JP2017089510A - 内燃機関の吸気装置および吸気流制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの気筒あたり２つの吸気弁を有する吸気ポートを備えた内燃機関において、気筒内に形成されるタンブル流の強度を十分に得ることが可能な内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】この吸気装置５０は、１つの気筒１１ａあたり２つの吸気弁３を有するエンジン１００の燃焼室６に連通され、燃焼室６に吸気を供給する吸気通路８０と、吸気通路８０に設けられ、弁体６３が回動することによって閉弁時に弁体６３と吸気通路８０の下側内面８１との間に形成される開口部８０ａにより吸気の流れを制御するＴＣＶ６０とを備える。そして、ＴＣＶ６０の閉弁時において、弁体６３の２つの吸気弁３の配列方向（Ｘ軸方向）の外周中央部分６５ａにおける矢印Ｂ方向（配列方向および吸気流れ方向に直交する方向）の中央開口部Ｋ１の開口長さＬ１よりも、外周端部６５ｂおよび外周端部６５ｃ側における矢印Ｂ方向の端部開口部Ｋ２および端部開口部Ｋ３の開口長さＬ２が大きくなるように構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置および吸気流制御弁に関し、特に、１つの気筒あたり２つの吸気弁を有する内燃機関の吸気装置および吸気流制御弁に関する。

従来、１つの気筒あたり２つの吸気弁を有する内燃機関の吸気装置などが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、各気筒に一対（２個）設けられた吸気バルブ（吸気弁）を有する内燃機関に接続されるインテークマニホールド（内燃機関の吸気装置）が開示されている。この特許文献１に記載のインテークマニホールドでは、吸気の流れを制御する吸気流制御弁が吸気通路を開閉可能に吸気通路内に設けられている。なお、吸気流制御弁は、平坦な翼面を有する平板状の弁体の下端部（吸気の上流端部）に回動軸が設けられるとともに、開弁時に吸気通路の下側内面の凹部に収容されている。そして、弁体が凹部から斜めに起き上がるように閉じ側に回動された際、弁体の下流側の先端部が吸気通路断面を絞ることにより下流の吸気流に偏向が生じて、気筒内にタンブル流（縦渦）が生成されるように構成されている。なお、１本の吸気通路は、吸気流制御弁よりも下流側のヘッドポートの部分（シリンダヘッド内部の吸気ポートの部分）で２本に分岐した後、各々の吸気バルブにより開閉される吸気ポートを介して気筒内に連通されている。

特許第４４８５５４１号公報

上記特許文献１のインテークマニホールドでは、平板状を有する弁体が閉じ側に回動されて下流側の先端部が吸気通路断面を絞ることにより、気筒内にある程度のタンブル流を発生させることが可能であると考えられる。しかしながら、吸気制御弁よりも下流側のヘッドポートの部分（シリンダヘッド内部の吸気ポートの部分）で吸気通路がそれまでの１本から２本に分岐される場合、分岐部分および分岐部分の下流側の吸気ポートの内面形状に起因して、偏向する吸気流の流線が気筒内に強力なタンブル流を生じさせる形状になりにくい場合もあると考えられる。このため、１つの気筒あたり２つの吸気弁を有するヘッドポート（吸気ポート）を備えた内燃機関において、気筒内に形成されるタンブル流の強度を十分に得ることができないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、１つの気筒あたり２つの吸気弁を有する吸気ポートを備えた内燃機関において、気筒内に形成されるタンブル流の強度を十分に得ることが可能な内燃機関の吸気装置および吸気流制御弁を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における内燃機関の吸気装置は、１つの気筒あたり２つの吸気弁を有する内燃機関の燃焼室に連通され、燃焼室に吸気を供給する吸気通路と、吸気通路に設けられ、弁体が回動することによって閉弁時に弁体と吸気通路の内面との間に形成される開口部により吸気の流れを制御する吸気流制御弁と、を備え、吸気流制御弁の閉弁時において、吸気流制御弁の２つの吸気弁の配列方向の中央部における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さよりも、配列方向の端部側における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さが大きくなるように構成されている。ここで、本発明において、吸気流制御弁の２つの吸気弁の配列方向の中央部における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さは、ゼロ近傍の僅かな隙間程度の長さを含む広い概念である。また、本発明において、２つの吸気弁の配列方向の中央部とは、完全な中央位置のみならずこの中央位置を含んで配列方向に所定距離だけ幅を有する中央領域を含む広い概念である。

この発明の第１の局面による内燃機関の吸気装置では、上記のように、吸気流制御弁の閉弁時において、吸気流制御弁の２つの吸気弁の配列方向の中央部における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さよりも、配列方向の端部側における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さが大きくなるように構成する。これにより、吸気ポート（ヘッドポート）が上流側で１本の状態から下流側で２本に分岐する構造を有していても、吸気ポート（吸気通路）が２本に分岐する部分の上流側において吸気流制御弁と吸気通路の内面との間に形成される開口部が吸気弁の配列方向の中央部で狭くかつ端部側で広く構成されているので、吸気流制御弁の閉弁位置を起点として吸気を２つの流れに分離することができる。これにより、吸気流制御弁を通過した時点で２つの流れに分離された各々の吸気流が下流側で２本に分岐された各々の吸気ポート内を、流線を極度に乱すことなく運ばれて気筒内（燃焼室内）に導かれるので、気筒内に縦方向の気流（縦方向の平行流）を容易に形成することができる。その結果、１つの気筒あたり２つの吸気弁を有する吸気ポートを備えた内燃機関において、気筒内に形成されるタンブル流（縦渦）の強度を十分に得ることができる。

上記第１の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、吸気流制御弁の閉弁時において、弁体の下部外周部と吸気通路の下側内面とによって開口部が形成されるように構成されている。

このように構成すれば、吸気通路の下側内面近傍の外側領域（吸気弁の配列方向における端部側の領域）での吸気流速を増加させることができるので、吸気通路の下側内面が気筒に向かって下方に湾曲するような吸気ポート形状（曲がり管形状）であっても、開口部を構成する吸気通路の下側内面により流速が増加された吸気流をこの湾曲内側の吸気通路内面に沿って通過させることができる。したがって、湾曲内側に発生する流体の剥離に起因した吸気の旋回流を打ち消しながら、その下流で２つの流れに分離された吸気流を気筒内（燃焼室内）に導くことができる。これにより、吸気流制御弁により流速が増加された吸気流を効率よくタンブル流（縦渦）に変換することができるので、気筒内に強力なタンブル流を効率よく生成することができる。

上記弁体の下部外周部と吸気通路の下側内面とによって開口部が形成される構成において、好ましくは、弁体の下部外周部のうち、配列方向の中央部の外周部分が、配列方向の端部の外周部分よりも吸気通路の下側内面に向かって突出することによって、閉弁時において、配列方向の中央部における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さよりも、配列方向の端部側における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さが大きくなるように構成されている。

このように構成すれば、吸気流制御弁側の形状（吸気流れ方向における弁体の下部外周部の形状）を最適に設計することによって、内燃機関の気筒内に形成されるタンブル流の強度を十分かつ効率よく得ることが可能な吸気装置を容易に製造することができる。

上記弁体の下部外周部と吸気通路の下側内面とによって開口部が形成される構成において、好ましくは、吸気通路の下側内面のうち、配列方向の中央部に対向する内面部分が、配列方向の端部に対向する内面部分よりも弁体の下面に向かって突出することによって、閉弁時において、配列方向の中央部における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さよりも、配列方向の端部側における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さが大きくなるように構成されている。

このように構成すれば、吸気通路側の形状（吸気流れ方向における吸気通路の下側内面の形状）を最適に設計することによって、内燃機関の気筒内に形成されるタンブル流の強度を十分かつ効率よく得ることが可能な吸気装置を容易に製造することができる。

この発明の第２の局面における吸気流制御弁は、１つの気筒あたり２つの吸気弁を有するとともに、内燃機関の燃焼室に吸気を供給する吸気通路に設けられ、吸気通路の内面との間に開口部を形成することにより吸気の流れを制御する弁体と、吸気通路内で弁体を回動させる回動軸と、を備え、弁体の下部外周部のうち、弁体の２つの吸気弁の配列方向の中央部の外周部分が、配列方向の端部の外周部分よりも吸気通路の下側内面に向かって突出することによって、閉弁時において、配列方向の中央部における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さよりも、配列方向の端部側における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部の開口長さが大きくなるように構成されている。

この発明の第２の局面による吸気流制御弁では、上記第１の局面と同様に、吸気ポート（ヘッドポート）が上流側で１本の状態から下流側で２本に分岐する構造を有していても、吸気ポート（吸気通路）が２本に分岐する部分の上流側において弁体と吸気通路の内面との間に形成される開口部が吸気弁の配列方向の中央部で狭くかつ端部側で広く構成されているので、弁体の閉弁位置から吸気を２つの流れに分離することができる。これにより、弁体を通過した時点で２つの流れに分離された各々の吸気流が下流側で２本に分岐された各々の吸気ポート内を、流線を極度に乱すことなく運ばれて気筒内（燃焼室内）に導かれるので、気筒内に縦方向の気流（縦方向の平行流）を容易に形成することができる。その結果、１つの気筒あたり２つの吸気弁を有す吸気ポートを備えた内燃機関において、気筒内に形成されるタンブル流（縦渦）の強度を十分に得ることができる。

上記第１の局面による内燃機関の吸気装置において、以下のような構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記吸気通路の下側内面のうち吸気流制御弁の軸方向の中央部に対向する内面部分が配列方向の端部に対向する内面部分よりも弁体の下面に向かって突出する内燃機関の吸気装置において、吸気流制御弁の閉弁時において、配列方向の中央部を中心に配列方向の一方方向側に形成される開口部の形状と配列方向の他方方向側に形成される開口部の形状とは、吸気流の流れ方向視において配列方向の中央部を中心として対称性を有している。

（付記項２）
また、上記第１の局面による内燃機関の吸気装置において、吸気流制御弁の閉弁時において、開口部の開口長さは、配列方向の中央部から配列方向の端部側に向かって徐々に大きくなるように構成されている。

本発明の第１実施形態によるエンジンの概略的な構成を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態によるエンジンおよび吸気装置の構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態によるＴＣＶ（吸気流制御弁）周辺の構造を示した下面図である。 本発明の第１実施形態によるＴＣＶの単体での構造を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態によるＴＣＶが閉じ側に回動された状態での吸気通路の断面形状を示した図である。 本発明の第１実施形態によるＴＣＶを適用した効果を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の変形例によるＴＣＶが閉じ側に回動された状態での吸気通路の断面形状を示した図である。 本発明の第２実施形態によるＴＣＶが閉じ側に回動された状態での吸気通路の断面形状を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］

まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態によるエンジン１００に搭載される吸気装置５０の構成について説明する。

（エンジンの概略的な構成）
本発明の第１実施形態による車両（自動車）用のエンジン１００（内燃機関の一例）は、図１に示すように、エンジン本体１０を備えている。エンジン本体１０は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上面（Ｚ１側）に締結されるシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下面（Ｚ２側）に締結されるクランクケース１３と、シリンダヘッド１２の上部に被せられて締結されたヘッドカバー１４とを含む。また、直列４気筒型のエンジン１００は、上下方向（Ｚ軸方向）に延びる４つの気筒１１ａ〜１１ｄ内でピストン１がそれぞれ往復動されることにより、吸入・圧縮・膨張（燃焼）・排気の１サイクルを連続的に繰り返してクランク軸２を回転させる。なお、気筒１１ａ〜１１ｄの配列方向（Ｘ軸方向）が、クランク軸２の延びる方向である。

シリンダヘッド１２には、図２に示すように、カムシャフト（図示せず）の回転により周期的に開閉される吸気弁３および排気弁４と、点火プラグ５とが組み込まれている。また、アルミニウム合金製のシリンダヘッド１２は、燃焼室６と、燃焼室６に吸気（吸入空気）を送り込む吸気ポート７と、既燃ガスが排出される排気ポート８とを有する。なお、シリンダヘッド１２には、シリンダブロック１１の気筒１１ａ〜１１ｄ（図１参照）の各々に対応するように、吸気ポート７、燃焼室６および排気ポート８が配置されている。

また、図３に示すように、気筒１１ａ〜１１ｄの各々は、２つの吸気弁３および２つの排気弁４（図２参照）を有している。したがって、シリンダヘッド１２内の吸気ポート７は、吸気上流側で１本であった状態から吸気下流側で一方側の吸気弁３により開閉される第１ポート７ａと、他方側の吸気弁３により開閉される第２ポート７ｂとの２本に分岐した状態で気筒１１ａ（燃焼室６）に向かって延びている。なお、吸気ポート７には、第１ポート７ａと第２ポート７ｂとを隔てる分岐壁７ｃが形成されており、第１ポート７ａおよび第２ポート７ｂは、吸気ポート７のＸ軸方向の中央から左右対称形状を有して分岐している。なお、図３において、２つの吸気弁３の配列方向がＸ軸方向（２つの吸気弁の配列方向の一例）に相当する。

シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２には、冷却水が流通するウォータジャケット１５が設けられている。エンジン１００は冷却水ポンプ（図示せず）を有しており、ラジエター（図示せず）の冷却水が冷却水ポンプを介してウォータジャケット１５に供給される。

また、エンジン１００は、図１に示すように、シリンダヘッド１２に接続される吸気装置５０を備えている。また、吸気装置５０は、サージタンク５１とその下流側に接続される樹脂製の吸気管部５２とを備えており、内部に吸気通路８０が形成されている。

吸気管部５２は、吸気管５２ａ〜５２ｄが気筒１１ａ〜１１ｄの配列方向（Ｘ軸方向）に沿って並んでおり、サージタンク５１に蓄えられた吸気を、吸気管５２ａ〜５２ｄを介して対応する吸気ポート７（図２参照）に分配する役割を有する。また、吸気管部５２は、下流端部に一体的に形成されたフランジ部５２ｅを介してシリンダヘッド１２の側面１２ａに接続されている。また、フランジ部５２ｅの内側には、樹脂製のフレーム部材５３（図２参照）が同軸状に嵌め込まれており、フレーム部材５３には、吸気の流れ（偏向度合）を制御するためのＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）６０（吸気流制御弁の一例）が回動可能に設けられている。なお、フレーム部材５３は、上側内面８２の一部が凹状に窪む弁体収容部５３ａを有しており、ＴＣＶ６０が弁体収容部５３ａに収容されることによりＴＣＶ６０が全開状態になる（最大の流路断面積を得る）ように構成されている。なお、図５に示すように、吸気管５２ａ〜５２ｄの各々は、Ｘ軸方向に沿って横長の流路断面形状を有している。また、吸気通路８０の四隅にはＲ形状（円弧形状部）が設けられている。

ここで、図２に示すように、上側内面８２は、吸気管５２ａ〜５２ｄの各々のＺ１側の内面を示している。ＴＣＶ６０が弁体収容部５３ａに収容された状態（図３参照）では、吸気通路８０の上側内面８２とＴＣＶ６０の後述する下面６３ａとが同一面となって凹凸などのない平滑な内面を構成する。そして、吸気装置５０には、ＴＣＶ６０を駆動するためのアクチュエータ７０が組み込まれている。なお、アクチュエータ７０は、吸気管部５２のＸ２側の外側面に取り付けられており、不図示の駆動機構を介してＴＣＶ６０の回動軸６１（図３参照）に接続されている。

吸気装置５０では、各々の気筒１１ａ〜１１ｄに吸気を行う際に、アクチュエータ７０により４個のＴＣＶ６０を動作させて各々の吸気管５２ａ〜５２ｄ内の吸気通路８０の開口面積（流路断面積）を制御するように構成されている。エンジン１００では、不図示のＥＣＵ（制御部）によってＴＣＶ６０の開度が把握される。そして、ＴＣＶ６０の開度情報に基づいてアクチュエータ７０が駆動されることにより、エンジン１００の運転状態（負荷状態）に応じた最適な開度になるようにＴＣＶ６０の姿勢制御が行われる。

すなわち、吸気装置５０では、ＴＣＶ６０が回動（開閉）されることにより吸気通路８０の流路断面積が制御されて、燃焼室６に供給される吸気に所定の気流形状が付与される。エンジン１００では、所定の回転数域（負荷状態）において燃焼室６にタンブル流（縦渦）が生成される。また、燃焼室６内でのタンブル流が制御されることにより、混合空気の燃焼効率が改善されて窒素酸化物を含む排気ガス成分が改善される。したがって、エンジン１００の運転状態（回転数および負荷状態）に応じてＴＣＶ６０の回動（開閉）動作が制御されるように構成されている。以下、ＴＣＶ６０の詳細な構成について説明する。

（ＴＣＶ（吸気流制御弁）の詳細な構成）
ＴＣＶ６０は、耐熱性に優れた樹脂材料からなる。ＴＣＶ６０は、図４に示すように、Ｘ１側およびＸ２側の各々に設けられＸ軸方向に延びる回動軸６１と、各々の回動軸６１から扇状に延びる一対の支持部６２と、支持部６２の回動軸６１とは反対側（半径方向外側）の端部同士を横方向（Ｘ軸方向）に繋ぐ弁体６３とを有する。また、回動軸６１は、フレーム部材５３に対して回動可能に組み付けられている。したがって、ＴＣＶ６０は、吸気流れ方向（矢印Ａ方向）に沿って見た場合、Ｕ字状の断面形状を有している。なお、図４では、実際に吸気管部５２内で動作される状態に対して上下方向（おおよそＺ軸方向）を逆さまにしてＴＣＶ６０を図示している。

そして、弁体６３は、平坦な下面６３ａ（Ｚ２側）と、弁体６３を吸気通路８０内において回動軸６１まわりに矢印Ｐ１方向または矢印Ｐ２方向に回動させるための円弧状の上面６３ｂ（Ｚ１側）とを有する。上面６３ｂは、概略矢印Ａ方向に沿って円弧形状（Ｚ１側に凸）を有して延びている。なお、図３に示すように、回動軸６１の延びる方向は、２つの吸気弁３の配列方向（第１ポート７ａおよび第２ポート７ｂの配列方向）であるＸ軸方向に一致している。また、アクチュエータ７０（図１参照）が作動することによって、弁体６３は、図３に示す全開状態と、図２および図５に示す全閉状態（姿勢制御状態）との間の任意の姿勢に無段階で制御されるように構成されている。

ここで、第１実施形態では、弁体６３の下面６３ａ（Ｚ２側）は、吸気流れ方向（矢印Ａ方向）の上流端部においては、Ｘ軸方向に直線的に延びる上流側縁部６４を有する一方、矢印Ａ方向の下部外周部６５においては、下部外周部６５のうち、２つの吸気弁３の配列方向となるＸ軸方向の外周中央部分６５ａ（配列方向の中央部の外周部分の一例）が、Ｘ１側の外周端部６５ｂおよびＸ２側の外周端部６５ｃ（配列方向の端部の外周部分の一例）よりも矢印Ａ方向に突出している。そして、第１実施形態では、図５に示すように、ＴＣＶ６０の閉弁時において、外周中央部分６５ａにおけるＸ軸方向および矢印Ａ方向と直交する矢印Ｂ方向（配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の一例）の中央開口部Ｋ１の開口長さＬ１よりも、外周端部６５ｂおよび外周端部６５ｃにおける矢印Ｂ方向の端部開口部Ｋ２および端部開口部Ｋ３の開口長さＬ２が共に大きくなるように構成されている。なお、図５は、図２における１５０−１５０線に沿った断面部分を矢印Ａ方向から見た図である。なお、中央開口部Ｋ１、端部開口部Ｋ２および端部開口部Ｋ３は、Ｘ軸方向につながっており、１つの開口部８０ａを形成している。

また、第１実施形態では、上述の通りＴＣＶ６０（弁体６３）の閉弁時（閉じ側の状態）において、弁体６３の下部外周部６５と吸気通路８０の下側内面８１とによって中央開口部Ｋ１および端部開口部Ｋ２およびＫ３が形成されるように吸気装置５０が構成されている。なお、下側内面８１は、吸気管５２ａ〜５２ｄの各々のＺ２側の内面を示している。

また、第１実施形態では、図５に示すように、弁体６３の閉弁時において、外周中央部分６５ａを中心にＸ１側（一方方向側）に形成される端部開口部Ｋ２の形状とＸ２側（他方方向側）に形成される端部開口部Ｋ３の形状とは、吸気流の流れ方向視（矢印Ａ方向視）において外周中央部分６５ａを中心として対称性を有している。また、開口長さＬ１から開口長さＬ２への変化は、外周中央部分６５ａから外周端部６５ｂおよび外周端部６５ｃに向かってそれぞれ徐々に大きくなるように構成されている。

これにより、弁体６３（ＴＣＶ６０）が弁体収容部５３ａに収容された全開状態（図３参照）から閉弁側となる矢印Ｐ２方向（図４参照）に回動されて弁体６３の下部外周部６５が吸気通路８０の流路断面積を絞った状態（図５参照）では、吸気流は、次のような流れとなって気筒１１ａ内（燃焼室６内）に導かれる。

具体的には、図２においてＴＣＶ６０の下面６３ａ側を矢印Ａ方向に吸気が流通した場合、図５に示すように、下部外周部６５において吸気通路８０の流路断面積が開口部８０ａを有して絞られる。これにより、図３に示すように、上流側で１本であった吸気流が外周中央部分６５ａの下方（矢印Ｚ２方向）への凸形状によって端部開口部Ｋ２側の流れと端部開口部Ｋ３側の流れとに分離される。その後、端部開口部Ｋ２側の流れは、分岐壁７ｃに直接的に衝突せずに第１ポート７ａ側に円滑に運ばれるとともに、端部開口部Ｋ３側の流れも分岐壁７ｃに直接的に衝突せずに第２ポート７ｂ側に円滑に運ばれる。

そして、図６の左側の枠内（第１実施形態）に示されるように、第１ポート７ａの斜め下向きの湾曲形状に沿って流れた吸気は、吸気弁３の部分を通過して気筒１１ａ内に供給される。同様に、第２ポート７ｂの斜め下向きの湾曲形状に沿って流れた吸気は、吸気弁３の部分を通過して気筒１１ａ内に供給される。この際、双方の吸気は各々の流線（太い波線で示す）を乱すことなく気筒１１ａ内に運ばれるので、気筒１１ａ内に縦方向の強い下降気流（矢印Ｚ２方向（縦方向）の平行流）が形成される。そして、気筒１１ａ内では、図１に示すように、下降気流はピストン１の頂面１ａによって上方向に折り返されて気筒１１ａ内に強力なタンブル流が形成（生成）される。なお、吸気の流れ方については、他の気筒１１ｂ〜１１ｄに対応する吸気ポート７の内部も同様である。

ここで、第１実施形態のＴＣＶ６０を有する吸気装置５０に対する比較例として、下面６３ａに下部外周部６５が設けられていない弁体からなる吸気流制御弁（図示せず）を用いて吸気通路８０の流路断面積を絞るものとする。また、この比較例では、ＴＣＶ６０（図１参照）の配置構成と異なり、吸気通路８０の下側内面８１側に弁体が配置（収容）されるとともに、下流端部が上側内面８２に向かって回動されることによって吸気通路８０の流路断面積を絞る場合を想定している。

比較例の場合、弁体の下流端部が上方向に回動されて吸気通路８０の流路断面積を絞った状態では、下部外周部６５が設けられていないので、吸気流は、この吸気流制御弁の位置では単に絞られるだけでありＴＣＶ６０を適用した場合のように２つに分離されない。したがって、絞られた１本の吸気流が、吸気ポート７の下流の分岐壁７ｃに衝突して分岐壁７ｃによって２つの流れに分離される。この際、図６の右側の枠内（比較例）に示されるように、分岐壁７ｃによって急激に分離された吸気流が第１ポート７ａおよび第２ポート７ｂの各々において流線（太い波線で示す）を乱しながら斜め下向きの湾曲形状に沿って流れて気筒１１ａ内に運ばれる。したがって、気筒１１ａ内においては、双方の流線が互いに離間する末広がり状となって斜め方向に拡散し、完全な縦方向の下降気流が形成されにくくなる。また、ＴＣＶ６０を適用した場合（図６の左側の枠内）に対して完全な縦方向の下降気流が形成されにくいまま気筒１１ａ内でピストン１の頂面１ａによって上方向に折り返されるので、気筒１１ａ内には縦渦形状の整ったタンブル流が形成されない。これにより、比較例では、吸気流のタンブル流への変換効率が低い状態が再現されている。したがって、上記第１実施形態のＴＣＶ６０を有する吸気装置５０（図１参照）では、比較例に対してより強力なタンブル流を気筒１１ａ内に生成することが可能とされている。

なお、上記したＴＣＶ６０による気流制御を機能させるための制御マップ（図示せず）が、予めＥＣＵ内の記憶領域に記憶されている。制御マップには、エンジン１００の運転状態に対応したＴＣＶ６０の開度が設定されている。制御マップにおいて参照された開度設定情報に基づいてアクチュエータ７０が駆動されることにより、弁体６３の姿勢が制御される。また、ＥＣＵ側で把握される弁体６３の開度情報が駆動制御にフィードバックされることにより、弁体６３の詳細な姿勢制御が繰り返される。なお、エンジン１００が相対的に低回転数域かつ低負荷状態で運転される際には弁体６３が閉状態に制御され、タンブル流を有する吸気が燃料に混合されて燃焼される。反対に、エンジン１００が相対的に高回転数域かつ高負荷状態で運転される際には弁体６３が開状態に制御され、タンブル流の割合が減らされた吸気が燃料に混合されて燃焼される。このようにして、エンジン１００における吸気装置５０は構成されている。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、ＴＣＶ６０の閉弁時において、ＴＣＶ６０の２つの吸気弁３の外周中央部分６５ａにおける矢印Ｂ方向の中央開口部Ｋ１の開口長さＬ１よりも、外周端部６５ｂ（Ｘ１側）および外周端部６５ｃ（Ｘ２側）における矢印Ｂ方向の端部開口部Ｋ２および端部開口部Ｋ３の開口長さＬ２が大きくなるように構成する。これにより、吸気ポート７が上流側で１本の状態から下流側で第１ポート７ａおよび第２ポート７ｂに分岐する構造を有していても、吸気ポート７（吸気通路８０）が２本に分岐する部分の上流側においてＴＣＶ６０と吸気通路８０の下側内面８１との間に形成される開口部８０ａ（開口領域）が吸気弁３の外周中央部分６５ａで狭くかつ外周端部６５ｂおよび６５ｃ側で広く構成されているので、ＴＣＶ６０の閉弁位置を起点として吸気を２つの流れに分離することができる。これにより、ＴＣＶ６０を通過した時点で２つの流れに分離された各々の吸気流が第１ポート７ａおよび第２ポート７ｂ内を、流線を極度に乱すことなく運ばれて気筒１１ａ内（燃焼室６内）に導かれるので、気筒１１ａ内に縦方向の気流（縦方向の平行流）を容易に形成することができる。その結果、１つの気筒１１ａあたり２つの吸気弁３を有する吸気ポート７を備えたエンジン１００において、気筒１１ａ内に形成されるタンブル流（縦渦）の強度を十分に得ることができる。

また、第１実施形態では、ＴＣＶ６０の閉弁時において、弁体６３の下部外周部６５と吸気通路８０の下側内面８１とによって中央開口部Ｋ１および端部開口部Ｋ２およびＫ３が形成されるように吸気装置５０を構成する。これにより、吸気通路８０の下側内面８１近傍の外側領域（吸気弁３のＸ軸方向における外周端部６５ｂ（Ｘ１側）および外周端部６５ｃ（Ｘ２側）の領域）での吸気流速を増加させることができるので、吸気通路８０の下側内面８１が気筒に向かって下方に湾曲するような吸気ポート形状（曲がり管形状）であっても、開口部８０ａを構成する吸気通路８０の下側内面８１により流速が増加された吸気流をこの湾曲内側の吸気通路８０内面に沿って通過させることができる。したがって、湾曲内側に発生する流体の剥離に起因した吸気の旋回流を打ち消しながら、その下流で２つの流れに分離された吸気流を気筒１１ａ内（燃焼室６内）に導くことができる。これにより、ＴＣＶ６０により流速が増加された吸気流を効率よくタンブル流（縦渦）に変換することができるので、気筒１１ａ内に強力なタンブル流を効率よく生成することができる。

また、第１実施形態では、弁体６３の下部外周部６５のうち、外周中央部分６５ａが外周端部６５ｂ（Ｘ１側）および外周端部６５ｃ（Ｘ２側）よりも吸気通路８０の下側内面８１に向かって突出することによって、閉弁時において、矢印Ｂ方向の中央開口部Ｋ１の開口長さＬ１よりも端部開口部Ｋ２および端部開口部Ｋ３の開口長さＬ２が大きくなるように構成する。これにより、ＴＣＶ６０側の形状（吸気流れ方向（矢印Ａ方向）における弁体６３の下部外周部６５の形状）を最適に設計することによって、エンジン１００の気筒１１ａ内に形成されるタンブル流の強度を十分かつ効率よく得ることが可能な吸気装置５０を容易に製造することができる。

また、第１実施形態では、ＴＣＶ６０の閉弁時において、外周中央部分６５ａを中心にＸ１側に形成される端部開口部Ｋ２の形状とＸ２側に形成される端部開口部Ｋ３の形状とを、吸気流の流れ方向視において外周中央部分６５ａを中心としてＸ１側およびＸ２側に対称性を有するように構成する。これにより、上流側で１本の状態の吸気流を下部外周部６５においてＸ軸方向の中央から左右対称に分離することができる。したがって、第１ポート７ａおよび第２ポート７ｂの各々に向けて等分割された吸気流を供給することができるので、気筒１１ａ内においても円周方向に偏りのない下降気流（タンブル流）を形成することができる。

また、第１実施形態では、ＴＣＶ６０の閉弁時において、開口長さＬ１から開口長さＬ２への変化を、外周中央部分６５ａから外周端部６５ｂ（Ｘ１側）および外周端部６５ｃ（Ｘ２側）に向かって徐々に大きくなるように構成する。これにより、１本の吸気流が弁体６３の下面６３ａを通過する際に下部外周部６５の起伏形状に起因した流路抵抗を極力抑制した状態で下部外周部６５において吸気を２つの流れに分離することができる。これにより、流れを乱すことなく第１ポート７ａおよび第２ポート７ｂの各々に向けて吸気流を容易に供給することができる。

［第１実施形態の変形例］
図５および図７を参照して、第１実施形態の変形例について説明する。この第１実施形態の変形例では、ＴＣＶ１６０（図７参照）の下部外周部１６５の外周中央部分１６５ａが吸気通路８０の下側内面８１にほぼ接触するように弁体１６３の形状を形成した例について説明する。

すなわち、図７に示すように、ＴＣＶ１６０（吸気流制御弁の一例）の弁体１６３は、外周中央部分１６５ａと外周端部１６５ｂと外周端部１６５ｃとを有するように下部外周部１６５が形成されている。そして、ＴＣＶ１６０（弁体１６３）の閉弁時における外周中央部分１６５ａの下側内面８１への突出量がＴＣＶ６０（図５参照）と比較して大きくなるように構成されている。この場合、下部外周部１６５の外周中央部分１６５ａが下側内面８１にほぼ接触するように形成されている。これにより、中央開口部Ｋ１の開口長さＬ１は、ほとんどゼロに近い。そして、外周中央部分１６５ａを境としてＸ１側に開口長さＬ２を有する端部開口部Ｋ２が形成されるとともに、Ｘ２側に開口長さＬ２を有する端部開口部Ｋ３が形成されるように構成されている。このように、第１実施形態の変形例では、中央開口部Ｋ１の開口長さＬ１がゼロに状態で中央開口部Ｋ１と端部開口部Ｋ２と端部開口部Ｋ３とがＸ軸方向に繋げられた１つの開口部１８０ａが形成されている。なお、第１実施形態の変形例におけるその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第１実施形態の変形例の効果）
第１実施形態の変形例では、上記のように、ＴＣＶ１６０の下部外周部１６５の外周中央部分１６５ａが吸気通路８０の下側内面８１にほぼ接触するように弁体１６３を形成する。これにより、外周中央部分１６５ａを境としてＸ１側に開口長さＬ２を有する端部開口部Ｋ２およびＸ２側に開口長さＬ２を有する端部開口部Ｋ３を確実に形成することができるので、上流側で１本であった吸気流が外周中央部分１６５ａの下方への凸形状によって端部開口部Ｋ２側の流れと端部開口部Ｋ３側の流れとに確実に分離することができる。したがって、吸気ポート７が第１ポート７ａと第２ポート７ｂとに分離される前に、端部開口部Ｋ２側の流れと端部開口部Ｋ３側の流れとを確実に分離することができる。したがって、気筒１１ａ内に形成されるタンブル流の強度をさらに十分に得ることができる。なお、第１実施形態の変形例のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第２実施形態］
図２、図３および図８を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、吸気通路２８０の下側内面２８１の形状を変化させて開口部２８０ａ（図８参照）の形状を構成した例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付して図示する。

第２実施形態によるエンジン（図示せず）は、吸気装置２５０を備える。また、図８に示すように、吸気装置２５０においては、吸気管部２５２（吸気管５２ａ〜５２ｄの各々）の内部にＴＣＶ２６０（吸気流制御弁の一例）が、それぞれ、組み込まれている。

ここで、第２実施形態では、個々のＴＣＶ２６０は、閉弁時においても下部外周部２６５がＸ軸方向に直線状に延びるような弁体２６３を有している。すなわち、外周中央部分２６５ａ、外周端部２６５ｂ（Ｘ１側）および外周端部２６５ｃ（Ｘ２側）は、矢印Ｂ方向に同じ高さ位置になるように構成されている。その一方で、弁体２６３の閉弁時に、下部外周部２６５に対向する部分の吸気通路２８０の下側内面２８１がＸ軸方向の中央部で下部外周部２６５に向かって盛り上がるように構成されている。

詳細には、Ｘ軸方向の外周中央部分２６５ａに対向する内面中央部分２８１ａ（配列方向の中央部に対向する内面部分の一例）が、Ｘ軸方向の外周端部２６５ｂに対向する内面端部２８１ｂ（配列方向の端部に対向する内面部分）および外周端部２６５ｃに対向する内面端部２８１ｃ（配列方向の端部に対向する内面部分）よりも弁体２６３の下面２６３ａに向かって突出することによって、閉弁時において、外周中央部分２６５ａにおけるＸ軸方向および矢印Ａ方向（吸気流れ方向）と直交する矢印Ｂ方向の中央開口部Ｋ１の開口長さＬ１よりも、Ｘ１側の外周端部２６５ｂおよびＸ２側の外周端部２６５ｃにおける矢印Ｂ方向の端部開口部Ｋ２および端部開口部Ｋ３の開口長さＬ２が共に大きい。また、第２実施形態では、外周中央部分２６５ａを中心にＸ１側に形成される端部開口部Ｋ２の形状とＸ２側に形成される端部開口部Ｋ３の形状とは、吸気流の流れ方向視（矢印Ａ方向視）において外周中央部分２６５ａを中心として対称性を有している。また、開口長さＬ１から開口長さＬ２への変化は、外周中央部分２６５ａから外周端部２６５ｂおよび外周端部２６５ｃに向かってそれぞれ徐々に大きくなるように構成されている。

これにより、上流側で１本であった吸気流が外周中央部分２６５ａに対応（対向）する吸気通路２８０の下側内面２８１の内面中央部分２８１ａの上方（矢印Ｚ１方向）への凸形状によって端部開口部Ｋ２側の流れと端部開口部Ｋ３側の流れとに分離される。その後、端部開口部Ｋ２側の流れは、分岐壁７ｃ（図３参照）に直接的に衝突せずに第１ポート７ａ（図３参照）側に円滑に運ばれるとともに、端部開口部Ｋ３側の流れも分岐壁７ｃに直接的に衝突せずに第２ポート７ｂ（図３参照）側に円滑に運ばれる。これにより、第１実施形態の場合と同様に、第１ポート７ａの斜め下向きの湾曲形状に沿って流れた吸気は、吸気弁３（図３参照）の部分を通過して気筒１１ａ（図３参照）内に供給される。同様に、第２ポート７ｂの斜め下向きの湾曲形状に沿って流れた吸気は、吸気弁３の部分を通過して気筒１１ａ内に供給される。この際、双方の吸気は各々の流線（太い波線で示す）を乱すことなく気筒１１ａ内に運ばれるので、気筒１１ａ内に縦方向の強い下降気流（矢印Ｚ２方向（縦方向）の平行流）が形成される。そして、気筒１１ａ内では、図２に示すように、下降気流はピストン１の頂面１ａによって上方向に折り返されて気筒１１ａ内に強力なタンブル流が形成される。なお、第２実施形態による吸気装置２５０のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、ＴＣＶ２６０の閉弁時において、ＴＣＶ２６０の２つの吸気弁３の外周中央部分２６５ａにおける矢印Ｂ方向の中央開口部Ｋ１の開口長さＬ１よりも、外周端部２６５ｂおよび外周端部２６５ｃにおける矢印Ｂ方向の端部開口部Ｋ２および端部開口部Ｋ３の開口長さＬ２が大きくなるように構成する。これにより、吸気ポート７が上流側で１本の状態から下流側で第１ポート７ａおよび第２ポート７ｂに分岐していても、吸気ポート７が２本に分岐する部分の上流側においてＴＣＶ２６０と吸気通路２８０の下側内面２８１との間に形成される開口部２８０ａが吸気弁３の外周中央部分２６５ａで狭くかつ外周端部２６５ｂおよび２６５ｃ側で広く構成されているので、ＴＣＶ２６０の閉弁位置を起点として吸気を２つの流れに分離することができる。これにより、ＴＣＶ２６０を通過した時点で２つの流れに分離された各々の吸気流が第１ポート７ａおよび第２ポート７ｂ内を、流線を乱すことなく気筒１１ａ内に導かれるので、気筒１１ａ内に縦方向の気流を容易に形成することができる。その結果、気筒１１ａ内に形成されるタンブル流の強度を十分に得ることができる。

また、第２実施形態では、吸気通路２８０の下側内面２８１のうち、外周中央部分２６５ａに対向する内面中央部分２８１ａが、外周端部２６５ｂ（Ｘ１側）に対向する内面端部２８１ｂおよび外周端部２６５ｃ（Ｘ２側）に対向する内面端部２８１ｃよりも弁体２６３の下面２６３ａに向かって突出することによって、閉弁時において、矢印Ｂ方向の中央開口部Ｋ１の開口長さＬ１よりも端部開口部Ｋ２および端部開口部Ｋ３の開口長さＬ２が大きくなるように構成する。これにより、吸気流れ方向における吸気通路２８０の下側内面２８１の形状を最適に設計することによって、エンジンの気筒１１ａ内に形成されるタンブル流の強度を十分かつ効率よく得ることが可能な吸気装置２５０を容易に製造することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり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実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１実施形態およびその変形例では、外周中央部分６５ａ（１６５ａ）から外周端部６５ｂ（１６５ｂ）および外周端部６５ｃ（１６５ｃ）にかけて曲線からなる縁部を有して下部外周部６５（１６５）を構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、外周中央部分６５ａから外周端部６５ｂ（６５ｃ）に向かって直線状に傾斜するか、または、階段状に開口長さを増加させるように下部外周部６５を形成してもよい。

また、上記第２実施形態では、下側内面２８１の内面中央部分２８１ａから外周端部２６５ｂ（２６５ｃ）にかけて曲線からなる下面を有して下側内面２８１を構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、内面中央部分２８１ａから外周端部２６５ｂ（２６５ｃ）に向かって直線状に傾斜するか、または、階段状に開口長さを増加させるように下側内面２８１を形成してもよい。

また、上記第１実施形態の変形例では、下部外周部１６５の外周中央部分１６５ａが下側内面８１にほぼ接触するように弁体１６３の形状を構成したが、本発明はこれに限られない。すなわち、閉弁時に外周中央部分１６５ａを下側内面８１に完全に接触（当接）させて開口長さＬ１をゼロにしてもよい。

また、上記第２実施形態では、吸気通路２８０の下側内面２８１の内面中央部分２８１ａが中央開口部Ｋ１を有してＴＣＶ２６０の外周中央部分２６５ａに近付けられるように構成したが、本発明はこれに限られない。すなわち、閉弁時に内面中央部分２８１ａが外周中央部分２６５ａに僅かな隙間（開口長さＬ１はゼロ近傍）を有するか、または、完全に接触（当接）させて開口長さＬ１をゼロにしてもよい。

また、上記第１実施形態の変形例では、下部外周部１６５の外周中央部分１６５ａを下側内面８１の中央部に対してほぼ接触するように構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、下側内面８１に向かって突出する外周中央部分１６５ａを吸気ポート７の中心部からＸ１側およびＸ２側に開口長さＬ１を保ったまま所定距離だけ延ばすとともに、この所定距離だけ延びた位置から外周端部１６５ｂおよび外周端部１６５ｃに向かって開口長さを増加させるように下部外周部１６５を形成してもよい。

また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態では、Ｘ軸方向に沿って横長の流路断面形状を有する吸気管５２ａ〜５２ｄ（吸気通路８０）にＴＣＶ６０（１６０、２６０）を適用したが、本発明はこれに限られない。円形状の流路断面や長円状の流路断面を有する吸気通路に対して本発明の吸気流制御弁を適用してもよい。

また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態では、樹脂製の弁体６３（１６３、２６３）を用いてＴＣＶ６０（１６０、２６０）を構成したが、本発明はこれに限られない。金属製の弁体６３を用いてＴＣＶ６０を構成してもよい。すなわち、金属加工を施すことによって弁体６３の下面６３ａに下部外周部６５を形成してもよい。

また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態では、吸気流れ方向に沿って見た場合にＵ字状の断面形状を有するＴＣＶ６０（１６０、２６０）に本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。平板状を有する弁体の根元部に回動軸を有して下流端部側が吸気流中に回動される吸気流制御弁や、バタフライ型の吸気流制御弁が回動可能に組み込まれた吸気装置に対して本発明を適用してもよい。

また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態では、吸気装置５０および２５０を、直列４気筒型のエンジン１００に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の内燃機関の吸気装置を、直列４気筒型以外の多気筒型エンジンやＶ型多気筒型エンジンなどに適用してもよい。また、単気筒エンジン用の吸気装置に対して本発明を適用してもよい。また、自動車用以外のたとえば設備機器などに搭載された内燃機関（エンジン）の吸気装置に対して本発明を適用してもよい。また、内燃機関としては、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンおよびガスエンジンなどのいずれにも適用可能である。

３ 吸気弁
６ 燃焼室
７ 吸気ポート
７ａ 第１ポート
７ｂ 第２ポート
１１ａ〜１１ｄ 気筒
５０、２５０ 吸気装置（内燃機関の吸気装置）
６０、１６０、２６０ ＴＣＶ（吸気流制御弁）
６１ 回動軸
６３、１６３、２６３ 弁体
６３ａ、２６３ａ 下面（弁体の下面）
６５、１６５、２６５ 下部外周部
６５ａ、１６５ａ、２６５ａ 外周中央部分（配列方向の中央部の外周部分）
６５ｂ、６５ｃ、２６５ｂ、２６５ｃ 外周端部（配列方向の端部の外周部分）
８０、２８０ 吸気通路
８０ａ、２８０ａ 開口部
８１、２８１ 下側内面
１００ エンジン（内燃機関）
２８１ａ 内面中央部分（配列方向の中央部に対向する内面部分）
２８１ｂ、２８１ｃ 内面端部（配列方向の端部に対向する内面部分）
Ｋ１ 中央開口部（中央部における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部）
Ｋ２、Ｋ３ 端部開口部（端部側における配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の開口部）
Ｌ１、Ｌ２ 開口長さ

Claims (5)

1. １つの気筒あたり２つの吸気弁を有する内燃機関の燃焼室に連通され、前記燃焼室に吸気を供給する吸気通路と、
   前記吸気通路に設けられ、弁体が回動することによって閉弁時に前記弁体と前記吸気通路の内面との間に形成される開口部により吸気の流れを制御する吸気流制御弁と、を備え、
   前記吸気流制御弁の閉弁時において、前記吸気流制御弁の前記２つの吸気弁の配列方向の中央部における前記配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の前記開口部の開口長さよりも、前記配列方向の端部側における前記配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の前記開口部の開口長さが大きくなるように構成されている、内燃機関の吸気装置。
2. 前記吸気流制御弁の閉弁時において、前記弁体の下部外周部と前記吸気通路の下側内面とによって前記開口部が形成されるように構成されている、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記弁体の下部外周部のうち、前記配列方向の中央部の外周部分が、前記配列方向の端部の外周部分よりも前記吸気通路の下側内面に向かって突出することによって、閉弁時において、前記配列方向の中央部における前記配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の前記開口部の開口長さよりも、前記配列方向の端部側における前記配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の前記開口部の開口長さが大きくなるように構成されている、請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記吸気通路の下側内面のうち、前記配列方向の中央部に対向する内面部分が、前記配列方向の端部に対向する内面部分よりも前記弁体の下面に向かって突出することによって、閉弁時において、前記配列方向の中央部における前記配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の前記開口部の開口長さよりも、前記配列方向の端部側における前記配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の前記開口部の開口長さが大きくなるように構成されている、請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
5. １つの気筒あたり２つの吸気弁を有する内燃機関の燃焼室に吸気を供給する吸気通路に設けられ、前記吸気通路の内面との間に開口部を形成することにより吸気の流れを制御する弁体と、
   前記吸気通路内で前記弁体を回動させる回動軸と、を備え、
   前記弁体の下部外周部のうち、前記弁体の前記２つの吸気弁の配列方向の中央部の外周部分が、前記配列方向の端部の外周部分よりも前記吸気通路の下側内面に向かって突出することによって、閉弁時において、前記配列方向の中央部における前記配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の前記開口部の開口長さよりも、前記配列方向の端部側における前記配列方向および吸気流れ方向に直交する方向の前記開口部の開口長さが大きくなるように構成されている、吸気流制御弁。

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