JP2006328983A - 内燃機関の吸気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造で吸気ポート内の吸気の流れを整流し、強いタンブルを得ることができる内燃機関の吸気構造を提供する。
【解決手段】 吸気ポート５と、前記吸気ポートを分割する仕切板１１とを有する内燃機関の吸気構造１０であって、前記仕切板１１が吸気ＡＧの流れを整流する整流手段１２を有する。この吸気構造１０によると、仕切板に整流手段を設けるという簡単な工夫で、吸気の流れを整流して、下流の燃焼室に強いタンブル流を形成できる。よって、この吸気構造を採用する内燃機関は燃焼及びエミッションの向上や出力の向上を図ることができる。吸気ＡＧの流れを制御する吸気制御弁１５を前記仕切板１１の上流側にさらに配置してもよい。また、整流手段は、仕切板上に間隔をもって配置した複数のフィンとすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に設ける吸気構造に関する。より詳細には、吸気ポート内の吸気流を制御して燃焼等の改善を図った内燃機関の吸気構造に関する。

内燃機関の燃焼室に向け吸気を供給する吸気ポートの構造に関しては、燃焼やエミッション等の向上を図るため、従来から種々の提案がなされている。例えば特許文献１は吸気路（吸気ポート）を横切って回動可能に設置した絞り弁の上面に複数本の溝を設ける構造を提案する。このような構造を採用すると、絞り弁にあたり油滴となる燃料が溝をつたって外側周面に均一に分配されるので、大きな油滴となる前に下流側に流して混合比の均一化を図ることができる。

また、特許文献２は内燃機関の吸気装置について開示する。この吸気装置の吸気ポートは集合通路部を下流側で分岐させたサイアミーズ型であり、内部に断面が浅皿状の整流ガイドをスライド可能に配置している。この整流ガイドを吸気ポートの集合通路部側から分岐部分に向けてスライドさせることで吸気の流れを整流して強いタンブル流をシリンダ（燃焼室）に供給するようにしている。タンブル流を強化すると内燃機関の燃焼やエミッションの改善、また高出力化を図ることができる。また、この特許文献２は強いタンブルを形成する構造として、吸気ポート内に仕切板を配置する共に、この仕切板の上流側に吸気制御弁（特許文献１の絞り弁に相当）を配置した構造についても合せて開示している。

実開昭６０−８４７３９号公報 特開２００３−２３９７５１号公報

しかしながら、上記特許文献１は絞り弁の上面に複数本の溝を設け、弁板に当り油滴化する燃料を外側周面に均一に分配して下流へ流すことで混合比を均一化する構造を開示するだけである。すなわち、この特許文献１で開示する構造は絞り弁に発生する油滴を下流側に均一に流すことを目的としたもので、下流に向けて流れる吸気を整流して強いタンブル流を形成させることに配慮していない。また、特許文献２の吸気装置は吸気制御弁の開閉に応じて整流ガイドをスライドさせる機構を必要とするので、構造が複雑化して製造コストが上昇するという問題がある。

したがって、本発明の目的は、簡単な構造で吸気ポート内の吸気の流れを整流し、強いタンブルを得ることができる内燃機関の吸気構造を提供することである。

上記目的は、吸気ポートと、前記吸気ポートを分割する仕切板とを有する内燃機関の吸気構造であって、前記仕切板が吸気の流れを整流する整流手段を有する内燃機関の吸気構造によって達成できる。

本発明によると、仕切板に整流手段を設けるという簡単な工夫で、吸気の流れを整流して、下流の燃焼室に強いタンブル流を形成できる。よって、この吸気構造を採用する内燃機関は燃焼及びエミッションの向上や出力の向上を図ることができる。

そして、前記吸気の流れを制御する吸気制御弁が、前記仕切板の上流側にさらに配置されている構造を採用してもよい。また、前記整流手段は、前記仕切板上に間隔をもって配置したフィンとすることができる。

また、上記目的は、吸気ポートと、吸気の流れを制御する吸気制御弁とを有する内燃機関の吸気構造であって、前記吸気制御弁が前記吸気の流れを整流する整流手段を有する内燃機関の吸気構造によっても達成される。

本発明によると、吸気制御弁に整流手段を設けるという簡単な工夫で、吸気の流れを整流して、下流の燃焼室に強いタンブル流を形成できる。よって、この吸気構造を採用する内燃機関は燃焼及びエミッションの向上や出力の向上を図ることができる。

そして、前記整流手段は、前記吸気制御弁上に間隔をもって配置したフィンとすることができる。

本発明によれば、簡単な構造で吸気ポート内の吸気の流れを整流し、強いタンブルを得ることができる内燃機関の吸気構造を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気構造について説明する。

図１は、実施例１の吸気構造を適用した内燃機関１Ａについて示した図である。内燃機関１Ａはシリンダブロック２の内部に形成した燃焼室（気筒）３の上部にシリンダヘッド４を備え、このシリンダヘッド４に吸気ポート５と排気ポート６とが形成されている。吸気ポート５の下流側の開口を開閉するように吸気弁７が配備され、排気ポート６の上流側の開口を開閉するように排気弁８が配備されている。

さらに、図２（Ａ）は図１におけるＣ−Ｃ矢視図、また図２（Ｂ）は図１におけるＬ−Ｌ矢視図である。図２（Ａ）で示すように、この吸気ポート５は前述したサイアミーズ型であり、下流側が２つに分岐して第１吸気ポート５−１、第２吸気ポート５−２となっている。よって、異なる２つの燃焼室に吸気ＡＧを供給できるように形成されている。図２も参照して、本実施例を詳細に説明する。

吸気ポート５の内部には実施例に係る吸気構造１０が組込まれている。この吸気構造１０は、吸気ポート５内を２つに分割するように配置した仕切板１１と、この仕切板１１の上流側の近傍に配置した回動可能なバタフライ弁１５とを含んでいる。仕切板１１の本体は平板状の部材であり、吸気ポート５の内壁に固定されて吸気ポート５の内部を上側の第１通路ＵＲと、下側の第２通路ＬＲとに分割する。第１通路ＵＲは強いタンブル流を燃焼室内に形成するための支配的ポートとして設計されており、吸気ＡＧが燃焼室３に向けてストレートに流れるように設定されている。

吸気制御弁として機能する上記バタフライ弁１５は、吸気ポート５を幅方向（図２（Ａ）において上下方向）へ延びるシャフト１６に固定されて回動する。バタフライ弁１５はほぼ半円形状であり、横断面の形状がほぼ円形である吸気ポート５内の下側の半分を開閉するように配置されている。シャフト１６は図示しないリンク機構によって駆動されるように形成されており、バタフライ弁１５は図１で示す開状態の位置から反時計方向ＣＣＷへ回転される。強いタンブル流を得ようとするときには、バタフライ弁１５を反時計方向ＣＣＷに回動して第２通路ＬＲを閉じる閉状態とし、第１通路ＵＲ側にだけ吸気ＡＧの流れを形成する。

ところで、下流側が分岐するサイアミーズ型の吸気ポートでは、吸気の流れを減衰させる現象が生じることが知られている。図３を参照してこの点について説明する。図３は、サイアミーズ型の吸気ポートに関して、タンブル流が減少する様子を説明するために示した図である。なお、図３は、理解を容易とするため図２（Ａ）と同様に示し、対応する部分には同じ符号を付している。

下流で２つに分岐するサイアミーズ型の吸気ポートの場合は、１つの流れであった吸気ＡＧが２つの吸気ＡＧ−１、ＡＧ−２に分岐される。このときに互いに影響し合って、分岐後に流れの横方向成分ＳＰが微妙に変化して下流に向かう流れを減衰させる場合がある。分岐後の吸気ＡＧ−１、ＡＧ−２の横方向成分は外側に向く傾向があり、燃焼室に入ったときに壁面に早期にぶつかってタンブル流が減衰してしまう。これに対しては、分岐による外側への広がりを考慮して分岐後の吸気ＡＧ−１、ＡＧ−２を内向きに設定することが考えられるが、調整が微妙で分岐管路の部分の設計が困難である。分岐部分を内向きに設定し過ぎた場合には吸気ＡＧ−１、ＡＧ−２同士が衝突してタンブル流が減衰してしまうことになる。

実施例１の吸気構造は、このような点にも対処して強いタンブル流を形成できる構造を備えている。この点について、再度、図１及び図２を参照して説明する。吸気構造１０に含む仕切板１１の上面には、フィン１２が間隔をもって複数配置されている。各フィン１２は吸気ＡＧの流れが横方向成分を持っていても縦方向（流れに沿った方向）に向くように矯正する。各フィン１２の下流側の端部から、吸気ＡＧが出るときには縦方向の流れに整流される。このように吸気ＡＧの流れを燃焼室に向けて直線的に流すことができるので、燃焼室内に強いタンブル流を形成できる。よって、吸気構造１０を備えた内燃機関１Ａは、燃焼及びエミッションの向上、さらには出力の向上を図ることができる。

なお、フィン１２は吸気ポート５内で吸気ＡＧの横方向成分を減少させて、燃焼室に向いて流れるように矯正する羽根状の部材であり、仕切板１１の上面に間隔をもって立設されている。フィン１２の長さや配置数、またフィンの間隔については必要に応じて適宜に定めればよいが、吸気流中に配置するので流れを減衰することがない厚さ（すなわち、薄め）に形成することが望ましい。その一方、仕切板１１にフィン１２を一体的に形成することで、厚みが薄いフィンであっても複数配置することで仕切板１１の剛性を増加させることができる。仕切板１１の剛性を増加させることができれば、組付け時及び吸気ポート５内での使用時において変形を予防できる。なお、フィン１２を設けた仕切板１１は本体の板状部分を、フィンを備えていない一般的な仕切板と比較して薄く形成できる。よって、本実施例の仕切板１１は質量を増加させることなく、フィン１２を備えた構造とすることができる。

図４は、仕切板にフィンを備えた実施例１の吸気構造を組込んだ内燃機関（図２参照）と、仕切板だけとした場合の比較例の構造を組込んだ内燃機関（図３参照）とについて示した図である。図４（Ａ）はタンブル量について、図４（Ｂ）は吸気ポート内の吸気の流量について示している。図４（Ａ）で示すように吸気弁の全リフト位置で実施例の場合の方がタンブル量が多くなっていることを確認できる。さらに、図４（Ｂ）から吸気弁のリフト量が大きくなると、実施例１の場合には流量も増加させることができることを確認できる。

つぎに、図５及び図６を参照して、実施例２の吸気構造について説明する。図５は実施例２の吸気構造２０を適用した内燃機関１Ｂについて示した図である。また、図６（Ａ）は図５におけるＣ−Ｃ矢視図、また図６（Ｂ）は図５におけるＬ−Ｌ矢視図である。実施例１と同様の部位には同じ符号すことで重複する説明を省略する。

上記実施例１では、上側の第１通路ＵＲ側を強いタンブル流を形成するための支配ポートとして形成されていたが、この実施例２では下側の第２通路ＬＲを強いタンブル流を形成するための支配ポートとしている。そのため第２通路ＬＲの下側は少々Ｓ字状に曲げて形成してある。

よって、実施例２の吸気構造２０では仕切板１１の下面側に複数のフィン１２が形成されている。この吸気構造２０では、バタフライ弁１５は時計方向ＣＷに回動するように形成されている。バタフライ弁１５が、図５で示す開状態から時計方向ＣＷに回転して第１通路ＵＲを閉じると、第２通路ＬＲ側により強い吸気ＡＧの流れが生成する。そして、吸気ＡＧの流れは、図５で示すように、フィン１２によって整流され、吸気ポート５の内壁に当り反対側に流れて燃焼室３に入る。本実施例２の場合も実施例１の場合と同様に燃焼室内に強いタンブル流を形成できる。よって、吸気構造２０を備えた内燃機関１Ｂでも、実施例１の場合と同様に、燃焼及びエミッションの向上や出力の向上を図ることができる。また、フィン１２を設けることにより仕切板１１の剛性を増して、耐久性を高めることができる。

上記実施例１、２ではフィン１２を備えた仕切板１１の上流側に吸気制御弁としてバタフライ弁１５を配置した構造を例示しているが、これに限定するものではない。バタフライ弁１５を設けることなくフィン１２を備えた仕切板１１だけを配置した構造でも、単に仕切板を配置した場合と比較して吸気ＡＧの流れを整流して強いタンブル流を形成するのに有効である。

上記実施例１、２は仕切板１１に整流用のフィン１２を設けて強いタンブル流を形成させる構造例について示しているが、以下の実施例はバタフライ弁にフィンを設けた場合について説明する。

図７及び図８を参照して、実施例３の吸気構造について説明する。図７は実施例３の吸気構造３０を適用した内燃機関１Ｃについて示した図である。また、図８（Ａ）は図６におけるＣ−Ｃ矢視図、また図８（Ｂ）は図７におけるＬ−Ｌ矢視図である。

この吸気構造３０は、仕切板を配置せず、吸気制御弁となるバタフライ弁１７で吸気ＡＧの流れを整流して強いタンブル流を形成する。この吸気構造３０では吸気ポート内で上面側の流れが強いタンブルを形成するときに支配的となるように、上面側の形状をストレートに形成してある。そして、バタフライ弁１７の上面にフィン１８が間隔をもって複数配置されている。

図７で示している開状態のときに吸気ポート５の上側を流れる吸気ＡＧの流れを整流して燃焼室３に強いタンブル流を形成させることができる。よって、吸気構造３０を備えた内燃機関１Ｃの場合も、前述した実施例１、２と同様に、燃焼及びエミッションの向上や出力の向上を図ることができる。また、フィン１８を設けることによりバタフライ弁１７の剛性を増して、耐久性を高めることができる。

バタフライ弁１７は吸気ＡＧの流れに配置されて開閉駆動されるので一定の剛性を必要とするが、フィン１８を一体的に形成することにより剛性が向上するので、弁板の厚みを薄く形成できる。フィン１８を設けたことによる質量の増加を招来せず、平板状に形成した従来のバタフライ弁と同等の質量とすることができる。すなわち、本実施例のバタフライ弁１７は、従来のバタフライ弁と同等の質量で、剛性を向上させ、しかも吸気の流れを整流できる。

なお、前述した実施例１、２のバタフライ弁１５は仕切板１１の上流近傍に配置されて片側の通路を閉じるために配置されたもので半円形状であった。これに対して、本実施例３のバタフライ弁１７は単独で吸気ポート内の流量を制御しつつ、流れも整流するので円形であり、その上面に複数のフィン１８を備えている点が異なる。図８（Ｂ）で示すようにシャフト１６の上側の一部を切り欠くことで、通過面積を増加させている。このように構成することで上側を流れる吸気の流量を増加させることができる。その結果、バタフライ弁１７を全開状態に回動させたときの吸気流量を増加させて内燃機関１Ｃの性能向上を図ることができる。なお、シャフト１６を切り欠くとシャフト自体の捻じり剛性が低下することになるが、このシャフト１６に固定したバタフライ弁１７の剛性を向上させているので全体として剛性を維持できる。

さらに、図９及び図１０を参照して、実施例４の吸気構造について説明する。図９は実施例４の吸気構造４０を適用した内燃機関１Ｄについて示した図である。また、図１０（Ａ）は図９におけるＣ−Ｃ矢視図、また図１０（Ｂ）は図９におけるＬ−Ｌ矢視図である。

実施例３では、吸気ポートの上側に強いタンブル流を形成するように形成されていたが、この実施例４では下側に強いタンブル流を形成するように少々Ｓ字状に曲げて形成してある。よって、実施例４の吸気構造４０ではバタフライ弁１７の下面側に複数のフィン１８が形成されている。この吸気構造４０ではバタフライ弁１７が、図９で示す開状態のときに強い吸気ＡＧの流れが生成する。そして、吸気ＡＧの流れは、図９で示すように、フィン１８によって整流され、吸気ポート５の内壁に当り反対側に流れて燃焼室３に入る。本実施例４の場合も実施例３の場合と同様に燃焼室内に強いタンブル流を形成できる。よって、吸気構造４０を備えた内燃機関１Ｄでも、実施例３の場合と同様に、燃焼及びエミッションの向上や出力の向上を図ることができる。また、フィン１８を設けることによりバタフライ弁１７の剛性を増して、耐久性を高めることができる。

上記実施例３、４ではフィン１８を備えたバタフライ弁１７だけを配置して、吸気ポート５内の流量の制御及び整流を行う構造を例示しているが、これに限定するものではない。バタフライ弁１７の下流側に整流用のフィンを備えた仕切板をさらに配置した構造を採用してもよい。この場合には更に整流機能を向上させることができる。

以上の説明で明らかなように、仕切板或いはバタフライ弁に整流手段となるフィンを設けるという簡単な吸気構造を採用することで、吸気ポート内の吸気の流れを整流して燃焼室内に強いタンブル流を形成できる。よって、このような吸気構造を採用する内燃機関は燃焼及びエミッションの向上や出力の向上を図ることができる。

なお、前述した実施例では、下流側が分岐するサイアミーズ型の吸気ポートに本発明を適用する場合について説明したがこれに限るものではない。分岐を設けないストレートタイプの吸気ポートに本発明を適用しても吸気の流れを整流して、強いタンブル流を得ることができる。また、一般に吸気ポートは内燃機関のヘッド部に形成した吸気通路部分と理解され、上記実施例でも同様に説明したがこれに限らない。本明細書における吸気ポートは内燃機関の燃焼室に吸気を供給する通路部分であればよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例１の吸気構造を適用した内燃機関について示した図である。 （Ａ）は図１におけるＣ−Ｃ矢視図、また（Ｂ）は図１におけるＬ−Ｌ矢視図である。 サイアミーズ型の吸気ポートに関して、タンブル流が減少する様子を説明するために示した図である。 仕切板にフィンを備えた実施例１の吸気構造を組込んだ内燃機関と、仕切板だけとした場合の比較例の構造を組込んだ内燃機関とについて示した図であり、（Ａ）はタンブル量について、（Ｂ）は吸気ポート内の吸気の流量について示した図である。 実施例２の吸気構造を適用した内燃機関について示した図である。 （Ａ）は図５におけるＣ−Ｃ矢視図、また（Ｂ）は図５におけるＬ−Ｌ矢視図である。 実施例３の吸気構造を適用した内燃機関について示した図である。 （Ａ）は図７におけるＣ−Ｃ矢視図、また（Ｂ）は図７におけるＬ−Ｌ矢視図である。 実施例４の吸気構造を適用した内燃機関について示した図である。 （Ａ）は図９におけるＣ−Ｃ矢視図、また（Ｂ）は図９におけるＬ−Ｌ矢視図である。

符号の説明

１（１Ａ〜１Ｄ） 内燃機関
５ 吸気ポート
５−１、５−２ 分岐した吸気ポート
１０、２０、３０、４０ 吸気構造
１１ 仕切板
１２ フィン
１５ バタフライ弁（吸気制御弁）
１７ バタフライ弁（吸気制御弁）
１８ フィン
ＡＧ 吸気
ＵＲ 上側の第１通路
ＬＲ 下側の第２通路

Claims (4)

1. 吸気ポートと、前記吸気ポートを分割する仕切板とを有する内燃機関の吸気構造であって、
   前記仕切板が吸気の流れを整流する整流手段を有することを特徴とする内燃機関の吸気構造。
2. 前記整流手段は、前記仕切板上に間隔をもって配置したフィンであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気構造。
3. 吸気ポートと、吸気の流れを制御する吸気制御弁とを有する内燃機関の吸気構造であって、
   前記吸気制御弁が前記吸気の流れを整流する整流手段を有することを特徴とする内燃機関の吸気構造。
4. 前記整流手段は、前記吸気制御弁上に間隔をもって配置したフィンであることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気構造。
   

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