JP2003293775A

JP2003293775A - 内燃機関の吸気装置

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Publication number: JP2003293775A
Application number: JP2002103889A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ozawa; 正弘小澤; Hiroki Ichinose; 宏樹一瀬; Yuichi Kato; 雄一加藤; Kazuhiro Wakao; 和弘若尾; Sunao Murase; 直村瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: JP4151297B2

Abstract

(57)【要約】【課題】タンブル流を生じさせる吸気流制御バルブを
備える吸気装置において、吸気流制御バルブの下流側近
傍における燃料の液溜まりを防止する。【解決手段】吸気管２には、吸気流制御バルブ４が設
けられており、吸気流制御バルブ４の上方両端部には隔
壁４Ｂ，４Ｂが設けられている。隔壁４Ｂ，４Ｂの間に
は吸気流制御バルブ４が閉じているときに、空気が主に
通過する主開口部４Ａが形成されている。吸気流制御バ
ルブ４の側縁部には、副開口部４Ｃ，４Ｃが形成されて
おり、主開口部４Ａよりも少量の空気が通過する。吸気
管２における吸気流制御バルブ２の下流側において巻き
戻された空気および空気に含まれる燃料は、副開口部４
Ｃ，４Ｃを通過する空気によって押し返されて、吸気流
制御バルブ４の下流側近傍における燃料の液溜まりを防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気管に配置され
た吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制
御することによって燃焼室内に形成される気流を制御す
る内燃機関の吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸気管内に配置された吸気流制御
バルブを備え、この吸気流制御バルブを開閉制御するこ
とによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の
吸気装置が知られている。このような内燃機関の吸気装
置においては、燃料の燃焼効率を向上させるために、燃
焼室に供給される空気にスワールやタンブルなどの渦流
を生じさせている。燃焼室に供給する空気に渦流を生じ
させるために、吸気流制御バルブの一部を切り欠いた吸
気装置があり、その例として、特開平１０−２７４０４
６号公報に開示されたものがある。この吸気装置は、吸
気流動制御弁（吸気流制御バルブ）の一部に第１の開口
部を設けることにより、燃焼室に供給される空気にスワ
ール流を生じさせ、燃料の燃焼効率を向上させるという
ものである。また、吸気流動制御弁に第１開口部よりも
小さな第２開口部を設け、下流ポート部に対して補助的
な吸気流を生成させている。この補助的な吸気流によ
り、吸気流動制御弁の裏側に生成する渦の成長を抑制
し、吸気ポート内に燃料の付着量を少なくしようという
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の公
報に開示された吸気装置は、スワール流を生じさせる吸
気流動制御バルブに設けられるものであり、タンブル流
を生じさせるものに用いるものではなかった。タンブル
流を生じさせる吸気装置には、吸気流制御バルブの上方
に開口部が形成されているものがあるが、この場合、吸
気流制御バルブの近傍に燃料の液溜まりが生じることが
ある。この液溜まりした燃料が傾斜などの要因によって
一気に燃焼室に流れ込むと、不完全燃焼を起こすという
不具合が生じる問題があった。

【０００４】そこで、本発明の課題は、内燃機関の燃焼
室に供給する吸気流にタンブル流を生じさせる吸気流制
御バルブを備える吸気装置において、吸気流制御バルブ
の下流側近傍における燃料の液溜まりを防止することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気管に配置された吸
気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御す
ることによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機
関の吸気装置であって、吸気流制御バルブの上方両端部
に隔壁が形成され、それらの間に空気を通過させる主開
口部が形成されており、吸気流制御バルブの側縁部に
は、前記主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副
開口部が形成されているものである。

【０００６】本発明においては、吸気流制御バルブが閉
じているときには、主開口部から空気が流入する。この
主開口部は吸気流制御バルブの上方に形成されているの
で、吸気流制御バルブが閉じているときに内燃機関にお
ける燃焼室に流入する気流はタンブル流が強く生じる。
ここで、タンブル流が生じるとともに、吸気流制御バル
ブの下流側では空気の巻き戻しが起こり、この空気に伴
って燃料が巻き戻されることがある。これに対して、本
発明に係る吸気装置における吸気流制御バルブの側縁部
には、副開口部が形成されている。この副開口部から
は、上流側へ移動しようとする燃料を押し返す空気が導
入される。このため、上流側へ移動しようとする燃料を
好適に押し返すことができ、吸気流制御バルブの下流側
近傍における燃料の液溜まりを防止することができる。
また、副開口部の開口面積は、主開口部の開口面積より
も小さくされているので、副開口部から空気を導入した
としても、タンブル流を大きく乱すことはない。

【０００７】また、副開口部が、吸気流制御バルブの側
端縁の内側に形成された貫通孔である態様とすることが
できる。

【０００８】副開口部が、吸気流制御バルブの側端縁の
内側に形成されていることにより、吸気流制御バルブの
外形を所望の形状にすることができる。したがって、た
とえば吸気流制御バルブの外形に応じた位置合わせを行
う際にその位置合わせを行いやすいようにすることがで
きる。

【０００９】さらに、副開口部が、吸気流制御バルブの
側端縁を切り欠いて形成されている態様とすることもで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好適な実施形態について詳細に説明する。なお、同一要
素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略
する。

【００１１】図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関
の吸気装置を示す概略側断面図である。

【００１２】図１に示すように、内燃機関であるガソリ
ン多気筒エンジン（以下「エンジン」という）１には、
吸気管２および排気管３が接続されており、吸気管２に
は吸気流制御バルブ４が設けられている。吸気管２は、
エンジン１に接続される吸気ポート２１と、図示しない
サージタンクに接続された吸気流路２２を備えている。
吸気ポート２１は、エンジン１におけるシリンダヘッド
１１に形成されており、吸気流路２２は、シリンダヘッ
ド１１に接続されるインテークマニホールド５内に形成
されている。また、吸気ポート２１には、電磁駆動式の
インジェクタ（燃料噴射装置）６が設けられており、イ
ンジェクタ６には、図示しない燃料タンクから燃料Ｆが
供給され、インジェクタ６は供給された燃料Ｆを吸気ポ
ート２１に向けて噴出する。

【００１３】また、エンジン１におけるシリンダ１２に
は、図１の上下方向に往復動するピストン１３が設けら
れている。ピストン１３の上方には、シリンダ１２とシ
リンダヘッド１１によって区画された燃焼室１４が形成
されている。この燃焼室１４の上部には、図示しない点
火プラグが配置されるとともに、燃焼室１４は、開閉可
能な吸気バルブ１５と排気バルブ１６を介して、それぞ
れ吸気管２と排気管３に接続されている。

【００１４】吸気管２におけるインテークマニホールド
５に形成された吸気流路２２に設けられた吸気流制御バ
ルブ４には、図２に示すように、シャフト７が取り付け
られており、シャフト７を中心として回動可能となって
いる。このシャフト７は、吸気流路２２における空気の
流路に直交する方向に延在して設けられており、このた
め、吸気流制御バルブ４は、吸気流路２２における空気
が流れる方向に直交する軸回りに回動し、図２に実線で
示す状態のときに、閉となり、破線で示す状態のときに
開となる。

【００１５】また、吸気流制御バルブ４の正面形状は、
図３（ａ）に示すように、四隅に四半円形状のコーナ部
を有する長円形をなし、その上方中央部が切り欠かれて
主開口部４Ａが形成されている。この主開口部４Ａの両
端部に隔壁４Ｂ，４Ｂが設けられており、隔壁４Ｂ，４
Ｂの間に主開口部４Ａが形成された状態となっている。

【００１６】さらに、吸気流制御バルブ４の側縁部に
は、貫通孔からなる４つの副開口部４Ｃ，４Ｃ…形成さ
れている。副開口部４Ｃは、吸気流制御バルブ４の側端
縁の内側に形成されており、開口面積が小さく、４つに
副開口部４Ｃ，４Ｃ…の総面積よりも、主開口部４Ａの
面積の方が広くなっている。この吸気流制御バルブ４
は、図３（ｂ）に示す原型バルブ４０の形状を基本形状
とし、この原型バルブ４０の側端縁に副開口部４Ｃ，４
Ｃ…を形成することにより製造されている。原型バルブ
４０は、吸気流制御バルブ４と同様の主開口部４１およ
び隔壁４２，４２を備えており、貫通孔が形成されてい
ない。

【００１７】また、図１に示す吸気流路２２のうち、吸
気流制御バルブ４が設けられている位置の断面形状は、
吸気流制御バルブ４の正面形状に隔壁４Ｂ，４Ｂの上端
部をつないで形成される、略四半円形のコーナ部を有す
る形状と略同一形状をなしている。したがって、吸気流
制御バルブ４が閉じている状態のときには、図示しない
サージタンクから供給される空気は、主開口部４Ａおよ
び副開口部４Ｃ，４Ｃ…を通じて吸気ポート２１に供給
され、さらに吸気バルブ１５を介して燃焼室１４に導入
される。燃焼室１４に導入される空気のほとんどは吸気
流制御バルブ４の主開口部４Ａを通過しているので、燃
焼室１４に導入される気流は、図１に示すようなタンブ
ル流Ｔが強く生じることになる。

【００１８】次に、本実施形態に係るエンジンの吸気装
置の動作・作用について主に図１を用いて説明する。

【００１９】エンジン１が温まっている通常時や、吸入
空気量が多い場合など、タンブルを生じさせることが要
求されないときには、吸気流制御バルブ４を開いて、燃
焼室１４に対してタンブル流Ｔを生じさせないようにし
て空気を導入する。一方、エンジン１が冷えており、吸
入空気量が少ない場合などには、吸気流制御バルブ４を
閉じて燃焼室１４にタンブル流Ｔを生じさせる気流を供
給する。ここで、吸気流制御バルブ４を閉じると、吸気
ポート２１内で空気が巻き戻され、巻き戻し空気ＡＢが
生じる。このような巻き戻し空気ＡＢが生じることによ
り、インジェクタ６から噴射された燃料Ｆが吸気ポート
の側壁に沿って上流側に流される。その結果、燃料Ｆが
吸気流制御バルブ４の近傍に溜まって液溜まりＦＣとな
ると、たとえば吸気流制御バルブ４を開いたときなどに
燃焼室１４に燃料Ｆが一気に流れ込んでしまうと、燃焼
不良の不具合が生じる。

【００２０】ここで、本発明者らは、燃料Ｆが吸気流制
御バルブ４の近傍に溜まって液溜まりＦＣが生じるまで
の過程を知るべく、本実施形態の吸気装置における吸気
流制御バルブ４に代えて、図３（ｂ）に示す原型バルブ
４０を用いて実験を行い、そのときの空気の流れを観察
した。原型バルブ４０には、吸気流制御バルブ４の主開
口部４Ａと同様に上方に主開口部４１が形成されてお
り、この主開口部４１を通じて吸気ポート２１に空気が
供給される。その一部が導入空気ＡＦとなって燃焼室１
４に導入されてタンブル流Ｔ（図１）を生じさせ、その
他は、巻き戻り空気ＡＢとなる。吸気ポート２１に供給
される空気が通過する主開口部４１は、原型バルブ４０
の上方に形成されていることから、巻き戻り空気ＡＢ
は、上方から下方に向けて流れると考られたが、実験の
結果、空気は、図４に示すように、吸気ポート２１の側
壁２１Ａ，２１Ａに沿って巻き戻ることを知見した。

【００２１】かかる知見に基づき、本実施形態に係る吸
気流制御バルブ４には、その側縁部に副開口部４Ｃを形
成し、この副開口部４Ｃから空気を導入している。副開
口部４Ｃを通過した空気ＡＧは、吸気ポート２１の側壁
に沿って下流側に流れる。この空気ＡＧが、吸気ポート
２１Ａの側壁に沿って上流側に流されようとする燃料Ｆ
の移動を妨げる。こうして、副開口部４Ｃから導入され
た空気ＡＧが燃料Ｆを上流側に移動するのを防止するこ
とにより、吸気流制御バルブ４の近傍に燃料が溜まる事
態を避けることができ、さらには、吸気流制御バルブ４
を開いたときに、燃焼室内に燃料が一気に流れ込むこと
を防止することができる。

【００２２】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるもので
はなく、種々の変形例を挙げることができる。たとえ
ば、吸気流制御バルブとして、図３（ｂ）に示す原型バ
ルブ４０の形状を基本形状として、図５（ａ）〜（ｃ）
に示す形状とすることができる。これらは、いずれも副
開口部の形状が異なる。

【００２３】図５（ａ）に示す吸気流制御バルブ５０で
は、副開口部５１，５１…として半円形の切欠きが形成
されている。また、吸気流制御バルブ５０の上方中央部
には、主開口部５２が形成され、主開口部５２の両側に
は隔壁５３，５３が設けられているのは、上記の実施形
態と同様である。副開口部５１，５１…は、吸気流制御
バルブ５０の側端縁の一部を切り欠いて形成されてお
り、この副開口部５１，５１…によって、図１に示す吸
気流路２２との間に小さな開口部が形成される。この吸
気流制御バルブ５０を用いた場合も、主開口部５２が上
方に形成されているので、吸気流制御バルブ５０が閉じ
たときに、燃焼室１４（図１）に強いタンブル流を導入
することができる。そして、この副開口部５１，５１…
を通過した空気が導入されることにより、燃料の上流側
への移動を防止することができる。

【００２４】また、図５（ｂ）に示す吸気流制御バルブ
５５では、その両側端に、その高さ方向に沿った長形の
切欠きからなる副開口部５６，５６がそれぞれ形成され
ている。また、吸気流制御バルブ５５の上方中央部に
は、主開口部５７が形成され、主開口部５７の両側には
隔壁５８，５８が設けられている。副開口部５６，５６
は、吸気流制御バルブ５５の側端縁をその高さ方向に沿
って全体的に切り欠いて形成されており、吸気流路２２
との間で副開口部が形成される。この吸気流制御バルブ
５５を用いた場合にも、燃焼室１４に強いタンブル流を
導入することができるとともに、燃料の上流側への移動
を防止することができる。

【００２５】さらに、図５（ｃ）に示すように、吸気流
路２２の断面形状よりも側方位置が一回り小さい形状の
吸気流制御バルブ６０とすることもできる。この吸気流
制御バルブ６０においては、その側端縁と吸気管２の間
のクリアランス部分が副開口部６１となる。また、吸気
流制御バルブ６０にも、上方中央部に主開口部６２が形
成され、その両側に隔壁６３，６３が形成されている。
この吸気流制御バルブ６０を用いた場合にも、燃焼室１
４に強いタンブル流を導入することができるとともに、
燃料の上流側への移動を防止することができる。

【００２６】また、図５（ｄ）に示すような吸気流制御
バルブ６５とすることもできる。この吸気流制御バルブ
６５は、その両側端縁に沿って形成された長孔からなる
４つの副開口部６６，６６…を備えている。また、吸気
流制御バルブ６５の上方中央部には、主開口部６７が形
成され、その両側には隔壁６８，６８が設けられてい
る。この副開口部６６，６６…は、細径であり、４つの
副開口部６６，６６…の総面積よりも、主開口部６７の
面積の方が大きくされている。このため、吸気流制御バ
ルブ６５を閉じているときには、主開口部６７を通過す
る空気の方が、副開口部６６，６６…を通過する空気の
量よりも多くなっている。したがって、上方から大量の
空気が導入されることにより、燃焼室１４に強力なタン
ブル流を導入することができる。また、副開口部６６，
６６…は、吸気流制御バルブ６５の両端部に沿って形成
されているので、吸気ポート２１内で巻き戻る燃料を高
い位置および低い位置で押し返すことができる。したが
って、タンブル流を弱めることなく、燃料の上流側への
移動を防止することができる。

【００２７】他方、上記実施形態では、図３（ｂ）に示
す原型バルブ４０を吸気流制御バルブの基本形状とした
が、基本形状を他の形状とすることもできる。たとえ
ば、図６（ａ）に示すように、原型バルブ７０は、四半
円形状のコーナ部を有する長円形をなしており、その上
部に、上端縁に沿って矩形の貫通孔である主開口部７１
が形成されている。そして、主開口部７１の両側に、隔
壁７２，７２が設けられている態様とすることができ
る。このように主開口部７１を貫通孔とすることによ
り、原型バルブ７０の外形を切り欠くことなる主開口部
７１を製造することができる。このため、このような原
型バルブ７０を用いた吸気流制御バルブを設けたとき
に、この吸気流制御バルブの位置合わせなどを容易に行
うことができるようになる。この原型バルブ７０におけ
る側部に、図３（ａ）および図５（ａ）〜（ｄ）に対応
する位置に副開口部を形成して吸気流制御バルブとする
ことができる。

【００２８】また、図６（ｂ）に示す原型バルブ８０を
基本形状とすることができる。この原型バルブ８０の上
部には、上端縁が切り欠かれて形成された主開口部８１
が形成され、その両側に隔壁８２，８２が設けられてい
る。また、主開口部８１の中央部には、上方に突出する
形の突部８３が形成されており、主開口部８１は、突部
８３によって２つに分割されている。このように、主開
口部８１が２つに分割されていた場合でも、隔壁８２，
８２の間の中央部に上方開口部８１が形成されているこ
とにより、吸気ポート２１内では、吸気ポート２１の側
壁に沿って空気および空気に含まれる燃料が巻き戻され
る。したがって、この原型バルブ８０における側部に、
図３（ａ）および図５（ａ）〜（ｄ）に対応する位置に
副開口部を形成して吸気流制御バルブとすることができ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、内燃機
関の燃焼室に供給する吸気流にタンブル流を生じさせる
吸気流制御バルブを備える吸気装置において、吸気流制
御バルブの下流側近傍における燃料の液溜まりを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気装置を
示す概略側断面図である。

【図２】吸気流路における吸気流制御バルブが設けられ
た位置の拡大側断面図である。

【図３】（ａ）は、吸気流制御バルブの正面図、（ｂ）
は吸気流制御バルブの基本形状をなす原型バルブの正面
図である。

【図４】吸気ポート内で空気および空気に含まれる燃料
が巻き戻された際の流路を説明するための、吸気ポート
を上方から見た模式的説明図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）とも、吸気流制御バルブの他の
例を示す正面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）とも、原型バルブの変形例を示
す正面図である。

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関）、２…吸気管、３…排気管、
４，５０，５５，６０，６５，７０…吸気流制御バル
ブ、４Ａ，５２，５７，６２，６７，７１，８１…主開
口部、４Ｂ，５３，５８，６３，６８，７２，８２…隔
壁、４Ｃ，５１，５６，６１，６６…副開口部、５…イ
ンテークマニホールド、６…インジェクタ、７…シャフ
ト、１１…シリンダヘッド、１２…シリンダ、１３…ピ
ストン、１４…燃焼室、１５…吸気バルブ、１６…排気
バルブ、２１…吸気ポート、２１Ａ…側壁、２２…吸気
流路、４０，７０，８０…原型バルブ、４１…主開口
部、４２…側壁、８３…突部、ＡＢ…空気、ＡＦ…導入
空気、ＦＣ…液溜まり、Ｆ…燃料、Ｔ…タンブル流。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤雄一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者若尾和弘愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者村瀬直愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気管に配置された吸気流制御バルブを
備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによっ
て燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置
であって、前記吸気流制御バルブの上方両端部に隔壁が形成され、
それらの間に空気を通過させる主開口部が形成されてお
り、前記吸気流制御バルブの側縁部には、前記主開口部の開
口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成されてい
ることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】前記副開口部が、前記吸気流制御バルブ
の側端縁の内側に形成された貫通孔である請求項１に記
載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】前記副開口部が、前記吸気流制御バルブ
の側端縁を切り欠いて形成されている請求項１に記載の
内燃機関の吸気装置。