JP4702330B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

従来、自動車のエンジンなどの内燃機関へ空気又は混合気を供給する吸気装置においては、低負荷時の燃費を向上させるために、シリンダヘッドのインテークポートに接続されるインテークマニホールドの内部に、内燃機関の運転条件に応じて開閉作動する弁（以下、吸気流制御弁という）を設けたものが知られている。このような吸気装置は、低負荷時には吸気流制御弁を閉じて吸気の流路断面積を狭め、インテークポートに供給される吸気の流速を高めて、燃料の燃焼効率を向上させることができる。

また、特許文献１には、湾曲部を有するインテークマニホールドのインテークポートとの接続部付近に吸気流制御弁を備えるとともに、吸気流制御弁を全開位置としたときにこの吸気流制御弁に吸気が衝突して吸気抵抗が増大することを防止するため、インテークマニホールドの湾曲部に沿って湾曲し、吸気流制御弁が全開位置にあるときに下流端が吸気流制御弁と連続するように配置された整流板を備える吸気装置が開示されている。

実公平７−７５４９号公報

例えば、シリンダヘッドの下方に設けられる燃焼室においてタンブル流を発生させ、燃料の燃焼効率を向上させるように構成された吸気装置の場合、低負荷時には吸気流制御弁によってインテークマニホールド内の流路下部側を塞ぎ、流路の上部側のみから吸気が供給されるように構成することにより、低負荷時のタンブル強化を図ることができる。

しかしながら、低負荷時においては、インテークポートの燃焼室側の開口部を開閉する吸気弁が開くと筒内からインテークマニホールドへ向かうガス流れ、つまり逆流が生じる。低負荷時には吸気流制御弁が全閉位置にあるため、吸気流制御弁上流側では逆流したガスが吸気流制御弁によって狭くなった流路を通過することにより渦状の流れが形成される。

そしてインテークマニホールドが吸気流制御弁の上流側であってこの吸気流制御弁の近傍で湾曲している場合、吸気流制御弁上流側で形成された渦はインテークマニホールドの湾曲部分の内壁面に衝突することによって流れが変化し、インテークマニホールドから筒内へ供給される吸気のバランスを崩すおそれがある。

特に、タンブル流を発生させるように構成された吸気装置においては、インテークマニホールド内の吸気が乱れると、筒内に供給される吸気が効果的なタンブル流とならず、更に、インテークマニホールドの形状によっては複数の気筒に供給される吸気が不均等となり、吸気がスワール流となって筒内流動の強化が十分になされず、燃費や排ガスに悪影響を及ぼす可能性があった。

このように、従来の内燃機関の吸気装置においては、筒内にタンブル流を発生させるために吸気流制御弁を設けると、例えば筒内にスワール流が発生するなど、目的の乱れ強さが得られないおそれがあった。そして、このような吸気流の発生メカニズムの問題点は、特許文献１で開示された吸気装置においても同様に生じ得る。

このようなことから本発明は、吸気流制御弁による吸気流を確実にタンブル流と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。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る内燃機関の吸気装置は、水平方向に対して湾曲部を有しシリンダヘッドのインテークポートに接続されるインテークマニホールドと、前記インテークマニホールド内の前記湾曲部下流側に吸気の流路を横断するように設けられた回転軸を備え、運転条件に応じて回動して前記インテークポートに供給する吸気流を制御する吸気流制御弁と、前記吸気流制御弁の上流側であって全閉位置にある前記吸気流制御弁に対向する位置に、整流面が前記回転軸に直交するとともに吸気の流路に沿って延設され、下流端が前記吸気流制御弁との間に所定間隔を有する整流板とを有することを特徴とする。

このような構成とすれば、低負荷時に吸気弁の開閉に伴って筒内からインテークマニホールドへガスが逆流した場合であっても、整流板によって逆流したガスが流路を横断する方向に対して偏ることを防止することができるため、筒内で確実にタンブル流を発生させることができる。

第２の発明に係る内燃機関の吸気装置は、第１の発明において、前記整流板の基端から先端までの高さを、前記吸気流制御弁が全閉位置にあるときの前記吸気流制御弁上端と同等の高さとすることを特徴とする。

整流板の高さは、吸気流制御弁の全閉位置における上端の高さよりも高すぎると吸気流が阻害され易くなり、逆に吸気流制御弁の全閉位置における上端の高さよりも低すぎると整流効果が薄れるおそれがある。そのため、同等の高さであることが好ましい。

第３の発明に係る内燃機関の吸気装置は、第１又は第２の発明において、前記整流板は、複数であり、且つ前記回転軸の軸方向に沿って等間隔に配設されることを特徴とする。

このような構成とすれば、筒内からインテークマニホールドに逆流したガスを吸気流制御弁の回転軸の軸方向に対して均等に振り分けることができるため、吸気が偏ることがなく、筒内で確実にタンブル流を発生させることができる。

第４の発明に係る内燃機関の吸気装置は、第１又は第２の発明において、前記整流板は、複数であり、且つ前記回転軸の軸方向に沿って前記インテークポート側から逆流するガスが衝突する前記湾曲部の側壁から反対側の側壁に向かうに従って前記整流板間の距離が拡大するよう不等間隔に配設されることを特徴とする。

このような構成とすれば、筒内からインテークマニホールドへ逆流するガスが渦を形成しやすい部分のガス流れを効率よく整流することができるため、インテークマニホールド内の吸気が偏ることがなく、筒内で確実にタンブル流を発生させることができる。

第５の発明に係る内燃機関の吸気装置は、第１又は第２の発明において、前記整流板は、一つであり、且つ平板状に形成されて前記インテークポート側から逆流するガスが衝突する前記湾曲部の側壁側に配設されることを特徴とする。

このような構成とすれば、一つの整流板を設けるのみの簡素な構成で確実に吸気の偏りを抑制することができるため、筒内でタンブル流を発生させることができる。

上述した本発明に係る内燃機関の吸気装置によれば、筒内からインテークマニホールドへガスが逆流した場合であっても、逆流するガスの流れによって吸気流が偏るおそれがなく、筒内で確実にタンブル流を生成することができる。

以下に示す実施例により、本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図３を用いて本発明の第１の実施例について詳細に説明する。図１（ａ）は本実施例に係る内燃機関の吸気装置の一部を部分的に破断して示す上面図、図１（ｂ）は本実施例に係る内燃機関の吸気装置を部分的に破断して示す側面図、図２は図１（ａ）の部分拡大図、図３は図１（ｂ）の部分拡大図、図４（ａ）は本実施例における吸気の流れを示す説明図、図４（ｂ）は従来の吸気の流れを示す説明図、図５は本実施例に係る内燃機関の吸気装置の他の例を部分的に破断して示す上面図である。

図１に示すように、本実施例に係る吸気装置は、一端をシリンダヘッド１に接続され、他端を気化器２に接続された複数の吸気通路（シリンダヘッド１の気筒ごとに吸気を導入する通路）を備えるインテークマニホールドを有している。以下、本実施例では図１に示す二つの吸気通路３，４（以下、それぞれを第一通路、第二通路という）を中心に説明する。

二つの通路３，４のシリンダヘッド１との接続部間の距離は、気化器２との接続部間の距離より大きくなっており、第二通路４が水平方向に対して直線的な形状となっている一方、第一通路３は水平方向に対して湾曲した形状となっている。

第一通路３及び第二通路４のシリンダヘッド１との接続部近傍には、それぞれ吸気流制御弁５，６が設けられている。吸気流制御弁５，６は各々回転軸７，８を備えて回動自在に構成されている。更に、第一通路３の吸気流制御弁５上流側であって第一通路３の湾曲部に対応する部分には、回転軸７の軸方向に沿って配置された複数（本実施例では４つ）の整流板９が固定されている。

図１（ｂ）に示すように、吸気流制御弁５は図中実線で示す位置（以下、全閉位置）と図中一点鎖線で示す位置（以下、全開位置）との間を、運転条件に応じて回動するようになっている。第一通路３の一端は、具体的にはシリンダヘッド１に形成されたインテークポート１ａに接続されており、吸気流制御弁５により、第一通路３の吸気の流路断面積を調整することによって第一通路３からインテークポート１ａに供給される吸気流を制御することができるように構成されている。インテークポート１ａの燃焼室１０側の開口部にはこの開口部の開閉を行う吸気弁１１が設けられている。図１に示す符号１２はシリンダブロックである。

なお、図示はしないが、第二通路４についても同様に、一端が、シリンダヘッド１に形成された第二通路４に対応するインテークポートに接続され、吸気流制御弁６が回転軸８を介して回動して第二通路４の流路断面積を調整し、インテークポートへ供給される吸気流を制御することができるように構成されている。

また、図２及び図３に示すように、整流板９は、ほぼ一定の厚みｔを有する板状の部材を、整流面が上記回転軸７の軸方向に概ね直交するように配置してなるものであり、吸気流制御弁５が全閉位置にあるときにこの吸気流制御弁５の先端部に対向する第一通路３の底面３ａに溶接又は接着等により固定されている。整流板９は、それぞれ第一通路３の湾曲に沿って湾曲した形状となっている。

更に整流板９において、吸気の流路断面に平行であって回転軸７の軸方向に直交する方向の長さｈは吸気流制御弁５の高さとほぼ同一であり、また吸気の流路に沿った方向の長さＬは整流板９の上流端が第一通路３の湾曲部より上流側に位置する長さとするなど、全閉位置にある吸気流制御弁５によって狭くなった流路を通って第一通路３内に逆流したガスが第一通路３の流路断面全体に拡散するのに十分な長さに設定する。また、整流板９の板厚ｔは強度を維持できる範囲で可能な限り薄く設定するものとする。なお、整流板９の下流端は、吸気流制御弁５が全開位置にあるときにこの吸気流制御弁５との間に所定の間隔として微小間隔ｇを有するようにその位置が設定されている。

４枚の整流板９は上記回転軸７の軸方向に沿って等間隔となるように、すなわち、４枚の整流板９のうち両端に位置する整流板９とこの整流板９に対向する第一通路３の内側壁３ｂ又は３ｃ間の距離、及び、各々相互に隣接する整流板９間の距離が全て一定距離となるように配置されている。

本実施例に係る内燃機関の吸気装置によれば、低負荷時に吸気弁１１の開閉動作に伴って筒内から第一通路３内へ図３に一点鎖線で示すようにガスが逆流し、逆流したガスの中の特に図３中Ａ部に示すような流れが内側壁３ｂに衝突した場合であっても、図２中のＢ部に示すように、進行方向が変わったガスの流れを整流板９によって整流することができるため、逆流したガスによって渦が形成されることがなく、吸気流が回転軸７の軸方向に対して偏ることを防止して、図４（ａ）に示すように複数の気筒１３ａ，１３ｂに供給される吸気が均等となり、確実に吸気をタンブル流とすることができる。一方、整流板を設けない場合は、図４（ｂ）に示すように複数の気筒１３ａ，１３ｂに供給される吸気が不均等となり、吸気がスワール流となる可能性があった。

なお、整流板は少なくとも、水平方向に対して湾曲したインテークマニホールドの吸気通路の全てに設けるものとする。

また、上述した本実施例では、第一通路３に対してのみ、吸気流制御弁５の上流側に整流板を設ける例を示したが、図５に示すように第一通路３に加えて第二通路４にも整流板１４を設けるようにしても良い。また、整流板の枚数は４枚に限らずインテークマニホールドの幅や形状に応じて設定すればよい。但し、整流板の枚数は、吸気流制御弁を全開位置に移動させたときに吸気抵抗を抑制できる程度に枚数を設定するものとする。

以下、図６を用いて本発明の第２の実施例について説明する。図６は本実施例に係るインテークマニホールドの吸気通路を一部破断して示す上面図である。本実施例は上述した実施例１の４枚の整流板９に変えて、図６に示す２枚の整流板１０９を用いる例である。その他の構成は実施例１と同様であり、重複する説明は省略する。

図６に示すように、本実施例において第一通路３の吸気流制御弁５上流側であって、第一通路３が湾曲した部分には、回転軸７の軸方向に沿って配置された２枚の整流板１０９が設けられている。整流板１０９は、ほぼ一定の厚みを有する板状の部材を、面方向が回転軸７の軸方向に概ね直交するように配置してなるものであり、吸気流制御弁５が全閉位置にあるときにこの吸気流制御弁５の先端部に対向する第一通路３の底面３ａに、上記回転軸７の軸方向に沿って配置され、溶接又は接着等により固定されている。

上記整流板１０９は、吸気の流路断面に平行であって、回転軸７の軸方向に直交する方向の高さが吸気流制御弁５の高さとほぼ同一であり、また吸気の流路に沿った方向の長さが整流板１０９の上流端が第一通路３の湾曲部より上流側に位置する長さとするなど、全閉位置にある吸気流制御弁５によって狭くなった流路を通って第一通路３内に逆流したガスが第一通路３の流路断面全体に拡散するのに十分な長さに設定する。また、整流板１０９の板厚は強度を維持できる範囲で可能な限り薄く設定するものとする。更に、整流板１０９の下流端は吸気流制御弁５が全開位置にあるときにこの吸気流制御弁５との間に微小間隔を有するように配置する。

そして本実施例において２つの整流板１０９とこの整流板１０９に対向する第一通路３の内側壁３ａ，３ｃ間の距離ｄ₁，ｄ₃、及び、相互に隣接する整流板１０９間の距離ｄ₂が全て異なる距離となるように配置され、具体的にはｄ₁＜ｄ₂＜ｄ₃となっている。なおこれら２つの整流板１０９は、それぞれ第一通路３の湾曲に沿って湾曲した形状となっている。

本実施例に係る内燃機関の吸気装置によれば、筒内から第一通路３内へ逆流するガスが衝突する内側壁３ｂ側に、逆流するガスが衝突しない内壁３ｃ側に比較して多くの整流板を設けることにより、効率よく第一通路３内に逆流するガスを整流することができるため、上述した実施例１による効果に加えて、整流板１０９を固定する作業を簡素化することを可能としつつ、吸気流の偏りを防止することができるという効果が得られる。

以下、図７を用いて本発明の第３の実施例について説明する。図７は本実施例に係るインテークマニホールドの吸気通路を一部破断して示す上面図である。本実施例は、上述した実施例１の４枚の整流板９に変えて、１枚の整流板２０９を用いる例である。その他の構成は実施例１と同様であり、重複する説明は省略する。

図７に示すように、本実施例において第一通路３の吸気流制御弁５上流側であって、第一通路３が湾曲した部分には、１枚の整流板２０９が設けられている。整流板２０９は、ほぼ一定の厚みを有し、平板状に形成された部材を、整流面が回転軸７の軸方向に概ね直交するように配置してなるものであり、吸気流制御弁５が全閉位置にあるときにこの吸気流制御弁５の先端部に対向する第一通路３の底面３ａに溶接又は接着等により固定されている。

整流板２０９は、吸気の流路断面に平行であって、回転軸７の軸方向に直交する方向の高さが吸気流制御弁５の高さとほぼ同一であり、吸気の流路に沿った方向の長さは吸気流制御弁５を閉じることによって狭くなった流路を通って第一通路３内に逆流したガスが第一通路３の流路断面全体に拡散するのに十分な長さとなっている。また、整流板２０９の板厚は強度を維持できる範囲で可能な限り薄く設定するものとする。更に、整流板２０９のシリンダヘッド１側の端部は、吸気流制御弁５が全開位置にあるときにこの吸気流制御弁５との間に微小間隔を有するようにその位置が設定されている。

そして、本実施例において整流板２０９は、回転軸７の軸心方向に対して、第一通路３の凸状に湾曲した内側壁３ｂ側に偏った位置に固定されている。

本実施例に係る内燃機関の吸気装置によれば、上述した実施例１、実施例２に比較して、整流板の固定作業を簡素化しつつ、低負荷時に筒内からインテークマニホールドの吸気通路（第一通路３）内へ逆流するガスによって吸気流が偏ることを防止することができる。

以下、図８を用いて本発明の第４の実施例について説明する。図８は本実施例に係るインテークマニホールドの吸気通路を一部破断して示す側面図である。本実施例は、上述した実施例１の吸気流制御弁５に変えて、図８に示す吸気流制御弁３０５を用いる例である。その他の構成は実施例１と同様であり、重複する説明は省略する。

図８に示すように、吸気流制御弁３０５は流路を横断するように設けられた回転軸３０７を備え、図中実線で示す位置（以下、全閉位置）と図中一点鎖線で示す位置（以下、全開位置）との間を、運転条件に応じて回動するようになっている。すなわち、回転軸３０７に対して下流側で回動するように構成されている。また、図示はしないが、第二通路４についても同様に回転軸に対して下流側で回動する吸気流制御弁が設けられているものとする。

更に、整流板３０９は、上流端の形状が第一通路３の湾曲部に対して滑らかに繋がるような形状となっている。なお、整流板３０９は、上流端の形状以外は実施例１において説明した整流板９と概ね同様であり、重複する説明は省略する。

本実施例に係る内燃機関の吸気装置によれば、上述した実施例１に比較して、吸気流制御弁３０５を全閉位置としたときに吸気流を導入路へ導きやすくなるため、燃料の燃焼効率をより向上させることができる。

なお、本実施例においては吸気流制御弁３０５が流路を横断するように設けられた回転軸３０７を備える構成としたが、この吸気流制御弁３０５に変えて、図９に示すように第一通路３の底面３ａに固定された回転軸４０７を備えこの回転軸４０７より下流側で回動する吸気流制御弁４０５を用いる構成とするなど種々の変更が可能である。

また、本発明は上述した実施例に限らず、複数の実施例を組み合わせるなど本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本実施例においては、整流板の枚数は１枚、２枚、４枚の場合について説明したが、これ以外の枚数であってもよい。具体的な枚数は、インテークマニホールドの吸気通路の径に応じて、吸気流制御弁を開いたときに著しく吸気抵抗にならないよう考慮して、適宜設定することが可能である。

本発明は、自動車のエンジン等の内燃機関に吸気を供給する吸気装置であって、とくに筒内でタンブル流を発生させる吸気装置に適用して好適なものである。

図１（ａ）は本発明の実施例１に係る内燃機関の吸気装置を部分的に破断して示す上面図、図１（ｂ）は本発明の実施例１に係る吸気装置を部分的に破断して示す側面図である。 図１（ａ）の部分拡大図である。 図１（ｂ）の部分拡大図である。 図４（ａ）は本発明の実施例１における吸気の流れを示す説明図、図４（ｂ）は従来の吸気の流れを示す説明図である。 本発明の実施例１に係る内燃機関の吸気装置の他の例を部分的に破断して示す上面図である。 本発明の実施例２に係る吸気装置を部分的に破断して示す上面図である。 本発明の実施例３に係る吸気装置を部分的に破断して示す上面図である。 本発明に係る他の吸気装置を部分的に破断して示す側面図である。 本発明に係る他の吸気装置を部分的に破断して示す側面図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
１ａ インテークポート
２ 気化器
３，４ （インテークマニホールドの）吸気通路
３ａ 底面
３ｂ，３ｃ 内側壁
５，６，３０５，４０５ 吸気流制御弁
７，８ 回転軸
９，１４，１０９，２０９，３０９ 整流板
１０ 燃焼室
１１ 吸気弁

Claims (5)

1. 水平方向に対して湾曲部を有しシリンダヘッドのインテークポートに接続されるインテークマニホールドと、
   前記インテークマニホールド内の前記湾曲部下流側に吸気の流路を横断するように設けられた回転軸を備え、運転条件に応じて回動して前記インテークポートに供給する吸気流を制御する吸気流制御弁と、
   前記吸気流制御弁の上流側であって全閉位置にある前記吸気流制御弁に対向する位置に、整流面が前記回転軸に直交するとともに吸気の流路に沿って延設され、下流端が前記吸気流制御弁との間に所定間隔を有する整流板と
   を有する
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記整流板の基端から先端までの高さを、前記吸気流制御弁が全閉位置にあるときの前記吸気流制御弁上端と同等の高さとする
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記整流板は、複数であり、且つ前記回転軸の軸方向に沿って等間隔に配設される
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記整流板は、複数であり、且つ前記回転軸の軸方向に沿って前記インテークポート側から逆流するガスが衝突する前記湾曲部の側壁から反対側の側壁に向かうに従って前記整流板間の距離が拡大するよう不等間隔に配設される
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記整流板は、一つであり、且つ平板状に形成されて前記インテークポート側から逆流するガスが衝突する前記湾曲部の側壁側に配設される
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の吸気装置。

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