JP2011064140A - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体の操作荷重が小さく，しかも第１吸気口をファンネル状に形成しながら，高速運転に適した短い吸気路長の設定を容易に行い得るようにする。
【解決手段】弁体を，吸気マニフォルドＭに回転自在に支承される弁軸２４に取り付けられるバタフライ弁２５で構成し，このバタフライ弁２５を，その第２切換位置Ｂではこのバタフライ弁２５の吸気流に沿う上流端部が第１吸気口６の一半周縁部６ａに連続するように配置し，また第１吸気口６の他半周縁部６ａを，サージ室２に向かって拡径する部分ファンネル状に形成する一方，バタフライ弁２５の吸気流に沿う中間部に，その第２切換位置Ｂにおいて部分ファンネル状の他半周縁部６ｂに連続して環状ファンネル１１を構成する部分ファンネル状の段部２５ｃを形成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は，エンジンに取り付けられる吸気マニフォルドが，空気導入路を有するサージ室と，エンジンの吸気ポートに連なる吸気路とを備え，その吸気路を，上流端がエンジンの吸気ポートに連なると共に下流端が第１吸気口を介してサージ室に開放される短路部と，上流端が短路部に連続的に連通し得ると共に下流端が第２吸気口を介してサージ室に開放される長路部とで構成し，第１吸気口を遮断して短路部及び長路部間を連通させる第１切換位置と，短路部及び長路部間を遮断して第１吸気口を開放する第２切換位置との間で回動する弁体を吸気マニフォルドに取り付けた，エンジンの吸気制御装置の改良に関する。

かゝるエンジン用吸気制御装置は，特許文献１に開示されているように，既に知られている。

特開平２−８１９２７号公報

かゝるエンジンの吸気制御装置では，切換弁により第１吸気口を遮断すると共に短路部及び長路部間を連通させたときは，エンジンの低速ないし中速運転に適した有効長の長い吸気路を構成することができ，また切換弁により短路部及び長路部間を遮断すると共に第１吸気口を開放したときは，エンジンの高速運転に適した有効長の短い吸気路を構成することができ，しかも第１吸気口を開放したときは，第１及び第２吸気路間を遮断することにより，短路部が長路部に干渉されることがないから，有効吸気路長が短路部のみで適正に決定され，エンジンの高速出力性能の向上を図ることができる。

しかしながら，上記従来のものでは，切換弁の弁体を，弁ハウジングとの接触面積が大きいロータリ型にしているため，その操作荷重が大きく，それを駆動するアクチュエータが大型化するを免れない。しかもロータリ型の弁体の採用により，第１吸気口を，吸気抵抗に少ない環状ファンネル状に形成するに当たり，その第１吸気口を，弁ハウジングからサージ室側に大きく突出させざるを得ず，その分，短路部の有効長が長くなり，高速運転に適した短い吸気路長の設定が困難になる。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，弁体の操作荷重が小さく，しかも第１吸気口を環状ファンネル状に形成しながら，高速運転に適した短い吸気路長の設定を容易に行い得るエンジンの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，本発明は，エンジンに取り付けられる吸気マニフォルドが，空気導入路を有するサージ室と，エンジンの吸気ポートに連なる吸気路とを備え，その吸気路を，上流端がエンジンの吸気ポートに連なると共に下流端が第１吸気口を介してサージ室に開放される短路部と，上流端が短路部に連続的に連通し得ると共に下流端が第２吸気口を介してサージ室に開放される長路部とで構成し，第１吸気口を遮断して短路部及び長路部間を連通させる第１切換位置と，短路部及び長路部間を遮断して第１吸気口を開放する第２切換位置との間で回動する弁体を吸気マニフォルドに取り付けた，エンジンの吸気制御装置において，前記弁体を，吸気マニフォルドに回転自在に支承される弁軸に取り付けられるバタフライ弁で構成し，このバタフライ弁を，その第２切換位置ではこのバタフライ弁の吸気流に沿う上流端部が前記第１吸気口の一半周縁部に連続するように配置し，また前記第１吸気口の他半周縁部を，サージ室に向かって拡径する部分ファンネル状に形成する一方，バタフライ弁の吸気流に沿う中間部に，その第２切換位置において前記部分ファンネル状の他半周縁部に連続して環状ファンネルを構成する部分ファンネル状の段部を形成したことを特徴とする。

本発明によれば，切換弁の弁体に，弁ハウジングとの接触部が少ないバタフライ弁を採用したことで，その操作荷重を軽減を図り，それを駆動するアクチュエータの小型化が可能となる。しかもバタフライ弁が第１吸気口のファンネルの形成に関与することになり，そのファンネルのサージ室への突出を不要にするので，第１吸気口での吸気抵抗を少なくすると同時に，高速運転に適した短い吸気路長の設定が容易になり，エンジンＥの高速出力性能の向上に大いに貢献することができる。

本発明の第１実施例に係るエンジンの吸気制御装置の斜視図。 上記吸気装置の分解斜視図。 図１の３−３線断面斜視図で吸気路の有効長を大とした状態を示す。 吸気路の有効長を小とした状態を示す，図３との対応図。 図３の要部拡大図。 図４の要部拡大図。 バタフライ弁を取り除いて弁ハウジングの第１及び第２弁座を示す図４及び図５との対応図。 図５の８−８線断面図。 バタフライ弁の平面図。 図９の１０−１０線断面図。 図１０の１１矢視図。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

先ず図１において，エンジンの吸気制御装置は，多気筒エンジンＥに取り付けられる吸気マニフォルドＭを主体とする。この吸気マニフォルドＭは，エンジンＥに接合される取り付けフランジ１と，エンジンＥの気筒配列方向に長く延びる単一のサージ室２と，これら取り付けフランジ１及びサージ室２間を連結する，エンジンＥの気筒数に対応した複数本（図示例では４本）の吸気路３とを備え，これら吸気路３は，取り付けフランジ１をエンジンＥに接合されるとき，エンジンＥの対応する吸気ポートに連通するようになっている。

サージ室２は，その長手方向一端から突出する一本の空気導入路４を有しており，その空気導入路４上流端に形成されるスロットル取り付けフランジ５に，図示しないスロットルボディが取り付けられる。したがって，空気導入路４はスロットルボディの吸気道に連なることになる。

図１〜図６に示すように，各吸気路３は，上流端がエンジンＥの吸気ポートに連なると共に下流端が第１吸気口６を介してサージ室２に開放され得る短路部３ａと，上流端が短路部３ａに連続的に連通し得ると共に下流端が第２吸気口７を介してサージ室２に開放される，Ｕ字状に屈曲した長路部３ｂとで構成される。第２吸気口７は，サージ室２に向かって拡径する環状ファンネル状に形成されている。第１吸気口６の形状について後述する。

また各吸気路３の一側部には，短路部３ａ及び長路部３ｂの境界部を跨いで各吸気路３内をサージ室２と反対側に開放する切欠き部８が設けられ，この切欠き部８の周縁に，各吸気路３を完成させる合成樹脂製の吸気路形成片９が溶着される。複数の吸気路３の切欠き部８に対応する複数の吸気路形成片９は，各隣接する側部を一体に連結することにより単一の吸気路形成片集合体１０に構成される。

吸気マニフォルドＭは，取り付けフランジ１及び，切欠き部８の一半部（図１では上半部）を持った複数の短路部３ａを一体に成形してなる第１ブロックＭ１と，サージ室２及び，切欠き部８の他半部（図１では下半部）を持った複数の長路部３ｂを一体に成形してなる第２ブロックＭ２と，前記吸気路形成片集合体１０とに分割させ，それぞれ合成樹脂を素材として成形される。

切欠き部８の一半部を持った各短路部３ａとサージ室２とは，切換弁１３の弁ハウジング１４を介して一体に連結される。複数の短路部３ａとサージ室２とを連結する複数の弁ハウジング１４は，図８に示すように，各隣接する側壁を互いに一体に連結することにより単一の弁ハウジング集合体１５に構成される。この弁ハウジング集合体１５も合成樹脂製である。

各弁ハウジング１４には，前記第１吸気口６と，短路部３ａの下流端部に連通する第１接続口１６と，長路部３ｂの下流端部に連通する第２接続口１７とが設けられる。各弁ハウジング１４は，前記切欠き部８を通して短路部３ａ及びサージ室２間に介装され，そして各弁ハウジング１４の第１吸気口６の周縁部をサージ室２に，第１接続口１６の周縁部を短路部３ａの上流端に，第２接続口１７の周縁部を長路部３ｂの下流端にそれぞれ溶着することで，弁ハウジング集合体１５は第１及び第２ブロックＭ１，Ｍ２に取り付けられる。

弁ハウジング集合体１５の第１及び第２ブロックＭ１，Ｍ２への取り付け後，複数の吸気路３の切欠き部８周縁に，吸気路形成片集合体１０を構成する複数の吸気路形成片９が，対応する弁ハウジング１４を覆うようにして溶着される。各弁ハウジング１４と，それを覆う各吸気路形成片９との間には，それらの対向面同士の接触を回避する隙間ｇが設けられる。

図８において，弁ハウジング集合体１５の一方の外側壁には軸受孔２０が形成され，また他方の外側壁には，軸受２１を保持した軸受ホルダ２２がボルト２３により固着される。各弁ハウジング１４の中心部を貫通するように配置される一本の弁軸２４は，それら軸受孔２０及び軸受２１により両端部が回転自在に支承され，この弁軸２４には，各弁ハウジング１４内に収容されるバタフライ弁２５がビス２６により固着され，各バタフライ弁２５は，弁軸２４の往復回動により第１切換位置Ａ（図３及び図５参照）と第２切換位置Ｂ（図４及び図６参照）との間を回動するようになっている。

而して，バタフライ弁２５は，第１切換位置Ａを占めると，図３及び図５に示すように，前記第１吸気口６を遮断して短路部３ａ及び長路部３ｂ間を連通状態にし，また第２切換位置Ｂを占めると，図４及び図６に示すように，短路部３ａ及び長路部３ｂ間を遮断して第１吸気口６を開放するようになっており，このバタフライ弁２５のシール機能を確実にすべく，バタフライ弁２５の外周にはＯリング等の環状のシール部材２７が装着され，このシール部材２７バタフライ弁２５の第１及び第２切換位置Ａ，Ｂで密接する第１及び第２弁座２８，２９が弁ハウジング１４の内周面に仕上げ形成される。

図８に示すように，弁ハウジング集合体１５の外側壁には，弁軸２４を駆動し得る電動アクチュエータ３０が取り付けられる。

前記バタフライ弁２５の形状及び，それにより開閉される前記第１吸気口６の形状について図４，図６，図９〜図１１を参照しながら説明する。

バタフライ弁２５は，弁軸２４の方向に短径Ｓを向けると共に，弁軸２４と直交する方向（即ち吸気流に沿う方向）に長径Ｌを向ける長円形をなしている。またバタフライ弁２５は，吸気流に沿う上流側半部が薄肉部２５ａ，吸気流に沿う下流側半部が厚肉部２５ｂに形成され，それら薄肉部２５ａ及び厚肉部２５ｂ間に，弁軸２４の一側に沿って湾曲する段部２５ｃが形成される。そしてこのバタフライ弁２５は，短路部３ａ及び長路部３ｂ間を遮断する第２切換位置Ｂでは，前記薄肉部２５ａの先端部が，前記第１吸気口６の下半周縁部６ａに連続すると共に，前記段部２５ｃがサージ室２に向くように配置される。

一方，前記第１吸気口６の上半周縁部６ｂは，サージ室２に向かって拡径する部分ファンネル状に形成され，それに対応してバタフライ弁２５の前記段部２５ｃは，弁軸２４の一側に沿うように湾曲していて，バタフライ弁２５の第２切換位置Ｂにおいて部分ファンネル状の上半周縁部６ｂに連続する部分ファンネル状に形成され，上記部分ファンネル状の上半周縁部６ｂと上記部分ファンネル状の段部２５ｃとで環状ファンネル１１が構成されるようになっている。

また部分ファンネル状の段部２５ｃに続く厚肉部２５ｂの上面は，短路部３ａの内面に連続する凹曲面に形成される。

次に，この実施例の作用について説明する。

図２において，吸気マニフォルドＭの組み立てに当たっては，先ず，弁ハウジング集合体１５に弁軸２４を取り付け，その弁軸２４に，各弁ハウジング１４内でバタフライ弁２５を取り付けて切換弁１３を完成させる。このように最初に切換弁１３のみを組み立てるので，この切換弁１３を吸気マニフォルドＭに取り付け前に，切換弁１３の機能検査を行うことができ，組立作業の無駄を省くことができる。

次に，前述のように，各吸気路３の切欠き部８から弁ハウジング集合体１５を第１及び第２ブロックＭ１，Ｍ２間に介装して，各弁ハウジング１４の第１吸気口６の周縁部をサージ室２に，第１接続口１６の周縁部を短路部３ａの上流端に，第２接続口１７の周縁部を長路部３ｂの下流端にそれぞれ溶着することで，弁ハウジング集合体１５を第１及び第２ブロックＭ１，Ｍ２に取り付ける。

最後に，複数の吸気路３の切欠き部８の周縁部に，吸気路形成片集合体１０を構成する複数の吸気路形成片９を，対応する弁ハウジング１４を覆うようにして溶着して各吸気路３を完成させ，吸気マニフォルドＭの組み立ては完了する。

ところで，各弁ハウジング１４と，それを覆う各吸気路形成片９との間には，それらの対向面同士の接触を回避する隙間ｇが設けられるので，各吸気路形成片９と各吸気路３の切欠き部８の周縁部との溶着時に発生する各吸気路形成片９の熱歪みの弁ハウジング１４への影響を前記隙間ｇにより遮断することができる。したがって弁ハウジング１４を常に歪みの無い状態に維持することができるから，バタフライ弁２５を常にスムーズに作動させることができる。また第１，第２ブロックＭ１，Ｍ２，弁ハウジング集合体１５及び吸気路形成片集合体１０を全て溶着により結合するので，組立工程及び部品点数の削減を図ることができて，コストの低減に寄与し得る。

しかもバタフライ弁２５は，ロータリ型の弁体とは異なり，弁ハウジング１４との接触部が少ないから，バタフライ弁２５の操作荷重を軽減することが可能であり，電動アクチュエータ３０の小型化を可能にする。

エンジンＥの低速運転時には，電動アクチュエータ３０の作動により，バタフライ弁２５を図３及び図５に示すように第１切換位置Ａに回動して保持する。この状態では，バタフライ弁２５は，サージ室２に開口する弁ハウジング１４の第１吸気口６を遮断すると共に，短路部３ａ及び長路部３ｂ間を連通状態にするので，エンジンＥの各気筒の吸気行程では，図示しないスロットルボディで流量を制御された空気は，空気導入路４からサージ室２に流入すると，短路部３ａ及び長路部３ｂよりなる比較的長い吸気路３を通してエンジンＥに供給されることになる。その際，長路部３ｂは，環状ファンネル状の第２吸気口７を通してサージ室２から吸気するので，その吸気がスムーズで吸気抵抗の減少を図ることができる。

かくして，吸気マニフォルドＭの内部は低速運転に適応する低速吸気モードとなり，吸気慣性効果の有効利用により充填効率を高め，エンジンＥの低速出力性能を高めることができる。

エンジンＥの高速運転時には，電動アクチュエータ３０の作動により，バタフライ弁２５を図４及び図６に示すように第２切換位置Ｂに回動して保持する。この状態では，弁板１１は，短路部３ａ及び長路部３ｂ間を遮断すると共に，弁ハウジング１４の第１吸気口６を開放するので，エンジンＥの各気筒の吸気行程では，図示しないスロットルボディで流量を制御された空気は，空気導入路４からサージ室２に流入すると，サージ室２から第１吸気口６を介して短い短路部３ａを通してエンジンＥに供給されることになる。したがって吸気マニフォルドＭの内部は高速運転に適応する高速吸気モードとなり，吸気抵抗の減少と，吸気の脈動効果の利用とにより充填効率を高め，エンジンＥの高速出力性能を高めることができる。

ところで，短路部３ａは，バタフライ弁２５により長路部３ｂとの間を遮断されるため，長路部３ｂに干渉されることなく，比較的短い管路を確実に形成することができる。

またバタフライ弁２５は，その第２切換位置Ｂでは，薄肉部２５ａの先端部が，第１吸気口６の下半周縁部６ａに連続するように配置される一方，第１吸気口６の上半周縁部６ｂは，サージ室２に向かって拡径する部分ファンネル状に形成され，それに対応してバタフライ弁２５の厚肉部２５ｂ及び薄肉部２５ａ間の段部２５ｃは，部分ファンネル状の前記上半周縁部６ｂに連続するよう弁軸２４の一側に沿って湾曲する部分ファンネル状に形成され，上記部分ファンネル状の上半周縁部６ｂと上記部分ファンネル状の段部２５ｃとで環状ファンネル１１が構成されるので，バタフライ弁２５が第１吸気口６のファンネル１１の形成に関与することになり，そのファンネル１１のサージ室２への突出を不要にする。したがって，第１吸気口６での吸気抵抗を少なくすると同時に，高速運転に適した短い吸気路長の設定が容易になり，エンジンＥの高速出力性能の向上に大いに貢献することができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，第１及び第２ブロックＭ１，Ｍ２を，形状及び成形方式の関係で更に分割することもできる。また本発明は４気筒以外の多気筒エンジンＥ用にも，単気筒エンジンＥ用にも適用可能である。

Ａ・・・・・バタフライ弁の第１切換位置
Ｂ・・・・・バタフライ弁の第２切換位置
Ｅ・・・・・エンジン
Ｍ・・・・・吸気マニフォルド
２・・・・・サージ室
３・・・・・吸気路
３ａ・・・・短路部
３ｂ・・・・長路部
４・・・・・空気導入路
６・・・・・第１吸気口
６ａ・・・・第１吸気口の一半周縁部（下半周縁部）
６ｂ・・・・第１吸気口の他半周縁部（上半周縁部）
７・・・・・第２吸気口
１１・・・・環状ファンネル
２４・・・・弁軸
２５・・・・バタフライ弁
２５ａ・・・薄肉部
２５ｂ・・・厚肉部
２５ｃ・・・部分ファンネル状の段部

Claims (1)

1. エンジン（Ｅ）に取り付けられる吸気マニフォルド（Ｍ）が，空気導入路（４）を有するサージ室（２）と，エンジン（Ｅ）の吸気ポートに連なる吸気路（３）とを備え，その吸気路（３）を，上流端がエンジン（Ｅ）の吸気ポートに連なると共に下流端が第１吸気口（６）を介してサージ室（２）に開放される短路部（３ａ）と，上流端が短路部（３ａ）に連続的に連通し得ると共に下流端が第２吸気口（７）を介してサージ室（２）に開放される長路部（３ｂ）とで構成し，第１吸気口（６）を遮断して短路部（３ａ）及び長路部（３ｂ）間を連通させる第１切換位置Ａと，短路部（３ａ）及び長路部（３ｂ）間を遮断して第１吸気口（６）を開放する第２切換位置Ｂとの間で回動する弁体を吸気マニフォルド（Ｍ）に取り付けた，エンジンの吸気制御装置において，
   前記弁体を，吸気マニフォルド（Ｍ）に回転自在に支承される弁軸（２４）に取り付けられるバタフライ弁（２５）で構成し，このバタフライ弁（２５）を，その第２切換位置（Ｂ）ではこのバタフライ弁（２５）の吸気流に沿う上流端部が前記第１吸気口（６）の一半周縁部（６ａ）に連続するように配置し，また前記第１吸気口（６）の他半周縁部（６ａ）を，サージ室（２）に向かって拡径する部分ファンネル状に形成する一方，バタフライ弁（２５）の吸気流に沿う中間部に，その第２切換位置（Ｂ）において前記部分ファンネル状の他半周縁部（６ｂ）に連続して環状ファンネル（１１）を構成する部分ファンネル状の段部（２５ｃ）を形成したことを特徴とする，エンジンの吸気制御装置。

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