JP5207093B2 - 内燃機関用吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用吸気装置に関し、詳しくは、エンジンの駆動速度に対応してサージタンクからエンジンの吸気部に空気を供給する経路長を切り換えるロータリバルブを備えたものにおいて、このロータリバルブのシール構造の改良に関する。

上記のように構成された吸気装置に関連するものとして特許文献１には、サージタンク部の空気をエンジンに導入する分岐管部で成るインテークマニホルドを備え、サージタンクの空気をインテークマニホルドの終端部分に送るバイパス吸気経路を備え、このバイパス経路の連通・遮断を行うロータリバルブを備えた構成が示されている。この特許文献１では、エンジンの低速回転時にロータリバルブでバイパス経路を閉じることで、インテークマニホルドを介して長い吸気経路長で空気を供給することによる慣性過給効果を得ている。また、エンジンの高速回転時にはロータリバルブでバイパス経路を連通させることで短い吸気経路長で多量の空気を供給できるように構成されている。

この特許文献１の吸気装置では、ロータリバルブがケーシングとロータとで構成されている。また、長い吸気経路で空気を供給する状態においてバイパス経路から空気が流入した場合には慣性過給効果が損なわれるため、ロータとケーシングとの間にガスケットを備えている。このガスケットを備えるための具体的な構造として、ロータの外周に周方向に沿う環状溝と、回転軸芯に沿う直線溝とが形成されている。ガスケットは、環状溝に嵌入される円弧シール部と直線溝に嵌入される直線シール部とを一体形成した構造のものが用いられている。このような構造から円弧シール部を円弧溝に嵌入し、直線シール部を直線溝に嵌入する形態でガスケットがロータの外面に支持されている。

また、特許文献２には、特許文献１と同様に吸気管の長さの切り換えを行う切替ローラ（本発明のロータリバルブに相当）を回転自在に備え、シール性を高めるためのシールエレメントを切替ローラに備えた構成が示されている。シールエレメントは平行姿勢の一対のシール条片と、これらの両端部に配置されるリングエレメントとを一体的に形成した構造を有しており、切替ローラの外面に嵌め込む形態で係合支持される。

特開２００５‐１１３８７３号公報（段落番号〔００２５〕〜〔００３３〕、図１〜図５） 特表２００１‐５１９００６号公報

吸気経路長を切り換えるロータリバルブが、ケーシングと、その内部に回転自在に収容されたロータとで構成されたものにおいて、特許文献１、特許文献２に示されるようにロータの外面にシール材を備えたものでは次に説明する不都合を招くことがあった。

つまり、ロータは、空気を流通させる開口状の空間と、空気の流れを遮断するための壁状部とを備えている。また、壁状部で空気の流れを遮断した際に不要な空気の漏出を確実に抑制するため、シール材は壁状部の近傍において外方（回転軸芯を基準にして外方）に突出する形態で備えられることになる。

壁状部は、開口状の空間と隣接する位置に配置されるため、シール材も流通空間に隣接する位置に配置される。このような配置関係から、シール材をロータの外面に備える構成では、シール材がロータの外方に突出する形態となり、壁状部や流通空間の形状を気流制御に適した形状に設定できず、開口状の空間における気流をシール材が阻害する不都合を招きやすいものであった。また、シール材をロータの外面に備える構成では、ロータ及びケーシングのボアの変形があっても、バルブの回転がスムーズにできる様にロータとシール材の間に空間を備える必要があり、ロータが大型化（大径化）する。また、大型化することにより、摺動抵抗や重量の増加に繋がるものであった。

前述したようにシール材がロータの外面に突出して配置されるものでは、回転軸芯周りでロータが回転した場合にはシール材がケーシング内面に常時接触し、摺動抵抗によりエネルギーを無駄に消費することになる。

また、ロータにシール材が備えられているため、例えば、振動によりロータの半径方向で、このロータとケーシングとの間隔が乱れた場合にはシール材とケーシングとの間に隙間が発生し密封性の低下も考えられた。特に振動が作用した場合には、ロータの外面のうちシール材が配置されていない部位においてロータが大きく振動してケーシングの内面に接触して異音を発生することも考えられている。

このように、気流制御の困難性、大型化、エネルギーロス、密封性の低下、異音の発生等は、ロータの外面にシール材を突出する形態で配置する構成から誘因されるものであり、これらを一挙に解消することは困難と考えられる。

本発明の目的は、気流制御を良好に行い、ロータリバルブでのエネルギーロスを低減し得る内燃機関用吸気装置を小型に構成する点にある。

本発明の特徴は、サージタンクと、前記サージタンクに連通する第１吸気経路と、前記サージタンクに連通する第２吸気経路と、前記第１吸気経路に接続する第１ポート、前記第２吸気経路に接続する第２ポート、及び内燃機関の吸気部に接続する出口ポートを備えるケーシングと、前記ケーシングのバルブケース部に回転軸芯周りに回転可能に収容されるロータを有し、前記ロータの回転により前記吸気部に送られる吸気を制御するロータリバルブと、前記ロータにより前記第１ポート、前記第２ポート、及び前記出口ポートのうち少なくともいずれかを閉塞している状態において、前記ロータと前記バルブケース部の前記ロータと対向する面との間をシールする第１シールと、を備え、前記ケーシングは、第１ケーシングと第２ケーシングとで構成され、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを連結することにより前記バルブケース部を形成し、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを連結する前に、前記第１シールが前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとに嵌め込まれ、且つ、前記ロータが前記第１ケーシング又は前記第２ケーシングに配置されて前記ロータリバルブを組み立てる点にある。

これによると、いずれかのポートを閉塞していない状態においては、第１シールがロータとバルブケース部とをシールしないように構成してもよいので、閉塞状態ではシール機能を有しつつ、ロータ回転時の摺動抵抗を低減させることができる。また、ロータとバルブケース部とを常時シールする必要がないので、第１シールを設ける領域を減少させることができ、装置の小型化が可能となるとともに、ロータを気流制御に適した形状としやすくなる。従って、気流制御を良好に行い、ロータリバルブでのエネルギーロスを低減し得る内燃機関用吸気装置を小型に構成することができる。さらに、組み立て時にケーシング内面が大きく開放した状態となるので簡単な組み立て工程により第１シールをケーシング内面に支持できる。また、支持した第１シールの抜け止めをロータによって行うことも可能となる。

本発明において、前記第１シールは、前記ロータの外周面と、前記バルブケース部の前記ロータの外周面と対向する面との間に設けられてもよい。
これによると、ロータの外周面と、この外周面に対向するバルブケース部の面との間から空気が漏れることを防止できるので、気流制御を一層良好に行うことができる。

本発明において、前記第１シールは、前記ロータが前記ロータと対向する前記バルブケース部の面に当接することを抑制してもよい。
これによると、振動が作用した場合でも、ロータとバルブケース部が接触して異音を発することを抑制できる。

本発明において、前記第１シールは、前記バルブケース部に設けられ、前
記ロータ側に突出してもよい。
これによると、例えば、ロータにシールを備えるもののように、ロータの回転に伴ってシールの移動を許す空間を確保する必要がないので、さらなる装置の小型化が可能となる。また、ロータにシールを備える必要がないので、ロータを気流制御の観点から好適な形状とする自由度が向上する。

本発明において、前記第１シールは、前記回転軸芯に沿う直線状のシール面を備えてもよい。
これによると、第１シールの形状が簡易でありながら、ロータとバルブケース部とが良好にシールされるので、コスト面で有利なものとなる。

本発明において、前記第１シールは、付勢部材により前記ロータ側に付勢されてもよい。
これによると、付勢部材の付勢力によってシール材の突出端をロータの弁部等に積極的に接触させて空気の流れを制限して密封性の向上が可能となる。

本発明において、前記バルブケース部に、前記回転軸芯を中心とするリング状又は円弧状の第２シールが設けられ、前記第２シールは、前記バルブケース部の面と、前記ロータの側面又は外周面とをシールしてもよい。
これによると、ポートの部位において回転軸芯に沿う方向への空気の流れを第２シールで抑制できシール性を一層向上できる。

本発明において、前記第２シールは、前記第１シールと係合可能でもよい。
これによると、第１シールと第２シールを装置に組み付ける際の作業性が向上するとともに、第１シールと第２シールとの間に隙間が生じないようにシールすることにより密封性が向上する。

本発明において、前記バルブケース部には、前記回転軸芯に沿って溝部が形成され、前記回転軸芯の周方向において、前記回転軸芯側とは反対側の前記溝部の幅は、前記回転軸芯側の前記溝部の幅より広く形成され、前記回転軸芯の周方向において、先端側より基端側の幅が広い断面形状の前記第１シールを前記回転軸芯に沿う方向から挿入することで、前記第１シールが前記バルブケース部に支持されてもよい。
これによると、溝部に対して第１シールを挿入することにより、この第１シールをケーシングに対して回転軸芯方向への抜け止め状態で支持することができる。更に、溝部と第１シールとの隙間を小さくすれば、ロータの振動をより抑制することができる。

本発明において、前記ロータには弁部が形成され、前記弁部が前記出口ポートを閉塞する状態の時に、前記出口ポートに対して吸気の流入を許容する切り欠き部が前記弁部に形成されてもよい。
これによると、弁部を、出口ポートを閉塞する位置に配置した場合でも、切り欠き部を介して空気の流入が可能となり、例えば、アイドリング回転時のようなエンジンの回転速度が低い場合に過剰な量の空気の供給を抑制できる。

第１実施形態の内燃機関吸気装置の断面図である。 第１実施形態の内燃機関吸気装置の構造を示す斜視図である。 第１実施形態の分解状態のケーシングを示す断面図である。 第１シールと第２シールとを示す分解斜視図である。 第１シールと板バネとを示す斜視図である。 仕切壁の外周縁の形状を表す図である。 アイドリング回転時におけるロータの回転姿勢を示す断面図である。 極低速回転時におけるロータの回転姿勢を示す断面図である。 低速回転時及び高速回転時におけるロータの回転姿勢を示す断面図である。 中速回転時におけるロータの回転姿勢を示す断面図である。 第２実施形態の内燃機関吸気装置の構造を示す斜視図である。 第２実施形態のケーシングの部位の構造を示す断面図である。 第２実施形態の第１シール等の配置を示す斜視図である。 第２実施形態の第１シール等の配置を示す分解斜視図である。 第１シールと第２シールとの配置を示す断面図である。 溝部に支持された第１シールの断面図である。 溝部に支持されたスペーサの断面図である。 第１シールの形状を示す斜視図である。 スペーサの形状を示す斜視図である。 別実施形態のロータリバルブの断面図である。

以下、本発明に係わる内燃機関用吸気装置を、４気筒エンジンを有する車両に適用した第１実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態・全体構成）
図１及び図２に示すように、内燃機関用吸気装置（以下、「吸気装置」と称する）は、空気貯留空間を有したサージタンクＴと、このサージタンクＴに連通する第１吸気経路Ｄ１と、前記サージタンクＴに連通し前記第１吸気経路Ｄ１より長い経路長の第２吸気経路Ｄ２とを装置本体Ａに備えている。
装置本体Ａの上部位置には第１吸気経路Ｄ１と第２吸気経路Ｄ２とからの吸気を制御してエンジンＥ（内燃機関）の吸気部Ｅａに供給するロータリバルブＶを備えている。尚、吸気部Ｅａは吸気管２を介してエンジンＥのシリンダヘッドに接続しており、この吸気管２の下流部位には燃料噴射ノズル（図示せず）が備えられる。

樹脂製の成形物を溶着によって連結することによりサージタンクＴを構成する中空のタンク壁３が形成され、このタンク壁３の外部に吸込口１が形成されている。この吸込口１に対しエアークリーナとスロットル（図示せず）とを介して外気が吸入される。このタンク壁３の上部の筒状空間によって第１吸気経路Ｄ１が形成され、このタンク壁３の外面に一体形成した管状部４によって第２吸気経路Ｄ２が形成されている。ロータリバルブＶの吸気方向の下流側には吸気部Ｅａに連結するフランジ５が形成されている。ロータリバルブＶは、筒状のケーシングＣのバルブケース部ＣａにロータＲを回転軸芯Ｘ周りで回転自在に挿嵌した構造を有している。

そして、ロータＲの回転姿勢の設定により吸気部Ｅａに送られる吸気を制御する吸気制御系が構成され、ロータＲは、ＥＣＵ等で構成される吸気制御ユニット（図示せず）によって回転姿勢が設定されることにより吸気部Ｅａに送られる吸気を制御する。

前述したようにサージタンクＴの上部位置にロータリバルブＶが配置され、第１吸気経路Ｄ１はロータリバルブＶに対して斜め上方に向けて吸気の流れを作るように経路姿勢が設定されている。第２吸気経路Ｄ２はサージタンクＴの外方を抱き込むように全体的に円弧状となる経路を有し、ロータリバルブＶに対して斜め下方に向けて吸気の流れを作るように終端部の経路姿勢が設定されている。また、ロータリバルブＶから吸気部Ｅａに対しては略水平姿勢の吸気の流れを作るように経路姿勢が設定されている。

第２吸気経路Ｄ２の経路長、内径、吸気部Ｅａに空気を送り込む角度は、吸気の慣性過給効果がエンジンＥの中速回転時に最も効果的に発揮される値に設定されている。

ロータリバルブＶのケーシングＣには、第１吸気経路Ｄ１に接続する第１ポートＰ１と、第２吸気経路に接続する第２ポートＰ２と、吸気部Ｅａに接続する出口ポートＰ３とが開口形成されている。

図１〜図５に示すように、ロータＲは、回転軸芯Ｘを中心とする円盤状で複数の仕切壁１１と、一対の仕切壁１１の間に形成された壁状の弁部１２と、一対の仕切壁１１の間に形成された２つのリブ状体１３と、軸体１４とが樹脂成形により一体的に形成されている。尚、軸体１４は金属で一体化されていても良い。また、仕切壁１１は、ケーシングＣのバルブケース部Ｃａの内径より少し小さい外径に設定されている。

弁部１２が形成される一対の仕切壁１１は、回転軸芯Ｘの方向への吸気の流れを抑制する機能を有し、この一対の仕切壁１１の対向する面同士の間隔は、回転軸芯Ｘに沿う方向での各ポートの幅より少し大きく設定されている。弁部１２は、回転軸芯Ｘ周りでのロータＲの回転姿勢により吸気を制御する機能を有している。リブ状体１３はロータＲを補強する機能を有しており、一対の仕切壁１１を互いに平行する位置関係に維持し、仕切壁１１同士が捩られる変形等を抑制する。

軸体１４は、回転軸芯Ｘと同軸芯に配置されることによりロータＲをケーシングＣに対して回転自在に支持する機能を有すると共に、隣接する仕切壁１１を連結する。外端位置の軸体１４は、仕切壁１１から外方に突出しており、一方の軸体１４の外端部にアクチュエータとしての電動モータＭの出力軸が連結し、他方の軸体１４の外端部にロータリエンコーダ等の角度センサ１６が連結される。角度センサ１６からの検出信号を吸気制御ユニットにフィードバックする状態で、吸気制御ユニットが電動モータＭを正回転と逆回転との何れかの方向への回転制御することによりロータＲが目標とする回転姿勢に設定される。

仕切壁１１は、回転軸芯Ｘを中心として全体的に円形に成形されるものであるが、図６に示す如く、この仕切壁１１の外周縁（外周面）のうち、弁部１２とリブ状体１３とが形成された部位の外周縁を基準領域１１Ａの半径として、この基準領域１１Ａを除く部位の小径化領域１１Ｂの外周縁の半径を基準領域１１Ａの半径より設定値Ｇだけ小さくしている。この設定値Ｇは僅かであるが、このように小径化領域１１Ｂを形成することにより、ロータＲの回転時における第１シール２２と第２シール２５との摺動抵抗を低減している。

前述したように本発明の吸気装置は内燃機関として４気筒エンジンを対象としており、装置本体Ａにおいて第１吸気経路Ｄ１と第２吸気経路Ｄ２とは気筒の並び方向に沿って４組形成されている。これと同様に第１ポートＰ１、第２ポートＰ２、出口ポートＰ３夫々も同様に気筒の並び方向に沿って４組形成されている。これら第１ポートＰ１、第２ポートＰ２、出口ポートＰ３の開口部分の形状は夫々とも矩形であり、夫々の開口部分の近傍のうち平行する１組の開口縁が回転軸芯と平行姿勢に設定され、他方の１組の開口縁が回転軸芯Ｘに直交する姿勢の円弧状に設定されている。

回転軸芯Ｘは、気筒の並び方向に沿う横向き姿勢に設定され、ロータリバルブＶのロータＲには一対の仕切壁１１が４組形成され、これに対応して４つの弁部１２と４組のリブ状体１３とが形成されている。特に、弁部１２の一端部には図２に示す形状の切り欠き部１２Ａが形成され、後述するようにエンジンＥがアイドリング回転にある際には、切り欠き部１２Ａを介して吸気部Ｅａに対する吸気を実現する。

サージタンクＴの上流側のスロットルバルブの開閉により吸気量の調整が可能となり、この吸気は吸込口１（図２参照）を介してサージタンクＴに流入する。燃焼室に近い位置で吸気制御を行うことが効果的であるため、出力ポートＰ３までの距離が短くなる位置にロータリバルブＶが配置されている。

（ロータリバルブ）
ロータリバルブＶのケーシングＣは、エンジンＥの気筒数に対応した数の独立したバルブケース部Ｃａを回転軸芯Ｘに沿って配置し、夫々のバルブケース部Ｃａのうち隣接するもの同士を回転軸芯Ｘと同軸芯の筒状部Ｃｐで連結した構造を有している。

バルブケース部Ｃａと筒状部Ｃｐとは、２部材を半径方向で接当させて連結した構造を有している。つまり、図３に示すように、バルブケース部Ｃａと筒状部Ｃｐとはタンク壁３と一連に形成された樹脂製の第１ケーシング６と、フランジ５に連結する樹脂製の第２ケーシング７とを備えている。これら第１ケーシング６と第２ケーシング７とには仕切壁１１の外側に配置される隔壁部６Ａ、７Ａが一体的にされている。また、第１ケーシング６に第１ポートＰ１と第２ポートＰ２とが形成され、第２ケーシング７に出口ポートＰ３が形成されている。そして、第１ケーシング６と第２ケーシング７とはフランジ面６ｆ、７ｆにおいて溶着によって連結される。

また、バルブケース部Ｃａのバルブケース部Ｃａにおいて、第１ポートＰ１の開口の近傍と、出口ポートＰ３の開口の近傍とのうち、回転軸芯Ｘに平行する姿勢の領域に回転軸芯Ｘと平行する姿勢の溝部２１が形成され、これに直線状の第１シール２２が係合支持されている。また、第１ポートＰ１の開口の近傍と、出口ポートＰ３の開口の近傍とのうち、回転軸芯Ｘに直交する姿勢の領域はバルブケース部Ｃａに沿う円弧状の第２シール２５を備えている。

第１シール２２は、付勢部材としての板バネ２３により回転軸芯Ｘの方向に突出付勢されると同時に、溝部２１の一方の内壁に圧接付勢されている。板バネ２３は、バネ材料を加工することにより基端部２３Ａと、３つの突出付勢片２３Ｂと、一対の押圧付勢片２３Ｃとが一体的に形成されている。この板バネ２３の形状に対応して溝部２１には押圧付勢片２３Ｃが配置される凹状空間２１Ａが形成されている。

第１シール２２は、全体に板状で弾性変形可能な樹脂材料が用いられ、先端部には一対の仕切壁１１に亘る長さで先細となるシール面２２Ａが形成され、基端部に板バネ２３が配置される凹部２２Ｂが形成されている。更に、この第１シール２２は、先端側の両端位置に一部を切り欠いた形状の段状部２２Ｃが形成され、この段状部２２Ｃと凹部２２Ｂとに挟まれる位置となる両端位置にガイド片２２Ｄが形成されている。

第２シール２５は円弧状で弾性変形可能な樹脂材料が用いられ、内周側には弁部１２の周方向の長さに亘る長さで円弧状となるシール面２５Ａが形成されると共に、両端部に係合片２５Ｂが一体的に形成されている。この第２シール２５は仕切壁１１の外周部分（外周面）に接触する位置に配置されるものであるが、１組の仕切壁１１の外側（弁部１２が存在しない側）の面（側面）に接触するように配置されるものでも良い。

尚、第１シール２２と第２シール２５とは、第１ポートＰ１と出口ポートＰ３とに対して同じ形のものが使用され、兼用化が図られている。

（ロータリバルブ：組み立て）
ロータリバルブＶを組み立てる際には、第１ケーシング６の第１ポートＰ１と、第２ケーシング７の出口ポートＰ３の上下位置の溝部２１に、板バネ２３と第１シール２２とを嵌め込み、次に、各ポートの上下位置の溝部２１の端部に第２シール２５の一対の係合片２５Ｂに嵌め込む手順となる。第１シール２２のシール面２２Ａと、第２シール２５のシール面２５Ａとのバルブケース部Ｃａの内周面からの突出量は等しく設定されている。尚、板バネ２３と第１シール２２とを溝部２１に嵌め込んだ状態では板バネ２３の押圧付勢片２３Ｃが凹状空間２１Ａの内部に配置される。

このように、第１シール２２と第２シール２５とを支持した状態で第１ケーシング６と第２ケーシング７とに挟み込まれる位置にロータＲを配置し、フランジ面６ｆ、７ｆでの溶着によって第１ケーシング６と第２ケーシング７とが連結されている。更に、軸体１４の外端部には電動モータＭの出力軸が連結し、角度センサ１６が連結される。

このように組み立てたロータリバルブＶは、４つのバルブケース部Ｃａ夫々に対してロータＲの一対の仕切壁１１、弁部１２、リブ状体１３が収容され、筒状部Ｃｐに対してロータＲの軸体１４が収容される。

特に、組み立て状態のロータリバルブＶは、第１シール２２のガイド片２２Ｄの外端部が溝部２１の端部に接触することで、この第１シール２２の溝部２１の長手方向への移動が規制される。また、板バネ２３の押圧付勢片２３Ｃの付勢力により、第１シール２２が溝部２１におけるポート側の内面へ密着する状態に達する。更に、第１シール２２の段状部２２Ｃの部位からガイド片２２Ｄに接触する部位に亘って第２シール２５の係合片２５Ｂが配置されることにより、この第２シール２５はポート開口側への変位が規制される。第２シール２５が隔壁部６Ａ、７Ａとの接当により、この第２シール２５の反ポート開口側への変位が規制される。

そして、ロータＲを回転させて弁部１２を第１ポートＰ１の部位に配置した場合には、第１シール２２が弁部１２の周方向での両端位置（図１０では上下の位置）において回転軸芯Ｘに沿った領域に接触すると同時に、第２シール２５が仕切壁１１の外周の基準領域１１Ａに接触する。特に、上側の第１シール２２は弁部１２において切り欠き部１２Ａが形成されていない領域に接触し、弁部１２で第１ポートＰ１を閉塞する状態を現出する。

これと同様に、ロータＲを回転させて弁部１２を出口ポートＰ３の部位に配置した場合には、第１ポートＰ１と同様に弁部１２によって出口ポートＰ３を閉塞することも可能であるが、後述するように完全に閉塞することはない。つまり、出口ポートＰ３の場合には、図７に示すように下側の第１シール２２は気流を完全に遮断するものの、弁部１２の切り欠き部１２Ａを介して出口ポートＰ３への吸気を許す位置関係が維持される。

（ロータの回転姿勢の設定）
この吸気装置では、アイドリング回転時には、図７に示すようにロータＲの回転姿勢を設定することにより、出口ポートＰ３の開口の殆どの領域を弁部１２で閉塞しながら、切り欠き部１２Ａを介した吸気が可能となる位置に弁部１２が配置される。これにより、切り欠き部１２Ａを介して僅かの空気の吸気であるが、切り欠き部１２Ａがスリット状であるので出口ポートＰ３に対して上部の領域において吸気は比較的高速度で行われることになり吸気と燃料との混合を促進して良好な燃焼を実現する。

このアイドリング回転時においてエンジンＥからの振動によってバルブケース部Ｃａの内部においてロータＲが、第１シール２２を溝部２１に対して出退させる方向に振動することもある。このような振動を招いた場合でも、第１シール２２は板バネ２３の突出付勢片２３Ｂによって突出方向に付勢されているので、第１シール２２のシール面２２ＡとロータＲの弁部１２との間に大きい隙間は形成されることはない。従って、下側の第１シール２２は弁部１２に対して密着する状態を維持し、ロータＲとケーシングＣのバルブケース部Ｃａとが接触に起因する異音の発生も抑制される。

また、第１ポートＰ１と出口ポートＰ３とに配置される一対の第１シール２２は板バネ２３の押圧付勢片２３Ｃによって、溝部２１におけるポート側の内面へ密着する方向に付勢されるので、夫々が溝部２１のうちポートの開口に近い部位で吸気が漏出することもない。

極低速回転時には、図８に示すようにロータＲの回転姿勢を設定することにより、出口ポートＰ３の多くの部分を弁部１２で閉塞しながら、出口ポートＰ３に対して上端を少し下方に変位させる位置に弁部１２が配置される。これにより弁部１２の上部の空間を介して空気をエンジンＥの燃焼室に供給する。そして、この吸気時にはエンジンＥのシリンダ内にタンブル流を発生させ、燃料噴射ノズルから供給された燃料との混合を促進して良好な燃焼を実現する。

低速回転時には、図９に示すようにロータＲの回転姿勢を設定することにより、何れのポートにも干渉しない位置に弁部１２が配置される。これにより第１ポートＰ１と第２ポートＰ２との双方からの吸気を吸気部Ｅａに供給する。

中速回転時には、図１０に示すようにロータＲの回転姿勢を設定することにより、第１ポートＰ１を閉塞する位置に弁部１２が配置される。これにより第２ポートＰ２からの吸気を直線的に燃焼室に供給する。この中速回転時においては直線的な経路に沿って吸気が行われることになり空気の動慣性を利用した慣性過給効果が最も効果的に現れる。

この慣性過給効果を発揮するためには、第２ポートＰ２からの吸気を乱すことなく出口ポートＰ３に導くことが重要となり、第１ポートＰ１を密封状態で閉塞することが要求される。そのために、弁部１２に対して上下の第１シール２２のシール面２２Ａが接触すると共に、一対の第２シール２５のシール面２５Ａが接触する。この接触状態が維持されることにより、第１ポートＰ１からの空気の漏れ出しを阻止して第２ポートＰ２のみの吸気により良好な慣性過給効果を現出するのである。

高速回転時には前述した低速回転時と同様に、図９に示すようにロータＲの回転姿勢を設定することにより、何れのポートにも干渉しない位置に弁部１２を配置する。これにより第１ポートＰ１と第２ポートＰ２との双方からの吸気を吸気部Ｅａに供給する。

これらの制御は、エンジン回転数に基づいて吸気制御ユニットが電動モータＭを制御することにより実現する。この吸気制御ユニットでは、アイドリング回転状態から極低速回転状態への移行と、この極低速回転から低速回転状態への移行と、低速回転状態から中速回転状態への移行を行う際においてはロータＲを正転（図７では反時計方向の回転）させる制御が行われる。また、中速回転状態から高速回転状態に移行する際にはロータＲを逆転（時計方向の回転）させる制御が行われる。

（第２実施形態・全体構成）
この第２実施形態では、サージタンクＴ、第１吸気経路Ｄ１、第２吸気経路Ｄ２等の装置本体Ａの構成が第１実施の形態と共通しており、ロータリバルブＶの構成が第１実施形態と異なっている。この第２実施形態では第１実施形態と同じ機能のものには第１実施形態と共通する番号・符号を付している。

図１１、図１２に示すように、ロータリバルブＶは、ケーシングＣに対して回転軸芯Ｘ周りで回転自在にロータＲを挿嵌した構成についても第１実施形態と共通するものであるが、この第２実施形態では、ケーシングＣが単純な筒状に構成され、ロータＲも第１実施形態で示される軸体１４を中間部分に備えず全体に円柱状となる形状のものが使用される。

つまり、ケーシングＣには第１吸気経路Ｄ１に接続する第１ポートＰ１と、第２吸気経路に接続する第２ポートＰ２と、吸気部Ｅａに接続する出口ポートＰ３とが開口形成されている。ロータＲには、回転軸芯Ｘを中心とする円盤状の一対の仕切壁１１と、弁部１２と、２つのリブ状体１３とを１組として、これらを気筒数に対応した組数（４組）だけ備えている。このロータＲは、隣接する組の仕切壁１１同士を連結部１８で連結した構造を有しており、この連結部１８は隣接する仕切壁１１を互いに連結する複数の板状材で構成することにより軽量化を図りながら剛連結を実現している。

尚、このロータＲにおいても、第１実施形態で図６に示したものと同様に、仕切壁１１の外周縁として基準領域１１Ａが形成され、この基準領域１１Ａの半径を基準として小径化する小径化領域１１Ｂが形成されている。

このロータリバルブＶでは、図１１〜図１９に示すようにケーシングＣのバルブケース部Ｃａに対して回転軸芯Ｘに沿う平行姿勢で、第１ポートＰ１に対応する部位及び出口ポートＰ３に対応する複数の溝部２１が形成されている。この溝部２１に対して第１シール２２とスペーサ２４とを挿入することにより、ポートが存在する部位に第１シール２２が配置され、ポートが存在しない部位にスペーサ２４が配置される。また、第１シール２２とスペーサ２４との境界部分には回転軸芯Ｘを中心とするリング状の第２シール２５が配置される。

溝部２１は、回転軸芯Ｘ側の溝幅より反回転軸芯側の溝幅が広い形状であり、第１シール２２は先端側より基端側が厚い断面形状に形成され、溝部２１に対して第１シール２２を回転軸芯Ｘに沿う方向から挿入することで抜け止め状態で支持される。

溝部２１は、溝開口幅（周方向での幅）と比較して底部の幅（周方向での幅）を広く設定することで断面形状が「Ｌ」字状となる抜け止めのための接当部２１Ｂが形成されている。第１シール２２は、全体に板状で弾性変形可能な樹脂材料が用いられている。この第１シール２２の先端部には一対の仕切壁１１に亘る長さで先細となるシール面２２Ａが形成され、基端部には、溝部２１の断面形状に対応して抜け止めのための規制部２２Ｅが一体形成され、また、この基端部には付勢部材としての複数のスプリング部２２Ｆと、複数の突起部２２Ｇとが一体形成されている。尚、スプリング部２２Ｆは第１シール２２に一体形成する必要はなく、金属製のバネ材を用いて第１シール２２から分離するスプリングとして構成しても良い。

スペーサ２４は、突出部２４Ａが形成されると共に、この突出部２４Ａのうち第１シール２２に隣接する部位には第２シール２５が係入する係合凹部２４Ｂが形成されている。更に、基端部には第１シール２２と同様に、溝部２１の断面形状に対応して抜け止めのための規制部２４Ｅが一体形成されている。また、第２シール２５は、内周にシール面２５Ａが形成されている。

このロータリバルブＶを組み立てる際には、複数の溝部２１夫々に第１シール２２を挿入し、バルブケース部Ｃａに沿って第２シール２５を挿入し、更に、溝部２１にスペーサ２４を挿入する。この挿入作業を４組について繰り返して行うことで第１ポートＰ１に対応する部位及び出口ポートＰ３に対応する部位に第１シール２２が配置され、第２シール２５が第１ポートＰ１に対応する部位及び出口ポートＰ３の外側に配置される。特に、第２シール２５はスペーサ２４の係合凹部２４Ｂに係合されることで回転軸芯方向での位置が決まる。

この後に、ロータＲをケーシングＣのバルブケース部Ｃａの内部に挿入し、このロータＲを一方の端部を電動モータＭに連結し、他方の端部を軸受等（図示せず）に回転自在に支持する。

このように構成されたロータリバルブＶでは、第１シール２２の規制部２２Ｅが溝部２１の接当部２１Ｂに接当することで脱落が阻止される。これと同様にスペーサ２４の規制部２４Ｅが溝部２１の接当部２１Ｂに接当することで脱落が阻止される。

特に、第１シール２２では、スプリング部２２Ｆが第１シール２２に対して突出方向に付勢力を作用させるため、弁部１２に対してシール面２２Ａを適度の圧力で接触する。また、ロータリバルブＶが振動した場合のように第１シール２２が押し込まれる方向に変位した場合でも突起部２２Ｇが溝部２１の底壁に接当することで過度な変位が抑制される。

そして、ロータＲを回転させて弁部１２を第１ポートＰ１の部位に配置した場合には、第１シール２２が弁部１２の周方向での両端位置に接触すると同時に、第２シール２５が仕切壁１１の外周の基準領域１１Ａに接触し、気流を完全に遮断する。特に、下側の第１シール２２は弁部１２において切り欠き部１２Ａが形成されていない領域に接触し、弁部１２で第１ポートＰ１を閉塞することを可能にしている。

これと同様に、ロータＲを回転させて弁部１２を出口ポートＰ３の部位に配置した場合には、第１ポートＰ１と同様に弁部１２によって出口ポートＰ３を閉塞することも可能であるが、後述するように完全に閉塞することはない。つまり、出口ポートＰ３の場合には、一方の第１シール２２は気流の流れを完全に遮断するものの、弁部１２の切り欠き部１２Ａを介して出口ポートＰ３への吸気を許す位置関係が維持される。

この第２実施形態においても、第１実施形態で説明したものと同様に、アイドリング回転時、超低速回転時、低速回転時、中速回転時、高速回転時夫々に応じてロータリバルブＶの回転角を設定する制御が行われる。

このように本発明の内燃機関用吸気装置では、ケーシングＣの内面でポートの近傍に直線状の第１シール２２を備え、更に、ポートの近傍に円弧状又はリング状の第２シール２５を備えたので、シールに阻害されることなく気流制御を良好に行えるものとなる。更に、ロータＲの回転時には弁部１２がポートの部位に達した時点で第１シール２２が弁部１２に接触するので、ロータリバルブでのエネルギーロスを低減するものとなる。しかも、ケーシングＣの内面に第１シール２２と第２シール２５とを備えたので、ロータＲの外周にシールを備えたものと比較すると、ケーシング内面とロータＲの外面との間にシール移動用の空間を必要とせず小型に構成できるのである。

（別実施形態）
本発明では、図２０に示すように、出口ポートＰ３に配置される一対の第１シール２２のうち下側のものを備えないようにロータリバルブＶを構成しても良い。このように構成することにより、ケーシングＣのバルブケース部Ｃａの下部に水やオイルが溜まった場合でも、シールに阻害されることなく、これらを吸気の流れとともに吸気部Ｅａの方向に容易に送り出すことが可能となる。

本発明は、吸気作動を行うエンジン全般に利用することができる。

６ 第１ケーシング
７ 第２ケーシング
１２ 弁部
１２Ａ 切り欠き部
２１ 溝部
２２ 第１シール
２２Ａ シール面
２２Ｆ 付勢部材（スプリング部）
２３ 付勢部材（板バネ）
２５ 第２シール
Ｃ ケーシング
Ｃａ バルブケース部
Ｄ１ 第１吸気経路
Ｄ２ 第２吸気経路
Ｅａ 吸気部
Ｐ１ 第１ポート
Ｐ２ 第２ポート
Ｐ３ 出口ポート
Ｒ ロータ
Ｔ サージタンク
Ｖ ロータリバルブ
Ｘ 回転軸芯

Claims (10)

1. サージタンクと、
   前記サージタンクに連通する第１吸気経路と、
   前記サージタンクに連通する第２吸気経路と、
   前記第１吸気経路に接続する第１ポート、前記第２吸気経路に接続する第２ポート、及び内燃機関の吸気部に接続する出口ポートを備えるケーシングと、
   前記ケーシングのバルブケース部に回転軸芯周りに回転可能に収容されるロータを有し、
   前記ロータの回転により前記吸気部に送られる吸気を制御するロータリバルブと、
   前記ロータにより前記第１ポート、前記第２ポート、及び前記出口ポートのうち少なくともいずれかを閉塞としている状態において、前記ロータと前記バルブケース部の前記ロータと対向する面との間をシールする第１シールと、を備え、
   前記ケーシングは、第１ケーシングと第２ケーシングとで構成され、
   前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを連結することにより前記バルブケース部を形成し、
   前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを連結する前に、前記第１シールが前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとに嵌め込まれ、且つ、前記ロータが前記第１ケーシング又は前記第２ケーシングに配置されて前記ロータリバルブを組み立てる内燃機関用吸気装置。
2. 前記第１シールは、前記ロータの外周面と、前記バルブケース部の前記ロータの外周面と対向する面との間に設けられる請求項１に記載の内燃機関用吸気装置。
3. 前記第１シールは、前記ロータが前記ロータと対向する前記バルブケース部の面に当接することを抑制する請求項１又は２に記載の内燃機関用吸気装置。
4. 前記第１シールは、前記バルブケース部に設けられ、前記ロータ側に突出する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
5. 前記第１シールは、前記回転軸芯に沿う直線状のシール面を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
6. 前記第１シールは、付勢部材により前記ロータ側に付勢される請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
7. 前記バルブケース部に、前記回転軸芯を中心とするリング状又は円弧状の第２シールが設けられ、
   前記第２シールは、前記バルブケース部の面と、前記ロータの側面又は外周面とをシールする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
8. 前記第２シールは、前記第１シールと係合可能な請求項７に記載の内燃機関用吸気装置。
9. 前記バルブケース部には、前記回転軸芯に沿って溝部が形成され、
   前記回転軸芯の周方向において、前記回転軸芯側とは反対側の前記溝部の幅は、前記回転軸芯側の前記溝部の幅より広く形成され、
   前記回転軸芯の周方向において、先端側より基端側の幅が広い断面形状の前記第１シールを前記回転軸芯に沿う方向から挿入することで、前記第１シールが前記バルブケース部に支持される請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
10. 前記ロータには弁部が形成され、前記弁部が前記出口ポートを閉塞する状態の時に、前記出口ポートに対して吸気の流入を許容する切り欠き部が前記弁部に形成されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。

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