(57)【要約】【課題】  エンジンの吸気通路を開閉するボールバルブよりなるインパルスバルブを駆動するアクチュエータの選択の自由度および耐久性を高める。【解決手段】  インパルスバルブ３２のバルブボディ４２は２個の第１シール面４６ａを備えており、アクチュエータ５５でバルブボディ４２を一方向に間欠回転させて２個の第１シール面４６ａをシートリング５１の第２シール面５１ａに交互に着座させるので、往復回転型のアクチュエータでバルブボディを往復回転させる場合に比べて、アクチュエータの選択の自由度および耐久性を高めることができる。またバルブボディ４２が２個の第１シール面４６ａを備えていても、シートリング５１の第２シール面５１ａの数は１個であるため、２個の第１シール面４６ａのどちらが第２シール面５１ａに着座した場合でも、第１シール面４６ａが着座した第２シール面５１ａから下流側の吸気通路の容積が変化しないようにして過給効果のばらつきを回避することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面の一部で構成された環状の第１シール面（４６ａ）を有して回転軸（４４，４５）により回転自在に支持されたバルブボディ（４２）と、
前記バルブボディ（４２）の第１シール面（４６ａ）が摺動および着座可能な環状の第２シール面（５１ａ）および該第２シール面（５１ａ）の中央を貫通する開口（５１ｂ）を有するシートリング（５１）と、
前記バルブボディ（４２）を前記回転軸（４４，４５）まわりに回転駆動するアクチュエータ（５５）とよりなるインパルスバルブ（３２）を備え、
前記第１シール面（４６ａ）が前記第２シール面（５１ａ）に着座したときにエンジン（Ｅ）の吸気通路（４１ａ）が閉塞されるエンジンの吸気制御装置において
前記バルブボディ（４２）の第１シール面（４６ａ）が前記回転軸（４４，４５）を挟んで２個設けられており、前記アクチュエータ（５５）で前記バルブボディ（４２）を一方向に間欠回転させることで前記２個の第１シール面（４６ａ）を前記第２シール面（５１ａ）に交互に着座させることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面の一部で構成された環状の第１シール面を有して回転軸により回転自在に支持されたバルブボディと、前記バルブボディの第１シール面が摺動および着座可能な環状の第２シール面および該第２シール面の中央を貫通する開口を有するシートリングと、前記バルブボディを前記回転軸まわりに回転駆動するアクチュエータとよりなるインパルスバルブを備え、前記第１シール面が前記第２シール面に着座したときにエンジンの吸気通路が閉塞されるエンジンの吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの吸気通路に配置したボールバルブよりなるインパルスバルブを、ロータリソレノイドや電動モータよりなるアクチュエータで吸気バルブの開閉に同期して所定のタイミングで開閉することにより、エンジンの低回転域においても吸気通路に吸気脈動を発生させて過給効果を得るものが、下記特許文献１により公知である。
【特許文献１】特開２００５−３４４８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで上記特許文献１に記載されたものは、バルブボディをアクチュエータで９０°に亘って往復回転させることで、バルブボディの環状の第１シール面がシートリングの環状の第２シール面に着座して吸気通路を閉塞する全閉状態と、バルブボディの環状の開口がシートリングの環状の開口に重なって吸気通路を開放する全開状態とを切り換えるようになっている。従って、アクチュエータとして所定の回転角を有する往復回転型のものが必要になって選択の自由度が小さくなるだけでなく、アクチュエータが短い時間間隔で正転および逆転を繰り返すため、その耐久性に悪影響が出る可能性がある。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エンジンの吸気通路を開閉するボールバルブよりなるインパルスバルブを駆動するアクチュエータの選択の自由度および耐久性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、球面の一部で構成された環状の第１シール面を有して回転軸により回転自在に支持されたバルブボディと、前記バルブボディの第１シール面が摺動および着座可能な環状の第２シール面および該第２シール面の中央を貫通する開口を有するシートリングと、前記バルブボディを前記回転軸まわりに回転駆動するアクチュエータとよりなるインパルスバルブを備え、前記第１シール面が前記第２シール面に着座したときにエンジンの吸気通路が閉塞されるエンジンの吸気制御装置において、前記バルブボディの第１シール面が前記回転軸を挟んで２個設けられており、前記アクチュエータで前記バルブボディを一方向に間欠回転させることで前記２個の第１シール面を前記第２シール面に交互に着座させることを特徴とするエンジンの吸気制御装置が提案される。
【０００６】
尚、実施の形態の第２吸気通路４１ａは本発明の吸気通路に対応する。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の構成によれば、インパルスバルブのバルブボディがその回転軸を挟むように形成された２個の第１シール面を備えており、アクチュエータでバルブボディを一方向に間欠回転させて２個の第１シール面をシートリングの第２シール面に交互に着座させることでエンジンの吸気通路を開閉するので、往復回転型のアクチュエータでバルブボディを往復回転させてエンジンの吸気通路を開閉する場合に比べて、アクチュエータの選択の自由度および耐久性を高めることができる。またバルブボディが２個の第１シール面を備えていても、それらの第１シール面が着座するシートリングの第２シール面の数は１個であるため、２個の第１シール面のどちらが第２シール面に着座した場合でも、第１シール面が着座した第２シール面から下流側の吸気通路の容積が変化しないようにして過給効果のばらつきを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１〜図７は本発明の実施の形態を示すもので、図１はエンジンのシリンダヘッド部およびインパルスバルブの断面図、図２は図１の要部拡大図、図３はバルブボディの斜視図、図４は図２の４方向矢視図に対応する作用説明図、図５はインパルスバルブの開閉制御のフローチャート、図６はエンジン回転数および吸気負圧とインパルスバルブの開閉時期との関係を示すグラフ、図７はクランクアングルとインパルスバルブの開閉時期との関係を示すグラフである。
【００１０】
図１に示すように、エンジンＥのシリンダブロック１１に設けたシリンダスリーブ１２にピストン１３が摺動自在に嵌合しており、シリンダブロック１１のデッキ面に結合されたシリンダヘッド１４とピストン１３の頂面との間に燃焼室１５が区画される。シリンダヘッド１４には燃焼室１５に連なる吸気ポート１６および排気ポート１７が形成されており、吸気ポート１６が燃焼室１５に開口する吸気バルブ孔が吸気バルブ１８により開閉され、排気ポート１７が燃焼室１５に開口する排気バルブ孔が排気バルブ１９により開閉される。吸気バルブ１８および排気バルブ１９はそれぞれバルブスプリング２０，２１で閉弁方向に付勢される。
【００１１】
シリンダヘッド１４の上面に結合されたヘッドカバー２２の内部に吸気カムシャフト２３および吸気ロッカーアームシャフト２４が設けられており、吸気カムシャフト２３に設けた吸気カム２５により、吸気ロッカーアームシャフト２４に枢支した吸気ロッカーアーム２６を介して吸気バルブ１８が開閉駆動される。またヘッドカバー２２の内部に排気カムシャフト２７および排気ロッカーアームシャフト２８が設けられており、排気カムシャフト２７に設けた排気カム２９により、排気ロッカーアームシャフト２８に枢支した排気ロッカーアーム３０を介して排気バルブ１９が開閉駆動される。
【００１２】
シリンダヘッド１４には吸気ポート１６に連なる吸気通路部材３１と、ボールバルブよりなるインパルスバルブ３２と、吸気管３３とが接続されており、吸気管３３の上流に図示せぬサージタンクおよびスロットルバルブが配置される。吸気通路部材３１には吸気ポート１６に燃料を噴射する燃料噴射バルブ３４が設けられる。
【００１３】
次に、図２および図３に基づいてインパルスバルブ３２の構造を説明する。
【００１４】
インパルスバルブ３２は吸気通路部材３１および吸気管３３に挟まれたバルブハウジング４１を備えており、吸気管３３に形成された第１吸気通路３３ａと、バルブハウジング４１に形成された第２吸気通路４１ａと、吸気通路部材３１に形成された第３吸気通路３１ａとが直列に接続される。
【００１５】
バルブハウジング４１の内部に収納されるバルブボディ４２は、短い円筒状の円筒部４３と、円筒部４３から相互に離反する方向に延びる一対の回転軸４４，４５と、円筒部４３に一体に設けられた薄い円板状の第１、第２円板部４６Ａ，４６Ｂとを備える。円筒部４３には円形断面の開口４３ａが貫通しており、また第１、第２円板部４６Ａ，４６Ｂの外周には共通の球面の一部を構成する２個の環状の第１シール面４６ａ，４６ａが形成される。
【００１６】
一対の回転軸４４，４５は第２吸気通路４１ａの軸線Ｌ１に直交する軸線Ｌ２上に配置されており、一方の回転軸４４はバルブハウジング４１にボールベアリング４７を介して回転自在に支持され、また他方の回転軸４５はバルブハウジング４１にボールベアリング４８およびシール部材４９を介して回転自在に支持される。
【００１７】
吸気通路部材３１に結合されるバルブハウジング４１の下流端に形成した段部４１ｂに、環状のシートリング５１が装着される。シートリング５１は、バルブボディ４２の第１シール面４６ａが摺動および着座可能な部分球面状かつ環状の第２シール面５１ａと、その第２シール面５１ａの内周を貫通する円形断面の開口５１ｂとを備える。またバルブハウジング４１にはシートリング５１の上流側の端面に当接可能な環状の規制部材４１ｃが一体に形成される。
【００１８】
吸気通路部材３１の上流端に第３吸気通路３１ａを囲むように形成された環状溝にＯリング５２が装着されており、このＯリング５２の付勢力でシートリング５１がバルブボディ４２に向けて付勢される。またシートリング５１の外周に形成した環状溝にＯリング５３が装着されており、シートリング５１はＯリング５３を介してバルブハウジング４１の段部４１ｂに摺動自在に当接する。
【００１９】
シール部材４９を貫通してバルブハウジング４１の外部に突出する回転軸４５の先端に従動ギヤ５４が固定されており、バルブハウジング４１に固定したステップモータよりなるアクチュエータ５５の出力軸５５ａに設けた駆動ギヤ５６が前記従動ギヤ５４に噛合する。
【００２０】
次に、上記構成を備えた実施の形態の作用について説明する。
【００２１】
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１でエンジン回転数Ｎｅおよびスロットル開度Ｔｈを読み込み、ステップＳ２でエンジン回転数Ｎｅが下限値以上であり、ステップＳ３でエンジン回転数Ｎｅが上限値以下であり、ステップＳ４スロットル開度Ｔｈが設定値以上であれば、ステップＳ５でインパルスバルブ３２の開弁時期および閉弁時期をエンジン回転数Ｎｅおよびスロットル開度Ｔｈから決定し、ステップＳ６でインパルスバルブ３２の駆動信号を出力する。
【００２２】
図６に示すように、インパルスバルブ３２は吸気の充填効率が最大となるように、吸気行程の中期に開弁し、圧縮行程の初期に閉弁するように制御される。エンジン回転数の増加に応じて、開弁時期が次第に進角し、閉弁時期が次第に遅角する。また吸気負圧の増加に応じて、開弁時期が次第に進角し、閉弁時期が次第に遅角する。その際に、開弁時期の進角側の限界は吸気負圧に応じて決定され、閉弁時期の遅角側の限界は吸気バルブ１８の開弁時期に応じて決定される。
【００２３】
図７に示すように、吸気行程の前半において、吸気バルブ１８が開弁した状態でピストン１３が下降することで、閉弁したインパルスバルブ３２の下流の第２吸気通路４１ａおよび第３吸気通路３１ａに大きな負圧が発生する。吸気行程の中期にインパルスバルブ３２が開弁すると、それに続く吸気行程の後半で、前記負圧によりインパルスバルブ３２よりも上流の第１吸気通路３３ａおよび第２吸気通路４１ａから燃焼室１５に向かって高速で吸気が流入する。
【００２４】
その際に発生する負圧波が吸気通路の上流側に伝達されてサージタンクに反射され、その反射波が燃焼室１５に伝達されて発生する正圧のピークにおいてインパルスバルブ３２を閉弁することで、吸気の充填効率を大幅に高めることができる。そして吸気バルブ１８が閉弁すると、その吸気バルブ１８と閉弁したインパルスバルブ３２との間に区画される空間に正圧が閉じ込められる。従って、次の排気バルブ１９の開弁期間の末期と吸気バルブ１８の開弁期間の初期とが重なるバルブオーバーラップ期間に、前記空間に閉じ込められた正圧で燃焼室１５を掃気することができる。
【００２５】
図４（Ａ）に示す状態では、第２吸気通路４１ａの軸線Ｌ１に対してインパルスバルブ３２のバルブボディ４２の第１、第２円板部４６Ａ，４６Ｂの軸線Ｌ３が一致し、円筒部４３の軸線Ｌ４が直交することで、第１円板部４６Ａの第１シール面４６ａがシートリング５１の第２シール面５１ａに着座し、第２吸気通路４１ａが第１円板部４６Ａにより閉塞されてインパルスバルブ３２が閉弁する。
【００２６】
この状態から、図４（Ｂ）に示すように、アクチュエータ５５で駆動ギヤ５６および従動ギヤ５４を介してバルブボディ４２を矢印Ａ方向に９０°回転させると、第２吸気通路４１ａの軸線Ｌ１に対して第１、第２円板部４６Ａ，４６Ｂの軸線Ｌ３が直交し、円筒部４３の軸線Ｌ４が一致することで、第１、第２円板部４６Ａ，４６Ｂの第１シール面４６ａ，４６Ａが共にシートリング５１の第２シール面５１ａから離反し、第２吸気通路４１ａが開放されてインパルスバルブ３２が開弁する。インパルスバルブ３２の開弁状態では、バルブボディ４２の２個の円板部４６Ａ，４６Ｂが共に第２吸気通路４１ａの側方に退避するため、そこを通過する吸気の流通抵抗が円板部４６Ａ，４６Ｂによって増加することが回避される。
【００２７】
この状態から、図４（Ｃ）に示すように、アクチュエータ５５で駆動ギヤ５６および従動ギヤ５４を介してバルブボディ４２を矢印Ａ方向に９０°回転させると、第２吸気通路４１ａの軸線Ｌ１に対してインパルスバルブ３２のバルブボディ４２の第１、第２円板部４６Ａ，４６Ｂの軸線Ｌ３が一致し、円筒部４３の軸線Ｌ４が直交することで、第２円板部４６Ｂの第１シール面４６ａがシートリング５１の第２シール面５１ａに着座し、第２吸気通路４１ａが第２円板部４６Ｂにより閉塞されてインパルスバルブ３２が再び閉弁する。
【００２８】
図４（Ａ）の状態と図４（Ｃ）の状態との間でバルブボディ４２は１８０°回転しており、第１円板部４６Ａおよび第２円板部４６Ｂの位置関係が入れ代わっているが、インパルスバルブ３２の閉弁状態としては何の差異もない。従って、アクチュエータ５５でバルブボディ４２を９０°ずつ一方向に間欠回転させることで、インパルスバルブ３２の開弁状態および閉弁状態を交互に切り換えることができる。もちろん、インパルスバルブ３２の開弁状態にも、第１円板部４６Ａおよび第２円板部４６Ｂの位置関係が１８０°入れ代わった二つの状態が存在するが、それらの間に機能上の差異はない。
【００２９】
以上のように、アクチュエータ５５でインパルスバルブ３２のバルブボディ４２を一方向に間欠回転させて２個の第１シール面４６ａ，４６ａをシートリング５１の１個の第２シール面５１ａに交互に着座させるので、往復回転型のアクチュエータでバルブボディを往復回転させる場合に比べて、アクチュエータの選択の自由度および耐久性を高めることができる。
【００３０】
また前記特許文献１に記載された１個の第１シール面を有するバルブボディを採用した場合でも、そのバルブボディの上流側および下流側にそれぞれ第２シール面を設ければ、バルブボディをアクチュエータで一方向に間欠回転させてインパルスバルブを開閉することができる。しかしながら、このようにすると、バルブボディの第１シール面が上流側の第２シール面に着座した場合と、バルブボディの第１シール面が下流側の第２シール面に着座した場合とで、第１シール面が着座している第２シール面の下流側の吸気通路の容積が変化して過給効果にばらつきが発生する可能性がある。
【００３１】
それに対し、本実施の形態によれば、バルブボディ４２が２個の第１シール面４６ａ，４６ａを備えていても、それら２個の第１シール面４６ａ，４６ａが着座するシートリング５１の第２シール面５１ａが１個であるため、２個の第１シール面４６ａ，４６ａのどちらが第２シール面５１ａに着座した場合でも、第１シール面４６ａ，４６ａが着座している第２シール面５１ａの下流側の吸気通路の容積が変化しないようにして過給効果のばらつきを回避することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３３】
例えば、実施の形態ではインパルスバルブ３２のバルブボディ４２を９０°ずつ間欠回転させているが、図４（Ａ）の閉弁位置および図４（Ｃ）の閉弁位置の間でバルブボディ４２を１８０°ずつ間欠回転させても良い。この場合、バルブボディ４２が１８０°回転している期間がインパルスバルブ３２の開弁期間となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】エンジンのシリンダヘッド部およびインパルスバルブの断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】バルブボディの斜視図
【図４】図２の４方向矢視図に対応する作用説明図
【図５】インパルスバルブの開閉制御のフローチャート
【図６】エンジン回転数および吸気負圧とインパルスバルブの開閉時期との関係を示すグラフ
【図７】クランクアングルとインパルスバルブの開閉時期との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００３５】
Ｅ          エンジン
３２        インパルスバルブ
４１ａ      第２吸気通路（吸気通路）
４２        バルブボディ
４４        回転軸
４５        回転軸
４６ａ      第１シール面
５１        シートリング
５１ａ      第２シール面
５１ｂ      開口
５５        アクチュエータ
【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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