JP5310637B2

JP5310637B2 - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP5310637B2
Application number: JP2010094136A
Authority: JP
Inventors: 近藤　　誠
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2030-04-15
Also published as: JP2011226301A

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室に吸入空気を供給する内燃機関の吸気装置に関するもので、特に、内燃機関の燃焼室においてタンブル流を発生させるロータリ型タンブル制御弁を備えた内燃機関の吸気装置に関する。

従来より、図３に示すように、内燃機関の吸気装置１００として、内燃機関の各気筒毎に吸入空気を供給する複数の吸気通路１０１が並列配置されたインテークマニホールド１０２と、各吸気通路１０１の開度を調整するロータリバルブ１０３とを備えるものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

ロータリバルブ１０３は、複数の吸気通路１０１を各々開閉する複数のバルブ１０４と、隣り合うバルブ１０４同士の間を連結する連結シャフト１０５とを有している。そして、ロータリバルブ１０３の回転軸が吸気通路１０１の並列方向に沿うように配されている。すなわち、ロータリバルブ１０３は複数の吸気通路１０１を横断するように配され、連結シャフト１０５は隣り合う吸気通路１０１の間に形成された隔壁１０８を貫通する貫通孔１０９に配される。

ここで、内燃機関の吸気装置１００では、ロータリバルブ１０３が低摺動トルクで作動することが望ましいとされている。このため、バルブ１０４や連結シャフト１０５が摺接しないように、連結シャフト１０５と貫通孔１０９の内周面との間に隙間１１１を確保する必要がある。

しかし、連結シャフト１０５と貫通孔１０９との間に隙間１１１を設けると、隙間１１１を通して隣り合う吸気通路１０１に吸入空気が漏れてしまうので、吸気通路１０１間の連通を抑制するために吸気通路１０１間のシールを形成する必要がある。

例えば、特許文献１では、径方向の製造誤差を許容できるように可動隙間（あそび）１１２を確保しつつ、連結シャフト１０５と貫通孔１０９の内周面との間に樹脂シール部材１１３を配置することにより、吸気通路１０１間のシールを行っている。
しかしながら、このシール構造では、吸気脈動によってあそび１１２内で樹脂シール部材１１３が動くことがある。このため、樹脂シール部材１１３が連結シャフト１０５や貫通孔１０９の内周面に当たって異音（打音）が生じる虞がある。

特に、燃焼室に近い位置に取り付けられるロータリ型タンブル制御弁にあっては、吸気脈動の影響を受けやすいため、上述のシール構造では、異音の発生がさらに激しくなると予想される。

特開２００８−２５４４７号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の吸気装置において、バルブを低摺動トルクで回動可能とするとともに、吸気通路間のシールを確保し、かつ、シール設置による異音発生を防止することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の内燃機関の吸気装置は、内燃機関の各気筒毎に吸入空気を供給する複数の吸気通路が並列配置されたハウジング、および、複数の吸気通路を各々開閉する複数のバルブと、隣り合うバルブ同士の間を連結する連結シャフトとを有し、ハウジングに回動自在に配されるバルブユニットを備える。
連結シャフトは、隣り合う吸気通路の間に形成された隔壁を貫通する貫通孔に配され、連結シャフトの外周面と貫通孔の内周面との間の隙間はラビリンス構造になっている。

これによれば、連結シャフトの外周面と貫通孔の内周面との間の隙間を確保することによって、バルブを低摺動トルクで回動することができる。また、その隙間をラビリンス構造とすることで、吸気通路間をラビリンスシールによりシールすることができる。このシール構造によれば、吸気脈動が生じても従来のような異音は生じない。

また、ハウジングは、少なくとも貫通孔の軸方向に沿って分割された第１ピースと第２ピースとを結合して形成されており、第１ピースと第２ピースとの間に、バルブユニットが配される。
これによれば、第１ピースと第２ピースとの間にバルブユニットを配して第１ピースと第２ピースとを接合することによりバルブユニットをハウジングに取り付けることができる。

従来、吸気通路の間に形成された隔壁を貫通してバルブユニットを配する方法として、
吸気通路の並列方向に沿って型抜きして貫通孔を形成し、その貫通孔にバルブユニットを並列方向に沿って挿入する方法があるが、この方法では、型抜きのアンダーカットを考慮しなければならないため貫通孔の形状の自由度が狭く、ラビリンス構造の製造は困難である。

一方、本発明では、ハウジングが貫通孔の軸方向に沿って分割（つまり、径方向に少なくとも２分割）されており、分割されたピース間にバルブユニットを配して、ピース同士を接合することにより、吸気通路の間に形成された隔壁を貫通してバルブユニットが配される。
これによれば、ラビリンス構造の通路面積や、迷路段数等の設定がしやすくなり、吸気通路間の連通特性のチューニングが容易になる。

また、ハウジングは、貫通孔の径方向において、第１ピースと第２ピースとの間に、中間ピースを有し、中間ピースは、第１ピースに圧入固定されて、第１ピースと中間ピースとの間にバルブユニットが配される。

一般的に、ハウジングが樹脂製である場合、複数のピースを振動溶着によって接合して一体物として形成する。しかしながら、振動溶着では高い接合強度を得ることは出来るが、高い寸法精度を得ることはできない。一方、圧入固定では、圧入精度を高めることにより、高い寸法精度を得ることが可能である。
そこで、第１ピースと中間ピースとの間にバルブユニットを配し、第１ピースに中間ピースを圧入固定することにより、ラビリンス構造の寸法精度を高くすることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の内燃機関の吸気装置によれば、バルブユニットは、軸方向の両端に軸受部材により回動自在に軸受けされるシャフトを有し、軸受部材は、第１ピースと中間ピースとの間に挟持されている。
これによれば、上述のように、中間ピースは圧入固定されるので径方向の位置において高い寸法精度が得られやすいため、軸受部材を高い同軸精度で設置できる。また、軸受部材を第１ピースと中間ピースとの間に強固に固定することができるので、軸受部材のがたつきが生じない。

内燃機関の吸気装置を示した断面図である（実施例）。（ａ）は図１のＡ−Ａ断面であり、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面である（実施例）。（ａ）は内燃機関の吸気装置を示した断面図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である（従来例）。

本発明を実施するための形態の内燃機関の吸気装置は、内燃機関の各気筒毎に吸入空気を供給する複数の吸気通路が並列配置されたハウジング、および、複数の吸気通路を各々開閉する複数のバルブと、隣り合うバルブ同士の間を連結する連結シャフトとを有し、ハウジングに回動自在に配されるバルブユニットを備える。
連結シャフトは、隣り合う吸気通路の間に形成された隔壁を貫通する貫通孔に配され、連結シャフトの外周面と貫通孔の内周面との間の隙間はラビリンス構造になっている。

ハウジングは、少なくとも貫通孔の軸方向に沿って分割された第１ピースと第２ピースとを結合して形成されており、第１ピースと第２ピースとの間に、バルブユニットが配される。

また、バルブユニットは、軸方向の両端に軸受部材により回動自在に軸受けされるシャフトを有し、軸受部材は、第１ピースと中間ピースとの間に挟持されている。

〔実施例の構成〕
実施例の内燃機関の吸気装置（以下、吸気装置１）の構成を、図１、図２を用いて説明する。
吸気装置１は、インテークマニホールド２（ハウジング）と、ロータリ型タンブル制御弁（以下、バルブユニット）３を備える。

インテークマニホールド２は、樹脂製であり、複数（実施例では３つ）の管を並列に連結した形状に設けられており、各管の内部は、内燃機関の各気筒毎に吸入空気を供給する吸気通路５となっている。そして、隣り合う吸気通路５間には、吸気通路５を区画する隔壁６が設けられている。隔壁６にはバルブユニット３を配するための貫通孔７が形成されている。

バルブユニット３は、各吸気通路５の開度を調整するバルブ１０と、隣り合うバルブ１０同士の間を連結する連結シャフト１１と、バルブ１０に連結して軸方向の両端部に設けられたシャフト１２とを有している。バルブ１０は吸気通路５内に配され、連結シャフト１１は貫通孔７内に配される。

シャフト１２と連結シャフト１１とは中心軸を同じに設けられており、シャフト１２はインテークマニホールド２に支持される軸受部材１３に回動自在に軸受けされる。そして、図示しないモーターの駆動力によりシャフト１２が回動することによって、バルブ１０は回動して吸気通路５を開閉する。

ここで、バルブ１０の閉弁とは、バルブ１０の可動範囲において、バルブ１０が吸気通路５の開口面積を最小にする状態であり、バルブの開弁とは、バルブ１０が吸気通路５の開口面積を最大にする状態である（図２（ａ）参照。二点鎖線で示す状態が閉弁時である。）。
バルブ１０の閉弁時には、吸気通路５が絞られるため、燃焼室（図示せず）にタンブル流が発生する。

〔実施例の特徴〕
本実施例の吸気装置１では、連結シャフト１１の外周面と貫通孔７の内周面との間の隙間１５がラビリンス構造になっている。

すなわち、連結シャフト１１の外周面に、フランジ状の突起１６を軸方向に複数段設け、貫通孔７の内周面に、突起１６を軸方向に挟むように突起１７を設けることにより、ラビリンス構造が形成されている。

ここで、インテークマニホールド２は、少なくとも貫通孔７の軸方向に沿って分割された第１ピース２１と第２ピース２２とを結合して形成されており、第１ピース２１と、第２ピース２２との間に、バルブユニット３が配されている。

一般的に、インテークマニホールド２は、樹脂成型された複数のピースを組み合わせて接合することで一体的に形成されるが、本実施例のインテークマニホールド２は、少なくとも、バルブユニット３の径方向に分割された２つのピースを有し、分割された一方を第１ピース２１、他方を第２ピース２２としている。そして、第１ピース２１と第２ピース２２との間がバルブユニット３の収容空間となる。

また、インテークマニホールド２は、貫通孔７の径方向において、第１ピース２１と第２ピース２２との間に、中間ピース２３を有している。そして、第１ピース２１と中間ピース２３との間にバルブユニット３が配される。
これによれば、貫通孔７は、第１ピース２１と中間ピース２３とにより形成され、貫通孔７の内周面は、第１ピース２１と中間ピース２３とで構成される。
従って、突起１７は、貫通孔７の内周面をなす第１ピース２１と中間ピース２３の部分に設けられている。

吸気装置１の組付手順を以下に簡単に説明する。
まず、第１ピース２１の径方向一端側にバルブユニット３を配し、径方向一端側から第１ピース２１に中間ピース２３を圧入固定する。これにより、第１ピース２１と中間ピース２３との間にバルブユニット３が配される。

このとき、軸受部材１３は、中間ピース２３の圧入固定によって第１ピース２１と中間ピース２３との間に挟持される。具体的には、中間ピース２３が圧入時に軸受部材１３に当接し、圧縮変形することで、軸受部材１３は、第１ピース２１と中間ピース２３との間に強固に固定される（図２（ｂ）参照）。

そして、第１ピース２１の径方向一端に第２ピース２２を振動溶着により接合する。
以上の手順により、インテークマニホールド２にバルブユニット３が組み付けられる。

〔実施例１の効果〕
本実施例の吸気装置１では、バルブ１０間を連結する連結シャフト１１が隣り合う吸気通路５の間に形成された隔壁６を貫通する貫通孔７に配され、連結シャフト１１の外周面と貫通孔７の内周面との間の隙間１５がラビリンス構造になっている。

これにより、連結シャフト１１の外周面と貫通孔７の内周面との間の隙間１５を確保することによって、バルブ１０を低摺動トルクで回動することができる。また、その隙間１５をラビリンス構造とすることで、吸気通路５間をラビリンスシールによりシールすることができる。このシール構造によれば、吸気脈動が生じても従来のような異音は生じない。

また、インテークマニホールド２は、少なくとも、バルブユニット３の径方向に分割された２つのピース（第１ピース２１、第２ピース２２）を有するとともに、貫通孔７の径方向において、第１ピース２１と第２ピース２２との間に、中間ピース２３を有している。そして、第１ピース２１と中間ピース２３との間にバルブユニット３が配される。

従来、各吸気通路５間に形成された隔壁６を貫通してバルブユニット３を配する方法として、吸気通路５の並列方向に沿って型抜きして貫通孔７を形成し、その貫通孔７にバルブユニット３を並列方向に沿って挿入する方法があるが、この方法では、型抜きのアンダーカットを考慮しなければならないため貫通孔７の形状の自由度が狭く、ラビリンス構造の製造は困難である。
一方、本実施例では、ラビリンス構造の通路面積や、迷路段数等の設定がしやすくなり、吸気通路間の連通特性のチューニングが容易になる。

また、一般的に、インテークマニホールド２が樹脂製である場合、複数のピースを振動溶着によって接合して一体物として形成する。しかしながら、振動溶着では高い接合強度を得ることは出来るが、高い寸法精度を得ることはできない。一方、圧入固定では、圧入精度を高めることにより、高い寸法精度を得ることが可能である。
そこで、第１ピース２１と中間ピース２３との間にバルブユニット３を配し、第１ピース２１に中間ピース２３を圧入固定することにより、ラビリンス構造の寸法精度を高くすることができる。なお、第１ピース２１と第２ピース２２とは、振動溶着で接合することにより高い接合強度を得ることができる。

また、軸受部材１３は、中間ピース２３の圧入固定によって第１ピース２１と中間ピース２３との間に挟持される。

これによれば、上述のように、中間ピース２３は圧入固定されるので径方向の位置において高い寸法精度が得られやすいため、軸受部材１３を高い同軸精度で設置することができる。また、軸受部材１３を第１ピース２１と中間ピース２３との間に強固に固定することができるので、軸受部材１３のがたつきが生じない。

〔変形例〕
吸気装置１の態様は、実施例に限定されず、様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例ではインテークマニホールド２は中間ピース２３を有していたが、中間ピース２３を設けず、第１ピース２１と第２ピース２２との間にバルブユニット３を配し、第１ピース２１と第２ピース２２とで貫通孔７の内周面をなしてもよい。

また、実施例では、バルブユニット３はロータリ型タンブル制御弁であったが、これに限られず、各吸気通路５を開閉するバルブ１０を有して複数の吸気通路５を横断するように貫通して設置されるバルブユニット３であればよく、例えば、スワール制御弁であってもよい。

１吸気装置（内燃機関の吸気装置）
２インテークマニホールド（ハウジング）
３バルブユニット（ロータリ型タンブル制御弁）
５吸気通路
６隔壁
７貫通孔
１０バルブ
１１連結シャフト
１２シャフト
１３軸受部材
１５隙間
２１第１ピース
２２第２ピース
２３中間ピース

Claims

内燃機関の各気筒毎に吸入空気を供給する複数の吸気通路が並列配置されたハウジング、
および、前記複数の吸気通路を各々開閉する複数のバルブと、隣り合う前記バルブ同士の間を連結する連結シャフトとを有し、前記ハウジングに回動自在に配されるバルブユニットを備え、
前記連結シャフトは、隣り合う前記吸気通路の間に形成された隔壁を貫通する貫通孔に配され、
前記連結シャフトの外周面と前記貫通孔の内周面との間の隙間をラビリンス構造にし、
前記ハウジングは、少なくとも前記貫通孔の軸方向に沿って分割された第１ピースと第２ピースとを結合して形成されており、
前記第１ピースと前記第２ピースとの間に、前記バルブユニットが配された内燃機関の吸気装置であって、
前記ハウジングは、前記貫通孔の径方向において、前記第１ピースと前記第２ピースとの間に、中間ピースを有し、
前記中間ピースは、前記第１ピースに圧入固定されて、前記第１ピースと前記中間ピースとの間に前記バルブユニットが配されることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
請求項１に記載の内燃機関の吸気装置において、
前記バルブユニットは、軸方向の両端に軸受部材により回動自在に軸受けされるシャフトを有し、
前記軸受部材は、前記第１ピースと前記中間ピースとの間に挟持されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。