説明

内燃機関の可変吸気装置

【課題】通路長を切り換えた際のシール性に優れた可変吸気装置を提供する。
【解決手段】弁本体13の一端側を軸として回転する吸気制御弁9は、吸気通路を相対的に短い通路長とする第1の位置と、吸気通路を相対的に長い通路長とする第2の位置との間で回転する。第1の位置では、吸気制御弁9の第1シールリップ15が吸気通路の第1シール面21に密着する。第2の位置では、吸気制御弁9の第2シールリップ16が吸気通路の第2シール面22に密着する。そして、第1シールリップ15と密着する第1シール面21が第1シールリップ15の傾きに合わせて形成され、第2シールリップ16と密着する第2シール面22が第2シールリップ16の傾きに合わせて形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の可変吸気装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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変更し、慣性効果や共鳴効果を変化させることで、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。
【0003】
例えば、特許文献1には、長管吸気通路、短管吸気通路、及び長管吸気通路と短管吸気通路との接合部位から吸気下流側(エンジン側)に延びる接続通路を有する吸気マニホールドと、これら長管吸気通路と短管吸気通路との接合部位に設けられ、吸気マニホールドに回転自在に支持されたシャフトと、このシャフトに一端部が保持され、吸気通路における吸入空気の流通状態(吸気通路の通路長)を切り換える複数のバルブと、備えた構成が開示されている。
【0004】
この特許文献1において、バルブは、金属材料からなるベース体と、断面略U字状を呈し、このベース体の他端部及び両側部を覆うシール部材と、を備え、バルブの他端が短管吸気通路から延在している接続通路に当接すると吸気通路が長管吸気通路へと切り換えられ、バルブの他端が長管吸気通路から延在している接続通路に当接すると吸気通路が短管吸気通路へと切り換えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2009−162071号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、このような特許文献1においては、シール部材が略U字状を呈し、ベース体の外周縁を単に覆っているに過ぎず、またシール部材が当接する吸気通路側のシール面の形状もシール部材に対応した形状とはなっていないため、良好なシール性が得られない虞がある。
【0007】
また、シール部材と、シール部材が当接する吸気通路側のシール面とのシール性は、シール部材の弾性変形のみに依存する構成となっているので、良好なシール性を確実に確保するためにはシール部材を吸気通路側のシール面に対してある程度大きな力で押し付けて密着させる必要がある。つまり、バルブのベース体は、シール部材を吸気通路側のシール面に対してある程度大きな力で押し付けることができる材質にする必要があり、ベース体に使用できる材質が限定され、設計の自由度が小さくなってしまう虞がある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
そこで、本発明は、コレクタの周囲を取り囲むように形成され、該コレクタ内の吸気を各気筒に分配する吸気マニホールド内の吸気通路の通路長を切り替え可能な内燃機関の可変吸気装置であって、前記吸気マニホールドは、前記コレクタに吸気上流側の一端が接続された第1通路と、前記コレクタに一端が接続され、他端が前記第1通路の吸気上流側に接続された第2通路と、前記第1通路と前記第2通路との接続部に設けられ、前記吸気通路の通路長の切り換えを行う吸気制御弁と、を各気筒毎に有し、前記吸気制御弁は、矩形板状の弁本体を有し、該弁本体の一端を貫通するシャフトにより回転駆動され、前記吸気マニホールド内の吸気通路を相対的に短い通路長とする際には、前記第2通路の他端と前記第1通路の上流側との間を閉鎖し、前記吸気マニホールド内の吸気通路を相対的に長い通路長とする際には、前記コレクタと前記第1通路の上流側との間を閉鎖する内燃機関の可変吸気装置において、前記吸気制御弁の弁本体は、その外周端面に、同一方向に向かって延出する第1シールリップと第2シールリップとを有し、前記吸気通路の内壁面には、前記第2通路の他端を閉鎖する際に前記第1シールリップと密着する第1シール面と、前記第1通路の上流側を閉鎖する際に前記第2シールリップと密着する第2シール面とが、それぞれ対応するシールリップの傾きに合わせて傾斜するよう形成されていることを特徴としている。
【0009】
また、前記弁本体が、基部と、該基部よりも相対的に軟質の材料からなり、断面コ字形状を呈して該基部の外周縁を覆い前記弁本体の外周端面を形成する周縁部と、を有し、前記第1シールリップ及び前記第2シールリップが、前記周縁部の外周端面において、前記弁本体の厚み方向における両端近傍からそれぞれ突出するよう形成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、吸気通路の通路長を相対的に長い通路長とする際に第1シールリップと密着する第1シール面が第1シールリップの形状に合わせて形成され、吸気通路の通路長を相対的に短い通路長とする際に第2シールリップと密着する第2シール面が第2シールリップの形状に合わせて形成されているので、良好なシール性を確実に確保することができる。
【0011】
また、第1シール面に密着するのは第1シールリップのみであり、第2シール面に密着するのは第2シールリップのなので、第1シール面及び第2シール面に、仮に小さな凹凸があったとしても、使用しているうちにシールリップがこれら凹凸形状に沿った形状に馴染んでいくため、第1シール面及び第2シール面の表面性状に起因するシール性の悪化を抑制することができる。
【0012】
また、吸気通路の通路長を相対的に長い通路長にする場合、吸気通路の通路長を相対的に短い通路長にする場合のそれぞれに専用のシールリップとシール面が設定されているので、第1、第2シールリップのそれぞれの撓み量を極力小さく設定して、第1、第2シール面からの反力を最小限に抑えることが可能となる。
つまり、弁本体に作用する力を最小限に抑えることが可能となるので、弁本体に使用可能な材質の種類が増加し、ひいては設計の自由度を大きくすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
図1及び図2は、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は吸気制御弁9(詳細は後述)が第1の位置にある状態のときの要部断面図、図2は吸気制御弁9が第2の位置にある状態のときの要部断面図である。
【0015】
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気筒数と同数の吸気管部4と、を有している。これらの吸気管部4の下流側端には、フランジ部5が形成されており、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。コレクタ3内の吸気は、吸気管部4内に形成された吸気通路を介して各気筒の燃焼室(図示せず)に分配されている。
【0016】
吸気管部4は、コレクタ3に吸気上流側の一端が接続された第1通路6と、コレクタ3に一端が接続され、他端が第1通路6の吸気上流側に接続された第2通路7と、を有している。この第1通路6と第2通路7との接続部8には、吸気管部4内の吸気通路の通路長の切り換えを行う吸気制御弁9が配置されている。つまり、吸気マニホールド2内には、内燃機関の気筒数と同数の吸気制御弁9が設けられている。
【0017】
吸気マニホールド2内の複数の吸気制御弁9は、図3に示すように、内燃機関の気筒列方向に沿って延びる1本のシャフト10により貫通されており、アクチュエータ11によりこのシャフト10を回転させることで、各気筒の吸気制御弁9がそれぞれ同時に回転する。例えば、4気筒内燃機関の場合には、図3に示すように、4つの吸気制御弁9が1本のシャフト10により貫通される。
【0018】
尚、本実施形態においては、図3に示すように、吸気制御弁9、シャフト10を回転可能に支持する軸受部材12及びアクチュエータ11を予めシャフト10に組み付けて一体化した上で、シャフト10が内燃機関の気筒列方向に沿って延びるように、軸受部材12を吸気マニホールド2側に固定している。
【0019】
吸気制御弁9は、図4〜図6に示すように、矩形板状の弁本体13と、弁本体13の一端側に設けられたシャフト貫通部14と、弁本体13の外周端面に設けられた第1シールリップ15及び第2シールリップ16と、から大略構成されている。
【0020】
そして、吸気制御弁9は、吸気マニホールド2内の吸気通路を相対的に短い通路長とする際には、第2通路7の他端と第1通路6の上流側との間で吸気の流れが生じないように、弁本体13が第2通路7の他端と第1通路6の上流側との間を閉鎖し、かつ弁本体13の一方の面13aを吸気通路の壁面の一部としつつコレクタ3と第1通路6の上流側との間を連通させる第1の位置に位置するようアクチュエータ11により駆動される。
【0021】
また、吸気制御弁9は、吸気マニホールド2内の吸気通路を相対的に長い通路長とする際には、コレクタ3と第1通路6の上流側との間で吸気の流れが生じないように、弁本体13がコレクタ3と第1通路6の上流側との間を閉鎖し、かつ弁本体13の他方の面13bを吸気通路の壁面の一部としつつ第2通路7の他端と第1通路6の上流側との間を連通させる第2の位置に位置するように、アクチュエータ11により駆動される。
【0022】
ここで、シャフト10は、接続部8における吸気上流側の壁面に沿うように配置されている。つまり、吸気制御弁9は、接続部8における吸気上流側の壁面に、気筒列方向と平行な回転軸を有するように配置されている。これは、第1の位置では弁本体13を吸気通路の壁面の一部としつつコレクタ3と第1通路6の上流側との間を連通させ、第2の位置では弁本体13を吸気通路の壁面の一部としつつ第2通路7の他端と第1通路6の上流側との間を連通させるためである。
【0023】
弁本体13は、比較的剛性のある樹脂材料からなる基部17と、軟質弾性材料であるゴム材料からなり、基部17の外周縁を覆い弁本体13の外周端面18を形成する周縁部19と、を有している。ここで、基部17の一端側となる弁本体13の一端側はシャフト貫通部14となっているので、本明細書において弁本体13の外周端面18とは、実質的には、弁本体13の4辺のうち、一端側を除く3辺の外周端面を指すものとする。
【0024】
弁本体13の外周端面18に対応する基部17の外周側端面17aの中央には、断面矩形の突条20が形成されている。この突条20は、シャフト貫通部14が形成された弁本体13の一端側を除く、弁本体13の外周端面18に連続して形成されている。
【0025】
シャフト貫通部14は、比較的剛性のある樹脂材料からなり、基部17と一体に成形されている。
【0026】
周縁部19は、基部17の外周側端面17aに形成された突条20を覆うように断面コ字形状を呈し、シャフト貫通部14が形成された基部17の一端側を除く外周縁を覆っている。
【0027】
また、第1シールリップ15及び第2シールリップ16は、軟質弾性材料であるゴム材料からなり、周縁部19と一体に成形されている。
【0028】
つまり、吸気制御弁9は、例えば、予め成形された樹脂製の基部17を型にセットし、この型にゴムを流し込むことで、基部17と一体の周縁部19、第1シールリップ15及び第2シールリップ16が成形されている。
【0029】
第1シールリップ15は、周縁部19の外周端面18において、弁本体13の厚み方向(図5、図6における上下方向)における一端近傍、換言すれば弁本体13の他方の面13b近傍から突出するよう形成されている。すなわち、第1シールリップ15は、周縁部19の外周端面18において、図5または図6における上方側に形成されている。
【0030】
そして、第1シールリップ15は、図7に示すように、前記第1の位置にて第2通路7の他端を閉鎖するべく吸気通路の内壁面に形成された第1シール面21に密着するものであって、吸気制御弁9が前記第2の位置から前記第1の位置に向かって回転する際の回転方向に向かってその先端が斜めに延出するよう形成されている。また、第1シールリップ15のうち弁本体13の他端の外周側に位置する部分は、前記第2の位置において吸気の流れ方向と同方向に延びるように形成されている。前記第1の位置に形成される第1シール面21は、第1シールリップ15の傾きに合わせて傾斜するよう形成されている。
【0031】
第2シールリップ16は、周縁部19の外周端面18において、弁本体13の厚み方向(図5、図6における上下方向)における他端近傍、換言すれば弁本体13の一方の面13a近傍から突出するよう形成されている。すなわち、第2シールリップ16は、周縁部19の外周端面18において、図5または図6における下方側に形成されている。
【0032】
そして、第2シールリップ16は、図8に示すように、前記第2の位置にて第1通路6の上流側を閉鎖するべく吸気通路の内壁面に形成された第2シール面22に密着するものであって、吸気制御弁9が前記第2の位置から前記第1の位置に向かって回転する際の回転方向に向かってその先端が斜めに延出するよう形成されている。また、第2シールリップ16のうち弁本体13の他端の外周側に位置する部分は、前記第1の位置において吸気の流れ方向と同方向に延びるように形成されている。前記第2の位置に形成される第2シール面22は、第2シールリップ16の傾きに合わせて傾斜するよう形成されている。
【0033】
本実施形態においては、第1シールリップ15及び第2シールリップ16ともに、弁本体13の他端の外周側に位置する部分の傾きは弁本体13の周方向で一定であり、弁本体13の一端及び他端を除く外周端面(矩形である弁本体13の4辺のうち、弁本体13の一端及び他端を除く2辺の外周端面)に位置する部分の傾きは弁本体13の周方向で一定となるよう形成されている。
【0034】
尚、第1シールリップ15及び第2シールリップ16のうち、弁本体13の一端及び他端を除く外周端面に位置する部分については、弁本体13の周方向でその傾きを変化するよう形成することも可能である。吸気制御弁9は、弁本体13の一端側を貫通したシャフト10の回転により駆動するので、吸気制御弁9を前記第1の位置あるいは前記第2の位置にする際には、第1シールリップ15及び第2シールリップ16は、回転軸であるシャフト10に近い部分から第1シール面21あるいは第2シール面22に順次接触していくことになる。そこで、第1シールリップ15を、シャフト10に近い位置ほど、前記第1の位置に近づいてから第1シール面21に接触するように形成し、第2シールリップ16を、シャフト10に近い位置ほど、前記第2の位置に近づいてから第2シール面22に接触するように形成するようにしてもよい。詳述すると、第1シールリップ15は、シャフト10に近い位置ほどその先端が外周端面18から遠ざかるように、シャフト10に近い位置ほど弁本体13の外周側に向かって(外周方向に)倒れ込むように形成するようにしてもよい。また、第2シールリップ16は、シャフト10に近い位置ほどその先端が外周端面18に近づくように、シャフト10に近い位置ほど弁本体13側(内周方向に)に引き起こされるように形成するようにしてもよい。このように、第1シールリップ15及び第2シールリップ16の傾きを、弁本体13の周方向で変化させれば、吸気制御弁9を前記第1の位置あるいは前記第2の位置とする際の吸気制御弁9の動作を円滑とする上で有利な構成とすることができる。
【0035】
また、吸気制御弁9の可動領域内にある吸気通路の内壁面は、前記第1の位置あるいは前記第2の位置でのみ吸気制御弁9のシールリップ15、16と接触するよう形成されている。つまり、吸気制御弁9が前記第1の位置と前記第2の位置との間で回転する際に、前記第1の位置及び前記第2の位置以外の部分では、第1シールリップ15及び第2シールリップ16が吸気通路の内壁面と干渉しないように、吸気マニホールド2は形成されている。
【0036】
尚、第1シールリップ15及び第2シールリップ16は弁本体13のシャフト貫通部14には設けられていないが、このシャフト貫通部14は、吸気マニホールド2に回転可能に支持されると共に吸気マニホールド2側に密着している。そのため、このシャフト貫通部14においては、吸気マニホールド2側とのクリアランスの管理により十分なシール性が確保されている。
【0037】
このように構成された可変吸気装置1は、吸気通路の通路長を相対的に短い通路長とする際に第1シールリップ15と密着する第1シール面21が第1シールリップ15の形状に合わせて形成され、吸気通路の通路長を相対的に長い通路長とする際に第2シールリップ16と密着する第2シール面22が第2シールリップ16の形状に合わせて形成されているので、前記第1の位置及び前記第2の位置の双方で良好なシール性を確実に確保することができる。
【0038】
また、第1シール面21に密着するのは第1シールリップ15のみであり、第2シール面22に密着するのは第2シールリップ16のなので、第1シール面21及び第2シール面22に、仮に小さな凹凸があったとしても、使用しているうちにシールリップ15、16がこれら凹凸形状に沿った形状に馴染んでいくため、第1シール面21及び第2シール面22の表面性状に起因するシール性の悪化を抑制することができる。
【0039】
また、吸気通路の通路長を相対的に長い通路長にする場合、吸気通路の通路長を相対的に短い通路長にする場合のそれぞれに専用のシールリップとシール面が設定されているので、第1、第2シールリップ15、16のそれぞれの撓み量を極力小さく設定して、第1、第2シール面21、22からの反力を最小限に抑えることが可能となる。つまり、弁本体13に作用する力を最小限に抑えることが可能となるので、弁本体13に使用可能な材質の種類が増加し、ひいては設計の自由度を大きくすることができる。
【0040】
また、第1シールリップ15及び第2シールリップ16とは、周縁部19の外周端面18から互いに同一方向に向かって突出するよう形成されているので、第1シールリップ15と第2シールリップ16とが互いに異なる方向に向かって突出する場合に比べて、型成形時の型抜きが比較的容易となり、製造性を向上させることができる。
【0041】
そして、第1シールリップ15と第2シールリップ16は、弁本体13の周縁部19において、突条20よりも外側の外周端面18から突出している。つまり、第1シールリップ15と第2シールリップ16の突出位置における周縁部19の肉厚は、相対的に厚肉となっている。換言すれば、第1シールリップ15及び第2シールリップ16の突出位置から基部17の外周側端面17aまでの距離は、外周端面18における第1シールリップ15の突出位置と第2シールリップ16の突出位置との間の位置、つまり弁本体13の厚み方向(図5または図6における上下方向)における外周端面18の中央位置から突条20までの距離よりも大きくなっている。
【0042】
そのため、前記第1の位置または前記第2の位置において、第1シールリップ15または第2シールリップ16が撓みやすくなり、シール性を相対的に向上させることができる。
【0043】
尚、上述した実施形態においては、第1シールリップ15及び第2シールリップ16を形成するにあたって、シャフト10に近い部分ほど接触した際の反力が小さくなるように、相対的に肉厚が薄くなるよう設定すれば、吸気制御弁9を前記第1の位置あるいは前記第2の位置とする際の吸気制御弁9の動作を一層円滑なものとすることができる。
【0044】
さらに、上述した実施形態においては、弁本体13の周縁部19、第1シールリップ15及び第2シールリップ16がゴム材料からなっているが、周縁部19、第1シールリップ15及び第2シールリップ16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19、第1シールリップ15及び第2シールリップ16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13の基部17の材質に選定すれば、吸気制御弁9を2色成形することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の要部断面図(吸気制御弁が第1の位置のとき)。
【図2】本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の要部断面図(吸気制御弁が第2の位置のとき)。
【図3】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。
【図4】吸気制御弁を模式的に示した説明図。
【図5】図4のA−A線に沿った断面図。
【図6】図4のB−B線に沿った断面図。
【図7】図1の要部拡大図。
【図8】図2の要部拡大図。
【符号の説明】
【0046】
1…可変吸気装置
2…吸気マニホールド
3…コレクタ
6…第1通路
7…第2通路
9…吸気制御弁
15…第1シールリップ
16…第2シールリップ
21…第1シール面
22…第2シール面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
コレクタの周囲を取り囲むように形成され、該コレクタ内の吸気を各気筒に分配する吸気マニホールド内の吸気通路の通路長を切り替え可能な内燃機関の可変吸気装置であって、
前記吸気マニホールドは、前記コレクタに吸気上流側の一端が接続された第1通路と、前記コレクタに一端が接続され、他端が前記第1通路の吸気上流側に接続された第2通路と、前記第1通路と前記第2通路との接続部に設けられ、前記吸気通路の通路長の切り換えを行う吸気制御弁と、を各気筒毎に有し、
前記吸気制御弁は、矩形板状の弁本体を有し、該弁本体の一端を貫通するシャフトにより回転駆動され、前記吸気マニホールド内の吸気通路を相対的に短い通路長とする際には、前記第2通路の他端と前記第1通路の上流側との間を閉鎖し、前記吸気マニホールド内の吸気通路を相対的に長い通路長とする際には、前記コレクタと前記第1通路の上流側との間を閉鎖する内燃機関の可変吸気装置において、
前記吸気制御弁の弁本体は、その外周端面に、同一方向に向かって延出する第1シールリップと第2シールリップとを有し、
前記吸気通路の内壁面には、前記第2通路の他端を閉鎖する際に前記第1シールリップと密着する第1シール面と、前記第1通路の上流側を閉鎖する際に前記第2シールリップと密着する第2シール面とが、それぞれ対応するシールリップの傾きに合わせて傾斜す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。
【請求項2】
前記弁本体は、基部と、該基部よりも相対的に軟質の材料からなり、断面コ字形状を呈して該基部の外周縁を覆い前記弁本体の外周端面を形成する周縁部と、を有し、
前記第1シールリップ及び前記第2シールリップは、前記周縁部の外周端面において、前記弁本体の厚み方向における両端近傍からそれぞれ突出するよう形成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。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate


【公開番号】特開2011−74760(P2011−74760A)
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−223677(P2009−223677)
【出願日】平成21年9月29日(2009.9.29)
【出願人】(000151209)株式会社マーレ フィルターシステムズ (159)
【Fターム(参考)】