JP3199906U - 吸気アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】バルブの各種の構造上の変化によって、エンジンの吸気量に対する精密な制御を行うことが可能である吸気量が連続可変である吸気アセンブリを提供する。【解決手段】管体１１０と、回転可能に管体１１０内に配置され、中空リング状となり、外壁と内壁とを含み、外壁から内壁までに漸進的に変化する曲面が形成されるバルブ１２０と、を備える。内壁は、吸気面Ａ２を定義し、吸気面Ａ２の法線ベクトルＴ２と、バルブ１２０が回動する時に管体１１０の一端の断面の法線ベクトルＴ１とは、連続的に変化する夾角を形成して、バルブ１２０の連続回転を制御することにより、外部空気の吸気量を精密に制御し、エンジンが低速の場合のトルク出力又は高速の場合の最大仕事率出力を維持することができる。【選択図】図１

Description

吸気アセンブリに関し、特に、エンジン吸気量を調節することが可能であり、吸気量が連続可変である吸気アセンブリに関する。

エンジンの作動は、主に内燃機関から発生するものであり、内燃機関が、主に燃料油（例えば、ガソリン）を必要な機械的運動エネルギーに転換させるために用いられる。燃料から機械的エネルギーに転換する１つの完全な過程は、１つのエンジンサイクルと言われ、エンジンの作動が複数のエンジンサイクルで構成される。

１つのエンジンサイクルにおいて、プロセスは、大体に吸気、圧縮、動力転換及び排気等の四つの工程に分けられる。吸気工程は、大気圧との間の圧力差によって吸引力を発生させ、外部気体の濾過による濾過空気がこの吸引力に吸引されて、ノズルから噴き出す燃料油と共にシリンダに混合オイルガスを形成する。圧縮工程は、シリンダにおける混合オイルガスを圧縮する。動力転換工程は、シリンダ内で圧縮された混合オイルガスを点火し燃焼させて、燃焼させた後で体積が膨張し、さらにピストンを押して機械的運動エネルギーに転換させる。排気工程は、燃焼した後の排気ガスをシリンダ内から排出する。

優れた内燃機関性を得ようとすれば、内燃機関の燃焼効率を高めることから手をつけなければならない。従って、吸気量に対する制御は、一番重要である。

台湾特許公告第Ｉ４０２４１７号明細書

従来の噴射式内燃機関においては、吸気ゲートが、アクセルペダルの押し下げる程度に対応して開く状態となっている。アクセルペダルを押し下げれば押し下げるほど、吸気ゲートの開く程度が大きくなり、相対的に吸入される空気も多くなる。吸気ゲートの開く程度が大きく、吸入される空気が多い時に、吸気センサーによって吸気量を検出し、得られた進氣量を燃料油噴射制御システムに反映し、対応的な数量の燃料油を噴き出させて、最適な空気燃料油の比を達成し、更に内燃機関に最適な効率を発揮させる。しかしながら、従来使用された吸気センサーは、検出からセンスまで、時間の差があり、且つ検出されたデータのすべても正確とは限らぬ、これにより、吸気ゲートは、吸入する空気量が、吸入すべきな燃料油と混合する空気量よりも少ないだけでなく、吸気の時間点も差がある。これにより、空燃比を低下させることを引き起こし、不完全燃焼になる。この状況は、車が停止する状態から動き始め、又は低速からだんだん高速に変わる時に非常に明らかである。運転者は、アクセルペダルを踏んで給油した後、車がだんだん高速運転に変わる時、車の震えと速度遅延の状況が発生することがある。また、空気が薄い雰囲気で、さらに吸気ゲートの吸入する空気量が不足になりやすく、空燃比が低下され、これに伴って、内燃機関の仕事率がこれに伴って低下し、車の登坂能力が不足になる。

続いて、ターボチャージャー内燃機関が出てきて、その原理は、内燃機関からの排気ガスによってタービンブレードを押して、タービン軸の他端の空気圧縮機が内燃機関に入る新鮮な空気を圧縮して、内燃機関の燃焼用に提供することにある。しかしながら、それには、まだ以下の若干の欠陥が存在する。一、内燃機関から排気した気圧は、相当な程度に高められないと、十分にタービンブレードを押圧することができない。二、ターボチャージャー内燃機関は、内燃機関からの排気ガスを用いて空気の源とするが、排気ガスの温度が非常に高くて、吸入する排気ガスが高圧縮比で使用されることができなくなる。このようにして、ターボチャージャーは、内燃機関の動力を消耗し、内燃機関の仕事率の出力を減少するだけでなく、一般的な車にも適用しない。

上記の問題を解決するために、本考案者は、改良された内燃機関吸気システムを提出し、すでに台湾特許の許可を取得した（特許文献１を参照）。内燃機関吸気システムは、スロットルバルブ外に制御可能なファンが増設され、アクセルセンサーがアクセルペダルの動きによってファンの回転速度を制御するために用いられる。これにより、空気充填率を増加させ、空気燃焼効率を高めて、空気が薄い状態、及び動き始めスピードアップする状態で、内燃機関が円滑に動作させることができる。しかしながら、吸気に対する制御は、ずっと吸気量を高めることでなく、相変わらず実際の状況に応じて調整する必要がある。従って、本考案者は、さらに本考案出願において、より精密に吸気量を制御して、各種の状況の要求に満たすことができる吸気アセンブリの構造を提出する。

本考案は、バルブの各種の構造上の変化によって、エンジンの吸気量に対する精密な制御を行うことが可能である吸気量が連続可変である吸気アセンブリを提供する。

本考案による吸気アセンブリは、管体と、回転可能に管体内に配置されており、中空リング状となり、外壁と内壁とを含み、外壁から内壁に向かうにしたがって漸進的に変化する曲面が形成されているバルブと、を備える。内壁は、吸気面を定義する。吸気面の法線ベクトルと、管体の一端の断面の法線ベクトルとは、バルブが回動する時に連続的に変化する夾角を形成する。

前記吸気アセンブリにおいて、夾角が、０度〜９０度の間の範囲内で変化してもよい。吸気アセンブリは、バルブが回転する時、夾角の連続変化を制御するモータを更に備えてもよく、モータが、サーボモータ又はステッピングモータであってもよい。

本考案の吸気アセンブリは、管体と、管体の中心軸に沿って重なり、中心軸を中心として相対的に回転する少なくとも２つの中空リングで構成されており、各中空リングが内壁と外壁とを含み、各中空リングにおいて内壁と外壁との間に、位置が相互に対応する通気孔が形成されており、内壁が、吸気面を定義するバルブと、を備える。

２つの中空リングのうちの一方が他方に対して第１の位置まで回転した場合、２つの中空リングのうち、一方の中空リングの通気孔と他方の中空リングの通気孔とが重ねて連通する。
２つの中空リングのうちの一方が他方に対して第２の位置まで回転した場合、２つの中空リングのうち、一方の中空リングの通気孔の一部と他方の中空リングの通気孔との一部が重ねて連通する。
２つの中空リングのうちの一方が他方に対して第３の位置まで回転した場合、２つの中空リングのうち、一方の中空リングの通気孔と他方の中空リングの通気孔とが相互ずれており完全に遮断される。

前記吸気アセンブリにおいて、各中空リングの側壁に、二つの通気孔の間に設置されてもよい貫通孔が開設されてもよい。また、ガイド溝に対応して貫通孔にレバーが位置決められてもよく、このレバーによって、２つの中空リングがガイド溝に沿って相対的に移動可能であり、２つの中空リングが管体の中心軸を中心として相対回転可能である。

前記吸気アセンブリは、各中空リングを回転させることでバルブを制御するモータを更に備えてもよい。また、モータは、サーボモータ又はステッピングモータであってもよい。

本考案の第一実施形態による吸気アセンブリを示す模式図である。 本考案の第一実施形態による吸気アセンブリのバルブを示す模式図である。 本考案の第一実施形態による吸気アセンブリのバルブの作動を示す模式図である。 本考案の第二実施形態による吸気アセンブリを示す模式図である。 本考案の第二実施形態による吸気アセンブリのバルブを示す模式図である。 本考案の第二実施形態による吸気アセンブリのバルブが第１の位置に位置する様子を示す模式図である。 本考案の第二実施形態による吸気アセンブリのバルブが第２の位置に位置する様子を示す模式図である。 本考案の第二実施形態による吸気アセンブリのバルブが第３の位置に位置する様子を示す模式図である。

以下、図面に基づいて本考案の複数の実施形態を開示し、明らかに説明するために、数多くの実務上の細部を合わせて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実務上の細部が、本考案を制限するためのものではない。つまり、本考案の実施形態の一部において、これらの実務上の細部は、必要としない。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示されている。

（第一実施形態）
図１と図２を共に参照されたい。図１は、本考案の一実施形態による吸気アセンブリ１００を示す構造模式図である。図２は、図１によるバルブ１２０を示す結構模式図である。

吸気アセンブリ１００は、管体１１０と、バルブ１２０と、を備える。バルブ１２０は、回転可能に管体１１０内に配置される。一実施形態において、バルブ１２０は、中空リング状となり、且つ外壁１２２と、内壁１２１と、を含む。

バルブ１２０は、外壁１２２から内壁１２１までに漸進的に変化する曲面１２３が形成され、内壁１２１が、吸気面Ａ２を定義し、外部空気を通過させるために用いられる。曲面１２３により、外部空気が通過する時に曲面１２３の弧度に沿って流入し、より円滑な変化を達成することができる。

バルブ１２０の吸気面Ａ２の法線ベクトルＴ２と、管体１１０の一端の断面Ａ１の法線ベクトルＴ１とは、連続変化の夾角θを形成する。

バルブ１２０を管体１１０内に回転可能にするために、バルブ１２０の外側に、２つのレバー１３０が設けられる。レバー１３０は、バルブ１２０の両外側に枢接され、バルブ１２０がレバー１３０で定義される軸を中心として回転させることができる。

図３を参照されたい。図３は、図１によるバルブ１２０を示す動作模式図。バルブ１２０が装設されない場合、空気は、単一の管径を有する管体１１０のみを通過する。この場合、空気の流量は、管体１１０の断面Ａ１の面積で決められ、この面積が固定である。バルブ１２０が装設される場合、バルブ１２０は、空気を通過させるための吸気面Ａ２を有する。バルブ１２０が回転することができるため、管体１１０の断面Ａ１の法線ベクトルＴ１と吸気面Ａ２の法線ベクトルＴ２とで定義された夾角θは、バルブ１２０の回転に伴って０度〜９０度の間に連続変化が発生することができる。

夾角θは、０度である場合、吸気面Ａ２と断面Ａ１が平行である。吸気面Ａ２の面積は、断面Ａ１の面積よりも小さく、且つバルブ１２０の一部が、空気の流れを遮断するため、この場合、空気の吸気量が吸気面Ａ２の面積で決められて、最小吸気量となる。

夾角θは、９０度である場合、吸気面Ａ２と断面Ａ１が垂直であるため、バルブ１２０が空気の流れを遮断しなく、この場合、空気の吸気量が断面Ａ１の面積で決められて、最大吸気量となる。

上記方式により、夾角θの０度〜９０度の間の連続変化を制御すれば、空気吸気量を精密に制御することができる。本考案は、従来のただ単一の管径を有する吸気管に比べて、バルブ１２０の設置によって吸気アセンブリ１００を形成するため、吸気量に対するより精密な制御を付与することができる。

（第二実施形態）
図４と図５を合わせて参照されたい。図４は、本考案の第二実施形態に係る吸気アセンブリ２００を示す構造模式図である。図５は、図４によるバルブ２２０を示す結構模式図である。

吸気アセンブリ２００は、管体２１０と、バルブ２２０と、を備える。バルブ２２０は、少なくとも２つの中空リング２２１、２２２で構成される。この実施形態において、２つの中空リング２２１、２２２で構成される場合を説明し、中空リングの数量は、２つ以上であればよく、特に限定されないことを知っておくべきである。

中空リング２２１、２２２は、管体２１０の中心軸に沿って重なり且つ中心軸Ｘを中心として相対的に回転してもよい。中空リング２２１、２２２は構造が似ているため、ここで、中空リング２２１のみ説明する。中空リング２２１は、内壁２２１ａと、外壁２２１ｂと、を含み、内壁２２１ａと各外壁２２１ｂとの間に通気孔２２３が形成され、且つ内壁２２１ａで吸気面Ｂ１を定義する。

上記は、中空リング２２１、２２２を互いに回転可能にするようになる。一実施形態では、各中空リング２２１、２２２の側壁に貫通孔３０１が開設され、管体２１０にガイド溝が開設される（図示せず）。レバー（図示せず）は、貫通孔３０１を貫通して、且つそれによって２つの中空リング２２１、２２２をガイド溝に沿って相対的に移動するように連動させて、中空リング２２１、２２２を、中心軸Ｘを中心とする相互の回転を行わせる。

中空リング２２２と中空リング２２１とは、構造が似ており、その上に通気孔２２４を形成して、別の吸気面Ｂ２を定義する。好ましい実施形態において、吸気面Ｂ１の面積が、吸気面Ｂ２の面積に等しく、通気孔２２３の形状と面積の大きさも、通気孔２２４の形状と面積の大きさに等しい。上記吸気面Ｂ１、Ｂ２及び通気孔２２３、２２４の形状と面積の大きさは、他の可能な実施形態もあり、特に限定されないことを知っておくべきである。

図６〜図８を同時に参照されたい。図６は、図４によるバルブ２２０が第１の位置にある様子を示す模式図である。図７は、図４によるバルブ２２０が第２の位置にある様子を示す模式図である。図８は、図４によるバルブ２２０が第３の位置にある様子を示す模式図である。バルブ２２０が装設されない場合、空気は、単一の管径を有する管体２１０のみを通過する。この場合、空気の吸気量は、管体２１０の断面Ｂの面積で決められ、この面積が固定である。バルブ２２０が装設される場合、バルブ２２０が２つの中空リング２２１、２２２で構成されるため、２つの中空リング２２１、２２２は、吸気面Ｂ１、Ｂ２と、通気孔２２３、２２４と、を個別に有して空気を通過させる。この場合、空気の吸気量は、吸気面Ｂ１、Ｂ２と通気孔２２３、２２４の面積で決められる。

上記のように、中空リング２２１、２２２が、管体２１０の中心軸Ｘを中心として相互に回転してもよく、好ましい実施形態において、中空リング２２１の吸気面Ｂ１及び通気孔２２３の形状と面積の大きさが、中空リング２２１の吸気面Ｂ２及び通気孔２２４の形状と面積の大きさに等しい。従って、下記の状況が発生することがある。

図６において、バルブ２２０は、第１の位置に位置する。この場合、中空リング２２１の通気孔２２３と中空リング２２２の通気孔２２４とは、完成に重ね合わせられる。空気の吸気量は、吸気面Ｂ１の面積（吸気面Ｂ２の面積に等しい）と通気孔２２３の面積（通気孔２２４の面積に等しい）で決められる。この場合の吸気量は最大となる。

図７において、バルブ２２０は、第２の位置に位置する。この場合、中空リング２２１の通気孔２２３と中空リング２２２の通気孔２２４とは、一部重ね合わせられる。空気の吸気量は、吸気面Ｂ１の面積（吸気面Ｂ２の面積に等しい）、通気孔２２３の一部の面積及び通気孔２２４の一部の面積で決められる。第２の位置にある時、バルブ２２０は、吸気量が上記図６における第１の位置にある時よりも小さい。

図８において、バルブ２２０は、第３の位置に位置する。この場合、中空リング２２１の通気孔２２３と中空リング２２２の通気孔２２４は、完全にずれる。空気の吸気量は、吸気面Ｂ１の面積（吸気面Ｂ２の面積に等しい）で決められる。第３の位置にある時、バルブ２２０の吸気量は、上記図７における第２の位置にある時よりも小さい、最小吸気量となる。

上記方式により、中空リング２２１、２２２が互いに回転する時、通気孔２２３と通気孔２２４の重ね合わせ程度を調整すれば、空気吸気量を精密に制御することができる。本考案は、従来のただ単一の管径を有する吸気管に比べて、バルブ２２０の設置によって吸気アセンブリ２００を形成するため、従来の吸気管に比べて、吸気量に対する制御がより優れた。

上記実施形態において、バルブ１２０、２２０を制御する作動が、モータによって行われてもよく、モータが、更にステッピングモータ又はサーボモータであってもよい。モータへの制御は、特許文献１に開示されたように、アクセルセンサーを用いてアクセルペダルの動きに応じて、モータの回転速度を制御することにより行ってもよく、又は車の動力の電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ；ＥＣＵ）を用いることによってもよく、制御手段が特に限定されない。

以上をまとめると、本考案は、吸気アセンブリを開示する。吸気管の管体内に、面積が可変な吸気面を有するバルブを増設することにより、実際状況の要求に応じて、吸気量の大きさを制御することができる。エンジンが低速で運転する時、間接的に吸気管の管径を縮小して吸気阻力を増加させ、エンジントルクの出力を確保することができ、エンジンが高速で運転する又は大量に吸気する必要がある時、吸気管の吸気量を最大に制御して、高い仕事率の出力に有利にする。

本考案の実施形態を前述の通りに開示したが、これは、本考案を限定するものではなく、当業者であれば、本考案の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、したがって、本考案の保護範囲は、実用新案登録請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。

１００、２００ 吸気アセンブリ、
１１０、２１０ 管体、
１２０、２２０ バルブ、
１２１、２２１ａ 内壁、
１２２、２２１ｂ 外壁、
１２３ 曲面、
１３０ レバー、
２２１、２２２ 中空リング、
２２３、２２４ 通気孔、
３０１ 貫通孔、
Ａ１、Ｂ 断面、
Ａ２、Ｂ１、Ｂ２ 吸気面、
Ｔ１、Ｔ２ 法線ベクトル、
Ｘ 中心軸、
θ 夾角。

Claims (10)

1. 管体と、
   回転可能に前記管体内に配置されており、中空リング状となり、外壁と内壁とを含み、前記外壁から前記内壁に向かうにしたがって漸進的に変化する曲面が形成されているバルブと、
   を備え、
   前記内壁は、吸気面を定義し、
   前記吸気面の法線ベクトルと、前記管体の一端の断面の法線ベクトルとは、前記バルブが回動する時に、連続的に変化する夾角を形成することを特徴とする吸気アセンブリ。
2. 前記夾角は、０度〜９０度の範囲内で変化することを特徴とする請求項１に記載の吸気アセンブリ。
3. 前記バルブが回転する時、前記夾角の連続変化を制御するモータを更に備えることを特徴とする請求項２に記載の吸気アセンブリ。
4. 前記モータは、サーボモータ又はステッピングモータであることを特徴とする請求項３に記載のことを特徴とする吸気アセンブリ。
5. 管体と、
   前記管体の中心軸に沿って重なり、前記中心軸を中心として相対的に回転する少なくとも２つの中空リングで構成されており、各前記中空リングが内壁と外壁とを含み、各前記中空リングにおいて前記内壁と前記外壁との間に、位置が相互に対応する通気孔が形成されており、前記内壁が、吸気面を定義するバルブと、
   を備え、
   ２つの前記中空リングのうちの一方が他方に対して第１の位置まで回転した場合、２つの前記中空リングのうち、一方の前記中空リングの前記通気孔と他方の前記中空リングの前記通気孔とが重ねて連通し、
   ２つの前記中空リングのうちの一方が他方に対して第２の位置まで回転した場合、２つの前記中空リングのうち、一方の前記中空リングの前記通気孔の一部と他方の前記中空リングの前記通気孔との一部が重ねて連通し、
   ２つの前記中空リングのうちの一方が他方に対して第３の位置まで回転した場合、２つの前記中空リングのうち、一方の前記中空リングの前記通気孔と他方の前記中空リングの前記通気孔とが相互ずれており完全に遮断されることを特徴とする吸気アセンブリ。
6. 各前記中空リングの側壁に、貫通孔が開設されていることを特徴とする請求項５に記載の吸気アセンブリ。
7. 前記貫通孔は、二つの前記通気孔の間に設置されていることを特徴とする請求項６に記載の吸気アセンブリ。
8. 前記管体にガイド溝が開設されており、前記ガイド溝に対応して前記貫通孔にレバーが位置決められており、前記レバーによって、２つの前記中空リングが前記ガイド溝に沿って相対移動可能であり、２つの前記中空リングが前記管体の前記中心軸を中心として相対回転可能であることを特徴とする請求項７に記載の吸気アセンブリ。
9. 各前記中空リングを回転させることで、前記バルブを制御するモータを更に備えることを特徴とする請求項８に記載の吸気アセンブリ。
10. 前記モータは、サーボモータ又はステッピングモータであることを特徴とする請求項９に記載の吸気アセンブリ。

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