JP2006169992A - 車両用内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気装置のコスト低減を図る。
【解決手段】 車両用内燃機関の吸気装置は、吸気弁のバルブリフト特性を機関運転状態に応じて変更することにより吸入空気量が制御されたものであって、内燃機関本体に対して固定された吸気コレクタ３４の吸気上流側に位置する負圧制御弁３２が、車体に対して固定されていることを特徴としている。これによって、負圧制御弁３２の耐振強度や耐熱基準が緩和されると共に、厳密な負圧制御を必要としないため、負圧制御弁３２を相対的に安価なものにすることができ、総じて吸気装置のコスト低減も図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用内燃機関の吸気装置に関する。

特許文献１には、エンジンに対して固定され、吸入空気量を制御するスロットル弁と、車体に対して固定されたエアクリーナとが、伸縮自在の蛇腹部を有する吸気ダクトによって接続された構成の内燃機関の吸気装置が開示されている。
特開平８−１０５３６０号公報

しかしながら、この特許文献１に開示されるような従来の内燃機関の吸気装置においては、吸入空気量の応答遅れを防止するために、スロットル弁を吸気コレクタの直上流に配置しなくてはならないという制約がある。そのため、エンジン振動に対して強度的、制御的にも信頼性が得られるスロットル弁を用いなくてはならず、スロットル弁の重量増加や、スロットル弁のコスト高等を招く虞がある。また、スロットル弁によって吸入空気量の制御を行うため、厳密な吸入負圧制御を行える負圧制御弁が必要である。

そこで、本発明の車両用内燃機関の吸気装置は、吸気弁のバルブリフト特性を機関運転状態に応じて変更することにより吸入空気量が制御されたものであって、内燃機関本体に対して固定された吸気コレクタの吸気上流側に位置する負圧制御弁が、車体に対して固定されていることを特徴としている。

本発明によれば、負圧制御弁の耐振強度や耐熱基準が緩和されると共に、厳密な負圧制御を必要としないため、負圧制御弁を相対的に安価なものにすることができ、総じて吸気装置のコスト低減も図ることができる。

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。

本発明においては、図４に示すような可変動弁機構により、機関負荷（機関運転状態）に応じて吸気弁のバルブリフト特性を連続的に可変制御して、各気筒の吸入空気量を制御することで、吸気装置のコンパクト化及び体積効率の向上を狙った内燃機関を前提としたものである。

また、可変動弁機構を用いることで、例えば、車両の減速時に生じるコレクタ内圧力減少の応答遅れが解消され、コレクタ容積の設計自由度が増すことができる。尚、吸入空気量は主に吸気弁のバルブリフト特性で制御し、負圧制御弁は必要最低限の負圧を発生させるために備えられている。

図４に示す可変動弁機構は、本出願人が先に提案した特開平１１−１０７７２５号公報等によって既に公知となった構成であるので、その概要のみを説明する。
この可変動弁機構は、吸気弁のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構１０と、そのリフトの中心角の位相（図示せぬクランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構２０と、が組み合わされて構成されたものであって、シリンダヘッドの上部に配置されるものである。

リフト・作動角可変機構１０は、互いに並行に気筒列方向へ延びる駆動軸１１および制御軸１２を有している。駆動軸１１は、クランクシャフト（図示せず）から伝達される回転動力により軸周りに回転する。この駆動軸１１には、吸気弁１のバルブリフタ２に接触可能な揺動カム１３が回転自在に外嵌されているとともに、各気筒毎に偏心カム１４が固定又は一体形成されている。この偏心カム１４の外周面の軸心は駆動軸１１の軸心に対して偏心しており、この偏心カム１４の外周面にリング状の第一リンク１５が回転自在に外嵌している。

制御軸１２には、各気筒毎に制御カム１６が固定又は一体形成されている。この制御カム１６の外周面の軸心は制御軸１２の軸心に対して偏心しており、この制御カム１６の外周面に、ロッカーアーム１７の中央部が回転自在に連結されており、ロッカーアーム１７の他端はロッド状の第二リンク１８の一端部と回転自在に連結されている。この第二リンク１８の他端は揺動カム１３の先端部と回転自在に連結されている。

従って、クランクシャフトの回転に連動して駆動軸１１が軸周りに回転すると、偏心カム１４に外嵌する第一リンク１５がほぼ並進方向に作動し、この第一リンク１５の並進運動がロッカーアーム１７の揺動運動に変換されて、第二リンク１８を介して揺動カム１３が揺動する。この揺動する揺動カム１３が吸気弁１のバルブリフタ２に当接してこれを押圧することにより、吸気弁１が図外のバルブスプリングの反力に抗して開閉駆動される。

また、図示せぬエンジンコントロールユニットにより制御されたアクチュエータ（制御軸駆動用モータ）１９により、制御軸１２を回転駆動すると、ロッカーアーム１７の揺動中心となる制御カム１６の中心位置が変化して、このロッカーアーム１７及びリンク１５、１８の姿勢が変化し、揺動カム１３の揺動特性が変化する。これにより、吸気弁１の作動角およびバルブリフト量の双方が連続的、かつ気筒列毎に各気筒の吸気弁１が連動して作動する。

位相可変機構２０は、上述したリフト・作動角可変機構２０の駆動軸１１の一端側に設けられたものである。

駆動軸１１の一端側には、その外周上にカムスプロケット２１が同軸上に配置されている。このカムスプロケット２１は、チェーン又はタイミングベルトを介してクランクシャフトからの回転動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。

位相可変機構２０は、上記のカムスプロケット２１と駆動軸１１との間の回転伝達経路に設けられ、上述したエンジンコントロールユニット（図示せず）によって、例えば供給油圧を制御することによって、両者の回転位相を連続的かつ多段階に変化させるよう構成されたものである。尚、このような位相可変機構は、ベーンを用いたタイプ、ヘリカルスプラインを用いたタイプ等が公知であり、詳細な説明は省略する。

図１は、本実施形態における車両用内燃機関の吸気装置の概略構成を模式的に示した説明図である。

シリンダヘッド（図示せず）には、上述した可変動弁機構が少なくとも吸気弁側に取り付けられ、エンジン（図示せず）の各気筒３０には、エアクリーナ３１、負圧制御弁３２、吸気ダクト３３、吸気コレクタ３４、吸気マニホールド（図示せず）、等を介して吸気（空気）が流入するよう構成されている。

吸気コレクタ３４は、内燃機関本体（図示せず）に対して固定されている。尚、本実施形態における内燃機関はＶ型６気筒エンジンであり、図示しない左右の各バンク毎に上述した可変動弁機構が配置され、これら各可変動弁機構の上方に、吸気コレクタ３４が配置されている。

吸気コレクタ３４には、吸気ダクト３３の一端側が接続されている。吸気ダクト３３は、吸気ダクト３３の長手方向（軸方向）に沿って伸縮可能な蛇腹状の蛇腹部３５と、略円筒形状の一般部３６とから構成されている。吸気ダクト３３の他端側には、負圧制御弁３２が接続されている。

ここで、吸気ダクト３３は、負圧制御弁３２の弁開度に応じて負圧制御弁３２の吸気下流側に発生する負圧に対する耐強度性、すなわち耐負圧性を有している。換言すれば、吸気ダクト３３は、内部負圧により潰れ変形しないように構成されている。

図２は、本実施形態における吸気ダクト３３の要部を示す説明図である。吸気ダクト３３の周壁３７はゴム材料によって形成され、この周壁３７内部には長手方向の所定間隔毎に複数の金属製のリング３８が埋設された構造となっている。リング３８は、蛇腹部３５においては、蛇腹の山部に埋設されている。つまり、吸気ダクト３３は、一般部３６及び蛇腹部３５の双方でこれらのリング３８の剛性を利用することで耐負圧性を有している。尚、リング３８は、金属製に限定されるものではなく、吸気ダクト３３内に発生する最大負圧によって変形しない程度の剛性を有する材料であればよい。

吸気ダクト３３の吸気上流側に位置する負圧制御弁３２は、エアフローメータ（図示せず）が内蔵されたエアクリーナ３１のクリーンサイド側に接続固定されている。そして、エアクリーナ３１は、ブラケット３９を介してエンジンルーム４０を画成する車両のサイドパネル４１に対して固定されている。

このように構成された車両用内燃機関の吸気装置においては、車体に対して固定されたエアクリーナ３１及び負圧制御弁３２と、内燃機関に対して固定された吸気コレクタ３４とは、車体と内燃機関との振動位相差を吸収できる機能を持った吸気ダクト３３により連結されている。すなわち、内燃機関で発生した振動が、吸気ダクト３３の蛇腹部３５の伸縮によって吸収されるので、負圧制御弁３２に内燃機関側から伝達される振動が低減されることになる。また、負圧制御弁３２はエアクリーナ３１に取り付けられているので内燃機関からの距離が相対的に離れることになり、負圧制御弁３２に要求される耐熱性能を緩和できる。さらに、もともと厳密な負圧制御を必要としないため、負圧制御弁３２の弁体４２と負圧制御弁３２のケーシング４３との隙間管理も緩和される。

つまり、負圧制御弁３２の耐振強度や耐熱基準が緩和されると共に、厳密な負圧制御を必要としないため、負圧制御弁３２を相対的に安価なものにすることができ、総じて吸気装置のコスト低減も図ることができる。

そして、耐熱基準の緩和に伴い、負圧制御弁３２を樹脂製とすれば、エアクリーナ３１と負圧制御弁３２をモジュール化することも可能となりさらなるコスト低減を図ることができる。

また、負圧制御弁３２が電制（モータによる弁駆動）の場合には、負圧制御弁３２と同様の理由（耐振強度及び耐熱基準の緩和、厳密な負圧制御が不要）により、負圧制御弁３２の駆動源となるモータ（図示せず）の簡素化、軽量化が可能である。

また、吸気弁のバルブリフト特性を連続的に可変とすることで、吸入空気量を制御するためトルク制御の目的に吸入負圧を必要としないが、ブローバイガスや燃料の蒸発ガスを吸気系で処理するために、必要最低限の吸入負圧が必要である。ここで、ブローバイガス及び燃料の蒸発ガスを処理するのに必要な程度の吸入負圧であれば、負圧制御弁３２の吸気下流側に耐負圧性を有していない通常の吸気ダクトを配置しても吸気ダクトの潰れなどの問題はない。但し、別途ブレーキブースタ用のバキュームポンプや油圧ポンプなどの装置は必要となってしまう。

しかしながら、上述した本実施形態においては、耐負圧性を有する吸気ダクト３３を使用しているため、大きな負圧を負圧制御弁３２下流側に発生させることが可能であり、吸気コレクタがブレーキブースタ用の大きな負圧を供給するようなエンジンシステムに対して適用すれば、ブレーキ用に別途バキュームポンプ等の付加装置を必要としない利点がある。

また、負圧制御弁３２の軽量化を図れば、負圧制御弁３２をエアクリーナ３１に直接取り付けて保持することが可能となり、負圧制御弁３２は車体からブラケット等によって拘束されなくなる。すなわち、負圧制御弁３２は、結果的に、エアクリーナ３１を車体に固定するブラケット３９によって車体に対して支持固定されるため、相対的に部品点数が削減されることになりコスト低減が可能となる。また、エアクリーナ３１に負圧制御弁３２を直接取り付けことができれば、負圧制御弁３２を単独で直接分解できるため整備性を向上させることができる。

尚、吸気ダクト３３は、上述した図２の構成に限定されるものではなく、動吸収性はあるが耐負圧性のない部材を硬い部材で補強した構成であればよい。例えば、図３に示すように、蛇腹付きのゴム製ダクト５１内に、金属製のスプリング５２を挿入した吸気ダクト５３を用いることも可能である。

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。

（１） 吸気弁のバルブリフト特性を機関運転状態に応じて変更することにより吸入空気量を制御する可変動弁機構を備え、エアクリーナ及び負圧制御弁を介して吸気が導入された車両用内燃機関の吸気装置において、内燃機関本体に対して固定された吸気コレクタの吸気上流側に位置する負圧制御弁は、車体に対して固定されている。これによって、負圧制御弁の耐振強度や耐熱基準が緩和されると共に、厳密な負圧制御を必要としないため、負圧制御弁を相対的に安価なものにすることができ、総じて、吸気装置のコスト低減も図ることができる。

（２） 上記（１）に記載の車両用内燃機関の吸気装置において、吸気コレクタと負圧制御弁とを接続し、内燃機関本体側と車体側との振動位相差を吸収する吸気ダクトは、負圧制御弁の弁開度に応じて負圧制御弁下流側に発生する負圧に対する耐強度性を有する。これによって、大きな負圧を負圧制御弁下流側に発生させることが可能であり、吸気コレクタがブレーキブースタ用の大きな負圧を供給するようなエンジンシステムに対して適用すれば、ブレーキ用に別途バキュームポンプ等の付加装置を必要としない利点がある。

（３） 上記（２）に記載の車両用内燃機関の吸気装置において、吸気ダクトは、具体的には、全長に亙って内側に心材が配設されていると共に、吸気ダクトの長手方向に沿って伸縮可能な蛇腹状の蛇腹部を有している。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の車両用内燃機関の吸気装置において、負圧制御弁は、車体に対して固定されたエアクリーナに保持されている。これによって、負圧制御弁は、エアクリーナを車体に固定するブラケットによって車体に対して支持固定されるため、相対的に部品点数が削減されることになりコスト低減が可能となる。また、負圧制御弁を単独で直接分解できるため整備性を向上させることができる。

本発明に係る車両用内燃機関の吸気装置の概略構成を模式的に示した説明図。 本発明に係る車両用内燃機関の吸気装置における吸気ダクトの要部を示す説明図。 吸気ダクトの他の構成例を示す説明図。 可変動弁機構の概略構成を模式的に示した説明図。

符号の説明

３１…エアクリーナ
３２…負圧制御弁
３３…吸気ダクト
３４…吸気コレクタ

Claims (4)

1. 吸気弁のバルブリフト特性を機関運転状態に応じて変更することにより吸入空気量を制御する可変動弁機構を備え、エアクリーナ及び負圧制御弁を介して吸気が導入された車両用内燃機関の吸気装置において、
   内燃機関本体に対して固定された吸気コレクタの吸気上流側に位置する負圧制御弁は、車体に対して固定されていることを特徴とする車両用内燃機関の吸気装置。
2. 吸気コレクタと負圧制御弁とを接続し、内燃機関本体側と車体側との振動位相差を吸収する吸気ダクトは、負圧制御弁の弁開度に応じて負圧制御弁下流側に発生する負圧に対する耐強度性を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の吸気装置。
3. 吸気ダクトは、全長に亙って内側に心材が配設されていると共に、吸気ダクトの長手方向に沿って伸縮可能な蛇腹状の蛇腹部を有していることを特徴とする請求項２に記載の車両用内燃機関の吸気装置。
4. 負圧制御弁は、車体に対して固定されたエアクリーナに保持され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車両用内燃機関の吸気装置。

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