JP4637659B2 - 多気筒エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

この発明は、多気筒エンジンの吸気装置に関するものである。

特許文献１，２には、多気筒エンジンの気筒毎に形成された吸気通路の開口面積をエンジンの回転数に合わせて変化させることにより、吸気の流動を可変調整して吸気と燃料との混合割合を最適化するバルブ装置を備えた吸気装置が開示されている。この特許文献１では、バルブが吸気通路中央を多気筒列方向に挿通するシャフトに支持されて吸気通路に配置されている。一方、特許文献２では、２個のバルブが吸気通路から外れた位置に設けられたシャフトにそれぞれ支持されて対向配置されている。
特開２００２−１０６３７０号公報（第３頁、図５） 特開２００１−１５２９８９号公報（第４頁、図２）

ところで、エンジンの高速回転時には、バルブを全開にして吸気をスムーズに流してシリンダヘッドに導入しなければならない。しかし、上記特許文献１では、バルブ開状態でバルブが吸気通路の中央に位置し、しかもバルブのシャフト挿通部分がバルブ本体の厚みよりも大きく膨出しているため、吸気の流れを阻害してしまう。

一方、特許文献２では、エンジンの高速回転時には、バルブ開状態でバルブが吸気ケーシング壁面に接し、しかもバルブを支持するシャフトが吸気通路から外れた位置にあるため、吸気の流れを阻害することがない。しかし、エンジンの低速回転時には、上記２個のバルブの先端同士が吸気通路中央で近接するため、バルブ先端と燃料噴射ノズルとの隔たりが大きく、燃料噴射ノズル近傍に吸気を効率よく導くことができなくて、吸気中に燃料を満遍なく混合させることが困難となり、気筒内での燃料の燃焼が不十分となってエンジンの性能を低下させることになる。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、エンジンの高速回転時には、吸気通路を吸気がスムーズに流れてシリンダヘッドに導入され、エンジンの低速回転時には、燃料噴射ノズルから噴射される燃料と吸気とが効率よく混合するように吸気を燃料噴射ノズル近傍に導いて、エンジンの性能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、多気筒エンジンの吸気装置の吸気通路に配置されるバルブ装置の位置及び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と、該吸気ケーシングの吸気通路に臨むように配設された燃料噴射ノズルと、該燃料噴射ノズルの上流側の吸気通路を開閉するバルブ装置とを備えた、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、上記バルブ装置は、挿通孔を有する筒状のヒンジ部が板状バルブ本体の基端に形成され、上記挿通孔の孔中心が上記バルブ本体の回動中心に合致するバルブと、上記ヒンジ部を保持する保持部材とで構成され、該保持部材は、水平方向に延びる水平板部と、該水平板部から下方に向かって平行に突出する第１垂直板部及び第２垂直板部とを備え、上記ヒンジ部は上記第１垂直板部及び第２垂直板部の各々の突出端部間に回動中心が両垂直板部の板面に沿うように回動自在に嵌合保持され、上記吸気通路の燃料噴射ノズルの取り付け位置とは反対側で且つ上流側の吸気ケーシング壁面側には、上記バルブ装置の保持部材が収納される収納部が設けられ、上記保持部材には係合部が設けられている一方、上記吸気ケーシング壁面には上記係合部が係合する被係合部が設けられ、上記係合部を被係合部に係合させることにより上記バルブ装置が吸気ケーシング内に取り付けられるようになっており、上記バルブの挿通孔には、多気筒列方向に延びるシャフトがバルブに対して回動不能に挿入され、上記シャフトは吸気ケーシングに対して回動可能に取り付けら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に記載の多気筒エンジンの吸気装置において、バルブ装置の下流側の吸気通路は、エンジンの低速運転時にバルブ本体によって閉じられてバルブ装置の上流側の吸気通路との連通が遮断されるとともにエンジンの高速運転時に開かれてバルブ装置の上流側の吸気通路と連通する第１通路と、該第１通路に並設されエンジンの全運転域で上記バルブ本体の回動によって開閉されることなく常時上流側の吸気通路と連通する第２通路とに仕切壁によって区画され、燃料噴射ノズルは上記第２通路に臨んで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に記載の多気筒エンジンの吸気装置において、上記係合部は、上記第２垂直板部に沿うように上記水平板部から下方に向かって突出し、上記被係合部は、上記係合部が係合する凹状をなしていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、バルブのシャフト挿通部分であるヒンジ部が保持部材で覆われた状態で保持されて吸気ケーシング壁面側の収納部に配置され、バルブが全開状態で上記吸気ケーシング壁面に沿っているので、エンジンの高速回転時に吸気通路を流れる吸気の流れをバルブが阻害することがなく、吸気をスムーズに流してシリンダヘッドに導入することができる。一方、エンジンの低速回転時のバルブ閉状態には、バルブ先端（バルブ本体のヒンジ部と反対側）が燃料噴射ノズルに接近しているので、吸気を燃料噴射ノズル近傍に集中して導き、燃料噴射ノズルから噴射される燃料を吸気中に満遍なく混合して、エンジンの性能を向上させることができる。

さらに、バルブ装置を吸気ケーシング内に取り付ける前に、バルブ本体のヒンジ部を保持部材で嵌合保持してバルブ本体と保持部材とを組み込み、この状態で保持部材の係合部を吸気ケーシング壁面の被係合部に係合させてバルブ装置を吸気通路に位置決めしてバルブ装置を吸気ケーシング内に取り付け、後は各バルブ本体の上記ヒンジ部の挿通孔に気筒列方向からシャフトを挿通するだけで、バルブ装置を吸気ケーシング内に簡単に取り付けることができる。

請求項２に係る発明によれば、エンジンの低速回転時には、燃料噴射ノズルから遠い第１通路が閉じられて燃料噴射ノズル側の第２通路のみが開いているので、吸気の燃料噴射ノズル近傍への集中導入を確実に行い得て、燃料噴射ノズルから噴射される燃料を吸気中に満遍なく混合して、エンジンの性能向上を確実に行うことができる。

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。

（実施形態１）
図１〜図５は、この発明の実施形態１に係る多気筒エンジンの吸気装置を示す。該吸気装置は、図３に示すように吸気通路５を有し、エンジンのシリンダヘッド７とインテークマニホールド３との間に配置され、吸気は多気筒エンジンの気筒毎に上記インテークマニホールド３から吸気ケーシング１を通ってシリンダヘッド７へ流れるように吸気通路が設けられている。

上記吸気装置は、略矩形の貫通孔９を有する２個のバルブ装着部１１を接続部１３を介して一体に接続して形成されている。上記バルブ装着部１１の貫通孔９は、図３に示すように、吸気の流速を早めるために、シリンダヘッド７に接続される側（下流側）がインテークマニホールド３に接続される側（上流側）よりも狭く開口している。

上記バルブ装着部１１の貫通孔９両端の外周縁にはフランジ１７が一体に形成されているとともに、バルブ装着部１１両側端部にはボルト挿通孔１９ａを有するボス部１９が一体に形成されていて、上記バルブ装着部１１の上流側フランジ１７に対応するインテークマニホールド３のフランジ２１には、ボルト挿通孔１９ａに対応する位置にボルト挿通孔（図示せず）が設けられている。同じように、上記バルブ装着部１１の下流側フランジ１７に対応するシリンダヘッド７のフランジには、ボルト挿通孔１９ａに対応する位置にボルト挿通孔（図示せず）とねじ山が設けられている。シリンダヘッド７の下流側フランジに上記吸気ケーシング１のフランジ１７を重ね合わせ、上記吸気ケーシング１の上流側フランジ１７にインテークマニホールド３のフランジ２１を重ねてボルト挿通孔１９ａにボルト（図示せず）を挿通してインテークマニホールド３と吸気ケーシング１をシリンダヘッド７に一体に組み付けられている。

上記バルブ装着部１１のシリンダヘッド７が接続される側（下流側）には、挿入孔２３ａを有するボス部２３が一体に形成され、上記挿入孔２３ａには、噴射口２５ａが吸気ケーシング１の吸気通路５に臨むように燃料噴射ノズル２５が斜めに挿入されてボス部２３に配置されている。

上記吸気通路５の燃料噴射ノズル２５の取り付け位置とは反対側で且つ上流側のバルブ装着部１１壁面（吸気ケーシング１壁面）には、後述するバルブ装置３５の保持部材４１が収納される収納部２７が設けられている。

上記吸気ケーシング１両側端部には菱形のフランジ２９ａ，２９ｂが一体に突設され、一方のフランジ２９ａにはバルブ回転制御装置（図示せず）が取り付けられるようになっているとともに、他方のフランジ２９ｂにはバルブ回転角度検知装置（図示せず）が取り付けられるようになっている。これらフランジ２９ａ，２９ｂの中央部分には挿通孔３１が形成されているとともに、上記バルブ装着部１１及び接続部１３にも挿通孔３１が気筒列方向に直線的に連通するように形成されている。挿通孔３１の中にはシャフト挿通孔３９ａを有する軸受部３３が回動可能に挿入されている。

上記バルブ装着部１１における燃料噴射ノズル２５の上流側には、吸気通路５を開閉するバルブ装置３５が装着されている。該バルブ装置３５は、上記インテークマニホールド３からエンジンのシリンダヘッド７に導入される吸気の流動を可変調整するものである。上記バルブ装置３５は、図５にも示すように、バルブ３６と保持部材４１とで構成されている。上記バルブ３６は矩形板状のバルブ本体３７を備え、該バルブ本体３７の基端には内部に断面四角形のシャフト挿通孔３９ａを有する筒状のヒンジ部３９が膨出形成されている。そして、上記バルブ３６は、上記挿通孔３９ａの孔中心が上記バルブ本体３７の回動中心に合致している。一方、上記保持部材４１は水平板部４３を備え、該水平板部４３の一端には第１垂直板部４５が下方に向かって突出するとともに、上記水平板部４３の中程には第２垂直板部４７が下方に向かって上記第１垂直板部４５と平行に突出している。上記第２垂直板部４７は第１垂直板部４５よりも長く延出し、上記第２垂直板部４７の延出端部の第１垂直板部４５側の面には、上記バルブ３６のヒンジ部３９を第１垂直板部４５の突出端部とで回動自在に嵌合保持する回動凹部４７ａが形成され、上記バルブ３６のヒンジ部３９を第１垂直板部４５と第２垂直板部４７との間の回動凹部４７ａに嵌合させるようになっている。つまり、上記ヒンジ部３９は、上記第１垂直板部４５及び第２垂直板部４７の各々の突出端部間に回動中心が両垂直板部４５、４７の板面に沿うように回動自在に嵌合保持されている。上記のように第１垂直板部４５と第２垂直板部４７との長さに差を設けているのは、上記バルブ３６を保持部材４１にセットしてバルブ装着部１１の収納部２７に装着した際に、第１垂直板部４５がバルブ本体３７の回動を阻害しないようにするためである。さらに、上記保持部材４１の第１垂直板部４５が設けられた水平板部４３の他端には、係合部としての係合凸部４９が上記第２垂直板部４７に沿うように上記水平板部４３から下方に向かって突出している。一方、上記収納部２７におけるバルブ装着部１１壁面（吸気ケーシング１壁面）には、上記係合凸部４９が係合する被係合部としての被係合凹部５０が凹設され、上記係合凸部４９を被係合凹部５０に係合させることによりバルブ装置３５がバルブ装着部１１の収納部２７に取り付けられるようになっている。

上述の如く構成されたバルブ装置３５は、保持部材４１の係合凸部４９をバルブ装着部１１壁面の収納部２７に設けられた被係合凹部５０に係合してバルブ装着部１１に位置決めされ、多気筒列方向に延びる断面四角形のシャフト５１がバルブ３６の挿通孔３９ａにバルブ３６に対して回動不能に挿入され、バルブ装着部１１の貫通孔９（吸気通路５）に支持されて装着される。この装着状態で上記シャフト５１は吸気ケーシング１に対して回動可能に取り付けられている。

その装着要領を具体的に説明すると、１本のシャフト５１を一方のバルブ装着部１１側の側面菱形フランジ２９ａに設けられた挿通孔３１の中に挿入された軸受部３３のシャフト挿通孔３９ａに気筒列方向に挿入し、次に、上記バルブ装置３５のバルブ３６のシャフト挿通孔３９ａに挿入し、次いで接続部１３の挿入孔３１の中に挿入された軸受部３３のシャフト挿通孔３９ａに挿入し、更に他方のバルブ装着部１１のバルブ装置３５のバルブ３６のシャフト挿通孔３９ａに挿入し、挿通孔３１の中に挿入された軸受部３３のシャフト挿通孔３９ａに通して側面菱形フランジ２９ｂから突出させる。これにより、シャフト５１及びシャフト挿通孔３９ａは断面四角形であるため、シャフト５１の空回りが防止されて両者は一体的に結合されて、上記シャフト５１はバルブ３６に対して回動不能に挿入されている。また、シャフト５１は３個の軸受部３３のシャフト挿通孔３９ａと２個のバルブ３６のヒンジ部３９の挿通孔３９ａに交互に串刺し状に挿通されて、吸気ケーシング１に対して回動可能に取り付けられ、バルブ３６がヒンジ部３９回りに吸気ケーシング１の各バルブ装着部１１内で吸気通路５を開閉可能に回動支持される。

このようにバルブ装着部１１内に取り付けられたバルブ装置３５は、エンジンの高速回転時には図３実線で示すようにバルブ本体３７を吸気ケーシング１壁面に沿わせて吸気通路５を全開し、吸気をインテークマニホールド３からスムーズに流してシリンダヘッド７に導入する一方、エンジンの低速回転時には図３仮想線で示すように吸気通路５を閉じて燃料噴射ノズル２５側のバルブ装着部１１壁面とバルブ本体３７先端との間に狭小通路５３が形成され、吸気を燃料噴射ノズル２５近傍に集中して導くようになっている。

このように実施形態１では、バルブ３６のヒンジ部３９が保持部材４１で覆われた状態で保持されて燃料噴射ノズル２５の取り付け位置とは反対側で且つ上流側のバルブ装着部１１の収納部２７に配置され、バルブ３６がバルブ開状態で上記バルブ装着部１１（吸気ケーシング１）の壁面に沿って静止しているので、エンジンの高速回転時に吸気通路５を流れる吸気の流れをバルブ３６が阻害することがなく、吸気をスムーズに流してシリンダヘッド７に導入することができる。一方、エンジンの低速回転時のバルブ閉状態には、バルブ本体３７先端が燃料噴射ノズル２５に接近して両者間に狭小通路５３を形成しているので、吸気を燃料噴射ノズル２５近傍に集中して導き、燃料噴射ノズル２５から噴射される燃料を吸気中に満遍なく混合して、エンジンの性能を向上させることができる。

さらに、実施形態１では、バルブ装置３５をバルブ装着部１１内に取り付ける前に、バルブ３６のヒンジ部３９を保持部材４１で嵌合保持し、この状態で保持部材４１の係合凸部４９をバルブ装着部１１壁面の吸気ケーシング１上流側の被係合凹部５０に係合させてバルブ３６をバルブ装着部１１に位置決めできるので、バルブ３６を保持したり位置決めする治具を必要とせず、上記ヒンジ部３９の挿通孔３９ａにシャフト５１を挿通するだけで、バルブ装置３５をバルブ装着部１１内に簡単に取り付けることができる。

（実施形態２）
図６及び図７は実施形態２における図２及び図３相当図を示す。この実施形態２では、吸気通路５のシリンダヘッド７側（下流側）の燃料噴射ノズル２５側方に、扁平板状の仕切壁５５が吸気流通方向に沿うように接近配置され、該仕切壁５５における上流側端部５５ａのバルブ本体３７側は傾斜面に形成されている。そして、上記バルブ装置３５の下流側の吸気通路５ａは、収納部２７側で吸気通路５の大半を占める広い第１通路５７ａと、該第１通路５７ａに並設され燃料噴射ノズル２５が臨む狭い第２通路５７ｂとに上記仕切壁５５により区画されている。これにより、上記第１通路５７ａは、エンジンの低速運転時にはバルブ本体３７によって閉じられてバルブ装置３５の上流側の吸気通路５ｂとの連通が遮断される（図７仮想線参照）とともに、エンジンの高速運転時に開かれてバルブ装置３５の上流側の吸気通路５ｂと連通するようになっている（図７実線参照）。また、上記第２通路５７ｂは、エンジンの全運転域で上記バルブ本体３７の回動によって開閉されることなく常時上流側の吸気通路５ｂと連通するようになっている。その他は実施形態１と同様に構成されているので、同一の構成箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。

したがって、実施形態２では、吸気通路５のシリンダヘッド７側（下流側）の燃料噴射ノズル２５側方に仕切壁５５を設け、エンジンの低速回転時には、バルブ本体３７により第１通路５７ａを上流側の吸気通路５ｂと遮断して第２通路５７ｂのみ上流側の吸気通路５ｂと連通させているので、吸気を燃料噴射ノズル２５近傍への集中導入を確実に行い得て、燃料噴射ノズル２５から噴射される燃料を吸気中に万遍なく混合して、エンジンの性能向上を確実に行うことができる。

（実施形態３）
図８乃至図１０は実施形態３における図２、図３及び図５相当図を示す。この実施形態３では、バルブ本体３７が燃料噴射ノズル２５寄りの貫通孔９（吸気通路５）の断面形状に対応した形状に形成され、バルブ本体３７先端に燃料噴射ノズル２５のボス部２３外形形状に対応させて凹状に湾曲した円弧部３７ａが形成されている。その他は実施形態１と同様に構成されているので、同一の構成箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。

したがって、実施形態３では、バルブ本体３７先端に燃料噴射ノズル２５のボス部２３外形形状に対応して円弧部３７ａが形成されているので、狭小通路５３はバルブ本体３７先端の円弧部３７ａと燃料噴射ノズル２５のボス部２３との間にのみ形成され、しかも、その幅は均等幅に形成されているので、狭小通路５３がボス部２３の外側方にまで広がっている実施形態１に比べて狭くなっており、エンジンの低速回転時のバルブ閉状態には、上記狭小通路５３から吸気を燃料噴射ノズル２５近傍に実施形態１に比べてより集中して導き、燃料噴射ノズル２５から噴射される燃料を吸気中により満遍なく混合して、エンジンの性能を向上させることができる。

（実施形態４）
図１１及び図１２は実施形態４における図２及び図３相当図を示す。この実施形態４では、バルブ本体３７が燃料噴射ノズル２５寄りの貫通孔９（吸気通路５）の断面形状に対応した形状に形成され、バルブ本体３７先端に燃料噴射ノズル２５のボス部２３外形形状に対応させて凹状に湾曲した円弧部３７ａが形成されていることに関しては実施形態３と同様である。また、吸気通路５のシリンダヘッド７側（下流側）の燃料噴射ノズル２５側方に、板状の仕切壁５５が設けられて、吸気通路５が第１通路５７ａと第２通路５７ｂとに区画されている点においては実施形態２と同様であるが、実施形態２では、仕切壁５５は扁平板状であるのに対し、実施形態４では燃料噴射ノズル２５のボス部２３外形形状に対応させて凹状に湾曲した形状をして燃料噴射ノズル２５のボス部２３側の壁面を取り囲むように接近配置されている。その他は実施形態１と同様に構成されているので、同一の構成箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。

したがって、実施形態４では、実施形態３と同様に、バルブ本体３７先端に燃料噴射ノズル２５のボス部２３外形形状に対応して円弧部３７ａが形成されているので、狭小通路５３はバルブ本体３７の円弧部３７ａと燃料噴射ノズル２５のボス部２３との間にのみ形成され、しかも、その幅は均等幅に形成されているので、実施形態３と同様に、エンジンの低速回転時において狭小通路５３により吸気集中効果を得ることができる。さらに、仕切壁５５が燃料噴射ノズル２５のボス部２３外形形状に対応させて凹状に湾曲した形状に形成されて燃料噴射ノズル２５のボス部２３側を取り囲むように接近配置されているので、狭小通路５３に連続する第２通路５７ｂを実施形態２に比べて小さくすることができ、エンジンの低速回転時には、吸気の燃料噴射ノズル２５近傍への集中導入をより確実に行うことができ、バルブ本体３７の円弧部３７ａにより形成された狭小通路５３との相乗効果により吸気の集中導入をより向上させて、燃料噴射ノズル２５から噴射される燃料を吸気中により満遍なく混合してエンジンの性能向上をより一層確実に行うことができる。

この発明は、多気筒エンジンの吸気装置について有用である。

実施形態１に係る多気筒エンジンの吸気装置が適用された吸気ケーシングの斜視図である。 実施形態１に係る多気筒エンジンの吸気装置が適用された吸気ケーシングの平面図である。 実施形態１に係る多気筒エンジンの吸気装置が適用された吸気ケーシングにおけるバルブ装着部の断面図である。 実施形態１においてバルブ装置を装着する前の状態の吸気ケーシングの斜視図である。 実施形態１におけるバルブ装置を示し、（ａ）はバルブ装置の斜視図、（ｂ）は保持部材の斜視図、（ｃ）はバルブの斜視図である。 実施形態２における図２相当図である。 実施形態２における図３相当図である。 実施形態３における図２相当図である。 実施形態３における図３相当図である。 実施形態３における図５相当図である。 実施形態４における図２相当図である。 実施形態４における図３相当図である。

１ 吸気ケーシング
５ 吸気通路
２５ 燃料噴射ノズル
２７ 収納部
３５ バルブ装置
３６ バルブ
３７ バルブ本体
３９ ヒンジ部
３９ａ 挿通孔
４１ 保持部材
４９ 係合凸部（係合部）
５０ 被係合凹部（被係合部）
５１ シャフト

Claims (3)

1. 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と、該吸気ケーシングの吸気通路に臨むように配設された燃料噴射ノズルと、該燃料噴射ノズルの上流側の吸気通路を開閉するバルブ装置とを備えた、多気筒エンジンの吸気装置であって、
   上記バルブ装置は、挿通孔を有する筒状のヒンジ部が板状バルブ本体の基端に形成され、上記挿通孔の孔中心が上記バルブ本体の回動中心に合致するバルブと、上記ヒンジ部を保持する保持部材とで構成され、
   該保持部材は、水平方向に延びる水平板部と、該水平板部から下方に向かって平行に突出する第１垂直板部及び第２垂直板部とを備え、上記ヒンジ部は上記第１垂直板部及び第２垂直板部の各々の突出端部間に回動中心が両垂直板部の板面に沿うように回動自在に嵌合保持され、
   上記吸気通路の燃料噴射ノズルの取り付け位置とは反対側で且つ上流側の吸気ケーシング壁面側には、上記バルブ装置の保持部材が収納される収納部が設けられ、
   上記保持部材には係合部が設けられている一方、上記吸気ケーシング壁面には上記係合部が係合する被係合部が設けられ、上記係合部を被係合部に係合させることにより上記バルブ装置が吸気ケーシング内に取り付けられるようになっており、
   上記バルブの挿通孔には、多気筒列方向に延びるシャフトがバルブに対して回動不能に挿入され、
   上記シャフトは吸気ケーシングに対して回動可能に取り付けられていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
2. 請求項１に記載の多気筒エンジンの吸気装置において、
   バルブ装置の下流側の吸気通路は、エンジンの低速運転時にバルブ本体によって閉じられてバルブ装置の上流側の吸気通路との連通が遮断されるとともにエンジンの高速運転時に開かれてバルブ装置の上流側の吸気通路と連通する第１通路と、該第１通路に並設されエンジンの全運転域で上記バルブ本体の回動によって開閉されることなく常時上流側の吸気通路と連通する第２通路とに仕切壁によって区画され、燃料噴射ノズルは上記第２通路に臨んでいることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
3. 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、
   上記係合部は、上記第２垂直板部に沿うように上記水平板部から下方に向かって突出し、
   上記被係合部は、上記係合部が係合する凹状をなしていることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。

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