JP2010261310A

JP2010261310A - 内燃機関用吸気装置

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Publication number: JP2010261310A
Application number: JP2009101225A
Authority: JP
Inventors: Eiji Sakagami; 英二坂上; Tomohisa Senda; 智久仙田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: US20100083929A1; EP2175117A1; JP5348485B2

Abstract

【課題】内燃機関の運転状態に応じた吸気制御を行い、燃焼効率及び出力を効率よく確実に向上させることができる内燃機関用吸気装置を提供する。
【解決手段】第一ポート１１、第二ポート１２及び出口ポート１３を備えた中空形状のケーシング１と、ケーシング１に挿入され、アクチュエータによりケーシング１の内部で回動駆動される回転弁部材２とを有するロータリーバルブと、サージタンク６と第一ポート１１とを結ぶ第一吸気通路３と、第一吸気通路３よりも管路長が長くサージタンク６と第二ポート１２とを結ぶ第二吸気通路４と、気筒１０１と出口ポート１３とを結ぶ第三吸気通路５とを備え、回転弁部材２の弁部２１が、第一ポート１１及び第二ポート１２の少なくとも一方を開放しつつ出口ポート１３を絞る第一状態と、第一ポート１１及び第二ポート１２の少なくとも一方と出口ポート１３とを開放する第二状態とに姿勢変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の運転状態に応じた吸気制御を行う内燃機関用吸気装置に関する。

従来、エンジンの吸気ポートとサージタンクとを連通し、管路長が可変である第一吸気通路と、エンジンの吸気ポートとサージタンクとを常時連通し、通路断面積が第一吸気通路より小さい第二吸気通路とを備えた吸気装置があった（特許文献１参照）。この吸気装置において、第一吸気通路は、夫々サージタンクに連通する第一分通路と第二分通路とを合流させて形成した通路であり、第一分通路の管路長は第二分通路の管路長よりも長く設定してあった。さらに、両分通路の合流部である弁室に弁体が備えられており、弁体の回転により第一分通路及び第二分通路を開閉して、第一吸気通路の管路長の変更及び第一吸気通路の閉塞を行うものである。

上述の構成において、エンジンの低負荷運転時は、第二吸気通路のみを開通させて、吸気流速を高め、燃料の霧化を促進し、燃焼特性の向上を図ることができるとされていた。エンジンの高負荷低速運転時は、第一分通路と第二吸気通路とを開通させて、管路長が長い第一分通路に基づく慣性過給効果と通路断面積拡大による管路抵抗の低減とにより、吸気充填率を高め、エンジンの出力の向上を図ることができるとされていた。エンジンの高負荷高速運転時は、第二分通路と第二吸気通路とを開通させて、管路長が短い第二分通路に基づく慣性過給効果の向上と管路抵抗の低減とにより、吸気充填率を高め、エンジンの出力の向上を図ることができるとされていた。さらに、第二吸気通路が常時開通されているため、スワール（渦流）の発生が促進されて燃料と吸気との混合率が高まり、常に燃焼特性を向上させることができるとされていた。

また、多気筒内燃機関の全吸気経路に亘って挿通され、気筒の並び方向を軸心として回動可能な円筒形状のロータリーバルブを備えた吸気装置があった（特許文献２参照）。このロータリーバルブは、回動軸心に直交する方向にロータリーバルブの外周部を貫通する貫通路と、貫通路の両側面を構成する支持部と、ロータリーバルブの外周部の一部として形成され、ロータリーバルブの回動に伴って吸気経路を開閉するバルブ片部とを備えてあった。また、バルブ片部に対向するよう補強ブリッジ部が備えられていた。さらに、吸気経路を全開放する位置にバルブ片部があるときに、補強ブリッジ部の吸気流通方向の見付幅がバルブ片部の見付幅よりも小さくなるよう補強ブリッジ部を形成してあった。

上述の構成によると、エンジンの低速運転時に、バルブ片部により吸気経路を絞って吸気速度を高め、吸気と燃料との確実な混合を図ることができるとされている。高速運転時は、吸気経路を全開放して通路断面積を大きくし、吸気の大量供給を図ることができる。また、補強ブリッジが備えられているため、ロータリーバルブの回転軸芯周りの剛性が高まって、変形が抑制され、ロータリーバルブを円滑に回転させることができる。さらに、補強ブリッジの吸気流通方向の見付幅を小さくすることにより、吸気流通抵抗を小さくすることができるとされていた。

特開昭６２−７９２３号特開２００７−９７９５号

慣性過給とは、吸気通路内の吸気脈動を利用して、より多くの吸気を内燃機関の気筒の燃焼室内に送り込むことである。好適に慣性過給効果を得るには、吸気通路の管路長及び管路径を内燃機関の回転数に応じて適切に設定する必要があると考えられる。

具体的には、例えば、内燃機関の回転数（気筒内に設けられたピストンの往復運動の速度）がａのとき、慣性過給効果が得られる吸気通路の通路長、通路径がｌａ、ｒａであるとする。内燃機関の回転数がｂのとき、慣性過給効果が得られる吸気通路の通路長、通路径がｌｂ、ｒｂであるとする。ここで、ａ＞ｂである場合は、ｌａ＜ｌｂである。また、ｒａ、ｒｂは、回転数ａ、ｂのときにそれぞれ必要な吸気量が得られる程度に大きな値であり、かつ慣性過給効果が得られる程度に小さな値である。なお、多量の吸気が必要なときほど通路長を短く設定すれば、管路抵抗が減少し、より多くの吸気を効果的に内燃機関の気筒の燃焼室内に送り込むことができる。

しかし、特許文献１の技術においては、第二吸気通路が常時開通しているため、第一吸気通路の開放による慣性過給効果が低減する可能性があった。この問題を解消するには、例えば、第二吸気通路を開閉するＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）を別途備える必要がある。さらに、第二吸気通路の通路断面積が小さいため、カーボン等が第二吸気通路に詰まって、燃料の霧化や渦流の発生が阻害される虞もあった。

また、特許文献２の技術は、ロータリーバルブの回転により吸気通路断面積を大小させるものであるため、対応できる運転状態のバリエーションが少ない。したがって、燃焼効率や出力を向上させることができない運転状態が存在する虞がある。

本発明は上記実情に鑑み、内燃機関の運転状態に応じた吸気制御を行い、燃焼効率及び出力を効率よく確実に向上させることができる内燃機関用吸気装置を提供することを目的としている。

本発明に係る内燃機関用吸気装置の第一特徴構成は、第一ポート、第二ポート及び出口ポートを備えた中空形状のケーシングと、該ケーシングに挿入され、アクチュエータによって前記ケーシングの内部で回動駆動される回転弁部材とを有するロータリーバルブと、サージタンクと前記第一ポートとを結ぶ第一吸気通路と、前記第一吸気通路よりも管路長が長く、前記サージタンクと前記第二ポートとを結ぶ第二吸気通路と、内燃機関の気筒と前記出口ポートとを結ぶ第三吸気通路とを備えると共に、前記回転弁部材の弁部が、前記第一ポート及び前記第二ポートの少なくとも一方を開放しつつ前記出口ポートを絞る第一状態と、前記第一ポート及び前記第二ポートの少なくとも一方と前記出口ポートとを開放する第二状態とに姿勢変更可能なように、前記回転弁部材が回動される点にある。

通常、内燃機関のアイドリング時は、必要な吸気量が少なく、吸気流速が遅い。よって、アイドリング時の燃焼効率を向上させるためには、燃料の霧化やタンブル流の発生等により、燃料と吸気との混合率を高める必要がある。また、低回転時、中回転時、高回転時の出力を向上させるためには、慣性過給効果を利用したり、吸気経路延長を短くし圧力損失や管路抵抗の低減を図る等して、吸気充填率をさらに高める必要がある。

本構成によると、第一ポート、第二ポート及び出口ポートを備えたケーシングと回転弁部材とを有するロータリーバルブ、第一吸気通路、第一吸気通路より管路長が長い第二吸気通路、及び第三吸気通路を備えている。さらに、回転弁部材に備えられた弁部が、第一ポート及び第二ポートの少なくとも一方を開放しつつ出口ポートを絞る第一状態と、第一ポート及び第二ポートの少なくとも一方と出口ポートとを開放する第二状態とに姿勢変更可能なように、回転弁部材が回動される。

内燃機関のアイドリング時に、第一状態に弁部を姿勢変更させれば、出口ポートが絞られて吸気流速が早まり、燃料の霧化が促進されると共にタンブル流の発生が促進される。これにより、燃料と吸気の混合率を高めることができ、内燃機関の燃焼効率が向上する。また、出口ポートを絞った際にカーボン等の異物が弁部や出口ポート周辺に付着しようとしても、弁部の移動により異物は払い落とされ、吸気経路の目詰まりは生じない。よって、好適な吸気制御を維持することができる。

低回転時に、第一ポート及び第二ポートの少なくとも一方と出口ポートとを開放する第二状態に弁部を姿勢変更させれば良い。低回転時は、必要な吸気量が少ない上に、気筒のピストンの動きが遅く、吸入効率が割合良いため、第一ポート及び第二ポートのどちらか一方と出口ポートとを開放すれば、充分な吸気充填効率を確保することができる。また、第一ポート及び第二ポートのどちらか一方を開放すれば良いため、制御パターンが多く、実用性が高い内燃機関用吸気装置とすることができる。

また、中回転時に、第二状態のうち第一ポートのみを閉塞する位置に弁部を位置変更させれば、管路長が長い第二吸気通路のみを介して吸気が行うことができる。このため、慣性過給効果が高まり、内燃機関の出力が向上する。ただし、第二吸気経路の管路長と管路径とは、中回転時の内燃機関の回転数に基づき、慣性過給効果が最大限発揮される長さと径とに設定されている。

さらに、高回転時に、第二状態のうち第一ポートと第二ポートと出口ポートとを開放する位置に弁部を姿勢変更させれば、管路長が短い第一吸気通路を中心として吸気しつつ、さらに第二吸気通路からも吸気を補足することができる。吸気管路長が短いため圧力損失や管路抵抗が低減される上、大量の吸気が供給されて、吸気充填率が高まり、出力が向上する。

このように、一つのロータリーバルブで、内燃機関の運転状態に応じた好適な吸気制御を確実に行うことができるため、内燃機関用吸気装置がコンパクトとなり、必要設置スペースを小さくすることができる。さらに、内燃機関用吸気装置の軽量化を図ることができる。また、好適な吸気制御を行うことができる内燃機関用吸気装置を低費用で提供することができる。

本発明に係る内燃機関用吸気装置の第二特徴構成は、前記弁部が、前記第一状態のうち前記出口ポートを前記第二ポートの側で開きつつ前記第一ポートの側で閉じる第一位置から、前記第二状態のうち前記第一ポートのみを閉塞する第二位置までを、前記出口ポート、前記第一ポート、前記第二ポートの並び方向に沿って位置変更するように、前記回転弁部材が回動される点にある。

本構成によると、弁部が、第一状態のうち出口ポートを第二ポートの側で開きつつ第一ポートの側で閉じる第一位置から、第二状態のうち第一ポートのみを閉塞する第二位置までを、出口ポート、第一ポート、第二ポートの並び方向に沿って位置変更するように、回転弁部材が回動される。この範囲には、各回転数に応じた上述の弁部の位置が含まれるため、弁部の最小限の移動によって上述のような好適な吸気制御を行うことができる。したがって、ロータリーバルブの回動範囲を小さくすることができ、ロータリーバルブ等の磨耗やアクチュエータの使用劣化を低減することができる。さらに、吸気装置の動作の信頼性も向上される。また、第二ポートを閉塞することがないため、吸気量が低減する事がなく、一定の吸気効率を維持することができる。

本発明に係る内燃機関用吸気装置の第三特徴構成は、前記弁部が、前記第一位置と前記第二位置との間の位置である第三位置に位置するように前記回転弁部材が回動されたとき、前記三つのポートを開放する前記第二状態となる点にある。

本構成によると、弁部が、第一位置と第二位置との間の位置である第三位置に位置するように回転弁部材が回動されたとき、三つのポートを開放する前記第二状態となる。このため、内燃機関の低回転時と高回転時とに、弁部が第三位置に位置すれば、上述のような好適な吸気制御を確実に行うことができる。

本発明に係る内燃機関用吸気装置の第四特徴構成は、前記回転弁部材が、前記弁部に対向する一つ又は複数のリブ部を備えた点にある。

本構成のように、回転弁部材が、弁部に対向する一つ又は複数のリブ部を備えることで、回転弁部材の回動軸心周りの剛性が高まる。さらに、弁部の熱膨張がリブ部の熱膨張によって吸収され、回転弁部材の変形が抑制される。したがって、回転弁部材の円滑な回動を維持することができ、内燃機関用吸気装置の動作の信頼性が向上する。

は、吸気装置及びサージタンクの断面図である。は、回転弁部材の斜視図である。は、吸気装置周辺の拡大断面図である。は、弁部が第一位置に位置したときの吸気装置周辺の断面図である。は、弁部が第三位置に位置したときの吸気装置周辺の断面図である。は、弁部が第二位置に位置したときの吸気装置周辺の断面図である。

以下、本発明に係る内燃機関用吸気装置を、四気筒エンジンを有する車両に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。

（全体構成）
本発明に係る内燃機関用吸気装置（以下、「吸気装置」とする）は、図１に示すごとく、ケーシング１と回転弁部材２とを有するロータリーバルブ、第一吸気通路３、第二吸気通路４、及び第三吸気通路５を備えている。また、吸気装置１００はサージタンク６と一体となるよう構成してある。

気筒１０１の燃焼室（図示しない）への吸気の経路（以下、「吸気経路」）において、サージタンク６の上流側にはスロットルバルブ（図示しない）が備えられている。スロットルバルブの開閉により吸気量が調整され、吸気は吸込口７１（図２参照）を介してサージタンク６に流入する。燃焼室に近い位置で吸気制御を行う方が効果的であるため、サージタンク６の下流側に吸気装置１００を配置してある。即ち、吸気経路がサージタンク６から四系統に分岐された後に、吸気装置１００を備えてある。

第一吸気通路３及び第二吸気通路４の少なくとも一方と第三吸気通路５とで、サージタンク６の下流側の吸気経路が構成されており、第一吸気通路３、第二吸気通路４、及び第三吸気通路５は一つのサージタンク６に対して四組備えられている。この四つの吸気経路に亘って一つのロータリーバルブが備えられており、全吸気経路の吸気制御を一括して行うことができる。各吸気経路は同じ構成であるので、重複する構成については説明を省略する。

（第一吸気通路、第二吸気通路、及び第三吸気通路）
第一吸気通路３は、図１に示すごとく、サージタンク６とケーシング１とを結ぶ吸気通路である。第一吸気通路３は、サージタンク６とケーシング１との間の壁を貫通するがごとく、サージタンク６の上方から延出されており、サージタンク６と後述する第一ポート１１とを接続している。図示はしないが、気筒１０１の並び方向（図１の紙面前後方向）に並列して四本の第一吸気通路１１が形成されている。

第二吸気通路４は、図１に示すごとく、サージタンク６とケーシング１とを結ぶ吸気通路である。第二吸気通路４は、サージタンク６の外周を包むがごとく、サージタンク６の下方から延出されており、サージタンク６と後述する第二ポート１２とを各々接続している。図２に示すごとく、気筒１０１の並び方向に並列して四本の第二吸気通路４が形成されている。

このように、第二吸気通路４の管路長は第一吸気通路３の管路長よりも長い。また、第二吸気通路４の管路長及び管径は、吸気の慣性過給効果がエンジンの中回転時に最も効果的に発揮される長さ及び径に設定してある。さらに、第一吸気通路３の通路断面積は第二吸気通路４の通路断面積よりも大きく設定してある。

第三吸気通路５は、図１に示すごとく、燃焼室とケーシング１とを結ぶ吸気通路である。第三吸気通路５は、燃焼室の側に向けてケーシング１から延出されており、燃焼室に連通する吸気通路１０３の吸気ポート１０４と後述する出口ポート１３とを接続している。気筒１０１はサージタンク６の下方に配置されており、吸気通路１０３は下方の気筒１０１に向かって湾曲しつつ延在している。図２に示すごとく、気筒１０１の並び方向に並列して四本の第三吸気通路５が形成されている。第三吸気通路５の通路断面積は、第二吸気通路４の通路断面積と同等もしくは大きく設定してある。即ち、第三吸気通路５の通路径は、第二吸気通路の通路径と同等もしくは大きい。

本構成によると、第一吸気通路３は、第二吸気通路４よりも管路長が短く通路断面積が大きいため、第二吸気通路４における管路抵抗や圧力損失は小さい。また、第一吸気通路３及び第二吸気通路４の両通路が開放されると、管路抵抗の小さい第一吸気通路を中心に吸気することができると共に、第二吸気通路からも補足的に吸気することができ、大量の吸気の流通が可能となる。ただし、上述したように、第三吸気通路５の通路断面積は第二吸気通路４の通路断面積と同等もしくは大きく設定してあり、大量の吸気が流通できる。さらに、中回転時に第二吸気通路４のみが開放されるよう構成すると、慣性過給効果が効果的に発揮され、吸気充填率を高めることができる。

（ロータリーバルブ）
ロータリーバルブは、図１に示すごとく、中空形状のケーシング１とケーシング１に挿入された回転弁部材２とを有している。アクチュエータ７（図２参照）により回転弁部材２をケーシング１の内部形状に沿って回動駆動し、第一吸気通路３及び第三吸気通路５の開閉を行う。

ケーシング１は、気筒１０１の並び方向に伸びる円筒形状の内部空間を形成しつつ、サージタンク６の上方に一体的に備えられている。ケーシング１には、第一ポート１１、第二ポート１２、及び出口ポート１３を開口してある。

第一ポート１１は、第一吸気通路３を介して吸気が流入する流入口であって、第一吸気通路３が円滑に接続されるよう、サージタンク６の方向に向けて開口されている。第二ポート１２は、第二吸気通路４を介して吸気が流入する流入口であって、サージタンク６の外周部に向けて開口されている。出口ポート１３は、第三吸気通路５を介して燃焼室へ吸気が流出する流出口であって、気筒１０１の側に向けて開口されている。

第一ポート１１は、第一吸気通路３が円滑に繋がる形状であって、第二ポート１２及び出口ポート１３も、第二吸気通路４及び第三吸気通路５が夫々円滑に繋がる形状である。よって、第一ポート１１の開口面積は第二ポート１２開口面積よりも大きく、出口ポート１３の開口面積は、第二ポート１２の開口面積と同等もしくは大きく設定してある。即ち、出口ポート１３の内径は第二ポート１２の内径と同等もしくは大きい。

また、吸気の流通が円滑となるよう、三つのポート１１、１２、１３の夫々の中心が、ロータリーバルブの回動軸心に直交する同一平面上に位置するよう構成してある。各吸気通路３、４、５の並列離間距離と同じ距離を空けて、三つのポート１１、１２、１３が四組開口されている。

さらに、図１に示すごとく、第一ポート１１、第二ポート１２、及び出口ポート１３は、前記同一平面上において適切な間隔を空けて形成してある。例えば、第一ポート１１又は第二ポート１２と出口ポート１３とを接近させて備えた場合、吸気はケーシング１内で鋭角に屈曲して流通し、吸気流速が低下する虞がある。また、第一ポート１１と第二ポート１２とが接近し過ぎていると、両ポートから同時に吸気を行ったとき、両ポート１１、１２周辺に気流の乱れが生じ、吸気流速が低下する虞がある。

三つのポートの形成により、図３に示すごとく、第一ポート１１と出口ポート１３との間には第一内周壁１４が形成され、第一ポート１１と第二ポート１２との間には第二内周壁１５が形成され、第二ポート１２と出口ポート１３との間には第三内周壁１６が形成されている。

回転弁部材２は、図２、３に示すごとく、ケーシング１の内部形状よりも僅かに小さい円筒形状の部材であって、ケーシング１に挿入され、アクチュエータ７によってケーシング１の内部形状に沿って回動駆動される。即ち、回転弁部材２は、気筒１０１の並び方向を軸心（以下、「回動軸心」）として回動駆動される。回転弁部材２は、図２に示すごとく、弁部２１、第一リブ部２２、第二リブ部２３、及び二つの仕切部２７を夫々備えたユニット四組が、連結部２８で連結された部材である。弁部２１と第一リブ部２２と第二リブ部２３とは、対向する二つの円盤形状の仕切部２７に亘って備えられている。

回転弁部材２は、回動軸心方向の一方側の端部にあるアクチュエータ７側に備えられた軸受部（図示しない）と他方側の端部にある角度センサ１０２側に備えられた反対側の軸受部（図示しない）とでケーシング１に支持されている。回転弁部材２の一方側の軸（図示しない）はアクチュエータ７に結合してあり、回転弁部材２はアクチュエータ７の駆動によって回動する。回転弁部材２の反対側の軸（図示しない）は角度センサ１０２と連結しており、回転弁部材２がエンジンの運転状態に応じた適切な回動位置となるよう監視する。

アクチュエータ７は、正逆両方向に回動駆動可能な電動モータであり、図２に示すごとく、ケーシング１の外側に備えられ、回転弁部材２を回動させる。

図３に示すごとく、両側の仕切部２７に挟まれる空間が、弁部２１と第一リブ部２２と第二リブ部２３とによって区切られ、弁部２１と第一リブ部２２との間の空間である第一流通部２４と、第一リブ部２２と第二リブ部２３との間の空間である第二流通部２５と、第二リブ部２３と弁部２１との間の空間である第三流通部２６とが構成されている。第一流通部２４と第二流通部２５と第三流通部２６とは、回転弁部材２の内部で合流しており、各流通部間の吸気の流通は自在である。なお、両側の仕切部２７の離間距離は出口ポート１３の回動軸心方向の開口幅よりも僅かに大きく設定してあり、吸気の円滑な流通が可能である。

連結部２８は、図２に示すごとく、各ユニットを回動軸心方向に剛結合する部材であるが、回転弁部材２の軽量化を図るために、回動軸心から放射状に伸びる複数の板部材で構成してある。回転弁部材２の回動によって捻れ変形が生じぬよう、板部材の厚み及び枚数を決定してある。また、弁部２１同士、第一リブ部２２同士、及び第二リブ部２３同士が回動方向において同位相となるよう、各ユニットは連結されている。

図２には図示しないが、各ユニット間での吸気の流通がないよう、即ち、隣合う吸気経路間での吸気の漏洩を防ぐよう、各ユニットの両側の仕切部２７の外側に、ケーシング１の内周部に密接するリング形状の弾性シール部材２９（図３参照）を固定してある。弾性シール部材２９は、両側のリング形状の円周部分（図示しない）を二本のラダー部分（図３において符号「２９」で示す部分）で橋渡しして結合した形状である。回転弁部材２が回動しても、両側の円周部分がケーシングの内周部に密接しているため、隣合う吸気経路間での吸気の漏洩を防止することができ、吸気制御の精度を保つことができる。

（弁部、リブ部）
弁部２１は、図３に示すごとく、基部２１ａ、補強部２１ｂ、及びシール部材取付部２１ｃを有している。基部２１ａと補強部２１ｂとシール部材取付部２１ｃとは、両側の仕切部（図２参照）に亘って備えられている。第一リブ部２２及び第二リブ部２３も、両側の仕切部２７に亘って備えられており、回動軸心周りの剛性が高まり、回動による回転弁部材２の捻れ変形を抑制することができる。実質的には、基部２１ａが、各ポートの開閉を行うと共に、吸気の適切な誘導を行う。

弾性シール部材２９は、図３に示すごとく、上述したラダー部分が二箇所のシール部材取付部２１ｃに微小な隙間を有して嵌合されることにより、弁部２１へ配設されている。ラダー部分はケーシング１の内周部と微小な隙間を有して近接しており、弁部２１とケーシング１の内周部との間を介して不要な吸気の流通がなされることがない。

ロータリーバルブが図３の状態であるときに、第一吸気通路３と第三吸気通路５とが円滑に繋がるよう、基部２１ａの内周側は滑らかにカーブさせてある。したがって、第一ポート１１から出口ポート１３への吸気の流通の方向変更が円滑となる。また、弁部２１の軽量化をはかりつつ強度を確保するため、補強部２１ｂを基部２１ａから径外方向に突出させて形成してある。本実施形態において補強部２１ｂは三枚であるが、補強部２１ｂの数は適宜決定して良い。補強部２１ｂがケーシング１と接触しないよう構成してあるため、回転弁部材２が回動するときの摩擦抵抗が軽減される。

ロータリーバルブが図３の状態であるときに、第一流通部２４と第一吸気通路３の内周部と滑らかに繋がり、また、第三流通部２６と第三吸気通路５の内周部とが滑らかに繋がり、さらに、第二ポート１２が第二流通部２５に大きく開放されるよう、第一リブ部２２及び第二リブ部２３の位置及び形状を設定してある。また、ロータリーバルブが図６の状態であるときに、第一流通部２４と第二吸気通路４の内周部とが滑らかに繋がり、また、第二流通部２５と第三吸気通路５の内周部とが滑らかに繋がるよう、弁部２１、第一リブ部２２、及び第二リブ部２３の位置及び形状を設定してある。さらに、弁部２１は、図４に示すごとく出口ポート１３を第二ポート１２に近い側で絞ることができると共に、図６に示すごとく第一ポート１１のみを閉塞することができるよう設定してある。

図４における弁部２１の位置が第一位置であり、図５における位置が第三位置であり、図６における位置が第二位置である。また、弁部２１が第一位置に位置したときが第一状態であり、第二位置及び第三位置に位置したときが第二状態である。

即ち、図３に示すごとく、弁部２１の外周部の円弧長を回動方向の第一内周壁１４の円弧長に略一致させてある。また、第一リブ部２２は略三角形断面であり、両側面を滑らかにカーブさせ、外周部の円弧長を第二内周壁１５の円弧長に略一致させてある。第二リブ部２３も略三角形断面であり、両側面を滑らかにカーブさせてある。

したがって、図５の状態において、第一ポート１１からの吸気と第二ポート１２からの吸気とは円滑に合流し、出口ポート１３を介して円滑に第三吸気通路５に流れる。また、図６の状態において、吸気は第二ポート１２から円滑に流入し、出口ポート１３を介して円滑に第三吸気通路５に流れる。

このように、弁部２１と第一リブ部２２と第二リブ部２３とがバランスよく分散して配置されているため、弁部２１の熱膨張が第一リブ部２２及び第二リブ部２３の熱膨張に吸収されて、不均衡な熱膨張による回転弁部材２の変形を抑制することができる。

弁部２１、第一リブ部２２、及び第二リブ部２３、及び両側の仕切部２７を高強度かつ高耐熱な樹脂で一体的に構成しても良い。回転弁部材２の軽量化を図ることができると共に、射出成形などにより容易かつ精度良く形成することができ、さらに回転弁部材２の回動軸心周りの剛性が高まる。同様に、このユニット四組と連結部２８とを一体形成するとより好適である。

（吸気装置の動作）
上述のごとく構成してある吸気装置１００の動作を説明する。エンジンのアイドリング時は、図４に示すごとく、弁部２１が第一位置に位置するよう、アクチュエータ７を駆動して回転弁部材２を回動させる。このとき、第一ポート１１が第一流通部２４及び第二流通部２５に開放され、第二ポート１２が第二流通部２５に開放され、出口ポート１３の一部が第三流通部２６の一部に開放される。アイドリング時において、サージタンク６に流入する吸気の吸気速度は遅いが、出口ポート１３が絞られるため、第一ポート１１及び第二ポート１２から流入した吸気の流速が早まり、燃料の霧化が促進される。したがって、内燃機関の燃焼効率は向上される。この状態において、第一リブ部２２が第一ポート１１を一部閉塞しているが、アイドリング時に必要な吸気量は少ないため、支障はない。また、出口ポート１３を絞った際にカーボン等の異物が弁部２１や出口ポート１３周辺に付着しようとしても、弁部２１の移動により異物は払い落とされ、吸気経路の目詰まりは生じない。よって、好適な吸気制御を維持することができる。

また、上述したように、出口ポート１３が絞られているため、第一ポート１１及び第二ポート１２からの吸気は、高速流を維持しつつ内燃機関の燃焼室に到達する。そして、燃焼室内の吸気はタンブル流を発生させるため、燃料と吸気との混合率を高めることができる。

エンジンが低回転状態となると、図５に示すごとく、弁部２１が第三位置に位置するよう、アクチュエータ７により回転弁部材２を反時計回りに回動させる。このとき、第一リブ部２２は第二内周壁１５に一致し、第二リブ部２３は第三内周壁１６に臨むため、第一ポート１１は第一流通部２４に開放され、第二ポート１２は第二流通部２５に開放され、出口ポート１３は第三流通部２６に開放される。即ち、全てのポート１１、１２、１３が開放される。低回転時は、必要な吸気量が少ない上に、気筒１０１のピストンの動きが遅く、吸入効率が割合良いため、第一ポート１１と第二ポート１２とを開放すれば、吸気充填効率を高めることができ、エンジンの出力が向上される。

中回転状態となると、図６に示すごとく、弁部２１が第二位置に位置するよう、回転弁部材２をさらに反時計回りに回動させる。このとき、第一リブ部２２は第三内周壁１６に臨み、第二リブ部２３は第一内周壁１４に臨むため、第二ポート１２は第一流通部２４に開放され、出口ポート１３は第二流通部２５に開放される。したがって、吸気が第二吸気通路４のみを流通するため、慣性過給効果が高まり、エンジンの出力が向上される。

高回転状態となると、図５に示すごとく、弁部２１が第三位置に位置するよう、アクチュエータ７の駆動方向を正逆反転させ、回転弁部材２を時計回りに回動させる。このとき、全てのポート１１、１２、１３が開放される。したがって、圧力損失や管路抵抗の小さい第一吸気通路３を中心に吸気することができる上に、補足的に第二吸気通路からも吸気することができ、吸気充填率が高まり、エンジンの出力が向上される。

回転数が低くなる場合は、上述の制御と逆の制御を行うと良い。

本構成によると、内燃機関の運転状態に応じた好適な吸気制御を、一つのロータリーバルブで確実に実現することができる。このため、吸気装置１００がコンパクトとなり、必要設置スペースを小さくすることができる。さらに、吸気装置１００の軽量化を図ることができる。また、好適な吸気制御を行うことができる吸気装置１００を低費用で提供することができる。

また、本構成によると、弁部が、第一位置と第二位置との間を、第二ポートを通過せず往復する。弁部２１の最小限の移動によって好適な吸気制御を行うことができる。したがって、ロータリーバルブの回動範囲を小さくすることができ、ロータリーバルブ等の磨耗やアクチュエータ７の使用劣化を低減することができる。吸気装置１００の動作の信頼性も向上される。

さらに、出口ポート１３が閉塞されることがないため、吸気量が零となる不都合な状態は生じない。また、エンジンが中回転から高回転に移行するに伴って、吸気経路が第二吸気通路から管路抵抗の小さい第一吸気通路３に移行するため、吸気量が増加し、エンジンの出力が向上する。

なお、本実施形態の第一吸気通路３は、管路長をサージタンク６の側に自由に変化させることができる構成であるため、エンジンの出力に応じた管路長とすることができ、設計の自由度が高まる。

上述の実施形態においては、低回転時に、弁部２１が第三位置に位置するよう制御するが、この制御に限定されるものではない。上述したように、低回転時は、必要な吸気量が少ない上に、気筒１０１のピストンの動きが遅く、吸入効率が良い。このため、例えば、中回転時と同じく第二位置に弁部２１を位置変更させ、管路長が長い第二吸気通路４のみを介して吸気を行っても支障はない。また、このような制御であっても、回転弁部材２の最小限の回動で、適切な吸気制御を行うことができる。

また、各吸気通路３、４、５及び各ポート１１、１２、１３の配置は、上述の実施形態の配置に限定されるものではない。異なる配置とした場合においても、弁部が、第一ポート及び第二ポートの少なくとも一方を開放しつつ出口ポートを絞る第一状態と、第一ポート及び第二ポートの少なくとも一方と出口ポートとを開放する第二状態とに姿勢変更可能なよう構成すれば、好適な吸気制御を行うことができる。

さらに、上述の実施形態において、吸気装置１００とサージタンク６とは一体的に構成したが、別途に構成しても良い。

本発明によると、内燃機関の運転状態に応じた吸気制御を行い、燃焼効率及び出力を効率よく確実に向上させることができるため、本発明は車両等の内燃機関用吸気装置に利用することができる。

１ケーシング（ロータリーバルブ）
２回転弁部材（ロータリーバルブ）
３第一吸気通路
４第二吸気通路
５第三吸気通路
６サージタンク
７アクチュエータ
１１第一ポート
１２第二ポート
１３出口ポート
２１弁部
２２第一リブ部（リブ部）
２３第二リブ部（リブ部）
１００内燃機関用吸気装置
１０１気筒

Claims

第一ポート、第二ポート及び出口ポートを備えた中空形状のケーシングと、該ケーシングに挿入され、アクチュエータによって前記ケーシングの内部で回動駆動される回転弁部材とを有するロータリーバルブと、
サージタンクと前記第一ポートとを結ぶ第一吸気通路と、
前記第一吸気通路よりも管路長が長く、前記サージタンクと前記第二ポートとを結ぶ第二吸気通路と、
内燃機関の気筒と前記出口ポートとを結ぶ第三吸気通路とを備えると共に、
前記回転弁部材の弁部が、前記第一ポート及び前記第二ポートの少なくとも一方を開放しつつ前記出口ポートを絞る第一状態と、前記第一ポート及び前記第二ポートの少なくとも一方と前記出口ポートとを開放する第二状態とに姿勢変更可能なように、前記回転弁部材が回動される内燃機関用吸気装置。
前記弁部が、前記第一状態のうち前記出口ポートを前記第二ポートの側で開きつつ前記第一ポートの側で閉じる第一位置から、前記第二状態のうち前記第一ポートのみを閉塞する第二位置までを、前記出口ポート、前記第一ポート、前記第二ポートの並び方向に沿って位置変更するように、前記回転弁部材が回動される請求項１に記載の内燃機関用吸気装置。
前記弁部が、前記第一位置と前記第二位置との間の位置である第三位置に位置するように前記回転弁部材が回動されたとき、前記三つのポートを開放する前記第二状態となる請求項２に記載の内燃機関用吸気装置。
前記回転弁部材が、前記弁部に対向する一つ又は複数のリブ部を備えた請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関用吸気装置。