JPH04143418A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の吸気制御装置に関する。

〔従来の技術〕

機関運転状態に応じて吸気通路内に配置されたスロット
ル弁の開度を制御して吸入空気の絞り調整を行うことに
より機関吸入空気量を制御する内燃機関が広く用いられ
ている。しかしながらこの場合、機関部分負荷運転時に
スロットル弁により吸入空気が絞られるために機関吸気
行程において機関燃焼室内が負圧になり、その結果ピス
トンを下降させるのに力を要し、斯くしてポンピング損
失が発生するという問題がある。この問題を解決するた
めに、上述のようにスロットル弁の開度を変化させるこ
とにより吸入空気量を制御するのではなく、吸入空気を
絞らずに機関運転状態に応じて吸気下死点前に吸気通路
を閉塞することにより機関燃焼室内への吸入空気の流入
期間を変化させて吸入空気量を制御するミラーサイクル
内燃機関が公知である（特開昭６２−１７４５３１号公
報参照）。

この特開昭６２−１７４５３１号公報に開示されたミラ
ーサイクル内燃機関では、吸気通路軸線とほぼ直角をな
して吸気通路を貫通する円筒状貫通孔を形成し、この貫
通孔内に吸気通路を連通可能な開口を有するスリーブを
挿入し、機関と同期して貫通孔軸線回りに回転する弁体
をスリーブ内に挿入してこの弁体によりスリーブの開口
を開閉制御するようにしている。ここでスリーブは機関
運転状態に応じて貫通孔軸線回りに回転変位せしめられ
、その結果弁体による吸気通路の開閉時期が吸気弁の開
閉弁時期に対して変化せしめられ、斯くして機関燃焼室
内への吸入空気の流入期間が変化せしめられて機関吸入
空気量が制御されるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでこのようなミラーサイクル内燃機関において機
関運転状態に応じた所定の吸入空気量を精度良く得るた
めには、弁体が閉弁したときに吸気通路が良好に閉鎮さ
れることが必要である。そのためには弁体外周縁とスリ
ーブ内壁面間のクリアランスをできるだけ小さくするこ
とが望ましい。

しかしながら上述のミラーサイクル内燃機関では、貫通
孔軸線と弁体の回転軸線との間の加工誤差によるずれ量
に見合う分だけ弁体外周縁がスリーブの内径よりも小さ
な外径を有するように形成せざるをえず、その結果弁体
外周縁とスリーブ内壁面間のクリアランスが大きくなっ
てしまうという問題がある。特に多気筒内燃機関におい
て、互いに並列配置された複数個の吸気通路を具備し、
これら吸気通路を横切って吸気通路とほぼ直角方向に延
びる円筒状貫通孔を形成し、各吸気通路内に機関と同期
して回転する弁体を配置した場合には、円筒状貫通孔が
長くなるのでこの貫通孔の良好な真直度や円筒度を確保
することが困難であり、その結果弁体外周縁と貫通孔内
壁面間のクリアランスを小さくすることが単気筒内燃機
関の場合に比べて更に困難であるという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば吸気通路軸
線とほぼ直角をなして吸気通路を貫通する円筒状貫通孔
を形成し、機関と同期して貫通孔軸線回りに回転する弁
体を貫通孔に挿入して弁体により吸気通路を開閉制御す
るようにした吸気制御装置において、弁体の全外表面を
可削性樹脂によって覆うと共に、可削性樹脂により覆わ
れかつ貫通孔軸線から最も離れた弁体外周縁のほぼ全体
が弁体の組付は時であって吸気通路壁面と弁体の温度が
ほぼ等しいときに貫通孔の内径よりも大きな外径を有す
るように形成して弁体外周縁を覆う可削性樹脂のほぼ全
体が貫通孔内壁面と接触するようにしている。

〔作　用〕

弁体の組付は時には冷却等の方法により弁体を収縮せし
め、この収縮せしめられた弁体を貫通孔に挿入する。次
いで吸気通路壁面と弁体の温度がほぼ等しくなると、弁
体外周縁を覆う可削性樹脂のほぼ全体が貫通孔内壁面と
接触するようになる。

その結果、弁体が貫通孔軸線回りに回転するにつれて弁
体外周縁を覆う可削性樹脂が貫通孔内壁面により磨耗せ
しめられ、斯くして弁体外周縁が貫通孔内壁面に対して
擦り合わせせしめられる。

〔実施例〕

第１図および第２図に４気筒４サイクル内燃機関の全体
図を示す。第１図および第２図を参照すると、１はシリ
ンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４
は燃焼室、５は吸気弁、６は吸気ポート、７は排気弁、
８は排気ポート、９は燃料噴射弁、１０は点火栓を夫々
示す。吸気弁５および排気弁７は夫々、吸気弁５および
排気弁７をそれらの閉弁方向に向けて付勢する圧縮ばね
１２および圧縮ばね１３によってカム１４およびカム１
５に押圧されている。カム１４およびカム１５が回転す
るにつれて吸気弁５および排気弁７が開閉せしめられる
。

シリンダへラド３にはハウジング１７が固定され、この
ハウジング１７内に４本の吸気通路１８が互いに並列配
置され、各気筒の吸気ポート６が夫々対応する吸気通路
１８に接続される。これらの４本の吸気通路１８を横切
って吸気通路１８とほぼ直角方向に延びる円筒状貫通孔
２０が形成され、機関と同期して貫通孔２０の軸線回り
に回転するロータリ弁２２が貫通孔２０内に挿入される
。ロータリ弁２２０両端部はハウジング１７内に取付け
られた軸受２５，２６．２７により回転自在に支承され
ている。このロータリ弁２２は各吸気通路１８を開閉制
御する４個の弁体３０を具備し、更に、隣り合う弁体３
０の中間、および両端の弁体３０の外方に夫々シール部
３１を具備する。

弁体３０およびシール部３１の詳細な構造については後
述する。

次に第１図から第３図を参照して本実施例におけるロー
タリ弁２２の駆動機構について説明する。

ロータリ弁２２の端部が調整駒３２を介して駆動プーリ
３３に固定される。この駆動プーリ３３はタイミングベ
ルト３４を介してカムシャフトプーリ３５に連結され、
斯くしてロータリ弁２２がカムシャフトに同期して貫通
孔２０の軸線回りに回転するようになっている。なおロ
ータリ弁２２はカムシャフトの回転速度の１７２、すな
わち４サイクル内燃機関の場合には機関クランク軸の回
転速度の１７４の回転速度で駆動されるようになってい
る。すなわちロータリ弁２２は機関の１サイクル毎に１
８０°だけ貫通孔２０の軸線回りに回転せしめられる。

第２図において各気筒は“１気筒、“３気筒、肴４気筒
、“２気筒の順序でクランク角の位相が１８０°ずつ遅
れており、従って各気筒の吸気行程もこの順序で１８０
°ずつ位相が遅れている。従って各気筒の吸気通路１８
を開閉制御する弁体３０は上述の順序でロータリ弁２２
の回転角度において４５゜ずつ位相をずらして夫々ロー
タリ弁２２上に配置され、即ち各弁体３０はクランク角
に換算すると１８０゜ずつ位相をずらして配置されてい
る。吸気弁５の開弁期間は約２００°から約２４０°の
クランク角期間であり、一方弁体３０の開弁期間は吸気
弁５の開弁期間よりも少し長くなっている。従って弁体
３０が吸気弁５よりも先に開弁しかつ後に閉弁する場合
には、燃焼室４内への吸気時期および吸気期間は弁体３
０による吸気通路１８の開閉制御の影響を受けずに吸気
弁５の開閉弁時期によって制御される。

次に第２図および第３図を参照してロータリ弁２２の開
閉弁時期調節手段の構成について説明する。

ロータリ弁２２と駆動プーリ３３の対向する各端部には
夫々ヘリカルスプライン２２ａ、３３ａが相互に反対方
向のねじれをもって形成されている。これらのヘリカル
スプライン２２ａ、３３ａには夫々調整駒３２の内周面
一に形成された突起３２ａ＝３２ｂが噛合し、第３図に
おいて調整駒３２を左右方向に移動させることにより、
ロータリ弁２２が駆動プーリ３３に対して回転変位し、
斯くしてロータリ弁２２の各弁体３０による各吸気通路
１８の開閉時期を金気筒について同じクランク角だけ同
時に変化させることができる。この調整駒３２の軸方向
への移動は、調整駒３２の外周面に形成された環状の係
止溝３２ｃに一端を嵌合された調整レバー３５の揺動に
よって行われる。

この調整レバー３５はその中間部が軸３６によって揺動
可能に構成されており、調整レバー３５はアクチ一エー
タ３８によって作動せしめられる。アクチエエータ３８
は電子制御ユニット４０の出力信号に基づいて制御され
る。この電子制御ユニット４０には機関吸入空気量Ｑを
表わす出力信号を発生するエアフローメータ４１と、機
関回転数Ｎを表わす出力信号を発生する回転数センサ４
２とが接続される。

電子制御ユニット４０内ではエアフローメータ４１およ
び回転数センサ４２の出力信号に基づいて機関負荷Ｑ／
Ｎが算出され、この機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎ
に基づいてアクチュエータ３８が作動制御され、その結
果ロータリ弁２２の各弁体３０による各吸気通路１８の
開閉時期が制御される。アクチュエータ３８の作動量は
予め実験により機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎに対
して夫々最適な値がマツプの形で求められている。弁体
３０の開弁期間を吸気弁５の開弁期間に対して前にずら
して、ロータリ弁２２が吸気弁５よりも先に開弁しかつ
先に閉弁するようにすると、機関吸気行程の途中で吸気
通路１８が弁体３０によって閉鎖される。その結果、そ
の後の吸気行程において燃焼室４内では吸気の断熱膨張
が生じ、斯くしてミラーサクィルが実現される。このよ
うに機関運転状態に応じてロータリ弁２２の弁体３０の
開閉弁時期を制御することにより、機関１サイクル中に
おける燃焼室４内への吸入空気の流入期間が制御され、
斯くして機関運転状態に応じた適切な吸入空気量を得る
ことができる。なおこの場合、吸気を絞らないのでほぼ
大気圧の空気をピストンの下降により燃焼室４内に吸い
込むこととなり、従ってポンピング損失が少くて済む。

次に第４図および第５図を参照してロータリ弁２２の弁
体３０およびシール部３１の構造について説明する。ロ
ータリ弁２２は金属製のロータリ弁基部４５と、このロ
ータリ弁基部４５のほぼ全外表面を覆う可削性樹脂層４
６とを具備する。なお本明細書では、「磨耗しやすい樹
脂」のことを「可削性樹脂」と称する。本実施例では可
削性樹脂層４６は、ナイロンおよび珪酸マグネシウムか
らなる可削性樹脂、または、イオンフッ化エチレンとエ
チレンとカーボンファイバとからなる可削性樹脂（例え
ばアフロンＣＯＰ　（登録商標））等から形成される。

このような可削性樹脂により覆われかつ貫通孔２０軸線
から最も離れた弁体３０外周縁のほぼ全体が、ロータリ
弁２２０組付は時であって吸気通路１８壁面と弁体３０
の温度がほぼ等しいときに円筒状貫通孔２０の内径より
も大きな外径を有するように形成される。また上述のよ
うにロータリ弁２２は、隣り合う弁体３０の中間、およ
び両端の弁体３０の外方に、夫々シール部３１を有する
。このシール部３１においてロータリ弁基部４５は円筒
形状をなし、このロータリ弁基部４５の外周面上に環状
をなすシール部材４９が備えられる。このシール部材４
９はニトリルゴム、フッ素ゴムまたはシリコンゴム等か
らなる。シール部材４９は可削性樹脂層４６によってロ
ータリ弁２２の上述の所定の位置に固着せしめられ、こ
のシール部材４９により隣り合う吸気通路１８間の空気
の漏洩、或いは吸気通路１８とハウジング１７外部との
間の空気の漏洩が防止される。可削性樹脂層４６により
覆われたシール部３１外周面はぼ全体がロータリ弁２２
０組付は時であって吸気通路１８壁面とロータリ弁２２
の温度がほぼ等しいときに円筒状貫通孔２０の内径より
も大きな外径を有するように形成される。

なお、通常０リング等のシール部材は軸の外周面上また
は穴の内周面上に形成された溝内に装着される。一方、
本実施例ではロータリ弁基部４５の外周面上に溝を形成
せずにシール部材４９を可削性樹脂層４６によりロータ
リ弁基部４５の外周面上に固着せしめるという簡便な構
造により、空気の漏洩を確実に防止できるという特徴を
有する。

ロータリ弁２２を貫通孔２０内に組付ける際には、ロー
タリ弁２２を冷却等の方法により収縮せしめ、次いでこ
の収縮せしめられたロータリ弁２２を貫通孔２０内に挿
入する。次いで吸気通路１８壁面とロータリ弁２２の温
度がほぼ等しくなると、弁体３０外表面を覆う可削性樹
脂層４６の外周縁のほぼ全体、およびシール部３１外表
面を覆う可削性樹脂層４６の外周面のほぼ全体が貫通孔
２０内壁面と接触するようになる。従ってロータリ弁２
２が貫通孔２０軸線回りに回転するにつれて、弁体３０
外周縁を覆う可削性樹脂層４６、およびシール部４８外
周面を覆う可削性樹脂層４６が貫通孔２０内壁面により
磨耗せしめられる。斯くして弁体３０外周縁が貫通孔２
０内壁面に対して擦り合わせせし緬られる。その結果弁
体３０外周縁と貫通孔２０内壁面との間のクリアランス
を非常に小さくすることができ、従って弁体３０の閉弁
時に吸気通路１８を良好に閉鎮することができるので、
機関吸入空気量を精度良く制御することができる。また
同様にシール部３１の可削性樹脂層４６の外周面が貫通
孔２０内壁面に対して擦り合わせせしめられる。その結
果シール部３１の可削性樹脂層４６の外周面と貫通孔２
０内壁面との間のクリアランスを非常に小さくすること
ができ、これによりシール部材４９によって確保される
気密性をより確実なものにすることができる。

機関長が長い多気筒内燃機関の場合には円筒状貫通孔２
０を形成するのにハウジング１７の両側面から貫通孔２
０を加工することが必要になる。この場合、第６図（ａ
）に示すように貫通孔２０の良好な円筒度を確保するこ
とは困難であり、第６図（ｂ）および（Ｃ）に示すよう
に貫通孔２０に段差が形成されたり、貫通孔２０の真直
度が悪くなることが多い。しかしながら本実施例ではロ
ータリ弁２２の弁体３０外周面およびシール部３１外周
面が可削性樹脂層４６によって覆われているので、第６
図（ｂ）。

（Ｃ）に示すように貫通孔２００円筒度が良好でない場
合においても、上述のように可削性樹脂層４６が貫通孔
２０内壁面により磨耗せしめられるのでロータリ弁２２
を組付けることができると共に、弁体３０外周縁と貫通
孔２０間のクリアランス、およびシール部３１における
可削性樹脂層４６外周面と貫通孔２０間のクリアランス
を極力小さくすることができる。

次に第７図を参照してロータリ弁２２の製造方法につい
て説明する。まず初めに第７図（ａ）に示すように鋳造
または鍛造等によってロータリ弁基部４５を形成する。

次いで第７図（ｂ）に示すようにシール部材４９をロー
タリ弁基部４５に装着する。

次いで第７図（Ｃ）に示すように、シール部材４９が装
着されたロータリ弁基部４５を金型内に設置して射出成
形によりロータリ弁基部４５の外表面に可削性樹脂層４
６を被覆せしめる。これによりシール部材４９がロータ
リ弁基部４５に固定される。次いで第７図（ｄ）に示す
にように、軸受２５，２６・２７内に支持される軸部、
ヘリカルスプライン２２ａ１可削性樹脂層４６の外周縁
部の機械加工を行う。なお可削性樹脂層４６により覆わ
れかつロータリ弁２２の回転軸線から最も離れた弁体３
０外周縁のほぼ全体、およびシール部３１の可削性樹脂
層４６外周面のほぼ全体が、ロータリ弁２２の組付は時
であって吸気通路１８壁面とロータリ弁２２の温度がほ
ぼ等しいときに貫通孔２０の内径よりも大きな外径を有
するように、可削性樹脂層４６の外周縁が機械加工され
る。

次に第８図に示す別の実施例について説明する。

第８図は６気筒４サイクル内燃機関において、ロータリ
弁２２の中央部を軸受５２により保持するようにした実
施例を示している。なお軸受５２により保持されるロー
タリ弁２２部分は可削性樹脂により被覆されず、この部
分はロータリ弁基部４５を機械加工することにより形成
される。このように機関長が長い多気筒内燃機関の場合
にロータリ弁２２の中央部を軸受５２によって保持する
ことにより、ロータリ弁２２の撓みが低減せしめられる
ので、ロータリ弁２２の中間に継手を設けたりロータリ
弁２２を分割したりする必要がなくなる。なお第８図に
示す実施例ではロータリ弁２２の中央部に１箇所だけ軸
受５２を設けているが、任意の隣り合う吸気通路１８間
において複数箇所に軸受５２を設けてもよい。また６気
筒内燃機関に限らず４気筒内燃機関等においてもロータ
リ弁２２の中間部に軸受５２を設けることができる。

〔発明の効果〕

弁体が貫通孔軸線回りに回転するにつれて、貫通孔軸線
から最も離れた弁体外周縁を覆う可削性樹脂層外表面の
ほぼ全体が貫通孔内壁面により磨耗せしめられ、即ち弁
体外周縁が貫通孔内壁面に対して擦り合わせせしめられ
るので、弁体外周縁と貫通孔内壁面間のクリアランスを
非常に小さくすることができる。従って弁体の閉弁時に
吸気通路を良好に閉鎖することができ、斯くして機関吸
入空気量を精度良く制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図のＩ−Ｉ線に沿ってみた断面図、第２図
は４気筒４サイクル内燃機関の全体図、第３図はロータ
リ弁の開閉弁時期調整手段の拡大断面図、第４図は第２
図のＩＶ−ＩＶ線に沿ってみた拡大断面図、第５図は第
４図の矢印Ｖで示す部分の拡大断面図、第６図は貫通孔
の加工状態を説明する断面図、第７図はロータリ弁の製
造工程を説明する図、第８図は別の実施例を示す６気筒
４サイクル内燃機関の全体図である。 １８・・・吸気通路、　　　２０・・・貫通孔、３０・
・・弁体、　　　　　４６・・・可削性樹脂層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気通路軸線とほぼ直角をなして吸気通路を貫通する円
   筒状貫通孔を形成し、機関と同期して該貫通孔軸線回り
   に回転する弁体を該貫通孔に挿入して該弁体により吸気
   通路を開閉制御するようにした吸気制御装置において、
   弁体の全外表面を可削性樹脂によって覆うと共に、該可
   削性樹脂により覆われかつ貫通孔軸線から最も離れた弁
   体外周縁のほぼ全体が弁体の組付け時であって吸気通路
   壁面と弁体の温度がほぼ等しいときに該貫通孔の内径よ
   りも大きな外径を有するように形成して弁体外周縁を覆
   う可削性樹脂のほぼ全体が貫通孔内壁面と接触するよう
   にした内燃機関の吸気制御装置。