JP2006077648A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気制御弁２０の開閉状態を変化させることで種々の強度のガス流動を得ることを可能にすると共に、吸気制御弁２０の開閉状態を変化させた場合においても、安定したガス流動を確保する。
【解決手段】 略矩形断面の吸気通路１３の格納部２１に配設された弁軸２２と、該弁軸２２に一端部２３ａを固着されて弁軸回りを回動する弁体２３とを有し、該弁体２３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、この吸気制御弁２０の弁体２３の他端部２３ｂに一端部を揺動自在に連結され、吸気流れ方向に延在する仕切り板２４と、この仕切り板２４から側方に突出させたガイド部２４ａと、吸気通路１３の側壁に形成され、ガイド部２４ａを摺動自在に案内することにより、弁体２３の回動に伴って、仕切り板２４を吸気流れ方向と略平行な状態で吸気流れ方向と交差する方向に移動させる摺動溝２５と、を有する。
【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１つであったため、吸気制御弁の開閉状態は、第２通路を全開にする状態と、第２通路を全閉にする状態との２つの状態しかなかった。このため、機関の運転状態に応じて種々の強度のガス流動を得ることが困難であった。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、吸気制御弁の開閉状態を変化させることで種々の強度のガス流動を得ることを可能にすると共に、吸気制御弁の開閉状態を変化させた場合においても、安定したガス流動を確保することを目的とする。

そのため本発明では、略矩形断面の吸気通路の底壁近傍に吸気流れ方向と直交する方向に配置された弁軸と、一端側の弁軸回りを回動する弁体とを有し、該弁体の回動位置に応じてガス流動を制御する吸気制御弁と、この吸気制御弁の弁体の他端側に一端部を揺動自在に連結され、吸気流れ方向に延在する仕切り板と、この仕切り板から側方に突出させたガイド部と、吸気通路の側壁に形成され、ガイド部を摺動自在に案内することにより、弁体の回動に伴って、仕切り板を吸気流れ方向と略平行な状態で吸気流れ方向と交差する方向に移動させる摺動溝と、を有する。

本発明によれば、仕切り板移動装置によって仕切り板を連続的に平行移動させるため、運転状況に応じて効率よく吸入空気を整流することができ、大幅なエミッション低減および燃費向上が可能となる。

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。図２は、吸気通路１３を示す図であり、（イ）は吸気通路１３の断面図、（ロ）は（イ）を矢印方向から見た図である。
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）。これら各吸気ポート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。吸気通路１３は、上壁と底壁および両側の側壁から構成される略矩形断面形状をしている（図２（ロ）参照）。各排気ポート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）には、底壁の一部を切り欠いて、吸気制御弁２０を格納する格納部２１が形成されている。
吸気制御弁２０（本実施形態では、タンブル制御弁）は、図２（ロ）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に長方形板状の弁体２３の一端部２３ａが固着されて弁軸回りを回動するフラップ弁として構成されている。弁軸２２は、略矩形断面の吸気通路１３の底壁近傍に吸気流れ方向と直交する方向に配設されている。吸気制御弁２０の弁体２３の他端部２３ｂは、吸気通路１３の上壁と平行に形成されており、弁体２３の回動位置に応じてガス流動を制御する。

吸気制御弁２０の弁体２３の他端部２３ｂには、吸気通路１３の吸気流れ方向に沿って仕切り板２４が配置されている。この仕切り板２４は、吸入空気の整流作用を持っており、吸気制御弁２０の弁体２３の他端部２３ｂに一端部２４ａが揺動自在に連結されている。すなわち、吸気制御弁２０の他端部２３ｂは、仕切り板２４の一端部２４ａとの連結部となっている。

吸気制御弁２０の弁軸２２は、アクチュエータ２６（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２６の制御、すなわち弁体２３の回動位置に応じて、吸気制御弁２０の弁体２３の他端部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、図２に示すように、吸気制御弁２０が半開きの状態の場合には、吸気通路１３の上壁と、吸気制御弁２０の弁体２３の他端部２３ｂとの間の開口部から吸入空気が導入され、仕切り板２４と吸気通路１３の上壁とにより吸入空気が整流された状態でシリンダ１内に導入されるため、強いタンブル流を生成する。

一方、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と平行となっている場合には、弁体２３が格納部２１に格納される状態となる。この状態では、吸気制御弁２０および仕切り板２４が格納部２１に格納されることとなるため、吸入空気の流動抵抗を低減する。
ここで、吸気制御弁２０の弁体２３の連結部２３ｂより下流側の仕切り板２４には、その一部が幅方向に突出したガイド部２４ｂが形成されている（図２（ロ）参照）。このガイド部２４ｂは、吸気通路１３の側壁に形成された摺動溝２５に摺動可能に嵌挿されている。

摺動溝２５は、図２（イ）に示すように、吸気制御弁２０の弁体２３の他端部２３ｂの回動軌跡を吸気流れ方向に平行移動させた円弧の下側を円弧の中心側に膨らみを持たせて略Ｓ字状に形成している。すなわち、吸気通路１３の底壁側において、摺動溝２５の下端部２５ａは、その他の摺動溝２５の部位に比べ、吸気制御弁２０の弁体２３の他端部２３ｂの回動軌跡に近接させている。

そして、摺動溝２５は、吸気制御弁２０が半開きの状態の時に、仕切り板２４のガイド部２４ｂを摺動自在に案内することにより、仕切り板２４を吸気流れ方向に平行に配置するように形成されている。
具体的には、摺動溝２５は、延在方向で滑らかな略Ｓ字状のカーブを形成しており、吸気制御弁２０の弁体２３が吸気通路１３を閉止する側に回動する場合には、仕切り板２４を吸気通路１３の上壁と平行に配置する。

そして、摺動溝２５は、吸気制御弁２０の弁体２３を開く側（仕切り板２４を吸気通路１３の底壁に近接させる状態）に回動する場合、仕切り板２４のガイド部２４ｂを、吸気制御弁２０の弁体２３の他端部２３ｂの回動軌跡に近接させて（吸気通路１３の上流側に）摺動させる。この状態では、仕切り板２４は、吸気流れ下流側に向かうほど吸気通路１３の底壁側に傾斜する。

更に、吸気制御弁２０の弁体２３を開く側に回動した場合、摺動溝２５の下端部２５ａは、吸気通路１３の底壁に向かうにつれて吸気流れ方向の下流側に傾斜して形成されているため、吸気制御弁２０の弁体２３が吸気通路１３の上壁と平行になる状態では、吸気制御弁２０および仕切り板２４が格納部２１に格納される。
また、吸気制御弁２０を格納部２１に格納した状態から弁体２３を回動させて吸気通路１３を半開きの状態にする場合に、摺動溝２５の下端部２５ａが鋭角に形成されており、この部分に仕切り板２４のガイド部２４ｂが摺動するため、仕切り板２４の持ち上がり始めの抵抗が特に小さくなる。

また、吸気制御弁２０の下流側の吸気通路１３（吸気ポート１０）には、燃料噴射弁２７がシリンダ１に向けて配設されている。
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（吸入空気量検出センサ）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２６の制御（弁体２３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、内燃機関の運転条件（負荷）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から中回転中負荷の間にある時には、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。この時、仕切り板２４は、ガイド部２４ｂが摺動溝２５に挿入された状態で摺動するため、吸気制御弁２０の開度に応じて吸気通路１３（吸気ポート１０）の上壁と平行に上下移動をする。そして、吸気制御弁２０の開度は、運転条件に応じて連続的に決定されるため、仕切り板２４が運転状態に応じた位置に配置されて適切な排気、燃費および出力を両立させる。特に、低回転低負荷域においてタンブル流の強化を図ることができる。

内燃機関が高回転高負荷にある時には、吸気制御弁２０を全開にする。この時、吸気通路１３の底壁に形成された格納部２１に吸気制御弁２０、仕切り板２４およびリンク部材２５が格納され、吸入空気の流動抵抗を減少させる。
なお、吸気制御弁２０の開度は、機関冷却水の温度に応じて決定してもよい。この場合、冷却水温度が低い時（冷間時）には、吸気制御弁２０を閉じて強いタンブル流を生成させる一方、冷却水温が高い時（暖機時）には、吸気制御弁２０を開くことで格納部２１に格納させる。

また、摺動溝２５の下端部２５ａは、吸気通路１３の底壁に向かうにつれ吸入空気の下流側に傾斜して形成することで、吸気制御弁２０を格納部２１に格納した状態から弁体２３を回動させて吸気通路１３を半開きの状態にする場合に、仕切り板２４の持ち上がり始めの抵抗が特に小さくな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３に示すように、吸気制御弁２０の弁体２３の一端部２３ａを、吸気通路１３の底壁側において略垂直に折り曲げることで、弁軸２２と、弁体２３の板面とを距離Ｄだけオフセットした状態で構成するようにしてもよい。この場合、摺動溝２５の下端部２５ａは、吸気通路１３の底壁に対して角度θが９０°未満となるため、弁体２３の回動により仕切り板２４が持ち上がることとなる。

本実施形態によれば、略矩形断面の吸気通路１３の底壁近傍に吸気流れ方向と直交する方向に配置された弁軸２２と、該弁軸回りを回動する弁体２３とを有し、該弁体２３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、この吸気制御弁２０の弁体２３の他端側（他端部２３ｂ）に一端部２４ａを揺動自在に連結され、吸気流れ方向に延在する仕切り板２４と、仕切り板２４から側方に突出させたガイド部２４ｂと、吸気通路１３の側壁に形成され、ガイド部２４ｂを摺動自在に案内することにより、弁体２３の回動に伴って、仕切り板２４を吸気流れ方向と略平行な状態で吸気流れ方向と交差する方向に移動させる摺動溝２５と、を有する。このため、吸気制御弁２０の弁体２３の回動位置に応じて仕切り板２４の位置が変化するため、連続的に吸気制御弁２０を作動させる場合でも効率よく吸入空気を整流することができる。

また本実施形態によれば、摺動溝２５は、吸気制御弁２０の弁体２３の他端部２３ｂの回動軌跡を吸気流れ方向に平行移動させた円弧の下側を円弧の中心側に膨らみを持たせて略Ｓ字状に形成した。このため、吸気制御弁２０を格納部２１に格納した状態から弁軸２２を回動させて吸気通路１３を半開きの状態にする場合に、鋭角に傾斜する摺動溝２５の下端部２５ａから仕切り板２４のガイド部２４ｂを摺動させることで、仕切り板２４の持ち上がり始めの抵抗を小さくすることができる。

また本実施形態によれば、弁軸２２と、弁体２３の板面とは、オフセットして設けられる。このため、吸気制御弁２０を格納部２１に格納した状態から弁軸２２を回動させて吸気通路１３を半開きの状態にする場合に、仕切り板２４のガイド部２４ｂの持ち上がり始めの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４を用いて説明する。

本実施形態では、図４（ロ）に示すように、吸気制御弁２０は、弁体２３の他端側において中心線（Ａ−Ａ線）から右側半分を切り欠いてスワール発生用切り欠き２３ｃが形成され、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である第１前縁２３ｄと、スワール発生用切り欠き２３ｃが形成されている他端側の前縁である第２前縁２３ｅと、を有するスワール制御弁としている。

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、吸気制御弁２０を全閉（吸気制御弁２０を最大傾斜角度）にする。この時、吸気制御弁２０の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は、吸気通路１３の上壁に当接する。そして、吸気制御弁２０のスワール発生用切り欠き２３ｃを通過した吸入空気は、仕切り板２４によりガス流動が乱されることなくシリンダ１内に供給されるため、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（図には破線で示している）。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。これにより吸気通路１３の開度を連続的に変化させることができ、吸気制御弁２０の中間開度においてもガス流動を乱すことを防止する。
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の底壁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。

第１の実施形態に係る吸気装置を示す構成図 第１の実施形態における吸気通路の断面図 第１の実施形態における吸気通路の断面図 第２の実施形態における吸気通路の断面図

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
２０ 吸気制御弁
２１ 格納部
２２ 弁軸
２３ 弁体
２３ａ 弁体の一端部
２３ｂ 弁体の他端部（連結部）
２３ｃ スワール発生用切り欠き
２３ｅ 第２前縁
２４ 仕切り板
２４ｂ ガイド部
２５ 摺動溝
２５ａ 摺動溝の下端部
２７ 燃料噴射弁
３０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 略矩形断面の吸気通路の底壁近傍に吸気流れ方向と直交する方向に配置された弁軸と、一端側の弁軸回りを回動する弁体とを有し、該弁体の回動位置に応じてガス流動を制御する吸気制御弁と、
   前記吸気制御弁の弁体の他端側に一端部を揺動自在に連結され、吸気流れ方向に延在する仕切り板と、
   前記仕切り板から側方に突出させたガイド部と、
   吸気通路の側壁に形成され、前記ガイド部を摺動自在に案内することにより、前記弁体の回動に伴って、前記仕切り板を吸気流れ方向と略平行な状態で吸気流れ方向と交差する方向に移動させる摺動溝と、
   を有することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記摺動溝は、吸気制御弁の弁体の他端部の回動軌跡を吸気流れ方向に平行移動させた円弧の下側を円弧の中心側に膨らみを持たせて略Ｓ字状に形成した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. 前記弁軸と、前記弁体の板面とは、オフセットして設けられることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記吸気制御弁は、前記弁体の他端側の幅方向のいずれか一方にスワール発生用切り欠きが形成され、前記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である第１前縁と、前記スワール発生用切り欠きが形成されている他端側の前縁である第２前縁と、を有するスワール制御弁であ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。

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