JP3484364B2 - ロータリーバルブ装置およびエンジンの吸気装置 - Google Patents

ロータリーバルブ装置およびエンジンの吸気装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は並列的に設けられた
多数の通路を同時に開閉するのに適したロータリーバル
ブ装置およびこれを用いたエンジンの吸気装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】多気筒エンジンに適用
する回転式のバルブ構成として、特開平８−１７０５３
６号公報に開示された吸気装置が知られている。これは
並列的に設けた複数の吸気管を横断するようにロータリ
ーバルブを嵌装し、これを回転させることにより各吸気
管を開閉して運転状態に応じた吸気系の特性が得られる
ようにした可変吸気装置の一種である。
【０００３】ところで、この吸気装置では隣接する吸気
管の間の気密を図るためにロータリーバルブにＣリング
を嵌装しているが、Ｃリングは外側に拡張してバルブ孔
に弾接する構成であり、ロータリーバルブに設けたリン
グ溝の溝底部とＣリング内周面との間には隙間が生じ
る。このため、エンジンの振動によりバルブ孔内にてロ
ータリーバルブが踊り、Ｃリングとリング溝とがぶつか
りあって異音を発するという問題が生じる。特に、エン
ジン吸気通路への適用ではロータリーバルブを閉じた状
態で吸気脈動の作用によりバルブの振動が助長されて異
音が発生しやすい。また、軽量化または低コスト化を目
的として合成樹脂、アルミ、マグネシウムなどの材料に
より吸気通路およびロータリーバルブを形成した場合に
は、これらの材料は剛性および面密度が低いためＣリン
グ部分での騒音が発生しやすい。
【０００４】本発明はこのような従来の問題点を解消し
たロータリーバルブ装置またはエンジンの吸気装置を提
供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、第１の発明では、並列的に配置した複数の通路を横
断方向に貫通してバルブ孔を形成し、このバルブ孔に各
通路を開閉する複数のバルブを一連に結合してなるロー
タリーバルブを回転可能に嵌装し、隣接する通路間のバ
ルブ孔内周面と該内周面に嵌合するようにロータリーバ
ルブに形成した回転軸部との間にＣリングを介装し、前
記Ｃリングに近接して前記回転軸部にＯリングを嵌装す
る。
【０００６】また、ロータリーバルブをバルブ孔に嵌装
した状態における、Ｃリング内周面とＣリング溝底部と
の間の半径方向の隙間をＣ１、同じくＯリング外径部と
該外径部に対向するバルブ孔内周面との間の半径方向の
隙間をＣ２とするとき、Ｃ２＜Ｃ１となるように設定す
る。
【０００７】第２の発明では、上記第１の発明におい
て、ロータリーバルブをバルブ孔に嵌装した状態におけ
る、Ｃリング嵌装部の横断面にてＣリング内周面とＣリ
ング溝底部との間に生じる隙間の面積をＡ１、同じくＯ
リング嵌装部の横断面にてＯリング外径部と該外径部に
対向するバルブ孔内周面との間に生じる隙間の面積をＡ
２とするとき、Ａ２＜Ａ１となるように設定した。
【０００８】第３の発明は、多気筒エンジンの複数の気
筒に共通の吸気集合部と、吸気集合部とエンジン吸入ポ
ートとを各気筒毎に接続する分岐通路と、分岐通路の途
中に設けた副吸気室と、分岐通路と副吸気室との間の連
通路を開閉するロータリーバルブとを備えたエンジンの
吸気装置を構成する。
【０００９】上記複数の分岐通路と連通路とは並列的に
隣接して配置すると共に前記ロータリーバルブが嵌合す
るバルブ孔を各連通路を横断方向に貫通して形成し、ロ
ータリーバルブは各連通路を開閉する複数のバルブを一
体的に形成してこれを前記バルブ孔にて回転自由に支持
し、ロータリーバルブには隣接する各連通路間のバルブ
孔に嵌合する回転軸部にＣリングを嵌装して前記隣接す
る通路間の気密を図ると共に、前記Ｃリングに近接して
嵌装したＯリングによりロータリーバルブの回転軸部を
バルブ孔内周面に弾接するように図る。さらに、ロータ
リーバルブをバルブ孔に嵌装した状態における、Ｃリン
グ内周面とＣリング溝底部との間の半径方向の隙間をＣ
１、同じくＯリング外径部と該外径部に対向するバルブ
孔内周面との間の半径方向の隙間をＣ２とするとき、Ｃ
２＜Ｃ１となるように設定する。
【００１０】第４の発明では、上記第３の発明の分岐通
路および連通路を６個の気筒に対応して並列的に６個を
形成し、Ｃリングは隣接する連通路間の各回転軸部に設
ける一方、Ｏリングは２番目と３番目の連通路間の回転
軸部および４番目と５番目の連通路間の回転軸部に当該
回転軸部のＣリングに近接して設けた。
【００１１】第５または第６の発明では、上記各発明に
おいてバルブ孔を備えた各通路とロータリーバルブとを
それぞれ合成樹脂材料にて形成した。
【作用・効果】
【００１２】上記各発明において、Ｃリングに近接して
設けたＯリングによりロータリーバルブとバルブ孔との
間の半径方向の相対運動および接触が緩衝されると共に
Ｃリング内周と溝底部との接触が防止されるので、振動
やエンジンの吸気脈動によるバルブの振動と異音の発生
を十分に緩和することができる。また、ＣリングとＯリ
ングとの併設によりこれらによって仕切られた通路間の
シール性が高められるので、エンジンの吸気系に適用し
た場合に気筒間の吸気干渉を防止してエンジンの出力性
能等を向上させる効果も期待することができる。また、
経年劣化によりＯリングの弾性が低下していわゆるへた
りを生じたとしても、Ｏリングの弾性が完全に無くなる
ことはなく、ロータリーバルブが振動しようとしたとき
に常にＣリングが溝底に接触するよりも先にＯリングに
よる緩衝を図れるので長期にわたって異音防止効果を維
持させることができる。
【００１３】Ｃリング内周面とＣリング溝底部との間の
隙間Ｃ１よりも、Ｏリング外径部とバルブ孔内周面との
間の隙間Ｃ２が小となるように前記隙間Ｃ２を設けたこ
とにより、Ｃリングとリング溝との接触を防止すること
ができる。バルブの振動および異音を防止する効果はＯ
リング外径部をバルブ孔内周面に弾接させる設定によっ
ても得られるが、その場合にはＯリングとバルブ孔との
間の摺動抵抗によりバルブの作動性が悪化するおそれを
生じる。これに対してこの発明のようにＯリング外径部
の隙間Ｃ２を設定することにより、異音防止およびシー
ル性向上という効果を十分に発揮させつつ、摩擦抵抗の
発生を回避して円滑なバルブ作動性を確保することがで
きる。また、ロータリーバルブとバルブ孔との間の半径
方向の相対運動が無い状態ではＯリングをバルブ孔に対
して非接触とすることによりＯリングの劣化を遅らせる
ことができるので上述した効果をより長期にわたって持
続させることができる。
【００１４】また、Ｃリングに近接してＯリングを配設
した構成のみによっても隣接する通路間に高いシール性
が得られるが、さらに第２の発明として示したように、
Ｃリング内周面とＣリング溝底部との間に生じる隙間の
面積Ａ１よりも、Ｏリング外径部とバルブ孔内周面との
間に生じる隙間の面積Ａ２が小となるように設定するこ
とにより、より高いシール性を確保することができる。
なお、Ｃリングに合口隙間がある場合には、前記の面積
Ａ１には合口隙間の分の面積も含まれる。この場合に
は、Ｃリング部横断面での隙間の面積は比較的大きく、
これに対してＯリングは全周的にシールを構成するので
隙間面積を十分に小さくしてシール性を大きく高めるこ
とができる。
【００１５】第３の発明は、上記バルブ装置の構成を多
気筒エンジンの吸気系に適用して副吸気室と分岐通路と
の連通を制御するようにしたものである。この発明で
は、分岐通路と副吸気室との間の連通路を上記バルブ装
置により開閉する。バルブを閉ざした状態では吸気集合
部からエンジンシリンダに至る吸気管の実質長が長くな
るため比較的低速の回転域にて高い吸気慣性効果が生じ
て低回転域での出力が改善される。一方、バルブを開い
て分岐通路と副吸気室とを連通させた状態では前記吸気
管の実質長が短くなるので比較的高速の回転域にて高い
吸気慣性効果が生じて高回転域での出力が改善される。
このような出力制御を行うにあたり、本発明によりバル
ブからの異音の発生を防止できるとともに、隣接する分
岐通路間のシール性を高めて吸気干渉を防止し、出力改
善効果をより高められるという効果が得られる。
【００１６】第４の発明のように、エンジン吸気系の分
岐通路および連通路を６個の気筒に対応して並列的に６
個を形成し、Ｃリングは隣接する連通路間の各回転軸部
に設ける一方、Ｏリングは２番目と３番目の連通路間の
回転軸部および４番目と５番目の連通路間の回転軸部に
当該回転軸部のＣリングに近接して設けた構成とするこ
とにより、最小限のＣリングにて最大限の振動および異
音防止効果が得られる。すなわち、６個の連通路を挟む
７カ所にてバルブ孔にロータリーバルブを支持した構成
の場合、両端部を節とする１次振動と、両端部および中
央部の３点を節とする２次振動が最も大きな振動源とな
る。したがって、本発明によれば前記１次振動は２−３
番間と４−５番間の２つのＯリングにより緩衝され、２
次振動についても振動の節の中間に位置する２−３番間
のＯリングと４−５番間のＯリングによってそれぞれ緩
衝されるのであり、これにより効率よく振動および異音
の発生を防止することが可能となるのである。
【００１７】第５または第６の発明は、通路とロータリ
ーバルブとを合成樹脂材料を用いて、例えば射出成型に
より形成したものである。このような構成によれば振動
および異音の発生を抑えつつ軽量化とコスト低減とを図
ることができる。従来は騒音を発生しやすい合成樹脂材
料はロータリーバルブには必ずしも適した材料ではなか
ったが、本発明によればこうした材質的な欠点を補って
優れたロータリーバルブ装置またはエンジン吸気装置を
提供することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下本発明をＶ型６気筒エンジン
の可変吸気装置として構成した実施形態につき図面に基
づいて説明する。
【００１９】図１において１はエンジン本体、２は吸気
マニホールドを示している。吸気マニホールド２は合成
樹脂材料からなり、図２に示したようにスロットルボデ
ィ（図示せず）が接続する吸気集合部３から６本の分岐
通路１１〜１６が略同一方向に分岐する形状に射出成形
により形成してある。吸気集合部３は主軸方向に長い略
円筒形状をしており、前記分岐通路１１〜１６はその一
端部から並列的に配置してある。分岐通路１１，１３，
１５はＶ６エンジンの一方のシリンダバンクの＃１，＃
３，＃５気筒に接続するように、また分岐通路１２，１
４，１６は同じく他方のシリンダバンクの＃２，＃４，
＃６気筒に接続するように、それぞれ図示しない分配管
を介してエンジンの吸入ポートに接続する。
【００２０】各分岐通路１１〜１６は、後方から見ると
図３に示したように途中部分が上に凸となる湾曲形状を
しており、該湾曲部の下側に位置するように副吸気室４
が設けてある。副吸気室４は各分岐通路１１〜１６から
分岐した連通路２１〜２６（図４参照）を介してのみ分
岐通路１１〜１６に連通する。
【００２１】吸気マニホールド２には前記主軸方向に並
列的に位置する６個の連通路２１〜２６を貫通して円筒
状のバルブ孔５を形成し、このバルブ孔５にロータリー
バルブ６を回転自由に嵌装してある。ロータリーバルブ
６は、図４または５にも示したように各連通路２１〜２
６を開閉する板状の弁板部７とこれらの両側に位置して
隣接する連通路間を仕切る円盤状の回転軸部３１〜３７
を合成樹脂材料により一体形成してある。回転軸部３１
〜３７の外径は摺動抵抗を生じないようにバルブ孔５よ
りも小さく設定し、両端の細径部８をボールベアリング
９を介してマニホールド２に支持することにより回転支
持可能としてある。
【００２２】図において１０はロータリーバルブ６を回
転駆動するアクチュエータを示しており、このアクチュ
エータ１０を駆動してロータリーバルブ６をその弁板部
７が各連通路２１〜２６を遮蔽する位置に回転させるこ
とにより吸気系の実質長が増大して比較的低回転域でエ
ンジン出力が向上する低速特性となる。この状態からロ
ータリーバルブ６を約９０度回転させてその弁板部７が
全開位置をとるように回転させると、副吸気室４が分岐
通路１１〜１６に連通して吸気系の実質長が短縮し、比
較的高回転にてエンジン出力が向上する高速特性とな
る。
【００２３】＃２，３気筒の分岐通路２２と２３の間、
または＃４，５気筒の分岐通路２４と２５の間を仕切る
回転軸部３３と３５は、それぞれ近接して設けた２つの
回転軸部３３ａ，３３ｂおよび３５ａ，３５ｂからな
る。図５に示したように、各回転軸部のうち、３２，３
３ａ、３４，３５ａ，３６，３７にはＣリング溝４０を
形成してＣリング４１を嵌装してある。また、回転軸部
３３ｂ、３５ｂにはＯリング溝４２を形成してＯリング
４３を嵌装してある。Ｃリングはバネ鋼等の金属材料ま
たは樹脂材料からなり、ロータリーバルブ６をバルブ孔
５に嵌装した状態ではピストンリングのように外側に拡
張してバルブ孔５の内周面に弾接する。一方Ｏリング４
３は合成ゴム等の高弾性材からなり、その弾性により内
側に収縮してＯリング溝４２に嵌合する。
【００２４】図６は上記Ｃリング４１およびＯリング４
３の各部隙間寸法の関係を示したものである。なお以下
の説明において半径方向の隙間とはロータリーバルブ６
の周上に生じる隙間の平均値を意味している。図６に示
したように、バルブ孔５の内周面と各回転軸部３１〜３
７との間の半径方向の隙間をＣ０、Ｃリング４１の内周
面とＣリング溝４０の溝底部との間の半径方向の隙間を
Ｃ１、Ｏリング４３の外径部とバルブ孔５の内周面との
間の半径方向の隙間をＣ２とするとき、Ｃ０＞Ｃ１＞Ｃ
２となるように各部の寸法を設定してある。また、Ｃ２
＞０であり、すなわちＯリング４３はバルブ孔５とは接
触しないように隙間Ｃ２を設定してある。
【００２５】このような構成に基づき、閉じ位置として
いるときにロータリーバルブ６に作用する吸気脈動やエ
ンジン振動によりロータリーバルブ６が振動してバルブ
孔５内にて半径方向に振れようとするとき、Ｃリング４
１の内周部がＣリング溝４０の溝底部に接触する前にＯ
リング４３の外径部がバルブ孔５の内周面に接触してそ
の弾力により緩衝および減衰効果を生じるので、Ｃリン
グ４１とＣリング溝４０との接触に原因する異音の発生
が抑制される。
【００２６】特に、この実施形態のように６個の弁板部
７をそれを挟む７個の回転軸部３１〜３７にて仕切った
構成においては、両端の回転軸部３１，３７付近を節と
する１次振動または両端の回転軸部３１，３７とその中
間の回転軸部３４の３点を節とする２次振動が発生しが
ちであるが、前記１次振動と２次振動の双方に対して、
２つのＯリング４３がそれぞれの振動の腹の付近に位置
して大きな緩衝、減衰効果を発揮するので、最小限の数
のＯリングにて効果的に振動および異音の発生を抑制す
ることができる。
【００２７】また、この実施形態では、ロータリーバル
ブ６とバルブ孔５との間の半径方向の相対運動が無い状
態にてＯリング４３がバルブ孔５に対して非接触となる
設定にしてあるので、Ｏリング４３を設けたことにより
ロータリーバルブ６を回転させるときの摺動抵抗が増大
するようなことがなく、円滑な作動性を持たせることが
できる。
【００２８】一方、２つのＯリング４３を＃２，３気筒
間と＃４，５気筒間に設けたことにより隣接する吸気系
のシール性を高めて気筒間の吸気干渉を軽減できるので
エンジン出力を改善する効果も得られる。特に、この実
施形態では、Ｃリング４１の内周面とＣリング溝４０の
溝底部との間に生じる隙間の面積（すなわち、上述の隙
間Ｃ１に対応する面積）をＡ１、Ｏリング４３の外径部
とバルブ孔５の内周面との間に生じる隙間の面積（すな
わち、上述の隙間Ｃ２に対応する面積）をＡ２とすると
き、Ａ１＞Ａ２となるように各部の寸法を設定してあ
る。このように設定することにより、Ｃリングのみによ
り隣接する連通路間のシールを行う場合に比べて、吸気
系のシール性をより高めることができる。図７はこの実
施形態による本発明の効果を、Ｃリングのみで各通路間
のシールを図った場合（図では従来の特性として示して
ある）と比較した実験結果を示したもので、図示したよ
うに本発明によれば全回転域にて最大４〜５％の出力ト
ルク改善効果が得られた。ただし、この実験では所定の
低回転域ではロータリーバルブ６を閉ざし、それよりも
高回転域ではロータリーバルブ６を開くという既述した
可変吸気制御を行いながらエンジン単体としての出力ト
ルクを測定している。
【００２９】なお、実施形態としてはこのような可変吸
気装置への適用例を示したが、本発明はこれに限られる
ものではなく、エンジン吸気系に関しては例えば気筒あ
たり複数個設けた吸入ポートの一方を閉ざすことにより
シリンダ内吸気流動を促すようにしたいわゆるスワール
コントロールバルブとしても好適であり、またエンジン
に限らず並列的に設けた複数の通路を開閉する一般のロ
ータリーバルブとしても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したＶ型６気筒エンジンの一実施
形態の正面図。
【図２】図１の吸気マニホールドの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図５】上記実施形態のロータリーバルブの側面図。
【図６】ＣリングおよびＯリング嵌装部の詳細断面図。
【図７】上記実施形態による効果を示すエンジンのトル
ク特性線図。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 吸気マニホールド ３ 吸気集合部 ４ 副吸気室 ５ バルブ孔 ６ ロータリーバルブ ７ 弁板部 ８ 細径部 ９ ボールベアリング １０ アクチュエータ １１〜１６ 分岐通路 ２１〜２６ 連通路 ３１〜３７ 回転軸部 ４０ Ｃリング溝 ４１ Ｃリング ４２ Ｏリング溝 ４３ Ｏリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 裕士 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 嶺岸 輝彦 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式 会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 佐藤 邦夫 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 宗岡 一夫 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (56)参考文献 特開 平８−170536（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−264366（ＪＰ，Ａ) 国際公開98／011336（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 27/02 F02M 35/104

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】並列的に配置した複数の通路を横断方向に
    貫通してバルブ孔を形成し、このバルブ孔に各通路を開
    閉する複数のバルブを一連に結合してなるロータリーバ
    ルブを回転可能に嵌装し、隣接する通路間のバルブ孔内
    周面と該内周面に嵌合するようにロータリーバルブに形
    成した回転軸部との間にＣリングを介装し、前記回転軸
    部にＣリングに近接してＯリングを嵌装し、 かつ前記 ロータリーバルブをバルブ孔に嵌装した状態に
    おける、Ｃリング内周面とＣリング溝底部との間の半径
    方向の隙間をＣ１、同じくＯリング外径部と該外径部に
    対向するバルブ孔内周面との間の半径方向の隙間をＣ２
    とするとき、Ｃ２＜Ｃ１となるように設定したことを特
    徴とするロータリーバルブ装置。
  2. 【請求項２】ロータリーバルブをバルブ孔に嵌装した状
    態における、Ｃリング嵌装部の横断面にてＣリング内周
    面とＣリング溝底部との間に生じる隙間の面積をＡ１、
    同じくＯリング嵌装部の横断面にてＯリング外径部と該
    外径部に対向するバルブ孔内周面との間に生じる隙間の
    面積をＡ２とするとき、Ａ２＜Ａ１となるように設定し
    たことを特徴とする請求項１に記載のロータリーバルブ
    装置。
  3. 【請求項３】多気筒エンジンの複数の気筒に共通の吸気
    集合部と、吸気集合部とエンジン吸入ポートとを各気筒
    毎に接続する分岐通路と、分岐通路の途中に設けた副吸
    気室と、分岐通路と副吸気室との間の連通路を開閉する
    ロータリーバルブとを備えた吸気装置であって、 複数の分岐通路と連通路とを並列的に隣接して配置する
    と共に前記ロータリーバルブが嵌合するバルブ孔を各連
    通路を横断方向に貫通して形成し、ロータリーバルブは
    各連通路を開閉する複数のバルブを一体的に形成してこ
    れを前記バルブ孔にて回転自由に支持し、ロータリーバ
    ルブには隣接する各連通路間のバルブ孔に嵌合する回転
    軸部にＣリングを嵌装して前記隣接する通路間の気密を
    図ると共に、前記Ｃリングに近接して嵌装したＯリング
    によりロータリーバルブの回転軸部をバルブ孔内周面に
    弾接するようになし、 かつ前記ロータリーバルブをバルブ孔に嵌装した状態に
    おける、Ｃリング内周面とＣリング溝底部との間の半径
    方向の隙間をＣ１、同じくＯリング外径部と該外径部に
    対向するバルブ孔内周面との間の半径方向の隙間をＣ２
    とするとき、Ｃ２＜Ｃ１となるように設定したことを特
    徴とするエンジンの吸気装置。
  4. 【請求項４】分岐通路および連通路を６個の気筒に対応
    して並列的に６個を形成し、Ｃリングは隣接する連通路
    間の各回転軸部に設ける一方、Ｏリングは２番目と３番
    目の連通路間の回転軸部および４番目と５番目の連通路
    間の回転軸部に当該回転軸部のＣリングに近接して設け
    た請求項３に記載のエンジンの吸気装置。
  5. 【請求項５】バルブ孔を備えた各通路とロータリーバル
    ブとをそれぞれ合成樹脂材料にて形成したことを特徴と
    する請求項１または請求項２の何れかに記載のロータリ
    ーバルブ装置。
  6. 【請求項６】バルブ孔を備えた各通路とロータリーバル
    ブとをそれぞれ合成樹脂材料にて形成したことを特徴と
    する請求項３または請求項４の何れかに記載のエンジン
    の吸気装置。
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