JP2006077590A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スワール生成時にスワール流を安定して生成する。
【解決手段】 吸気制御弁２０の弁体２３には、底部２３ｅと側部２３ｆとを有するようスワール用切り欠き２３ｃを形成する。横板状部材２５は、吸気制御弁２０の全閉状態において、弁体２３のスワール発生用切り欠き２３ｃにより形成された底部２３ｅの位置に連続する。縦板状部材２６は、横板状部材２５に略垂直に配設され、弁体２３のスワール用切り欠き２３ｃにより形成された側部２３ｆの位置に連続する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

従来、特許文献１に記載のように、吸気ポートの通路内を隔壁により第１通路と第２通路とに区画形成し、第２通路を開閉する吸気制御弁（シャッタ弁）を設け、吸気制御弁の閉状態では吸気制御弁の前縁を隔壁と当接させてタンブル生成を確実に行うことが知られている。
実開平７−２５２６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、隔壁が横板として設けられているため、タンブル流の生成は確実であっても、吸気制御弁をスワール制御弁として用いた場合には、ガス流動が乱れてスワール流を安定して生成することができないおそれがあった。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、スワール生成時にスワール流を安定して生成することを目的とする。

そのため本発明では、吸気通路の通路壁近傍位置に配設された弁軸と、該弁軸に一端部が固定され他端部の幅方向のいずれか一方に底部と側部とを有するようスワール発生用切り欠きが形成されて弁軸回りを回動する弁体とを有し、該弁軸の回動位置に応じてガス流動を制御する吸気制御弁と、吸気制御弁の全閉状態において、弁体のスワール発生用切り欠きにより形成された底部の位置から吸入空気の流れ方向に配設される横板状部材と、横板状部材に角度をなして、弁体のスワール発生用切り欠きにより形成された側部の位置から吸入空気の流れ方向に配設される縦板状部材と、を有する。

本発明によれば、吸気制御弁の全閉状態において、横板状部材および縦板状部材が、吸気制御弁の弁体に形成されたスワール発生用切り欠きに対応するため、吸気制御弁を通過した吸入空気を安定してシリンダ内に供給することができ、大幅なエミッション低減および燃費向上ができるという効果がある。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の吸気装置の全体構成を示す図である。
複数個（例えば４個）設けられた各シリンダ１（１個のみ図示）内には、ピストン２が移動可能に配置されている。ピストン２の冠面２ａと、シリンダ１の上側に配設されたシリンダヘッド３とにより燃焼室４が画成されている。燃焼室４の上部のシリンダヘッド３には、点火プラグ５が配設されている。

各燃焼室４には、吸気バルブ６および排気バルブ７が２個ずつ配置されている。吸気バルブ６および排気バルブ７は、それぞれに設けられた動弁機構８，９により開閉駆動される。
更に各燃焼室４には、二股の吸気ポート１０および排気ポート１１が互いに対向して設けられている（各１個のみ図示）。吸気ポート１０には、吸気マニホールド１２が接続されて吸気通路１３を構成している。排気ポート１１には、排気マニホールド（図示せず）が接続されて排気通路１５を構成する。

吸気通路１３には、上流側にスロットルバルブ１６が配置され、スロットルバルブ１６の開閉制御により、スロットルバルブ１６の上流側に配置されたエアクリーナー１７を介して新気が吸入される。
スロットルバルブ１６の下流側には、コレクタ１８が配置されており、このコレクタ１８に接続された吸気マニホールド１２を介して各シリンダ１に吸入空気を分配する。

吸気通路１３（例えば、吸気マニホールド１２）の通路壁近傍位置には、通路壁底面の一部を切り欠いて、吸気制御弁２０（弁軸２２）を格納する格納部２１が形成されている。
吸気制御弁２０は、図２に示すように、格納部２１の所定位置にて回動可能な弁軸２２に、板状の弁体２３の一端部２３ａが固定され、他端部２３ｂの右側に底部２３ｅと側部２３ｆとを有するようスワール発生用切り欠き２３ｃが形成されたフラップ弁として構成されている。スワール発生用切り欠き２３ｃは、弁体２３の中心位置（Ａ−Ａ線）から右側半分を切り欠いて形成している。

吸気制御弁２０の弁軸２２は、アクチュエータ２４（サーボモータ）により回動可能となっている。このため、アクチュエータ２４の制御、すなわち弁軸２２の回動位置に応じて、弁体２３の他端側の前縁２３ｂが弁軸２２を中心とした円弧状に動くことにより、吸気通路１３の開閉が制御される。
例えば、吸気制御弁２０が全開の場合、すなわち吸気制御弁２０の弁体２３が吸気通路１３と平行な位置にある場合には、吸気制御弁２０の全体が格納部２１に格納されることとなる。この時、吸入空気の流動抵抗が低減する。

吸気通路１３（例えば、吸気ポート１０）には、吸入空気を整流するための部材として、吸入空気の流れ方向に沿った横板状部材２５が配設されている。この横板状部材２５は、吸気制御弁２０の弁軸２２が所定回動位置にあるとき、図１，２では、吸気制御弁２０を全閉にした状態のときに、スワール発生用切り欠き２３ｃが形成された弁体２３の他端側の前縁（底部２３ｅ）と連続する。横板状部材２５は、弁体２３のスワール発生用切り欠き２３ｃにより形成された底部２３ｅの位置から吸入空気の流れ方向に配設される。

そして、スワール発生用切り欠き２３ｃが形成されていない弁体２３の他端側の前縁２３ｄが吸気通路１３の壁面に当接する。
この時、弁体２３に形成されたスワール発生用切り欠き２３ｃの側部２３ｆには、横板状部材２５に角度をなして（略垂直に）縦板状部材２６が配設されている。図１，２では、縦板状部材２６は、吸気通路１３内において吸入空気の流れ方向に配設され、横板状部材２５の上側（垂直上方）にのみ配設されている。縦板状部材２６は、弁体２３のスワール発生用切り欠き２３ｃにより形成された側部２３ｆの位置から吸入空気の流れ方向に配設される。

縦板状部材２６は、図２（ロ）に示すように、吸気制御弁２０の弁体２３の中心線（Ａ−Ａ線）とずれて形成されているため、吸気制御弁２０の開閉動作によって縦板状部材２６の上流側の前縁部２６ａが側部２３ｆに干渉しないよう（一致するよう）になっている。縦板状部材２６の上流側の前縁部（端面）２６ａは、吸気制御弁２０が全閉の時に弁体２３と面一になるように構成する一方、下流側の前縁２６ｂが吸気通路１３に配置された燃料噴射弁２７の近傍まで形成されている。

横板状部材２５と縦板状部材２６とは、図２（ロ）に示すように、略垂直なＬ型形状をなすように配置されている。これにより、吸気制御弁２０の全閉状態においては、弁体２３に形成されたスワール発生用切り欠き２３ｃに対応した状態となる。そして、スワール発生用切り欠き２３ｃから吸入空気が通過し、横板状部材２５と縦板状部材２６とにより、吸入空気の流動を乱すことなくシリンダ１内にスワール流を発生させる。

また、内燃機関の運転状態を検出するため、各種センサが配設されている。例えば、図示のように、スロットルバルブ１６の上流の吸気通路１３に設けられたエアフロメータ２８（吸入空気検出センサ）や、エンジン回転数に応じた信号を出力するクランク角センサ２９などが配設されている。
これらのセンサ２８，２９からの出力信号がＥＣＵ３０に入力され、各種演算・制御を行う。ＥＣＵ３０は、点火プラグ５の点火時期制御、スロットルバルブ１６の開度制御、アクチュエータ２４の制御（弁軸２２の回動位置制御）、燃料噴射弁２７からの燃料噴射制御などを行う。

これらの構成において、内燃機関の負荷（運転条件）と吸気制御弁２０の開閉との関係ついて説明する。
内燃機関が低回転低負荷にある時には、吸気制御弁２０を全閉にする。この時、吸気制御弁２０の弁体２３のスワール発生用切り欠き２３ｃにより形成された底部２３ｅおよび側部２３ｆが、Ｌ型に形成された横板状部材２５および縦板状部材２６に連続する。横板状部材２５および縦板状部材２６は、吸気通路１３の吸気流れ方向に形成されているため、吸入空気がガス流動を乱されることなくシリンダ１内に供給されて強いスワール流を形成する。

内燃機関が中回転中負荷にある時には、吸気制御弁２０を半開きにする。この時の吸気制御弁２０の開度は、回転数および負荷の程度に応じて決定する。
内燃機関が高回転高負荷にある時には、吸気制御弁２０を全閉にする。この時、吸気通路１３の下側壁面に形成された格納部２１に吸気制御弁２０（弁体２３）が格納され、吸入空気の流動抵抗を減少させる。

本実施形態においては、吸気通路１３の通路壁近傍位置に配設された弁軸２２と、該弁軸２２に一端部２３ａが固定され他端部２３ｂの幅方向のいずれか一方に底部２３ｅと側部２３ｆとを有するようスワール発生用切り欠き２３ｃが形成されて弁軸回りを回動する弁体２３とを有し、該弁軸２２の回動位置に応じてガス流動を制御する吸気制御弁２０と、吸気制御弁２０の全閉状態において、弁体２３のスワール発生用切り欠き２３ｃにより形成された底部２３ｅの位置から吸入空気の流れ方向に配設される横板状部材２５と、横板状部材２５に角度をなして、弁体２３のスワール発生用切り欠き２３ｃにより形成された側部２３ｆの位置から吸入空気の流れ方向に配設される縦板状部材２６と、を有する。このため、弁軸２２が所定回動位置（例えば、図２の（ロ）の位置）にある場合に、吸気制御弁２０の弁体２３に形成されたスワール発生用切り欠き２３ｃに対応して吸入空気の流れ方向に配設された横板状部材２５および縦板状部材２６が連続するため、吸気制御弁２０を通過した吸入空気を安定してシリンダ１内に供給することができ、大幅なエミッション低減および燃費向上ができる。

また本実施形態によれば、吸気通路１３の流れ断面において、横板状部材２５と縦板状部材２６とは略垂直なＬ型形状をなす。このため、図２（ロ）に示すように、吸気制御弁２０が全閉の時には、スワール発生用切り欠き２３ｃに対応した通路が形成され、安定したスワール流を生成することができる。
また本実施形態によれば、縦板状部材２６の上流側前縁部２６ａは、吸気制御弁２０の全閉時に、スワール発生用切り欠き２３ｃにより形成された側部２３ｆに一致する。このため、吸入空気の流れが乱れ難く、安定したガス流動を確保することができる。

また本実施形態によれば、吸気通路１３の一部を切り欠いて、吸気制御弁２０を格納する格納部２１を形成した。このため、吸気制御弁２０（弁体２３）を格納部２１に格納することで吸入空気の流動抵抗を減少させることができる。
次に、本発明の第２の実施形態について図３を用いて説明する。
本実施形態では、横板状部材２５を、１つ以上の追加横板状部材を含んで構成し、吸気通路１３の上下方向に所定の間隔で平行に２つ設けた薄板状の第１横板状部材２５ａおよび第２横板状部材２５ｂ（追加横板状部材）として構成している。

第１横板状部材２５ａおよび第２横板状部材２５ｂは、幅方向（図３（ロ）の左側）に延設しており、この延設した部分には、弁軸２２が回動した場合に、弁体２３においてスワール発生用切り欠き２３ｃが形成されていない他端側の前縁２３ｄが干渉しないように切り欠きが形成されている。この切り欠きは、弁軸２２が所定回動位置にある時に、弁体２３の前縁２３ｄが連続する。

縦板状部材２６は、吸気通路１３の下側に延設されており、第１横板状部材２５ａおよび第２横板状部材２５ｂと垂直になるように結合して設けられている。
このため、吸気通路１３の流れ断面において、縦板状部材２６と横板状部材２５（第１横板状部材２５ａ、第２横板状部材２５ｂ）とが逆Ｔ型形状をなす。そして、第１横板状部材２５ａおよび第２横板状部材２５ｂには、吸気制御弁２０の弁体２３においてスワール発生用切り欠き２３ｃが形成されていない他端側の前縁２３ｅと干渉しないように切り欠きが形成されている。

本実施形態の構成において、内燃機関の負荷（運転条件）と吸気制御弁２０の開閉との関係ついて説明する。
内燃機関が低回転低負荷にある時には、第１の実施形態と同じく、吸気制御弁２０を全閉にして吸入空気をシリンダ内に供給することで強いスワール流を形成する。
内燃機関が中回転中負荷にある時には、吸気制御弁２０を半開きの状態にする。この時、図３（ロ）に示すように、吸気制御弁２０の弁軸２２の所定回動位置にある場合に、第１横板状部材２５ａは、弁体２３の他端側にスワール発生用切り欠き２３ｃがない前縁２３ｄに連続する。第２横板状部材２５ｂは、弁体２３の他端側にスワール発生用切り欠き２３ｃがある前縁２３ｅに連続する。

この時、吸入空気は、第１横板状部材２５ａの上側の通路（図３（ロ）に示す縦板状部材２６の左右の通路）と、第１横板状部材２５ａ、第２横板状部材２５ｂおよび縦板状部材２６によって区画される通路とから構成される開口部を介してシリンダ１へ導かれる。
第１横板状部材２５ａ、第２横板状部材２５ｂおよび縦板状部材２６は、それぞれ吸気通路１３の吸入空気の流れに沿って形成されているため、吸気制御弁２０の中間開度においても吸入空気の流れを乱さず、スワール流動を発生させることができ、大幅なエミッション低減および燃費向上が可能となる。

内燃機関が高回転高負荷にある時には、第１の実施形態と同じく、吸気制御弁２０を全閉にして、吸気制御弁２０（弁体２３）を格納部２１に格納することで、吸入空気の流動抵抗を減少させる。
なお、本実施形態では、横板状部材２５は、第１横板状部材２５ａおよび第２横板状部材２５ｂの２つで構成することについて説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、図４に示すように、横板状部材２５を複数形成し、内燃機関の運転条件（回転数、負荷）に応じた吸気制御弁２０の開度を決定することで、吸気制御弁２０の中間開度においても吸入空気の流れを乱さず、安定したガス流動を生成させるようにしてもよい。

また、図５に示すように、横板状部材２５および縦板状部材２６を多数設けることでハニカム構造の部分として構成することで、吸入空気の流れを乱さず、安定したガス流動を生成させるようにしてもよい。この場合は、横板状部材２５および縦板状部材２６を薄板とすることで吸入空気の抵抗を低減する。
本実施形態によれば、横板状部材２５は、幅方向に延設しており、吸気通路１３の流れ断面において、縦板状部材２５と逆Ｔ型形状をなす一方、弁軸２２が回動した時に、弁体２３においてスワール発生用切り欠き２３ｃが形成されていない他端側の前縁２３ｄと干渉しないように切り欠きが形成されている。このため、吸気制御弁２０が回動しても弁体２３が横板状部材２５に干渉することがなくなる。

また本実施形態によれば、縦板状部材２６と略垂直になるよう１つ以上の追加横板状部材（第２横板状部材２５ｂ）が設けられ、吸気制御弁２０の他端側の外縁（２３ｄ、２３ｅ）の位置から吸入空気の流れ方向に配設される。このため、弁軸２２の所定回動位置（中間開度）において、吸気制御弁２０の弁体２３の切り欠き２３ｃが形成されていない前縁２３ｄと、切り欠き２３ｃが形成されている前縁（底部２３ｅ）とがそれぞれ違った位置で横板状部材２５と連続し、運転条件に応じたガス流動をより安定して生成することができ、大幅なエミッション低減および燃費向上が可能となる。

また本実施形態によれば、縦板状部材２６と、追加横板状部材（第２横板状部材２５ｂ）を含んで構成される横板状部材２５とは、ハニカム構造の部分として構成される。このため、運転条件に応じて吸気制御弁２０の開度を変更することで常にガス流動を安定して生成することができる。
また本実施形態によれば、横板状部材２５は、弁軸２２の所定回動位置において、弁体２３の他端側にスワール発生用切り欠き２３ｃがない前縁２３ｄに連続する第１横板状部材２５ａと、弁体２３の他端側にスワール発生用切り欠き２３ｃがある前縁２３ｅに連続する第２横板状部材２５ｂとから構成される一方、第１横板状部材２５ａと第２横板状部材２５ｂとは、縦板状部材２６により結合される。このため、第１横板状部材２５ａ、第２横板状部材２５ｂおよび縦板状部材２６により吸気通路１３が画成され、吸気制御弁２０の開度に応じて、ガス流動を安定して生成することができる。

第１の実施形態に係る吸気装置を示す構成図 吸気通路の断面図 横板状部材を２つ設けた場合の吸気通路の断面図 横板状部材を複数設けた場合の吸気通路の断面図 横板状部材および縦板状部材をハニカム構造とした場合の吸気通路の断面図

符号の説明

１０ 吸気ポート
１２ 吸気マニホールド
１３ 吸気通路
１６ スロットルバルブ
２０ 吸気制御弁
２１ 格納部
２２ 弁軸
２３ 弁体
２３ａ 弁体の一端部
２３ｂ 弁体の他端側前縁
２３ｃ スワール発生用切り欠き
２３ｄ スワール発生用切り欠きが形成されていない弁体の他端側の前縁
２３ｅ スワール発生用切り欠きが形成された弁体の他端側の前縁（底部）
２３ｆ スワール発生用切り欠きにより形成された側部
２４ アクチュエータ
２５ 横板状部材
２５ａ 第１横板状部材
２５ｂ 第２横板状部材
２６ 縦板状部材
２７ 燃料噴射弁

Claims (8)

1. 吸気通路の通路壁近傍位置に配設された弁軸と、該弁軸に一端部が固定され他端部の幅方向のいずれか一方に底部と側部とを有するようスワール発生用切り欠きが形成されて弁軸回りを回動する弁体とを有し、該弁軸の回動位置に応じてガス流動を制御する吸気制御弁と、
   前記吸気制御弁の全閉状態において、前記弁体のスワール発生用切り欠きにより形成された底部の位置から吸入空気の流れ方向に配設される横板状部材と、
   前記横板状部材に角度をなして、前記弁体のスワール発生用切り欠きにより形成された側部の位置から吸入空気の流れ方向に配設される縦板状部材と、
   を有することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記吸気通路の流れ断面において、前記横板状部材と前記縦板状部材とは略垂直なＬ型形状をなすことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記横板状部材は、幅方向に延設しており、前記吸気通路の流れ断面において、縦板状部材と逆Ｔ型形状をなす一方、前記弁軸が回動した時に、前記弁体においてスワール発生用切り欠きが形成されていない他端側の前縁と干渉しないように切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記縦板状部材と略垂直になるよう１つ以上の追加横板状部材が設けられ、前記吸気制御弁の他端側の外縁の位置から吸入空気の流れ方向に配設されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記縦板状部材と、前記追加横板状部材を含んで構成される前記横板状部材とは、ハニカム構造の部分として構成されることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の吸気装置。
6. 前記横板状部材は、前記弁軸の所定回動位置において、前記弁体の他端側にスワール発生用切り欠きがない前縁に連続する第１横板状部材と、前記弁体の他端側にスワール発生用切り欠きがある前縁に連続する第２横板状部材とから構成される一方、
   前記第１横板状部材と前記第２横板状部材とは、前記縦板状部材により結合されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
7. 前記縦板状部材の上流側前縁部は、前記吸気制御弁の全閉時に、前記スワール発生用切り欠きにより形成された側部に一致することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気装置。
8. 前記吸気通路壁の一部を切り欠いて、前記吸気制御弁を格納する格納部を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気装置。

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