JP2007332920A - 吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気通路の上流側と下流側との圧力状態に関係なく、開閉動作の応答性を向上することができる吸気制御装置を提供する。
【解決手段】空気を導入する吸気通路内に固定される固定部２と、筒状に形成され、固定部２と空気の流れ方向に対向し、該固定部２に対して接近離間可能に設けられる可動部３と、吸気通路の壁面と固定部２の外面との間に設けられて吸気通路の上流側又は下流側の一方に連通する外側通路４と、可動部３の内側に設けられて吸気通路の上流側又は下流側の他方に連通する内側通路５とを備え、外側通路４及び内側通路５は、それぞれ通路断面が対称形であり、可動部３は、外側通路４と内側通路５とを連通及び遮断可能であると共に、遮断した状態で外側通路４側及び内側通路５側から作用する圧力方向に対して垂直な方向に移動可能に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に用いられる吸気制御装置に関し、特に、燃焼室に空気を導入する吸気通路に設けられる吸気制御装置に関するものである。

従来、一般に車載用エンジン等の内燃機関は、複数のピストンが往復移動可能に設けられたシリンダブロックと、シリンダブロックの上端に取り付けられたシリンダヘッドとを備える。また、各ピストンの上端とシリンダヘッドとの間にはそれぞれ燃焼室が設けられ、その燃焼室には吸気通路及び排気通路が接続され、さらに、シリンダヘッドには吸気バルブ及び排気バルブが設けられる。このような従来の内燃機関では、各燃焼室に連通する複数の吸気通路毎に該吸気通路を開閉する弁を有する吸気制御装置を備えるものがあり、これにより、例えば、吸気行程前半の間、前記弁を閉弁しておき、シリンダ内に負圧を発生させ、その後この弁を速やかに開弁させることで、吸入空気の流動を一気に開始させ、慣性過給効果により通常より大きな正圧を発生させ、燃焼室への空気の充填効率を向上させて、内燃機関の出力向上を図ったものがある。

上述のような吸気制御装置が有する前記弁としては、空気の流れる方向に対して交差する弁体が空気の流れる方向に移動し、弁座と当接することで通路の開閉を行うポペット型の弁や回転軸に回転自在に軸支される弁体が回転することで通路の開閉を行うバタフライ型の弁などが一般に用いられている。

また、他の構造の弁を有する吸気制御装置として、例えば、特許文献１に記載の付加コントロールバルブ装置は、外面と吸入路の壁部との間に環状の貫通流路を形成する浮遊体と、吸入路の軸方向に移動可能であるバルブ部材と、バルブ部材を開位置に保持するために設けられた開路ソレノイドと、貫通流路を閉じる閉位置にバルブ部材を保持するために設けられた閉路ソレノイドとを備え、前記バルブ部材が筒状壁部と、筒状壁部に連接され貫通流路を閉鎖可能な環状ディスクを有し、前記筒状壁部に開孔部が形成されたものであり、これにより、開孔部を介して開路ソレノイドと環状ディスクとの間隙に流体を充填することで、バルブ部材の移動を妨げるような圧力の変動を防止し、作動性の向上を図っている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−１５０４４１号公報

しかしながら、上述したポペット型の弁では、通路閉鎖時にこの通路の上流側と下流側との間に圧力差が発生した場合、この圧力が弁体の作動方向に作用することから、この弁体の移動や保持に多大な力が必要となり、高い応答性を得ることができないという問題があり、高い応答性を得るには弁体の駆動装置の出力を大きくしなければならなかった。また、上述したバタフライ型の弁では、弁体を約９０度回転させるための作動時間が比較的長くかかり、さらに、通路閉鎖時にこの通路の上流側と下流側との間に圧力差が発生した場合、弁体の回転方向の圧力はキャンセルされるものの、この弁体を回転軸に押し付ける向きの圧力が作用することから、フリクションが増大してしまい、同様に高い応答性を得ることができないという問題があった。さらに、上述した特許文献１に記載されている付加コントロールバルブ装置では、貫通流路閉鎖時にこの通路の上流側と下流側との間に圧力差が発生した場合、この圧力がバルブ部材の作動方向に作用することから、結局のところポペット型の弁やバタフライ型の弁と同様に、高い応答性を得ることができなかった。

そこで本発明は、吸気通路の上流側と下流側との圧力状態に関係なく、開閉動作の応答性を向上することができる吸気制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による吸気制御装置は、燃焼室に空気を導入する吸気通路内に固定される固定部と、筒状に形成され、前記固定部と空気の流れ方向に対向し、該固定部に対して接近離間可能に設けられる可動部と、前記吸気通路の壁面と前記固定部の外面との間に設けられて前記吸気通路の上流側又は下流側の一方に連通する外側通路と、前記可動部の内側に設けられて前記吸気通路の上流側又は下流側の他方に連通する内側通路とを備え、前記外側通路及び前記内側通路は、それぞれ通路断面が対称形であり、前記可動部は、前記外側通路と前記内側通路とを連通及び遮断可能であると共に、前記固定部と当接して前記外側通路と前記内側通路とを遮断した状態で前記外側通路側及び前記内側通路側から作用する圧力方向に対して垂直な方向に移動可能に設けられることを特徴とする。

請求項２に係る発明による吸気制御装置では、前記外側通路は、前記固定部の全周を囲うように設けられることを特徴とする。

請求項３に係る発明による吸気制御装置では、前記固定部は、前記吸気通路の径方向中央に設けられ、前記可動部は、円筒形状であり、前記外側通路の通路断面は、円環状であり、前記内側通路の通路断面は、円形状であることを特徴とする。

請求項４に係る発明による吸気制御装置では、前記固定部は、前記可動部の開口部に嵌合して、外面が該可動部の内面と当接可能な嵌合部を有することを特徴とする。

請求項５に係る発明による吸気制御装置では、前記開口部又は前記嵌合部にテーパ状に形成され、前記嵌合部の前記開口部への嵌合を案内するガイド部を有することを特徴とする。

請求項６に係る発明による吸気制御装置では、前記外側通路と前記内側通路の遮断状態において前記可動部の内面と前記嵌合部の外面との間に位置する封止手段を備えることを特徴とする。

請求項７に係る発明による吸気制御装置では、前記可動部の外側にリング形状をなして駆動部が配設され、該駆動部は電磁力により前記可動部を前記固定部方向へ吸引可能な閉用電磁石と、電磁力により前記可動部を前記固定部から離間する方向へ吸引可能な開用電磁石と、前記可動部を前記固定部方向へ付勢する閉用付勢手段と、前記可動部を前記固定部から離間する方向へ付勢する開用付勢手段とを有し、前記閉用電磁石、前記開用電磁石、前記閉用付勢手段及び前記開用付勢手段が協動して前記可動部を移動可能とすることを特徴とする。

請求項８に係る発明による吸気制御装置では、前記可動部は、前記固定部よりも記吸気通路の上流側に設けられることを特徴とする。

本発明に係る吸気制御装置によれば、外側通路及び内側通路は、それぞれ通路断面が対称形であり、可動部は、固定部と当接して外側通路と内側通路とを遮断した状態で外側通路側及び内側通路側から作用する圧力方向に対して垂直な方向に移動可能に設けられるので、この可動部が通路を遮断した状態において外側通路側と内側通路側との間に圧力差が発生しても、外側通路側からの圧力及び内側通路側からの圧力がこの可動部の移動方向に対して垂直な方向に作用し、可動部に作用する圧力の合力がほぼ無くなることから、吸気通路の上流側と下流側との圧力状態に関係なく、開閉動作の応答性を向上することができる。

以下に、本発明に係る吸気制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例１に係る吸気制御装置の開放時の断面図、図２は、図１に示すａ−ａ断面図、図３は、本発明の実施例１に係る吸気制御装置の閉鎖時の断面図、図４は、本発明の実施例１に係る吸気制御装置の可動部の移動方向を説明するための部分断面図、図５は、本発明の実施例１に係る吸気制御装置が設けられた内燃機関の要部を示す模式図、図６は、本発明の実施例１に係る吸気制御装置が設けられた内燃機関の要部を示す概略断面図、図７は、本発明の実施例１に係る吸気制御装置による吹き返し防止を説明するための線図で、図８は、本発明の実施例１に係る吸気制御装置によるインパルスチャージを説明するための線図である。なお、この実施例１では、本発明を４気筒の内燃機関に適用した例を示すが、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図５、図６に示すように、吸気制御装置１が設けられる内燃機関１０のエンジン本体１１は、シリンダブロック３０上にシリンダヘッド３１が締結されており、複数のシリンダボア３２にピストン３３がそれぞれ上下移動自在に嵌合する。そして、シリンダブロック３０の下部にクランクケース３４が締結され、このクランクケース３４内にクランクシャフト３５が回転自在に支持されており、各ピストン３３はコネクティングロッド３６を介してこのクランクシャフト３５にそれぞれ連結される。この内燃機関１０では、シリンダブロック３０とシリンダヘッド３１とピストン３３により４つの気筒に対応して燃焼室１２がそれぞれ構成される。シリンダヘッド３１は、この各燃焼室１２の上部に吸気ポート１３及び排気ポート１４がそれぞれ形成されており、この各吸気ポート１３及び排気ポート１４は、複数の吸気弁１５及び排気弁１６によって開閉可能となっている。

各吸気ポート１３は、図５に示すように、それぞれインテークマニホールドの各分岐管１７を介してサージタンク１８に接続される。分岐管１７及び吸気ポート１３は、内側に燃焼室１２に空気を導入する吸気通路１９をなす。サージタンク１８は、吸気容積部として機能する空間をその内部に有する。そして、その吸気上流側には吸気管２０が接続される。吸気管２０内には吸入空気量を調量するためのスロットル弁２１が設けられ、さらに吸気上流側にエアクリーナ２４が接続される。一方、各排気ポート１４は、それぞれエキゾーストマニホールドの各集合管２２を介して排気管２３に接続される。

上述の燃焼室１２に導入される空気は、エアクリーナ２４を介して吸入され、吸気管２０、スロットル弁２１、サージタンク１８、インテークマニホールドの各分岐管１７及び吸気ポート１３を通って各燃焼室１２に導入される。そして、図６に示すように、この空気とインジェクタ３７から燃焼室１２内へ噴射される燃料とが混合して混合気を形成し、点火プラグ３８により点火され燃焼し、その燃焼圧力によりピストン３３を往復運動させる。燃焼後の混合気は排ガスとなって排気ポート１４、集合管２２、排気管２３を介して大気中へ放出される。

この内燃機関１０は、さらに、サージタンク１８と燃焼室１２との間の吸気通路１９内、具体的には、サージタンク１８から分岐するインテークマニホールドの各分岐管１７内側の吸気通路１９内にそれぞれ１つずつ吸気制御装置１を備える。この吸気制御装置１は、内燃機関１０の各燃焼室１２に連通する吸気通路１９毎に燃焼室１２に導入される空気の流量を独立して制御するものである。

ところで、上記のような内燃機関１０では、吸気制御装置１による吸気通路１９の開閉の切り替えを内燃機関１０の運転状態に応じて迅速におこなうことで、最も効率的な運転が実現可能となり内燃機関１０の出力効率をより向上させることができるようになる。

そこで、本実施例に係る吸気制御装置１は、図１に示すように、燃焼室１２に空気を導入する吸気通路１９内に固定される固定部２と、固定部２と空気の流れ方向（図１中矢印で示す）に対向し、該固定部２に対して接近離間可能に設けられる可動部３と、吸気通路１９の壁面１７ａと固定部２の外面２ａとの間に設けられる外側通路４と、可動部３の内側に設けられる内側通路５を備える。そして、図３に示すように、固定部２と可動部３とが当接した状態において、この可動部３を外側通路４側及び内側通路５側から作用する圧力方向に対して垂直な方向に移動可能に設けることで、開閉動作の応答性の向上を図っている。

固定部２は、胴体部２ｂが円柱状でその両端部２ｃ、２ｄが次第に細くなるような紡錘形に形成され、図２に示すように、吸気通路１９の径方向中央にステー１７ｃを介して固定される。ここで、吸気通路１９は、上述したように、円筒形の各分岐管１７の内側に形成されている。そして、固定部２は、この吸気通路１９を形成する分岐管１７の壁面１７ａと、外面２ａとの間に上述の外側通路４を形成する。

外側通路４は、その通路断面が固定部２の中心軸線上の点を基準点とした点対称形の円環状をなす。つまり、外側通路４は、固定部２の全周を囲うように設けられる。

さらに、外側通路４は、図１に示すように、固定部２の一方の端部２ｄ側で吸気通路１９の下流側、すなわち、燃焼室１２（図６参照）側と連通するように設けられる。なお、固定部２の端部２ｃにおける径方向の縁部に形成される当接部２ｅは、後述する可動部３の開口部３ｃと当接可能なように径方向に平行な円環状の平面となっている。

可動部３は、肉厚がほぼ一定の円筒形状に形成される。可動部３は、その軸線及び円筒の隔壁３ａが空気の流れ方向とほぼ平行となるように、固定部２よりも吸気通路１９内上流側に設けられる。そして、可動部３は、一方の開口部３ｃが固定部２の他方の端部２ｃと空気の流れ方向に対向する。また、可動部３は、隔壁３ａの外面側の軸方向中央付近に円盤状の可動板３ｂが立設される一方、隔壁３ａの内面側に内側通路５を形成する。

内側通路５は、その通路断面が可動部３の中心軸線上の点を基準点とした点対称形の円形状をなす。さらに、内側通路５は、可動部３の一方の開口部３ｃ側で外側通路４と連通可能であると共に、他方の開口部３ｄ側で吸気通路１９の上流側と連通するように設けられる。

さらに、吸気制御装置１は、可動部３の外側にリング形状をなして設けられ、可動部３を固定部２に対して移動可能に支持する駆動部６を備える。駆動部６は、上述した可動板３ｂとほぼ同軸の円盤状に形成される閉用電磁石６ａと、同様の円盤状に形成される開用電磁石６ｂと、閉用付勢手段としての閉用スプリング６ｃと、開用付勢手段としての開用スプリング６ｄを有する。これらが協動して可動部３を固定部２に対して接近離間可能とし、この可動部３により外側通路４と内側通路５を連通及び遮断可能とする。

閉用電磁石６ａ、開用電磁石６ｂ、閉用スプリング６ｃ、開用スプリング６ｄは、各分岐管１７の壁面１７ａに形成される凹部１７ｂ内に設けられる。閉用電磁石６ａと開用電磁石６ｂは、可動板３ｂを挟んで閉用電磁石６ａが下流側、開用電磁石６ｂが上流側となるように、空気の流れ方向に沿って並べて固定される。同様に、閉用スプリング６ｃと開用スプリング６ｄは、径方向に対しては閉用電磁石６ａ、開用電磁石６ｂと隔壁３ａとの間に、軸方向に対しては可動板３ｂを挟んで開用スプリング６ｄが下流側、閉用スプリング６ｃが上流側となるように並べて配置される。閉用電磁石６ａは、電磁力により可動部３の可動板３ｂを固定部２方向へ吸引可能であり、開用電磁石６ｂは、電磁力により該可動板３ｂを固定部２から離間する方向へ吸引可能であり、閉用スプリング６ｃは、該可動板３ｂを固定部２方向へ付勢し、開用スプリング６ｄは、該可動板３ｂを固定部２から離間する方向へ付勢する。駆動部６は、閉用電磁石６ａ、開用スプリング６ｄと開用電磁石６ｂ、閉用スプリング６ｃとの間に可動板３ｂを挟みこむことで、可動部３を移動可能に支持している。

閉用スプリング６ｃと開用スプリング６ｄの付勢力は、閉用電磁石６ａと開用電磁石６ｂが共に消磁したときに、可動部３の可動板３ｂが全開位置と全閉位置とのほぼ中央に位置するように設定される。そして、閉用電磁石６ａのみを通電すると可動板３ｂがこの閉用電磁石６ａに吸引され、可動部３は図３に示す全閉位置に移動し、開口部３ｃが固定部２の当接部２ｅと当接して、外側通路４と内側通路５とを遮断する。一方、開用電磁石６ｂのみを通電すると可動板３ｂがこの開用電磁石６ｂに吸引され、可動部３は図１に示す全開位置に移動し、外側通路４と内側通路５とを連通する。

このようにして移動可能となる可動部３は、図４に示すように、開口部３ｃが固定部２の当接部２ｅと当接して外側通路４と内側通路５とを遮断した状態で、外側通路４側から作用する圧力Ｐ１及び内側通路５側から作用する圧力Ｐ２の作用方向Ａに対して垂直な方向Ｂに移動可能に設けられる。つまり、外側通路４と内側通路５とが遮断された状態で、可動部３の隔壁３ａにおいて圧力Ｐ１が作用する面である外側受圧面３ｅと、圧力Ｐ２が作用する面である内側受圧面３ｆと、可動部３の移動方向Ｂとがすべて平行となる。さらに言い換えれば、隔壁３ａの外側受圧面３ｅ、内側受圧面３ｆは、可動部３の移動方向Ｂに対して垂直な方向を向く。ここで、上述したように、外側通路４及び内側通路５は、その通路断面が点対称形をなすことから、外側受圧面３ｅは、移動方向Ｂに対する幅Ｗ１（図３参照）が隔壁３ａの周方向にわたってほぼ一定であり、同様に内側受圧面３ｆも移動方向Ｂに対する幅Ｗ２（図３参照）が隔壁３ａの周方向にわたってほぼ一定である。

上記のように構成される吸気制御装置１では、駆動部６の閉用電磁石６ａのみを通電すると可動板３ｂがこの閉用電磁石６ａに吸引され、可動部３は全閉位置（図３参照）に移動し、開口部３ｃが固定部２の当接部２ｅと当接して、外側通路４と内側通路５とが遮断され、各燃焼室１２への空気の導入が停止される。一方、開用電磁石６ｂを通電すると可動板３ｂがこの開用電磁石６ｂに吸引され、可動部３は全開位置（図１参照）に移動し、開口部３ｃと固定部２の当接部２ｅとの当接が解消され、外側通路４と内側通路５とが連通され、各燃焼室１２への空気の導入が開始される。

ここで、図７、図８に示す図は、吸気弁１５（図５参照）及び吸気制御装置１の可動部３の開度とクランク角度との関係を示した図である。この内燃機関１０では、吸気弁１５をピストン３３が吸気上死点（吸気ＴＤＣ）に至る少し前に開放し、ピストン３３が吸気下死点（吸気ＢＤＣ）を少し過ぎた後に閉鎖するようにしている。これは、高回転運転時においては、ピストン３３が下がって燃焼室１２に空気を導入する際、実際には空気にも質量があることから、ピストン３３が下死点を過ぎて空気を吸い込む負圧がなくなっても、慣性によって空気が燃焼室１２に押し込められるので、吸気弁１５を少し遅く閉めた方がより多くの空気を燃焼室１２に導入することができるためである。しかしながら、内燃機関１０の低回転運転時においては、慣性により空気が押し込められても、ピストン３３の往復運動が遅いことから、ピストン３３の上昇時に一旦燃焼室１２に吸い込んだ空気を吸気通路１９側に少し吐き出してしまうおそれがある。このため、この吸気制御装置１は、図７に示すように低回転運転時では、ピストン３３が吸気下死点に到達した直後に、吸気通路１９を閉鎖することで、燃焼室１２内の空気（混合気、排気ガス）の吸気通路１９上流側への吹き返しを防止している。

一方、この内燃機関１０では、図８に示すように高負荷運転時において、いわゆる、インパルスチャージを行っている。インパルスチャージとは、吸気行程前半の間、吸気制御装置１により吸気通路１９を閉鎖（このとき吸気弁１５は上述のように開放している。）することで、燃焼室１２内に負圧を発生させる。このとき、吸気制御装置１の上流側は大気圧となっており、一方、吸気制御装置１の下流側、すなわち、燃焼室１２側は負圧となっている。その後、吸気制御装置１の上下流の間における圧力差がある程度以上大きくなったところで吸気通路１９を開放することで、吸入空気の流動を一気に開始させ、慣性過給効果により通常より大きな正圧を発生させ、燃焼室１２への空気の充填効率を向上させる吸気方法である。すなわち、この内燃機関１０では、高負荷運転時において、吸気制御装置１を介して慣性過給を行うことにより出力を向上させている。

ここで、この内燃機関１０では、上記のように、低回転運転時において燃焼室１２内の空気（混合気、排気ガス）の吸気通路１９上流側への吹き返しを防止する際や、高負荷運転時においてインパルスチャージを行う際に、可動部３を全閉位置に移動させ、外側通路４と内側通路５とを遮断しているが、このとき、可動部３の上流側の内側通路５内は大気圧となる一方、下流側の外側通路４は負圧となり、この可動部３の隔壁３ａを境界として、上流側と下流側との間に圧力差が発生する。

そして、図４に示すように、可動部３の隔壁３ａにおける外側受圧面３ｅに該面に対してほぼ垂直に圧力Ｐ１が作用し、内側受圧面３ｆに該面に対してほぼ垂直に圧力Ｐ１よりも小さい圧力Ｐ２が作用する。ここで、この外側受圧面３ｅは、可動部３の移動方向Ｂに対して垂直な方向を向き、また、外側通路４は、その通路断面が点対称形をなすことから、外側受圧面３ｅの受圧幅Ｗ１は周方向にわたって一定となり、通路断面の中心側に向かって作用する圧力Ｐ１を外側受圧面３ｅの全体において均等に受圧するため、この圧力Ｐ１の合力がほぼ無くなる。

同様に、内側受圧面３ｆは、可動部３の移動方向Ｂに対して垂直な方向を向き、また、内側通路５は、その通路断面が点対称形をなすことから、内側受圧面３ｆの受圧幅Ｗ２は周方向にわたって一定となり、通路断面の中心側から作用する圧力Ｐ２を内側受圧面３ｆの全体において均等に受圧するため、この圧力Ｐ２の合力がほぼ無くなる。これにより、可動部３の全開位置方向への移動を妨げる合力が０になるので、閉用スプリング６ｃ又は開用スプリング６ｄの付勢力に対する力を与えるだけで可動部３を移動させることができるようになる。

以上で説明した本発明の実施例１に係る吸気制御装置１によれば、各燃焼室１２に空気を導入する各分岐管１７の吸気通路１９内に固定される固定部２と、筒状に形成され、固定部２と空気の流れ方向に対向し、該固定部２に対して接近離間可能に設けられる可動部３と、吸気通路１９の壁面１７ａと固定部２の外面２ａとの間に設けられて吸気通路１９の下流側に連通する外側通路４と、可動部３の内側に設けられて吸気通路１９の上流側に連通する内側通路５とを備え、外側通路４及び内側通路５は、それぞれ通路断面が点対称形であり、可動部３は、外側通路４と内側通路５とを連通及び遮断可能であると共に、固定部２と当接して外側通路４と内側通路５とを遮断した状態で外側通路４側及び内側通路５側から作用する圧力Ｐ１、Ｐ２の方向に対して垂直な方向に移動可能に設けられる。

したがって、固定部２は、各燃焼室１２に空気を導入する各分岐管１７の吸気通路１９内に各々固定され、壁面１７ａと外面２ａとの間に吸気通路１９の下流側に連通する外側通路４を形成する。各可動部３は、この固定部２に対して空気の流れ方向に対向する。そして、この各可動部３は、筒状に形成され、内側に吸気通路１９の上流側に連通する内側通路５を形成すると共に、空気の流れ方向に移動して固定部２に対して接近、離間することで、外側通路４と内側通路５とを連通、遮断し、各燃焼室１２への空気の導入を制御する。

そして、この可動部３の開口部３ｃが固定部２の当接部２ｅに当接して外側通路４と内側通路５とを遮断した状態で、外側受圧面３ｅに対してほぼ垂直に圧力Ｐ１が作用し、内側受圧面３ｆに対してほぼ垂直に圧力Ｐ２が作用する。可動部３は、この圧力Ｐ１、Ｐ２の作用方向に対して垂直な移動方向Ｂに移動し、また、外側通路４、内側通路５は、その通路断面が点対称形をなすことから、圧力Ｐ１、Ｐ２を各々外側受圧面３ｅ、内側受圧面３ｆの全体において均等に受圧するため、可動部３の全開位置方向への移動を妨げる合力が０になるので、隔壁３ａを境界として吸気通路１９の上流側と下流側との圧力状態に関係なく、可動部３が移動することによる外側通路４と内側通路５との連通及び遮断を常に一定の小さな力で行うことができ、この開閉動作の迅速性が増し、応答性を向上することができる。

また、例えば、バタフライ型の弁のようにフリクションの影響を受けることもなく、さらに、吸気通路１９の上流側と下流側との圧力状態にかかわらず常に同じ力で可動部３の移動を制御できることから、制御性にも優れる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係る吸気制御装置１によれば、外側通路４は、固定部２の全周を囲うように設けられる。したがって、外側通路４において空気が通過する通路断面を十分に確保しつつ、外側通路４と内側通路５の遮断時に可動部３の外側受圧面３ｅの全周において圧力Ｐ１を均等に受圧することができるので、より確実に圧力Ｐ１の合力を０にすることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係る吸気制御装置１によれば、固定部２は、吸気通路１９の径方向中央に設けられ、可動部３は、円筒形状であり、外側通路４の通路断面は、円環状であり、内側通路５の通路断面は、円形状である。したがって、可動部３は、曲面状の隔壁３ａにより圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２を均等に受圧するので、隔壁３ａの肉厚を薄くしても十分な強度とすることができ、また、外側通路４の通路断面が円環状、内側通路５の通路断面が円形状であるので、外側通路４、内側通路５を通過する空気の圧力損失を抑制することができる。さらに、固定部２の当接部２ｅと可動部３の開口部３ｃは、共に円環状に形成されることから、固定部２と可動部３の組み付けに際し、開口部３ｃと当接部２ｅの径方向に対する向きを合わせる必要が無いので、製造を容易にすることができる。

そして、上述したように、外側通路４と内側通路５とを遮断した状態で、可動部３の全開位置方向への移動を妨げる合力が０になるので、可動部３を移動させる際には差圧に逆らう力を必要とせず、閉用スプリング６ｃ又は開用スプリング６ｄの付勢力に対する力を与えるだけよいため、消費電力を低減することで閉用電磁石６ａ、開用電磁石６ｂの小型化や省電力化を可能にすることができるという有利な効果を奏することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係る吸気制御装置１によれば、可動部３は、固定部２よりも吸気通路１９内の上流側に設けられる。したがって、可動部３は、吸気通路１９内の上流側に位置し、固定部２は、各燃焼室１２に近い下流側に位置するので、仮に燃焼室１２から混合気や排気ガスが吸気通路１９内に逆流しても、上流側に配置される可動部３の駆動部６がこの逆流した汚い気体により汚されることがなく、目詰まり等も抑制されることから、装置の信頼性を向上することができる。

次に、図９は、本発明の実施例２に係る吸気制御装置を示す図である。実施例２に係る吸気制御装置２０１は、実施例１に係る吸気制御装置１と略同様の構成であるが、固定部２が嵌合部２ｆを有する点で上述した実施例１に係る吸気制御装置１とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

この実施例２に係る吸気制御装置２０１では、固定部２は、可動部３の開口部３ｃに嵌合する嵌合部２ｆを有する。この嵌合部２ｆは、開口部３ｃに対向する固定部２の端部２ｃに形成される。嵌合部２ｆは、円柱状の胴体部２ｂの径よりも小さい径の円柱状に形成される。また、嵌合部２ｆの径は、可動部３の内径、すなわち、内側通路５の通路断面の径よりも若干小さく設定され、この嵌合部２ｆは、その外面２ｇが胴体部２ｂの外面２ａから隔壁３ａの肉厚分だけ段落ちしたような形状となり、胴体部２ｂと嵌合部２ｆとの間に段差２ｈが形成される。これにより、可動部３が全閉位置に向かって移動する際には、本図中に破線で示すように、嵌合部２ｆは、開口部３ｃと段差２ｈに当接する前に、この開口部３ｃに嵌合し外面２ｇが隔壁３ａの内面と当接して、外側通路４と内側通路５とを遮断する。

以上で説明した本発明の実施例２に係る吸気制御装置２０１によれば、固定部２は、可動部３の開口部３ｃに嵌合して、外面２ｇが該可動部３の隔壁３ａの内面と当接可能な嵌合部２ｆを有する。したがって、可動部３が全閉位置に移動した際、可動部３の開口部３ｃが固定部２の段差２ｈに当接する前に、嵌合部２ｆの外面２ｇと隔壁３ａの内面とが当接し、外側通路４と内側通路５とを遮断するので、閉弁所要時間を短縮して高い応答性を維持しつつ、全閉位置付近での可動部３の移動速度を遅く制御することができ、よって、固定部２と可動部３との当接による作動音を抑制することができる。さらに、外側通路４と内側通路５とを遮断するには、可動部３の開口部３ｃが嵌合部２ｆの外面２ｇに到達し、嵌合部２ｆの外面２ｇと隔壁３ａの内面との当接面が確保されていればよいので、可動部３の全閉位置を適宜調整することができる。これにより、可動部３の全閉位置における可動板３ｂ（図１参照）と閉用電磁石６ａ（図１参照）との間隔を最小限にしつつ、外側通路４と内側通路５との遮断を確実に行うことができるので、製造時における高い組み付け精度を必要としないと共に、全閉位置において可動板３ｂと閉用電磁石６ａとの間隔をあけずにその電磁力を有効に用いることができる。

次に、図１０は、本発明の実施例３に係る吸気制御装置を示す図である。実施例３に係る吸気制御装置３０１は、実施例２に係る吸気制御装置２０１と略同様の構成であるが、開口部３ｃ及び嵌合部２ｆに各々ガイド部３ｇ、２ｉを有する点で実施例２に係る吸気制御装置２０１とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

この実施例３に係る吸気制御装置３０１では、可動部３のガイド部３ｇは、開口部３ｃの内周面側に設けられ、隔壁３ａの肉厚が固定部２の方向に向かって徐々に薄くなるようにテーパ状に形成される。一方、固定部２のガイド部２ｉは、嵌合部２ｆの可動部３側端部に設けられ、この嵌合部２ｆの端部の径が可動部３の方向に向かって徐々に小さくなるようにテーパ状に形成される。これにより、可動部３が本図中に破線で示す全閉位置に向かって移動する際に、開口部３ｃのガイド部３ｇと嵌合部２ｆのガイド部２ｉとが当接し、開口部３ｃと嵌合部２ｆとの嵌合が案内される。

以上で説明した本発明の実施例３に係る吸気制御装置３０１によれば、開口部３ｃ及び嵌合部２ｆにそれぞれテーパ状に形成され、嵌合部２ｆの開口部３ｃへの嵌合を案内するガイド部３ｇ、２ｉを有する。したがって、可動部３が全閉位置に向かって移動する際に、開口部３ｃのガイド部３ｇと嵌合部２ｆのガイド部２ｉとが当接し、開口部３ｃと嵌合部２ｆとの嵌合が案内されるので、可動部３が移動の際に径方向に多少がたついても、この可動部３を確実に全閉位置まで導くことができ、外側通路４と内側通路５との遮断を確実に行うことができる。さらに、可動部３の径方向に対する多少のがたつきを許容することができることから、製造時における高い組み付け精度を必要としないため、製造効率を向上させることができる。

なお、以上の説明では、嵌合部２ｆの開口部３ｃへの嵌合を案内するガイド部は、固定部２と可動部３の両方に設けるものとして説明したが、どちらか一方であっても、可動部３の径方向に対する多少のがたつきを許容することができる。

次に、図１１は、本発明の実施例４に係る吸気制御装置を示す図である。実施例４に係る吸気制御装置４０１は、上述した実施例３に係る吸気制御装置３０１と略同様の構成であるが、封止手段としてのＯリング７を有する点で実施例３に係る吸気制御装置３０１とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

この実施例４に係る吸気制御装置４０１は、外側通路４と内側通路５の遮断状態において、可動部３の隔壁３ａの内面と嵌合部２ｆの外面２ｇとの間に位置する封止手段としての樹脂製のＯリング７を備える。さらに具体的には、Ｏリング７は、嵌合部２ｆのガイド部２ｉ側に周方向にわたって形成される溝２ｊに嵌め込まれるようにして設けられる。これにより、Ｏリング７は、嵌合部２ｆの外面２ｇと当接すると共に、外側通路４と内側通路５の遮断状態において隔壁３ａの内面と当接して、可動部３の隔壁３ａの内面と嵌合部２ｆの外面２ｇとの間を封止する。

以上で説明した本発明の実施例４に係る吸気制御装置４０１によれば、外側通路４と内側通路５の遮断状態において可動部３の隔壁３ａの内面と嵌合部２ｆの外面２ｇとの間に位置するＯリング７を備える。したがって、このＯリング７が嵌合部２ｆの外面２ｇと当接すると共に、外側通路４と内側通路５の遮断状態において隔壁３ａの内面と当接することで、可動部３の隔壁３ａの内面と嵌合部２ｆの外面２ｇとの間を封止するので、固定部２の嵌合部２ｆの外面２ｇと可動部３の隔壁３ａの内面とのクリアランスを広めにとっても、確実に外側通路４と内側通路５とを遮断することができ、さらに、このＯリング７が弾性変形することでクリアランスに対する許容範囲が広がるので、高い製作精度も必要なくなるため、製造効率を向上させることができる。

なお、以上の説明では、Ｏリング７は、固定部２の嵌合部２ｆに形成される溝２ｊに設けるものとして説明したが、可動部３の隔壁３ａの内面に溝を形成し、この溝にＯリング７を設けるようにしてもよい。

なお、上述した本発明の実施例に係る吸気制御装置１、２０１、３０１、４０１は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、吸気制御装置１、２０１、３０１、４０１は、インテークマニホールドの分岐管１７内側の吸気通路１９内に設けるものとして説明したが、各吸気ポート１３内側の吸気通路１９内にそれぞれ設けるようにしてもよい。さらに、吸気制御装置１、２０１、３０１、４０１は、固定部２、可動部３、駆動部６等を、円筒状に形成されたケーシングの内側にあらかじめ組み付けておき、このケーシングを各分岐管１７に組み込むようにして構成してもよい。この場合、前記ケーシングの内側が吸気制御装置１、２０１、３０１、４０１を設ける吸気通路１９となり、このケーシングの壁面と固定部２との間に外側通路４が形成される。これにより、吸気制御装置１、２０１、３０１、４０１の内燃機関１０への取り付けが容易になるので、製造効率を向上することができる。

さらに、以上の説明では、可動部３は、固定部２よりも吸気通路１９内の上流側に設けるものとして説明したが、下流側に設けてもよい。つまり、外側通路４が吸気通路１９の上流側に連通し、内側通路５が下流側に連通するように構成してもよい。また、以上の説明では、駆動部６は、電磁力により可動部３を移動するものとして説明したが、これに限らず、他の駆動形式のものを適用してもよい。

さらに、以上の説明では、固定部２は、吸気通路１９の径方向中央に設けられ、可動部３は、円筒形状であり、外側通路４は通路断面が円環状であり、内側通路５は通路断面が円形状であるものとして説明したが、可動部３を四角筒形状、外側通路４の通路断面を矩形枠状、内側通路５の通路断面を矩形状としてもよい。また、外側通路４、内側通路５は、通路断面がそれぞれ点対称形であり、外側通路４は固定部２の全周を囲うように設けられるものとして説明したが、例えば、図１２に示すように、各通路断面をそれぞれ面対称形とし、外側通路４が２つに分かれて設けられていてもよく、この場合、可動部３は、外側通路４と内側通路５とを径方向に対して１８０度対向する位置で遮断するようになる。すなわち、隔壁３ａの外側受圧面３ｅは、径方向に対して１８０度対向する２箇所に存在することになる。ここでも、可動部３は、圧力Ｐ１、Ｐ２の作用方向に対して垂直な方向に移動することから、この２箇所の外側受圧面３ｅの受圧幅Ｗ１は各々周方向に対して一定であり、さらに面積も等しくなることから、結局、圧力Ｐ１、Ｐ２の合力はほぼ無くなる。

以上のように、本発明に係る吸気制御装置は、吸気通路の上流側と下流側との圧力状態に関係なく、開閉動作の応答性を向上することができるものであり、吸気通路の上流側と下流側との間に圧力差が生じる装置に用いて好適である。

本発明の実施例１に係る吸気制御装置の開放時の断面図である。 図１に示すａ−ａ断面図である。 本発明の実施例１に係る吸気制御装置の閉鎖時の断面図である。 本発明の実施例１に係る吸気制御装置の可動部の移動方向を説明するための部分断面図である。 本発明の実施例１に係る吸気制御装置が設けられた内燃機関の要部を示す模式図である。 本発明の実施例１に係る吸気制御装置が設けられた内燃機関の要部を示す概略断面図である。 本発明の実施例１に係る吸気制御装置による吹き返し防止を説明するための線図である。 本発明の実施例１に係る吸気制御装置によるインパルスチャージを説明するための線図である。 本発明の実施例２に係る吸気制御装置を示す図である。 本発明の実施例３に係る吸気制御装置を示す図である。 本発明の実施例４に係る吸気制御装置を示す図である。 本発明の実施例に係る吸気制御装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１、２０１、３０１、４０１ 吸気制御装置
２ 固定部
２ａ、２ｇ 外面
２ｂ 胴体部
２ｃ、２ｄ 端部
２ｅ 当接部
２ｆ 嵌合部
２ｉ ガイド部
３ 可動部
３ａ 隔壁
３ｂ 可動板
３ｃ、３ｄ 開口部
３ｅ 外側受圧面
３ｆ 内側受圧面
３ｇ ガイド部
４ 外側通路
５ 内側通路
６ 駆動部
６ａ 閉用電磁石
６ｂ 開用電磁石
６ｄ 開用スプリング（開用付勢手段）
６ｃ 閉用スプリング（閉用付勢手段）
７ Ｏリング（封止手段）
１０ 内燃機関
１２ 燃焼室
１３ 吸気ポート
１７ 分岐管
１７ａ 壁面
１９ 吸気通路
Ａ 圧力の作用方向
Ｂ 可動部の移動方向
Ｐ１、Ｐ２ 圧力

Claims (8)

1. 燃焼室に空気を導入する吸気通路内に固定される固定部と、
   筒状に形成され、前記固定部と空気の流れ方向に対向し、該固定部に対して接近離間可能に設けられる可動部と、
   前記吸気通路の壁面と前記固定部の外面との間に設けられて前記吸気通路の上流側又は下流側の一方に連通する外側通路と、
   前記可動部の内側に設けられて前記吸気通路の上流側又は下流側の他方に連通する内側通路とを備え、
   前記外側通路及び前記内側通路は、それぞれ通路断面が対称形であり、
   前記可動部は、前記外側通路と前記内側通路とを連通及び遮断可能であると共に、前記固定部と当接して前記外側通路と前記内側通路とを遮断した状態で前記外側通路側及び前記内側通路側から作用する圧力方向に対して垂直な方向に移動可能に設けられることを特徴とする、
   吸気制御装置。
2. 前記外側通路は、前記固定部の全周を囲うように設けられることを特徴とする、
   請求項１に記載の吸気制御装置。
3. 前記固定部は、前記吸気通路の径方向中央に設けられ、
   前記可動部は、円筒形状であり、
   前記外側通路の通路断面は、円環状であり、
   前記内側通路の通路断面は、円形状であることを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の吸気制御装置。
4. 前記固定部は、前記可動部の開口部に嵌合して、外面が該可動部の内面と当接可能な嵌合部を有することを特徴とする、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の吸気制御装置。
5. 前記開口部又は前記嵌合部にテーパ状に形成され、前記嵌合部の前記開口部への嵌合を案内するガイド部を有することを特徴とする、
   請求項４に記載の吸気制御装置。
6. 前記外側通路と前記内側通路の遮断状態において前記可動部の内面と前記嵌合部の外面との間に位置する封止手段を備えることを特徴とする、
   請求項４又は請求項５に記載の吸気制御装置。
7. 前記可動部の外側にリング形状をなして駆動部が配設され、該駆動部は電磁力により前記可動部を前記固定部方向へ吸引可能な閉用電磁石と、電磁力により前記可動部を前記固定部から離間する方向へ吸引可能な開用電磁石と、前記可動部を前記固定部方向へ付勢する閉用付勢手段と、前記可動部を前記固定部から離間する方向へ付勢する開用付勢手段とを有し、前記閉用電磁石、前記開用電磁石、前記閉用付勢手段及び前記開用付勢手段が協動して前記可動部を移動可能とすることを特徴とする、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の吸気制御装置。
8. 前記可動部は、前記固定部よりも前記吸気通路の上流側に設けられることを特徴とする、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の吸気制御装置。

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