JP4363271B2 - 可変吸気装置のシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関への可変共鳴過給のための一対の吸気集合部およびこれら吸気集合部を相互に連通・遮断する制御弁を備える可変吸気装置のシール構造に関するものである。

従来から内燃機関のトルク特性を改善するため、一対の吸気集合部と、これら一対の吸気集合部を相互に連通させる連通路と、連通路を運転条件に応じて開閉する制御弁とを備えて、共鳴過給および慣性過給を効果的に両立させる内燃機関の可変吸気装置は知られている（特許文献１参照）。

これは、点火順序の連続しない気筒群に連通する分枝管同士を集合させる一対の吸気集合部同士を、アルミニウム合金等の鋳物で形成され且つ仕切り壁によって複数に画成した連通路により相互に連通させ、各連通路の中央部に制御弁を備える。そして、内燃機関の低速回転領域では、制御弁を閉弁して一対の吸気集合部の連通を遮断することにより、吸気の脈動効果を利用して共鳴過給を行うとともに、内燃機関の高速回転領域では、制御弁を開弁して一対の吸気集合部を連通路を介して相互に連通させることにより、吸気の気柱慣性を利用して慣性過給を行うようにしている。前記制御弁は、各連通路の中央部において仕切り壁および側壁に前記各制御弁の弁軸を回転可能に支持する軸受穴を形成し、この軸受穴で支持した弁軸に制御弁の矩形の弁体を固定するよう構成している。
特開平６−２６２５号公報

ところで、このような可変共鳴過給は、一対の吸気集合部が互いに相殺する状態の圧力脈動を伴うため、閉弁時には共鳴効果を阻害しないよう一対の吸気集合部を確実に制御弁により分離させる必要がある。

しかしながら、上記従来例の制御弁では、連通路を構成するアルミニウム合金等の鋳物で形成した通路構造体に機械加工により弁軸を支持する軸受穴や弁座を機械加工するものであるため、制御弁の閉弁時の気密性を高く保持するためには高精度の機械加工を必要とし、コスト高となる課題があった。

上記制御弁の弁体および弁座による気密性を高めることによるコスト高の課題は、弁体および弁座からなる制御弁を通路構造体とは別体で構成して、通路構造体に組付けることで解決可能であるが、共鳴効果を阻害しないよう制御弁と通路構造体との間の気密性も併せて向上させる必要がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、弁体および弁座からなる制御弁を通路構造体とは別体で形成する場合における一対の吸気集合部間のシール性を向上可能な可変吸気装置のシール構造を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の点火順序の連続しない気筒群に連通する分枝管同士を集合させる複数の集合部と、これら集合部を連通させる通路を運転条件に応じて開閉する制御弁とを備え、前記制御弁は開閉可能なポートを有するベースプレートを通路要素に挿入口から挿入してベースプレートの外周と通路要素の構成体との間にシール部材を介在させている可変吸気装置のシール構造において、前記通路要素の構成体のシール部材が接触する部位に壁面が互いに対向して傾斜している凹溝を形成し、前記ベースプレートの外周には外周面に沿って周溝を形成し、前記シール部材は内方突起を前記周溝に嵌合させてベースプレート外周に保持され、 前記ベースプレートに配置するシール部材の外周に前記凹溝の断面形状に沿った高さを備える少なくとも左右ビードからなる複数のビードを形成し、前記周溝の幅を前記左右ビードの両外側の幅より小さく且つ前記左右ビードの両内側の幅より大きく形成し、前記複数のビードの先端部分と前記通路要素の凹溝の底部および壁面との接触によりベースプレート外周部をシールするようにした。

したがって、本発明では、通路要素の構成体のシール部材が接触する部位に壁面が互いに対向して傾斜している凹溝を形成し、制御弁のベースプレートに配置するシール部材の外周に前記凹溝の断面形状に沿った高さを備える複数のビードを形成し、前記複数のビードの先端部分と前記通路要素の凹溝の底部および壁面との接触によりベースプレート外周をシールするため、多重のシール機能によりシール性能を向上させることができる。
しかも、ベースプレートの外周には外周面に沿って周溝を形成し、シール部材は内方突起を前記周溝に嵌合させてベースプレート外周に保持され、前記ベースプレートに配置するシール部材の外周に前記凹溝の断面形状に沿った高さを備える少なくとも左右ビードからなる複数のビードを形成し、前記周溝の幅を前記左右ビードの両外側の幅より小さく且つ前記左右ビードの両内側の幅より大きく形成しているため、左右ビ一ドの下面が周溝の角部に積極的に圧接され、ベースプレートとシール部材間のシール性能を向上させることができる。

以下、本発明の可変吸気装置のシール構造の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明を適用した可変吸気装置のシール構造を適用した内燃機関の可変吸気装置の断面図、図２は図１におけるＡ矢視図、図３は制御弁の斜視図、図４は制御弁と通路構造体とのシール構造を示す断面図である。

図１および図２に示す可変吸気装置は、一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂを形成するマニホールド２と、マニホールド２の夫々の吸気集合部１Ａ、１Ｂを夫々分岐してシリンダヘッドに接続される図示しないロアマニホールドに接続する分岐マニホールド３と、マニホールド２の一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂへ吸気を独立させて導入する一対の吸気通路５Ａ、５Ｂを備える導入管４と、マニホールド２の一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂを分離させている隔壁６を貫通する連通孔を開閉する制御弁７とを備える。前記導入管４の入口側は図示しないスロットルチャンバを介してエアクリーナ等に連結される。

前記マニホールド２は、図２に示すように、ケーシング内を隔壁６により分割して一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂとなる空間（チャンバ）を形成している。図１に示すマニホールド２は、隔壁６で分離された一方（図中の手前側）の吸気集合部１Ａが示されている。前記一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂを構成する空間は、前記分岐マニホールド３に連結される側で開口して夫々の吸気集合部１Ａ、１Ｂを該当する分岐マニホールド３の各入口に連通される。図１に示す一方の吸気集合部１Ａの開口１４は、前方側（図中の右側）から第２、４、６番気筒への分岐管３Ａ、３Ｂ、３Ｃに連通され、隔壁６を挟んだ他方（図中の隔壁を挟んだ奥側）の吸気集合部１Ｂの開口は、図示していない第１、３、５番気筒への分岐管に連通されている。

また、前記マニホールド２は、前記導入管４に連結される側で導入管４の仕切り壁１０により分割された一対の通路５Ａ、５Ｂの夫々の出口に一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂを連通させる開口１５Ａ、１５Ｂを夫々備える。即ち、隔壁６と仕切り壁１０とは、導入管４の出口とマニホールド２の入口１５Ａ、１５Ｂとで接続している。

また、前記マニホールド２の一方の端部には制御弁７を取付けるためのフランジ１１が形成され、フランジ１１の内側に露出する隔壁６の端面はマニホールド２内に台形状に後退させて制御弁７のベースプレート１２の外周と隔壁シール１３を介して接続される。制御弁７のベースプレート１２と接続するマニホールド２側の隔壁６は厚肉に形成され、後述するように、端面には窪んだ半円溝２４に形成している。この半円溝はエンドミル等の機械加工により成形することができる。

前記制御弁７は、図３に示すように、弁座を構成するベースプレート１２と、ベースプレート１２に直交させて形成した取付フランジ１６と、弁座を構成するようベースプレート１２に設けた弁穴１７を開閉可能な弁体１８と、弁体１８と一体となった弁軸を取付フランジ１６の外側から回動操作するアクチュエータ１９とを備える。取付フランジ１６は、マニホールド２および分岐マニホールド３に形成したフランジ１１にシールリング２０を介して結合可能である。前記ベースプレート１２および取付フランジ１６は、ポリアミド系の合成高分子樹脂（商標名 ナイロン）等の射出成形により一体に形成しており、高い形状精度を備えるようにしている。また、隔壁シール１３はゴム（合成ゴムを含む）等の弾性体で形成している。

前記取付フランジ１６から起立したベースプレート１２の外周は、ベースプレート１２の先端に移行するに連れて幅が狭くなる台形状に形成され、その外周面にはマニホールド２の隔壁６との接合時にマニホールド２側の隔壁６の台形状端部に接触して、吸気集合部１Ａ、１Ｂ間の連通を遮断する隔壁シール１３を保持・係合する周溝２１が形成されている。

前記制御弁７のベースプレート１２の外周に保持・係合させた隔壁シール１３は、ベースプレート１２の外周に沿う台形状に底辺部分を開いて形成される。隔壁シール１３の断面形状は、図４に示すように、ベースプレート１２の外周に嵌合するベース部分２２と、ベース部分２２からベースプレート１２外周の周溝２１側に突出して周溝２１に嵌合するストッパ部分２３と、ベース部分２２からマニホールド２の隔壁６側に突出して隔壁６の端面に形成した半円溝２４に係合する複数のビード部分２５とを、隔壁シール１３の全長に亙って備える。なお、図４は制御弁７をマニホールド２に組付ける途中段階の隔壁シール１３と隔壁６端面の半円溝２４との接触開始時の状態を示しており、組立てた状態は破線で概略形状を示している。

前記ベース部分２２は、制御弁７のベースプレート１２の厚さより幅広に形成され、その両幅端をベースプレート１２の両面から突出してベースプレート１２外周に嵌合する。突出しているストッパ部分２３の両側のベース部分（背面）２２は、周溝２１両側のベースプレート１２の外周面に当接し、隔壁シール１３のビード部分２５が隔壁６の端面に弾接してシールする際の反力によりストッパ部分２３が周溝２１内に後退するとき、周溝２１の縁部分と高い面圧で接触してベースプレート１２と隔壁シール１３との間のシール機能を発揮する第１内側シール部２６を構成する。

また、前記ベース部分２２の両端部は、相手側部材である隔壁６の端部に形成されている半円溝２４の縁に当接して制御弁７のベースプレート１２側に曲げられることによりその背面がベースプレート１２の外周面の縁に高い面圧で接触して、ここでも、ベースプレート１２と隔壁シール１３との間のシール機能を発揮する第２内側シール部２７を構成する。

前記ストッパ部分２３は、ベース部分２２からベースプレート１２外周の周溝２１内に突出して、周溝２１の底部および側壁と隙間を開けて嵌合する。前記ストッパ２３先端と周溝２１の底部との隙間は、ベース部分２２の周溝２１内への変形を許容し、前記ベース部分２２の背面部と周溝２１の縁部分とで構成する第１内側シール部２６が高い面圧で接触することを許容する。

また、前記隙間は、後述するビード部分２５を構成する中央ビード２８の隔壁６側の半円溝２４との接触圧を当接初期にはベース部２２およびストッパ部２３の曲げ変形により柔らかく接触させ、ストッパ２３先端が周溝２１の底部に接触した際にはベース部２２およびストッパ部２３の圧縮変形により前記接触圧を急激に高めるように設定する。前記ベース部２２およびストッパ部２３の曲げ変形および圧縮変形の強さを調節するためにストッパ部２３には、図示例のように、複数の矩形空間３０を隔壁シール１３の全長に亙って設けている。

また、ストッパ２３先端とベースプレート１２の周溝２１の底部との間の隙間（ｄ）は、中央ビード２８と左右ビード２９の高さの差（ｅ）より小さく設定して中央ビード２８先端が左右ビード２９先端より低くなることを防止している。

前記ビード部分２５は、ベース部分２２からマニホールド２の隔壁６側に突出して隔壁６の端面に形成した半円溝２４に係合する３本のビード２８、２９を備える。各ビード２８、２９の高さは相手側である隔壁６端面の半円溝２４の形状に沿うように、中央ビード２８が左右ビード２９より高く設定される。中央ビード２８は隔壁６端面の半円溝２４の中央底部に正面から接触して隔壁６と隔壁シール１３との間のシール機能を発揮する第１外側シール部３１を構成する。

また、左右ビード２９は半円溝２４の傾斜している左右中間壁面にその肩部が接触して中央ビード２８側に曲げられつつ半円溝２４に弾接して隔壁６と隔壁シール１３との間のシール機能を発揮する第２外側シール部３２を構成する。左右ビード２９が立設しているベース部分２２の背面は周溝２１の縁部分と高い面圧で接触する第１内側シール部２６に構成されている。即ち、左右ビード２９の両外側の幅（ａ）を周溝２１の幅（ｂ）より大きくし且つ左右ビード２９の両内側の幅（ｃ）を周溝２１の幅（ｂ）より小さくして、周溝２１の幅（ｂ）を幅（ａ）と幅（ｃ）の間に設定している。このため、左右ビード２９で形成する第２外側シール部３２のシール反力が第１内側シール部２６の接触圧となり、両シール部２６、３２のシール性能が互いに高められる。

また、第２外側シール部３２を構成する左右ビード２９の中央ビード２８側への曲げに対する反力は隔壁６の半円溝２４に対して深さ方向と直交する横方向に作用し且つ左右ビード２９で前記横方向力が対向するため、隔壁シール１３と半円溝２４とのセンターずれを防止するセンタリング機能を発揮する。

以上の構成の可変吸気装置のシール構造においては、一体となった取付フランジ１６とベースプレート１２に弁軸、弁体１８およびアクチュエータ１９を取付、ベースプレート１２の周溝２１に隔壁シール１３のストッパ部２３を嵌合させて制御弁７を組立て、マニホールド２の隔壁６の端部に隔壁シール１３が正対するよう位置合せしつつ制御弁７をマニホールド２内に挿入し、隔壁６とベースプレート１２とで隔壁シール１３を挟んだ状態で取付フランジ１６をマニホールド２のフランジ１１に固定することで組立てることができる。

上記の組立てに当たって、隔壁６の端部およびベースプレート１２の外周はいずれも台形状となっているため、両者が隔壁シール１３を挟んでフランジ同士を接合する直前において、隔壁シール１３の中央ビード２８および左右ビード２９が隔壁６側の半円溝２４に接触し、半円溝２４と左右ビード２９とによりガイドされつつ隔壁シール１３およびベースプレート１３の位置決めが行われる。このため、図４の破線で示すように、隔壁シール１３を所期した位置において所期した形状に変形させつつ組付けることができ、組付精度および組付作業性を向上でき、確実なシール機能を発揮させることができる。

しかも、隔壁６の端部およびベースプレート１２の外周を台形状としているため、両者が隔壁シール１３を挟んで接合する直前において、隔壁シール１３の中央ビード２８および左右ビード２９が隔壁６側の半円溝２４に接触するため、隔壁シール１３が隔壁６端部に擦れたりして傷つくことがなく、組付挿入力を増加させることなく組付けることができ、組付作業性を高めることができる。

そして、組立て後の隔壁シール１３は、ビード部分２５と隔壁６側の半円溝２４により第１および第２外側シール３１、３２からなる多重のシール機能をもつよう構成するため、隔壁６と隔壁シール１３との間のシール性能を向上させることができる。また、隔壁シール１３は制御弁７のベースプレート１２外周に第１および第２内側シール２６、２７からなる多重のシール機能をもつよう構成するため、この面でもベースプレート１２と隔壁シール１３との間のシール性能を向上させることができる。このため、一対の吸気集合部１Ａ、１Ｂ間の圧力洩れ等を確実に防止することができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）内燃機関の点火順序の連続しない気筒群に連通する分枝管３同士を集合させる複数の吸気集合部１Ａ、１Ｂを連通させる通路としてのポート１７を運転条件に応じて開閉する制御弁７を備え、制御弁７の開閉可能なポート１７を有するベースプレート１２を、制御弁７を収容する通路要素であるマニホールド２に挿入口から挿入してベースプレート１２の外周と通路要素の構成体である隔壁６との間にシール部材１３を介在させることにより構成する可変吸気装置のシール構造であり、前記通路要素の構成体である隔壁６のシール部材である隔壁シール１３が接触する端面に壁面が互いに対向して傾斜している凹溝、例えば、半円溝２４を形成し、前記ベースプレート１２に配置する隔壁シール１３の外周に高さが前記凹溝２４の断面形状に沿った高い中央ビード２８と低い左右ビード２９を形成し、前記中央ビード２８および左右ビード２９の先端部分と前記通路要素の凹溝２４の底部および壁面との接触によりベースプレート１２外周部をシールするようにしている。このため、多重のシール機能によりシール性能を向上させることができる。

また、中央ビード２８先端は凹溝２４の底部に接触する一方、左右ビード２９先端は凹溝２４の壁面に接触するため、組付時に、これらビード２８、２９が相手側の凹溝２４に沿って組付ガイドの役割を果たし、組付性を向上させ、中央ビード２８より左右ビード２９を低く設定するため、組付け時における左右ビード２９の外側への倒れを防止できる。

（イ）ベースプレート１２の外周には外周面に沿って周溝２１を形成し、シール部材としての隔壁シール１３は内方突起としてのストッパ２３を前記周溝２１に嵌合させて隔壁シール１３がベースプレート１２外周に保持され、前記周溝２１の幅を前記左右ビード２９の両外側の幅より小さく且つ前記左右ビードの両内側の幅より大きく形成しているため、左右ビ一ド２９の下面が周溝２１の角部に積極的に圧接され、ベースプレート１２と隔壁シール１３間のシール性能を向上させることができる。

（ウ）シール部材１３の内方突起としてのストッパ２３の高さをベースプレート１２の周溝２１の深さより低く形成しているため、周溝２１底部と隔壁シール１３間に隙間があり、ビード２８が凹溝２４に圧接された際に、先に周溝２１底部にシール部材１３下面が接することで、左右ビード２９下面と周溝２１の角部との圧接を防止し、シール性能が低下することを回避できる。

（エ）ベースプレート１２の外周は、挿入口から通路要素の奥側に向かって幅が狭くなる台形状を成しているため、挿入口からベースプレート１２を挿入する際に挿入完了の直前において、シール部材１３の中央ビード２８および左右ビード２９が対向する通路要素の凹溝２４に接触し、凹溝２４と左右ビード２９とによりガイドされつつシール部材１３およびベースプレート１２の位置決めが行われる。このため、隔壁シール１３を所期した位置において所期した形状に変形させつつ組付けることができ、組付精度および組付作業性を向上できる。

（オ）通路要素の構成体は、マニホールド２を隔壁６により分離して複数の集合部１Ａ、１Ｂを形成し、隔壁６の一部をマニホールド２のケースを含めて切欠いて得られる隔壁６の端面にベースプレート１２外周のシール部材１３と係合する凹溝２４を形成して構成したため、通路要素を用いることなく吸気集合部１Ａ、１Ｂ同士の連通および遮断を制御弁７により行うことができる。

なお、上記実施形態において、凹溝２１として、半円溝とするものについて説明したが、図示はしないが、壁面が互いに対向して傾斜している凹溝であればよく、例えば、台形断面や三角断面の溝であってもよい。

また、上記実施形態において、制御弁７として、隔壁６により複数に分離した吸気集合部１Ａ、１Ｂを備えるものについて説明したが、図示しないが、吸気集合部１Ａ、１Ｂ同士を連通させる連通管に配置する制御弁であってもよい。

本発明の一実施形態を示す可変吸気装置のシール構造を適用した内燃機関の可変吸気装置の断面図。 同じく図１におけるＡ矢視図。 制御弁の斜視図。 制御弁と通路構造体とのシール構造を示す図３のＢ−Ｂ断面図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 吸気集合部（集合部）
２ マニホールド
３ 分岐マニホールド
４ 導入管
５Ａ、５Ｂ 通路
６ 隔壁
７ 制御弁
１０ 仕切り壁
１２ ベースプレート
１３ シール部材としての隔壁シール
１７ 通路、弁穴
１８ 弁体
２１ 周溝
２２ ベース部分
２３ ストッパ部分
２４ 凹溝としての半円溝
２５ ビード部分
２６ 第１内側シール
２７ 第２内側シール
２８ 中央ビード
２９ 左右ビード
３１ 第１外側シール
３２ 第２外側シール

Claims (5)

1. 内燃機関の点火順序の連続しない気筒群に連通する分枝管同士を集合させる複数の集合部と、これら集合部を連通させる通路を運転条件に応じて開閉する制御弁とを備え、前記制御弁は開閉可能なポートを有するベースプレートを通路要素に挿入口から挿入してベースプレートの外周と通路要素の構成体との間にシール部材を介在させている可変吸気装置のシール構造において、
   前記通路要素の構成体のシール部材が接触する部位に壁面が互いに対向して傾斜している凹溝を形成し、
   前記ベースプレートの外周には外周面に沿って周溝を形成し、
   前記シール部材は内方突起を前記周溝に嵌合させてベースプレート外周に保持され、
   前記ベースプレートに配置するシール部材の外周に前記凹溝の断面形状に沿った高さを備える少なくとも左右ビードからなる複数のビードを形成し、
   前記周溝の幅を前記左右ビードの両外側の幅より小さく且つ前記左右ビードの両内側の幅より大きく形成し、
   前記複数のビードの先端部分と前記通路要素の凹溝の底部および壁面との接触によりベースプレート外周部をシールすることを特徴とする可変吸気装置のシール構造。
2. 前記シール部材の内方突起の高さは、前記ベースプレートの周溝の深さより低く形成していることを特徴とする請求項１に記載の可変吸気装置のシール構造。
3. 前記ベースプレートの外周は、ベースプレートの挿入口から通路要素の奥側に向かって幅が狭くなる台形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変吸気装置のシール構造。
4. 前記通路要素の構成体は、マニホールドを隔壁により分離して複数の集合部を形成し、マニホールドケースを含めて隔壁の一部を切欠いて得られる隔壁の端面にベースプレート外周のシール部材と係合する凹溝を形成して構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の可変吸気装置のシール構造。
5. 内燃機関の点火順序の連続しない気筒群に連通する分枝管同士を集合させる複数の集合部と、これら集合部を連通させる通路を運転条件に応じて開閉する制御弁とを備え、前記制御弁は開閉可能なポートを有するベースプレートを通路要素に挿入口から挿入してベースプレートの外周と通路要素の構成体との間にシール部材を介在させている可変吸気装置のシール構造において、
   前記通路要素の構成体のシール部材が接触する部位に凹溝を形成し、
   前記ベースプレートの外周には外周面に沿って周溝を形成し、
   前記シール部材は、前記ベースプレートの周溝の深さより低く形成した内方突起を前記周溝に嵌合させてベースプレート外周に保持され、
   前記シール部材の外周に前記凹溝の断面形状に沿った高さを夫々備える少なくとも左右ビードからなる複数のビードを形成し、
   前記周溝の幅を前記複数のビードの前記左右ビードの両内側の幅より大きく形成し、
   前記複数のビードの先端部分と前記通路要素の凹溝の底部および壁面との接触によりベースプレート外周部をシールすることを特徴とする可変吸気装置のシール構造。

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