JP2008057525A - 内燃機関の吸気構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】気流制御用のバルブの正常な駆動が確保される内燃機関の吸気構造、を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸気構造は、ガソリンエンジンの燃焼室に連通し、燃焼室に供給する空気が流れる吸気通路22と、吸気通路22に設けられ、空気流れを制御するバルブ31とを備える。吸気通路22には、吸気通路22の内壁22bから凹み、バルブ31が配置される凹部41と、吸気通路22内の空気流れに直交する凹部41の幅方向において凹部41のほぼ中心部分に接続され、凹部41から吸気通路22内の空気流れの下流側に向かって延びる溝51とが形成されている。
【選択図】図2

Description

この発明は、一般的には、内燃機関の吸気構造に関し、より特定的には、気流制御用のバルブを備えた内燃機関の吸気構造に関する。
従来の内燃機関の吸気構造に関して、たとえば、特開2004−124836号公報には、開口率を過度に小さくすることなくシリンダ内のガス流動を強化することを目的とした内燃機関の吸気装置が開示されている(特許文献1)。特許文献1では、シリンダ内にタンブルやスワール等のガス流動を発生させるための吸気制御弁が、吸気ポートに設けられている。吸気制御弁は、アクチュエータに連係された回転軸と、一端が回転軸に支持され、板状をなす弁体とから構成されている。吸気制御弁は、閉位置に保持される時、吸気ポートの下側内壁面に設けられた凹部内に収容される。
特開2004−124836号公報
上述の特許文献1では、閉位置時、吸気ポートに設けられた凹部に吸気制御弁を収容することによって、吸気ポート内の吸気流れが阻害されることを防止する。しかしながら、吸気に含まれるオイルや燃料、水分等がその凹部に滞留すると、これらの滞留物が吸気制御弁の回転軸の回転を妨げる原因となり得る。この場合、吸気制御弁の円滑な駆動が損なわれたり、吸気制御弁の作動トルクが増大して、アクチュエータの負荷が増大したりするおそれが生じる。
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、気流制御用のバルブの正常な駆動が確保される内燃機関の吸気構造を提供することである。
この発明に従った内燃機関の吸気構造は、内燃機関の燃焼室に連通し、燃焼室に供給する空気が流れる吸気通路と、吸気通路に設けられ、空気流れを制御する気流制御弁とを備える。吸気通路には、吸気通路の内壁から凹み、気流制御弁が配置される凹部と、吸気通路内の空気流れに直交する凹部の幅方向において凹部のほぼ中心部分に接続され、凹部から吸気通路内の空気流れの下流側に向かって延びる溝とが形成されている。
このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、凹部に滞留するオイルや燃料、水分等の滞留物を、溝を通じて吸気通路に積極的に排出することができる。これにより、気流制御弁の駆動が滞留物により妨げられることを防止できる。また、吸気通路内の空気流れによって溝に動圧が発生し、この動圧が凹部に滞留する滞留物を吸引する現象を引き起こす。これに対して、本発明では、溝が凹部のほぼ中心部分に接続される。吸気通路内の空気流れの流速は凹部の中心部分で大きくなる傾向があるため、上記現象を最大限に利用し、凹部に滞留する滞留物を吸気通路に排出できる。
また好ましくは、気流制御弁は、凹部に配設され、回転自在に設けられた弁軸と、弁軸に接続され、弁軸の回転運動に伴って吸気通路内で回動する弁体とを含む。気流制御弁により吸気通路内の空気流れが規制されないモードで、弁体は凹部に収容され、溝部は、弁体に対向しない位置まで延びる。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、気流制御弁により吸気通路内の空気流れが規制されないモードで、溝に隣接する位置に形成される吸気通路内の空気流れによって、凹部に負圧が作用する。これにより、凹部に滞留する滞留物が溝を通じて吸気通路に吸い出される。
また好ましくは、弁体と凹部の底面との間には、隙間が形成されている。溝と隙間とが連通する。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、気流制御弁により吸気通路内の空気流れが規制されないモードで、凹部に滞留する滞留物を、弁体と凹部の底面との間の隙間から溝に向けて吸引することができる。
また好ましくは、吸気通路内の空気流れに直交する平面で切断された場合の溝の断面積が、吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って徐々に小さくなる。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、滞留物は、吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かう間、徐々に集まりながら溝を移動する。これにより、滞留物を効率良く空気流れの下流側に運び、吸気通路に排出することができる。
また好ましくは、溝は、吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って吸気通路の内壁からの深さが徐々に浅くなる底部を含む。底部は、吸気通路内の空気流れの上流側で凹部の底面に連続して連なり、吸気通路内の空気流れの下流側で吸気通路の内壁に連続して連なる。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、凹部から吸気通路に排出される滞留物の動きが、凹部と溝との間および溝と吸気通路との間で妨げられることを防止できる。
また好ましくは、吸気通路内の空気流れに直交する平面で切断された場合において、溝の幅が、吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って徐々に小さくなる。また好ましくは、吸気通路内の空気流れに直交する平面で溝を切断した場合に第1断面が得られ、第1断面よりも吸気通路内の空気流れの下流側で、吸気通路内の空気流れに直交する平面で溝を切断した場合に第2断面が得られる場合に、第1断面と第2断面とは、相似形状である。第2断面の断面積は、第1断面の断面積よりも小さい。このような構成された内燃機関の吸気構造によれば、滞留物を効率良く空気流れの下流側に運び、吸気通路に排出することができる。
また好ましくは、凹部と溝とが接続する位置において、溝の幅が凹部の幅よりも小さい。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、吸気通路の内壁から凹む溝の面積を小さく抑えることで、吸気通路内の空気流れが溝から受ける影響を抑制できる。
以上説明したように、この発明に従えば、気流制御用のバルブの正常な駆動が確保される内燃機関の吸気構造を提供することができる。
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
図1は、この発明の実施の形態における吸気構造が適用されたガソリンエンジンを示す断面図である。図1を参照して、ガソリンエンジン10(以降、エンジン10と称する)は、車両に搭載される内燃機関である。エンジン10は、直列多気筒エンジンであり、図中には、そのうちの1つの気筒の断面が示されている。エンジン10は、直列エンジンに限られず、V型エンジン、水平対向型エンジン、W型エンジン等であっても良い。
エンジン10は、筒状のシリンダ13が形成されたシリンダブロック26と、シリンダブロック26の上端に固定されたシリンダヘッド25とを備える。シリンダヘッド25は、アルミニウム合金等の金属から形成されている。
シリンダ13には、略円形の頂面12aを有し、シリンダ13内を往復運動するピストン12が封入されている。頂面12aと、シリンダ13を規定するシリンダブロック26の内壁と、シリンダヘッド25とに囲まれた位置には、燃焼室15が形成されている。シリンダヘッド25には、燃焼室15に連通する吸気ポート14および排気ポート18が形成されている。吸気ポート14および排気ポート18には、これらのポートと燃焼室15との間を適当なタイミングで開閉する吸気バルブ16および排気バルブ17がそれぞれ配設されている。
エンジン10は、さらに、シリンダヘッド25に固定されたインテークマニホールド21を備える。インテークマニホールド21は、車外から取り込まれた空気を吸気ポート14に導く。インテークマニホールド21は、樹脂から形成されている。インテークマニホールド21は、金属から形成されても良い。
インテークマニホールド21および吸気ポート14により、燃焼室15内に供給する空気が流れる吸気通路22が形成されている。空気は、インテークマニホールド21により形成された吸気通路22と、吸気ポート14に形成された吸気通路22とを順に流れて、燃焼室15に導かれる。吸気通路22には、通路内に燃料を噴射するインジェクタ19が設けられている。インジェクタ19は、シリンダヘッド25に固定されている。インジェクタ19は、後述するバルブ31よりも吸気通路22内の空気流れの下流側に配置されている。
図2は、図1中の2点鎖線IIで囲まれた範囲を示す断面図である。図1および図2を参照して、吸気通路22は、中心軸101を中心にその軸線方向に沿って延びる。吸気通路22には、通路内の空気流れを制御するバルブ31が配置されている。バルブ31は、燃焼室15内に積極的に混合気の旋回流を形成するためのバルブである。バルブ31は、頂面12aに略直交する縦方向の旋回流、すなわちタンブル流を形成するためのバルブである。バルブ31は、頂面12aに略平行な横方向の旋回流、すなわちスワール流を形成するためのバルブであっても良い。
バルブ31は、弁軸32と弁体33とを含む。弁軸32は、回転自在に設けられている。弁軸32は、たとえばECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)によって制御可能な、図示しない電動モータに接続されている。弁軸32を回転させる駆動機構は、電動モータに限られず、たとえば吸気通路22内に発生する負圧を利用して駆動する機構であっても良い。弁体33は、弁軸32に接続されている。弁体33は、板状をなす。弁体33は、弁軸32に対して一方の側に延在する。言い換えれば、弁体33の一端が弁軸32に固定されている。バルブ31は、片持ちの支持構造を備える。弁軸32の回転に伴って弁体33が吸気通路22内で回動し、通路内の空気流れを制御する。
図3は、図2中の吸気通路内を示す斜視図である。図2および図3を参照して、吸気ポート14およびインテークマニホールド21は、吸気通路22を規定する内壁22bを含む。内壁22bは、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向かって滑らかに延在する表面である。内壁22bは、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向かってエッジを有さずに延在する表面である。吸気通路22は、通路内の空気流れに直交する平面で切断された場合に、略矩形の断面形状を有する。吸気通路22は、矩形に限られず、円形、楕円形またはトラック形状等の断面形状を有しても良い。
吸気通路22には、バルブ31を収容する凹部41が形成されている。凹部41は、内壁22bから凹む形状を有する。吸気通路22を通路内の空気流れに直交する平面で切断した場合に、凹部41は、鉛直方向の下側に形成されている。凹部41は、バルブ31の形状に即した形状を有する。本実施の形態では、凹部41は、凹部41が形成された内壁22bを平面的に見た場合に、略矩形形状を有する。凹部41は、吸気ポート14とインテークマニホールド21との境界部分に形成されている。
凹部41には、弁軸32が配設されている。弁軸32は、凹部41において、弁体33よりも吸気通路22内の空気流れの上流側に配設されている。凹部41の壁面と弁軸32との間の隙間は、両者の非接触が確保される範囲で可能な限り小さく設定される。吸気通路22内の空気流れが規制されないモードで、弁体33は凹部41に収容される(図2中の実線で表わす弁体33)。吸気通路22内の空気流れが規制されるモードで、弁体33は凹部41から吸気通路22に向けて延出する(図2中の点線で表わす弁体33)。
凹部41は、底面41bを含む。吸気通路22内の空気流れが規制されないモードで、底面41bと弁体33とが対向する。底面41bと弁体33との間には、隙間36が形成される。底面41bと内壁22bとの間の距離は、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向けてほぼ一定である。底面41bと内壁22bとの間の距離は、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向けて徐々に減少しても良い。言い換えれば、底面41bは、その深さが吸気通路22内の空気流れの上流側で最も深く、下流側で最も浅くなるように傾斜して形成されても良い。
吸気通路22には、さらに溝51が形成されている。溝51は、凹部41に接続されている。溝51は、凹部41から吸気通路22内の空気流れの下流側に向かって延びている。溝51は、凹部41の吸気通路22内の空気流れの下流側に接続されている。溝51は、隙間36に達している。吸気通路22内の空気流れが規制されないモードで、溝51は、凹部41に収容された弁体33に対向しない位置まで延びている。すなわち、溝51と吸気通路22とが、弁体33を介在させないで直接、対向する。
図4は、図3中のIV−IV線上に沿った溝の断面図である。図2から図4を参照して、吸気通路22内の空気流れに直交する平面で溝51を切断した場合に、溝51の断面積Sは、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って徐々に小さくなる。溝51の断面積Sは、吸気通路22内の空気流れの最も下流側で0となる。溝51は、V字状の断面形状を有する。
溝51は、底部52を含む。底部52と内壁22bとの間の距離、すなわち溝51の深さHは、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って徐々に小さくなる。溝51の深さHは、吸気通路22内の空気流れの最も下流側で0となる。底部52は、吸気通路22内の空気流れの最も上流側で凹部41の底面41bに連続して連なり、吸気通路22内の空気流れの最も下流側で内壁22bに連続して連なる。底部52は、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って鉛直下方向に傾斜するように延びても良い。
溝51と凹部41とが接続する位置において、溝51の幅B1は、凹部41の幅B2よりも小さい。溝51および凹部41の幅は、それぞれ、吸気通路22内の空気流れに直交する方向であって、溝51および凹部41が形成された内壁22bが延在する方向の溝51および凹部41の長さである。このような構成により、内壁22bに形成される溝51の面積を小さく抑え、溝51が吸気通路22内の空気流れに与える影響を小さくできる。
吸気通路22内の空気流れに直交する平面で切断した場合に、凹部41と溝51とは互いに異なる断面形状を有する。吸気通路22内の空気流れに直交する平面で切断した場合に、溝51の断面積は、凹部41の断面積よりも小さい。内壁22bに開口する溝51の面積は、内壁22bに開口する凹部41の面積よりも小さい。溝51および凹部41の幅方向において、溝51は、凹部41の中心部分に接続されている。溝51と凹部41とが接続する位置において、溝51の幅B1と凹部41の幅B2とが等しい構成としても良い。
凹部41には、吸気通路22内の空気流れに含まれるオイルや燃料、水分等が滞留する。特に吸気通路22内の空気流れが規制されるモードで、凹部41から吸気通路22に向かって延出する弁体33によって、吸気通路22内に凹部41に向かう巻き込み流(図2中の矢印150に示す方向から矢印200に示す方向に向かう流れ)が発生する。この巻き込み流により、燃焼室15に供給される空気中のオイルや水分が凹部41に導かれる。また、インジェクタ19から噴射された燃料が、巻き込み流に巻き込まれることによって、空気流れの下流側から凹部41に導かれる。凹部41に滞留する滞留物には、デポジット、すなわち燃料、オイル、PM(Particular Matter)などの燃焼生成物である酸化物、炭化物が含まれる。
これに対して、本実施の形態では、吸気通路22に溝51が形成されている。溝51を形成することによって、凹部41に滞留する滞留物が溝51を通じて吸気通路22に排出される。特に吸気通路22内の空気流れが規制されないモードでは、溝51に隣接する位置で空気が高速に流れることによって、凹部41に負圧が作用する。この負圧により、凹部41に滞留する滞留物が、溝51を通って吸気通路22に強制的に吸い出される。
本実施の形態では、溝51がV字状の断面形状を有するとともに、溝51の深さが、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って徐々に小さくなる。このような構成により、滞留物は、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向かう間、徐々に集まりながら溝51を移動する。このため、滞留物が移動し易くなる。また、底面41bと底部52との間および底部52と内壁22bとの間のいずれにおいても、段差が形成されていないため、凹部41から吸気通路22に向かう滞留物の移動が妨げられることがない。これらの理由から、本実施の形態によれば、凹部41に滞留する滞留物を効率良く吸気通路22に排出することができる。
図5は、図2中の吸気通路に形成された溝の変形例を示す断面図である。図5は、図4に対応する図である。図5(A)を参照して、本変形例では、溝51が、略半円の断面形状を有する。吸気通路22内の空気流れに直交する平面で切断された場合に、溝51の壁面は曲線から構成されても良い。図5(B)を参照して、本変形例では、溝51が、略台形の断面形状を有する。溝51は、平面状の底部52を有しても良い。これらの変形例の他に、吸気通路22に複数本の溝51が形成されても良い。
この発明の実施の形態における内燃機関の吸気構造は、内燃機関としてのガソリンエンジン10の燃焼室15に連通し、燃焼室15に供給する空気が流れる吸気通路22と、吸気通路22に設けられ、空気流れを制御する気流制御弁としてのバルブ31とを備える。吸気通路22には、吸気通路22の内壁22bから凹み、バルブ31が配置される凹部41と、吸気通路22内の空気流れに直交する凹部41の幅方向において凹部41のほぼ中心部分に接続され、凹部41から吸気通路22内の空気流れの下流側に向かって延びる溝51とが形成されている。
弁体33と凹部41の底面41bとの間には、隙間36が形成されている。溝51と隙間36とが連通する。
吸気通路22内の空気流れに直交する平面で切断された場合において、溝51の幅が、吸気通路22内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って徐々に小さくなる。
吸気通路22内の空気流れに直交する平面で溝51を切断した場合に第1断面S1が得られ、第1断面S1よりも吸気通路22内の空気流れの下流側で、吸気通路22内の空気流れに直交する平面で溝51を切断した場合に第2断面S2が得られる場合に、第1断面S1と第2断面S2とは、相似形状である。第2断面S2の断面積は、第1断面S1の断面積よりも小さい。
このように構成された、この発明の実施の形態における内燃機関の吸気構造によれば、凹部41に滞留する滞留物を吸気通路22に排出することにより、滞留物に起因して弁軸32の回転を妨げられることを防止できる。これにより、バルブ31の正常な駆動を確保することができる。また、滞留物の発生を見越してバルブ31の駆動力を大きく設定するという必要がないため、吸気構造の製造コストを低く抑えることができる。
この発明の別の局面に従った内燃機関の吸気構造は、内燃機関の燃焼室に連通し、燃焼室に供給する空気が流れる吸気通路と、吸気通路に設けられ、空気流れを制御する気流制御弁とを備える。吸気通路には、吸気通路の内壁から凹み、気流制御弁が配置される凹部と、その凹部に接続され、凹部から吸気通路内の空気流れの下流側に向かって延びる溝とが形成されている。
このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、凹部に滞留するオイルや燃料、水分等の滞留物を、溝を通じて吸気通路に積極的に排出することができる。これにより、気流制御弁の駆動が滞留物により妨げられることを防止できる。
また好ましくは、気流制御弁は、凹部に配設され、回転自在に設けられた弁軸と、弁軸に接続され、弁軸の回転運動に伴って吸気通路内で回動する弁体とを含む。気流制御弁により吸気通路内の空気流れが規制されないモードで、弁体は凹部に収容され、溝部は、弁体に対向しない位置まで延びる。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、気流制御弁により吸気通路内の空気流れが規制されないモードで、溝に隣接する位置に形成される吸気通路内の空気流れによって、凹部に負圧が作用する。これにより、凹部に滞留する滞留物が溝を通じて吸気通路に吸い出される。
また好ましくは、吸気通路内の空気流れに直交する平面で切断された場合の溝の断面積が、吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って徐々に小さくなる。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、滞留物は、吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かう間、徐々に集まりながら溝を移動する。これにより、滞留物を効率良く空気流れの下流側に運び、吸気通路に排出することができる。
また好ましくは、凹部と溝とが接続する位置において、溝の幅が凹部の幅よりも小さい。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、吸気通路の内壁から凹む溝の面積を小さく抑えることで、吸気通路内の空気流れが溝から受ける影響を抑制できる。
また好ましくは、溝は、吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って吸気通路の内壁からの深さが徐々に浅くなる底部を含む。底部は、吸気通路内の空気流れの上流側で凹部の底面に連続して連なり、吸気通路内の空気流れの下流側で吸気通路の内壁に連続して連なる。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、凹部から吸気通路に排出される滞留物の動きが、凹部と溝との間および溝と吸気通路との間で妨げられることを防止できる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態における吸気構造が適用されたガソリンエンジンを示す断面図である。 図1中の2点鎖線IIで囲まれた範囲を示す断面図である。 図2中の吸気通路内を示す斜視図である。 図3中のIV−IV線上に沿った溝の断面図である。 図2中の吸気通路に形成された溝の変形例を示す断面図である。
符号の説明
10 ガソリンエンジン、15 燃焼室、22 吸気通路、22b 内壁、31 バルブ、32 弁軸、33 弁体、41 凹部、41b 底面、51 溝、52 底部。

Claims (8)

  1. 内燃機関の燃焼室に連通し、前記燃焼室に供給する空気が流れる吸気通路と、
    前記吸気通路に設けられ、空気流れを制御する気流制御弁とを備え、
    前記吸気通路には、前記吸気通路の内壁から凹み、前記気流制御弁が配置される凹部と、前記吸気通路内の空気流れに直交する前記凹部の幅方向において前記凹部のほぼ中心部分に接続され、前記凹部から前記吸気通路内の空気流れの下流側に向かって延びる溝とが形成されている、内燃機関の吸気構造。
  2. 前記気流制御弁は、前記凹部に配設され、回転自在に設けられた弁軸と、前記弁軸に接続され、前記弁軸の回転運動に伴って前記吸気通路内で回動する弁体とを含み、
    前記気流制御弁により前記吸気通路内の空気流れが規制されないモードで、前記弁体は前記凹部に収容され、前記溝部は、前記弁体に対向しない位置まで延びる、請求項1に記載の内燃機関の吸気構造。
  3. 前記弁体と前記凹部の底面との間には、隙間が形成され、
    前記溝と前記隙間とが連通する、請求項2に記載の内燃機関の吸気構造。
  4. 前記吸気通路内の空気流れに直交する平面で切断された場合の前記溝の断面積が、前記吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って徐々に小さくなる、請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気構造。
  5. 前記溝は、前記吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って前記吸気通路の内壁からの深さが徐々に浅くなる底部を含み、
    前記底部は、前記吸気通路内の空気流れの上流側で前記凹部の底面に連続して連なり、前記吸気通路内の空気流れの下流側で前記吸気通路の内壁に連続して連なる、請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気構造。
  6. 前記吸気通路内の空気流れに直交する平面で切断された場合において、前記溝の幅が、前記吸気通路内の空気流れの上流側から下流側に向かうに従って徐々に小さくなる、請求項1から5のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気構造。
  7. 前記吸気通路内の空気流れに直交する平面で前記溝を切断した場合に第1断面が得られ、前記第1断面よりも前記吸気通路内の空気流れの下流側で、前記吸気通路内の空気流れに直交する平面で前記溝を切断した場合に第2断面が得られる場合に、
    前記第1断面と前記第2断面とは、相似形状であり、
    前記第2断面の断面積は、前記第1断面の断面積よりも小さい、請求項1から6のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気構造。
  8. 前記凹部と前記溝とが接続する位置において、前記溝の幅が前記凹部の幅よりも小さい、請求項1から7のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気構造。
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