(57)【要約】【課題】単一の動力源で複数の作用を実現できる小型で廉価な吸気制御装置を提供する。【解決手段】吸気制御装置１は、吸気量を調整する弁体５が配置される調整流路８と、エアボックス７と調整流路８を接続し、長管路１２及び短管路１３を有する中間接続流路９と、調整流路８と燃焼室３とを接続する下流流路１０とを備える。調整流路８内には、弁体５の全閉状態からの回転角度θが第１角度θ１以下であるときに弁体外縁部１８のうちの第１弁部１６側の部分１８ａが臨む下流整流壁１９が設けられ、第２弁部１７側の部分１８ｂは、回転角度θが第１角度θ１まで増大したときに、長管路１２と短管路１３との間の隔壁１４の端縁部２１に臨む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に送る吸気の流路を形成する吸気管と、該流路内に配置されて吸気量を調整する弁体とを備え、
前記吸気管は、前記流路の構成部分として、
前記流路の他の構成部分よりも断面積が大きいエアボックスと、
前記弁体が配置される調整流路と、
前記エアボックス内で開口する上流側開口部を有し、下流側が前記調整流路に接続した中間接続流路と、
前記調整流路と前記燃焼室とを接続する下流流路とを備えるレシプロ式内燃機関の吸気制御装置において、
前記中間接続流路は、前記上流側開口部から前記調整流路までの距離が長い長管路と、該距離が短い短管路とを備え、
前記長管路及び前記短管路は、双方の下流側端部が相互に隣接して前記調整流路内に開口し、かつ該長管路と該短管路とを隔てる隔壁が前記調整流路まで延在しており、
前記弁体は、
前記調整流路内に回転可能に配置された回転軸に固定され、該回転軸の一方側の第１弁部と他方側の第２弁部とを有するバタフライ弁であり、
該弁体の外縁部である弁体外縁部と前記調整流路の内壁面とのクリアランスが最小である全閉状態を基準とする該クリアランスが前記全閉状態から拡大する開方向へ前記回転軸の回転角度が増大し始めるとき、前記第１弁部が前記下流通路側に変位し、前記第２弁部が前記中間接続流路側に変位するように構成され、
前記調整流路内には、前記回転角度が第１角度以下の範囲で変化する場合に前記弁体外縁部のうちの前記第１弁部側の部分が移動する軌跡に沿って形成され、該回転角度が該第１角度以下であるときに該部分が臨む下流整流壁が設けられ、
前記弁体外縁部のうちの前記第２弁部側の部分は、前記隔壁の前記調整流路側の端縁部に対し、前記回転角度が前記第１角度まで増大したときに該端縁部に臨む位置関係を有し、
前記回転角度は、前記第１角度より大きい第２角度まで変化し得ることを特徴とする吸気制御装置。
【請求項２】
前記弁体外縁部のうちの前記第２弁部側の部分は、前記調整流路に開口する前記長管路の下流側の開口部に対し、前記回転角度が前記第１角度まで増大する際に該開口部に臨む位置関係を有することを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項３】
前記下流流路は、前記下流整流壁の壁面開口部を経て前記調整流路に通じる副流路を備え、
前記壁面開口部及び前記弁体は、前記回転角度が前記第１角度よりも小さい第３角度まで増大するとき、該壁面開口部のうち、前記弁体外縁部の該壁面開口部に臨む部分よりも上流側に位置する部分のみが前記調整流路に開口するように構成され、
前記調整流路内には、前記回転角度が第３角度以下の範囲で変化する場合に前記弁体外縁部の前記第２弁部側の部分が移動する軌跡に沿って形成され、該回転角度が前記第３角度以下である場合に該部分が臨む上流整流壁が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸気制御装置。
【請求項４】
前記弁体は、前記回転角度が前記全閉状態にあるときの角度と前記第３角度との間で変化するときに該変化に応じて該弁体と一体で回動して前記上流側に位置する部分のみの開口を実現する回転壁面を有する調量片を備えることを特徴とする請求項３に記載の吸気制御装置。
【請求項５】
前記回転軸に沿った方向において、前記回転壁面の最大幅は、前記壁面開口部の最大幅と略同一であることを特徴とする請求項４に記載の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に送られる吸気量を制御する吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気空間からエンジンの燃焼室に送る吸気の流路を形成する吸気管と、該流路内に配置されて吸気の流量を調整するスロットル弁とを備える吸気制御装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１の吸気制御装置は、吸気管の長さを、第１の長さと、第１の長さより短い第２の長さとの間で切り換える切換制御手段を備える。
【０００４】
すなわち、吸気管は、エンジンに接続される固定管と、可動管とで構成される。可動管は、固定管に接続する接続位置と該接続位置から離れた非接続位置との間で移動可能となっている。切換制御手段は、上記の吸気管の長さの切換えを、エンジンの負荷に応じて、アクチュエータで可動管を上記接続位置と非接続位置との間で移動させることにより行う。
【０００５】
特許文献２の吸気制御装置は、吸気の流路として、主吸気通路と、タンブル流を生成させる副吸気通路とを備える。この吸気制御装置では、スロットル弁の上流と副吸気通路とが、アイドル回転数制御弁が設けられたアイドル通路を介して連通されている。
【０００６】
低負荷運転時には、アイドル回転数制御弁により燃焼室への吸気量を制御することによって負荷変動に対する追従性が維持される。また、中負荷運転領域では、主吸気通路の閉弁状態を維持させて副吸気通路のみが開弁状態とされ、さらに、高負荷運転時には両吸気通路が開弁状態とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−３１８７０号公報
【特許文献２】特開２００２−２２１０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１、２の吸気制御装置によれば、エンジンの負荷に応じて吸気制御に関する複数の作用を実現するために、スロットル弁の動力源に加え、可動管のアクチュエータやアイドル回転数制御弁の動力源を要する。したがって、吸気制御装置の構成は複雑かつ大型であり、装置の制御も複雑である。
【０００９】
本発明の目的は、単一の動力源で複数の作用を実現できる小型で廉価な吸気制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の吸気制御装置は、
内燃機関の燃焼室に送る吸気の流路を形成する吸気管と、該流路内に配置されて吸気量を調整する弁体とを備え、
前記吸気管は、前記流路の構成部分として、
前記流路の他の構成部分よりも断面積が大きいエアボックスと、
前記弁体が配置される調整流路と、
前記エアボックス内で開口する上流側開口部を有し、下流側が前記調整流路に接続した中間接続流路と、
前記調整流路と前記燃焼室とを接続する下流流路とを備えるレシプロ式内燃機関の吸気制御装置において、
前記中間接続流路は、前記上流側開口部から前記調整流路までの距離が長い長管路と、該距離が短い短管路とを備え、
前記長管路及び前記短管路は、双方の下流側端部が相互に隣接して前記調整流路内に開口し、かつ該長管路と該短管路とを隔てる隔壁が前記調整流路まで延在しており、
前記弁体は、
前記調整流路内に回転可能に配置された回転軸に固定され、該回転軸の一方側の第１弁部と他方側の第２弁部とを有するバタフライ弁であり、
該弁体の外縁部である弁体外縁部と前記調整流路の内壁面とのクリアランスが最小である全閉状態を基準とする該クリアランスが前記全閉状態から拡大する開方向へ前記回転軸の回転角度が増大し始めるとき、前記第１弁部が前記下流通路側に変位し、前記第２弁部が前記中間接続流路側に変位するように構成され、
前記調整流路内には、前記回転角度が第１角度以下の範囲で変化する場合に前記弁体外縁部のうちの前記第１弁部側の部分が移動する軌跡に沿って形成され、該回転角度が該第１角度以下であるときに該部分が臨む下流整流壁が設けられ、
前記弁体外縁部のうちの前記第２弁部側の部分は、前記隔壁の前記調整流路側の端縁部に対し、前記回転角度が前記第１角度まで増大したときに該端縁部に臨む位置関係を有し、
前記回転角度は、前記第１角度より大きい第２角度まで変化し得ることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、回転軸の回転角度が第１角度以下の場合に弁体外縁部の第１弁部側の部分が下流整流壁に臨むので、下流流路との関連は長管路の方が強い。また、回転角度が第１角度になると、弁体外縁部の第２弁部側の部分が隔壁の端縁部に臨むので、第１角度を超えると、下流流路との関連は短管路の方が強くなる。
【００１２】
このため、吸気量の調整機能を行うための弁体が、中間接続流路の管長を長管路と短管路との間で切り換えるためのバルブとしての機能をも果たすことができる。したがって、弁体を駆動する単一の動力源で複数の作用を実現できる小型で廉価な吸気制御装置を提供することができる。
【００１３】
本発明において、前記弁体外縁部のうちの前記第２弁部側の部分は、前記調整流路に開口する前記長管路の下流側の開口部に対し、前記回転角度が前記第１角度まで増大する際に該開口部に臨む位置関係を有するのが好ましい。
【００１４】
これによれば、吸気制御装置が搭載された車両を加速させようとして操縦者がアクセル開度を増加させると、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が回転軸を全閉状態から開弁方向に回転して吸気量を増やし、内燃機関の回転数を増加させる。このとき、回転軸の回転角度は第１角度に近くなっているので、中回転用の管路部分である長管路と下流通路との関連が強くなり、中回転領域における内燃機関の出力が向上する。さらに加速が継続されて内燃機関の回転数が増加すると、ＥＣＵが回転軸の回転角度を、第１角度を超える角度とするので、高回転用の管路である短管路と下流通路との関連が強くなり、高回転領域における内燃機関の出力が向上する。
【００１５】
この一連の動作が、回転軸の回転角度の増大に伴って行われるので、操縦者が内燃機関の出力特性に違和感を感じるのを回避することができる。
【００１６】
本発明において、
前記下流流路は、前記下流整流壁の壁面開口部を経て前記調整流路に通じる副流路を備え、
前記壁面開口部及び前記弁体は、前記回転角度が前記第１角度よりも小さい第３角度まで増大するとき、該壁面開口部のうち、前記弁体外縁部の該壁面開口部に臨む部分よりも上流側に位置する部分のみが前記調整流路に開口するように構成され、
前記調整流路内には、前記回転角度が第３角度以下の範囲で変化する場合に前記弁体外縁部の前記第２弁部側の部分が移動する軌跡に沿って形成され、該回転角度が前記第３角度以下である場合に該部分が臨む上流整流壁が設けられるのが好ましい。
【００１７】
これによれば、タンブル流の発生などに使用される副流路を通る吸気の調整をも単一の弁体によって行うことが可能となるので、安価な構成で複数の吸気調整機能を有する吸気制御装置を実現することができる。
【００１８】
この場合、前記弁体は、前記回転角度が前記全閉状態にあるときの角度と前記第３角度との間で変化するときに該変化に応じて該弁体と一体で回動して前記上流側に位置する部分のみの開口を実現する回転壁面を有する調量片を備えるのが好ましい。
【００１９】
これによれば、壁面開口部が弁体の弁体外縁部の第１弁部側の部分を跨ぐような位置にあるときに、吸気が下流流路の副流路以外の部分を通るのを防止することができる。
この場合、前記回転軸に沿った方向において、前記回転壁面の最大幅は、前記壁面開口部の最大幅と略同一であるのが好ましい。
【００２０】
これによれば、回転壁面の機能を担保しつつ、調量片を、吸気の流れに与える影響が最小限となるような形状に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る吸気制御装置を備える内燃機関の断面図である。
【図２】図１の吸気制御装置の調整流路の近傍部分を示す模式的な断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、図２の調整流路における開度に応じた吸気の流れを示す模式的な断面図である。
【図４】図４Ａは、図２のＡ−Ａ線断面で見た場合の下流整流壁を示す図であり、図４Ｂは、図２のＢ−Ｂ線断面で見た場合の上流整流壁を示す図であり、図４Ｃは、弁体に設けられた調量片を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る吸気制御装置を備えるレシプロ式の内燃機関を示す。この吸気制御装置１は、内燃機関２の燃焼室３に送る吸気の流路を形成する吸気管４と、流路内に配置されて吸気量を調整する弁体５とを備える。
【００２３】
吸気管４は、上流側から順に、エアフィルタ６を有するエアボックス７と、調整流路８と、中間接続流路９と、下流流路１０とを備える。エアボックス７は、流路の他の構成部分よりも断面積が大きい。弁体５は、調整流路８内に配置される。中間接続流路９は、エアボックス７内で開口する上流側開口部１１を有し、下流側が調整流路８に接続している。下流流路１０は、調整流路８と燃焼室３とを接続する。
【００２４】
中間接続流路９は、上流側開口部１１から調整流路８までの距離が長い長管路１２と、該距離が短い短管路１３とを備える。長管路１２及び短管路１３は、双方の下流側端部が相互に隣接して調整流路８内に開口し、かつ長管路１２と短管路１３とを隔てる隔壁１４が調整流路８まで延在している。
【００２５】
図２は、調整流路８の近傍を示す。図２に示すように、弁体５は、調整流路８内に回転可能に配置された回転軸１５に固定され、回転軸１５の一方側の第１弁部１６と他方側の第２弁部１７とを有するバタフライ弁である。
【００２６】
図３Ａ〜図３Ｄは、弁体５が種々の回転角度にあるときの調整流路８の様子を示す。なお、図３Ａ〜図３Ｄにおいては、後述する調量片２７（図２、図４Ｃ参照）は図示していない。図３Ａのように、弁体５の弁体外縁部１８と調整流路８の内壁面とのクリアランスが図３Ａに示すように最小である全閉状態を基準とする回転軸１５の回転角度をθとする。回転軸１５は、この回転角度θが、該クリアランスが拡大する開方向に増大し始めるとき、図３Ｂ〜図３Ｄのように、第１弁部１６が下流流路１０側に変位し、第２弁部１７が中間接続流路９側に変位する。
【００２７】
調整流路８内には、回転角度θが第１角度θ１以下の範囲内にあるときに、弁体外縁部１８のうちの第１弁部１６側の部分１８ａが臨む下流整流壁１９が設けられる。図３Ｂにより理解されるように、下流整流壁１９は、回転角度θが第１角度θ１以下の範囲で変化する場合に該部分１８ａが移動する軌跡に沿って形成される。
【００２８】
弁体外縁部１８のうちの第２弁部側の部分１８ｂは、隔壁１４の調整流路８側の端縁部２１に対し、図３Ｂのように、回転角度θが第１角度θ１まで増大したときに該端縁部２１に臨む位置関係を有する。回転角度θは、図３Ｃのように、第１角度θ１より大きい第２角度θ２まで変化し得る。
【００２９】
また、弁体外縁部１８のうちの第２弁部１７側の部分１８ｂは、図３Ｄから理解されるように、調整流路８に開口する長管路１２の下流側の開口部である下流側開口部２３に対し、回転角度θが第３角度θ３から第１角度θ１まで増大する際に該下流側開口部２３に臨む位置関係を有する。
【００３０】
図１に示すように、下流流路１０は、下流整流壁１９の壁面開口部２４を経て調整流路８に通じる副流路２５を備える。壁面開口部２４及び弁体５は、回転角度θが第１角度θ１よりも小さい第３角度θ３まで増大するとき、壁面開口部２４のうち、弁体外縁部１８の壁面開口部２４に臨む部分よりも上流側に位置する部分のみが調整流路８に開口するように構成される。
【００３１】
図４Ａは、図２のＡ−Ａ線断面で見た場合の下流整流壁１９を示している。図４Ａに示すように、下流整流壁１９の壁面開口部２４は、回転角度θが大きくなるに従い、弁体外縁部１８が壁面開口部２４に望む部分の幅が大きくなるように、略三角形状の形状を有する。
【００３２】
調整流路８内には、回転角度θが第３角度θ３以下である場合に該部分１８ｂが臨む上流整流壁２６が設けられる。上流整流壁２６は、回転角度θが第３角度θ３以下の範囲で変化する場合に弁体外縁部１８の第２弁部１７側の部分１８ｂが移動する軌跡に沿って形成される。
【００３３】
図４Ｂは、図２のＢ−Ｂ線断面で見た場合の上流整流壁２６を示している。図４Ｂに示すように、長管路１２の下流側開口部２３は上流整流壁２６と隔壁１４の調整流路８側の端縁部２１とによって囲まれるようにして設けられる。下流側開口部２３は、弁体外縁部１８の第２弁部１７側の部分１８ｂが下流側開口部２３に臨む場合には、該部分１８ｂの円弧形状の長さ方向における大部分の範囲が下流側開口部２３に臨むような形状を有する。
【００３４】
図２に示すように、弁体５は、弁体５と一体で回動する調量片２７を備える。調量片２７は、下流整流壁１９の壁面に沿った曲面で構成された回転壁面２８を備える。回転壁面２８は、回転角度θが全閉角度θ０と第３角度θ３との間で変化するときに、上述した壁面開口部２４のうちの弁体外縁部１８が臨む部分よりも上流側に位置する部分のみの開口を実現する
【００３５】
図４Ｃは、弁体５に設けられた調量片２７を示す。図４Ｃに示すように、回転軸１５に沿った方向において、回転壁面２８の最大幅ｄ１は、壁面開口部２４の最大幅ｄ２（図４Ａ参照）と略同一である。
【００３６】
この構成において、内燃機関２が搭載された車両を加速しようとして操縦者がアクセルを操作すると、内燃機関２のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）が、吸気制御装置１の弁体５を全閉状態から開弁方向に回転して吸気量を増加させ、内燃機関２の回転数を増加させる。
【００３７】
このとき、回転軸１５の回転角度θが第１角度θ１以下である場合には、図３Ｂから推察されるように、弁体外縁部１８の第１弁部１６側の部分１８ａが下流整流壁１９に臨む。また、この場合、弁体外縁部１８の第２弁部１７側の部分１８ｂは、回転角度θが第３角度θ３（図３Ｄ参照）以上であれば、長管路１２の下流側開口部２３に臨む。そして、図３Ｂのように、回転角度θが第１角度θ１になると、弁体外縁部１８の第２弁部１７側の部分１８ｂが隔壁１４の端縁部２１に臨む。
【００３８】
このため、回転軸１５の回転角度θが第１角度θ１に近くなるにしたがって、中回転用の管路である長管路１２と下流流路１０との関連が強くなる。これにより、内燃機関２の中回転領域の出力が向上する。
【００３９】
さらに加速が継続されて内燃機関２の回転数が増加すると、エンジンコントロールユニットが弁体５の回転角度θを、第１角度θ１を超える角度に設定する。これにより、図３Ｃから推察できるように、高回転用の管路である短管路１３と下流流路１０との関連が強くなり、内燃機関２の高回転領域の出力が向上する。
【００４０】
このようにして、回転軸１５の回転角度θの増大に伴って、下流流路１０との関連の強さが、長管路１２とよりも短管路１３とのほうが強くなってゆくので、操縦者は内燃機関２の出力特性に違和感を感じることなく、加速を行うことができる。
【００４１】
一方、回転角度θが、第３角度θ３よりも小さい低負荷時には、壁面開口部２４が弁体外縁部１８の第１弁部１６側の部分１８ａを跨ぐような位置にある。このため、壁面開口部２４は、弁体外縁部１８が臨む部分よりも上流側に位置する壁面開口部２４の部分のみが調整流路８に開口する。
【００４２】
その際に、その開口面積が、三角形状の壁面開口部２４と回転壁面２８との位置関係に応じて高い精度で調整される。これにより、タンブル流の発生などに使用される副流路２５を通る吸気の量が適切に調整される。
【００４３】
また、このとき、図３Ｄのように、弁体外縁部１８の第２弁部１７側の部分１８ｂは、上流整流壁２６に臨んでいる。このため、吸気が下流流路１０の副流路２５以外の部分を通ることはない。すなわち、低負荷時には、吸気が副流路２５のみを通り、その吸気の量が、回転軸１５の回転角度θによってのみ高い精度で調整される。
【００４４】
以上のように、本実施形態によれば、回転角度θが第１角度θ１以下の場合に弁体外縁部１８の第１弁部１６側の部分１８ａが下流整流壁１９に臨む。また、回転角度θが第１角度θ１になると、弁体外縁部１８の第２弁部１７側の部分１８ｂが隔壁１４の端縁部２１に臨む。このため、流量調整を行うための弁体５が、中間接続流路９の管長を切り換えるためのバルブとしての機能をも果たすことができる。
【００４５】
すなわち、弁体５を駆動するだけで、吸気量の調整機能と、中間接続流路９の管長切換え機能とを実現できるので、弁体５を駆動するための単一の動力源で複数の機能を実現することができる。
【００４６】
また、回転角度θが第１角度θ１以下の場合、回転角度θが回転角度θ３以上であれば、弁体外縁部１８の第２弁部１７側の部分１８ｂが長管路１２の下流側開口部２３に臨む。このため、弁体５による上述の管長切換え動作が、回転軸１５の回転角度θの増大に伴ってスムーズに行われるので、操縦者が内燃機関の出力特性に違和感を感じるのを回避することができる。
【００４７】
また、回転角度θが第３角度θ３以下である場合に、上流整流壁２６の壁面開口部２４の開口面積が、回転角度θの変化に応じて変化し、弁体外縁部１８の第２弁部１７側の部分１８ｂが上流整流壁２６に臨む。これにより、タンブル流の発生などに使用される副流路２５を通る吸気の調整をも単一の弁体５によって行うことが可能となる。したがって、安価な構成で複数の吸気調整機能を有する吸気制御装置１を実現することができる。
【００４８】
また、弁体５と一体で回動する回転壁面２８を有する調量片２７を備えるので、壁面開口部２４が弁体外縁部１８の第１弁部１６側の部分１８ａを跨ぐ位置にあるとき、吸気が下流流路１０の副流路２５以外の部分を通るのを防止することができる。
【００４９】
また、回転軸１５に沿った方向において、回転壁面２８の最大幅は、壁面開口部２４の最大幅と略同一であるため、回転壁面２８の機能を担保しつつ、調量片２７を、吸気の流れに与える影響が最小限となるような形状に形成することができる。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、適宜変形して実施することができる。例えば、壁面開口部２４や調量片２７の形状は、図４Ａ、図４Ｃに示されるような形状に限らず、その機能を適切に達成できる形状であれば、他の形状を採用してもよい。また、上流整流壁２６は省略してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…吸気制御装置、２…内燃機関、３…燃焼室、４…吸気管、５…弁体、６…エアフィルタ、７…エアボックス、８…調整流路、９…中間接続流路、１０…下流流路、１１…上流側開口部、１２…長管路、１３…短管路、１４…隔壁、１５…回転軸、１６…第１弁部、１７…第２弁部、１８…弁体外縁部、１８ａ、１８ｂ…部分、１９…下流整流壁、２０…調整流路、２１…端縁部、２２…、２３…下流側開口部、２４…壁面開口部、２５…副流路、２６…上流整流壁、２７…調量片、２８…回転壁面、θ１…第１角度、θ２…第２角度、θ３…第３角度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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