JP2007092673A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁石を利用して内燃機関の吸気通路を閉鎖したり開放したりする吸気装置において、吸気通路の流路をできるだけ大きく確保する。
【解決手段】 少なくとも２つの電磁石３，４と、該電磁石から発せられる電磁力によって移動せしめられる弁体２と、該弁体を移動可能に支持する支持体８とを具備し、一方の電磁石から発せられた電磁力によって弁体が移動せしめられたときには弁体が内燃機関の吸気通路９を閉鎖し、他方の電磁石から発せられた電磁力によって弁体が移動せしめられたときには弁体が内燃機関の吸気通路を開放する。吸気通路内を流れる空気の流れの方向に対して略垂直な該吸気通路の流路断面のうち、支持体によって最大に塞がれた断面を除いた流路断面を最小流路断面と称したときに、電磁石が最小流路断面をさらに小さくすることがない位置に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の吸気通路を閉鎖することができる付加コントロールバルブが開示されている。この付加コントロールバルブは、内燃機関の吸気行程中（このとき、吸気弁は開弁されている）、初めのうちは、吸気通路を遮断しておき、ピストンの下降に伴って該付加コントロールバルブ下流に大きな負圧が形成された後に、吸気通路を一気に開放する。これによれば、より多量の空気が燃焼室内に吸入されるようになる。

特開２００４−１５０４１１号公報

ところで、特許文献１に記載された付加コントロールバルブは、電磁石として、閉路ソレノイドを有する。そして、この閉路ソレノイドは、環状の周縁部と２つの筒状の環状壁部とを有する。この閉路ソレノイドの環状の周縁部は、吸気通路内を流れる空気の流路を塞ぐような形で配置されているが、特許文献１では、この環状の周縁部に複数の貫通路を設け、これら貫通路を介して空気を流通させるようにしている。しかしながら、このように貫通路を介して空気を流通させるようにしたとしても、少なからず、環状の周縁部が空気の流路を塞いでしまっている。

そこで、本発明の目的は、電磁石を利用して内燃機関の吸気通路を閉鎖したり開放したりする吸気装置において、吸気通路の流路をできるだけ大きく確保することにある。

上記課題を解決するために、１番目の発明では、少なくとも２つの電磁石と、該電磁石から発せられる電磁力によって移動せしめられる弁体と、該弁体を移動可能に支持する支持体とを具備し、一方の電磁石から発せられた電磁力によって弁体が移動せしめられたときには弁体が内燃機関の吸気通路を閉鎖し、他方の電磁石から発せられた電磁力によって弁体が移動せしめられたときには弁体が内燃機関の吸気通路を開放する吸気装置において、吸気通路内を流れる空気の流れの方向に対して略垂直な該吸気通路の流路断面のうち、前記支持体によって最大に塞がれた断面を除いた流路断面を最小流路断面と称したときに、前記電磁石が前記最小流路断面をさらに小さくすることがない位置に配置されている。

２番目の発明では、１番目の発明において、前記電磁石が吸気通路内の空気の流れ方向に対して垂直な断面で見たときの支持体の外形内に配置されている。

３番目の発明では、１または２番目の発明において、前記弁体が円盤状をしており、前記電磁石が該円盤状の弁体の外形に略一致する大きさの円環状をしている。

４番目の発明では、１〜３番目の発明のいずれか１つにおいて、吸気通路を閉鎖する働きをする弁体の部分がアーマチャを構成している。

本発明によれば、できる限り大きな流路断面が確保されることから、弁体が吸気通路を開放したとき、できる限り多くの空気を流すことができ、ひいては、できる限り多くの空気を内燃機関の燃焼室に送り込むことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、内燃機関の吸気通路に配置される吸気装置１を示している。吸気装置１は、１つの弁体２と２つの電磁石３，４とを有する。弁体２は、円盤状の２つのディスク部分５，６と、これらディスク部分５，６同士を連結するロッド部分７とを有する。また、弁体２は、支持体８によって移動可能に支持されている。また、一方の電磁石３は、吸気通路９を画成する吸気管１０の外側に配置されている。また、他方の電磁石４は、吸気管１０の内側で、支持体８の外側に配置されている。

なお、弁体２が支持体８によって支持されている状態では、一方のディスク部分５は、支持体８の外側にあり、他方のディスク部分６は、支持体８の内側にあることから、以下の説明では、支持体８の外側にあるディスク部分５を「外側ディスク部分」とも称し、また、支持体８の内側にあるディスク部分６を「内側ディスク部分」とも称す。また、図示していないが、支持体８は、吸気通路９を画成する吸気管の内壁面に適切な部材によって支持されている。また、本実施形態では、電磁石３，４は、外側ディスク部分５の外形に略一致する大きさの円環状をしている。

吸気管１０の外側に配置されている電磁石（以下「外側電磁石」ともいう）３に電力が供給されると、支持体８から離れるように弁体２を移動させる方向（すなわち、図１で見て左方向）に弁体２の外側ディスク部分５に働く電磁力が外側電磁石３から発せられる。一方、吸気管１０の内側に配置されている電磁石（以下「内側電磁石」ともいう）４に電力が供給されると、支持体８に近づくように弁体２を移動させる方向（すなわち、図１で見て右方向）に弁体２の外側ディスク部分５に働く電磁力が内側電磁石４から発せられる。

また、吸気装置１は、２つのコイルバネ１１，１２を有する。一方のコイルバネ１１は、支持体８の外側で、外側ディスク部分５と支持体８との間に配置されている。他方のコイルバネ１２は、支持体８の内側で、内側ディスク部分６と支持体８との間に配置されている。外側ディスク部分５と支持体８との間に配置されているコイルバネ（以下「外側コイルバネ」ともいう）１１は、外側ディスク部分５を支持体８から離す方向（すなわち、図１で見て左方向）へ弁体２を付勢している。一方、内側ディスク部分６と支持体８との間に配置されているコイルバネ（以下「内側コイルバネ」ともいう）１２は、外側ディスク部分５を支持体８に近づける方向（すなわち、図１で見て右方向）へ弁体２を付勢している。

そして、外側電磁石３にも内側電磁石４にも電力が供給されていない状態では、２つのコイルバネ１１，１２の付勢力は、外側ディスク部分５を２つの電磁石３，４間の中間の位置に保持するようにそれぞれ調整されている。なお、外側ディスク部分５が２つのコイルバネ１１，１２の付勢力によって２つの電磁石３，４の中間の位置に保持されている状態においても、外側コイルバネ１１は、外側ディスク部分５を支持体８から離す方向に働く付勢力を弁体２に提供しており、内側コイルバネ１２は、外側ディスク部分５を支持体８に近づける方向に働く付勢力を弁体２に提供している。

本実施形態の吸気装置１は、以下のように作動せしめられる。まず、図１に示されている状態では、外側電磁石３に電力が供給されており、内側電磁石４には電力は供給されておらず、弁体２の外側ディスク部分５は、外側電磁石３に引き付けられて、吸気通路９を閉鎖している。そして、吸気通路９を開放するためには、まず、外側電磁石３への電力供給を停止する。これによれば、外側電磁石３から外側ディスク部分５には電磁力は働かなくなるので、内側コイルバネ１２の付勢力によって外側ディスク部分５が支持体８に向かって移動せしめられる。

そして、外側ディスク部分５が２つの電磁石３，４間の中間の位置に達したとき、或いは、該中間の位置に達する直前に、内側電磁石４に電力が供給される。これによれば、内側電磁石４から外側ディスク部分５に電磁力が働き、外側ディスク部分５が支持体８に最も近づいた位置にまで達する。このときの状態が図２に示されている。

もちろん、その後、吸気通路９を閉鎖するためには、内側電磁石４への電力供給を停止し、これにより、外側ディスク部分５が外側コイルバネ１１の付勢力によって支持体８から離れるように移動せしめられて２つの電磁石３，４間の中間の位置に達したとき、或いは、該中間の位置に達する直前に、外側電磁石３に電力を供給すればよい。

そして、本実施形態の吸気装置１は、内燃機関の吸気ポートの直ぐ上流の吸気通路９に配置され、内燃機関の運転中に、以下のように作動せしめられる。すなわち、本実施形態では、吸気行程の初期段階では、図１に示されているように、弁体２によって吸気通路９を完全に閉鎖させておく。もちろん、このとき、内燃機関の吸気弁は、開弁せしめられている。そして、その後、同じ吸気行程中の所定のタイミングで弁体２を図２に示されている状態にまで移動させることによって吸気通路９を開放する。もちろん、このときにも、内燃機関の吸気弁は、開弁せしめられた状態にある。

すなわち、本実施形態では、１つの吸気行程中に弁体２によって吸気通路９を閉鎖した状態から一気に開放させる。これによると、以下のような作用が生じる。すなわち、吸気行程中は、ピストンが燃焼室内を下方へと移動する。ここで、吸気行程の初期段階では、吸気弁は開弁せしめられているものの吸気通路９は弁体２によって完全に閉鎖されている。したがって、このとき、燃焼室内には空気が吸入されないので、燃焼室内、吸気ポート内、そして、吸気装置１下流の吸気通路９内には、極めて大きな負圧が生成されることになる。

そして、その後、弁体２が図２に示されている状態へと移動せしめられて、吸気通路９が開放されることから、弁体２下流に生成されている極めて大きな負圧の作用によって、燃焼室内に空気が一気に吸引される。このように、吸気行程中に弁体２によって吸気通路９を閉鎖しておくことによって燃焼室から吸気通路９にかけて極めて大きな負圧を生成しておき、その後、弁体２によって閉鎖されていた吸気通路９を一気に開放した場合、吸気行程全体に亘って吸気通路９を開放しておいた場合に比べて、燃焼室内に吸入される空気の量（以下「吸気量」ともいう）が多くなる。このことは、ひいては、内燃機関の出力トルクを増大させることにつながる。

なお、図２において、参照符号１３で示されているのは、シールである。このシール１３は、外側ディスク部分５によって吸気通路９が閉鎖されるときに、外側ディスク部分５に接触して、外側ディスク部分５の下流への空気の漏れを防止するためのものである。また、図２において、矢印で示されているのは、空気の流れである。

ところで、本実施形態では、内燃機関の運転中、吸気装置１を上述したように作動させることによって、吸気量が多くなるようにしている。このとき、できるだけ吸気量を多くするためには、吸気通路９内に配置される吸気装置１の構成要素（例えば、図示した実施形態では、内側電磁石４や支持体８）が空気に与える抵抗（以下「流抵抗」という）ができるだけ小さいことが好ましい。すなわち、吸気装置１内において空気を流す流路断面ができるだけ大きいことが好ましい。こうした観点から、本実施形態では、できるだけ流抵抗を大きくしない位置に内側電磁石４を配置している。

すなわち、吸気通路９内で弁体２を移動させるためには、弁体２を移動可能に支持する支持体８を吸気通路９内に配置する必要があるので、支持体８を吸気通路９内に配置することによる流抵抗の増大は、潜在的に生じてしまう。そこで、本実施形態では、この吸気通路９内に支持体８を配置せざるを得ない状況を利用し、吸気通路９内における空気の主要な流れ方向に対して垂直な断面で見たときの支持体８の外形内に内側電磁石４が納まるように、吸気通路９内における空気の主要な流れ方向において支持体８の下流側に内側電磁石４を配置している。これによれば、流抵抗が可能な限り小さく維持されることになるので、吸気量も可能な限り多くすることができる。

なお、吸気通路９内に支持体８を配置せざるを得ない状況を利用するという考え方に立てば、吸気通路９内における空気の主要な流れ方向に対して垂直な断面で見たときの支持体８の外形内に内側電磁石４が納まるように、吸気通路９内における空気の主要な流れ方向において支持体８の上流側に内側電磁石４を配置してもよい。

また、流抵抗を増大させなければ、図示した実施形態において吸気管１０の内側に配置されている電磁石（すなわち、内側電磁石４）を吸気管１０の外側に配置してもよいし、図示した実施形態において吸気管１０の外側に配置されている電磁石（すなわち、外側電磁石３）を吸気管１０の内側に配置してもよい。

また、本実施形態では、吸気通路９を閉鎖する働きをする外側ディスク部分５がアーマチャとしても働く。このため、吸気装置１の可動要素、すなわち、弁体２の重量が軽くなるので、各電磁石への電力供給に対する弁体２の応答性が高い。また、吸気装置１が全体としてコンパクトにもなる。

本発明の吸気装置の実施形態を示した図であり、ここでは、吸気通路は弁体によって閉鎖されている。 図１と同様な図であるが、ここでは、吸気通路は開放されている。

符号の説明

１ 吸気装置
２ 弁体
３，４ 電磁石
８ 支持体
９ 吸気通路

Claims (4)

1. 少なくとも２つの電磁石と、該電磁石から発せられる電磁力によって移動せしめられる弁体と、該弁体を移動可能に支持する支持体とを具備し、一方の電磁石から発せられた電磁力によって弁体が移動せしめられたときには弁体が内燃機関の吸気通路を閉鎖し、他方の電磁石から発せられた電磁力によって弁体が移動せしめられたときには弁体が内燃機関の吸気通路を開放する吸気装置において、吸気通路内を流れる空気の流れの方向に対して略垂直な該吸気通路の流路断面のうち、前記支持体によって最大に塞がれた断面を除いた流路断面を最小流路断面と称したときに、前記電磁石が前記最小流路断面をさらに小さくすることがない位置に配置されていることを特徴とする吸気装置。
2. 前記電磁石が吸気通路内の空気の流れ方向に対して垂直な断面で見たときの支持体の外形内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の吸気装置。
3. 前記弁体が円盤状をしており、前記電磁石が該円盤状の弁体の外形に略一致する大きさの円環状をしていることを特徴とする請求項１または２に記載の吸気装置。
4. 吸気通路を閉鎖する働きをする弁体の部分がアーマチャを構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の吸気装置。

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