JP5610217B2 - 内燃機関用吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気マニホールド本体と、複数の吸気開口を並設してあるヘッドピースと、前記複数の吸気開口に各別に対応するトンネル状の吸気流路を有し、前記ヘッドピースとの相対回転で前記吸気開口に対する前記吸気流路の開口面積を変更する回転弁体とを備えた内燃機関用吸気装置に関する。

特許文献１には従来の内燃機関用吸気装置が記載され、吸気マニホールド本体と、複数の吸気開口を並設してあるヘッドピースと、複数の吸気開口に各別に対応するトンネル状の吸気流路を有し、ヘッドピースとの相対回転で吸気開口に対する吸気流路の開口面積を変更する回転弁体とを備えている。
特許文献２には、吸気に排ガスを供給するために、吸気マニホールド本体への吸気通路の内部に排ガス供給用のノズルを設けてある過給エンジンのＥＧＲ装置が記載されている。
特許文献３には、吸気通路の吸気流量を調節するバタフライ式の弁体に排ガス出口を設け、弁体の全開時に排ガス出口を閉塞する閉塞部を吸気通路に設けてあるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の吸気装置が記載されている。

特開２００５−５４６０３号公報 特許第３９２３６６５号公報 特開２００９−２７５６０４号公報

このため、特許文献１に記載の内燃機関用吸気装置において、エンジンからの排ガスやブローバイガス、或いは燃料タンク内のエバポガスなどのガスを吸気に供給するために、特許文献２に記載のように、吸気マニホールド本体への吸気通路の内部にガス供給用のノズルを設けると、吸気抵抗（圧損）が大きくなり、エンジンの性能が低下するおそれがある。
また、ガス中に含まれるデポジットが回転弁体などに堆積して、回転弁体の作動不良が生じるおそれもある。
特許文献１に記載の内燃機関用吸気装置において、ガスを吸気に供給するために、特許文献３に記載のように、吸気通路の吸気流量を調節するバタフライ式の弁体にガス出口を設け、弁体の全開時にガス出口を閉塞する閉塞部を吸気通路に設けると、エンジンの高速回転時に弁体を全開したときにはガス出口が閉塞されるので、エンジンの高速回転から低速回転への移行時に、ガスを応答性良く供給できないおそれがある。
また、吸気圧が高くなった場合には、ガスや吸気がガス出口からガス供給路内に逆流して、ガスを吸気に供給できないおそれもある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、ガスを吸気に供給するにあたって、吸気抵抗が増大したり、デポジットが回転弁体などに堆積するおそれが少ない内燃機関用吸気装置を提供することを目的とする。

本発明の第１特徴構成は、吸気マニホールド本体と、複数の吸気開口を並設してあるヘッドピースと、前記複数の吸気開口に各別に対応するトンネル状の吸気流路を有し、前記ヘッドピースとの相対回転で前記吸気開口に対する前記吸気流路の開口面積を変更する回転弁体とを備え、前記回転弁体の内部のうちの前記吸気流路と干渉しない位置に、前記回転弁体の回転軸芯に沿ってガス供給路を形成すると共に、前記ガス供給路から供給されたガスが、前記回転弁体の外周面上を流通した後、夫々の吸気流路の下流側に合流するよう、前記回転弁体の外周面にガス出口を形成してある点にある。

本構成の内燃機関用吸気装置は、回転弁体の内部のうちの吸気流路と干渉しない位置に、回転弁体の回転軸芯に沿ってガス供給路を形成してあると共に、回転弁体の外周面にガス出口を形成してある。
このため、吸気抵抗が増大する原因となるガス供給用のノズルを吸気流路に設けることなく、ガスを吸気に供給することができる。
また、ガス供給路から供給されたガスが、回転弁体の外周面上を流通した後、夫々の吸気流路の下流側に合流するようガス出口を形成してある。
このため、デポジットが回転弁体などに堆積しないように、ガス供給路から供給されたガスを吸気流路の下流側で吸気に供給することができる。
したがって、本構成の内燃機関用吸気装置であれば、ガスを吸気に供給するにあたって、吸気抵抗が増大したり、デポジットが回転弁体などに堆積するおそれが少ない。

本発明の第２特徴構成は、前記回転弁体の外周面と前記ヘッドピースとの間に前記吸気マニホールド本体に連通する隙間が形成され、前記ガス出口は前記隙間に臨むように形成されている点にある。

本構成であれば、吸気マニホールド本体内の吸気を、回転弁体の外周面とヘッドピースとの間の隙間を通して吸気流路の下流側に向けて高速で流出させることができる。
このため、隙間における吸気の圧力低下により、ガス供給路内のガスを、隙間に臨むように形成されているガス出口から吸い出すように円滑に排出させることができる。

本発明の第３特徴構成は、前記ガス出口から前記ガス供給路へのガスの逆流を阻止可能な弁体が設けられている点にある。

本構成であれば、エンジンの高速回転時などの吸気圧力がガス供給路内の圧力よりも高い場合に、ガスの逆流を防止することができると共にガス供給路への吸気の流入も防止することができる。
このため、エンジンの高速回転から低速回転への移行時などにおいて吸気圧力がガス供給路内の圧力よりも低くなった場合に、弁体が開くと同時に吸気などが混じっていないガスを高い応答性で供給することができ、ガスの供給制御が容易になる。

本発明の第４特徴構成は、前記ガス供給路のガス入口を、前記回転弁体の回転軸芯方向の端部に回転軸芯周りで環状に形成したガス導入空間に臨ませてある点にある。

本構成であれば、回転弁体のヘッドピースに対する回転位相にかかわらず、ガスをガス供給路に確実に導入することができる。

インテークマニホールド（内燃機関用吸気装置）の斜視図である。 インテークマニホールドの正面図である。 回転弁体の斜視図である。 ヘッドピースと回転弁体とボアピースとを分離した状態の斜視図である。 図２におけるＶ−Ｖ線断面図である。 図５におけるVI−VI線断面図である。 弁体部が微少開弁位置にあるときを示す断面図である。 弁体部が全開位置にあるときを示す断面図である。 逆止弁体の取り付け状態を示す斜視図である。 第２実施形態を示すロータリーバルブの回転軸芯方向に沿う断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図９は、本発明による内燃機関用吸気装置、具体的には、自動車用四気筒エンジンのインテークマニホールドを示す。なお、本発明は、例えば六気筒エンジン用の内燃機関用吸気装置であってもよく、内燃機関の気筒数に限定されない。
インテークマニホールドは、図示しないスロットルボディとエンジンのシリンダヘッドとの間に組み付けられる。

図１，図２に示すように、インテークマニホールドは、スロットルポート１ａを有する樹脂製の吸気マニホールド本体（サージタンク）１と、各気筒に対応する四つの吸気開口３を並設してある樹脂製のヘッドピース２と、ロータリーバルブ５と、ガスの一例としてのエンジンからの排ガスを吸気に供給する排出ガス再循環装置（ＥＧＲ）用の排出ガス再循環供給通路６とを備えている。

ロータリーバルブ５は、図３に示すように、四つの吸気開口３に各別に対応し、かつ、吸気マニホールド本体１に連通するトンネル状の吸気流路１５を有し、ヘッドピース２との相対回転で各吸気開口３に対する吸気流路１５の開口面積を変更する四つの弁体部４を回転軸芯Ｘの方向に並設してある。
尚、図２では、ロータリーバルブ５の弁体部４が後述する微少開弁位置にあるときを示している。

インテークマニホールドは、図示しないターボチャージャーやスーパーチャージャーで過給した空気をスロットルポート１ａを通して吸気マニホールド本体１に給気し、各吸気開口３を通してエンジンの各気筒に供給する。

図４，図５に示すように、ロータリーバルブ５は、吸気マニホールド本体１の吸気出口側に組み付けられたボアピース７とヘッドピース２との間に、樹脂製の回転弁体８を電動モータ８ａの駆動で回転軸芯Ｘの周りに回転操作自在に支持して設けてある。

回転弁体８は、図５に示すように、ボアピース７とヘッドピース２との間に挟むように予め組み込まれているので、ロータリーバルブ５を吸気マニホールド本体１の側に組み付け易い。

図６に示すように、回転弁体８は、回転軸芯Ｘの方向の両端部に配置した左右の円形の端板部９と、左右の端板部９の間に等間隔で配置した三つの円形の中間板部１０とを回転軸芯Ｘと同芯状に有している。
左右の端板部９には、金属製の回転支軸１１をインサート成形して固定してある。回転支軸１１は、ヘッドピース２に設けた軸受け部材１２に回転自在に支持されている。

回転弁体８には、各吸気開口３毎に対応する弁体部４が回転軸芯Ｘの方向に沿って並設されている。
弁体部４は、電動モータ８ａによる回転弁体８の駆動回転で吸気開口３に連通させる吸気流路１５の開口面積を変更するもので、隣り合う端板部９と中間板部１０との間、及び、隣り合う中間板部１０どうしの間に一体に設けられている。

図５，図６に示すように、各端板部９及び各中間板部１０の外周面と、その外周面を回転自在に保持しているボアピース７及びヘッドピース２の保持面との間には、隣り合う吸気開口３に亘る吸気の出入りを防止する樹脂製シール材１３を装着してある。
ボアピース７とヘッドピース２は、シール材１３を挟んでスナップフィットで連結してある。

各弁体部４には、図７，図８に示すように、吸気流路１５を形成する二つの弁体部材１４が、回転軸芯Ｘを挟んで対向するように、端板部９又は中間板部１０に一体に樹脂成形されている。
各弁体部材１４は、吸気流路１５に臨ませる扁平な流路形成面１４ａと、端板部９又は中間板部１０の外周形状に沿う円弧状の弁体外周面１４ｂとを有する断面形状を備えている。

各弁体部４は、二つの弁体部材１４の流路形成面１４ａを互いに平行に、かつ、回転軸芯Ｘに沿わせて、二つの流路形成面１４ａと左右の端板部９又は中間板部１０とで囲まれた断面形状が略矩形の吸気流路１５を形成してある。

各弁体部４には、図３，図４，図７，図８に示すように、吸気流路１５を吸気マニホールド本体１の側に延長する矩形筒状のファンネル部１６が一体に延設されている。このため、吸気マニホールド本体１から吸気通路への空気流入が円滑になり、エンジンへの必要空気を十分に供給できる。

弁体部４にファンネル部１６が一体に延設されているので、ファンネル部１６をボアピース７に設けた場合に形成される弁体部４とファンネル部１６との間の隙間を無くして、吸気抵抗を軽減できる。
尚、ファンネル部１６の吸気入口側は、内径が入口側ほどに大きくなるラッパ状に形成してある。

排出ガス再循環供給通路６は、図６に示すように回転弁体８の内部に互いに平行に形成した二つの排ガス供給路１７を通して供給されるエンジンからの排ガスを、各弁体部４の吸気流路１５の出口側に設けた排ガス出口１８から吸気開口３に向けて供給し、吸気と混合してエンジンで燃焼させる。

排ガス供給路１７は、吸気流路１５と干渉しないように、各弁体部４を構成している二つの弁体部材１４の夫々に対応させて、回転軸芯Ｘの方向で隣り合う弁体部材１４の夫々に亘って回転軸芯Ｘに沿って一連に連通するように、弁体部材１４の内部に形成されている。

各排ガス供給路１７の排ガス入口１９は、一方の端板部９に回転軸芯Ｘの方向の一端側に向けて開口するように形成され、各排ガス供給路１７に連通する排ガス出口１８が、各弁体部材１４の弁体外周面１４ｂに開口している。

排ガス入口１９の夫々は、図６に示すように、回転弁体８の回転軸芯Ｘの方向の端部である一方の端板部９と軸受け部材１２との間に形成した回転軸芯Ｘの周りで環状の排ガス導入空間２０に臨むように開口している。
排ガス導入空間２０には、図示しないＥＧＲバルブの開弁によりエンジンからの排ガスが流入し、流入した排ガスが排ガス入口１９を通して各排ガス供給路１７に導入される。

排ガス出口１８は、図７，図８に示すように、排ガス供給路１７から供給された排ガスが、弁体外周面１４ｂ上を流通した後、夫々の吸気流路１５の下流側に合流するように、弁体外周面１４ｂの回転軸芯Ｘの方向の中心位置であって、かつ、吸気流路１５の下流側で流路形成面１４ａに近接する位置に、吸気流路１５の外側で吸気開口３に向けて開口するように弁体外周面１４ｂに形成されている。

弁体部材１４の弁体外周面１４ｂとヘッドピース２との間に吸気マニホールド本体１に連通する隙間２１が形成され、弁体部４が開弁位置にあるときには排ガス出口１８が隙間２１に臨んでいる。
隙間２１は、シール材１３で弁体部４毎に区画されている。
吸気マニホールド本体１の吸気が吸気流路１５から吸気開口３に流入する際に、隙間２１の圧力を低下させて、排ガス供給路１７内の排ガスを排ガス出口１８から吸い出すように効率良く供給することができる。

図９に示すように、排ガス出口１８には、排ガス出口１８から排ガス供給路１７への排ガスの逆流を阻止可能な樹脂製又は樹脂製の逆止弁体２２が設けられている。
排ガス出口１８は、弁体外周面１４ｂに形成した扁平な凹面部２３に開口しており、逆止弁体２２は、排ガス出口１８よりも吸気マニホールド本体１の側の凹面部分に接着等により固定された固定部分２２ａと、排ガス出口１８を開閉させる弁体部分２２ｂとを、変形が容易な薄肉部２２ｃを介して一体に備えた板状に形成されている。
尚、固定部分２２ａは、ビス止めなどの接着以外の手段で固定してあってもよい。

逆止弁体２２は、吸気開口３側の圧力（過給圧）が排ガス供給路１７側の圧力よりも高いときは、弁体部分２２ｂが排ガス出口１８を閉じる姿勢に保持されて排ガスの逆流を阻止する。
吸気開口３側の圧力が排ガス供給路１７側の圧力よりも低いときは、薄肉部２２ｃの弾性変形により、弁体部分２２ｂが排ガス出口１８を開ける姿勢に姿勢変化して、排ガス出口１８から吸気開口３への排ガスの供給を許容する。

エンジンの吸気行程では吸気開口３を通過する吸気による吸い出し効果で逆止弁体２２が開いて排ガスが排ガス出口１８から吸気開口３に供給される。
このとき、排ガスは排ガス供給路１７内で供給待機状態になっているので、逆止弁体２２が開くと同時に排ガスが吸気開口３に供給される。

したがって、逆止弁体２２により、排ガス供給の応答性が向上し、ＥＧＲバルブの開閉動作を制御することにより最適な量の排ガスを吸気開口３に供給して、エンジンの全使用域で燃費改善や排気ガスのクリーン化を図ることができる。

図２，図７は、エンジンのアイドリング時や低速回転時において、弁体部４が微少開弁位置（ＴＣＶ状態）にあるときを示す。
この微少開弁状態では、吸気流路１５と吸気開口３とが一方の弁体部材１４とヘッドピース２との間の狭い通路２７を介して連通していて、吸気開口３に流速が速い強い吸気流が発生する。

強い吸気流は、燃料の霧化促進とエンジン内でのタンブル流の発生とにより完全燃焼させ易いので、燃費改善や排気ガスのクリーン化を図ることができる。
この微少開弁状態で図示しないＥＧＲバルブを開弁すると、排ガスが強い吸気流による吸い出し効果で排ガス出口１８から吸気開口３に供給される。

図８は、エンジンの中速回転時又は高速回転時において、回転弁体８の弁体部４が開弁位置にあるときを示す。
この開弁状態では、吸気マニホールド本体１から吸気開口３への吸気抵抗が最小となり、ＥＧＲバルブを開弁すると、排ガスが排ガス出口１８から吸気開口３に供給される。

〔第２実施形態〕
図１０は、本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、第１実施形態で示した二つの排ガス供給路１７のうちの一つを、エンジン内に充満するガス（ブローバイガス）や燃料タンク内の蒸散ガスなどの可燃ガスを供給する可燃ガス供給路２４として設けてある。

このため、可燃ガス供給路２４の可燃ガス入り口２５は、他方の端板部９に回転軸芯方向の他端側に向けて開口するように形成され、排ガス導入空間２０と同様に形成した環状の可燃ガス導入空間２６に臨むように開口している。

したがって、本実施形態では、エンジンの排ガスと、エンジン内や燃料タンク内の可燃ガスとを、各弁体部４の吸気流路１５の出口側から吸気開口３に向けて供給し、吸気と混合してエンジンで燃焼させることができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔その他の実施形態〕
１．本発明による内燃機関用吸気装置は、吸気に供給するガスが、エンジンからの排ガス以外に、エンジンのブローバイガスや燃料タンク内のエバポガスなどのガスであってもよい。
２．本発明による内燃機関用吸気装置は、吸気マニホールド本体とヘッドピースとロータリーバルブのいずれか、又は全部をアルミ合金で形成してあってもよい。

１ 吸気マニホールド本体
２ ヘッドピース
３ 吸気開口
８ 回転弁体
１４ｂ 外周面
１５ 吸気流路
１７ ガス供給路
１８ ガス出口
１９ ガス入口
２０ ガス導入空間
２１ 隙間
２２ 弁体
Ｘ 回転軸芯

Claims (4)

1. 吸気マニホールド本体と、
   複数の吸気開口を並設してあるヘッドピースと、
   前記複数の吸気開口に各別に対応するトンネル状の吸気流路を有し、前記ヘッドピースとの相対回転で前記吸気開口に対する前記吸気流路の開口面積を変更する回転弁体とを備え、
   前記回転弁体の内部のうちの前記吸気流路と干渉しない位置に、前記回転弁体の回転軸芯に沿ってガス供給路を形成すると共に、
   前記ガス供給路から供給されたガスが、前記回転弁体の外周面上を流通した後、夫々の吸気流路の下流側に合流するよう、前記回転弁体の外周面にガス出口を形成してある内燃機関用吸気装置。
2. 前記回転弁体の外周面と前記ヘッドピースとの間に前記吸気マニホールド本体に連通する隙間が形成され、前記ガス出口は前記隙間に臨むように形成されている請求項１記載の内燃機関用吸気装置。
3. 前記ガス出口から前記ガス供給路へのガスの逆流を阻止可能な弁体が設けられている請求項１又は２記載の内燃機関用吸気装置。
4. 前記ガス供給路のガス入口を、前記回転弁体の回転軸芯方向の端部に回転軸芯周りで環状に形成したガス導入空間に臨ませてある請求項１〜３のいずれか１項記載の内燃機関用吸気装置。

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