JP4498402B2

JP4498402B2 - 自動車エンジンの可変吸気システムにおいて用いられるロータリーバルブ及びこのロータリーバルブ成形用金型及びこの金型を用いて行うロータリーバルブの成形方法

Info

Publication number: JP4498402B2
Application number: JP2007251929A
Authority: JP
Inventors: 正秋鹿野
Original assignee: ムネカタ株式会社
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009085017A

Description

本発明は、自動車用エンジンにおいて、低速回転と高速回転を行う際に、低速回転用と高速回転用の吸気をチャンバー室から各シリンダーの吸気マニホールドに対して別流路を経由して送給することにより、高効率でエンジンを回転するために設けられている所謂可変吸気システムにおいて用いられるロータリーバルブ及びこのバルブ成形用金型及びこの金型を用いて行うロータリーバルブの成形方法に関する。

従来公知の可変吸気システムが特開平１１−３７３１９号公報に掲載されている。この内容は、管路における切替バルブが設けられた流路分岐部での流路抵抗を小さく抑えるとともに、組み込み可能な切替バルブの形状の自由度を高めるために、自動車用エンジンの吸気マニホールドにおけるバルブボディは、燃焼室までの長い流路を構成する吸気通路と同短い流路を構成する吸気通路とを有し、これらのいずれかが合流通路に連通するよう切替バルブによって切替可能となっている。バルブボディは、分割ラインによって第１，第２，第３の各分割体に分割されており、これら相互を接合固定する際に、切替バルブの一端が装着されたバルブ軸を、分岐境界部における第１の分割体と第２の分割体との間に挟持させ、これにより切替バルブを流路内に組み込んだ構造である。

しかし、上記システムにおいては、低速回転の場合には長い吸気通路を経由し、高速回転の場合には短い吸気通路に切り替えて吸気するため、チャンバー室とシリンダー間にそれぞれの通路が円曲して張り出し、エンジンルーム内において多くのスペースを占めてしまうという問題がある。

そこで、低速回転用吸気流路をチャンバー室の上半を迂回するようにして吸気マニホールドに結び、高速回転用吸気の流路は、前記迂回している低速回転用吸気流路をバイパスさせてチャンバー室と低速回転用吸気流路を結ぶことにより、吸気流路がエンジンルーム内で占める割合を極力小さく形成した可変吸気システムが最近実用化されている。
この可変吸気システム１００を図１７に示す。図１７において、１０１はチャンバー室であって、このチャンバー室１０１内に導入した空気を各シリンダー１０３の吸気マニホールド１０４に対し、低速回転用吸気は前記チャンバー室１０１の上半を迂回するようにして形成された低速回転用吸気流路１０２を経由して送給し、高速回転用吸気は、チャンバー室１０１の側壁１０１ａと低速回転用吸気流路１０２を直近で結ぶ高速回転用吸気流路１０５を経由して送給する構造となっていて、高速回転用吸気の送給は、前記流路１０５に取り付けたロータリーバルブ１０６によるＯＮ、ＯＦＦ切り替えで行う構造となっている。図中１１０はガソリン噴射ノズルである。
このようにシステムを構成すると、前記した特開平１１−３７３１９号公報に掲載されたシステムに比較して、給気流路がエンジンルーム内に占めるスペースを減少させることができる。

但し、このロータリーバルブ１０６を用いた可変吸気システム１００の場合、次のような欠点がある。
ロータリーバルブ１０６は、図１７及び図１８（ａ）（ｂ）に示すように、４気筒エンジンの場合には、バルブ本体１０８に４個の給気流路（バルブ流路）１０９を形成し、更に、この流路１０９には流れ方向における流動抵抗を小さくするために、円弧状に下向きのカーブがつけてあることから、このカーブ付の流路１０９をロータリーバルブ１０６の成形時に一体成形する場合、金型キャビティ内には前記流路１０９のカーブと同一の曲率で形成された入子を円運動で出し入れする必要がある。
このため、入子の出入りに円運動を付与するための機構が複雑になり、金型が大型化すると共に組み立てが複雑になったり、故障やメンテナンス時に多くの時間が必要になるという欠点がある。

本発明の目的は、高速回転用吸気の流動をスムーズに行うことができると共に剛性と精度に優れたロータリーバルブと、このバルブを成形する構造が簡単で組み立てとメンテナンス及び小型化が容易な金型と、この金型を用いて能率的にバルブ生産が可能な成形方法を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、ａ．低速回転用の吸気をチャンバー室から各シリンダーの吸気マニホールドに分配する低速回転用吸気流路を前記チャンバー室の上半を迂回するようにして前記各シリンダーの吸気マニホールドに結び、且つ前記チャンバー室と前記低速回転用吸気流路間を前記迂回している低速回転用吸気流路をバイパスするようにして高速回転用吸気流路で結び、この高速回転用吸気流路内を通過する吸気量を制御するために高速回転用吸気流路内に取り付けて用いられるロータリーバルブであって、
ｂ．前記ロータリーバルブには、シリンダーの数に合わせた高速回転用吸気バルブ流路が横一線に並べて形成され、
ｃ．前記吸気バルブ流路の内壁面の断面は、上下壁面と左右壁面で略断面四角形に形成され、
ｄ．前記吸気バルブ流路は、ロータリーバルブが全開したときに前記チャンバー室側から前記低速回転用吸気流路側に向けて下向きに湾曲するように形成され、
ｅ．前記吸気バルブ流路において、左壁面と右壁面は、平面視対向する凹曲面状に形成された自動車エンジンの可変吸気システムに用いられるロータリーバルブにおいて、
ｆ．前記各吸気バルブ流路の上下壁面の外周面には、補強用リブが該バルブの回転軸と平行に形成されていると共に、この補強用リブを含めた吸気バルブ流路の上下壁の樹脂量は、前記円弧状に形成された前記吸気バルブ流路の上下壁面間の中間点を通る中心線を境として上下等量となるように設定されていること、を特徴とするものである。

更に、請求項２に記載の発明においては、前記請求項１に係るロータリーバルブの成形用金型は、バルブ本体を成形するキャビティと、このキャビティ内に直線的に出入り自在の高速回転用吸気流路成形用の２つ割り構造の開閉入子と、この開閉入子を開閉するために２つ割りの間に直線的に出入りする楔型又は円錐形状の入子開閉コアと、から成ることを特徴とするものである。

更に、請求項３に記載の発明においては、前記請求項２に記載のロータリーバルブの射出成形用金型は、バルブ本体を成形するためのキャビティと、このキャビティ内に直角方向から直線的に出入り自在の高速回転用吸気流路形成用の２つ割り構造の開閉入子と、この開閉入子の基部側を回転自在に軸支し、開閉入子の先端側をフリーとして取り付けた直線的に進退自在の可動駒と、この可動駒の後方から前記開閉入子の２つ割り間に直線的に出入りして開閉入子を開閉する楔型又は円錐状の入子開閉コアと、前記開閉入子を閉方向に賦勢しているスプリングと、から成ることを特徴とすることを特徴とするものである。

更に、請求項４に記載の発明においては、前記請求項３に記載の金型を用いて請求項１に記載のロータリーバルブを成形する方法であって、先ず可動側金型と固定側金型を閉じながら入子開閉コアを直線的に開閉入子内に挿入してこの開閉入子を開いた状態でキャビティ内に挿入したのち、型閉じを行い、次に前記可動側金型と固定側金型及び開閉入子により形成されたキャビティ内に樹脂を充填して成形を行い、次に樹脂の固化後に前記開閉入子内から入子開閉コアを引き抜くことにより開閉入子を閉じ、そのまま開閉入子をキャビティ内から直線的に引き抜き、次に金型を開放して製品を取り出すことを特徴とするものである。

１．請求項１に記載した本発明におけるロータリーバルブの場合、バルブ流路は、上下壁面が下向きの円弧面に形成され、更に、左右壁面が凹状曲面に形成されているため、バルブ流路内において、吸気に作用する抵抗が大幅に軽減される。
この結果、高速回転用吸気は、チャンバー室からロータリーバルブのバルブ流路を経由して低速回転用吸気流路内にスムーズに流動して合流すると共に低速回転用吸気との合流に際して、流動抵抗となる乱流等が発生するのを抑制することができる。
２.請求項１に記載した本発明におけるロータリーバルブの場合、バルブ流路の外周面に補強用リブを形成したことにより、バルブの剛性が高まる。また、この補強用リブの樹脂量をバルブ流路を円弧面に形成したことにより生じた上下のアンバランスを調整する量としたことにより、射出成形時において、樹脂量のアンバランスから発生する反りを解消して高精度の製品を提供できる。
３．請求項２、３に記載した本発明における金型には、直線的な出入りを行い、且つ２つ割り形状の開閉入子を組みつけ、この開閉入子で円弧面を持つバルブ流路を形成するようにしたことにより、バルブ流路形成構造が簡単になり、金型の小型化が可能であると共に、従来のように円運動で入子を出し入れしないため、故障が少なく、構造が簡単化した分組み立てが容易でメンテナンスに時間と手間がかからない。
４．請求項４に記載した本発明における成形方法によると、バルブ流路を成形する際、開閉入子を直線的に出し入れするため、金型の作動に無理がなく、然も開閉入子は直線的な運動のため円運動に比較して成形時間の短縮を図り、生産性を高めることができる。

本発明の自動車エンジンに組み込まれる樹脂製のロータリーバルブは、高速回転用の吸気が流動する流路を、チャンバー室からシリンダーの吸気ポートに向かって流動抵抗を減じるように貫通方向に向かって弓形に湾曲させ、更に流路の左右両壁面に凹状の湾曲面を形成したことにより、円滑な吸気の流動を得るものである。また、バルブ成形時の反りを減少させ、更に剛性を高めるために補強リブを設けたことにより、精度が向上し、吸気漏れを解消することができる。

請求項１に記載の樹脂製ロータリーバルブについてその実施例を図１〜図４を用いて詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は樹脂製ロータリーバルブの斜視図であり、（ａ）はバルブ流路を斜め上方から見たバルブ全体の外観図、（ｂ）はバルブ流路を斜め下方から見たバルブ全体の外観図、図２はバルブ流路の一部縦断正面図、図３はバルブ流路の一部縦断側面図、図４はバルブ流路において底壁面側の幅を上壁面側よりも大きく形成した断面台形状のバルブ流路の実施例を示す説明図である。

樹脂製ロータリーバルブ１は外形が長尺の円筒状を呈し、本製品は４気筒エンジン用のため、バルブ本体２には貫通した４個のバルブ流路３が形成されている。
更にバルブ流路３には吸気の流動を妨げないように、図３に示す様に、上下両壁面３ａ、３ｂに円弧状の曲面が形成してあり、数値的に示すと図３におけるバルブ流路３の上面３ａはＲ１５０のなだらかな凹面、下面３ｂはＲ１００のなだらかな凸面を備えている。
各バルブ流路３の両側壁面３ｃ、３ｄには図２に示す様に、凹状に湾曲させたなだらかな凹曲面が形成されている。その数値は、左右ともＲ５００であるが、このＲ値はさまざまな実験において適宜に決めることが可能である。
また、本実施例の場合、バルブ流路３は、図３に示すように吸気入口ａ側に対して吸気出口ｂ側は開口面積を小さく形成することにより、吸気出口ｂ側で流速が高まるように工夫してあるが、この開口面積は同一としても良い。

更に、図１におけるバルブ本体２のバルブ流路３の上下壁面３ａ、３ｂの外周面には、バルブの回転軸と同一方向に向けて補強用リブ４が一体に形成されている。
本実施例のバルブ本体２において、バルブ流路３の上下壁３ａ、３ｂの奥行きの長さは、図３の様に、上壁３ａ側をＷ´、下壁３ｂ側をＷとすると、お互いの関係はＷ＜Ｗ′となっている。
この様に長さが異なると、上下壁３ａ、３ｂの面積の差からくる樹脂量が変わるため、上下壁３ａ、３ｂにおいて剛性に差が生じ、更に冷却時に成形品が反って精度が低下してしまう弊害が生じる。
そのため、本実施例1では、下壁面３ｂ側のリブ４の高さを上壁面３ａ側のリブ４より高く形成することにより、上下の樹脂量が均量となるようにこのリブ４で調整した。但し、この樹脂量を合わせる他の方法としては、リブ４の太さ又はリブ４の本数などで調整してもよい。
なお、バルブ流路３の断面形状としては、図４に示す様に断面台形状とすることも可能である。

本実施例２は、請求項２及び請求項３に記載した発明に対応するので、樹脂製ロータリーバルブ１を成形するための射出成形用金型に関するものである。
図５は金型を閉じ、キャビティ内に樹脂を充填する直前の射出成形用金型の要部を示す断面図、図６は２つ割りの開閉入子の一部を示す斜視図である。
図５において、可動側金型１０と固定側金型１１とが閉じたことにより、金型内には可動側キャビティ面１２と固定側キャビティ面１３及び２つ割りの開閉入子１４のキャビティ面１４ａ、１４ｂにより、キャビティ１２ａ、１３ａが形成されている。

可動側金型１０及び固定側金型１１のキャビティ面１２、１３には、補強リブ４を形成するための溝１２ｂ、１３ｂが掘り込まれているが、その形状は、実施例１で述べているように上下の壁の樹脂量が同一になるように設計されている。
可動側金型１０と固定側金型１１の上部の合わせ面には、ガイド１０ａ及び１１ａに沿って上下にスライドする摺動コア１７が組み込まれていて、この摺動コア１７には、開閉入子１４を形成する入子部材ＡとＢの上部（基部）がピン１８、ピン孔１９、２０により回動自在に取り付けられている。また、前記摺動コア１７の中心部（割り面）には入子開閉コア１５が進退するための貫通された通し割１６が形成されている。

開閉入子１４について詳細に説明すると、開閉入子１４は、中央で左右に分割されていて、２つ割りとされた入子部材ＡとＢから成り、この入子部材ＡとＢには、キャビティ面１４ａ、１４ｂがその表面に形成されている。また、入子部材Ａ、Ｂのキャビティ面１４ａ、１４ｂは、ロータリーバルブ１の円弧状に湾曲したバルブ流路３を形成するために、入子部材Ａ側には、バルブ流路３の上壁面３ａを成形するために円弧状の膨出面が形成され、入子部材Ｂ側には、バルブ流路３の下壁面３ｂを形成するために円弧状に湾曲した凹曲面が形成されている。

入子開閉コア１５は先に行くにしたがって細くなる楔形状に形成されている。また、この入子開閉コア１５の先端面には図６に示すように、可動側金型１０に組み込まれた中子２２の位置決め用凹部２２ａに嵌合する突起２１が形成されている。
摺動コア１７において、入子部材Ａ及びＢの基部付近には、入子部材Ａ及びＢを対向するように付勢して間隔が縮小するようにバネ２３が設けられ、更に、可動側金型１０及び固定側金型１１における入子部材Ａ及びＢの先端付近の外側には、成形品から入子部材Ａ及びＢを離反させる方向に付勢して離型しやすい様にボールプランジャーと呼ばれる硬球２５とバネ２６とが組み付けられている。

入子部材ＡとＢ間に入子開閉コア１５が挿入されて複合入子となった形状を図６に示す。この図６において、開閉入子１４及び入子開閉コア１５の複合状態において形成された両側面１４ｃ、１４ｄはＲ５００に形成されていて、バルブ流路３の両壁面３ｃ、３ｄになだらかな円弧面を形成する。
図５において、２７は射出成形用金型を開いたとき成形品を金型から突き出すためのエジェクタピンである。
図５において、ゲート２９にはホットノズルが用いられている。但し、このホットノズル部の詳細な構成は一般に用いられている公知のものにつき、図示を省略している。
入子開閉コア１５は、図示しないエアシリンダーにより駆動軸１５ｂからガイド孔１７ａ内に挿入されたスライド軸１５ａを介して上下方向に直線的に駆動される。
同様に、摺動コア１７も図示しないエアシリンダーにより上下方向に直線的に駆動される。

本実施例３は、請求項４に記載した発明に対応するので、実施例２に示した射出成形用金型を用いて行うロータリーバルブの成形方法に関するものである。
図７は可動側金型１０と固定側金型１１を閉じる直前の説明図、図８はキャビティ内に開閉入子１４を前進させている説明図、図９は金型を閉じ、開閉入子１４間に入子開閉コア１５を挿入している状態の説明図、図１０は入子開閉コア１５の挿入が完了した状態の説明図、図１１はゲート２９から溶融樹脂をキャビティ１２、１３内に充填している状態の説明図、図１２は冷却工程終了後、入子開閉コア１５を後退すると共に、開閉入子１４の入子部材Ａ、Ｂの先端側（通し割１６）がスプリング２６の力で閉じた状態の説明図、図１３は入子開閉コア１５が開閉入子１４内から完全に抜けた状態の説明図、図１４は開閉入子１４がキャビティ１２、1３内から完全に後退した状態の説明図、図１５は可動側金型１０を後退させて金型が開いた状態の説明図、図１６はエジェクタピン２７により成形品を射出成形用金型から離脱させた状態の説明図である。

次に、成形工程を説明すると、まず、可動側金型１０と固定側金型１１を閉じながら（図７）、同時に摺動コア１７を下降させることにより、開閉入子１４を金型１０、１１間に挿入し（図８）、金型１０、１１を閉じる（図９）。
次に、入子開閉コア１５を下降させて開閉入子１４の入子部材Ａ、Ｂを押し広げてキャビティ１２ａ、１３ｂを金型１０、１１と開閉入子１４により形成する（図１０）。
次にキャビティ１２ａ、１３ａ内に溶融樹脂をゲート２９から充填し（図１１）、保圧、冷却工程経過後、入子開閉コア１５を開閉入子１４間から引き抜き(図１２)、開閉入子１４をスプリング２３によりさらに間隔を縮小し（図１３）、その上で開閉入子１４全体をキャビティ１２ａ、１３ａ内から引き抜く（図１４）。次に、可動側金型１０と固定側金型１１を開いた後（図１５）、エジェクタピン２７を突き出して成形品（ロータリーバルブ１）を取り出す（図１６）。

本実施例によると、アンダーカットである円弧状に湾曲しているバルブ流路３を有する樹脂製ロータリーバルブを射出成形する際、円運動を行う入子を用いていないため、入子の作動が円滑となることから、成形サイクルの短縮が可能となり、生産性を高めることができる。

複数気筒数から成る自動車用エンジンの可変吸気システム。

本発明に係るロータリーバルブであって、（ａ）はバルブ流路を斜め上方から見た斜視図、（ｂ）はバルブ流路を斜め下方から見た斜視図図１のロータリーバルブのバルブ流路の一部を示す縦断正面図図１のロータリーバルブのバルブ流路の一部を示す縦断側面図断面台形状バルブ流路の実施例図ロータリーバルブ成形用金型において、バルブ流路を成形する部分の金型構造の説明図開閉入子と入子開閉コアの説明図金型を閉じている状態の説明図金型間に開閉入子を挿入している状態の説明図開閉入子内に入子開閉コアを挿入し、開閉入子を開いている状態の説明図金型を閉じ、開閉入子を挿入し終えた状態の説明図樹脂を充填している状態の説明図入子開閉コアを引き抜いている状態の説明図入子開閉コアを引き抜き開閉入子が閉じた状態の説明図入子開閉入子を引き抜いた状態の説明図金型を開いた状態の説明図エジェクターピンで成形品を突き出した状態の説明図従来の可変吸気システムの説明図従来のロータリーバルブを示すもので、（ａ）は下方からバルブ流路を見たときの説明図、（ｂ）は上方からバルブ流路を見たときの説明図

１ロータリーバルブ
３バルブ流路
４補強リブ
１０可動側金型
１１固定側金型
１４開閉入子
１５入子開閉コア
１７摺動コア

Claims

ａ．低速回転用の吸気をチャンバー室から各シリンダーの吸気マニホールドに分配する低速回転用吸気流路を前記チャンバー室の上半を迂回するようにして前記各シリンダーの吸気マニホールドに結び、且つ前記チャンバー室と前記低速回転用吸気流路間を前記迂回している低速回転用吸気流路をバイパスするようにして高速回転用吸気流路で結び、この高速回転用吸気流路内を通過する吸気量を制御するために高速回転用吸気流路内に取り付けて用いられるロータリーバルブであって、
ｂ．前記ロータリーバルブには、シリンダーの数に合わせた高速回転用吸気バルブ流路が横一線に並べて形成され、
ｃ．前記吸気バルブ流路の内壁面の断面は、上下壁面と左右壁面で略断面四角形に形成され、
ｄ．前記吸気バルブ流路は、ロータリーバルブが全開したときに前記チャンバー室側から前記低速回転用吸気流路側に向けて下向きに湾曲するように形成され、
ｅ．前記吸気バルブ流路において、左壁面と右壁面は、平面視対向する凹曲面状に形成された自動車エンジンの可変吸気システムに用いられるロータリーバルブにおいて、
ｆ．前記各吸気バルブ流路の上下壁面の外周面には、補強用リブが該バルブの回転軸と平行に形成されていると共に、この補強用リブを含めた吸気バルブ流路の上下壁の樹脂量は、前記円弧状に形成された前記吸気バルブ流路の上下壁面間の中間点を通る中心線を境として上下等量となるように設定されていること、を特徴とする自動車エンジンの可変吸気システムに用いられるロータリーバルブ。
前記請求項１に係るロータリーバルブの成形用金型は、バルブ本体を成形するキャビティと、このキャビティ内に直線的に出入り自在の高速回転用吸気流路成形用の２つ割り構造の開閉入子と、この開閉入子を開閉するために２つ割りの間に直線的に出入りする楔型又は円錐形状の入子開閉コアと、から成ることを特徴とする自動車エンジンの可変吸気システムに用いられるロータリーバルブの射出成形用金型。
前記請求項２に記載のロータリーバルブの射出成形用金型は、バルブ本体を成形するためのキャビティと、このキャビティ内に直角方向から直線的に出入り自在の高速回転用吸気流路形成用の２つ割り構造の開閉入子と、この開閉入子の基部側を回転自在に軸支し、開閉入子の先端側をフリーとして取り付けた直線的に進退自在の可動駒と、この可動駒の後方から前記開閉入子の２つ割り間に直線的に出入りして開閉入子を開閉する楔型又は円錐状の入子開閉コアと、前記開閉入子を閉方向に賦勢しているスプリングと、から成ることを特徴とする自動車エンジンの可変吸気システムに用いられるロータリーバルブの射出成形用金型。
前記請求項３に記載の金型を用いて請求項１に記載のロータリーバルブを成形する方法であって、先ず可動側金型と固定側金型を閉じながら入子開閉コアを直線的に開閉入子内に挿入してこの開閉入子を開いた状態でキャビティ内に挿入したのち、型閉じを行い、次に前記可動側金型と固定側金型及び開閉入子により形成されたキャビティ内に樹脂を充填して成形を行い、次に樹脂の固化後に前記開閉入子内から入子開閉コアを引き抜くことにより開閉入子を閉じ、そのまま開閉入子をキャビティ内から直線的に引き抜き、次に金型を開放して製品を取り出す自動車エンジンの可変吸気システムに用いられるロータリーバルブの射出成形方法。