JP5255922B2

JP5255922B2 - 内燃機関の可変吸気装置

Info

Publication number: JP5255922B2
Application number: JP2008162765A
Authority: JP
Inventors: 崇史河野
Original assignee: 株式会社マーレフィルターシステムズ
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: JP2010001847A

Description

本発明は、内燃機関の可変吸気装置に関する。

機関回転数、負荷等に応じて各気筒に連通する吸気管の長さを可変することで、吸気脈動を利用して新気を燃焼室に導入し、排気ガスをシリンダから排出することで、体積効率を向上させて内燃機関の出力を向上させる技術が従来から知られている。

例えば、特許文献１には、インテークマニホールドの空気分配室にロングポート吸気口とショートポート吸気口とが設けられ、ショートポート吸気口を形成する吸気ポートに吸気バルブ構造が設けられ、この吸気バルブ構造により吸気ポートを開閉することで、吸気管長を可変とする構成が開示されている。
特開２００６−２１４２９９号公報

しかしながら、特許文献１における吸気バルブ構造は、バルブ本体が回転することで吸気ポートを開閉しているものにすぎず、吸気ポートを閉とした場合でも、厳密にはバルブ本体の外周と吸気ポートの内周との間にはクリアランスを確保しなければ機能しないという問題がある。

また、特許文献１に開示されるような吸気バルブ構造は、バルブ本体、シャフト、軸受け部材、軸部材等の複数の部品から構成されており、これら各部品の寸法公差を積み上げた結果がバルブ本体の外周と吸気ポートの内周との間のクリアランスに反映されることになるため、このクリアランスを管理して吸気ポートを閉とした場合、下流側への吸気の流出を防止（漏れの防止）するのには限界がある。

そこで、本発明の請求項１における内燃機関の可変吸気装置は、吸気マニホールドのコレクタ内の吸気を各気筒に分配する吸気通路を吸気制御弁により、通路長が短い短ポートあるいは通路長が長い長ポートに切り替え可能な内燃機関の可変吸気装置であって、前記吸気制御弁は各気筒毎に設けられ、内燃機関の気筒列方向に沿って延びる一本のシャフトにより貫通されて、このシャフトの回転により同時に回転駆動するものであり、前記短ポートは、上流側の一端が前記コレクタの湾曲した壁面に開口形成された第１開口部を介して前記コレクタと連通する第１ポートを有し、前記長ポートは、上流側の一端が第２開口部を介して前記コレクタと常時連通する第２ポートを有し、前記吸気制御弁により前記第１開口部を開閉することで前記短ポートと前記長ポートとの切り替えを行うものにおいて、前記吸気制御弁は、前記第１開口部の湾曲に沿うように湾曲した板状の弁本体を有し、この弁本体の外周端面には、前記弁本体の周方向に沿った全長に亙って、前記第１開口部を閉じる際の前記シャフトの回転方向とは逆方向に向かってその先端が延出し、前記第１開口部を閉じる際に前記第１開口部の内側に向かって撓んで前記第１開口部の内周面に密着する軟質弾性材料からなるシールリップが設けられ、前記シールリップは、前記シャフトに近い位置ほど肉厚が相対的に薄くなるよう形成されていることを特徴としている。

また、本発明の請求項２は、上記請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記弁本体は、矩形板状に形成され、前記シールリップは、前記弁本体の前記外周端面から斜めに傾いて突出するよう形成されていると共に、前記シールリップと前記第１開口部とのシール面が、前記シールリップの傾きに合わせて斜めに設定されていることを特徴としている。

そして、本発明の請求項３は、上記請求項１または２に記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記吸気制御弁の前記弁本体は、前記第１開口部開時に前記シャフトの回転により前記第１ポート内に位置する第１ポート側弁本体部と、前記第１開口部開時に前記コレクタ内に位置するコレクタ側弁本体部と、前記第１ポート側弁本体部と前記コレクタ側弁本体部との間に位置し前記シャフトが貫通するシャフト貫通部と、を有し、前記第１ポート側弁本体部のコレクタ側表面の外周縁及び前記コレクタ側弁本体部の第１ポート側表面の外周縁には、前記第１開口部閉時に、前記第１開口部の内周面から張り出した張り出し部に接触可能な軟質弾性材料からなる突起部が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、第１開口部を閉じる際には、吸気制御弁の弁本体全周に亙って、シールリップが追従性よく撓んで第１開口部の内周面に容易に密着することになり、閉状態における第１開口部のシール性を大幅に向上させることができる。また、シールリップが撓むことで第１開口部の内周面に密着するので、第１開口部と吸気制御弁の弁本体との間のクリアランスの管理が容易となり、厳密な寸法管理を行わなくとも閉状態における第１開口部のシール性を十分に確保することができる。そして、シールリップが軟質弾性材料からなっているので、組み付け誤差や組み付け後の経時変化等により、第１開口部と吸気制御弁の弁本体との相対的な位置関係に多少のズレが生じたとしても、シールリップの弾性変形によりこのズレを吸収することが可能となる。さらに、第１開口部を閉じる際に、シャフトの捩れにより何れかの吸気制御弁のシールリップが他の吸気制御弁のシールリップよりも早く第１開口部の内周面に接触したとしても、シールリップは容易に撓んで変形するので、最初に第１開口部の内周面に接触したシールリップの踏ん張りによりシャフトの回転が阻害されることはなく、全ての第１開口部を十分なシール性を確保しつつ閉状態とすることができる。

そして、弁本体を矩形板状に形成すると共に、シールリップと第１開口部とのシール面をシールリップの傾きに合わせて斜めに設定することで、第１開口部の開口形状を全体的に正方形に近づけることができ、第１開口部を開状態とした際に、第１開口部の通気抵抗を小さくすることができる。

また、第１ポート側弁本体部のコレクタ側表面の外周縁及びコレクタ側弁本体部の第１ポート側表面の外周縁に、第１開口部閉時に、第１開口部の内周面から張り出した張り出し部に接触可能な軟質弾性材料からなる突起部を設けることで、弁本体と第１開口部とが接触する場合には、いかなる場合でも軟質弾性材料からなる部分が最初に接触することになり、第１開口部を閉状態とする際に、弁本体と第１開口部との接触に起因する打音や損傷を確実に防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図５は、４気筒の内燃機関に適用された可変吸気装置１を備える吸気マニホールド２の要部を模式的に示した説明図であり、図１及び図２は斜視図、図３は平面図、図４は吸気制御弁１０（後述）閉時の断面図、図５は吸気制御弁１０（後述）開時の断面図である。尚、図１〜図３においては、便宜上、吸気マニホールド２の上面を構成するアッパー部材１１（図４及び図５を参照）を取り除いた状態で示している。

吸気マニホールド２は、スロットル弁（図示せず）を介して吸気が導入される気筒列方向に沿って細長いコレクタ３と、このコレクタ３を取り囲むように延びてコレクタ３内の吸気を各気筒へ分配する４本（気筒数と同数）の吸気管部４と、を有し、これらの吸気管部４の下流側端には、フランジ部５が形成されている。そして、このフランジ部５を介して、吸気マニホールド２は、図示せぬシリンダヘッドに固定されている。つまり、コレクタ３内の吸気を各気筒の燃焼室（図示せず）に至るまで導く吸気通路は、吸気管部４と、シリンダヘッド内に形成される通路部（図示せず）とによって構成されている。

吸気管部４は、上流側の一端がコレクタ３の湾曲した壁面に開口形成された第１開口部６を介してコレクタ３と連通する第１ポート７と、上流側の一端が第２開口部８を介してコレクタ３と連通し、下流側の他端が第１ポート７の一端側に接続された第２ポート９と、から構成されている。そして、第１開口部６には、この第１開口部６を開閉する吸気制御弁１０が配置されている。

ここで、吸気制御弁１０により第１開口部６を開閉すると、コレクタ３内の吸気を各気筒の燃焼室（図示せず）に至るまで導く吸気通路が、通路長が相対的に短い短ポートあるいは通路長が相対的に長い長ポートに切り替えられる。

詳述すると、吸気制御弁１０により第１開口部６を閉状態とすると、コレクタ３内の吸気は第２開口部８から第２ポート９、第１ポート７を経て各気筒の燃焼室に導入され、吸気制御弁１０により第１開口部６を開状態とすると、コレクタ３内の吸気は第１開口部６から第１ポート７を経て各気筒の燃焼室に導入される。つまり、短ポートは、第１ポート７及びシリンダヘッド内の通路部とから構成され、長ポートは、第２ポート９、第１ポート７及びシリンダヘッド内の通路部とから構成されている。

吸気制御弁１０は、各気筒毎に設けられているが、図６に示すように、一本のシャフト１２により貫通されており、アクチュエータ１３によりこのシャフト１２を回転させることで、各気筒の吸気制御弁１０がそれぞれ同時に回転し、各気筒に対応する各第１開口部６の開閉がそれぞれ同時に実施される構成となっている。尚、本実施形態においては、図６に示すように、各気筒の吸気制御弁１０、シャフト１２を回転可能に支持する軸受部材１４及びアクチュエータ１３を予めシャフト１２に組み付けて一体化した上で、軸受部材１４を吸気マニホールド２側に固定し、シャフト１２が内燃機関の気筒列方向に沿って延びるように吸気マニホールド２に組み付けられている。

図７〜図９に示すように、吸気制御弁１０は、第１開口部６の湾曲に沿うように湾曲して厚みが略一定の矩形板状の弁本体２１と、弁本体２１の外周端面２２に設けられたゴム材料からなるシールリップ２３と、吸気制御弁１０で第１開口部６を閉じる際にダンパーとして機能するゴム材料からなる突起部２４と、から大略構成され、シールリップ２３を第１開口部６の内周面６ａに密着させることで、第１開口部６を閉状態とした際に、コレクタ３と第１ポート７との間の吸気の流れをシールしている。

ここで、吸気制御弁１０の弁本体２１は、構成的には、第１開口部６開時にシャフト１２の回転により第１ポート７内に位置する第１ポート側弁本体部２５と、第１開口部６開時にコレクタ３内に位置するコレクタ側弁本体部２６と、第１ポート側弁本体２５とコレクタ側弁本体部２６との間に位置して貫通したシャフト１２を保持するシャフト貫通部２７と、から構成されている。また、吸気制御弁１０の弁本体２１は、材質的には、樹脂材料からなり比較的剛性のある基部２８と、この基部２８の外周縁に接着されたゴム材料からなる周縁部２９と、から構成されている。つまり、本実施形態において、周縁部２９の外周端面とは、弁本体２１の外周端面２２である。また、シャフト貫通部２７は基部２８と一体に形成されており、樹脂材料からなっている。尚、この周縁部２９とシールリップ２３と突起部２４とは、一体に成形されており、吸気制御弁１０は、予め成型された樹脂製の基部２８に、周縁部２９とシールリップ２３と突起部２４とが一体となった部材を接着することで成型されている。

シールリップ２３は、図７〜図１１に示すように、弁本体２１の外周端面２２から斜めに傾いて突出するよう形成されている。詳述すると、弁本体２１の外周端面２２には、第１開口部６を開状態から閉状態にする際のシャフト１２の回転方向とは逆方向に向かってその先端が延出し、第１開口部６を閉じる際に第１開口部６の内側に向かって撓んで第１開口部６の内周面６ａに密着するシールリップ２３が設けられている。さらに言えば、第１ポート側弁本体部２５に設けられるシールリップ２３の突出方向と、コレクタ側弁本体部２６に設けられるシールリップ２３の突出方向とは逆向きになっている。

シールリップ２３の長さは、弁本体２１の厚みよりも小さくなるよう設定されており、第１開口部６を閉状態とした際でも、シールリップ２３の先端が弁本体２１よりも第１ポート側もしくはコレクタ側に突出することがないようにシールリップ２３は形成されている。

また、第１開口部６を閉状態とした際に、シールリップ２３が密着する第１開口部６の内周面６ａは、図８〜図１１に示すように、シールリップ２３の傾きに合わせて斜めに傾いて形成されている。つまり、シールリップ２３と第１開口部６とのシール面が、シールリップ２３の傾きに合わせて斜めに設定されている。詳述すると、第１開口部６のうち、第１ポート側弁本体部２５のシールリップ２３が密着する内周面６ａは、第１ポート７側ほど内周面６ａの開口面積が大きくなるように斜めに傾いて形成されている。一方、第１開口部６のうち、コレクタ側弁本体部２６のシールリップ２３が密着する内周面６ａは、コレクタ３側ほど内周面６ａの開口面積が大きくなるように斜めに傾いて形成されている。

このシールリップ２３は、弁本体２１のシャフト貫通部２７には設けられていないが、シャフト貫通部２７においては、吸気マニホールド２に回転可能に支持される支持部分３０が吸気マニホールド２側に密着しているため、第１ポート側本体部２５の外周端面２２及びコレクタ側本体部２６の外周端面２２にシールリップ２３を設けることで、第１開口部６を閉状態とした際に、吸気制御弁１０で第１開口部６を実質的に全周に亙ってシール可能な構成となっている。尚、本実施形態においては、シールリップ２３の断面形状は、弁本体２１の外周端面２２に沿った方向で同一断面形状となっている。

突起部２４は、図７〜図１１に示すように、断面略楔形状を呈し、第１ポート側弁本体部２５の相対的にコレクタ側に位置するコレクタ側表面２５ａの外周縁及びコレクタ側弁本体部２６の相対的に第１ポート側に位置する第１ポート側表面２６ａの外周縁に、全体がコ字状に連続するよう設けられている。そして、この突起部２４は、第１開口部６を閉状態とした際に、第１開口部６の内周面６ａから張り出した張り出し部３１に、接触可能に形成されている。

このように構成された本実施形態の可変吸気装置１においては、吸気制御弁１０のシールリップ２３が、第１開口部６を開状態から閉状態にする際のシャフト１２の回転方向とは逆方向に向かってその先端が延出し、第１開口部６を閉じる際に第１開口部６の内側に向かって撓んで第１開口部６の内周面６ａに密着するよう形成されているので、第１開口部６を閉じる際には、吸気制御弁１０の弁本体２１全周に亙って、シールリップ２３が追従性よく撓んで第１開口部６の内周面６ａに容易に密着することになり、閉状態における第１開口部６のシール性を大幅に向上させることができる。

また、シールリップ２３を撓ませることで第１開口部６の内周面６ａに密着させているので、第１開口部６と吸気制御弁１０の弁本体２１との間のクリアランスの管理が容易となり、厳密な寸法管理を行わなくとも閉状態における第１開口部６のシール性を十分に確保することができる。

そして、シールリップ２３がゴム材料からなっているので、組み付け誤差や組み付け後の経時変化等により、第１開口部６と吸気制御弁１０の弁本体２１との相対的な位置関係に多少のズレが生じたとしても、シールリップ２３の弾性変形によりこのズレを吸収することが可能となる。

また、第１開口部６を閉じる際に、シャフト１２の捩れにより何れかの吸気制御弁１０のシールリップ２３が他の吸気制御弁１０のシールリップ２３よりも早く第１開口部６の内周面６ａに接触したとしても、シールリップ２３は容易に撓んで変形するので、最初に第１開口部６の内周面６ａに接触したシールリップ２３の踏ん張りによりシャフト１２の回転が阻害されることはなく、全ての第１開口部６を十分なシール性を確保しつつ閉状態とすることができる。

そして、シールリップ２３と第１開口部６とのシール面が、シールリップ２３の傾きに合わせて斜めに設定されているので、第１開口部６の開口形状を全体的に正方形に近づけることができ、第１開口部６を開状態とした際に、第１開口部６の通気抵抗を小さくすることができる。

また、第１ポート側弁本体部２５のコレクタ側表面２５ａの外周縁及びコレクタ側弁本体部２６の第１ポート側表面２６ａの外周縁に、第１開口部６の閉時に第１開口部６の内周面６ａから張り出した張り出し部３１に接触可能な突起部２４が形成されているので、第１開口部６を吸気制御弁１０で閉じる際に、弁本体２１の回転方向では、ゴム材料からなる突起部２４を介して弁本体２１と第１開口部６とが最初に接触することなる。そのため、弁本体２１と第１開口部６とが接触する場合には、いかなる場合でもゴム材料からなる部分が最初に接触することになり、第１開口部６を閉状態とする際に、弁本体２１と第１開口部６との接触に起因する打音や損傷を確実に防止することができる。

また、上述した実施形態においては、シールリップ２３の断面形状が、弁本体２１の外周端面２２に沿った方向で同一断面形状となっているが、弁本体２１の外周端面２２に沿った方向でシールリップ２３の断面形状を変化させることも可能である。

吸気制御弁１０は、貫通したシャフト１２の回転により第１開口部６を開閉しているため、第１開口部６を開状態から閉状態にする際に、シールリップ２３は回転軸であるシャフト１２に近い部分から第１開口部６の内周面６ａに順次接触していくことになる。そのため、最初に第１開口部６の内周面６ａに接触し始めるシャフト１２に近い位置のシールリップ２３ほど、第１開口部６の内周面６ａに接触した際の反力が小さくなるように、例えば図１２〜図１４に示すように、シャフト１２に近い位置ほど相対的に肉厚が薄くなるようにシールリップ２３を形成すれば、第１開口部６を閉状態とする際の吸気制御弁１０の動作を一層円滑なものとすることができる。

尚、上述した実施形態においては、弁本体２１の周縁部２９、シールリップ２３及び突起部２４がゴム材料からなっているが、周縁部２９、シールリップ２３及び突起部２４の材質はゴム材料に限定されるものではなく、弾性の顕著なエラストマーを用いてもよい。また、周縁部２９、シールリップ２３及び突起部２４の材質に弾性の顕著なエラストマーを用いた場合、この弾性の顕著なエラストマーと接合性のある樹脂材料を弁本体２１の基部２８の材質に選定すれば、吸気制御弁を２色成形することも可能である。

本発明の係る内燃機関の可変吸気装置を備える吸気マニホールドの要部を模式的に示した斜視図。本発明の係る内燃機関の可変吸気装置を備える吸気マニホールドの要部を模式的に示した斜視図。本発明の係る内燃機関の可変吸気装置を備える吸気マニホールドの要部を模式的に示した平面図。本発明の係る内燃機関の可変吸気装置を備える吸気マニホールドの要部を模式的に示した説明図であって、吸気制御弁閉時の断面図。本発明の係る内燃機関の可変吸気装置を備える吸気マニホールドの要部を模式的に示した説明図であって、吸気制御弁開時の断面図。シャフトに複数の吸気制御弁、複数の軸受部材、アクチュエータが組み付けられて一体化された状態を示す説明図。吸気制御弁を模式的に示した説明図。図４の吸気制御弁の周囲を拡大して示す説明図。図５の吸気制御弁の周囲を拡大して示す説明図。図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図。本発明の他の実施形態における吸気制御弁を模式的に示した説明図。図１２のＣ−Ｃ線に沿った断面図。図１２のＤ−Ｄ線に沿った断面図。

符号の説明

１…可変吸気装置
２…吸気マニホールド
６…第１開口部
６ａ…内周面
１０…吸気制御弁
２１…弁本体
２２…外周端面
２３…シールリップ
２４…突起部
３１…張り出し部

Claims

吸気マニホールドのコレクタ内の吸気を各気筒に分配する吸気通路を吸気制御弁により、通路長が短い短ポートあるいは通路長が長い長ポートに切り替え可能な内燃機関の可変吸気装置であって、
前記吸気制御弁は各気筒毎に設けられ、内燃機関の気筒列方向に沿って延びる一本のシャフトにより貫通されて、このシャフトの回転により同時に回転駆動するものであり、前記短ポートは、上流側の一端が前記コレクタの湾曲した壁面に開口形成された第１開口部を介して前記コレクタと連通する第１ポートを有し、前記長ポートは、上流側の一端が第２開口部を介して前記コレクタと常時連通する第２ポートを有し、前記吸気制御弁により前記第１開口部を開閉することで前記短ポートと前記長ポートとの切り替えを行う内燃機関の可変吸気装置において、
前記吸気制御弁は、前記第１開口部の湾曲に沿うように湾曲した板状の弁本体を有し、この弁本体の外周端面には、前記弁本体の周方向に沿った全長に亙って、前記第１開口部を閉じる際の前記シャフトの回転方向とは逆方向に向かってその先端が延出し、前記第１開口部を閉じる際に前記第１開口部の内側に向かって撓んで前記第１開口部の内周面に密着する軟質弾性材料からなるシールリップが設けられ、前記シールリップは、前記シャフトに近い位置ほど肉厚が相対的に薄くなるよう形成されていることを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
前記弁本体は、矩形板状に形成され、
前記シールリップは、前記弁本体の前記外周端面から斜めに傾いて突出するよう形成されていると共に、前記シールリップと前記第１開口部とのシール面が、前記シールリップの傾きに合わせて斜めに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装置。
前記吸気制御弁の前記弁本体は、前記第１開口部開時に前記シャフトの回転により前記第１ポート内に位置する第１ポート側弁本体部と、前記第１開口部開時に前記コレクタ内に位置するコレクタ側弁本体部と、前記第１ポート側弁本体部と前記コレクタ側弁本体部との間に位置し前記シャフトが貫通するシャフト貫通部と、を有し、
前記第１ポート側弁本体部のコレクタ側表面の外周縁及び前記コレクタ側弁本体部の第１ポート側表面の外周縁には、前記第１開口部閉時に、前記第１開口部の内周面から張り出した張り出し部に接触可能な軟質弾性材料からなる突起部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の可変吸気装置。