JP4495062B2

JP4495062B2 - 多気筒エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JP4495062B2
Application number: JP2005306821A
Authority: JP
Inventors: 智志榎田
Original assignee: Daikyo Nishikawa Corp
Current assignee: Daikyo Nishikawa Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: JP2007113506A

Description

この発明は、多気筒エンジンの吸気装置の改良に関し、特にシール対策に関するものである。

特許文献１には、ロータリバルブを多気筒エンジンの気筒毎に形成された吸気通路の分岐箇所に介設し、該ロータリバルブをエンジンの運転状態に応じて切り換えて上記各吸気通路の有効長さを変化させることにより、吸気の流動を可変調整するようにした吸気装置が開示されている。

この特許文献１のロータリバルブは、上記各吸気通路の分岐箇所に対応するように配置された複数個の円柱状バルブ本体を備え、該各バルブ本体には、一対の板状リング部を２本の細幅連結帯部で一体に連結してなるシール部材が装着されている。具体的には、上記バルブ本体には、貫通路が各吸気通路の上流側及び下流側を連通するように形成されているとともに、バルブ片部がバルブ本体外周面の一部を構成するようにバルブ本体軸方向に延びている。そして、上記貫通路のバルブ本体軸方向両側におけるバルブ本体部分外周面に凹設されたシール溝部に、上記シール部材の両リング部をそれぞれ嵌入して外周面を上記吸気通路の分岐箇所内面に摺接させるようにしている。また、上記シール部材の両細幅連結帯部をバルブ本体のバルブ片部におけるバルブ本体周方向両端縁部に対応するように配置し、上記吸気通路の分岐箇所内面に摺接させるようにしている。
特表２００１−５１９００６号公報（第７，８頁、図３〜６）

ところが、上記の特許文献１では、バルブ本体に装着されるシール部材が一対の板状リング部を２本の細幅連結帯部で一体に連結して構成されているため、シール部材の剛性が低く、シール部材をバルブ本体に装着する際に慎重に取り扱わないと折れ易く、組付性が低下する。さりとて、剛性を高くし過ぎるとシール性能が低下することになる。

この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シール部材のシール性能を低下させることなく剛性を向上してシール部材のバルブ本体への組付性を向上させることである。

上記の目的を達成するため、この発明は、シール部材の両リング部を連結する連結部分の構造に工夫を凝らしたことを特徴とする。

具体的には、この発明は、多気筒エンジンの気筒毎に形成された吸気通路を有する吸気ケーシングを備え、該吸気ケーシングには気筒列方向に延びるとともに上記各吸気通路を横断するように気筒列方向から見て円形状のバルブ挿入孔が形成され、該バルブ挿入孔にロータリバルブがエンジンの運転状態に応じて吸気の流動を可変調整するように回動可能に挿設された多気筒エンジンの吸気装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、請求項１に記載の発明は、上記ロータリバルブは、上記各吸気通路に対応するようにバルブ挿入孔に配置された複数個の円柱状バルブ本体と、隣り合うバルブ本体間を一体に連結する連結部とを備え、上記各バルブ本体は、上記各吸気通路の上流側及び下流側を連通するように形成され吸気流動方向から見て略円形状の貫通路と、該貫通路のバルブ本体軸方向両側におけるバルブ本体部分外周面に凹設されたシール溝部と、外周面が矩形状かつ偏平面をなすとともにバルブ本体軸方向に延びてバルブ本体外周面の一部を構成しエンジンの運転状態に応じて吸気の流動を可変調整するバルブ片部とを備え、上記各バルブ本体には、上記各シール溝部に嵌入されるとともに外周面が上記バルブ挿入孔内面に摺接する一対の板状リング部と、内外両面が矩形状かつ偏平面をなすとともにバルブ本体軸方向に延びて上記両リング部を一体に連結し上記バルブ片部に外側から重合される連結板部とを備えたシール部材が装着され、該シール部材の両リング部は上記連結板部対向側でそれぞれ切断されているとともに、上記連結板部のバルブ本体周方向両端縁部は上記両リング部の外周面と連続して該両リング部と共に上記バルブ挿入孔内面に摺接し、上記連結板部のバルブ本体周方向両端縁部を除く外面は上記両リング部の外周面から内方に位置して上記バルブ挿入孔内面から離れていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、シール部材の連結板部におけるバルブ本体周方向両端縁部は、外面がバルブ本体周方向外側に行くに従ってバルブ本体径方向内側に向かって傾斜して漸次薄くなって薄肉部を構成していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、シール部材の連結板部における両リング部側の端部には、バルブ本体周方向に延びてその両端縁部近傍に達するスリットがそれぞれ形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、一対の板状リング部を内外両面が矩形状かつ偏平面をなす連結板部で一体に連結し、該連結板部をバルブ本体の外周面が矩形状かつ偏平面をなすバルブ片部に外側から重合させたので、特許文献１の２本の細幅連結帯部に比べて連結板部の面積を広く確保してシール部材の剛性が高く、また、連結板部のバルブ本体周方向両端縁部がリング部の外周面と連続して厚肉になり、該連結板部の全外周面がバルブ挿入孔の内周面と摺接する場合に比べて連結板部の肉厚が薄くて剛性が低く、適度な剛性でシール部材のシール性能向上とバルブ本体への組付性の向上との両立を図ることができるとともに、シール部材の摺動抵抗をも低減することができる。

請求項２に係る発明によれば、ロータリバルブが回動しても、シール部材の連結板部におけるバルブ本体周方向両端縁部の薄肉部は、吸気ケーシングのバルブ挿入孔内面に摺接せず摩耗を防止することができるとともに、バルブ挿入孔の下流側吸気通路開口周縁部に当接せず摩耗及び捲れを防止することができる。

請求項３に係る発明によれば、シール部材の連結板部を両リング部側の端部に形成されたスリットにより適度な剛性に確保して、シール部材のシール性能及びバルブ本体への組付性の向上を確実に達成することができる。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図８及び図９はこの発明の実施形態に係る吸気装置１を示す。この吸気装置１は樹脂製の吸気ケーシング３を備え、該吸気ケーシング３は、クランク軸（図示せず）の延びる方向に気筒（図示せず）が２つ並んで設けられたエンジン５に上載されている。上記吸気ケーシング３には吸気通路７がエンジン５の気筒毎に形成され、これら吸気通路７の上流端外周りには上フランジ９がそれぞれ一体に張出形成されているとともに、上記吸気ケーシング３下端には、下面に環状シール溝１１ａを有する下フランジ１１が一体に張出形成されている。また、上記吸気ケーシング３外周には、ボルト挿通孔１３ａを有するボス部１３が上記各吸気通路７に対応して前後２個ずつ一体に形成されている。さらに、上記吸気ケーシング３の上流側には、サージタンク（図示せず）に接続されたインテークマニホールド１５が配設され、該インテークマニホールド１５下端には、フランジ１７が上記吸気ケーシング３の上フランジ９に対応するように一体に張出形成されている。このフランジ１７及び上記吸気ケーシング３の上フランジ９には、取付孔（図示せず）が上記ボス部１３のボルト挿通孔１３ａに対応するように形成されていて、エンジン５上面に吸気ケーシング３の下フランジ１１を重ね合わせるとともに、吸気ケーシング３の上フランジ９にインテークマニホールド１５のフランジ１７を重ねた状態で、ボルト（図示せず）をインテークマニホールド１５の取付孔に挿通した後、吸気ケーシング３のボス部１３のボルト挿通孔１３ａに挿通してエンジン５に形成されたねじ穴（図示せず）に螺合し、インテークマニホールド１５及び吸気ケーシング３をエンジン５に一体に組み付けるようにしている。

上記吸気ケーシング３には、気筒列方向に延びるとともに上記各吸気通路７を横断するように気筒列方向から見て円形状のバルブ挿入孔１９が形成され、該バルブ挿入孔１９に樹脂製のロータリバルブ２１がエンジン５の運転状態に応じて吸気の流動を可変調整するように回動可能に挿設されている。上記吸気ケーシング３下端には、装着孔２３ａを有するボス部２３が一体に形成され、この装着孔２３ａには、燃料噴射ノズル２５が噴射口２５ａを上記バルブ挿入孔１９下方の吸気通路７下流端に臨ませるように斜めに装着されている。

上記各吸気通路７下流端の燃料噴射ノズル２５側方には、扁平板状の仕切壁２７が吸気流通方向に沿うように接近配置され、上記ロータリバルブ２１下方の吸気通路７下流端側を、通路断面積の広い第１通路７ａと、該第１通路７ａに並設され燃料噴射ノズル２５が臨む通路断面積の狭い第２通路７ｂとに上記仕切壁２７により区画している。

上記ロータリバルブ２１は、図６に示すように、上記各吸気通路７に対応するようにバルブ挿入孔１９に配置された２個の円柱状バルブ本体２９を備え、隣り合うバルブ本体２９間は軽量化を図るために断面十文字状の連結部３１で一体に連結され、各バルブ本体２９の気筒列方向両端面には支軸３３がそれぞれ一体に突設されている。これら支軸３３のうち一方の支軸３３は、吸気ケーシング３の一端部（図９左側）に取り付けられた従来より周知の電動式アクチュエータ３５の出力軸に連結され、該アクチュエータ３５はエンジン制御装置（図示せず）に接続されている。このエンジン制御装置は、エンジン５の回転数を検出して、エンジン５がアイドル回転数近傍の低速運転状態と、そのアイドル回転数よりも高回転の高速運転状態とのいずれであるかを判断するように構成されている。この判断結果によりエンジン制御装置がアクチュエータ３５の作動を切り換え、ロータリバルブ２１を回動させるようになっている。なお、吸気ケーシング３の他端部（図９右側）は蓋部材３７で閉塞されている。

上記各バルブ本体２９には、上記各吸気通路７の上流側及び下流側を連通するように貫通路４３が吸気流動方向から見て略円形状に形成されている。該貫通路４３のバルブ本体軸方向両側におけるバルブ本体部分３９（以下、「円形壁部３９」という）外周面には、円形リング状のシール溝部４１がそれぞれ凹設されている。上記両円形壁部３９には、エンジン５の運転状態に応じて吸気の流動を可変調整するバルブ片部４５がバルブ本体軸方向に延びて一体に連結されている。このバルブ片部４５は外周面が矩形状かつ偏平面をなして上記バルブ本体２９外周面の一部を構成し、そのバルブ本体軸方向両端に円弧状凸部３９ａが突出している。上記両円形壁部３９には、偏平板状の補強ブリッジ部４７がバルブ本体２９の中心線上に位置するように、かつ上記バルブ片部４５と平行になるように一体に橋絡されている。この補強ブリッジ部４７のバルブ本体軸線と直交する方向の長さは、ロータリバルブ２１の外径よりも短く設定されており、補強ブリッジ部４７のバルブ本体軸線と直交する方向の一端部４７ａがロータリバルブ２１の外周面と略同一面上に位置する一方、他端部４７ｂがロータリバルブ２１の外周面から内方に離れている。上記補強ブリッジ部４７とバルブ片部４５との間の両円形壁部３９内面は、補強ブリッジ部４７側からバルブ片部４５側に行くに従って漸次内方に膨出し、厚肉の膨出部４９がバルブ片部４５のバルブ本体軸方向両側に一体に形成されている。これにより、上記両円形壁部３９は、補強ブリッジ部４７及びバルブ片部４５により２箇所で連結され、バルブ本体２９の剛性が高められている。また、上記各膨出部４９のバルブ片部４５との境には、バルブ本体軸方向に延びる凹部４９ａが形成されている。そして、上記バルブ片部４５は、エンジン５の低速運転時には上記第１通路７ａを閉じ、該第１通路７ａはロータリバルブ２１上流側の吸気通路７との連通が遮断される（図８（ｂ）参照）とともに、エンジン５の高速運転時に上記第１通路７ａを開き、該第１通路７ａはロータリバルブ２１上流側の吸気通路７と連通するようになっている（図８（ａ）参照）。また、上記第２通路７ｂは、エンジン５の全運転域で上記バルブ本体２９の回動によって開閉されることなく常時吸気通路７上流側と連通するようになっている。

上記各バルブ本体２９にはシール部材５１が装着されている。このシール部材５１は、図１〜５及び図７に示すように、一対の板状リング部５３と、バルブ本体軸方向に延びて上記両リング部５３を一体に連結する連結板部５５とを備えている。上記両リング部５３は、バルブ本体２９に装着する際に拡径し易いように上記連結板部５５対向側でそれぞれ切断され、その切断端部にはロータリバルブ２１をバルブ挿入孔１９に挿設した際に互いに当接してシールする傾斜面５３ａが形成されている。また、各リング部５３内周面には凸部５３ｂと凹部５３ｃとが交互に形成され、適度の剛性と弾性とを確保するようになっている。そして、上記各リング部５３は、上記バルブ本体２９のシール溝部４１にバルブ本体２９の半径方向に移動可能に嵌入されるとともに、外周面が上記吸気ケーシング３のバルブ挿入孔１９内面に摺接するようになっている。上記連結板部５５は、内外両面が矩形状かつ偏平面をなして上記バルブ片部４５に外側から重合され、連結板部５５のバルブ本体周方向両端縁部は、上記両リング部５３の外周面と連続して該両リング部５３と共に上記吸気ケーシング３のバルブ挿入孔１９内面に摺接するようになっている。一方、上記連結板部５５のバルブ本体周方向両端縁部を除く外面は、上記両リング部５３の外周面から内方に位置して上記バルブ挿入孔１９内面から離れている。また、上記連結板部５５におけるバルブ本体周方向両端縁部は、図４及び図５に拡大して示すように、外面がバルブ本体周方向外側に行くに従ってバルブ本体径方向内側に向かって傾斜して漸次薄くなって薄肉部５５ａを構成している。さらに、上記連結板部５５における両リング部５３側の端部には、バルブ本体周方向に延びてその両端縁部近傍に達する狭幅のスリット５５ｂがそれぞれ形成されている。そして、シール部材５１をバルブ本体２９に装着した状態で、連結板部５５の薄肉部５５ａがバルブ本体２９の膨出部４９の凹部４９ａに対応するとともに、バルブ本体２９の円弧状凸部３９ａが連結板部５５のスリット５５ｂに嵌入されるようになっている。

次に、上述の如く構成された吸気装置１の作動について説明する。

＜エンジン５の高速運転時＞
エンジン制御装置から出力される制御信号により、アクチュエータ３５が高速用の作動状態となると、このアクチュエータ２３の作動により、ロータリバルブ２１は、図８（ａ）に示すように、バルブ片部４５をバルブ挿入孔１９内に位置付けて第１通路７ａを開く開き位置となる。補強ブリッジ部４７は吸気の流れを阻害しないように吸気流通方向に沿うように位置付けられる。これにより、インテークマニホールド１５から吸気通路７に流入した吸気は、貫通路４３を経て第１通路７ａ及び第２通路７ｂに流入し、燃料噴射ノズル２５から噴射された燃料と混合して混合気を生成しながらエンジン５の吸気ポート（図示せず）を流れる。

＜エンジン５の低速運転時＞
エンジン制御装置から出力される制御信号により、アクチュエータ３５が低速用の作動状態となると、このアクチュエータ３５の作動により、ロータリバルブ２１は、図８（ｂ）に示すように、バルブ片部４５をエンジン５側に位置付けて第１通路７ａを閉じる閉じ位置となる。このとき、第２通路７ｂは開かれているとともに、補強ブリッジ部４７の他端部４７ｂとバルブ挿入孔１９内面との間に隙間Ｓが形成される。これにより、インテークマニホールド１５から吸気通路７に流入した吸気は、隙間Ｓを通って狭い第２通路７ｂに流入して流速が高まり、燃料噴射ノズル２５から噴射された燃料との混合が促進されて混合気を生成しながらエンジン５の吸気ポート（図示せず）を流れる。

このように、この実施形態では、吸気通路７の第１通路７ａを開閉するロータリバルブ２１の矩形状かつ偏平面をなすバルブ片部４５に、シール部材５１の内外両面が矩形状かつ偏平面をなす連結板部５５を外側から重合させたので、連結板部５５の面積を特許文献１の２本の細幅連結帯部よりも確保してシール部材５１の剛性を高めることができる。また、上記連結板部５５のバルブ本体周方向両端縁部がシール部材５１のリング部５３外周面と連続して厚肉になり、該連結板部５５の全外周面がバルブ挿入孔１９の内周面と摺接する場合に比べて連結板部５５の肉厚が薄くて剛性が低くなっている。したがって、シール部材５１が適度な剛性になって、シール部材５１のシール性能向上とバルブ本体２９への組付性の向上との両立を図ることができるとともに、シール部材５１の摺動抵抗をも低減することができる。

また、この実施形態では、シール部材５１の連結板部５５におけるバルブ本体周方向両端縁部に、吸気ケーシング３のバルブ挿入孔１９内面に摺接しないように薄肉部５５ａを形成しているので、該薄肉部５５ａのロータリバルブ２１回動時における摩耗を防止することができる。また、上記薄肉部５５ａがバルブ挿入孔１９の第１通路７ａ開口周縁部に当接しないので、薄肉部５５ａの摩耗及び捲れを防止することができる。

さらに、この実施の形態では、シール部材５１の連結板部５５における両リング部５３側の端部にスリット５５ｂを形成しているので、上記連結板部５５の剛性を適度に確保することができ、シール部材５１のシール性能及びバルブ本体２９への組付性の向上を確実に達成することができる。

なお、この実施形態では、隣り合うバルブ本体２９間を断面十文字状の連結部３１で一体に連結した場合を例示したが、連結部３１の形状はこれに限らず、例えば、バルブ本体２９の円形壁部３９と同じ径の連結部３１で隣り合うバルブ本体２９を一体に連結してもよい。

また、この実施形態では、吸気装置として、吸気ケーシング３のバルブ挿入孔１９に挿設したロータリバルブ２１を切り換えて吸気通路７の断面積をエンジン５の運転状態に応じて変化させるようにした吸気装置１を例示したが、特許文献１のように、吸気通路の分岐箇所に介設したロータリバルブを切り換えて吸気通路の有効な長さをエンジンの運転状態に応じて変化させるようにした吸気装置にも適用することができるものである。

さらに、この実施形態では、シール部材５１のリング部５３内周面に凸部５３ｂ及び凹部５３ｃを形成したが、これら凸部５３ｂ及び凹部５３ｃをなくしてリング部５３の径方向の寸法を全周に亘って同じにしてもよい。

加えて、この実施形態では、吸気装置１を２気筒エンジンに適用した場合を例示したが、３気筒以上のエンジンにも適用することができ、この場合にはバルブ本体２９及びシール部材５１を気筒の数に合わせて設ければよい。

この発明は、多気筒エンジンの吸気装置において、例えばエンジンの低速運転時と高速運転時とで吸気通路の断面積を変える場合のシール対策として有用である。

実施形態においてシール部材装着状態のロータリバルブの斜視図である。ロータリバルブを吸気ケーシングに組み込んだ状態の図１のＡ−Ａ線における断面図である。ロータリバルブを吸気ケーシングに組み込んだ状態の図１のＢ−Ｂ線における断面図である。ロータリバルブを吸気ケーシングに組み込んだ状態の図１のＣ−Ｃ線における断面図である。ロータリバルブを吸気ケーシングに組み込んだ状態の図１のＤ−Ｄ線における断面図である。実施形態においてシール部材未装着状態のロータリバルブの斜視図である。実施形態におけるシール部材の斜視図である。図９のＥ−Ｅ線における断面図であり、（ａ）はエンジンの高速運転時を示す図であり、（ｂ）はエンジンの低速運転時を示す図である。実施形態に係る吸気装置の斜視図である。

符号の説明

１吸気装置
３吸気ケーシング
５エンジン
７吸気通路
１９バルブ挿入孔
２１ロータリバルブ
２９バルブ本体
３１連結部
３９円形壁部（バルブ本体部分）
４１シール溝部
４３貫通路
４５バルブ片部
５１シール部材
５３リング部
５５連結板部
５５ａ薄肉部
５５ｂスリット

Claims

多気筒エンジンの気筒毎に形成された吸気通路を有する吸気ケーシングを備え、該吸気ケーシングには気筒列方向に延びるとともに上記各吸気通路を横断するように気筒列方向から見て円形状のバルブ挿入孔が形成され、該バルブ挿入孔にロータリバルブがエンジンの運転状態に応じて吸気の流動を可変調整するように回動可能に挿設された多気筒エンジンの吸気装置であって、
上記ロータリバルブは、上記各吸気通路に対応するようにバルブ挿入孔に配置された複数個の円柱状バルブ本体と、隣り合うバルブ本体間を一体に連結する連結部とを備え、
上記各バルブ本体は、上記各吸気通路の上流側及び下流側を連通するように形成され吸気流動方向から見て略円形状の貫通路と、該貫通路のバルブ本体軸方向両側におけるバルブ本体部分外周面に凹設されたシール溝部と、外周面が矩形状かつ偏平面をなすとともにバルブ本体軸方向に延びてバルブ本体外周面の一部を構成しエンジンの運転状態に応じて吸気の流動を可変調整するバルブ片部とを備え、
上記各バルブ本体には、上記各シール溝部に嵌入されるとともに外周面が上記バルブ挿入孔内面に摺接する一対の板状リング部と、内外両面が矩形状かつ偏平面をなすとともにバルブ本体軸方向に延びて上記両リング部を一体に連結し上記バルブ片部に外側から重合される連結板部とを備えたシール部材が装着され、
該シール部材の両リング部は上記連結板部対向側でそれぞれ切断されているとともに、上記連結板部のバルブ本体周方向両端縁部は上記両リング部の外周面と連続して該両リング部と共に上記バルブ挿入孔内面に摺接し、上記連結板部のバルブ本体周方向両端縁部を除く外面は上記両リング部の外周面から内方に位置して上記バルブ挿入孔内面から離れていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
請求項１に記載の多気筒エンジンの吸気装置において、
シール部材の連結板部におけるバルブ本体周方向両端縁部は、外面がバルブ本体周方向外側に行くに従ってバルブ本体径方向内側に向かって傾斜して漸次薄くなって薄肉部を構成していることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
請求項１又は２に記載の多気筒エンジンの吸気装置において、
シール部材の連結板部における両リング部側の端部には、バルブ本体周方向に延びてその両端縁部近傍に達するスリットがそれぞれ形成されていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。