JP2014163366A

JP2014163366A - 内燃機関の吸気装置

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Publication number: JP2014163366A
Application number: JP2013038069A
Authority: JP
Inventors: Junichi Matsuzaki; 純一松崎; Takashi Kono; 崇史河野
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】デポジットによる弁部の固着を防止する。
【解決手段】弁体ユニット１２は、一対の弁部１３と、一対の弁部１３の間に位置する中間軸部１５と、各弁部１３の外側に位置する端部軸部１６と、を有している。制御弁ハウジング１に形成された吸気通路８の内壁面には、弁部１３を収容可能な凹部２８が形成されている。そして、弁部１３には、凹部２８と対向する外周側面に、中間軸部１５及び端部軸部１６の軸方向に沿って連続する突条２９が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば内燃機関の燃焼室内にタンブル流等のガス流動を発生させるために弁体を用いて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装置に関する。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、吸気通路内を流れる吸入空気量が最大となる全開位置から吸気通路内を流れる吸入空気量が最小となる全閉位置に至るまでその回転角度を変更可能な弁体により吸気通路の開口面積を変更可能な内燃機関の吸気装置が開示されている。

これら特許文献１及び特許文献２においては、吸気通路の壁面に上記弁体を収容可能な凹部が形成されており、特に全開位置で上記弁体が上記凹部内に全て収容される構成となっている。

特開２０１０−１２１５５１号公報特開２０１０−２４２６１８号公報

しかしながら、これら上記特許文献１及び特許文献２のように、上記弁体を収容するための上記凹部が吸気通路の壁面に設けられている場合、上記凹部内に燃焼室からの吹き返しや、ＥＧＲ等に起因して発生するデポジットが堆積すると、この凹部内のデポジットにより上記弁体が固着してしまい、作動不良が発生してしまう虞がある。

本発明の内燃機関の吸気装置は、吸気通路の通路断面の一部を開閉可能な弁部と、上記弁部の両側に位置して該弁部の回転を支持する回転軸と、上記吸気通路の内壁面に形成されて上記弁部を収容可能な凹部と、を有し、上記回転軸の回転中心軸線に対して上記弁部がオフセットするよう構成され、上記弁部には、上記凹部と対向する外周側面に、上記回転軸の軸方向に沿って連続する突条が形成されている。これによって、上記弁部を開閉動作させることで、上記突条により、上記凹部内に堆積するデポジットを上記凹部から排出する（掃き出す）ことが可能となる。

上記突条は、上記弁部の回転方向に沿った一端側に形成しても、上記弁部の回転方向に沿った一端側及び他端側にそれぞれ形成してもよい。

また、突条は、より具体的には、回転軸軸方向視で、その先端の回転軌跡が、上記弁部の回転軌跡の中で最も外側となるよう設定されている。

本発明によれば、弁部に設けられた突条により凹部内に堆積したデポジットを排出することが可能となり、弁部が凹部内に堆積したデポジットに起因して固着してしまうことを防止することができる。

本発明に係る吸気制御弁の一実施例を示す全体斜視図。本発明に係る吸気制御弁の一実施例を示す分解斜視図。本発明の第１実施例における要部断面図。本発明の第２実施例における要部断面図。本発明の第３実施例における要部断面図。本発明の第４実施例における要部断面図。本発明の第５実施例における弁体ユニットの断面図。図７のＡ−Ａ線に沿った断面図。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明を直列４気筒内燃機関のタンブル制御弁に適用した実施例を示しており、図１は全体斜視図、図２が分解斜視図である。

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、４つの弁部１３を一連に備えた弁体アッセンブリ２と、から大略構成されている。

制御弁ハウジング１は、吸気マニホールド（ブランチ部は図示省略）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硬質合成樹脂材料からなるハウジングカバー４と、を有している。ハウジングカバー４は、ねじ５によりハウジング本体３に固定される。また、図１及び図２中の６は、ハウジング本体３の前面開口部の開口縁と、ハウジングカバー４の前面の外周縁を覆うガスケットであり、制御弁ハウジング１をシリンダヘッドに取り付けた際に制御弁ハウジング１とシリンダヘッドとの間のシール性を確保するものである。

ハウジングカバー４は、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７を有している。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８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８の通路断面の一部を各弁部１３が一斉に開閉する構成となっている。

ハウジング本体３は、その長手方向の一端に、図示せぬ回転型の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９を有している。また、ハウジング本体３は、その長手方向の他端に、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１０を有している。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Ｌが、センサ取付フランジ１０中央の開口部１０ａを通り、かつ各吸気通路８の略中心を横切って延びることになる。

弁体アッセンブリ２は、一対の弁体ユニット１２を直列に連結したものであって、各々の弁体ユニット１２がそれぞれ直列に並んだ一対の弁部１３を備えている。各弁体ユニット１２は、硬質合成樹脂材料からなり、それぞれ型成形により形成されている。

弁体ユニット１２は、矩形板状の一対の弁部１３と、各弁部１３の両側に位置する矩形板状の連結壁部１４と、一対の弁部１３の間に位置し、各弁部１３の内側の連結壁部１４に接続された断面円形の中間軸部１５と、各弁部１３の外側の連結壁部１４にそれぞれ接続された円筒状の相対的に短い端部軸部１６と、を有している。中間軸部１５及び端部軸部１６は、弁体ユニット１２及び弁体アッセンブリ２の回転軸となる。

ここで、中間軸部１５と端部軸部１６とは互いの軸心が同一直線上に位置するように設定されており、中間軸部１５及び端部軸部１６の回転中心軸線は、互いに一致すると共に、上述した弁体アッセンブリ２の回転中心軸線Ｌと一致する。

そして、弁体ユニット１２は、弁部１３が弁体アッセンブリ２の回転中心軸線Ｌに対してオフセットすると共に、各連結壁部１４が弁体アッセンブリ２の回転中心軸線Ｌに対して直交するよう形成されている。

なお、図示例では、吸気通路８を開閉する弁部１３が、上記回転中心軸線Ｌと直交する断面において平坦な形状をなしているが、上記回転中心軸線Ｌと直交する断面において該回転中心軸線Ｌ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。また、中間軸部１５と端部軸部１６は、図示例では同一径に形成されているが、それぞれ異なる径となるよう形成することも可能である。

そして、弁体ユニット１２の端部軸部１６には、断面矩形の金属製のシャフト１７、１８、１９が圧入されている。すなわち、一対の弁体ユニット１２は、それぞれ上述したような同一構成を有しており、これら２つの弁体ユニット１２が、中間連結シャフト１８によって互いに連結されている。中間連結シャフト１８は、その一端が一方の弁体ユニット１２の一端の端部軸部１６に圧入され、かつ他端が他方の弁体ユニット１２の一端の端部軸部１６に圧入されている。また、一方の弁体ユニット１２の他端の端部軸部１６には、短いセンサ連結シャフト１７が圧入され、他方の弁体ユニット１２の他端の端部軸部１６には、相対的に長いアクチュエータ連結シャフト１９が圧入されている。

このように、一対の弁体ユニット１２をシャフト１７、１８、１９と共に直線状に組み立てることによって、４つの弁部１３が一連に並んだ弁体アッセンブリ２が構成される。

そして、４つの弁部１３を備えた弁体アッセンブリ２は、４つの軸受２１を介して上述した制御弁ハウジング１内に回転自在に支持される。なお、中間軸部１５は、ハウジング本体３に形成された軸受部２２と、ハウジングカバー４に形成された軸受部２３とによって挟み込まれ、回転自在に支持される。

軸受２１は、硬質合成樹脂から一体に成形されたものであって、各弁体ユニット１２の両端の端部軸部に対して軸方向からに嵌め込まれる。

各軸受２１は、弁体アッセンブリ２をハウジング本体３に組み付ける際に、ハウジング本体３の各吸気通路８の両側に設けられた段部２４内に嵌合し、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。また、ハウジングカバー４の開口部７に隣接して形成された突出片２５が段部２４に隣接した位置に入り込むことによって、各軸受２１の軸方向の位置が規制される。

弁体アッセンブリ２両端のセンサ連結シャフト１７及びアクチュエータ連結シャフト１９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１６に圧入されるが、組み立てが可能であれば、個々の弁体ユニット１２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１７及びアクチュエータ連結シャフト１９には、最終的には、図示せぬ開度センサ、及びアクチュエータがそれぞれ連結される。なお、タンブル制御弁は、各弁部１３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８の通路断面積の一部を閉じ、また、図１の姿勢から弁部１３が下方へ回動した位置では、吸気通路８全体を開放する。

そして、図３に示すように、制御弁ハウジング１には、ハウジング本体３とハウジングカバー４とによって、吸気通路８の内壁面に、弁部１３を収容可能な凹部２８が形成されている。この凹部２８は、弁体ユニット１２の回転軸軸方向視で、その底面が上記回転中心軸線Ｌ（図３における回転中心Ｃ）を中心とする円弧状の曲面となるように形成されている。ここで、図３においては、吸気は吸気通路８内を図３における右側から左側に向かって流れており、また図３における弁部１３の時計回り方向の回転が閉弁方向の回転となり、図３における弁部１３の反時計回り方向の回転が開弁方向の回転となる。

なお、本実施例における凹部２８は、吸気通路８全体を開放する際には、弁部１３全体が収容可能な深さとなるように設定されている。また、図３における回転中心Ｃは、弁体ユニット１２の回転軸軸方向視における上記回転中心軸線Ｌである。

そして、弁体ユニット１２の弁部１３には、凹部２８の底面と対向する外周側面に、弁体ユニット１２の回転軸軸方向に沿って連続する突条２９が形成されている。

この突条２９は、弁部１３と同じ硬質合成樹脂材料からなり、断面略楔形状を呈し、本実施例では、弁部１３の回転方向に沿った一端側に設けられている。詳述すると、突条２９は、弁体ユニット１２の回転軸軸方向視で、弁部１３の開弁方向側の端部（図３における下方側の端部）に形成されている。

また、突条２９は、弁体ユニット１２の回転軸軸方向視で、その先端の回転軌跡が、弁部１３の回転軌跡の中で最も外側となるよう設定されている。なお、突条２９は、弁体ユニット１２の型成形時に、弁部１３と一体に成形される。

このような上記実施例の構成では、吸気通路８下流側の燃焼室（図示せず）からの吹き返しや、ＥＧＲ等に起因して発生するデポジットが凹部２８に堆積していたとしても、突条２９により凹部２８から排出する（掃き出す）ことが可能となり、凹部２８内への上記デポジットの堆積を抑制することで、弁部１３が凹部２８内に堆積したデポジットに起因して固着してしまうことを防止することができる。凹部２８内の堆積したデポジットは、例えば、内燃機関の始動時または停止時に、弁部１３が全開位置から全閉位置まで回転するよう上記アクチュエータを駆動制御することで、凹部２８から排出される（掃き出される）。

また、突条２９が弁部１３の開弁方向側の端部（図３における下方側の端部）に形成されているので、弁部１３が通気通路８の通路断面の一部を開閉しつつ、突条２９が凹部２８の底面全域を通過するための弁部１３の回転角度範囲を相対的に小さくすることができる。

そして、突条２９は、弁体ユニット１２の回転軸軸方向視で、その先端の回転軌跡が、弁部１３の回転軌跡の中で最も外側となるよう設定されているため、突条２９を設けずに弁部１３が凹部２８に干渉しないようにする場合に比べ、弁部１３と凹部２８とのクリアランス管理を容易にすることができる。すなわち、弁部１３の外周側面の全てが凹部２８の底面に接触することがないようにするよりも、突条２９が凹部２８に接触することがないようにするほうが、クリアランス管理を行う対象範囲が相対的に小さくなり、弁部１３と凹部２８とのクリアランス管理が容易となる。

なお、突条２９により凹部２８内からデポジットを排出するにあたっては、突条２９が凹部２８の上流側端よりも上流側で凹部２８の外側に位置するようになるまで、弁部１３を全開位置から図３における反時計方向に回転させた上で、弁部１３を全閉位置付近まで図３における時計方向に回転するようにすれば、凹部２８内のデポジットを効果的に凹部２８から排出することができる。

以下、本発明の他の実施例について説明する。なお、上述した第１実施例と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図４は、本発明の第２実施例を示している。この第２実施例におけるタンブル制御弁は、上述した第１実施例のタンブル制御弁と略同一構成となっているが、突条２９は弁部１３の回転方向に沿った一端側のみならず、弁部１３の回転方向に沿った他端側にも形成されている。各突条２９は、弁部１３と同様に、硬質合成樹脂材料からなっており、弁部１３と一体に成形されている。この第２実施例のように、弁部１３の複数箇所に突条２９を設けるようにすることも可能である。

図５は、本発明の第３実施例を示している。この第３実施例におけるタンブル制御弁は、上述した第１実施例のタンブル制御弁と略同一構成となっているが、突条２９は弁部１３とは異なる材質からなっている。すなわち、この第３実施例においては、突条２９がゴム材料からなっている。このような第３実施例においては、突条２９の先端を凹部２８の底面に対して接触させることが可能であり、第１実施例に比べて凹部２８内に堆積したデポジットの排出性能を一層向上させることができる。

図６は、本発明の第４実施例を示している。この第４実施例のタンブル制御弁は、上述した第１実施例のタンブル制御弁と略同一構成となっているが、突条２９は弁部１３とは異なる材質からなっている。すなわち、この第４実施例においては、突条２９が例えばフッ素樹脂材料のような摩擦係数が小さく耐摩耗性に優れた自己潤滑性を有する材料からなっている。このような第４実施例においては、突条２９の先端と凹部２８の底面との間が、いわゆるゼロクリアランスとなるように設定されるため、第１実施例に比べて凹部２８内に堆積したデポジットの排出性能を一層向上させることができる。

図７及び図８は、本発明の第５実施例を示している。ここで、図７は、第５実施例における弁体ユニット１２の断面図であり、図８は、図７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

この第５実施例のタンブル制御弁は、上述した第１実施例のタンブル制御弁と略同一構成となっているが、弁部１３の突条２９が、弁体ユニット１２とは別部材の突条部材３１からなっている。詳述すると、ゴム材料からなる断面楔形状の突条部材３１が、弁部１３に形成された断面矩形の凹溝３２に、波板状の板ばね３３を介して組み付けられ、凹部２８の底面に対して突条２９（突条部材３１）が板ばね３３の付勢力により付勢される構成となっている。

このような第５実施例においては、突条２９の先端を凹部２８の底面に安定して密着させることができ、第１実施例に比べて凹部２８内に堆積したデポジットの排出性能を一層向上させることができる。

また、本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、例えば、内燃機関のタンブル制御弁ではなく内燃機関のスワール制御弁に対しても適用可能である。

１…制御弁ハウジング
２…弁体アッセンブリ
３…ハウジング本体
４…ハウジングカバー
８…吸気通路
１２…弁体ユニット
１３…弁部
１４…連結壁部
１５…中間軸部
１６…端部軸部
２８…凹部
２９…突条

Claims

吸気通路の通路断面の一部を開閉可能な弁部と、上記弁部の両側に位置して該弁部の回転を支持する回転軸と、上記吸気通路の内壁面に形成されて上記弁部を収容可能な凹部と、を有し、上記回転軸の回転中心軸線に対して上記弁部がオフセットするよう構成された内燃機関の吸気装置において、
上記弁部には、上記凹部と対向する外周側面に、上記回転軸の軸方向に沿って連続する突条が形成されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
上記突条は、上記弁部の回転方向に沿った一端側に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吸気装置。
上記突条は、上記弁部の回転方向に沿った一端側及び他端側にそれぞれ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吸気装置。
上記突条は、回転軸軸方向視で、その先端の回転軌跡が、上記弁部の回転軌跡の中で最も外側となるよう設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。