(57)【要約】  調整可能な吸気マニホールドが、プレナムと内燃機関の間にエアの流れを差し向けるために提供される。調整可能な吸気マニホールドは、入口開口と、固定出口ポートを画成する出口チャンネルと、入口開口から出口チャンネルまで延びるランナー壁と、を有するマニホールドハウジングを有する。スライダが、スライド運動および往復運動のために、ハウジングに取り付けられる。スライダは、入口開口と協働して可変寸法の入口ポートを画定する。スライダは、また、ランナー壁と協働して入口ポートと出口ポートの間に延びるランナーを画成する。駆動組立体は、入口ポートの寸法を変えるために往復運動を提供するスライダと作動的に連結する。出口ポートは、入口ポートに対してある角度で延びる。スライダは、入口部分に対して同じ角度で延びる出口部分を有する。出口部分は、可変寸法の入口ポートと固定出口ポートの間で平滑な移行部を呈する出口チャンネルに沿ってスライドする。
2008503679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレナムと内燃機関との間にエアの流れを差し向けるための調整可能な吸気マニホールドであって、
入口開口と、固定出口ポートを画成する出口チャンネルと、入口開口から出口チャンネルまで延びるランナー壁と、を有するマニホールドハウジングと、
前記ハウジングにスライド運動および往復運動可能に取り付けられ、可変寸法の入口ポートを画成するように前記入口開口と協働し、前記入口ポートと前記出口ポートの間に延びるランナーを画成するように前記ランナー壁と協働するスライダと、
前記スライダと作動可能に連結され、前記入口ポートの前記寸法を変えるように前記往復運動を行わせる駆動組立体と、を含み、
前記出口ポートは、前記入口ポートに対してある角度で延び、前記スライダは、前記角度で延びる出口部分を有し、前記出口部分は、前記出口チャンネルに沿ってスライドし、前記スライダは、前記可変寸法の入口ポートと前記固定出口ポートとの間に平滑な移行部を呈している、
ことを特徴とする調整可能な吸気マニホールド。
【請求項２】
スライダは、スライダの入口部分から延びる脚を含み、前記脚は、マニホールドハウジングの内面にスライド可能に係合して、ランナー壁に対するスライダの移動を案内する、
請求項１に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項３】
前記スライダは、前記入口部分と前記出口部分の間で移行する湾曲部分を有する、
請求項２に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項４】
前記ランナー壁および前記スライダは、各々、互いにスライド可能に係合する、ほぼＵ形の横断面を有する、
請求項３に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項５】
駆動組立体は、駆動シャフトに連結されたモータを含み、駆動シャフトは、駆動シャフトおよび被動シャフトの同期回転を可能にするギア組立体によって被動シャフトに連結され、前記駆動シャフトおよび被動シャフトは、各々前記スライダにリンクで連結され、モータの第一の方向での回転は、前記入口ポートの寸法を増大させ、モータの逆方向での逆回転は、前記入口ポートの寸法を減少させる、
請求項１に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項６】
駆動組立体は、駆動シャフトおよび被動シャフトにそれぞれ取り付けられた第一および第二のピボットアームを更に含み、前記第一および第二のピボットアームは、前記スライダにリンクで連結されている、
請求項５に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項７】
前記第一および第二のピボットアームは、複数のスライダに枢動可能に連結する、
請求項６に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項８】
前記角度は９０度である、
請求項７に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項９】
駆動シャフトまたは被動シャフトの移動を検出し、これに応答する信号を提供する位置センサを更に含む、
請求項１に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項１０】
前記駆動組立体および前記位置センサに作動可能に連結されたコントローラを更に含み、前記コントローラは、前記入口ポートの前記寸法を決定し、エンジンの作動状態に基づいて前記入口ポートを応答的に変更する、
請求項９に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項１１】
前記エンジンの作動状態は、エンジン速度およびスロットル位置を含む、
請求項１０に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【請求項１２】
位置センサは、ホール効果センサと、駆動シャフトまたは被動シャフトのいずれかに取り付けられた磁石と、を含み、前記ホール効果センサは、前記磁石が回転するときの極の変化を検出する、
請求項１１に記載の調整可能な吸気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のための調整可能な吸気マニホールドに関する。より具体的には、本発明は、調整可能な横断面積のランナーを有する調整可能な吸気マニホールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のためのエア吸気マニホールドは、エアおよび燃料を内燃機関のシリンダに送り且つ差し向ける。吸気マニホールドは、プレナムからエアを受け入れて、そのエアを、個々のシリンダに差し向け、エアがシリンダに受け入れられ、燃焼に使用される。
【０００３】
吸気マニホールドにおいて、ランナーの各々の外形は、内燃機関のシリンダへのエアの送りがいかに効率的であるかを決定する。ランナーの長さおよび横断面積は、エアがシリンダに到達する位置での圧力および速度に直接影響を及ぼす。
【０００４】
ランナーの設計は、典型的に、特定速度における内燃機関の性能を最適化するようになされる。特定速度で最適化が起こると、内燃機関が作動するあらゆる他の速度において、性能の妥協が行われる。したがって、エアが、吸気マニホールドのランナーを通るときエアの圧力および速度をうまく制御して、複数の速度における内燃機関の性能の最適化を可能にする必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１９８０年７月１日にシャファーに発行された米国特許第４，２１０，１０７号は、調整可能な吸気マニホールドを開示する。吸気マニホールドは、複数の吸気ランナーを含み、その各々は、吸気ランナーの各々の長さにわたって調整できる側壁を有する。調整可能な側壁は、吸気ランナーを通したエアの流れ方向に関して、内方向および外方向に、横方向に移動し、これに対応して通過流れ横断面積を増減させる。そのような調整可能な側壁は、ランナーの各々の横断面積を調整するが、側壁は、側壁と、側壁が遠ざかっているランナーの側面との間に空間を作る。この使用されていない容積は、密閉されず、エアが通るときエアの一部を受け入れ、装置の効率を減じて吸気ランナーに無能を引き起こす。加えて、これらの空間は、吸気ランナーに、望ましくない乱流を引き起こす。
【０００６】
ＷＯ２００４／００９９７５では、可変横断面の吸気マニホールドが図示されている。この吸気マニホールドは、マニホールドの横断面を制御する上での改良を提供する。しかしながら、吸気マニホールドは、それにもかかわらずマニホールドの出口端に、望ましくない乱流をもたらす。
【０００７】
本発明の一側面によれば、プレナムと内燃機関との間にエアの流れを差し向けるための、調整可能な吸気マニホールドを提供する。調整可能な吸気マニホールドは、入口開口と、固定出口ポートを画成する出口チャンネルと、入口開口から出口チャンネルまで延びるランナー壁と、を有するマニホールドハウジングを有する。スライダが、ハウジングにスライド運動および往復運動可能に設けられている。スライダは、入口開口と協働して、可変寸法の入口ポートを画成する。スライダは、また、ランナー壁と協働して、入口ポートと出口ポートの間に延びるランナーを画成する。駆動組立体が、入口ポートの寸法を変えるために、往復運動をなすスライダと作動可能に連結する。出口ポートは、入口ポートに対してある角度で延びる。スライダは、同じ角度で延びる出口部分を有する。出口部分は、出口チャンネルに沿ってスライドして、可変寸法の入口ポートと固定出口ポートとの間に平滑な移行部をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の利点は、これが添付図面と関連して考慮されるとき、次の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるようになるので、容易に認識されるであろう。
【０００９】
図１、図２、および図３を参照すると、調整可能な吸気マニホールド１０を一般的に示す。調整可能な吸気マニホールド１０は、複数の入口開口１２および複数の出口ポート１４を有するハウジング１６を含む。複数のスライド２２が、入口開口１２の各々の横断面積を変えるために、ハウジング１６内で移動する。
【００１０】
ハウジング１６は、二つの半シェル１６ａ，１６ｂと、カバー１６ｃと、を有する。シェル１６ａは、互いに隣接して、入口面１５から延びる一連の固定ランナー壁２０を有する。入口面１５は、入口開口１２を有する。入口面１５は、入口開口１２の各々を取り囲み、スライド２２のための移動面を提供するガイド１５ａを有する。ガイド１５ａは、丸形入口を呈するように輪郭付けされている。
【００１１】
シェル１６ｂは、複数の管状出口チャンネル３０を有する。チャンネル３０は、ランナー壁２０と関連して固定ランナー部分を呈する。チャンネル３０は、入口開口１２で、流入方向Ａ（図５参照）に対してある角度で延びる。好ましい実施形態では、角度は９０°である。しかしながら、エンジンの形態およびマニホールド１０が取り付けられる利用可能な空間に応じて、他の角度を利用してもよいことは当業者にとって明白である。
【００１２】
シェル１６ｂは、駆動組立体４６が収納されるベース部分を有する。カバー１６ｃは、比較的気密な方法で、ハウジング１６を閉じる。
【００１３】
プレナム２１が、調整可能な吸気マニホールド１０の入口端１２に固定的に取り付けられる。プレナム２１は、エアのリザーバとして使用される内キャビティ２１ａと連通する入口２３を含む。プレナム２１は、ハウジング１６の入口端の開口１２を取り囲み、ハウジング１６に密封される。
【００１４】
複数のランナー壁２０の各々は、ガイド１５ａに滑らかに合体する、横断面がＵ形の形状を有する。ランナー壁２０の各々は、ハウジング１６ｂのチャンネル３０に滑らかに合体するように、アーチ状に延びる。
【００１５】
図４を参照すると、スライダ２２は、出口部分２４と、湾曲部分２５によって分離された入口部分２６と、を含む。湾曲部分２５は、マニホールド１０内での流れ損失を最小にするために、入口部分２４と出口部分２６の間の滑らかな移行部を提供する。入口部分２４、出口部分２６、および湾曲部分２５は、横断面がＵ形である。これらの部分の外幅は、Ｕ形のランナー壁の幅よりわずかに小さい。好ましくは、二つの間には、スライドを可能にし、且つ比較的気密嵌め合いを可能にする、大変厳密な公差がある。スライダ２２は、矢印Ｂ（図５参照）の方向に移動しランナー壁２０と協働して、通路またはランナーを画成し、通路またはランナーを通してエアがプレナム２１からエンジンの燃焼室に流れる。
【００１６】
スライダ２２は、また、スライダ２２の入口部分２６から、互いに平行に延びる二つの脚２８を含む。二つの脚２８は、出口部分２４と入口部分２６の間の角度に相当する角度で延びる。好ましくは、出口部分２４は、入口部分２６に対して約９０°である。スライダ２２の出口部分２４が、チャンネル３０と平行に、矢印Ｃ（図５参照）に移動する限り、本発明により、出口部分２４と入口部分２６の間に代替的な角度関係を利用してもよいことは理解すべきである。二つの脚２８は、また、以下により詳細に記載するように、駆動組立体４６に枢動可能に取り付けるための開口２９を含む。
【００１７】
スライダ２２は、フランジを付けられ、且つガイド１５ａに相当する輪郭を有する入口端３３を有する。スライダ２２の入口端３３とガイド１５ａは、互いに協働して調整可能な入口ポート３７を呈する。
【００１８】
図３、および図５乃至図９を参照すると、駆動組立体４６は、マニホールドハウジング１６に固定的に取り付けられ、入口ポート３７の画成された横断面を変更するために、スライダ２２を、マニホールドハウジング１６に対して往復動の仕方で移動させるように、スライダ２２に作動的に連結される。
【００１９】
駆動組立体４６は、ハウジング１６ｂにジャーナル取り付けされ、ランナー壁２０にほぼ垂直な、駆動シャフト５０を有する。被動シャフト５２も、ハウジング１６にジャーナル取り付けされ、そして駆動シャフト５０とほぼ平行に延びる。ギア組立体５４が、駆動シャフト５０を被動シャフト５２に作動的に連結する。第一および第二のピボットアーム５８，５６が、駆動シャフト５０と被動シャフト５２にそれぞれ固定的に取り付けられる。ピン６６が、ピボットアーム５６，５８を一対のリンク６８の各々に連結する。一対のリンク６８は、開口２９でピン１２９によって脚２８に回転可能に結合される。
【００２０】
特に図８を参照すると、ピボットアーム５６，５８が、より詳細に図示されている。ピボットアーム５６，５８は、放射方向に延びる三つのアーム５９ａ，５９ｂ、５９ｃを備えたコア６０を有する。三つのアーム５９ａ，５９ｂ、５９ｃは、全てのスライダ２２の同時作動のために、隣接するランナー壁２０の間に延びるように構成される。
【００２１】
駆動組立体４６は、駆動シャフト５０および被動シャフト５２に連結された第一および第二のピボットアーム５８，５６を有するものとして記載されているが、スライダ２２を、入口部分２６でチャンネル３０に関してほぼ垂直に、出口部分２４でチャンネル３０にほぼ平行に移動させるのに、他の構成を利用してもよい。
【００２２】
加えて、スライダ２２の各々は、好ましい実施形態では、駆動組立体４６に独立に連結されるものとして示される。変形例では、スライダ２２は、駆動組立体４６に連結され単一化のスライダを形成するように、互いに一体化されてもよい。
【００２３】
モータ４８が、ハウジング１６ｂに設けられ、駆動シャフト５０に作動可能に連結されている。モータ４８の駆動回転は、スライダ２２を、最小横断面位置と最大横断面位置との間で移動させる。モータ４８は、被動シャフト５２の角度位置の情報を提供するセンサ８０から信号を受けるプロセッサまたはコントローラ４９から信号を受ける。被動シャフト５２の角度位置は、吸気ポート３７の横断面積の関数である。他のエンジンおよび／または自動車の情報を、エンジンおよび／または自動車のメインコントローラから受けることができ、そして内燃機関のエンジン速度、スロットルの位置のような基準に基づいて、入口ポートの寸法を変えるのに利用する。コントローラ４９は、内燃機関の容積効率を最大にするために、モータ４８を、スライダ２２を所望の位置に移動させる角度位置まで応答して駆動する。
【００２４】
好ましい実施形態では、電動モータが示されているが、空気圧アクチュエータ、流体圧アクチュエータ、機械的アクチュエータ、または他のタイプのもの等の、他のアクチュエータを使用してもよい。
【００２５】
位置センサ８０は、好ましくは、回転運動を検出するホール効果センサを含む。ホール効果センサは、二つの検出要素を含む。二つの検出要素は、直交位相にある。より具体的には、二つの検出要素は、回転軸線に関して互いに９０°に配置され、二つの検出要素は、回転軸線まで等距離である。
【００２６】
磁気取付部が、回転する要素に固定的に取り付けられる。磁気取付部は、回転要素と同軸に磁石を保持する。磁石は、ホール効果センサと間隔をへだてた関係に配置される。当業者には、磁石をホール効果センサと同軸に整列させる際の公差は、ホール効果センサの感度に応じて変動すること、および、磁石は、設計上要求されれば、ホール効果センサに接触してもよいことは、理解されるべきである。磁石は、Ｎ極およびＳ極を有し、これらの交差点は、回転要素およびホール効果センサとほぼ同軸であり、これにより、ホール効果センサの回転は、磁石によって作られる磁場の極を検出し、回転向きを認識することができる回路基板上の回路によって発生される信号を変える。磁石の物理的な構成およびその極は、それがホール効果センサと実質的に同心状であり、回転軸に関して対称である限り、変更してもよい。
【００２７】
入口ポート３７の横断面積を制限したり、拡張したりすることによって、内燃機関の容積効率が、エンジン速度の全範囲にわたって最大にされ、或いは制御されする。ランナーの長さを変更する代わりに、スライダ２２の動きを介して入口ポートの横断面を調整することにより、本発明の調整可能な吸気マニホールド１０の機能および性能は、壁の長さの増大により大きな摩擦損失がなくなることにより、従来の調整可能なマニホールドよりも改良される。調整可能な吸気マニホールド１０は、寸法がコンパクトで、構造が簡単である。ランナーの長さは変わらず、調整可能な吸気マニホールド１０が、性能の範囲を通してコンパクトな寸法を維持することができる。さらに、調整可能な吸気マニホールド１０を、内燃機関のシリンダの中へピストンを引き下げることによって作られる反射吸引波の有益な効果を最大にするのに使用することができる。調整可能な吸気マニホールド１０は、また、内燃機関に入るエアの流れ速度の最適化を可能にする。そうすることにより、内燃機関の慣性過給を高めることができる。
【００２８】
作動中、スライダ２２を、図５に示すように、最大入口ポート位置から、図６に示すように、中間入口ポート位置まで、あるいは図７に示すように、最小入口ポート位置まで移動させる。図示された最小面積位置は、ポート３７へのエアを完全には遮断しないが、スライダ２２は、最小面積位置にあるとき、一つまたはそれ以上の入口ポート３７を完全に閉めるように設計することができる。
【００２９】
駆動組立体４６は、図５に最大面積位置で示されている。分かるように、ピボットアーム５６，５８を引き込ませ、または回転させ、スライダ２２をチャンネル３０の底部に位置させてエアの最大流れを許す。
【００３０】
図６では、ピボットアーム５６，５８は、部分枢動位置にあり、リンク６８がスライダ２２の入口部分２６を押して、スライダ２２をランナー壁２０の方へ移動させ、スライダ２２の入口部分２６に近いランナーの横断面を減ずる。スライダ２２の出口部分２４は、マニホールド１０の出口ポート１４において、出口ポート１４の横断面積を変えることなく、チャンネル３０に沿って移動する。下方に突出する脚２８は、内面７６に沿って移動してスライダ２２の横方向の移動を防止する。
【００３１】
図７では、ピボットアーム５６，５８は、完全に枢動されて、リンク６８がスライダ２２の入口部分２６を押す。ランナーの横断面積は、スライダ２２の入口部分２６に近い最小面積位置まで減少される。スライダ２２の出口部分２４は、マニホールドのチャンネル３０と平行に移動し、出口ポート１４で一様な横断面を維持する。
【００３２】
マニホールド１０の入口ポート３７の横断面積は、出口ポート１４の横断面積に影響を及ぼすことなしに可変であることに気づくことが重要である。加えて、入口ポート３７と出口ポート１４の間の平滑な移動が、エアの流れに乱流を引き起こすことなく常に維持される。
【００３３】
調整可能な吸気マニホールド１０は、燃料噴射を有する内燃機関について使用されることが考慮されるが、当業者には、プレナム２１は、内燃機関が、燃焼のための燃料を送るキャブレータまたは中央燃料インジェクターを備えるのであれば、空気／燃料混合物を保持してもよいことは理解されるべきである。
【００３４】
図示されるように調整可能な吸気マニホールド１０は、直列４気筒内燃機関と関連して作動するように構成されるが、調整可能な吸気マニホールド１０は、任意の気筒数を有する、任意の内燃機関構成と協働して作動するように設計されてもよいことは理解されるべきである。
【００３５】
本発明は、例示的な方法で記載された。使用された用語は、限定ではなく、説明用語の性質をおびたものであることが意図されることは理解されるべきである。本発明の多くの改造および変更が、上述の教示の下で可能である。したがって、添付の請求項の範囲内で、本発明を、特に記載した以外に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の、プレナムを取り除いた吸気マニホールドの正面斜視図である。
【図２】図１の吸気マニホールドの背面斜視図である。
【図３】プレナムを有し、マニホールドハウジングの一部を取り除いた、図１の吸気マニホールドの切断斜視図である。
【図４】図１の吸気マニホールドの可動スライダの斜視図である。
【図５】最大開口における入口ポートを有する、図１の吸気マニホールドの側断面図である。
【図６】中央開口における入口ポートを有する、図１の吸気マニホールドの側断面図である。
【図７】最小開口における入口ポートを有する、図１の吸気マニホールドの側断面図である。
【図８】カバーを取り除いた、図１の吸気マニホールドの底面図である。
【図９】図１の吸気マニホールドの側方背面図である。
【図１０】最小開口における入口ポートを有する、図１の吸気マニホールドの端面図である。
【図１１】最大開口における入口ポートを有する、図１の吸気マニホールドの端面図である。
【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】
2008503679.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2008503679.tif 000013
【国際調査報告】
2008503679.tif 000014
2008503679.tif 000015
2008503679.tif 000016