JP4565344B2 - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路の開口面積を調節して当該内燃機関への吸入空気量を制御すべく、前記吸気通路に設けた軸受部で回動可能に支持された軸体を備えた弁体と、前記弁体が所定の角度範囲にあるとき前記吸気通路が遮断されて不感帯が形成されるよう、前記吸気通路の筒状内面のうち、前記軸体の軸芯に垂直な方向の最大内径に係る位置を含む領域に、前記弁体の回転軌跡に沿う凹面を構成した内燃機関の吸気制御装置に関する。

一般に、内燃機関の燃費の改善等を行うには、例えば、内燃機関の負荷状態や吸気弁体（以下、単に「弁体」と称する）の開閉状態に応じてタイミング良く吸入空気量を調整し、特に低中速域の吸気脈動を増やすことで、体積効率アップによるエンジン出力向上、吸入流速アップによる燃焼改善、スモーク低減などにつながる。吸入空気量を調整するためには、吸気通路の吸気弁よりも上流側に別の弁体を設け、この弁体を適宜開閉させるものがある。
このような弁体は、内燃機関の運転状況等に応じて素早く動作させる必要がある。そのため、回転動作が速くなる程、例えば停止位置がオーバシュートし易くなる等、動作が不安定になる。従来の装置では、このような不安定な動作を補うために、弁体が所定の角度だけ変化しても全閉状態を維持するよう不感帯を設けている。この不感帯は、例えば、吸気通路の内面に、弁体を回転したときに形成される回転体の外面に対向するように形状される。

このような吸気制御装置の一つとして、例えば下記に示す特許文献１に示された技術がある。この装置では、中央を軸体で支持した弁体を用いており、この弁体の平面形状が軸体の方向に長く構成されている。即ち、軸体に沿った方向において、中央付近は軸体と平行な直線状の縁部とし、その両端部は半円弧状に構成して、所謂、陸上競技のレーストラックに似た形状を備えている。
このよう構成することで、同一面積の弁体で比較したとき、円形のものよりも回転軸から最遠外周までの距離を短かくして、回転時の回転イナーシャの低減を図っている。また、不感帯を構成するために吸気通路を拡大して形成した拡大部を、左右の側壁を半球面とし、上下の側壁を円筒面に構成して拡大部の形状を単純化して、装置製造の容易化を図ろうというものである。

特開平８−２１８９０６号公報（〔００１１〕段落）

しかしながら、特許文献１の技術では、弁体が単なる円板部材で構成してあり、この円板部材の表面を横断する状態に軸体の円筒表面が突出している。このため、弁体が全開状態にあるとき、軸体の突出によって軸体の背面で空気の剥離が生じる。この結果、圧損が生じ、内燃機関のエアの吸入効率が低下する。
一方、弁体を薄い板状にすれば、流れの抵抗は低減化される。しかし、弁体の剛性が低下し、弁開閉時に弁体が変形し易くなり、吸気通路との隙間を一定に維持できなくなる。これを改善するために剛性が高く重量の大きい材料を使用すれば、弁体のイナーシャが大きくなり（必要となる回転エネルギーが大きくなり）、高速作動し難いものとなる。

従って、本発明の目的は、構成が簡単でありながら、確かな開閉機能を発揮する弁体を備えた内燃機関の吸気制御装置を提供することに有る。

（特徴構成１）
上記目的を達成するための本発明に係る吸気制御装置の第一特徴構成は、内燃機関の吸気通路の開口面積を調節して当該内燃機関への吸入空気量を制御すべく、前記吸気通路に設けた軸受部で回動可能に支持された軸体を備えた弁体と、前記弁体が所定の角度範囲にあるとき前記吸気通路が遮断されて不感帯が形成されるよう、前記吸気通路の筒状内面のうち、前記軸体の軸芯に垂直な方向の最大内径に係る位置を含む領域に、前記弁体の回転軌跡に沿う凹面を構成したものであって、前記吸気通路の筒状内面の形状を、その通路方向に沿ってみたとき、前記軸体の軸芯に沿う方向の最大内径である第１内径よりも、当該軸芯に垂直な方向の最大内径である第２内径が小さくなるように構成すると共に、前記軸受部の近傍に位置する第１円弧部と、当該第１円弧部に連接する位置から前記第２内径に係る位置に至る第２円弧部とを備えて構成し、前記弁体の周縁部のうち前記第１内径に対応する位置から前記第２内径に対応する位置までの領域を、前記第１円弧部と同じ半径の円弧状周縁部とした点にある。

（作用効果）
本構成のごとく、吸気通路の内面に第１円弧部と第２円弧部とを備えて、第２内径に係る位置に不感帯を形成する凹面を形成することで、吸気通路の筒状内面と凹面との間に境界線が規定される。
円弧状の周縁部を有する弁体が吸気通路の内部で回転し、吸気通路を開口するとき、弁体の周縁部の全体が、前記不感帯から同時に離間するのが好ましい。不感帯の内面形状は、通常、弁体の平面形状を基準とし、当該基準となる平面形状が回転してできる回転体の外面に近接するように形成される。

本発明の弁体も、その周縁部のうち筒状内面の第１内径に対応する位置から第２内径に対応する位置までの領域を、第１円弧部と同じ半径の円弧状周縁部としてある。この部分が回転してできる回転体は部分球体となる。
この部分球体を鑑みると、弁体の軸芯近傍に位置する第１円弧部に係る領域は、弁体が何れの角度に回転しても、弁体と筒状内面とが常に近接しており、離間することはない。よって、このような領域の形状は、弁体・筒状内面の双方共に、例えば弁体の中央厚みの部分に係る円弧を用い、共通の円弧で構成すればよい。

これに対し、弁体と筒状内面とが近接・離間する通常の筒状内面と不感帯との境界部においては、異なる観点から筒状内面の形状を決定する必要がある。つまり、弁体は必ず所定の厚みを有する。よって、弁体が回転し、前記不感帯に対して到達・離間する瞬間に遮蔽機能に影響するのは、弁体周縁部の現実のエッジ部である。このエッジ部の平面形状は、その厚みのため、弁体の基準形状を決定する厚み中心の平面形状とは異なる。
このように、筒状内面の吸気通路に沿ってみた形状は、弁体に係る二種類の曲線で構成されることになる。

そこで本発明では、弁体の厚みを考慮して、吸気通路の筒状内面と、不感帯を形成する凹面との境界線を合理的に形成することを考える。前記弁体の現実のエッジ部の形状に注目した場合、傾斜した弁体の周縁部を吸気通路に沿って見た形状は概ね楕円となる。しかし、筒状内面の形状を望みの楕円形状に加工することは一般に困難である。そこで、本発明では、筒状内面のうち前記第１円弧部に連続する部分を第２円弧部とした。これにより、楕円形状を用いることなく、簡単な構成の円弧を用いるだけで、筒状内面の第１内径と第２内径とを設定することにした。

このように、本発明では弁体の厚みを考慮して不感帯の形状を決定すると共に、不感帯を加工するための筒状内面の形状決定を円弧の組合せを用いて行う。このため、吸気通路の形成が容易でありながら、確実な開閉機能を発揮する吸気制御装置を得ることができた。

（特徴構成２）
本発明に係る吸気制御装置の第二特徴構成は、前記第２円弧部の半径を前記第１円弧部の半径以下に構成した点にある。

（作用効果）
本構成のごとく、第２円弧部の半径を前記第１円弧部の半径以下に構成すれば、二つの円弧部の半径が同一半径で重なるように配置して、二つの円弧部を滑らかに連続させながら、前記第２内径を前記第１内径よりも小さく構成することができる。この結果、筒状内面を切削加工する場合など第１円弧部と第２円弧部との連続加工が容易となる。

（特徴構成３）
本発明に係る吸気制御装置の第三特徴構成は、前記弁体の平面形状を真円に構成した点にある。

（作用効果）
本構成の如く、弁体の平面形状が真円であれば、外周縁部の成形が極めて容易となり、高精度の弁体を低コストで作製することができる。

（特徴構成４）
本発明に係る吸気制御装置の第四特徴構成は、前記吸気通路の内部に前記軸体が露出しない状態で、前記軸体を前記弁体の側面に突出形成すると共に、前記弁体の厚みを、前記弁体の平面方向において前記軸体から離間するほど薄く構成した点にある。

（作用効果）
本構成のごとく、軸体が吸気通路に露出しない状態で、弁体の厚みを軸体から離間するほど薄く構成するものであれば、弁体が開放姿勢にあるとき、弁体の表面に沿って流れる空気の状態が極めて円滑なものとなる。この結果、弁体の軸受部で生じる圧損が最小限度に留められ、吸気効率のよい吸気制御装置を得ることができる。

また、弁体の厚みを軸体から離間するほど薄くすることで、弁体が回転する際の回転イナーシャが小さくなる。この結果、内燃機関の運転状態に応じて素早い開閉動作が可能となり、所期の角度に確実に停止等出来るから、吸気量の調節が極めて正確になる。

（特徴構成５）
本発明に係る吸気制御装置の第五特徴構成は、前記弁体の周縁部の側面形状を、当該弁体の回転軌跡によって形成される回転体の表面形状に一致する曲面形状とした点にある。

（作用効果）
前記不感帯の面形状は、弁体を回転させたときに得られる回転軌跡の表面形状に一致させている。よって、本構成のごとく、弁体の側面を上記回転体の表面形状に一致させることで、弁体と不感帯との隙間を極力狭くすることができる。この結果、弁体とボアの内面とのシール効果が高まり、吸気量の制御性能を高めた吸気制御装置を得ることができる。

（特徴構成６）
本発明に係る吸気制御装置の第五特徴構成は、前記弁体の周縁部のうち前記軸体に対して垂直方向に最も離間した領域に傾斜面を構成した点にある。

（作用効果）
当該傾斜面は、例えば弁体が不感帯から離間するとき最初に開口が形成される位置に設けてある。この箇所は、オリフィス効果によって空気の流速が高速になる。
弁体が吸気通路をある程度開き状態としたとき、傾斜面を形成した周縁部のうち、気流の上流側に位置する周縁部では、気流を弁体の表裏に分割する。このとき、傾斜面によって弁体の当該周縁部は略エッジ状に構成されているから、この部分で気流が弁体の表裏に円滑に分割される。このため、流通抵抗の増大が抑制され、吸気効率を高く維持することができる。
一方、傾斜面を形成した周縁部のうち、気流の下流側に位置する周縁部では、表裏に分割されていた気流が合流する。このとき、周縁部がエッジ状に薄く構成されているから、表裏の気流の合流が円滑に行われる。つまり、弁体の厚みが薄いため、周縁部の後端面に気流の回り込みが生じない。よって、当該部分で乱流が生じ難く、やはり流通抵抗を最小に留め、吸気効率を高く維持することができる。
このように、本構成であれば、吸気通路の圧損を低減し、吸気効率に優れた吸気制御装置を得ることができる。

（概要）
本発明に係る吸気制御装置は、一般の内燃機関のうち例えば自動車の内燃機関（以下、単に「内燃機関３５」と称する）に用いる。この制御装置は、内燃機関３５に設けた吸気通路１０の開口面積を調節して吸入空気量を制御する。吸気通路１０には回動自在な弁体３を設けてある。当該弁体３は、吸気通路１０の壁部に設けた軸受部５によって回動可能に支持されている。吸気通路１０には、弁体３が所定の角度範囲にあるとき吸気通路１０が遮断されるよう不感帯２ａを設けてある。当該弁体３は、内燃機関３５の運転状態等に応じて極めて速く開閉されるため、当該弁体３の停止誤差の影響等を解消するためのものである。
本発明は、吸気通路１０における弁体３の開閉機構に関するものであり、主には弁体３、及び、その周囲に設けた吸気通路１０の構造に関するものである。
以下、本発明の実施形態につき図面に基づいて説明する。

図９には、吸気弁１１と吸気弁体３（以下、単に「弁体３」と称する）との関係を示す。吸入空気は、内燃機関３５のピストン３０の下降に伴い、吸気通路１０から吸気弁１１を介して燃焼室３１に導入される。燃焼後の排気ガスは、排気弁２１を介して排気通路２０を通り、必要に応じて再循環され、最終的には内燃機関３５の外部に排出される。弁体３は、燃焼室３１に導かれる吸入空気の流量を調整する。

吸入空気の最適流量は内燃機関３５の負荷によって異なる。弁体３は、吸気弁１１に同期して極めて短時間に全閉状態と全開状態との間で変位する。このため弁体３の動作は、非常に高速且つ高精度に制御する必要がある。
このように、吸気弁１１の開閉タイミングに同期して弁体３を開閉制御することで、特に内燃機関３５が低中速領域で高負荷の場合に体積効率及び出力を向上することができる。また内燃機関３５が低速領域で低負荷時にある場合には、吸入空気の流速を上げることで燃焼改善を期待できる。

弁体３は、吸気通路１０の外側から図外のアクチュエータによって高速に駆動される。吸気通路１０の内部で吸入空気量を精度良く調整するには、弁体３に作用する回転イナーシャの影響を低減する必要がある。

図１及び図２は本発明の吸気制御装置の断面図である。図２は、図１に直交する方向での断面図である。当該吸気制御装置は、主に、ブロック体１・ボア２・弁体３・ボア２の抜け止めを行うプレート部材４の四つの部品で構成してある。吸気通路１０は、このうちブロック体１・ボア２・プレート部材４の三つの部材で構成される。
弁体３は、吸気通路１０を貫通する軸体５ａによって回動自在に支持され、吸気通路１０の断面積を調節する。軸体５ａは、吸気通路１０に設けた軸受部５によってその両端部を枢支される。軸体５ａは、その延伸方向で図外のアクチュエータに接続される。アクチュエータは、内燃機関３５の負荷・吸気弁１１の制御状態等に基づいて図外の制御部によって制御される。

ボア２は、内周面が吸気通路１０となる筒状の部材である。ボア２の内周面には、弁体３が所定角度θの範囲にあるとき、吸気通路１０を全閉状態に維持するための不感帯２ａを形成してある。ブロック体１は、ボア２を一方の端面側及び外周面側から包持し、ボア２と連通して吸気通路１０を形成する。プレート部材４は、ボア２の他方の端面側に位置し、ボア２及びブロック体１と連通して吸気通路１０を形成する。本実施形態では、プレート部材４は、ボア２を他方の端面側及び外周面側から包持すると共に、ブロック体１と当接する。

ボア２は、ブロック体１に設けた段部１ａによって包持される。ブロック体１には、前記段部１ａの外側に別の段部１ｂを備えており、ここに前記プレート部材４の筒状端部４ａを受け入れる。プレート部材４は、自身のフランジ部４ｂをブロック体１の開口端部１ｃに当接した状態で固定される。

ボア２の外周面には、ブロック体１との間に位置させるＯリング６ａと、プレート部材４との間に位置させるＯリング６ｂとを設けてある。これらＯリング６ａ，６ｂは、ともに弾性シール部材であり、吸気通路１０における気密を確保すると共に、ブロック体１及びプレート部材４に対するボア２のガタつきを吸収する。

ブロック体１とボア２とは、軸体５ａを支持する軸受部５によって位置決めされる。また、弁体３は二つのボルト７によって、弁体３の中心を貫通する軸体５ａと締結され、ボア２と弁体３とは、軸体５ａを支持する軸受部５によって位置決めされる。
二つのボルト７の頭部は、閉弁時に吸入側、即ち内燃機関３５のヘッドとは反対の方向に向くように締結される。これは、仮にボルト７が抜け落ちても、ピストン３０の側に落下するのを防止するためである。

ボア２の内面には、弁体３が吸気通路１０を全閉状態にする状態を、弁体３の回動方向に沿って所定角度θに亘って維持する不感帯２ａが設けてある。当該不感帯２ａは、弁体３の回転軌跡が形成する回転体に近接する表面を有する。弁体３が、吸気通路１０に沿う方向に対して垂直の回動位置にあるとき、吸気通路１０は全閉状態となる。この位置に対して回動方向の前後θ／２を不感帯２ａとするために凹部が形成される。弁体３が不感帯２ａに位置するとき、ボア２の内面と弁体３の周縁部とは常に同じクリアランスとなり、全閉状態が維持される。所定角度θは、例えば２０〜４０度（±１０〜２０度）である。

ボア２と弁体３とは、特に閉弁時におけるクリアランスを可能な限り小さくして、吸入空気のリーク量を少なくすることが望ましい。本実施形態のように、ボア２を独立した部品として構成すれば、弁体３に対する不感帯２ａを高精度かつ容易に形成することができる。

弁体３は、吸気通路１０の直交断面とほぼ同じ形状である。ボア２は上述した不感帯２ａを凹部として形成する必要がある。よって、図１に示すごとく、前記不感帯２ａの領域に比較して、その通路方向に沿った両側の筒状内面２ｄが少し肉厚を増して形成されている。このため、ブロック体１からボア２の方向へ流れる吸入空気が、ボア２の端面に衝突して抵抗となる可能性がある。従って、ボア２の端部には、面取り部２ｂが設けられて、この抵抗を低減させている。

図３は、ボア２の一部切欠斜視図である。前記凹部および前記面取り部２ｂが形成してある。また、ボア２の外周面には、上述したＯリング６ａ及びＯリング６ｂを取り付けるために２本の溝２ｃを設けてある。
凹部、面取り部２ｂ、溝２ｃは、ボア２において、流路方向に直交する中心軸に対して線対称に設けられている。従って、組み立て時にブロック体１に対して前後自在に取り付け可能である。

（弁体）
本実施形態における弁体３は、例えば図２に示す如く平面形状が真円となるように構成する。真円であれば、外周縁部の成形が極めて容易となり、高精度の弁体３を低コストで作製することができる。
当該弁体３は、例えば、回転イナーシャを軽減するために軽量のアルミニウム・樹脂等を用いて形成する。これらの材料はヤング率が低く、弁体３の剛性向上にも寄与する。剛性が高まれば、閉弁時に空気流からの外力を受けても変形せず、不感帯２ａとの僅かな隙間を一定間隔に維持でき、確実な遮蔽効果が発揮される。弁体３がボアの内面に接触しないので、両者の摩耗や損傷が生じず、吸気制御装置の耐久性・信頼性も高まる。その結果、吸気のインパルスチャージも可能となる。
また、アルミニウムや樹脂を用いることで弁体３を安価に作製することができる。万一、異物が入った時などの傷付きに対する摩擦係数を低減するために表面にはフッ化水素等のコーティングを施すとよい。

弁体３の側面形状は、図１或いは図４に示すごとく、弁体３の厚みを、弁体３の平面方向において前記軸体５ａから離間するほど薄く構成する。本実施形態では、側面形状が略ひし形となる例を示している。勿論、この他にも、例えば、扁平率の大きな楕円形状にする等、曲線状に厚みが薄くなる構成であってもよい。

本構成のごとく、弁体３の厚みを軸体５ａから離間するほど薄くすることで、弁体３の表面が凹凸の少ない形状となる。この結果、弁体３が開放姿勢にあるとき、弁体３の表面に沿って流れる空気の状態が極めて円滑になる。よって、弁体３で生じる空気の圧損が最小限度に留められ、吸気効率のよい吸気制御装置を得ることができる。

また、弁体３の厚みを軸体５ａから離間するほど薄くすることで、弁体３が回転する際の回転イナーシャが少なくなる。この結果、内燃機関の運転状態に応じて素早い開閉動作が可能となるうえ、所期の角度に確実に停止等出来るから、吸気量の調節が極めて正確になる。

さらに、本実施形態では、図４に示したごとく、弁体３の周縁部のうち軸体５ａに対して垂直方向に最も離間した領域に傾斜面３ａを構成してある。当該傾斜面３ａは、弁体３の表裏面の双方に構成してある。

弁体３の当該位置は、例えば弁体３が不感帯２ａから離間するとき最初に開口が形成される場所である。このような部分では、オリフィス効果によって気流の流速が高速になる。
傾斜面３ａを形成した周縁部のうち、気流の上流側に位置する周縁部では、気流を弁体３の表裏に分割する。このとき、弁体３の厚みが表裏面の傾斜面３ａによって略エッジ状に構成されているから、気流が円滑に分割される。このため、通気抵抗の増大が抑制され、吸気効率を高く維持することができる。弁体３が全開姿勢となった場合でも本効果は発揮される。
一方、傾斜面３ａを形成した周縁部のうち、気流の下流側に位置する周縁部では、表裏に分割されていた気流が合流する。このとき、周縁部がエッジ状に薄く構成されているから、表裏の気流の合流が円滑に行われる。つまり、弁体３の厚みが薄いため、周縁部の後端面に気流の回り込みが生じない。よって、当該部分で乱流が生じ難く、やはり通気抵抗を最小に留め、吸気効率を高く維持することができる。

各図では明瞭に示されていないが、弁体３の周縁部の側面形状は、当該弁体３の回転軌跡によって形成される回転体の表面形状に一致する曲面形状としてある。本実施形態では、弁体３の平面形状は真円であり、弁体３の周縁部の側面は球面に構成してある。

前記不感帯２ａの面形状は、弁体３を回転させたときに得られる回転軌跡の表面形状に一致させている。よって、本構成のごとく、弁体３の側面を上記回転体の表面形状に一致させることで、弁体３と不感帯２ａとの隙間を極力狭くすることができる。この結果、弁体３とボア２の内面とのシール効果が高まり、吸気量の制御性能を高めた吸気制御装置を得ることができる。

（ボア）
本実施形態のボア２は、図１から図３に示すごとく、主に、前記不感帯２ａを構成する部分と、それ以外の筒状内面２ｄを構成する部分とを有する。当該ボア２の作製に際しては、まず、流路方向に沿って一様に筒状内面２ｄを有するボア２を形成する。前記ボア２の形状は、前記軸体５ａの軸芯Ｘに沿う方向の最大内径を第１内径ｈ１とし、これに垂直な方向の最大内径を第２内径ｈ２とする。不感帯２ａを形成する厚みを確保する都合上、第１内径ｈ１よりも第２内径ｈ２が小さくなる。ボア２の作製は、アルミニウムを用いて鋳造成形したり、あるいは、一旦、内周が真円形状のボア２を形成した後、不感帯２ａを形成する部分に溶接等で肉盛りするなど、公知の技術を用いて行う。

本実施形態では、図４に示すごとく、ボア２の通路方向から見たとき、軸体５ａの軸受部５の近傍に位置する第１円弧部αと、当該第１円弧部αに連接する位置から前記第２内径ｈ２に係る位置に至る第２円弧部βとを備えてある。
尚、説明の便宜上、本実施形態においては、弁体３の四分の一の円弧のみにつき説明する。

筒状内面２ｄの形状は、弁体が厚みのない真円形状のとき、図４に二点鎖線で示した楕円ＡＤとなる。つまり、板状の弁体が不感帯２ａを離れる瞬間には弁体３の周縁部の略全体が不感帯２ａから離間し、吸気通路１０が開口するのが好ましい。この真円の弁体が不感帯２ａから離れる瞬間の姿勢を吸気通路１０の方向から見ると、真円を斜めから見るのと同じであり、つまり楕円となる。よって、厚みのない板状の真円弁体を用いる場合には、不感帯２ａと筒状内面２ｄとの境界線は、吸気通路１０の方向から見ても楕円となる。しかし、この境界線は、単に弁体３の真円形状に基づいた楕円形状とすると以下に示すような不都合が生じる。

まず、図４の左に示す軸体５ａの軸芯方向に沿って見た図から明らかなように、弁体３には厚みがあるため、不感帯２ａと筒状内面２ｄとの境界は線ＢＣ及び線ＢＦとなる。つまり、弁体３の厚み中心を通る真円に基づいて線ＡＧが境界線となるような筒状内面を形成したとしても、現実には、弁体３が不感帯２ａから離間する瞬間の状態を決定するのは、弁体３の表面にあるエッジ部分である。よって、境界線である線ＢＣが、弁体３のエッジ部分に極力沿うような筒状内面２ｄを形成する必要がある。ちなみに、図４の状態では、太線で示した線ＡＢおよび線ＢＣにおいて弁体３は筒状内面２ｄをシールする。

一方、弁体３のうち軸体５ａに近い領域に着目すれば、弁体３は筒状内面２ｄを線ＡＥ上の何れかの領域で線状にシールする。図４の状態では、線ＡＢ上でシールされている。
この状態から弁体３が反時計方向に位相した状態を図５（ａ）に示す。この状態では、弁体３は太い実線で示した線ＡＢで筒状内面２ｄをシールする。さらに、同じく太い実線で示したＢＩＧＨで囲まれた面によって弁体３は吸気通路１０をシールする。
弁体３が図４の状態から時計方向に変位した場合には、図５（ｂ）に示す如く、弁体３は吸気通路１０を太い実線ＡＪでのみシールする。
このように見れば、図４のＢ点よりも吸気通路１０の中心側では、線ＡＢ上の何れかの領域でのみシール効果が発揮されることがわかる。図４に示す如く、弁体３の最大厚みに係る点をＫ点とし、このＫ点を線ＡＢ上に回転させた点をＫ’とすると、線ＡＫ’上では弁体３は常に筒状内面２ｄに近接して吸気通路１０をシールする。つまり、線ＡＢ上のシールの境界点は、ＢＫ’上で変位する。よって、点Ｂから吸気通路１０の中心側は、弁体３の真円の半径に基づいて決定すればよいことがわかる。

ここで線ＡＢと線ＢＣとを点Ｂにおいてどのように連続させるかが重要となる。本実施形態の場合、弁体３の表面に形成した平面のうちエッジ部分を含む略半円の領域、つまり、弁体３の片側表面のうち軸芯Ｘに対して一方側の領域の平面形状は真円である。弁体３を回転させた回転体が球であるから、この切り口は必ず真円になるからである。しかし、当該弁体３の表面に形成された略半円の平面は、線ＡＧを通って弁体３の厚み中心を通る平面と平行ではない。よって、筒状内面２ｄを理想的な形状に仕上げようとすると、図４において点Ｂと点Ｃとを結ぶ曲線を決定するために吸気通路１０の方向から見た形状を正確に演算し、コンピュータ制御の工作機械等を用いて研削する必要がある。ただし、工作の手間、コスト等を考慮すればこのような手法は好ましくない。このため、線ＢＣに係る筒状内面２ｄの形状は以下に示すように近似する。

本発明の装置では、吸気通路１０の内面のうち軸受部５の近傍に第１円弧部αを備えると共に、これに続けて第２円弧部βを備える。つまり、吸気通路１０の内面形状に２種類の円弧状部を連続して形成する。具体的には、図４において第１円弧部αは線ＡＢの領域とし、第２円弧部βは線ＢＣの領域とする。点Ｃは、新たな中心Ｏ２点から、線ＡＯ１に対して垂直方向に点Ｄと同じ高さまで円弧が描けるように設定した点である。第１円弧部αの半径は、弁体３の外周縁の半径と同じｄ１である。このｄ１は、前記第１内径ｈ１の半分でもある。
一方、第２円弧部βの半径は、上記の如く円弧ＢＣを描けるようにｄ２に設定する。当該半径ｄ２は前記半径ｄ１よりも僅かに小さくなる。尚、Ｃ点とＤ点との間は例えば、直線状に形成する。このようにして構成したボア２を吸気通路１０の方向に沿って見た状態を図６に示す。

このように、第２円弧部βの半径を前記第１円弧部αの半径以下に構成すればボア２の第１内径ｈ１よりも第２内径ｈ２を小さく構成するのに、二つの円弧の半径が同一半径で重なるように配置して、二つの円弧を例えば図４のＢ点で滑らかに連続させることができる。この結果、筒状内面２ｄを切削加工する場合など、第１円弧部αと第２円弧部βとの連続加工が容易となる。
このように形成した筒状内面２ｄは、理想的な楕円に基づいて近似したものであるとはいえ、弁体３の厚みを考慮したものである。よって、吸気通路１０の筒状内面２ｄと不感帯２ａとの境界の形状は、弁体３の周縁部の形状とよく適合する。この結果、厚みを有する弁体３が不感帯２ａに対して到達・離脱するとき、吸気通路１０の開閉が明確に行われる。

以上のごとく、本発明であれば、吸気通路１０の方向から見た筒状内面２ｄの曲面形状を決定するのに、単純な二つの円弧の組み合わせで行うことができ、非常に簡単な構成とすることができる。このような円弧を組み合わせた形状で有れば、一般の工作機械を用いてボア２を作製することも容易となる。

〔別実施の形態〕
〈１〉上記実施形態では、前記第２円弧部βの半径を前記第１円弧部αの半径以下に構成したが、図７に示すように、双方の半径を同じに構成しても良い。
この場合、軸受部５の近傍に位置する第１円弧部αについては、図４の作製要領と同じである。そして、これに続く第２円弧部βについては、同じ半径ｄ１の第２円弧部βがＢ点およびＤ点を通過するように円の中心を新たにＯ３に設定する。
このような手法によっても筒状内面２ｄを容易に構成することができる。

〈２〉上記実施形態では、弁体３を真円に構成する例を示した。しかし、この他に、例えば図８に示すような、曲線部ＣＢＢＣと直線部ＣＣとを混合したレーストラック状の筒状内面２ｄを有するボア２’を構成すると共に、同じ外周縁の形状を有する弁体３’を用いることとしてもよい。この場合には、長手方向が軸体５ａの軸芯Ｘの方向となる。本構成であれば、軸体５ａに対する垂直方向の相対長さが短くなるから、回転イナーシャが低減される。よって、開閉速度が速く、レスポンスに優れた吸気制御装置を得ることができる。

本発明の吸気制御装置は、例えば、自動車の内燃機関３５に用いられる他、各種の内燃機関３５に適用可能である。

本発明の吸気制御装置の概要を示す側断面図 本発明の吸気制御装置の概要を示す平断面図 本発明の吸気制御装置の概要を示す一部切欠斜視図 本発明の弁体および吸気通路の形状に関する説明図 本発明の弁体および吸気通路の形状に関する説明図 本発明の吸気通路の形状を示す説明図 別実施形態に係る弁体および吸気通路の形状に関する説明図 別実施形態に係る弁体および吸気通路の形状に関する説明図 内燃機関の概要を示す説明図

符号の説明

２ａ 不感帯
２ｄ 筒状内面
３ 弁体
３ａ 傾斜面
５ 軸受部
５ａ 軸体
１０ 吸気通路
３５ 内燃機関
ｈ１ 筒状内面の第１内径
ｈ２ 筒状内面の第２内径
α 第１円弧部
β 第２円弧部
Ｘ 軸体の軸芯

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気通路の開口面積を調節して当該内燃機関への吸入空気量を制御すべく、前記吸気通路に設けた軸受部で回動可能に支持された軸体を備えた弁体と、前記弁体が所定の角度範囲にあるとき前記吸気通路が遮断されて不感帯が形成されるよう、前記吸気通路の筒状内面のうち、前記軸体の軸芯に垂直な方向の最大内径に係る位置を含む領域に、前記弁体の回転軌跡に沿う凹面を構成した内燃機関の吸気制御装置であって、
   前記吸気通路の筒状内面の形状を、その通路方向に沿ってみたとき、前記軸体の軸芯に沿う方向の最大内径である第１内径よりも、当該軸芯に垂直な方向の最大内径である第２内径が小さくなるように構成すると共に、前記軸受部の近傍に位置する第１円弧部と、当該第１円弧部に連接する位置から前記第２内径に係る位置に至る第２円弧部とを備えて構成し、
   前記弁体の周縁部のうち前記第１内径に対応する位置から前記第２内径に対応する位置までの領域を、前記第１円弧部と同じ半径の円弧状周縁部とした内燃機関の吸気制御装置。
2. 前記第２円弧部の半径を前記第１円弧部の半径以下に構成してある請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
3. 前記弁体の平面形状を真円に構成してある請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
4. 前記吸気通路の内部に前記軸体が露出しない状態で、前記軸体を前記弁体の側面に突出形成すると共に、
   前記弁体の厚みを、前記弁体の平面方向において前記軸体から離間するほど薄く構成してある請求項１〜３の何れか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
5. 前記弁体の周縁部の側面形状を、当該弁体の回転軌跡によって形成される回転体の表面形状に一致する曲面形状としてある請求項１〜４の何れか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
6. 前記弁体の周縁部のうち前記軸体に対して垂直方向に最も離間した領域に傾斜面を構成してある請求項１〜５の何れか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。

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