JP3861838B2

JP3861838B2 - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP3861838B2
Application number: JP2003100201A
Authority: JP
Inventors: 太朗酒井; 裕介細川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: JP2004308473A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリンダに接続された吸気ポートを含む内燃機関の吸気装置、特に、シリンダ内のタンブルやスワール等のガス流動の強化を図った吸気装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火花点火式内燃機関における安定した燃焼の実現のためには、タンブルもしくはスワールといったシリンダ内のガス流動が非常に重要であり、より広い運転領域でガス流動を強化できることが必要である。
【０００３】
従来から知られているシリンダ内のガス流動を強化する方法の一つは、特許文献１に見られるように、吸気ポートの通路断面の一部を遮蔽する吸気制御弁を用い、吸気ポート内を流れる吸気流を吸気ポートの一方の側に片寄らせる方法である。例えば、タンブル生成のためには、吸気ポートの下側に吸気制御弁が配置され、吸気ポートの上側に片寄って吸気が流れることで、シリンダ内のタンブルが強化されることになる。
【０００４】
また、ガス流動を強化する他の方法として、特許文献２あるいは特許文献３に見られるように、吸気ポート内に、その長手方向に沿った隔壁を設けるとともに、この隔壁により区画された一方の流路を開閉弁により開閉するようにした構成が知られている。例えば、タンブル生成のためには、吸気ポート内を上下に仕切るように隔壁が設けられ、その下側の流路が開閉弁によって閉じられることになる。これにより、上側の流路のみを通してシリンダ内に吸気が流入するため、前述した例に比べて流速や指向性が高く得られ、一般に、タンブル比はより向上する。
【０００５】
特に、特許文献３は、開閉弁が閉じたときに吸気が流れる隔壁の一方の面に、隔壁長手方向に沿った一対の溝部を設け、吸気弁の弁軸部の側方を通る一対の細い流れを形成するようにした構成を開示している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−５４５３５号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平６−１５９０７９号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−１９３４６９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような公知の方法は、いずれも、ガス流動強化時に、吸気ポートの通路断面積を、吸気制御弁等によって実質的に減少させることになり、ベースとなる吸気ポート断面積に対する有効な通路断面積の割合を「開口率」として定義すると、一般に、開口率が小さいほどガス流動が高く得られる。しかしながら、開口率を小とすると、通気抵抗は増大し、シリンダ内に吸入可能な吸気量が減少するので、吸気制御弁等を閉じてガス流動を強化することができる運転条件は、比較的狭い範囲に制限されてしまう。
【００１０】
この発明は、開口率を過度に小さくすることなくシリンダ内のガス流動を強化することが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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、内燃機関のシリンダに吸気ポートが接続され、かつこの吸気ポートの下流側の先端を吸気弁が開閉する内燃機関の吸気装置を前提としており、上記吸気ポートをその断面で２つの領域に区画するように、吸気ポートの長手方向に沿って設けられた隔壁と、上記隔壁により区画された一方の流路を開閉する吸気制御弁と、を備えている。上記吸気制御弁は、回転軸を中心に回動可能な板状の弁体からなり、上記隔壁の上流端に近接して位置している。そして、本発明では、上記隔壁の幅方向の中央部に、吸気ポートの長手方向に沿って延びるとともに上記の一方の流路の側に凹んだ凹溝部を有し、上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した閉位置において、上記凹溝部の端縁に沿った形状の間隙が形成されるようになっている。
【００１２】
本発明では、上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した閉位置にあるときに、他方の流路のみを通して吸気がシリンダ側へ流れることになり、吸気弁の周囲の一方に片寄った位置から相対的に多くの吸気がシリンダ内に流れ込む。これと同時に、吸気制御弁が吸気流を絞ることによって該吸気制御弁の下流側に局部的な圧力低下が生じ、これが、連通路となる間隙の出口側（他方の流路に面する側）に作用する。従って、吸気制御弁で遮蔽された一方の流路の下流側の端部と上記間隙との間で圧力差が発生し、上記端部から吸気が吸い込まれるとともに、吸気ポートの上流側へ向かって逆に流れ、かつ上記間隙を通して他方の流路へと合流する。つまり、遮蔽した流路を介して吸気の一部が上流側へと還流する。そのため、吸気弁の周囲を通る吸気流の流量ないしは流速の不均衡が一層拡大し、シリンダ内のガス流動が効果的に強化される。
【００１３】
ここで、上記の局部的な圧力低下は、他方の流路を流れる吸気流の流速に依存するので、吸気ポートの中心付近つまり隔壁の幅方向の中央部では大きな圧力低下が生じるのに対し、吸気ポートの壁面付近つまり隔壁の幅方向の両側部では圧力低下は小さい。本発明では、隔壁の中央部が凹溝部として一方の流路の側に凹んでいるので、閉位置においては、両側部に比べて相対的に大きな間隙が確保される。そのため、吸気ポートの中心付近の流れを有効に利用して上述の還流作用を得ることができる。また、隔壁の上流端の位置および弁体の下流端の位置を変えずに、閉位置において、実質的な間隙をより大きく得ることができる。
【００１４】
なお、本件の請求項における「吸気ポート」という用語は、必ずしもシリンダヘッド内部の部分のみを意味するのではなく、態様によっては、その上流側の一部が、シリンダヘッド外部の他の部材、例えば吸気マニホルドの一部として構成される場合も含む。例えば、後述する実施例では、シリンダヘッド内に形成された吸気ポート部分と吸気マニホルドブランチ部内の通路の先端部分とを含めた範囲が請求項の「吸気ポート」に相当する。
【００１５】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の吸気装置によれば、吸気制御弁が遮蔽した流路を介して一部の吸気が還流することによってシリンダ内のガス流動を効果的に向上させることができ、特に、吸気制御弁による開口率を小さくせずにより強いガス流動を得ることができる。従って、通気抵抗の増加に伴うポンピングロスの増加が抑制され、またシリンダ内に流入する吸気量を多く確保できることから広範な運転領域でガス流動の強化が図れる。
【００１６】
特に、本発明によれば、流速が高い吸気ポート中心付近の流れを利用して、吸気の還流作用をより確実に得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１および図２は、この発明をポート噴射型火花点火式内燃機関の吸気装置に適用した第１実施例を示しており、これは、ガス流動としてタンブルの強化を図った例である。シリンダブロック１に円筒状のシリンダ２が複数形成されているとともに、その頂部を覆うシリンダヘッド３に、ペントルーフ型の燃焼室４が凹設されている。この燃焼室４の２つの傾斜面にそれぞれ開口するように、吸気ポート５および排気ポート６が形成されており、吸気ポート５の先端を吸気弁７が開閉し、かつ排気ポート６の先端を排気弁８が開閉している。ここで、吸気ポート５は、先端部が中央壁部１５を介して二股状に分岐しており、各気筒に一対設けられた吸気弁７がそれぞれの先端を開閉している。同様に、排気弁８も各気筒に一対設けられている。そして、これらの４つの弁に囲まれた燃焼室４中心部に、点火栓９が配置されている。なお、シリンダ２内に配置されたピストン１０は、本発明の要部ではないので、頂面が平坦な単純形状として図示してあるが、必要に応じてタンブルを用いた燃焼に適した所望の形状に構成される場合もある。
【００１９】
そして、図１に示すように、本実施例では、吸気ポート５をその断面で上下２つの領域に区画するように、吸気ポート５の長手方向に沿った隔壁１１が設けられている。この隔壁１１は、例えばアルミニウム合金にてシリンダヘッド３を鋳造する際に別体の金属板（例えば鋼板）を鋳込むことによって構成されており、その下流端１１ａができるだけ下流側つまり吸気弁７に近い位置となるように配置されている。より詳しくは、吸気ポート５が二股状に分岐する中央壁部１５上流の分岐点１５ａの直前まで、上記下流端１１ａが延びている。ここで、図示例では、クランクシャフト（図示せず）と直交する平面に沿った断面（図１）において、隔壁１１が存在する長手方向の部分で吸気ポート５がほぼ直線状をなし、これに対応して隔壁１１もほぼ直線状の断面形状をなしているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、吸気ポート５が湾曲している場合には、これに沿うように湾曲した隔壁１１が設けられる。また、隔壁１１の上流端１１ｂは、吸気マニホルド２１が取り付けられるシリンダヘッド３の吸気マニホルド取付座面２２付近にまで延びている。なお、吸気マニホルド取付座面２２の機械加工の際に、鋼板等からなる隔壁１１に工具が接触することのないように、隔壁１１の上流端１１ｂを、吸気マニホルド取付座面２２から内側（吸気ポート５下流側）に極僅かだけ後退させるようにしてもよい。
【００２０】
上記のように隔壁１１が設けられていることにより、吸気ポート５内は、その下流側部分を除き、上側の通路状部分つまり第１流路５Ａと下側の通路状部分つまり第２流路５Ｂとに分割される。
【００２１】
なお、当業者には明らかなように、本明細書において吸気ポート５や吸気流等についての「上」「下」とは、シリンダ２の上下を基準とするものであり、空間上の絶対的な上下の意味ではない。
【００２２】
上記隔壁１１は、所定の板厚の金属板から構成されているが、本実施例では、その幅方向（機関前後方向に沿った方向）の中央部を下方つまり第２流路５Ｂ側に凹ませることで、吸気ポート５の長手方向に沿って延びる凹溝部１１Ａが形成されている。この凹溝部１１Ａは、隔壁１１の全長（下流端１１ａから上流端１１ｂまで）に亘って一定の断面形状に形成されており、下流端１１ａ付近の断面である図３および図２に示すように、広い溝幅を有するとともに、この溝幅に比して浅い深さを有する偏平な溝形状をなし、かつ底部両側が適宜なＲ形状をなしている。また、上記隔壁１１において上記凹溝部１１Ａの両側部に残る一対のフランジ部１１Ｂは、図３に示すように、互いに同じ面に沿って形成されており、その側縁が上述のようにシリンダヘッド３の母材に鋳込まれている。
【００２３】
また上記吸気ポート５は、上記吸気マニホルド２１の各気筒毎のブランチ部２３におけるブランチ部通路２４に連続しており、これによって、上流側の図示せぬコレクタ部から各シリンダ２に至る気筒毎の吸気通路が構成されている。上記ブランチ部通路２４は、吸気ポート５に近い下流側部分では、吸気ポート５の形状に沿った直線状をなし、かつこれよりも上流側の部分では、上方に位置するコレクタ部へ向かって上方へ湾曲している。
【００２４】
そして、上記ブランチ部通路２４の下流側の端部に、上記隔壁１１により区画されてなる下側の第２流路５Ｂを入口側つまり上流端で遮蔽するように、各気筒毎に吸気制御弁３１が設けられている。この吸気制御弁３１は、回転軸３２を中心に回動可能な板状の弁体３３を備えたもので、上記回転軸３２が、上記隔壁１１の両側部つまりフランジ部１１Ｂを上流側へ延長した延長線上、特に、吸気マニホルド２１のブランチ部２３側に位置し、この回転軸３２に、板状をなす弁体３３の一端が固定されている。詳しくは、上記弁体３３は、上記の第２流路５Ｂを開閉するために回転軸３２から一方へ延びた主弁部３３ａを有するとともに、これとは反対側へ相対的に短く延びた延長部３３ｂを有している。上記主弁部３３ａは、ブランチ部通路２４の下側の断面形状に応じて、楕円を２分したような形状（図２参照）をなしている。これに対し、上記延長部３３ｂの先端つまり下流端３３ｃは、本実施例では、図２に示すように、吸気マニホルド取付座面２２および回転軸３２と平行な直線状をなしている。また、上記回転軸３２は、上記隔壁１１の上流端１１ｂに近接しているものの、少なくとも上記延長部３３ｂが干渉しない程度に、上記上流端１１ｂから離れている。本実施例では、上記延長部３３ｂの先端つまり下流端３３ｃが、ブランチ部２３の先端フランジ面（吸気マニホルド取付座面２２と実質的に同じ面）よりも僅かに上流側に後退して位置している。
【００２５】
上記回転軸３２は、図示せぬアクチュエータに連係しており、タンブルを強化すべき運転条件では、弁体３３が図示の姿勢のような閉位置に制御され、下側の第２流路５Ｂを、その入口側で遮蔽する。このとき、主弁部３３ａは回転軸３２より上流側にあり、吸気制御弁３１上流側から流れてきた吸気流を上側の第１流路５Ａへ案内する方向に、弁体３３が傾斜した状態となる。換言すれば、このような所定の傾斜位置で回転軸３２より下側の領域を完全に塞ぐように、上記主弁部３３ａの外形状が設定されている。上記の閉位置における弁体３３の傾斜角θ（隔壁１１を上流側へ延長した線ｍと弁体３３とのなす角）は、３０°〜４０°程度である。また、このような閉位置に回動すると、主弁部３３ａの反対側に位置する下流側の延長部３３ｂは、隔壁１１（詳しくはフランジ部１１Ｂ）よりも上方つまり第１流路５Ａ側に突出した状態となる。そして、隔壁１１の上流端１１ｂと弁体３３の延長部下流端３３ｃとの間には、第１流路５Ａ上流端と第２流路５Ｂ上流端とを連通させる連通路となる適宜な大きさの間隙１２が生じる。
【００２６】
ここで、本実施例では、前述したように隔壁１１が凹溝部１１Ａを備えているので、上記隔壁１１の上流端１１ｂの端縁は、立体的に見て単純な直線ではなく、中央部が下方へ凹んだ形となる。なお、隔壁１１の上流端１１ｂの端面は、吸気マニホルド取付座面２２と平行な面に沿っており、実質的に、フランジ部１１Ｂに対し垂直な平面に沿ったものとなっている。
【００２７】
従って、上記のように吸気制御弁３１が閉位置にあるときに、直線状をなす弁体下流端３３ｃとの間に生じる間隙１２は、図４に弁体３３の傾斜角θに沿った矢印β方向から見た図を示すように、両側部のフランジ部１１Ｂ部分において相対的に小さく、かつ中央部の凹溝部１１Ａ部分において相対的に大きい。換言すれば、吸気ポート５の中心付近に十分に大きな間隙１２が確保され、吸気ポート５の壁面に近い位置での間隙１２は小さい。
【００２８】
一方、吸気量が大となる運転条件、例えば高速高負荷域では、上記吸気制御弁３１は、吸気ポート５の長手方向に沿った開位置に制御され、第２流路５Ｂを開放することとなる。この開位置では、上記弁体３３が隔壁１１のフランジ部１１Ｂと直線状に連続した姿勢となり、吸気流と平行となる。そして、延長部３３ｂも上記隔壁１１のフランジ部１１Ｂと直線状に整列し、延長部３３ｂの先端（下流端３３ｃ）と隔壁１１の上流端１１ｂとが互いに隣接した状態となる。
【００２９】
また、各気筒の吸気ポート５へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁４１が、シリンダヘッド３の吸気ポート５上方に配置されている。この燃料噴射弁４１は、一対の吸気弁７に対応して略Ｖ字形に分岐した一対の噴霧を形成し得る形式のもので、図１に示すように、吸気弁７の弁頭部を指向した噴霧Ｆが隔壁１１と干渉することのないように、比較的下流側つまり吸気弁７寄りに配置されている。例えば、その噴口部つまり先端部が、隔壁１１の中間部の上方に位置している。そして、この燃料噴射弁４１の噴霧Ｆが通過する凹部４２が、吸気ポート５の上壁面に形成されている。
【００３０】
ここで、上記噴霧Ｆは、図３に示すように、隔壁１１の下流端１１ａにおいては、凹溝部１１Ａ内側の凹んだ領域を通過する。換言すれば、この凹溝部１１Ａの下側に凹んだ形状を利用して、隔壁１１と一対の噴霧Ｆとの干渉を避けつつ、隔壁１１をできるだけ下流側まで延ばした構成となっている（図１参照）。従って、上記凹溝部１１Ａの溝幅や深さは、上流端１１ｂで形成される間隙１２の大きさと併せて、下流端１１ａでの噴霧Ｆとの位置関係を最大限に考慮したものとなっている。図３の例では、Ｖ字形に拡がる一対の噴霧Ｆを包含するように、凹溝部１１Ａの溝幅が設定され、かつそれぞれの噴霧Ｆの下方の一部が凹溝部１１Ａ内を通過する。
【００３１】
なお、図示しないが、この内燃機関は、排気系から吸気系に排気の一部を還流させるために、排気還流制御弁などを含む公知の排気還流装置を備えており、特に、シリンダ２内のタンブルを積極的に利用して高い排気還流率の下での安定した燃焼を実現することにより、部分負荷域での燃費低減を図った構成となっている。還流排気は、吸気マニホルド２１の図示せぬコレクタ部などにまとめて導入してもよく、あるいは、各気筒のブランチ部通路２４にそれぞれ分配して導入することも可能である。
【００３２】
次に、図５の説明図を用いて、上記実施例の構成における基本的な作用について説明する。吸気行程において、吸気弁７が開き、かつピストン１０が下降すると、吸気は、吸気弁７周囲の弁隙間を通して、シリンダ２内に流入する。このとき、吸気制御弁３１が開位置にあれば、第１流路５Ａおよび第２流路５Ｂの双方を通して吸気が流れ、吸気弁７の周囲の各部からほぼ均等に吸気が流れ込むので、シリンダ２内に発生するガス流動は比較的弱い。
【００３３】
これに対し、吸気制御弁３１が図５に示すように閉位置に制御されると、下側の第２流路５Ｂが遮蔽され、上側の第１流路５Ａのみを通して吸気がシリンダ２側へ流れることになる。特に、図５に示すように吸気ポート５の上側の内壁面５ａ（以下、上側内壁面５ａと記す）に沿って吸気流が偏在し、吸気ポート５の下側の内壁面５ｂ（以下、下側内壁面５ｂと記す）に沿う流れは非常に少ない。そのため、吸気弁７の周囲について見たときに、吸気弁７の下側つまりシリンダ２外周に近い側の弁隙間２０ａでは、吸気の流量が少ないとともに、流速も低く、また吸気弁７の上側つまり点火栓９に近い側の弁隙間２０ｂでは、吸気の流量が多いとともに、流速も高くなる。この結果、シリンダ２内には、矢印で示すように、吸気弁７側から排気弁８側を経てピストン１０頂面へと向かうタンブル（いわゆる順タンブル）が生じる。そして、本実施例では、吸気制御弁３１が図示のように閉位置にあると、この部分が絞り部となって吸気流が第１流路５Ａのみを流れるように絞られるので、第１流路５Ａにおいて、隔壁１１の上流端１１ｂ付近で、局部的な圧力低下が生じ、破線１３で示すような低圧領域が発生する。第１流路５Ａと第２流路５Ｂとの間の連通路となる間隙１２は、この低圧領域１３に向かって開口する形となるので、第２流路５Ｂの下流側の開口端１４との間で圧力差が生じる。そのため、上記開口端１４が吸気取り入れ口となり、上記圧力差によって、上記開口端１４から吸気が取り込まれるとともに、吸気ポート５の上流側へ向かって逆に流れ、かつ間隙１２から第１流路５Ａへと合流する。つまり、第１流路５Ａ通過後に吸気ポート５の下側の領域へと拡がろうとした吸気が第２流路５Ｂを通して上流側へ還流し、上側の第１流路５Ａへと戻されることになる。そのため、吸気弁７の下側の弁隙間２０ａを通る吸気流がより少なくなると同時に、上側の弁隙間２０ｂを通る吸気流がより多くなり、シリンダ２内のタンブルがより強く得られる。特に、下側の弁隙間２０ａを通る吸気流は、シリンダ２内のタンブルを弱めるように作用するのであるが、上記実施例では、上側の弁隙間２０ｂを通る流れによりタンブルが強められるのみならず、このタンブルを弱めるように作用する下側の弁隙間２０ａを通る流れが抑制されることから、非常に効果的にタンブルが強化される。
【００３４】
このようにシリンダ２内に形成される強いタンブルは、燃費向上のために大量に排気還流を行う上で非常に有用であり、部分負荷域において、高排気還流率となる大量の排気還流を与えつつ吸気制御弁３１を閉じて強いタンブルを生成することによって、安定した燃焼を実現でき、燃費向上を達成できる。
【００３５】
特に、上記の実施例では、図示の閉位置において、弁体３３の延長部３３ｂが隔壁１１よりも上方つまり第１流路５Ａ側に突出しているので、その背面側でより効果的に低圧領域が発達し、間隙１２を通した吸気の還流が確実に行われる。
【００３６】
そして、高速高負荷域などで吸気制御弁３１が開位置となったときには、前述のように弁体３３が隔壁１１（フランジ部１１Ｂ）と直線状に整列することで吸気抵抗の増加が回避されるとともに、延長部３３ｂによって間隙１２が狭められるため、吸気流の乱れが抑制される。なお、本実施例では、図１に示すように、弁体３３が一定厚の板状ではなく、主弁部３３ａおよび延長部３３ｂの双方で、先端へ向かって徐々に薄くなるテーパ状の断面形状を有しているので、吸気流が円滑に流れ、吸気抵抗がより低減する。
【００３７】
図６は、上記実施例の吸気装置における実際の吸気の流れを解析したものであり、各部の流れの速さおよび方向を、微細なベクトルつまり矢印でもって示している。矢印の粗密は、流量を示し、矢印が密に集まっている部位は、流量が大であることを意味する。また、図７は、比較例として、連通路となる間隙１２を閉塞したものの吸気の流れを同様に示している。つまり、図７の構成は、単に隔壁１１と吸気制御弁３１とで吸気流を偏在させるようにした従来技術に相当する。なお、両者とも吸気制御弁３１の開口率は同一（約２０％）である。
【００３８】
これらの図を対比すれば明らかなように、比較例である図７のものでは、上側の第１流路５Ａを通過した吸気流は、隔壁１１の下流端１１ａよりも下流で下方へも拡散していくので、吸気弁７の下側の弁隙間２０ａを通る吸気流が少なからず存在する。なお、隔壁１１の下側の第２流路５Ｂでは殆ど流れが見られず、淀んだ状態となる。これに対し、本発明の基本的構成を示す図６では、吸気弁７寄りの下側領域から下側の第２流路５Ｂを通して吸気が還流し、この結果、吸気弁７の下側の弁隙間２０ａを通る吸気流が極端に減少する。また、これに伴って上側の弁隙間２０ｂを通る吸気流が増加する。従って、効果的にタンブルを強化できる。
【００３９】
図８は、図６もしくは図７のように隔壁１１と吸気制御弁３１とを用いた吸気装置におけるタンブルの強さと吸入空気量との関係を示している。なお、ここでは、タンブルの強さを、吸気行程中のタンブル比の最大値でもって表している。一般に、タンブルが弱いと燃焼が遅く不安定となる傾向があり、タンブルが強いと燃焼が速く安定となる。図の実線で示す特性は、図７の比較例の場合の関係を示しており、開口率を小さく設定するほどタンブルが強くなるものの吸入空気量が少なくなり、逆に、開口率を大きく設定するほど吸入空気量が多く得られるもののタンブルが弱くなる、という相関関係がある。吸入空気量が少なくなることは、タンブルの生成が可能な運転領域（つまり吸気制御弁３１を閉じることができる運転領域）が狭いことを意味し、吸入空気量が多いことは、逆にその運転領域が広いことを意味する。間隙１２を通した還流を利用した本発明によれば、破線で示すような領域に、タンブル強さと吸入空気量との相関を得ることができる。つまり、同一のタンブル強さであれば、吸入空気量をより大きく確保でき、また同一の吸入空気量（開口率）であれば、タンブルをより強く得ることができる。
【００４０】
従って、燃費向上手段として前述したように大量排気還流と強いタンブルとを組み合わせた運転を、より広い運転領域において行うことができ、内燃機関全体として、大幅な燃費向上が図れる。そして、同じ運転領域で比較すると、タンブルがより強く生成されることから、より大量の排気還流が可能となり、一層の燃費向上が可能である。
【００４１】
また、さらに、上記実施例では、隔壁１１の中央部に凹溝部１１Ａを設けることで、吸気ポート５の壁面に近い両側部に比べて吸気ポート５の中心付近に十分に大きな間隙１２を確保するようにしたので、上述の還流作用をより一層効果的に得ることができる。つまり、吸気制御弁３１下流での負圧発生は、吸気流の流速に依存しており、この流速は、吸気ポート５の壁面に近い位置よりも吸気ポート５の中心付近で高くなるので、吸気ポート５の中心付近で相対的に強い負圧が発生する。そのため、吸気ポート５の中心付近に十分に大きな間隙１２を確保することで、吸気ポート５の中心付近での高い流速を有効に利用して、還流作用を一層効果的に得ることができる。しかも、吸気制御弁３１が閉じた状態で第１流路５Ａ側を流れる吸気流は、上記凹溝部１１Ａによって案内かつ整流され、凹溝部１１Ａにより生じた大きな間隙１２の上を通って、より円滑に流れるため、還流作用がより強化される。
【００４２】
また、上記のような還流作用を十分に得るためには、それに見合った間隙１２の大きさ（流路面積）が必要であるが、隔壁１１の上流端１１ｂの位置と弁体３３の下流端３３ｃの位置とが同じであれば、凹溝部１１Ａを形成することによって、吸気制御弁３１の閉位置での間隙１２の流路面積が増加する。換言すれば、同一の流路面積を確保しようとする場合に、吸気制御弁３１の位置を相対的に下流側に配置することが可能であり、例えばブランチ部２３の下流側の直線状部分が短いような場合に、吸気制御弁３１開位置での吸気抵抗増加を抑制できる。
【００４３】
さらに、上記凹溝部１１Ａの存在によって、上述のように燃料噴霧Ｆと隔壁１１との干渉を回避しつつ、より下流側まで隔壁１１を延ばすことができる。そのため、タンブル強化の上で一層有利となる。
【００４４】
なお、図６に例示するように吸気制御弁３１の弁体３３が隔壁１１に対しほぼ垂直であると、隔壁１１の中央部（凹溝部１１Ａ部分）と両側部（フランジ部１１Ｂ）とで、間隙１２の幅は一定となるが、このような場合でも、隔壁１１の上流端１１ｂが直線である（つまり凹溝部１１Ａを具備しない場合）よりも、両者間の流路面積は大となる。そして、図１のように弁体３３の傾斜角θが９０°よりも小さければ、隔壁１１の中央部での間隙１２が相対的に大きなものとなる。
【００４５】
次に、図９〜図１２は、この発明の第２実施例を示している。この実施例では、隔壁１１の中央部に、一対の凹溝部１１Ａが平行に形成されており、両者間に、両側のフランジ部１１Ｂと同一面上に位置するランド部１１Ｃが設けられている。上記の一対の凹溝部１１Ａは、互いに同一の断面形状を有し、かつ、隔壁１１の上流端１１ｂから下流端１１ａに亘って一定断面形状に形成されている。具体的には、図１１に示すように、楕円を長軸に沿って２分したような断面形状にそれぞれ凹んでいる。そして、特に、この実施例では、図１１に示すように、燃料噴射弁４１から噴射された一対の噴霧Ｆの一部が、ちょうど隔壁１１の下流端１１ａにおいて各凹溝部１１Ａの内側の領域を通過するように、各凹溝部１１Ａの位置や大きさが設定されている。
【００４６】
この実施例においても、凹溝部１１Ａの形成によって、図１２に示すように十分に大きな間隙１２が確保され、また隔壁１１の長さをより長くできることから、前述した第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。また、特に、図９から明らかなように、一対の凹溝部１１Ａによって整流かつ案内された一対の吸気流が、それぞれ各吸気弁７を指向して直線的に流れるようになるので、一対の吸気弁７の間に位置する吸気ポート５内の中央壁部１５に衝突する流れが少なくなる、という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る吸気装置の第１実施例を示す断面図。
【図２】この第１実施例の吸気装置を上方から見た平面図。
【図３】図１のα−α線に沿った要部の断面図。
【図４】図１の矢印β方向から見た矢視図。
【図５】第１実施例の構成を模式的に示した構成説明図。
【図６】この吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【図７】比較例の吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【図８】タンブルの強さと吸入空気量との関係を示す特性図。
【図９】この発明に係る吸気装置の第２実施例を示す断面図。
【図１０】この第２実施例の吸気装置を上方から見た平面図。
【図１１】図９のα−α線に沿った要部の断面図。
【図１２】図９の矢印β方向から見た矢視図。
【符号の説明】
３…シリンダヘッド
５…吸気ポート
７…吸気弁
１１…隔壁
１１Ａ…凹溝部
１２…間隙
２１…吸気マニホルド
３１…吸気制御弁

Claims

内燃機関のシリンダに吸気ポートが接続され、かつこの吸気ポートの下流側の先端を吸気弁が開閉する内燃機関の吸気装置において、
上記吸気ポートをその断面で２つの領域に区画するように、吸気ポートの長手方向に沿って設けられた隔壁と、
この隔壁の上流端に近接して位置する回動可能な板状の弁体からなり、上記隔壁により区画された一方の流路を開閉する吸気制御弁と、
を備え、
上記隔壁の幅方向の中央部に、上記吸気ポートの長手方向に沿って延び、かつ上記一方の流路の側に凹んだ凹溝部を有し、
上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した閉位置において、上記隔壁の上流端と上記弁体との間に、上記凹溝部の端縁に沿った形状の間隙が形成され、
上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した閉位置にあるときに、上記弁体が、吸気流を他方の流路へ案内する方向に傾斜しており、下流に生じる局部的な圧力低下により上記間隙を介して一方の遮蔽された流路から他方の開放された流路へ吸気が還流するように構成されたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
上記隔壁の幅方向の両側部を下流側に延長した延長線上に上記吸気制御弁の回転軸が位置し、開位置では、上記弁体が上記隔壁の上記両側部と直線状に連続することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
上記吸気制御弁が閉位置にあるときに、その弁体の一部が、上記隔壁の上記両側部の延長線よりも他方の流路側に突出していることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
上記弁体は、その閉位置において一方の流路を遮蔽するように回転軸から一方へ延びた主弁部を有するとともに、回転軸から上記主弁部とは反対側へ延びた延長部を有し、閉位置においては、この延長部が他方の流路側に突出し、かつ、開位置においては、上記間隙を狭めるように上記隔壁上流端に近接することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
上記凹溝部は、上記隔壁の上流端から下流端に亘って一定断面形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
上記凹溝部が複数形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
上記隔壁は、シリンダの上下方向を基準として、吸気ポートを上下に区画するように設けられ、上記吸気制御弁によって下側の流路が遮蔽されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
上記隔壁の上方に、吸気弁へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁が配置されており、上記隔壁の下流端における該隔壁と燃料噴霧との干渉を避けるように上記凹溝部が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
上記隔壁の下流端において上記凹溝部の内側の領域を燃料噴霧が通過することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の吸気装置。
各気筒に一対の吸気弁を備えるとともに、上記燃料噴射弁が各吸気弁へ向かう一対の噴霧を形成するように構成され、かつ、上記隔壁の下流端における該隔壁と各燃料噴霧との干渉を避けるように、一対の凹溝部が形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の内燃機関の吸気装置。