JP2011074760A

JP2011074760A - 内燃機関の可変吸気装置

Info

Publication number: JP2011074760A
Application number: JP2009223677A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kono; 崇史河野
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: JP5529478B2

Abstract

【課題】通路長を切り換えた際のシール性に優れた可変吸気装置を提供する。
【解決手段】弁本体１３の一端側を軸として回転する吸気制御弁９は、吸気通路を相対的に短い通路長とする第１の位置と、吸気通路を相対的に長い通路長とする第２の位置との間で回転する。第１の位置では、吸気制御弁９の第１シールリップ１５が吸気通路の第１シール面２１に密着する。第２の位置では、吸気制御弁９の第２シールリップ１６が吸気通路の第２シール面２２に密着する。そして、第１シールリップ１５と密着する第１シール面２１が第１シールリップ１５の傾きに合わせて形成され、第２シールリップ１６と密着する第２シール面２２が第２シールリップ１６の傾きに合わせて形成されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の可変吸気装置に関する。

機関回転数、負荷等に応じて各気筒に連通する吸気管の長さを変更し、慣性効果や共鳴効果を変化させることで、体積効率を向上させて内燃機関の出力を向上させる技術が従来から知られている。

例えば、特許文献１には、長管吸気通路、短管吸気通路、及び長管吸気通路と短管吸気通路との接合部位から吸気下流側（エンジン側）に延びる接続通路を有する吸気マニホールドと、これら長管吸気通路と短管吸気通路との接合部位に設けられ、吸気マニホールドに回転自在に支持されたシャフトと、このシャフトに一端部が保持され、吸気通路における吸入空気の流通状態（吸気通路の通路長）を切り換える複数のバルブと、備えた構成が開示されている。

この特許文献１において、バルブは、金属材料からなるベース体と、断面略Ｕ字状を呈し、このベース体の他端部及び両側部を覆うシール部材と、を備え、バルブの他端が短管吸気通路から延在している接続通路に当接すると吸気通路が長管吸気通路へと切り換えられ、バルブの他端が長管吸気通路から延在している接続通路に当接すると吸気通路が短管吸気通路へと切り換えられる。

特開２００９−１６２０７１号公報

しかしながら、このような特許文献１においては、シール部材が略Ｕ字状を呈し、ベース体の外周縁を単に覆っているに過ぎず、またシール部材が当接する吸気通路側のシール面の形状もシール部材に対応した形状とはなっていないため、良好なシール性が得られない虞がある。

また、シール部材と、シール部材が当接する吸気通路側のシール面とのシール性は、シール部材の弾性変形のみに依存する構成となっているので、良好なシール性を確実に確保するためにはシール部材を吸気通路側のシール面に対してある程度大きな力で押し付けて密着させる必要がある。つまり、バルブのベース体は、シール部材を吸気通路側のシール面に対してある程度大きな力で押し付けることができる材質にする必要があり、ベース体に使用できる材質が限定され、設計の自由度が小さくなってしまう虞がある。

そこで、本発明は、コレクタの周囲を取り囲むように形成され、該コレクタ内の吸気を各気筒に分配する吸気マニホールド内の吸気通路の通路長を切り替え可能な内燃機関の可変吸気装置であって、前記吸気マニホールドは、前記コレクタに吸気上流側の一端が接続された第１通路と、前記コレクタに一端が接続され、他端が前記第１通路の吸気上流側に接続された第２通路と、前記第１通路と前記第２通路との接続部に設けられ、前記吸気通路の通路長の切り換えを行う吸気制御弁と、を各気筒毎に有し、前記吸気制御弁は、矩形板状の弁本体を有し、該弁本体の一端を貫通するシャフトにより回転駆動され、前記吸気マニホールド内の吸気通路を相対的に短い通路長とする際には、前記第２通路の他端と前記第１通路の上流側との間を閉鎖し、前記吸気マニホールド内の吸気通路を相対的に長い通路長とする際には、前記コレクタと前記第１通路の上流側との間を閉鎖する内燃機関の可変吸気装置において、前記吸気制御弁の弁本体は、その外周端面に、同一方向に向かって延出する第１シールリップと第２シールリップとを有し、前記吸気通路の内壁面には、前記第２通路の他端を閉鎖する際に前記第１シールリップと密着する第１シール面と、前記第１通路の上流側を閉鎖する際に前記第２シールリップと密着する第２シール面とが、それぞれ対応するシールリップの傾きに合わせて傾斜するよう形成されていることを特徴としている。

また、前記弁本体が、基部と、該基部よりも相対的に軟質の材料からなり、断面コ字形状を呈して該基部の外周縁を覆い前記弁本体の外周端面を形成する周縁部と、を有し、前記第１シールリップ及び前記第２シールリップが、前記周縁部の外周端面において、前記弁本体の厚み方向における両端近傍からそれぞれ突出するよう形成するようにしてもよい。

本発明によれば、吸気通路の通路長を相対的に長い通路長とする際に第１シールリップと密着する第１シール面が第１シールリップの形状に合わせて形成され、吸気通路の通路長を相対的に短い通路長とする際に第２シールリップと密着する第２シール面が第２シールリップの形状に合わせて形成されているので、良好なシール性を確実に確保することができる。

また、第１シール面に密着するのは第１シールリップのみであり、第２シール面に密着するのは第２シールリップのなので、第１シール面及び第２シール面に、仮に小さな凹凸があったとしても、使用しているうちにシールリップがこれら凹凸形状に沿った形状に馴染んでいくため、第１シール面及び第２シール面の表面性状に起因するシール性の悪化を抑制することができる。

また、吸気通路の通路長を相対的に長い通路長にする場合、吸気通路の通路長を相対的に短い通路長にする場合のそれぞれに専用のシールリップとシール面が設定されているので、第１、第２シールリップのそれぞれの撓み量を極力小さく設定して、第１、第２シール面からの反力を最小限に抑えることが可能となる。
つまり、弁本体に作用する力を最小限に抑えることが可能となるので、弁本体に使用可能な材質の種類が増加し、ひいては設計の自由度を大きくすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、可変吸気装置１を備える吸気マニホールド２の要部を模式的に示した説明図であり、図１は吸気制御弁９（詳細は後述）が第１の位置にある状態のときの要部断面図、図２は吸気制御弁９が第２の位置にある状態のときの要部断面図である。

吸気マニホールド２は、スロットル弁（図示せず）を介して吸気が導入される気筒列方向に沿って細長いコレクタ３と、このコレクタ３を取り囲むように延びてコレクタ３内の吸気を各気筒へ分配する気筒数と同数の吸気管部４と、を有している。これらの吸気管部４の下流側端には、フランジ部５が形成されており、このフランジ部５を介して、吸気マニホールド２は、図示せぬシリンダヘッドに固定されている。コレクタ３内の吸気は、吸気管部４内に形成された吸気通路を介して各気筒の燃焼室（図示せず）に分配されている。

吸気管部４は、コレクタ３に吸気上流側の一端が接続された第１通路６と、コレクタ３に一端が接続され、他端が第１通路６の吸気上流側に接続された第２通路７と、を有している。この第１通路６と第２通路７との接続部８には、吸気管部４内の吸気通路の通路長の切り換えを行う吸気制御弁９が配置されている。つまり、吸気マニホールド２内には、内燃機関の気筒数と同数の吸気制御弁９が設けられている。

吸気マニホールド２内の複数の吸気制御弁９は、図３に示すように、内燃機関の気筒列方向に沿って延びる１本のシャフト１０により貫通されており、アクチュエータ１１によりこのシャフト１０を回転させることで、各気筒の吸気制御弁９がそれぞれ同時に回転する。例えば、４気筒内燃機関の場合には、図３に示すように、４つの吸気制御弁９が１本のシャフト１０により貫通される。

尚、本実施形態においては、図３に示すように、吸気制御弁９、シャフト１０を回転可能に支持する軸受部材１２及びアクチュエータ１１を予めシャフト１０に組み付けて一体化した上で、シャフト１０が内燃機関の気筒列方向に沿って延びるように、軸受部材１２を吸気マニホールド２側に固定している。

吸気制御弁９は、図４〜図６に示すように、矩形板状の弁本体１３と、弁本体１３の一端側に設けられたシャフト貫通部１４と、弁本体１３の外周端面に設けられた第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６と、から大略構成されている。

そして、吸気制御弁９は、吸気マニホールド２内の吸気通路を相対的に短い通路長とする際には、第２通路７の他端と第１通路６の上流側との間で吸気の流れが生じないように、弁本体１３が第２通路７の他端と第１通路６の上流側との間を閉鎖し、かつ弁本体１３の一方の面１３ａを吸気通路の壁面の一部としつつコレクタ３と第１通路６の上流側との間を連通させる第１の位置に位置するようアクチュエータ１１により駆動される。

また、吸気制御弁９は、吸気マニホールド２内の吸気通路を相対的に長い通路長とする際には、コレクタ３と第１通路６の上流側との間で吸気の流れが生じないように、弁本体１３がコレクタ３と第１通路６の上流側との間を閉鎖し、かつ弁本体１３の他方の面１３ｂを吸気通路の壁面の一部としつつ第２通路７の他端と第１通路６の上流側との間を連通させる第２の位置に位置するように、アクチュエータ１１により駆動される。

ここで、シャフト１０は、接続部８における吸気上流側の壁面に沿うように配置されている。つまり、吸気制御弁９は、接続部８における吸気上流側の壁面に、気筒列方向と平行な回転軸を有するように配置されている。これは、第１の位置では弁本体１３を吸気通路の壁面の一部としつつコレクタ３と第１通路６の上流側との間を連通させ、第２の位置では弁本体１３を吸気通路の壁面の一部としつつ第２通路７の他端と第１通路６の上流側との間を連通させるためである。

弁本体１３は、比較的剛性のある樹脂材料からなる基部１７と、軟質弾性材料であるゴム材料からなり、基部１７の外周縁を覆い弁本体１３の外周端面１８を形成する周縁部１９と、を有している。ここで、基部１７の一端側となる弁本体１３の一端側はシャフト貫通部１４となっているので、本明細書において弁本体１３の外周端面１８とは、実質的には、弁本体１３の４辺のうち、一端側を除く３辺の外周端面を指すものとする。

弁本体１３の外周端面１８に対応する基部１７の外周側端面１７ａの中央には、断面矩形の突条２０が形成されている。この突条２０は、シャフト貫通部１４が形成された弁本体１３の一端側を除く、弁本体１３の外周端面１８に連続して形成されている。

シャフト貫通部１４は、比較的剛性のある樹脂材料からなり、基部１７と一体に成形されている。

周縁部１９は、基部１７の外周側端面１７ａに形成された突条２０を覆うように断面コ字形状を呈し、シャフト貫通部１４が形成された基部１７の一端側を除く外周縁を覆っている。

また、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６は、軟質弾性材料であるゴム材料からなり、周縁部１９と一体に成形されている。

つまり、吸気制御弁９は、例えば、予め成形された樹脂製の基部１７を型にセットし、この型にゴムを流し込むことで、基部１７と一体の周縁部１９、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６が成形されている。

第１シールリップ１５は、周縁部１９の外周端面１８において、弁本体１３の厚み方向（図５、図６における上下方向）における一端近傍、換言すれば弁本体１３の他方の面１３ｂ近傍から突出するよう形成されている。すなわち、第１シールリップ１５は、周縁部１９の外周端面１８において、図５または図６における上方側に形成されている。

そして、第１シールリップ１５は、図７に示すように、前記第１の位置にて第２通路７の他端を閉鎖するべく吸気通路の内壁面に形成された第１シール面２１に密着するものであって、吸気制御弁９が前記第２の位置から前記第１の位置に向かって回転する際の回転方向に向かってその先端が斜めに延出するよう形成されている。また、第１シールリップ１５のうち弁本体１３の他端の外周側に位置する部分は、前記第２の位置において吸気の流れ方向と同方向に延びるように形成されている。前記第１の位置に形成される第１シール面２１は、第１シールリップ１５の傾きに合わせて傾斜するよう形成されている。

第２シールリップ１６は、周縁部１９の外周端面１８において、弁本体１３の厚み方向（図５、図６における上下方向）における他端近傍、換言すれば弁本体１３の一方の面１３ａ近傍から突出するよう形成されている。すなわち、第２シールリップ１６は、周縁部１９の外周端面１８において、図５または図６における下方側に形成されている。

そして、第２シールリップ１６は、図８に示すように、前記第２の位置にて第１通路６の上流側を閉鎖するべく吸気通路の内壁面に形成された第２シール面２２に密着するものであって、吸気制御弁９が前記第２の位置から前記第１の位置に向かって回転する際の回転方向に向かってその先端が斜めに延出するよう形成されている。また、第２シールリップ１６のうち弁本体１３の他端の外周側に位置する部分は、前記第１の位置において吸気の流れ方向と同方向に延びるように形成されている。前記第２の位置に形成される第２シール面２２は、第２シールリップ１６の傾きに合わせて傾斜するよう形成されている。

本実施形態においては、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６ともに、弁本体１３の他端の外周側に位置する部分の傾きは弁本体１３の周方向で一定であり、弁本体１３の一端及び他端を除く外周端面（矩形である弁本体１３の４辺のうち、弁本体１３の一端及び他端を除く２辺の外周端面）に位置する部分の傾きは弁本体１３の周方向で一定となるよう形成されている。

尚、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６のうち、弁本体１３の一端及び他端を除く外周端面に位置する部分については、弁本体１３の周方向でその傾きを変化するよう形成することも可能である。吸気制御弁９は、弁本体１３の一端側を貫通したシャフト１０の回転により駆動するので、吸気制御弁９を前記第１の位置あるいは前記第２の位置にする際には、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６は、回転軸であるシャフト１０に近い部分から第１シール面２１あるいは第２シール面２２に順次接触していくことになる。そこで、第１シールリップ１５を、シャフト１０に近い位置ほど、前記第１の位置に近づいてから第１シール面２１に接触するように形成し、第２シールリップ１６を、シャフト１０に近い位置ほど、前記第２の位置に近づいてから第２シール面２２に接触するように形成するようにしてもよい。詳述すると、第１シールリップ１５は、シャフト１０に近い位置ほどその先端が外周端面１８から遠ざかるように、シャフト１０に近い位置ほど弁本体１３の外周側に向かって（外周方向に）倒れ込むように形成するようにしてもよい。また、第２シールリップ１６は、シャフト１０に近い位置ほどその先端が外周端面１８に近づくように、シャフト１０に近い位置ほど弁本体１３側（内周方向に）に引き起こされるように形成するようにしてもよい。このように、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６の傾きを、弁本体１３の周方向で変化させれば、吸気制御弁９を前記第１の位置あるいは前記第２の位置とする際の吸気制御弁９の動作を円滑とする上で有利な構成とすることができる。

また、吸気制御弁９の可動領域内にある吸気通路の内壁面は、前記第１の位置あるいは前記第２の位置でのみ吸気制御弁９のシールリップ１５、１６と接触するよう形成されている。つまり、吸気制御弁９が前記第１の位置と前記第２の位置との間で回転する際に、前記第１の位置及び前記第２の位置以外の部分では、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６が吸気通路の内壁面と干渉しないように、吸気マニホールド２は形成されている。

尚、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６は弁本体１３のシャフト貫通部１４には設けられていないが、このシャフト貫通部１４は、吸気マニホールド２に回転可能に支持されると共に吸気マニホールド２側に密着している。そのため、このシャフト貫通部１４においては、吸気マニホールド２側とのクリアランスの管理により十分なシール性が確保されている。

このように構成された可変吸気装置１は、吸気通路の通路長を相対的に短い通路長とする際に第１シールリップ１５と密着する第１シール面２１が第１シールリップ１５の形状に合わせて形成され、吸気通路の通路長を相対的に長い通路長とする際に第２シールリップ１６と密着する第２シール面２２が第２シールリップ１６の形状に合わせて形成されているので、前記第１の位置及び前記第２の位置の双方で良好なシール性を確実に確保することができる。

また、第１シール面２１に密着するのは第１シールリップ１５のみであり、第２シール面２２に密着するのは第２シールリップ１６のなので、第１シール面２１及び第２シール面２２に、仮に小さな凹凸があったとしても、使用しているうちにシールリップ１５、１６がこれら凹凸形状に沿った形状に馴染んでいくため、第１シール面２１及び第２シール面２２の表面性状に起因するシール性の悪化を抑制することができる。

また、吸気通路の通路長を相対的に長い通路長にする場合、吸気通路の通路長を相対的に短い通路長にする場合のそれぞれに専用のシールリップとシール面が設定されているので、第１、第２シールリップ１５、１６のそれぞれの撓み量を極力小さく設定して、第１、第２シール面２１、２２からの反力を最小限に抑えることが可能となる。つまり、弁本体１３に作用する力を最小限に抑えることが可能となるので、弁本体１３に使用可能な材質の種類が増加し、ひいては設計の自由度を大きくすることができる。

また、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６とは、周縁部１９の外周端面１８から互いに同一方向に向かって突出するよう形成されているので、第１シールリップ１５と第２シールリップ１６とが互いに異なる方向に向かって突出する場合に比べて、型成形時の型抜きが比較的容易となり、製造性を向上させることができる。

そして、第１シールリップ１５と第２シールリップ１６は、弁本体１３の周縁部１９において、突条２０よりも外側の外周端面１８から突出している。つまり、第１シールリップ１５と第２シールリップ１６の突出位置における周縁部１９の肉厚は、相対的に厚肉となっている。換言すれば、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６の突出位置から基部１７の外周側端面１７ａまでの距離は、外周端面１８における第１シールリップ１５の突出位置と第２シールリップ１６の突出位置との間の位置、つまり弁本体１３の厚み方向（図５または図６における上下方向）における外周端面１８の中央位置から突条２０までの距離よりも大きくなっている。

そのため、前記第１の位置または前記第２の位置において、第１シールリップ１５または第２シールリップ１６が撓みやすくなり、シール性を相対的に向上させることができる。

尚、上述した実施形態においては、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６を形成するにあたって、シャフト１０に近い部分ほど接触した際の反力が小さくなるように、相対的に肉厚が薄くなるよう設定すれば、吸気制御弁９を前記第１の位置あるいは前記第２の位置とする際の吸気制御弁９の動作を一層円滑なものとすることができる。

さらに、上述した実施形態においては、弁本体１３の周縁部１９、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６がゴム材料からなっているが、周縁部１９、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６の材質はゴム材料に限定されるものではなく、弾性の顕著なエラストマーを用いてもよい。また、周縁部１９、第１シールリップ１５及び第２シールリップ１６の材質に弾性の顕著なエラストマーを用いた場合、この弾性の顕著なエラストマーと接合性のある樹脂材料を弁本体１３の基部１７の材質に選定すれば、吸気制御弁９を２色成形することも可能である。

本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の要部断面図（吸気制御弁が第１の位置のとき）。本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の要部断面図（吸気制御弁が第２の位置のとき）。シャフトに複数の吸気制御弁、複数の軸受部材、アクチュエータが組み付けられて一体化された状態を示す説明図。吸気制御弁を模式的に示した説明図。図４のＡ−Ａ線に沿った断面図。図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図。図１の要部拡大図。図２の要部拡大図。

１…可変吸気装置
２…吸気マニホールド
３…コレクタ
６…第１通路
７…第２通路
９…吸気制御弁
１５…第１シールリップ
１６…第２シールリップ
２１…第１シール面
２２…第２シール面

Claims

コレクタの周囲を取り囲むように形成され、該コレクタ内の吸気を各気筒に分配する吸気マニホールド内の吸気通路の通路長を切り替え可能な内燃機関の可変吸気装置であって、
前記吸気マニホールドは、前記コレクタに吸気上流側の一端が接続された第１通路と、前記コレクタに一端が接続され、他端が前記第１通路の吸気上流側に接続された第２通路と、前記第１通路と前記第２通路との接続部に設けられ、前記吸気通路の通路長の切り換えを行う吸気制御弁と、を各気筒毎に有し、
前記吸気制御弁は、矩形板状の弁本体を有し、該弁本体の一端を貫通するシャフトにより回転駆動され、前記吸気マニホールド内の吸気通路を相対的に短い通路長とする際には、前記第２通路の他端と前記第１通路の上流側との間を閉鎖し、前記吸気マニホールド内の吸気通路を相対的に長い通路長とする際には、前記コレクタと前記第１通路の上流側との間を閉鎖する内燃機関の可変吸気装置において、
前記吸気制御弁の弁本体は、その外周端面に、同一方向に向かって延出する第１シールリップと第２シールリップとを有し、
前記吸気通路の内壁面には、前記第２通路の他端を閉鎖する際に前記第１シールリップと密着する第１シール面と、前記第１通路の上流側を閉鎖する際に前記第２シールリップと密着する第２シール面とが、それぞれ対応するシールリップの傾きに合わせて傾斜するよう形成されていることを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
前記弁本体は、基部と、該基部よりも相対的に軟質の材料からなり、断面コ字形状を呈して該基部の外周縁を覆い前記弁本体の外周端面を形成する周縁部と、を有し、
前記第１シールリップ及び前記第２シールリップは、前記周縁部の外周端面において、前記弁本体の厚み方向における両端近傍からそれぞれ突出するよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装置。