JP2023127024A - エンジンの吸気系構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつコンパクトな構成で、信頼性の高い吸気圧制御が可能になるインパルスバルブを備えたエンジンの吸気系構造を提供する。【解決手段】吸気バルブの上流側に吸気通路を開閉するインパルスバルブ２５を備えたエンジン１の吸気系構造であって、インパルスバルブ２５は、ポペットバルブであって、エンジン１の吸気マニホールド１０に備えられ、吸気カムシャフト５１からベルトを介して動力を伝達して同期駆動される。これにより、インパルスバルブ２５が詰まり難くなるとともに、インパルスバルブ２５をエンジン１にコンパクトに備えることができる。【選択図】図１

Description

本発明はエンジンの吸気通路に備えられるインパルスバルブの設置構造に関する。

エンジンの吸気通路に備えられて、吸気に脈動を発生させるインパルスバルブが知られている。インパルスバルブは、エンジンの作動に合わせて吸気通路の流路断面積を変化させることで、吸気圧に脈動を発生させてエンジンの充填効率を高める。
特許文献１には、インテークマニホールドにインパルスバルブを備えたエンジンが開示されている。特許文献１に開示されたインパルスバルブは、ロータリーバルブであり、エンジンの吸気バルブ側の側面に沿って配置され、可変バルブタイミング機構によって位相制御される中間軸とロータリーバルブの駆動軸とがギヤ接続されて駆動される構成になっている。

特開２００６－２８３６６６号公報

しかしながら、近年ではエンジンの吸気に排気の一部を還流させるＥＧＲ装置が広く使用されており、吸気マニホールド内に排気が流入するため、排気中の粒子が詰まってロータリーバルブの作動が不調になる可能性がある。
また、特許文献１では、ロータリーバルブを駆動制御するための可変バルブタイミング機構がロータリーバルブに隣接して配置され、構造が複雑化するといった問題点もある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単かつコンパクトな構成で、信頼性の高い吸気圧制御が可能になるインパルスバルブを備えたエンジンの吸気系構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るエンジンの吸気系構造は、吸気バルブの上流側に吸気通路を開閉するインパルスバルブを備えたエンジンの給機構造であって、前記インパルスバルブは、ポペットバルブであって、前記エンジンの吸気マニホールドに備えられ、前記吸気バルブを駆動する第１カムシャフトから伝動部材を介して同期駆動されることを特徴とする。

これにより、インパルスバルブによって吸気通路を適切なタイミングで開閉することで、吸気の脈動効果により、エンジンの充填効率を高めることができる。更に、インパルスバルブをポペットバルブにすることで、吸気中に粒子成分が存在していても詰まり難くなり、インパルスバルブの機能を維持することができる。
また、インパルスバルブが吸気マニホールドに備えられ、吸気バルブを駆動する第１カムシャフトから伝動部材を介して同期駆動されることで、簡単な構造でインパルスバルブを吸気バルブと同期作動できるとともに、インパルスバルブをエンジンにコンパクトに備えることができる。

好ましくは、前記インパルスバルブは、前記エンジンの側壁から外方に離間して配置されるとともに、中空状の吸気マニホールドの一部に内蔵され、前記エンジンの側壁と前記吸気マニホールドとの間に、前記エンジンの吸気ポートに燃料を供給する燃料供給手段を備えるとよい。
これにより、燃料供給手段がエンジンの側壁と、中空状の吸気マニホールドとの間に配置されるので、燃料供給手段の保護を図ることができる。例えばエンジンが車両に搭載された場合には、車両衝突時に中空状の吸気マニホールドによって衝突荷重を吸収して、燃料供給手段を保護することができる。

好ましくは、前記エンジンは複数の気筒を有し、前記吸気マニホールドは、前記エンジンの側壁から離間して配置されたサージタンクと、前記サージタンクと前記エンジンの各気筒の吸気ポートとを接続する複数のブランチ管と、を有し、前記インパルスバルブの弁体は、前記サージタンクと前記ブランチ管との接続部に夫々備えられているとよい。
これにより、サージタンクとインパルスバルブとを有する多気筒用の吸気マニホールドをコンパクトに構成することができる。

好ましくは、前記インパルスバルブは、前記吸気カムシャフトと平行に配置された第２カムシャフトによって駆動され、前記伝動部材は、巻き掛け伝動部材であるとよい。
これにより、吸気カムシャフトに対して離間して配置された第２カムシャフトに簡単な構造で動力を伝達して、インパルスバルブを駆動することができる。
好ましくは、前記巻き掛け伝動部材に張力を付加するアイドラープーリーを、前記吸気マニホールドに備えるとよい。

これにより、巻き掛け伝動部材の張力を維持し、第２カムシャフトに確実に動力をさせて、インパルスバルブの駆動の信頼性を向上させることができる。
好ましくは、前記吸気マニホールドは、前記第２カムシャフトを収納するカムシャフト収納部と、前記カムシャフト収納部と前記エンジンとを接続して、前記吸気マニホールドを前記エンジンに固定する固定部材を備え、前記アイドラープーリーは前記固定部材に備えられるとよい。

これにより、吸気マニホールドを固定する固定部材を利用して、アイドラープーリーを設置することができる。
好ましくは、前記固定部材は、前記カムシャフト収納部または前記エンジンに移動可能に固定されるとよい。
これにより、固定部材とともにアイドラープーリーの位置を変更して、巻き掛け伝動部材の張力を容易に調整することができる。

本発明に係るエンジンの吸気系構造によれば、インパルスバルブをポペットバルブにすることで詰まり難くなるので、特にＥＧＲ（排気還流）装置を備えたエンジンにおいてインパルスバルブの作動の信頼性を高めることができる。
また、インパルスバルブが吸気マニホールドに備えられ、吸気バルブを駆動する第１カムシャフトから伝動部材を介して同期駆動されることで、簡単かつコンパクトな構成で、インパルスバルブによる信頼性の高い吸気圧制御が可能になる。

本発明の実施形態に係るエンジンの吸気系の概略構造図である。 本実施形態のエンジンの右側面図である。 本実施形態のエンジンの上面図である。 本実施形態のエンジンの前面図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るエンジン１の吸気系の概略構造図である。図１は、１つの気筒を上下前後方向に延びる面で切断し、右前方から視た縦断面斜視図である。図２は、本実施形態のエンジンの右側面図である。図３は、本実施形態のエンジンの上面図である。図４は、本実施形態のエンジンの前面図である。

本発明の吸気系構造を採用した一実施形態であるエンジンは、直列４気筒であり、車両に横置きに配置されている。気筒に対して車両前方側に吸気ポートが延び、車両後方側に排気ポートが延びるように配置されている。
なお、以降の説明においては、車両に設置された際でのエンジンの向きを使用して説明する。

図１～４に示すように、本実施形態のエンジン１には、シリンダヘッド２の前壁面３（側壁）から前方かつわずかに上方に延びるように吸気ポート４が備えられている。また、エンジン１には、シリンダヘッド２の後壁面５から後方に延びるように排気ポート６が備えられている。
シリンダヘッド２の前面には、吸気マニホールド１０（吸気通路）が配置されている。吸気マニホールド１０は、各気筒の吸気ポート４に接続される４個のブランチ管１１と、サージタンク１２とを備えている。

サージタンク１２は、エンジン１の上部前面に左右方向に延びるように配置されている。サージタンク１２の左部には吸気管１３が接続されており、吸気が導入される。
エンジン１には、ＥＧＲ装置が備えられている。ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路２１と、図示しないＥＧＲバルブを備えている。ＥＧＲ通路２１は、エンジン１の排気ポートに接続された排気マニホールド２２と吸気マニホールド１０とを接続する配管である。ＥＧＲバルブは、ＥＧＲ通路２１を開閉する開閉弁であり、図示しないエンジンコントロールユニットによって開度が制御される。

ＥＧＲ通路２１は、サージタンク１２の左部、吸気管１３との接続部付近に接続されている。したがって、吸気管１３より流入した吸気は、ＥＧＲ通路２１から導入された排気（ＥＧＲガス）と混合しつつサージタンク１２内に流入する。
各気筒の吸気ポート４に接続された４本のブランチ管１１は、サージタンク１２の上部に左右方向に並ぶように接続されている。更に、本実施形態では、サージタンク１２と各ブランチ管１１との接続部に、夫々インパルスバルブ２５が備えられている。

インパルスバルブ２５は、ポペットタイプの開閉弁であり、サージタンク１２とブランチ管１１との接続部を開閉するように配置される。インパルスバルブ２５は、上方に向かってわずかに前方に傾斜して上下方向に延びるように配置されたインパルスバルブシャフト２６と、インパルスバルブシャフト２６の下端に備えられた弁体２７と、弁体２７を開方向に付勢するインパルスバルブスプリング２８と、を備えている。

インパルスバルブシャフト２６の上端部は、サージタンク１２の上方で左右方向に延びるように配置されたインパルスバルブカムシャフト３０（第２カムシャフト）に設けられたカム３１によって下方に押される。これにより、インパルスバルブカムシャフト３０の回転に応じて、インパルスバルブシャフト２６が上下動し、弁体２７が開閉駆動する。
吸気マニホールド１０は、サージタンク１２を形成する樹脂製のロアケース１０ａと、ブランチ管１１を形成するアルミ製のアッパーケース１０ｂによって構成されている。

アッパーケース１０ｂは、更にインパルスバルブカムシャフト３０を収納する筒状のインパルスバルブカムシャフトケース３５（カムシャフト収納部）と、インパルスバルブシャフト２６及びインパルスバルブスプリング２８を収納する４本のインパルスバルブケース３６と、を有している。インパルスバルブケース３６は、インパルスバルブカムシャフトケース３５とサージタンク１２とを接続するように構成されている。

エンジン１のシリンダヘッド２の前側には、吸気ポート４に燃料を噴射する燃料噴射弁４０が備えられている。燃料噴射弁４０は、各吸気ポート４の上部に左右方向に並んで４個備えられており、シリンダヘッド２の前壁面３と吸気マニホールド１０のアッパーケース１０ｂとの間に囲まれた空間に配置されている。各燃料噴射弁４０には、シリンダヘッド２の前壁面３と吸気マニホールド１０のアッパーケース１０ｂとの間に囲まれた空間内で左右方向に延びるように配置されたデリバリパイプ４１から燃料が供給される。

インパルスバルブカムシャフト３０の右端部は、インパルスバルブカムシャフトケース３５から外方に突出している。インパルスバルブカムシャフト３０の右端部には、ベルト４５（伝動部材、巻き掛け伝動部材）を掛け回すためのプーリー４６が備えられている。
一方、エンジン１の吸気バルブ５０を駆動する吸気カムシャフト５１（第１カムシャフト）の右端部には、可変バルブタイミング機構５２が備えられている。吸気カムシャフト５１は、エンジン１の図示しないクランクシャフトからタイミングベルトを介して駆動される。可変バルブタイミング機構５２は、例えば電動アクチュエータを内蔵し、タイミングベルトによって回転駆動される内蔵のプーリーから吸気カムシャフト５１に伝達する回転の位相を変化させる。

吸気カムシャフト５１の右端部と可変バルブタイミング機構５２との間には、プーリーを備えたアダプタシャフト５３が吸気カムシャフト５１と同軸に備えられている。アダプタシャフト５３のプーリーとインパルスバルブカムシャフト３０のプーリー４６とはベルト４５によって連結されている。したがって、エンジン１のクランクシャフトの回転は、タイミングベルト、可変バルブタイミング機構５２及びアダプタシャフト５３を介して吸気カムシャフト５１を回転駆動するように伝達するとともに、アダプタシャフト５３からベルト４５を介してインパルスバルブカムシャフト３０を回転させる構造になっている。

エンジン１のシリンダヘッド２の右側壁５５には前方に延びるブラケット５６(固定部材)が固定されている。ブラケット５６の前端部はインパルスバルブカムシャフトケース３５の右側部に固定されている。また、ブラケット５６の中間部には、アイドラープーリー５７の軸部が支持されている。ブラケット５６の前端部とインパルスバルブカムシャフトケース３５とは固定位置が略上下方向に調整可能であって、ブラケット５６とシリンダヘッド２との固定部を回転中心としてブラケット５６の前部を上方に移動させて固定することで、アイドラープーリー５７は、ベルト４５を上方に押し付けて、ベルト４５の撓みを減少させる効果を有する。

更に、吸気ポート４には、樹脂製の筒体６０が挿入されている。即ち吸気ポート４の内壁面が樹脂性になっている。
本実施形態のように、エンジン１の吸気通路の吸気バルブ５０より上流側にインパルスバルブ２５を設け、吸気通路を開閉することで、吸気圧を制御することができる。これにより、インパルスバルブ２５を吸気バルブ５０の開閉タイミングに合わせて適切なタイミングで開閉制御することで、吸気の脈動効果により、エンジン１の充填効率を高めることができる。

また、吸気ポート４に樹脂製の筒体６０が挿入されているので、エンジン１の駆動時に吸気ポート４を通過する際にエンジン１の温度によって吸気温度が上昇することを抑制できる、これにより、エンジン１の充填効率を更に高めることができる。
本実施形態では、インパルスバルブ２５をポペットバルブにすることで、ＥＧＲ通路２１を通過して吸気中にＥＧＲガスを流入させても、ＥＧＲガス中の粒子成分が詰まり難くなる。これにより、インパルスバルブ２５の機能を維持して作動信頼性を高めることができる。

また、インパルスバルブ２５が吸気マニホールド１０に備えられ、吸気カムシャフト５１からベルト４５を介して駆動されることで、簡単な構造でインパルスバルブ２５を吸気バルブ５０と同期作動できるとともに、インパルスバルブ２５をエンジン１にコンパクトに搭載することができる。
したがって、簡単かつコンパクトな構成で、インパルスバルブ２５による信頼性の高い吸気圧制御が可能になる。

更に、インパルスバルブ２５は、エンジン１の前壁面３から前方に離間して配置され、吸気マニホールド１０の一部に内蔵されている。また、エンジン１の前壁面３と吸気マニホールド１０との間に、燃料噴射弁４０及びデリバリパイプ４１といった燃料供給系（燃料供給手段）が設置されているので、これらの燃料供給系と吸気マニホールド１０及びインパルスバルブ２５を含む吸気系の機器をまとめてエンジン１の傍にコンパクトに構成することができる。更には、車両の前突時に例えばラジエータのような車両前部の構造物が、エンジン１に近づいてきたとしても、吸気マニホールド１０によって燃料供給系を保護することができる。吸気マニホールド１０は、インパルスバルブ２５、インパルスバルブカムシャフト３０の剛体を収納しているため、衝突荷重を受け止めることができ、燃料供給系を効果的に保護することができる。

吸気マニホールド１０は、エンジン１の前壁面３から離間して配置されたサージタンク１２と、サージタンク１２とエンジン１の各気筒の吸気ポート４とを接続する４個のブランチ管１１と、を有し、インパルスバルブ２５の弁体２７は、サージタンク１２とブランチ管１１との接続部に夫々備えられている。
これにより、サージタンク１２とインパルスバルブ２５とを有する多気筒用の吸気マニホールド１０をコンパクトに構成することができる。

また、インパルスバルブ２５は、吸気カムシャフト５１と平行に配置されたインパルスバルブカムシャフト３０によって駆動される。インパルスバルブカムシャフト３０は、ベルト４５を介して吸気カムシャフト５１から動力が伝達される。
これにより、吸気カムシャフト５１に対して前方に離間して配置されたインパルスバルブカムシャフト３０に簡単な構造で動力を伝達して、インパルスバルブ２５を駆動することができる。

また、吸気マニホールド１０とエンジン１とを接続するブラケット５６には、ベルト４５に張力を付加するアイドラープーリー５７が備えられている。
これにより、アイドラープーリー５７によってベルト４５の張力を適切に維持し、インパルスバルブカムシャフト３０に確実に回転駆動して、インパルスバルブの２５駆動の信頼性を向上させることができる。

吸気マニホールド１０は、インパルスバルブカムシャフト３０を収納するインパルスバルブカムシャフトケース３５と、インパルスバルブカムシャフトケース３５とエンジン１の右側壁５５とを接続して、吸気マニホールド１０をエンジン１に固定する上述のブラケット５６を備えており、アイドラープーリー５７はブラケット５６に支持されている。
これにより、吸気マニホールド１０を固定するブラケット５６を利用して、アイドラープーリー５７を容易に設置することができる。

更に、ブラケット５６は、インパルスバルブカムシャフトケース３５に移動可能に固定されている。
これにより、エンジン１に対してブラケット５６とともにアイドラープーリー５７の位置を変更して固定することができ、ベルト４５の張力を容易に調整することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではない。吸気マニホールド１０の詳細な構造については、適宜変更してもよい。例えば、上記実施形態では、インパルスバルブカムシャフトケース３５に対してブラケット５６が移動可能に固定されるが、エンジン１に対してブラケット５６を移動可能に固定するようにしてもよい。また、ブラケット５６を例えばサージタンク１２の右側部に固定してもよい。

本発明は、例えばハイブリッド車やプラグインハイブリッド車に搭載したエンジンにも適用することができる。なお、本発明は、車両に搭載したエンジンに効果的であるが、他の用途のエンジンにも適用することができる。

１ エンジン
３ 前壁面（側壁）
４ 吸気ポート
１０ 吸気マニホールド（吸気通路）
１１ ブランチ管
１２ サージタンク
２５ インパルスバルブ
２７ 弁体
３０ インパルスバルブカムシャフト（第２カムシャフト）
３５ インパルスバルブカムシャフトケース（カムシャフト収納部）
４０ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
４１ デリバリパイプ（燃料供給手段）
４５ ベルト（伝動部材、巻き掛け伝動部材）
５０ 吸気バルブ
５１ 吸気カムシャフト（第１カムシャフト）
５６ ブラケット（固定部材）
５７ アイドラープーリー

Claims (7)

1. 吸気バルブの上流側に吸気通路を開閉するインパルスバルブを備えたエンジンの吸気系構造であって、
   前記インパルスバルブは、ポペットバルブであって、前記エンジンの吸気マニホールドに備えられ、前記吸気バルブを駆動する第１カムシャフトから伝動部材を介して同期駆動される
   ことを特徴とするエンジンの吸気系構造。
2. 前記インパルスバルブは、前記エンジンの側壁から外方に離間して配置されるとともに、中空状の吸気マニホールドの一部に内蔵され、、
   前記エンジンの側壁と前記吸気マニホールドとの間に、前記エンジンの吸気ポートに燃料を供給する燃料供給手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気系構造。
3. 前記エンジンは複数の気筒を有し、
   前記吸気マニホールドは、
   前記エンジンの側壁から離間して配置されたサージタンクと、
   前記サージタンクと前記エンジンの各気筒の吸気ポートとを接続する複数のブランチ管と、を有し、
   前記インパルスバルブの弁体は、前記サージタンクと前記ブランチ管との接続部に夫々備えられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの吸気系構造。
4. 前記インパルスバルブは、前記第１カムシャフトと平行に配置された第２カムシャフトによって駆動され、
   前記伝動部材は、巻き掛け伝動部材である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエンジンの吸気系構造。
5. 前記巻き掛け伝動部材に張力を付加するアイドラープーリーを、前記吸気マニホールドに備えた
   ことを特徴とする請求項４に記載のエンジンの吸気系構造。
6. 前記吸気マニホールドは、
   前記第２カムシャフトを収納するカムシャフト収納部と、
   前記カムシャフト収納部と前記エンジンとを接続して、前記吸気マニホールドを前記エンジンに固定する固定部材を備え、
   前記アイドラープーリーは前記固定部材に備えられる
   ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの吸気系構造。
7. 前記固定部材は、前記カムシャフト収納部または前記エンジンに移動可能に固定される
   ことを特徴とする請求項６に記載のエンジンの吸気系構造。

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