JP2005054603A - 吸気流制御弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】吸気流制御弁の微開時および全開時の両方において圧力損失が増大するのを妨げると共に微開時には所定の強度のタンブルを生じさせる。
【解決手段】入口部(12)および該入口部に対向して配置された出口部(15)を備えたケーシング(11)と、該ケーシング内において回転可能な弁体(30)とを具備し、該弁体には、断面が前記入口部および前記出口部と略同一形状であって略直線状の弁体内通路(60)が形成されており、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部に部分的に連通するときには前記弁体内通路は前記出口部にも部分的に連通するようになっており、さらに、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに前記入口部と前記弁体内通路とを連通させる枝通路(61)が前記弁体に形成されている吸気流制御弁が提供される。
【選択図】 図2
【解決手段】入口部(12)および該入口部に対向して配置された出口部(15)を備えたケーシング(11)と、該ケーシング内において回転可能な弁体(30)とを具備し、該弁体には、断面が前記入口部および前記出口部と略同一形状であって略直線状の弁体内通路(60)が形成されており、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部に部分的に連通するときには前記弁体内通路は前記出口部にも部分的に連通するようになっており、さらに、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに前記入口部と前記弁体内通路とを連通させる枝通路(61)が前記弁体に形成されている吸気流制御弁が提供される。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられる吸気流制御弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関、例えば自動車エンジンにおいては低負荷時、例えばエンジン始動からファーストアイドルの期間に燃料消費量を削減するために希薄混合気を形成することが求められている。特に排気ガスの一部を吸気ガスと共に燃焼室内に還流させることにより燃焼温度を低下して窒素酸化物(NOx)を低減するようにしたEGR装置の低負荷時においては、NOxを低減するのに十分な量の還流排気ガスを確保できない場合が生ずる。このような場合には、内燃機関の気筒内に渦、例えば気筒の軸方向に流れる縦渦(タンブル)およびまたは気筒周方向に流れる横渦(スワール)を発生させ、これにより、失火を伴うことなしに希薄混合気を燃焼させるようにしている。このような渦を生じさせるために内燃機関の吸気通路に吸気流制御弁を設けることが行われている。
【0003】
図5(a)は従来技術の内燃機関に設けられた吸気流制御弁の側断面図である。図5(a)に示されるように従来技術の吸気流制御弁100が吸気通路200と内燃機関のシリンダヘッド(図示しない)との間に設けられている。吸気流制御弁100は内部に弁体内通路600が形成された弁体300を有している。弁体300は紙面を貫く方向を向いた軸線回りに回転される。低負荷時、例えば内燃機関の始動からファーストアイドルまでの間には吸気流制御弁100は図5(a)の側断面図に示されるように弁体300の第一部分310とケーシング110の一側180との間に隙間510、および弁体300の第二部分320とケーシング110の他側160との間に隙間520が形成されるように弁体300が配置されている(このような状態を以下、「微開」と称する)。吸気流制御弁100を微開にすることによって吸気量は当然に少なくなる。この場合には吸気通路200を流れる空気は、図5(a)における弁体300の第一部分310とケーシング110の一側180との間の隙間510から弁体内通路600の対角線上を通って、弁体300の第二部分320とケーシング110の他側160との間の隙間520まで流れ、次いで図示しないシリンダヘッドに流入する。一方、吸気流制御弁100の図示しない全開時においては弁体内通路600の内壁がケーシング110の内壁とほぼ同一平面となるので、図5(a)に示されるような吸気流制御弁100の全開時には圧力損失はほとんど生じない。
【0004】
また、図5(b)には従来技術の他の吸気流制御弁の微開時における側断面図が示されている。図5(b)において低負荷時には弁体300の第一部分310に比較的大型の切欠部650が形成されている。この場合には図示しない吸気通路からの空気は切欠部650から弁体内通路600に進入し、弁体300の第二部分320とケーシング110の他側160との間の隙間520からシリンダヘッドに流入する。(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。
【特許文献1】
特開平5−44501号公報(図1)
【特許文献2】
特開平7−102984号公報(図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば図5(a)に示されるような従来技術の吸気流制御弁100においては空気はケーシング110の一側180付近の隙間510から弁体内通路600を通ってケーシング110の他側付近の隙間520まで大きく湾曲して弁体内通路600の対角線上を流れる。このため、特に隙間510から遠い側の第一部分310の端部付近において空気の乱れが生じるようになる。これにより、弁体300内において圧力損失がかなり増大し、また弁体300内で空気の乱れが生じるために、下流に位置する気筒内で所定の強度の渦、例えばタンブルを生じさせることができなくなる。また、圧力損失が生じることにより、ポンプ損失も増大することとなる。
【0006】
一方、図5(b)に示されるような従来技術の他の吸気流制御弁100においては比較的大型の切欠部650が弁体300に形成されているために、微開時における弁体300内での圧力損失を図5(a)の場合よりも低く抑えることができる。ところで、図5(c)は図5(b)の他の吸気流制御弁の全開時における側断面図である。図5(c)に示されるように、高負荷時に吸気流制御弁100が全開になるように弁体300が回転されると、切欠部650はケーシング110の内面によって閉鎖される。従って、空気の一部は第一部分310とケーシング110との間の切欠部650に一旦進入するものの再び排出されて出口部150に向かうこととなる。従って、高負荷時には切欠部650によって弁体300での圧力損失が増大する。それゆえ、図5(b)に示されるような他の吸気流制御弁100においては切欠部650によって微開時の圧力損失を低く抑えることができるものの、図5(c)に示されるような高負荷時においては切欠部650のために圧力損失が増大すると共に吸気脈動が減衰する原因になりうる。さらに、比較的大型の切欠部650を弁体300に形成することによって、弁体300自体の剛性、例えば曲げ剛性および捻り剛性も低下することとなる。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、微開時および全開時の両方において従来技術の場合よりも圧力損失が増大するのを妨げられると共に微開時には所定の強度の渦、例えばタンブルを生じさせられる吸気流制御弁を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために1番目に記載の発明によれば、入口部および該入口部に対向して配置された出口部を備えたケーシングと、該ケーシング内において回転可能な弁体とを具備し、該弁体には、断面が前記入口部および前記出口部と略同一形状であって略直線状の弁体通路が形成されており、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部に部分的に連通するように弁体が回転されたときには前記弁体内通路は前記出口部にも部分的に連通するようになっており、さらに、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに前記入口部と前記弁体内通路とを連通させる少なくとも一つの枝通路が前記弁体に形成されている吸気流制御弁が提供される。
【0009】
すなわち1番目の発明によって、枝通路を形成したために、吸気流制御弁の微開時(低負荷時)には空気を枝通路からも通過させられるので従来技術の場合よりも圧力損失が増大するのを妨げられると共に下流の気筒において所定の強度の渦、例えばタンブルを生じさせることができる。また、この枝通路が弁体内通路に対してかなり小さいために、高負荷のために吸気流制御弁を全開する際には、枝通路自体が圧力損失の原因になることをほぼ避けられる。さらに、枝通路が比較的小さいことによって弁体自体の剛性を確保することができる。
【0010】
2番目の発明によれば、1番目の発明において、前記枝通路の一部分は前記ケーシングの前記入口部の形状と部分的に略同一平面になっている。
すなわち2番目の発明によって、枝通路における平滑な流れを確保できるので、空気の乱れおよび圧力損失をさらに妨げられる。
【0011】
3番目の発明によれば、1番目または2番目の発明において、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記入口部側における前記弁体内通路の連通面積と前記枝通路の連通面積との合計が前記出口部側における前記弁体内通路の連通面積以上であるようにした。
すなわち3番目の発明によって、2番目の発明と同様の作用および効果を得ることができる。
【0012】
4番目の発明によれば、1番目から3番目のいずれかの発明において、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記枝通路の連通面積が前記出口部側における前記弁体内通路の連通面積以上であるようにした。
すなわち4番目の発明によって、2番目および3番目の発明と同様の作用および効果を得ることができる。
【0013】
5番目の発明によれば、1番目から4番目のいずれかの発明において、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記枝通路は前記入口部から前記弁体内通路を横切って前記弁体内通路の前記出口部に対する連通部分まで前記入口部と前記出口部とを結ぶ線分に対して略平行になるように形成されている。
すなわち5番目の発明によって、枝通路における平滑な流れをさらに確保できるので、空気の乱れおよび圧力損失をさらに妨げられる。
【0014】
6番目の発明によれば、1番目から5番目のいずれかの発明において、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記枝通路の一部分は、前記弁体内通路の前記入口部に対する連通部分に向かって広がるように形成されている。
すなわち6番目の発明によって、空気の取り込み量を多くできるので、空気の乱れおよび圧力損失をさらに少なくすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図1は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略構成図である。同図において、1は吸気ポート、2は排気ポートである。吸気ポート1は吸気弁3を介して、排気ポート2は排気弁4を介して、それぞれ気筒内へ通じている。5はピストンであり、6は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、7は気筒上部周囲から気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。燃料噴射弁7は、燃料のベーパを防止するために、燃焼室内において吸気流により比較的低温度となる吸気ポート1側に配置されている。図示されるように吸気流制御弁10が吸気通路20と吸気ポート1との間に設けられている。
【0016】
図1に示されるように、一般的な吸気ポート1は、気筒上部から反排気弁側に斜め上方向に延在しているために、吸気流制御弁10を介して吸気ポート1を通過する吸気には、主にシリンダボアの排気弁側に向かう速度成分が付与される。
この速度成分が付与された吸気は気筒内へ供給される際に吸気ポート1の気筒内開口と吸気弁3との間の隙間を通過する。
【0017】
この時、吸気ポート1の気筒内開口における排気弁側を介して気筒内へ供給される吸気は、あまり偏向されないためにそれほど速度低下することはなく、比較的速い速度でシリンダボアの排気弁側に向かい、図1において実線の矢印で示すように、シリンダボアの排気弁側を下降してピストン頂面を介してシリンダボアの吸気弁側を上昇するタンブルTが形成される。図1には示さないものの、吸気流制御弁10によって前述したスワールを発生させることも可能である。
【0018】
本発明の吸気流制御弁10は図示しないメインスロットルバルブと図1の吸気弁3との間に配置されている。図2(a)は本発明の第一の実施形態に基づく吸気流制御弁の微開時における側断面図である。低負荷時、例えば内燃機関の始動からファーストアイドルまでの間において、吸気流制御弁10は図示されるような微開位置に設定される。図2(a)に示されるように吸気流制御弁10のケーシング11の入口部12は吸気通路20に接続されていて、ケーシング11の出口部15は吸気ポート1に接続されている。図示されるように弁体30がケーシング11内に配置されている。この弁体30は図面を貫く方向に延びる軸線(図示しない)回りに回転可能になっている。
【0019】
図2(a)の側断面図において弁体30は第一部分31と第一部分31に対向する第二部分32とを含んでおり、弁体内通路60がこれら第一部分31および第二部分32の間に形成されている。弁体内通路60の横断面形状はケーシング11の入口部12および出口部15とほぼ等しくなっており、後述する吸気流制御弁10の全開時においては弁体内通路60の内壁はケーシング11の内壁とほぼ同一平面になる。さらに、図2(a)に示される第一部分31には、第一部分31を貫通していて弁体内通路60に連通する枝通路61が形成されている。この枝通路61は紙面を貫く方向に延びるスリット状の通路である。側断面図に示されるように、枝通路61は枝通路61の側面65、66が互いに平行になるように形成されている。また、枝通路61の寸法は弁体内通路60の寸法に対してかなり小さくなっている。
【0020】
微開時においては、弁体30は図示される所定の回転角度の位置に設定されている。図2(a)の側断面図に示されるような微開時においては隙間51が第一部分31の一端とケーシング11の一側18との間に形成されると共に、隙間52が第二部分32の一端とケーシング11の他側16との間で隙間51の反対側に形成されている。図2(a)に示されるように隙間51および隙間52は弁体内通路60の対角線上の対向する位置に形成されている。図2(a)の側断面図に示されるよう設定された微開時においては、枝通路61の一部の側面65はケーシング11の一部の側面16とほぼ同一平面になっている。また枝通路61は、枝通路61と隙間52とを通る線分が微開時においてケーシング11の一部の側面16に対してほぼ平行になるように形成されている。このため、枝通路61は弁体内通路60に対して所定の鋭角をなすように形成されている。このようなことにより、空気が吸気流制御弁10内を平滑に流れることができる。なお、図示されるような吸気流制御弁10の微開時においては、上流側における枝通路61の断面積と隙間51の面積との合計が下流側における隙間52の面積に等しいかまたはこれより大きくなっている。また、枝通路61の断面積のみが隙間52の面積に等しいかまたはこれより大きいようにしてもよい。
【0021】
吸気通路20を通る空気は図2(a)において下方の矢印により示されるようにケーシング11の入口部12から吸気流制御弁10内に進入する。次いで、空気は弁体30の第一部分31とケーシング11との間の隙間51を通って弁体内通路60に進入し、弁体内通路60を対角線上に横切った後で第二部分32とケーシング11との間の隙間52を通って弁体30から流出する。最終的に空気はケーシング11の出口部15を通って吸気流制御弁10から流出し、吸気ポート1を通じて気筒(図2(a)には示さない)に進入する。
【0022】
一方、空気の一部は図2(a)において上方の矢印により示されるように第一部分31に形成された枝通路61を通じて弁体30内に進入する。次いで弁体内通路60を概ね横切った後で、第二部分32とケーシング11との間の隙間52を通って弁体30から流出する。
【0023】
すなわち本発明においては、吸気流制御弁10の微開時において吸気流制御弁10内に進入した空気は隙間51と枝通路61との両方を通じて弁体30内に進入し、弁体内通路60で合流しつつ隙間52から流出する。前述した従来技術においては吸気流制御弁100の微開時には空気は隙間510のみを通じて弁体300内に進入していたので特に隙間510から遠い側の第一部分310の端部付近において空気の乱れが生じていた。これに対し、本発明においては空気は隙間51と枝通路61との両方から弁体30内に進入しており、またこの枝通路61の一部の側面65はケーシング11の側面16とほぼ同一平面になるように形成されているので、従来技術の図5(a)における隙間510から遠い側の第一部分310の端部に対応する箇所における空気の乱れおよび圧力損失を少なくすることができる。すなわち本発明においては微開時における弁体30内での空気の乱れおよび圧力損失を少なくすることができるので、下流に配置された気筒内において所定の強度の渦、例えばタンブルT(図1を参照されたい)を形成することが可能となる。また、前述したように隙間51と枝通路61との面積の合計が隙間52の面積以上であるか、または隙間51の面積が隙間52の面積以上であるようにしている。このため、空気を吸気流制御弁10内に平滑に流すことができ、結果的に吸気流制御弁10における空気の乱れおよび圧力損失をさらに少なくすることが可能となる。
【0024】
図2(b)は本発明の第一の実施形態に基づく吸気制御弁の全開時(高負荷時)における側断面図である。図2(b)においては吸気通路20および吸気ポート1を省略している。吸気流制御弁10の全開時においては図2(b)の側断面図における弁体30の第一部分31の側面34とケーシング11の内面16とが同一平面になっていて、第一部分31に対向する第二部分32の側面33とケーシング11の内面18とが同一平面になっている。つまり弁体内通路60の内壁はケーシング11の内壁とほぼ同一平面になる。これにより、図2(b)において矢印により示されるように吸気流制御弁10の全開時には、吸気通路20(図示しない)からの空気は入口部12から吸気流制御弁10内に進入した後に、弁体30の弁体内通路60内をそのまま直進して出口部15から流出する。また、吸気流制御弁10の全開時には第一部分31に形成された枝通路61はケーシング11自体によって図示されるように閉鎖される状態となる。このため、吸気流制御弁10の全開時に空気が枝通路61内に進入して圧力損失が増加する可能性もあるが、この枝通路61は弁体内通路60に比較してかなり小さいので圧力損失は実際にはほとんど増大しない。また、前述したようにこの枝通路61は弁体内通路60に対して所定の鋭角をなすように形成されているので、このことによっても吸気流制御弁10の全開時に吸気流制御弁10内を通過する空気が枝通路61に進入することが妨げられる。
【0025】
このように本発明においては、弁体30の一部に枝通路61を形成したために、低負荷時に吸気流制御弁10を微開位置に設定することにより空気を枝通路61と隙間51との両方から通過させられるので圧力損失を妨げられると共に下流の気筒において所定の強度の渦、例えばタンブルT等を生じさせることができる。また、この枝通路61が弁体内通路60に対してかなり小さいために、高負荷時に吸気流制御弁10を全開に設定したとしても、枝通路61自体によって圧力損失はほとんど増大しないようになる。
【0026】
図3は本発明に基づく第二の実施形態の吸気流制御弁の微開時における側断面図である。図3においては吸気通路20および吸気ポート1を省略している。図3の側断面図に示されるように枝通路61の側面65は前述した第一の実施形態と同様にケーシング11の内面16とほぼ同一平面になっている。一方、この側断面図において側面65に対向する枝通路61の側面66’は側面65に対して平行になっておらず、入口部12に向かって広がるように傾斜している。なお、図3においては前述した第一の実施形態における側面66の位置を点線Aにより示している。枝通路61の側面66’がこのように傾斜するよう形成されているために、吸気流制御弁10の微開時に枝通路61からの空気の取り込み量を多くすることができる。従って、本実施形態においては、前述した第一の実施形態の場合よりも、図5(a)における隙間510から遠い側の第一部分310の端部に対応する箇所における空気の乱れおよび圧力損失をさらに少なくすることができる。
【0027】
図4(a)は従来技術と本発明とにおけるタンブル強度の比較図である。さらに図4(b)は従来技術と本発明とにおける圧力損失の比較図である。図4(a)における縦軸は吸気流制御弁10によって生ずる渦、この場合にはタンブルTの強度を示しており、図4(b)における縦軸は圧力損失を示している。また図4(a)および図4(b)における横軸は吸気流制御弁の種類を示している。ここで、横軸に示される「従来技術A」は図5(a)に示すような従来技術の吸気流制御弁であって微開時における隙間510の面積(以下、「開孔面積」と称する)が、一般的なバタフライバルブ(図示しない)を吸気流制御弁として採用したときの微開時における同様な開孔面積にほぼ等しい場合を意味している。また、「従来技術B」は従来技術の吸気流制御弁であって微開時における隙間510の面積(開孔面積)が、バタフライバルブ(図示しない)を吸気流制御弁として採用したときの微開時における同様な開孔面積よりも小さいようにした場合を意味している。さらに、「本願発明品」は第一の実施形態の吸気流制御弁10を採用した場合を意味している。なお、一般的なバタフライバルブ(図示しない)を吸気流制御弁として使用した場合を「バタフライバルブ」として示す。
【0028】
図4(a)に示されるように本願発明品のタンブルTの強度はバタフライバルブの場合と同程度である。一方、開孔面積が小さい場合の従来技術Bにおいてもバタフライバルブの場合と同程度のタンブル強度が得られるものの、開孔面積をバタフライバルブの場合と同程度にする(従来技術A)と、タンブル強度は小さくなる。また、図4(b)を参照すると、本願発明品とバタフライバルブの場合の圧力損失は従来技術Aの場合と同程度である。しかしながら、開孔面積を小さくした従来技術Bの場合には圧力損失はこれら他の場合よりも大きくなっている。従って、図4(a)および図4(b)より、バタフライバルブの場合と同程度のタンブル強度を得るためには開孔面積を小さくする必要があるが、開孔面積を小さくすること(従来技術B)によって圧力損失がバタフライバルブの場合よりも増すこととなる。これに対し、本願発明品においては、枝通路61を設けることによりバタフライバルブと同程度のタンブル強度が得られると共に、本願発明品における圧力損失はバタフライバルブの場合と同程度にまで小さくなっている。従って、本願発明品である吸気流制御弁10は従来技術の場合よりも微開時におけるタンブル強度を大きくできると共に、圧力損失を低く抑えることが可能である。
【0029】
図4(c)は従来技術と本発明とにおける空気量の比較図である。図4(c)における縦軸は吸気流制御弁の全開時において吸気流制御弁を通過する空気量を示している。図4(c)の横軸における「従来技術」は図5(b)に示される吸気流制御弁の場合、「本願発明品」は第一の実施形態に示す吸気流制御弁10の場合、および「バルブ無し」は吸気流制御弁が設けられていない場合を示している。図4(c)に示されるように図5(b)のような従来技術の場合には比較的大型の切欠部650が存在するために空気量はバルブ無しの場合よりもわずかながら小さくなっている。これに対し、本願発明品において枝通路61が存在するものの、弁体内通路60に比べてかなり小さいために、本願発明品の空気量はバルブ無しの場合の空気量とほとんど差がない。従って、本願発明品である吸気流制御弁10は従来技術の場合よりも全開時における空気量を多くすることができる。
【0030】
図1および図2に示される実施形態においては一つの枝通路61のみが示されているが、複数の枝通路61が弁体30の第一部分31に設けられていてもよく、この場合には圧力損失の増大をさらに妨げられると共に所定の強度の渦、例えばタンブル等を確実に発生させることができる。
【0031】
【発明の効果】
各発明によれば、微開時および全開時の両方において圧力損失を従来技術の場合よりも低下させることができると共に微開時には所定の強度の渦、例えばタンブル等を生じさせられるという共通の効果を奏しうる。
さらに、2番目から6番目の発明によれば、空気の乱れおよび圧力損失をさらに妨げられるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による内燃機関の運転制御装置の概略構成図である。
【図2】(a)本発明の第一の実施形態に基づく吸気流制御弁の微開時における側断面図である。
(b)本発明の第一の実施形態に基づく吸気制御弁の全開時における側断面図である。
【図3】本発明に基づく第二の実施形態の吸気流制御弁の微開時における側断面図である。
【図4】(a)従来技術と本発明とにおけるタンブル強度の比較図である。
(b)従来技術と本発明とにおける圧力損失の比較図である。
(c)従来技術と本発明とにおける空気量の比較図である。
【図5】(a)従来技術の吸気流制御弁の微開時における側断面図である。
(b)従来技術の他の吸気流制御弁の微開時における側断面図である。
(c)図5(b)に示される吸気流制御弁の全開時における側断面図である。
【符号の説明】
10…吸気流制御弁
11…ケーシング
12…入口部
15…出口部
20…吸気通路
30…弁体
31…第一部分
32…第二部分
51…隙間
52…隙間
60…弁体内通路
61…枝通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられる吸気流制御弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関、例えば自動車エンジンにおいては低負荷時、例えばエンジン始動からファーストアイドルの期間に燃料消費量を削減するために希薄混合気を形成することが求められている。特に排気ガスの一部を吸気ガスと共に燃焼室内に還流させることにより燃焼温度を低下して窒素酸化物(NOx)を低減するようにしたEGR装置の低負荷時においては、NOxを低減するのに十分な量の還流排気ガスを確保できない場合が生ずる。このような場合には、内燃機関の気筒内に渦、例えば気筒の軸方向に流れる縦渦(タンブル)およびまたは気筒周方向に流れる横渦(スワール)を発生させ、これにより、失火を伴うことなしに希薄混合気を燃焼させるようにしている。このような渦を生じさせるために内燃機関の吸気通路に吸気流制御弁を設けることが行われている。
【0003】
図5(a)は従来技術の内燃機関に設けられた吸気流制御弁の側断面図である。図5(a)に示されるように従来技術の吸気流制御弁100が吸気通路200と内燃機関のシリンダヘッド(図示しない)との間に設けられている。吸気流制御弁100は内部に弁体内通路600が形成された弁体300を有している。弁体300は紙面を貫く方向を向いた軸線回りに回転される。低負荷時、例えば内燃機関の始動からファーストアイドルまでの間には吸気流制御弁100は図5(a)の側断面図に示されるように弁体300の第一部分310とケーシング110の一側180との間に隙間510、および弁体300の第二部分320とケーシング110の他側160との間に隙間520が形成されるように弁体300が配置されている(このような状態を以下、「微開」と称する)。吸気流制御弁100を微開にすることによって吸気量は当然に少なくなる。この場合には吸気通路200を流れる空気は、図5(a)における弁体300の第一部分310とケーシング110の一側180との間の隙間510から弁体内通路600の対角線上を通って、弁体300の第二部分320とケーシング110の他側160との間の隙間520まで流れ、次いで図示しないシリンダヘッドに流入する。一方、吸気流制御弁100の図示しない全開時においては弁体内通路600の内壁がケーシング110の内壁とほぼ同一平面となるので、図5(a)に示されるような吸気流制御弁100の全開時には圧力損失はほとんど生じない。
【0004】
また、図5(b)には従来技術の他の吸気流制御弁の微開時における側断面図が示されている。図5(b)において低負荷時には弁体300の第一部分310に比較的大型の切欠部650が形成されている。この場合には図示しない吸気通路からの空気は切欠部650から弁体内通路600に進入し、弁体300の第二部分320とケーシング110の他側160との間の隙間520からシリンダヘッドに流入する。(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。
【特許文献1】
特開平5−44501号公報(図1)
【特許文献2】
特開平7−102984号公報(図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば図5(a)に示されるような従来技術の吸気流制御弁100においては空気はケーシング110の一側180付近の隙間510から弁体内通路600を通ってケーシング110の他側付近の隙間520まで大きく湾曲して弁体内通路600の対角線上を流れる。このため、特に隙間510から遠い側の第一部分310の端部付近において空気の乱れが生じるようになる。これにより、弁体300内において圧力損失がかなり増大し、また弁体300内で空気の乱れが生じるために、下流に位置する気筒内で所定の強度の渦、例えばタンブルを生じさせることができなくなる。また、圧力損失が生じることにより、ポンプ損失も増大することとなる。
【0006】
一方、図5(b)に示されるような従来技術の他の吸気流制御弁100においては比較的大型の切欠部650が弁体300に形成されているために、微開時における弁体300内での圧力損失を図5(a)の場合よりも低く抑えることができる。ところで、図5(c)は図5(b)の他の吸気流制御弁の全開時における側断面図である。図5(c)に示されるように、高負荷時に吸気流制御弁100が全開になるように弁体300が回転されると、切欠部650はケーシング110の内面によって閉鎖される。従って、空気の一部は第一部分310とケーシング110との間の切欠部650に一旦進入するものの再び排出されて出口部150に向かうこととなる。従って、高負荷時には切欠部650によって弁体300での圧力損失が増大する。それゆえ、図5(b)に示されるような他の吸気流制御弁100においては切欠部650によって微開時の圧力損失を低く抑えることができるものの、図5(c)に示されるような高負荷時においては切欠部650のために圧力損失が増大すると共に吸気脈動が減衰する原因になりうる。さらに、比較的大型の切欠部650を弁体300に形成することによって、弁体300自体の剛性、例えば曲げ剛性および捻り剛性も低下することとなる。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、微開時および全開時の両方において従来技術の場合よりも圧力損失が増大するのを妨げられると共に微開時には所定の強度の渦、例えばタンブルを生じさせられる吸気流制御弁を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために1番目に記載の発明によれば、入口部および該入口部に対向して配置された出口部を備えたケーシングと、該ケーシング内において回転可能な弁体とを具備し、該弁体には、断面が前記入口部および前記出口部と略同一形状であって略直線状の弁体通路が形成されており、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部に部分的に連通するように弁体が回転されたときには前記弁体内通路は前記出口部にも部分的に連通するようになっており、さらに、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに前記入口部と前記弁体内通路とを連通させる少なくとも一つの枝通路が前記弁体に形成されている吸気流制御弁が提供される。
【0009】
すなわち1番目の発明によって、枝通路を形成したために、吸気流制御弁の微開時(低負荷時)には空気を枝通路からも通過させられるので従来技術の場合よりも圧力損失が増大するのを妨げられると共に下流の気筒において所定の強度の渦、例えばタンブルを生じさせることができる。また、この枝通路が弁体内通路に対してかなり小さいために、高負荷のために吸気流制御弁を全開する際には、枝通路自体が圧力損失の原因になることをほぼ避けられる。さらに、枝通路が比較的小さいことによって弁体自体の剛性を確保することができる。
【0010】
2番目の発明によれば、1番目の発明において、前記枝通路の一部分は前記ケーシングの前記入口部の形状と部分的に略同一平面になっている。
すなわち2番目の発明によって、枝通路における平滑な流れを確保できるので、空気の乱れおよび圧力損失をさらに妨げられる。
【0011】
3番目の発明によれば、1番目または2番目の発明において、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記入口部側における前記弁体内通路の連通面積と前記枝通路の連通面積との合計が前記出口部側における前記弁体内通路の連通面積以上であるようにした。
すなわち3番目の発明によって、2番目の発明と同様の作用および効果を得ることができる。
【0012】
4番目の発明によれば、1番目から3番目のいずれかの発明において、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記枝通路の連通面積が前記出口部側における前記弁体内通路の連通面積以上であるようにした。
すなわち4番目の発明によって、2番目および3番目の発明と同様の作用および効果を得ることができる。
【0013】
5番目の発明によれば、1番目から4番目のいずれかの発明において、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記枝通路は前記入口部から前記弁体内通路を横切って前記弁体内通路の前記出口部に対する連通部分まで前記入口部と前記出口部とを結ぶ線分に対して略平行になるように形成されている。
すなわち5番目の発明によって、枝通路における平滑な流れをさらに確保できるので、空気の乱れおよび圧力損失をさらに妨げられる。
【0014】
6番目の発明によれば、1番目から5番目のいずれかの発明において、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記枝通路の一部分は、前記弁体内通路の前記入口部に対する連通部分に向かって広がるように形成されている。
すなわち6番目の発明によって、空気の取り込み量を多くできるので、空気の乱れおよび圧力損失をさらに少なくすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図1は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略構成図である。同図において、1は吸気ポート、2は排気ポートである。吸気ポート1は吸気弁3を介して、排気ポート2は排気弁4を介して、それぞれ気筒内へ通じている。5はピストンであり、6は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、7は気筒上部周囲から気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。燃料噴射弁7は、燃料のベーパを防止するために、燃焼室内において吸気流により比較的低温度となる吸気ポート1側に配置されている。図示されるように吸気流制御弁10が吸気通路20と吸気ポート1との間に設けられている。
【0016】
図1に示されるように、一般的な吸気ポート1は、気筒上部から反排気弁側に斜め上方向に延在しているために、吸気流制御弁10を介して吸気ポート1を通過する吸気には、主にシリンダボアの排気弁側に向かう速度成分が付与される。
この速度成分が付与された吸気は気筒内へ供給される際に吸気ポート1の気筒内開口と吸気弁3との間の隙間を通過する。
【0017】
この時、吸気ポート1の気筒内開口における排気弁側を介して気筒内へ供給される吸気は、あまり偏向されないためにそれほど速度低下することはなく、比較的速い速度でシリンダボアの排気弁側に向かい、図1において実線の矢印で示すように、シリンダボアの排気弁側を下降してピストン頂面を介してシリンダボアの吸気弁側を上昇するタンブルTが形成される。図1には示さないものの、吸気流制御弁10によって前述したスワールを発生させることも可能である。
【0018】
本発明の吸気流制御弁10は図示しないメインスロットルバルブと図1の吸気弁3との間に配置されている。図2(a)は本発明の第一の実施形態に基づく吸気流制御弁の微開時における側断面図である。低負荷時、例えば内燃機関の始動からファーストアイドルまでの間において、吸気流制御弁10は図示されるような微開位置に設定される。図2(a)に示されるように吸気流制御弁10のケーシング11の入口部12は吸気通路20に接続されていて、ケーシング11の出口部15は吸気ポート1に接続されている。図示されるように弁体30がケーシング11内に配置されている。この弁体30は図面を貫く方向に延びる軸線(図示しない)回りに回転可能になっている。
【0019】
図2(a)の側断面図において弁体30は第一部分31と第一部分31に対向する第二部分32とを含んでおり、弁体内通路60がこれら第一部分31および第二部分32の間に形成されている。弁体内通路60の横断面形状はケーシング11の入口部12および出口部15とほぼ等しくなっており、後述する吸気流制御弁10の全開時においては弁体内通路60の内壁はケーシング11の内壁とほぼ同一平面になる。さらに、図2(a)に示される第一部分31には、第一部分31を貫通していて弁体内通路60に連通する枝通路61が形成されている。この枝通路61は紙面を貫く方向に延びるスリット状の通路である。側断面図に示されるように、枝通路61は枝通路61の側面65、66が互いに平行になるように形成されている。また、枝通路61の寸法は弁体内通路60の寸法に対してかなり小さくなっている。
【0020】
微開時においては、弁体30は図示される所定の回転角度の位置に設定されている。図2(a)の側断面図に示されるような微開時においては隙間51が第一部分31の一端とケーシング11の一側18との間に形成されると共に、隙間52が第二部分32の一端とケーシング11の他側16との間で隙間51の反対側に形成されている。図2(a)に示されるように隙間51および隙間52は弁体内通路60の対角線上の対向する位置に形成されている。図2(a)の側断面図に示されるよう設定された微開時においては、枝通路61の一部の側面65はケーシング11の一部の側面16とほぼ同一平面になっている。また枝通路61は、枝通路61と隙間52とを通る線分が微開時においてケーシング11の一部の側面16に対してほぼ平行になるように形成されている。このため、枝通路61は弁体内通路60に対して所定の鋭角をなすように形成されている。このようなことにより、空気が吸気流制御弁10内を平滑に流れることができる。なお、図示されるような吸気流制御弁10の微開時においては、上流側における枝通路61の断面積と隙間51の面積との合計が下流側における隙間52の面積に等しいかまたはこれより大きくなっている。また、枝通路61の断面積のみが隙間52の面積に等しいかまたはこれより大きいようにしてもよい。
【0021】
吸気通路20を通る空気は図2(a)において下方の矢印により示されるようにケーシング11の入口部12から吸気流制御弁10内に進入する。次いで、空気は弁体30の第一部分31とケーシング11との間の隙間51を通って弁体内通路60に進入し、弁体内通路60を対角線上に横切った後で第二部分32とケーシング11との間の隙間52を通って弁体30から流出する。最終的に空気はケーシング11の出口部15を通って吸気流制御弁10から流出し、吸気ポート1を通じて気筒(図2(a)には示さない)に進入する。
【0022】
一方、空気の一部は図2(a)において上方の矢印により示されるように第一部分31に形成された枝通路61を通じて弁体30内に進入する。次いで弁体内通路60を概ね横切った後で、第二部分32とケーシング11との間の隙間52を通って弁体30から流出する。
【0023】
すなわち本発明においては、吸気流制御弁10の微開時において吸気流制御弁10内に進入した空気は隙間51と枝通路61との両方を通じて弁体30内に進入し、弁体内通路60で合流しつつ隙間52から流出する。前述した従来技術においては吸気流制御弁100の微開時には空気は隙間510のみを通じて弁体300内に進入していたので特に隙間510から遠い側の第一部分310の端部付近において空気の乱れが生じていた。これに対し、本発明においては空気は隙間51と枝通路61との両方から弁体30内に進入しており、またこの枝通路61の一部の側面65はケーシング11の側面16とほぼ同一平面になるように形成されているので、従来技術の図5(a)における隙間510から遠い側の第一部分310の端部に対応する箇所における空気の乱れおよび圧力損失を少なくすることができる。すなわち本発明においては微開時における弁体30内での空気の乱れおよび圧力損失を少なくすることができるので、下流に配置された気筒内において所定の強度の渦、例えばタンブルT(図1を参照されたい)を形成することが可能となる。また、前述したように隙間51と枝通路61との面積の合計が隙間52の面積以上であるか、または隙間51の面積が隙間52の面積以上であるようにしている。このため、空気を吸気流制御弁10内に平滑に流すことができ、結果的に吸気流制御弁10における空気の乱れおよび圧力損失をさらに少なくすることが可能となる。
【0024】
図2(b)は本発明の第一の実施形態に基づく吸気制御弁の全開時(高負荷時)における側断面図である。図2(b)においては吸気通路20および吸気ポート1を省略している。吸気流制御弁10の全開時においては図2(b)の側断面図における弁体30の第一部分31の側面34とケーシング11の内面16とが同一平面になっていて、第一部分31に対向する第二部分32の側面33とケーシング11の内面18とが同一平面になっている。つまり弁体内通路60の内壁はケーシング11の内壁とほぼ同一平面になる。これにより、図2(b)において矢印により示されるように吸気流制御弁10の全開時には、吸気通路20(図示しない)からの空気は入口部12から吸気流制御弁10内に進入した後に、弁体30の弁体内通路60内をそのまま直進して出口部15から流出する。また、吸気流制御弁10の全開時には第一部分31に形成された枝通路61はケーシング11自体によって図示されるように閉鎖される状態となる。このため、吸気流制御弁10の全開時に空気が枝通路61内に進入して圧力損失が増加する可能性もあるが、この枝通路61は弁体内通路60に比較してかなり小さいので圧力損失は実際にはほとんど増大しない。また、前述したようにこの枝通路61は弁体内通路60に対して所定の鋭角をなすように形成されているので、このことによっても吸気流制御弁10の全開時に吸気流制御弁10内を通過する空気が枝通路61に進入することが妨げられる。
【0025】
このように本発明においては、弁体30の一部に枝通路61を形成したために、低負荷時に吸気流制御弁10を微開位置に設定することにより空気を枝通路61と隙間51との両方から通過させられるので圧力損失を妨げられると共に下流の気筒において所定の強度の渦、例えばタンブルT等を生じさせることができる。また、この枝通路61が弁体内通路60に対してかなり小さいために、高負荷時に吸気流制御弁10を全開に設定したとしても、枝通路61自体によって圧力損失はほとんど増大しないようになる。
【0026】
図3は本発明に基づく第二の実施形態の吸気流制御弁の微開時における側断面図である。図3においては吸気通路20および吸気ポート1を省略している。図3の側断面図に示されるように枝通路61の側面65は前述した第一の実施形態と同様にケーシング11の内面16とほぼ同一平面になっている。一方、この側断面図において側面65に対向する枝通路61の側面66’は側面65に対して平行になっておらず、入口部12に向かって広がるように傾斜している。なお、図3においては前述した第一の実施形態における側面66の位置を点線Aにより示している。枝通路61の側面66’がこのように傾斜するよう形成されているために、吸気流制御弁10の微開時に枝通路61からの空気の取り込み量を多くすることができる。従って、本実施形態においては、前述した第一の実施形態の場合よりも、図5(a)における隙間510から遠い側の第一部分310の端部に対応する箇所における空気の乱れおよび圧力損失をさらに少なくすることができる。
【0027】
図4(a)は従来技術と本発明とにおけるタンブル強度の比較図である。さらに図4(b)は従来技術と本発明とにおける圧力損失の比較図である。図4(a)における縦軸は吸気流制御弁10によって生ずる渦、この場合にはタンブルTの強度を示しており、図4(b)における縦軸は圧力損失を示している。また図4(a)および図4(b)における横軸は吸気流制御弁の種類を示している。ここで、横軸に示される「従来技術A」は図5(a)に示すような従来技術の吸気流制御弁であって微開時における隙間510の面積(以下、「開孔面積」と称する)が、一般的なバタフライバルブ(図示しない)を吸気流制御弁として採用したときの微開時における同様な開孔面積にほぼ等しい場合を意味している。また、「従来技術B」は従来技術の吸気流制御弁であって微開時における隙間510の面積(開孔面積)が、バタフライバルブ(図示しない)を吸気流制御弁として採用したときの微開時における同様な開孔面積よりも小さいようにした場合を意味している。さらに、「本願発明品」は第一の実施形態の吸気流制御弁10を採用した場合を意味している。なお、一般的なバタフライバルブ(図示しない)を吸気流制御弁として使用した場合を「バタフライバルブ」として示す。
【0028】
図4(a)に示されるように本願発明品のタンブルTの強度はバタフライバルブの場合と同程度である。一方、開孔面積が小さい場合の従来技術Bにおいてもバタフライバルブの場合と同程度のタンブル強度が得られるものの、開孔面積をバタフライバルブの場合と同程度にする(従来技術A)と、タンブル強度は小さくなる。また、図4(b)を参照すると、本願発明品とバタフライバルブの場合の圧力損失は従来技術Aの場合と同程度である。しかしながら、開孔面積を小さくした従来技術Bの場合には圧力損失はこれら他の場合よりも大きくなっている。従って、図4(a)および図4(b)より、バタフライバルブの場合と同程度のタンブル強度を得るためには開孔面積を小さくする必要があるが、開孔面積を小さくすること(従来技術B)によって圧力損失がバタフライバルブの場合よりも増すこととなる。これに対し、本願発明品においては、枝通路61を設けることによりバタフライバルブと同程度のタンブル強度が得られると共に、本願発明品における圧力損失はバタフライバルブの場合と同程度にまで小さくなっている。従って、本願発明品である吸気流制御弁10は従来技術の場合よりも微開時におけるタンブル強度を大きくできると共に、圧力損失を低く抑えることが可能である。
【0029】
図4(c)は従来技術と本発明とにおける空気量の比較図である。図4(c)における縦軸は吸気流制御弁の全開時において吸気流制御弁を通過する空気量を示している。図4(c)の横軸における「従来技術」は図5(b)に示される吸気流制御弁の場合、「本願発明品」は第一の実施形態に示す吸気流制御弁10の場合、および「バルブ無し」は吸気流制御弁が設けられていない場合を示している。図4(c)に示されるように図5(b)のような従来技術の場合には比較的大型の切欠部650が存在するために空気量はバルブ無しの場合よりもわずかながら小さくなっている。これに対し、本願発明品において枝通路61が存在するものの、弁体内通路60に比べてかなり小さいために、本願発明品の空気量はバルブ無しの場合の空気量とほとんど差がない。従って、本願発明品である吸気流制御弁10は従来技術の場合よりも全開時における空気量を多くすることができる。
【0030】
図1および図2に示される実施形態においては一つの枝通路61のみが示されているが、複数の枝通路61が弁体30の第一部分31に設けられていてもよく、この場合には圧力損失の増大をさらに妨げられると共に所定の強度の渦、例えばタンブル等を確実に発生させることができる。
【0031】
【発明の効果】
各発明によれば、微開時および全開時の両方において圧力損失を従来技術の場合よりも低下させることができると共に微開時には所定の強度の渦、例えばタンブル等を生じさせられるという共通の効果を奏しうる。
さらに、2番目から6番目の発明によれば、空気の乱れおよび圧力損失をさらに妨げられるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による内燃機関の運転制御装置の概略構成図である。
【図2】(a)本発明の第一の実施形態に基づく吸気流制御弁の微開時における側断面図である。
(b)本発明の第一の実施形態に基づく吸気制御弁の全開時における側断面図である。
【図3】本発明に基づく第二の実施形態の吸気流制御弁の微開時における側断面図である。
【図4】(a)従来技術と本発明とにおけるタンブル強度の比較図である。
(b)従来技術と本発明とにおける圧力損失の比較図である。
(c)従来技術と本発明とにおける空気量の比較図である。
【図5】(a)従来技術の吸気流制御弁の微開時における側断面図である。
(b)従来技術の他の吸気流制御弁の微開時における側断面図である。
(c)図5(b)に示される吸気流制御弁の全開時における側断面図である。
【符号の説明】
10…吸気流制御弁
11…ケーシング
12…入口部
15…出口部
20…吸気通路
30…弁体
31…第一部分
32…第二部分
51…隙間
52…隙間
60…弁体内通路
61…枝通路
Claims (6)
- 入口部および該入口部に対向して配置された出口部を備えたケーシングと、
該ケーシング内において回転可能な弁体とを具備し、該弁体には、断面が前記入口部および前記出口部と略同一形状であって略直線状の弁体通路が形成されており、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部に部分的に連通するように弁体が回転されたときには前記弁体内通路は前記出口部にも部分的に連通するようになっており、
さらに、前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに前記入口部と前記弁体内通路とを連通させる少なくとも一つの枝通路が前記弁体に形成されている吸気流制御弁。 - 前記枝通路の一部分は前記ケーシングの前記入口部の形状と部分的に略同一平面になっている請求項1に記載の吸気流制御弁。
- 前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記入口部側における前記弁体内通路の連通面積と前記枝通路の連通面積との合計が前記出口部側における前記弁体内通路の連通面積以上であるようにした請求項1または2に記載の吸気流制御弁。
- 前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記枝通路の連通面積が前記出口部側における前記弁体内通路の連通面積以上であるようにした請求項1から3のいずれか一項に記載の吸気流制御弁。
- 前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記枝通路は前記入口部から前記弁体内通路を横切って前記弁体内通路の前記出口部に対する連通部分まで前記入口部と前記出口部とを結ぶ線分に対して略平行になるように形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の吸気流制御弁。
- 前記弁体の前記弁体内通路が前記ケーシングの前記入口部と前記出口部とに部分的に連通するときに、前記枝通路の一部分は、前記弁体内通路の前記入口部に対する連通部分に向かって広がるように形成されている請求項1から5のいずれか一項に記載の吸気流制御弁。
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Legal Events
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