JP2008025346A

JP2008025346A - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP2008025346A
Application number: JP2006194998A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Abe; 和佳阿部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】仕切板の下面に付着する燃料を抑制して、燃焼効率の向上とエミッションの改善を図った吸気装置を提供する。
【解決手段】吸気管３内に長手方向に沿って仕切板４を設けて内部を第１吸気通路５と第２吸気通路６とに分割すると共に、前記第２吸気通路を開閉する吸気制御弁２０を備えている内燃機関の吸気装置１Ａにおいて、吸気制御弁１０ａが第２吸気通路６を閉鎖したときに、第１吸気通路５を通過した吸気の一部が第２吸気通路６側の仕切板４に沿って逆流し、再び第１吸気通路５へ流入して循環することを抑制するように、仕切板４及び吸気制御弁１０ａが形成してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気管内に仕切板を配置して吸気流を制御する内燃機関の吸気装置に関する。

吸気管（吸気ポートとも称される）内に強いタンブル流を発生させる構造を備える吸気装置が従来から複数提案されている。例えば、特許文献１は吸気管の内部に長手方向に沿った仕切板（仕切壁、隔壁等とも称される）を配置して、上側の第１通路と下側の第２通路とに分割すると共に、仕切板の上流側に支軸を中心に回動する板状の弁体を２枚設けて吸気管の一部を開閉する構造を開示している。内燃機関にこのような構造を採用すると吸気管の開口率を調整できるのでタンブル流を強化して希薄混合気の安定な燃焼を図ることができる。

特開２００４−１２４８３６号公報

上記特許文献１で開示する吸気装置は、タンブル通路側に燃料が噴射されており、仕切板を通った後の吸気流は燃料を含んで燃焼室へと流れ込む。図５（Ａ）は、このときの吸気装置１００の様子を模式的に示している。吸気装置１００は吸気管１０３の内部が仕切板１０４によって、タンブル通路１０５と制御通路１０６とに分割されている。図５（Ａ）は吸気流制御弁１１０を回動させて制御通路１０６側を閉じてタンブル通路１０５に強いタンブル流を発生させた状態を示している。このような状態が形成されたときには仕切板１０４を通った後の吸気流の一部が下端で強い渦流ＥＣとなる場合がある。この渦流ＥＣによって吸気流の一部が制御通路１０６を逆流し、仕切板１０４と吸気制御弁１１０との間を通過して、仕切板１０４周囲を循環する。この循環の過程で、仕切板１０４の下面に燃料ＦＵが液滴状に付着する。また、気筒上部の吸気バルブ（不図示）が開いたときの吹返しにより仕切板１０４の下面に燃料ＦＵが付着してしまう場合がある。

逆流した或いは吹き返された燃料ＦＵは、仕切板１０４の下面や周部のくぼみ部分に滞留する。このように噴射燃料が制御通路１０６側に滞留した状態で吸気流制御弁１１０が開（特に全開）に切換わると、図５（Ｂ）で示すように液滴状の燃料ＦＵが燃焼室内に一気に流れ込むことになるので空燃比（Ａ／Ｆ）が急激にリッチになってしまう。この変化は突発的であるため空燃比の制御を行うことが極めて困難である。そのために内燃機関の燃焼効率が低下すると共にエミッションを悪化させてしまう。

したがって、本発明の目的は、燃焼効率の向上とエミッションの改善を図ることができる吸気装置を提供することである。

上記目的は、吸気管内に長手方向に沿って仕切板を設けて内部を第１吸気通路と第２吸気通路とに分割すると共に、前記第２吸気通路を開閉する吸気制御弁を備えている内燃機関の吸気装置において、前記吸気制御弁が前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記第１吸気通路を通過した吸気の一部が前記第２吸気通路側の仕切板に沿って逆流し、再び前記第１吸気通路へ流入して循環することを抑制するように、前記仕切板及び前記吸気制御弁が形成してある、ことを特徴とする内燃機関の吸気装置によって達成できる。

本発明により、仕切板周囲で吸気流が循環することを抑制できるので、仕切板の下面に付着する燃料を抑制して、燃焼効率の向上とエミッションの改善を図ることができる。

また、上記構成において、前記仕切板は、上流側の先端部に突起を有し、前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記仕切板の突起に対応する切欠を弁先部に有する、構成を採用できる。

この構成により、仕切板の突起と吸気制御弁の切欠とが対応するので、第２吸気通路側の仕切板に沿って逆流した吸気が、再び前記第１吸気通路へ流入することを防止できる。従って、仕切板周囲で吸気流が循環することを抑制できる。

また、上記構成において、前記仕切板は、上流側の先端部に突起を有し、前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記仕切板の突起の形状に対応する切欠を弁先部に有すると共に、燃焼室に向かう吸気の一部が、前記切欠と前記仕切板との間を通過して前記第２吸気通路に流れるように設定してある、構成を採用できる。

この構成により、燃焼室に向かう吸気の一部が、前記切欠と前記仕切板との間を通過して前記第２吸気通路に流れるので、第１吸気通路を通過した吸気の一部が第２吸気通路側の仕切板に沿って逆流することがない。従って、仕切板周囲で吸気流が循環することを抑制できる。

また、上記構成において、前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記弁先部が前記仕切板よりも低い位置にくるように設定してある、構成を採用できる。
この構成により、燃焼室に向かう吸気の一部が、スムーズに前記切欠と前記仕切板との間を通過して前記第２吸気通路に流れるので、第１吸気通路を通過した吸気の一部が第２吸気通路側の仕切板に沿って逆流することがない。

また、上記構成において、前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記弁先部が前記仕切板と略平行となるように設定してある、構成を採用できる。
この構成により、燃焼室に向かう吸気の一部が、スムーズに前記切欠と前記仕切板との間を通過して前記第２吸気通路に流れるので、第１吸気通路を通過した吸気の一部が第２吸気通路側の仕切板に沿って逆流することがない。

また、上記構成において、前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、燃焼室に向かう吸気の一部を前記仕切板の前記第２吸気通路側に流す穴が形成されている、構成を採用できる。

この構成によっても、燃焼室に向かう吸気の一部が前記第２吸気通路に流れるので、第１吸気通路を通過した吸気の一部が第２吸気通路側の仕切板に沿って逆流することがない。

本発明によれば、燃焼効率の向上とエミッションの改善を図ることができる吸気装置を提供できる。

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装置について説明する。

図１は、実施例１に係る吸気装置１Ａについて示した図である。図１（Ａ）は吸気装置１Ａの全体構成を示した図である。吸気装置１Ａは、不図示の内燃機関の気筒側とインテークマニホルドとを接続する部分に配設されている。図１（Ａ）で下側の端部２が吸気装置１Ａの気筒側となる。吸気流ＧＳは図示のようにインテークマニホルド側から気筒に向って流れている。なお、一般に吸気装置の吸気管は内燃機関のシリンダヘッド内に形成される場合が多いが、本発明に係る吸気装置はこのような形態に限らない。吸気管はインテークマニホルドの一部、或いは独立した配管として存在する形態であってもよい。以下で示す実施例は吸気管を設ける場所を特に限定することなく説明する。

吸気管３の内部には仕切板４が長手方向に沿って配置されている。この仕切板４により吸気管３の内部が第１吸気通路５と第２吸気通路６とに分割されている。第１吸気通路５の上部にはインジェクタ取付部７が外側に突出するように形成されており、この取付部７に差し込まれたインジェクタ８の先端部８ａから燃料ＦＵが吸気管３内に噴射される。よって、これ以降の吸気流ＧＳは燃料を含んだ混合気となる。

仕切板４の上流側（インテークマニホルド側）には吸気制御弁１０が配置されている。この吸気制御弁１０ａは上流側の端部に支軸１５を備えている。吸気制御弁１０は、この支軸１５を中心として回動する。

また、支軸１５にはアクチュエータ１７からの回転力が伝達されている。アクチュエータ１７はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１８によって駆動が制御されている。このＥＣＵ１８は図示しない内燃機関を制御するＥＣＵと兼用してもよい。この場合には、内燃機関の状態に応じてアクチュエータ１７を制御して吸気制御弁１０を所望の位置に移動させることができる。

吸気制御弁１０ａは、図１（Ａ）で示すように第２吸気通路６側を閉じて第１吸気通路５側だけを開いた状態を形成すると、全開状態の場合よりも第１吸気通路５内に強いタンブル流を形成することができる。なお、この図１（Ａ）で示している第２吸気通路６を閉鎖する状態を半開状態と称し、吸気制御弁１０ａが回動して吸気管３の壁面と平行となり第１吸気通路５及び第２吸気通路６を開いた状態を全開状態と称する。また、この吸気装置１Ａでは、第１吸気通路５がタンブル通路で、第２吸気通路６が制御通路となる。尚、図１（Ａ）の右側には、上流側から吸気管３内を見たときの吸気制御弁１０ａの状態を合わせて図示している。

また、吸気制御弁１０ａは半開状態からさらに第１吸気通路５を閉じる全閉状態に移行できるように構成されている。また、吸気制御弁１０ａの弁先部には、凹状に切欠１１ａが形成されている。全閉状態においては、切欠１１ａと吸気管３の内壁とにより吸気流が通過する面積が更に絞り込まれる。これにより、半開状態よりも更に強いダンブル流を生成することができる。

尚、吸気管３には、外側へと出するように窪み部９が形成されている。吸気制御弁１０が全開位置Ｐにある場合には、これを窪み部９に収納することで吸気流ＧＳをスムーズに下流へ流すことができる。

吸気制御弁１０ａが第２吸気通路６を閉鎖したときに、第１吸気通路５を通過した吸気の一部が第２吸気通路６側の仕切板４に沿って逆流し、再び第１吸気通路５へ流入して循環することを抑制するように、仕切板４及び吸気制御弁１０ａが形成してある。詳細は以下に述べる。

図１（Ｂ）は、半開状態における吸気制御弁１０ａと仕切板４との構成を示した斜視図である。仕切板４は、その上流側の先端部に、上流に向けて突出した突起４ａを有している。吸気制御弁１０ａの切欠１１ａは、半開状態においてこの突起４ａに係合するように形成されている。この切欠１１ａと突起４ａとの係合により、吸気制御弁１０ａと仕切板４との隙間が小さく形成される。これにより、仕切板４の下面に沿って逆流した吸気が、吸気制御弁１０ａと仕切板４との隙間を通過して再び第１吸気通路５に流入することを抑制できる。従って、半開状態において、第１吸気通路５を通過した吸気の一部が第２吸気通路６側の仕切板４に沿って逆流し、再び第１吸気通路５へ流入して循環することを抑制できる。

以上により、仕切板４周囲で吸気流が循環することを抑制できるので、仕切板４の下面に燃料ＦＵが付着すること、及び窪み部９に燃料が滞留することを抑制できる。即ち、第２吸気通路側６に燃料が滞留することを抑制できる。滞留した燃料が突発的に流れ込むという事態の発生を予防できるので、内燃機関の燃焼効率の向上及びエミッションの改善を図ることができる。また、本吸気装置１ＡによりＡ／Ｆの安定化が図られるので、内燃機関のトルク変動を抑制して安定した出力を得ることができる。

尚、吸気制御弁１０ａが半開状態を介して全開状態及び全閉状態への移行できるようにするために、半開状態において吸気制御弁１０ａと切欠１１ａとの間には僅かにスペースが確保されている。

次に、実施例２に係る吸気装置について図２を参照して説明する。尚、実施例２に係る吸気装置について、実施例１に係る吸気装置１Ａと同一の部分には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

図２は、実施例２に係る吸気装置１Ｂについて示した図である。
吸気制御弁１０ｂは、半開状態において、仕切板の先端部と吸気制御弁１０ｂの弁先との間に、所定の隙間が開くように配置されている。この隙間は、実施例１に係る吸気装置１Ａよりも大きく設けられている。このため、燃焼室に向かう吸気流は、吸気制御弁１０ｂの上面に沿って第１吸気通路５側に流れる吸気流ＧＳと、仕切板４と切欠１１ｂとの間を通過して第２吸気通路６側の仕切板４に沿って流れる吸気流ＣＧＳとに分かれる。吸気流ＣＧＳが、第２吸気通路６に流れるので、第１吸気通路５を通過した吸気流ＧＳの一部が旋回して第２吸気通路側６の仕切板４に沿って逆流することを抑制できる。これにより、仕切板４周囲で吸気が循環することを抑制できる。従って、仕切板４の下面に燃料ＦＵが付着すること、及び窪み部９に燃料が滞留することを抑制できるので、実施例２に係る吸気装置１Ｂについても、実施例１に係る吸気装置１Ａと同様の効果を有する。

また、半開状態において、切欠１１ｂが仕切板４よりも低い位置にくるように設定してある。また、切欠１１ｂを画定する面が、仕切板４の略平行となるように設定されている。これにより、切欠１１ｂを通過する吸気流ＣＧＳが吸気管３の内壁及び仕切板４に対して略平行に流れる。これにより、吸気流ＣＧＳがスムーズに第２吸気通路６に流れる。従って、仕切板４周囲で吸気が循環することを抑制できる。

また、切欠１１ｂは、突起４ａと対応する形状に形成されている。これにより、半開状態において突起４ａと切欠１１ｂとの距離は一定となるので、仕切板４と切欠１１ｂとの間を通過する吸気流ＣＧＳは、スムーズに第２吸気通路６に流れる。従って、仕切板４周囲で吸気が循環することを抑制できる。
（変形例）

次に、実施例２の変形例に係る吸気装置１Ｃについて図３を参照して説明する。尚、実施例２の変形例に係る吸気装置について、実施例２に係る吸気装置２Ａと同一の部分には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

図３は、実施例２の変形例に係る吸気装置１Ｃについて示した図である。
吸気制御弁１０ｃの弁先部には、斜めに切欠１１ｃが形成されている。半開状態において、切欠１１ｃが仕切板４よりも低い位置にくるように設定してあると共に、切欠１１ｃが、仕切板４の略平行となるように設定されている。このような切欠１１ｃであっても、仕切板４周囲で吸気が循環することを抑制できる。

次に、実施例３に係る吸気装置について図４を参照して説明する。尚、実施例４に係る吸気装置について、実施例１に係る吸気装置１Ａと同一の部分には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

図４は、実施例３に係る吸気装置１Ｄについて示した図である。
図４（Ａ）は吸気装置１Ｄの全体構成を示した図である。
図４（Ｂ）は、半開状態における吸気制御弁１０ｄと仕切板４との構成を示した斜視図である。
図４（Ｂ）に示すように、吸気制御弁１０ｄには、両側部に穴１２ｄが形成されている。吸気制御弁１０ｄが半開状態において、吸気流の一部がこの穴１２ｄを通過する。穴１２ｄを通過した吸気流ＣＧＳが、仕切板４の下面、及び第２吸気通路６側の吸気管３の内側壁に沿って流れる。また、実施例１にかかる吸気装置１Ａと同様に、仕切板４と吸気制御弁１０ｄとの隙間が小さく形成される。以上により、仕切板４周囲で吸気流が循環することを抑制できる。

また、穴１２ｄを通過した吸気流ＣＧＳは、仕切板４の下面、及び第２吸気通路６側の吸気管３の内側壁に沿って流れるので、仕切板４の下面に燃料ＦＵが付着することを抑制できると共に、第２吸気通路６側の吸気管３の内側壁に燃料ＦＵが付着することも抑制できる。

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に係る吸気装置について示した図である。実施例２に係る吸気装置について示した図である。実施例２の変形例に係る吸気装置について示した図である。実施例３に係る吸気装置について示した図である。従来の吸気装置について示した図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ吸気装置
３吸気管
４仕切板
４ａ突起
５第１吸気通路
６第２吸気通路
１０ａ〜１０ｄ吸気制御弁
１１ａ〜１１ｄ切欠
１２ｄ穴

Claims

吸気管内に長手方向に沿って仕切板を設けて内部を第１吸気通路と第２吸気通路とに分割すると共に、前記第２吸気通路を開閉する吸気制御弁を備えている内燃機関の吸気装置において、
前記吸気制御弁が前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記第１吸気通路を通過した吸気の一部が前記第２吸気通路側の仕切板に沿って逆流し、再び前記第１吸気通路へ流入して循環することを抑制するように、前記仕切板及び前記吸気制御弁が形成してある、ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
前記仕切板は、上流側の先端部に突起を有し、
前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記仕切板の突起に対応する切欠を弁先部に有する、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。
前記仕切板は、上流側の先端部に突起を有し、
前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記仕切板の突起の形状に対応する切欠を弁先部に有すると共に、燃焼室に向かう吸気の一部が、前記切欠と前記仕切板との間を通過して前記第２吸気通路に流れるように設定してある、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記弁先部が前記仕切板よりも低い位置にくるように設定してある、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、前記弁先部が前記仕切板と略平行となるように設定してある、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
前記吸気制御弁は、前記第２吸気通路を閉鎖したときに、燃焼室に向かう吸気の一部を前記仕切板の前記第２吸気通路側に流す穴が形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。