JP2014101822A - 内燃機関の吸気制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】工程を複雑化することなく、吸気通路６を開閉するスイング型の弁部１２を金属製のものとする。
【解決手段】ハウジング本体３とハウジングカバー４とからなる制御弁ハウジング１内に、４つの弁部１２が一連となった弁体アッセンブリ２が回転自在に収容される。弁体アッセンブリ２は、一対の弁体ユニット１０を中間連結シャフト２２で連結してあり、各弁体ユニット１０は、金属板プレス成形品からなる弁本体１１に、中間軸部１７と端部軸部１８とが合成樹脂材料でモールド成形されている。中間軸部１７は分割軸受２５で、端部軸部１８は非分割軸受２６で、それぞれ支持される。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばタンブルの形成などのために吸気弁上流で吸気通路の通路断面積の少なくとも一部を開閉する内燃機関の吸気制御弁に関し、特に、回転中心軸線の外側へ略Ｕ字形に弁部が延びているスイング型の吸気制御弁の改良に関する。

例えば内燃機関の燃焼室内にタンブルを形成するための吸気制御弁として、気筒毎の吸気通路を複数並べて配置し、１本の直線状のシャフトに複数の弁部を取り付けた多連の弁体でもって、各吸気通路の通路断面の一部を同時に開閉するようにした構成のものが知られている。通常は、上記シャフトの一端に弁体を回転駆動するアクチュエータが接続され、他端に、シャフトの回転角つまり吸気制御弁の開度を検出する開度センサが接続されている。

しかしながら、このような直線状のシャフトを用いた構成では、シャフトが吸気通路を横切るため、吸気抵抗となる不具合がある。

このような問題を考慮して、特許文献１および特許文献２では、回転中心軸線そのものは各吸気通路の中心付近を横切って延びるものの、各弁部を略Ｕ字形の構成とすることで、吸気通路を横切る物理的なシャフトが存在しないようにしたスイング型の吸気制御弁が提案されている。つまり、各吸気通路の通路断面の一部を覆う弁部がそれぞれ略Ｕ字形に構成されており、その端部において、円筒状の軸部を介して隣接する弁部同士が順次連結された構成となっている。

このようなスイング型の構成では、吸気通路の通路断面を横切る回転中心軸線を中心として複数の吸気通路を一斉に開閉できる一方、通路断面内には実際のシャフトが存在しないので、全開時における通路抵抗の点で有利となる。

国際公開第２０１１／０６１２４７号 欧州特許出願公開第２４２８６６５号明細書

上記特許文献１および特許文献２においては、複数の弁部が一連となった弁体を構成するために、金属製のシャフトをクランクシャフト状に折り曲げ、このシャフトを芯材として、略Ｕ字形に湾曲した帯状の弁部および各弁部間の円筒状軸部を、合成樹脂材料でもってモールド成形した構成となっている。

従って、吸気通路を開閉する弁部が合成樹脂製のものとなり、その強度や通路内壁面に対する寸法精度の確保の点で好ましくない。例えば、金属製の弁体に比べて、周縁部の欠損ないし破損により生じた破片が燃焼室に吸引されてしまう懸念が高くなる。

この発明に係る内燃機関の吸気制御弁は、
帯状金属板を略Ｕ字形に折り曲げてなる弁部を複数備えるとともに、これら複数の弁部の互いに隣接する端部が、両者間に延びる相対的に細い連接部によって互いに接続され、かつ全体が一体の金属板プレス成形品からなる弁本体と、
上記連接部をくるむように円筒状にモールド成形された合成樹脂製の中間軸部と、
上記弁本体の両端に位置する弁部の外側の端部に連続して円筒状にモールド成形された合成樹脂製の端部軸部と、
を備えて構成されている。

この吸気制御弁は、中間軸部および端部軸部の中心を通る回転中心軸線を中心として回転し、各弁部が対応する吸気通路を一斉に開閉する。各弁部は略Ｕ字形をなし、両端部で支持されているので、吸気通路を実際に横切るシャフトは存在せず、上述した特許文献１，２と同様のスイング型の構成となる。

ここで、本発明では、吸気通路内に位置する弁部は金属板をプレス成形した金属製のものとなり、合成樹脂製のものに比べて寸法精度を高く得られるとともに、周縁部等の欠損や破損の懸念がない。

好ましい一つの態様では、本発明の吸気制御弁は、制御弁ハウジングに対して上記中間軸部を回転自在に支持する第１の軸受および上記端部軸部を回転自在に支持する第２の軸受をさらに備えており、上記第１の軸受は、半円状に２分割された分割軸受からなり、上記第２の軸受は、環状に連続した非分割軸受からなる。

隣接する２つの弁部の間に位置する中間軸部に対し分割軸受を用いることで、その組付が可能であり、また端部軸部に対しては非分割軸受を用いることで、軸受精度が高くなる。

一つの例では、一つの弁本体が一対の弁部を備えているが、このような場合に両端の端部軸部に対し非分割軸受を用いれば、一つの弁部の一端には必ず一つの非分割軸受が存在し、従って、各々の弁部の位置精度が高く得られる。

また、好ましい一つの態様では、一つの弁本体が一対の弁部を備えている構成において、複数の弁体が直列に配列され、かつ互いに隣接する２つの弁本体の端部軸部同士が、軸方向の間隔を調整可能とした調整機構を介して互いに連結されている。この調整機構により、複数の吸気通路の各々に対する各弁部の位置ずれを少なくすることができる。

この発明によれば、スイング型の吸気制御弁として、各吸気通路内に位置する弁部が金属板からなる構成とすることができ、吸気通路内壁面に対する寸法精度を高く得ることができるとともに、周縁部等の欠損や破損の懸念がない。また、格別な工程数の増加や煩雑化を伴うことがない。

この発明に係る吸気制御弁の一実施例を示す分解斜視図。 この実施例における弁体アッセンブリを異なる方向から示す分解斜視図。 軸受を含む弁体アッセンブリの正面図。 同じく弁体アッセンブリの平面図。 ２気筒分の弁体ユニットの正面図。 同じく弁体ユニットの平面図。 図６のＡ−Ａ線に沿った断面図。 金属板からなる弁本体の斜視図。 同じく弁本体の側面図。 調整機構の第２実施例を示す斜視図。 調整機構の第３実施例を示す斜視図。 調整機構の第４実施例を示す斜視図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、直列４気筒内燃機関のタンブル制御弁として本発明を適用した実施例の分解斜視図である。このタンブル制御弁は、図示せぬシリンダヘッドの吸気側の側面に取り付けられる制御弁ハウジング１と、後述するように４つの弁部１２を一連に備えた弁体アッセンブリ２と、から大略構成されるものであって、上記制御弁ハウジング１は、吸気マニホルド（ブランチ部は図示省略されている）の一部として硬質合成樹脂材料にて一体に成形された細長い箱状のハウジング本体３と、このハウジング本体３の前面開口部内に弁体アッセンブリ２を収容した状態でハウジング本体３前面を覆うように取り付けられる同じく硬質合成樹脂からなるハウジングカバー４と、から構成されている。

上記ハウジングカバー４は、図示するように、各気筒の吸気ポート上流端にそれぞれ対応する矩形の窓状の開口部５を有しており、このハウジングカバー４をハウジング本体３と組み合わせて制御弁ハウジング１とした状態では、図示せぬブランチ部から吸気ポートへと連続する４本の吸気通路６が横方向に一列に並んで構成される。そして、弁体アッセンブリ２は、この制御弁ハウジング１内に回転可能に支持され、４本の吸気通路６の通路断面の一部を各弁部１２が一斉に開閉する構成となっている。

上記ハウジング本体３は、長手方向の一端に、図示せぬ回転型アクチュエータが取り付けられるアクチュエータ取付フランジ７を有し、かつ他端に、図示せぬ開度センサが取り付けられるセンサ取付フランジ８を有する。タンブル制御弁の組立状態では、弁体アッセンブリ２の回転中心軸線（図示せず）は、センサ取付フランジ８中央の開口部８ａを通り、かつ各吸気通路６のほぼ中心を横切って延びる。

図２〜図４は、弁体アッセンブリ２を示している。この弁体アッセンブリ２は、一対の弁体ユニット１０を直列に連結したものであって、各々の弁体ユニット１０がそれぞれ一対の弁部１２を備えている。図５〜図７は、一つの弁体ユニット１０を示している。

各弁体ユニット１０は、図８，図９に示す金属板プレス成形品からなる弁本体１１を主体としている。この弁本体１１は、帯状金属板を略Ｕ字形に折り曲げてなる弁部１２を一対備え、これら２つの弁部１２の互いに隣接する端部（換言すれば互いの内側となる端部）１２ａが、相対的に細い中間の連接部１３によって互いに接続されている。具体的には、各端部１２ａは、回転中心軸線に直交する平面に沿った矩形状をなし、その先端縁から９０°折れ曲がった形に連接部１３が接続されている。この連接部１３は、弁体アッセンブリ２の回転中心軸線に沿って直線状に延びており、従って、帯状の弁部１２中央部分は、弁体アッセンブリ２の回転中心軸線から半径方向外側にオフセットして位置している。また、上記連接部１３は、曲げ剛性を高めるために、図７にも示すように、円弧形ないし波形の断面形状に成形されている。

上記端部１２ａとは反対側となる弁部１２の端部１２ｂつまり弁本体１１の長手方向の両端に位置する端部１２ｂは、上記の端部１２ａと同様に、回転中心軸線に直交する平面に沿った矩形状をなし、回転中心軸線付近まで延びている。連接部１３を除けば、弁部１２の一方の端部１２ａと他方の端部１２ｂは、基本的に対称形状をなしている。

なお、図示例では、金属板からなる弁部１２（特に吸気通路６を開閉する中央部分）が、回転中心軸線と直交する断面において平坦な形状をなしているが、回転中心軸線を中心とした円弧に沿うよう湾曲した断面形状としてもよい。

上記のような金属板プレス成形品からなる弁本体１１には、さらに、図５〜図７に示すように、円筒状の軸部が硬質合成樹脂材料によってモールド成形されている。具体的には、一対の弁部１２の間においては、上記連接部１３をくるむ（図７参照）ように、円筒状をなす中間軸部１７がモールド成形されている。また、両端の端部１２ｂには、該端部１２ｂから回転中心軸線に沿って突出するように、円筒状をなす端部軸部１８がモールド成形されている。これらの中間軸部１７および一対の端部軸部１８は、当然のことながら、回転中心軸線に沿って一直線上に整列している。なお、中間軸部１７および一対の端部軸部１８は、図示例では同一の径に形成されているが、それぞれ異なる径に構成することも可能である。

また、中間軸部１７および端部軸部１８の端部には、弁本体１１の端部１２ａ，１２ｂをくるむように、略三角形をなす基部１７ａ，１８ａが一体に設けられている。そして、これらの樹脂成形部分によってくるまれる各端部１２ａ，１２ｂおよび連接部１３には、図８，図９に示すように、適宜な形状の貫通孔１４，１５が形成されており、これらの貫通孔１４，１５内に流入する樹脂材料によって両側を連結させることにより、金属部品と樹脂成形部分との結合強度を高めている。

さらに、上記端部軸部１８の端面には、図２に示すように、断面矩形（詳しくは断面長方形）の孔１９が回転中心軸線に沿って凹設されている。これらの孔１９には、それぞれ断面矩形の金属製のシャフト２１，２２，２３が圧入される。

すなわち、一対の弁体ユニット１０は、それぞれ上記のような同一の構成を有しており、これら２つの弁体ユニット１０が、図２〜図４に示すように、中間連結シャフト２２によって互いに連結されている。上記中間連結シャフト２２は、その一端が、一方の弁体ユニット１０の一端の端部軸部１８における孔１９に圧入され、かつ他端が、他方の弁体ユニット１０の一端の端部軸部１８における孔１９に圧入されている。また、一方の弁体ユニット１０の他端の端部軸部１８における孔１９には、短いセンサ連結シャフト２１が圧入され、他方の弁体ユニット１０の他端の端部軸部１８における孔１９には、相対的に長いアクチュエータ連結シャフト２３が圧入されている。このように一対の弁体ユニット１０をシャフト２１，２２，２３とともに直線状に組み立てることによって、４つの弁部１２が一連に並んだ弁体アッセンブリ２が構成されている。

このように４つの弁部１２を備えた弁体アッセンブリ２は、４個の分割軸受２５と４個の非分割軸受２６とを含む計８個の軸受２５，２６を介して前述した制御弁ハウジング１内に回転自在に支持されている。

非分割軸受２６は、硬質合成樹脂から一体に成形されたものであって、矩形の取付部２６ａと円弧形の軸受部２６ｂとを有し、軸受部２６ｂに円形の軸受孔２６ｃが貫通形成されている。このように環状に連続した非分割軸受２６は、各弁体ユニット１０の両端の端部軸部１８に対してそれぞれ適用され、組付の際には、端部軸部１８に対し軸受孔２６ｃが軸方向に嵌め込まれる。

分割軸受２５は、同様に硬質合成樹脂から成形されており、最終的な組付状態では非分割軸受２６と同じ外形状をなすものの、上下に２分割された形に成形されている。つまり、分割軸受２５は、第１半割部２５Ａと第２半割部２５Ｂとからなり、両者を一体化した状態で、非分割軸受２６と同様に、矩形の取付部２５ａと円弧形の軸受部２５ｂと軸受孔２５ｃとが構成される。第１半割部２５Ａと第２半割部２５Ｂとは、両者が対称形状をなすように軸受孔２５ｃの中心を通る分割面に沿って分割されており、軸受孔２５ｃはそれぞれ半円状をなすように分割される。この分割軸受２５は、各弁体ユニット１０の中間軸部１７に対してそれぞれ適用され、該中間軸部１７の両端部（つまり弁部１２に隣接した位置）をそれぞれ支持している。組付の際には、中間軸部１７を第１半割部２５Ａと第２半割部２５Ｂとで半径方向に挟み込むようにして取り付けられる。

図１に示すように、各軸受２５，２６は、円弧形の軸受部２５ｂ，２６ｂがハウジング本体３へ向かう姿勢でもってハウジング本体３内にそれぞれ挿入され、かつハウジング本体３にハウジングカバー４を取り付けることで、抜け止めされる。すなわち、各軸受２５，２６は、ハウジング本体３の各吸気通路６の両側に設けられた段部２８内に嵌合し、分割軸受２５は、この段部２８との嵌合によって、第１半割部２５Ａと第２半割部２５Ｂとを組み合わせた状態が保持される。また同時に、ハウジングカバー４の開口部５に隣接して形成された突出片２９が上記の段部２８に隣接した位置に入り込むことによって、各軸受２５，２６の軸方向の位置が規制される。

ここで、上記の弁体アッセンブリ２を制御弁ハウジング１に取り付ける際の取付手順を説明すると、上述したように弁体ユニット１０を製造した後、一対の弁体ユニット１０に予め非分割軸受２６を装着した上で、中間連結シャフト２２でもって両弁体ユニット１０を互いに連結する。中間連結シャフト２２の両端部は、各弁体ユニット１０の端部軸部１８における孔１９に圧入されるが、この中間連結シャフト２２でもって両弁体ユニット１０を連結する際に、両者の間隔（回転中心軸線の軸方向の距離）が、組立の対象となる特定の制御弁ハウジング１の吸気通路６の位置に対応するように調整される。つまり、最終的に４連となる弁部１２が各吸気通路６の側壁面に対し略均一な間隙を保つように、組立対象となる個々の制御弁ハウジング１の実際の寸法に合わせて、一対の弁体ユニット１０の間隔を調整しながら中間連結シャフト２２の圧入が行われる。従って、本実施例では、中間連結シャフト２２と端部軸部１８における孔１９との圧入部分が、間隔を調整するための調整機構となる。

一対の弁体ユニット１０を中間連結シャフト２２でもって連結した後、これをハウジング本体３内に組み付ける。このとき、分割軸受２５を中間軸部１７に付加し、計８個の軸受２５，２６とともにハウジング本体３内に挿入する。そして、ハウジングカバー４をハウジング本体３に取り付ける。弁体アッセンブリ２両端のセンサ連結シャフト２１およびアクチュエータ連結シャフト２３は、例えば、弁体アッセンブリ２をハウジング本体３内に収容した後に端部軸部１８の孔１９に圧入されるが、組立が可能であれば、個々の弁体ユニット１０に予め圧入しておいてもよい。これらのセンサ連結シャフト２１およびアクチュエータ連結シャフト２３には、最終的に、図示せぬ開度センサおよびアクチュエータがそれぞれ連結される。なお、上記のタンブル制御弁は、各弁部１２が図１に示すようなハウジングカバー４に向かった回動姿勢にあるときに各吸気通路６の通路断面積の一部を閉じ、また、図１の姿勢から弁部１２が下方へ回動した位置では、吸気通路６全体を開放する。

このように上記実施例の構成では、弁体アッセンブリ２の中間軸部１７および端部軸部１８によって規定される回転中心軸線に対し弁部１２がオフセットしたスイング型の構成となり、回転中心軸線そのものは吸気通路６の中心を横切るように配置されるものの、各吸気通路６内には物理的なシャフトが存在しないため、全開時の吸気抵抗の増加を回避できる。

そして、各吸気通路６内に存在する弁部１２が金属製のものであるので、吸気通路６内壁面に対する寸法精度が高く得られるとともに、高い強度を確保でき、経年劣化等による破損や周縁の欠損を生じることがない。しかも、弁部１２が金属板からなる薄肉の構成となるので、やはり全開時に弁部１２自体が吸気抵抗となるようなことがない。

また、合成樹脂成形品からなる制御弁ハウジング１には多少の寸法誤差があり、４つの吸気通路６の間隔、特に両端に位置する♯１気筒用の吸気通路６と♯４気筒用の吸気通路６との間の距離などに多少のばらつきが存在するが、一対の弁体ユニット１０の間隔を中間連結シャフト２２の圧入位置でもって調整することで、各吸気通路６の側壁面と各弁部１２との間隔を比較的均一に得ることができる。従って、例えば両者の噛み合いによる動作不良等を確実に回避できる。

さらに、上記実施例では、端部軸部１８については分割軸受２５よりも相対的に位置決め精度の高い非分割軸受２６でもって支持されるので、各弁部１２の回転中心の位置を所望の位置に精度よく確保できる。特に、実施例では、各弁体ユニット１０が一対の弁部１２を具備する構成であるので、各弁部１２の軸方向の一端が必ず非分割軸受２６でもって支持されており、これによって回転中心の位置が高精度に規定され、かつ回動動作も円滑なものとなる。

次に、複数の弁体ユニット１０を位置調整しつつ互いに連結する調整機構の他の実施例について説明する。

図１０は、調整機構の第２実施例を示しており、この実施例では、隣接する２つの端部軸部１８の内部にそれぞれナット３１が埋め込まれており、少なくとも両端部に螺状を有する連結ボルト３２が各ナット３１に螺合している。そして、いわゆるダブルナットを構成するナット３３が端部軸部１８の先端面に圧接した状態で配置されている。このものでは、連結ボルト３２により２つの端部軸部１８の間隔を適宜に調整した上でナット３３を締め付けることにより、両者が一体に固定される。

図１１は、調整機構の第３実施例を示しており、この実施例では、隣接する２つの端部軸部１８のそれぞれに、インサート成形により埋込ボルト３５が固定されており、軸方向に長い連結ナット３６の両端に各埋込ボルト３５が螺合している。また、連結ナット３６の両端には、いわゆるダブルナットを構成するナット３７が連結ナット３６端面に圧接した状態で配置されている。このものでは、やはり連結ナット３６との螺合により２つの端部軸部１８の間隔を適宜に調整した上でナット３７を締め付けることにより、両者が一体に固定される。

図１２は、調整機構の第４実施例を示しており、この実施例では、隣接する２つの端部軸部１８に、それぞれ断面長方形の連結バー３９，４０がインサート成形により取り付けられており、これら２つの連結バー３９，４０が互いに重ねられ、かつ一対のネジ４１によって互いに固定されている。図には現れていないが、下側の連結バー３９には、上記ネジ４１が螺合するネジ孔が形成されており、上側の連結バー４０には、上記ネジ４１が貫通し、かつ回転中心軸線の軸方向に僅かに長い長円形の長孔が形成されている。従って、２つの端部軸部１８の間隔を適宜に調整した上でネジ４１を締め付けることにより、両者が一体に固定される。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、プレス成形される１つの弁本体１１が一対の弁部１２を備えているが、例えば、直列３気筒機関用のものとして１つの弁本体１１に３つの弁部１２を形成するなど、より多くの弁部１２を一体に形成することが可能である。また、上記実施例では、各気筒の吸気通路６を同時に開閉する構成となっているが、例えば１気筒当たりに２つの吸気ポートを備えている構成において一方の吸気ポートを開閉する形式の吸気制御弁などにおいても同様に適用が可能である。

さらに、上記実施例では、中間軸部１７が連接部１３の全長に亘って一体に成形されているが、分割軸受２５に支持される連接部１３の両端部にのみ中間軸部１７を成形し、中央部は金属製の連接部１３が露出するような構成であってもよい。また、一対の弁部１２の間の中間軸部１７を一つの分割軸受２５で支持する構成も可能である。

１…制御弁ハウジング
２…弁体アッセンブリ
１０…弁体ユニット
１１…弁本体
１２…弁部
１７…中間軸部
１８…端部軸部
２２…中間連結シャフト
２５…分割軸受
２６…非分割軸受

Claims (4)

1. 帯状金属板を略Ｕ字形に折り曲げてなる弁部を複数備えるとともに、これら複数の弁部の互いに隣接する端部が、両者間に延びる相対的に細い連接部によって互いに接続され、かつ全体が一体の金属板プレス成形品からなる弁本体と、
   上記連接部をくるむように円筒状にモールド成形された合成樹脂製の中間軸部と、
   上記弁本体の両端に位置する弁部の外側の端部に連続して円筒状にモールド成形された合成樹脂製の端部軸部と、
   を備えてなる内燃機関の吸気制御弁。
2. 制御弁ハウジングに対して上記中間軸部を回転自在に支持する第１の軸受および上記端部軸部を回転自在に支持する第２の軸受をさらに備え、
   上記第１の軸受は、半円状に２分割された分割軸受からなり、上記第２の軸受は、環状に連続した非分割軸受からなる、請求項１に記載の内燃機関の吸気制御弁。
3. 弁本体が一対の弁部を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の吸気制御弁。
4. 上記中間軸部および上記端部軸部を備えた上記弁本体が、複数直列に配列され、かつ互いに隣接する２つの弁本体の端部軸部同士が、軸方向の間隔を調整可能とした調整機構を介して互いに連結されている、請求項３に記載の内燃機関の吸気制御弁。

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