JP4605476B2

JP4605476B2 - 吸気制御装置

Info

Publication number: JP4605476B2
Application number: JP2006256046A
Authority: JP
Inventors: 敦俊池川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: US7493888B2; JP2008075564A; DE102007000752A1; US20080072875A1

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路を構成するボデーと、前記ボデーの内部に保持されるとともに前記ボデーと連通して、内周面が前記吸気通路を構成するボアと、前記ボアを貫通して回動自在なように前記ボデーに設けられた軸体と、前記ボア内にて前記吸気通路の開口面積を調節するよう前記軸体に固定された弁体とを有する吸気制御装置に関する。

内燃機関の回転数や負荷状況、及び内燃機関に付随するデバイスの作動状態などに応じてタイミング良く吸入空気量を調整することで、特に低中速領域の空気脈動を増やし、体積効率アップによるエンジン出力の向上、吸入流速アップによる燃焼改善、スモークの低減を図ることができる。吸入空気量を調整するためには、吸気弁よりも上流に当該吸気弁とは別の弁体（適宜、吸気制御弁と称する）を設け、この吸気制御弁を例えば吸気弁の開閉に同期して適宜開閉させるものがある。この種の吸気制御弁は、内燃機関の運転状況に応じて素早く動作させる必要がある。
そこで、例えば特許文献１に記載の吸気制御装置では、吸気制御弁と吸気通路の内壁との間にクリアランスが設けてある。これにより、吸気制御弁と吸気通路の内壁との接触を防止して迅速な開閉操作を行うことができる。

特開平８−２１８９０６号公報

ところで、吸気制御弁を全閉状態にした場合の吸気通路の遮断性を考慮すると、通気経路内壁と吸気制御弁との間のクリアランスはできるだけ狭いほうが好ましい。
しかし、上述のような吸気制御装置において、一般的に吸気通路、軸体及び吸気制御弁を構成する部材の形状や材質が異なる。このため、温度変化に伴う各部材の伸縮量も異なり、温度変化により吸気通路の内壁と吸気弁との間の相対位置が変化する。従って、吸気通路の内壁と弁体との接触を防止するためには、クリアランスを大きく設ける必要があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁体と吸気通路との間のクリアランスを小さくしつつ、迅速に開閉操作をすることができる吸気制御装置を提供することにある。

本発明の第１特徴構成は、内燃機関の吸気経路を構成するボデーと、前記ボデーの内部に当該ボデーに対して相対移動可能に保持されるとともに前記ボデーと連通して、内周面が前記吸気通路を構成するボアと、前記ボアを貫通して回動自在なように前記ボデーに設けられた軸体と、前記ボア内にて前記吸気通路の開口面積を調節するよう前記軸体に固定された弁体とを有し、前記軸体の軸芯方向に沿って、前記軸体に対する前記ボアの相対位置を規定する基準部を前記軸体に備えた点にある。

本構成のように、ボデーに対して相対移動可能に保持したボアを軸体の基準部によって位置決めすることで、例えば軸体が伸縮してボア内の弁体が移動した場合であっても、ボア内部の吸気通路と軸体との相対位置が変化せず、軸体に支持された弁体とボアとの相対位置関係も変化しない。
この結果、弁体とボアとの間に大きなクリアランスを設けることなく、弁体とボアとの接触を防止して、弁体を迅速に開閉操作することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記軸体に複数の前記弁体が固定され、各弁体を収容する夫々の前記ボアに対して前記基準部が夫々形成してある点にある。

例えば多気筒の内燃機関の夫々の吸気通路に弁体を設ける場合、一本の軸体に複数の弁体を支持する場合がある。この場合、軸体が長尺となり、温度変化に伴う当該軸体の伸縮量も大きくなるので、弁体と吸気通路との相対位置の変化も大きなものとなる。
そこで、本構成の如く各弁体を収容する夫々のボアに対して基準部を設けることにより、弁体毎にボアと軸体との相対位置が規定されることとなる。
この結果、一つの軸体に複数の弁体を設けて軸体が長尺になった場合であっても、弁体とボアとの間の相対位置を一定に保つことができる。

本発明の第３特徴構成は、前記ボア若しくは前記軸体の少なくとも何れか一方を、前記ボアと前記基準部とが近接するよう付勢する付勢手段を備えた点にある。

本構成のようにボアと基準部とが近接するよう付勢力を生じさせることで、ボアと軸体とを適切な位置関係に設定することができる。このため、ボアと軸体との位置関係を確実にすることができる。この結果、弁体と吸気通路との間隔を一定に保つことができる。

本発明に係る吸気制御装置は、例えば自動車のエンジンなどの内燃機関に用いる。この吸気制御装置は、内燃機関の吸気通路の開口面積を調節することにより吸入空気量を調節する。
図１は吸排気系統と吸気制御装置１との関係を示す説明図である。吸入空気は、内燃機関１００のピストン１０５の下降に伴い、吸気弁１０２を介して燃焼室に導入される。燃焼後の排ガスは、排気弁１０３を介して排気通路１０４を通り、必要に応じて再循環され、最終的には内燃機関１００から外部に排出される。このために、吸気制御弁４は、吸気通路１０１を通り燃焼室へと導かれえる吸入空気の流量を調節する。

燃焼室へと導かれる吸入空気の最適流量は、エンジンの回転数及び負荷によって異なる。吸気弁１０２の開閉タイミングに同期して、吸気制御弁４を開閉制御すことにより、エンジンが低中速域で高負荷の場合の体積効率及び出力を向上させることができる。また、エンジンが低速領域で低負荷の場合は、吸気制御弁４を絞り、吸入空気の流速を上げることによって燃焼改善が期待できる。

図２には、本発明の吸気制御装置１を、直列４気筒エンジンに適用した例を示す。
この吸気制御装置１は、主として、ボデー２、ボア３、弁体４ａ及び軸体５を有して構成されている。つまり、ボデー２の内部にボア３が設けられ、ボデー２及びボア３により吸気通路１０１の一部が構成され、ボア３の内部に吸気制御弁４である弁体４ａが設けてある。
ここで、弁体４ａはボア３を貫通してボデー２に設けられた軸体５によって回動自在に支持され、吸気通路１０１の流路面積を調節する。軸体５はその一端がアクチュエータと接続される。ボア３は内周面３ａが吸気通路１０１となり、弁体４ａを収納する筒状の部材である。また、ボデー２は、ボア３をその外周面及び軸芯方向の両端面から保持してボア３と連通し、吸気通路１０１を形成する。

図６に示すように、ボデー２は、例えば第１ボデー部材２１、第２ボデー部材２２及び第３ボデー部材２３の３つの部材で構成されている。第１部材はボア３を外周面から保持するボア保持部２１ａを有する。本実施形態では４つのボア保持部２１ａが形成してある。第２ボデー部材２２は、ボア保持部２１ａの一方の開口側に位置し、当該開口に対向する位置に開口部２２ａを有する。この第２ボデー部材２２は、四つのボア３のうち外側の二つのボア３の軸芯方向の一方の端面を保持すするとともに開口部２２ａがボア３と連通して吸気通路１０１を形成する。第３ボデー部材２３は、ボア保持部２１ａの他方の開口側に位置し、中央側の二つのボア３の他方の端面を保持するとともに開口部２３ａがボア３と連通して吸気通路１０１を形成する。

図６に示すように、本実施形態では、二本の軸体５をオフセットして設けるために、第１ボデー部材２１に形成されたボア保持部２１ａの一方側の開口から第１吸気通路１０１ａ及び第４吸気通路１０１ｄを構成するボア３が挿入され、他方側の開口から第２吸気通路１０１ｂ及び第３吸気通路１０１ｃを構成するボア３が挿入される。また、ボア３が挿入された側と反対側の開口からスペーサ部材７が挿入される。
一方側の開口に第２ボデー部材２２が設けられ、他方側の開口に第３ボデー部材２３が設けられる。これにより、第２ボデー部材２２及び第３ボデー部材の間でボア３がボデー２内に保持される。また、図５に示すように、ボア３の軸芯方向の両側の端面にはＯリング３２（弾性シール部材）が設けてある。

図２〜図４に示すように、本実施形態では、吸気通路１０１の配置方向に沿って二つの軸体５が略平行に延在している。一方の軸体５に第１気筒の弁体４ａ及び第４気筒の弁体４ａが固定され、他方の軸体５に第２気筒及び第３気筒の弁体４ａが固定されている。夫々の弁体４ａは、特に限定はされないが、例えばビス４１などにより軸体５に固定されている。

図６及び図７に示すように、ボア３の軸体５の貫通部には軸受５２を包持する軸受包持部３１が形成してある。この軸受包持部３１の底部には中心側が深くなる段部を有して形成してある。このうち外側部分の内径は軸受５２の外径と略同径であり、中心側部分の内径は軸受５２の内輪よりやや大きい径である。軸受５２としては、例えばボールベアリングを用いる。ボールベアリングの内輪が軸体５に圧入されて軸体５と一体回転する。また、外輪は軸受包持部３１に軸芯方向に摺動可能に挿入される。

これにより、ここで説明する基準部５１が設けてある側の軸受包持部３１の底部と軸受５２の外輪とが当接する。つまり、基準部５１が軸受５２の内輪に当接し軸受５２の外輪がボア３に当接する。これにより、軸体５に対してボア３の相対位置が規定される。また、弁体４ａは軸体５に固定されているので、ボア３に対する弁体４ａの相対位置が規定される。一方、上述の状態で、基準部５１が設けられた側とは反対側の軸受包持部３１の底部と軸受５２との間には隙間が形成してある。

次にボデー２内におけるボア３の保持構造について説明する。図７に示すように、ボア保持部２１ａにボア３が挿入され、保持される。ボア保持部２１ａの内周はボア３の外周よりも大きく設定してあり、ボア保持部２１ａとボア３との間には隙間が形成される。このため、ボア３はボデー２に対して軸体５の軸芯方向に沿って相対移動可能である。ボデー２とボア３との間に渡って例えばバネ６１などの付勢手段６が設けてあり、ボア３と基準部５１とが近接する方向にボア３が付勢されている。このため、軸受５２の内輪が基準部５１に当接して軸体５に対するボア３の相対位置が規定される。また、弁体４ａは軸体５に対して固定されているので、ボア３に対する軸体５の位置も規定される。なお、軸体５の側を付勢するよう構成してもよい。

ここで、例えば温度変化に伴う軸体５の伸縮により基準部５１の位置が変化する場合を考える。ボア３は基準部５１に近接する方向に付勢されているので、基準部５１の移動に伴ってボア３も移動する。このため、弁体４ａとボア３との相対位置はほとんど変化せず、軸体５に固定された弁体４ａとボア３との相対位置も変化しない。この結果、弁体４ａとボア３の内周面３ａとの間のクリアランスをそれほど大きくしなくても、弁体４ａとボア３の内周面３ａとが当接することを防止することができる。
なお、基準部５１から基準部５１とは反対側の軸受５２までの間の軸体５の伸縮は、包持部の底部と軸受５２との間に形成された隙間により吸収される。

本実施形態のように軸体５に複数の弁体４ａを設けた場合、弁体４ａが長尺となり、温度変化に伴う当該軸体５の伸縮量も大きくなる。
しかし、本構成のように各弁体４ａを収容するボア３に対して基準部５１を設けることにより、弁体４ａ毎にボア３と軸体５との相対位置が規定され、弁体４ａとボア３との間の相対位置を一定に保つことができる。

［別実施形態１］
ボデー２とボア３との間のシール構造は図８及び図９に示すものであってもよい。図８及び図９において、ボア３の外周部分にシール部を保持する溝部が形成してあり、当該溝部にＯリング３２が設けてある。このＯリング３２により、ボア３の外周部と第１ブロック部材に形成したボア保持部２１ａの内周面との間が密閉される。
上述のシール構造により、ボア３をボア保持部２１ａ内にＯリング３２を介して確実に保持することができる一方、Ｏリング３２の弾性により、ボア３はボア保持部２１ａ内を軸体５の軸芯方向に沿って移動可能である。

［別実施形態２］
上述の実施形態において、ボデー２を第１ボデー部材２１、第２ボデー部材２２、第３ボデー部材２３の３つの部材で構成する例を示した。しかし、ボデー２は、その内部にボア３を保持可能な構成であれば何れの構成であってもよい。
例えば、ボデー２を第１ボデー部材２１及び第２ボデー部材２２の二つの部材で構成し、例えば、第１ボデー部材２１の第２ボデー部材２２を設けた側とは反対の端部を、吸気通路を構成する吸気管のフランジと接続して、第２ボデー部材２２とフランジとでボア３及びスペーサ７を保持するように構成しても良い。本構成により、部品点数を削減して、装置のコンパクト化を図ることができる。
また、ボデーは一つの部材で構成されるものであっても良い。本実施形態においては、ボデー２の内部にボア３及びスペーサ部材７を設け、ボデー２の一端が吸気通路を構成する吸気管のフランジに接続され、ボデー２の他端がエンジンヘッドに接続される。本実施形態のように一つの部材でボデー２を構成することにより、さらに部品点数を削減して装置のコンパクト化を図ることができる。

［別実施形態３］
上述の実施形態において、軸体５に複数の弁体４ａを設ける例を示したが、軸体５に対して一つの弁体４ａを設けるものであっても良い。

吸気弁と吸気制御装置との関係を示す説明図本発明に係る吸気制御装置の一例を示す図図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図図２のＩＶ−ＩＶ断面図図２のＶ−Ｖ断面図吸気制御装置の分解斜視図本発明に係る吸気制御装置の要部を示す詳細図別実施形態を示す断面図別実施形態を示す斜視図

符号の説明

１吸気制御装置
２ボデー
３ボア
３ａ内周面
４弁体
５軸体
５１基準部
６付勢部材
１００内燃機関
１０１吸気通路

Claims

内燃機関の吸気通路を構成するボデーと、
前記ボデーの内部に当該ボデーに対して相対移動可能に保持されるとともに前記ボデーと連通して、内周面が前記吸気通路を構成するボアと、
前記ボアを貫通して回動自在なように前記ボデーに設けられた軸体と、
前記ボア内にて前記吸気通路の開口面積を調節するよう前記軸体に固定された弁体とを有し、
前記軸体の軸芯方向に沿って、前記軸体に対する前記ボアの相対位置を規定する基準部を前記軸体に備えた吸気制御装置。
前記軸体に複数の前記弁体が固定され、各弁体を収容する夫々の前記ボアに対して前記基準部が夫々形成してある請求項１に記載の吸気制御装置。
前記ボア若しくは前記軸体の少なくとも何れか一方を、前記ボアと前記基準部とが近接するよう付勢する付勢手段を備えた請求項１又は２に記載の吸気制御装置。