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1. WO2010131512 - 内燃機関用吸気装置

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明 細 書

発明の名称 内燃機関用吸気装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012  

課題を解決するための手段

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024  

図面の簡単な説明

0025  

発明を実施するための形態

0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078  

産業上の利用可能性

0079  

符号の説明

0080  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20  

明 細 書

発明の名称 : 内燃機関用吸気装置

技術分野

[0001]
 本発明は、内燃機関用吸気装置に関し、詳しくは、エンジンの駆動速度に対応してサージタンクからエンジンの吸気部に空気を供給する経路長を切り換えるロータリバルブを備えたものにおいて、このロータリバルブのシール構造の改良に関する。

背景技術

[0002]
 上記のように構成された吸気装置に関連するものとして特許文献1には、サージタンク部の空気をエンジンに導入する分岐管部で成るインテークマニホルドを備え、サージタンクの空気をインテークマニホルドの終端部分に送るバイパス吸気経路を備え、このバイパス経路の連通・遮断を行うロータリバルブを備えた構成が示されている。この特許文献1では、エンジンの低速回転時にロータリバルブでバイパス経路を閉じることで、インテークマニホルドを介して長い吸気経路長で空気を供給することによる慣性過給効果を得ている。また、エンジンの高速回転時にはロータリバルブでバイパス経路を連通させることで短い吸気経路長で多量の空気を供給できるように構成されている。
[0003]
 この特許文献1の吸気装置では、ロータリバルブがケーシングとロータとで構成されている。また、長い吸気経路で空気を供給する状態においてバイパス経路から空気が流入した場合には慣性過給効果が損なわれるため、ロータとケーシングとの間にガスケットを備えている。このガスケットを備えるための具体的な構造として、ロータの外周に周方向に沿う環状溝と、回転軸芯に沿う直線溝とが形成されている。ガスケットは、環状溝に嵌入される円弧シール部と直線溝に嵌入される直線シール部とを一体形成した構造のものが用いられている。このような構造から円弧シール部を円弧溝に嵌入し、直線シール部を直線溝に嵌入する形態でガスケットがロータの外面に支持されている。
[0004]
 また、特許文献2には、特許文献1と同様に吸気管の長さの切り換えを行う切替ローラ(本発明のロータリバルブに相当)を回転自在に備え、シール性を高めるためのシールエレメントを切替ローラに備えた構成が示されている。シールエレメントは平行姿勢の一対のシール条片と、これらの両端部に配置されるリングエレメントとを一体的に形成した構造を有しており、切替ローラの外面に嵌め込む形態で係合支持される。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2005‐113873号公報 (段落番号〔0025〕~〔0033〕、図1~図5)
特許文献2 : 特表2001‐519006号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 吸気経路長を切り換えるロータリバルブが、ケーシングと、その内部に回転自在に収容されたロータとで構成されたものにおいて、特許文献1、特許文献2に示されるようにロータの外面にシール材を備えたものでは次に説明する不都合を招くことがあった。
[0007]
 つまり、ロータは、空気を流通させる開口状の空間と、空気の流れを遮断するための壁状部とを備えている。また、壁状部で空気の流れを遮断した際に不要な空気の漏出を確実に抑制するため、シール材は壁状部の近傍において外方(回転軸芯を基準にして外方)に突出する形態で備えられることになる。
[0008]
 壁状部は、開口状の空間と隣接する位置に配置されるため、シール材も流通空間に隣接する位置に配置される。このような配置関係から、シール材をロータの外面に備える構成では、シール材がロータの外方に突出する形態となり、壁状部や流通空間の形状を気流制御に適した形状に設定できず、開口状の空間における気流をシール材が阻害する不都合を招きやすいものであった。また、シール材をロータの外面に備える構成では、ロータ及びケーシングのボアの変形があっても、バルブの回転がスムーズにできる様にロータとシール材の間に空間を備える必要があり、ロータが大型化(大径化)する。また、大型化することにより、摺動抵抗や重量の増加に繋がるものであった。
[0009]
 前述したようにシール材がロータの外面に突出して配置されるものでは、回転軸芯周りでロータが回転した場合にはシール材がケーシング内面に常時接触し、摺動抵抗によりエネルギーを無駄に消費することになる。
[0010]
 また、ロータにシール材が備えられているため、例えば、振動によりロータの半径方向で、このロータとケーシングとの間隔が乱れた場合にはシール材とケーシングとの間に隙間が発生し密封性の低下も考えられた。特に振動が作用した場合には、ロータの外面のうちシール材が配置されていない部位においてロータが大きく振動してケーシングの内面に接触して異音を発生することも考えられている。
[0011]
 このように、気流制御の困難性、大型化、エネルギーロス、密封性の低下、異音の発生等は、ロータの外面にシール材を突出する形態で配置する構成から誘因されるものであり、これらを一挙に解消することは困難と考えられる。
[0012]
 本発明の目的は、気流制御を良好に行い、ロータリバルブでのエネルギーロスを低減し得る内燃機関用吸気装置を小型に構成する点にある。

課題を解決するための手段

[0013]
 本発明の特徴は、サージタンクと、前記サージタンクに連通する第1吸気経路と、前記サージタンクに連通する第2吸気経路と、前記第1吸気経路に接続する第1ポート、前記第2吸気経路に接続する第2ポート、及び内燃機関の吸気部に接続する出口ポートを備えるケーシングと、前記ケーシングのバルブケース部に回転軸芯周りに回転可能に収容されるロータを有し、前記ロータの回転により前記吸気部に送られる吸気を制御するロータリバルブと、前記ロータにより前記第1ポート、前記第2ポート、及び前記出口ポートのうち少なくともいずれかを閉塞している状態において、前記ロータと前記バルブケース部の前記ロータと対向する面との間をシールする第1シールと、を備える点にある。
[0014]
 これによると、いずれかのポートを閉塞していない状態においては、第1シールがロータとバルブケース部とをシールしないように構成してもよいので、閉塞状態ではシール機能を有しつつ、ロータ回転時の摺動抵抗を低減させることができる。また、ロータとバルブケース部とを常時シールする必要がないので、第1シールを設ける領域を減少させることができ、装置の小型化が可能となるとともに、ロータを気流制御に適した形状としやすくなる。従って、気流制御を良好に行い、ロータリバルブでのエネルギーロスを低減し得る内燃機関用吸気装置を小型に構成することができる。
[0015]
 本発明において、前記第1シールは、前記ロータの外周面と、前記バルブケース部の前記ロータの外周面と対向する面との間に設けられてもよい。
 これによると、ロータの外周面と、この外周面に対向するバルブケース部の面との間から空気が漏れることを防止できるので、気流制御を一層良好に行うことができる。
[0016]
 本発明において、前記第1シールは、前記ロータが前記ロータと対向する前記バルブケース部の面に当接することを抑制してもよい。
 これによると、振動が作用した場合でも、ロータとバルブケース部が接触して異音を発することを抑制できる。
[0017]
 本発明において、前記第1シールは、前記バルブケース部に設けられ、前記ロータ側に突出してもよい。
 これによると、例えば、ロータにシールを備えるもののように、ロータの回転に伴ってシールの移動を許す空間を確保する必要がないので、さらなる装置の小型化が可能となる。また、ロータにシールを備える必要がないので、ロータを気流制御の観点から好適な形状とする自由度が向上する。
[0018]
 本発明において、前記第1シールは、前記回転軸芯に沿う直線状のシール面を備えてもよい。
 これによると、第1シールの形状が簡易でありながら、ロータとバルブケース部とが良好にシールされるので、コスト面で有利なものとなる。
[0019]
 本発明において、前記第1シールは、付勢部材により前記ロータ側に付勢されてもよい。
 これによると、付勢部材の付勢力によってシール材の突出端をロータの弁部等に積極的に接触させて空気の流れを制限して密封性の向上が可能となる。
[0020]
 本発明において、前記バルブケース部に、前記回転軸芯を中心とするリング状又は円弧状の第2シールが設けられ、前記第2シールは、前記バルブケース部の面と、前記ロータの側面又は外周面とをシールしてもよい。
 これによると、ポートの部位において回転軸芯に沿う方向への空気の流れを第2シールで抑制できシール性を一層向上できる。
[0021]
 本発明において、前記第2シールは、前記第1シールと係合可能でもよい。
 これによると、第1シールと第2シールを装置に組み付ける際の作業性が向上するとともに、第1シールと第2シールとの間に隙間が生じないようにシールすることにより密封性が向上する。
[0022]
 本発明において、前記ケーシングは、第1ケーシングと第2ケーシングとで構成され、前記第1ケーシングと前記第2ケーシングとを連結することにより前記バルブケース部を形成し、前記第1ケーシングと前記第2ケーシングとを連結する前に、前記第1シールが前記第1ケーシングと前記第2ケーシングとに嵌め込まれ、且つ、前記ロータが前記第1ケーシング又は前記第2ケーシングに配置されて前記ロータリバルブを組み立ててもよい。
 これによると、組み立て時にケーシング内面が大きく開放した状態となるので簡単な組み立て工程により第1シールをケーシング内面に支持できる。また、支持した第1シールの抜け止めをロータによって行うことも可能となる。
[0023]
 本発明において、前記バルブケース部には、前記回転軸芯に沿って溝部が形成され、前記回転軸芯の周方向において、前記回転軸芯側とは反対側の前記溝部の幅は、前記回転軸芯側の前記溝部の幅より広く形成され、前記回転軸芯の周方向において、先端側より基端側の幅が広い断面形状の前記第1シールを前記回転軸芯に沿う方向から挿入することで、前記第1シールが前記バルブケース部に支持されてもよい。
 これによると、溝部に対して第1シールを挿入することにより、この第1シールをケーシングに対して回転軸芯方向への抜け止め状態で支持することができる。更に、溝部と第1シールとの隙間を小さくすれば、ロータの振動をより抑制することができる。
[0024]
 本発明において、前記ロータには弁部が形成され、前記弁部が前記出口ポートを閉塞する状態の時に、前記出口ポートに対して吸気の流入を許容する切り欠き部が前記弁部に形成されてもよい。
 これによると、弁部を、出口ポートを閉塞する位置に配置した場合でも、切り欠き部を介して空気の流入が可能となり、例えば、アイドリング回転時のようなエンジンの回転速度が低い場合に過剰な量の空気の供給を抑制できる。

図面の簡単な説明

[0025]
[図1] 第1実施形態の内燃機関吸気装置の断面図である。
[図2] 第1実施形態の内燃機関吸気装置の構造を示す斜視図である。
[図3] 第1実施形態の分解状態のケーシングを示す断面図である。
[図4] 第1シールと第2シールとを示す分解斜視図である。
[図5] 第1シールと板バネとを示す斜視図である。
[図6] 仕切壁の外周縁の形状を表す図である。
[図7] アイドリング回転時におけるロータの回転姿勢を示す断面図である。
[図8] 極低速回転時におけるロータの回転姿勢を示す断面図である。
[図9] 低速回転時及び高速回転時におけるロータの回転姿勢を示す断面図である。
[図10] 中速回転時におけるロータの回転姿勢を示す断面図である。
[図11] 第2実施形態の内燃機関吸気装置の構造を示す斜視図である。
[図12] 第2実施形態のケーシングの部位の構造を示す断面図である。
[図13] 第2実施形態の第1シール等の配置を示す斜視図である。
[図14] 第2実施形態の第1シール等の配置を示す分解斜視図である。
[図15] 第1シールと第2シールとの配置を示す断面図である。
[図16] 溝部に支持された第1シールの断面図である。
[図17] 溝部に支持されたスペーサの断面図である。
[図18] 第1シールの形状を示す斜視図である。
[図19] スペーサの形状を示す斜視図である。
[図20] 別実施形態のロータリバルブの断面図である。

発明を実施するための形態

[0026]
 以下、本発明に係わる内燃機関用吸気装置を、4気筒エンジンを有する車両に適用した第1実施形態を図面に基づいて説明する。
[0027]
(第1実施形態・全体構成)
 図1及び図2に示すように、内燃機関用吸気装置(以下、「吸気装置」と称する)は、空気貯留空間を有したサージタンクTと、このサージタンクTに連通する第1吸気経路D1と、前記サージタンクTに連通し前記第1吸気経路D1より長い経路長の第2吸気経路D2とを装置本体Aに備えている。装置本体Aの上部位置には第1吸気経路D1と第2吸気経路D2とからの吸気を制御してエンジンE(内燃機関)の吸気部Eaに供給するロータリバルブVを備えている。尚、吸気部Eaは吸気管2を介してエンジンEのシリンダヘッドに接続しており、この吸気管2の下流部位には燃料噴射ノズル(図示せず)が備えられる。
[0028]
 樹脂製の成形物を溶着によって連結することによりサージタンクTを構成する中空のタンク壁3が形成され、このタンク壁3の外部に吸込口1が形成されている。この吸込口1に対しエアークリーナとスロットル(図示せず)とを介して外気が吸入される。このタンク壁3の上部の筒状空間によって第1吸気経路D1が形成され、このタンク壁3の外面に一体形成した管状部4によって第2吸気経路D2が形成されている。ロータリバルブVの吸気方向の下流側には吸気部Eaに連結するフランジ5が形成されている。ロータリバルブVは、筒状のケーシングCのバルブケース部CaにロータRを回転軸芯X周りで回転自在に挿嵌した構造を有している。
[0029]
 そして、ロータRの回転姿勢の設定により吸気部Eaに送られる吸気を制御する吸気制御系が構成され、ロータRは、ECU等で構成される吸気制御ユニット(図示せず)によって回転姿勢が設定されることにより吸気部Eaに送られる吸気を制御する。
[0030]
 前述したようにサージタンクTの上部位置にロータリバルブVが配置され、第1吸気経路D1はロータリバルブVに対して斜め上方に向けて吸気の流れを作るように経路姿勢が設定されている。第2吸気経路D2はサージタンクTの外方を抱き込むように全体的に円弧状となる経路を有し、ロータリバルブVに対して斜め下方に向けて吸気の流れを作るように終端部の経路姿勢が設定されている。また、ロータリバルブVから吸気部Eaに対しては略水平姿勢の吸気の流れを作るように経路姿勢が設定されている。
[0031]
 第2吸気経路D2の経路長、内径、吸気部Eaに空気を送り込む角度は、吸気の慣性過給効果がエンジンEの中速回転時に最も効果的に発揮される値に設定されている。
[0032]
 ロータリバルブVのケーシングCには、第1吸気経路D1に接続する第1ポートP1と、第2吸気経路に接続する第2ポートP2と、吸気部Eaに接続する出口ポートP3とが開口形成されている。
[0033]
 図1~図5に示すように、ロータRは、回転軸芯Xを中心とする円盤状で複数の仕切壁11と、一対の仕切壁11の間に形成された壁状の弁部12と、一対の仕切壁11の間に形成された2つのリブ状体13と、軸体14とが樹脂成形により一体的に形成されている。尚、軸体14は金属で一体化されていても良い。また、仕切壁11は、ケーシングCのバルブケース部Caの内径より少し小さい外径に設定されている。
[0034]
 弁部12が形成される一対の仕切壁11は、回転軸芯Xの方向への吸気の流れを抑制す
る機能を有し、この一対の仕切壁11の対向する面同士の間隔は、回転軸芯Xに沿う方向での各ポートの幅より少し大きく設定されている。弁部12は、回転軸芯X周りでのロータRの回転姿勢により吸気を制御する機能を有している。リブ状体13はロータRを補強する機能を有しており、一対の仕切壁11を互いに平行する位置関係に維持し、仕切壁11同士が捩られる変形等を抑制する。
[0035]
 軸体14は、回転軸芯Xと同軸芯に配置されることによりロータRをケーシングCに対して回転自在に支持する機能を有すると共に、隣接する仕切壁11を連結する。外端位置の軸体14は、仕切壁11から外方に突出しており、一方の軸体14の外端部にアクチュエータとしての電動モータMの出力軸が連結し、他方の軸体14の外端部にロータリエンコーダ等の角度センサ16が連結される。角度センサ16からの検出信号を吸気制御ユニットにフィードバックする状態で、吸気制御ユニットが電動モータMを正回転と逆回転との何れかの方向への回転制御することによりロータRが目標とする回転姿勢に設定される。
[0036]
 仕切壁11は、回転軸芯Xを中心として全体的に円形に成形されるものであるが、図6に示す如く、この仕切壁11の外周縁(外周面)のうち、弁部12とリブ状体13とが形成された部位の外周縁を基準領域11Aの半径として、この基準領域11Aを除く部位の小径化領域11Bの外周縁の半径を基準領域11Aの半径より設定値Gだけ小さくしている。この設定値Gは僅かであるが、このように小径化領域11Bを形成することにより、ロータRの回転時における第1シール22と第2シール25との摺動抵抗を低減している。
[0037]
 前述したように本発明の吸気装置は内燃機関として4気筒エンジンを対象としており、装置本体Aにおいて第1吸気経路D1と第2吸気経路D2とは気筒の並び方向に沿って4組形成されている。これと同様に第1ポートP1、第2ポートP2、出口ポートP3夫々も同様に気筒の並び方向に沿って4組形成されている。これら第1ポートP1、第2ポートP2、出口ポートP3の開口部分の形状は夫々とも矩形であり、夫々の開口部分の近傍のうち平行する1組の開口縁が回転軸芯と平行姿勢に設定され、他方の1組の開口縁が回転軸芯Xに直交する姿勢の円弧状に設定されている。
[0038]
 回転軸芯Xは、気筒の並び方向に沿う横向き姿勢に設定され、ロータリバルブVのロータRには一対の仕切壁11が4組形成され、これに対応して4つの弁部12と4組のリブ状体13とが形成されている。特に、弁部12の一端部には図2に示す形状の切り欠き部12Aが形成され、後述するようにエンジンEがアイドリング回転にある際には、切り欠き部12Aを介して吸気部Eaに対する吸気を実現する。
[0039]
 サージタンクTの上流側のスロットルバルブの開閉により吸気量の調整が可能となり、この吸気は吸込口1(図2参照)を介してサージタンクTに流入する。燃焼室に近い位置で吸気制御を行うことが効果的であるため、出力ポートP3までの距離が短くなる位置にロータリバルブVが配置されている。
[0040]
(ロータリバルブ)
 ロータリバルブVのケーシングCは、エンジンEの気筒数に対応した数の独立したバルブケース部Caを回転軸芯Xに沿って配置し、夫々のバルブケース部Caのうち隣接するもの同士を回転軸芯Xと同軸芯の筒状部Cpで連結した構造を有している。
[0041]
 バルブケース部Caと筒状部Cpとは、2部材を半径方向で接当させて連結した構造を有している。つまり、図3に示すように、バルブケース部Caと筒状部Cpとはタンク壁3と一連に形成された樹脂製の第1ケーシング6と、フランジ5に連結する樹脂製の第2ケーシング7とを備えている。これら第1ケーシング6と第2ケーシング7とには仕切壁11の外側に配置される隔壁部6A、7Aが一体的にされている。また、第1ケーシング6に第1ポートP1と第2ポートP2とが形成され、第2ケーシング7に出口ポートP3が形成されている。そして、第1ケーシング6と第2ケーシング7とはフランジ面6f、7fにおいて溶着によって連結される。
[0042]
 また、バルブケース部Caのバルブケース部Caにおいて、第1ポートP1の開口の近傍と、出口ポートP3の開口の近傍とのうち、回転軸芯Xに平行する姿勢の領域に回転軸芯Xと平行する姿勢の溝部21が形成され、これに直線状の第1シール22が係合支持されている。また、第1ポートP1の開口の近傍と、出口ポートP3の開口の近傍とのうち、回転軸芯Xに直交する姿勢の領域はバルブケース部Caに沿う円弧状の第2シール25を備えている。
[0043]
 第1シール22は、付勢部材としての板バネ23により回転軸芯Xの方向に突出付勢されると同時に、溝部21の一方の内壁に圧接付勢されている。板バネ23は、バネ材料を加工することにより基端部23Aと、3つの突出付勢片23Bと、一対の押圧付勢片23Cとが一体的に形成されている。この板バネ23の形状に対応して溝部21には押圧付勢片23Cが配置される凹状空間21Aが形成されている。
[0044]
 第1シール22は、全体に板状で弾性変形可能な樹脂材料が用いられ、先端部には一対の仕切壁11に亘る長さで先細となるシール面22Aが形成され、基端部に板バネ23が配置される凹部22Bが形成されている。更に、この第1シール22は、先端側の両端位置に一部を切り欠いた形状の段状部22Cが形成され、この段状部22Cと凹部22Bとに挟まれる位置となる両端位置にガイド片22Dが形成されている。
[0045]
 第2シール25は円弧状で弾性変形可能な樹脂材料が用いられ、内周側には弁部12の周方向の長さに亘る長さで円弧状となるシール面25Aが形成されると共に、両端部に係合片25Bが一体的に形成されている。この第2シール25は仕切壁11の外周部分(外周面)に接触する位置に配置されるものであるが、1組の仕切壁11の外側(弁部12が存在しない側)の面(側面)に接触するように配置されるものでも良い。
[0046]
 尚、第1シール22と第2シール25とは、第1ポートP1と出口ポートP3とに対して同じ形のものが使用され、兼用化が図られている。
[0047]
(ロータリバルブ:組み立て)
 ロータリバルブVを組み立てる際には、第1ケーシング6の第1ポートP1と、第2ケーシング7の出口ポートP3の上下位置の溝部21に、板バネ23と第1シール22とを嵌め込み、次に、各ポートの上下位置の溝部21の端部に第2シール25の一対の係合片25Bに嵌め込む手順となる。第1シール22のシール面22Aと、第2シール25のシール面25Aとのバルブケース部Caの内周面からの突出量は等しく設定されている。尚、板バネ23と第1シール22とを溝部21に嵌め込んだ状態では板バネ23の押圧付勢片23Cが凹状空間21Aの内部に配置される。
[0048]
 このように、第1シール22と第2シール25とを支持した状態で第1ケーシング6と第2ケーシング7とに挟み込まれる位置にロータRを配置し、フランジ面6f、7fでの溶着によって第1ケーシング6と第2ケーシング7とが連結されている。更に、軸体14の外端部には電動モータMの出力軸が連結し、角度センサ16が連結される。
[0049]
 このように組み立てたロータリバルブVは、4つのバルブケース部Ca夫々に対してロータRの一対の仕切壁11、弁部12、リブ状体13が収容され、筒状部Cpに対してロータRの軸体14が収容される。
[0050]
 特に、組み立て状態のロータリバルブVは、第1シール22のガイド片22Dの外端部が溝部21の端部に接触することで、この第1シール22の溝部21の長手方向への移動が規制される。また、板バネ23の押圧付勢片23Cの付勢力により、第1シール22が溝部21におけるポート側の内面へ密着する状態に達する。更に、第1シール22の段状部22Cの部位からガイド片22Dに接触する部位に亘って第2シール25の係合片25Bが配置されることにより、この第2シール25はポート開口側への変位が規制される。第2シール25が隔壁部6A、7Aとの接当により、この第2シール25の反ポート開口側への変位が規制される。
[0051]
 そして、ロータRを回転させて弁部12を第1ポートP1の部位に配置した場合には、第1シール22が弁部12の周方向での両端位置(図10では上下の位置)において回転軸芯Xに沿った領域に接触すると同時に、第2シール25が仕切壁11の外周の基準領域11Aに接触する。特に、上側の第1シール22は弁部12において切り欠き部12Aが形成されていない領域に接触し、弁部12で第1ポートP1を閉塞する状態を現出する。
[0052]
 これと同様に、ロータRを回転させて弁部12を出口ポートP3の部位に配置した場合には、第1ポートP1と同様に弁部12によって出口ポートP3を閉塞することも可能であるが、後述するように完全に閉塞することはない。つまり、出口ポートP3の場合には、図7に示すように下側の第1シール22は気流を完全に遮断するものの、弁部12の切り欠き部12Aを介して出口ポートP3への吸気を許す位置関係が維持される。
[0053]
(ロータの回転姿勢の設定)
 この吸気装置では、アイドリング回転時には、図7に示すようにロータRの回転姿勢を設定することにより、出口ポートP3の開口の殆どの領域を弁部12で閉塞しながら、切り欠き部12Aを介した吸気が可能となる位置に弁部12が配置される。これにより、切り欠き部12Aを介して僅かの空気の吸気であるが、切り欠き部12Aがスリット状であるので出口ポートP3に対して上部の領域において吸気は比較的高速度で行われることになり吸気と燃料との混合を促進して良好な燃焼を実現する。
[0054]
 このアイドリング回転時においてエンジンEからの振動によってバルブケース部Caの内部においてロータRが、第1シール22を溝部21に対して出退させる方向に振動することもある。このような振動を招いた場合でも、第1シール22は板バネ23の突出付勢片23Bによって突出方向に付勢されているので、第1シール22のシール面22AとロータRの弁部12との間に大きい隙間は形成されることはない。従って、下側の第1シール22は弁部12に対して密着する状態を維持し、ロータRとケーシングCのバルブケース部Caとが接触に起因する異音の発生も抑制される。
[0055]
 また、第1ポートP1と出口ポートP3とに配置される一対の第1シール22は板バネ23の押圧付勢片23Cによって、溝部21におけるポート側の内面へ密着する方向に付勢されるので、夫々が溝部21のうちポートの開口に近い部位で吸気が漏出することもない。
[0056]
 極低速回転時には、図8に示すようにロータRの回転姿勢を設定することにより、出口ポートP3の多くの部分を弁部12で閉塞しながら、出口ポートP3に対して上端を少し下方に変位させる位置に弁部12が配置される。これにより弁部12の上部の空間を介して空気をエンジンEの燃焼室に供給する。そして、この吸気時にはエンジンEのシリンダ内にタンブル流を発生させ、燃料噴射ノズルから供給された燃料との混合を促進して良好な燃焼を実現する。
[0057]
 低速回転時には、図9に示すようにロータRの回転姿勢を設定することにより、何れのポートにも干渉しない位置に弁部12が配置される。これにより第1ポートP1と第2ポートP2との双方からの吸気を吸気部Eaに供給する。
[0058]
 中速回転時には、図10に示すようにロータRの回転姿勢を設定することにより、第1ポートP1を閉塞する位置に弁部12が配置される。これにより第2ポートP2からの吸気を直線的に燃焼室に供給する。この中速回転時においては直線的な経路に沿って吸気が行われることになり空気の動慣性を利用した慣性過給効果が最も効果的に現れる。
[0059]
 この慣性過給効果を発揮するためには、第2ポートP2からの吸気を乱すことなく出口ポートP3に導くことが重要となり、第1ポートP1を密封状態で閉塞することが要求される。そのために、弁部12に対して上下の第1シール22のシール面22Aが接触すると共に、一対の第2シール25のシール面25Aが接触する。この接触状態が維持されることにより、第1ポートP1からの空気の漏れ出しを阻止して第2ポートP2のみの吸気により良好な慣性過給効果を現出するのである。
[0060]
 高速回転時には前述した低速回転時と同様に、図9に示すようにロータRの回転姿勢を設定することにより、何れのポートにも干渉しない位置に弁部12を配置する。これにより第1ポートP1と第2ポートP2との双方からの吸気を吸気部Eaに供給する。
[0061]
 これらの制御は、エンジン回転数に基づいて吸気制御ユニットが電動モータMを制御することにより実現する。この吸気制御ユニットでは、アイドリング回転状態から極低速回転状態への移行と、この極低速回転から低速回転状態への移行と、低速回転状態から中速回転状態への移行を行う際においてはロータRを正転(図7では反時計方向の回転)させる制御が行われる。また、中速回転状態から高速回転状態に移行する際にはロータRを逆転(時計方向の回転)させる制御が行われる。
[0062]
(第2実施形態・全体構成)
 この第2実施形態では、サージタンクT、第1吸気経路D1、第2吸気経路D2等の装置本体Aの構成が第1実施の形態と共通しており、ロータリバルブVの構成が第1実施形態と異なっている。この第2実施形態では第1実施形態と同じ機能のものには第1実施形態と共通する番号・符号を付している。
[0063]
 図11、図12に示すように、ロータリバルブVは、ケーシングCに対して回転軸芯X周りで回転自在にロータRを挿嵌した構成についても第1実施形態と共通するものであるが、この第2実施形態では、ケーシングCが単純な筒状に構成され、ロータRも第1実施形態で示される軸体14を中間部分に備えず全体に円柱状となる形状のものが使用される。
[0064]
 つまり、ケーシングCには第1吸気経路D1に接続する第1ポートP1と、第2吸気経路に接続する第2ポートP2と、吸気部Eaに接続する出口ポートP3とが開口形成されている。ロータRには、回転軸芯Xを中心とする円盤状の一対の仕切壁11と、弁部12と、2つのリブ状体13とを1組として、これらを気筒数に対応した組数(4組)だけ備えている。このロータRは、隣接する組の仕切壁11同士を連結部18で連結した構造を有しており、この連結部18は隣接する仕切壁11を互いに連結する複数の板状材で構成することにより軽量化を図りながら剛連結を実現している。
[0065]
 尚、このロータRにおいても、第1実施形態で図6に示したものと同様に、仕切壁11の外周縁として基準領域11Aが形成され、この基準領域11Aの半径を基準として小径
化する小径化領域11Bが形成されている。
[0066]
 このロータリバルブVでは、図11~図19に示すようにケーシングCのバルブケース部Caに対して回転軸芯Xに沿う平行姿勢で、第1ポートP1に対応する部位及び出口ポートP3に対応する複数の溝部21が形成されている。この溝部21に対して第1シール22とスペーサ24とを挿入することにより、ポートが存在する部位に第1シール22が配置され、ポートが存在しない部位にスペーサ24が配置される。また、第1シール22とスペーサ24との境界部分には回転軸芯Xを中心とするリング状の第2シール25が配置される。
[0067]
 溝部21は、回転軸芯X側の溝幅より反回転軸芯側の溝幅が広い形状であり、第1シール22は先端側より基端側が厚い断面形状に形成され、溝部21に対して第1シール22を回転軸芯Xに沿う方向から挿入することで抜け止め状態で支持される。
[0068]
 溝部21は、溝開口幅(周方向での幅)と比較して底部の幅(周方向での幅)を広く設定することで断面形状が「L」字状となる抜け止めのための接当部21Bが形成されている。第1シール22は、全体に板状で弾性変形可能な樹脂材料が用いられている。この第1シール22の先端部には一対の仕切壁11に亘る長さで先細となるシール面22Aが形成され、基端部には、溝部21の断面形状に対応して抜け止めのための規制部22Eが一体形成され、また、この基端部には付勢部材としての複数のスプリング部22Fと、複数の突起部22Gとが一体形成されている。尚、スプリング部22Fは第1シール22に一体形成する必要はなく、金属製のバネ材を用いて第1シール22から分離するスプリングとして構成しても良い。
[0069]
 スペーサ24は、突出部24Aが形成されると共に、この突出部24Aのうち第1シール22に隣接する部位には第2シール25が係入する係合凹部24Bが形成されている。更に、基端部には第1シール22と同様に、溝部21の断面形状に対応して抜け止めのための規制部24Eが一体形成されている。また、第2シール25は、内周にシール面25Aが形成されている。
[0070]
 このロータリバルブVを組み立てる際には、複数の溝部21夫々に第1シール22を挿入し、バルブケース部Caに沿って第2シール25を挿入し、更に、溝部21にスペーサ24を挿入する。この挿入作業を4組について繰り返して行うことで第1ポートP1に対応する部位及び出口ポートP3に対応する部位に第1シール22が配置され、第2シール25が第1ポートP1に対応する部位及び出口ポートP3の外側に配置される。特に、第2シール25はスペーサ24の係合凹部24Bに係合されることで回転軸芯方向での位置が決まる。
[0071]
 この後に、ロータRをケーシングCのバルブケース部Caの内部に挿入し、このロータRを一方の端部を電動モータMに連結し、他方の端部を軸受等(図示せず)に回転自在に支持する。
[0072]
 このように構成されたロータリバルブVでは、第1シール22の規制部22Eが溝部21の接当部21Bに接当することで脱落が阻止される。これと同様にスペーサ24の規制部24Eが溝部21の接当部21Bに接当することで脱落が阻止される。
[0073]
 特に、第1シール22では、スプリング部22Fが第1シール22に対して突出方向に付勢力を作用させるため、弁部12に対してシール面22Aを適度の圧力で接触する。また、ロータリバルブVが振動した場合のように第1シール22が押し込まれる方向に変位した場合でも突起部22Gが溝部21の底壁に接当することで過度な変位が抑制される。
[0074]
 そして、ロータRを回転させて弁部12を第1ポートP1の部位に配置した場合には、第1シール22が弁部12の周方向での両端位置に接触すると同時に、第2シール25が仕切壁11の外周の基準領域11Aに接触し、気流を完全に遮断する。特に、下側の第1シール22は弁部12において切り欠き部12Aが形成されていない領域に接触し、弁部12で第1ポートP1を閉塞することを可能にしている。
[0075]
 これと同様に、ロータRを回転させて弁部12を出口ポートP3の部位に配置した場合には、第1ポートP1と同様に弁部12によって出口ポートP3を閉塞することも可能であるが、後述するように完全に閉塞することはない。つまり、出口ポートP3の場合には、一方の第1シール22は気流の流れを完全に遮断するものの、弁部12の切り欠き部12Aを介して出口ポートP3への吸気を許す位置関係が維持される。
[0076]
 この第2実施形態においても、第1実施形態で説明したものと同様に、アイドリング回転時、超低速回転時、低速回転時、中速回転時、高速回転時夫々に応じてロータリバルブVの回転角を設定する制御が行われる。
[0077]
 このように本発明の内燃機関用吸気装置では、ケーシングCの内面でポートの近傍に直線状の第1シール22を備え、更に、ポートの近傍に円弧状又はリング状の第2シール25を備えたので、シールに阻害されることなく気流制御を良好に行えるものとなる。更に、ロータRの回転時には弁部12がポートの部位に達した時点で第1シール22が弁部12に接触するので、ロータリバルブでのエネルギーロスを低減するものとなる。しかも、ケーシングCの内面に第1シール22と第2シール25とを備えたので、ロータRの外周にシールを備えたものと比較すると、ケーシング内面とロータRの外面との間にシール移動用の空間を必要とせず小型に構成できるのである。
[0078]
(別実施形態)
 本発明では、図20に示すように、出口ポートP3に配置される一対の第1シール22のうち下側のものを備えないようにロータリバルブVを構成しても良い。このように構成することにより、ケーシングCのバルブケース部Caの下部に水やオイルが溜まった場合でも、シールに阻害されることなく、これらを吸気の流れとともに吸気部Eaの方向に容易に送り出すことが可能となる。

産業上の利用可能性

[0079]
 本発明は、吸気作動を行うエンジン全般に利用することができる。

符号の説明

[0080]
6      第1ケーシング
7      第2ケーシング
12     弁部
12A    切り欠き部
21     溝部
22     第1シール
22A    シール面
22F    付勢部材(スプリング部)
23     付勢部材(板バネ)
25     第2シール
C      ケーシング
Ca     バルブケース部
D1     第1吸気経路
D2     第2吸気経路
Ea     吸気部
P1     第1ポート
P2     第2ポート
P3     出口ポート
R      ロータ
T      サージタンク
V      ロータリバルブ
X      回転軸芯

請求の範囲

[請求項1]
 サージタンクと、
 前記サージタンクに連通する第1吸気経路と、
 前記サージタンクに連通する第2吸気経路と、
 前記第1吸気経路に接続する第1ポート、前記第2吸気経路に接続する第2ポート、及び内燃機関の吸気部に接続する出口ポートを備えるケーシングと、
 前記ケーシングのバルブケース部に回転軸芯周りに回転可能に収容されるロータを有し、前記ロータの回転により前記吸気部に送られる吸気を制御するロータリバルブと、
 前記ロータにより前記第1ポート、前記第2ポート、及び前記出口ポートのうち少なくともいずれかを閉塞としている状態において、前記ロータと前記バルブケース部の前記ロータと対向する面との間をシールする第1シールと、を備える内燃機関用吸気装置。
[請求項2]
 前記第1シールは、前記ロータの外周面と、前記バルブケース部の前記ロータの外周面と対向する面との間に設けられる請求項1に記載の内燃機関用吸気装置。
[請求項3]
 前記第1シールは、前記ロータが前記ロータと対向する前記バルブケース部の面に当接することを抑制する請求項1又は2に記載の内燃機関用吸気装置。
[請求項4]
 前記第1シールは、前記バルブケース部に設けられ、前記ロータ側に突出する請求項1~3のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
[請求項5]
 前記第1シールは、前記回転軸芯に沿う直線状のシール面を備える請求項1~4のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
[請求項6]
 前記第1シールは、付勢部材により前記ロータ側に付勢される請求項1~5のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
[請求項7]
 前記バルブケース部に、前記回転軸芯を中心とするリング状又は円弧状の第2シールが設けられ、
 前記第2シールは、前記バルブケース部の面と、前記ロータの側面又は外周面とをシールする請求項1~6のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
[請求項8]
 前記第2シールは、前記第1シールと係合可能な請求項7に記載の内燃機関用吸気装置。
[請求項9]
 前記ケーシングは、第1ケーシングと第2ケーシングとで構成され、
 前記第1ケーシングと前記第2ケーシングとを連結することにより前記バルブケース部を形成し、
 前記第1ケーシングと前記第2ケーシングとを連結する前に、前記第1シールが前記第1ケーシングと前記第2ケーシングとに嵌め込まれ、且つ、前記ロータが前記第1ケーシング又は前記第2ケーシングに配置されて前記ロータリバルブを組み立てる請求項1~8のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
[請求項10]
 前記バルブケース部には、前記回転軸芯に沿って溝部が形成され、
 前記回転軸芯の周方向において、前記回転軸芯側とは反対側の前記溝部の幅は、前記回転軸芯側の前記溝部の幅より広く形成され、
 前記回転軸芯の周方向において、先端側より基端側の幅が広い断面形状の前記第1シールを前記回転軸芯に沿う方向から挿入することで、前記第1シールが前記バルブケース部に支持される請求項1~9のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
[請求項11]
 前記ロータには弁部が形成され、前記弁部が前記出口ポートを閉塞する状態の時に、前記出口ポートに対して吸気の流入を許容する切り欠き部が前記弁部に形成されている請求項1~10のいずれか一項に記載の内燃機関用吸気装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]