JP2008019803A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに隣り合う二つの吸気ポート間の流れの干渉を抑制し、スワールを減じることなく吸気充填効率を向上できる内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１のシリンダ２の内周面の接線方向に向かう接線成分Ｓｔとシリンダ２の中心線ＣＬと交差する面内を旋回する旋回成分Ｓｔとを吸気に与えるスワール生成ポート４と、スワール生成ポート４の隣に配置されてシリンダ２へ吸気を導く追従ポート５と、を備え、スワール生成ポート４及び追従ポート５のそれぞれは内燃機関１の燃焼室８の天井面８ａに開口する吸気導入口４０、５０と、これらと天井面８ａとの境界に位置する周縁部４０ａ、５０ａとを有し、シリンダ２の上方から見て、シリンダ２の中心線ＣＬから追従ポート５の周縁部５０ａまでの最短距離Ｌ１がスワール生成ポート４の周縁部４０ａまでの最短距離Ｌ２よりも短くなるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダに吸気を導入する内燃機関の吸気装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関に適用される吸気装置として、一つのシリンダに対して二つの吸気ポートを設け、一方の吸気ポートにシャッタ弁を設けるとともに他方の吸気ポートに燃焼室の中心部に向けて排気還流ガス（ＥＧＲガス）を導くＥＧＲ通路を設けたものがある（特許文献１）。この吸気装置は一方の吸気ポートに設けたシャッタ弁を閉じることにより他方の吸気ポートのみからシリンダ内に吸気を導いてスワールを生成することができる。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特開平６−８８５５３号公報 特開平５−９８９７２号公報 実開平６−４３２０１号公報

特許文献１の吸気装置では、シリンダ内にスワールを生成する際に一方の吸気ポートが閉じられるのでシリンダに導かれる吸気流量が減少して吸気充填効率が低下する。吸気充填効率の低下を防止するために一方の吸気ポートを開いたのでは、他方の吸気ポートからシリンダへ導かれる吸気の勢いが失われてスワールが減じられる。

そこで、本発明は、互いに隣り合う二つの吸気ポート間の流れの干渉を抑制し、スワールを減じることなく吸気充填効率を向上できる内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の吸気装置は、内燃機関のシリンダの内周面の接線方向に向かう接線成分と前記シリンダの中心線と交差する面内を旋回する旋回成分とを吸気に与えるスワール生成ポートと、前記スワール生成ポートの隣に配置されて前記シリンダへ吸気を導く追従ポートと、を備え、前記スワール生成ポート及び前記追従ポートのそれぞれは前記内燃機関の燃焼室の天井面に開口する吸気導入口と、前記吸気導入口と前記天井面との境界に位置する周縁部とを有し、前記シリンダの上方から見て、前記シリンダの中心線から前記追従ポートの前記周縁部までの最短距離が前記シリンダの中心線から前記スワール生成ポートの前記周縁部までの最短距離よりも短くなるように構成されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

この吸気装置によれば、スワール生成ポートにより導かれる吸気に対して接線成分と旋回成分とが付与される。接線成分はシリンダの内周面の周方向に沿うスワールを生成できる。また、旋回成分は十分な吸気流量を確保し、かつスワールの生成を促進するように機能する。こうして、スワール生成ポートは十分な吸気流量を確保しつつ十分なスワールを生成できる。スワール生成ポートの隣に配置される追従ポートはその周縁部がスワール生成ポートの周縁部よりもシリンダの中心部に近いので、追従ポートによって吸気がシリンダの中心部に導かれ易くなる。そのため、シリンダの内周面に沿って流れるスワールとの干渉が抑制されるので、スワールを弱めることがない。またスワールとの干渉が抑制される結果、追従ポートからの吸気の導入が妨害され難くなるので、追従ポートから十分な吸気流量を確保できる。従って、スワール生成ポートにて生成されたスワールを減じることなく吸気充填効率が向上する。

本発明の吸気装置においては、前記スワール生成ポート及び前記追従ポートのそれぞれの前記吸気導入口には、吸気バルブを着座させるための着座部が設けられており、前記シリンダの上方から見た前記追従ポートの前記着座部の位置が、前記シリンダの上方から見た前記スワール生成ポートの前記着座部の位置と比べて前記シリンダの中心寄りに設定されていてもよい（請求項２）。この態様によれば、追従ポートの着座部の位置がスワール生成ポートの着座部よりもシリンダの中心部に近いので、追従ポートによって吸気がシリンダの中心部に導かれ易くなる。

また、本発明の吸気装置においては、前記スワール生成ポート及び前記追従ポートのそれぞれの前記吸気導入口には、吸気バルブを着座させるための着座部が設けられており、前記追従ポートの前記吸気導入口は、前記周縁部が前記シリンダの上方から見て前記着座部よりも外側に位置し、かつ前記着座部の下方から外側に広がりつつ前記周縁部へ続くように構成されるとともに、前記追従ポートを介して前記シリンダへ導入される吸気に対して前記シリンダの中心線方向への指向性を与える指向性付与手段を有していてもよい（請求項３）。この態様によれば、追従ポートの吸気導入口が着座部の下方から外側に広がりつつ周縁部へ続くように構成されているので、着座部を通過した吸気は周縁部まで誘導される。誘導された吸気は指向性付与手段にてシリンダの中心線方向への指向性が与えられる。そのため、追従ポートからシリンダ内に導かれる吸気がシリンダの径方向外側へ広がることを抑制できる。従って、スワール生成ポートにて生成されたスワールとの干渉をより効果的に抑制できる。指向性付与手段の一態様としては、前記シリンダの中心側の前記周縁部の一部が前記シリンダの中心線と略平行に延びることにより指向性付与手段が構成されてもよい（請求項４）。この場合、周縁部がシリンダの中心線と略平行に延びているので、周縁部まで誘導された吸気の方向が周縁部によってシリンダの中心線方向へ変更される。つまりその周縁部によってシリンダの中心線方向への指向性が吸気に付与される。なお、略平行とはシリンダの中心線と周縁部が延びる方向とが完全に平行であることに制限されない趣旨である。従って、シリンダの中心線方向へ指向性が付与される限度で周縁部が延びる方向がシリンダの中心線に対して数十度程度傾いていても構わない。

これらの態様においては、前記追従ポートの前記吸気導入口は、前記周縁部が前記シリンダの上方から見て前記シリンダの中心線を越えて位置するように構成されていてもよい（請求項５）。この場合には、追従ポートによってシリンダの中心部へ確実に吸気を導くことができるようになる。また、前記追従ポートの前記周縁部は、前記スワール生成ポート側の一部が前記シリンダの上方からみて前記スワール生成ポートの前記周縁部から離れる方向へ後退していてもよい（請求項６）。スワール生成ポートにて付与される旋回成分は追従ポート側にも流れるが、この態様においては追従ポートの周縁部がスワール生成ポートの周縁部から離れる方向に後退しているので、追従ポートにて導かれる吸気とスワール生成ポートから導かれる旋回成分との干渉を抑えることができる。換言すれば、追従ポートとスワール生成ポートとの間の領域における吸気の干渉を抑制することができる。これにより、吸気充填効率が更に向上する。

本発明の吸気装置においては、前記追従ポートは前記着座部の上方へ延びる喉部と、前記喉部に対して横方向から直線的に接続されて前記シリンダの中心に向かう方向に延びる導入部とを備えていてもよい（請求項７）。この態様によれば、追従ポートに導かれる吸気をシリンダの中心に向かって直線的に導入することができるので、シリンダの中心部に吸気を導くことが容易になる。この態様においては、前記喉部は、その内周面のうち前記シリンダの中心線から遠い側が前記中心線に近づく方向に突出するように構成されてもよい（請求項８）。この場合、喉部に導かれた吸気をシリンダの中心部へ導くことが更に容易になる。

本発明の吸気装置においては、前記スワール生成ポート及び前記追従ポートのそれぞれに一つずつ設けられた二つの吸気バルブと、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を互いに相違させて前記二つの吸気バルブを開閉駆動可能な弁駆動手段と、前記内燃機関の運転状態に応じた前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定する開弁特性設定手段と、前記開弁特性設定手段が設定した開弁特性に従って前記二つのの吸気バルブのそれぞれが開弁されるように前記弁駆動手段を制御する弁制御手段と、を更に備えてもよい（請求項９）。この態様によれば、スワール生成ポートに設けられた吸気バルブの開弁特性と、追従ポートに設けられた吸気バルブの開弁特性とを独立して設定できるので、これらの開弁特性を適宜設定することによりシリンダ内の吸気の流れを内燃機関の運転状態に適したものにすることができる。

例えば、前記開弁特性設定手段は、前記追従ポートによる吸気の導入開始時期が前記スワール生成ポートによる吸気の導入開始時期に対して先行するように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定してもよい（請求項１０）。この場合、追従ポートからシリンダの中心部に吸気が導入されている状態で、スワール生成ポートから接線成分が流入を開始する。そのため、シリンダの中心部に導入された吸気が壁のように機能し、シリンダの内周面に沿うスワールがシリンダの中心部に向かう方向に広がることを抑制できる。これにより、シリンダの内周面側に高密度のスワールを生成できる。この態様においては、前記開弁特性設定手段は、前記スワール生成ポート側の吸気バルブの最大リフト量が前記追従ポート側の吸気バルブの最大リフト量よりも大きくなるように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定してもよい（請求項１１）。この場合には、スワール生成ポートから導入される接線成分を強めることができる。また、前記開弁特性設定手段は、前記追従ポートによる吸気の導入終了時期が前記スワール生成ポートによる吸気の導入終了時期に対して先行するように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定してもよい（請求項１２）。この場合には、追従ポートによる吸気の導入が終了した後にスワール生成ポートのみから吸気が導入されることになるので、スワール生成ポートによるスワール生成能力を持続させることができる。

また、これらの態様とは対照的に、前記開弁特性設定手段は、前記追従ポートによる吸気の導入開始時期が前記スワール生成ポートによる吸気の導入開始時期に対して後行するように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定してもよい（請求項１３）。この場合には、スワール生成ポートから導入される吸気の流れよりも、その後に追従ポートからシリンダの中心部に導入される吸気の流れが支配的となる。その結果シリンダの中心線を含む面内で旋回するタンブルがシリンダ内に形成される。これにより、例えば吸気行程から圧縮行程の中期までにシリンダ内に燃料を噴射して自着火させる予混合圧縮着火燃焼を内燃機関で実行する際に適した流れをシリンダ内に生成することができるようになる。この態様においては、前記開弁特性設定手段は、前記追従ポート側の吸気バルブの最大リフト量が前記スワール生成ポート側の吸気バルブの最大リフト量よりも大きくなるように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定し（請求項１４）、又は前記開弁特性設定手段は、前記追従ポートによる吸気の導入終了時期が前記スワール生成ポートによる吸気の導入終了時期に対して後行するように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定する（請求項１５）ことが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、スワール生成ポートの隣に配置される追従ポートはその周縁部がスワール生成ポートの周縁部よりもシリンダの中心部に近いので、追従ポートによって吸気がシリンダの中心部に導かれ易くなり、スワール生成ポートにて生成されるスワールとの干渉が抑制される。これにより、スワール生成ポートにて生成されたスワールを減じることなく吸気充填効率が向上する。

（第１の形態）
図１は本発明の一形態の吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した平面図であり、図２は図１のII−II線に関する断面図である。内燃機関１はディーゼルエンジンとして構成されていて、シリンダ２へ吸気を導入するための二つの吸気ポート４、５と、燃焼後の排気をシリンダ２から排出するための不図示の二つの排気ポートとを備えている。シリンダ２の上部でかつその中心線ＣＬ上にはシリンダ２内に燃料を噴射する不図示の燃料噴射ノズル設けられている。シリンダ２内には不図示のピストンが往復運動自在に設けられ、コネクティングロッドを介してクランク軸に連結されている。シリンダ２の開口部はシリンダヘッド７にて塞がれており、シリンダ２に収容されるピストンの頂面とシリンダヘッド７の下面とで囲まれた領域に燃焼室８が形成される。

吸気ポート４は導入される吸気に対してシリンダ２の内周面の接線方向に向かう接線成分Ｓｔとシリンダ２の中心線ＣＬと交差する面内を旋回する旋回成分Ｓｒとを与えるスワール生成ポートとして機能する。一方、吸気ポート４の隣に配置された吸気ポート５は、主に吸気流量を確保する追従ポートとして機能する。これらの吸気ポート４、５は互いに構成が相違している。これらの詳細のそれぞれは後述するが、まずは両者に共通する構成について説明する。なお、以下の説明では、二つの吸気ポート４、５に関し、特に断わりなく吸気ポート４をスワール生成ポートと表示し、吸気ポート５を追従ポートと表示することによって両者を区別する場合がある。吸気ポート４、５には、吸気バルブ６が一つずつ配置される。なお各排気ポートにも不図示の排気バルブが配置されている。吸気ポート４、５及び排気ポートは内燃機関１のシリンダヘッド７にそれぞれ形成されている。各吸気ポート４、５は、燃焼室８の頂面８ａに開口する吸気導入口４０、５０を有している。各吸気導入口４０、５０には吸気バルブ６を着座させるための着座部としてのバルブシート９が嵌め込まれている。各吸気導入口４０、５０と燃焼室８の天井面８ａとの境界には周縁部４０ａ、５０ａが位置しており、これらの周縁部４０ａ、５０ａはシリンダ２の上方から見てバルブシート９よりも外側に位置している。各吸気導入口４０、５０はバルブシート９の下方から外側に広がりつつ周縁部４０ａ、５０ａに続くように構成されている。

図３はスワール生成ポート４の詳細を示し、シリンダ２の上方から見た平面図とａ〜ｅの各断面図とがそれぞれ示されている。スワール生成ポート４は、吸気バルブ６のステム部の周りに沿って湾曲しながら吸気導入口４０に続くヘリカル部４１と、ヘリカル部４１の上流側（シリンダ２から離れる側）に接続された導入部４２とを備えている。導入部４２の一部は、図３のｂ−ｂ及びｃ−ｃの各断面図に示すように、シリンダ２の上下方向に関して上側に位置する上側領域４２ａと下側に位置する下側領域４２ｂとに区分されており、上側領域４２ａの横幅Ｗ１が下側領域４２ｂの横幅Ｗ２よりも狭く、かつヘリカル部４１に近付くに従ってこれらの領域の横幅の差が徐々に拡大するように構成されている。ヘリカル部４１においては、図３のｄ−ｄ及びｅ−ｅの各断面図に示すように、吸気導入口４０に向かって湾曲する過程でシリンダ２の上下方向に関する高さｈが漸次低くなるように構成されている。スワール生成ポート４によれば、これに導かれる吸気が導入部４２の下側領域４２ｂを通過することで、その吸気に対して図１に示すように接線成分Ｓｔが付与されるとともに、吸気が導入部４２の上側領域４２ａ及びこれに続くヘリカル部４１を通過することで、その吸気に対して図１に示すように旋回成分Ｓｒが付与される。これによって、所用の吸気流量を確保しつつシリンダ２内にその内周面の周方向に沿うスワールＦｓｗが生成される。

一方、追従ポート５は、図１及び図２に示すように、一般的にストレートポートと呼ばれる周知のものであり、バルブシート９の上方に延びる円筒状の喉部５１と、この喉部５１に対して横方向から直線的に接続される導入部５２とを備えている。導入部５２の構成により、吸気ポート５に導かれる吸気はシリンダ２の中心線と交差する面内を旋回する旋回成分が付与されずに直線的な流線を持ってシリンダ２に導入される。

図１に示すように、シリンダ２の上方から各吸気導入口４０、５０を見ると、吸気導入口５０のシリンダ２の中心に対する相対位置は吸気ポート４の吸気導入口４０のその相対位置に比べてシリンダ２の中心寄りに設定されている。言い換えれば、シリンダ２の中心線ＣＬから周縁部５０ａまでの最短距離Ｌ１が周縁部４０ａまでの最短距離Ｌ２よりも短くなるように、各吸気導入口４０、５０が構成されている。更に言えば、シリンダ２の上方から見た吸気ポート４のバルブシート９の位置が、吸気ポート５のバルブシート９の位置と比べてシリンダ２の中心寄りに設定されている。各吸気ポート４、５がこのように配置されているため、追従ポート５によって吸気がシリンダ２の中心部に導かれ易くなる。しかも、吸気ポート５の周縁部５０ａは図２に示すようにシリンダ２の中心線ＣＬと略平行に延びている。これにより指向性付与手段が構成される。そのため、図３の矢印ｆに示すように、周縁部５０ａまで導かれた吸気の方向が中心線ＣＬ方向に変更されてその吸気に対して中心線ＣＬ方向に向かう指向性が付与されるので、吸気ポート５によってシリンダ２に導入される吸気の径方向外側への広がりが抑えられる。これにより、スワール生成ポート４によって生成されたスワールＦｓｗとの干渉が抑制されるとともに、追従ポート５によって十分な吸気流量を確保できる。従って、スワールＦｓｗを減じることなく吸気充填効率を向上できる。

これらの吸気ポート４、５に設けられた二つの吸気バルブ６は、図２に示すように弁駆動手段としての可変動弁機構１０にて開閉駆動される。この可変動弁機構１０の動作は内燃機関１の運転状態を適正に制御するために設けられたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。可変動弁機構１０は、ＥＣＵ２０から指示された開弁特性で二つの吸気バルブ６のそれぞれを独立して開閉駆動できるように構成されている。この可変動弁機構１０としては、電磁石へ通電量を適宜制御することで開弁時期及び閉弁時期、作用角、並びに最大リフト量等の開弁特性を任意に設定してバルブを駆動できる周知の電磁駆動式の動弁機構や、その他開弁特性を適宜変更できる周知の動弁機構を用いることができる。

図４は、ＥＣＵ２０が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ２０のＲＯＭに予め記憶されており、所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ステップＳ１で内燃機関１の運転状態を取得する。ここでは、運転状態として、内燃機関１の回転速度Ｎｅ及びアクセル開度ａｃｃｐをそれぞれ取得する。次に、ステップＳ２でスワールの強さの指標であるスワール比の目標値（目標スワール比ＳＲ）を算出し、続いてステップＳ３で流量係数の目標値（目標流量係数μσ）を算出する。目標スワール比ＳＲ及び目標流量係数μσの算出は、回転速度Ｎｅ及びアクセル開度ａｃｃｐを変数としてこれらの目標値を与えるマップをＥＣＵ２０に予め保持させておき、このマップを参照することにより実現できる。次に、ステップＳ４で二つの吸気バルブ６のそれぞれの開弁特性を設定し、続くステップＳ５において、ステップＳ４で設定した開弁特性に従って二つの吸気バルブ６が開弁されるように可変動弁機構１０を制御して今回のルーチンを終了する。この形態では、ステップＳ４の開弁特性として開弁時期、閉弁時期及び最大リフト量をスワール生成ポート４及び追従ポート５のそれぞれに関して設定する。開弁特性の設定は、目標スワール比ＳＲ及び目標流量係数μσに開弁特性を対応付けたマップを予めＥＣＵ２０に保持させておき、このマップを参照することにより実現できる。このマップには、比較的高いスワール比が要求される運転領域において、追従ポート５による吸気導入開始時期がスワール生成ポート４による吸気導入開始時期よりも先行するように二つの吸気バルブ６の開弁特性が設定してある。

そのため、このような運転領域では二つの吸気バルブ６のリフトカーブが図５に示すようになる。但し、図５はあくまで一例である。図５に示すように、追従ポート５に関する開弁時期θｏｐ５はスワール生成ポート４に関する開弁時期θｏｐ４よりも先行する。これにより、追従ポート５からシリンダ２の中心部に吸気が導入されている状態で、スワール生成ポート４から接線成分Ｓｔ（図１）が流入を開始する。そのため、シリンダ２の中心部に導入された吸気が壁のように機能し、シリンダ２の内周面に沿うスワールＦｓｗがシリンダ２の中心部に向かう方向に広がることを抑制できる。これにより、シリンダ２の内周面側に高密度のスワールＦｓｗを生成できる。また、図５の例では、スワール生成ポート４に関する最大リフト量ＶＬ４が追従ポート５に関する最大リフト量ＶＬ５よりも大きくなっている。そのため、スワール生成ポート４から導入される接線成分Ｓｔを強めることができる。また、この最大リフト量ＶＬ４を調整することにより所用のスワール比ＳＲを制御することができるようになる。

図５の例では、追従ポート５に関する閉弁時期θｃｌ５がスワール生成ポート４に関する閉弁時期θｃｌ４に一致するが、例えばこれらの閉弁時期θｃｌ４、θｃｌ５を図６のように追従ポート５に関する閉弁時期θｃｌ５がスワール生成ポート４に関する閉弁時期θｃｌ４に先行させてもよい。こうすることにより、追従ポート５による吸気の導入終了時期がスワール生成ポート４による吸気の導入終了時期に対して先行する。これにより、追従ポート５による吸気の導入が終了した後にスワール生成ポート４のみから吸気が導入されることになるので、スワール生成ポート４によるスワール生成能力を持続させることができる。

（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図７及び図８を参照して説明する。この形態は内燃機関１が通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを選択的に実行できるように、燃料噴射時期がＥＣＵ２０にて制御され、かつその予混合圧縮着火燃焼に適した吸気バルブの開閉制御がＥＣＵ２０にて実行される。これらを除き、第２の形態は第１の形態と同一の構成を有しているので、同一構成についての重複する説明を省略する。周知のように、予混合圧縮着火燃焼は、吸気行程から圧縮行程の中期までに燃料噴射が行われるように燃料噴射時期を進角させてシリンダ内に予め均一な混合気を生成し、この混合気を圧縮行程の終期に着火させる燃焼形態である。予混合圧縮着火燃焼は窒素酸化物及び煤の発生を抑えることができる点で通常燃焼よりも優れているが、これを実行可能な運転領域は限られており、それ以外の領域では通常燃焼を行わざるを得ない。予混合圧縮着火燃焼にはスワールの生成はあまり効果的でなく、燃料混合気の均質度を向上させる観点からシリンダの中心線を含む面内で旋回するタンブルを生成することが有効であると知られている。これらの点を鑑みてＥＣＵ２０は以下に説明する制御を実行する。

図７はＥＣＵ２０が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ２０のＲＯＭに予め記憶されており、所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ステップＳ２１では、内燃機関１の運転状態を取得する。ここでは、運転状態として、内燃機関１の回転速度Ｎｅ及びアクセル開度ａｃｃｐをそれぞれ取得する。次に、ステップＳ２２において、予混合圧縮着火燃焼が可能な運転領域か否かをステップＳ２１で取得した運転状態に基づいて判定し、予混合圧縮着火燃焼が可能な運転領域であれば、ステップＳ２３に進み、そうでなければステップＳ２５に進む。ステップＳ２３では二つの吸気バルブ６のそれぞれの開弁特性を設定し、続くステップＳ２４において、ステップＳ２３で設定した開弁特性に従って二つの吸気バルブ６が開弁されるように可変動弁機構１０を制御して今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ２５では通常制御、例えば図４に示した第１の形態と同様の制御を実行する。

この形態では、ステップＳ２３の開弁特性として開弁時期、閉弁時期及び最大リフト量をスワール生成ポート４及び追従ポート５のそれぞれに関して設定する。ここでは、追従ポート５による吸気導入開始時期がスワール生成ポート４による吸気導入開始時期よりも後行するように二つの吸気バルブ６の開弁特性を設定する。これにより、二つの吸気バルブ６のリフトカーブが例えば図８に示すようになる。即ち、追従ポート５に関する開弁時期θｏｐ５はスワール生成ポート４に関する開弁時期θｏｐ４よりも後行する。これにより、スワール生成ポート４から導入される吸気の流れよりも、その後に追従ポート５からシリンダ２の中心部に導入される吸気の流れが支配的となる。その結果シリンダ２の中心線ＣＬを含む面内で旋回するタンブルがシリンダ２内に形成される。また、図８に示すように、追従ポート５に関する最大リフト量ＶＬ５をスワール生成ポート４に関する最大リフト量ＶＬ４に比べて大きくし、かつ追従ポート５に関する閉弁時期θｃｌ５をスワール生成ポート４に関する閉弁時期θｃｌ４に後行させてもよい。こうすることにより、追従ポート５からの吸気の導入がスワール生成ポート４が閉じられた後にも持続するため、追従ポート５からシリンダ２の中心部に導入される吸気の流れがより支配的となりタンブルを強化することができる。なお、追従ポート５を介して導入される吸気は、その導入部５２から喉部５１を通じて吸気導入口５０に至る過程で曲げられるので、シリンダ２の中心線ＣＬと完全に平行な流れにならず、少なからず弧を描くような曲線的な流れとなる。従って、追従ポート５から導入される吸気によってタンブルを生成することは可能である。

（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態を図９及び図１０を参照して説明する。図９は本形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した平面図であり、図１０は図９のX−X線に関する断面図である。この形態は追従ポートの構成を除き第１の形態と同一構成を有している。従って、第１の形態と同一構成には同一の参照符号を図面に付して重複する説明を省略する。図９及び図１０に示すように、本形態に係る追従ポート３５は導入される吸気に対して旋回成分を付与できる周知のヘリカルポートとして構成されており、その吸気導入口３５０は周縁部３５０ａがシリンダ２の上方から見てバルブシート９よりも外側に位置し、かつバルブシート９の下方から外側に広がりつつ周縁部３５０ａへ続くように構成されている。図示の形態において、追従ポート３５及びスワール生成ポート４のそれぞれに設けられたバルブシート９は、シリンダ２の上方から見てその中心に対する相対位置に差違はない。しかし、シリンダ２の中心線ＣＬから追従ポート３５の周縁部３５０ａまでの最短距離Ｌ１がスワール生成ポート４の周縁部４０ａまでの最短距離Ｌ２よりも短くなるように吸気導入口３５０が構成されている。換言すれば、追従ポート３５の周縁部２５０ａはシリンダ２の上方から見て、吸気バルブ６の軸線Ａｘ回りの円弧ａｒ１とシリンダの中心線ＣＬ回りの円弧ａｒ２とを滑らかに結んだ卵形状をなしている。このようなバルブシート９から周縁部３５０ａまでの曲面の加工は、例えば燃焼室８の天井面８ａを切削加工にて面取りすることにより実現可能である。これにより、追従ポート３５に導かれてバルブシート９を通過した吸気は周縁部３５０ａまで誘導される。周縁部３５０ａのうちシリンダ２の中心側の一部の領域Ａ１には、周縁部３５０ａがシリンダ２の中心線ＣＬと略平行に延びることにより指向性付与手段が構成されている。そのため、図１０の矢印ｆに示すように、周縁部３５０ａまで誘導された吸気には中心線ＣＬ方向への指向性が与えられる。なお、周縁部３５０ａが延びる方向はこのような指向性が付与される限度でシリンダ２の中心線ＣＬに対して数十度程度、例えば２０度以下の範囲内で傾いていてもよい。残りの領域Ａ２においては、周縁部３５０ａは吸気バルブ６の軸線Ａｘに関して４５度以下の角度で斜め方向に延びている。これにより、領域Ａ２において、周縁部３５０ａの外側への吸気の広がりが抑制されてスワール生成ポート４からの吸気との干渉が防止される。

以上の構成によれば、第１の形態と同様にスワール生成ポート４によって生成されたスワールＦｓｗとの干渉が抑制されるとともに、追従ポート３５によって十分な吸気流量を確保できる。従って、スワールＦｓｗを減じることなく吸気充填効率を向上できる。また、この形態においては、周縁部３５０ａはシリンダ２の上方から見て中心線ＣＬを越えて位置しているので、追従ポート３５によってシリンダ２の中心部へ確実に吸気を導くことができるようになる。なお、周縁部３５０ａは図示の形態に限定されず、例えば周縁部３５０ａのスワール生成ポート４側の一部を、図９の二点鎖線で示す位置ｐまでスワール生成ポート４から離れる方向に後退させるようにしてもよい。周縁部３５０ａをこのように後退させた場合には、スワール生成ポート４と追従ポート３５とで挟まれた領域において吸気の干渉を防止する効果が周縁部３５０ａを後退させない場合と比べてより向上する。

この形態において、スワール生成ポート４及び追従ポート３５のそれぞれに設けられた二つの吸気バルブ６は図２に示した可変動弁機構１０にて開閉駆動され、かつ第１の形態又は第２の形態に係る制御ルーチンに従って可変動弁機構１０を制御してもよい。こうすることにより、第１の形態又は第２の形態と同等の効果を発揮できる。

（第４の形態）
次に、本発明の第４の形態を図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は本形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した平面図であり、図１２は図１１のXII−XII線に関する断面図である。この形態は追従ポートの構成を除き第１の形態と同一構成を有している。従って、第１の形態と同一構成には同一の参照符号を図面に付して重複する説明を省略する。図１１及び図１２に示すように、本形態に係る追従ポート４５はいわゆるストレートポートとして構成されており、バルブシート９の上方に延びる円筒状の喉部４５１と、喉部４５１に対して横方向から直線的に接続される導入部４５２とを備えている。この形態の導入部４５２はシリンダ２の中心線ＣＬ及び吸気バルブ６の軸線Ａｘのそれぞれと交差する直線Ｓの方向に、換言すればシリンダ２の中心に向かう方向に延びるように構成されている。これにより、追従ポート４５に導かれる吸気はシリンダ２の中心に向かって直線的に導入される。追従ポート４５の吸気導入口４５０は第３の形態の吸気導入口３５０（図９及び図１０）と同一であり、シリンダ２の中心線ＣＬから追従ポート４５の周縁部４５０ａまでの最短距離Ｌ１がスワール生成ポート４の周縁部４０ａまでの最短距離Ｌ２よりも短くなるように構成されている。また、周縁部４５０ａのうちシリンダ２の中心側の一部の領域Ａ１においては、周縁部４５０ａがシリンダ２の中心線ＣＬと略平行に延びることにより指向性付与手段が構成されており、周縁部４５０ａまで誘導された吸気には中心線ＣＬ方向への指向性が与えられる。残りの領域Ａ２においては、周縁部４５０ａが吸気バルブ６の軸線Ａｘに関して４５度以下の角度で斜め方向に延びている。以上の構成により、第３の形態と同等の効果を発揮できる。なお、この形態においても、スワール生成ポート４及び追従ポート３５のそれぞれに設けられた二つの吸気バルブ６は図２に示した可変動弁機構１０にて開閉駆動され、かつ第１の形態又は第２の形態に係る制御ルーチンに従って可変動弁機構１０を制御してもよい。こうすることにより、第１の形態又は第２の形態と同等の効果を発揮できる。

なお、喉部４５１の構成は図示の形態に限定されず、例えば喉部４５１の内周面のうち、シリンダ２の中心線ＣＬから遠い側を、図１２の二点鎖線で示す位置ｑまで中心線ＣＬに近づく方向に突出させるようにしてもよい。喉部４５１の内周面をこのように突出させた場合には、図１２の矢印ｅに示すように吸気をシリンダ２の中心に向かわせることができるので、より効率的に吸気をシリンダ２の中央に導くことができるようになる。また、第３の形態と同様に、周縁部４５０ａのスワール生成ポート４側の一部を、図１１の二点鎖線で示す位置ｐまでスワール生成ポート４から離れる方向に後退させるようにしてもよい。

（第５の形態）
次に、本発明の第５の形態を図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は本形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した平面図であり、図１４は図１３のXIV−XIV線に関する断面図である。この形態は追従ポート並びにその追従ポートに設けられる吸気バルブ及びバルブシートに特徴がある。以下、その特徴点について説明し、その他の点については第４の形態と略同一の構成であるので詳細な説明を省略する。この形態に係る追従ポート５５はストレートポートとして構成されており、バルブシート９′の上方に延びる喉部５５１と、この喉部５５１に対して横方向から直線的に接続される導入部５５２とを備えている。喉部５５１の横断面は楕円状に構成され、喉部５５１の短径が直線Ｓと一致するようになっている。また、吸気バルブ６′もその傘部が楕円状に構成される。吸気バルブ６′が着座するバルブシート９′は着座の際にバルブフェースと密着するように楕円環状に構成されている。この形態においても追従ポート５５の周縁部５５０ａはバルブシート９′の外側に配置され、シリンダ２の中心線ＣＬから追従ポート５５の周縁部５５０ａまでの最短距離Ｌ１がスワール生成ポート４の周縁部４０ａまでの最短距離Ｌ２よりも短くなるように構成されている。また、周縁部５５０ａのうちシリンダ２の中心側の一部の領域Ａ１においては、周縁部５５０ａがシリンダ２の中心線ＣＬと略平行に延びることにより指向性付与手段が構成されており、周縁部５５０ａまで誘導された吸気には中心線ＣＬ方向への指向性が与えられる。残りの領域Ａ２においては、周縁部５５０ａが吸気バルブ６′の軸線Ａｘに関して４５度以下の角度で斜め方向に延びている。以上の構成により、本形態は第４の形態と同等の効果を発揮できる。更に、吸気バルブ６′の傘部等を楕円形状にしたので、追従ポート５５の開口面積を拡大できるので吸気流量の確保が容易になる利点がある。

吸気バルブ６′及び吸気バルブ６のそれぞれは図２に示した可変動弁機構１０にて開閉駆動され、かつ第１の形態又は第２の形態に係る制御ルーチンに従って可変動弁機構１０を制御してもよい。こうすることにより、第１の形態又は第２の形態と同等の効果を発揮できる。但し、吸気バルブ６′の駆動に伴う軸線Ａｘ回りの回転を防止するために、この形態では軸線Ａｘ回りの回転を阻止する回り止め手段（不図示）が設けられている。この回り止め手段は、吸気バルブ６′のステム部に設けられて軸線Ａｘ方向に延びる不図示の突条と、吸気バルブ６′を摺動可能に支持するバルブガイド（不図示）の内周面に設けられて突条を案内できる不図示の溝部とを備えている。

また、第４の形態と同様に、喉部５５１の構成は図示の形態に限定されず、喉部５５１の内周面のうち、シリンダ２の中心線ＣＬから遠い側を、図１４の二点鎖線で示す位置ｑまで中心線ＣＬに近づく方向に突出させるようにしてもよい。喉部５５１の内周面をこのように突出させた場合には、図１４の矢印ｅに示すように吸気をシリンダ２の中心に向かわせることができるので、より効率的に吸気をシリンダ２の中央に導くことができるようになる。また、周縁部５５０ａのスワール生成ポート４側の一部を、図１３の二点鎖線で示す位置ｐまでスワール生成ポート４から離れる方向に後退させるようにしてもよい。

以上の各形態において、ＥＣＵ２０は図４のステップＳ４又は図７のステップＳ２３を実行することにより本発明に係る開弁特性設定手段として、図４のステップＳ５又は図７のステップＳ２４を実行することにより本発明に係る弁制御手段としてそれぞれ機能する。

但し、本発明は以上の各形態に限定されず、種々の形態で実現してもよい。本発明の吸気装置は、シリンダ内にスワール流を形成することが要望されるディーゼルエンジンに適用されることが適しているが、他の形式の内燃機関への本発明の適用を排除するものではなく、例えばガソリンエンジンに適用することもできる。また、追従ポートは図示の形状に限定されず、図示のものと同等の機能を持つものであれば、これを図示の追従ポートに置き換えて実施してもよい。

第１の形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した平面図。 図１のII−II線に関する断面図。 スワール生成ポートの詳細を示した図。 第１の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 リフトカーブの一例を示した図。 リフトカーブの他の例を示した図。 第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 リフトカーブの一例を示した図。 第３の形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した平面図。 図９のX−X線に関する断面図。 第４の形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した平面図。 図１１のXII−XII線に関する断面図。 第５の形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した平面図。 図１３のXIV−XIV線に関する断面図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダ
４ スワール生成ポート
５、３５、４５、５５ 追従ポート
６、６′ 吸気バルブ
８ 燃焼室
８ａ 天井面
９、９′ バルブシート（着座部）
１０ 可変動弁機構（弁駆動手段）
２０ ＥＣＵ（開弁特性設定手段、弁制御手段）
４０ 吸気導入口
４０ａ 周縁部
５０、３５０、４５０、５５０ 吸気導入口
５０ａ、３５０ａ、４５０ａ、５５０ａ 周縁部
５１、４５１、５５１ 喉部
５２、４５２、５５２ 導入部
ＣＬ シリンダの中心線
Ｌ１、Ｌ２ 最短距離
Ｓｔ 接線成分
Ｓｒ 旋回成分

Claims (15)

1. 内燃機関のシリンダの内周面の接線方向に向かう接線成分と前記シリンダの中心線と交差する面内を旋回する旋回成分とを吸気に与えるスワール生成ポートと、前記スワール生成ポートの隣に配置されて前記シリンダへ吸気を導く追従ポートと、を備え、前記スワール生成ポート及び前記追従ポートのそれぞれは前記内燃機関の燃焼室の天井面に開口する吸気導入口と、前記吸気導入口と前記天井面との境界に位置する周縁部とを有し、前記シリンダの上方から見て、前記シリンダの中心線から前記追従ポートの前記周縁部までの最短距離が前記シリンダの中心線から前記スワール生成ポートの前記周縁部までの最短距離よりも短くなるように構成されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記スワール生成ポート及び前記追従ポートのそれぞれの前記吸気導入口には、吸気バルブを着座させるための着座部が設けられており、前記シリンダの上方から見た前記追従ポートの前記着座部の位置が、前記シリンダの上方から見た前記スワール生成ポートの前記着座部の位置と比べて前記シリンダの中心寄りに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記スワール生成ポート及び前記追従ポートのそれぞれの前記吸気導入口には、吸気バルブを着座させるための着座部が設けられており、
   前記追従ポートの前記吸気導入口は、前記周縁部が前記シリンダの上方から見て前記着座部よりも外側に位置し、かつ前記着座部の下方から外側に広がりつつ前記周縁部へ続くように構成されるとともに、前記追従ポートを介して前記シリンダへ導入される吸気に対して前記シリンダの中心線方向への指向性を与える指向性付与手段を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記指向性付与手段は、前記シリンダの中心側の前記周縁部の一部が前記シリンダの中心線と略平行に延びることにより構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記追従ポートの前記吸気導入口は、前記周縁部が前記シリンダの上方から見て前記シリンダの中心線を越えて位置するように構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の吸気装置。
6. 前記追従ポートの前記周縁部は、前記スワール生成ポート側の一部が前記シリンダの上方からみて前記スワール生成ポートの前記周縁部から離れる方向へ後退していることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
7. 前記追従ポートは、前記着座部の上方へ延びる喉部と、前記喉部に対して横方向から直線的に接続されて前記シリンダの中心に向かう方向に延びる導入部とを備えていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
8. 前記喉部は、その内周面のうち前記シリンダの中心線から遠い側が前記中心線に近づく方向に突出するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の吸気装置。
9. 前記スワール生成ポート及び前記追従ポートのそれぞれに一つずつ設けられた二つの吸気バルブと、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を互いに相違させて前記二つの吸気バルブを開閉駆動可能な弁駆動手段と、前記内燃機関の運転状態に応じた前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定する開弁特性設定手段と、前記開弁特性設定手段が設定した開弁特性に従って前記二つのの吸気バルブのそれぞれが開弁されるように前記弁駆動手段を制御する弁制御手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
10. 前記開弁特性設定手段は、前記追従ポートによる吸気の導入開始時期が前記スワール生成ポートによる吸気の導入開始時期に対して先行するように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の吸気装置。
11. 前記開弁特性設定手段は、前記スワール生成ポート側の吸気バルブの最大リフト量が前記追従ポート側の吸気バルブの最大リフト量よりも大きくなるように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の吸気装置。
12. 前記開弁特性設定手段は、前記追従ポートによる吸気の導入終了時期が前記スワール生成ポートによる吸気の導入終了時期に対して先行するように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の吸気装置。
13. 前記開弁特性設定手段は、前記追従ポートによる吸気の導入開始時期が前記スワール生成ポートによる吸気の導入開始時期に対して後行するように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の吸気装置。
14. 前記開弁特性設定手段は、前記追従ポート側の吸気バルブの最大リフト量が前記スワール生成ポート側の吸気バルブの最大リフト量よりも大きくなるように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定することを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の吸気装置。
15. 前記開弁特性設定手段は、前記追従ポートによる吸気の導入終了時期が前記スワール生成ポートによる吸気の導入終了時期に対して後行するように、前記二つの吸気バルブのそれぞれの開弁特性を設定することを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の吸気装置。

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