(57)【要約】【課題】吸気制御弁の閉弁時に異音が発生するのを防止することができる内燃機関の可変吸気装置を提供すること。【解決手段】短尺吸気管部１７の内周面１７ａに回動自在に設けられ、開弁時に短尺吸気管部１７の上流側のサージタンク１４と合流管部１８とを連通する貫通孔３０ａが形成されたロータリバルブ３０を備え、ロータリバルブ３０が摺接する短尺吸気管部１７の内周面１７ａに、短尺吸気管部１７と長尺吸気管部１６の分岐起点３３ｂからロータリバルブ３０の回動方向に沿って所定の長さに亘って延在する溝３３を形成することにより、ロータリバルブ３０の外周面と短尺吸気管部１７の内周面１７ａの間に溝３３の深さに対応する隙間３３ａを画成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気ポートに接続される吸気通路の長さを可変させるようにした可変吸気装置において、
第１の吸気管部と、前記第１の吸気管部よりも長さが短い第２の吸気管部と、前記第１の吸気管部および第２の吸気管部の下流部で合流して前記内燃機関の吸気ポートに接続される合流管部とによって吸気通路が形成される吸気管と、
前記第２の吸気管部の内周面に回動自在に設けられ、開弁時に前記第２の吸気管部の上流側と前記合流管部とを連通する貫通孔が形成された吸気制御弁とを備えた内燃機関の可変吸気装置において、
前記吸気制御弁に摺接する前記第２の吸気管部の内周面の吸気方向上流側に、前記吸気制御弁の回動方向に沿って所定長さに亘って延在する溝を形成することにより、前記吸気制御弁の外周面と前記第２の吸気管部の前記内周面の間に前記溝の深さに対応する隙間を画成したことを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
【請求項２】
前記溝が、前記吸気制御弁が閉弁する際の回動方向の下流側に向かうに従って深さが浅くなるテーパ状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装置。
【請求項３】
前記吸気制御弁の外周部にシール部材を設け、前記シール部材が、前記貫通孔の開口端の近傍に位置するとともに、前記第２の吸気管部の内周面に摺接することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の可変吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の可変吸気装置に関し、特に、吸気制御弁を用いて吸気通路の長さを可変させるようにした内燃機関の可変吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、吸気管内の気柱の吸気脈動効果を利用して内燃機関の体積効率を高めるものようにした可変吸気装置を備えた内燃機関が知られている。この可変吸気装置は、吸気通路として通路長の比較的長い低速用通路と通路長の比較的短い高速用通路とを有し、この吸気通路に設けられたロータリバルブ等の吸気制御弁の開閉動作により、吸気に使用する吸気通路を内燃機関の運転状態に応じて切換えるようにしたものである。このようにして内燃機関の高速回転時および低速回転時共に吸気脈動効果による気筒内への空気の充填効率を高めて内燃機関の高出力化を図ることができる。
【０００３】
このロータリバルブは、例えば、通路長の短い高速用吸気管部に設けられており、内燃機関の低回転高負荷時には、ロータリバルブを閉鎖して低速用吸気管部に空気が流れるようにする一方、それ以外の運転領域（例えば、高回転低負荷時等）ではロータリバルブを開放して高速用吸気管部に空気が流れるようにしている。
【０００４】
このロータリバルブは、通路長の短い高速用吸気管部の内周面に回動自在に設けられており、開弁時に高速用吸気管部内を吸気が流れるのを許容する貫通孔を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−４１９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の可変吸気装置にあっては、ロータリバルブが開状態から閉状態に回動するときに、ロータリバルブの全閉状態直前で次の理由によって異音が発生してしまう。
【０００６】
すなわち、ロータリバルブの全閉状態直前において、ロータリバルブの貫通孔が第２の吸気管部と僅かな隙間を介して連通している状態では、第２の吸気管部の内周面と貫通孔の間の僅かな隙間を通過する気流によって乱流が発生してしまい、フラッター現象によってロータリバルブにばたつきが生じてしまう。このため、第２の吸気管部の内周面にロータリバルブの外周部が衝突して異音が発生してしまうのである。
【０００７】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、吸気制御弁の閉弁時に異音が発生するのを防止することができる内燃機関の可変吸気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る内燃機関の可変吸気装置は、上記課題を解決するため、内燃機関の吸気ポートに接続される吸気通路の長さを可変させるようにした可変吸気装置において、第１の吸気管部と、前記第１の吸気管部よりも長さが短い第２の吸気管部と、前記第１の吸気管部および第２の吸気管部の下流部で合流して前記内燃機関の吸気ポートに接続される合流管部とによって吸気通路が形成される吸気管と、前記第２の吸気管部の内周面に回動自在に設けられ、開弁時に前記第２の吸気管部の上流側と前記合流管部とを連通する貫通孔が形成された吸気制御弁とを備えた内燃機関の可変吸気装置において、前記吸気制御弁に摺接する前記第２の吸気管部の内周面の吸気方向上流側に、前記吸気制御弁の回動方向に沿って所定長さに亘って延在する溝を形成することにより、前記吸気制御弁の外周面と前記第２の吸気管部の前記内周面の間に前記溝の深さに対応する隙間を画成したものから構成されている。
【０００９】
この構成により、吸気制御弁に摺接する第２の吸気管部の内周面の吸気方向上流側に、吸気制御弁の回動方向に沿って所定の長さに亘って延在する溝を形成することにより、吸気制御弁の外周面と第２の吸気管部の内周面の間に溝の深さに対応する隙間を画成したので、吸気制御弁の閉弁直前に溝の深さに対応する隙間を通して第２の吸気管部と合流管部とを連通することができる。
【００１０】
このため、第２の吸気管部の内周面と貫通孔の間を通過する気流が乱れるのを防止することができ、吸気制御弁にフラッター現象によるばたつきが生じてしまうのを防止することができる。この結果、第２の吸気管部の内周面に吸気制御弁の外周部が衝突するのを防止することができ、異音が発生するのを防止することができる。
【００１１】
上記（１）の内燃機関の可変吸気装置において、（２）前記溝が、前記吸気制御弁が閉弁する際の回動方向の下流側に向かうに従って深さが浅くなるテーパ状に形成されるものから構成されている。
【００１２】
この構成により、吸気制御弁が閉弁方向に回動するに従って第２の吸気管部の内周面と吸気制御弁の外周面の隙間が徐々に狭くなるため、吸気制御弁の閉弁直前に溝の深さに対応する隙間を通して第２の吸気管部と合流管部とを十分な隙間を介して連通することができ、第２の吸気管部の内周面と貫通孔の間を通過する気流が乱れるのをより一層防止することができる。また、吸気制御弁の閉弁時には第２の吸気管部と合流管部との連通を遮断することができ、第２の吸気管部から合流管部に吸入空気が流入するのを防止することができる。
【００１３】
上記（１）または（２）の内燃機関の可変吸気装置において、（３）前記吸気制御弁の外周部にシール部材を設け、前記シール部材が、前記貫通孔の開口端の近傍に位置するとともに、前記第２の吸気管部の内周面に摺接するものから構成されている。
【００１４】
この構成により、吸気制御弁の外周部に設けられたシール部材を貫通孔の開口端の近傍に位置させるとともに、第２の吸気管部の内周面に摺接させるようにしたので、吸気制御弁の閉弁時に、シール部材によって第２の吸気管部と貫通孔が連通するのを確実に防止することができ、第２の吸気管部と合流管部が連通してしまうのを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、吸気制御弁の閉弁時に異音が発生するのを防止することができる内燃機関の可変吸気装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図７は、本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の一実施の形態を示す図である。
【００１７】
まず、構成を説明する。
図１において、内燃機関としてのエンジン１は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁２から燃焼室３内に直接噴射し、点火プラグ４によって着火させるようになっている。なお、燃料としては、アルコールやＬＰＧ (液化天然ガス)等を使用することもよい。
【００１８】
エンジン１は、シリンダヘッド５を備えており、このシリンダヘッド５には燃焼室３にそれぞれ臨む吸気ポート６および排気ポート７が形成されている。また、シリンダヘッド５には吸気ポート６を開閉する吸気弁８および排気ポート７を開閉する排気弁９を含む動弁機構と、燃焼室３内の混合気を着火させる点火プラグ４と、点火プラグ４に火花を発生させるイグニッションコイル１０とが設けられている。
【００１９】
また、シリンダヘッド５には吸気管としてのインテークマニホールド１１が接続されており、このインテークマニホールド１１の上流側には大気中に含まれる塵埃等を除去するエアクリーナ１２を備えた吸気管１３が接続されている。
【００２０】
インテークマニホール１１は、吸気管１３から吸入される吸入空気を各気筒に振り分けるサージタンク１４と、サージタンク１４とそれぞれの気筒を連通する分岐管１５とを備えている。なお、４気筒エンジンの場合には、図２に示すように分岐管１５は、４本設けられている。
【００２１】
この分岐管１５は、第１の吸気管部としての長尺吸気管部１６と、長尺吸気管部１６よりも長さが短い第２の吸気管部として短尺吸気管部１７とから構成されており、長尺吸気管部１６と短尺吸気管部１７の下流側が合流管部１８によって合流し、この合流管部１８がシリンダヘッド５に接続されることにより、インテークマニホールド１１から吸気ポート６に吸入空気が吸入されるようになっている。すなわち、長尺吸気管部１６、短尺吸気管部１７および合流管部１８によって吸気通路が形成されている。
【００２２】
また、吸気管１３内にはスロットルバルブ１９が設けられており、このスロットルバルブ１９は、運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づいてスロットルアクチュエータ２０によって開度が調整されるようになっている。
【００２３】
なお、本実施の形態では、アクセルペダルの踏み込み動作とスロットルバルブ１９の開閉動作とを切り離して電気的に制御できるようにしているが、これらアクセルペダルとスロットルバルブ１９とを機械的に連結したものであってもよい。
【００２４】
また、シリンダヘッド５には排気ポート７から排気された排気ガスが供給される排気管２１が接続されており、この排気管２１の途中には、燃焼室３内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する三元触媒２２が組み込まれている。
【００２５】
したがって、エアクリーナ１２を通った後、吸気管１３およびインテークマニホールド１１を介して燃焼室３内に供給される吸入空気は、燃料噴射弁２から燃焼室３内に噴射される燃料と混合気を形成し、点火プラグ４の火花により着火して燃焼し、この燃焼によって生成される排気ガスが三元触媒２２を通って排気管２１から大気中に排出される。
【００２６】
また、シリンダヘッド５の下部にはシリンダブロック２３が取付けられており、このシリンダブロック２３内にはピストン２４が上下方向に往復移動可能なように収納されている。シリンダブロック２３には水温センサ２６が設けられており、この水温センサ２６は、シリンダブロック２３に形成されたウォータジャケット２５内の冷却水の温度を検出してこの検出情報をＥＣＵ（Engine Control Unit）１００に出力するようになっている。
【００２７】
また、ピストン２４にはコンロッド２７を介してクランク軸２８が接続されており、クランク軸２８の回転運動は、コンロッド２７を介してピストン２４の直線運動に変換されるようになっている。
【００２８】
また、クランク軸２８にはクランク角センサ２９が設けられており、このクランク角センサ２９は、クランク角を検出してＥＣＵ１００に検出情報を出力するようになっている。そして、ＥＣＵ１００はクランク角センサ２９からの検出情報に基づいてエンジン１の回転数を算出する。
【００２９】
一方、短尺吸気管部１７の内周面１７ａには吸気制御弁としてのロータリバルブ３０が回転自在に設けられており、このロータリバルブ３０は、図２に示すように、各分岐管１５の短尺吸気管部１７の設置方向に亘って延在している。なお、図示しないが、ロータリバルブ３０の両端部には回動軸が設けられており、この回動軸は両端部の分岐管１５に回動自在に取付けられている。
【００３０】
また、ロータリバルブ３０には貫通孔３０ａが形成されており、この貫通孔３０ａは、ロータリバルブ３０の開弁時に短尺吸気管部１７の上流側、すなわち、サージタンク１４と合流管部１８とを連通するようになっている。
【００３１】
また、ロータリバルブ３０の端部には、バルブアクチュエータ３２が設けられており、このバルブアクチュエータ３２はＥＣＵ１００からの指令信号に基づいて駆動し、ロータリバルブ３０を回動するようになっている。
【００３２】
すなわち、ＥＣＵ１００は、水温センサ２６やクランク角センサ２９からの検出情報に基づいてエンジン１の負荷および回転数を算出し、例えば、エンジン１が低回転高負荷である場合には、バルブアクチュエータ３２を駆動することにより、ロータリバルブ３０を閉弁して短尺吸気管部１７と合流管部１８との連通を遮断し、長尺吸気管部１６から吸気ポート６に吸入空気を供給する。
【００３３】
また、例えば、エンジン１が高回転低負荷である場合には、バルブアクチュエータ３２を駆動することにより、ロータリバルブ３０を閉弁して短尺吸気管部１７と合流管部１８とを連通して短尺吸気管部１７から吸気ポート６に吸入空気を供給、すなわち、吸入空気通路を短絡する。
【００３４】
このようにエンジン１の運転状態に応じてロータリバルブ３０を開閉させることにより、吸気通路の長さを可変させることにより、エンジン１の高速回転時および低速回転時共に吸気脈動効果による燃焼室３への空気の充填効率を高めてエンジン１の高出力化を図ることができる。
【００３５】
また、図３、図４に示すように、ロータリバルブ３０の外周部にはシールポート３０ｂが形成されており、このシールポート３０ｂにはシール部材としてのＯリング３１が装着されている。なお、図４は、図３の短尺吸気管部１７を矢印Ｘ方向から見た図である。
【００３６】
このシールポート３０ｂは、貫通孔３０ａの開口端の近傍に位置しており、Ｏリング３１は、ロータリバルブ３０が摺接する短尺吸気管部１７の内周面１７ａに摺接するようになっている。
また、短尺吸気管部１７の内周面１７ａの吸気方向下流側には溝３３が形成されており、この溝３３は、短尺吸気管部１７と長尺吸気管部１６の分岐起点３３ｂ、すなわち、吸気方向上流側からロータリバルブ３０の回動方向に沿って所定の長さに亘って延在している。このため、ロータリバルブ３０の外周面と短尺吸気管部１７の内周面１７ａの間には溝３３の深さに対応する隙間３３ａが画成される。
【００３７】
また、溝３３は、ロータリバルブ３０が閉弁する際の回動方向（図３の矢印Ａ方向）の下流側に向かうに従って深さが浅くなるテーパ状に形成されている。なお、この溝３３は、図２に示す全ての分岐管１５に形成されている。
【００３８】
次に、作用を説明する。
水温センサ２６やクランク角センサ２９からの検出情報に基づいてＥＣＵ１００がエンジン１の負荷および回転数を算出したときに、例えば、エンジン１が低回転高負荷であるものと判断した場合には、ＥＣＵ１００は、バルブアクチュエータ３２を駆動することにより、図５に示すように、ロータリバルブ３０を閉弁して短尺吸気管部１７と合流管部１８との連通を遮断し、長尺吸気管部１６から吸気ポート６に吸入空気を供給する。
【００３９】
このため、サージタンク１４から燃焼室３に至るまでが吸気通路長が長くなり、長い吸気通路長による慣性過給効果により充填効率を向上させてエンジン１の出力の向上を図ることができる。
【００４０】
また、例えば、エンジン１が高回転低負荷である場合には、バルブアクチュエータ３２を駆動することにより、図６に示すように、ロータリバルブ３０を開弁して短尺吸気管部１７と合流管部１８とを連通して短尺吸気管部１７から吸気ポート６に吸入空気を供給する。
このため、サージタンク１４から燃焼室３に至るまでが吸気通路長が短くなり、短い吸気通路長による慣性過給効果により充填効率を向上させてエンジン１の出力の向上を図ることができる。
【００４１】
一方、エンジン１から高回転高負荷から低回転高負荷に移行すると、バルブアクチュエータ３２を駆動することにより、ロータリバルブ３０が開弁状態から閉弁状態になるようにロータリバルブ３０を回動して短尺吸気管部１７と合流管部１８との連通を遮断する。
【００４２】
このとき、従来のロータリバルブでは、閉弁状態の直前にロータリバルブの貫通孔が短尺吸気管部と僅かな隙間を介して連通している状態において、短尺吸気管部の内周面と貫通孔の間の僅かな隙間を通過する気流によって乱流が発生してしまい、フラッター現象によってロータリバルブにばたつきが生じてしまい、短尺吸気管部の内周面にロータリバルブの外周部が衝突して異音が発生してしまった。
【００４３】
本実施の形態では、ローターバルブ３０が摺接する短尺吸気管部１７の内周面１７ａに、短尺吸気管部１７と長尺吸気管部１６の分岐起点３３ｂからロータリバルブ３０の回動方向に沿って所定の長さに亘って延在する溝３３を形成することにより、ロータリバルブ３０の外周面と短尺吸気管部１７の内周面１７ａの間に溝３３の深さに対応する隙間３３ａを画成したので、図７の矢印Ｂで示すように、ロータリバルブ３０の閉弁直前に隙間３３ａを通して短尺吸気管部１７と合流管部１８とを連通することができる。
【００４４】
このため、短尺吸気管部１７の内周面１７ａとロータリバルブ３０の貫通孔３０ａの間を通過する気流が乱れるのを防止することができ、ロータリバルブ３０にフラッター現象によるばたつきが生じてしまうのを防止することができる。この結果、短尺吸気管部１７の内周面１７ａにロータリバルブ３０の外周部が衝突するのを防止することができ、異音が発生するのを防止することができる。なお、溝３３の深さは、ロータリバルブ３０の閉弁直前に短尺吸気管部１７の内周面１７ａとロータリバルブ３０の貫通孔３０ａの間を通過する気流が乱れるのを防止することができる深さに設定されている。
【００４５】
また、本実施の形態では、溝３３が、ロータリバルブ３０が閉弁する際の回動方向の下流側に向かうに従って深さが浅くなるテーパ状に形成されるので、ロータリバルブ３０が閉弁方向に回動するに従って短尺吸気管部１７の内周面１７ａとロータリバルブ３０の外周面の隙間３３ａが徐々に狭くすることができ、ロータリバルブ３０の閉弁直前に溝３３を通して短尺吸気管部１７と合流管部１８とを十分な隙間３３ａを介して連通することができ、短尺吸気管部１７の内周面１７ａとロータリバルブ３０の貫通孔３０ａの間を通過する気流が乱れるのをより一層防止することができる。
【００４６】
また、ロータリバルブ３０の閉弁時には短尺吸気管部１７と合流管部１８との連通を遮断することができ、短尺吸気管部１７から合流管部１８に吸入空気が流入するのを防止することができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、ロータリバルブ３０の外周部にＯリング３１を設け、Ｏリング３１をロータリバルブ３０の貫通孔３０ａの開口端の近傍に位置させるとともに、短尺吸気管部１７の内周面１７ａに摺接させるようにしたので、ロータリバルブ３０の閉弁時に、Ｏリング３１によって短尺吸気管部１７とロータリバルブ３０の貫通孔３０ａが連通するのを確実に防止することができ、短尺吸気管部１７と合流管部１８が連通してしまうのを確実に防止することができる。
【００４８】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００４９】
以上のように、本発明に係る内燃機関の可変吸気装置は、吸気制御弁の閉弁時に異音が発生するのを防止することができるという効果を有し、吸気制御弁を用いて吸気通路の長さを可変させるようにした内燃機関の可変吸気装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の一実施の形態を示す図であり、可変吸気装置を備えたエンジンの概略構成図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の一実施の形態を示す図であり、インテークマニホールドを下方から見た図である。
【図３】本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の一実施の形態を示す図であり、短尺吸気管部およびロータリバルブの断面図である。
【図４】本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の一実施の形態を示す図であり、短尺吸気管部を図３の矢印Ｘ方向から見た図である。
【図５】本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の一実施の形態を示す図であり、閉弁状態にあるロータリバルブの回動位置を示す図である。
【図６】本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の一実施の形態を示す図であり、開弁状態にあるロータリバルブの回動位置を示す図である。
【図７】本発明に係る内燃機関の可変吸気装置の一実施の形態を示す図であり、ロータリバルブの閉弁直前にロータリバルブと短尺吸気管部の間の隙間を通して貫通孔に吸入空気が流れる様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  エンジン（内燃機関）
１１  インテークマニホールド（吸気管）
１６  長尺吸気管部（第１の吸気管部）
１７  短尺吸気管部（第２の吸気管部）
１７ａ  内周面
１８  合流管部
３０  ロータリバルブ（吸気制御弁）
３０ａ  貫通孔
３１  Ｏリング（シール部材）
３３  溝
３３ａ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009114988.tif 000006
【図５】
2009114988.tif 000007
【図６】
2009114988.tif 000008
【図７】
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