JP2004162666A

JP2004162666A - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP2004162666A
Application number: JP2002331871A
Authority: JP
Inventors: Akira Inoue; 晶井上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP4045926B2

Abstract

【課題】吸気ポート内における吸気流れの剥離によるロスを減少させる。
【解決手段】吸気通路１内部を上下に仕切る仕切り板７と、前記仕切り板７の上流に配置され、シャフト４を中心に回転し、閉じたときには前記吸気通路１の一方を閉じる遮蔽弁３とを備えた吸気装置において、前記シャフト４内を軸方向に貫通するシャフト内通路８ａと、スロットルチャンバー１２近傍に設けた吸入空気導入口１０ａと、前記吸入空気導入口１０ａから吸入空気を前記シャフト内通路８ａへ導入する吸気バイパス通路１０と、前記遮蔽弁３を閉じた時に、開いている方の吸気通路１ａに向けて前記シャフト内通路８ａからの空気を噴出させる放出孔８ｂとを設ける。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、特に燃焼改善の為に吸気を効率よく燃焼室内に供給するための吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼改善のためには筒内のガス流動を強化することが有効である。
【０００３】
ガス流動の強化法としては、吸気ポート内にシャフトに取り付けられた遮蔽板を設け、シャフトを回転させることで遮蔽板によって吸気ポートの一部を塞ぎ、遮蔽板より下流の吸気ポートの通路面積を狭めてガス流動を強化する方法が特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、ブローバイガスおよびエバポガスの気筒分配性を改善するために、遮蔽板のシャフトを中空構造として、このシャフト内にブローバイガスおよびエバポガスを供給し、各気筒の燃焼室側に向けて開設された吹き出し穴からブローバイガスおよびエバポガスを放出する方法が特許文献２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−５４５３５号公報
【特許文献２】
特開平９−２８０１２６号公報
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されている構成では、遮蔽板を閉じた状態では吸気が流れる形状が急激に変化するため、遮蔽板を開閉するためのシャフト上部にて吸気流れが剥離して、遮蔽板より下流の吸気流れにロスが生じる。
【０００７】
また、特許文献２に記載の構成では、ブローバイガスおよびエバポガスは燃焼室に入る際に吸入空気と均一に混合しにくい。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
吸気通路内部を上下に仕切る仕切り板と、前記仕切り板の上流に配置され、シャフトを中心に回転し、閉じたときには前記吸気通路の一方を閉じる遮蔽弁とを備えた吸気装置において、前記シャフト内を軸方向に貫通するシャフト内通路と、前記遮蔽弁を閉じた時に、開いている方の吸気通路に向けて前記シャフト内通路からの空気を噴出させる放出孔とを設ける。
【００１０】
【作用・効果】
本発明によれば、遮蔽弁を閉じた際に、シャフトの放出口から遮蔽弁より下流かつ仕切り板上部の吸気通路に斜め方向に向けて、ガスが放出されるので、シャフト上部にて生じる剥離は抑制され、燃焼室にロスの少ない吸気流れを導入することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は第１実施形態のシステム構成を示した図である。
【００１３】
２１はエアクリーナで、その下流には吸気通路２４設けられ、吸気通路２４とその下流のコレクタ１１との間にはスロットルチャンバー（以下、ＴＨ／Ｃと記す）１２が設けられている。コレクタ１１はエンジン２２の各吸気ポート１と連通している。各吸気ポート１にはエンジン２２のガス流動を制御するため、後述するようにポートの一部を閉じることのできる遮蔽弁３が配置され、遮蔽弁３は共通のシャフト４に支持され、シャフト４と共に回転する。
【００１４】
１０は、一端の入口側がＴＨ／Ｃ１２近傍の吸気管２４上流側に開口し、他端の出口側が遮蔽弁３のシャフト４に設けたシャフト内貫通孔８ａに連結されている吸気バイパス通路である。
【００１５】
吸気バイパス通路１０のＴＨ／Ｃ近傍の開口部（以下、開口部とする）１０ａに位置についてＴＨ／Ｃ１２付近の拡大図である図２の（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明する。
【００１６】
ＴＨ／Ｃ１２は、スロットルシャフト３０とスロットルシャフト３０に取り付けられたスロットルバルブ３１を備え、スロットルバルブ３１のスロットルシャフト３０より下側部分がスロットルシャフト３０の軸回りに吸気上流側に傾く方向（図中、反時計回り）に回転して開き、前記と反対方向に回転して閉じる。スロットルバルブ３１が吸気の流れ方向と略平行になったところを全開、吸気の流れに対して略垂直になったところを全閉とする。ＴＨ／Ｃ１２の全閉状態を基準としたスロットルバルブ３１の回転角度をスロットル開度θｔｈとする。
【００１７】
吸気バイパス通路１０の開口部１０ａは、スロットル開度が実験などにより予め設定した回転角度θの時に、スロットルバルブ３１の最下端部と開口部１０ａ上流側端部の流れ方向に対する位置が略一致するように設けられている。
【００１８】
これにより、スロットル開度がθ以下の時、つまりエンジン２２が低負荷運転時には、開口部１０ａがスロットルバルブ３１の上流側に位置し、吸気バイパス通路１０の放出孔８ｂとの差圧が大きくなるため、スロットルバルブ３１の手前から吸気バイパス通路１０に空気が導入される。
【００１９】
一方、スロットル開度がθより大きい時、つまりエンジン２２が中・高負荷運転時には、開口部１０ａがスロットルバルブ３１の下流側に位置し、吸気バイパス通路１０の放出孔８ｂとの差圧が小さくなるため、吸気バイパス通路１０へ流れ込む空気は大幅に減少する。
【００２０】
次に、吸気ポート１の構造について図３から図５を用いて説明する。
【００２１】
図３は本実施形態に用いる遮蔽弁３の横断面図で、図４は図３の上面図、図５はシャフト４付近の拡大図である。図３から図５においては左を吸気上流、右を吸気下流とする。
【００２２】
各吸気ポート１内に仕切り板７が配置され、遮蔽弁３よりも下流の吸気ポート１は仕切り板７によって上下の流路、すなわち上側流路１ａと下側流路１ｂに分割されている。
【００２３】
仕切り板７の下流には吸気バルブ２があり、吸気バルブ２の開閉に伴ってそこから吸気が燃焼室２０に供給される。
【００２４】
遮蔽弁３は、吸気ポート１を横断するように貫通するシャフト４と、ビス６等によってシャフト４に取り付けられる弁板５とからなり、シャフト４が回転することによって弁板５も回転し、閉弁時には仕切り板７によって分割された吸気ポート１のうち下側流路１ｂを弁板５によって閉塞する。
【００２５】
また、シャフト４には内部を軸方向に貫通するシャフト内貫通孔８ａと、閉弁状態の時にシャフト内貫通孔８ａと上側流路１ａを吸気ポート１の略中央で連通する放出孔８ｂを設ける。
【００２６】
なお、開閉弁５が閉弁状態の時に放出孔８ｂが開口する方向は、吸気ポート１の中心線に対して下流上側流路１ａに向けて４５度以下とする。
【００２７】
エンジン２２が低負荷運転時には、吸気バイパス通路１０へ導入された空気が、シャフト４に設けた放出孔８ｂより、シャフト４の近傍の仕切り板７の上面付近に向けて放出され、これによりシャフト４の上部に発生する吸気流れの剥離を抑制する。
【００２８】
なお遮蔽弁３は、エンジン２２が低負荷運転の時に閉じ、高負荷運転の時には開くよう図示しないアクチュエータによって制御される。
【００２９】
次に吸気の流れを中心にして作用について説明する。
【００３０】
吸気ポート１を流れてきた空気は低負荷運転時に遮蔽弁３が閉じることによって下側流路１ｂを塞がれるため、上方の上側流路１ａに流れ込む。これにより上側流路１ａ内の流速は高速になり、吸気ポート断面の上半分の部分から急傾斜で燃焼室２０内に流れ込み、燃焼室２０内に強力なタンブル流（ガス流動）を生起する。
【００３１】
ところでこのとき遮蔽弁３によって急激に流路断面積が小さくなるので、シャフト４に放出孔８ｂがない場合にはシャフト４上部で吸気流れが剥離し、シャフト４の直ぐ下流で仕切り板７の上面に剥離領域が発生して、吸気流れにロスが生じることとなる。
【００３２】
しかし、遮蔽弁３のシャフト４には放出孔８ｂが設けられ、ここからシャフト４の上部に向けて放出された空気が下流側に流れ込むので、圧力の低下を抑制し、シャフト４の直下の仕切り板７の上面での吸気流れの剥離を防止し、吸気流れのロスを低減できる。
【００３３】
これに対して遮蔽弁３が開いている時は、放出孔８ｂは下側流路１ｂに向かって開口するが、遮蔽弁３の近傍における吸気流れの方向に大きな変化がないため、シャフト４回りの吸気の剥離は発生せず放出孔８ｂからの空気の放出の必要はない。遮蔽弁３が開くのは吸気量が多い時であり、スロットル開度も大きくなっており、この場合には前述したとおり吸気バイパス通路１０の入口との差圧がほとんど発生しないため、開口部１０ａに導入される空気はほとんど無く、放出孔８ｂからの空気の放出は停止される。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、遮蔽弁３が閉じている時にシャフト４を軸方向に貫通するシャフト内貫通孔８ａと連通する放出孔８ｂから空気を放出するので、シャフト４上部での吸気の剥離を効果的に抑制することができ、また、遮蔽弁３が開いていて空気の放出が必要ない時には開口部１０ａに空気が導入されないので、放出孔８ｂから不要な空気が放出されることもない。
【００３５】
第２実施形態について図６を用いて説明する。
【００３６】
図６（Ａ）は本実施形態の構成を示しており、吸気バイパス通路１０の開口部１０ａがＴＨ／Ｃ１２よりも上流側にある点と、吸気バイパス通路１０に吸気バイパス通路流量制御弁１３を設けた点が第１実施形態と異なり、その他は同様の構成となっている。
【００３７】
これにより開口部１０ａから吸気バイパス通路１０に導入される空気量が、吸気バイパス通路流量制御弁１３によって制御される。
【００３８】
吸気バイパス通路流量制御弁１３の開閉は吸気ポート１内の吸気流量に応じて、図示しないコントロールユニットによって制御される。具体的には、図６（Ｂ）のテーブルにしたがって遮蔽弁３が開の時はバイパス通路流量制御弁１３も開、遮蔽弁３が閉の時はバイパス通路流量制御弁１３も閉となるように制御される。
【００３９】
したがって、本実施形態では第１実施形態と同様の効果に加えて、吸気バイパス通路流量制御弁１３によって吸気ポート１内の吸気流量に応じた空気を供給できるので、運転状態によらず常に吸気ポート１内の吸気の剥離を抑制することができる。
【００４０】
第３実施形態について図７を用いて説明する。
【００４１】
本実施形態は、第２実施形態の構成に、吸気バイパス通路１０の吸気バイパス通路流量制御弁１３より下流かつシャフト内貫通孔８ａとの接続部より上流に吸入ガス混合タンク１４を設け、このタンクにエバポガス配管３２とブローバイガス配管３３を接続している。
【００４２】
吸気バイパス通路１０からの空気、エバポガス、およびブローバイガスは、吸入ガス混合タンク１４内で混合されてシャフト内貫通孔８ａへ導入され、放出孔８ｂから放出されて吸気流れの剥離抑制に用いられる。
【００４３】
また、放出孔８ｂは吸気ポート１の略中央に設けられているため、吸入ガス混合タンク１４で均質に混合された未燃ＨＣ等を含むガスは、さらにコレクタ１１から吸気ポート１に供給された空気とも均質化された状態で燃焼室２０へ供給されることになるので、気筒間の空燃比のばらつきを抑制し、運転性の低下を防止できる。
【００４４】
以上により、本実施形態では吸入ガス混合タンク１４を設けてエバポガス、ブローバイガスおよび吸入空気の混合をより促進し、その混合ガスを各吸気ポート１の中央に設けた放出孔８ｂから放出するので燃焼室２０に供給される混合ガスは均質な状態となり、これにより気筒間の空燃比差を抑制し、運転性の悪化を防止できる。
【００４５】
第４実施形態について説明する。
【００４６】
図８（Ａ）はシステム構成を示した図である。第３実施形態の構成に加えて、排気管２３と吸入ガス混合タンク１４を連通し、途中にＥＧＲバルブ１５を配置したＥＧＲ配管３４を設ける。ＥＧＲバルブ１５は、図示しないコントロールユニットによって図８（Ｂ）のテーブルにしたがって制御される。
【００４７】
具体的には、ＥＧＲを行う場合はＥＧＲバルブ１５を開弁（作動）、行わない場合はＥＧＲバルブ１５を閉弁（非作動）とする。また、吸気バイパス通路流量制御弁１３は、ＥＧＲを行うか否かにかかわらず、遮蔽弁３が閉の時に開弁し、開のときは閉弁とする。
【００４８】
ＥＧＲガスは吸入ガス混合タンク１４でエバポガス、ブローバイガス等と混合されて放出孔８ｂから各吸気ポート１に放出される。これにより各気筒に対するＥＧＲガスの分配が均一化し、気筒間の燃焼のばらつきを抑制できる。
【００４９】
以上により、本実施形態では吸気ガス混合タンク１４にＥＧＲ配管３４も接続したので、エバポガス、ブローバイガスの他にＥＧＲガスも吸気ポート１の吸気流れの剥離防止用に使用できる。
【００５０】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）はスロットルチャンバー付近の拡大図である。
【図３】本発明の吸気ポートの横断面図である。
【図４】本発明の吸気ポートの上面図である。
【図５】開閉弁付近の拡大図である。
【図６】（Ａ）は第２実施形態の構成を示す図、（Ｂ）は吸気バイパス通路流量制御弁の作動テーブルである。
【図７】第３実施形態の構成を示す図である。
【図８】（Ａ）は第４実施形態を示す図、（Ｂ）はＥＧＲバルブおよび吸気バイパス通路流量制御弁の作動テーブルである。
【符号の説明】
１吸気ポート
２吸気バルブ
３遮蔽板
４シャフト
５遮蔽弁
６ビス
７仕切り板
８ａシャフト内貫通孔
８ｂ放出孔
１０吸気バイパス通路
１１コレクタ
１２スロットルチャンバー（ＴＨ／Ｃ）
１３吸気バイパス通路流量制御弁
１４吸入ガス混合タンク
１５ＥＧＲバルブ
２０燃焼室
２１エアクリーナ
２２エンジン
２３排気管
２４吸気管
２５キャニスタ
３０スロットルシャフト
３１スロットル開閉板
３２エバポガス配管
３３ブローバイガス配管
３４ＥＧＲ配管

Claims

吸気通路内部を上下に仕切る仕切り板と、
前記仕切り板の上流に配置され、シャフトを中心に回転し、閉じたときには前記吸気通路の一方を閉じる遮蔽弁とを備えた吸気装置において、
前記シャフト内を軸方向に貫通するシャフト内通路と、
前記遮蔽弁を閉じた時に、開いている方の吸気通路の仕切り板近傍に向けて前記シャフト内通路からの空気を噴出させる放出孔とを備えたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
スロットルチャンバー近傍に設けた吸入空気導入口と、前記吸入空気導入口から吸入空気を前記シャフト内通路へ導入する吸気バイパス通路とを備え、前記吸気バイパス通路の吸入空気導入口は、スロットルチャンバーのスロットルバルブ開度が小さい時はスロットルバルブの上流、開度が大きい時は下流となる位置に開口する請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
スロットルチャンバー近傍に設けた吸入空気導入口と、前記吸入空気導入口から吸入空気を前記シャフト内通路へ導入する吸気バイパス通路とを備え、前記吸気バイパス通路に流量コントロール弁を設けた請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
前記吸気バイパス通路の流量コントロール弁より下流に、エバポガスおよびブローバイガスの少なくともどちらか一方を吸入空気と混合する吸入ガス混合タンクを設けた請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
前記吸入ガス混合タンクにＥＧＲ通路を接続し、ＥＧＲ通路中にＥＧＲ供給量を制御するＥＧＲバルブを設けた請求項４に記載の内燃機関の吸気装置。
前記放出孔が、前記開閉弁が閉じた状態で、吸気ポートの中心線に対して４５度以下の角度で吸気ポート下流方向かつ前記仕切り板上側に向けて開口している請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関の吸気装置。