JP2009293388A

JP2009293388A - 気流制御装置の構造

Info

Publication number: JP2009293388A
Application number: JP2008144697A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Konakawa; 秀文粉川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-12-17
Also published as: EP2131024A2; US20090293838A1

Abstract

【課題】渦流コントロールバルブの設置環境を正常に保てるようにする。
【解決手段】燃焼シリンダ３Ａに対して燃焼用混合気を吸気する吸気流路６に設けられ、吸気に伴って燃焼シリンダ３Ａの内部に渦流を発生させる渦流コントロールバルブ１０と、燃焼シリンダ３Ａで燃焼した混合気の排気の一部を、吸気流路６に戻す戻し流路８とを備え、吸気流路６に対する戻し流路８の合流部９は、渦流コントロールバルブ１０の設置個所より燃焼シリンダ３Ａの側に設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼シリンダに対して燃焼用混合気を吸気する吸気流路に設けられ、吸気に伴って前記燃焼シリンダの内部に渦流を発生させる渦流コントロールバルブと、前記燃焼シリンダで燃焼した前記混合気の排気の一部を、前記吸気流路に戻す戻し流路とを備えてある気流制御装置の構造に関する。

従来、この種の気流制御装置の構造としては、渦流コントロールバルブとして、スワール（横渦）制御弁を備えたもの（例えば、特許文献１参照）や、タンブル（縦渦）コントロールバルブを備えたもの（例えば、特許文献２参照）があった。また、何れの渦流コントロールバルブについても、流路を絞った状態で吸気流路の径方向での一方側に前記混合気を誘導し、より強力な渦流を発生できるように構成されている。
また、スワール制御弁を備えた前者の気流制御装置の構造（特許文献１参照）においては、戻し流路が設けてあり、排気ガスの一部をこの戻し流路によって吸気系に再び戻すことで、混合気が燃焼するときの最高温度を低くして窒素酸化物の発生量を抑えられるように構成してある。
この場合の、前記吸気流路に対する戻し流路の合流部は、前記スワール制御弁の設置個所より上流側に設けてあり、戻し流路からの排気が混ざった混合気が、スワール制御弁を通過するように構成されている。

特開平０９−２２８８４４号公報（図１）ＵＳ００５６４０９４１公報（ＦＩＧ．１）

前記戻し流路によって吸気流路に戻す排気ガスには、燃焼によって生じた浮遊粒子状物質が含まれており、
上述した従来の気流制御装置の構造によれば、前記吸気流路に対する戻し流路の合流部は、渦流コントロールバルブの設置個所より上流側に設けてある。上述のとおり、戻し流路からの排気ガスの混ざった混合気が、スワール制御弁を通過する。しかしながら、排気ガスには、燃焼によって生じた浮遊粒子状物質が含まれており、この浮遊粒子状物質が、渦流コントロールバルブの個所に溜まったり付着する危険性が高い。その結果、渦流コントロールバルブの作動不良を起こしたり、渦流コントロールバルブ設置個所で吸気流路の閉鎖等を生じる虞がある。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、渦流コントロールバルブの設置環境を正常に保ち易い気流制御装置の構造を提供するところにある。

本発明の第１の特徴構成は、燃焼シリンダに対して燃焼用混合気を吸気する吸気流路に設けられ、吸気に伴って前記燃焼シリンダの内部に渦流を発生させる渦流コントロールバルブと、前記燃焼シリンダで燃焼した前記混合気の排気の一部を、前記吸気流路に戻す戻し流路とを備え、前記吸気流路に対する前記戻し流路の合流部は、前記渦流コントロールバルブの設置個所より前記燃焼シリンダの側に設けてあるところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、前記吸気流路に対する前記戻し流路の合流部を、前記渦流コントロールバルブの設置個所より前記燃焼シリンダの側に設けてあるから、戻し流路から吸気流路に吐出される排気ガスは、渦流コントロールバルブを通過せずに、それより下流側を通過して燃焼シリンダに送られる。
従って、排気ガス中の浮遊粒子状物質が、渦流コントロールバルブの個所に溜まったり付着することを防止できる。
その結果、渦流コントロールバルブの設置環境を正常に保つことができ、前記浮遊粒子状物質による渦流コントロールバルブの作動不良や、渦流コントロールバルブ設置個所での吸気流路の閉鎖等を未然に防止することができる。

本発明の第２の特徴構成は、前記渦流コントロールバルブは、流路を絞った状態で吸気流路の径方向での一方側に前記混合気を誘導する誘導機構を備え、前記合流部は、前記吸気流路の壁面のうち、前記一方側とは反対の壁面に開口する状態に設けてあるところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、前記合流部を、前記吸気流路の壁面のうち、前記一方側とは反対の壁面に開口する状態に設けてあるから、前記渦流コントロールバルブを通過する渦流促進作用のある混合気の流れと、その下流の合流部から吐出された排気ガスの戻し流とを、吸気流路の径方向で分けて、相互に干渉し難くすることができる。
従って、前記誘導機構によって一方側に誘導された混合気を、その勢いを低下させずに燃焼シリンダまで届けながら、前記排気ガスによる戻し流も混合気に合流させることができる。
その結果、燃焼シリンダの内部での渦流発生機能を低下させずに、排気ガスの再燃焼をも叶えることができる。

本発明の第３の特徴構成は、シリンダヘッドとインテークマニホールドとの間に、互いに組み合わせた一対の板状部材を介在させてあり、前記渦流コントロールバルブと、前記戻し流路と、前記合流部とが、前記一対の板状部材の間に形成されているところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、渦流コントロールバルブや戻し流路や合流部を個別の部材で構成するのに比べて、一対の板状部材に具備させることによって、繁雑になり易い構造を一対の板状部材に集約することができ、省スペース化を図れると共に、組み立て作業の効率の向上を図ることができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の気流制御装置の構造を取り入れたエンジンＥの要部を示すもので、ここでは、４気筒エンジンを例に挙げて説明する。
エンジンＥの要部には、インテークマニホールド１、気流制御装置２、シリンダヘッド３、エキゾーストマニホールド４、排気ガス再循環装置５とが設けられている。
インテークマニホールド１から気流制御装置２を通してシリンダヘッド３に至る状態に吸気流路６が構成され、シリンダヘッド３からエキゾーストマニホールド４に至る状態に排気流路７が構成されている。
また、前記排気ガス再循環装置５の戻し流路８が、前記排気流路７の途中から分岐して前記吸気流路６にわたって設けられている。

前記インテークマニホールド１は、本実施形態においては、合成樹脂によって形成してあり、図には示さないがエアーフィルターや燃料噴射部を通過する一つの吸気流路から、各燃焼シリンダ３Ａに対応した４つの吸気流路６に分岐させて形成してある。

前記シリンダヘッド３は、金属で構成してあり、４つの燃焼シリンダ３Ａを備え、それぞれの燃焼室で、吸入・圧縮・爆発・排気の一連のサイクルを繰り返し、図には示さないクランクシャフトの回転力を生みだすように構成してある。
また、シリンダヘッド３の吸気流路６の側には、前記気流制御装置２を介して前記インテークマニホールド１が連通接続してある。
一方、シリンダヘッド３の排気流路７の側には、前記エキゾーストマニホールド４が連通接続してある。

前記排気ガス再循環装置５は、前記戻し流路８を備えて構成してあり、戻し流路８に排気ガスを戻す制御に関しては、図には示さないＣＰＵによって実施される。前記戻し流路８における前記吸気流路６に対する合流部９は、前記気流制御装置２に設けてある。

前記気流制御装置２は、図２に示すように、シリンダヘッド３とインテークマニホールド１との間に互いに組み合わせた状態に介在させた一対の板状部材２Ａ、２Ｂと、一方の板状部材２Ａに組み込まれた渦流コントロールバルブ１０と、その渦流コントロールバルブ１０の駆動機構１１（図３参照）と、他方の板状部材２Ｂに形成された前記合流部９とを備えて構成してある。尚、気流制御装置２の運転制御は、図には示さないＣＰＵによって実施される。

前記板状部材２Ａ、２Ｂは、図３、図４に示すように、各気筒の配置に合わせた細長い形状に形成してあり、前述した４つの吸気流路６を構成する貫通孔Ｈが、それぞれ形成されている。
前記渦流コントロールバルブ１０を備えた一方の板状部材２Ａが、インテークマニホールド１の側に配置され、前記戻し流路８及び合流部９を備えた他方の板状部材２Ｂが、シリンダヘッド３の側に配置されている。従って、図２に示すように、前記吸気流路６に対する前記戻し流路８の合流部９は、前記渦流コントロールバルブ１０の設置個所より前記燃焼シリンダの側に設けられている。
また、これら一対の板状部材２Ａ、２Ｂは、厚み方向に合わせて前記インテークマニホールド１とシリンダヘッド３とで挟み込む状態で一体化が図られている。

前記渦流コントロールバルブ１０は、本実施形態においては、タンブル（縦渦）コントロールバルブの例を示しており、図３に示すように、前記一方の板状部材２Ａに対してその長手方向に沿って挿通されたバルブシャフト１０Ａと、バルブシャフト１０Ａの各吸気流路６に対応した箇所に固着された扁平状のバルブ翼１０Ｂとを備えて構成してある。前記バルブシャフト１０Ａには、リンク機構を介して、例えば、ＤＣモータ等の前記駆動機構１１が回転駆動可能に連結されている。
従って、前記駆動機構１１によってバルブシャフト１０Ａを回転軸芯まわりに回転駆動させることで、前記貫通孔Ｈ内での前記バルブ翼１０の角度を変更することができ、吸気流路６を絞ったり開けたりすることができる。
また、前記バルブ翼１０Ｂには、その上縁部分に切欠き１２が形成してある。よって、図２に示すように、吸気流路６を閉塞する方向に前記バルブ翼１０Ｂを回転させて、流路を絞った状態とした時、吸気流路６を流れる混合気は、切欠き１２の部分（吸気流路６の怪方向での上方側）に集められ、その流速を早めた状態で燃焼室に送りこまれる。その結果、燃焼室内に縦渦を形成することができる。
即ち、前記吸気流路６を絞った状態で径方向での上方側に前記混合気を誘導する誘導機構は、当該実施形態においては前記切欠き１２によって構成されている。
また、前記一方の板状部材２Ａには、前記戻し流路８を形成する戻し管８Ａの端部を連結接続する管取付部２Ａａが設けてある（図３参照）。管取付部２Ａａに、戻し管８Ａを取り付けることで、戻し管８Ａの内部の戻し流路８が、他方の板状部材２Ｂに形成された戻し流路８と連通するように構成されている。

一方、他方の板状部材２Ｂには、図４に示すように、前記一方の板状部材２Ａとの合わせ面に、溝Ｍを設けてある。両板状部材２Ｂを密閉状態に合わせることで、前記溝Ｍが前記戻し流路８となり、溝Ｍの端部開口が前記合流部９となるように構成してある。
前記溝Ｍは、他方の板状部材２Ｂにおいて、前記管取付部２Ａａに対応した個所から始まり、４つある前記貫通孔Ｈに向かって夫々形成してある。終端部分は、各貫通孔Ｈ、即ち、各吸気流路６の径方向での下方側に開口する状態に形成してある。これら各開口部が、それぞれの吸気流路６に対する前記合流部９となる。また、各合流部９における開口径は、溝Ｍの始端部から流路に沿った距離が長い合流部９ほど、近い合流部９より大きく設定してある。この設定は、各合流部９から吸気流路６に合流させる排気ガスの量にバラツキが生じ難いように配慮されて実施されている。

本実施形態の気流制御装置の構造によれば、図２に示すように、戻し流路８から排気ガスを吸気流路６に戻すと共に、渦流コントロールバルブ１０を絞った状態に制御することで、排気ガス中の浮遊粒子状物質による渦流コントロールバルブ１０の作動不良や、渦流コントロールバルブ１０設置個所での吸気流路６の閉鎖等を未然に防止することができ、且つ、燃焼シリンダの内部での渦流発生機能を低下させずに、効率の良い燃焼を叶えることができる。
即ち、戻し流路８から吸気流路６に吐出される排気ガスは、渦流コントロールバルブ１０の部分より下流側の合流部９から燃焼シリンダに送られるから、排気ガス中の浮遊粒子状物質が、渦流コントロールバルブ１０の個所に溜まったり付着することを防止できる。
その結果、渦流コントロールバルブ１０の設置環境を正常に保つことができる。
前記渦流コントロールバルブ１０を通過する渦流促進作用のある混合気の流れと、その下流の合流部９から吐出された排気ガスの戻し流とを、吸気流路６の径方向で分けて、相互に干渉し難くしてある。よって、前記誘導機構によって一方側に誘導された混合気の勢いを低下させずに燃焼シリンダまで届けながら、前記排気ガスによる戻し流も混合気に合流させることができる。
また、前記渦流コントロールバルブ１０や、吸気流路６や、戻し流路８とその合流部９等の複雑な構成を、２枚の板状部材２Ａ、２Ｂに集約して仕込むことで、省スペース化を図れると共に、組み立て作業の効率の向上を図ることができる。

〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉当該気流制御装置の構造は、先の実施形態で説明したエンジン構造のものに限らず、適宜、別の形式のエンジンにも採用することができる。従って、ガソリンエンジンをはじめ、ジーゼルエンジン等であってもよく、４気筒に限るものではない。
〈２〉前記渦流コントロールバルブ１０は、先の実施形態で説明した形状や構造のものに限るものではなく、タンブルコントロールバルブに替えて、スワールコントロールバルブであってもよく、適宜変更することができる。また、バルブ翼１０Ｂに形成した切欠き１２の位置や形状も、適宜変更することができる。要するに、前記渦流コントロールバルブ１０の設置個所を、前記吸気流路６に対する前記戻し流路８の合流部９より上流側に設けてあることが必要である。また、切欠き１２と合流部９とは、吸気流路６の径方向での同じ側に設けるより、異なる壁面の側に配置するのが好ましい。
〈３〉また、気流制御装置２は、先の実施形態のように２枚の板状部材２Ａ、２Ｂを備えると共に、他方の板状部材２Ｂに戻し流路８となる溝Ｍを形成してあるものに限らず、例えば、図５に示すように、溝Ｍの位置を、一方の板状部材２Ａに形成するものであってもよい。
更には、２枚の板状部材２Ａ、２Ｂを備えた構成に替えて、例えば、図６に示すように、一方の板状部材２Ａのみを備えた構成であってもよい。この場合、部品点数を減らすことができる。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

エンジンの要部の断面を示す概念図気流制御装置を示す断面図板状部材を示す一部切欠き正面図板状部材を示す分解斜視図別実施形態の気流制御装置を示す断面図別実施形態の気流制御装置を示す断面図

符号の説明

１インテークマニホールド
２Ａ一方の板状部材
２Ｂ他方の板状部材
３シリンダヘッド
３Ａ燃焼シリンダ
６吸気流路
８戻し流路
９合流部
１０渦流コントロールバルブ
１２切欠き（誘導機構に相当）

Claims

燃焼シリンダに対して燃焼用混合気を吸気する吸気流路に設けられ、吸気に伴って前記燃焼シリンダの内部に渦流を発生させる渦流コントロールバルブと、
前記燃焼シリンダで燃焼した前記混合気の排気の一部を、前記吸気流路に戻す戻し流路とを備え、
前記吸気流路に対する前記戻し流路の合流部は、前記渦流コントロールバルブの設置個所より前記燃焼シリンダの側に設けてある気流制御装置の構造。
前記渦流コントロールバルブは、流路を絞った状態で吸気流路の径方向での一方側に前記混合気を誘導する誘導機構を備え、
前記合流部は、前記吸気流路の壁面のうち、前記一方側とは反対の壁面に開口する状態に設けてある請求項１に記載の気流制御装置の構造。
シリンダヘッドとインテークマニホールドとの間に、互いに組み合わせた一対の板状部材を介在させてあり、
前記渦流コントロールバルブと、前記戻し流路と、前記合流部とが、前記一対の板状部材の間に形成されている請求項１又は２に記載の気流制御装置の構造。