JP4399346B2

JP4399346B2 - 吸気装置

Info

Publication number: JP4399346B2
Application number: JP2004343719A
Authority: JP
Inventors: 和洋秋間; 佳行海野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: JP2006152900A

Description

本発明は、チャンバに吸気制御弁が設けられた内燃機関用の吸気装置に係り、詳しくは吸気制御弁を支持する軸受の耐久性向上等を図る技術に関する。

内燃機関（以下、エンジンと記す）の発生トルクを向上させるためには、充填効率（ピストンの下降時に気筒内に流入する吸入気（混合気や空気）の質量を標準大気の状態で気筒容積を占めるべき吸入気の質量で除した値）を高める必要がある。多気筒自然吸気エンジンの充填効率を向上させるものとしては、吸気脈動波の共鳴による圧力変動と各気筒の吸気サイクルとが同調した際に気筒内に多量の吸気流が吸引される共鳴過給効果と、吸気慣性によって吸気流が気筒内に流れ込む慣性過給効果とが知られている。一般に、共鳴過給効果や慣性過給効果が得られる運転領域（エンジン回転速度領域）は吸気マニホールドの構造やチャンバの容量等によって異なり、低速運転領域で吸気タイミングの離れた気筒の吸気管を比較的小容積のチャンバに集合させると高い共鳴過給効果が得られ、高速運転領域で各吸気管を比較的大容量のチャンバに集合させると高い慣性過給効果が得られる。

そこで、広い運転領域で充填効率を向上させるべく、各気筒に接続される独立吸気通路の上流側に比較的大容量のチャンバを設けるとともに、吸気制御弁を備えた隔壁によってチャンバを２つのチャンバ室に仕切った可変吸気型の吸気マニホールドが種々提案されている（特許文献１，２参照）。この種の吸気マニホールドを直列４気筒内燃機関に採用する場合には、一方のチャンバ室に第１，第４気筒への独立吸気通路を接続し、他方のチャンバ室に第２，第３気筒への独立吸気通路を接続する。そして、低速運転領域では吸気制御弁を閉鎖することで共鳴過給効果を高め、高速運転領域では吸気制御弁を開放することで慣性過給効果を高めるようにしている。吸気制御弁は、その一端がチャンバを貫通して駆動機構に連結された弁軸を備えており、駆動機構を構成する負圧アクチュエータや電動アクチュエータにより回転駆動される。可変吸気型の吸気マニホールドでは、吸気制御弁の弁軸が水平に配置されたもの（特許文献１参照）が多いが、吸気通路やアクチュエータ等のレイアウトの都合上等により吸気制御弁の弁軸が鉛直に配置されたもの（特許文献２参照）も存在する。
特開平１０−８９１６９号公報（段落００４０、図２）特開２０００−５４８４５号公報（段落００３９，００４５、図１）

近年の内燃機関では、運転に伴って発生するブローバイガスや燃料蒸散ガス（パージガス）を無害化すべく、これらを混合気と共に各気筒に導入して燃焼室内で燃焼させている。ブローバイガスは、各気筒の圧縮行程でピストンとシリンダ壁との間隙からクランクケース内に漏出した未燃焼ガスを主成分としており、燃料中の硫黄と酸素との反応生成物である酸化硫黄、燃焼生成物である煤、クランクケース内に存在していた水分やエンジンオイルミスト等を含んでいる。ブローバイガスは、ＰＣＶバルブやＰＣＶ配管等からなるＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）システムを介して吸気系に導入される。そして、寒冷時等に吸気マニホールドのチャンバにブローバイガスが流入すると、吸気制御弁の表面やチャンバの内壁等でブローバイガス中の水分が結露して結露水となり、この結露水に酸化硫黄が溶け込んで強酸性の液体（以下、酸性液と記す）が生成される。

酸性液は重力によって下方に流れるため、吸気制御弁の弁軸が鉛直に配置された可変吸気型の吸気マニホールドでは、吸気制御弁の表面で生成された酸性液の一部が弁軸を伝ってチャンバ側の弁軸支持部に流入したり、チャンバの下部に溜まった酸性液が弁軸支持部に流入したりすることが避けられなかった。弁軸支持部には弁軸を回動自在に支持する軸受が設けられており、弁軸支持部に流入した酸性液は軸受の内部に浸入することになる。そして、酸性液と触れることによって軸受が腐食や固着を起こした場合、吸気制御弁が円滑に作動しなくなり、内燃機関が所期の性能を発揮できなくなる虞があった。また、単なる結露水が弁軸支持部や軸受に流入した場合においても、その結露水が寒冷時等に凍結することによって吸気制御弁の円滑な作動が妨げられる虞があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、吸気制御弁を支持する軸受の耐久性向上等を図った吸気装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る吸気装置は、多気筒の内燃機関に付設される吸気装置であって、前記内燃機関の気筒ごとに設けられ、当該気筒への吸入気の供給に供される独立吸気通路と、前記独立吸気通路の上流側に設けられ、当該独立吸気通路に導入する吸入気を貯留するチャンバと、前記チャンバ内に設置され、略鉛直な弁軸を有するとともに、その回動によって吸気特性の可変制御を行う吸気制御弁とを備え、前記チャンバの内下面に前記弁軸が遊嵌する弁軸支持部が形成され、前記弁軸に当該チャンバ内に配設されて当該弁軸支持部の上部を覆うカバーが液密に固着されたことを特徴とする。

また、請求項２の発明に係る吸気装置は、請求項１に記載の吸気装置において、前記弁軸支持部が前記チャンバの内下面に突設されたことを特徴とする。

また、請求項３の発明に係る吸気装置は、請求項２に記載の吸気装置において、前記カバーが前記弁軸支持部の少なくとも一部を囲繞することを特徴とする。

また、請求項４の発明に係る吸気装置は、請求項２または請求項３に記載の吸気装置において、前記弁軸支持部が前記チャンバの内下面から突出して前記弁軸を回動自在に支持する軸受であることを特徴とする。

請求項１の吸気装置によれば、吸気制御弁の表面で生成された酸性液が弁軸を伝って流れ落ちてきても、弁軸支持部に酸性液が浸入し難くなる。また、請求項２の吸気装置によれば、チャンバ内に溜まった酸性液が軸受支持部に浸入し難くなる。また、請求項３や請求項４の吸気装置によれば、カバーを伝ってきた酸性液が弁軸支持部の内側に浸入し難くなる。

以下、図面を参照して、本発明を自動車用エンジンの吸気装置に適用した一実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態の吸気装置が採用された自動車用エンジンの斜視図である。また、図２は実施形態の吸気装置の要部断面斜視図であり、図３は実施形態における吸気マニホールドの縦断面図であり、図４は図３中のIV部拡大図である。また、図５は実施形態における吸気制御バルブの下方支持部の分解斜視図であり、図６は実施形態におけるエンジンのエンジン回転速度−充填効率線図であり、図７は実施形態におけるカバーの作用を示す説明図である。なお、吸気装置の説明にあたっては、図２中の左下方を前、図２中の右上方を後、図２中の右下方を表、図２中の左上方を裏とそれぞれ記す。

《実施形態の構成》
図１に示すエンジン１は、自動車用の４サイクル直列４気筒ガソリンエンジンであり、そのシリンダヘッド２の側面に吸気装置３を備えている。吸気装置３は、電子制御スロットル装置４と吸気マニホールド５とを外殻としており、電子制御スロットル装置４に電動式のスロットルアクチュエータ６が設けられる一方、吸気マニホールド５には制御弁駆動機構８が外装されている。スロットルアクチュエータ６は図示しない電動モータや歯車減速機構等から構成されており、制御弁駆動機構８は負圧アクチュエータ９や負圧配管１０、３方電磁弁１１、リンクロッド１２、リンクレバー１３等から構成されている。また、電子制御スロットル装置４には図示しないエアクリーナからの空気を導入する吸気ダクト１４が接続している。また、図示はしないが、エンジン１で発生したブローバイガスを吸気装置３に導入すべく、エンジン１と吸気装置３との間にはＰＣＶバルブやＰＣＶ配管等からなるＰＣＶシステムが介装されている。

スロットルアクチュエータ６と３方電磁弁１１とは、車室内等に設置されたエンジンＥＣＵ１５により駆動制御される。エンジンＥＣＵ１５には、エンジン１に装着されたＮｅセンサ１６や、アクセルペダル１７に取り付けられたアクセルポジションセンサ１８等が接続されており、Ｎｅセンサ１６からはエンジン回転速度ＮｅがエンジンＥＣＵ１５に出力され、アクセルポジションセンサ１８からはアクセルペダル１７の踏み込み量θｔｈがエンジンＥＣＵ１５に出力される。

吸気マニホールド５は、樹脂を素材とする射出成型品（あるいは、アルミ合金を素材とするダイキャスト成型品）であり、図２，図３にも示すように、スロットル取付フランジ２０の下方に位置する比較的大容量のチャンバ２１と、チャンバ２１の前後下部から立ち上がる第１〜第４吸気ブランチ２２ａ〜２２ｄとを備えている。チャンバ２１内は、隔壁２３によって表側の第１チャンバ室２４と裏側の第２チャンバ室２５とに仕切られており、第１チャンバ室２４の下部に第２，第３吸気ブランチ２２ｂ，２２ｃが開口し、第２チャンバ室２５の下部に第１，第４吸気ブランチ２２ａ，２２ｄが開口している。

図２，図３に示すように、チャンバ２１には制御バルブユニット３０が装着されている。制御バルブユニット３０は、樹脂射出成型品（あるいは、アルミ合金ダイキャスト成型品）のバルブベース３１と、上下一対の軸受３２，３３を介してバルブベース３１に回動自在に支持されたバルブシャフト３４と、２本のスクリュー３５によってバルブシャフト３４に締結された吸気制御バルブ３６と、吸気制御バルブ３６の下部に配置された樹脂射出成型品のカバー３７とから構成されている。図３，図４中に符号３８で示した部材はバルブベース３１の下面に取り付けられたボトムプレートであり、軸受３３の脱落等を防止している。

バルブベース３１は、チャンバ２１の下部から嵌挿されて隔壁２３の開口に密着するバルブ保持枠４１と、バルブ保持枠４１の下部中央から上方に向けて突設されたボス（弁軸支持部）４２とを有している。軸受３２，３３は例えば含油焼結合金軸受であり、上部の軸受３２はバルブ保持枠４１の上端に圧入され、下部の軸受３３はバルブベース３１の下端に圧入されている。図４に示すように、バルブシャフト３４は、バルブ保持枠４１の下方でボス４２に遊嵌した後に軸受３３に支持されており、下端に制御弁駆動機構８のリンクレバー１３が締結されている。

図５に示すように、吸気制御バルブ３６は、バルブシャフト３４への取付部３６ａがバルブシャフト３４を抱くように半円状を呈する一方、その下端にカバー３７が嵌入する切欠き３６ｂを有している。カバー３７は、上端が閉じた円筒状を呈しており、組立時においてバルブベース３１のボス４２を囲繞している。また、カバー３７は、所定の緊定力をもってバルブシャフト３４が液密に嵌合する軸孔３７ａと、吸気制御バルブ３６の切欠き３６ｂが嵌入する溝３７ｂとを有している。

《実施形態の作用》
自動車の運転者がイグニッションキーを操作してエンジン１が始動すると、エンジンＥＣＵ１５は、アクセルポジションセンサ１８から入力したアクセルペダル１７の踏み込み量等に基づいてスロットルアクチュエータ６を駆動制御する。これにより、スロットルアクチュエータ６が作動し、エンジン１の燃焼室に吸入される混合気の量が増減して運転者の意志の応じたエンジン出力が発生する。

〈吸気制御バルブの作用〉
一方、エンジンＥＣＵ１５は、スロットルアクチュエータ６の駆動制御と並行して、Ｎｅセンサ１６から入力したエンジン回転速度Ｎｅに基づいて制御弁駆動機構８を駆動制御する。例えば、エンジン回転速度Ｎｅが３，５００ｒｐｍ未満の場合、エンジンＥＣＵ１５は、３方電磁弁１１を閉鎖して負圧アクチュエータ９に大気を導入する。これにより、リンクロッド１２やリンクレバー１３が図１中に実線の矢印で示す方向に作動し、吸気制御バルブ３６が閉鎖して第１チャンバ室２４と第２チャンバ室２５との連通が断たれる。また、エンジン回転速度Ｎｅが３，５００ｒｐｍ以上の場合、エンジンＥＣＵ１５は、３方電磁弁１１を開放して負圧アクチュエータ９に負圧を導入する。これにより、リンクロッド１２やリンクレバー１３が図１中に破線の矢印で示す方向に作動し、吸気制御バルブ３６が開放して第１チャンバ室２４と第２チャンバ室２５とが連通する。

これにより、低速運転領域（３５００ｒｐｍ未満）では第１気筒と第４気筒との間および第２気筒と第３気筒との間でそれぞれに高い共鳴過給効果が得られる一方、高速運転領域（３５００ｒｐｍ以上）では比較的大量の吸入気が流れ込むことで各気筒の慣性過給効果が高まり、図６に実線で示すように、広い運転領域でエンジン１の充填効率を向上させることができた。図６において、一点鎖線は全運転領域で吸気制御バルブ３６を閉鎖した場合の充填効率を示し、二点鎖線は全運転領域で吸気制御バルブ３６を開放した場合の充填効率を示している。

〈カバーの作用〉
エンジン１が運転を始めると、クランクケース内には燃焼室からブローバイガスが漏出し、このブローバイガスがＰＣＶシステムを介して吸気マニホールド５に導入される。そして、寒冷時等に吸気マニホールド５のチャンバ２１にブローバイガスが流入すると、吸気制御バルブ３６の表面やチャンバ２１の内壁等でブローバイガス中の水分が結露して結露水となり、この結露水に酸化硫黄が溶け込んで酸性液が生成される。図７に示すように、吸気制御バルブ３６の表面で生成された酸性液５０の一部はバルブシャフト３４を伝って下方に流れ、チャンバ２１の内壁等で生成された酸性液５０はチャンバの下部で酸性液溜り５１を形成することになる。また、図示はしないが、ブローバイガスが存在しない場合であっても、雨天時等には湿潤な吸入気中の水分が結露して結露水となり、この結露水が酸性液と同様にバルブシャフト３４を伝って下方に流れることもある。

ところが、本実施形態では、吸気制御バルブ３６の下部にカバー３７が配置され、このカバー３７に形成された軸孔３７ａにバルブシャフト３４が液密に嵌合しているため、バルブシャフト３４を伝って下方に流れてきた酸性液５０や結露水は、カバー３７の外面を伝ってチャンバ２１の下部に落下し、軸受３３に浸入することがない。また、バルブ保持枠４１の下部中央から上方に向けてバルブシャフト３４が遊嵌するボス４２が突設され、更にカバー３７がバルブベース３１のボス４２を囲繞しているため、酸性液溜り５１の酸性液５０や酸性液溜り５１で撥ねた酸性液５０も軸受３３に浸入することがない。これにより、酸性液５０との接触や結露水の凍結に起因する軸受３３の腐食やバルブシャフト３４の固着等が起こり難くなり、吸気制御弁の作動不良による内燃機関の性能低下が長期にわたって抑制されるようになった。

《変形例》
図８は上記実施形態の第１の変形例を示す要部縦断面図である。第１の変形例は、実施形態と略同様の全体構成を採っているが、軸受３３をバルブベース３１の射出成型時に一体モールドするとともに、バルブ保持枠４１の下部中央から軸受３３の一部を突出させた点が異なっている。第２の変形例によれば、バルブベース３１の下面にボトムプレートを取り付ける必要が無い。なお、第２の変形例では、軸受３３の外周面に酸性液５０や結露水が接触することになるが、バルブシャフト３４が嵌合する内周面に酸性液５０や結露水が浸入することはない。

一方、図９は上記実施形態の第２の変形例を示す要部分解斜視図である。第２の変形例は、実施形態と略同様の全体構成を採っているが、吸気制御バルブ３６のバルブシャフト３４への取付部３６ａが平板となっており、カバー３７には吸気制御バルブ３６の切欠き３６ｂが嵌入する溝が形成されていない。第２の変形例の作用は実施形態と同様である。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は前記の実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、前記実施形態は自動車用４サイクルガソリンエンジンの吸気装置に本発明を適用したものであるが、船舶用のエンジンや２サイクルエンジン、ディーゼルエンジン等の吸気装置に本発明を適用してもよい。また、前記実施形態は２つのチャンバ室を連通／遮断する吸気制御弁を有する吸気装置に本発明を適用したが、吸気管長可変用の吸気制御弁等を備えた吸気装置に本発明を適用してもよい。その他、吸気制御弁の形状や支持形態、制御弁駆動機構の具体的構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態の吸気装置が採用された自動車用エンジンの斜視図である。実施形態の吸気装置の要部断面斜視図である。実施形態における吸気マニホールドの縦断面図である。図３中のIV部拡大図である。実施形態における吸気制御バルブの下方支持部の分解斜視図である。実施形態におけるエンジンのエンジン回転速度−充填効率線図である。実施形態におけるカバーの作用を示す説明図である。実施形態の第１の変形例を示す要部縦断面図である。実施形態の第２の変形例を示す要部縦断面図である。

符号の説明

１エンジン
３吸気装置
５吸気マニホールド
２１チャンバ
２２ａ第１吸気ブランチ（独立吸気通路）
２２ｂ第２吸気ブランチ（独立吸気通路）
２２ｃ第３吸気ブランチ（独立吸気通路）
２２ｄ第４吸気ブランチ（独立吸気通路）
２４第１チャンバ室
２５第２チャンバ室
３２，３３軸受
３４バルブシャフト（弁軸）
３６吸気制御バルブ（吸気制御弁）
３７カバー
４２ボス（弁軸支持部）

Claims

多気筒の内燃機関に付設される吸気装置であって、
前記内燃機関の気筒ごとに設けられ、当該気筒への吸入気の供給に供される独立吸気通路と、
前記独立吸気通路の上流側に設けられ、当該独立吸気通路に導入する吸入気を貯留するチャンバと、
前記チャンバ内に設置され、略鉛直な弁軸を有するとともに、その回動によって吸気特性の可変制御を行う吸気制御弁と
を備え、
前記チャンバの内下面に前記弁軸が遊嵌する弁軸支持部が形成され、前記弁軸に当該チャンバ内に配設されて当該弁軸支持部の上部を覆うカバーが液密に固着されたことを特徴とする吸気装置。
前記弁軸支持部が前記チャンバの内下面に突設されたことを特徴とする、請求項１記載の吸気装置。
前記カバーが前記弁軸支持部の少なくとも一部を囲繞することを特徴とする、請求項２記載の吸気装置。
前記弁軸支持部が前記チャンバの内下面から突出して前記弁軸を回動自在に支持する軸受であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の吸気装置。