JP2006194120A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各気筒の吸入空気量のばらつきを抑制して、トルク変動、エミッションの悪化等の弊害を防止することが可能な内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】 本発明の吸気装置は、複数の接続路６０にそれぞれ設けられて各分岐部６０を開閉する複数の弁体６１と、内側軸体６２１と外側軸体６２２とが回転自在に同軸に組み合わされた回転軸６２と、内側軸体６２１を回転駆動する第１ロータリーソレノイド６４と、外側軸体６２２を回転駆動する第２ロータリーソレノイド６５と、を有し、吸気行程が重ならない＃１及び＃４の気筒２のそれぞれに連通する接続路６０の弁体６１が、内側軸体６２１に取り付けられ、吸気行程が重ならない＃２及び＃３の気筒２のそれぞれに連通する接続路６０の弁体６１が外側軸体６２１に取り付けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

内燃機関の吸気装置として、４つの気筒のうち吸気行程が重ならない１番目の気筒と４番目の気筒のそれぞれに連通する分岐部を互いに隣り合せに配列し、これらの分岐部に吸気制御弁をそれぞれ配置して、これらの吸気制御弁を一つのアクチュエータで制御するものが知られている（特許文献１）。その他本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２〜４が存在する。

特開平７−７１２７７号公報 特開２００３−３８５５号公報 特開２００２−３０９９４６号公報 特開平８−２１８９０６号公報

特許文献１に記載された吸気装置は、１番目の気筒に連通する分岐部と４番目の気筒に連通する分岐部とが互いに隣り合うように引き回されているので、それぞれの分岐部の長さに差が生じる。このため、１番目の気筒と４番目の気筒とで吸入空気量のばらつきが発生し、トルク変動、エミッションの悪化等の弊害が発生するおそれがある。

そこで、本発明は、各気筒の吸入空気量のばらつきを抑制して、トルク変動、エミッションの悪化等の弊害を防止することが可能な内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の吸気装置は、吸気行程が重ならない複数の気筒間に少なくとも一つの気筒が更に配置され、かつ、気筒毎に区分された複数の分岐部を有する吸気通路が設けられた内燃機関に適用される吸気装置であって、前記複数の分岐部にそれぞれ設けられて各分岐部を開閉する複数の弁体と、内側軸体と外側軸体とが回転自在に同軸に組み合わされた回転軸と、前記内側軸体を回転駆動する第１の駆動手段と、前記外側軸体を回転駆動する第２の駆動手段と、を有し、前記吸気行程が重ならない複数の気筒のそれぞれに連通する分岐部の弁体が、前記内側軸体又は前記外側軸体のいずれか一方の軸体に取り付けられ、前記吸気行程が重ならない複数の気筒間の気筒に連通する分岐部の弁体がいずれか他方の軸体に取り付けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

この発明によれば、吸気行程が重ならず、かつ隣接しない複数の気筒のそれぞれに連通する分岐部の弁体が内側軸体又は外側軸体のいずれか一方の軸体に取り付けられているので、隣接しない複数の気筒のそれぞれに連通する分岐部の弁体を共通の駆動手段で駆動できる。従って、吸気行程が重ならない複数の気筒の間に他の気筒が配置されている場合でも、当該複数の気筒のそれぞれに連通する分岐部を互いに隣り合わせになるように引き回す必要がないので、気筒から弁体までの分岐部の長さを全ての気筒に関して容易に揃えることができる。このため、各気筒の吸入空気量のばらつきが抑制されてトルク変動やエミッション悪化等の弊害を防止することができる。

本発明の多気筒内燃機関の吸気装置において、前記弁体が、前記回転軸の半径方向外側にオフセットされて前記内側軸体に取り付けられていてもよい（請求項２）。この形態によれば、内側軸体に取り付けられた弁体が回転軸の半径方向外側にオフセットされているので、弁体が外側軸体に干渉することを回避できる。従って、的確な弁体の動作性能を確保できる。

本発明の多気筒内燃機関の吸気装置において、前記弁体は、前記分岐部の中心線と直交し、かつ前記回転軸の軸線を含む平面を跨がる姿勢で前記分岐部が全閉状態にされるように、前記内側軸体に取り付けられていてもよい（請求項３）。弁体が回転軸の半径方向外側にオフセットされている場合には、弁体の端部の回転軌跡がオフセットしない場合と比べてオフセット相当量膨らむ。このため、例えば、分岐部の中心線と直交する姿勢で分岐部を弁体にて全閉状態にする場合には、予め弁体と分岐部との干渉を回避するため分岐部に逃げ部を形成して、分岐部の中心線方向の幅をその干渉を回避する限度で広げておく必要がある。この形態によれば、分岐部の中心線と直交し、かつ回転軸の軸線を含む平面を跨る姿勢で分岐部が弁体にて全閉状態とされるので、逃げ部を形成しなくても弁体と分岐部との干渉を回避することができる。従って、分岐部をその中心線に沿って直線状に形成できるので、分岐部の加工性を向上でき、しかも気流の乱れを抑えることができる。

この形態においては、前記分岐部の少なくとも一部及び前記弁体のそれぞれが、前記回転軸の軸線から前記弁体が前記平面を跨がる位置に亘り前記軸線方向の幅が一定となるように形成されていてもよい（請求項４）。例えば、分岐部が円形断面である場合には、回転軸の軸線方向の分岐部の幅が軸線から離れるに従って次第に狭まる。弁体は回転軸の半径方向外側にオフセットされて回転軸に取り付けられているので、弁体の形状が分岐部の断面形状に合わせて形成されていると、弁体の回転に伴って分岐部に食い込むように干渉してしまう。この形態によれば、当該幅が一定となるように分岐部の一部及び弁体がそれぞれ形成されているため、弁体と分岐部との干渉を回避でき弁体の動作をスムーズにできる。

以上説明したように、本発明によれば、吸気行程が重ならない複数の気筒の間に他の気筒が配置されている場合でも、当該複数の気筒のそれぞれに連通する分岐部を互いに隣り合わせになるように引き回す必要がないので、気筒から弁体までの分岐部の長さを全ての気筒に関して容易に揃えることができる。その結果、各気筒の吸入空気量のばらつきが抑制されてトルク変動やエミッション悪化等の弊害を防止することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の吸気装置をレシプロ型の４サイクル多気筒内燃機関に適用した一形態を示している。内燃機関１は４つの気筒２が一列に並べられた直列４気筒型である。図１では各気筒２をそれらの並び方向一端から他端側に向かって＃１〜＃４の番号を付して区別している。内燃機関１は、その爆発順序が＃１→＃３→＃４→＃２となるように設定され、外側の一対の気筒２（＃１，＃４）及び内側の一対の気筒２（＃２，＃３）の吸気行程は互いに重ならない（図７参照）。

内燃機関１は、シリンダヘッド４、吸気マニホールド５、及びシリンダヘッド４と吸気マニホールド５との間にガスケット（不図示）等のシール手段を介在させて配置された吸気制御弁ユニット６を備えている。シリンダヘッド４には各気筒２と連通する吸気ポート４ａ及び排気ポート４ｂが形成されている。吸気マニホールド５は、入口部５ａと、入口部５ａに連通するサージタンク５ｂと、サージタンク５ｂに連通し各気筒２のそれぞれに向かって分岐する分岐路５ｃとを有している。吸気マニホールド５の入口部５ａには吸気流量を調整するスロットル弁７が設けられている。吸気制御弁ユニット６は、各吸気ポート４ａ及び分岐路５ｃのそれぞれの開口部の断面形状に対応して形成された４つの接続路６０を有しており、各吸気ポート４ａと分岐路５ｃとが接続路６０を介して接続される。内燃機関１の吸気通路８は、吸気マニホールド５（入口部５ａ、サージタンク５ｂ、分岐路５ｃ）、接続路６０、及び吸気ポート４ａを含んで構成される。分岐路５ｃ、接続路６０、及び吸気ポート４ａは気筒２毎に区分されており、本発明の分岐部に相当する。

図２にも示したように、吸気制御弁ユニット６は、各接続路６０に配置された４つの弁体６１を有している。なお、図２では、図示の便宜上、＃２の気筒２に対応する接続路６０及び弁体６１の図示を省略した。各弁体６１は各接続路６０を貫くように配置された回転軸６２に取り付けられて各接続路６０を開閉する。各接続路６０は、動作中の弁体６１との干渉を回避するように断面形状が適宜に設定される。こうして、各弁体６１は各吸気ポート４ａに導かれる吸気量を調整する吸気制御弁として機能する。図３は回転軸６２の一部の詳細を示している。回転軸６２は、内側軸体６２１と外側軸体６２２とが回転自在に組み合わされた二重構造となっている。外側軸体６２２は内側軸体６２１と対応する寸法の孔が形成された中空軸体であり、その孔に内側軸体６２１が挿入されて回転軸６２が形成される。図４は内側軸体６２１に弁体６１が取り付けられている状態を示し、図５は図４の側面図を、図６は図４のIV-IV線断面図をそれぞれ示している。これらの図に示したように、外側軸体６２２には内側軸体６２１を露出させる切り欠き部６２２ａが形成され、弁体６１は、切り欠き部６２２ａから突出する脚部６３を介在させて外側軸体６２２と接触しないようにして内側軸体６２１に取り付けられている。従って、弁体６１は回転軸６２の半径方向外側に脚部６３相当の距離だけオフセットされる。脚部６３は、弁体６１にカシメ等の締結手段にて取り付けられ、内側軸体６２１に溶接等の固定手段にて固定される。

切り欠き部６２２ａの寸法は弁体６１の可動範囲及び脚部６３の寸法に応じて適宜に設定すればよい。但し、切り欠き部６２２ａの寸法が大きくなると、外側軸体６２２の強度が低下するので許容できる範囲でできる限り小さくするとよい。本実施形態では、図５に示したように、切り欠き部６２２ａは、回転軸６２の軸線Ｃ１方向に関する寸法が脚部６３の寸法よりも若干大きくされて脚部６３と外側軸体６２２との干渉が回避される。また、図６に示したように、切り欠き部６２２ａは、回転軸６２の円周方向に関する寸法が脚部６３の大きさを見込んで１８０度よりも若干大きくされる。これにより、図８（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示したように、内側軸体６２１に取り付けられた弁体６１の可動範囲Ｘ１と外側軸体６２２に取り付けられた弁体６１の可動範囲Ｘ２とがそれぞれ最大９０度に設定される。

図１及び図２に示したように、本実施形態では、＃１及び＃４の気筒２の弁体６１が内側軸体６２１に、＃２及び＃３の気筒２の弁体６１が外側軸体６２２に、それぞれ取り付けられる。図２に示したように、＃２及び＃３の気筒２の弁体６１は、回転軸６２の軸線Ｃ１から各弁体６１までの距離が揃うように、脚部６３よりも短い脚部６６を介して外側軸体６２２に取り付けられている。内側軸体６２１の一端は第１ロータリーソレノイド（第１の駆動手段）６４に、外側軸体６２２の一端は第２ロータリーソレノイド（第２の駆動手段）６５にそれぞれ連結されて、それぞれの軸体が別々に回転駆動される。第１ロータリーソレノイド６４及び第２ロータリーソレノイド６５はそれぞれドライバ（不図示）を介して制御装置１０に接続されている。本実施形態では、制御装置１０として、内燃機関１の燃料噴射量等の各種パラメータに基づいて内燃機関１の運転状態を適正制御するためのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）を利用している。なお、ＥＣＵとは別に、第１ロータリーソレノイド６４及び第２ロータリーソレノイド６５を制御するための専用の装置を制御装置１０として設けてもよい。以上によって、＃１及び＃４の気筒２の弁体６１が同時に開閉制御され、＃２及び＃３の気筒２の弁体６１が同時に開閉制御される。

図７は、内燃機関１のクランク角（°ＣＡ）に対する各気筒２の吸気弁及び弁体６１の開度変化の一例を、吸気行程順に並べて示したものである。吸気弁の開度変化は曲線Ａで、弁体６１の開度変化は曲線Ｂでそれぞれ示されている。吸気弁が開弁している状態で弁体６１を開閉制御することにより、吸気弁の開弁期間を変えずとも見かけ上の開弁期間を変化させることができる。図示の例では、斜線部Ｐに示したように、吸気弁の開弁開始に遅れて弁体６１の開弁が開始され、吸気弁が完全に閉弁される前に弁体６１が閉弁される。従って、図７の矢印Ｔに示したように、各気筒２の吸気行程が吸気弁を遅開き早閉じした状態と同等の状態に制御される。本実施形態では、＃１及び＃４の気筒２の弁体６１は互いに同一動作をするが、＃１及び＃４の気筒２は吸気行程が互いに重ならない。即ち、＃１及び＃４の気筒２いずれか一方の吸気弁が開弁されている期間は、他方の吸気弁は閉弁されている期間となるため、吸気弁の閉弁期間に弁体６１が開閉されても問題はない。従って、互いに隣接しない＃１及び＃４の気筒２の開弁期間を一つの駆動手段（第１ロータリーソレノイド６４）でそれぞれ独立に制御できる。＃２及び＃３の気筒２についても互いに吸気行程が重複しないから、これらの気筒２の開弁期間を一つの駆動手段（第２ロータリーソレノイド６５）でそれぞれ独立に制御できる。

従って、本実施形態によれば、各気筒２に関して駆動手段をそれぞれ設ける形態と比べて駆動手段の数を削減できる。また、内側軸体６２１と外側軸体６２２が同軸に設けられているため、２本の軸を並列に並べて弁体を回転させる形態と比較して吸気制御弁ユニット６をコンパクトにでき、更に、＃１〜＃４の気筒２について吸気弁から弁体６１までの距離を揃えることができる。即ち、吸気弁、吸気ポート３ａ、接続路６０、及び弁体６１のそれぞれに囲まれた空間の体積を揃えることができるので、この体積が不揃いになった場合に生じる吸入空気量のばらつきが緩和されトルク変動やエミッションの悪化を抑制できる。

（第２の実施形態）
次に本発明の吸気装置の他の形態について説明する。この実施形態では、吸気制御弁ユニット６の接続路６０の断面形状と、弁体６１の形状及びその姿勢とを除き第１の形態と共通する。従って、以下の説明については第１の形態との相違点を中心に説明し、内燃機関の構成、弁体の取り付け構造等の共通の構成については説明を省略する。

図９は、本実施形態に係る接続路６０の断面図であり、図１０は図９のIX-IX線断面図である。これらの図に示したように、弁体６１は、回転軸６２の軸線Ｃ１に関して図９の矢印方向に回転可能に設けられている。図９に示した弁体６１の姿勢は、接続路６０が全閉状態にされた場合の姿勢であり、接続路６０の中心線Ｃ２方向に対して弁体６１が回転方向側に傾き、接続路６０の中心線Ｃ２と直交しかつ軸線Ｃ１を含む平面Ｓを跨いでいる。また、図１０に示したように、弁体６１が配置された接続路６０の一部は、軸線Ｃ１から位置Ｑに亘る領域Ｒ１において軸線Ｃ１方向の幅Ｗが一定となるように形成されている。弁体６１は、接続路６０を全閉状態にできるように、接続路６０の形状に合わせて軸線Ｃ１から位置Ｑまでに亘り軸線Ｃ１方向の幅Ｗが一定となるように形成される。

本実施形態では、弁体６１にて接続路６０が全閉状態にされた場合に、図９及び図１０に示した平面Ｓを跨る姿勢となるので、弁体６１が図９の矢印方向に回転して接続路６０を開く場合においても弁体６１の上端部６１ａが接続路６０に干渉しない。従って、図１１に示したような逃げ部Ｕを形成して上端部６１ａの接触が回避されるように中心線Ｃ２に沿って接続路６０を広げる必要がない。図１１のように弁体６１が配置された場合、弁体６１の斜線で示された領域Ｒ２が弁体の回転に伴って図１１の上方に移動するため逃げ部Ｕの形成が不可避となる。

よって、本実施形態によれば、逃げ部Ｕを設けること無く図９に示した如く接続路６０を中心線Ｃ２に沿って直線状に形成できるので、接続部６０の加工性を向上でき、しかも気流の乱れを抑えることができる。また、接続路６０の一部が、図１０に示したように軸線Ｃ１から位置Ｑに亘る領域Ｒ１において軸線Ｃ１方向の幅Ｗが一定となるように形成されているため、弁体６１の回転に伴って接続路６０に干渉することを回避できる。

本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実施してよい。本発明の適用対象となる内燃機関の形式は上記の実施形態に限定されず、直列４気筒以外の他の内燃機関に適用できる。要は、吸気行程が重ならない複数の気筒間に少なくとも一つの気筒が更に配置された内燃機関であれば本発明を適用できる。

吸気制御弁ユニット６がシリンダヘッド４及び吸気マニホールド５と別体であることは必須ではなく、吸気制御弁ユニット６をシリンダヘッド４又は吸気マニホールド５に一体化してもよい。弁体６１は、本発明の分岐部を構成する吸気マニホールド５の分岐路５ｃ、接続路６０、及び吸気ポート４ａのいずれに設けてもよい。内側軸体６２１又は外側軸体６２２の駆動手段は特に限定されず、電動モータ等でもよい。

また、第２の実施形態に係る発明については、弁体が吸気制御弁として機能し、かつ弁体が設けられる回転軸が二重構造のものに限定されない。例えば、吸気通路に配置されるスロットル弁等にこの発明を適用してもよい。従って、この発明を、所定の通路に配置される弁体が回転軸の半径方向外側にオフセットされるとともに、通路の中心線と直交し、かつ回転軸の軸線を含む平面を跨がる姿勢で通路が全閉状態にされるようにして回転軸に設けられている弁構造として実現してもよい。この場合には、通路の少なくとも一部及び弁体のそれぞれが、回転軸の軸線から前記平面を弁体が跨がる位置に亘り軸線方向の幅が一定となるように形成されてもよい。

本発明の吸気装置をレシプロ型の４サイクル内燃機関に適用した一形態を示した図。 図１の吸気制御弁ユニットの詳細を示した図。 図１の回転軸の詳細を示した図。 内側軸体に弁体が取り付けられている状態を示した図。 図４の側面図。 図４のIV-IV線断面図。 内燃機関のクランク角（°ＣＡ）に対する各気筒の吸気弁及び弁体の開度変化の一例を吸気行程順に並べて示した図。 各弁体の可動範囲を示した図であり、（ａ）は内側軸体に取り付けられた弁体の可動範囲、（ｂ）は外側軸体に取り付けられた弁体の可動範囲をそれぞれ示している。 第２の実施形態に係る接続路の断面図。 図９のIX-IX線断面図。 接続路に逃げ部を形成する必要がある弁体の配置状態を示した図。

符号の説明

１ 多気筒内燃機関
２ 気筒
６０ 接続路（分岐部）
６１ 弁体
６２ 回転軸
６４ 第１ロータリーソレノイド（第１の駆動手段）
６５ 第２ロータリーソレノイド（第２の駆動手段）
６２１ 内側軸体
６２２ 外側軸体
Ｃ１ 軸線
Ｃ２ 中心線
Ｓ 平面
Ｗ 幅

Claims (4)

1. 吸気行程が重ならない複数の気筒間に少なくとも一つの気筒が更に配置され、かつ、気筒毎に区分された複数の分岐部を有する吸気通路が設けられた内燃機関に適用される吸気装置であって、
   前記複数の分岐部にそれぞれ設けられて各分岐部を開閉する複数の弁体と、内側軸体と外側軸体とが回転自在に同軸に組み合わされた回転軸と、前記内側軸体を回転駆動する第１の駆動手段と、前記外側軸体を回転駆動する第２の駆動手段と、を有し、
   前記吸気行程が重ならない複数の気筒のそれぞれに連通する分岐部の弁体が、前記内側軸体又は前記外側軸体のいずれか一方の軸体に取り付けられ、前記吸気行程が重ならない複数の気筒間の気筒に連通する分岐部の弁体がいずれか他方の軸体に取り付けられていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記弁体が、前記回転軸の半径方向外側にオフセットされて前記内側軸体に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記弁体は、前記分岐部の中心線と直交し、かつ前記回転軸の軸線を含む平面を跨がる姿勢で前記分岐部が全閉状態にされるように、前記内側軸体に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記分岐部の少なくとも一部及び前記弁体のそれぞれが、前記回転軸の軸線から前記弁体が前記平面を跨がる位置に亘り前記軸線方向の幅が一定となるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の多気筒内燃機関の吸気装置。
   

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