JP2005273533A - 内燃機関の吸気スワール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、内燃機関の燃焼室内に発生するスワール流を負荷に対応して増減するための内燃機関の吸気スワール装置に関し、簡易な構造で信頼性の高い装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 インテークマニホールドに形成される吸気通路からの吸気を、シリンダヘッドに形成される吸気ポートを介して、燃焼室内にスワール流が発生するように供給する複数気筒の内燃機関において、前記インテークマニホールドに形成される複数の吸気通路の出口部にそれぞれ回動可能に配置される案内羽根回転軸と、前記案内羽根回転軸に固定され前記吸気ポートに挿入される案内羽根と、複数の前記案内羽根回転軸を同時に回動するためのリンク機構と、前記リンク機構を作動し前記吸気ポートに挿入される案内羽根の羽根角度を変更する駆動手段とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内に発生するスワール流を負荷に対応して増減するための内燃機関の吸気スワール装置に関する。

従来、燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジン等の内燃機関では、負荷に応じてスワール比を変化することにより全運転領域において最適な燃焼を実現することが行われている。
そして、従来、負荷に応じてスワール比を変化させる吸気スワール装置として、例えば、特開平１１−６２５９８号公報に開示されるものが知られている。

この吸気スワール装置では、インテークマニホールドに配置される案内羽根を、円形ギヤおよびリングギヤを介してアクチュエータにより作動することにより、負荷に応じてスワール比が変化される。
特開平１１−６２５９８号公報

しかしながら、上述した吸気スワール装置では、複数気筒のそれぞれの吸気ポートに、案内羽根を作動する円形ギヤ，リングギヤおよびアクチュエータを配置しているため、構造が複雑になり、また、信頼性も低下するという問題があった。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、簡易な構造で信頼性の高い内燃機関の吸気スワール装置を提供することを目的とする。

請求項１の内燃機関の吸気スワール装置は、インテークマニホールドに形成される吸気通路からの吸気を、シリンダヘッドに形成される吸気ポートを介して、燃焼室内にスワール流が発生するように供給する複数気筒の内燃機関において、前記インテークマニホールドに形成される複数の吸気通路の出口部にそれぞれ回動可能に配置される案内羽根回転軸と、前記案内羽根回転軸に固定され前記吸気ポートに挿入される案内羽根と、複数の前記案内羽根回転軸を同時に回動するためのリンク機構と、前記リンク機構を作動し前記吸気ポートに挿入される案内羽根の羽根角度を変更する駆動手段とを有することを特徴とする。

請求項２の内燃機関の吸気スワール装置は、請求項１記載の内燃機関の吸気スワール装置において、前記駆動手段は、モータの回転により前記リンク機構を作動することを特徴とする。
請求項３の内燃機関の吸気スワール装置は、請求項１または請求項２記載の内燃機関の吸気スワール装置において、前記内燃機関の負荷に応じて前記駆動手段を制御する制御手段を有することを特徴とする。

請求項４の内燃機関の吸気スワール装置は、請求項３記載の内燃機関の吸気スワール装置において、前記制御手段は、アクセル開度と前記羽根角度との関係を示す予め作成されたマップに基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする。
請求項５の内燃機関の吸気スワール装置は、請求項３記載の内燃機関の吸気スワール装置において、前記制御手段は、アクセル開度とエンジン回転数と前記羽根角度との関係を示す予め作成されたマップに基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする。

（作用）
請求項１の内燃機関の吸気スワール装置では、駆動手段によりリンク機構を作動すると、リンク機構により複数の案内羽根回転軸が同時に回動され、複数の吸気ポートに挿入される案内羽根の羽根角度が同時に変更される。
請求項２の内燃機関の吸気スワール装置では、リンク機構が、モータの回転により作動される。

請求項３の内燃機関の吸気スワール装置では、内燃機関の負荷に応じて駆動手段が制御される。すなわち、内燃機関が低負荷の時にはスワール比が小さくなるように制御され、内燃機関が高負荷の時にはスワール比が大きくなるように制御される。
請求項４の内燃機関の吸気スワール装置では、アクセル開度と羽根角度との関係を示す予め作成されたマップに基づいて駆動手段が制御される。

請求項５の内燃機関の吸気スワール装置では、アクセル開度とエンジン回転数と羽根角度との関係を示す予め作成されたマップに基づいて駆動手段が制御される。

請求項１の内燃機関の吸気スワール装置では、駆動手段によりリンク機構を作動すると、複数の吸気ポートに挿入される案内羽根の羽根角度が同時に変更されるため、複数の吸気ポートに別々にアクチュエータ等を配置する必要がなくなり、簡易な構造で信頼性の高い装置を得ることができる。
請求項２の内燃機関の吸気スワール装置では、モータの回転によりリンク機構を作動するようにしたので、リンク機構を容易，確実に作動することができる。

請求項３の内燃機関の吸気スワール装置では、内燃機関の負荷に応じて駆動手段を制御するようにしたので、負荷に応じてスワール比を適切に制御することができる。
請求項４の内燃機関の吸気スワール装置では、アクセル開度と羽根角度との関係を示す予め作成されたマップに基づいて駆動手段を制御するようにしたので、負荷に応じたスワール比の制御を容易に行うことができる。

請求項５の内燃機関の吸気スワール装置では、アクセル開度とエンジン回転数と羽根角度との関係を示す予め作成されたマップに基づいて駆動手段を制御するようにしたので、負荷に応じたスワール比の制御をより確実に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の内燃機関の吸気スワール装置の一実施形態を示すもので、この実施形態では、本発明がトラック，バス等のディーゼルエンジンに適用される。
図１および図２において、符号１１は、インテークマニホールドを示している。このインテークマニホールド１１は、６気筒用のエンジンに使用されるもので、インテークマニホールド１１には、間隔を置いて６箇所の分岐部１１ａが形成されている。

このインテークマニホールド１１は、図２に示すように、シリンダヘッド１３に装着されて使用される。インテークマニホールド１１の分岐部１１ａには、吸気通路１１ｂが形成されている。この吸気通路１１ｂは、シリンダヘッド１３に形成される吸気ポート１３ａに接続されている。
そして、インテークマニホールド１１に形成される吸気通路１１ｂからの吸気が、シリンダヘッド１３に形成される吸気ポート１３ａを介して、燃焼室１５内にスワール流が発生するように供給される。

なお、図２おいて、符号１７はシリンダブロックを、符号１９はピストンを示している。
この実施形態では、インテークマニホールド１１に形成される６箇所の吸気通路１１ｂの出口部に、それぞれ案内羽根回転軸２１が配置されている。案内羽根回転軸２１は、吸気通路１１ｂを横断して回動可能に配置されている。

案内羽根回転軸２１には、案内羽根２３がビス２５により固定されている。この案内羽根２３は、吸気ポート１３ａに挿入されている。
そして、図１に示すように、インテークマニホールド１１の６箇所の分岐部１１ａに配置される案内羽根回転軸２１が、リンク機構２７により同時に回動可能とされている。
このリンク機構２７は、揺動部材２９とリンク部材３１とを有している。

揺動部材２９の一端側には、図２に示すように、インテークマニホールド１１の分岐部１１ａから突出する案内羽根回転軸２１がナット３３により連結されており、揺動部材２９の回動により案内羽根回転軸２１が回動される。
揺動部材２９の他端側には、図１に示すように、リンク部材３１がピン部材３５により連結されており、リンク部材３１が図１の左右方向に移動すると揺動部材２９の他端側が左右方向に移動し、揺動部材２９が案内羽根回転軸２１を中心にして揺動する。リンク部材３１は、隣接する揺動部材２９を相互に連結して配置されている。

インテークマニホールド１１の端部には、リンク機構２７を作動し吸気ポート１３ａに挿入される案内羽根２３の羽根角度θを変更する駆動手段３７が配置されている。
この駆動手段３７は、ラック部材３９とピニオン４１とモータ４３とを有している。
ラック部材３９の一端側は、揺動部材２９の他端側に、ピン部材３５により連結されている。ラック部材３９の他端側には、例えば、ステップモータからなるモータ４３が配置されている。このモータ４３は、インテークマニホールド１１の端部に固定されている。モータ４３の回転軸には、ピニオン４１が固定され、このピニオン４１がラック部材３９の他端側のラック部３９ａに歯合されている。ラック部材３９の他端側は、インテークマニホールド１１の端部に固定されるブラケット４５の貫通穴に挿入され、左右および上下方向に移動可能に支持されている。

この駆動手段３７では、モータ４３を回転するとピニオン４１が回転し、ピニオン４１が歯合するラック部材３９が左右方向に移動しモータ４３側に位置する揺動部材２９が左右方向に揺動される。そして、この揺動がリンク部材３１を介して隣接する揺動部材２９に伝達され、各揺動部材２９が同時に揺動される。
図１において符号４７は、ディーゼルエンジンの負荷に応じて駆動手段３７を制御する制御手段を示している。

この制御手段４７は、例えば、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に設けられ、アクセル開度信号を入力してモータ４３の回転を制御する。
制御手段４７は、アクセル開度と羽根角度θとの関係を示す予め作成されたマップを有しており、このマップに基づいて駆動手段３７を制御する。
図３は、マップの詳細を示すもので、横軸にはアクセル開度が、縦軸には羽根角度θがとられている。そして、アクセル開度が所定の値Ａまでは、羽根角度θが０度とされ、この値を超えると、羽根角度θがアクセル開度に略比例して増大される。また、アクセル開度が所定の値Ｂを超えると、羽根角度θが最大値となり、この状態に維持される。

羽根角度θは、図４に示すように、吸気ポート１３ａに挿入される案内羽根２３の先端が、吸気ポート１３ａに形成されるヘリカルポート１３ｂの外側隅部１３ｃと反対側に最も離れた位置にある時が最小値である０度とされる。
この状態では、吸気通路１１ｂからの吸気が、図４に矢符Ｒ１で示すように、案内羽根２３に案内され、ヘリカルポート１３ｂの外側隅部１３ｃから比較的離れた位置に流入するため、スワール比が最小、すなわち、スワール流の強度が最も弱い状態となる。そして、この状態は、ディーゼルエンジンの低負荷時に好適するスワール流の状態である。

一方、羽根角度θは、図５に示すように、吸気ポート１３ａに挿入される案内羽根２３の先端が、吸気ポート１３ａに形成されるヘリカルポート１３ｂの外側隅部１３ｃに最も近づいた位置にある時が最大値ＭＡＸとされる。
この状態では、吸気通路１１ｂからの吸気が、図５に矢符Ｒ２で示すように、案内羽根２３に案内され、ヘリカルポート１３ｂの外側隅部１３ｃ側に向けて流入するため、スワール比が最大、すなわち、スワール流の強度が最も強い状態となる。そして、この状態は、ディーゼルエンジンの高負荷時に好適するスワール流の状態である。

上述した内燃機関の吸気スワール装置では、図３に示したアクセル開度と羽根角度θとの関係を示す予め作成されたマップに基づいて駆動手段３７が制御される。すなわち、ディーゼルエンジンが低負荷の時には、羽根角度θが小さくなるように駆動手段３７のモータ４３が制御され、ディーゼルエンジンが高負荷の時には、羽根角度θが大きくなるように駆動手段３７のモータ４３が制御される。

そして、駆動手段３７のモータ４３の回転によりリンク機構２７が作動され、リンク機構２７により６箇所の案内羽根回転軸２１が同時に回動され、６箇所の吸気ポート１３ａに挿入される案内羽根２３の羽根角度θが同時に変更される。
上述した内燃機関の吸気スワール装置では、駆動手段３７によりリンク機構２７を作動すると、複数の吸気ポート１３ａに挿入される案内羽根２３の羽根角度θが同時に変更されるため、複数の吸気ポート１３ａに別々にアクチュエータ等を配置する必要がなくなり、簡易な構造で信頼性の高い装置を得ることができる。

また、モータ４３の回転によりリンク機構２７を作動するようにしたので、リンク機構２７を容易，確実に作動することができる。
そして、上述した内燃機関の吸気スワール装置では、アクセル開度と羽根角度θとの関係を示す予め作成されたマップに基づいて駆動手段３７を制御するようにしたので、負荷に応じたスワール比の制御を容易に行うことができる。

なお、上述した実施形態では、アクセル開度と羽根角度θとの関係を示す予め作成されたマップに基づいて駆動手段３７を制御するようにした例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、アクセル開度とエンジン回転数と羽根角度θとの関係を示す予め作成されたマップに基づいて駆動手段３７を制御するようにしても良い。

図６は、このマップの詳細を示すもので、横軸にはアクセル開度が、縦軸にはエンジン回転数がとられている。そして、アクセル開度とエンジン回転数に対応して負荷曲線ａ１，ａ２，ａ３が設定され、負荷曲線ａ１，ａ２，ａ３の間に羽根角度θが設定されている。羽根角度θは、θ０，θ１，θ２，θ３と順次増大されている。このようにアクセル開度とエンジン回転数と羽根角度θとの関係を示す予め作成されたマップに基づいて駆動手段３７を制御することにより、負荷に応じたスワール比の制御をより確実に行うことが可能になる。

また、上述した実施形態では、駆動手段３７にモータ４３からなるアクチュエータを用いた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、油圧シリンダ，空気シリンダ等のアクチュエータを用いても良い。

本発明の内燃機関の吸気スワール装置の一実施形態を示す説明図である。 図１のインテークマニホールド１１に配置される案内羽根２３をシリンダヘッド１３の吸気ポート１３ａに挿入した状態を示す説明図である。 アクセル開度と羽根角度θとの関係が設定されるマップを示す説明図である。 吸気ポート１３ａに挿入される案内羽根２３の羽根角度θを最小にした状態を示す説明図である。 吸気ポート１３ａに挿入される案内羽根２３の羽根角度θを最大にした状態を示す説明図である。 アクセル開度とエンジン回転数と羽根角度θとの関係が設定されるマップを示す説明図である。

符号の説明

１１ インテークマニホールド
１１ａ 分岐部
１１ｂ 吸気通路
１３ シリンダヘッド
１３ａ 吸気ポート
１３ｂ ヘリカルポート
１３ｃ 外側隅部
１５ 燃焼室
１７ シリンダブロック
１９ ピストン
２１ 案内羽根回転軸
２３ 案内羽根
２７ リンク機構
２９ 揺動部材
３１ リンク部材
３７ 駆動手段
３９ ラック部材
３９ａ ラック部
４１ ピニオン
４３ モータ
４７ 制御手段

Claims (5)

1. インテークマニホールドに形成される吸気通路からの吸気を、シリンダヘッドに形成される吸気ポートを介して、燃焼室内にスワール流が発生するように供給する複数気筒の内燃機関において、
   前記インテークマニホールドに形成される複数の吸気通路の出口部にそれぞれ回動可能に配置される案内羽根回転軸と、
   前記案内羽根回転軸に固定され前記吸気ポートに挿入される案内羽根と、
   複数の前記案内羽根回転軸を同時に回動するためのリンク機構と、
   前記リンク機構を作動し前記吸気ポートに挿入される案内羽根の羽根角度を変更する駆動手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の吸気スワール装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の吸気スワール装置において、
   前記駆動手段は、モータの回転により前記リンク機構を作動することを特徴とする内燃機関の吸気スワール装置。
3. 請求項１または請求項２記載の内燃機関の吸気スワール装置において、
   前記内燃機関の負荷に応じて前記駆動手段を制御する制御手段を有することを特徴とする内燃機関の吸気スワール装置。
4. 請求項３記載の内燃機関の吸気スワール装置において、
   前記制御手段は、アクセル開度と前記羽根角度との関係を示す予め作成されたマップに基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする内燃機関の吸気スワール装置。
5. 請求項３記載の内燃機関の吸気スワール装置において、
   前記制御手段は、アクセル開度とエンジン回転数と前記羽根角度との関係を示す予め作成されたマップに基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする内燃機関の吸気スワール装置。

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