に相当する。この吸
気制御弁40を収容する吸気マニホールドは、基本構造は
前記実施の形態の吸気マニホールド20と同じであるが、
４本の吸気通路を仕切る仕切り壁で回転中心軸41を回転
自在に軸支するものであるから、回転中心軸を通る割り
面で複数に分割された吸気マニホールドが用いられる。
【００５２】斯かるバタフライバルブの吸気制御弁40で
も前記実施の形態の吸気制御弁20と同様の作用効果を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る吸気マニホールド
における一般的な吸気の流れを模式的に示した説明図で
ある。
【図２】吸気マニホールドを仮想線で示し吸気制御弁を
透視した斜視図である。
【図３】低回転速度域における吸気マニホールドと吸気
制御弁の状態を示す断面図である。
【図４】中回転速度域における吸気マニホールドと吸気
制御弁の状態を示す断面図である。
【図５】高回転速度域における吸気マニホールドと吸気
制御弁の状態を示す断面図である。
【図６】本可変吸気装置におけるエンジン回転数に対す
る出力トルクの変化を示す特性線図である。
【図７】別の実施の形態の吸気制御弁の斜視図である。
【符号の説明】
１…可変吸気装置、２…スロットル弁、３…吸気ダク
ト、４…吸気マニホールド、５…吸気集合室、６…吸気
通路、６１…主吸気通路、６２…副吸気通路、７…隔
壁、８…入口、９…出口、10…仕切り壁、11…開口、11
ａ…上流側端縁、11ｂ…下流側端縁、12，13…シール部
材、20…吸気制御弁、21，22…側板、23…仕切り板、2
5，26…弁体、40…吸気制御弁、41…回転中心軸、42…
弁体、43…腕部、44…弁体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嵯峨野 達也 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3G031 AA15 AB05 AC01 AD03 BA07 BA10 BB06 BB17 DA17 DA25 DA34 DA38 FA03 FA14 GA07 GA08 HA01 HA04 HA10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気集合室と各気筒との間を少なくとも
    一対の吸気通路部を備える吸気通路で連通し、 ２個の弁体を一体に備えた吸気制御弁を各一対の吸気通
    路部における前記一方の吸気通路と前記吸気集合室との
    隔壁に形成した開口にそれぞれ設け、 前記吸気制御弁は内燃機関の機関回転速度に応じて作動
    して一方の弁体により前記一方の吸気通路を開閉し、他
    方の弁体により前記隔壁の開口を開閉することを特徴と
    する多気筒内燃機関の可変吸気装置。
  2. 【請求項２】 前記吸気制御弁は、前記一方の弁体によ
    り前記一方の吸気通路を開成したときに、前記他方の弁
    体により前記隔壁の開口を閉成することを特徴とする請
    求項１記載の多気筒内燃機関の可変吸気装置。
  3. 【請求項３】 前記吸気通路は、前記吸気集合室の周り
    を覆うように形成されることを特徴とする請求項１また
    は請求項２記載の多気筒内燃機関の可変吸気装置。
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