JP2017044085A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ホルダー１３用の固定具が不要で、弁体ユニット１１の位置の自由度が高い吸気装置を提供する。
【解決手段】 回転軸１６に吸気通路１０を開閉する複数の弁体１７を取り付けた弁体ユニット１１を、ハウジング１２のハウジング通路２８の内側に挿入した上で、ホルダー１３をハウジング１２に装着して弁体ユニット１１を回転可能に支持する。ホルダー１３が装着されたハウジング１２の上面に、フランジ１４を振動溶着により固定し、このフランジ１４とハウジング１２とによりホルダー１３を挟持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の複数の吸気通路を開閉する弁体ユニットを備えた内燃機関の吸気装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の燃焼室内にタンブル流やスワール流等のガス流動を形成する吸気制御弁として、気筒毎の吸気通路を所定方向に複数並べて配置し、これら複数の吸気通路を横断する回転軸に弁体を取り付けた多連の弁体ユニット（弁体アセンブリ）により、各吸気通路を一斉に開閉する吸気装置が開示されている。

弁体ユニットは、吸気通路の一部としてハウジングに貫通形成されたハウジング通路の内側に挿入した上で、更にその上からホルダーをハウジング通路の内側に装着することで、ハウジングとホルダーとの間で回転可能に支持される。ホルダーが装着されるハウジングの側面は、吸気ポートが開口するシリンダヘッドの側面に固定され、両者の間にはシール性を確保するためのガスケットが介装される。

特開２０１５−１１９６号公報

このようにホルダーを弁体ユニットの上からハウジングの側面に装着して、弁体ユニットをホルダーとハウジングとにより挟み込んで回転可能に支持する構造では、弁体ユニットが必然的にハウジングの側面近傍に位置することとなり、弁体ユニットの位置の自由度が低い。

また、ホルダーは、ハウジングとともに弁体ユニットを回転可能に支持する軸受としての機能を有しているために、ハウジングに対して振動溶着により固定することはできない。従って、例えば上記の特許文献１のように複数のネジ等の固定具を用いてホルダーをハウジングに固定する必要があり、この場合、作業工数や部品点数が増加する。

あるいは、ホルダーの固定具を省略する構造として、ハウジングとシリンダヘッドとの間でホルダーを挟み込んで保持することも考えられる。しかしながら、ハウジングに固定されていないホルダー側にガスケットを配置すると、シール性が問題となる。また、ホルダーが装着されるハウジングの側面近傍では、ハウジング通路の内側にホルダーが装着されることから、ハウジング通路が吸気通路よりも通路断面積が大きい。従って、ハウジング側にガスケットを配置する場合、吸気通路よりも大きく形成されたハウジング通路の周囲にガスケットを配置する必要がある。通常、ガスケットは吸気通路の周囲に一連のシールラインを形成するように設計されることから、一般的なガスケットに対して大型化した特別な形状のものとなり、相手側の吸気部品であるシリンダヘッドの形状・レイアウトによっては成立しない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、シリンダヘッド等の吸気部品とフランジとの間に介装されて吸気通路（吸気ポート）をシールするガスケット等のシールラインの自由度を向上するとともに、ホルダーをハウジングに対して固定するネジ等の固定具が不要となり、かつ、弁体ユニットの位置の自由度が高い新規な内燃機関の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の吸気装置は、所定方向に並設された複数の吸気通路を横断する回転軸の回転に伴って上記吸気通路を開閉する複数の弁体を備えた弁体ユニットと、上記複数の吸気通路の一部を構成する複数のハウジング通路が貫通形成されたハウジングと、上記弁体ユニットを挟んで上記ハウジングに装着され、上記ハウジングとともに上記回転軸を回転可能に支持するホルダーと、を備えている。このホルダーは、上記ハウジング通路の一端が開口するハウジングの側面より上記ハウジング通路の内側に装着されている。そして、上記ホルダーが装着される側のハウジングの側面に固定されて、上記ハウジングとともに上記ホルダーを挟持するとともに、上記複数のハウジング通路に連なるフランジ通路が貫通形成されたフランジを設けている。

このように、弁体ユニットの軸受機能を有するホルダーとは別体のフランジを設けることで、このフランジを例えば振動溶着等の簡易な固定手法によりハウジングに固定することができる。また、このフランジとハウジングとの間でホルダーを保持することで、ホルダーをハウジングに固定するためのネジやボルト等の固定具が不要となる。

更に、フランジを設けることで、弁体ユニットの通路長手方向に関する位置の自由度が高くなる。このため、例えばこの吸気装置をシリンダヘッド等の吸気部品の側面に固定する場合にも、ハウジングとシリンダヘッドとの間にフランジを介装することで、シリンダヘッドの側面近傍にスペースを確保して他の部品との干渉を回避し易くなり、車両搭載性を向上することができる。

フランジの内部に貫通形成されるフランジ通路は、例えば通路長手方向の一方から他方へ向かうに従って通路断面形状が徐々に変化している。従って、このフランジが固定されるシリンダヘッド等の他の吸気部品の側面に開口する吸気通路（吸気ポート）の断面形状に対し、ホルダーが装着されるハウジングの側面に開口する吸気通路の断面形状が異なる場合であっても、通路長手方向で断面形状を変化させたフランジ通路によって両者を段差無く滑らかに接続することができる。

フランジのハウジングと反対側の側面には、シリンダヘッド等の他の吸気部品が固定され、両者の間にはガスケットが介装される。このフランジの反ハウジング側の側面には、ホルダー等の他の部品が無いので、ガスケットの形状やレイアウトに制約を受けることがない。

本発明によれば、シリンダヘッド等の吸気部品とフランジとの間に介装されるガスケットによるシールラインの自由度が高くなるとともに、ホルダーをハウジングに対して固定するネジ等の固定具が不要となり、かつ、弁体ユニットの位置の自由度が高くなる。

本発明の一実施例に係る内燃機関の吸気装置を示す斜視図。 上記吸気装置を示す分解斜視図。 同じく上記吸気装置を示す分解斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

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〜図４は、本発明に係る内燃機関の吸気装置の一実施例として、直列４気筒内燃機関のタンブル制御装置を示している。なお、図２は組立後の斜視図であり、図３はフランジ１４をハウジング１１に振動溶着により固定する直前の状態を示す分解斜視図である。

このタンブル制御装置は、吸気マニホールドの一部を構成するもので、図示せぬシリンダヘッドにおける各気筒の４本の吸気ポートが開口する吸気側の側面に取り付けらて、上記の吸気ポートにそれぞれ接続・連通する４本の吸気通路１０が気筒列方向（特許請求の範囲の「所定方向」に相当）に並んだ姿勢で貫通形成されている。このタンブル制御装置は、弁体ユニット１１と、ハウジング１２と、ホルダー１３と、フランジ１４と、ガスケット１５と、により大略構成されている。

弁体ユニット１１は、基本的には上記の特開２０１５−１１９６号公報に記載されたものと同様の構造であり、簡単に説明すると、４本の吸気通路１０を気筒列方向に横断するように気筒列方向に延在する回転軸１６と、この回転軸１６に取り付けられ、回転軸１６の回転に伴って吸気通路１０を開閉する４つの弁体１７と、を有している。隣り合う２つの弁体１７と両者を繋ぐ棒状の連結バー１８とが合成樹脂製の一つの部品１９として一体的に形成され、２つの部品１９が断面矩形の金属製の連結軸２０により連結されている。連結された２つの部品１９の両側には、断面矩形の金属製の補助回転軸２１が固定されている。これら連結バー１８，連結軸２０及び補助回転軸２１が、気筒列方向に沿って同一軸線上に配置された上記の回転軸１６を構成している。

各弁体１７は、回転軸１６の軸心に対して径方向にクランク形状にオフセットして設けられ、外周面がほぼ円弧面の断面三日月形状をなしている。図４に示すように、弁体１７と回転軸１６とは扇状のアーム部２２で接続されている。図４を参照して、アクチュエータ２９ａにより弁体ユニット１１を反時計方向へ回転駆動すると弁体ユニット１１が反時計方向へ回動し、弁体１７が閉弁姿勢に保持される。この閉弁姿勢では、弁体１７が吸気通路１０の大部分を塞ぐように横断する姿勢となり、吸気通路１０の少なくとも一部が塞がれる。なお、この閉弁姿勢でも適宜な吸入空気量を確保するように、弁体１７の中央部には適宜な通気窓２４（図１参照）が凹設されている。

一方、アクチュエータ２９ａにより弁体ユニット１１を図４の時計回り方向に回転駆動すると弁体ユニット１１が時計方向へ回動し、弁体１７が開弁姿勢に保持される。この開弁姿勢では、弁体１７のほぼ全体がハウジング１２及びホルダー１３に凹設された三日月型の収容凹部２６に収容され、この弁体１７の内周面２７が吸気通路１０の一部を構成する。このように開弁姿勢では弁体１７の全体が吸気通路１０から待避する形となるために、通気抵抗が大幅に軽減される。

ハウジング１２は、吸気マニホールド（図示せず）の一部として硬質な合成樹脂材料により一体的に成形された細長い箱状をなし、吸気通路１０の一部を構成する４本のハウジング通路２８が気筒列方向に並ぶようにして貫通形成されている。ハウジング１２の一端には、回転型のアクチュエータ２９ａが取り付けられるアクチュエータ取付フランジ２９が形成されている。上記のアクチュエータ２９ａにより弁体ユニット１１の回転軸１６が回転駆動され、アクチュエータ２９ａの動作は図示せぬ制御部により機関運転状態に応じて制御される。

ホルダー１３は、硬質な合成樹脂材料により一体的に形成され、横片部３０と縦片部３１とをＬ字状に繋いだ略Ｌ字形状をなし、横片部３０にはハウジング通路２８に連なる４つのほぼ矩形の窓部３２が開口形成されている。このホルダー１３は、弁体ユニット１１をハウジング１２の内部に挿入した上で、ハウジング通路２８の一端が開口するハウジング１２の上面（側面）の開口部分よりハウジング通路２８の内側に装着され、このホルダー１３とハウジング１２とにより弁体ユニット１１が回転可能に支持される。ハウジング１２及びホルダー１３には、弁体ユニット１１の回転軸１６の部分を回転可能に支持する軸受部３３が軸方向に間欠的に複数箇所に設けられている。

ハウジング１２のハウジング通路２８には、ホルダー１３の形状に応じた収容凹部３５が凹設されており、ホルダー１３を装着した状態では、図４に示すように、ホルダー１３の内壁面がハウジング１２のハウジング通路２８の内壁面と滑らかに接続し、一連の吸気通路１０を構成するようになっている。

フランジ１４は、本実施例の要部をなす部材であり、硬質な合成樹脂材料により所定厚さの板状に一体的に形成されており、気筒列方向に並んだ４本のフランジ通路３６が貫通形成されている。このフランジ通路３６は、ホルダー１３の窓部３２やハウジング通路２８と滑らかに接続して、吸気通路１０の一部を構成している。フランジ１４は、図４の下面側で振動溶着によりハウジング１２の上面側に接合されて固定され、この固定状態で、ホルダー１３がフランジ１４とハウジング１２との間で挟持・保持される。

より詳しくは、フランジ１４の下面側には、ハウジング側（図４の下側）へ突出する振動溶着用の溶接突起３７が突出形成されるとともに、この溶接突起３７の両側に、溶融した材料が流れ込むための溝３８が形成されている。この溶接突起３７はフランジ１４の周縁部の全周にわたって設けられており、これによってフランジ１４とハウジング１２とがその周縁部の全周にわたって接合・固定される。なお、フランジ１４の下面側では、上記の溶接突起３７の部分でのみハウジング１２側と接触・接続しており、フランジ１４の外周壁３９は、ハウジング１２の外縁上面に僅かな隙間を介して対向している。同様に、フランジ１４の内周壁４０も、ホルダー１３の上面に僅かな隙間を介して対向している。従って、フランジ１４は厳密にはホルダー１３と接触していないが、ホルダー１３の上面に僅かな隙間を介して対向するフランジ１４の内周壁４０によって、ホルダー１３の図４の上下方向の移動が規制されており、実質的にホルダー１３がフランジ１４とハウジング１２との間で移動することなく保持されている。

図４に示すように、フランジ１４の内部に貫通形成されるフランジ通路３６は、通路長手方向で図４の上側（シリンダヘッド側）へ向かうに従って、通路断面積が徐々に小さくなるように、その通路断面形状を徐々に変化させている。つまり、この実施例ではシリンダヘッドの側面に開口する吸気ポートの断面形状に対し、ハウジング１２の上面に開口する吸気通路１０の断面形状が異なることから、通路長手方向で断面形状を徐々に変化させたフランジ通路３６によって、フランジ１４の上面に開口するフランジ通路３６の断面形状を、シリンダヘッドの吸気ポートの断面形状にあわせて、両者を段差無く滑らかに接続・連通させている。

このハウジング１２の上面側は、上述したように、シリンダヘッド（吸気部品）の４本の吸気ポートが開口する吸気側の側面に対し、シール用のガスケット１５を挟んで、複数本の固定ボルト（図示省略）を用いて共締め固定される。ハウジング１２の周縁部には、上記の固定ボルトが挿通する複数のボルト孔４１が適宜間隔置きに設けられている。

このガスケット１５は、吸気通路１０のシール性を確保するための部品であり、全ての吸気通路１０の周縁部にわたって一連のシールラインを形成するように設計されており、具体的には、図１に示すように、吸気通路１０の周囲を囲繞する４つのリング部４２と、隣り合うリング部４２を繋ぐ３本の棒状の連結部４３と、を有し、かつ、フランジ１４に対する位置決め用の位置決め突起４４が４箇所に設けられている。

図４に示すように、ハウジング１２の上面には、ガスケット１５のほぼ下半分を収容するガスケット溝４５が凹設されている。ここで、フランジ１４の上面（ハウジング１２と反対側の側面）には、ホルダー１３等の他の部品が存在していないので、ガスケット１５の形状やレイアウトに制約を受けることがなく、吸気通路１０の形状にあわせた形でガスケット１５を設計することができるために、ガスケット１５によるシールラインの自由度が高い。これに対し、従来のようにフランジ１４がなく、ホルダー１３が装着されたハウジング１２の上面にガスケットを配置する場合、図４にも示すように、ガスケット１５の位置にはホルダー１３が位置しており、ホルダー１３上にガスケット１５を配置すると、ホルダー１３はハウジング１２に堅牢に固定されていなので、シール性を確保することができない。ガスケットをハウジング１２の上面に配置しようとすると、ガスケットが大型化し、相手側のシリンダヘッド側の形状によっては成立しない。

以上のように本実施例では、弁体ユニット１１の軸受機能を有するホルダー１３とは別体のフランジ１４を設けることで、振動溶着による簡便な固定工法を採用することが可能となり、ホルダー１３をハウジング１２に固定するためのネジやボルト等の固定具が不要となるために、その分の製造工数や部品点数を削減することができ、生産性の向上及び生産コストの低減化を図ることができるとともに、シリンダヘッドに取り付けられるフランジ１４の上面にはホルダー１３等の他の部品が無いので、シリンダヘッドとフランジ１４との間に介装されるガスケット１５によるシールラインの自由度が向上する。

また、ハウジング１２とシリンダヘッドとの間にフランジ１４を介装しているために、フランジ１４の通路長手方向の寸法によって、弁体ユニット１１の通路長手方向に関する位置を調整することが可能となり、弁体ユニット１１の位置の自由度が高くなる。従って、例えばシリンダヘッドの吸気側の側面近傍にスペース的に余裕がないような場合にも、弁体ユニット１１をシリンダヘッドから離して配置することが可能となり、車両搭載性を向上することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例ではタンブル制御装置に本発明を適用しているが、例えば弁体ユニットとして多連式のスロットル弁を備えた吸気装置等にも本発明を適用することができる。

１０…吸気通路
１１…弁体ユニット
１２…ハウジング
１３…ホルダー
１４…フランジ
１５…ガスケット
１６…回転軸
１７…弁体
２８…ハウジング通路
３６…フランジ通路

Claims (4)

1. 所定方向に並設された複数の吸気通路を横断する回転軸と、この回転軸の回転に伴って上記吸気通路を開閉する複数の弁体と、を有する弁体ユニットと、
   上記複数の吸気通路の一部を構成する複数のハウジング通路が貫通形成されたハウジングと、
   上記弁体ユニットを挟んで上記ハウジングに装着され、上記ハウジングとともに上記弁体ユニットを回転可能に支持するホルダーと、を備え、
   このホルダーは、上記ハウジング通路の一端が開口するハウジングの側面より上記ハウジング通路の内側に装着され、
   かつ、上記ホルダーが装着される側のハウジングの側面に固定されて、上記ハウジングとともに上記ホルダーを挟持するとともに、上記複数のハウジング通路に連なるフランジ通路が貫通形成されたフランジを備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 上記フランジは、振動溶着により上記ハウジングの側面に固定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。
3. 上記フランジ通路は、通路長手方向の一方から他方へ向かうに従って通路断面形状が徐々に変化していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 上記フランジのハウジングと反対側の側面と、この側面に固定される他の吸気部品と、の間にガスケットが介装されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。

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