JP4151297B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室内に形成される気流を制御する内燃機関の吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸気管内に配置された吸気流制御バルブを備え、この吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置が知られている。このような内燃機関の吸気装置においては、燃料の燃焼効率を向上させるために、燃焼室に供給される空気にスワールやタンブルなどの渦流を生じさせている。燃焼室に供給する空気に渦流を生じさせるために、吸気流制御バルブの一部を切り欠いた吸気装置があり、その例として、特開平１０−２７４０４６号公報に開示されたものがある。この吸気装置は、吸気流動制御弁（吸気流制御バルブ）の一部に第１の開口部を設けることにより、燃焼室に供給される空気にスワール流を生じさせ、燃料の燃焼効率を向上させるというものである。また、吸気流動制御弁に第１開口部よりも小さな第２開口部を設け、下流ポート部に対して補助的な吸気流を生成させている。この補助的な吸気流により、吸気流動制御弁の裏側に生成する渦の成長を抑制し、吸気ポート内に燃料の付着量を少なくしようというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の公報に開示された吸気装置は、スワール流を生じさせる吸気流動制御バルブに設けられるものであり、タンブル流を生じさせるものに用いるものではなかった。タンブル流を生じさせる吸気装置には、吸気流制御バルブの上方に開口部が形成されているものがあるが、この場合、吸気流制御バルブの近傍に燃料の液溜まりが生じることがある。この液溜まりした燃料が傾斜などの要因によって一気に燃焼室に流れ込むと、不完全燃焼を起こすという不具合が生じる問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、内燃機関の燃焼室に供給する吸気流にタンブル流を生じさせる吸気流制御バルブを備える吸気装置において、吸気流制御バルブの下流側近傍における燃料の液溜まりを防止することにある。
【０００５】
上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、吸気流制御バルブの上方両端部に隔壁が形成され、それらの間に空気を通過させる主開口部が形成されており、吸気流制御バルブの側縁部には、主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成され、吸気管における吸気流制御バルブが設けられた位置よりも下流側に、燃料を噴出するインジェクタが設けられており、副開口部が、吸気流制御バルブの側端縁の内側に形成された貫通孔であるものである。
【０００６】
本発明においては、吸気流制御バルブが閉じているときには、主開口部から空気が流入する。この主開口部は吸気流制御バルブの上方に形成されているので、吸気流制御バルブが閉じているときに内燃機関における燃焼室に流入する気流はタンブル流が強く生じる。ここで、タンブル流が生じるとともに、吸気流制御バルブの下流側では空気の巻き戻しが起こり、この空気に伴って燃料が巻き戻されることがある。これに対して、本発明に係る吸気装置における吸気流制御バルブの側縁部には、副開口部が形成されている。この副開口部からは、上流側へ移動しようとする燃料を押し返す空気が導入される。このため、上流側へ移動しようとする燃料を好適に押し返すことができ、吸気流制御バルブの下流側近傍における燃料の液溜まりを防止することができる。また、副開口部の開口面積は、主開口部の開口面積よりも小さくされているので、副開口部から空気を導入したとしても、タンブル流を大きく乱すことはない。
【０００８】
副開口部が、吸気流制御バルブの側端縁の内側に形成されていることにより、吸気流制御バルブの外形を所望の形状にすることができる。したがって、たとえば吸気流制御バルブの外形に応じた位置合わせを行う際にその位置合わせを行いやすいようにすることができる。
【０００９】
また、上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、吸気流制御バルブの上方両端部に隔壁が形成され、それらの間に空気を通過させる主開口部が形成されており、吸気流制御バルブの側縁部には、主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成され、吸気管における吸気流制御バルブが設けられた位置よりも下流側に、燃料を噴出するインジェクタが設けられており、副開口部が、吸気流制御バルブの側端縁の一部を切り欠いて形成されているものである。
ここで、副開口部は、吸気流制御バルブにおける燃焼室からの巻き戻り空気が流れようとする位置に形成されていることができる。
また、吸気流制御バルブにおける燃焼室からの巻き戻り空気が流れる位置が、吸気流バルブの側縁部であることができる。
さらに、上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、吸気流制御バルブには、燃焼室に導入する気流としてタンブル流を生成させるための主開口部が形成されており、吸気流制御バルブの側縁部には、主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成されており、吸気管における吸気流制御バルブが設けられた位置よりも下流側に、燃料を噴出するインジェクタが設けられており、副開口部が、吸気流制御バルブの側端縁の内側に形成された貫通孔であるものである。
また、上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、吸気流制御バルブには、燃焼室に導入する気流としてタンブル流を生成させるための主開口部が形成されており、吸気流制御バルブの側縁部には、主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成されており、吸気管における吸気流制御バルブが設けられた位置よりも下流側に、燃料を噴出するインジェクタが設けられており、副開口部が、吸気流制御バルブの側端縁の一部を切り欠いて形成されているものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気装置を示す概略側断面図である。
【００１２】
図１に示すように、内燃機関であるガソリン多気筒エンジン（以下「エンジン」という）１には、吸気管２および排気管３が接続されており、吸気管２には吸気流制御バルブ４が設けられている。吸気管２は、エンジン１に接続される吸気ポート２１と、図示しないサージタンクに接続された吸気流路２２を備えている。吸気ポート２１は、エンジン１におけるシリンダヘッド１１に形成されており、吸気流路２２は、シリンダヘッド１１に接続されるインテークマニホールド５内に形成されている。また、吸気ポート２１には、電磁駆動式のインジェクタ（燃料噴射装置）６が設けられており、インジェクタ６には、図示しない燃料タンクから燃料Ｆが供給され、インジェクタ６は供給された燃料Ｆを吸気ポート２１に向けて噴出する。
【００１３】
また、エンジン１におけるシリンダ１２には、図１の上下方向に往復動するピストン１３が設けられている。ピストン１３の上方には、シリンダ１２とシリンダヘッド１１によって区画された燃焼室１４が形成されている。この燃焼室１４の上部には、図示しない点火プラグが配置されるとともに、燃焼室１４は、開閉可能な吸気バルブ１５と排気バルブ１６を介して、それぞれ吸気管２と排気管３に接続されている。
【００１４】
吸気管２におけるインテークマニホールド５に形成された吸気流路２２に設けられた吸気流制御バルブ４には、図２に示すように、シャフト７が取り付けられており、シャフト７を中心として回動可能となっている。このシャフト７は、吸気流路２２における空気の流路に直交する方向に延在して設けられており、このため、吸気流制御バルブ４は、吸気流路２２における空気が流れる方向に直交する軸回りに回動し、図２に実線で示す状態のときに、閉となり、破線で示す状態のときに開となる。
【００１５】
また、吸気流制御バルブ４の正面形状は、図３（ａ）に示すように、四隅に四半円形状のコーナ部を有する長円形をなし、その上方中央部が切り欠かれて主開口部４Ａが形成されている。この主開口部４Ａの両端部に隔壁４Ｂ，４Ｂが設けられており、隔壁４Ｂ，４Ｂの間に主開口部４Ａが形成された状態となっている。
【００１６】
さらに、吸気流制御バルブ４の側縁部には、貫通孔からなる４つの副開口部４Ｃ，４Ｃ…形成されている。副開口部４Ｃは、吸気流制御バルブ４の側端縁の内側に形成されており、開口面積が小さく、４つに副開口部４Ｃ，４Ｃ…の総面積よりも、主開口部４Ａの面積の方が広くなっている。この吸気流制御バルブ４は、図３（ｂ）に示す原型バルブ４０の形状を基本形状とし、この原型バルブ４０の側端縁に副開口部４Ｃ，４Ｃ…を形成することにより製造されている。原型バルブ４０は、吸気流制御バルブ４と同様の主開口部４１および隔壁４２，４２を備えており、貫通孔が形成されていない。
【００１７】
また、図１に示す吸気流路２２のうち、吸気流制御バルブ４が設けられている位置の断面形状は、吸気流制御バルブ４の正面形状に隔壁４Ｂ，４Ｂの上端部をつないで形成される、略四半円形のコーナ部を有する形状と略同一形状をなしている。したがって、吸気流制御バルブ４が閉じている状態のときには、図示しないサージタンクから供給される空気は、主開口部４Ａおよび副開口部４Ｃ，４Ｃ…を通じて吸気ポート２１に供給され、さらに吸気バルブ１５を介して燃焼室１４に導入される。燃焼室１４に導入される空気のほとんどは吸気流制御バルブ４の主開口部４Ａを通過しているので、燃焼室１４に導入される気流は、図１に示すようなタンブル流Ｔが強く生じることになる。
【００１８】
次に、本実施形態に係るエンジンの吸気装置の動作・作用について主に図１を用いて説明する。
【００１９】
エンジン１が温まっている通常時や、吸入空気量が多い場合など、タンブルを生じさせることが要求されないときには、吸気流制御バルブ４を開いて、燃焼室１４に対してタンブル流Ｔを生じさせないようにして空気を導入する。一方、エンジン１が冷えており、吸入空気量が少ない場合などには、吸気流制御バルブ４を閉じて燃焼室１４にタンブル流Ｔを生じさせる気流を供給する。ここで、吸気流制御バルブ４を閉じると、吸気ポート２１内で空気が巻き戻され、巻き戻し空気ＡＢが生じる。このような巻き戻し空気ＡＢが生じることにより、インジェクタ６から噴射された燃料Ｆが吸気ポートの側壁に沿って上流側に流される。その結果、燃料Ｆが吸気流制御バルブ４の近傍に溜まって液溜まりＦＣとなると、たとえば吸気流制御バルブ４を開いたときなどに燃焼室１４に燃料Ｆが一気に流れ込んでしまうと、燃焼不良の不具合が生じる。
【００２０】
ここで、本発明者らは、燃料Ｆが吸気流制御バルブ４の近傍に溜まって液溜まりＦＣが生じるまでの過程を知るべく、本実施形態の吸気装置における吸気流制御バルブ４に代えて、図３（ｂ）に示す原型バルブ４０を用いて実験を行い、そのときの空気の流れを観察した。原型バルブ４０には、吸気流制御バルブ４の主開口部４Ａと同様に上方に主開口部４１が形成されており、この主開口部４１を通じて吸気ポート２１に空気が供給される。その一部が導入空気ＡＦとなって燃焼室１４に導入されてタンブル流Ｔ（図１）を生じさせ、その他は、巻き戻り空気ＡＢとなる。吸気ポート２１に供給される空気が通過する主開口部４１は、原型バルブ４０の上方に形成されていることから、巻き戻り空気ＡＢは、上方から下方に向けて流れると考られたが、実験の結果、空気は、図４に示すように、吸気ポート２１の側壁２１Ａ，２１Ａに沿って巻き戻ることを知見した。
【００２１】
かかる知見に基づき、本実施形態に係る吸気流制御バルブ４には、その側縁部に副開口部４Ｃを形成し、この副開口部４Ｃから空気を導入している。副開口部４Ｃを通過した空気ＡＧは、吸気ポート２１の側壁に沿って下流側に流れる。この空気ＡＧが、吸気ポート２１Ａの側壁に沿って上流側に流されようとする燃料Ｆの移動を妨げる。こうして、副開口部４Ｃから導入された空気ＡＧが燃料Ｆを上流側に移動するのを防止することにより、吸気流制御バルブ４の近傍に燃料が溜まる事態を避けることができ、さらには、吸気流制御バルブ４を開いたときに、燃焼室内に燃料が一気に流れ込むことを防止することができる。
【００２２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を挙げることができる。たとえば、吸気流制御バルブとして、図３（ｂ）に示す原型バルブ４０の形状を基本形状として、図５（ａ）〜（ｃ）に示す形状とすることができる。これらは、いずれも副開口部の形状が異なる。
【００２３】
図５（ａ）に示す吸気流制御バルブ５０では、副開口部５１，５１…として半円形の切欠きが形成されている。また、吸気流制御バルブ５０の上方中央部には、主開口部５２が形成され、主開口部５２の両側には隔壁５３，５３が設けられているのは、上記の実施形態と同様である。副開口部５１，５１…は、吸気流制御バルブ５０の側端縁の一部を切り欠いて形成されており、この副開口部５１，５１…によって、図１に示す吸気流路２２との間に小さな開口部が形成される。この吸気流制御バルブ５０を用いた場合も、主開口部５２が上方に形成されているので、吸気流制御バルブ５０が閉じたときに、燃焼室１４（図１）に強いタンブル流を導入することができる。そして、この副開口部５１，５１…を通過した空気が導入されることにより、燃料の上流側への移動を防止することができる。
【００２４】
また、図５（ｂ）に示す吸気流制御バルブ５５では、その両側端に、その高さ方向に沿った長形の切欠きからなる副開口部５６，５６がそれぞれ形成されている。また、吸気流制御バルブ５５の上方中央部には、主開口部５７が形成され、主開口部５７の両側には隔壁５８，５８が設けられている。副開口部５６，５６は、吸気流制御バルブ５５の側端縁をその高さ方向に沿って全体的に切り欠いて形成されており、吸気流路２２との間で副開口部が形成される。この吸気流制御バルブ５５を用いた場合にも、燃焼室１４に強いタンブル流を導入することができるとともに、燃料の上流側への移動を防止することができる。
【００２５】
さらに、図５（ｃ）に示すように、吸気流路２２の断面形状よりも側方位置が一回り小さい形状の吸気流制御バルブ６０とすることもできる。この吸気流制御バルブ６０においては、その側端縁と吸気管２の間のクリアランス部分が副開口部６１となる。また、吸気流制御バルブ６０にも、上方中央部に主開口部６２が形成され、その両側に隔壁６３，６３が形成されている。この吸気流制御バルブ６０を用いた場合にも、燃焼室１４に強いタンブル流を導入することができるとともに、燃料の上流側への移動を防止することができる。
【００２６】
また、図５（ｄ）に示すような吸気流制御バルブ６５とすることもできる。この吸気流制御バルブ６５は、その両側端縁に沿って形成された長孔からなる４つの副開口部６６，６６…を備えている。また、吸気流制御バルブ６５の上方中央部には、主開口部６７が形成され、その両側には隔壁６８，６８が設けられている。この副開口部６６，６６…は、細径であり、４つの副開口部６６，６６…の総面積よりも、主開口部６７の面積の方が大きくされている。このため、吸気流制御バルブ６５を閉じているときには、主開口部６７を通過する空気の方が、副開口部６６，６６…を通過する空気の量よりも多くなっている。したがって、上方から大量の空気が導入されることにより、燃焼室１４に強力なタンブル流を導入することができる。また、副開口部６６，６６…は、吸気流制御バルブ６５の両端部に沿って形成されているので、吸気ポート２１内で巻き戻る燃料を高い位置および低い位置で押し返すことができる。したがって、タンブル流を弱めることなく、燃料の上流側への移動を防止することができる。
【００２７】
他方、上記実施形態では、図３（ｂ）に示す原型バルブ４０を吸気流制御バルブの基本形状としたが、基本形状を他の形状とすることもできる。たとえば、図６（ａ）に示すように、原型バルブ７０は、四半円形状のコーナ部を有する長円形をなしており、その上部に、上端縁に沿って矩形の貫通孔である主開口部７１が形成されている。そして、主開口部７１の両側に、隔壁７２，７２が設けられている態様とすることができる。このように主開口部７１を貫通孔とすることにより、原型バルブ７０の外形を切り欠くことなる主開口部７１を製造することができる。このため、このような原型バルブ７０を用いた吸気流制御バルブを設けたときに、この吸気流制御バルブの位置合わせなどを容易に行うことができるようになる。この原型バルブ７０における側部に、図３（ａ）および図５（ａ）〜（ｄ）に対応する位置に副開口部を形成して吸気流制御バルブとすることができる。
【００２８】
また、図６（ｂ）に示す原型バルブ８０を基本形状とすることができる。この原型バルブ８０の上部には、上端縁が切り欠かれて形成された主開口部８１が形成され、その両側に隔壁８２，８２が設けられている。また、主開口部８１の中央部には、上方に突出する形の突部８３が形成されており、主開口部８１は、突部８３によって２つに分割されている。このように、主開口部８１が２つに分割されていた場合でも、隔壁８２，８２の間の中央部に上方開口部８１が形成されていることにより、吸気ポート２１内では、吸気ポート２１の側壁に沿って空気および空気に含まれる燃料が巻き戻される。したがって、この原型バルブ８０における側部に、図３（ａ）および図５（ａ）〜（ｄ）に対応する位置に副開口部を形成して吸気流制御バルブとすることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、内燃機関の燃焼室に供給する吸気流にタンブル流を生じさせる吸気流制御バルブを備える吸気装置において、吸気流制御バルブの下流側近傍における燃料の液溜まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気装置を示す概略側断面図である。
【図２】吸気流路における吸気流制御バルブが設けられた位置の拡大側断面図である。
【図３】（ａ）は、吸気流制御バルブの正面図、（ｂ）は吸気流制御バルブの基本形状をなす原型バルブの正面図である。
【図４】吸気ポート内で空気および空気に含まれる燃料が巻き戻された際の流路を説明するための、吸気ポートを上方から見た模式的説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）とも、吸気流制御バルブの他の例を示す正面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）とも、原型バルブの変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、２…吸気管、３…排気管、４，５０，５５，６０，６５，７０…吸気流制御バルブ、４Ａ，５２，５７，６２，６７，７１，８１…主開口部、４Ｂ，５３，５８，６３，６８，７２，８２…隔壁、４Ｃ，５１，５６，６１，６６…副開口部、５…インテークマニホールド、６…インジェクタ、７…シャフト、１１…シリンダヘッド、１２…シリンダ、１３…ピストン、１４…燃焼室、１５…吸気バルブ、１６…排気バルブ、２１…吸気ポート、２１Ａ…側壁、２２…吸気流路、４０，７０，８０…原型バルブ、４１…主開口部、４２…側壁、８３…突部、ＡＢ…空気、ＡＦ…導入空気、ＦＣ…液溜まり、Ｆ…燃料、Ｔ…タンブル流。

Claims (6)

1. 吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気流制御バルブの上方両端部に隔壁が形成され、それらの間に空気を通過させる主開口部が形成されており、
   前記吸気流制御バルブの側縁部には、前記主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成され、
   前記吸気管における前記吸気流制御バルブが設けられた位置よりも下流側に、燃料を噴出するインジェクタが設けられており、
   前記副開口部が、前記吸気流制御バルブの側端縁の内側に形成された貫通孔であることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気流制御バルブの上方両端部に隔壁が形成され、それらの間に空気を通過させる主開口部が形成されており、
   前記吸気流制御バルブの側縁部には、前記主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成され、
   前記吸気管における前記吸気流制御バルブが設けられた位置よりも下流側に、燃料を噴出するインジェクタが設けられており、
   前記副開口部が、前記吸気流制御バルブの側端縁の一部を切り欠いて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. 前記副開口部は、前記吸気流制御バルブにおける前記燃焼室からの巻き戻り空気が流れようとする位置に形成されている請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記吸気流制御バルブにおける前記燃焼室からの巻き戻り空気が流れる位置が、前記吸気流バルブの側縁部である請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気流制御バルブには、前記燃焼室に導入する気流としてタンブル流を生成させるための主開口部が形成されており、
   前記吸気流制御バルブの側縁部には、前記主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成されており、
   前記吸気管における前記吸気流制御バルブが設けられた位置よりも下流側に、燃料を噴出するインジェクタが設けられており、
   前記副開口部が、前記吸気流制御バルブの側端縁の内側に形成された貫通孔であることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
6. 吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気流制御バルブには、前記燃焼室に導入する気流としてタンブル流を生成させるための主開口部が形成されており、
   前記吸気流制御バルブの側縁部には、前記主開口部の開口面積よりも開口面積が小さい副開口部が形成されており、
   前記吸気管における前記吸気流制御バルブが設けられた位置よりも下流側に、燃料を噴出するインジェクタが設けられており、
   前記副開口部が、前記吸気流制御バルブの側端縁の一部を切り欠いて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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