(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気集合室と各気筒との間を吸気通路で連通し、
前記吸気通路と前記吸気集合室とを隔てる隔壁に開口を形成し、
前記吸気通路は下流側端縁を備える仕切り壁により主吸気通路と副吸気通路とに分割され、
前記開口の上流側端縁と下流側端縁および前記仕切り壁の下流側端縁に内接するように吸気制御弁を配置し、
前記吸気制御弁は、
前記副吸気通路を開閉する第１の弁体と前記開口を開閉する第２の弁体とを一体に備え、内燃機関の機関回転速度に応じて前記第１の弁体と前記第２の弁体を一体に作動させ、
前記第１の弁体が前記仕切り壁の下流側端縁と前記開口の下流側端縁との間を閉成することで前記副吸気通路を閉成しかつ前記開口を介した前記吸気集合室と前記主吸気通路との連通を遮断して前記主吸気通路により前記吸気集合室を前記気筒に連通させる第１の状態と、
前記第２の弁体が前記開口を閉成すると同時に前記第１の弁体が前記副吸気通路を開成して前記主吸気通路と前記副吸気通路の双方により前記吸気集合室を前記気筒に連通させる第２の状態と、
前記第２の弁体が前記開口を開成して同開口により前記吸気集合室を前記気筒に連通させる第３の状態と、
の３つの状態を切替えることを特徴とする多気筒内燃機関の可変吸気装置。
【請求項２】
前記吸気通路は、前記吸気集合室の周りを覆うように形成されることを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃機関の可変吸気装置。
【請求項３】
前記第３の状態において前記第１の弁体が前記仕切り壁の下流側端縁と前記開口の上流側端縁との間を閉成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の多気筒内燃機関の可変吸気装置。
【請求項４】
前記第１の状態において前記第２の弁体が前記開口を開成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の多気筒内燃機関の可変吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の広い機関回転速度域に亘って高い吸気充填効率と出力トルクが得られるようにした多気筒内燃機関の可変吸気装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、多気筒内燃機関の各気筒に連通接続される吸気通路に発生する吸気圧力振動を利用して、各気筒における吸気行程の後半に、その気筒の吸気ポート部分の圧力を上昇させて、吸気過給効果を得るようにした吸気装置が種々提案されている。
【０００３】
すなわち、内燃機関の吸気管の管路長や容積を内燃機関の回転数に応じて変えて、吸気の慣性過給効果を利用して、低回転速度域から高回転速度域まで広い回転速度域にわたって吸気充填効率を高く維持して、出力トルクを向上させることが行なわれている。
【０００４】
例えば、特開昭６０−１５９３３４号公報に記載された例では、吸気通路長さ切換手段と吸気通路面積切換手段をそれぞれ個別に備えて、機関回転速度に応じて順次切換えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
吸気通路長さ切換手段により駆動される切換弁と吸気通路面積切換手段により駆動される切換弁が所要箇所にそれぞれ配設される複雑な構造をしており、部品点数も多く、コスト高となっていた。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、単一の吸気制御弁により吸気特性を複数段に切替え可能な部品点数が少なく簡単な構造の多気筒内燃機関の可変吸気装置を安価に供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、吸気集合室と各気筒との間を吸気通路で連通し、前記吸気通路と前記吸気集合室とを隔てる隔壁に開口を形成し、前記吸気通路は下流側端縁を備える仕切り壁により主吸気通路と副吸気通路とに分割され、前記開口の上流側端縁と下流側端縁および前記仕切り壁の下流側端縁に内接するように吸気制御弁を配置し、前記吸気制御弁は、前記副吸気通路を開閉する第１の弁体と前記開口を開閉する第２の弁体とを一体に備え、内燃機関の機関回転速度に応じて前記第１の弁体と前記第２の弁体を一体に作動させ、前記第１の弁体が前記仕切り壁の下流側端縁と前記開口の下流側端縁との間を閉成することで前記副吸気通路を閉成しかつ前記開口を介した前記吸気集合室と前記主吸気通路との連通を遮断して前記主吸気通路により前記吸気集合室を前記気筒に連通させる第１の状態と、前記第２の弁体が前記開口を閉成すると同時に前記第１の弁体が前記副吸気通路を開成して前記主吸気通路と前記副吸気通路の双方により前記吸気集合室を前記気筒に連通させる第２の状態と、前記第２の弁体が前記開口を開成して同開口により前記吸気集合室を前記気筒に連通させる第３の状態と、の３つの状態を切替える多気筒内燃機関の可変吸気装置とした。
【０００８】
単一の吸気制御弁に２個の弁体を一体に備え、同吸気制御弁の機関回転速度に応じた作動により一対の吸気通路部のうち一方の吸気通路の開閉と、一方の吸気通路と吸気集合室との隔壁に形成した開口の開閉を同時に行って吸気通路長と吸気通路面積を変化させ、これによって低回転速度域から高回転速度域まで広い回転速度域にわたって吸気充填効率を高く維持して、出力トルクを向上させることができる。
【０００９】
単一の吸気制御弁に２個の弁体を一体に備える簡単な構造であり、部品点数も少なくてすみ、低コスト化を図ることができる。
【００１１】
一方の吸気通路を開成し隔壁の開口を閉成することで、吸気通路面積を大きくし吸気通路長を長く設定することができ、特に中回転速度域の出力トルクを向上させることができる。
その際、一方の吸気通路を開成する弁体により吸気流に乱れを生じさせることが可能で、この乱流により燃料の霧化を促進して燃焼効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の多気筒内燃機関の可変吸気装置において、前記吸気通路が、前記吸気集合室の周りを覆うように形成されることを特徴とする。
【００１３】
吸気マニホールドをコンパクトに纏め小型化を図ることができる。
また吸気集合室の周りを覆う吸気通路と吸気集合室の隔壁の開口に吸気制御弁が設けられるので、吸気通路の下流側に直接吸気集合室を連通させたり、吸気制御弁の２個の弁体の作動により一方の吸気通路を吸気集合室として機能させたりすることができ、簡単な構造で吸気通路長、吸気通路面積及び吸気集合室容積を複合的に切替え制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図６に基づき説明する。
本実施の形態に係る可変吸気装置１は、直列４気筒内燃機関に適用したものであり、その吸気マニホールド４における一般的な吸気の流れを図１に模式的に示し説明する。
【００１５】
スロットル弁２を内蔵するスロットルボデイが設けられる吸気ダクト３は、上流側をエアクリーナ（図示せず）に連通し、下流側を吸気マニホールド４の吸気集合室５に連通している。
吸気集合室５からは４つの気筒に向けてそれぞれ４本の互いに独立な吸気通路６が並んで延出している。
【００１６】
したがってエアクリーナ、スロットル弁２を経て吸気ダクト３に導かれた吸気は、比較的大容積からなる吸気集合室５に流入し、ここからさらに４本の互いに独立な吸気通路６に分流して各気筒に供給される。
【００１７】
ここに本可変吸気装置１における吸気マニホールド４は、図２及び図３に示すように吸気集合室５を気筒の配列方向に長尺の筒状空間に構成し、その周りを４分の３周程巻付くようにして４本の吸気通路６が覆う構造をなしている。
吸気ダクト３は、長尺の吸気集合室５の一方の端壁に下流端を開口している。
【００１８】
図３において吸気集合室５に周設される吸気通路６は、その内周壁が吸気集合室５との隔壁７を形成しており、吸気集合室５の下部の長尺方向に４個並んで形成された開口が各吸気通路６の入口８となり、吸気集合室５の周りを図３において時計回りに４分の３周程巻回して吸気集合室５の斜め上部に出口９（気筒への入口）を有する。
【００１９】
吸気集合室５の周りに円弧状に湾曲する吸気通路６は、上流側半部が仕切り壁10により外周側の主吸気通路６１と内周側の副吸気通路６２とに分割されて一対の吸気通路部を形成している。
【００２０】
そして吸気集合室５と吸気通路６とを隔てる隔壁７の略中央部分に開口11が形成され、同開口11の上流側端縁11ａと下流側端縁11ｂと前記仕切り壁10の下流側端縁10ｂとの３つの端縁に内接して回転自在に吸気制御弁20が嵌挿されている。
【００２１】
なお開口11の上流側端縁11ａと下流側端縁11ｂには吸気通路６の配列方向に指向してそれぞれ溝条が形成されていて、両溝条にシール部材12，13が嵌合されており、吸気制御弁20はこのシール部材12，13に接する。
【００２２】
吸気制御弁20は、図２に示すようにロータリバルブであり、同軸に円板状の３枚の仕切り板23が両端の円板状の側板21，22間に等間隔に配列され、側板21，22と仕切り板23との間および各仕切り板23，23間を各々２枚の弁体25，26が連結した一体構造をなしている。
【００２３】
円板状の各仕切り板23および側板21，22は全て径が等しい。
図３に示すように２枚の弁体25，26は概ね平行に湾曲しており、一方の弁体25は回転中心から外れた位置にあって両端部25ａ，25ｂが中央の湾曲とは逆に若干はね上がっており、所定径の仕切り板23等の円板より僅かにはみ出している。
【００２４】
他方の弁体26は、湾曲した中央部が回転中心の近傍に位置して両端部26ａ，26ｂが仕切り板23等の円板の外周に接する位置にあってはみ出してはいない。
【００２５】
以上のような輪郭が円筒状をした吸気制御弁20が吸気マニホールド４に側方から軸方向に挿入されて装着される。
【００２６】
４本の吸気通路６を互いに仕切る仕切り壁に仕切り板23と同径の円弧状切欠き６ａが前記隔壁７に設けられた開口11に至るまでの３分の２周程に亘って形成されており、この円弧状切欠き６ａに合せて輪郭が円筒状をした吸気制御弁20が嵌挿される。
【００２７】
この吸気制御弁20の嵌挿に際しては、一方の弁体25の両端部25ａ，25ｂが仕切り板23等の円板よりはみ出しているので、円弧状切欠き６ａの周縁に当って単純には挿入できない。
【００２８】
そこで開口11の上流側端縁11ａと下流側端縁11ｂのシール部材12，13を嵌合する両溝条を利用して、同両溝条に弁体25の両端部25ａ，25ｂを挿入するようにして吸気制御弁20を嵌挿することができる。
【００２９】
シール部材12，13を溝条に嵌合する前は、吸気制御弁20と円弧状切欠きとの間に若干の余裕があるので、吸気制御弁20を長尺方向所定位置まで挿入した処で、吸気制御弁20を所定の角度範囲まで回転することができ、その後シール部材12，13を溝条に嵌合する。
【００３０】
こうして吸気マニホールド４に吸気制御弁20が装着されると、各仕切り壁23は円弧状切欠き６ａに回転自在に嵌合して、並設された４本の吸気通路６を仕切っており、側壁21，22は吸気マニホールド４の側壁に回転自在に嵌合する。
【００３１】
したがって図３ないし図５に示すように吸気制御弁20は、弁体25の両端部25ａ，25ｂが同時に開口11の下流側端縁11ｂと仕切り壁10の下流側端縁10ｂに当接する位置（図３参照）から弁体25の両端部25ａ，25ｂが同時に仕切り壁10の上流側端縁11ａと開口11の下流側端縁11ｂに当接する位置（図５参照）まで往復回転することができる。
【００３２】
一方の側壁21の中心から突出した回転軸21ａを電動アクチュエータまたは負圧アクチュエータにより回転駆動して吸気制御弁20を回転させる。
なお他方の側壁22の中心から突出した回転軸22ａに角度センサを取り付けて吸気制御弁20の回転角度をフィードバックしてアクチュエータを駆動して回転角度制御を行うことができる。
【００３３】
別途内燃機関のエンジン回転数がエンジン回転数センサにより検出されており、検出されたエンジン回転数（機関回転速度）に基づき電子制御ユニットＥＣＵにより吸気制御弁20の回転角度の目標値が設定されてアクチュエータが駆動される。
【００３４】
本可変吸気装置１は、以上のような構造をしており、内燃機関が低回転速度域にあるときは、図３に示すように吸気制御弁20の一方の弁体25の両端部25ａ，25ｂが同時に仕切り壁10の下流側端縁10ｂと開口11の下流側端縁11ｂに当接する位置に設定される。
【００３５】
したがって仕切り壁10の下流側端縁10ｂと開口11の下流側端縁11ｂとの間が弁体25により閉成され、主吸気通路６１のみが吸気集合室５と気筒とを連通することになり、吸気通路長が長く吸気通路面積が小さい実効吸気通路が形成される。
【００３６】
他方の弁体26は、開口11も副吸気通路６２も閉じておらず副吸気通路６２の出口を吸気集合室５と連通させているので、副吸気通路６２をも含めて吸気集合室５の容積が増大したと同じことにことになり、吸気集合室５における吸気圧力振動の反転機能が増す。
【００３７】
したがって内燃機関が低回転速度域にあるときは、小さい吸気通路面積で長い吸気通路長の実効吸気通路内で生じる低い固有振動数の吸気圧力振動と機関の低回転速度に基づく吸気弁の長い開閉サイクルとが同調して、高い慣性過給効果が得られ、全ての気筒について高い吸気充填効率が得られて、出力トルクを向上させることができる（図６の▲１▼参照）。
【００３８】
容積が増大したと考えられる吸気集合室５における吸気圧力振動の反転機能の増大は、慣性過給効果をさらに助長して出力トルクを一層向上させることができる。
エンジン回転数に対する出力トルクの変化を図６に示す。
図６において低回転速度域▲１▼は、エンジン回転数がＮ１以下の領域である。
【００３９】
そして内燃機関の機関回転速度が増大して中回転速度域に入ると、吸気制御弁20を回転して図４に示す回転位置に設定する。
すなわち弁体26の両端部26ａ，26ｂがそれぞれ開口11の上流側端縁11ａと下流側端縁11ｂの溝条に嵌合されたシール部材12，13に当接して、弁体26が開口11を閉成している。
【００４０】
同時に弁体25は、副吸気通路６２を開成するとともに、図４に示すように弁体25は仕切り壁10に沿った姿勢で副吸気通路６２を空気が円滑に流れるようにしている。
したがって主吸気通路６１と副吸気通路６２の２本が導通して吸気通路長が長く吸気通路面積が大きい実効吸気通路が形成される。
【００４１】
したがって内燃機関が中回転速度域にあるときは、大きい吸気通路面積で長い吸気通路長の実効吸気通路内で生じる固有振動数の吸気圧力振動と機関の中回転に基づく吸気弁の開閉サイクルとが同調して、高い慣性過給効果が得られ、全ての気筒について高い吸気充填効率が得られて、出力トルクを向上させることができる（図６の▲２▼参照）。
【００４２】
さらに図４に示すように仕切り壁10に沿う弁体25の下流端となる端部25ｂが中央の湾曲とは逆に若干はね上がっているため、外側の主吸気通路６１を流れる空気流に対して副吸気通路６２から合流する空気流が角度を持って流入するため乱流を生じさせ、この乱流が下流側に設けられるインジェクタから噴出される燃料の霧化を促進することができ、燃焼効率を上げ、出力トルクをさらに向上させることができる。
図６において中回転速度域▲２▼は、エンジン回転数がＮ１以上Ｎ２以下の領域である。
【００４３】
そしてさらに内燃機関の機関回転速度が増大して高回転速度域に入ると、吸気制御弁20を回転して図５に示す回転位置に設定する。
すなわち弁体25の両端部25ａ，25ｂがそれぞれ開口11の上流側端縁11ａと仕切り壁10の下流側端縁10ｂに当接して、弁体25が副吸気通路６２を閉成している。同時に弁体26は、開口11を開成して吸気集合室５から吸気通路６の下流側へ直接吸気を円滑に流入させる通路を形成している。
【００４４】
主吸気通路６１は連通しているが、殆どの吸気が吸気集合室５から開口11を介して吸気通路６の下流側へ直接流入することになり、吸気通路長が短くかつ吸気通路面積が大きい実効吸気通路が形成される。
【００４５】
したがって内燃機関が高回転速度域にあるときは、大きい吸気通路面積で短い吸気通路長の実効吸気通路内で生じる高い固有振動数の吸気圧力振動と機関の高回転に基づく吸気弁の短い開閉サイクルとが同調して、高い慣性過給効果が得られ、全ての気筒について高い吸気充填効率が得られて、出力トルクを向上させることができる（図６の▲３▼参照）。
図６において高回転速度域▲３▼は、エンジン回転数がＮ２以上の領域である。
【００４６】
以上のように本可変吸気装置１は、吸気制御弁20を機関回転速度に応じて３段階に切替えて回転角度を制御することで、図６に示すように内燃機関の低回転速度域から高回転速度域までの広い回転速度域にわたって、高い吸気充填効率によりフラットな高い出力トルクとを得ることができる。
【００４７】
一般に、慣性過給と共鳴過給とを比較すると、その効果は、慣性過給の方が大きく、本可変吸気装置１では、低中高全ての回転速度域で慣性過給効果により高い吸気充填効率を得ているので、広い回転速度域にわたってより高い出力トルクを得ることが可能である。
【００４８】
本可変吸気装置１は、単一の吸気制御弁20に２枚の弁体25，26を一体に備える簡単な構造であり、部品点数も少なくてすみ、低コスト化を図ることができる。吸気通路６が、吸気集合室５の周りを覆うように形成されているので、吸気マニホールド４がコンパクトに纏められ小型化が図られている。
【００４９】
以上の実施の形態に係る吸気制御弁20は、図２に示すようなロータリバルブであったが、１本の吸気通路に対して２枚の弁体が一体に形成されていればよく、したがって図７に示すようにバタフライバルブも考えられる。
【００５０】
すなわち図７に示す吸気制御弁40は、回転中心軸41に湾曲した板状の弁体42が中央部分を連結して４枚互いに間隔を存して配列され、各弁体42の背面から径方向に延出した腕部43の先端にそれぞれ湾曲した板状の弁体44が一体に形成されている。
【００５１】
弁体42と弁体44は、それぞれ前記実施の形態の吸気制御弁20の弁体26と弁体25に相当する。
この吸気制御弁40を収容する吸気マニホールドは、基本構造は前記実施の形態の吸気マニホールド20と同じであるが、４本の吸気通路を仕切る仕切り壁で回転中心軸41を回転自在に軸支するものであるから、回転中心軸を通る割り面で複数に分割された吸気マニホールドが用いられる。
【００５２】
斯かるバタフライバルブの吸気制御弁40でも前記実施の形態の吸気制御弁20と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る吸気マニホールドにおける一般的な吸気の流れを模式的に示した説明図である。
【図２】吸気マニホールドを仮想線で示し吸気制御弁を透視した斜視図である。
【図３】低回転速度域における吸気マニホールドと吸気制御弁の状態を示す断面図である。
【図４】中回転速度域における吸気マニホールドと吸気制御弁の状態を示す断面図である。
【図５】高回転速度域における吸気マニホールドと吸気制御弁の状態を示す断面図である。
【図６】本可変吸気装置におけるエンジン回転数に対する出力トルクの変化を示す特性線図である。
【図７】別の実施の形態の吸気制御弁の斜視図である。
【符号の説明】
１…可変吸気装置、２…スロットル弁、３…吸気ダクト、４…吸気マニホールド、５…吸気集合室、６…吸気通路、６１…主吸気通路、６２…副吸気通路、７…隔壁、８…入口、９…出口、10…仕切り壁、11…開口、11ａ…上流側端縁、11ｂ…下流側端縁、12，13…シール部材、
20…吸気制御弁、21，22…側板、23…仕切り板、25，26…弁体、
40…吸気制御弁、41…回転中心軸、42…弁体、43…腕部、44…弁体。
【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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