WO2018029889A1

WO2018029889A1 - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: WO2018029889A1
Application number: PCT/JP2017/012228
Authority: WO
Inventors: 啓介関口; 啓光石原; 山口　智広
Original assignee: アイシン精機株式会社
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-02-15
Also published as: US20200191066A1; JP6776715B2; JP2018025129A

Abstract

内燃機関の吸気装置（１）は、弁体（６０）と保持部材（５）とを含んでいる。弁体（６０）は、回動軸（９０）と吸気通路（３１）の通路断面積を変更可能な弁部（６２）とを有する。保持部材（５）は、回動軸（９０）を回動自在に支持する支持部（５４）を有して弁体（６０）を収容する。保持部材（５）は、吸気通路（３１）の内壁面に設けられる。弁体（６０）は、回動軸（９０）と弁部（６２）との間に位置する側壁部（６１）を有している。側壁部（６１）は、回動軸（９０）の軸芯方向において吸気通路（３１）に対し、回動軸（９０）と支持部（５４）との間の隙間を回動軸（９０）の全周にわたって遮蔽する。

Description

内燃機関の吸気装置

　本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、特に、内燃機関の燃焼室に供給する気体の流れを制御する弁体を備えた内燃機関の吸気装置に関するものである。

　従来、内燃機関の吸気装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関の吸気装置は、気体が流れる吸気通路と、該吸気通路上に設けられて吸気通路の通路断面積を変更可能な弁体と、支持部（軸受）において弁体の回動軸を回動自在に支持する制御弁ハウジングとを備える。

特開２０１５－１１９６号公報

　しかしながら、このような内燃機関の吸気装置では、回動軸と支持部との間の隙間の一部が吸気通路に対し露出する状態で設けられる。このため、吸気通路に気体が流れる際に、隙間に気体が流れ込む可能性がある。この場合、圧力の損失が発生することで、吸気効率が低下する可能性がある。

　本発明の目的は、吸気効率の低下を抑制できる内燃機関の吸気装置を提供することにある。

　上記目的を達成するため、内燃機関の吸気装置は、弁体と保持部材とを含んでいる。前記弁体は、回動軸と吸気通路の通路断面積を変更可能な弁部とを有する。前記保持部材は、前記回動軸を回動自在に支持する支持部を有して前記弁体を収容する。前記保持部材は、前記吸気通路の内壁面に設けられる。前記弁体は、前記回動軸と前記弁部との間に位置する側壁部を有している。前記側壁部は、前記回動軸の軸芯方向において前記吸気通路に対し、前記回動軸と前記支持部との間の隙間を前記回動軸の全周にわたって遮蔽する。

内燃機関の吸気装置の一実施形態についてその構造を示す斜視図。（ａ）は同実施形態の内燃機関の吸気装置についてその弁体を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の２Ｂ－２Ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は平面図。（ａ）、（ｂ）は内燃機関の吸気装置の一実施形態についてその構造を示す断面図、及び３Ｂ－３Ｂ線に沿った断面図。（ａ）、（ｂ）は内燃機関の吸気装置の一実施形態についてその構造を示す断面図、及び４Ｂ－４Ｂ線に沿った断面図。（ａ）、（ｂ）は同実施形態及び比較例の内燃機関の吸気装置について、開放状態における図３（ａ）に相当する断面図。（ａ）、（ｂ）は図５の６Ａ－６Ａ線、６Ｂ－６Ｂ線に沿った断面図。（ａ）、（ｂ）は同実施形態及び比較例の内燃機関の吸気装置について、抑制状態における図４（ａ）に相当する断面図。（ａ）、（ｂ）は図７の８Ａ－８Ａ線、８Ｂ－８Ｂ線に沿った断面図。

　以下、内燃機関の吸気装置の一実施形態について説明する。
　図１に示すように、車両用の直列４気筒型のエンジンに設けられる吸気装置１は、空気を取り込んでこれとインジェクタから供給される燃料とを混合するとともに、該混合した空気（以下、「混合気」という）をエンジンの吸気行程における吸気バルブの開放にあわせて燃焼室に供給する。エンジンは、燃焼室内の混合気を圧縮してこれに点火し、混合気を燃焼させる。エンジンは、この燃焼による膨張力をピストンからクランクシャフトに伝える。これにより、エンジンの駆動力がクランクシャフトから取り出される。

　吸気装置１は、サージタンク２を備えるとともに、該サージタンク２の出口側から枝分かれするように複数（４本）の吸気通路３１を形成する樹脂製のインテークマニホールド３を備える。なお、以下では、複数の吸気通路３１の並設方向をＸ方向という。そして、Ｘ方向における一側及び他側（図１における右側及び左側）をそれぞれＸ１側及びＸ２側という。

　複数の吸気通路３１の出口は、それらの全体を連通して略筒状の内壁面３２を形成するとともに、該内壁面３２の開口の周縁にその全周に亘って延びる開口端部３３を形成する。この開口端部３３は、シリンダヘッド（図示略）に連結するためのものである。なお、開口端部３３には、ガスケット９を嵌め込む溝部（図示略）が形成されている。

　また、吸気装置１は、インテークマニホールド３の出口近傍において、吸気制御弁４を備える。
　この吸気制御弁４は、複数の吸気通路３１に合わせて内壁面３２に嵌め込まれる複数（４つ）の保持部材５を備える。この保持部材５は、Ｘ方向に対向する一対の保持側壁部５１及び両保持側壁部５１の先端同士をＸ方向に接続する一対の壁部５２を有して略四角筒形状を呈しており、所定の開口面積（流路断面積）を有する開口５ｂを形成する。なお、保持部材５の一方の端部には、略四角環状の外向きのフランジ５ａが形成されている。また、両保持側壁部５１の各々には、吸気通路３１に向かって開口するとともにＸ方向に連通する略Ｕ字状の支持溝５１ａが形成されている。

　図３に示すように、両保持側壁部５１のＸ方向に対向する内側面５１ｂは、開口５ｂ（吸気通路３１）の開口方向で、吸気通路３１のＸ方向に対向する内側面３１ａに略面一で繋がるように配置されている。そして、保持部材５は、両保持側壁部５１の内側面５１ｂから互いに相反するＸ方向に窪む一対の略扇形溝状の収容凹部５３を有する。この収容凹部５３は、大径円弧状部５３ａ及び小径円弧状部５３ｂと、それらの端部同士を繋ぐ一対の直線状部５３ｃとで区画されている。Ｘ方向視における形状において、大径円弧状部５３ａは、Ｘ方向に沿って延びる軸線（以下、「軸芯Ｏ１」という）を中心に円弧状に延びており、小径円弧状部５３ｂは、大径円弧状部５３ａの径よりも小さい径、且つ、大径円弧状部５３ａの長さより短い長さで軸芯Ｏ１を中心に円弧状に延びている。両直線状部５３ｃの各々は、大径円弧状部５３ａの端部及び小径円弧状部５３ｂの端部間で略直線状に延びている。

　また、図１に示すように、吸気制御弁４は、吸気制御弁本体６を備える。この吸気制御弁本体６は、Ｘ方向に並設される複数（４つ）の弁体６０を有する。
　各弁体６０は、保持部材５の保持側壁部５１に対向する平板状の一対の側壁部６１及びそれら両側壁部６１の先端同士をＸ方向に接続する半円柱状の弁部６２を一体的に有する。両側壁部６１は、弁部６２と直交する状態でこれに接続される。なお、この弁部６２は、その一部を切り欠くことで制御通路部６２ａを形成する。

　各弁体６０の両側壁部６１には、互いに相反するＸ方向に略ボス状の軸部６１ａが突設されている。そして、各軸部６１ａは、Ｘ方向に開口する略鍵穴状の軸受部材（支持部）５４に挿通されている。この軸受部材５４は、保持部材５の支持溝５１ａに嵌め込まれる。つまり、保持部材５は、軸受部材５４において軸部６１ａを軸支する。これにより、各弁体６０は、保持部材５（軸受部材５４）を介して前述の軸芯Ｏ１周りに回動可能となっている。

　図２（ａ）～（ｃ）に示すように、弁部６２は、その外側面６２ｂが軸芯Ｏ１を中心に略円弧状に延びるとともに、内側面６２ｃが外側面６２ｂの両端同士を結ぶように直線状に延びている。一方、側壁部６１は、略舌片状に成形されており、その周縁６３において、軸芯Ｏ１を中心に弁部６２の反対側に（軸芯Ｏ１を中心とする周方向において、弁部６２が設けられる範囲を除いた範囲で）円弧状周縁部６３ａを形成する。この円弧状周縁部６３ａは、軸部６１ａよりも大きい径（大径）、且つ、弁部６２までの最大距離よりも小さい径（小径）となる。また、側壁部６１は、その周縁６３において、弁部６２の両端部６２ｄ及び円弧状周縁部６３ａの接線を繋ぐ直線状周縁部６３ｂを形成する。なお、弁部６２の径及び円弧状周縁部６３ａの径は、それぞれ大径円弧状部５３ａの径及び小径円弧状部５３ｂの径と略同一である。また、直線状周縁部６３ｂの長さは、直線状部５３ｃと略同一である。

　側壁部６１の軸部６１ａが設けられる側である第１対向面としての側面６１ｃには、弁側突状部としての突状部６４が突設される。この突状部６４は、軸部６１ａの周りに略円形に形成された突状中央部６４ａと、軸部６１ａの中心から弁部６２の両端部６２ｄへと繋ぐように突状中央部６４ａから延びる一対の突状リブ６４ｂとを有する。なお、弁部６２の外側面６２ｂには網目リブ６２ｅが形成される。

　図１に示すように、吸気制御弁本体６は、各隣り合う弁体６０同士をＸ方向に接続する複数（３つ）の金属製の接続軸（回動軸）９０を有する。すなわち、接続軸９０は、その両端において隣り合う弁体６０の軸部６１ａに固着されている。従って、全ての弁体６０は、一体でＸ方向に沿って延びる軸芯Ｏ１の周りに回動する。

　図３に示すように、Ｘ方向における両側壁部６１の間の離間距離は、当該方向における開口５ｂの幅と略同一に設定されている。つまり、両側壁部６１のＸ方向に対向する内側面６１ｂは、保持部材５（吸気通路３１）の開口方向で、両保持側壁部５１の内側面５１ｂ（及び吸気通路３１の両内側面３１ａ）に略面一で繋がるように配置されている。また、突状部６４は、Ｘ方向において、第２対向面としての収容凹部５３の底面５３ｄに近接して対向する。

　ここで、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、弁部６２が開口５ｂを開放するようにその壁部５２に沿って倒れる回動姿勢にあるときに、弁体６０は、開口５ｂの開口面積を最大にする開放状態にある。詳述すると、この開放状態のときに、軸芯Ｏ１を中心に時計回りに回動するときの先行する側（図３（ａ）における左側）の直線状周縁部６３ｂは、収容凹部５３の直線状部５３ｃに近接する。一方、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、弁部６２が開口５ｂの一部を閉塞するようにその壁部５２から立ち上がる回動姿勢にあるときに、弁体６０は、開口５ｂの開口面積を最小にする抑制状態にある。詳述すると、この抑制状態のときに、軸芯Ｏ１を中心に反時計回りに回動するときの先行する側（図４（ａ）における右側）の直線状周縁部６３ｂは、収容凹部５３の直線状部５３ｃに近接する。また、抑制状態のときに、突状リブ６４ｂは、保持部材５（吸気通路３１）の開口方向で、吸気通路３１側とその出口側とを区画するように配置される。すなわち、保持部材５は、その収容凹部５３において開放状態（図３（ａ）、（ｂ））から抑制状態（図４（ａ）、（ｂ））の範囲での弁体６０（側壁部６１及び弁部６２の側壁）の回動を許容するように弁体６０を収容する。

　図１に示すように、インテークマニホールド３のＸ１側の出口近傍には、第１取り付け部３４が形成されており、該第１取り付け部３４には、電動アクチュエータ７が取着されている。

　電動アクチュエータ７は、モータ７１と、駆動ギア７２と、金属製の回動軸７３とを備える。駆動ギア７２は、モータ７１に駆動連結されており、軸芯Ｏ１を中心に回動する。回動軸７３は、軸芯Ｏ１と同芯の略円柱形状を呈しており、Ｘ１寄りの端部において駆動ギア７２と一体回動するように連結されている。そして、回動軸７３のＸ２側の端部は、第１取り付け部３４を貫通して隣接する弁体６０と、すなわち吸気制御弁本体６と一体回動するように接続されている。つまり、回動軸７３及び吸気制御弁本体６は、軸芯Ｏ１を中心に駆動ギア７２が回動することで一体で回動するようになっている。

　ここで、駆動ギア７２及びインテークマニホールド３の間には、それらの位相が所定の初期位相（例えば弁体６０の開放状態に相当する位相）に到達することで駆動ギア７２の回動を規制するメカロック部（図示略）が介設されている。なお、回動軸７３は、第１取り付け部３４との間に介装される円環状のシール部材７９に挿通されている。このシール部材７９は、第１取り付け部３４と回動軸７３との間から、吸気通路３１内の気体が外部に漏洩することを抑制するためのものである。

　一方、インテークマニホールド３のＸ２側の出口近傍には、第２取り付け部３５が形成されており、該第２取り付け部３５には、センサユニット８が取着されている。
　センサユニット８は、金属製の回動軸８１を備える。回動軸８１は、回動軸７３と同様に軸芯Ｏ１と同芯の略円柱形状を呈しており、そのＸ１側の端部は、第２取り付け部３５を貫通して隣接する弁体６０と、すなわち吸気制御弁本体６と一体回動するように接続されている。つまり、回動軸８１は、軸芯Ｏ１を中心に吸気制御弁本体６が回動することで一体で回動するようになっている。センサユニット８は、回動軸８１の回動位置、すなわち吸気制御弁本体６の開度情報を検出するように構成されている。なお、回動軸７３と同様に、回動軸８１は、第２取り付け部３５との間に介装される円環状のシール部材８９に挿通されている。

　これらにより、吸気装置１には、軸芯Ｏ１を中心に両回動軸７３、８１及び吸気制御弁本体６が一体的に回動するように設けられる。なお、電動アクチュエータ７は、電子制御装置（図示略）により駆動制御されている。電子制御装置は、エンジンの回転速度と負荷の状況に基づき作動マップから取り出した情報に基づいて、吸気制御弁本体６の姿勢を制御すべく電動アクチュエータ７を駆動制御する。この際、電子制御装置は、センサユニット８により検出される吸気制御弁本体６の開度情報に基づいて、電動アクチュエータ７の駆動をフィードバック制御する。

　ここで、本実施形態では、弁体６０の側壁部６１の周縁６３において、軸部６１ａよりも大きい径となる円弧状周縁部６３ａを形成することで、収容凹部５３の露出部位の範囲が縮小されている。図５（ａ）～図８（ｂ）に本実施形態の弁体６０及びこれに準じた別の比較例の弁体１６０をそれぞれ示して以下に説明する。なお、図面において収容凹部５３の露出部位には、便宜的にパターンを付している。

　図５（ｂ）に示すように、弁体６０に準じた当該比較例の弁体１６０は、弁部６２と同様の弁部１６２及び側壁部６１に準じた側壁部１６１を有する。この側壁部１６１は、略扇形状に成形されており、その周縁１６３において、軸芯Ｏ１を中心に弁部１６２の反対側に（軸芯Ｏ１を中心とする周方向において、弁部１６２が設けられる範囲を除いた範囲で）円弧状周縁部１６３ａを形成する。この円弧状周縁部１６３ａは、軸部１６１ａと略同径となる。また、側壁部１６１は、その周縁１６３において、弁部１６２の両端部１６２ｄ及び円弧状周縁部１６３ａの接線を繋ぐ直線状周縁部１６３ｂを形成する。

　図５（ａ）、（ｂ）に比較して示すように、開放状態において、本実施形態の側壁部６１では、当該比較例の側壁部１６１に比べて収容凹部５３の吸気通路３１に対する露出部位の範囲が縮小されていることが確認される。

　また、図６（ａ）に示すように、本実施形態の側壁部６１は、軸芯Ｏ１の方向において吸気通路３１に対し、軸部６１ａ及び軸受部材５４の間の隙間を全周にわたって遮蔽していることが確認される。一方、図６（ｂ）に示すように、当該比較例の側壁部１６１は、軸芯Ｏ１の方向において吸気通路３１に対し、軸部１６１ａ及び軸受部材５４の間の隙間の一部を露出させていることが確認される。

　さらに、図７（ａ）、（ｂ）に比較して示すように、抑制状態においても開放状態の場合と同様に、本実施形態の側壁部６１では、当該比較例の側壁部１６１に比べて収容凹部５３の吸気通路３１に対する露出部位の範囲が縮小されていることが確認される。

　また、図８（ａ）、（ｂ）に比較して示すように、抑制状態においても開放状態の場合と同様に、側壁部６１が前述の隙間を全周にわたって遮蔽しているのに対し、当該比較例の側壁部１６１が前述の隙間の一部を露出させていることが確認される。

　以上、本実施形態によれば、以下のような有利な効果を得ることができる。
　（１）本実施形態では、側壁部６１により吸気通路３１に対し、軸部６１ａと軸受部材５４の内周面との間の隙間が軸部６１ａの全周にわたって遮蔽されるため、吸気通路３１内を流れる気体や異物が前記隙間に流れ込みにくくすることができる。従って、異物による弁体６０の軸受部材５４に対する摺動抵抗や吸気効率の低下を抑制することができる。

　（２）本実施形態では、収容凹部５３は、抑制状態（図４（ａ））から開放状態（図３（ａ））の範囲での弁部６２の回動を許容する状態で側壁部６１を収容する。従って、弁部６２の開放状態では、抑制状態までの弁部６２の回動を許容していた範囲分の収容凹部５３が吸気通路３１に対し露出することになる。そして、吸気通路３１の内側面３１ａ及び側壁部６１の内側面６１ｂに対する収容凹部５３の露出部位の段差において、吸気通路３１を流れる気体に圧力損失が発生することになる。しかしながら、弁部６２（すなわち弁体６０）の開放状態では、円弧状周縁部６３ａの分（比較例の側壁部１６１の円弧状周縁部１６３ａの径よりも大きい分）だけ、収容凹部５３の露出部位の範囲が縮小されることで圧力損失を低減できる。

　（３）本実施形態では、側壁部６１には、その抑制状態に向かう側（弁体６０が抑制状態となるように回動する際の側壁部６１の回動先端側）に直線状周縁部６３ｂが形成される。従って、例えば収容凹部５３において直線状周縁部６３ｂと対向する位置に略同一形状の直線状部５３ｃを形成すれば、側壁部６１の直線状周縁部６３ｂは、収容凹部５３の直線状部５３ｃと略平面状に当接することになる。従って、側壁部６１及び収容凹部５３の当接範囲を最短化することができ、ひいては、それらの間に生じる隙間を最小化できる。

　（４）本実施形態では、突状部６４（弁側突状部又は保持部材側突状部）が小さい。突状部６４の縮小分だけ側壁部６１の側面６１ｃ（第１対向面）及び収容凹部５３の底面５３ｄ（第２対向面）の間の隙間が縮小されることで、極めて簡易な構造で気体が流れ込みにくくすることができる。

　（５）本実施形態では、弁部６２（すなわち弁体６０）が抑制状態にある際に、側壁部６１の側面６１ｃ（第１対向面）及び収容凹部５３の底面５３ｄ（第２対向面）との間に気体が流れ込みにくくすることができる。換言すると、弁部６２（すなわち弁体６０）が抑制状態にある際に、Ｘ方向における吸気通路３１の内側面３１ａと略面一の側壁部６１の内側面６１ｂの近傍を気体が流れるようにすることができ、吸気通路断面積の精度を向上することができる。

　（６）本実施形態では、弁部６２の底面に網目リブ６２ｅが形成されるため、例えば吸気通路３１を流れる気体の圧力に対する強度を向上することができる。
　なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

　・前記実施形態において、直線状周縁部６３ｂは、直線に代えて、円弧状周縁部６３ａ及び弁部６２の端部６２ｄを繋ぐ曲線としてもよい。また、円弧状周縁部６３ａの径及び弁部６２の径を略同一にすることで、直線状周縁部６３ｂを省略してもよい。

　・前記実施形態において、第１対向面としての側面６１ｃの弁側突状部としての突状部６４に代えて、若しくは加えて、第２対向面としての内側面５１ｂに保持部材側突状部としての突状部６４を形成してもよい。

　・前記実施形態において、突状部６４は、側壁部６１の周縁６３に沿って形成してもよい。
　・前記実施形態において、突状リブ６４ｂは、弁部６２の両端部６２ｄ同士を繋ぐような一つの直線状であってもよい。

　・前記実施形態において、突状中央部６４ａは、略楕円形や、略多角形でもよい。
　・前記実施形態において、軸受部材５４は、接続軸９０を軸支する構成としてもよい。この場合、側壁部６１は、接続軸９０と軸受部材５４の内周面との間の隙間を接続軸９０の全周に亘って吸気通路３１に対し遮蔽することが好ましい。

　・前記実施形態において、突状リブ６４ｂは、弁体６０の開放状態に合わせて配置してもよい。

Claims

　回動軸と吸気通路の通路断面積を変更可能な弁部とを有する弁体と、
　前記回動軸を回動自在に支持する支持部を有して前記弁体を収容する保持部材と、を備え、
　前記保持部材は、前記吸気通路の内壁面に設けられ、
　前記弁体は、前記回動軸と前記弁部との間に位置する側壁部を有し、
　前記側壁部は、前記回動軸の軸芯方向において前記吸気通路に対し、前記回動軸と前記支持部との間の隙間を前記回動軸の全周にわたって遮蔽する、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、
　前記保持部材は収容凹部を有しており、該収容凹部は、前記通路断面積を最小とする抑制状態から前記通路断面積を最大とする開放状態の範囲での前記弁部の回動を許容するように前記側壁部を収容しており、
　前記側壁部は円弧状周縁部を有しており、該円弧状周縁部は、前記回動軸の軸芯を中心とする周方向において、前記弁部が設けられる範囲を除いた前記側壁部の範囲に位置しており、
　前記円弧状周縁部は、前記回動軸の軸芯を中心に延び、前記回動軸よりも大径及び前記弁部までの最大距離よりも小径となる、内燃機関の吸気装置。
　請求項２に記載の内燃機関の吸気装置において、
　前記側壁部は、前記弁体が前記抑制状態に向かう回動方向において先行する部位の前記円弧状周縁部の接線と前記弁部の端部とを繋ぐ直線状周縁部を有する、内燃機関の吸気装置。
　請求項２又は３に記載の内燃機関の吸気装置において、
　前記側壁部は、該側壁部が収容される前記収容凹部に対向する第１対向面を有し、
　前記収容凹部は、その収容する前記側壁部に対向する第２対向面を有し、
　前記第１対向面から前記第２対向面に向かって突出する弁側突状部及び前記第２対向面から前記第１対向面に向かって突出する保持部材側突状部の少なくとも一方である突状部を有する、内燃機関の吸気装置。
　請求項４に記載の内燃機関の吸気装置において、
　前記突状部は、前記弁部の前記抑制状態に合わせて配置された、内燃機関の吸気装置。