JP2017002758A - 内燃機関の吸気流路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て易さを損なうことなく、強いタンブルを形成可能にする。【解決手段】内燃機関は、吸気マニホールド２と吸気ポート３１との間に設けられ、吸気ポート３１下流の燃焼室に至る吸気流路Ｐの一部を閉塞可能なバタフライバルブ４３と、吸気ポート３１内にその流路方向に沿って設けられ、バタフライバルブ４３の閉状態に対応するように吸気ポート３１内を仕切る隔壁５とを備える。隔壁５は、燃焼室側の先端部５１１ａが幅方向に先細り状に形成されて当該先端部５１１ａと吸気ポート３１の内壁面との間に隙間を介在させた隔壁本体５１を有する。隔壁５を吸気マニホールド２側から吸気ポート３１内に挿入するに伴って当該隙間が閉塞されるか、或いは、隔壁５を吸気マニホールド２側から吸気ポート３１内に挿入した後に当該隙間を閉塞可能なように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼室内に吸入空気のタンブルを発生させるための吸気流動制御弁と隔壁とを備える内燃機関の吸気流路構造に関する。

従来、車両用などのレシプロ式の内燃機関において、燃焼室（シリンダー）内で吸入空気のタンブル（縦渦；回転軸がピストンストローク方向と直交する渦流）を発生させて燃費を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

一般に、この種の内燃機関では、図８に示すように、吸気ポートの上流（または内部）に流路の一部を閉塞可能なバルブ（吸気流動制御弁）が設けられるとともに、このバルブの閉状態に対応して吸気ポート内を仕切る隔壁がバルブよりも下流に設けられている。
そして、バルブを閉じて燃焼室への吸入空気の流速を高め、燃焼室内にタンブルを発生させることにより、燃焼速度が低下するエンジンの低負荷時などにおいても、燃焼を安定・高速化させて燃費を向上させることが可能となっている。

特開２０１０−１９０１６６号公報 特開２０１２−１８８９８０号公報

ところで、吸気ポート内に設けられる隔壁は、図９に示すように、主に組み立てやすく（吸気ポート内に挿入しやすく）する目的で、その挿入方向（燃焼室側）の先端部が先細り状に形成されている。そのため、この隔壁の先端部では、吸気ポートの内壁面との間に隙間ができた状態となるが、このような隙間は、保存性や乱れ強さに優れる強いタンブルを形成しにくくし、ひいては燃費改善効果を低下させてしまう。

この問題は、隔壁をより深く燃焼室側まで挿入できれば解決可能であるものの、そのためには、吸気ポートの内壁面に形成された隔壁支持用の溝をより燃焼室側まで形成しなければならない。しかし、この対策案は、より燃焼室側まで延長させた溝が吸気ポートを有するシリンダーヘッド内の冷却水路に干渉してしまうおそれがあるため、採用することが難しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、組み立て易さを損なうことなく、強いタンブルを形成することができる内燃機関の吸気流路構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
吸気マニホールドと吸気ポートとの間に設けられ、前記吸気ポート下流の燃焼室に至る吸気流路の一部を閉塞可能な吸気流動制御弁と、
前記吸気ポート内にその流路方向に沿って設けられ、前記吸気流動制御弁の閉状態に対応するように前記吸気ポート内を仕切る隔壁と、
を備える内燃機関の吸気流路構造であって、
前記隔壁は、前記燃焼室側の先端部が幅方向に先細り状に形成されて当該先端部と前記吸気ポートの内壁面との間に隙間を介在させた隔壁本体を有し、
前記隔壁を前記吸気マニホールド側から前記吸気ポート内に挿入するに伴って前記隙間が閉塞されるか、或いは、前記隔壁を前記吸気マニホールド側から前記吸気ポート内に挿入した後に前記隙間を閉塞可能なように構成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気流路構造において、
前記隔壁は、前記隔壁本体の先端部の幅方向両側に設けられるとともに柔軟性を有する２つのシール部を有し、
前記吸気ポートの内壁面には、前記隔壁本体の先端部の両側面と対向する２つの突起部が設けられ、
前記隔壁を前記吸気マニホールド側から前記吸気ポート内に挿入するに伴って、前記２つのシール部が前記２つの突起部により前記隔壁本体の先端部の両側面に押し付けられて、前記隙間が閉塞されるように構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の吸気流路構造において、
前記２つの突起部は、前記燃焼室側に向かうに連れて前記吸気ポートの内周側に位置するように傾斜しつつ前記隔壁本体の先端部の側面と対向する傾斜面をそれぞれ有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気流路構造において、
前記隔壁は、
前記隔壁本体のうち先端部よりも前記吸気マニホールド側の部分に保持されつつ前記隔壁本体の先端部の幅方向両側に設けられ、屈曲状態を保持可能な２つの屈曲部材と、
前記２つの屈曲部材の前記幅方向の内側に設けられ、前記隙間を閉塞可能な２つの閉塞板と、
を有し、
前記２つの閉塞板を前記隔壁本体と厚さ方向に重ねつつ前記２つの屈曲部材を前記幅方向の内側に屈曲させた状態で前記隔壁を前記吸気ポート内に挿入した後に、前記２つの屈曲部材を前記幅方向の外側に屈曲させて前記２つの閉塞板で前記隙間を閉塞可能なように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、組み立て易さを損なうことなく、強いタンブルを形成することが可能となる。

第一の実施形態における内燃機関の吸気流路構造を示す断面図である。 図１のII−II線での断面図である。 第一の実施形態における隔壁を吸気ポート内に配置する組立手順を説明するための図である。 第二の実施形態における内燃機関の吸気流路構造を示す断面図である。 図４のＶ−Ｖ線での支持棒及び閉塞板の断面図である。 第二の実施形態における隔壁を吸気ポート内に配置する組立手順を説明するための図である。 第二の実施形態における隔壁を吸気ポート内に配置する組立手順を説明するための図である。 従来の内燃機関の吸気流路構造を説明するための図である。 従来の内燃機関の吸気流路構造を説明するための図である。

以下、本発明に係る内燃機関の吸気構造の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第一の実施形態］
まず、本発明の第一の実施形態について説明する。
図１は、第一の実施形態における内燃機関の吸気流路構造を示す断面図であり、図２は、図１のII−II線での断面図である。

図１に示すように、第一の実施形態における内燃機関では、吸気マニホールド２とシリンダーヘッド３の吸気ポート３１との間に、ＴＧＶ（Tumble Generation Valve）ユニット４が設けられている。つまり、当該内燃機関は、吸気マニホールド２内の空気流路２１と、ＴＧＶユニット４内の空気流路４１と、吸気ポート３１とをこの順に通り、吸気ポート３１下流の図示しない燃焼室（シリンダー）内に至る吸気流路Ｐを、シリンダー１気筒毎に有している。

ＴＧＶユニット４は、吸気流路Ｐを部分的に閉塞させることによって、燃焼室内に吸入空気のタンブル（縦渦）を発生させるためのバルブユニットである。具体的に、ＴＧＶユニット４は、吸気マニホールド２内の空気流路２１と吸気ポート３１とを連通させる筒状のバルブ支持部４２と、バルブ支持部４２内の空気流路４１を閉塞させるバタフライバルブ４３とを備えている。
バタフライバルブ４３は、バルブ支持部４２に軸支されたバルブ軸４４に支持されており、このバルブ軸４４の回動に伴って、バルブ支持部４２内の空気流路４１に沿った開状態と、当該空気流路４１のうち後述する上死点側の一部を閉塞させた閉状態（図１の状態）とを取り得るように構成されている。

吸気流路Ｐのうち、バタフライバルブ４３よりも下流部分は、隔壁５によって吸気バルブ（図示省略）の直前まで仕切られている。より詳しくは、隔壁５は、吸気流路Ｐのうちバタフライバルブ４３よりも下流部分を、バタフライバルブ４３の閉状態に略対応するように、燃焼室でのピストンストローク方向（図１の左右方向）の上死点側（図１の右側）と下死点側（図１の左側）とに二分している。

具体的に、隔壁５は、図２に示すように、板状の鉄鋼製の隔壁本体５１を有している。
隔壁本体５１は、吸気ポート３１内を仕切るポート内隔壁部５１１と、バルブ支持部４２内の空気流路４１を仕切るバルブ内隔壁部５１２とから構成されている。これらポート内隔壁部５１１とバルブ内隔壁部５１２とは、それぞれが収容される流路の方向に略沿って延在するように、互いに屈曲した状態で連なっている（図１参照）。また、隔壁本体５１は、ポート内隔壁部５１１が吸気ポート３１と略同一の幅に形成されるとともに、バルブ内隔壁部５１２がバルブ支持部４２内の空気流路４１よりもやや狭い幅に形成されており、バルブ内隔壁部５１２の幅がポート内隔壁部５１１の幅よりも狭い段付き状となっている。

隔壁本体５１のポート内隔壁部５１１のうち、燃焼室側の先端部５１１ａは、燃焼室側に向かって幅方向（図２の左右方向）にテーパ状の先細り状に形成されている。これは、後述するように、隔壁５を吸気マニホールド２側から吸気ポート３１内に挿入しやすく（組み立てやすく）するための形状である。

隔壁本体５１のポート内隔壁部５１１のうち、先端部５１１ａを除く部分は、略一定幅に形成されており、その幅方向の両側面には、硬質樹脂製の２つのレール部５２が長手方向の略全長に亘って設けられている。この２つのレール部５２は、ポート内隔壁部５１１の両側面のうち燃焼室側の端部を除く略全長に亘る部分に、例えば接着剤などによりそれぞれ接合されており、シリンダーヘッド３のうち吸気ポート３１の内壁面に形成された２つの支持溝３１１内に嵌合されている。各支持溝３１１は、シリンダーヘッド３の吸気マニホールド２側の端面からレール部５２と略同一の長さに亘って形成されるとともに、吸気マニホールド２側が開口している。

また、隔壁本体５１のポート内隔壁部５１１の両側面のうち、レール部５２よりも燃焼室側の部分には、柔軟性を有する軟質樹脂製の長尺な２つのシール部５３が設けられている。この２つのシール部５３は、ポート内隔壁部５１１の先端部５１１ａよりもやや長く形成されており、当該先端部５１１ａと吸気ポート３１の内壁面との間の隙間をシールしている。
具体的には、シリンダーヘッド３の吸気ポート３１の内壁面のうち、２つの支持溝３１１よりも燃焼室側の部分に、ポート内隔壁部５１１の先端部５１１ａと吸気ポート３１の内壁面との間の隙間を閉塞させる２つの突起部３１２が設けられており、２つのシール部５３はこれら先端部５１１ａと突起部３１２との間に挟まれている。より詳しくは、各突起部３１２は、燃焼室側に向かうに連れて吸気ポート３１の内周側に位置するように傾斜した面であって先端部５１１ａのテーパ状の側面に対向する傾斜面を有する三角柱状に形成されている。吸気ポート３１の内壁面には、この各突起部３１２の傾斜面と平面的に連なる傾斜面を有する凹部３１３が形成され、当該凹部３１３が支持溝３１１と連通している。ポート内隔壁部５１１の先端部５１１ａの側面と、これに対向する突起部３１２及び凹部３１３の各傾斜面とは、シール部５３の幅よりもやや狭い隙間を介在させており、シール部５３は、やや潰されつつこれらの間の隙間を閉塞させている。
なお、各シール部５３は、本実施形態においては、吸気マニホールド２側の端部のみが、先端部５１１ａを除くポート内隔壁部５１１の側面に例えば接着剤などにより接合されており、テーパ状の先端部５１１ａに対しては接合されていないが（図３（ａ）参照）、テーパ状の先端部５１１ａにも接合されていてもよい。

続いて、隔壁５をシリンダーヘッド３の吸気ポート３１内に配置する組立手順について説明する。
図３は、この組立手順を説明するための図である。

図３（ａ）に示すように、まず、両側部の２つのシール部５３を先に挿し込みつつ２つのレール部５２を開口部から２つの支持溝３１１内に嵌合させるようにして、隔壁５を吸気マニホールド２側から吸気ポート３１内に挿入する。
このとき、隔壁本体５１の先端部５１１ａが幅方向に先細り状に形成されていることにより、隔壁５はスムーズに吸気ポート３１内に挿入される。２つのシール部５３は隔壁本体５１の先端部５１１ａよりも側方に位置するものの、当該シール部５３は柔軟性を有する軟質樹脂製であるため、隔壁５の挿入を阻害することがない。

そして、図３（ｂ）に示すように、レール部５２が支持溝３１１の燃焼室側の端面に突き当たるまで隔壁５をそのまま挿し込むことにより、当該隔壁５が吸気ポート３１内の所定の位置に配置される。
このとき、隔壁５の各シール部５３は、吸気ポート３１の内壁面に形成された突起部３１２及び凹部３１３の各傾斜面にガイドされつつ挿入されて、突起部３１２により隔壁本体５１の先端部５１１ａの側面に押し付けられる。そして、当該各シール部５３は、隔壁本体５１の先端部５１１ａの側面と、これに対向する突起部３１２及び凹部３１３の各傾斜面との間で、やや潰されつつこれらに挟まれた状態となる。
こうして、隔壁本体５１の先端部５１１ａと、（２つの突起部３１２が無い場合の）吸気ポート３１の内壁面との間の隙間が、２つのシール部５３と２つの突起部３１２とにより閉塞された状態で、隔壁５が吸気ポート３１内に配置される。

以上のように、第一の実施形態によれば、隔壁５は、隔壁本体５１の先端部５１１ａが幅方向に先細り状に形成されているとともに、この先端部５１１ａの幅方向両側に設けられた２つのシール部５３が柔軟性を有するものであるため、当該隔壁５はスムーズに吸気ポート３１内に挿入される。
また、隔壁５を吸気マニホールド２側から吸気ポート３１内に挿入するに伴って、２つのシール部５３が２つの突起部３１２により隔壁本体５１の先端部５１１ａの両側面に押し付けられる。これにより、隔壁本体５１の先端部５１１ａと吸気ポート３１の内壁面との間の隙間が、２つのシール部５３と２つの突起部３１２とによって閉塞される。
したがって、組み立て易さを損なうことなく、強いタンブルを形成することが可能となる。

［第二の実施形態］
続いて、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、上記第一の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図４は、第二の実施形態における内燃機関の吸気流路構造を示す断面図であって、上記第一の実施形態における図２に対応する図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線における後述の支持棒５４Ａ及び閉塞板５５Ａの断面図である。

図４に示すように、第二の実施形態における内燃機関は、隔壁と吸気ポートとの隙間を閉塞させる構造のみが上記第一の実施形態における内燃機関と異なっている。
具体的に、第二の実施形態における内燃機関は、上記第一の実施形態におけるシリンダーヘッド３及び隔壁５に代えて、シリンダーヘッド３Ａ及び隔壁５Ａを備えている。

シリンダーヘッド３Ａは、吸気ポート３１の内壁面に２つの支持溝３１１のみを有しており、突起部３１２及び凹部３１３を有していない点で上記第一の実施形態におけるシリンダーヘッド３と異なっている。

隔壁５Ａは、上記第一の実施形態における２つのシール部５３に代えて２つの支持棒５４Ａ及び２つの閉塞板５５Ａを有している点で、上記第一の実施形態における隔壁５と異なっている。
このうち、２つの支持棒５４Ａは、閉塞板５５Ａを個別に支持するものであり、ポート内隔壁部５１１の先端部５１１ａよりもやや長い長尺な棒状にそれぞれ形成されている。そして、各支持棒５４Ａは、吸気マニホールド２側の端部のみが、先端部５１１ａを除くポート内隔壁部５１１の両側面のうちレール部５２よりも燃焼室側の部分に、例えば接着剤などにより接合された状態で、先端部５１１ａの幅方向（図４の左右方向；以下、単に「幅方向」という。）両側に設けられている。また、各支持棒５４Ａは、アルミニウムなどの軽金属で構成されており、屈曲可能であるとともに屈曲状態を保持可能となっている。

一方、２つの閉塞板５５Ａは、ポート内隔壁部５１１の先端部５１１ａと吸気ポート３１の内壁面との間の隙間を閉塞させるためのものであり、隔壁本体５１と同様に鉄鋼で構成され、この隙間の形状に対応した略三角平板状にそれぞれ形成されて、２つの支持棒５４Ａの幅方向の内側に設けられている。具体的には、図５に示すように、各閉塞板５５Ａは、幅方向外側の側端部を埋没させた状態で支持棒５４Ａに支持・接合されている。

続いて、隔壁５Ａをシリンダーヘッド３Ａの吸気ポート３１内に配置する組立手順について説明する。
図６及び図７は、この組立手順を説明するための図である。

図６（ａ）に示すように、まず、隔壁５Ａを吸気ポート３１内に挿入する前に、２つの閉塞板５５Ａを隔壁本体５１と厚さ方向に重ねつつ２つの支持棒５４Ａを基端部から隔壁本体５１の幅方向内側に屈曲させておく。こうして、予め隔壁５Ａを燃焼室側の部分（すなわち２つの支持棒５４Ａ）が幅方向に先細り状となった状態としておく。

次に、両側部の２つのレール部５２を開口部から２つの支持溝３１１内に嵌合させるようにして、隔壁５Ａを吸気マニホールド２側から吸気ポート３１内に挿入する。
このとき、２つの支持棒５４Ａが幅方向に先細り状に屈曲されていることにより、隔壁５Ａはスムーズに吸気ポート３１内に挿入される。

そして、図６（ｂ）に示すように、レール部５２が支持溝３１１の燃焼室側の端面に突き当たるまで隔壁５Ａをそのまま挿し込むことにより、当該隔壁５Ａが吸気ポート３１内の所定の位置に配置される。

次に、図７（ａ）に示すように、板状の組立冶具６Ａを、隔壁５Ａに重ねるようにして吸気マニホールド２側から吸気ポート３１内に挿し込む。
この組立冶具６Ａは、吸気ポート３１内に挿入しやすいように先端が先細り状に形成されるとともに、その幅が隔壁本体５１の幅と略同一に形成されている。そのため、組立冶具６Ａを隔壁５Ａに重ねるようにして吸気ポート３１内に挿し込むことにより、その両側面で２つの支持棒５４Ａが幅方向外側に押し広げられて吸気ポート３１の内壁面に沿った状態まで屈曲する。
これにより、隔壁本体５１の先端部５１１ａと吸気ポート３１の内壁面との間の隙間が、主に２つの閉塞板５５Ａで閉塞された状態となる。

そして、組立冶具６Ａを吸気ポート３１内から引き抜くことにより、図７（ｂ）に示すように、上記隙間が閉塞された状態で、隔壁５Ａが吸気ポート３１内に配置される。

以上のように、第二の実施形態によれば、２つの閉塞板５５Ａを隔壁本体５１と厚さ方向に重ねつつ２つの支持棒５４Ａを幅方向の内側に屈曲させた状態で、隔壁５Ａが吸気ポート３１内に挿入される。そして、その後に２つの支持棒５４Ａを隔壁本体５１の幅方向の外側に屈曲させることで、隔壁本体５１の先端部５１１ａと吸気ポート３１の内壁面との間の隙間が２つの閉塞板５５Ａで閉塞される。
これにより、支持棒５４Ａや閉塞板５５Ａに阻害されることなく隔壁５Ａをスムーズに吸気ポート３１内に挿入することができるとともに、隔壁本体５１の先端部５１１ａと吸気ポート３１の内壁面との間の隙間を２つの閉塞板５５Ａで閉塞することができる。
したがって、組み立て易さを損なうことなく、強いタンブルを形成することが可能となる。

［変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した第一及び第二の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、隔壁本体５１の先端部５１１ａは、テーパ状の先細り状に形成されていることとしたが、幅方向に先細り状であればテーパ状でなくともよく、例えば段付き状の先細り状に形成されていてもよい。

２ 吸気マニホールド
３，３Ａ シリンダーヘッド
３１ 吸気ポート
３１１ 支持溝
３１２ 突起部
３１３ 凹部
４ ＴＧＶユニット
４３ バタフライバルブ（吸気流動制御弁）
５，５Ａ 隔壁
５１ 隔壁本体
５１１ａ 先端部
５２ レール部
５３ シール部
５４Ａ 支持棒（屈曲部材）
５５Ａ 閉塞板
６Ａ 組立冶具
Ｐ 吸気流路

Claims (4)

1. 吸気マニホールドと吸気ポートとの間に設けられ、前記吸気ポート下流の燃焼室に至る吸気流路の一部を閉塞可能な吸気流動制御弁と、
   前記吸気ポート内にその流路方向に沿って設けられ、前記吸気流動制御弁の閉状態に対応するように前記吸気ポート内を仕切る隔壁と、
   を備える内燃機関の吸気流路構造であって、
   前記隔壁は、前記燃焼室側の先端部が幅方向に先細り状に形成されて当該先端部と前記吸気ポートの内壁面との間に隙間を介在させた隔壁本体を有し、
   前記隔壁を前記吸気マニホールド側から前記吸気ポート内に挿入するに伴って前記隙間が閉塞されるか、或いは、前記隔壁を前記吸気マニホールド側から前記吸気ポート内に挿入した後に前記隙間を閉塞可能なように構成されていることを特徴とする内燃機関の吸気流路構造。
2. 前記隔壁は、前記隔壁本体の先端部の幅方向両側に設けられるとともに柔軟性を有する２つのシール部を有し、
   前記吸気ポートの内壁面には、前記隔壁本体の先端部の両側面と対向する２つの突起部が設けられ、
   前記隔壁を前記吸気マニホールド側から前記吸気ポート内に挿入するに伴って、前記２つのシール部が前記２つの突起部により前記隔壁本体の先端部の両側面に押し付けられて、前記隙間が閉塞されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流路構造。
3. 前記２つの突起部は、前記燃焼室側に向かうに連れて前記吸気ポートの内周側に位置するように傾斜しつつ前記隔壁本体の先端部の側面と対向する傾斜面をそれぞれ有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気流路構造。
4. 前記隔壁は、
   前記隔壁本体のうち先端部よりも前記吸気マニホールド側の部分に保持されつつ前記隔壁本体の先端部の幅方向両側に設けられ、屈曲状態を保持可能な２つの屈曲部材と、
   前記２つの屈曲部材の前記幅方向の内側に設けられ、前記隙間を閉塞可能な２つの閉塞板と、
   を有し、
   前記２つの閉塞板を前記隔壁本体と厚さ方向に重ねつつ前記２つの屈曲部材を前記幅方向の内側に屈曲させた状態で前記隔壁を前記吸気ポート内に挿入した後に、前記２つの屈曲部材を前記幅方向の外側に屈曲させて前記２つの閉塞板で前記隙間を閉塞可能なように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流路構造。

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