JP2013096393A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気の圧力損失を低減しながらも、構成を簡素化してコストを低減することのできる内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０の吸気装置１２は、湾曲通路部２２を有する吸気通路２８と、湾曲通路部２２よりも上流側の通路部に配置される吸気流制御弁４０とを備える。吸気通路２８における吸気流制御弁４０の周辺の通路部４２を、湾曲通路部２２の湾曲径方向に対応する方向に拡張する。吸気流制御弁４０は、回動により２つの切替位置に切替えられる弁体４４を備える。弁体４４は、第１切替位置で起立し、吸気を吸気通路２８の湾曲径方向外側に沿って流す第１弁板部４６と、第２切替位置において起立し、吸気を吸気通路２８の湾曲径方向内側に沿って流す第２弁板部４７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気（吸入空気）の流れをコントロールする吸気流制御弁を備える内燃機関の吸気装置に関する。

内燃機関の吸気装置の従来例としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。従来例では、内燃機関の燃焼室に連通されかつ湾曲した湾曲通路部を有する吸気通路と、吸気通路の湾曲通路部よりも上流側の通路部に配置されかつ吸気流をコントロールする吸気流制御弁とを備える。吸気流制御弁は、空気通路の下壁面に沿って吸気の流れ方向にスライドすることにより、吸気ポートの一部の開閉を行うスライド式弁体を備えている。

特開２０１０−９６０１２号公報

従来例によると、吸気流制御弁がスライド式弁体を備えるため、吸気の圧力損失を低減することができる。しかしながら、回動式の弁体を備える場合と比べて、構成の複雑化を余儀なくされるため、コストアップを招くという問題があった。

本発明は、吸気の圧力損失を低減しながらも、構成を簡素化してコストを低減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課題とする。

前記課題は、特許請求の範囲に記載された構成を要旨とする内燃機関の吸気装置により解決することができる。
請求項１に記載された内燃機関の吸気装置によると、内燃機関の燃焼室に連通されかつ湾曲した湾曲通路部を有する吸気通路と、吸気通路の湾曲通路部よりも上流側の通路部に配置されかつ吸気流をコントロールする吸気流制御弁とを備える内燃機関の吸気装置であって、吸気通路における吸気流制御弁の周辺の通路部を、湾曲通路部の湾曲径方向に対応する方向に拡張し、吸気流制御弁は、回動により２つの切替位置に切替えられる弁体を備え、弁体は、一方の切替位置において起立しかつ他方の切替位置で倒伏する第１弁板部と、一方の切替位置において倒伏しかつ他方の切替位置で起立する第２弁板部とを有し、弁体の一方の切替位置において起立した第１弁板部は、吸気を吸気通路の湾曲径方向外側に沿って流すように形成され、弁体の他方の切替位置において起立した第２弁板部は、吸気を吸気通路の湾曲径方向内側に沿って流すように形成されている。この構成によると、吸気流制御弁の弁体が一方の切替位置にあるときは、第１弁板部が起立することにより、吸気が吸気通路の湾曲通路部の湾曲径方向外側に沿って流される。これにより、内燃機関の燃焼室にタンブル流の吸気を流入させることができる。また、弁体が他方の切替位置にあるときは、第２弁板部が起立することにより、吸気が吸気通路の湾曲通路部の湾曲径方向内側に沿って流される。これにより、内燃機関の燃焼室に通常流の吸気を流入させることができる。また、吸気通路における吸気流制御弁の周辺の通路部を、湾曲通路部の湾曲径方向に対応する方向に拡張したことにより、弁体の各切替位置における吸気の圧力損失を低減することができる。また、吸気流制御弁が回動式の弁体を備えるため、スライド式の弁体を備える従来例（特許文献１参照）と比べて、構成を簡素化してコストを低減することができる。

また、請求項２に記載された内燃機関の吸気装置によると、弁体の第１弁板部及び第２弁板部は、一方の切替位置における通路断面積と他方の切替位置における通路断面積とが同等になるように形成されている。この構成によると、弁体が一方の切替位置にあるときの空気の圧力損失と、他方の切替位置にあるときの空気の圧力損失とを同等化することができる。なお、本明細書でいう「同等」には同一及び略同一が含まれる。

また、請求項３に記載された内燃機関の吸気装置によると、第１弁板部は、第２弁板部の下流側に配置されている。この構成によると、弁体が他方の切替位置から一方の切替位置に切替わる際に、吸気流によって第２弁板部が倒伏されやすくなるとともに、第１弁板部が起立されやすくなる。このため、弁体が他方の切替位置から一方の切替位置に切替わる際の応答性を向上することができる。

また、請求項４に記載された内燃機関の吸気装置によると、吸気通路は、複数の吸気ポートに吸気を分岐し、弁体の第１弁板部には、吸気ポート毎に対応する通気孔が形成されている。この構成によると、弁体の一方の切替位置において、第１弁板部に形成した吸気ポート毎に対応する通気孔を吸気が通過することにより、吸気を吸気ポート毎に分けて流すことができる。このため、隣り合う吸気ポートの間の分岐部に対する吸気流の衝突を防止し、その衝突による圧力損失を低減することができる。

実施形態１にかかる内燃機関の吸気装置をタンブル状態で示す側断面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 内燃機関の吸気装置を通常状態で示す側断面図である。 図３のIV−IV線矢視断面図である。 吸気流制御弁の弁体を示す斜視図である。 実施形態２にかかる内燃機関の吸気装置をタンブル状態で示す側断面図である。 図６のVII−VII線矢視断面図である。 内燃機関の吸気装置をタンブル状態で示す平断面図である。 吸気流制御弁の弁体を一部破断して示す斜視図である。 実施形態３にかかる吸気流制御弁の弁体を一部破断して示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
［実施形態１］
本発明の実施形態１を説明する。図１は内燃機関の吸気装置をタンブル状態で示す側断面図、図２は図１のII−II線矢視断面図、図３は内燃機関の吸気装置を通常状態で示す側断面図、図４は図３のIV−IV線矢視断面図、図５は吸気流制御弁の弁体を示す斜視図である。
図１に示すように、例えば車両に搭載される内燃機関であるエンジン（火花点火式ガソリンエンジン）１０の近傍に吸気装置１２が設けられている。エンジン１０のシリンダブロック１４上にシリンダヘッド１５が締結されている。シリンダブロック１４のシリンダ内には、ピストン１６が上下方向に移動可能に配置されている。図１ではシリンダ及びピストン１６は１つのみ示されているが、４気筒エンジンの場合は、シリンダブロック１４に直列に形成された４つのシリンダにピストン１６がそれぞれ配置されている。なお、図示しないが、シリンダブロック１４の下部にはクランクシャフトが回転可能に支持され、そのクランクシャフトに各ピストン１６がそれぞれコネクティングロッドを介して連結されている。

前記シリンダブロック１４、前記シリンダヘッド１５及び前記ピストン１６により、燃焼室１８が形成されている。シリンダヘッド１５には、燃焼室１８に連通する吸気ポート２０が形成されている。吸気ポート２０は、例えば、断面四角形状に形成されている（図２参照）。また、吸気ポート２０の燃焼室１８側には、上下方向に湾曲した湾曲通路部２２を有している。湾曲通路部２２は、燃焼室１８側から斜め上方（図１において右上方）へ向けて湾曲している。湾曲通路部２２につながる上流側の通路部は、斜め上方（図１において右上方）へ向けてストレート状に延びている。なお、本明細書では吸気通路２８の湾曲通路部２２の湾曲径方向（図１において上下方向）に対応する方向を「縦幅方向」といい、その湾曲径方向に交差する方向を「横幅方向」という。

前記吸気ポート２０の燃焼室１８側の開口端は吸気バルブ２４により開閉される。また、前記シリンダヘッド１５には、インテークマニホールド２６を介して吸気管（図示省略）が連結されている。吸気管、インテークマニホールド２６及び吸気ポート２０により一連の吸気通路２８が形成されている。吸入空気（「吸気」という）は、吸気通路２８を通って燃焼室１８内に導入される。インテークマニホールド２６の下流側端部（詳しくは、後述する拡張通路部４２の上壁面４２ａ）には、電磁駆動式のインジェクタ（燃料噴射弁）３０が設けられている。インジェクタ３０は、図示しない燃料タンクから供給されてくる燃料を吸気ポート２０に向けて噴射する。

前記シリンダヘッド１５には、前記燃焼室１８に連通する排気ポート３２が形成されている。排気ポート３２の燃焼室１８側の開口端は排気バルブ３４により開閉される。なお、図示しないが、シリンダヘッド１５には、エキゾーストマニホールドを介して排気管が連結されている。排気ポート３２、エキゾーストマニホールド及び排気管により一連の排気通路が形成されている。

図１に示すように、前記吸気通路２８における吸気ポート２０の湾曲通路部２２よりも上流側の通路部に相当する前記インテークマニホールド２６における通路部に、吸気流制御弁４０が設けられている。吸気通路２８における吸気流制御弁４０の周辺の通路部は、湾曲通路部２２の湾曲径方向に対応する方向すなわち縦幅方向に拡張されている。本実施形態では、当該部部分に相当する吸気通路２８の上壁面２８ａを部分的に上方へ凹ませることによって、縦幅方向に拡張された通路部が形成されている。その拡張された通路部を「拡張通路部４２」という。拡張通路部４２の上壁面（符号、４２ａを付す）は、それよりも上流側における上壁面２８ａ及びそれよりも下流側における上壁面（本実施形態では吸気ポート２０の上壁面が相当する）となだらかに連続している。なお、図１における仮想線２８ｂは、拡張前における上壁面２８ａを示している。

前記吸気流制御弁４０は、前記インテークマニホールド２６の拡張通路部４２に回動可能に設けられたバタフライ弁状の弁体４４を有する。図５に示すように、弁体４４は、弁軸４５と、弁軸４５から径方向外方に突出する略Ｌ字状をなす２枚の弁板部４６，４７とを一体に有する。２枚の弁板部４６，４７は、弁軸４５を中心として所定の角度をもって形成されている。図２に示すように、弁軸４５の両端部は、拡張通路部４２の両側壁部の下端部に回動可能に支持されている。他方の弁板部４７に対して一方の弁板部４６が下流側（図１において左側）に配置されている。なお、一方の弁板部４６を「第１弁板部４６」といい、他方の弁板部４７を「第２弁板部４７」という。

前記弁体４４は、前記インテークマニホールド２６の外側に配置された駆動手段としての電動アクチュエータ（図示省略）によって弁軸４５が所定の角度範囲内において正逆方向に回動されることにより、２つの切替位置に切替えられるようになっている（図１及び図３参照）。なお、図示しないが、電動アクチュエータは、エンジンの電子制御ユニットであるＥＣＵにより駆動制御される。

前記弁体４４の一方の切替位置（「第１切替位置」という。）においては、前記第１弁板部４６が起立されかつ第２弁板部４７が倒伏される（図１及び図２参照）。また、弁体４４の他方の切替位置（「第２切替位置」という）においては、第１弁板部４６が倒伏されかつ第２弁板部４７が起立される（図３及び図４参照）。本実施形態において、各弁板部４７，４７の起立とは拡張通路部４２の下壁面４２ｂ上に立ち上がることをいい、その倒伏とは拡張通路部４２の下壁面４２ｂに倒れ伏すことをいう。なお、拡張通路部４２の下壁面４２ｂには、倒伏時の弁板部４６，４７を収容する凹部４８が形成されている。

前記弁体４４の第１切替位置（図１及び図２参照）において、第１弁板部４６は、前記拡張通路部４２の下半部を遮蔽する。このため、拡張通路部４２の上半部が通気部（符号、４６ａを付す）として開口される。したがって、吸気は、第１弁板部４６の通気部４６ａを通過することにより、前記吸気通路２８（拡張通路部４２を含む）の湾曲径方向外側（上壁面側）に沿って流される（図１中、矢印Ｙ１参照）。これにより、エンジン１０の燃焼室１８にタンブル流の吸気を流入させることができる。また、タンブル流のなす入射角は、燃焼室１８の軸線に対して通常流（後述する）のなす入射角よりも小さい。したがって、大量ＥＧＲ導入で燃焼が安定し、燃費向上が期待できる。なお、第１弁板部４６は本明細書でいう「タンブル流発生用弁板部」に相当する。

前記弁体４４の第２切替位置（図３及び図４参照）において、第２弁板部４７は、前記拡張通路部４２を略全面的に遮蔽する外形をもって形成されている。しかし、第２弁板部４７の下半部には、四角形状の通気孔４７ａが形成されている（図５参照）。したがって、吸気は、第２弁板部４７の通気孔４７ａを通過することにより、前記吸気通路２８（拡張通路部４２を含む）の湾曲径方向内側（下壁面側）に沿って流される（図３中、矢印Ｙ２参照）。これにより、エンジン１０の燃焼室１８に通常流の吸気を流入させることができる。したがって、高回転時の出力を確保することができる。なお、第２弁板部４７は本明細書でいう「通常流発生用弁板部」に相当する。また、通気孔４７ａは、その軸線が弁体４４の第２切替位置において拡張通路部４２の軸線と平行又は略平行をなすように形成されている。

前記弁体４４の第１弁板部４６及び第２弁板部４７は、第１切替位置における通路断面積と第２切替位置における通路断面積とが同等になるように形成されている。すなわち、第１弁板部４６の通気部４６ａの開口面積と、第２弁板部４７の通気孔４７ａの開口面積とが同等化されている。

前記したエンジン１０の吸気装置１２によると、吸気流制御弁４０の弁体４４が第１切替位置にあるときは、第１弁板部４６が起立することにより、吸気が吸気通路２８の湾曲通路部２２の湾曲径方向外側に沿って流される（図１中、矢印Ｙ１参照）。これにより、エンジン１０の燃焼室１８にタンブル流の吸気を流入させることができる。また、吸気流制御弁４０の弁体４４が第２切替位置にあるときは、第２弁板部４７が起立することにより、吸気が吸気通路２８の湾曲通路部２２の湾曲径方向内側に沿って流される（図３中、矢印Ｙ２参照）。これにより、エンジン１０の燃焼室１８に通常流の吸気を流入させることができる。また、吸気通路２８における吸気流制御弁４０の周辺の通路部４２を、湾曲通路部２２の湾曲径方向に対応する方向に拡張したことにより、弁体４４の各切替位置における吸気の圧力損失を低減することができる。また、吸気流制御弁４０が回動式の弁体４４を備えるため、スライド式の弁体を備える従来例（特許文献１参照）と比べて、構成を簡素化してコストを低減することができる。

また、弁体４４の第１弁板部４６及び第２弁板部４７は、第１切替位置における通路断面積と第２切替位置における通路断面積とが同等になるように形成されている。したがって、弁体４４が第１切替位置にあるときの空気の圧力損失と、第２切替位置にあるときの空気の圧力損失とを同等化することができる。

また、第１弁板部４６が第２弁板部４７の下流側に配置されている。したがって、弁体４４が第１切替位置から第２切替位置に切替わる際に、吸気流によって第１弁板部４６が倒伏されやすくなるとともに、第２弁板部４７が起立されやすくなる。このため、弁体が第１切替位置から第２切替位置に切替わる際の応答性を向上することができる。

［実施形態２］
本発明の実施形態２を説明する。本実施形態は、前記実施形態１に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図６は内燃機関の吸気装置をタンブル状態で示す側断面図、図７は図６のVII−VII線矢視断面図、図８は内燃機関の吸気装置をタンブル状態で示す平断面図、図９は吸気流制御弁の弁体を一部破断して示す斜視図である。
図８に示すように、本実施形態では、前記実施形態１における前記シリンダヘッド１５の吸気ポート２０が、分岐部２０ｃによって２つの吸気ポート２０ａ，２０ｂに分岐されている。

前記弁体４４の第１弁板部４６は、第１切替位置（図６〜図８参照）において前記拡張通路部４２を略全面的に遮蔽する外形をもって形成されている。しかし、第１弁板部４６の上半部には、左右一対をなす四角形状の通気孔４６ｂが形成されている（図７〜図９参照）。両通気孔４６ｂは、各吸気ポート２０ａ，２０ｂにそれぞれ対応している（図８参照）。また、第１弁板部４６の下流側の面には、両通気孔４６ｂの口縁部の下流側に連続する角筒状の筒状部４６ｃが形成されている。また、通気孔４６ｂは、その軸線が弁体４４の第１切替位置において拡張通路部４２の軸線と平行又は略平行をなすストレート状に形成されている。

本実施形態によると、弁体４４の第１切替位置において、第１弁板部４６に形成した吸気ポート２０ａ毎に対応する各通気孔４６ｂを吸気が通過することにより、吸気を吸気ポート２０ａ毎に分けて流すことができる（図６及び図８中、矢印Ｙ３参照）。このため、隣り合う吸気ポート２０ａの間の分岐部２０ｃに対する吸気流の衝突を防止し、その衝突による圧力損失を低減することができる。また、吸気は、第１弁板部４６の各通気孔４６ｂを通過することにより、吸気通路２８（拡張通路部４２を含む）の湾曲径方向外側（上壁面側）に沿って流される。これにより、エンジン１０の燃焼室１８にタンブル流の吸気を流入させることができる。なお、弁体４４の第２切替位置における作用・効果は前記実施形態１と同様である。

また、第１弁板部４６の下流側の面に、各通気孔４６ｂの口縁部の下流側に連続する筒状部４６ｃが形成されている。これにより、各通気孔４６ｂの軸方向の長さを延長することができる。

［実施形態３］
本発明の実施形態３を説明する。本実施形態は、前記実施形態２に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１０は吸気流制御弁の弁体を一部破断して示す斜視図である。
図１０に示すように、本実施形態は、前記実施形態２における弁体４４の第１弁板部４６の通気孔４６ｂ（図９参照）に代えて、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に小さくなるファンネル状の通気孔４６ｄが形成されたものである。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、前記実施形態では、吸気流制御弁４０をインテークマニホールド２６に配置したが、これに限らず、吸気通路２８の湾曲通路部２２よりも上流側の通路部であれば、シリンダヘッド１５やインテークマニホールド２６以外の吸気通路形成部材に吸気流制御弁４０を配置してもよい。また、前記実施形態では、吸気通路２８の上壁面を部分的に凹ませることによって拡張通路部４２を形成したが、吸気通路２８の下壁面を部分的に凹ませたり、吸気通路２８の上壁面及び下壁面を部分的に凹ませたりすることによって、拡張通路部４２を形成してもよい。また、前記実施形態では、弁体４４の弁軸４５を拡張通路部４２の両側壁部の下端部に回動可能に支持し、拡張通路部４２の下壁面４２ｂに対して各弁板部４６，４７を上向きに起立させたが、弁体４４の弁軸４５を拡張通路部４２の両側壁部の上端部に回動可能に支持し、拡張通路部４２の上壁面４２ａに対して各弁板部４６，４７を下向きに起立させることもできる。この場合、第１弁板部４６を第２弁板部とし、第２弁板部４７を第１弁板部とすればよい。また、前記実施形態では、弁体４４の第２弁板部４７の下流側に第１弁板部４６を配置したが、弁体４４の第２弁板部４７の上流側に第１弁板部４６を配置してもよい。

１０…エンジン（内燃機関）
１２…吸気装置
１８…燃焼室
２０、２０ａ，２０ｂ…吸気ポート
２２…湾曲通路部
２８…吸気通路
４０…吸気流制御弁
４２…通路部
４４…弁体
４６…第１弁板部
４６ａ…通気部
４６ｂ…通気孔
４６ｃ…筒状部
４６ｄ…通気孔
４７…第２弁板部
４７ａ…通気孔

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室に連通されかつ湾曲した湾曲通路部を有する吸気通路と、
   前記吸気通路の湾曲通路部よりも上流側の通路部に配置されかつ吸気流をコントロールする吸気流制御弁と
   を備える内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気通路における吸気流制御弁の周辺の通路部を、前記湾曲通路部の湾曲径方向に対応する方向に拡張し、
   前記吸気流制御弁は、回動により２つの切替位置に切替えられる弁体を備え、
   前記弁体は、一方の切替位置において起立しかつ他方の切替位置で倒伏する第１弁板部と、一方の切替位置において倒伏しかつ他方の切替位置で起立する第２弁板部とを有し、
   前記弁体の一方の切替位置において起立した前記第１弁板部は、吸気を前記吸気通路の湾曲径方向外側に沿って流すように形成され、
   前記弁体の他方の切替位置において起立した前記第２弁板部は、吸気を前記吸気通路の湾曲径方向内側に沿って流すように形成されている
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の吸気装置であって、
   前記弁体の第１弁板部及び第２弁板部は、前記一方の切替位置における通路断面積と前記他方の切替位置における通路断面積とが同等になるよう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。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置であって、
   前記第１弁板部は、前記第２弁板部の下流側に配置されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気通路は、前記複数の吸気ポートに吸気を分岐し、
   前記弁体の第１弁板部には、前記吸気ポート毎に対応する通気孔が形成されている
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
   

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