(57)【要約】【課題】吸気流れを阻害することなく、サブタンクへの連通路の開閉の制御性を良好にすることができるエンジンの吸気装置を提供する。【解決手段】エンジンの気筒に接続された吸気通路（１１）と、吸気通路に設けられたサージタンク（１４）と、サージタンクと気筒との間に連通路（２１）を介して設けられたサブタンク（２０）と、連通路の内周形状に合わせた外周形状を有し、回動軸（２３）を介して連通路を開閉させるバタフライ弁（２２）と、連通路に即して設けられ、回動軸を作動させるアクチュエータ（２４）とから構成され、回動軸は、バタフライ弁の回動軸と直交する方向の弁幅の中心（Ｏ）からオフセット（ｅ）させた位置に配置され、かつ、バタフライ弁の図心（Ｇ）を通るよう構成する。【選択図】      図２
2004293513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの気筒に接続された吸気通路と、
該吸気通路に設けられたサージタンクと、
該サージタンクと前記気筒との間に連通路を介して設けられたサブタンクと、
前記連通路の内周形状に合わせた外周形状を有し、回動軸を介して前記連通路を開閉させるバタフライ弁と、
前記連通路に即して設けられ、前記回動軸を作動させるアクチュエータとから構成され、
前記回動軸は、前記バタフライ弁の前記回動軸と直交する方向の弁幅の中心からオフセットさせた位置に配置され、かつ、前記バタフライ弁の図心を通ることを特徴とするエンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの吸気装置に係り、詳しくは、吸気慣性効果によってエンジン出力の向上を図るエンジンの吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの吸気装置としては、サージタンクと気筒との間にサブタンクを設ける構成が知られている。この構成により、吸気の慣性及び脈動効果を利用して吸入空気量及び体積効率の増大が図られる。
具体的には、吸気開始によって発生する負圧波が、サージタンク又はサブタンクのいずれかにまで伝播してそのいずれかの開放端で反射され、正圧波として再び気筒側に戻ることに鑑み、この気筒側に戻るタイミングを吸気弁の略閉弁時期に同期させ、次回の吸気弁の開弁に伴って吸気の押し込みを図るとの吸気慣性効果を利用して気筒内への吸気の充填効率を高めるものである。
【０００３】
図３は、上記吸気慣性効果を利用した従来のエンジンの吸気装置における連通路付近の拡大図である。
同図（ａ）に示すように、サブタンク１２０は、連通路１２１を介して吸気通路１１１に設けられており、連通路１２１の外周側にはアクチュエータ１２４が設けられている。このアクチュエータ１２４は、連通路１２１の長さの中央位置であって連通路１２１の中心Ｏに配置された回動軸１２３を作動させる。
【０００４】
回動軸１２３は、バタフライ弁１２２を吸気通路１１１側から見た同図（ｂ）に示すように、回動軸１２３が円形のバタフライ弁１２２の中心Ｏを通っており、バタフライ弁１２２によって連通路１２１を開閉させる。
そして、エンジン回転速度の低中速域においては、バタフライ弁１２２を閉弁してサブタンク１２０を連通させず、サージタンク１１４を開放端として吸気の負圧波を反射させる。一方、エンジン回転速度の高速域においては、バタフライ弁１２２を開弁してサブタンク１２０を開放端として吸気の負圧波を反射させる。このような吸気慣性効果を利用することにより、全運転域に亘るトルクの向上が図られる。
【０００５】
ここで、上記サブタンクを有するエンジンの吸気装置には、エンジンルームへの搭載に対する全体の大きさの制約があることから、この解決を図るエンジンの吸気装置の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
当該装置では、サージタンクに隣接させたサブタンク等の構成を用いており、エンジンの吸気装置のコンパクト化を図っている。
【０００６】
また、前記エンジンの吸気装置として同様の技術が各種提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２６４１４３号公報（段落番号０００６、００１３〜００２０、００２５、図４、図８等）
【特許文献２】
実公平２−４７２３５号公報（第１図、第２図等）
【特許文献３】
実用新案第２５０７９７１号公報（第１図等）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記エンジンの吸気装置では、図３（ａ）に示すように、回動軸１２３は連通路１２１の長さの中央位置に配置されている。これは、連通路１２１の長さには、上記負圧波の反射を行わせるべく、気筒からサージタンク１１４までに至る距離と気筒からサブタンク１２０までに至る距離との関係に基づく制約と、エンジンルームへの搭載に基づく制約とがあり、そして、回動軸１２３を作動させるアクチュエータ１２４の設置位置は、この連通路１２１の長さに相当する範囲内でしか認められていないからである。
【０００９】
ここで、バタフライ弁１２２を開弁させると、その全開時には、このバタフライ弁１２２の先端部分１２２Ｒが吸気通路１１１に向けて突き出されることがあり、この突き出た部分に吸気流れが衝突してその流れが阻害され、吸気慣性効果を十分に利用することできないという問題が生ずる。
この場合に、回動軸１２３をサブタンク１２０側に移動させることは、アクチュエータ１２４の設置位置の許容範囲が狭い以上困難である。
【００１０】
これに対し、前記従来の技術に示された実施例の如く、回動軸をバタフライ弁の中心を通さずにバタフライ弁の端を通す構成であれば、バタフライ弁の先端部分が吸気通路に向けて突き出されず、吸気流れは阻害されない。
しかし、バタフライ弁の端を基準として回動させると、バタフライ弁には吸気による圧力が常に生じていることから、バタフライ弁には、回動軸から離れるに連れて大きなモーメントが生じ、特にバタフライ弁を全開時の開度と全閉時の開度との間を移動させる場合にはこのモーメントが非常に大きなものになり、連通路の開閉の制御性が悪化してしまうとの問題がある。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、吸気流れを阻害することなく、サブタンクへの連通路の開閉の制御性を良好にすることができるエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載のエンジンの吸気装置は、エンジンの気筒に接続された吸気通路と、吸気通路に設けられたサージタンクと、サージタンクと気筒との間に連通路を介して設けられたサブタンクと、連通路の内周形状に合わせた外周形状を有し、回動軸を介して連通路を開閉させるバタフライ弁と、連通路に即して設けられ、回動軸を作動させるアクチュエータとから構成され、回動軸は、バタフライ弁の回動軸と直交する方向の弁幅の中心からオフセットさせた位置に配置され、かつ、バタフライ弁の図心を通ることを特徴としている。
【００１３】
したがって、請求項１記載のエンジンの吸気装置によれば、回動軸が、当該回動軸に直交する方向におけるバタフライ弁の弁幅の中心からオフセットさせた位置に配置されているので、バタフライ弁が吸気通路の吸気流れ側に突き出されなくなり、吸気流れが阻害されない。
しかも、回動軸は、バタフライ弁の図心を通ることから、バタフライ弁に対して吸気による圧力が常に生じていても、回動軸からバタフライ弁の一端縁側部分に生ずるモーメントと回動軸からバタフライ弁の他端縁側部分に生ずるモーメントとが相殺されるので、アクチュエータに対する負荷が低減され、連通路の開閉の制御性の良好化が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係るエンジンの吸気装置が適用されるシステム構成図が示されており、以下図１に基づき本発明に係るエンジンの吸気装置の構成を説明する。
【００１５】
エンジン１は、多気筒エンジンであり、図示しない燃焼室内に燃料を直接噴射する火花点火式の筒内噴射エンジンとして構成される。すなわち、エンジン１のシリンダヘッドには、ピストンの往復運動によって区画される燃焼室内に臨んで、気筒毎にインジェクタや点火プラグ（ともに図示せず）が配設されているとともに、吸気通路１１及び排気通路３１が接続されている。なお、点火プラグには点火コイルが接続されている。
【００１６】
吸気通路１１には、上流側から順にエアクリーナ１２及びスロットル弁１３が配設されており、さらに下流にはサージタンク１４が設けられている。これにより、外部からの空気は、エアクリーナ１２を通過し、スロットル弁１３、サージタンク１４及び吸気通路１１を経て燃焼室内に流入する。この際、吸入空気量がエアフローセンサ１５で検出される。また、スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられており、ＴＰＳ１６では、スロットル弁１３の開度が検出される。
【００１７】
吸気通路１１は、吸気マニホールド及び吸気ポートから構成され、この吸気ポートは、気筒毎にシリンダヘッド内にて略直立方向に形成される。吸気ポートの燃焼室側には、吸気ポートと燃焼室との連通及び遮断を行う吸気弁１７が設けられている。そして、吸気ポートの上流側には各気筒毎に吸気マニホールドが接続されており、サージタンク１４と前記気筒との間にはサブタンク２０が設けられている。
【００１８】
サブタンク２０は、連通路２１を介して前記吸気マニホールドに設けられており、前記各気筒と連通するよう構成される。連通路２１には、その連通路２１の長さの中央位置に配置された回動軸２３を介して開閉するバタフライ弁２２が設けられ、連通路２１の外周側には、回動軸２３を作動させるアクチュエータ２４が設けられている。
【００１９】
排気通路３１は、排気ポート及び排気マニホールドから構成され、この排気ポートは、気筒毎にシリンダヘッド内にて略水平方向に形成される。排気ポートの燃焼室側には、排気ポートと燃焼室との連通及び遮断を行う排気弁３２が設けられている。
また、入出力装置、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、ＣＰＵ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）３０が設けられており、ＥＣＵ３０により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
【００２０】
ＥＣＵ３０の入力側には、上述したエアフローセンサ１５、ＴＰＳ１６の他、クランク角信号に基づきエンジン回転速度を検出するクランク角センサ３３等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。そして、これら各センサ出力からエンジン１の運転状態を得て、吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射時期、並びに点火時期等のエンジン１の主要な操作量が最適に演算される。
【００２１】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、上述のインジェクタや点火プラグの他、バタフライ弁２２を開閉させるアクチュエータ２４等の各種出力デバイス類が接続されており、ＥＣＵ３０内で演算された燃料噴射量が開弁パルス信号に変換されてインジェクタに送られ、また、演算された点火時期に基づいて点火プラグ駆動信号が点火コイルに送られ、さらに、演算された開度に基づく駆動信号がアクチュエータ２４に送られる。
【００２２】
そして、インジェクタから噴射された燃料は、吸気通路１１からの調整された空気と混合されて燃焼室内にて混合気を形成し、該混合気は、所定の点火時期で点火プラグから発生される火花により爆発し、その燃焼圧によってエンジン１が駆動される。爆発後の排気は、排気通路３１を経て排気浄化用触媒コンバータ（図示せず）側に送られる。
【００２３】
図２は、上記エンジンの吸気装置における連通路付近の拡大図である。
上述の如く本実施形態のエンジンの吸気装置は、サブタンク２０が、吸気通路１１において、サージタンク１４と気筒との間に連通路２１を介して設けられており、このサブタンク２０の設置位置は、吸気の負圧波の反射を行わせるべく、気筒からサージタンク１４までに至る距離と気筒からサブタンク２０までに至る距離との比較に基づいて決定される。
【００２４】
連通路２１は、同図（ａ）に示すように、サブタンク２０の設置方向にて所定の長さを有しており、これは鋳型を用いて成形される。この連通路２１の長さもまた、エンジンルームへの搭載及びサブタンク２０の設置位置を考慮して決定される。
連通路２１には、この連通路２１の前記長さの中央位置に配置された回動軸２３と、連通路２１の内周形状に合わせた外周形状を有し、回動軸２３を介して連通路２１を開閉させるバタフライ弁２２とが配設されている。
【００２５】
そして、回動軸２３は、前記連通路２１の長さの中央位置のうち、サージタンク１４からの吸気流れ方向に沿って、一例として本実施形態においては、アクチュエータ２４側に向けてバタフライ弁２２の回動軸２３と直交する方向の弁幅の中心Ｏから偏心量ｅだけオフセットさせた位置に配置されている。
バタフライ弁２２は、同図（ａ）の他、このバタフライ弁２２を吸気通路１１側から見た同図（ｂ）に示すように、アクチュエータ２４側にその一辺部分（一端縁側部分）２２Ｒを対峙させ、回動軸２３を挟んで一端縁側部分２２Ｒに対向する頂点部分（他端縁側部分）２２Ｌを有する三角形の形状をなしており、この三角形の図心Ｇの位置を上記オフセットさせた位置とすべく、上記連通路２１の中心Ｏからの偏心量ｅが決定される。
【００２６】
つまり、回動軸２３は、バタフライ弁２２の外形たる三角形の図心Ｇを通ることから、バタフライ弁２２において回動軸２３に関する断面一次モーメントは零にされる。
そして、アクチュエータ２４が、クランク角センサ３３の検出信号を入力したＥＣＵ３０からの出力信号に基づいて作動されることにより、バタフライ弁２２は、この回動軸２３回りに、他端縁側部分２２Ｌをサブタンク２０側に向けた全開時の開度と、一端縁側部分２２Ｒ及び他端縁側部分２２Ｌを前記吸気流れ方向に並行に配置させた全閉時の開度との間を回動し、連通路２１を開閉させる。なお、この連通路２１の内周形状もまた、アクチュエータ２４の設置位置にてその一辺部分を対峙させる三角形の形状をなしている。
【００２７】
次に、本実施形態のエンジンの吸気装置の作用について説明する。
当該エンジンの吸気装置は、エンジン回転速度の低速域及び中速域では、図２（ａ）に実線で参照されるように、バタフライ弁２２を全閉時の開度まで閉弁させて吸気通路１１とサブタンク２０とを連通させず、サージタンク１４を開放端にして管路長を長くする。そして、吸気弁１７の開弁によって発生する負圧波は、サージタンク１４に伝播し、前記負圧波を正圧波として気筒側に反射させる。反射による波が再び気筒側に戻るタイミングと吸気弁１７の略閉弁時期とを同期させると、次回の吸気弁１７の開弁に伴って燃焼室内への吸気の押し込みが図られる。
【００２８】
一方、エンジン回転速度の高速域では、同図（ａ）に点線で参照されるように、バタフライ弁２２を全開時の開度まで開弁させ、サブタンク２０を開放端にして管路長を短くする。そして、吸気弁１７の開弁によって発生する負圧波は、サージタンク１４に伝播せずにサブタンク２０に伝播し、前記負圧波を正圧波として気筒側に反射させる。反射による波が再び気筒側に戻るタイミングと吸気弁１７の略閉弁時期とを同期させると、次回の吸気弁１７の開弁に伴って燃焼室内への吸気の押し込みが図られる。
【００２９】
以上のように、本発明では、バタフライ弁２２が、アクチュエータ２４側に対峙させた一端縁側部分２２Ｒと、回動軸２３を挟んで一端縁側部分２２Ｒに対向する他端縁側部分２２Ｌとを有する三角形の形状をなし、回動軸２３が、バタフライ弁２２の回動軸２３と直交する方向の弁幅の中心Ｏからアクチュエータ２４側に向けて偏心量ｅだけオフセットされた位置に配置され、バタフライ弁２２の全開時には他端縁側部分２２Ｌがサブタンク２０側に向けて回動されている。
【００３０】
よって、バタフライ弁２２の全開時の開度においても、他端縁側部分２２Ｌに比して回動軸２３から縁部分までの距離の短い一端縁側部分２２Ｒが、吸気通路１１の吸気流れ側に突き出されなくなり、本実施形態の如く、連通路２１の長さの制約によってその設置位置の許容範囲が狭く、中央部分に回動軸２３への駆動軸を有する現有のアクチュエータの構成及び連通路の構成で、従来の技術におけるサージタンク１４からの吸気流れを阻害してしまうとの問題を解決することができる。
【００３１】
さらに、回動軸２３は、バタフライ弁２２の図心Ｇを通るように構成されていることから、吸気流れによる圧力がバタフライ弁２２に常に生じ、特にバタフライ弁２２を全開時の開度と全閉時の開度との間を移動させる場合にも、一端縁側部分２２Ｒに生ずるモーメントと他端縁側部分２２Ｌモーメントとを相殺することができ、アクチュエータに対する負荷を低減させて連通路２１の開閉の制御性を向上させることができる。
【００３２】
したがって、上記のエンジンの吸気装置によれば、回動軸２３をオフセットさせる構成と、回動軸２３をバタフライ弁２２の図心Ｇを通す構成とが相俟って、吸気慣性効果を最大限度にまで引き出すことが可能になり、低速から高速に至る全運転域でのトルク向上を適切に達成することができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、バタフライ弁２２は三角形の形状をなしているが、この形状に必ずしも限定されるものではなく、例えば、回動軸をオフセットさせ、かつ、バタフライ弁の図心を通る構成としては、台形の形状、扇形の形状であっても良く、そして、連通路の内周形状がバタフライ弁の外周形状に合わせられることによって、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００３４】
また、上記偏心量ｅについても、サージタンク１４からの吸気流れ方向に沿ってバタフライ弁２２の回動軸２３と直交する方向の弁幅の中心Ｏから偏心量ｅだけオフセットさせた位置に配置されているならば、上記実施形態の如くのバタフライ弁２２の回動軸２３と直交する方向の弁幅の中心Ｏからアクチュエータ２４側に向けて配置される場合の他、アクチュエータ２４から離れる方向に配置される場合であっても良い。この場合には、バタフライ弁は、回動軸から縁部分までの距離の長い方をサブタンク側に向けた全開時の開度とすることになるが、この場合にも、上記実施形態と同様に、吸気流れを阻害することなく、連通路の開閉の制御性を良好にする効果を達成することができる。さらに、上記偏心量ｅは、上記実施形態の如くの吸気流れに沿う方向にオフセットされる場合の他、この吸気流れに直交する方向にオフセットされる場合であっても良く、この場合の回動軸は吸気流れに沿う方向に配される。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、請求項１記載の本発明のエンジンの吸気装置によれば、回動軸が、当該回動軸に直交する方向におけるバタフライ弁の弁幅の中心からオフセットさせた位置に配置されているので、バタフライ弁が吸気通路の吸気流れ側に突き出されなくなり、吸気流れの阻害を防止することができる。
【００３６】
しかも、回動軸は、バタフライ弁の図心を通ることから、バタフライ弁に対して吸気による圧力が常に生じていても、回動軸からバタフライ弁の一端縁側部分に生ずるモーメントと回動軸からバタフライ弁の他端縁側部分に生ずるモーメントとが相殺されるので、アクチュエータに対する負荷が低減され、連通路の開閉の制御性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの吸気装置が適用されるエンジンシステム構成図である。
【図２】図１のエンジンの吸気装置における連通路付近の拡大図である。
【図３】従来のエンジンの吸気装置における連通路付近の拡大図である。
【符号の説明】
１  エンジン
１１  吸気通路
１４  サージタンク
１７  吸気弁
２０  サブタンク
２１  連通路
２２  バタフライ弁
２３  回動軸
２４  アクチュエータ
【図１】
2004293513.tif 000003
【図２】
2004293513.tif 000004
【図３】
2004293513.tif 000005