(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ポート及び出口ポートを有するケーシングと、
前記ケーシングの内部で回動軸芯の周りに回動可能で、前記入口ポートと前記出口ポートとの連通状態を調節する弁体を有するロータリバルブと、
前記入口ポートと前記出口ポートとに開口した状態で前記ケーシングに形成され、前記弁体を前記回動軸芯の周りで回動可能に収納するボア部と、
前記ケーシングに一体に設けてあり、前記ボア部の前記回動軸芯の周りに沿う内面であって、前記入口ポートから前記出口ポートに至る内面を、前記回動軸芯との距離が前記弁体の最大回転半径よりも前記回動軸芯に近接した面とする内面形成部とを備え、
前記ケーシングに、前記ロータリバルブを前記回動軸芯に対して直交方向から装着可能な挿入口と、前記挿入口を塞ぐ塞ぎ部材とを備えている内燃機関用吸気装置。
【請求項２】
前記弁体のうち前記回動軸芯に沿った両側の夫々に前記回動軸芯と同軸芯状の円形側板を設けてあり、前記内面形成部を前記円形側板どうしの間に配置してある請求項１に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項３】
前記塞ぎ部材に前記内面形成部を一体に設けてある請求項１または２に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項４】
前記一対の円形側板どうしが、前記弁体のみを介して互いに一体化されている請求項２に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項５】
前記円形側板が、金属製円板を樹脂でインサート成形して構成されている請求項２または４に記載の内燃機関用吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入口ポート及び出口ポートを有するケーシングと、前記ケーシングの内部で回動軸芯の周りに回動可能で、前記入口ポートと前記出口ポートとの連通状態を調節する弁体を有するロータリバルブとを備えた内燃機関用吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関用吸気装置では、ケーシングにおける弁体の回動軸芯の周りに沿う内面、つまり、弁体の回動空間をその回動軸芯に直交する方向から囲む内面が、回動軸芯と同芯の円筒状に形成され、その円筒状の内面に入口ポート及び出口ポートを回動方向に互いに位置をずらせて開口させてある。
したがって、入口ポートから出口ポートに至る内面が、弁体の回動軸芯と同芯の円弧面に形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８１５０号公報（段落［００１９］，図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、入口ポートから出口ポートに至る吸気経路において、回動軸芯と同芯の円弧面に沿う凹入空間がデッドスペース（余分な空間）として形成されている。
したがって、入口ポートから流出して出口ポートに向けて流入する空気の一部がその凹入空間に回り込み、出口ポートに流入する空気の圧力損失が増大して流速が低下する。
その結果、吸気充填率や吸気と燃料との混合率が低下し易く、内燃機関の出力を向上させ難い欠点がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、内燃機関の出力を向上させ易い内燃機関用吸気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１特徴構成は、入口ポート及び出口ポートを有するケーシングと、前記ケーシングの内部で回動軸芯の周りに回動可能で、前記入口ポートと前記出口ポートとの連通状態を調節する弁体を有するロータリバルブと、前記入口ポートと前記出口ポートとに開口した状態で前記ケーシングに形成され、前記弁体を前記回動軸芯の周りで回動可能に収納するボア部と、前記ケーシングに一体に設けてあり、前記ボア部の前記回動軸芯の周りに沿う内面であって、前記入口ポートから前記出口ポートに至る内面を、前記回動軸芯との距離が前記弁体の最大回転半径よりも前記回動軸芯に近接した面とする内面形成部とを備え、前記ケーシングに、前記ロータリバルブを前記回動軸芯に対して直交方向から装着可能な挿入口と、前記挿入口を塞ぐ塞ぎ部材とを備えている点にある。
【０００６】
本構成の内燃機関用吸気装置であれば、ケーシングの弁体の回動軸芯の周りに沿う内面であって、入口ポートから出口ポートに至る内面を、回動軸芯との距離が弁体の最大回転半径よりも回動軸芯に近接した面とすることができる。
したがって、入口ポートから流出して出口ポートに向けて流入する空気が、弁体の回動軸芯との距離が弁体の最大回転半径よりも回動軸芯に近接した面に沿って流れる。
つまり、入口ポートから出口ポートに至る内面を、入口ポートからの空気の流入方向と出口ポートからの空気の流出方向とを滑らかに繋げる面とすることができ、出口ポートに流入する空気の圧力損失を低減させることができると共に、流速の低下も抑制することができる。
よって、吸気充填率や吸気と燃料との混合率が低下し難くなり、内燃機関の出力を向上させ易い。
また、本構成であれば、内面形成部を一体に設けてあるケーシングの内部に、ロータリバルブを回動軸芯に対して直交方向から装着した後、ロータリバルブの挿入口を塞ぎ部材で塞ぐことができる。
したがって、ロータリバルブの装着時には内面形成部の取り付け作業が不要になり、ロータリバルブ及び内面形成部の組み付け作業の簡略化を図ることができる。
尚、塞ぎ部材は、挿入口の一部を塞ぐ塞ぎ部材であっても、挿入口の全部を塞ぐ塞ぎ部材であってもよい。
【０００７】
本発明の第２特徴構成は、前記弁体のうち前記回動軸芯に沿った両側の夫々に前記回動軸芯と同軸芯状の円形側板を設けてあり、前記内面形成部を前記円形側板どうしの間に配置してある点にある。
【０００８】
本構成であれば、弁体の回動空間をその回動軸芯の方向から囲む内面が、弁体のうち回動軸芯に沿った両側の夫々に設けてある回動軸芯と同軸芯状の円形側板の板面で形成されている。
したがって、弁体の回動空間の回動軸芯方向両端部における形状を、弁体の回動操作にかかわらず一定化して、入口ポートから出口ポートに亘る空気の流れを安定させることができる。
また、内面形成部を円形側板どうしの間に配置してあるので、内面形成部が弁体の回動動作と干渉することがない。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
本発明の第３特徴構成は、前記塞ぎ部材に前記内面形成部を一体に設けてある点にある。
【００１２】
本構成であれば、ロータリバルブの装着にあたって、内面形成部を取り付ける前のケーシングの内部、つまり、内面形成部がロータリバルブの装着作業の邪魔にならないケーシングの内部に、ロータリバルブを回動軸芯に対して直交方向から装着することができる。
そして、ケーシングの内部にロータリバルブを装着した後の、ロータリバルブの挿入口を塞ぎ部材で塞ぐ作業で、内面形成部も同時に取り付けることができる。
したがって、ロータリバルブ及び内面形成部の組み付け作業の簡略化を図ることができる。
尚、塞ぎ部材は、挿入口の一部を塞ぐ塞ぎ部材であっても、挿入口の全部を塞ぐ塞ぎ部材であってもよい。
【００１３】
本発明の第４特徴構成は、前記一対の円形側板どうしが、前記弁体のみを介して互いに一体化されている点にある。
【００１４】
本構成であれば、ケーシングの内部で回動可能に組み付けられるロータリバルブの構造の簡素化を図ることができる。
【００１５】
本発明の第５特徴構成は、前記円形側板が、金属製円板を樹脂でインサート成形して構成されている点にある。
【００１６】
本構成であれば、円形側板の強度を金属製円板で補強して、回動操作されるロータリバルブの捩り剛性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】内燃機関用吸気装置の内部を示す断面図である。
【図２】内燃機関用吸気装置に装着されたロータリーバルブを示す斜視図である。
【図３】ケーシングに装着されたロータリーバルブの要部を示す断面図である。
【図４】ロータリーバルブの要部を示す斜視図である。
【図５】ロータリーバルブの要部を示す断面図である。
【図６】（ａ）はロータリバルブの装着方法を示す要部断面図、（ｂ）は（ａ）におけるVIb −VIb 線矢視断面図である。
【図７】ロータリバルブの装着方法を示す斜視図である。
【図８】ロータリーバルブの動作を示す要部断面図である。
【図９】ロータリーバルブの動作を示す要部断面図である。
【図１０】ロータリーバルブの動作を示す要部断面図である。
【図１１】ロータリーバルブの動作を示す要部断面図である。
【図１２】第２実施形態を示す要部断面図であって、（ａ）はロータリバルブの装着方法を示す要部断面図、（ｂ）はケーシングに装着されたロータリーバルブの要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、本発明に係る内燃機関用吸気装置として、内燃機関としての車両用４気筒エンジンに装備するものを例示している。
【００１９】
〔第１実施形態〕
図１〜図３に示すように、内燃機関用吸気装置Ａは、吸込口１と空気貯留空間２とを有するサージタンクＢと、吸気通路Ｄと入口ポートＧと出口ポートＨとを有する中空形状のケーシングＣと、ケーシングＣに装着されたロータリバルブＥとを備えている。
【００２０】
サージタンクＢ及びケーシングＣは樹脂成形部材を接続して一体に設けられており、サージタンクＢの吸込口１にスロットルバルブ（図示せず）が接続されて、スロットルバルブにより流量が調整された外気が吸込口１から空気貯留空間２に吸入されるように構成してある。
【００２１】
吸気通路Ｄは、エンジンＦの四つの気筒毎の吸気部Ｆａに対応して各別に設けられている。
吸気部Ｆａは吸気管３を介してエンジンＦのシリンダヘッドに接続されており、この吸気管３の下流部位には燃料噴射ノズル（図示せず）が備えられている。
【００２２】
吸気通路Ｄの夫々は、サージタンクＢに連通する経路長が短い第１吸気通路Ｄ１と、サージタンクＢに連通する経路長が第１吸気通路Ｄ１よりも長い第２吸気通路Ｄ２と、吸気部Ｆａに連通する第３吸気通路Ｄ３とを有している。
【００２３】
ロータリバルブＥは、吸気通路Ｄから吸気部Ｆａへの空気の流入状態を調節するもので、電動モータＪで回動軸芯Ｘ周りで駆動回動されるロータＫと、回動角度を検出するための角度センサ９とを備えている。
ロータＫは、四つの吸気通路Ｄ毎に対応して、ケーシングＣの内部で回動軸芯Ｘの周りに回動可能な四つの樹脂製弁体４を有している。
【００２４】
弁体４の夫々は、ケーシングＣに形成してあるボア部８に各別に収納されている。ボア部８は、四つの吸気通路Ｄ毎に対応して形成してあり、弁体４の回動軸芯Ｘと同芯の略円筒形の内周面８ａを備えている。
【００２５】
第１吸気通路Ｄ１の終端部が第１入口ポートＧ１として、第２吸気通路Ｄ２の終端部が第２入口ポートＧ２として、第３吸気通路Ｄ３の始端部が出口ポートＨとして、夫々、ボア部８の内周面８ａに開口している。
【００２６】
図６（ａ），図８〜図１１に示すように、第１吸気通路Ｄ１と第２吸気通路Ｄ２の少なくとも終端部、及び、第３吸気通路Ｄ３の少なくとも始端部は、回動軸芯Ｘの方向に沿う一対の横壁面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、回動軸芯Ｘに直交する方向に沿う一対の縦壁面Ｑとで囲まれた矩形状の横断面形状を有している。
したがって、第１入口ポートＧ１と第２入口ポートＧ２と出口ポートＨの夫々は、回動軸芯Ｘの方向に沿う一対の横縁１０ａ，１０ｂと、回動軸芯Ｘに直交する方向に沿う一対の縦縁１１とで囲まれた矩形状に開口している。
【００２７】
弁体４は、回動軸芯Ｘの周りでの回動により、入口ポートＧ（Ｇ１，Ｇ２）と出口ポートＨとの連通状態を調節する。
図６（ａ），図８〜図１１に示すように、弁体４の夫々は、ボア部８の内周面８ａの側に対向する円弧面状の外周面４ａと、第１入口ポートＧ１と出口ポートＨとの間に回動移動している状態で、第１吸気通路Ｄ１の横壁面Ｐ１と第３吸気通路Ｄ３の横壁面Ｐ３とを滑らかに繋ぐ曲面状の内周面４ｂとを備えた平面視で矩形状に形成してある。
弁体４の空気の流れ方向先端側中央位置には、幅広の切欠き部１４を形成してある。
【００２８】
図４，図５に示すように、弁体４の夫々には、互いに対向する面が扁平な一対の円形側板５を設けてある。円形側板５は、弁体４のうち回動軸芯Ｘに沿った両端側の夫々に回動軸芯Ｘと同軸芯状に設けてある。
【００２９】
図５に示すように、円形側板５は、鋼板などの金属製円板６を樹脂でインサート成形して、弁体４と一体に成形されており、一対の円形側板５どうしが弁体４のみを介して互いに一体化されている。
【００３０】
隣り合う弁体４の円形側板５どうしを回動軸芯Ｘと同芯の連結シャフト７で連結して、四つの弁体４を回動軸芯Ｘの周りで一体に回動操作自在に支持してある。
連結シャフト７は、円形側板５を構成している金属製円板６と一体の金属製であっても、金属製円板６を覆う樹脂部分と一体に成形してある樹脂製であってもよい。
【００３１】
ケーシングＣには、図１１に示すように、第１入口ポートＧ１を塞いでいる弁体４との隙間を塞ぐシール材Ｓ１が装着され、円形側板５とケーシングＣとの間には、図３に示すように、隣り合うボア部８どうしが連通しないようにシール材Ｓ２が装着されている。
【００３２】
ケーシングＣの回動軸芯Ｘの周りに沿う内面であって、第２入口ポートＧ２から出口ポートＨに至る内面、つまり、ボア部８の内周面８ａであって、第２入口ポートＧ２と出口ポートＨとで挟まれた箇所の内周面１２を、回動軸芯Ｘとの距離が弁体４の最大回転半径Ｒよりも回動軸芯Ｘに近接した曲面とする内面形成部１３をケーシングＣに一体に設けてある。
【００３３】
すなわち、図８〜図１１に示すように、内面形成部１３は、第２吸気通路Ｄ２と第３吸気通路Ｄ３とのボア部８を挟んで互いに隣り合う横壁面Ｐ２ａ，Ｐ３ａどうしが滑らかに繋がるように、ボア部８の第２入口ポートＧ２と出口ポートＨとで挟まれた箇所の内周面１２を回動軸芯Ｘの側に突出する曲面とするものであり、一対の円形側板５どうしの間に配設してある。
【００３４】
この曲面からなる内周面１２は、第２吸気通路Ｄ２の横壁面Ｐ２ａの第２入口ポートＧ２における接線Ｌ１に沿って当該横壁面Ｐ２ａに接続され、かつ、第３吸気通路Ｄ３の横壁面Ｐ３ａの出口ポートＨにおける接線Ｌ２に沿って当該横壁面Ｐ３ａに接続されるように、回動軸芯Ｘの側に向けて突出する湾曲面状に形成されている。
【００３５】
ケーシングＣは、図６，図７に示すように、ロータリバルブＥを回動軸芯Ｘに対して直交方向から装着可能な挿入口１５と、その挿入口１５を塞ぐ塞ぎ部材１６とを備えている。
【００３６】
つまり、ケーシングＣを、ケーシング本体１７と出口ポートＨの側を形成する塞ぎ部材１６とで構成して、ケーシング本体１７に内面形成部１３を設け、内周面１２を構成する。
【００３７】
そして、図６，図７に示すように、挿入口１５を通して、一対の円形側板５の夫々が内面形成部１３とケーシング本体１７との間の空所１８に入り込むように、ロータリバルブＥを回動軸芯Ｘに対して直交方向からケーシング本体１７の内部に装着した後、その挿入口１５を塞ぎ部材１６で塞いで、当該塞ぎ部材１６をケーシング本体１７に対してレーザー溶着してある。
【００３８】
図８〜図１１は、エンジンF の回転速度に応じた弁体４の回動位置を示している。
アイドリング回転時には、ロータＫの回転姿勢を図８に示すように設定することにより、出口ポートＨの殆どの領域を弁体４で閉塞しながら、切欠き部１４を介した吸気が可能となる位置に弁体４が配置される。これにより、切欠き部１４を介して僅かの空気の吸気であるが、切欠き部１４によって気流を中央部に集める作用によって、出口ポートＨ及び吸気部Ｆａの上部の領域において吸気が比較的高速度で行われることになり、吸気と燃料との混合を促進すべく気筒内でタンブル流を発生できるため、良好な燃焼を実現できる。
【００３９】
極低速回転時には、ロータＫの回転姿勢を図９に示すように設定することにより、出口ポートＨの多くの部分を弁体４で閉塞しながら、出口ポートＨに対して上端を少し下方に変位させる位置に弁体４が配置される。これにより弁体４の上部の空間を介して空気をエンジンＦの燃焼室に供給する。そして、この吸気時にはエンジンＦのシリンダ内にタンブル流を発生させ、燃料噴射ノズルから供給された燃料との混合を促進して良好な燃焼を実現する。
【００４０】
低速回転時には、ロータＫの回転姿勢を図１０に示すように設定することにより、何れのポートにも干渉しない位置に弁体４が配置される。これにより第１入口ポートＧ１と第２入口ポートＧ２との双方からの吸気を吸気部Ｆａに供給する。
【００４１】
中速回転時には、ロータＫの回転姿勢を図１１に示すように設定することにより、第１入口ポートＧ１を閉塞する位置に弁体４が配置される。これにより第２入口ポートＧ２からの吸気のみが燃焼室に供給される。この中速回転時においては空気の動慣性を利用した慣性過給効果が最も効果的に現れる。
【００４２】
高速回転時には前述した低速回転時と同様に、ロータＫの回転姿勢を図１０に示すように設定することにより、何れのポートにも干渉しない位置に弁体４を配置する。これにより第１入口ポートＧ１と第２入口ポートＧ２との双方からの吸気を吸気部Ｆａに供給する。
【００４３】
また、第２吸気通路Ｄ２と第３吸気通路Ｄ３とのボア部８を挟んで互いに隣り合う横壁面Ｐ２ａ，Ｐ３ａどうしが滑らかに繋がるように、ボア部８の第２入口ポートＧ２と出口ポートＨとで挟まれた箇所の内周面１２を回動軸芯Ｘの側に突出する曲面に形成して、ボア部８のデッドスペースを少なくしてあるので、いずれの回転時においても、圧力損失の低減を図ることができる。
【００４４】
エンジンの回転数に応じて弁体４を回動させる制御は、エンジン回転数に基づいて電動モータＪの回転を制御することにより実現する。この制御では、アイドリング回転状態から極低速回転状態への移行と、この極低速回転から低速回転状態への移行と、低速回転状態から中速回転状態への移行を行う際においてはロータＫを正転（図８〜図１１では反時計周りの回転）させる制御が行われる。また、中速回転状態から高速回転状態に移行する際にはロータＫを逆転（時計周りの回転）させる制御が行われる。
【００４５】
〔第２実施形態〕
図１２は、本発明に係わる内燃機関用吸気装置Ａの別実施形態を示す。
本実施形態では、ケーシングＣを、ケーシング本体１７と出口ポートＨの側を形成する塞ぎ部材１６とで構成してある。
そして、ロータリバルブＥを回動軸芯Ｘに対して直交方向から装着可能な挿入口１５をケーシング本体１７に設け、塞ぎ部材１６に内面形成部１３を設けて内周面１２を形成してある。
【００４６】
したがって、ロータリバルブＥの装着にあたって、図１２（ａ）に示すように、内面形成部１３を取り付ける前のケーシング本体１７の内部に、ロータリバルブＥを回動軸芯Ｘに対して直交方向から装着した後、図１２（ｂ）に示すように、ロータリバルブＥの挿入口１５を塞ぎ部材１６で塞ぐ作業で、内面形成部１３も同時に取り付けることができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４７】
〔その他の実施形態〕
１．本発明による内燃機関用吸気装置は、ケーシングの回動軸芯の周りに沿う内面であって、入口ポートから出口ポートに至る内面を、回動軸芯との距離が弁体の最大回転半径よりも回動軸芯に近接した扁平面とする内面形成部を備えていてもよい。
２．本発明による内燃機関用吸気装置は、ケーシングの回動軸芯の周りに沿う内面であって、入口ポートから出口ポートに至る内面を、回動軸芯との距離が弁体の最大回転半径よりも回動軸芯に近接し、かつ、回動軸芯から遠ざかる方向に凹入する湾曲面とする内面形成部を備えていてもよい。
３．本発明による内燃機関用吸気装置は、ケーシングの回動軸芯の周りに沿う内面であって、入口ポートから出口ポートに至る内面を、回動軸芯との距離が弁体の最大回転半径よりも回動軸芯に近接し、かつ、回動軸芯から遠ざかる方向に凹入する湾曲面と、回動軸芯に近接する方向に突出する湾曲面とが滑らかに連続する面とする内面形成部を備えていてもよい。
すなわち、入口ポートから出口ポートに至る内面の形状は、いずれの形状であっても、入口ポートからの流入した空気が出口ポートに滑らかに流入する形状であればよい。
よって、入口ポートＧから出口ポートＨに至る内面１２の形状は、ボア部８に対する角吸気通路の接続角度や、各吸気通路の断面積等に応じて適宜設定することになる。
【符号の説明】
【００４８】
４  弁体
５  円形側板
６  金属製円板
１２  内面
１３  内面形成部
１５  挿入口
１６  塞ぎ部材
Ｃ  ケーシング
Ｅ  ロータリバルブ
Ｇ  入口ポート
Ｈ  出口ポート
Ｒ  最大回転半径
Ｘ  回動軸芯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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