JP5823847B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用内燃機関等の吸気装置に関し、特に、エアクリーナの入口側の有効通路断面積を吸入空気流量に応じて切り換えるようにした吸気装置に関する。

自動車用内燃機関等の内燃機関においては、吸気系の吸気入口として外部に開口する吸気ダクトの通路断面積が大きいと、外部へ漏洩する吸気騒音が大となり、他方で、通路断面積が過度に小さいと、吸入空気流量が大きいときに通気抵抗が大となり、吸気効率が低下する、ということが知られている。

そのため、エアクリーナの入口側の有効通路断面積を吸入空気流量に応じて変化させる技術が従来から種々提案されている。例えば、特許文献１には、吸気ダクトとして第１吸気通路と第２吸気通路とを並列に設け、その一方となる第２吸気通路に、スプリングや錘等の付勢手段により閉方向へ付勢されたフラップ状の弁を設けた構成が開示されている。この弁は、弁の前後の圧力差により該弁に開方向へ作用する力とスプリング等の付勢手段による閉方向への付勢力とのバランスによって開閉動作し、吸入空気流量が少ない内燃機関の低回転域では閉じており、吸入空気流量が多い高回転域では自然に開となる。これによって有効通路断面積が２段階に切り換えられる。つまり、制御装置やアクチュエータを用いることなく、フラップ状の弁が吸気流に応答して自然に開閉する構成となっている。

特開２０００−５４９２４号公報

上記のように吸気流による付勢力によってフラップ状の弁を押し開くようにした従来の構成にあっては、内燃機関の低回転時にスプリング等の付勢手段によって全閉状態が保持されるようになっているため、内燃機関の吸気の脈動や車両走行振動などによって、全閉位置にあるフラップ状の弁が振動する、という問題がある。特に、機関回転速度が、弁が開動作し始める設定回転速度付近にあるときに、吸気脈動等に応じて弁が微小な開閉を繰り返し、吸気通路内壁面と弁先端との衝突によって異音が発生する。

なお、上記特許文献１では、このような振動を抑制するために、全閉位置にある弁体を永久磁石によって保持するようにした実施例も開示されているが、このように永久磁石による磁力をスプリング付勢力に付加した構成では、弁が過度に開きにくくなり、所望の設定回転速度で円滑に開動作させることが困難になり易い。

この発明は、内燃機関のエアクリーナの吸気入口側に２つの吸気通路を有し、その一方の吸気通路に、吸気流に応答して開くフラップ機構を設けてなる内燃機関の吸気装置において、上記フラップ機構は、上記吸気通路を開閉するように一端の回動中心を中心として回動可能に支持された板状をなすメインフラップと、このメインフラップに対し上記回動中心を中心として所定の角度をなすように設けられ、上記メインフラップと一体に回動する板状をなすダンパフラップと、上記吸気通路の外壁の一部に、上記メインフラップの開動作に伴う上記ダンパフラップの回動軌跡に沿うように凹設され、かつ該ダンパフラップとの間にダンパ空間を形成するダンパ室と、上記メインフラップを閉方向へ付勢する付勢手段と、を備えている。そして、上記ダンパ室は、上記ダンパフラップの周縁が微小間隙を介して内壁面に近接し、上記ダンパ空間が実質的に密閉空間となっており、上記メインフラップが所定開度よりも大きいときに上記ダンパ空間を開放する連通路が上記内壁面に設けられている。

上記のような構成においては、メインフラップとダンパフラップとが一体となって吸気流に応答して回動する。吸入空気流量が少ない機関低速域では、スプリングや錘等からなる付勢手段による付勢力によってメインフラップが全閉位置となり、一方の吸気通路を閉塞する。このとき、吸気の脈動や車両走行振動等によってメインフラップが振動しようとすると、該メインフラップと一体のダンパフラップがダンパ室内で振動することとなる。メインフラップの全閉位置付近では、ダンパフラップの周縁がダンパ室の内壁面に微小間隙を介して近接し、ダンパ空間が実質的に密閉空間となっているので、ダンパフラップの振動ひいてはメインフラップの振動が抑制される。つまり、ダンパフラップおよびダンパ室によって一種の空気圧ダンパが構成され、全閉位置付近でのメインフラップの振動ひいては異音の発生が抑制される。

一方、吸入空気流量が所定のレベルまで増加すると、スプリング等の付勢手段の付勢力に抗してメインフラップが開き始める。このとき、ダンパフラップおよびダンパ室からなるダンパは所定開度まではダンパとして僅かな抵抗を与えるが、所定開度を越えてダンパフラップがダンパ室内壁面の連通路に差し掛かると、連通路を介してダンパ空間が開放され、ダンパとしての抵抗が喪失する。従って、メインフラップはダンパフラップとともに全開位置まで速やかに回動する。

一つの具体的な態様では、上記ダンパフラップの先端縁に対向する上記ダンパ室の周方向の内壁面が、上記メインフラップの全閉位置から上記所定開度までに対応する角度範囲では上記ダンパフラップの先端縁に微小間隙を介して近接している。そして、上記所定開度よりも大きい角度範囲では上記ダンパフラップの先端縁から離間するように外周側に後退して位置し、これによって上記連通路を構成している。

すなわち、メインフラップの全閉位置付近では、ダンパフラップの先端縁がダンパ室の周方向の内壁面に近接し、ダンパ空間を実質的に密閉空間に保っているが、所定開度を越えると、ダンパフラップ先端縁との間に大きな間隙が生じ、ダンパ空間が開放される。

また一つの好ましい態様では、上記メインフラップが全開位置にあるときに、上記ダンパ室の上記吸気通路に対する開口部を上記メインフラップが閉塞する。すなわち、メインフラップは全開位置では吸気流の方向と実質的に平行となり、吸気通路の壁面に沿ってダンパ室の開口部を閉塞する。従って、吸気通路内を流れる吸気流を阻害しない。

この発明に係る内燃機関の吸気装置においては、エアクリーナの吸気入口側の有効通路断面積を大小変化させることができ、機関低速域での吸気騒音の低減と機関高速域での吸気効率の確保とを両立させることができる。そして、メインフラップが全閉位置付近にあるときは、吸気脈動等によるメインフラップの振動をダンパ作用によって効果的に抑制でき、また吸入空気流量が増えてメインフラップが開く際には、所定開度においてダンパ作用が喪失し、速やかにメインフラップが開く。従って、メインフラップの振動による異音発生を防止できる一方で、吸入空気流量の増加時に、フラップ機構の開動作の遅れに伴う加速性能の悪化を回避することができる。

この発明に係る吸気装置全体の構成説明図。 フラップ機構の一実施例を示すセカンダリダクトの一部切欠断面図。 フラップ機構を正面から見たセカンダリダクトの断面図。 フラップバルブを単体で示す斜視図。 ダンパケース部を外側から見た斜視図。 フラップバルブが開動作するときの説明図。 フラップバルブが全開位置にあるときの説明図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、内燃機関１の吸気装置全体の構成を概略的に示した構成説明図であって、例えばガソリン機関からなる内燃機関１の吸気コレクタ（図示せず）に接続された吸気通路２は、スロットルバルブ３を具備し、かつ先端にエアクリーナ４が接続されている。このエアクリーナ４は、内部のエアクリーナエレメント５によっていわゆるダストサイドとクリーンサイドとに仕切られているが、そのダストサイドに、吸気入口となるプライマリダクト６とセカンダリダクト７とが接続されている。これらのプライマリダクト６およびセカンダリダクト７は、互いに並列に設けられており、各々の先端が外気取入口として外部に向かって開口している。そして、その一方、例えばセカンダリダクト７に、該セカンダリダクト７を開閉するフラップ機構８が設けられている。基本的に、吸入空気流量の少ない機関低速域ではこのフラップ機構８を閉じることで外部へ漏洩する吸気騒音を低減し、吸入空気流量の多い機関高速域ではこのフラップ機構８を開くことで必要な通路断面積を確保するようになっている。

図２は、上記フラップ機構８の詳細を示すためにセカンダリダクト７の一部を切り欠いて示した側面図であり、図３は、上記フラップ機構８が設けられている部分でのセカンダリダクト７の断面を示している。図３に示すように、セカンダリダクト７は、左右一対の側壁７ａ，７ａおよび上部壁７ｂ，底部壁７ｃからなる矩形状の通路断面形状を有し、かつ上部壁７ｂの上面に、ダンパ室１１（図２参照）を内側に構成するダンパケース部１２が膨出形成されている。そして、このダンパケース部１２の位置に、図２に示すように、フラップ機構８を構成するフラップバルブ１３が配置されている。

図２では、図１と同じく、図左方が吸気取入口側、図右方がエアクリーナ４側であり、図右方へ向かって吸気が流れる。なお、車両に搭載した状態ではフラップ機構８が必ずしも図２，図３に示すような姿勢にある訳ではないが、以下の説明では、理解を容易にするために、上・下、左・右、時計回り方向、反時計回り方向といった位置関係を示す用語を図２の姿勢を基準として用いることとする。

図２および図４に示すように、フラップバルブ１３は、矩形の板状をなすメインフラップ１５と、同じく矩形の板状をなすダンパフラップ１６と、を含み、これら２つのフラップ１５，１６がＶ字形をなすように各々の一端部で互いに接続されているとともに、両フラップ１５，１６の間に、両者を連結する一対の側壁１７が三角形に設けられている。Ｖ字の頂点となる両フラップ１６の接続部の両側には、該フラップバルブ１３の回動中心となる回転軸部１８がそれぞれ側方へ突出して設けられており、これらの回転軸部１８の先端に、アーム１９の基端が接続されている。この一対のアーム１９は、メインフラップ１５の側縁１５ｂと平行に延び、かつ先端に、それぞれピン２０が突設されている。上記回転軸部１８は、セカンダリダクト７の上部壁７ｂ近傍の位置において左右一対の側壁７ａに設けた軸受孔２１（図３参照）にそれぞれ回転自在に嵌合している。これによって、フラップバルブ１３は、全体として、回転軸部１８を中心として回動可能となるように支持されている。

また、上記アーム１９はセカンダリダクト７の側壁７ａの外側に位置し、その先端のピン２０とセカンダリダクト７の側壁７ａ上のピン２２との間に、付勢手段となる引張型のコイルスプリング２３が配設されている。このコイルスプリング２３は、セカンダリダクト７の長手方向に沿って配設されており、メインフラップ１５の開度が増加するに従って伸長する。従って、このコイルスプリング２３の引張力によって、フラップバルブ１３全体が図２の時計回り方向つまりメインフラップ１５の閉方向に付勢される。なお、付勢手段としては、コイルスプリング以外の弾性部材や錘による重力などを用いることもできる。

上記メインフラップ１５は、セカンダリダクト７の矩形の通路断面形状に対応した矩形の板状をなし、図２に示すように、その閉位置では、回転軸部１８から吸気流の下流側へと斜めに延びている。また、上記ダンパフラップ１６は、メインフラップ１５の上方に位置し、メインフラップ１５と同様に矩形の板状をなしている。一つの実施例では、ダンパフラップ１６の幅はメインフラップ１５の幅と等しく、かつ先端縁１６ａまでの長さは、メインフラップ１５の先端縁１５ａまでの長さよりも僅かに短い。但し、本発明はこのような寸法関係に限定されるものではなく、ダンパフラップ１６の形状や寸法は任意である。上記メインフラップ１５と上記ダンパフラップ１６との間の角度つまりＶ字形の頂角は、全閉位置におけるメインフラップ１５の傾斜角度に対応して設定されており、メインフラップ１５が全閉位置にあるときに、ダンパフラップ１６がセカンダリダクト７の上部壁７ｂないし底部壁７ｃと平行となるように、その角度が設定されている。

なお、上記フラップバルブ１３は、図４に示す全体が合成樹脂材料にて一体に成形されている。

セカンダリダクト７の上方に膨出形成されたダンパケース部１２によって、吸気通路側から見ると凹んだ形となるダンパ室１１が形成されている。このダンパ室１１は、フラップバルブ１３が開方向へ回動したときにダンパフラップ１６の進入を許容するように、ダンパフラップ１６の回動軌跡に沿った形状をなしている。より詳しくは、ダンパ室１１は、ダンパフラップ１６の左右の側縁１６ｂ（図４参照）の回動軌跡に沿った平面をなす左右一対の側方の内壁面１１ｂと、ダンパフラップ１６の先端縁１６ａの回動軌跡に沿った円弧面をなす周方向の内壁面１１ａと、フラップバルブ１３の頂角に対応した傾斜角でもって傾斜した平面をなす天井側の内壁面１１ｃと、を備えており、天井側の内壁面１１ｃとダンパフラップ１６との間の空間がダンパ空間３１となる。また、上記のようにセカンダリダクト７内の吸気通路側から見て凹設されているダンパ室１１は、矩形の開口部３２を介してセカンダリダクト７内の吸気通路と連通しているが、この開口部３２は、図２に示すように、メインフラップ１５が全閉位置にあるときには、ダンパフラップ１６によって実質的に閉塞されている。上記ダンパフラップ１６の側縁１６ｂとダンパ室１１の側方の内壁面１１ｂとの間、ならびに、ダンパフラップ１６の先端縁１６ａとダンパフラップ１６の周方向の内壁面１１ａとの間、には微小間隙のみが存在し、従って、ダンパ空間３１は実質的に密閉空間となる。

ここで、ダンパフラップ１６の先端縁１６ａに対し微小間隙を介して対向するダンパ室１１の周方向の内壁面１１ａは、上記開口部３２から上方へ比較的小さな角度範囲内にのみ設けられており、これよりも上方では、拡径内壁面１１ｄとして、ダンパフラップ１６の先端縁１６ａの回動軌跡に対し外周側に後退した位置に設けられている。つまり、拡径内壁面１１ｄは、ダンパフラップ１６の先端縁１６ａの回動軌跡から十分に大きく離間しており、これによって、ダンパ空間３１を開放する連通路３３がダンパフラップ１６の全幅に亘って形成されている。なお、図示例では拡径内壁面１１ｄも円弧面をなしているが、この部分はダンパフラップ１６の先端縁１６ａから離れているので、その形状は任意である。

ダンパフラップ１６の先端縁１６ａに近接する内壁面１１ａと上記先端縁１６ａから相対的に大きく離間した拡径内壁面１１ｄとの間の境界の位置は、吸気脈動等によるメインフラップ１５の振動ないしばたつきの抑制が必要なメインフラップ１５の所定開度までの角度範囲に対応している。一例としては、１０°〜２０°程度の角度範囲に設定されるが、勿論、これに限定されるものではない。

上記のような構成においては、内燃機関１の吸入空気流量が所定レベルより少ない機関低速域では、ダンパフラップ１６全体がコイルスプリング２３の引張力によって図２の時計回り方向へ付勢され、メインフラップ１５が図２に示すような全閉位置に保持される。このとき、ダンパフラップ１６はダンパ室１１の開口部３２に位置し、ダンパ空間３１を実質的に密閉空間に保っている。従って、吸気脈動や車両走行振動等によってメインフラップ１５が動くと、これに伴ってダンパフラップ１６が移動しようとし、その際に、ダンパ空間３１内の空気がメインフラップ１５周囲の微小間隙を介して流動する必要があるので、ダンパフラップ１６の動きに対しダンパ作用が得られる。そのため、全閉位置付近でのメインフラップ１５の振動ないしばたつき、ひいては壁面との衝突による異音の発生が抑制される。

一方、吸入空気流量が所定のレベルまで増加すると、吸気流の付勢力によりコイルスプリング２３の引張力に抗してメインフラップ１５が開き始める。このとき、ダンパフラップ１６およびダンパ室１１からなるダンパは、ダンパフラップ１６の先端縁１６ａがダンパ室１１の内壁面１１ａを通過する所定開度まではダンパとして僅かな抵抗を与えるが、所定開度を越えてダンパフラップ１６の先端縁１６ａが拡径内壁面１１ｄの位置に差し掛かると、図６に矢印Ｓで示すように、拡径内壁面１１ｄからなる連通路３３を介してダンパ空間３１から空気が逃がされる。つまりダンパ空間３１が開放され、ダンパとしての抵抗が喪失する。従って、メインフラップ１５はダンパフラップ１６とともに全開位置まで速やかに回動する。

そのため、例えば、アイドル状態から内燃機関１を加速したような際に、吸入空気流量の増加に応答して、メインフラップ１５が全開位置まで速やかに開くこととなり、その開動作の遅れに伴う加速性能の悪化を確実に回避することができる。

図７は、上記メインフラップ１５がセカンダリダクト７を開放した全開位置にある状態を示しており、この全開状態においては、ダンパフラップ１６がダンパ室１１の天井側の内壁面１１ｃに隣接しているとともに、メインフラップ１５がダンパ室１１の開口部３２を閉塞している。図示例では、メインフラップ１５がダンパフラップ１６よりも僅かに長いため、メインフラップ１５の先端縁１５ａが開口部３２の開口縁に重なった状態となり、この部分がストッパとしても機能する。このようにメインフラップ１５が開口部３２を閉塞し、かつメインフラップ１５は吸気流と平行となるようにセカンダリダクト７の上部壁７ｂに沿って位置するので、セカンダリダクト７内の吸気の流れが円滑なものとなり、吸気抵抗の増加が少ない。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限らず、種々の変更が可能である。例えば上記実施例では、拡径内壁面１１ｄによってダンパフラップ１６の全幅に亘る連通路３３が構成されているが、例えばダンパフラップ１６の先端縁１６ａの幅の一部にのみ対応する凹溝状の連通路としてもよく、さらには、ダンパフラップ１６の側縁１６ｂに対向するダンパ室１１の側方の内壁面１１ｂに連通路を形成することも可能である。

４…エアクリーナ
６…プライマリダクト
７…セカンダリダクト
８…フラップ機構
１１…ダンパ室
１３…フラップバルブ
１５…メインフラップ
１６…ダンパフラップ
２３…コイルスプリング
３１…ダンパ空間
３３…連通路

Claims (3)

1. 内燃機関のエアクリーナの吸気入口側に２つの吸気通路を有し、その一方の吸気通路に、吸気流に応答して開くフラップ機構を設けてなる内燃機関の吸気装置において、
   上記フラップ機構は、
   上記吸気通路を開閉するように一端の回動中心を中心として回動可能に支持された板状をなすメインフラップと、
   このメインフラップに対し上記回動中心を中心として所定の角度をなすように設けられ、上記メインフラップと一体に回動する板状をなすダンパフラップと、
   上記吸気通路の外壁の一部に、上記メインフラップの開動作に伴う上記ダンパフラップの回動軌跡に沿うように凹設され、かつ該ダンパフラップとの間にダンパ空間を形成するダンパ室と、
   上記メインフラップを閉方向へ付勢する付勢手段と、
   を備えてなり、
   上記ダンパ室は、上記ダンパフラップの周縁が微小間隙を介して内壁面に近接し、上記ダンパ空間が実質的に密閉空間となっており、上記メインフラップが所定開度よりも大きいときに上記ダンパ空間を開放する連通路が上記内壁面に設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 上記ダンパフラップの先端縁に対向する上記ダンパ室の周方向の内壁面が、上記メインフラップの全閉位置から上記所定開度までに対応する角度範囲では上記ダンパフラップの先端縁に微小間隙を介して近接し、かつ、上記所定開度よりも大きい角度範囲では上記ダンパフラップの先端縁から離間するように外周側に後退して位置し、これによって上記連通路を構成していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 上記メインフラップが全開位置にあるときに、上記ダンパ室の上記吸気通路に対する開口部を上記メインフラップが閉塞することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。

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