JP2007192194A - 可変吸気装置のシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体および弁座からなる制御弁を通路構造体とは別体で形成する場合における一対の吸気集合部間のシール性を向上可能な可変吸気装置のシール構造を提供する。
【解決手段】内燃機関の点火順序の連続しない気筒群への分枝管３Ａ〜３Ｆを集合させる複数の集合部１Ａ、１Ｂを連通させる通路７Ａに、開閉可能なポート１２を有する制御弁８Ａのフレーム１１を挿入し、フレーム１１の外周と前記通路７Ａとの間でシールする可変吸気装置のシール構造であり、前記フレーム１１の外周に沿って形成した周溝１８に前記通路要素の構成体の縁を嵌め合わせ、両者の嵌合部間の隙間により構成したラビリンスシールと、前記フレーム１１先端側と通路要素の前記縁とのいずれか一方から他方に向けて突出し、先端が他方の部材を弾性的に挟む一対の突起２０と、を備えるようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関への可変共鳴過給のための一対の吸気集合部およびこれら吸気集合部を相互に連通・遮断する制御弁を備える可変吸気装置のシール構造に関するものである。

従来から内燃機関のトルク特性を改善するため、一対の吸気集合部と、これら一対の吸気集合部を相互に連通させる連通路と、連通路を運転条件に応じて開閉する制御弁とを備えて、共鳴過給および慣性過給を効果的に両立させる内燃機関の可変吸気装置は知られている（特許文献１参照）。

これは、点火順序の連続しない気筒群に連通する分枝管同士を集合させる一対の吸気集合部同士を、アルミニウム合金等の鋳物で形成され且つ仕切り壁によって複数に画成した連通路により相互に連通させ、各連通路の中央部に制御弁を備える。そして、内燃機関の低速回転領域では、制御弁を閉弁して一対の吸気集合部の連通を遮断することにより、吸気の脈動効果を利用して共鳴過給を行うとともに、内燃機関の高速回転領域では、制御弁を開弁して一対の吸気集合部を連通路を介して相互に連通させることにより、吸気の気柱慣性を利用して慣性過給を行うようにしている。前記制御弁は、各連通路の中央部において仕切り壁および側壁に前記各制御弁の弁軸を回転可能に支持する軸受穴を形成し、この軸受穴で支持した弁軸に制御弁の矩形の弁体を固定するよう構成している。
特開平６−２６２５号公報

ところで、このような可変共鳴過給は、一対の吸気集合部が互いに相殺する状態の圧力脈動を伴うため、閉弁時には共鳴効果を阻害しないよう一対の吸気集合部を確実に制御弁により分離させる必要がある。

しかしながら、上記従来例の制御弁では、連通路を構成するアルミニウム合金等の鋳物で形成した通路構造体に機械加工により弁軸を支持する軸受穴や弁座を機械加工するものであるため、制御弁の閉弁時の気密性を高く保持するためには高精度の機械加工を必要とし、コスト高となる課題があった。

上記制御弁の弁体および弁座による気密性を高めることによるコスト高の課題は、弁体および弁座からなる制御弁を通路構造体とは別体で構成して、通路構造体に組付けることで解決可能であるが、共鳴効果を阻害しないよう制御弁と通路構造体との間の気密性も併せて向上させる必要がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、弁体および弁座からなる制御弁を通路構造体とは別体で形成する場合における一対の吸気集合部間のシール性を向上可能な可変吸気装置のシール構造を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の点火順序の連続しない気筒群に連通する分枝管同士を集合させる複数の集合部と、これら集合部を連通させる通路を運転条件に応じて開閉する制御弁とを備え、前記制御弁は開閉可能なポートを有するフレームを通路要素に挿入してフレームの外周と通路要素の構成体との間でシールする可変吸気装置のシール構造において、前記フレームの外周に沿って形成した周溝に前記通路要素の構成体の縁を嵌め合わせ、両者の嵌合部間の隙間により構成したラビリンスシールと、前記フレーム先端側と通路要素の前記縁とのいずれか一方から他方に向けて突出し、先端が他方の部材を弾性的に挟む一対の突起と、を備えるようにした。

したがって、本発明では、フレームの外周に沿って形成した周溝に前記通路要素の構成体の縁を嵌め合わせ、両者の嵌合部間の隙間により形成したラビリンスシールにより、フレーム外周での吸気集合部同士の連通を遮断すると共に、前記フレーム先端側と通路要素の前記縁とのいずれか一方から他方に向けて突出し、先端が他方の部材を弾性的に挟む一対の突起により、前記隙間を持って係合したフレームの直交方向の振動・騒音を抑制することができる。しかも、制御弁のフレームは、通路構成体への組付時に、ねじり変形や曲げ変形を生じさせることがなく、フレームを樹脂で構成しても、フレームと弁体とのバルブクリアランスを、フレームの変形を見込んで大きくする必要がなく、そのクリアランス縮小が可能となり、吸気集合部間のシール性能を向上させることができ、且つシールの信頼性も向上できる。

以下、本発明の可変吸気装置のシール構造の一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は本発明の可変吸気装置のシール構造を適用した内燃機関の吸気マニホールドの平面図、図２は同じく吸気マニホールドの隔壁部の平面図、図３は図１におけるＡ−Ａ断面図、図４は制御弁の平面図、図５は制御弁（フレーム）と通路構造体とのシール構造を示す断面図、図６は制御弁（フレーム）と通路構造体との係合状態を示す断面図である。

図１に示す吸気マニホールド１は、上下に分離された一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂと、一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂへ吸気を独立して導入する一対の吸気通路２Ａ、２Ｂと、夫々の吸気集合部１Ａ、１Ｂを夫々のシリンダに分岐する分岐管３Ａ〜３Ｆと、を備える。前記一対の吸気通路２Ａ、２Ｂは図示しないスロットルチャンバを介してエアクリーナ等に連結され、前記分岐管３Ａ〜３Ｆはシリンダヘッドに接続される図示しないロアマニホールドに接続される。

前記吸気マニホールド１は、上下方向中央に配置した隔壁部４と、隔壁部４を上下から挟んで隔壁部４の上下に、一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂ、一対の吸気通路２Ａ、２Ｂ、および、夫々のシリンダへの分岐管３Ａ〜３Ｆを形成する上部マニホールド５および下部マニホールド６とを備える。これらの部材は、夫々ポリアミド系の合成高分子樹脂（商標名 ナイロン）等の射出成形により一体に形成しており、高い形状精度を備えるようにしている。

前記隔壁部４は、図２に示すように、一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂ、一対の吸気通路２Ａ、２Ｂ、および、夫々のシリンダへの分岐管３Ａ〜３Ｆを、夫々上下に形成するよう通路部隔壁４Ａ、集合部隔壁４Ｂ、および分岐管隔壁４Ｃを備え、一体に形成されている。即ち、通路部隔壁４Ｂは一対の吸気通路２Ａ、２Ｂを上下に分離し、集合部隔壁４Ａは吸気集合部１Ａ、１Ｂを上下に分離し、分岐管隔壁４Ｃは第１、３、５番気筒への分岐管３Ａ、３Ｃ、３Ｅと第２、４、６番気筒への分岐管３Ｂ、３Ｄ、３Ｆとを上下に分離させている。

前記隔壁部４の集合部隔壁４Ａの両端には、上下の吸気集合部１Ａ、１Ｂを連通させる第１連通孔７Ａおよび第２連通孔７Ｂが形成され、夫々の連通孔７Ａ、７Ｂを開閉する第１、２制御弁８Ａ、８Ｂが配置されている。これらの制御弁８Ａ、８Ｂは第１、２連通孔７Ａ、７Ｂを夫々含んで集合部隔壁４Ａに直交する面内に環状に形成したフランジ９Ａ、９Ｂに、各々の取付フランジ１０を固定することにより、隔壁部４に装備される。

図３、４は第１制御弁８Ａについて示しており、以下では、第１制御弁８Ａについて説明するが、第２制御弁８Ｂも同様の構成を備えるものである。即ち、前記制御弁８Ａは、図３、４に示すように、弁座を構成するフレーム１１と、フレーム１１に直交させて形成した取付フランジ１０と、弁座を構成するようフレーム１１に設けた弁穴１２を開閉可能な弁体１３と、弁体１３と一体となった弁軸１４を取付フランジ１０の外側から回動操作するアクチュエータ１５とを備える。前記弁体１３は、中央に貫通する弁軸１４と共に回動可能とされ、取付フランジ１０から離れた角部が大きい曲率半径のアール（Ｒ）形状とされるアーチ形をなし、取付フランジ１０側で若干斜めに傾斜された、全体として略矩形の形状に形成されている。

前記フレーム１１は、前記弁体１３を取囲む形状、即ち、先端側で概略弓状に突出させたアーチ部１１Ａに形成され、且つ、アーチ部１１Ａの各根元側は支柱部１１Ｂに形成されて取付ランジ１０側の根元部分１１Ｃと合流するよう形成されている。前記フレーム１１の先端のアーチ部１１Ａの中央と根元部分１１Ｃの中央には軸受ボス１６が形成され、これらの軸受ボス１６は弁体１３を支える弁軸１４を軸受メタル１７を介して回動可能に支持している。前記フレーム１１の外周部には、先端側軸受ボス１６の部分を除いて、図４および図５に示すように、周溝１８が形成され、この周溝１８は集合部隔壁４Ａの連通孔７Ａの縁と嵌り合って係合するよう構成している。この連通孔７Ａと前記周溝１８との係合は、「隙間嵌め」の締め代としている。

前記先端側軸受ボス１６の外周部は、前記集合部隔壁４Ａの連通孔７Ａの縁を、部分的に吸気集合部１Ａ、１Ｂのいずれか一方側に円弧状に凹ませた（他方側に突出させた）窪み１９に係合するようにしている。従って、弁体１３を回動させてフレーム１１と同一面となるよう回動させた閉弁時、前記連通孔７Ａと前記周溝１８との係合および前記窪み１９と軸受ボス１６外周との係合によるラビリンス効果により、一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂの連通をシール（遮断）するようにしている。

前記フレーム１１の先端側アーチ部１１Ａの両肩部には、図６に示すように、前記周溝１８を挟んでフレーム１１から突出する一対の突起２０が夫々形成されている。前記突起２０は、先端に移るに連れて肉厚が薄くなるよう形成されている。前記フレーム１１の突起２０が形成される部位に対向する集合部隔壁４Ａは、図６に示すように、その縁部分から所定寸法だけ内側の部分において、徐々に肉厚を増加させた傾斜部２２Ａおよび所定の寸法の肉厚部２２Ｂを備えた係合突起２２が形成され、この肉厚寸法は前記フレーム１１の両肩部１１Ａに設けた一対の突起２０の先端間の寸法より若干大きく形成している。

前記取付フランジ１０は、前記フレーム１１が設けられた背面側にアクチュエータ１５を一体に備え、隔壁部４に形成したフランジ９Ａにシールリングを介して結合可能である。前記フレーム１１および取付フランジ１０は、ポリアミド系の合成高分子樹脂（商標名 ナイロン）等の射出成形により一体に形成しており、高い形状精度を備えるようにしている。

以上の構成の可変吸気装置のシール構造においては、一体となった取付フランジ１０とフレーム１１に弁軸１４、弁体１３およびアクチュエータ１５を取付けて制御弁８Ａを組立て、隔壁部４の集合部隔壁４Ａの連通孔７Ａの縁に、制御弁８Ａのフレーム１２における支柱部１１Ｂ外周側の周溝１８を嵌り合せて係合させ、この係合状態をガイドとして、フレーム１１を集合部隔壁４Ａの連通孔７Ａに挿入し、フレーム１１先端側アーチ部１１Ａに設けた周溝１８と連通孔７Ａの奥側の縁とが係合させ、取付フランジ１０を隔壁部４のフランジ９Ａに固定することで組立てることができる。

制御弁８Ａのフレーム１１の周溝１８と連通孔７Ａの縁とは隙間を持って嵌り合って係合され、両肩部に設けた夫々の一対の突起２０は、集合部隔壁４Ａに設けた係合突起２２の傾斜部２２Ａにより弾性的に拡げられて係合突起２２の肉厚部２２Ｂを弾性的に挟み込む状態に係合する。

そして、前記フレーム１１の外周部の周溝１８は集合部隔壁４Ａの連通孔７Ａの縁と嵌り合って係合し、前記先端側軸受ボス１６の外周部は、前記集合部隔壁４Ａの連通孔７Ａの縁に設けた円弧状に凹ませた（他方側に突出させた）窪み１９に係合するため、弁体１３を回動させてフレーム１１と同一面となるよう回動させた閉弁時、前記連通孔７Ａと前記周溝１８との係合および前記窪み１９と軸受ボス１６外周との係合によるラビリンス効果により、一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂの連通をシール（遮断）する。このため、一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂ間の圧力洩れ等を確実に防止することができる。

上記の組立てにおいて、隔壁部４の集合部隔壁４Ａの連通孔７Ａの縁と、制御弁８Ａのフレーム１１における支柱部１１Ｂ外周側の周溝１８を嵌り合せて係合させてこの係合状態をガイドとして挿入させる際には、前記縁と周溝１８とは隙間嵌め状態であり、また、先端アーチ部１１Ａの周溝１８と連通孔７Ａの奥側の縁との嵌り合いによる係合の際にも、縁と周溝１８とは隙間嵌め状態であるため、フレーム１１にはその形状を変形させようとする大きな外力が作用しない。

また、両肩部に設けた夫々の一対の突起２０と、集合部隔壁４Ａに設けた係合突起２２との係合においても、一対の突起２０を係合突起２２の傾斜部２２Ａにより弾性的に拡げ且つ係合突起２２の肉厚部２２Ｂを弾性的に挟み込む状態で係合する際の両者の係合反力によりフレーム１１の両肩部に若干の押し引き方向の荷重が作用するが、この荷重はアーチ部１１Ａから支柱部１１Ｂおよび弁軸１４に伝達されて確実に支持されるため、フレーム１１の変形が発生することがなく、組立て状態のフレーム１１の形状精度を維持させることができる。

また、前記両肩部に設けた夫々の一対の突起２０と、集合部隔壁４Ａに設けた係合突起２２との係合において、一対の突起２０を係合突起２２の傾斜部２２Ａにより弾性的に拡げ且つ係合突起２２の肉厚部２２Ｂを弾性的に挟み込む状態での係合は、一対の突起２０の弾性により吸収されるため、フレーム１１のアーチ部１１Ａにねじり変形や曲げ変形を生じさせることがない。従って、フレーム１１を樹脂で構成しても、フレーム１１と弁体１３とのバルブクリアランスを、フレーム１１の変形を見込んで大きくする必要がなく、その縮小が可能となり、吸気集合部１Ａ、１Ｂ間のシール性能を向上させることができ、且つシールの信頼性も向上できる。

また、両肩部に設けた夫々の一対の突起２０と、集合部隔壁４に設けた係合突起２２との係合は、一対の突起２０を係合突起２０の傾斜部２２Ａにより弾性的に拡げ且つ係合突起２２の肉厚部２２Ｂを弾性的に挟み込む状態で係合するものであるため、基部である取付フランジ１０がフランジ９Ａに固定された制御弁８Ａのフレーム１１の自由端となる先端側を、集合部隔壁４Ａに対して弾性的に固定・保持する状態とでき、エンジン、マニホールドを経由して伝達される振動によって、振動・騒音が発生することを抑制することができる。

しかも、制御弁８Ａと隔壁部４との組付は、前記したように、フレーム１１を集合部隔壁４Ａに設けた連通孔７Ａの縁に係合させるのみで行うことができるため、組付工数が低減でき、組付作業性を向上できる。

なお、上記実施形態において、一対の突起２０として、制御弁８Ａのフレーム１１の先端側に形成するものについて説明したが、図示はしないが、相手側部材である集合部隔壁４Ａの連通孔７Ａの縁部近傍からフレーム１１の両面に係合するよう一対の突起を配置するものであってもよい。

また、上記実施形態において、一対の突起２０として、フレーム１１のアーチ部１１Ａの両肩部に部分的に設けるものについて説明しているが、フレーム１１のアーチ部１１Ａの全領域に配置しても、また、複数領域に区切って配置してもよい。

また、上記実施形態において、制御弁８Ａとして、集合部隔壁４Ａにより複数に分離した吸気集合部１Ａ、１Ｂを備えるものについて説明したが、図示しないが、吸気集合部１Ａ、１Ｂ同士を連通させる連通管に配置する制御弁であってもよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）内燃機関の点火順序の連続しない気筒群に連通する分枝管３Ａ〜３Ｆ同士を集合させる複数の集合部１Ａ、１Ｂと、これら集合部１Ａ、１Ｂを連通させる通路７Ａを運転条件に応じて開閉する制御弁８Ａとを備え、前記制御弁８Ａは開閉可能なポート１２を有するフレーム１１を通路要素である連通孔７Ａに挿入してフレーム１１の外周と通路要素の構成体との間でシールする可変吸気装置のシール構造において、前記フレーム１１の外周に沿って形成した周溝１８に前記通路要素の構成体の縁を嵌め合わせ、両者の嵌合部間の隙間により構成したラビリンスシールと、前記フレーム１１先端側と通路要素の前記縁とのいずれか一方から他方に向けて突出し、先端が他方の部材を弾性的に挟む一対の突起２０と、を備えるようにした。

即ち、フレーム１１の外周に沿って形成した周溝１８に前記通路要素の構成体の縁を嵌め合わせ、両者の嵌合部間の隙間により形成したラビリンスシールにより、フレーム１１外周での吸気集合部１Ａ、１Ｂ同士の連通を遮断すると共に、前記フレーム１１先端側と通路要素の前記縁とのいずれか一方から他方に向けて突出し、先端が他方の部材を弾性的に挟む一対の突起２０により、前記隙間を持って係合したフレーム１１の直交方向の振動・騒音を抑制することができる。しかも、制御弁８Ａのフレーム１１は、通路構成体への組付時に、ねじり変形や曲げ変形を生じさせることがなく、フレーム１１を樹脂で構成しても、フレーム１１と弁体１３とのバルブクリアランスを、フレーム１１の変形を見込んで大きくする必要がなく、そのクリアランス縮小が可能となり、吸気集合部１Ａ、１Ｂ間のシール性能を向上させることができ、且つシールの信頼性も向上できる。

（イ）フレーム１１は、先端側においてアーチ状１１Ａに形成され、アーチ部１１Ａの中央にポート１２の開閉弁体１３の弁軸１４を軸受支持して備え、その両肩部に他方に向けて、例えば、弁軸１４と平行に突出し、他方の部材の両面に弾性的に接触して他方の部材を挟み付ける一対の突起２０を夫々備えていることにより、制御弁８Ａのフレーム１１は、通路構成体への組付時に、前記一対の突起２０の相手部材との嵌合反力荷重がアーチ部１１Ａの肩部に加わるが、フレーム１１の支柱部１１Ｂと弁軸１４とに伝達されて確実に支持されるため、フレーム１１（アーチ部１１Ａ）の変形が発生することがなく、組立て状態におけるフレーム１１の形状精度を維持させることができ、この点でも、フレーム１１の変形を見込んで弁体１３とフレーム１１とのクリアランスを大きくする必要がなく、クリアランスの縮小が可能となり、吸気集合部１Ａ、１Ｂ間のシール性能を向上させることができ、且つシールの信頼性も向上できる。

（ウ）突起２０は、基部から先端までの弾性変形により他方の部材に弾性的に接触することにより、フレーム１１の特に自由端となる先端側の振動を抑制することができる。

（エ）他方の部材の両面には、前記一対の突起２０先端の間隔に比較して大きい寸法の凸部２２が形成され、前記突起２２はフレーム１１組付時に、前記凸部２２により互いの間の間隔寸法を拡大して凸部２２に係合することにより、他方の部材を弾性的に挟み付けるようにすることにより、フレーム１１を通路構成体の縁部と外周の周溝１８とによりガイドして押込むのみで、ラビリンスシール機能と突起２０の弾性接触による防振機能とを同時に満足させてフレーム１１を組付けることができる。

本発明の一実施形態を示す可変吸気装置のシール構造を適用した内燃機関の吸気マニホールドの平面図。 同じく同じく吸気マニホールドの隔壁部の平面図。 図１におけるＡ−Ａ断面図。 制御弁の平面図。 制御弁（フレーム）と通路構造体とのシール構造を示す断面図。 制御弁（フレーム）と通路構造体との係合状態を示す断面図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 吸気集合部（集合部）
２Ａ、２Ｂ 吸気通路
３Ａ〜３Ｆ 分岐管
４ 隔壁部
４Ａ 集合部隔壁
７Ａ、７Ｂ 連通孔
８Ａ、８Ｂ 制御弁
９Ａ、９Ｂ フランジ
１０ 取付フランジ
１１ フレーム
１２ 弁孔
１３ 弁体
１４ 弁軸
１５ アクチュエータ
１６ 軸受ボス
１７ 軸受メタル
１８ 周溝
１９ 窪み
２０ 一対の突起
２２ 凸部、係合突起

Claims (5)

1. 内燃機関の点火順序の連続しない気筒群に連通する分枝管同士を集合させる複数の集合部と、これら集合部を連通させる通路を運転条件に応じて開閉する制御弁とを備え、前記制御弁は開閉可能なポートを有するフレームを通路要素に挿入してフレームの外周と通路要素の構成体との間でシールする可変吸気装置のシール構造において、
   前記フレームの外周に沿って形成した周溝に前記通路要素の構成体の縁を嵌め合わせ、両者の嵌合部間の隙間により構成したラビリンスシールと、
   前記フレーム先端側と通路要素の前記縁とのいずれか一方から他方に向けて突出し、先端が他方の部材を弾性的に挟む一対の突起と、を備えることを特徴とする可変吸気装置のシール構造。
2. 前記フレームは、先端側においてアーチ状に形成され、アーチ部の中央にポートの開閉弁体の弁軸を軸受支持して備え、
   前記アーチ部の両肩部から他方に向けて突出し、他方の部材の両面に弾性的に接触して他方の部材を挟み付ける一対の突起を夫々備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変吸気装置のシール構造。
3. 前記一対の突起は、弁軸と平行に突出していることを特徴とする請求項２に記載の可変吸気装置のシール構造。
4. 前記突起は、基部から先端までの弾性変形により他方の部材に弾性的に接触することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の可変吸気装置のシール構造。
5. 前記他方の部材の両面には、前記一対の突起先端の間隔に比較して大きい寸法の凸部が形成され、前記突起はフレーム組付時に、前記凸部により互いの間の間隔寸法を拡大して凸部に係合することにより、他方の部材を弾性的に挟み付けるものであることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一つに記載の可変吸気装置のシール構造。

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