JP5842737B2

JP5842737B2 - 吸気制御装置

Info

Publication number: JP5842737B2
Application number: JP2012132187A
Authority: JP
Inventors: 啓光石原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: DE112013002884T5; WO2013187241A1; CN204327264U; JP2013256879A; US9546622B2; US20150136055A1

Description

本発明は、吸気制御装置に関し、詳しくは、吸気マニホルドの開口面積を調節する弁体を有する吸気制御装置に関する。

上記のように構成された吸気制御装置として特許文献１には、吸気マニホルド（文献では inlet duct2）においてシリンダヘッドに接続するフランジ面の近傍位置に、軸体（文献ではpivot shaft9）の回転に伴って開閉作動する弁体（文献では control flap3）を備えた構成が示されている。弁体は、Ｆｉｇ１やＦｉｇ４に示す開放姿勢にセットされることで吸気マニホルドの凹部に嵌り込む状態に達し、吸気マニホルドの開口面積を最大に設定する。また、シャフトの回転により弁体がＦｉｇ２やＦｉｇ５に示す抑制姿勢にセットされることにより、吸気マニホルドの内部で弁体が立ち上がる姿勢まで変位し、開口面積を小さくする。

また、特許文献２には、特許文献１と同様に、軸体（文献では Klappenschwenkachse 12）と共に揺動する弁体（文献では Klappen 8 ）を備えている。この弁体はＦｉｇ６に示す開放姿勢にセットされることで吸気マニホルドの内面に嵌り込み、吸気マニホルドの開口面積を最大に設定する。また、弁体がＦｉｇ５に示す抑制姿勢にセットされることで弁体が吸気マニホルドの内部で立ち上がる姿勢まで変位し、開口面積を小さくする。

更に、特許文献３には、吸気マニホルド２のうちシリンダヘッド１の近傍位置に制御ユニット３を嵌め込んだ構成の吸気制御装置が示されている。この特許文献３での弁体（文献では制御弁４１）の作動形態は特許文献１や特許文献２と同様であるが、制御ユニット３を吸気マニホルド２に備える構成に特徴を有している。

つまり、吸気マニホルド２はシリンダヘッド１に当接する第一部材２ａと、これに連結する第二部材２ｂとで構成されている。制御ユニット３は、筒状のハウジング６に対して回動軸４１により開閉する板状の弁体を備えている。このような構成から、制御ユニット３のハウジング６を第一部材２ａに嵌め込んだ後に、第一部材２ａに対して第二部材２ｂを連結することにより吸気マニホルド２に弁体が備えられる。

米国特許第６７６１１４０号明細書（US 6,761,140 B2）独国特許出願公開第１０２００９０５４１８４号明細書（DE 10 2009 054 184 A1）特開２００７−１９２１４７号公報

特許文献１や特許文献２に記載されるように、弁体を開放姿勢に設定した状態で弁体が吸気マニホルドに嵌り込む構成は、吸気マニホルドの内面を平滑にして吸気通路に流れる空気に作用する抵抗を低減する。しかしながら、弁体を開放姿勢に設定した状態で吸気マニホルドの凹部に弁体が密接する状態で嵌り込む構成では、円滑な作動を実現するために精度を必要とするだけではなく、弁体と凹部との隙間に異物が付着した場合には、円滑な作動を損なうこともあり改善の余地がある。

このような不都合を解消するために、弁体と吸気マニホルドとの間の間隙を大きくすることも考えられるが、間隙を大きくした場合には、弁体を抑制姿勢にセットした場合に、間隙に空気が流れ、吸気の流れを適正に抑制できないものとなる。

また、吸気マニホルドを樹脂成形により製造する場合には、特許文献３にも記載されるように形状精度が低い場合にも適正な位置に弁体を配置して空気の流れを制御できるように構成することも望まれている。

本発明の目的は、弁体の円滑な作動を実現しながら、弁体を抑制姿勢に設定した場合には吸気の流れを適正に抑制する吸気制御装置を高精度に構成する点にある。

本発明の特徴は、吸気マニホルドの内部に嵌め込まれるスリーブと、前記スリーブに支持される軸体とともに回動することで前記吸気マニホルドにおける吸気通路の開口面積を最大にする開放姿勢、及び、前記吸気通路の開口面積を小さくする抑制姿勢に切換自在な弁体とを備えると共に、前記弁体が、前記開放姿勢にあっては共に前記軸体に対して前記スリーブの一方の壁面側に位置し、前記開放姿勢から前記抑制姿勢への揺動時に前記スリーブの中央側に変位するよう前記軸体から吸気方向の下流側に設けられた主弁部と、前記スリーブに沈み込む方向に変位するよう前記軸体から吸気方向上流側に設けられた副弁部とを有し、前記弁体が前記抑制姿勢に揺動した際に前記副弁部が入り込む収容空間が、前記スリーブの内面から外方に変位する段部を有する形状に形成され、前記副弁部には、当該弁体が前記抑制姿勢に達した際に、前記開放姿勢よりも前記段部に接近するシール部を形成している点にある。

本構成の弁体は、吸気方向に直交する姿勢でスリーブに支持される軸体の一方側に主弁部と副弁部とを備えるものである。このような弁体では、弁体が開放姿勢にあるときには、主弁部および副弁部はスリーブの一方側の壁面に偏位した初期姿勢となり、弁体が抑制姿勢にあるときには、主弁部と副弁部とでスリーブの略全域を遮断する必要がある。そのため、主弁部は、軸体に対して吸気方向の下流側に形成され、弁体が抑制姿勢に変化した際には、スリーブの中央側に突出するように構成してある。一方、副弁部は、軸体に対して吸気方向の上流側に形成され、弁体が抑制姿勢に変化した際でも、軸体に対して自身が当初位置していた壁面の側の領域を遮断し続ける必要がある。このため、副弁部の移動軌跡は、当初の開放姿勢から抑制姿勢に変化する際にスリーブの外方側に膨らむ。このような弁体を収容するためには、開放姿勢で保持した弁体のさらに外側に所定の空間を確保しておく必要がある。そのため、本構成では、この空間を形成するのに、スリーブの内面から外方に変位する段部を設けてある。

本構成では、スリーブの遮断効果を高めるべく、弁体が抑制姿勢にあるときに副弁部と段部との間でシール部が形成される。本構成の弁体は、例えば開放姿勢と抑制姿勢とに択一的に設定され、抑制姿勢にあるときの副弁部の位置は定位置となる。よって、このとき副弁部と段部との間の距離が小さくなるようにシール部を設定してある。これにより、抑制姿勢での吸気遮断効果が高まる。このように所定の姿勢のみに於いて効果を発揮するシール部を形成する結果、シール部を簡単かつコンパクトに構成することが可能となる。

また、本構成であれば、弁体が開放姿勢と抑制姿勢との間の姿勢にあるときには、副弁部と段部との間には一定の隙間が現れる。この隙間は吸気の流通が可能である。よって、仮に異物がスリーブ内に侵入した場合でも、弁体とスリーブの壁部との間に溜まりがちな異物を効果的に排出することができる。この結果、弁体の健全な動作状態を長期間維持することができる。
このように本発明によると、弁体の円滑な作動を行いながら、弁体を抑制姿勢に設定した場合には吸気の流れを適正に抑制する吸気制御装置が高精度に構成された。

本発明は、前記抑制姿勢において前記開放姿勢よりも前記段部に接近するように前記副弁部の表面から突出する突出部で前記シール部が構成されても良い。

これによると、弁体に突出部材を備えることにより、弁体が抑制姿勢に達した場合に、突出部が収容空間の段部に接近する形態で空気の流れを抑制する。つまり、弁体とスリーブとに接触するゴム等の柔軟な素材を用いずとも、シール部を形成することが可能となり、構成が単純化し、製造も容易となる。

本発明は、前記弁体が、前記開放姿勢と前記抑制姿勢との中間となる中間姿勢に設定自在に構成され、この中間姿勢において前記開放姿勢よりも前記段部に接近する副シール部を備えても良い。

これによると、弁体を中間姿勢に設定した場合には、副シール部が収容空間の段部に接近することになり、この中間姿勢において副弁部の部位で流れる空気の量を制限して主弁部で設定される開口面積により空気の流れを制御する。

エンジン上部と吸気制御装置とを示す断面図である。弁体を抑制姿勢に設定した吸気制御装置を示す断面図である。吸気制御装置を備えた吸気マニホルドの斜視図である。ホルダと弁体とを示す斜視図である。マニホルドとホルダと弁体との分解斜視図である。ホルダと弁体との配置を示す横断図である。ホルダと弁体との配置を示す縦断図である。別実施形態（ａ）の吸気制御装置を示す断面図である。別実施形態（ｂ）の吸気制御装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１〜図３に示すように、内燃機関としてのエンジンＥのシリンダヘッド１に連結する吸気マニホルドＭと、この吸気マニホルドＭの内部に嵌め込まれるホルダＨと、ホルダＨに対して揺動軸芯Ｘを中心に揺動自在に支持される弁体２５と、弁体２５の姿勢を設定するアクチュエータＡとを備えて吸気制御装置が構成されている。

エンジンＥはピストン２を内蔵するシリンダブロック３の上端にシリンダヘッド１を連結した構成を有している。シリンダヘッド１には燃焼室に吸気を行う吸気バルブ４と、燃焼ガスを排出する排気バルブ５と、燃焼室の混合気に点火を行う点火プラグ６と、燃焼室に燃料を供給するインジェクタ（図示せず）とを備えている。

このエンジンＥは、ピストン２の吸気作動時に吸気バルブ４を開放して燃焼室に吸気を行うとともに、燃焼室にインジェクタから燃料を供給する。この後、圧縮作動に続いて点火プラグ６により燃焼室の混合気に点火して燃焼を行わせ、この燃焼による膨張力をピストン２からクランクシャフト（図示せず）に伝え、駆動力をクランクシャフトから取り出す一般的な構成を有している。

吸気制御装置は、燃焼室に吸気を行う際に吸気マニホルドＭの吸気通路の開口面積を制御することにより、燃焼室にタンブル流を作り出し、燃焼効率を高めるように機能する。このように機能させるためにアクチュエータＡはエンジンＥの回転数と負荷の状況に基づいて作動マップから取り出した情報に基づいて弁体２５の姿勢を制御する。

〔吸気制御装置〕
吸気マニホルドＭは、エアクリーナ等から空気が供給される単一のマニホルド本体Ｍａと、このマニホルド本体Ｍａからの空気をエンジンＥの各燃焼室に供給するように複数に分岐するブランチＭｂとが樹脂により一体的に形成されている。ブランチＭｂの先端部分は、上壁部１１と、一対の側壁部１２と、下壁部１３とを形成することで断面形状が矩形となり、複数のブランチＭｂの先端部に連なる状態でシリンダヘッド１に連結するためのフランジ部１４が一体的に形成されている。

前述した上壁部１１と一対の側壁部１２と下壁部１３とはホルダＨが嵌め込まれる空間であり、この部位を膨らませることにより、ブランチＭｂの内壁とホルダＨの内壁とが直線的に連なるように相対的な位置関係が設定されている。また、側壁部１２のうち隣接するもの同士の中間位置には、隣接するブランチ部１４の内部空間同士が連なる状態で、フランジ部１４から窪む形態で外部軸支空間１２ａが形成されている。尚、外端位置の２箇所の側壁部１２には軸体２７を収容するために外方に膨らむ袋状の膨出部１２ｂが形成されている。

フランジ部１４はボルト１５によりシリンダヘッド１に連結されるものであり、このフランジ部１４のフランジ面には、ホルダＨの挟圧プレートＨｂが嵌り込む凹部１４ａが形成されている。この凹部１４ａはホルダＨの挟圧プレートＨｂが嵌り込む深さで形成され、吸気マニホルドＭのフランジ部１４がシリンダヘッド１に連結する際に挟圧プレートＨｂをシリンダヘッド１に圧着できるように構成されている。

この実施形態では、４気筒型のエンジンＥに対応した吸気制御装置を示しており、吸気マニホルドＭは、４気筒型のエンジンＥに対応して４つのブランチＭｂが形成され、夫々のブランチＭｂに対してホルダＨを介して弁体２５が支持されている。

図４、図５に示すように、ホルダＨは、筒状のスリーブＨａと、このスリーブＨａの端部に一体形成したフランジ状の挟圧プレートＨｂとを樹脂により一体的に形成してある。スリーブＨａは吸気マニホルドＭのブランチＭｂの上壁部１１の内面側に配置されるトッププレート２１と、側壁部１２の内面側配置されるサイドプレート２２と、下壁の１３内面側に配置されるボトムプレート２３とを一体的に形成することで断面形状が矩形となる。また、トッププレート２１と一対のサイドプレート２２とボトムプレート２３とは挟圧プレートＨｂに連結している。

このホルダＨでは、吸気の流れる方向でのトッププレート２１の寸法と、一対のサイドプレート２２の寸法とが等しく設定されると共に、この方向でのボトムプレート２３の寸法が短く設定されている。また、一対のサイドプレート２２には、挟圧プレートＨｂと反対側の端部から切り込む形態で内部軸支空間２２ａが形成されている。

吸気の流れる方向でボトムプレート２３の寸法が他のプレートの寸法より短く設定され、これによりホルダＨの内部でボトムプレート２３が存在しない領域に（吸気の吸引方向でのボトムプレート２３の上流側）に収容空間Ｓが形成される。この収容空間Ｓは、ボトムプレート２３の段部２３ａと、一対のサイドプレート２２と、下壁部１３とで取り囲まれる領域に形成されている。段部２３ａはホルダＨのボトムプレート２３の内面から外方に変位する形状に形成されるものであり、図１、図２に示すように、この段部２３ａは、ボトムプレート２３の内面に対して直交する姿勢で形成されている。

弁体２５は、プレート状に形成されると共に、両側部に連結する板状のブラケット部２６と、この一対のブラケット部２６に連結する軸体２７とを樹脂により一体的に形成している。一対のブラケット部２６は弁体２５の幅方向の端部から立ち上がる姿勢で形成され、一対のブラケット部２６の外面に軸体２７が連結されている。

図１に示す如く開放姿勢にある弁体２５を、図２に示す抑制姿勢に作動させた際に、弁体２５のうち、スリーブＨａのボトムプレート２３から持ち上がり、スリーブＨａの中央側に変位する部位を主弁部２５ａと称し、この作動時にスリーブＨａのボトムプレート２３に沈み込む方向に変位する部位を副弁部２５ｂと称している。また、主弁部２５ａは、軸体２７から吸気方向の下流側に配置され、副弁部２５ｂは吸気方向の上流側に配置されている。

弁体２５が開放姿勢にある状態で、トッププレート２１に向かい合う面を表面とし、これと逆側でボトムプレート２３に向かい合う面を裏面とすると、副弁部２５ｂの裏面側には、抑制姿勢では開放姿勢よりもトムプレート２３の段部２３ａに接近するシール部としての突出部２８が形成されている。この突出部２８は弁体２５と一体的に形成されるものであるが、接着やビス等を用いて弁体２５に固定する構成であっても良い。

図５〜図７に示す如く、複数の弁体２５の軸体２７には軸受体３０を回転自在に外嵌しており、隣り合う位置に配置される軸体２７は、軸状のジョイント３１で連結される。図３〜図５に示す如く、外部軸支空間１２ａの内端（吸気の吸引方向で上流側の端部）と、内部軸支空間２２ａの内端（吸気の吸引方向で下流側の端部）とは半円形に成形され、ブランチＭｂの内部にスリーブＨａを挿入した状態で夫々の半円形を併せて円形となる孔部が形成される。

内部軸支空間２２ａは、軸体２７の直径より広い幅のスリット部分の端部位置に前述した半円形の部位を形成しており、この内部軸支空間２２ａのスリット部分に嵌め込む状態でシールプレート３３を備えている。このシールプレート３３の端部において軸体２７に接触する部位は半円形の凹状に形成されている。この構成により、内部支軸空間２２ａの半円形の凹部と、シールプレート３３に形成された半円形の凹部とで円形の孔部を形成しており、このように２つの半円形の凹部で形成される孔状の部位に軸受体３０を配置することで、軸体２７が揺動軸芯Ｘを中心にして回転自在に支持される。

吸気制御装置を組み立てる場合には、弁体２５の軸体２７をジョイント３１で連結すると共に、ホルダＨのサイドプレート２２の内部軸支空間２２ａに挿入する。尚、軸体２７をブランチＭｂの部位に収容する場合には、一方の端部が膨出部１２ｂに収容され、他方の端部が膨出部１２ｂに収容されると共に、この軸体２７の他方の端部に対して、アクチュエータＡの出力軸が連結する。更に、内部軸支空間２２ａのスリット部分にシールプレート３３を嵌め込むことにより、内部軸支空間２２ａの半円形の凹部と、シールプレート３３の内端の半円形の凹部とで軸受体３０を挟み込む状態となる。このような状態でブランチＭｂの内部にホルダＨとともに弁体２５をセットし、ブランチＭｂをシリンダヘッド１にボルト１５を用いて連結する。

このように吸気制御装置を組み立てた状態では、ブランチＭｂの内部にホルダＨが嵌め込まれ、ホルダＨの挟圧プレートＨｂが、ブランチＭｂのフランジ部１４に設けた凹部１４ａの部位において、このフランジ部１４とシリンダヘッド１との間に挟圧される。

ジョイント３１は、軸状の部材の両端部に係合突起を形成しており、この係合突起が嵌合する係合凹部を、軸体２７の端部に形成することにより、複数の弁体２５が揺動軸芯Ｘを中心にして一体的に揺動する状態に達する。また、軸体２７の一端に対してアクチュエータＡの出力軸を連結することにより、このアクチュエータＡの駆動力により弁体２５の姿勢の切換が可能となる。

〔作動形態〕
アクチュエータＡの作動により弁体２５を図１に示す開放姿勢にセットした場合には、弁体２５がボトムプレート２３（一方のスリーブＨａの具体例）に位置する状態で、このボトムプレート２３と平行する姿勢となり、吸気マニホルドＭのブランチＭｂの吸気通路の開口面積が最大となる。また、アクチュエータＡの逆方向への作動により軸体２７が揺動軸芯Ｘを中心に回動して弁体２５を図２に示す抑制姿勢にセットした場合には、主弁部２５ａがボトムプレート２３から立ち上がる方向に変位し、副弁部２５ｂが収容空間Ｓに入り込む状態に達する。

このように弁体２５が抑制姿勢に達した場合には、主弁部２５ａが吸気通路の開口面積を最小に設定し、また、シール部としての突出部２８がボトムプレート２３の段部２３ａに接近することで、この部位での空気の流れを抑制する。

〔実施形態の効果〕
このように本発明の吸気制御装置は、弁体２５を開放姿勢から抑制姿勢に切り換えた場合には、弁体２５の副弁部２５ｂが収容空間Ｓに沈み込む作動形態となる。この収容空間Ｓを副弁部２５ｂの作動軌跡に沿う円弧状に形成した場合には、吸気に含まれる異物が付着して円滑な作動が損なわれることもあるが、ボトムプレート２３の一部を切り欠く形態で収容空間Ｓを形成しているので、本発明の吸気制御装置では弁体２５の円滑な作動を実現する。

特に、弁体２５を抑制姿勢に設定した場合に、収容空間Ｓの段部２３ａに接近する突出部２８を副弁部２５ｂに形成したことにより、弁体２５の円滑な作動を損なうことなく、副弁部２５ｂと収容空間Ｓとの隙間に空気が流れる不都合を解消する。

また、ホルダＨのスリーブＨａに対して軸体２７を介して揺動自在に弁体２５を支持するため、ホルダＨを吸気マニホルドＭのブランチＭｂに嵌め込んだ状態では、スリーブＨａを介してブランチＭｂの内部に対して弁体２５を高精度で支持することが可能となり、弁体２５を抑制姿勢に設定した場合に吸気を良好に抑制する。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）図８に示すように、本発明の吸気制御装置を開放姿勢と、抑制姿勢と、この２姿勢の中間となる中間姿勢とに設定できるように構成すると共に、中間姿勢に対応して弁体２５の裏面に副突出部２９を備える。この構成では弁体２５を抑制姿勢に設定した場合には図８の上段に示す如く、前述した実施形態と同様に突出部２８が収容空間Ｓの段部２３ａに接近して、この部位での吸気の流れを抑制する。また、弁体２５を中間姿勢に設定した場合には図８の下段に示す如く、副突出部２９が収容空間Ｓの段部２３ａに接近して、この部位での吸気の流れを抑制する。

このように複数のシール部（突出部２８、副突出部２９）を形成した場合には、弁体２５が抑制姿勢と中間姿勢との何れの姿勢にある場合にも、収容空間Ｓを介して吸気が流れる不都合を抑制して弁体２５による適正なタンブル流れを作り出すことができる。

特に、本発明では、弁体２５を抑制姿勢と中間姿勢との他の姿勢に設定できるように構成し、これらの姿勢に対応してシール部として３つ以上のシール部を形成しても良い。

（ｂ）図９に示すように、ボトムプレート２３の内面側を取り除き、吸気の吸引方向での端部に滑らかな円弧状となる段部２３ａが形成されるように収容空間Ｓを形成しても良い。このようにホルダＨの内面側に収容空間Ｓを形成することにより、前述した実施形態のようにボトムプレート２３の一部を切り欠く形態で収容空間Ｓを形成したものと比較して高い強度を得ることができる。

（ｃ）ブランチＭｂ、スリーブＨａとも断面が矩形に限るものではなく、例えば、断面が長円形や楕円形に成形しても良い。

本発明は、吸気通路の開口面積を制御する弁体を備えた吸気マニホルドに利用することができる。

２３ａ段部
２５弁体
２５ａ主弁部
２５ｂ副弁部
２７軸体
２８シール部（突出部）
２９副シール部（副突出部）
Ｈａスリーブ
Ｍ吸気マニホルド
Ｓ収容空間

Claims

吸気マニホルドの内部に嵌め込まれるスリーブと、
前記スリーブに支持される軸体とともに回動することで前記吸気マニホルドにおける吸気通路の開口面積を最大にする開放姿勢、及び、前記吸気通路の開口面積を小さくする抑制姿勢に切換自在な弁体とを備えると共に、
前記弁体が、前記開放姿勢にあっては共に前記軸体に対して前記スリーブの一方の壁面側に位置し、前記開放姿勢から前記抑制姿勢への揺動時に前記スリーブの中央側に変位するよう前記軸体から吸気方向の下流側に設けられた主弁部と、前記スリーブに沈み込む方向に変位するよう前記軸体から吸気方向上流側に設けられた副弁部とを有し、
前記弁体が前記抑制姿勢に揺動した際に前記副弁部が入り込む収容空間が、前記スリーブの内面から外方に変位する段部を有する形状に形成され、
前記副弁部には、当該弁体が前記抑制姿勢に達した際に、前記開放姿勢よりも前記段部に接近するシール部を形成している吸気制御装置。
前記抑制姿勢において前記開放姿勢よりも前記段部に接近するように前記副弁部の表面から突出する突出部で前記シール部が構成されている請求項１記載の吸気制御装置。
前記弁体が、前記開放姿勢と前記抑制姿勢との中間となる中間姿勢に設定自在に構成され、この中間姿勢において前記開放姿勢よりも前記段部に接近する副シール部を備えている請求項１又は２記載の吸気制御装置。