JP4830908B2 - 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。

内燃機関において、吸気ポートから燃焼室内に流れる空気の旋回流は、スワール流として知られており、スワール流を強くすることにより空気と燃料の混合を促進し、排気性能を向上させることができることが知られている。

吸気ポート性能を表わすために、スワール比（旋回速度とエンジン回転数の比）と流量係数（実流量と理論流量の比）が用いられるが、スワール比と流量係数は一般に二律背反の関係にあり、スワール比を高くすると、即ちスワール流を強くすると、流量係数が低下し、排気性能は向上するものの、燃焼室に吸入される空気の量が減少するため、燃費が悪化するという問題が生じる。

この問題の改善手段として、特許文献４には、ポート形状を改良することにより、燃焼室に流入する空気の流れ方向を変更し、流量係数を維持しつつスワール比も高くする内燃機関の吸気装置が示されているが、ポート形状のみによってスワール比を高くすることには限界がある。

また、車両の運転中にスワール比と流量係数の関係を変化させ、排気性能と燃費やトルク等を運転状況に応じて変化させることができれば有利であるが、このためには、燃焼室に流入する空気の流れ方向を強制的に流線制御する必要がある。

燃焼室に流入する空気の流れ方向を流線制御するものとしては、例えば特許文献３に、吸気弁の傘上部に突起物を設け、吸気ポート出口付近で空気の流れを制御するものが示されている。これは吸気弁の径方向に均等にスワール抑制羽根を設け、吸気弁から流出する流れを流線制御して、スワールを抑制するものであり、スワール比を向上させることはできない。また、スワール抑制羽根に空気流を衝突させるものであるため圧力損失が増加し、流量係数が低下するという問題を抱えている。

燃焼室の空気の流れ方向を流線制御してスワール比を増大するものとしては、例えば特許文献２にシリンダーヘッド側に遮蔽板を設けたものが示されているが、スワールを作り出す流れとしては、シリンダーヘッド側の流れよりも吸気弁傘部の上部に沿って流入する流れの方が支配的で、シリンダーヘッド側からの流れの制御では効果的にスワール比を増大することが困難である。

燃焼室に流入する空気の流線を制御して、流量損失を抑えつつスワール比を増大し、また、運転中の流線を可変とすることを目的とした内燃機関の吸気装置が、特許文献１に示されている。特許文献１は、吸気ポートに配置された吸気弁の傘部分の背面（吸気ポート側に向いた面）にフラップを設けることにより、これらの課題を解決せんとしたものである。

特開２００６−２１４３３１号公報 特開２００２−４８０００号公報 特開平８−４５４１号公報 特許３１５６４７１号公報

しかし、特許文献１の内燃機関の吸気装置では、そのフラップの形状については、どのような形状が最適であるかについては考慮されておらず、流量損失を、フラップ形状によりさらに制御可能か否かについては全く検討されていない。

本発明は、高いスワール比を備え、かつ従来よりも流量損失を抑えたフラップの形状を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の燃焼室内に流入した空気が燃焼室内で所定の旋回空気流となるように燃焼室内に空気を流入させることができる形状とされた吸気ポートを備えた吸気装置であって、吸気ポートに配置された吸気弁の傘部分の背面のうち気筒中心軸線に近い側の領域に配置され、吸気弁のステム部分に沿って延びるとともに、ステム部分から径方向外側に延びるフラップが設けられ、吸気弁の傘部分の表面から吸気弁のステム部分の軸方向に平行に測ったフラップの高さにおいて、径方向外側部分の高さが、少なくとも吸気弁の最大リフト量と略同一か又は最大リフト量よりも大きく形成され、フラップの高さにおいて、径方向外側部分の高さよりも、ステム部分近傍の領域の高さの方が低く形成され、径方向外側部分の高さからステム部分近傍の領域の高さに向かって、勾配を持って形成されていることを特徴とする吸気装置が提供される。

ここで、吸気ポートに配置された吸気弁の傘部分の背面のうち気筒中心軸線に近い側の領域とは、吸気弁の傘部分の平面図において円形をなす傘部分の背面のうち、吸気弁のステム部分（弁軸）の中心を通り、ステム部分の中心と気筒中心とを結んだ直線に対して直角方向をなす直線に関して、気筒中心軸線に近い側の半円領域を意味する。

すなわち、請求項１の発明では、吸気ポートに配置された吸気弁の傘部分に備えられたフラップにより流線を制御することによってスワール比を高くすることができ、一方、吸気弁のステム部分近傍を流れる流れは、フラップによる流線制御を受けることなくステム部分に沿って回転することができ、流量係数が低下しない吸気装置が提供される。

請求項１に記載の発明によれば、従来のフラップを備えた吸気装置と同様に高いスワール比を有し、かつ従来のフラップを備えた吸気装置よりも流量損失を抑えることができるという効果を奏する。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明によるフラップを内燃機関の吸気弁に適用した場合の、１実施形態の概略構成を説明する立面図である。また、図２は、図１の吸気弁を吸気ポートに取付けた状態を説明する縦断面図であり、吸気弁が開弁している状態を示す図である。吸気ポート１Ａに配置された吸気弁３Ａの傘部分４Ａの背面７Ａのうち気筒中心軸線１４に近い側の領域に配置され、吸気弁３Ａのステム部分５Ａに沿って延びるとともに、ステム部分５Ａから径方向外側に延びるフラップ１０Ａが設けられている。傘部分４Ａの表面６Ａからステム部分５Ａの軸方向に平行に測ったフラップ１０Ａの高さにおいて、径方向外側部分１１Ａの高さは、少なくとも吸気弁３Ａの最大リフト量と略同一か又は最大リフト量よりも大きく形成されている（図２参照）。更に、フラップ１０Ａの高さは、径方向外側部分１１Ａの高さよりも、ステム部分５Ａの近傍の領域の高さの方が低く形成されている。

図３は、特許文献１に示される従来の吸気弁のフラップの形状を示す立面図である。従来は、フラップ１０Ａの上部の形状は、傘部分４Ａの表面６Ａに対して略平行な形状となっているが、本発明によるフラップ１０Ａでは、図１のように径方向外側部分１１Ａからステム部分５Ａ近傍に向かって勾配を持っており、フラップ１０Ａの高さが、径方向外側部分１１Ａの高さよりも、ステム部分５Ａの近傍の領域の高さの方が低くなっているため、フラップ１０Ａの上部の、ステム部分近傍の流れ１７が、ステム部分５Ａに沿って回転流入するので（図４、図５参照）、流量係数を減少させることがない。一方、スワール比に寄与する流線方向の流れ１６は、従来同様のフラップの効果により、従来同様のスワール比を維持することができる。

図４は、図１の吸気弁の開弁時における吸気の流れを示す斜視図であり、図５は、その平面図である。図４、図５に示すように、ステム部分近傍の流れ１７が、フラップ１０Ａで流線制御されることなく、ステム部分５Ａに沿って回転流入する。

本発明の効果の実測結果を図６に示す。図６では、横軸にスワール比、縦軸に流量係数を表わす。フラップのない吸気弁を有する内燃機関の吸気装置と比較して、特許文献１の発明による従来のフラップを備えた吸気弁を有する内燃機関の吸気装置では、フラップの流線制御効果によりスワール比は向上するが、流量係数はわずかに減少する。しかし、本発明による吸気弁構造を有する吸気ポートでは、フラップ上部の、ステム部分近傍の流れが、ステム部分に沿って回転流入するので（図４、図５参照）、流量係数を減少させることがなく、同時にフラップによるスワール比向上効果を従来同様に発揮することができる。従って、図６に示すように、本発明による内燃機関の吸気装置では、従来の内燃機関の吸気装置と比較して、従来同様の高いスワール比を備え、かつ従来よりも流量係数の減少が少ないポート性能を提供することができる。

本発明によるフラップを内燃機関の吸気弁に適用した場合の、１実施形態の概略構成を説明する立面図である。 図１の吸気弁を吸気ポートに取付けた状態を説明する縦断面図であり、吸気弁が開弁している状態を示す図である。 従来の吸気弁のフラップの形状を示す立面図である。 図１の吸気弁の開弁時における吸気の流れを示す斜視図である。 図１の吸気弁の開弁時における吸気の流れを示す平面図である。 本発明の効果をスワール比と流量係数に対するグラフで示した図である。

符号の説明

１Ａ 吸気ポート
１Ｂ 吸気ポート
２ 燃焼室
３Ａ 吸気弁
３Ｂ 吸気弁
４Ａ 傘部分
４Ｂ 傘部分
５Ａ ステム部分
５Ｂ ステム部分
６Ａ 傘部分の表面
７Ａ 傘部分の背面
１０Ａ フラップ
１１Ａ フラップの径方向外側部分
１４ 気筒中心軸線
１６ 空気の流れ
１７ 空気の流れ

Claims (1)

1. 内燃機関の燃焼室内に流入した空気が燃焼室内で所定の旋回空気流となるように燃焼室内に空気を流入させることができる形状とされた吸気ポートを備えた吸気装置であって、
   前記吸気ポートに配置された吸気弁の傘部分の背面のうち気筒中心軸線に近い側の領域に配置され、前記吸気弁のステム部分に沿って延びるとともに、前記ステム部分から径方向外側に延びるフラップが設けられ、
   前記吸気弁の傘部分の表面から前記吸気弁のステム部分の軸方向に平行に測った前記フラップの高さにおいて、前記径方向外側部分の高さが、少なくとも前記吸気弁の最大リフト量と略同一か又は前記最大リフト量よりも大きく形成され、
   前記フラップの高さにおいて、前記径方向外側部分の高さよりも、前記ステム部分近傍の領域の高さの方が低く形成され、前記径方向外側部分の高さから前記ステム部分近傍の領域の高さに向かって、勾配を持って形成されていることを特徴とする、吸気装置。

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