JP2009008037A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気通路における分岐部への吸入空気の衝突を的確に避け、吸気流を吸気通路の幅方向へスムーズに導いて、より効果的にタンブル流を生成可能な内燃機関の吸気装置の提供。
【解決手段】バルブ本体２５の上部は、吸気通路内の一部を閉塞する閉状態で、吸気流が分岐部１８を避けて流れるとともに吸気通路の両側壁に向けて分けて導かれる山型形状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

従来より、エンジンの燃焼室内にタンブル流（縦渦）やスワール流（横渦）を発生させるため、吸気通路内に吸気流制御弁を設置した構成が知られている。この種の吸気流制御弁の一例としては、例えば特許文献１を挙げることができる。この特許文献１には、吸気ポートの遮蔽度合いを変化させることでタンブル流を生成させる気流制御弁が開示されており、気流制御弁の下方側の中央寄り端部を切り欠いた形状が例示されている（例えば同文献１の図１４〜図１９参照）。同文献１では、このような形状とすることで、流速を増大させてタンブル流をより強化できるとされている。

特開２００７−３２５６０号公報

ところで、例えば吸気通路が幅方向中央で二股に分岐しており、各分岐通路から燃焼室へと吸入空気を分流させて導入する構成の場合、特許文献１に開示された気流制御弁をそのまま適用すると、以下に述べる問題が生じる。すなわち、同文献１の気流制御弁は、気流制御弁の下方側の中央寄り端部を切り欠いた形状となっているため、この切欠き部を通過した気流が吸気通路の二股の分岐部に衝突することとなる。特に、同文献１の気流制御弁は、閉状態では吸気通路の幅方向（左右方向）両側が閉塞される形状となっており、そのため気流が吸気通路の中央に集中し易い。そして、気流制御弁を通過して中央に集中した気流が分岐部に衝突すると、気流に乱れが生じて効果的なタンブル流が生成されない。

そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、吸気通路における分岐部への吸入空気の衝突を的確に避けるとともに、吸気流を吸気通路の幅方向（左右方向）へとスムーズに導いて、より効果的なタンブル流を生成することの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。

上述した課題を解決する本発明に係る内燃機関の吸気装置は、内燃機関の燃焼室に連通された一対の吸気ポートに吸入空気を分岐して案内する吸気通路と、前記吸気通路内で該吸気通路の分岐部の上流側に配置され、前記吸気通路内を開放する開状態と該吸気通路内の一部を閉塞する閉状態とで切換可能に制御される板状の吸気流制御弁本体と、を具備し、前記吸気流制御弁本体の上部が、前記閉状態で、吸気流が前記分岐部を避けて流れるとともに前記吸気通路の両側壁に向けて分けて導かれる山型形状に形成されていることを特徴とする。

本発明の吸気流制御弁本体によれば、その上部が山型形状であるため、頂部付近に気流が衝突することで、頂部の下流側に対向する分岐部には衝突しにくくなり、しかも、頂部の両側の広い吸気通路へと導かれる。このように、本発明の吸気流制御弁本体によれば、吸入空気の分岐部への衝突を的確に避けることができるとともに、吸気流を吸気通路の幅方向（左右方向）へとスムーズに導くことができるので、吸入空気の分岐部への衝突を軽減し、衝突による吸入空気の吸気流の乱れの発生、すなわち目的としない吸気流の発生をさらに抑制することができる。その結果、吸気流制御弁本体により制御された吸気流（タンブル流）を効果的に内燃機関内に導入することができ、一層良好な燃焼状態を実現することができる。

本発明に係る内燃機関の吸気装置は、上述した内燃機関の吸気装置であって、前記吸気流制御弁本体の上部の山型形状が、前記分岐部に対応する頂部から前記吸気通路の側壁に向け徐々に高さが低くなることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の吸気装置は、上述した内燃機関の吸気装置であって、前記吸気流制御弁本体の上部の山型形状の上端縁は、前記頂部から前記吸気通路の側壁に向けテーパ状に傾斜していることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の吸気装置は、上述した内燃機関の吸気装置であって、前記吸気流制御弁本体の上部の山型形状の上端縁は、前記頂部から前記吸気通路の側壁に向け湾曲していることを特徴とする。

なお、本発明に係る内燃機関の吸気装置において、前記吸気流制御弁本体の頂部は、前記吸気通路の上側壁面に接していても良いし、当該上側壁面との間に間隔を有していても良い。さらに、前記頂部は尖った形状（頂点を有する形状）であっても良いし、所定長さの端縁を有するものであっても良い。
吸気流制御弁本体は、前記吸気通路の上下方向に延びる軸体を中心に回動するものでもよいし、左右方向に延びる軸体を中心に回動するものでもよいし、吸気通路をスライド式に開閉可能なものでもよい。

本発明に係る内燃機関の吸気装置によれば、吸入空気の分岐部への衝突を的確に避けることができるとともに、吸気流を吸気通路の幅方向（左右方向）へとスムーズに導くことができ、吸入空気の分岐部への衝突を軽減して、衝突による吸気流の乱れの発生、すなわち目的としない吸気流の発生を抑制することができる。その結果、吸気流制御弁本体により制御された吸気流（タンブル流）を効果的に内燃機関内に導入することができ、一層良好な燃焼状態を実現することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の吸気装置を実施するための最良の形態について実施例に基づき具体的に説明する。

本発明の第１の実施例に係る内燃機関の吸気装置につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の吸気装置の概略的に示す図である。図１（ａ）にそれが設けられる内燃機関の燃焼室近傍の断面を示し、図１（ｂ）にその全体の上面視を模式的に示し、図１（ｃ）に図１（ａ）における矢視Ｘを模式的に示す。図２は、吸気流制御弁の他例を模式的に示した図である。図３は、従来の内燃機関の吸気装置が具備する吸気流制御弁を模式的に示した図である。

本発明の第１の実施例に係る内燃機関の吸気装置は、図１に示すように、車両に搭載されるエンジン（火花点火式ガソリンエンジン）１１の近傍に設けられる。このエンジン１１ではシリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結される。このシリンダブロック１２のシリンダ内には、ピストン１４が上下動自在に挿入される。なお、図ではシリンダおよびピストンは１つのみ描かれているが、エンジン１１が４気筒エンジンの場合は、シリンダブロック１２に４つのシリンダが直列に形成され、各シリンダにそれぞれピストンが挿入される。シリンダブロック１２の下部にはクランクシャフト（図示せず）が回転自在に支持され、このクランクシャフトと各ピストン１４とがコネクティングロッド１５によりそれぞれ連結される。

シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３と各ピストン１４によって燃焼室１６が構成される。シリンダヘッド１３には、吸気ポート１７および排気ポート１９が形成されている。これら吸気ポート１７および排気ポート１９は、燃焼室１６内に連通される。吸気ポート１７、排気ポート１９の開口端は、吸気バルブ２０、排気バルブ２１により開閉が行われる。

吸気ポート１７にはインテークマニホールド２２を介して吸気管（図示せず）が連結され、排気ポート１９にはエキゾーストマニホールド２３を介して排気管（図示せず）が連結される。ただし、吸気ポート１７は二つに分岐してなる分岐部（サイヤミーズ）１８を有する。すなわち、吸気ポート１７における吸気流上流側および吸気流下流側（燃焼室１６側）がそれぞれ１ポートおよび２ポート１７ａ，１７ｂであり、吸気ポート１７の上流側と下流側との間に分岐部１８が設けられる。吸気ポート１７における上流側および下流側の形状は、それぞれ図中水平方向で長尺な扁平状および図中垂直方向で長尺な扁平状である。また、吸気ポート１７における下流側のポート１７ａ，１７ｂ同士は離隔して延在する。吸気管およびインテークマニホールド２２ならびに吸気ポート１７からなる吸気通路を通って燃焼室１６内に吸入空気４０が案内される。なお、排気ポート１９も、吸気ポート１７と同様に、図示しない結合部（分岐部）を有する。すなわち、排気ポート１９の上流側（燃焼室１６側）および下流側がそれぞれ２ポート１９ａ，１９ｂおよび１ポートであり、排気ポート１９の上流側と下流側との間に結合部が設けられる。

インテークマニホールド２２内には、吸気流制御弁（本実施例ではタンブルコントロールバルブ：以下ＴＣＶと呼ぶ）２４が設けられる。具体的には、ＴＣＶ２４は、分岐部１８の吸気流上流側に配置される。ＴＣＶ２４は、インテークマニホールド２２内における吸入空気４０の通路の一部を閉塞可能な板状のバルブ本体（吸気流制御弁本体）２５と、バルブ本体２５を回転可能に支持する軸体２６とを有する。軸体２６は、インテークマニホールド２２の軸心を通る水平面Ｃｈ上に配置されると共に、インテークマニホールド２２内で、左右方向（図１（ｃ）の左右方向）に沿って配置される。バルブ本体２５は、インテークマニホールド２２の長手方向に対して垂直方向となる閉位置（図１参照）と、インテークマニホールド２２の長手方向と同一方向（水平方向）となる開位置（図示せず）との間で、軸体２６の回動を伴って揺動する。バルブ本体２５が閉位置にあるときは、インテークマニホールド２２内の通路の下部が閉塞され、上部が開放された状態となる（図１（ｃ）参照）。この開放された上部を吸入空気４０が通過することで、燃焼室１６内にはタンブル流が生成される。

なお、ＴＣＶ２４は、エンジンの電子制御ユニットであるＥＣＵ３１に接続されており、このＥＣＵ３１によりバルブ開度が制御されるようになっている。ＥＣＵ３１は、ＴＣＶ２４の作動制御のほか、インテークマニホールド２２内におけるＴＣＶ２４の吸気流下流側に配置された燃料噴射弁２７による燃料４１の噴射時期やシリンダヘッド１３に装着された点火プラグ２８による点火時期など、エンジンの総合的な制御を行う。このような位置に燃焼噴射弁２７を配置することで、燃料噴射弁２７から噴射された燃料４１のＴＣＶ２４への付着が防止される。

ここで、バルブ本体２５は、図１（ｃ）に示すように、インテークマニホールド２２の長手方向に対して垂直とした状態で、インテークマニホールド２２内の下部側および上部側をそれぞれ閉塞する下片部２５ａおよび上片部２５ｂを有する。下片部２５ａは、インテークマニホールド２２の長手方向に対して垂直とした状態で、インテークマニホールド２２内における下部側の領域を全て閉塞する形状である。

一方、上片部２５ｂは、下片部２５ａの上部に連続し、インテークマニホールド２２の長手方向に対して垂直とした状態で、インテークマニホールド２２内における上部側の領域の一部を閉塞する形状である。具体的には、上片部２５ｂは、インテークマニホールド２２の上側の壁面（上壁）２２ａ近傍における分岐部１８に対向する箇所を頂点（頂部）２５ｃとする山型形状であり、頂部２５ｃからインテークマニホールド２２の側部側の壁面（側壁）２２ａに向け徐々に高さが低くなっている二等辺三角形状である。より具体的には、上片部２５ｂの上側の縁をなす上端縁２５ｆは、頂点２５ｃからインテークマニホールド２２の側壁２２ａに向けテーパ状に傾斜している。ただし、上片部２５ｂの頂点２５ｃはインテークマニホールド２２の上壁２２ａとは接しておらず、頂点２５ｃとインテークマニホールド２２の上壁２２ａとの間には距離ｄの隙間が設けられる。

上述した山型形状の上片部２５ｂを有するバルブ本体２５としたことで、頂点２５ｃの両側にて吸入空気４０が通過する空間を分岐部１８に対向するインテークマニホールド２２の軸心付近の中央領域と比べて広く確保できる。上片部２５ｂの頂点２５ｃ付近に衝突した気流は、インテークマニホールド２２の側壁２２ａ近傍へ案内されており、頂点２５ｃの下流側に対向する分岐部１８には衝突しにくくなる。よって、吸入空気４０の分岐部１８への衝突を的確に避けることができる。さらに、吸入空気４０が通過する空間は、分岐部１８に対向する中央領域から側壁２２ａ近傍へ向けて徐々に大きくなるため、吸気流をインテークマニホールド２２の幅方向（左右方向）である側壁２２ａ近傍へとスムーズに導くことがき、分岐部１８に対向する吸入空気４０の吸気流を積極的に弱め、吸入空気４０の分岐部１８への衝突を軽減し、衝突による吸入空気４０の吸気流の乱れの発生、すなわち目的としない吸気流の発生を抑制することができる。その結果、バルブ本体２５により吸気流が付与された吸入空気４０を効果的にエンジン１１の燃焼室１６内へ導入することができ、当該燃焼室１６内にて目的とするタンブル流を発生させて、一層良好な燃焼状態を実現することができる。さらに、バルブ本体２５自体の形状が簡易であり、製造コストの増加を抑制することができる。

なお、上記では、インテークマニホールド２２の上壁２２ａから所定の距離ｄに位置して頂点２５ｃをなす上片部２５ｂを有するバルブ本体２５を用いて説明したが、図２（ａ）に示すように、頂点３５ｃがインテークマニホールド２２の上壁２２ａと接する二等辺三角形状の上片部３５ｂを有するバルブ本体３５としても良い。また、図２（ｂ）に示すように、上端縁４５ｆが、分岐部１８に沿って延在する直線部（所定の長さの端縁）４５ｅと、直線部４５ｅの下端に連続し、インテークマニホールド２２の側壁２２ａへ鈍角で延在する傾斜部４５ｄとからなる上片部４５ｂを具備するバルブ本体４５としても良い。図２（ｃ）に示すように、頂部５５ｃがインテークマニホールド２２の上壁２２ａに接し、上端縁５５ｆがインテークマニホールド２２の軸心側に向けて凹み円弧状に湾曲してなる上片部５５ｂを具備するバルブ本体５５としても良い。これら形状の上片部３５ｂ，４５ｂ，５５ｂを有するバルブ本体３５，４５，５５であっても、上述したバルブ本体２５と同様、インテークマニホールド２２における分岐部１８への吸入空気４０の衝突を的確に避けるとともに、吸気流をインテークマニホールド２２の側壁２２ａへとスムーズに導いて、より効果的なタンブル流を生成することができる。

また、上記では、インテークマニホールド２２の軸心を通る水平面Ｃｈ上に配置されると共に、インテークマニホールド２２内で左右方向に沿って配置された軸体２６を有するＴＣＶ２４を用いて説明したが、図２（ｄ）に示すように、インテークマニホールド２２の軸心を通る垂直面Ｃｐ上に配置されると共に、インテークマニホールド内で上下方向（図２（ｄ）の上下方向）に沿って配置される軸体６６を有するＴＣＶ６４としても良い。このような向きに配置された軸体６６を有するＴＣＶ６４であっても、上述したＴＣＶ２４と同様、バルブ本体５５を回転可能に支持でき、インテークマニホールド２２における分岐部１８への吸入空気４０の衝突を的確に避けるとともに、吸気流をインテークマニホールド２２の側壁２２ａへとスムーズに導いて、より効果的なタンブル流を生成することができる。なお、バルブ本体は、吸気通路をスライド式に開閉可能なものとしても良い。

本発明の第１の実施例に係る内燃機関の吸気装置の概略構成図である。 吸気制御弁の他例を模式的に示した図である。 従来の内燃機関の吸気装置が具備する吸気流制御弁を模式的に示した図である。

符号の説明

１１ エンジン
１２ シリンダブロック
１３ シリンダヘッド
１４ ピストン
１５ コネクティングロッド
１６ 燃焼室
１７ 吸気ポート
１８ 分岐部
１９ 排気ポート
２０ 吸気バルブ
２１ 排気バルブ
２２ インテークマニホールド
２２ａ 壁面
２３ エキゾーストマニホールド
２４，３４，４４，５４，６４，７４ 吸気流制御弁（ＴＣＶ）
２５，３５，４５，５５，７５ バルブ本体
２６，６６ 軸体
２７ 燃料噴射弁
２８ 点火プラグ
３１ 電子制御ユニット
４０ 吸入空気
４１ 燃料

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室に連通された一対の吸気ポートに吸入空気を分岐して案内する吸気通路と、
   前記吸気通路内で該吸気通路の分岐部の上流側に配置され、前記吸気通路内を開放する開状態と該吸気通路内の一部を閉塞する閉状態とで切換可能に制御される板状の吸気流制御弁本体と、を具備し、
   前記吸気流制御弁本体の上部は、前記閉状態で、吸気流が前記分岐部を避けて流れるとともに前記吸気通路の両側壁に向けて分けて導かれる山型形状に形成されている
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 請求項１に記載された内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気流制御弁本体の上部の山型形状は、前記分岐部に対応する頂部から前記吸気通路の側壁に向け徐々に高さが低くなる
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
3. 請求項２に記載された内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気流制御弁本体の上部の山型形状の上端縁は、前記頂部から前記吸気通路の側壁に向けテーパ状に傾斜している
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
4. 請求項２に記載された内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気流制御弁本体の上部の山型形状の上端縁は、前記頂部から前記吸気通路の側壁に向け湾曲している
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。

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