JP2010053701A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータを必要としない簡単な構造のもとで、エンジン高速回転時における十分な吸入空気量を確保しつつ、エンジン低速回転時における吸気音の低減を図った吸気装置を提供する。
【解決手段】エアクリーナの吸気方向上流側にメインダクト３とバイパスダクトを並列に接続し、メインダクト３内には開閉式のバルブ６を設けてある。バルブ６のフラップ７は、エンジン低速回転時には開方向に初期変位位置Ｐ２まで回動変位しつつもスロープ突起部１１があるために、なおもその通路３ａの閉状態を維持している。エンジン高速回転時にはバルブ６のフラップ７がさらに回動変位してメインダクト３の通路３ａを一気に且つ大きく開いて、バイパスダクトとともにエアクリーナへの吸気流入を許容する。
【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関の吸気装置に関し、特にエンジンの低速回転時に比べて高速回転時における吸気ダクトの通路有効断面積をより大きく確保できるようにした吸気装置に関するものである。

この種の吸気装置として例えば特許文献１，２に記載されているように、エンジンの高速回転時に十分な吸入空気量を確保するために、エアクリーナの吸気方向上流側に二つのダクトを並設するとともに、一方のダクトにはエンジンの低速回転時に当該ダクトの通路を閉塞しているバルブを設けて、エンジンの低速回転時には一つのダクトのみから吸気を行う一方で、高速回転時には上記バルブを開くことにより二つのダクトから吸気を行うようにしたものが提案されている。
特開２００４−７６６５７号公報 特開平１１−８２２０２号公報

特許文献１に記載されたものでは、負圧式のアクチュエータによりバルブを開閉する方式であるため、部品点数の増加によるコストアップが余儀なくされるほか、スペース的な面でも不利になりやすい。

また、特許文献２に記載されたものでは、ダクト内の負圧によりバルブ（開閉部材または弁体）を直接開閉する方式であり、ダクト内の負圧とバルブ自体の自己弾性力とが拮抗するかたちとなって、特定のエンジン回転数で一気にバルブが開かずに徐々に開き始めることになるため、特にエンジンの低速回転時において十分な吸気音の低減が図れないという問題がある。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、アクチュエータを必要としない簡単な構造のもとで、エンジン高速回転時における十分な吸入空気量を確保しつつ、エンジン低速回転時における吸気音の低減を図った吸気装置を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、エンジン吸気系に介装されたエアクリーナの吸気方向上流側に吸気ダクトとして共に一端が大気開放されたメインダクトとバイパスダクトがそれぞれに接続されているとともに、上記メインダクト内には当該メインダクトの通路を開閉するバルブが配設されていて、このバルブは、エンジン低速回転時には上記メインダクト内の負圧により開方向に変位した状態でなおもその通路の閉状態を維持するようになっている一方、エンジン高速回転時にはそのメインダクト内の負圧により当該メインダクトの通路を一気に且つ大きく開いて上記バイパスダクトとともにエアクリーナへの吸気流入を許容するようになっていることを特徴とする。

ここで、エンジン低速回転時において負圧によるバルブの開方向への変位を許容しつつも、なおもその通路の閉状態を維持するようにしているのは、エンジンの低速回転から高速回転に移行した際に、バルブが負圧の変化に応じて徐々に開くのではなく、特定の回転数でバルブが一気に且つ大きく開くことを意図しているからにほかならない。

より具体的には、請求項２に記載のように、上記バルブは渦巻ばねにより閉方向への付勢力が付与されたヒンジ回転式のフラップを有していて、上記メインダクトの内壁には、エンジン低速回転時に開方向に変位したフラップと協働してなおもその通路の閉状態を維持する封止部を設けてあるものとする。

または、請求項３に記載のように、上記メインダクトはダクト一般部よりも大径な大径ダクト部を有しているとともに、上記バルブは、上記ダクト一般部にスライド変位可能に挿入されて且つ閉方向に弾性付勢されたスプールを有していて、エンジン低速回転時に開方向に変位した上記スプールがなおもダクト一般部に位置していることによりその通路の閉状態を維持するようになっているものとする。

この場合において、請求項４に記載のように、上記メインダクトのダクト一般部と大径ダクト部との間でその開口面積が急変していて、上記ダクト一般部からスプールが完全に抜け出たときに初めて通路が開くようになっていることが望ましい。

なお、上記のいずれの場合にも、請求項５に記載のように、上記メインダクトの通路断面積はバイパスダクトの通路断面積よりも大きいものであることが望ましい。

したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、エンジンの低速回転時にはダクト内に作用する負圧は相対的に小さく、この負圧の影響でバルブはわずかがら通路を開こうとするものの、なおもその通路の閉状態を維持することになる。そのために、メインダクトの通路はバルブによってなおも閉塞されたままであり、エアクリーナ側への吸気はバイパスダクトのみを通して行われることから、エンジンの低速回転時における吸気音の低減が図れることになる。

その一方、エンジンの高速回転時にはダクト内に作用する負圧は相対的に大きくなるため、エンジン回転数が特定の回転数に達した時点でバルブは上記負圧を受けて一気に且つ大きく開き、エアクリーナ側への吸気はバイパスダクトとメインダクトの双方を通して行われることから、エンジンの高速回転時における吸気量が十分に大きくなり、これによって吸気効率が大幅に向上することになる。

本発明によれば、アクチュエータを設けることなく単にバルブを設けるのみで、エンジン低速回転時の吸気音の低減とエンジン高速回転時の吸気量の増大による吸気効率の向上とを両立することができ、構造の簡素化とコストの低減を図ることが可能となる。

図１〜３は本発明に係る吸気装置のより具体的な第１の実施の形態を示す図で、特に図１はエアクリーナ１を主要素とする吸気装置全体の概略構造を模式的に示している。

図１に示すように、エアクリーナ１の吸気方向下流側はスロットルバルブ２や図示しないコレクタを介してエンジンのシリンダブロックに接続されるとともに、エアクリーナ１の吸気方向上流側には吸気ダクトとしてそれぞれに独立したメインダクト３とバイパスダクト４を並列に接続してあり、各ダクト３，４の一端は外部に開口している。なお、図１の符号５はエアクリーナ１のエレメントを示す。

ここで、メインダクト３およびバイパスダクト４は共に例えば角筒状のものであり、その有効断面積はバイパスダクト４よりもメインダクト３の方が大きくなるように形成してある。そして、メインダクト３の内部には例えばフラップ式のバルブ６を設けてあり、このバルブ６によってメインダクト３の通路３ａが開閉可能となっている。

図２，３は上記バルブ６の詳細を示し、メインダクト３内には弁体としてそのメインダクト３に内接するかわずかな隙間をもつ矩形板状のフラップ７を設けてあり、このフラップ７はシャフト８に固定してあるとともに、シャフト８はメインダクト３を貫通するようにして当該メインダクト３に回転可能に両持ち支持させてある。これにより、フラップ７はヒンジ回転式のものとなっていて、フラップ７の回動変位に伴いメインダクト３の通路３ａが開閉可能となっている。

シャフト８の一端には渦巻ばね９を配置してある。この渦巻ばね９はその内端部をシャフト８またはフラップ７の根元部に固定してあるとともに、外端部をメインダクト３に固定してあり、その巻き締まり方向の付勢力をもってフラップ７を閉方向（図３で時計回り方向）に付勢している。図３ではフラップ７の直立姿勢位置が閉止位置Ｐ１となっていて、ストッパ１０との当接によりフラップ７が閉止位置Ｐ１に位置決めされるようになっている。

また、メインダクト３の内周であって且つ閉止位置Ｐ１近傍においてフラップ７の先端と対向する位置には封止部としてスロープ突起部１１を付設してある。このスロープ突起部１１は閉止位置Ｐ１からフラップ７の開方向（図３の反時計回り方向）の所定区間にわたってその厚みが漸次大きくなるように、且つフラップ７の先端と対向する面を円弧面１１ａとして形成してある。この円弧面１１ａはフラップ７の開閉動作（回動変位）に伴いそのフラップ７の先端が描く軌跡とほぼ一致するように形成してあり、フラップ７の先端が円弧面１１ａと対向しているかぎりにおいてはそのフラップ７の位置にかかわらず当該フラップ７の閉止状態が維持または継続されるように設定してある。

したがって、このように構成された吸気装置によれば、エンジンの低速回転時においては、エンジン吸気系の一部であるエアクリーナ１やメインダクト３およびバイパスダクト４内での吸入負圧は相対的に小さく、フラップ７はその吸入負圧の影響で図３の（Ａ）に示すように閉止位置Ｐ１からわずかに開方向に回動変位するものの初期変位位置Ｐ２に保持され、スロープ突起部１１から離れるまでには至らない。そのために、フラップ７が閉止位置Ｐ１から開方向にわずかに回動変位して初期変位位置Ｐ２にあったとしても、スロープ突起部１１から離れないかぎりはなおも閉止状態が維持または継続されている。

このフラップ７による閉止状態とは、エンジンの低速回転時において図１のメインダクト３の通路３ａが完全に閉鎖されていて、バイパスダクト４の通路４ａのみが開いている状態にほかならず、メインダクト３は吸気ダクトとしては何ら機能しないため、バイパスダクト４のみによって吸気が行われる。その結果、吸気ダクトとしての有効断面積が小さくなるとともに、従来のようにフラップ７が例えば小開度にある場合と比べて吸気音の発生が抑制されて、吸気音の低減の上で有利となる。

その一方、エンジンの高速回転に移行した場合には、吸入負圧が一気に増大することから、図３の（Ｂ）に示すようにフラップ７が一気に且つ大きく回動変位して大開度位置Ｐ３に至ることから、これをもってそのメインダクト３の通路３ａを大きく開き、バイパスダクト４およびメインダクト３の双方を通して吸気が行われることになる。これにより、高速回転に必要十分な吸気量が確保され、吸気効率が向上することになる。

さらに、エンジンが高速回転から低速回転に移行した場合には、直ちに図３の（Ａ）の状態となる。

ここで、先のエンジンの低速回転時において、メインダクト３の閉止状態を維持するために、図３の（Ａ）のようなフラップ７の回動を許容することなく閉止位置Ｐ１にフラップ７を留めておこうとすると、渦巻ばね９のばね力のみをもって吸入負圧に対抗せざるを得ないことになる。この渦巻ばね９のばね力の増大化は、先に述べたエンジンの高速回転時にフラップ７を回動変位させてメインダクト３の通路３ａを開く際の抵抗の増大となる。これは、フラップ７の開度が大きくなればなるほどそのフラップ７を閉止位置Ｐ１に引き戻そうとする渦巻ばね９のばね力が大きくなることを意味する。その結果、エンジンの高速回転時において、フラップ７の十分な開度ひいては吸入空気量が確保できず、吸気効率が低下することになる。

これに対して本実施の形態では、エンジンの低速回転時において、図３の（Ａ）に示すように開方向へのフラップ７のわずかな回動変位、すなわち初期変位位置Ｐ２までの回動変位を許容しながらも、スロープ突起部１１があることによってメインダクト３の通路３ａの閉止状態が維持されている。そのために、このエンジン低速回転時におけるフラップ７の開度分だけ相対的に渦巻ばね９のばね力を小さくすることが可能であり、結果的には、エンジンの高速回転時においてフラップ７を一気に且つより大きく回動変位させて、フラップ７の十分な開度ひいては吸入空気量が確保することができて、吸気効率が向上することになる。

このように本実施の形態によれば、渦巻ばね９にて付勢されたフラップ７とスロープ突起部１１との組み合わせというきわめて簡単な構成でありながら、エンジン低速回転時の吸気音の低減とエンジン高速回転時の吸気効率の向上とを両立することが可能となる。

図４は本発明に係る吸気装置の第２の実施の形態を示す図であり、先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。

この第２の実施の形態では、バルブ６の弁体として機能するフラップ１２を翼形状のように断面流線形に形成したものである。このようにフラップ１２の断面形状を流線形に形成した第２の実施の形態では、エンジンの高速回転時においてフラップ１２が吸入負圧により回動変位する際に、空気の流れによってフラップ１２に揚力Ｆが発生し、フラップ１２をより大きく回動変位させることが可能となる。

したがって、この第２の実施の形態によれば、先の第１の実施の形態と同様の効果が得られるほか、メインダクト３の全閉状態から全開状態への移行が一気に且つ開度変化が大きくなる点で先の第１の実施の形態のものより有利となる。

図５は本発明に係る吸気装置の第３の実施の形態を示す図であり、先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。

この第３の実施の形態では、メインダクト１３内に配置されるバルブ１６として、先の第１，第２の実施の形態におけるフラップタイプのものに代えて、スライドバルブタイプにしたものである。

図５に示すように、バイパスダクト４と並列関係にあるメインダクト１３はエアクリーナ１に近い部分にダクト一般部１４に比べて直径が急激に且つ大幅に大きくなる大径ダクト部１５を備えていて、実質的に段付き筒形状のものとなっている。これらのダクト一般部１４と大径ダクト部１５のうち、ダクト一般部１４が円筒状のものであるのに対して、大径ダクト部１５はダクト一般部１４と同心状の円筒状または角筒状のものであり、図６に示すように、ダクト一般部１４および大径ダクト部１５にはそれらを径方向に横断するワイヤ状または棒状のステー１７または１８を設けてあるとともに、それらのステー１７，１８間に樹脂または金属製のフランジ部１９ａ，１９ｂ付きのセンターシャフト１９を横架してある。

そして、センターシャフト１９にはバルブ１６の弁体として機能する樹脂または発泡スチロール等からなる円筒状のスプール２０をスライド可能に挿入支持させてある。スプール２０の直径はダクト一般部１４の内径よりもわずかに小さく形成してあり、これによってスプール２０はダクト一般部１４に挿入可能となっている。また、センターシャフト１９の一方のフランジ部１９ａとスプール２０との間にはセンターシャフト１９に挿通させた圧縮コイルばね２１を介装してあり、この圧縮コイルばね２１にて付勢されたスプール２０が閉止位置Ｐ１に位置決めされるようになっている。

したがって、このように構成された第３の実施の形態の吸気装置によれば、エンジンの低速回転時においては、先に述べたようにメインダクト１３およびバイパスダクト４内での吸入負圧は相対的に小さいから、スプール２０はその吸入負圧の影響で図７の（Ａ）に示すように閉止位置Ｐ１よりもわずかに開方向にスライド変位して初期変位位置Ｐ２にあるものの、なおもメインダクト１３のダクト一般部１４の中にある。そのために、ダクト一般部１４ひいてはメインダクト１３の通路１３ａは依然として閉止状態が継続または持続されている。

その一方、エンジンの高速回転に移行した場合には、吸入負圧が一気に増大することから、図７の（Ｂ）に示すように、スプール２０が一気に且つ大きく同図の右方向にスライド変位してダクト一般部１４から抜け出て大開度位置Ｐ３に位置するようになり、そのメインダクト１３の通路１３ａを開くことになる。これにより、バイパスダクト４およびメインダクト１３の双方を通して吸気が行われることになり、高速回転に必要十分な吸気量が確保され、吸気効率が向上することになる。

この第３の実施の形態によれば、エンジンの低速回転時に図７の（Ａ）に示すようにスプール２０がわずかにスライド変位して初期変位位置Ｐ２に位置していたとしても、ダクト一般部１４から完全に抜け出ない限りメインダクト１３の通路１３ａが開くことはないので、圧縮コイルばね２１のばね力としては先の渦巻ばね９と同様に相対的に小さいものとすることができる。

また、ダクト一般部１４からスプール２０が抜け出た瞬間に実質的にダクト一般部１４ひいてはメインダクト１３が全開状態となるので、全閉状態から全開状態への開度変化が一気に且つ大きく行われて、エンジンの高速回転に必要な吸気量を瞬時に得られる点で先の第１，第２の実施の形態のものよりも有利となる。

本発明に係る吸気装置の第１の実施の形態を示す全体の概略説明図。 図１に示したバルブ部分の断面説明図。 図１に示したバルブ部分の拡大図で、（Ａ）はバルブ閉状態の作動説明図、（Ｂ）はバルブ開状態の作動説明図。 本発明に係る吸気装置の第２の実施の形態を示す図で、（Ａ）はバルブ閉状態の作動説明図、（Ｂ）はバルブ開状態の作動説明図。 本発明に係る吸気装置の第３の実施の形態を示す全体の概略説明図。 図１に示したバルブ部分の拡大説明図。 （Ａ）はバルブ閉状態の作動説明図、（Ｂ）はバルブ開状態の作動説明図。

符号の説明

１…エアクリーナ
３…メインダクト
３ａ…通路
４…バイパスダクト
６…バルブ
７…フラップ
９…渦巻ばね
１１…スロープ突起部（封止部）
１２…フラップ
１３…メインダクト
１４…ダクト一般部
１５…大径ダクト部
２０…スプール
２１…圧縮コイルばね
Ｐ１…閉止位置
Ｐ２…初期変位位置
Ｐ３…大開度位置

Claims (5)

1. エンジン吸気系に介装されたエアクリーナの吸気方向上流側に吸気ダクトとして共に一端が大気開放されたメインダクトとバイパスダクトがそれぞれに接続されているとともに、
   上記メインダクト内には当該メインダクトの通路を開閉するバルブが配設されていて、
   このバルブは、エンジン低速回転時には上記メインダクト内の負圧により開方向に変位した状態でなおもその通路の閉状態を維持するようになっている一方、エンジン高速回転時にはそのメインダクト内の負圧により当該メインダクトの通路を一気に且つ大きく開いて上記バイパスダクトとともにエアクリーナへの吸気流入を許容するようになっていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 上記バルブは渦巻ばねにより閉方向への付勢力が付与されたヒンジ回転式のフラップを有していて、
   上記メインダクトの内壁には、エンジン低速回転時に開方向に変位したフラップと協働してなおもその通路の閉状態を維持する封止部を設けてあ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. 上記メインダクトはダクト一般部よりも大径な大径ダクト部を有しているとともに、
   上記バルブは、上記ダクト一般部にスライド変位可能に挿入されて且つ閉方向に弾性付勢されたスプールを有していて、
   エンジン低速回転時に開方向に変位した上記スプールがなおもダクト一般部に位置していることによりその通路の閉状態を維持するようになっ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。
4. 上記メインダクトのダクト一般部と大径ダクト部との間でその開口面積が急変していて、
   上記ダクト一般部からスプールが完全に抜け出たときに初めて通路が開くようになっていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 上記メインダクトの通路断面積はバイパスダクトの通路断面積よりも大きいものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。

Images