JP4840445B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路内を流れる吸気流を制御する吸気装置に関する。

内燃機関の気筒側へ吸気を供給する吸気通路内に、タンブル流（縦渦流）やスワール流（横渦流）を形成する吸気制御弁を配置して、吸気流を制御する吸気装置が従来から複数提案されている。気筒内に適度なタンブル流やスワール流を形成すると、内燃機関の燃焼効率や出力の向上を図ることができる。吸気装置で採用される吸気制御弁としては、板状の弁体を弁軸を中心に回動させるものが知られている。弁軸を吸気通路の所定位置で支持し弁体を回動することで、吸気通路内の開度を変更して所望のタンブル流やスワール流を形成することができる。

例えば、特許文献１は片持ち型の吸気制御弁を採用した吸気装置について提案している。なお、片持ち型の吸気制御弁とは、弁体の端部側に弁軸を設定して弁体を回動させる形態である。特許文献１の吸気装置は、吸気通路の内壁近傍に弁軸を配置して片持ち型の吸気制御弁を回動させる。そして、この吸気装置は、吸気制御弁を低回転低負荷域では全閉とし、低回転中負荷域と中回転中負荷域と中回転低負荷域とでは半開とし、高回転域と高負荷域とでは全開とする弁駆動手段を備えている。よって、特許文献１の吸気装置は、弁軸を中心に弁体を適宜に回動することにより吸気流を多段階に制御できる。

特開平７−１７４０２８号公報

しかし、上記特許文献１の吸気装置のように片持ち型の吸気制御弁を採用すると、弁軸からの端部までの長さが長くなるので弁体が吸気流から受けるモーメントが大きくなる。そのため片持ち型の吸気制御弁を採用する吸気装置の場合には、弁体の姿勢を保持するための保持トルクを大きくする必要があるのでアクチュエータが大型化するという問題がある。

ところで、吸気制御弁の形態としては従来から上記片持ち型の他に、バタフライ型が知られているバタフライ型の吸気制御弁は、弁軸を中央にして弁体がほぼ対称に配置してある。バタフライ型の吸気制御弁の場合、吸気流が弁軸を中心にして左右の弁体にほぼ対称に作用するので、片持ち型の吸気制御弁と比較して保持トルクを小さくできるというメリットがある。このようなバタフライ型の吸気制御弁は、吸気量を調整するスロットルバルブ等で従来から広く採用されている。

スロットルバルブとして採用されたバタフライ型の吸気制御弁は、吸気通路の中心位置に弁軸が設定されている。よって、弁体を回動させて吸気量を絞ったときには、上下（或いは左右）の内壁に沿って２本（２筋）の吸気流が形成される。しかしながら、前述したタンブル流或いはスワール流を形成させるために配置する吸気制御弁の場合には、半開或いは閉状態を形成するときに吸気流を吸気通路内の片側に寄せることが必要である。スロットルバルブの場合のように複数（２本）の流れを形成してしまうと吸気流が互いに干渉して弱くなってしまうからである。よって、従来のバタフライ型の吸気制御弁では、タンブル流或いはスワール流を形成することが困難である。

本発明の目的は、上記した従来の課題を解決するもので、簡単な構造で筒内に渦流を形成できる内燃機関の吸気装置を提供することである。

上記目的は、吸気通路内に、弁軸を中心に回動する弁体を配置して吸気流を調整する内燃機関の吸気装置において、前記弁軸が前記弁体の中央位置から偏心された位置にあると共に、前記吸気通路に対しては当該吸気通路の中心位置から偏心した位置で支持され、前記弁体が回動したときに、全閉状態から全開状態を介して半開状態を形成し、前記弁体は先端部に、前記全閉状態を形成したときに前記吸気流の流路幅を狭めて気筒内へ流入させる切欠部を有し、前記半開状態を形成するため、前記弁体が反転して前記吸気通路の内壁に当接したときに、前記切欠部を介して前記吸気流が下流へ流れないように遮断する吸気流遮断構造が前記吸気通路に設けてある、ことを特徴とする内燃機関の吸気装置により達成できる。

本発明によると、一般的なバタフライ型の吸気制御弁に簡単な改造、すなわち弁体に設ける弁軸の位置を偏心させ、更に吸気通路の中心位置から偏心した位置で弁軸を支持するという改造を行うだけで全閉状態、全開状態及び半開状態を形成して筒内に渦流を形成できる。

また、前記吸気流遮断構造は、前記弁軸よりも上流側に形成されており、前記弁体は、前記半開状態を形成するときに、前記吸気流遮断構造によって前記吸気流が遮断された前記弁体の遮断側から、前記吸気流の通過を許容する前記弁体の開放側へと前記吸気流を案内するように、前記吸気の流れ方向に対して傾斜する構造を採用してもよい。これにより、弁体の遮断側に向かって流れる吸気流を、弁体の開放側にスムーズに流すことができ、半開状態における圧力損失の発生を防止できる。

本発明によると、簡単な構造で筒内に渦流を形成できる内燃機関の吸気装置を提供できる。

[図１] 実施例１に係る吸気装置について示した図である。
[図２] 図２（Ａ）は図１で示す吸気装置の吸気制御弁を取出して示した図であり、図２（Ｂ）は図１で示す吸気装置の吸気制御弁及び吸気通路を取出して示した図である。
[図３] 実施例１の吸気装置の動作を示した図であり、図３（Ａ）は全閉状態、図３（Ｂ）は全開状態、図３（Ｃ）は半開状態を示した図である。
[図４] 実施例２に係る吸気装置について示した図である。
[図５] 実施例２の吸気制御弁について示した図であり、図５（Ａ）は吸気制御弁を取出して示した図、図５（Ｂ）は吸気制御弁が全閉状態を形成したときを模式的に示した上面視図、図５（Ｃ）は指摘した問題の状態を模式的に示している図である。
[図６] 実施例２の吸気装置の動作を示した図であり、図６（Ａ）は全閉状態、図６（Ｂ）は全開状態、図６（Ｃ）は半開状態を示した図である。
[図７] 全閉状態を形成したとき、また半開状態を形成したときにより強いタンブル流を形成できる弁体の形状を説明するための図である。
[図８] 弁体に形成する切欠部の好ましい寸法比を示した図である。
[図９] 実施例３に係る吸気装置の変形例について示した図であり、図９（Ａ）は全閉状態、図９（Ｂ）は全開状態、図９（Ｃ）は半開状態を示した図である。
[図１０] 実施例４に係る吸気装置について示した図であり、図１０（Ａ）は全閉状態、図１０（Ｂ）は全開状態、図１０（Ｃ）は半開状態を示した図である。
[図１１] 流量とタンブル流の強さとの関係を示したグラフである。
発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気装置について説明する。

図１は実施例１に係る吸気装置１について示した図である。図１では図示していないが、吸気装置１は内燃機関の気筒側とインテークマニホルドとを接続する部分に配設されている。端部２が吸気装置１の気筒側の端部であり、インテークマニホルド側となる反対側の端部については詳細な図示は省略している。吸気流ＧＳは図示のようにインテークマニホルド側から気筒に向って流れることになる。なお、吸気通路は内燃機関のシリンダヘッド内に形成した吸気ポートとしてもよいが、これに限る必要はない。すなわち、本発明の吸気通路はインテークマニホルドの一部、或いは独立した吸気管として存在する形態であってもよい。以下で示す実施例は吸気通路を特に限定することなく説明する。また、この吸気装置１はタンブル流（縦渦流）ＴＡを形成する場合の吸気装置として説明する。

吸気装置１は吸気流ＧＳを流す中空の吸気通路３を有している。吸気通路３内には吸気制御弁１０が配置されている。吸気制御弁１０は、図示するように、配置する位置及びこれより下流側の内壁３ａが直線的である部分に設定するのが望ましい。吸気制御弁１０より下流の内壁３ａが平坦な直線状であれば、吸気流ＧＳの乱れを防止して気筒側に流し込むことができるのでより強いタンブル流ＴＡを形成できる。

上記吸気制御弁１０は、従来と同様に、板状の弁体１１と弁軸１２とにより形成されている。弁体１１は平板状の部材で形成されており、その外形は吸気通路３内の形状に応じて円形状、楕円形状、矩形形状等に形成する。また、この弁体１１は通路面積（吸気流ＧＳに垂直な横断面積）より大きめに形成することが好ましい。すなわち、弁体１１で吸気通路３内を閉じたときに、弁体１１が傾いた姿勢となるように形成することが好ましい。

図１は、弁体１１により吸気通路３内を閉じた全閉状態を例示している。ただし、本発明でいう全閉状態とは、通路面積を最も絞り、流量を抑えて圧力を上げた吸気流ＧＳを下流へ勢い良く流すことにより、最も強いタンブル流ＴＡを形成させる状態である。すなわち、全閉状態は吸気通路３を完全に閉じて吸気流ＧＳを止めることを意図するものでなく、弁体１１により吸気通路３内を最も絞ることである。

上記弁体１１は弁軸１２を中心に回動されている。本実施例の場合は、弁体１１の側部から外側に突出した軸部が弁軸１２となる。弁軸１２は弁体１１と一体的に形成されてもよいし、別体で形成してもよい。別体とする場合、弁体１１の側壁面に凹部を形成して、この凹部に弁軸１２となる円筒の軸部材を嵌入固定すればよい。

上記弁軸１２は吸気通路３側に設けた軸受１５に軸支されており、この軸受１５を中心に回動するように設定されている。そして、弁軸１２にはアクチュエータ１６からの回転力が伝達されている。アクチュエータ１６はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御装置）１７によって回動する方向や駆動量が制御されている。このＥＣＵ１７は図示しない内燃機関を制御するＥＣＵと兼用してもよい。この場合には、内燃機関の状態に応じてアクチュエータ１６を制御して吸気制御弁１０を所望の位置に回動させることができる。

上記吸気制御弁１０は、一見すると従来のバタフライ型の吸気制御弁と近似する構造となっている。しかし、この吸気制御弁１０は弁体１１に対する弁軸１２の位置、及び吸気通路３に対する弁軸１２の位置が従来のバタフライ型の吸気制御弁とは異なっている。この点を更に図２を参照して説明する。

図２（Ａ）は、図１で示す吸気装置１の吸気制御弁１０を取出して示した図であり、図２（Ｂ）は同様に吸気制御弁１０及び吸気通路３を取出して示した図である。なお、図２（Ａ）では右側に吸気制御弁１０の正面図（下流方向へ見た図）を例示してある。この例示では弁体１１を矩形形状とした場合を示している。

図２（Ａ）で示すように、吸気制御弁１０は弁体１１の中央位置ＣＬから長さＳ１だけ偏心した位置に弁軸１２が配置されている。よって、弁軸１２より上側が長さｄ１の長辺１１ＰＡとなり、弁軸１２より下側が長さｄ２の短辺１１ＰＢとなっている。そして、図２（Ｂ）で示すように、弁軸１２は吸気通路３の中心位置ＨＬから長さＳ２だけ偏心した位置ＰＬにて回動自在に支持されている。なお、弁体１１が図２（Ｂ）で示す全閉状態を形成したときには、長辺１１ＰＡの先端と吸気通路３の内壁３ａとの間に一定のスペースＳＰが形成されるように弁体１１が設計されている。

前述したように従来のバタフライ弁は、吸気通路の中心に弁軸が設定され、この弁軸を中央にして上下対称（或いは左右対称）に弁体が形成されているので、吸気流を片側に寄せることができずタンブル流形成が困難であった。この点を解消しているのが上記吸気制御弁１０である。

本実施例の吸気制御弁１０は、次の２個の条件を満たすように形成されている。まず（１）弁軸１２が弁体１１の中央位置ＣＬから偏心された位置にある、次に（２）吸気通路３に対しては中心位置ＨＬから偏心した位置で弁軸１２が支持されている。このような上記（１）及び（２）の条件を設定すると、基本構造をバタフライ型とする吸気制御弁を流用してタンブル流を形成できる。本実施例の吸気装置１は、弁体１１を回動することにより、全閉状態から全開状態を介して、半開状態を形成することができる。すなわち、全開状態を間にして、その前後で全閉状態と半開状態とを形成する。従来における一般的な吸気装置では、全閉状態と全開状態との間に半開状態がある（特許文献１の図３参照）。本実施例の吸気装置１は全開状態から全閉状態へ直接に移行させることができる。なお、上記２個の条件（１）、（２）いずれか一方だけを実行しても、全閉状態、全開状態及び半開状態の３状態を形成することができない。

さらに、吸気装置１の動作をまとめて説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、吸気装置１の動作を示した図であり、図３（Ａ）は全閉状態、図３（Ｂ）は全開状態、図３（Ｃ）は半開状態を示している。図３（Ａ）は図１に対応している。

図３（Ａ）で示す全閉状態では弁体１１の短辺１１ＰＢ側が吸気通路３の内壁３ａに当接（或いは、極めて接近）した状態となり吸気流を堰き止めた状態とする。このときに長辺１１ＰＡ側の先端にスペースＳＰが形成されるので強いタンブル流を形成できる。なお、短辺１１ＰＢが当接する位置にある内壁３ａは平坦でよい。

図３（Ａ）の状態から弁体１１を反時計方向に回動すると図３（Ｂ）で示す全開状態を形成できる。この状態は、吸気流ＧＳの流れ方向と弁体１１とが平行となり、吸気量を最も大きくした状態である。このときにはタンブル流が最も弱くなる。

そして、図３（Ｂ）の状態から弁体１１を更に反時計方向に回動すると図３（Ｃ）で示す半開状態を形成できる。このときには長辺１１ＰＡが吸気通路３の内壁３ａに当接（或いは、極めて接近）した状態となる。このときには短辺１１ＰＢ側が吸気流ＧＳを規制するように突出するが図３（Ａ）で示す長辺１１ＰＡの場合とは異なり短辺１１ＰＢの先端と内壁３ａとの間のスペースは大きくなるので中程度のタンブル流を形成できる。なお、長辺１１ＰＡが当接する位置にある内壁３ａについても平坦でよい。

ところで、弁体１１は全閉状態を形成したときに吸気流ＧＳから最も大きな圧力を受けることになる。よって、全閉状態のときに弁体１１に作用する負荷を軽減するのが好ましい。本実施例ではこのような観点も踏まえて弁体１１を配置している。図３（Ａ）と図３（Ｃ）を比較すると、図３（Ａ）の全閉状態を形成するときに弁体１１の長辺１１ＰＡ側がその端部で吸気流ＧＳを規制する状態で下流側に傾斜され、また図３（Ｃ）の半開状態を形成するときには弁体１１の短辺１１ＰＢ側がその端部で吸気流ＧＳを規制する状態で上流側に向けて傾斜されている。吸気流ＧＳから最も大きな圧力を受ける全閉状態のときに、弁体１１の長辺１１ＰＡ側を吸気流ＧＳの流れに沿うように下流側に向けて傾斜しておけば吸気流ＧＳを弁体１１の表面に沿って誘導しスペースＳＰを介して下流側へ流すことができる。よって、全閉状態を形成したときに弁体１１に作用する負荷を軽減できる。

以上説明した実施例１に係る吸気装置１は、バタフライ型の吸気制御弁を基本とした新規な吸気制御弁１０を備えているので、弁体１１を回動するだけで全閉状態から全開状態を介して半開状態を形成できる。よって、所望のタンブル流を形成して内燃機関の燃焼効率や出力の向上を図ることができる。上記吸気制御弁１０は弁体１１に設ける弁軸１２の位置を偏心させ、吸気通路３に対しても中心から弁軸１２を偏心させるとう簡単な構造で実現できる。よって、吸気装置１はコストの上昇を伴うことなく簡易に製造できる。また、吸気制御弁１０は基本型がバタフライ型であるので、片持ち型と比較して保持トルクを小さくできる。よって、アクチュエータ１６の小型化を図ることができる。

更に、本発明の実施例２に係る吸気装置を図を参照して説明する。図４は実施例２に係る吸気装置２０について示した図である。この図４は、実施例１の図１の吸気装置１と同様に吸気装置２０を示している。この図４では実施例１の吸気装置１と同じ部位に同一の符号を付すことで、重複する説明を省略することとする。

吸気装置２０の吸気制御弁３０も、弁体３１の中央位置から偏心した位置に弁軸３２が設定され、吸気通路３の中心位置から偏心した位置で弁軸３２が支持されている。よって、吸気制御弁３０の場合も弁軸３２より上側が長辺３１ＰＡとなり、下側が短辺３１ＰＢとなる。

図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は吸気制御弁３０について示した図であり、図５（Ａ）は吸気制御弁３０を取出して示した図、図５（Ｂ）は吸気制御弁３０が全閉状態を形成したときを模式的に示した上面視図である。

吸気制御弁３０の弁体３１が切欠部３３を備えている点が、前述した実施例１の吸気制御弁１０とは異なっている。具体的には、図５（Ａ）で示すように、弁体３１の長辺３１ＰＡ側の先端部に略矩形状の切欠部３３が形成されている。このように先端部に切欠を設けると全閉状態（図４参照）を形成したときに、吸気通路３内の流路幅ＷＴ（吸気流ＧＳが通過する幅）を狭くした（絞った）構造とすることができる。これにより下流の気筒へ向けてより強い吸気を流し込むことができる。よって、実施例２の吸気装置２０は、上記実施例１の吸気装置１と比較して、より強いタンブル流を形成して内燃機関の燃焼効率や出力の向上を更に図ることができる。よって、内燃機関の冷間始動時などのように排気エミッションが悪化し易いときに、より強いタンブル流を形成して燃費向上とエミッションの改善を図ることができる。

しかし、上記のように長辺３１ＰＡの先端部に切欠部３３を形成した場合の弁体３１は、図５（Ａ）で示すように両側に角状に立ち上がった部分（以下、角部３４Ｒ、３４Ｌと称する）を有した形状となる。よって、弁体３１を反転させて半開状態を形成したときには、角部３４Ｒ、３４Ｌが内壁３ａに当接する。ここで内壁３ａが直線的であると切欠部３３が隙間として作用するので、この切欠部３３を介して吸気流が下流側へ流れてしまう。図５（Ｃ）は、比較例として、ここで指摘した問題の状態を模式的に示している。なお、この図５（Ｃ）は切欠部３３を確認し易いようにハッチングを付してある。この図で示すように、半開状態を形成したときに切欠部３３を介して吸気流が下流へ漏れてしまうのでは、全閉状態を形成したときに強いタンブル流を形成しても、その効果が半減或いは無意味なものになる。そこで、本実施例２の吸気装置２０には、半開状態を形成したときに切欠部３３を介して吸気流が下流へ流れないように遮断する吸気流遮断構造が設けてある。

吸気流遮断構造は、例えば弁体３１が半開状態を形成するため回動したときに、角部３４Ｒ、３４Ｌを収納する溝部を吸気通路３の内壁３ａに設けることで実現される。図５（Ｂ）を参照して、より具体的に説明する。図５（Ｂ）は、弁体３１が半開状態を形成したときの上面視図である。吸気通路３の内壁３ａには、角部３４Ｒ、３４Ｌが当接する箇所に凹状の溝部３５Ｒ、３５Ｌが形成されている。これらの溝部３５Ｒ、３５Ｌは、少なくとも角部３４Ｒ、３４Ｌを収納できる幅と十分な深さをもって設定されている。具体的には、角部３４Ｒ、３４Ｌの間に存在する切欠の直線部分３３ＣＡが、内壁３ａ表面に当接するように溝部３５Ｒ、３５Ｌの深さが設定してある。

以上の構成を備えた吸気装置２０の動作をまとめて説明する。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、吸気装置２０の動作を示した図であり、図６（Ａ）は図４と対応する全閉状態、図６（Ｂ）は全開状態、図６（Ｃ）は半開状態を示している。なお、各図の右側には、下流方向へ見たときの弁体３１の姿勢を示してある。

図６（Ａ）で示す全閉状態では弁体３１の短辺３１ＰＢ側が吸気通路３の下側の内壁３ａに当接して吸気流ＧＳを堰き止める状態となる。このときに長辺３１ＰＡ側の先端には切欠部３３が形成されているので、吸気流ＧＳの流路幅を狭めて強いタンブル流を形成できる。

図６（Ａ）の全閉状態から弁体１１を反時計方向に回動すると図６（Ｂ）で示す全開状態を形成できる。この状態は、吸気流ＧＳの流れ方向と弁体１１とが平行となり、吸気量を最も大きくできる。このときにはタンブル流が最も弱くなる。この全開状態は実施例１の吸気装置１と同様である。

そして、図６（Ｂ）の状態から弁体３１を更に反時計方向に回動すると図６（Ｃ）で示す半開状態を形成できる。このときには長辺３１ＰＡ先端の角部３４Ｒ、３４Ｌは、吸気通路３に形成した溝部３５Ｒ、３５Ｌに収納することができる。これにより長辺３１ＰＡ側の先端部に切欠部３３を有する構造であっても、半開状態を形成するときには吸気流を漏らすことなく止めることができる。よって、実施例１の吸気装置１の場合と同様に、短辺１１ＰＢ側が吸気流ＧＳを規制するように突出して中程度のタンブル流を形成できる。

以上で説明したように、本実施例２の吸気装置２０は長辺３１ＰＡの先端部に切欠部３３を備えるので、図６（Ａ）で示す全閉状態を形成したときには実施例１の吸気装置１よりも強いタンブル流を形成できる。そして、半開状態を形成するときには、角部３４Ｒ、３４Ｌは、吸気通路３の内壁に設けた溝部３５Ｒ、３５Ｌに収納されるので実施例１の場合と同様に半開状態も形成できる。

更に、図７及び図８を参照して、上記弁体３１の好ましい形状について説明する。本願発明者は、強いタンブルを形成するための弁体の形状を実験的に確認したのでこの点ついて説明する。図７は、全閉状態を形成したとき、また半開状態を形成したときにより強いタンブル流を形成できる弁体の形状を説明するための図である。

まず、全閉状態を形成するのに好ましい弁体について説明する。図７の上段には、左側に実施例２の弁体３１に相当する先端に切欠部を有する凹形状、右側に実施例１の弁体１１に相当する先端がフラットな形状が図示してある。ここでは、吸気流が通過する流路面積ＳＱが同一になるように設定してある。

中段で示しているグラフは、下段に示す切欠部の幅比率（Ａ／Ｂ）を変化させたときの全開時タンブルの変化をまとめたものである。なお、このグラフは半開時タンブルについても合わせて示している。全開に係るタンブル強度表示は左側で、実線ＳＬにより結果が示されている。また、半開に係るタンブル強度表示は右側で、破線ＢＬにより結果が示されている。

図７により、全閉状態を形成する場合には、弁体の先端部に切欠を形成した方がより強いタンブル流を形成できることを確認できる。切欠部におけるＡの長さを相対的に長くして８０％を超えるような状態、すなわち図７上段右のフラット形状に近い形状にするとタンブル強度が著しく低下する。よって、この図７から実施例２の切欠部３３を有する弁体３１でより強いタンブルを形成できることが理解できる。ただし、Ａの長さが５０％未満となる場合は、幅が狭く深い切欠が形成されてタンブル流が徐々に弱くなる。よって、幅比率（Ａ／Ｂ）を５０〜７０％とするのが好ましい。

更に、半開状態を形成したときに強いタンブル流を形成するための条件を確認する。この場合は、前述したように、右側のタンブル強度表示と破線ＢＬにより結果が示されている。破線ＢＬから確認できるように、半開状態を形成するときは弁体の端部はフラット形状であることが好ましいことが確認できる。前述した実施例２の弁体３１は長辺３１ＰＡの先端部に形成した切欠部３３を備え、短辺３１ＰＢ側の端部はフラット形状である。よって、弁体３１が最適な形状となっていることが理解できる。

さらに、本願発明者は切欠部の好ましい寸法比（幅ＷＬと深さＤＬとの比）を実験的に確認している。図８は、弁体に形成する切欠部の好ましい寸法比を示した図である。ＷＬ：ＤＬ＝１５：１〜５：１に設定するとより強いタンブルを形成できる。

上記実施例はタンブル流を形成する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、吸気通路３の軸心回りに弁軸１２を９０度回転させるだけで、スワール流（横渦流）を形成させる吸気装置に変更できる。

更に、本発明の実施例３に係る吸気装置を説明する。

本実施例に係る吸気装置の吸気制御弁も、弁体の中央位置から偏心した位置に弁軸が設定され、吸気通路の中心位置から偏心した位置で弁軸が支持されている。よって、本実施例に係る吸気制御弁の場合も弁軸より上側が長辺となり、下側が短辺となる。

弁体は、全閉状態から、時計方向に回転することにより、全開状態を形成し、全開状態から更に時計方向に回転することによって、半開状態を形成する。

吸気装置の内壁には、弁軸が配置された位置よりも上流側であって、弁体が半開状態を形成する際に角部が当接する箇所に当接面が形成されている。当接面は、半開状態を形成する弁体と略平行となるように形成されている。当接面は、弁体が半開状態を形成したときに、切欠部を介して吸気流が下流へ流れないように遮断する吸気流遮断構造として機能する。

弁体は、半開状態において、吸気流の流れに沿うように、当接面によって吸気流が遮断される長辺の先端が上流側を向き、吸気流の通過を許容する短辺の先端が下流側を向くように、吸気流の流れ方向に対して傾斜する。弁体がこのような状態で半開状態を形成することができるのは、実施例２に係る吸気装置２０と異なり、吸気流遮断構造が、弁軸よりも上流側に位置する内壁に形成されているからである。従って、長辺の先端から、短辺の先端へと吸気流を案内するように、吸気の流れ方向に対して傾斜しているので、半開状態において、長辺の先端側に向かって流れた吸気を、スムーズに短辺の先端側へと案内することができる。これにより、半開状態における圧力損失の発生を防止できる。

また、当接面にオイルや水が溜まった場合であっても、当接面は、当接面よりも上流側及び下流側の内壁の傾斜角度に対して緩やかに傾斜しているので、弁体を全開状態とすることにより、内壁側にも吸気流が流れ、当接面に溜まったオイルや水を下流側に流すことができる。

また、吸気装置は、全閉状態及び半開状態において、弁体を各状態に維持するためのストッパを設けることができる。従って、全開状態及び半開状態での弁体の角度位置のばらつきを抑制できるので、全閉状態及び半開状態でのタンブル流の強さの変動も抑制できる。これにより、燃焼状態のばらつきを抑制できる。

次に、実施例３の吸気装置の変形例について説明する。図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施例３に係る吸気装置の変形例について示した図である。図９（Ａ）は全閉状態、図９（Ｂ）は全開状態、図９（Ｃ）は半開状態を示している。

弁体５１ａは、長辺５１ＰＡの先端に切欠部が形成されておらず、フラットな形状となっている。また、内壁３ａには、上述した吸気流遮断構造は採用されていない。長辺５１ＰＡの先端部の形状がフラットであるため、図９（Ｃ）に示した半開状態を形成する場合であっても、長辺５１ＰＡの先端部と内壁３ａとの隙間から吸気流が漏れることが抑制されるからである。
また、吸気流遮断構造を採用しないことにより、全開状態においての吸気の流量を増やすことができる。
実施例４

本発明の実施例４に係る吸気装置を図を参照して説明する。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例４に係る吸気装置６０について示した図である。この図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施例１の図１の吸気装置１と同様に吸気装置６０を示している。この図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では実施例１の吸気装置１と同じ部位に同一の符号を付すことで、重複する説明を省略することとする。また、図１０（Ａ）は全閉状態、図１０（Ｂ）は全開状態、図１０（Ｃ）は半開状態を示している。なお、各図の右側には、下流方向へ見たときの弁体５１の姿勢を示してある。

実施例４に係る弁体７１は、図１０（Ａ）に示すように、実施例１に係る１１と異なり、弁軸７２が、中心位置ＨＬよりも内壁３ｂ側に偏心した位置で回動自在に支持されている。また、長辺７１ＰＡの先端は、切欠部は形成されておらず、フラットに形成されている。

また、図１０（Ａ）に示すように、弁体７１が全閉状態を形成するときに、短辺７１ＰＢの先端が内壁３ｂ側を向き、長辺７１ＰＡの先端が、弁軸７２よりも下方の内壁３ａと当接する。全閉状態から弁体７１が反時計方向に回動することにより全開状態が形成され、さらに反時計方向に回動することにより半開状態が形成される。図１０（Ｃ）に示すように、弁体７１が半開状態を形成する際には、長辺７１ＰＡの先端が、弁軸７２よりも上方の内壁３ｂに当接し、短辺７１ＰＢの先端が内壁３ａ側を向く。従って、弁体７１は、全閉状態において、上方の内壁３ｂに沿って流れるように吸気流を絞り、半開状態においては下方の内壁３ａに沿って流れるように吸気流を絞る。

次に、図１１を参照して、全閉状態及び半開状態における、吸気通路３の下方の内壁３ａ、及び上方の内壁３ｂ側に吸気流を絞って流したときの、タンブル流の強さについて説明する。本願発明者は、全閉状態及び半開状態のそれぞれにおいて、内壁３ａに沿って吸気を流した場合と、内壁３ｂに沿って吸気を流した場合とで、タンブル流の強さがどのように変化するか比較実験を行った。

図１１は、縦軸に流量を示し、横軸にタンブル流の強さを示したグラフである。このグラフには、吸気流を上方側の内壁３ｂに沿って流した場合の流量とタンブル流の強さとの関係を破線で示しており、吸気流を下方側の内壁３ａに沿って流した場合の流量とタンブル流の強さとの関係を実線で示している。尚、便宜的に、内壁３ｂに沿って吸気流を流す場合を、上流しと称し、内壁３ａに沿って吸気流を流す場合を下流しと称する。

図１１に示すように、流量が多い場合には、上流しの場合よりも下流しの場合の方がタンブル流は強くなることがわかる。また、流量が絞られ、弁体が半開状態を形成するときの流量において比較すると、図１１に示すように、上流しの場合よりも、下流しの場合の方が、タンブル流が強くなることが確認できる。また、更に流量を絞り、弁体が全閉状態を形成するときの流量において比較すると、上流しでのタンブル流の強さと、下流しでのタンブル流の強さとが逆転し、下流しの場合よりも、上流しの場合の方がタンブル流が強くなることが確認できる。

このように、全閉状態及び半開状態の双方において、より強いタンブル流を形成するためには、半開状態においては、下流しを実施し、全閉状態においては、上流しを実施することが好ましい。

以上のように、実施例４に係る吸気装置６０は、全閉状態及び半開状態の双方において、より強いタンブル流を形成することができる。従って、半開状態においても、強いタンブル流を生成することができるので、パーシャルスロット時の燃費が向上する。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims (2)

1. 吸気通路内に、弁軸を中心に回動する弁体を配置して吸気流を調整する内燃機関の吸気装置において、
   前記弁軸が前記弁体の中央位置から偏心された位置にあると共に、前記吸気通路に対しては当該吸気通路の中心位置から偏心した位置で支持され、
   前記弁体が回動したときに、全閉状態から全開状態を介して半開状態を形成し、
   前記弁体は先端部に、前記全閉状態を形成したときに前記吸気流の流路幅を狭めて気筒内へ流入させる切欠部を有し、
   前記半開状態を形成するため、前記弁体が反転して前記吸気通路の内壁に当接したときに、前記切欠部を介して前記吸気流が下流へ流れないように遮断する吸気流遮断構造が前記吸気通路に設けてある、ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記吸気流遮断構造は、前記弁軸よりも上流側に形成されており、
   前記弁体は、前記半開状態を形成するときに、前記吸気流遮断構造によって前記吸気流が遮断された前記弁体の遮断側から、前記吸気流の通過を許容する前記弁体の開放側へと前記吸気流を案内するように、前記吸気の流れ方向に対して傾斜する、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。

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