JP3903941B2

JP3903941B2 - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP3903941B2
Application number: JP2003100197A
Authority: JP
Inventors: 聡西井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: JP2004308469A

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には、上記隔壁へ向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁を配置し、隔壁に付着した燃料液滴を隔壁先端部の三角形状部分から吸気弁に滴下させるようにした構成が開示されている。
【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】
特開平６−１５９２０３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】
また特許文献３のように燃料噴霧が隔壁に付着すると、大きな液滴に成長してシリンダ内に流入することから、排気中のＨＣが増加する。
【００１１】
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、かつＨＣの悪化を生じない内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【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、この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。上記隔壁は、少なくとも下流側の部分はシリンダヘッド内部に位置している。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
また、吸気弁の弁開口部へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁が上記シリンダヘッドに取り付けられており、上記隔壁の下流端よりも下流側の空間を通して燃料を噴射するようになっている。ここで、上記燃料噴射弁からの噴霧が上記隔壁の下流端に衝突しないように上記燃料噴射弁が配置され、かつ上記噴霧が、上記隔壁の下流側への延長線を横切るように構成されている。また、上記隔壁の下流端は上記シリンダヘッドの吸気マニホルド取付座面と平行な直線状をなしている。
【００１６】
そして、本発明では、上記吸気制御弁の上記回転軸が、上記隔壁の延長線上に位置し、上記弁体は、該吸気制御弁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、この延長部が、閉位置においては、他方の流路側に突出し、該延長部の先端縁と上記隔壁上流端縁との間で間隙を形成し、かつ、開位置においては、上記間隙を狭めるように間隙内に位置し、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いるとともに、上記主弁部が回転軸よりも一方の流路の側の領域を塞いでおり、上記延長部の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ている。
【００１７】
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。
【００１８】
そして、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧は、上記隔壁の下流端よりも下流側の空間を通って吸気弁の弁開口部へ向かう。吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した状態では、上述の還流作用によって強められた他方の流路からの吸気の流れとともに、良好な混合気となってシリンダ内に流入する。
【００２０】
【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。
【００２１】
特に、本発明によれば、一方の流路を遮蔽した状態において、燃料噴霧が隔壁と干渉せずに、上記の還流を伴う吸気の流れによって良好な混合気となってシリンダ内に流入するため、排気中のＨＣが抑制される。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、この隔壁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にまで延びている。つまり、この実施例では、隔壁１１の全体がシリンダヘッド３内部に位置している。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）に僅かに後退した位置に設定してもよい。図２に示すように、この隔壁１１の上流端１１ｂおよび下流端１１ａは、上記取付座面２２と平行な直線状をなし、従って、上記隔壁１１を構成する金属板は、全体として台形状をなしている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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の上流側への延長線上、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、図２に示すように、吸気マニホルド取付座面２２および隔壁１１の上流端１１ｂ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。
【００２９】
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（隔壁１１を上流側へ延長した線と弁体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。この実施例では、図２に示すように、それぞれ直線状をなす隔壁上流端１１ｂと弁体下流端３３ｃとの間に、一定幅の間隙１２が確保される。
【００３０】
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。
【００３１】
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字形に分岐した噴霧Ｆを形成し得る形式のもので、吸気ポート５の上方で、かつシリンダヘッド３の水平面上で見ると図２に示すように吸気ポート５の幅方向（機関前後方向）の中央部に位置している。また、吸気ポート５の長手方向については、図１に示すように、吸気弁７の弁頭部つまり弁開口部を指向する噴霧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寄りに配置されており、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、噴霧Ｆは、隔壁１１の下流端１１ａよりも下流側の空間５Ｃを通して、弁開口部と略等しい径となるように拡がっていく。この噴霧Ｆは、吸気ポート５上方から弁開口部へ向かうので、隔壁１１を下流側へ延長した延長線を横切る形となるが、隔壁１１の下流端１１ａは、噴霧Ｆとの干渉を避けつつ、できるだけ下流側に位置している。換言すれば、噴霧Ｆの最外部と上記隔壁１１の下流端１１ａとが隣接する限界まで上記隔壁１１が下流側に延びている。なお、噴霧Ｆの形状は、吸気ポート５内の圧力等によって多少変化するので、噴霧Ｆと干渉することのないように、適宜な余裕を見込んで下流端１１ａの位置が設定されている。また、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。
【００３２】
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。
【００３３】
次に、図３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。
【００３４】
これに対し、吸気制御弁３１が図３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３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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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と隔壁１１とが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。
【００３８】
図４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５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５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。
【００３９】
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５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、本発明を示す図４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。
【００４０】
図６は、図４もしくは図５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５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。本発明（例えば図４の構成）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。
【００４１】
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。
【００４２】
一方、上記実施例の構成によれば、燃料噴射弁４１を吸気マニホルド２１ではなく吸気マニホルド２１下流側のシリンダヘッド３に取り付けて隔壁１１の下流端１１ａよりも下流側の空間５Ｃを通して燃料噴射を行うため、吸気制御弁３１の開閉状態に拘わらず、基本的に燃料噴霧Ｆが隔壁１１に衝突せず、燃料の壁面への付着や大きな燃料液滴に成長することが回避される。特に、タンブルを強化すべく吸気制御弁３１が閉じた状態においては、燃料噴霧Ｆは、上述の還流作用により強められた上側の第１流路５Ａを通過した吸気流と合流し、混合ならびに気化が促進されつつシリンダ２内に流入する。そのため、冷機始動後のアイドル状態のような吸入空気量が少ないときにも、吸気ポート５内壁面に付着する燃料壁流が少なくなり、ＨＣがより低減する。
【００４３】
図８は、隔壁１１の下流端１１ａの位置と冷機時のＨＣ排出量との関係を示したものであり、隔壁１１を長く設定した方がタンブルの強化によりＨＣ排出量は低下する傾向にある。しかしながら、隔壁１１の長さを長くして下流端１１ａの位置を下流側へ延長すると、ある点で、燃料噴霧Ｆが隔壁１１の下流端１１ａと干渉し、これよりも下流側へ延ばしたのでは、ＨＣ排出量が急激に増大する。例えば前述した特許文献３のように燃料噴霧を隔壁に衝突させると、「従来技術」として示す点のように、ＨＣ排出量が大となる。これに対し、本発明では、噴霧Ｆが干渉しない限界まで下流端１１ａの位置を下流側へ延ばすことで、ＨＣ排出量が最小限となる。
【００４４】
また、図７は、隔壁１１の下流端１１ａの位置とタンブル強さとの関係を示したものであり、太実線が本発明の特性を、細実線が図５のような比較例の場合の特性を、それぞれ示す。図示するように、隔壁１１を長く延長して下流端１１ａの位置をより下流側に設定するに従って、タンブル強さは増大する。この傾向は、本発明のように間隙１２による還流作用を伴う場合であっても、図５のような比較例の場合であっても、基本的に同様である。しかしながら、前述した還流作用により、同じ隔壁１１の長さであれば、本発明の方が、より強いタンブルが得られる。そして、燃料噴霧Ｆが隔壁１１の下流端１１ａと干渉する点よりも隔壁１１を延長すると、上述したＨＣの悪化や、燃料壁流のばらつき、燃料応答性の悪化、などの不具合が発生する。そのため、「従来技術」として示す点を用いることは、好ましくない。換言すれば、細実線のような特性でもって本発明と同様のタンブル強さを得ようとすると、隔壁１１をより下流側まで長く延長する必要があり、燃料噴霧Ｆと隔壁１１との干渉、ひいては、ＨＣの悪化等の不具合を招来する。本発明では、太実線のような特性となり、かつ噴霧Ｆと干渉しない限界まで延長することで、上記のような不具合を伴うことなく、強いタンブルを得ることが可能である。
【００４８】
なお、上記の各実施例では、吸気ポート５を隔壁１１により上下に分割してタンブル（縦渦）の強化を図っているが、隔壁１１を配置する方向を適宜に設定することにより、スワール（横渦）の強化や、スワールとタンブルとを合成した方向の旋回流の強化を図ることも可能である。
【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】第１実施例の構成を模式的に示した構成説明図。
【図４】この吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【図５】比較例の吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【図６】タンブルの強さと吸入空気量との関係を示す特性図。
【図７】隔壁の下流端の位置とタンブル強さとの関係を示す特性図。
【図８】隔壁の下流端の位置とＨＣ排出量との関係を示す特性図。
【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
１２…間隙
２１…吸気マニホルド
３１…吸気制御弁
４１…燃料噴射弁

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、かつ少なくとも下流側の部分はシリンダヘッド内部に位置する隔壁と、
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、
上記シリンダヘッドに取り付けられ、かつ上記隔壁の下流端よりも下流側の空間を通して吸気弁の弁開口部へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を備え、
上記燃料噴射弁からの噴霧が上記隔壁の下流端に衝突しないように上記燃料噴射弁が配置され、かつ上記噴霧が、上記隔壁の下流側への延長線を横切るように構成され、
上記隔壁の下流端は上記シリンダヘッドの吸気マニホルド取付座面と平行な直線状をなしており、
上記吸気制御弁の上記回転軸が、上記隔壁の延長線上に位置し、
上記弁体は、該吸気制御弁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、この延長部が、閉位置においては、他方の流路側に突出し、該延長部の先端縁と上記隔壁上流端縁との間で間隙を形成し、かつ、開位置においては、上記間隙を狭めるように間隙内に位置し、
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いるとともに、上記主弁部が回転軸よりも一方の流路の側の領域を塞いでおり、上記延長部の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。
上記噴霧の最外部と上記隔壁の下流端とが隣接する限界まで上記隔壁が下流側に延び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または２に記載の内燃機関の吸気装置。
上記隔壁の上方に上記燃料噴射弁が配置されてい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。
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。