JP2008261272A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の燃焼室へ導入される吸気流を制御することにより燃焼室内の吸気の渦状態を制御する吸気装置において、上流側へ移動しようとする燃料を適切に押し返す。
【解決手段】バルブユニット４００は、バルブ本体４１０と、シャフト４２０と、ハウジング４３０とを含む。ハウジング４３０は、中空柱状に形成され、バルブ本体４１０を内部に収容する。ハウジング４３０の側壁４４０Ａ，４４０Ｂには、内面４４４Ａ，４４４Ｂが半円状に切り欠かれて形成された溝部４４６Ａ，４４６Ｂが設けられる。溝部４４６Ａ，４４６Ｂは、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの上流側から下流側にかけて、吸気管２００における空気の流れ方向と略平行に形成される。溝部４４６Ａ，４４６Ｂは、開口部４１２より下方であって、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの高さ方向の中央より上方に設けられる。溝部４４６Ａ，４４６Ｂの流路断面積は、開口部４１２の開口面積よりも小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、特に、内燃機関の燃焼室へ導入される吸気流を制御することにより燃焼室内の吸気の渦状態を制御する装置に関する。

従来、吸気管内に設けられた吸気流制御バルブを備え、この吸気流制御バルブを開閉制御して燃焼室へ導入する気流を制御することにより燃焼室の吸気の渦状態を制御する内燃機関の吸気装置が知られている。このような吸気装置においては、燃料の燃焼効率を向上させるために、燃焼室に供給される空気にスワールやタンブルなどの渦流を生じさせている。タンブル流を生じさせる吸気装置には、吸気流制御バルブの上方に開口部が形成されているものがあるが、この場合、吸気流制御バルブの近傍に燃料の液溜まりが生じることがある。この液溜まりした燃料が傾斜などの要因によって一気に燃焼室に流れ込むと、不完全燃焼を起こすおそれがあるという問題があった。このような問題を解決する技術が、たとえば特開２００３−２９３７７５号公報（特許文献１）に開示されている。

この公報に開示された吸気装置は、吸気管に設けられた吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置である。吸気流制御バルブの上方両端部に隔壁が形成され、それらの間に空気を通過させる主開口部が形成されており、吸気流制御バルブの側縁部には、主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成されている。

この公報に開示された吸気装置によると、吸気流制御バルブが閉じているときには、主開口部から空気が流入する。この主開口部は吸気流制御バルブの上方に形成されているので、吸気流制御バルブが閉じているときに内燃機関における燃焼室に流入する気流はタンブル流が強く生じる。ここで、タンブル流が生じるとともに、吸気流制御バルブの下流側では一部の空気が逆流し、この逆流した空気の影響で燃料が巻き戻されることがある。そこで、吸気流制御バルブの側縁部には、副開口部が形成される。この副開口部からは、上流側へ移動しようとする燃料を押し返す空気が導入される。このため、上流側へ移動しようとする燃料を好適に押し返すことができ、吸気流制御バルブの下流側近傍における燃料の液溜まりを防止することができる。また、副開口部の開口面積は、主開口部の開口面積よりも小さくされているので、副開口部から空気を導入したとしても、タンブル流を大きく乱すことはない。
特開２００３−２９３７７５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された吸気装置においては、副開口部が吸気流制御バルブの側縁部に形成される。そのため、副開口部から導入される空気の流れ方向が吸気流制御バルブの開度によって変化してしまい、上流側へ移動しようとする燃料を適切に押し返すことができない場合がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、内燃機関の燃焼室へ導入される吸気流を制御することにより燃焼室内の吸気の渦状態を制御する吸気装置であって、上流側へ移動しようとする燃料を適切に押し返すことができる装置を提供することである。

第１の発明に係る吸気装置は、内燃機関の燃焼室へ導入される吸気流を制御することにより燃焼室内の吸気の渦状態を制御する。この吸気装置は、軸部を中心に回動する弁部材と、弁部材を内部に収容する中空柱状のハウジングとを含む。ハウジングは、軸部を回動可能に支持するとともに、吸気流の上流側から下流側にかけて形成された溝部が内側に設けられた側面部を含む。

第１の発明によると、中空柱状のハウジングに収容される弁部材を軸部を中心に回動することにより、燃焼室へ導入される吸気流を制御し、燃焼室内の吸気の渦状態を制御することができる。たとえば、弁部材を閉じる側へ回動することにより、燃焼室へ導入される吸気流の流速を増大させて、燃焼室にタンブル流を発生させることができる。タンブル流を発生させる際、弁部材の下流側で一部の吸気流が逆流し、この逆流した吸気流の影響で燃料が弁部材近傍に戻される場合がある。そこで、ハウジングの側面部の内側には、吸気流の上流側から下流側にかけて形成された溝部が設けられる。この溝部から流れる空気により、上流側へ移動しようとする燃料を押し返すことができる。さらに、溝部が、弁部材ではなく、ハウジングの側面部の内側に設けられる。これにより、弁部材の開度が変化しても溝部を流れた空気の流れ方向は変化しないため、弁部材の開度に関わらず燃料を適切に押し返すことができる。その結果、内燃機関の燃焼室へ導入される吸気流を制御することにより燃焼室内の吸気の渦状態を制御する吸気装置であって、上流側へ移動しようとする燃料を適切に押し返すことができる装置を提供することができる。

第２の発明に係る吸気装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、弁部材には、空気を通過させる開口部が上端部に設けられる。溝部の流路断面積は、開口部の面積よりも小さい。

第２の発明によると、弁部材が閉じた状態である場合、弁部材の上端部に設けられた開口部を流れた空気により燃焼室にタンブル流が発生する。溝部の流路断面積は、開口部の面積よりも小さい。これにより、溝部を流れた空気が開口部を流れた空気の流れを大きく乱すことはない。そのため、溝部の影響により燃焼室内の吸気の渦状態が乱れることを抑制することができる。

第３の発明に係る吸気装置においては、第２の発明の構成に加えて、溝部は、開口部よりも下方に設けられる。

第３の発明によると、弁部材が閉じた状態である場合、開口部が弁部材の上端部に設けられるため、開口部よりも下方で逆流が発生する。そこで、溝部が、開口部よりも下方に設けられる。これにより、溝部を流れた空気を逆流に適切に押し当てることができるため、上流側へ移動しようとする燃料を適切に押し返すことができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係る吸気装置であるバルブユニット４００を備えたエンジン１０について説明する。

エンジン１０は、シリンダヘッド１１０と、シリンダ１２０と、ピストン１３０と、燃焼室１４０と、吸気バルブ１５０と、排気バルブ１６０と、吸気管２００と、排気管３００と、バルブユニット４００と、インテークマニホールド５００と、インジェクタ６００とを含む。

ピストン１３０は、シリンダ１２０内部に設けられ、上方に設けられた燃焼室１４０で燃料が燃焼することにより、上下方向に往復動する。

燃焼室１４０は、シリンダ１２０とシリンダヘッド１１０によって区画されて形成されている。燃焼室１４０の上部には、点火プラグ（図示せず）が設けられるとともに、燃焼室１４０は、開閉可能な吸気バルブ１５０と排気バルブ１６０を経由して、それぞれ吸気管２００と排気管３００に接続されている。

吸気管２００は、燃焼室１４０に接続される吸気ポート２１０と、サージタンク（図示せず）に接続された吸気流路２２０とを備えている。吸気ポート２１０は、シリンダヘッド１１０内に形成される。吸気流路２２０は、シリンダヘッド１１０に接続されるインテークマニホールド５００内に形成される。

バルブユニット４００は、シリンダヘッド１１０とインテークマニホールド５００との間に設けられ、吸気流路２２０からの吸気流を制御して吸気ポート２１０へ供給する。

インジェクタ６００は、吸気ポート２１０に設けられる。インジェクタ６００には、燃料タンク（図示せず）から燃料Ｆが供給される。インジェクタ６００は、供給された燃料Ｆを吸気ポート２１０に向けて噴出する。

図２および図３を参照して、バルブユニット４００について説明する。なお、図２は、図１における２−２断面図である。バルブユニット４００は、バルブ本体４１０と、シャフト４２０と、ハウジング４３０とを含む。

バルブ本体４１０は、略矩形状の平板である。バルブ本体４１０には、上端部の中央部が切り欠かれて形成された開口部４１２が設けられる。バルブ本体４１０の下方には、シャフト４２０を通す筒部４１４が設けられる。なお、筒部４１４がバルブ本体４１０の中央に設けられるようにしてもよい。

ハウジング４３０は、中空柱状に形成され、バルブ本体４１０を内部に収容する。ハウジング４３０の側壁４４０Ａ，４４０Ｂには、貫通孔４４２Ａ，４４２Ｂが設けられる。貫通孔４４２Ａ，４４２Ｂは、バルブ本体４１０の筒部４１４を通るシャフト４２０の位置に合わせるように、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの下方に設けられる。貫通孔４４２Ａ，４４２Ｂにより、シャフト４２０が回動可能に支持される。

シャフト４２０の軸方向は、吸気管２００における空気の流れに直交する。このため、バルブ本体４１０は、吸気管２００における空気の流れに直交する軸回りに回動する。バルブ本体４１０が図３の一点鎖線で示す状態のときにバルブユニット４００が閉じた状態となり、バルブ本体４１０が図３の二点鎖線で示す状態のときにバルブユニット４００が開いた状態となる。

バルブ本体４１０およびハウジング４３０の素材は、特に限定されず、たとえば樹脂であってもよい。また、樹脂である場合、製造工数の低減や寸法精度の確保のために、バルブ本体４１０およびハウジング４３０を同一材料で一体的に同時成型してもよい。

さらに、ハウジング４３０の側壁４４０Ａ，４４０Ｂには、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの内面４４４Ａ，４４４Ｂが半円状に切り欠かれて形成された溝部４４６Ａ，４４６Ｂが設けられる。

溝部４４６Ａ，４４６Ｂは、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの上流側から下流側にかけて、吸気管２００における空気の流れ方向と略平行に形成される。溝部４４６Ａ，４４６Ｂは、開口部４１２より下方であって、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの高さ方向の中央より上方に設けられる。溝部４４６Ａ，４４６Ｂの流路断面積は、開口部４１２の開口面積よりも小さい。溝部４４６Ａ，４４６Ｂは、それぞれ２本ずつ設けられる。溝部４４６Ａ，４４６Ｂの形状および数量は、これらに限定されるものではない。

なお、ハウジング４３０を樹脂で成型する場合には、溝部４４６Ａ，４４６Ｂを空気の流れ方向と略平行に形成することにより、溝部４４６Ａ，４４６Ｂの形成方向がハウジング４３０の内壁と略平行となるため、型構造を簡略化できるという利点がある。

図１に示すように、バルブユニット４００が閉じた状態のときには、吸気流路２２０からの空気は、開口部４１２および溝部４４６Ａ，４４６Ｂを経由して吸気ポート２１０に供給され、その後、吸気バルブ１５０を経由して燃焼室１４０に導入される。

燃焼室１４０に導入される空気は、吸気流路２２０より流路断面積が小さい開口部４１２を通過して流速が増加している。そのため、燃焼室１４０には、図１に示すようなタンブル流Ｔが強く生じる。

以上のような構造に基づく、本実施の形態に係るバルブユニット４００の動作および作用について説明する。

エンジン１０が適温である場合や吸入空気量が多い場合など、タンブル流Ｔを生じさせることが要求されないときには、タンブル流Ｔを生じさせないようにバルブユニット４００が開いた状態にされる。

一方、エンジン１０が冷えている場合や吸入空気量が少ない場合などには、タンブル流Ｔを生じさせるように、図４の一点鎖線に示すように、バルブユニット４００が閉じた状態にされる。

この際、開口部４１２を流れた主流の一部が、開口部４１２より下方の吸気ポート２１０内で逆流Ａが生じる場合がある。逆流Ａが生じることにより、インジェクタ６００から噴射された燃料Ｆが吸気ポート２１０の内壁に沿って上流側に流される。そのため、燃料Ｆがバルブユニット４００の近傍に溜まって液溜まりＢ（図１参照）となる。これにより、たとえばバルブユニット４００を開いたときなどに、燃焼室１４０に燃料Ｆが一気に流れ込んでしまい、燃焼不良を引き起こす要因となる。

そこで、本実施形態に係るバルブユニット４００においては、ハウジング４３０の側壁４４０Ａ，４４０Ｂの内面４４４Ａ，４４４Ｂに、溝部４４６Ａ，４４６Ｂが形成され、この溝部４４６Ａ，４４６Ｂから空気を導入する。溝部４４６Ａ，４４６Ｂを通過した空気は、図４に示すように、副流として吸気ポート２１０の側壁に沿って下流側に流れる。

溝部４４６Ａ，４４６Ｂは開口部４１２より下方に設けられるため、副流が逆流Ａに適切に押し当てられて、上流側に流されようとする燃料Ｆの移動が妨げられる。そのため、バルブユニット４００の近傍に燃料が溜まる事態を避けることができる。

さらに、溝部４４６Ａ，４４６Ｂが、バルブ本体４１０の側縁部ではなく、ハウジング４３０の側壁４４０Ａ，４４０Ｂの内面４４４Ａ，４４４Ｂに設けられる。そのため、図４に示すように、バルブ本体４１０の開度が変化しても、副流の流れ方向は変化せず、燃料Ｆを適切に押し返す方向に維持される。そのため、バルブ本体４１０の開度に関わらず、上流側に流されようとする燃料Ｆを適切に押し返すことができる。

さらに、バルブ本体４１０の開度が大きくなり、図５に示すように、溝部４４６Ａ，４４６Ｂにバルブ本体４１０の側縁部が近接しない状態になると、副流が発生しなくなる。そのため、たとえば溝部４４６Ａ，４４６Ｂをバルブ本体４１０の側縁部に設けた場合のように、逆流Ａが生じない場合にまで副流が発生することはない。そのため、主流の流れを乱すことなく、燃焼効率を向上させることができる。

なお、溝部４４６Ａ，４４６Ｂの流路断面積は、開口部４１２の開口面積よりも小さい。さらに、溝部４４６Ａ，４４６Ｂは、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの中央より上方に設けられる。そのため、副流によって主流の流れを大きく乱すことはなく、タンブル流Ｔを大きく乱すことはない。

以上のように、本実施の形態に係るバルブユニットによれば、ハウジングの側壁の内面に溝部が形成される。そのため、溝部を流れる副流が逆流に押し当てられて、上流側への燃料の移動が妨げられる。さらに、副流の流れ方向を、バルブの開度に影響されない方向に設定することができるので、燃料の移動をより適切に妨げることができる。

＜第１の変形例＞
上述の実施の形態における溝部４４６Ａ，４４６Ｂを、本変形例において以下のように変形してもよい。

ずなわち、溝部４４６Ａ，４４６Ｂに代えて、図６に示すように、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの中央より下方に形成された溝部１４４６Ａ，１４４６Ｂを設けるようにしてもよい。これにより、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの中央より下方に発生する逆流に副流を押し当てることができる。

＜第２の変形例＞
上述の実施の形態における溝部４４６Ａ，４４６Ｂを、本変形例において以下のように変形してもよい。

ずなわち、溝部４４６Ａ，４４６Ｂに代えて、図７に示すように、内面４４４Ａ，４４４Ｂが高さ方向を長手方向として略長方形状に切り欠かれて形成された溝部２４４６Ａ，２４４６Ｂを設けるようにしてもよい。これにより、副流の高さ方向の幅が広げられるため、より広範囲の逆流に副流を押し当てることができる。

＜第３の変形例＞
上述の実施の形態における溝部４４６Ａ，４４６Ｂを、本変形例において以下のように変形してもよい。

すなわち、溝部４４６Ａ，４４６Ｂに代えて、図８に示すように、側壁４４０Ａ，４４０Ｂの上流側から下流側にかけて、吸気管２００における空気の流れ方向に対して傾斜するように形成された溝部３４４６Ａ，３４４６Ｂを設けるようにしてもよい。これにより、副流の流れ方向を逆流の方向に応じて設定することができる。

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。

本発明の実施の形態に係るバルブユニットが搭載される車両の構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係るバルブユニットの構造を示す図（その１）である。 本発明の実施の形態に係るバルブユニットの構造を示す図（その２）である。 本発明の実施の形態に係るバルブユニットを通る吸気の流れを示す図（その１）である。 本発明の実施の形態に係るバルブユニットを通る吸気の流れを示す図（その２）である。 本発明の第１の変形例に係るバルブユニットの構造を示す図である。 本発明の第２の変形例に係るバルブユニットの構造を示す図である。 本発明の第３の変形例に係るバルブユニットの構造を示す図である。

符号の説明

１０ エンジン、１１０ シリンダヘッド、１２０ シリンダ、１３０ ピストン、１４０ 燃焼室、１５０ 吸気バルブ、１６０ 排気バルブ、２００ 吸気管、２１０ 吸気ポート、２２０ 吸気流路、３００ 排気管、４００ バルブユニット、４１０ バルブ本体、４１２ 開口部、４１４ 筒部、４２０ シャフト、４３０ ハウジング、４４０Ａ，４４０Ｂ 側壁、４４２Ａ，４４２Ｂ 貫通孔、４４４Ａ，４４４Ｂ 側壁の内面、４４６Ａ，４４６Ｂ，１４４６Ａ，１４４６Ｂ，２４４６Ａ，２４４６Ｂ，３４４６Ａ，３４４６Ｂ 溝部、５００ インテークマニホールド、６００ インジェクタ。

Claims (3)

1. 内燃機関の燃焼室へ導入される吸気流を制御することにより前記燃焼室内の吸気の渦状態を制御する吸気装置であって、
   軸部を中心に回動する弁部材と、
   前記弁部材を内部に収容する中空柱状のハウジングとを含み、
   前記ハウジングは、前記軸部を回動可能に支持するとともに、前記吸気流の上流側から下流側にかけて形成された溝部が内側に設けられた側面部を含む、吸気装置。
2. 前記弁部材には、空気を通過させる開口部が上端部に設けられ、
   前記溝部の流路断面積は、前記開口部の面積よりも小さい、請求項１に記載の吸気装置。
3. 前記溝部は、前記開口部よりも下方に設けられる、請求項２に記載の吸気装置。

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