(57)【要約】【課題】ロータリーバルブを使用しながらも、気筒内に強力なタンブル流を作りだすことができるようにする。【解決手段】内燃機関の気筒に通じる吸気通路Ｄを構成する中空形状のケーシングＣと、ケーシングＣの内部に回転駆動自在に装着されて、ケーシングＣの入口ポートＰ１から出口ポートＰ２への空気の流量調整を図るロータＲを備えたロータリーバルブＶが設けられ、ロータＲのうち、出口ポートＰ２の開口面積を可変する弁体端縁部１２ｃに、切欠き部１２Ａを設けてある。【選択図】図５
2011106405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に通じる吸気通路を構成する中空形状のケーシングと、
前記ケーシングの内部に回転駆動自在に装着されて、前記ケーシングの入口ポートから出口ポートへの空気の流量調整を図るロータを備えたロータリーバルブが設けられ、
前記ロータのうち、前記出口ポートの開口面積を可変する弁体端縁部に、切欠き部を設けてある内燃機関用吸気装置。
【請求項２】
前記切欠き部の縁部に、気流の方向を変更可能な誘導面が形成してあり、
前記ロータが前記出口ポートに対する最大閉じ側位置にあるとき、前記誘導面と、前記出口ポートの内壁面のうち前記誘導面に対向する面との距離が、前記気流の方向に沿った奥側ほど小さくなる先窄み状態となるように前記誘導面を形成してある請求項１に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項３】
前記誘導面は、前記ロータが、前記最大閉じ側位置よりも開き側の半開位置にあるとき、前記先窄み状態となるように構成してある請求項２に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項４】
前記切欠き部の縁部に、気流の方向を変更可能な誘導面が形成してあり、
前記内燃機関のアイドリング状態にあるとき、
前記誘導面と、前記出口ポートの内壁面のうち前記誘導面に対向する面との距離が、前記気流の方向に沿った奥側ほど小さくなる先窄み状態となるように前記誘導面を形成してある請求項１に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項５】
前記入口ポートは、ショートポート及び前記ショートポートよりも管路長が長いロングポートで構成され、
前記ロータが回動することにより、前記ショートポートを閉塞すると共に、前記切欠き部があっても前記ショートポートと前記出口ポートとが連通しない状態になる請求項１〜４の何れか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、内燃機関用吸気装置に関し、詳しくは、内燃機関の気筒に通じる吸気通路を構成する中空形状のケーシングと、前記ケーシングの内部に回転駆動自在に装着されて、前記ケーシングの入口ポートから出口ポートへの空気の流量調整を図るロータを備えたロータリーバルブが設けられた内燃機関用吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関用吸気装置としては、前記吸気通路の一部を閉じる方向に前記ロータを回転させて最大閉じ側位置に弁体端縁部を位置させることで、吸気通路が絞られて狭い隙間になるように構成したものがあった（例えば、特許文献１参照）。
吸気通路を絞ることで、前記出口ポートの内周壁と、直線状の弁体端縁部とで囲まれた狭い隙間を吸気が通過する際の流速が高まり、当該吸気装置の下流側の燃料噴射ノズルから噴射された燃料との混合が促進されて、燃焼効率の向上が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８１５０号公報（段落番号〔００２８〕、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の内燃機関用吸気装置によれば、ロータリーバルブのロータによって通路は絞られるものの、その際の通路断面は、弁体端縁部が直線状に形成してあるから偏平な断面形状となる。
偏平な断面形状によれば、空気の流れが絞られた通路を通過後、拡散して流速が遅くなる傾向にある。内燃機関の燃焼効率の向上を図るには、内燃機関の気筒に強力なタンブル流を作りだすことが重要であることは既知の事実であるが、上述した従来の内燃機関用吸気装置によれば、空気の流れが一丸となり難く、改善の余地がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、ロータリーバルブを使用しながらも、気筒内に強力なタンブル流を作りだすことができる内燃機関用吸気装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴構成は、内燃機関の気筒に通じる吸気通路を構成する中空形状のケーシングと、
前記ケーシングの内部に回転駆動自在に装着されて、前記ケーシングの入口ポートから出口ポートへの空気の流量調整を図るロータを備えたロータリーバルブが設けられ、
前記ロータのうち、前記出口ポートの開口面積を可変する弁体端縁部に、切欠き部を設けてあるところにある。
【０００７】
本発明の第１の特徴構成によれば、前記ロータのうち、前記出口ポートの開口面積を可変する弁体端縁部に、切欠き部を設けてあるから、ロータリーバルブを通過する空気は、切欠き部に集まり易くなって、そこにまとまった空気流を形成することができ、より強力なタンブル流を下流側に作りだすことが可能となる。
また、切欠き部に空気が集約されることで、主となる流路断面部分の周長は、従来のような偏平断面形状の通路に比べて、より短くすることができ、通過する空気の流路周壁に対する周面摩擦損失を減少させ、より大きな流速で通過させることができる。
これは、流路断面積が同じで形状の異なる二つの矩形断面流路（一方は偏平な矩形断面で、他方は正方形断面）を例に挙げて比較すると、流路の周長は、偏平の度合が大きい程増加し、正方形が最小となる。
本発明の特徴構成によっても、まさに、この作用を期待することができ、空気流そのものがより強力になることと、主となる流路断面部分での周面摩擦損失が減少することとから、内燃機関に送られる空気の流速の向上と共に、強力なタンブル流を作りだすことができるようになる。
その結果、内燃機関の燃焼効率の向上を図ることができる。
【０００８】
本発明の第２の特徴構成は、前記切欠き部の縁部に、気流の方向を変更可能な誘導面が形成してあり、
前記ロータが前記出口ポートに対する最大閉じ側位置にあるとき、前記誘導面と、前記出口ポートの内壁面のうち前記誘導面に対向する面（以後、単に「対向内壁面」という）との距離が、前記気流の方向に沿った奥側ほど小さくなる先窄み状態となるように前記誘導面を形成してあるところにある。
【０００９】
本発明の第２の特徴構成によれば、前記ロータが前記出口ポートに対する最大閉じ側位置にあるとき、即ち、吸気通路が最も絞られた状態（例えば、内燃機関の回転数が低い状態）において、前記切欠き部に集まった空気を、前記誘導面に沿わせて下流側に誘導することができる。
前記誘導面は、前記先窄み状態（誘導面と、前記対向内壁面との距離が、気流の方向に沿った奥側ほど小さくなる状態）となるように形成してあるから、気流そのものを、絞りながら方向性をもたせて前記対向内壁面に斜めに向けることができる。その結果、通過させた空気は、前記対向内壁面に沿いながら下流に勢い良く流下し、内燃機関に通じる気筒内に、より強力なタンブル流を発生させることができる。
因みに、ロータリーバルブの弁体は、外周面はボアと一定間隔を保ち構成される一方、内周面は、通過空気の接触ガイド面として構成されるから、適当な厚みを備えているのが一般的である。この弁体の厚み内を切り欠くことで、その切欠き部の縁部が前記誘導面として形成され、しかも、誘導面は、前記接触ガイド面に連続して形成されるから、誘導空気を下流側にスムースに誘導することができる。
比較例として、薄板を単に切り欠いて切欠き部を形成する（誘導面を持たない）弁体においては、空気が切欠き部を通過する際、切欠き接触部分の周辺に、流れを阻害する渦流が発生し易く、前記誘導面を備えたものに比べて、流速の低下につながり易い。
【００１０】
本発明の第３の特徴構成は、前記誘導面は、前記ロータが、前記最大閉じ側位置よりも開き側の半開位置にあるとき、前記先窄み状態となるように構成してあるところにある。
【００１１】
本発明の第３の特徴構成によれば、ロータが前記最大閉じ側位置にある時のみならず、前記半開位置にある状態においても、前記誘導面の前記先窄み状態を維持することができ、上述の各作用を果たすことができる。従って、例えば、内燃機関の回転数が低い時のみならず、少し上昇した時においまで、比較的低い吸気量の状態において、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明の第４の特徴構成は、前記切欠き部の縁部に、気流の方向を変更可能な誘導面が形成してあり、
前記内燃機関のアイドリング状態にあるとき、
前記誘導面と、前記出口ポートの内壁面のうち前記誘導面に対向する面との距離が、前記気流の方向に沿った奥側ほど小さくなる先窄み状態となるように前記誘導面を形成してあるところにある。
【００１３】
本発明の第４の特徴構成によれば、内燃機関のアイドリング状態（回転数が低い状態）において、前記切欠き部に集まった空気を、前記誘導面に沿わせて下流側に誘導することができる。
前記誘導面は、前記先窄み状態（誘導面と、前記対向内壁面との距離が、気流の方向に沿った奥側ほど小さくなる状態）となるように形成してあるから、気流そのものを、絞りながら方向性をもたせて前記対向内壁面に斜めに向けることができる。その結果、通過させた空気は、前記対向内壁面に沿いながら下流に勢い良く流下し、内燃機関に通じる気筒内に、より強力なタンブル流を発生させることができる。
【００１４】
本発明の第５の特徴構成は、前記入口ポートは、ショートポート及び前記ショートポートよりも管路長が長いロングポートで構成され、
前記ロータが回動することにより、前記ショートポートを閉塞すると共に、前記切欠き部があっても前記ショートポートと前記出口ポートとが連通しない状態になるところにある。
【００１５】
本発明の第５の特徴構成によれば、前記切欠き部があっても、ロータを回動することでショートポートを確実に閉塞することが可能となり、前記ロングポートとショートポートとを使い分けて、内燃機関において最適な燃焼が実施されるように空気を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内燃機関用吸気装置を示す模式図
【図２】内燃機関用吸気装置を示す模式斜視図
【図３】ロータリーバルブを示すロータ径方向視断面図
【図４】ロータを示す一部切欠き斜視図
【図５】ロータリーバルブの作用を示す回転軸芯方向視断面図
【図６】ロータリーバルブの作用を示す回転軸芯方向視断面図
【図７】ロータリーバルブの作用を示す回転軸芯方向視断面図
【図８】ロータリーバルブの作用を示す回転軸芯方向視断面図
【図９】誘導面を示す弁体の要部断面図
【図１０】別実施形態のロータを示す径方向視正面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
当該実施形態は、本発明に係わる内燃機関用吸気装置を、４気筒エンジンを有する車両に適用したものを例に挙げている。
【００１８】
図１及び図２に示すように、当該内燃機関用吸気装置（以下、「吸気装置」と称する）は、空気貯留空間を有したサージタンクＴと、エンジンＥ（内燃機関）の気筒に通じる吸気通路Ｄを構成する中空形状のケーシングＣとを装置本体Ａに備えている。前記吸気通路Ｄは、前記サージタンクＴに連通する第１吸気通路Ｄ１と、前記サージタンクＴに連通し前記第１吸気通路Ｄ１より長い経路長の第２吸気通路Ｄ２とを含んでおり、前記第１・第２吸気通路Ｄ１，Ｄ２は、装置本体Ａの入口ポートＰ１に連通接続されている。
装置本体Ａの上部位置には第１吸気通路Ｄ１と第２吸気通路Ｄ２とからの吸気を制御してエンジンＥの吸気部Ｅａに供給するロータリバルブＶを備えている。  尚、吸気部Ｅａは吸気管２を介してエンジンＥのシリンダヘッドに接続しており、この吸気管２の下流部位には燃料噴射ノズル（図示せず）が備えられる。
【００１９】
樹脂製の成形物を溶着によって連結することによりサージタンクＴを構成する中空のタンク壁３が形成され、このタンク壁３の外部に吸込口１が形成されている（図２参照）。この吸込口１に対しエアークリーナとスロットル（図示せず）とを介して外気が吸入される。このタンク壁３の上部の筒状空間によって第１吸気通路Ｄ１が形成され、このタンク壁３の外面に一体形成した管状部４によって第２吸気通路Ｄ２が形成されている（図１参照）。
前記ロータリバルブＶは、筒状のケーシングＣのボアにロータＲを回転軸芯Ｘ周りで回転自在に挿嵌した構造を有している。
ロータリバルブＶのケーシングＣには、第１吸気通路Ｄ１に接続するショートポートＰ１ａ（入口ポートＰ１）と、第２吸気通路に接続するロングポートＰ１ｂ（入口ポートＰ１）と、吸気部Ｅａに接続する出口ポートＰ２とが開口形成されている。
【００２０】
そして、ロータＲの回転姿勢の設定により吸気部Ｅａに送られる吸気を制御する吸気制御系が構成され、ロータＲは、ＥＣＵ等で構成される吸気制御ユニット（図示せず）によって回転姿勢が設定されることにより吸気部Ｅａに送られる吸気を制御する。
【００２１】
前述したようにサージタンクＴの上部位置にロータリバルブＶが配置され、第１吸気通路Ｄ１はロータリバルブＶに対して斜め上方に向けて吸気の流れを作るように経路姿勢が設定されている。第２吸気通路Ｄ２はサージタンクＴの外方を抱き込むように全体的に円弧状となる経路を有し、ロータリバルブＶに対して斜め下方に向けて吸気の流れを作るように終端部の経路姿勢が設定されている。また、ロータリバルブＶから吸気部Ｅａに対しては略水平姿勢の吸気の流れを作るように経路姿勢が設定されている。
【００２２】
第２吸気通路Ｄ２の経路長、内径、吸気部Ｅａに空気を送り込む角度は、吸気の慣性過給効果がエンジンＥの中速回転時に最も効果的に発揮される値に設定されている。
【００２３】
前記ロータリーバルブＶは、図２〜図４に示すように、回転軸芯Ｘを中心とする円盤状で複数の仕切壁１１と、一対の仕切壁１１の間に形成された翼状の弁体１２と、円柱形状の軸体１４とが樹脂成形により一体的に形成されている。尚、軸体１４は金属で一体化されていても良い。また、仕切壁１１は、ケーシングＣのボアの内径より少し小さい外径に設定されている。
【００２４】
前記仕切壁１１は、回転軸芯Ｘの方向への吸気の流れを抑制する機能を有し、この一対の仕切壁１１の対向する面同士の間隔は、回転軸芯Ｘに沿う方向での各ポートの幅より少し大きく設定されている。また、一対の仕切壁１１の外面１１ａとケーシングＣとの間には、軟質樹脂で形成されたサイドシール部材２５が介在させてある（図３参照）。
【００２５】
前記弁体１２は、回転軸芯Ｘ周りでのロータＲの回転姿勢により吸気を制御する機能を有している。また、図５〜図８に示すように、弁体１２の外周面１２ａは、ケーシングＣのボアの内周面に沿う曲面形状に構成してある。一方、弁体１２の内周面１２ｂは、ショートポートＰ１ａ内周面と出口ポートＰ２内周面とをスムースに連通（図７参照）させるべく、双方の延長面上で滑らかに連続する連結曲面状（図５においては、左右反転「Ｓ」字形状）に構成してある。
また、弁体１２の閉じ方向先端側の弁体端縁部１２ｃには、図４、図５に示す形状の切欠き部１２Ａが形成してある。因みに、閉じ側方向後端側の弁体端縁部１２ｄは、前記回転軸芯Ｘ方向に沿った直線形状に構成してある。弁体１２の周方向の長さ（切欠き部１２Ａと弁体端縁部１２ｄとの離間距離Ｌ）の設定条件の一つには、前記ショートポートＰ１ａの開口を閉塞できる長さを確保できるようにすることが挙げられる。
前記切欠き部１２Ａは、前記弁体端縁部１２ｃの長手方向でのほぼ中央部に形成してあり、前記入口ポートＰ１からの気流を吸気通路Ｄの中央側に集めて出口ポートＰ２へ誘導し、吸気部Ｅａに対する気流の流速を高めている。
因みに、前記切欠き部１２Ａの縁部には、気流の方向を変更可能な誘導面１７が形成してある。
この誘導面１７は、前記ロータＲが前記出口ポートＰ２に対する最大閉じ側位置（図５参照）にあるとき、前記誘導面１７と、前記出口ポートＰ２の内壁面１８のうち前記誘導面１７に対向する対向内壁面１８ａの延長面との垂直距離ｈが（図９参照）、前記気流の方向に沿った奥側ほど小さくなる先窄み状態となるように傾斜させて形成してある。具体的には、図９に示すように、前記垂直距離ｈに係る方向と、前記誘導面１７との角度θが、０度を超えて９０度未満の範囲に設定されている。
従って、この誘導面１７によって、気流そのものを、絞りながら方向性をもたせて前記対向内壁面に斜めに向けることができる。その結果、通過させた空気は、前記対向内壁面１８ａに沿いながら下流に勢い良く流下し、内燃機関に通じる気筒内に、より強力なタンブル流を発生させることができる。即ち、吸気量が少ないアイドリング状態における燃焼効率の向上を図ることができる。
尚、前記ロータＲが前記出口ポートＰ２に対する最大閉じ側位置にある時のみならず、前記最大閉じ側位置よりも開き側の半開位置（図６参照）にある時にも、前記先窄み状態となるように前記誘導面１７を形成してあれば、アイドリング状態や極低速回転状態においても上述の気流の誘導効果が発揮され、燃焼効率の向上を図ることができるようになり、より好ましい。
前記ショートポートＰ１ａの開口の両側近傍には、弁体１２の外周面１２ａとケーシングＣとの間に介在させて、前記回転軸芯Ｘに平行する姿勢の直線状の軸方向シール２２が設けられている（図８参照）。
【００２６】
前記軸体１４は、回転軸芯Ｘと同軸芯に配置されることによりロータＲをケーシングＣに対して回転自在に支持する機能を有すると共に、図２に示すように、隣接する仕切壁１１を連結する。外端位置の軸体１４は、仕切壁１１から外方に突出しており、一方の軸体１４の外端部にアクチュエータとしての電動モータＭの出力軸が連結し、他方の軸体１４の外端部にロータリエンコーダ等の角度センサ１６が連結される。角度センサ１６からの検出信号を吸気制御ユニットにフィードバックする状態で、吸気制御ユニットが電動モータＭを正回転と逆回転との何れかの方向への回転制御することによりロータＲが目標とする回転姿勢に設定される。
【００２７】
（ロータの回転姿勢の設定）
この吸気装置では、アイドリング回転時には、図５に示すようにロータＲの回転姿勢を設定することにより、出口ポートＰ２の開口の殆どの領域を弁体１２で閉塞しながら、前記切欠き部１２Ａを介した吸気が可能となる位置に弁体１２が配置される。これにより、切欠き部１２Ａを介して僅かの空気の吸気であるが、切欠き部１２Ａによって気流を中央部に集める作用と、前記誘導面１７による気流方向の誘導作用とによって、出口ポートＰ２及び吸気部Ｅａ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して良好な燃焼を実現する。
【００２８】
極低速回転時には、図６に示すようにロータＲの回転姿勢を設定することにより、出口ポートＰ２の多くの部分を弁体１２で閉塞しながら、出口ポートＰ２に対して上端を少し下方に変位させる位置に弁体１２が配置される。これにより弁体１２の上部の空間を介して空気をエンジンＥの燃焼室に供給する。そして、この吸気時にはエンジンＥ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。
【００２９】
低速回転時には、図７に示すようにロータＲの回転姿勢を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１２が配置される。これによりショートポートＰ１ａとロングポートＰ１ｂとの双方からの吸気を吸気部Ｅａに供給する。
【００３０】
中速回転時には、図８に示すようにロータＲの回転姿勢を設定することにより、ショートポートＰ１ａを閉塞する位置に弁体１２が配置される。これによりロングポートＰ１ｂからの吸気を直線的に燃焼室に供給する。この中速回転時においては直線的な経路に沿って吸気が行われることになり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。
【００３１】
高速回転時には前述した低速回転時と同様に、図７に示すようにロータＲの回転姿勢を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１２を配置する。これによりショートポートＰ１ａとロングポートＰ１ｂとの双方からの吸気を吸気部Ｅａに供給する。
【００３２】
これらの制御は、エンジン回転数に基づいて吸気制御ユニットが電動モータＭを制御することにより実現する。この吸気制御ユニットでは、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Ｒを正転（図５〜８では反時計方向の回転）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Ｒを逆転（時計方向の回転）させる制御が行われる。
【００３３】
〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。
【００３４】
〈１〉  当該内燃機関用吸気装置は、先の実施形態で説明した４気筒エンジンのみを対象とするものに限らず、他の内燃機関に対しても組み込むことができる。
〈２〉  前記ロータリーバルブＶは、先の実施形態で説明したものに限るものではなく、例えば、形状や寸法や材質等の変更は可能である。
前記切欠き部１２Ａについては、切欠き縁部が直線状のものを説明したが、例えば、図１０に示すように、円弧形状であってもよい。この場合は、ロータリーバルブＶを通過する空気を、流路の中央部に集めることができ、気流の高速化によって下流側により強力な流れをつくって、燃焼効率の向上を図ることができる。
尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３５】
１２ｃ  弁体端縁部
１２Ａ  切欠き部
１７    誘導面
１８    内壁面
１８ａ  対向内壁面
Ｃ      ケーシング
Ｄ      吸気通路
ｈ      垂直距離
Ｐ１    入口ポート
Ｐ２    出口ポート
Ｒ      ロータ
Ｖ      ロータリバルブ
【図１】
2011106405.tif 000003
【図２】
2011106405.tif 000004
【図３】
2011106405.tif 000005
【図４】
2011106405.tif 000006
【図５】
2011106405.tif 000007
【図６】
2011106405.tif 000008
【図７】
2011106405.tif 000009
【図８】
2011106405.tif 000010
【図９】
2011106405.tif 000011
【図１０】
2011106405.tif 000012