JP2016211509A - 内燃機関の吸気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気流制御弁をヘッドポート内に設ける場合であっても、シリンダヘッドの冷却を十分に行いつつ、内燃機関に搭載される他の補機類に支障なく吸気流制御弁用のアクチュエータを設けることが可能な内燃機関の吸気構造を提供する。【解決手段】このエンジン１００におけるアクチュエータユニット７０が内蔵された吸気装置５０の構造は、エンジン１００のシリンダヘッド１２の吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）内に個々に設けられ吸気の流れを制御する吸気流制御弁６０と、吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）に接続される接続部分５３（５３ａ〜５３ｄ）と、接続部分５３（５３ａ〜５３ｄ）の各々に設置され、吸気流制御弁６０を駆動する１つのアクチュエータ７１と、アクチュエータ７１からの駆動力を各々の吸気流制御弁６０に伝達するリンク機構７２とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気構造に関し、特に、シリンダヘッドのヘッドポート内に設けられた吸気流制御弁を備えた内燃機関の吸気構造に関する。

従来、シリンダヘッドのヘッドポート内に設けられた吸気流制御弁を備えた内燃機関の吸気構造などが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、シリンダヘッドの吸気ポート（ヘッドポート）内に回動可能に設けられたガイド板（吸気流制御弁）を備えた筒内直噴火花点火内燃機関が開示されている。この筒内直噴火花点火内燃機関では、吸気ポートの内底面に駆動軸が配置されており、駆動軸に接続されたガイド板が吸気流中に進退可能に構成されている。そして、ガイド板が回動されて吸気ポート内の通路断面が絞られることによって、筒内（燃焼室内）に流入する混合気にタンブル流が生じる。なお、ガイド板（吸気流制御弁）が吸気ポート内に設けられる分、絞り区間が燃焼室により近付けられて、筒内のタンブル流が強化される。なお、１つの気筒に対して２本の吸気ポートが横並びで接続されており、ガイド板の駆動軸は、２本の吸気ポートを貫いて吸気ポートの外部に延びている。したがって、シリンダヘッドの外側にガイド板の駆動軸を駆動するためのアクチュエータが搭載されると考えられる。

特開２００３−３８５４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された筒内直噴火花点火内燃機関では、筒内のタンブル流が強化されて燃焼効率が高まる一方、ガイド板を回動させる駆動軸がシリンダヘッドの吸気ポート（ヘッドポート）を貫通するため、シリンダヘッドにおける燃焼室を冷やすウォータジャケットを駆動軸が配置された領域周辺に設けることができない。このため、シリンダヘッドの冷却が不十分になるという問題点がある。また、シリンダヘッドの外部には、オルタネータや冷却水ポンプなどの各種補機類が搭載される一方、ガイド板を回動させる駆動軸が吸気ポート（ヘッドポート）を貫通するため、他の補機類の搭載位置との兼ね合いからシリンダヘッドの吸気ポート（ヘッドポート）近傍の外部に回動軸を駆動するアクチュエータを搭載するのが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、吸気流制御弁をヘッドポート内に設ける場合であっても、シリンダヘッドの冷却を十分に行いつつ、内燃機関に搭載される他の補機類に支障なく吸気流制御弁用のアクチュエータを設けることが可能な内燃機関の吸気構造を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における内燃機関の吸気構造は、内燃機関のシリンダヘッドのヘッドポート内に設けられ、吸気の流れを制御する吸気流制御弁と、ヘッドポートに接続される吸気通路部材と、吸気通路部材に設置され、吸気流制御弁を駆動するアクチュエータと、アクチュエータからの駆動力を吸気流制御弁に伝達する駆動力伝達機構と、を備える。

この発明の一の局面による内燃機関の吸気構造では、上記のように、ヘッドポート内に設けられた吸気流制御弁と、ヘッドポートに接続されるとともにアクチュエータが設置される吸気通路部材と、アクチュエータからの駆動力を吸気流制御弁に伝達する駆動力伝達機構とを備えることによって、吸気通路部材がヘッドポートに接続された状態で吸気通路部材からヘッドポート内に差し延べられた駆動力伝達機構を介してヘッドポート内に吸気流制御弁のみを設置することができる。すなわち、吸気流制御弁を回動させる駆動軸（回転軸）をシリンダヘッド内にヘッドポート近傍を貫通するように設ける必要がないので、シリンダヘッド内に燃焼室を冷やすためのウォータジャケットを支障なく設けることができる。また、ヘッドポート近傍を貫通する駆動軸が不要となるのでヘッドポートの内壁面を滑らかにすることができるので、ヘッドポート内に吸気流制御弁を設けても、吸気圧損（ポンピングロス）を極力低減させることができる。

また、上記一の局面による内燃機関の吸気構造では、吸気通路部材に設置されたアクチュエータからの駆動力をヘッドポート内に設けられた吸気流制御弁に伝達する駆動力伝達機構を備えることによって、シリンダヘッド近傍にアクチュエータを設ける必要がないので、シリンダヘッド周囲のオルタネータや冷却水ポンプなどの補機類に影響することなく吸気流制御弁のアクチュエータを設けることができる。これらの結果、吸気流制御弁をヘッドポート内に設ける場合であっても、シリンダヘッドの冷却を十分に行いつつ、内燃機関に搭載される他の補機類に支障なく吸気流制御弁用のアクチュエータを設けることができる。

上記一の局面による内燃機関の吸気構造において、好ましくは、吸気流制御弁は、回転軸を含み、アクチュエータは、駆動軸を含み、駆動力伝達機構は、回転軸と駆動軸とを連結するリンク機構を含む。

このように構成すれば、アクチュエータの駆動軸と吸気流制御弁に設けられた回転軸とを連結するリンク機構を介して、シリンダヘッドから離れた吸気通路部材に設置されたアクチュエータの駆動力を、ヘッドポート内の吸気流制御弁に容易に伝達することができる。

上記駆動力伝達機構がリンク機構を含む構成において、好ましくは、リンク機構は、ヘッドポートの内部および吸気通路部材の内部に跨るように配置されている。

このように構成すれば、リンク機構を吸気通路の外部に設ける場合と異なり、シリンダヘッド（ヘッドポート）の内部に形成されるウォータジャケットをリンク機構を回避するように流路設計する必要もなく、シリンダヘッドの冷却に適した冷却構造を作り込むことができる。また、吸気が流通される吸気通路内部にリンク機構が設けられるので、吸気通路部材からヘッドポートに至る吸気通路内部を外部と確実に遮断することができる。すなわち、リンク機構の設置に起因して吸入空気が外部に漏れ出ることを回避することができるので、吸気流制御弁による吸気流の制御を確実に行うことができる。

上記駆動力伝達機構がリンク機構を含む構成において、好ましくは、ヘッドポートは、ヘッドポートの内壁面に吸気流れ方向に延びるように設けられた分岐壁を含み、分岐壁により下流側で２本に分岐するとともに、上流側で１本に集合するように構成されており、リンク機構は、分岐壁の上流側に、分岐壁の延長線上に設けられている。

このように構成すれば、吸気通路部材からヘッドポートに至る吸気通路内部にリンク機構を配置した場合であっても、吸気の流れが上流側から下流側に向かって２本に分岐する各々の吸気主流中にリンク機構が配置されないので、吸気通路内部の流通抵抗（圧力損失）の増加を極力少なくすることができる。

上記一の局面による内燃機関の吸気構造において、好ましくは、吸気通路部材は、ヘッドポートの上流側端部近傍の内壁面に重なる延長部を含み、延長部は、吸気流制御弁の回転軸を回転可能に支持する軸受部を有する。

このように構成すれば、延長部を利用して延長部の先端部に吸気流制御弁を回転可能に支持した状態で、吸気通路部材の延長部をヘッドポート内に挿入してヘッドポート内に吸気流制御弁のみを容易に配置することができる。また、製造プロセス上、吸気通路部材にアクチュエータと駆動力伝達機構と吸気流制御弁とが予め組み付けられたアセンブリ部品を準備しておき、このアセンブリ部品をシリンダヘッドのヘッドポートに延長部を挿入した状態で組み付けることによって、内燃機関の吸気構造を容易に製造することができる。

なお、上記一の局面による内燃機関の吸気構造において、以下の構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記一の局面による内燃機関の吸気構造において、ヘッドポートおよび吸気通路部材は、内燃機関の複数の気筒ごとに設けられており、アクチュエータは、複数の気筒に対して１つ設けられており、アクチュエータの駆動軸は、複数の気筒に対応する複数の吸気通路部材を貫通するとともに、複数の気筒にそれぞれ設けられた複数の吸気流制御弁を同時に駆動するように、１つ設けられている。

（付記項２）
また、上記ヘッドポートが分岐壁を含む内燃機関の吸気構造において、吸気流制御弁の下流端部は、分岐壁の近傍に配置されているとともに、分岐壁に対する逃がし部を有する。

本発明の一実施形態によるエンジンの概略的な構成を示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるエンジンに搭載される吸気装置の構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるエンジンに搭載される吸気装置の構造を示した上面図である。 本発明の一実施形態によるエンジンに搭載される吸気装置の構造を示した上面図である。 本発明の一実施形態によるエンジンのシリンダヘッドの構成を示した図である。 本発明の一実施形態によるエンジンに搭載される吸気装置の構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態による吸気流制御弁の回動動作を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態によるエンジン１００に搭載される吸気装置５０の構成について説明する。

（エンジンの概略的な構成）
本発明の一実施形態による車両（自動車）用のエンジン１００（内燃機関の一例）は、図１に示すように、エンジン本体１０を備えている。エンジン本体１０は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上面（Ｚ１側）に締結されるシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下面（Ｚ２側）に締結されるクランクケース１３と、シリンダヘッド１２の上部に被せられて締結されたヘッドカバー１４とを含む。

直列４気筒のエンジン１００は、Ｚ軸方向に延びる４つの気筒１１ａ〜１１ｄ内でピストン１がそれぞれ往復動されることにより、吸入・圧縮・膨張（燃焼）・排気の１サイクルを連続的に繰り返してクランクシャフト２を回転させる機能を有する。気筒１１ａ〜１１ｄは、Ｘ１側からＸ２側に向かって第１気筒〜第４気筒の順に配列されている。なお、気筒１１ａ〜１１ｄの配列方向（Ｘ軸方向）が、クランクシャフト２の延びる方向である。

シリンダヘッド１２には、図２に示すように、カムシャフト（図示せず）の回転により周期的に開閉される吸気バルブ３および排気バルブ４と、点火プラグ５とが組み込まれている。また、アルミニウム合金製のシリンダヘッド１２は、燃焼室６と、燃焼室６に吸入空気を送り込む吸気ポート７（ヘッドポートの一例）と、既燃ガスが排出される排気ポート８とを有する。なお、図４に示すように、シリンダヘッド１２には、シリンダブロック１１の気筒１１ａ〜１１ｄに対応するように、吸気ポート７ａ〜７ｄがこの順に配置されている。なお、図２では、最もＸ２側の吸気ポート７ｄの位置での断面構造を示している。

シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２には、冷却水（クーラント）が流通するウォータジャケット１５が所定の流路構造を有して設けられている。エンジン１００は補機類の１つとしての冷却水ポンプ（図示せず）を有しており、ラジエター（図示せず）の冷却水が冷却水ポンプを介してエンジン本体１０内のウォータジャケット１５に供給される。また、エンジン本体１０の外表面には、他の補機類として、オルタネータや車内空調用のコンプレッサ（図示せず）などがブラケット部材（図示せず）を介して取り付けられている。また、これらの補機類を駆動する補機ベルト（図示せず）なども設けられている。また、エンジン１００の運転中は、エンジン本体１０内に冷却水が循環しつつも、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２は、ある程度の高温に保たれている。

また、エンジン１００は、図１に示すように、シリンダヘッド１２に接続される吸気装置５０を備えており、エンジン１００は、吸気装置５０がエンジン本体１０に組み付けられた状態でエンジンルーム（図示せず）内に搭載されている。また、吸気装置５０は、サージタンク５１と、その下流側に接続される樹脂製の吸気管部５２とを備えている。

吸気管部５２は、吸気管５２ａ〜５２ｄが気筒列（気筒１１ａ〜１１ｄの配列方向）に沿って並んでおり、サージタンク５１に蓄えられた吸入空気を、吸気管５２ａ〜５２ｄを介して対応する吸気ポート７ａ〜７ｄ（図４参照）に分配する役割を有する。また、吸気管部５２は、下流端部にフランジ部５２ｅが一体的に形成された接続部分５３（吸気通路部材の一例）を介してシリンダヘッド１２の側面１２ａに接続されている。なお、図４に示すように、吸気管部５２には、吸気ポート７ａ〜７ｄに対応するように、吸気管５２ａ〜５２ｄの各々の下流端部に、接続部分５３ａ〜５３ｄがこの順に形成されている。

ここで、本実施形態では、吸気管部５２は、接続部分５３を介してシリンダヘッド１２に接続されている。たとえば、図２に示すように、最もＸ２側の吸気管部５２ｄは、対応する接続部分５３ｄを介してシリンダヘッド１２に接続されている。また、接続部分５３は、フランジ部５２ｅから吸気流れ方向（矢印Ｙ２方向）に沿って下流（外部）に延長された延長部５４を有している。そして、吸気管部５２ｄは、延長部５４が吸気ポート７ｄ内に差し込まれた状態で、フランジ部５２ｅがシリンダヘッド１２の側面１２ａに締結されるように構成されている。また、吸気管部５２ｄがシリンダヘッド１２に接続された状態で、吸気の流れを制御する吸気流制御弁６０が吸気ポート７ｄの内部に設けられている。なお、図４に示すように、シリンダヘッド１２における他の３つの吸気ポート７ａ〜７ｃの内部にも、接続部分５３ａ〜５３ｃの各々に対応する延長部５４が差し込まれた状態で、吸気流制御弁６０がそれぞれ設けられるように構成されている。

吸気装置５０では、各々の気筒１１ａ〜１１ｄに吸気を行う際に、４個の吸気流制御弁６０を動作させて吸気ポート７ａ〜７ｄの各々の吸気通路８０の開口面積（流路断面積）を制御するように構成されている。これにより、個々の燃焼室６にタンブル流（縦渦）を生成して混合気の燃焼効率が高められている。以下では、図２〜図４を参照しながら、最もＸ２側の吸気ポート７ｄを代表して吸気流制御弁６０を駆動する機構について説明する。また、説明の都合上、他の吸気ポート７ａ〜７ｃの構成についても適宜言及する。

（吸気装置におけるアクチュエータユニットの詳細な構成）
図４に示すように、吸気装置５０には、吸気流制御弁６０を駆動するためのアクチュエータユニット７０が組み込まれている。アクチュエータユニット７０は、４個の吸気流制御弁６０を同時に駆動するための１つのアクチュエータ７１と、４つのリンク機構７２（各々は、駆動力伝達機構の一例）とを含んでいる。また、図１に示すように、アクチュエータ７１は、シリンダヘッド１２ではなく吸気管部５２（接続部分５３）のＸ２側の外側面に取り付けられている。そして、図４に示すように、各々のリンク機構７２は、接続部分５３ａ〜５３ｄの内部に組み込まれている。なお、アクチュエータユニット７０が内蔵された吸気装置５０の構造は、本発明の「内燃機関の吸気構造」の一例である。

アクチュエータ７１は、１本の駆動軸７１ａ（破線で示す）を有する。また、駆動軸７１ａは、接続部分５３ａ〜５３ｄの内部（吸気通路８０の下方）を気筒１１ａ〜１１ｄの配列方向（Ｘ軸方向）に沿って貫通している。また、図２および図４に示すように、各々のリンク機構７２は、駆動軸７１ａに固定された原動側リンク７３と、原動側リンク７３に対してピン部材７５を介して回動可能に連結された連結用ロッド７４とを有している。

また、耐熱性の優れた樹脂材料からなる吸気流制御弁６０は、図２および図３に示すように、Ｘ１側およびＸ２側の各々に回転軸６１を有する一対の支持部６２と、支持部６２の回転軸６１とは反対側（半径方向外側）の端部同士を横方向（Ｘ軸方向）に繋ぐ弁体部６３とを有する。また、弁体部６３は、平坦な上面６３ａと、下面６３ｂ（図２参照）とを有する。下面６３ｂは、弁体部６３の根元部を回動可能にするための円弧状下面６３ｃ（図２参照）と、円弧状下面６３ｃから弁体部６３の下流端部６３ｅに向けて直線的に延びる直線状下面６３ｄ（図２参照）とからなる。また、吸気流制御弁６０は、従動側リンク６４が、弁体部６３の中央部（Ｘ軸方向）において上面６３ａから上方に延びるように一体成形されている。これにより、弁体部６３は、ピン部材７６を介して連結用ロッド７４に回動可能に連結されるように構成されている。なお、従動側リンク６４の上流側（Ｙ１側）の先端部は、吸気流れに圧力損失を生じさせないように半円形状を有している。なお、図２は、図３における１５０−１５０線に沿った断面図である。また、図３では、吸気装置５０をシリンダヘッド１２に接続する直前の状態を示している。

これにより、リンク機構７２は、駆動軸７１ａに固定された原動側リンク７３と、連結用ロッド７４と、弁体部６３の従動側リンク６４とが互いに連接された状態で、アクチュエータ７１からの駆動力を吸気流制御弁６０に伝達する役割を有している。すなわち、駆動軸７１ａのＸ軸まわりの回動（時計回り方向および反時計回り方向）に伴って原動側リンク７３、連結用ロッド７４および従動側リンク６４が順次揺動（回動）されることにより、弁体部６３が回転軸６１を中心としてＸ軸まわりに揺動（回動）される。

また、接続部分５３ｄから延びる延長部５４は、図６に示すように、吸気流れ方向に沿って見た場合、Ｕ字状の断面形状を有している。なお、図６は、図３における１６０−１６０線に沿った断面図である。また、延長部５４は、図２および図６に示すように、内底面５５と一対の側壁部５６とを含む。内底面５５は、吸気流制御弁６０（弁体部６３）を収容するように底面が円弧状に窪むとともに弁体部６３の幅方向（Ｘ軸方向）に延びるように形成された収容部５５ａを有する。また、一対の側壁部５６は、図３および図６に示すように、内底面５５の両端（Ｘ軸方向）から上方（矢印Ｚ１方向）に延びている。また、一対の側壁部５６には、吸気流制御弁６０の一対の回転軸６１を回転可能に支持する軸受部５７を有する。したがって、弁体部６３は、吸気ポート７ｄの内側の一対の側壁部５６によって保持されており、吸気ポート７ｄ（内壁面７ｅ）には軸受部は設けられていない。

なお、吸気流制御弁６０の円弧状下面６３ｃと、延長部５４の収容部５５ａとの間には、微小なクリアランスが設けられている。すなわち、弁体部６３の回転軸６１から円弧状下面６３ｃまでの回転半径よりも延長部５４の収容部５５ａが若干下がった位置になるように延長部５４（側壁部５６における内底面５５から軸受部５７までの高さ）が形成されている。但し、円弧状下面６３ｃは収容部５５ａに対してほぼ摺動しながら回動される。

また、図３に示すように、接続部分５３ｄの内底面５５のうち、駆動軸７１ａが内部を貫通する位置（Ｙ軸方向）でかつＸ軸方向における中央部には、下方（紙面奥側）に窪む凹部５３ｇが設けられている。そして、図４に示すように、凹部５３ｇは、接続部分５３ａ〜５３ｄの各々に設けられており、原動側リンク７３が駆動軸７１ａに固定された状態で凹部５３ｇに収容されている。また、図２に示すように、原動側リンク７３の上端部が凹部５３ｇ（内底面５５）から出現した状態で、連結用ロッド７４に連結されている。また、図２および図３に示すように、延長部５４の下流側（Ｙ２側）の先端部５８に、吸気流制御弁６０（弁体部６３）が回動可能に保持されるように構成されている。

（吸気ポート側の構造）
ここで、吸気装置５０が取り付けられるシリンダヘッド１２側の構造を説明する。シリンダヘッド１２を吸気流れ方向（矢印Ｙ２方向）に沿って見た場合、図５に示すように、吸気ポート７ｄ（７ｃ）は、四隅が丸みを帯びるように接続され周状に形成された内壁面７ｅを有する。なお、吸気ポート７ｄ（７ｃ）は、内壁面７ｅに吸気流れ方向（矢印Ｙ２方向）に延びる分岐壁７ｈが設けられている。これにより、吸気ポート７ｄ（７ｃ）は、吸気上流側（Ｙ１側）で１本に集合していたもの（図３参照）が、分岐壁７ｈにより下流側（Ｙ２側）で２本に分岐している。なお、図３に示すように、吸気流制御弁６０の従動側リンク６４の厚み（Ｘ軸方向）は、分岐壁７ｈに等しく形成されている。

また、図５に示すように、吸気ポート７ｄ（７ｃ）は、延長部５４（図２参照）の下面形状に対応するように形成された内面形状（内壁面７ｅ）有している。すなわち、内壁面７ｅのうち延長部５４の内底面５５（収容部５５ａ）のＺ２側の外表面（図２参照）が矢印Ｚ２方向に対向する内底面７ｆと、内壁面７ｅのうち弁体部６３の板状の部分の直線状下面６３ｄ（図２参照）が矢印Ｚ２方向に対向する内底面７ｇとは、これら延長部５４の段差状（階段状）の外表面（下面）の形状に合わせて段差形状を有している。なお、紙面手前側となる内底面７ｆが矢印Ｚ２方向に最も低く位置し、その紙面奥側に矢印Ｚ１方向に一段上がった内底面７ｇが設けられている。

内底面７ｇは、弁体部６３が全開状態（図２参照）に位置した場合に弁体部６３（図２参照）が吸気ポート７ｄから退避するために設けられており、この状態で、延長部５４の内底面５５と弁体部６３の上面６３ａとが段差なく接続される。また、内底面７ｆは、吸気管部５２がシリンダヘッド１２に接続された状態で延長部５４に無理な力が加わって変形するのを防止するために設けられている。そして、内底面７ｇの紙面奥側に、二股に分かれた吸気ポート７ｄ（７ｃ）の斜め下方に湾曲する内壁面７ｅが接続されている。なお、内壁面７ｅの上半分には、段差形状は設けられておらず、滑らかな内面を有している。

（アクチュエータユニットのシリンダヘッドへの取付構造）
そして、本実施形態では、図３および図４に示すように、リンク機構７２（原動側リンク７３、連結用ロッド７４および従動側リンク６４）は、分岐壁７ｈの吸気上流側（Ｙ１側）において分岐壁７ｈの延長線上（１５０−１５０線上）に設けられている。また、吸気流制御弁６０（弁体部６３）の下流端部６３ｅは、分岐壁７ｈの近傍（上流側）に配置されている。そして、下流端部６３ｅには、弁体部６３の回動時に下流端部６３ｅが分岐壁７ｈに接触しないように分岐壁７ｈに対する逃がし部６３ｆが形成されている。

また、図２および図６に示すように、吸気管部５２がシリンダヘッド１２に接続された状態では、弁体部６３の板状の部分の直線状下面６３ｄと、内壁面７ｅの内底面７ｆおよび７ｇとの間には、隙間Ｓが設けられている。この隙間Ｓは、図３および図６に示すように、延長部５４の一対の側壁部５６と各々の外側の内壁面７ｅとの間にも設けられている。

これにより、吸気装置５０では、吸気流制御弁６０およびアクチュエータユニット７０が吸気管部５２（５２ａ〜５２ｄ）における接続部分５３（５３ａ〜５３ｄ）に対して予め組み込まれるとともに、この状態で、吸気装置５０がエンジン本体１０に組み付けられるように構成されている。

（吸気装置のエンジン本体への組み付け工程の説明）
すなわち、図４に示すように、吸気管部５２の接続部分５３（５３ａ〜５３ｄ）に駆動軸７１ａが挿入されるとともに、接続部分５３ｄにおける凹部５３ｇから露出する駆動軸７１ａの部分に、４つの原動側リンク７３が所定間隔（Ｘ軸方向）で固定される。また、吸気流制御弁６０の回転軸６１が、接続部分５３（５３ａ〜５３ｄ）における延長部５４の軸受部５７に対して回転可能に嵌め込まれるとともに各々の延長部５４の収容部５５ａに回動可能に保持される。そして、各々のリンク機構７２を構成すべく、原動側リンク７３に連結用ロッド７４の一方端がピン部材７５を用いて連接（連結）されるとともに、従動側リンク６４に連結用ロッド７４の他方端がピン部材７６を用いて連接（連結）される。

これにより、リンク機構７２は、接続部分５３（５３ａ〜５３ｄ）から延長部５４に向かって延びるように配置される。そして、延長部５４の下流側（Ｙ２側）の先端部５８に、吸気流制御弁６０（弁体部６３）が回動可能に保持される。また、吸気管部５２（接続部分５３）のＸ２側の外部に駆動軸７１ａを駆動するアクチュエータ７１が取り付けられる。このようにして、吸気流制御弁６０およびアクチュエータユニット７０が組み込まれたアセンブリ部品５０ａ（吸気装置５０）が製造（準備）される。

そして、図３および図４に示すように、アセンブリ部品５０ａにおける吸気管部５２のフランジ部５２ｅがシリンダヘッド１２に対して矢印Ｙ２方向に接続されることにより、吸気装置５０がエンジン本体１０に組み付けられる。この際、接続部分５３（５３ａ〜５３ｄ）における延長部５４が、吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）の上流側端部近傍の内壁面７ｅに重ねられるようにして挿入される。これにより、４個の吸気流制御弁６０が、接続部分５３から吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）の各々の内部に差し延べられた状態で吸気ポート７ａ〜７ｄの内部に設けられる。すなわち、本実施形態では、リンク機構７２は、吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）の内部および接続部分５３の内部に跨るように配置される。

なお、内壁面７ｅのうち延長部５４の内底面５５および弁体部６３の板状の部分の直線状下面６３ｄが対向する内底面７ｆおよび７ｇは、延長部５４の段差状の下面の形状に合わせて段差形状を有しているので、吸気管部５２が接続部分５３を介してシリンダヘッド１２に接続された状態で、延長部５４の内底面５５と弁体部６３の上面６３ａとが、ほぼ段差なく接続される。

次に、図２および図７を参照して、吸気流制御弁６０の回動動作について説明する。

（吸気流制御弁の回動動作の説明）
４個の吸気流制御弁６０は、各々の弁体部６３の開度が開度センサ（図示せず）によりＥＣＵ（制御部（図示せず）側で把握されながら、延長部５４の収容部５５ａに収容された全開状態（図２参照）と、各々の弁体部６３が閉じ側に回動されて収容部５５ａから斜めに起き上がった状態（図７参照）との間で回動されて姿勢制御される。

具体的には、図２に示すように、アクチュエータユニット７０の作動により、弁体部６３が全開状態にセットされた場合には、弁体部６３が延長部５４の収容部５５ａに位置する状態で、弁体部６３の上面６３ａが延長部５４の平坦面部５５ｂと平行な姿勢となる。この場合、吸気ポート７ｄ（７ａ〜７ｃ）の開口面積（流路断面積）が最大となる。なお、吸気流制御弁６０の下流端部６３ｅは分岐壁７ｈの近傍に配置されており、下流端部６３ｅには分岐壁７ｈに対する逃がし部６３ｆが設けられている。これにより、下流端部６３ｅは、分岐壁７ｈに干渉することなく開口面積（流路断面積）が最大となる。

また、図７に示すように、アクチュエータユニット７０の作動により、吸気流制御弁６０が吸気ポート７ｄ（７ａ〜７ｃ）を閉じる側に回動される。すなわち、吸気流制御弁６０（弁体部６３）が延長部５４の平坦面部５５ｂから立ち上がる方向（矢印Ｐ１方向）に変位される。この場合、吸気ポート７ｄ（７ａ〜７ｃ）の開口面積（流路断面積）が低減される方向に調整される。なお、図７は、流路断面積が最小となる位置まで弁体部６３が回動された状態を示しているが、弁体部６３は、図２の状態と図７の状態との間の中間的な姿勢位置を含めて制御される。これにより、弁体部６３の上方の吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）の断面形状が変形されて下流の吸気流に偏向が生じる。この場合、吸入空気にタンブル流が生成されるので、燃焼室６内での混合気の燃焼効率が改善されて窒素酸化物を含む排気ガス成分が改善される。また、弁体部６３の開度は、エンジン１００の運転状態（回転数および負荷）に応じてＥＣＵ（制御部）により適切かつ最適に制御される。

なお、上記した吸気流制御弁６０による吸気流制御を機能させるために、アクチュエータユニット７０は、エンジン１００の回転数および負荷の状況に基づいて作動マップ（図示せず）から取り出した情報に基づいて吸気流制御弁６０の姿勢を制御する。この際、開度センサにより検出される吸気流制御弁６０の開度情報がフィードバックされ、吸気流制御弁６０の姿勢制御が繰り返される。本発明の一実施形態によるエンジン１００に搭載される吸気装置５０は、上記のように構成されている。

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）内に設けられた吸気流制御弁６０と、吸気ポート７に接続されるとともにアクチュエータ７１が設置される吸気管部５２の接続部分５３と、アクチュエータ７１からの駆動力を吸気流制御弁６０に伝達するリンク機構７２とを備える。これにより、接続部分５３が吸気ポート７に接続された状態で接続部分５３から吸気ポート７内に差し延べられたリンク機構７２を介して吸気ポート７内に吸気流制御弁６０のみを設置することができる。すなわち、吸気流制御弁６０を回動させる駆動軸７１ａをシリンダヘッド１２内に吸気ポート７の近傍を貫通するように設ける必要がないので、シリンダヘッド１２内に燃焼室６を冷やすためのウォータジャケット１５を支障なく設けることができる。また、吸気ポート７の近傍を貫通する駆動軸が不要となるので吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）の内壁面７ｅを滑らかにすることができるので、吸気ポート７内に吸気流制御弁６０を設けても、吸気圧損（ポンピングロス）を極力低減させることができる。

また、本実施形態では、接続部分５３に設置されたアクチュエータ７１からの駆動力を吸気ポート７内に設けられた吸気流制御弁６０に伝達するリンク機構７２を備える。これにより、シリンダヘッド１２近傍にアクチュエータ７１（駆動源）を設ける必要がないので、シリンダヘッド１２周囲のオルタネータや冷却水ポンプなどの補機類に影響することなく吸気流制御弁６０のアクチュエータ７１を設けることができる。これらの結果、吸気流制御弁６０を吸気ポート７の内部に設ける場合であっても、シリンダヘッド１２の冷却を十分に行いつつ、エンジン１００に搭載される他の補機類に支障なく吸気流制御弁６０用のアクチュエータ７１を設けることができる。

また、本実施形態では、吸気流制御弁６０の回転軸６１とアクチュエータ７１の駆動軸７１ａとを連結するリンク機構７２を設ける。これにより、リンク機構７２を介してシリンダヘッド１２から離れた接続部分５３に設置されたアクチュエータ７１の駆動力を吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）内の吸気流制御弁６０に容易に伝達することができる。

また、本実施形態では、吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）の内部および接続部分５３の内部に跨るようにリンク機構７２を配置する。これにより、リンク機構７２を吸気通路８０の外部に設ける場合と異なり、シリンダヘッド１２（吸気ポート７）の内部に形成されるウォータジャケット１５をリンク機構７２を回避するように流路設計する必要もなく、シリンダヘッド１２の冷却に適した冷却構造を作り込むことができる。また、吸気が流通される吸気通路８０内部にリンク機構７２が設けられるので、接続部分５３から吸気ポート７に至る吸気通路８０内部を外部と確実に遮断することができる。すなわち、リンク機構７２の設置に起因して吸入空気が外部に漏れ出ることを回避することができるので、吸気流制御弁６０による吸気流の制御を確実に行うことができる。

また、本実施形態では、吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）は内壁面７ｅに吸気流れ方向に延びるように設けられた分岐壁７ｈを有し、分岐壁７ｈの上流側に分岐壁７ｈの延長線上（図３における１５０−１５０線上）にリンク機構７２を設ける。これにより、接続部分５３から吸気ポート７に至る吸気通路８０内部にリンク機構７２を配置した場合であっても、吸気の流れが上流から下流に向かって２本に分岐する各々の吸気主流中にリンク機構７２が配置されないので、吸気通路８０内部の流通抵抗（圧力損失）の増加を極力少なくすることができる。

また、本実施形態では、接続部分５３（５３ａ〜５３ｄ）は、吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）の上流側端部近傍の内壁面７ｅの内側部分に重なる延長部５４を含み、延長部５４は、吸気流制御弁６０の回転軸６１を回転可能に支持する軸受部５７を有する。これにより、延長部５４を利用して延長部５４の先端部５８に吸気流制御弁６０を回転可能に支持した状態で、接続部分５３の延長部５４を吸気ポート７内に挿入して吸気ポート７内に吸気流制御弁６０のみを容易に配置することができる。また、製造プロセス上、接続部分５３にアクチュエータ７１とリンク機構７２と吸気流制御弁６０とが予め組み付けられたアセンブリ部品５０ａを準備しておき、このアセンブリ部品５０ａをシリンダヘッド１２の吸気ポート７に延長部５４を挿入した状態で組み付けることによって、エンジン１００の吸気構造を容易に製造することができる。

また、本実施形態では、吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）および接続部分５３（５３ａ〜５３ｄ）を気筒１１ａ〜１１ｄごとに設ける一方、アクチュエータ７１を気筒１１ａ〜１１ｄに対して１つ設ける。そして、接続部分５３ａ〜５３ｄを貫通するとともに気筒１１ａ〜１１ｄにそれぞれ設けられた４個の吸気流制御弁６０を１本の駆動軸７１ａで同時に駆動するように構成する。このように、複数の気筒数を有するエンジン１００においてシリンダヘッド１２側を貫通するような駆動軸を設けることなく４個の吸気流制御弁６０を同時に駆動可能なアクチュエータユニット７０を得ることができるので、エンジン本体１０への組み付け性が容易な吸気装置５０を提供することができる。

また、本実施形態では、吸気流制御弁６０の下流端部６３ｅは、分岐壁７ｈの近傍に配置された状態で分岐壁７ｈに対する逃がし部６３ｆを有する。これにより、吸気ポート７内で吸気流制御弁６０を回動させるようにアクチュエータユニット７０を構成した場合であっても、吸気流制御弁６０の全開時に下流端部６３ｅが逃がし部６３ｆによって吸気ポート７の分岐壁７ｈに干渉するのが回避される。したがって、開口面積（流路断面積）を容易に最大化させることができ、エンジン１００におけるポンピングロスを容易に低減することができる。

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、アクチュエータ７１と吸気流制御弁６０との間に連接構造を有するリンク機構７２を設けたが、本発明はこれに限られない。たとえば、アクチュエータ７１と吸気流制御弁６０との間にベルト部材（ゴムベルト、金属チェーンベルトなど）を介在させて駆動力伝達機構を構成してもよい。また、互いに直交するように配軸された回転軸をアクチュエータ７１と吸気流制御弁６０とを接続するように吸気管部５２（延長部５４）の内部を構成して、回転軸と歯車のみによって吸気流制御弁６０を回動させるように駆動力伝達機構を構成してもよい。

また、上記実施形態では、吸気流制御弁６０およびアクチュエータユニット７０を吸気管部５２の延長部５４における内底面５５側に配置したが、本発明はこれに限られない。吸気流制御弁６０のみを延長部５４における内底面５５側に配置する一方、リンク機構７２を吸気管部５２（接続部分５３）の上面側に配置するようにアクチュエータユニットを構成してもよい。さらには、吸気流制御弁６０およびアクチュエータユニット７０を共に吸気管部５２（接続部分５３）の上面側に配置してもよい。

また、上記実施形態では、リンク機構７２（原動側リンク７３、連結用ロッド７４および従動側リンク６４）を分岐壁７ｈの延長線上に設けたが、本発明はこれに限られない。吸気通路８０の吸気流に支障がない範囲であれば、リンク機構７２を吸気ポート７（７ａ〜７ｄ）の一方側（Ｘ１側またはＸ２側）の側壁部５６に沿わせた位置に設けてもよい。

また、上記実施形態では、接続部分５３の延長部５４をＵ字状の断面形状を有するように形成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、延長部５４の円筒状に形成して吸気ポート７に差し込むように構成してもよい。

また、上記実施形態では、吸気管部５２の下流端部に延長部５４を有する接続部分５３を一体的に形成したが、本発明はこれに限られない。すなわち、アクチュエータユニット７０が組み込まれる「吸気通路部材」を専用に設けて、この吸気通路部材を吸気管部５２に組み付けた状態で、このようなアセンブリ部品を吸気ポート７に接続してもよい。

また、上記実施形態では、板状の弁体部の一方端を支点として回動する吸気流制御弁６０を用いて吸気装置５０を構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転軸と、回転軸の半径方向に沿って互いに反対方向に延びる翼部とを含むようなバタフライ型の弁体部を備えた吸気流制御弁を用いた吸気装置５０に対して本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、気筒内にタンブル流（縦渦）を生成する吸気流制御弁６０の駆動機構に本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。すなわち、吸気流の偏向度合を制御する吸気流制御弁であれば、気筒内にスワール流（横渦）を生成するための吸気流制御弁の駆動機構に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、耐熱性の優れた樹脂材料からなる吸気流制御弁６０を用いたが、本発明はこれに限られない。すなわち、吸気流制御弁６０は金属製であってもよい。

また、上記実施形態では、サージタンク５１の斜め下方を起点として上巻き状態に湾曲しながらシリンダヘッド１２に接続されるような吸気管部５２に対してアクチュエータユニット７０を設けたが、本発明はこれに限られない。たとえば、サージタンク５１から下巻き状態に湾曲しながらシリンダヘッド１２に接続されるような吸気管部を有する吸気装置に対してアクチュエータユニット７０を設けるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、直列４気筒のエンジン１００に接続される吸気装置５０に対して本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、他の偶数（６気筒、８気筒など）からなる複数の気筒数を有する直列エンジン用やＶ型エンジン用さらには水平対向エンジン用の吸気装置に対して本発明を適用することが可能である。さらには、３の倍数の気筒数（３気筒、６気筒、１２気筒など）を有する内燃機関に接続される吸気装置に対して、本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、ガソリン機関からなる自動車用のエンジン１００の吸気装置５０に本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。すなわち、ディーゼルエンジンおよびガスエンジンなどの内燃機関に対して本発明を適用してもよい。また、たとえば設備機器の動力源として設置される内燃機関の吸気構造に本発明を適用してもよい。

７、７ａ〜７ｄ 吸気ポート（ヘッドポート）
７ｅ 内壁面
７ｈ 分岐壁
１２ シリンダヘッド
５０ 吸気装置
５２ａ〜５２ｄ 吸気管
５３、５３ａ〜５３ｄ 接続部分（吸気通路部材）
５４ 延長部
５５ 内底面
５７ 軸受部
６０ 吸気流制御弁
６１ 回転軸
６３ 弁体部
７０ アクチュエータユニット
７１ アクチュエータ
７１ａ 駆動軸
７２ リンク機構（駆動力伝達機構）
１００ エンジン（内燃機関）

Claims (5)

1. 内燃機関のシリンダヘッドのヘッドポート内に設けられ、吸気の流れを制御する吸気流制御弁と、
   前記ヘッドポートに接続される吸気通路部材と、
   前記吸気通路部材に設置され、前記吸気流制御弁を駆動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータからの駆動力を前記吸気流制御弁に伝達する駆動力伝達機構と、を備える、内燃機関の吸気構造。
2. 前記吸気流制御弁は、回転軸を含み、
   前記アクチュエータは、駆動軸を含み、
   前記駆動力伝達機構は、前記回転軸と前記駆動軸とを連結するリンク機構を含む、請求項１に記載の内燃機関の吸気構造。
3. 前記リンク機構は、前記ヘッドポートの内部および前記吸気通路部材の内部に跨るように配置されている、請求項２に記載の内燃機関の吸気構造。
4. 前記ヘッドポートは、前記ヘッドポートの内壁面に吸気流れ方向に延びるように設けられた分岐壁を含み、前記分岐壁により下流側で２本に分岐するとともに、上流側で１本に集合するように構成されており、
   前記リンク機構は、前記分岐壁の上流側に、前記分岐壁の延長線上に設けられている、請求項２または３に記載の内燃機関の吸気構造。
5. 前記吸気通路部材は、前記ヘッドポートの上流側端部近傍の内壁面に重なる延長部を含み、
   前記延長部は、前記吸気流制御弁の回転軸を回転可能に支持する軸受部を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気構造。

Images