(57)【要約】【課題】湾曲吸気通路使用中の短絡吸気通路におけるデッドスペースを解消した吸気装置を提案する。【解決手段】湾曲部をもつ湾曲吸気通路１、及び、湾曲吸気通路１における湾曲部の前後部位１ａ，１ｂを短絡させて連通させるように形成された短絡吸気通路２を備えた九機マニホールドＩと、湾曲吸気通路１の湾曲部前部位１ａにおける短絡吸気通路２の開口を開閉する上流側通路切換弁１０と、湾曲吸気通路１の湾曲部後部位１ｂにおける短絡吸気通路２の開口を開閉する下流側通路切換弁１１と、を含む構成とした内燃機関の吸気装置を提案する。【選択図】図１
2009209900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲部をもつ湾曲吸気通路、及び、該湾曲吸気通路における湾曲部の前後部位を短絡させて連通させる短絡吸気通路を備えた吸気マニホールドと、
前記湾曲吸気通路における吸気下流側の弁体端部に弁棒が設けられて揺動し、前記湾曲吸気通路の湾曲部前部位に開いている前記短絡吸気通路の開口を開閉する上流側通路切換弁と、
前記湾曲吸気通路における吸気上流側の弁体端部に弁棒が設けられて揺動し、前記湾曲吸気通路の湾曲部後部位に開いている前記短絡吸気通路の開口を開閉する下流側通路切換弁と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記上流側通路切換弁及び前記下流側通路切換弁は、弁棒を設けた基端側から先端側へいくにつれて弁体が厚肉となることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
前記短絡吸気通路の開口周囲壁面に、前記上流側通路切換弁及び前記下流側通路切換弁の弁体周縁部を着座させる段差部が周設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
前記弁棒を回転させるアクチュエータを駆動し、前記上流側通路切換弁及び前記下流側通路切換弁を内燃機関の運転状況に応じて開閉制御する制御部をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
前記制御部は、内燃機関の運転状況に応じて、前記上流側通路切換弁及び前記下流側通路切換弁の両方を閉状態である第１の開度に制御する第１の作動状態と、前記上流側通路切換弁及び前記下流側通路切換弁の両方を開状態である第２の開度に制御する第２の作動状態と、を切り換え、
前記第１の作動状態においては、閉状態の前記両通路切換弁が前記短絡吸気通路の開口を閉塞して吸入空気が前記湾曲吸気通路へ導入され、
前記第２の作動状態においては、開状態の前記両通路切換弁が前記湾曲吸気通路内に立ち上がって吸入空気が前記短絡吸気通路へ導入される
ことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
前記制御部は、内燃機関の運転状況に応じて、前記上流側通路切換弁を前記第１の開度に且つ前記下流側通路切換弁を前記第２の開度に制御する第３の作動状態に切り換え、
該第３の作動状態においては、前記下流側通路切換弁の弁体と通路壁面との間に、前記湾曲吸気通路を通過する吸入空気が通過可能な隙間が形成される
ことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項７】
前記制御部は、内燃機関の運転状況に応じて、前記上流側通路切換弁を前記第１の開度に制御する一方、前記下流側通路切換弁を前記第１の開度と前記第２の開度との間の第３の開度に制御する第４の作動状態に切り換え、
該第４の作動状態においては、前記下流側通路切換弁の弁体と通路壁面との間に、前記湾曲吸気通路を通過する吸入空気が通過可能な隙間が形成される
ことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気装置に関するもので、特に、スロットル弁から燃焼室までの吸気通路長を切り換えられるようにした吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関においては、慣性過給効果を利用するために、低回転領域と高回転領域とで、スロットル弁から燃焼室へ至る間の吸気通路長を切り換えることができるようにした吸気装置が知られている（特許文献１，２参照）。すなわち、吸気マニホールドにおいて、気筒ごとに、第１の吸気通路と、この第１の吸気通路よりも短くした第２の吸気通路とを設け、運転状況に応じて通路切換弁により両通路を切り換えて使うようにした吸気装置である。
【０００３】
このような吸気装置について、具体例を図６に示している。図６は、吸気マニホールドにおける１気筒分の吸気通路を断面図で示したものである。
サージタンクＳからシリンダヘッドの吸気ポートまでの間において、当該吸気通路は、所定の曲率で湾曲させた湾曲部をもつ湾曲吸気通路１を備えている。さらに、この湾曲吸気通路１の湾曲部の前後部位１ａ，１ｂを短絡させて連通させるように、一例として直線状に形成されることで、湾曲吸気通路１よりも短くなっている短絡吸気通路２を備えている。そして、その短絡吸気通路２の中程に、バタフライ弁を利用した通路切換弁３が配設され、当該短絡吸気通路２を開閉している。
【０００４】
この吸気装置によると、通路切換弁３を閉状態とすることで湾曲吸気通路１を通り吸入空気が流れ、通路切換弁３を開状態とすることで湾曲及び短絡の両吸気通路１，２を通り吸入空気が流れる。
【特許文献１】特開２００７−２１１７３６号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような吸気装置においては、通路切換弁３を閉にして湾曲吸気通路１を使用しているときに、吸入空気の流れに関与しないデッドスペースＸが存在する。すなわち、通路切換弁３で仕切られた短絡吸気通路２における吸気上流側域及び下流側域が、澱み領域Ｘとなってしまう。短絡吸気通路２は、慣性過給効果に適したある程度の長さを有していなければならないので、領域Ｘを解消することは困難である。
【０００６】
領域Ｘが存在すると、湾曲吸気通路１を流れる吸入空気の通気抵抗となるので、解消した方が好ましい。本発明はこの点に着目したもので、湾曲吸気通路使用中の短絡吸気通路におけるデッドスペースを解消した吸気通路を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、湾曲部をもつ湾曲吸気通路、及び、該湾曲吸気通路における湾曲部の前後部位を短絡させて連通させる短絡吸気通路を備えた吸気マニホールドと、前記湾曲吸気通路における吸気下流側の弁体端部に弁棒が設けられて揺動し、前記湾曲吸気通路の湾曲部前部位に開いている前記短絡吸気通路の開口を開閉する上流側通路切換弁と、前記湾曲吸気通路における吸気上流側の弁体端部に弁棒が設けられて揺動し、前記湾曲吸気通路の湾曲部後部位に開いている前記短絡吸気通路の開口を開閉する下流側通路切換弁と、を含む構成とした内燃機関の吸気装置を提案する。
【発明の効果】
【０００８】
この提案に係る吸気装置は、湾曲吸気通路に開いている短絡吸気通路両端の開口をそれぞれ開閉する二つの通路切換弁を設けている。すなわち、当該通路切換弁が閉じることで短絡吸気通路の開口に蓋がされ、この蓋をしている通路切換弁が湾曲吸気通路の通路周壁として作用する。したがって、湾曲吸気通路使用中において吸入空気の通気抵抗となるデッドスペースが解消されるので、通気抵抗を軽減し、慣性過給効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜図５に、本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気装置を例示している。
図１には、吸気装置として内燃機関Ｅに取り付けられた吸気マニホールドＩの外観を示しており、そのＡ−Ａ断面で見た図６相当の断面図を図２及び図３に示している。図２（Ａ）が、通路切換弁を閉にして低速回転域用に吸気通路長を長くした場合、図２（Ｂ）が、通路切換弁を開にして高速回転域用に吸気通路長を短くした場合である。また、図３は、吸気通路長を長くしているときに通路切換弁をタンブル制御弁（ＴＣＶ）として利用した場合である。なお、図６と共通の箇所には同じ符号を付している。
【００１０】
スロットル弁Ｖを通った吸入空気が流入するサージタンクＳからシリンダヘッドの吸気ポートまでの間において、この実施形態の吸気装置は、所定の曲率で湾曲させた湾曲部をもつ湾曲吸気通路１を備え、さらに、この湾曲吸気通路１における湾曲部の前部位１ａと後部位１ｂとを短絡させて連通させるように形成されることで、湾曲吸気通路１よりも短くなっている短絡吸気通路２を備えている。短絡吸気通路２は直管状に示されているが、慣性過給効果を得られる形状であればその他の形状でも良い。
【００１１】
湾曲吸気通路１に開いている短絡吸気通路２両端の開口を開閉するために、上流側通路切換弁１０及び下流側通路切換弁１１がそれぞれ設けられている。すなわち、上流側通路切換弁１０は、湾曲吸気通路１の湾曲部前部位１ａに開いている短絡吸気通路２の開口を開閉するように設けられ、下流側通路切換弁１１は、湾曲吸気通路１の湾曲部後部位１ｂに開いている短絡吸気通路２の開口を開閉するように設けられる。
【００１２】
具体的には、上流側通路切換弁１０は、短絡吸気通路２の開口平面形状に相応した平面形状をもつ弁体１０ａと、湾曲吸気通路１における（湾曲吸気通路１を使用しているときの）吸気下流側の弁体端部に設けられた弁棒１０ｂと、を含んで構成され、弁棒１０ｂを軸として揺動することで開口を開閉する。また、下流側通路切換弁１１は、短絡吸気通路２の開口平面形状に相応した平面形状をもつ弁体１１ａと、湾曲吸気通路１における（湾曲吸気通路１を使用しているときの）吸気上流側の弁体端部に設けられた弁棒１１ｂと、を含んで構成され、弁棒１１ｂを軸として揺動することで開口を開閉する。このように弁棒１０ｂ，１１ｂを弁体１０ａ，１１ａの端部に設ける片持ち構造を採用すると、バタフライ弁のように弁棒を通路の中央部分に据えなくて済む。本実施形態の通路切換弁１０，１１であれば、通路中に軸を配置しなくて良いので、通気抵抗が減ることになる。
【００１３】
これら上流側及び下流側通路切換弁１０，１１は、吸気マニホールドＩに設置されたアクチュエータ１２，１３によって、全気筒一括して開閉動作させられる。すなわち、図１中に点線で示すアクチュエータ１２，１３の駆動軸１２ａ，１３ａに上流側及び下流側通路切換弁１０，１１の弁棒１０ｂ，１１ｂが設けられており、当該駆動軸１２ａ，１３ａの回転によって、全気筒の上流側及び下流側通路切換弁１０，１１が揺動する。アクチュエータ１２，１３は、例えばＥＣＵ（電子制御ユニット）１４により駆動されるステッピングモータである。
【００１４】
吸気装置の制御部であるＥＣＵ１４は、図示せぬエンジンＥＣＵから運転状況を示す信号を受信して、該運転状況に応じて上流側及び下流側通路切換弁１０，１１の開閉制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１４は、運転状況として回転速度又は冷却水温度を示す信号を受信し、低速回転域又は冷却水温度が低温域である場合に、アクチュエータ１２，１３を駆動して、上流側及び下流側通路切換弁１０，１１の両方を、第１の作動状態として、図２（Ａ）のごとく閉状態とする。また、ＥＣＵ１４は、運転状況が高速回転域である場合には、アクチュエータ１２，１３を駆動して、上流側及び下流側通路切換弁１０，１１の両方を、第２の作動状態として、図２（Ｂ）のごとく開状態とする。
【００１５】
図２（Ａ）に示すごとく上流側及び下流側通路切換弁１０，１１が閉状態（第１の開度）にあると、当該通路切換弁１０，１１は短絡吸気通路２の開口の蓋となって通路周壁と概略面一となる。したがって、図６に示すような領域Ｘ、すなわちデッドスペースが解消され、通気抵抗が改善されて慣性過給効果を向上させることができる。
【００１６】
一方、図２（Ｂ）に示すごとく上流側及び下流側通路切換弁１０，１１が開状態（第２の開度）に切り換えられると、当該通路切換弁１０，１１は、弁棒１０ｂ，１１ｂを軸に揺動して湾曲吸気通路１内に立ち上がる。これにより弁体１０ａ，１１ａが湾曲吸気通路１を塞ぐような形になり、サージタンクＳからの吸入空気は、上流側通路切換弁１０に案内されて短絡吸気通路２へ導かれる。すなわち、短絡吸気通路２の開通時には、立ち上がった両通路切換弁１０，１１により、湾曲吸気通路１をほぼ閉鎖した状態とすることができる。
【００１７】
図６に示した例の場合、短絡吸気通路２が開通しているときに、湾曲吸気通路１と短絡吸気通路２の両者とも開通状態にある。すると、湾曲吸気通路１と短絡吸気通路２の両方の圧力脈動波が混在してしまうので、狙い通りの慣性過給効果を得られない場合がある。本実施形態の上流側及び下流側通路切換弁１０，１１によって、この不具合も解消されることになる。
【００１８】
上記図２（Ａ）に示す閉制御とは違う例を図３に示す。図３の例は、低速回転域又は冷却水温度が低温域の運転状況にあるときに、下流側通路切換弁１１をタンブル制御弁として使用し、吸気流速を高めて予混合を促進する制御を実行する例である。
【００１９】
この場合のＥＣＵ１４は、上流側通路切換弁１０を閉状態（第１の開度）として湾曲吸気通路１を使用するときに、下流側通路切換弁１１を開状態（第２の開度）とする。このときの開状態は、半開から全開までの開度（第３の開度）に設定することもできる。このように開閉制御すると、サージタンクＳから湾曲吸気通路１へ流入した吸入空気は、下流側通路切換弁１１と通路周壁との隙間を抜けていかなければならなくなるので、吸入空気の流速を上げて筒内のタンブル流動を促進することができる。また、タンブル制御弁をバタフライ弁とした場合に吸気通路の中央部分に弁棒が存在し、タンブル制御しないときに通気抵抗として影響していたが、この通気抵抗も、本実施形態の下流側通路切換弁１１の使用により解消される。
【００２０】
図４及び図５に、上流側及び下流側通路切換弁１０，１１の弁体形状について例示している。
図４に示すのは、一定厚の板状とした弁体１０ａ，１１ａである。図４（Ａ）は下流側通路切換弁１１の開状態で示し、図４（Ｂ）は上流側通路切換弁１０の閉状態で示しており、両者とも同形状としている。短絡吸気通路２の開口平面形状に相応する平面形状をもつ弁体１０ａ，１１ａは、吸気下流側端部の弁棒１０ｂ，１１ｂを軸にして揺動し、閉状態のときには、開口周囲に周設された弁座１０ｃ，１１ｃに着座する。弁座１０ｃ，１１ｃは、弁体１０ａ，１１ａの周縁部を着座させるように、短絡吸気通路２の開口周囲壁面に周設された段差部である。
【００２１】
図３に示したように下流側通路切換弁１１をタンブル制御弁として使用しているときに、上流側通路切換弁１０においては、その閉じている弁体１０ａを挟んで、湾曲吸気通路１の側と短絡吸気通路２の側との間に圧力差が生じる。すなわち、開状態の下流側通路切換弁１１を通過する吸入空気によって短絡吸気通路２内が負圧となるので、上流側通路切換弁１０の弁体１０ａは、弁座１０ｃに密着する方向へ力Ｆを受ける。段差部として形成した弁座１０ｃに弁体１０ａが密着することにより、短絡吸気通路２への吸入空気漏洩が防止されるので、下流側通路切換弁１１による流速の上昇が阻害されることはなく、予混合が促進される。
【００２２】
図５に示すのは、弁棒１０ｂ，１１ｂを設けた基端側から先端側へいくにつれて弁体１０ａ，１１ａが厚肉となる通路切換弁１０，１１の例である。図４の例と同じく図５（Ａ）は下流側通路切換弁１１の開状態で示し、図５（Ｂ）は上流側通路切換弁１０の閉状態で示しており、両者とも同形状としている。短絡吸気通路２の開口平面形状に相応する平面形状をもつ弁体１０ａ，１１ａについて、先端に向け徐々に板厚が厚くなるようにすると、弁体１０ａ，１１ａの側面に緩やかなカーブ形状が形成される。両通路切換弁１０，１１を開状態としたときに、このカーブ形状が、短絡吸気通路２を通る吸入空気をより滑らかにガイドするので、通気抵抗低減に寄与する。
【００２３】
図５の場合の弁座１０ｃ，１１ｃも、図４同様に、短絡吸気通路２の開口周囲壁面に周設された段差部とすることができる。このときの弁体１０ａ，１１ａの周縁部には、弁座１０ｃ，１１ｃに対応する段差部を周設し、段差部どうしで着座する形態とするとよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る吸気装置の外観を示した概略図。
【図２】本発明の実施形態に係る吸気装置について、通路切換弁の開閉状態でそれぞれ示した断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る吸気装置について、通路切換弁をタンブル制御弁として使用する場合を示した断面図。
【図４】通路切換弁の形状例を示した拡大断面図。
【図５】通路切換弁の別の形状例を示した拡大断面図。
【図６】吸気装置の従来構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１  湾曲吸気通路
２  短絡吸気通路
１０  上流側通路切換弁
１０ａ  弁体
１０ｂ  弁棒
１０ｃ  弁座
１１  下流側通路切換弁
１１ａ  弁体
１１ｂ  弁棒
１１ｃ  弁座
１２，１３  アクチュエータ
１４  制御部
【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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