JP2006348808A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の吸気通路の切換えを行う制御弁を小さく形成し、トルクを低減させた吸気装置を提供する。
【解決手段】 吸気管に接続され燃焼室に向けて吸気ＡＧを流す第１通路２と、前記吸気管と前記第１通路２の途中とを接続するように配置され、通路面積が前記第１通路より大きい第２通路３と、前記吸気の流通経路を前記第１通路と前記第２通路とに切換える制御弁４とを備えた内燃機関の吸気装置１Ａであって、制御弁４の第２通路３を閉じる動作と連動して、第２通路の通路面積を制御弁が全閉できるまで縮小する通路変更機構５を有する。よって、制御弁４は通路変更機構により縮小されたときの第２通路の通路面積に対応して小さく形成できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関の吸気装置に係り、特に長さの異なる吸気通路を設けることにより内燃機関の状態に応じて吸気を流す通路を変更することで出力の向上を図る吸気装置に関する。

一般に、内燃機関（エンジン）の回転は低速から高速まで広範囲にわたり変化するため、燃焼室に供給する吸気を夫々の回転数において最適な充填効率が得られるように設計することが望まれる。そのため、例えば特許文献１では吸気管内に長い第１通路と短い第２通路とを設けると共に、これらの通路を切換える板状の制御弁（切換弁）を配置して、内燃機関の回転数に応じて吸気通路の長さを変更できるようにした吸気装置を提案している。また、第２通路の通路面積を第１通路よりも大きく形成している。この吸気装置は、高回転域のときには第１通路を閉じ、第２通路を開くことにより吸気通路の有効長を短縮して内燃機関の出力向上を図っている。

上記のように内燃機関の高速回転時には吸気を通路面積の大きな第２通路を通し、これとは逆に低速回転時には通路面積の小さな低速用の第１通路を通すことにより吸気流を加速して吸気ポートに流入させる。このような構成を採用することで内燃機関の回転に応じて充填効率を上げて出力の向上を図ることができる。

特開平１０−２９９４９１号公報

ところで、上記特許文献１で示す吸気装置では、第１通路と第２通路との合流部に板状の制御弁を１つ配置し、これを回動することで吸気の流通経路を第１通路と第２通路とに切換える。このような制御弁を採用すれば簡単な構造で効率的に流通経路を切換えることができる。

しかしながら、特許文献１の吸気装置の制御弁は、一端が回動可能に支持された片持ちの構造である。このような構造では、トルクが大きくなるという問題がある。この点を図６を参照して示して説明する。図６は第１通路と第２通路との合流部分の様子を模式的に示した図であり、上段は第１通路を介して吸気ＡＧを流すとき、下段は第２通路を介して吸気ＡＧを流すときの様子を示している。図６で、１００は内燃機関が低速回転時に吸気を流す長く、通路面積の小さい第１通路である。また、１０１はエンジンが高速回転時に吸気を流す短く、通路面積の大きい第２通路である。吸気ＡＧは合流部分に配置した片持ち構造で支持した板状の制御弁１０２によって流通通路が切換えられる。制御弁１０２は通路面積（通路の横断面積）が大きい第２通路１０１を閉じることができるように形成されるので、第１通路１００の通路面積よりも大きくなる。

ところが、図６下段で示すように第２通路１０１を開くときには、大きめに形成された制御弁１０２は寝かされた姿勢で第１通路側の吸気ＡＧを遮ることになる。この状態では、制御弁１０２が第１通路を流れる吸気ＡＧから大きな抵抗を受けるので、制御弁を駆動する際や姿勢を一定に保持するときには大きなトルクを必要とする。そのために制御弁１０２の駆動用に大型のアクチュエータ（モータ）が必要となり構造の大型化やコストの上昇という問題が生じてしまう。特に、第１通路を閉じるように制御したときに制御弁１０２を定位置に保持する保持トルクが不足する場合には、第１通路側から吸気ＡＧが漏れ入る（浸入する）状態となったり、制御弁１０２の先端がバタつく状態となったりして下流側の吸気流が乱れてしまう。この場合には内燃機関の出力が低下してしまう。

したがって、本発明の目的は、複数の吸気通路の切換えを行う制御弁を小さく形成し、トルクを低減させた吸気装置を提供することである。

上記目的は、吸気管に接続され燃焼室に向けて吸気を流す第１通路と、前記吸気管と前記第１通路の途中とを接続するように配置され、通路面積が前記第１通路より大きい第２通路と、前記吸気の流通経路を前記第１通路と前記第２通路とに切換える制御弁とを備えた内燃機関の吸気装置であって、前記制御弁の前記第２通路を閉じる動作と連動して、前記第２通路の通路面積を前記制御弁が全閉できるまで縮小する通路変更機構を有する内燃機関の吸気装置によって達成される。

本発明によると、通路変更機構が制御弁の第２通路を閉じる動作と連動して、第２通路の通路面積を制御弁で全閉できるまで縮小する。よって、この制御弁は通路変更機構により縮小されたときの前記第２通路の通路面積に対応して小さく形成することができる。このように制御弁を小さく形成できれば、これを駆動するときや定位置に保持するときのトルクを低減できる。その結果、本発明の吸気装置は従来の吸気装置と比較して、周辺構成を小型化できる共にコストの低減を図ることもできる。また、第２通路を開いたときには、通路面積を大きくすることができるので内燃機関の高回転時に対応して出力を高めることもできる。

また、前記制御弁は、前記第１通路と前記第２通路の合流部分に片持ち構造で配置され、一方の通路の吸気流を増量しながら、他方の通路の吸気流を減量するようにしてもよい。この場合には、１つの制御弁を駆動するだけで第１通路及び記第２通路を流れる吸気を同時に制御できるので、迅速に吸気制御を行うことができる。そして、内燃機関の高速回転時には、制御弁を第２通路に切換えることで高出力を得ることができる。その際に、制御弁を駆動するトルクが軽減されているので、迅速に切換えを行うことができ、また定位置に保持することもできる。

また、前記制御弁は、前記第２通路の開口部内にバタフライ構造で配置され、該第２通路を流れる吸気流を変更するようにしてもよい。この場合には制御弁がバタフライ構造となっているので吸気の流れによる抵抗が軽減されるので、さらにトルクを低減できる。この構造の場合には制御弁により第２通路側の吸気が開閉調整される。内燃機関の高速回転時には第２通路を開いて吸気量を増量させることで高い出力が図られる。

本発明によれば、複数の吸気通路の切換えを行う制御弁を小さく形成してトルクを低減させた吸気装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気装置について説明する。

図１は、実施例１に係る吸気装置１Ａの主要部を確認できるように示した斜視図である。吸気装置１Ａは、標準的な使用形態では内燃機関の燃焼室と吸気管との間に配設される。吸気装置１Ａの下流側は、例えばインテークマニホールド或いは内燃機関に形成した吸気ポートに接続される。なお、吸気管は上流側から吸気を供給する管路であればよく、例えばサージタンクや吸気ダクトであってもよい。また、吸気装置１Ａを吸気管の途中に配置する形態を採用してもよい。

図１では吸気管の図示を省略しているが、第１通路２は上流側が吸気管に接続され、下流側は燃焼室に向けて吸気ＡＧを流すように設置されている。第２通路３は吸気管と第１通路２の途中とを接続するように設置されている。この第２通路３は、吸気ＡＧを吸気管からバイパスするように配置されており、管路長は第１通路より短くなっている。第１通路２は内燃機関の低速回転時に対応して管長が長い管路として形成され、これに対して第２通路３は内燃機関の高速回転時に対応して管長が短い管路として形成されている。

第２通路３は、図１で図示しているように、第１通路２に対して略直角に接続されている。第１通路２と第２通路３との合流部分には、吸気ＡＧの流通通路を第１通路２側と第２通路３側とに切換える板状の制御弁４が配備されている。なお、バイパス通路となる第２通路３を第１通路２に対して平行に近い角度で接続できれば、第２通路側からスムーズに吸気ＡＧを流すことができる。しかし、分岐通路を備えた吸気管構造ではスペースの制約が多くなる。よって、一般には、図１で示すように第１通路２に対して直角、あるいはこれに近い角度で第２通路３を配置した構造となる場合が多い。

ところが、このように第２通路３が第１通路２に対して直角に近い角度で接続されると、制御弁４を切換えて第２通路３側を開いたときに第２通路３から吸気ＡＧを合流部分に流し出すのが困難となる。そこで、第２通路３の通路面積を第１通路２の通路面積よりも大きくして、第２通路３から吸気ＡＧが下流に流れ出易くしている。なお、ここで通路面積とは各通路の横断面積である。また、第２通路３から吸気ＡＧを下流にスムーズに流出すという観点では第２通路３の開口部分の通路面積を拡大すればよいことになるが、本実施例では内燃機関の高速回転時に十分な吸気ＡＧを供給できるように第２通路３の通路面積を大きく形成してある。よって、第２通路３の通路面積は第１通路２の通路面積よりも大きい。

ところで、第２通路３側の通路面積を大きく形成すると、この第２通路３を閉じる（全閉とする）制御弁４も必然的に大きく形成することが必要となってしまう。そして、大きな制御弁は、一方の通路を開くときに他方の通路を流れる吸気ＡＧを堰き止める状態となるので、先に指摘したように制御弁４を駆動する際及び定位置に保持する際には大きなトルクが必要となる。本実施例１の吸気装置１Ａは、このようなトルクに関する問題を解消する構造を備えている。さらに、この構造について詳述する。

吸気装置１Ａは、第２通路３の開口部分に通路変更機構５を備えている。この通路変更機構５は、第２通路３を開くときには第２通路３の開口６の通路面積を大きくし、これとは逆に第２通路３を閉じて第１通路２を開くときには開口６の通路面積を縮小するように構成した機構である。この通路変更機構５を採用すると、制御弁４は開口６を縮小したときの大きさに形成しておけばよいことになるので小さく形成できる。これにより、制御弁４を回動させて流通通路の切換を行うときにトルクを低減でき、また、制御弁４を定位置に保持する保持トルクを軽減できる。

通路変更機構５について説明する。図２は、図１から通路変更機構５に係る部分を取出して示しており、（Ａ）は通路変更機構５の上面視図、（Ｂ）は同側面視図である。この図２も参照して通路変更機構５を説明する。

通路変更機構５は、第２通路３の端部側に固定された固定ブロック１０と、横断面形状が略コ字状であり固定ブロック１０に対して矢印Ｘ方向へ摺動自在に配置した可動ブロック１１とを含んでいる。第２通路３の開口６は、固定ブロック１０と可動ブロック１１との間で囲まれた領域として規定されている。可動ブロック１１が固定ブロック１０に対して移動するので、開口６の面積が変化する。すなわち、第２通路３の通路面積を変更することができる。なお、開口６の通路面積を大きくする場合は、縮小した位置から第２通路３の通路面積までとしてもよいし、これより更に拡大させるように可動ブロック１１を移動させてもよい。

さらに、可動ブロック１１の上面にはラックギア１２が刻設されている。制御弁４は一端に設けた回動軸１３を中心に回動するように配置されている。この回動軸１３に固定したピニオンギア１４が上記ラックギア１２と噛合している。図１では図示を省略しているが、図２（Ａ）で図示しているように回動軸１３にはモータ１５の駆動軸が接続されている。よって、モータ１５が駆動されるとピニオンギア１４と共に板状の制御弁４が回動する。さらに、ピニオンギア１４はラックギア１２と噛合しているので、制御弁４の回動した角度に対応して可動ブロック１１がＸ方向で移動することになる。よって、通路変更機構５により、制御弁４が第２通路３を閉じる動作をするときには、これと連動して第２通路３の通路面積が縮小されることになる。

なお、モータ１５はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１６によって駆動が制御されている。ＥＣＵ１６は内燃機関の状態に応じてモータ１５を駆動して、制御弁４を所定角度回動させて吸気ＡＧの流通経路を第１通路２または第２通路３の片側のみを開く状態や、開口率を変化させて第１通路２及び第２通路３を開いた状態を形成する。

図３は、制御弁４の回動に伴う一連の動作を説明するために示した模式図である。（Ａ）は制御弁４を開いたとき、（Ｂ）は制御弁４を閉じたときの状態を示している。なお、各図の右側にはそれぞれの状態での開口６の面積変化を示している。また、図３では、図１で図示を省略した吸気管７を図示している。第２通路３が吸気管７と第１通路２の途中とを接続し、第１通路２よりも短い通路となっている。この図３を参照して動作を説明する。

この制御弁４は、水平状態から立上がった状態となるまで範囲を回動する。図３（Ａ）で示すように制御弁４が時計回転方向ＣＷへ回動し、立上がった状態となって第２通路３を開としたときには可動ブロック１１が開口６の通路面積を大きくするように移動する。これとは逆に、図３（Ｂ）で示すように制御弁４が反時計回転方向ＣＣＷへ回動し、水平状態となったときには可動ブロック１１が開口６の通路面積を小さくするように移動する。よって、図３（Ａ）で示すように第２通路３を開としたときに開口６の通路面積が制御弁４より大きくても、図３（Ｂ）で示すように開口６を閉じるときには制御弁４によって確実に全閉の状態を形成できる。すなわち、前述したように制御弁４は、縮小したときの開口６の通路面積に対応した大きさに形成すればよいので小さく形成できる。

したがって、吸気装置１Ａは制御弁４の大きさを第２通路３を開としたときの開口６の通路面積に比して小さく形成できるので、例えば図で示すように第１通路２をちょうど塞ぐ大きさとすることが可能となる。その結果、制御弁４を駆動するときのトルクや、第２通路３を開とするため制御弁４を定位置に保持するための保持トルクを低減できる。よって、制御弁４を駆動するモータ１５は従来より小さくして小型化を促進できる。

図４は、図１で採用したラック・ピニオンの機構と同様に、制御弁４の回動動作に連動させて第２通路３の通路面積を変更する他の機構例について示している。図４（Ａ）はリンク機構を採用した例である。制御弁４の回動軸１３に板状のリンク２０が固定されている。このリンク２０には長穴２１が形成されている。この長穴２１に可動ブロック１１に設けたピン２２が係合されている。このようなリンク機構によっても、前述したラック・ピニオンの機構と同様に制御弁４の回動動作に連動して第２通路３の通路面積を変更できる。

図４（Ｂ）はバネとワイヤとを用いた場合の機構例である。制御弁４の回動軸１３と同軸にホイール２５が固定されている。可動ブロック１１に設けたピン２６とホイール２５の周上の定位置との間にワイヤ２７が配設されている。一方、可動ブロック１１はバネ２８により第２通路３の開口を広げる方向に付勢されている。制御弁４を反時計方向に回動したときにはホイール２５にワイヤ２７が巻付いて可動ブロック１１を移動させる。この機構によっても、前述したラック・ピニオンの機構と同様に制御弁４の回動動作に連動して第２通路３の開口６の通路面積を変更できる。

図５は、実施例２に係る吸気装置１Ｂについて示した図である。この図は実施例１について示した図３と同様に模式的に示している。重複する説明を避けるため、実施例１の吸気装置１Ａと対応する部位には同じ符号を付している。

この吸気装置１Ｂは、制御弁４が第２通路３の開口部内に収納されるように配置されている。さらに、この制御弁４は、中間部分に回動軸１７を備えたバタフライ構造となっている。この制御弁４も回動動作に伴って第２通路３の開口６の通路面積が変化する。図５の上部に開口６の通路面積が変化する様子を合せて示している。

吸気装置１Ｂも、制御弁４が第２通路３を閉じるときに連動して第２通路３の通路面積が縮小するので、実施例１の吸気装置１Ａと同様に制御弁４を小さく形成できる。例えば図で示すように第２通路３の通路面積を縮小したときの大きさに対応させて制御弁４を形成しておけば、第２通路３を確実に閉じることができる。

本実施例２の場合、第２通路３を開とするときに制御弁４を開いても、第１通路２を流れる吸気ＡＧから受ける抵抗が小さいのでトルクを小さくできる。また定位置に保持する場合も保持トルクを小さくできる。また、第２通路３を閉じるときにも制御弁４をバタフライ型としているので、吸気ＡＧから受ける抵抗が回動軸１７の両側にバランスして掛かるので回動する際のトルク、及び定位置に保持するための保持トルクを小さくできる。よって、この吸気装置１Ｂの制御弁４を駆動するためのトルクは更に小さく抑制できる。したがって、制御弁４により第２通路３を閉じるときには吸気ＡＧを下流側に漏らさないようにして確実に閉じることができる。

なお、本実施例２の吸気装置１Ｂは実施例１の１Ａとは異なり、第１通路２制の吸気ＡＧを維持しつつ制御弁４の回動動作で第２通路３側からの吸気流量を調整する構造となっている。内燃機関の高速時には第２通路３側も合せて開くことで、下流側へ流す吸気ＡＧを増量して内燃機関の高速回転時に対応した高出力を得ることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例１に係る吸気装置の主要部を確認できるように示した斜視図である。 図１から通路変更機構に係る部分を取出して示しており、（Ａ）は通路変更機構の上面視図、（Ｂ）は同側面視図である。 制御弁の回動に伴う一連の動作を説明するために示した模式図である。（Ａ）は制御弁を開いたとき、（Ｂ）は制御弁を閉じたときの状態を示している。 （Ａ）、（Ｂ）は第２通路の通路面積を変更する他の機構例について示した図である。 実施例２に係る吸気装置について示した図である。 従来の吸気装置での第１通路と第２通路との合流部分の様子を模式的に示した図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 吸気装置
２ 第１通路
３ 第２通路
４ 制御弁
５ 通路変更機構
６ 開口
７ 吸気管
ＡＧ 吸気

Claims (3)

1. 吸気管に接続され燃焼室に向けて吸気を流す第１通路と、前記吸気管と前記第１通路の途中とを接続するように配置され、通路面積が前記第１通路より大きい第２通路と、前記吸気の流通経路を前記第１通路と前記第２通路とに切換える制御弁とを備えた内燃機関の吸気装置であって、
   前記制御弁の前記第２通路を閉じる動作と連動して、前記第２通路の通路面積を前記制御弁が全閉できるまで縮小する通路変更機構を有することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記制御弁は、前記第１通路と前記第２通路の合流部分に片持ち構造で配置され、一方の通路の吸気流を増量しながら、他方の通路の吸気流を減量す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. 前記制御弁は、前記第２通路の開口部内にバタフライ構造で配置され、該第２通路を流れる吸気流を変更す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。
   

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