JP5861586B2 - 渦流発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室にタンブル流やスワール流等の渦流を発生させる渦流発生装置に関するものである。

従来から、渦流発生装置では、渦流を発生させない状態において弁体が吸気路の中央等に存在しないようにすることで圧力損失の低減を可能とするロータリー式の弁体を採用するものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、従来の渦流発生装置１００は、図７および図８に示すように、吸気路１０１に吸入空気を吹き出すノズル１０２と、ノズル１０２の吹出し口１０３を開閉するロータリー式の弁体１０４とを備える。ノズル１０２は、吸気路１０１を構成する筒状空洞１０５に同軸的に収容され、筒状空洞１０５に吸入空気を吹き出す。また、弁体１０４は、吹出し口１０３の口縁１０６を下流側から覆うように公転駆動される弁部１０７、および公転中心をなすシャフト１０８と弁部１０７とを連結するサイドプレート１０９を有する。

そして、弁体１０４は、弁部１０７を目標とする状態まで公転させて吸入空気の吹出し流を吹出し口１０３の一部周辺に絞って偏らせることで、燃焼室（図示せず。）に渦流を発生させる。
なお、サイドプレート１０９は、弁部１０７と一体となってコの字状を呈するように弁部１０７の両端に１枚ずつ設けられ、ノズル１０２の外側で回転駆動される。

ここで、口縁１０６は、弁部１０７の公転軌道面に沿って略面一となるように設けられている。そして、渦流発生装置１００は、弁部１０７を口縁１０６に沿い下流側で公転させることで、吹出し口１０３を絞らない全開状態と吹出し口１０３を最も絞る全閉状態との間で、吹出し流の絞り方を調節して渦流を制御する（以下、吹出し口１０３や口縁１０６の方向に関し、全閉状態において吹出し流が偏る側を一方側と呼び、吹出し流が偏る側と反対側であって弁部１０７の出入り口１１０が存在する側を他方側と呼ぶ。）。
また、ノズル１０２や弁部１０７が収容される筒状空洞１０５は、燃焼室直近の上流側に配置するものであり、例えば、インテークマニホールド１１１の分岐管の内周である。

ところで、近年のインテークマニホールド１１１は、軽量化やコストダウンのため樹脂を素材として設けられている。このため、本来、全閉状態等における吹出し流以外の吸入空気の漏れを阻止する点で無用に隙間を設定しないことが理想的であるものの、樹脂の膨張収縮を考慮して各部に隙間を設定している。

しかし、各部に隙間を設定することにより、全閉状態等において吹出し流以外の空気の漏れによって以下のような吹出し流の撹乱が発生する。
例えば、全閉状態では、弁部１０７と口縁１０６との隙間１１３から漏れた空気が、さらにサイドプレート１０９とノズル１０２の外壁との間の隙間１１４を通り、ノズル１０２の外壁と筒状空洞１０５の内壁との隙間１１５に進入する。そして、隙間１１５に進入した空気は、口縁１０６の下流端と筒状空洞１０５側の段との隙間１１６や、弁部１０７と筒状空洞１０５側の軌道沿面１１７との隙間１１８から、吹出し流に吸引されて弁部１０７の下流側に流れ込む。

より詳細に説明すると、隙間１１５の内、一方側に形成された領域に進入した空気は、隙間１１６から弁部１０７の下流側に流れ込み、他方側に形成された領域に進入した空気は、隙間１１８から弁部１０７の下流側に流れ込む（以下、隙間１１５の内、一方側に形成された領域における空気の流れを一方側漏れ流（図８（ａ）参照。）と呼び、他方側に形成された領域における空気の流れを他方側漏れ流（図示せず。）と呼ぶ。）。

この結果、吹出し流は、隙間１１６から流れ込んだ一方側漏れ流に撹乱され、渦流の形成に支障が発生する。さらに、各部の隙間１１３〜１１６等は、樹脂の膨張収縮に応じて変動するため、吹出し流の撹乱状況も変動し、渦流の状態も変動して安定しない（なお、他方側漏れ流は吹出し流から離れて弁部１０７の下流側に流れ込むことができるので、他方側漏れ流が吹出し流に与える影響はさほど大きくない。）。

特許第４８８５４１号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、吸気路に吸入空気を吹き出すノズルと、ノズルの吹出し口を開閉するロータリー式の弁体とを備える渦流発生装置において、ノズルからの吹出し流の撹乱を抑制して渦流を安定させることにある。

第１の発明の渦流発生装置は、以下のようなノズルおよび弁体を備える。
まず、ノズルは、内燃機関の燃焼室に通じる吸気路を構成する筒状空洞に同軸的に収容され、筒状空洞に吸入空気を吹き出す。次に、弁体は、ノズルの吹出し口の口縁を下流側から覆うように公転駆動される弁部を有し、弁部を目標とする状態まで公転させて吸入空気の吹出し流を吹出し口の一部周辺に絞って偏らせることで、燃焼室に渦流を発生させる。

また、渦流発生装置は、吹出し口の口縁を弁部の公転軌道面に沿って略面一となるように設け、弁部を吹出し口の口縁に沿い下流側で公転させることで、吹出し口を絞らない全開状態と吹出し口を最も絞る全閉状態との間で、吹出し流の絞り方を調節して渦流を制御する。
そして、吹出し口の口縁には、全閉状態のときでも弁部により下流側から覆われない全閉時露出部位が存在し、さらに、全閉時露出部位には、上流側に後退して公転軌道面に沿わない後退部位が存在する。

これにより、一方側漏れ流（図８（ａ）参照。）を弁部の上流側でノズル内の吸入空気の流れに合流させたり、一方側漏れ流の発生を阻止したりすることができる。このため、一方側漏れ流が吹出し流を撹乱する状態を解消することができるので、ノズルからの吹出し流の撹乱を抑制して渦流を安定させることができる。

また、第１の発明に従属する第２の発明によれば、後退部位は、吹出し口の口縁の内、弁部の公転軌道面に沿って略面一となっている非後退部位の上流端よりも上流側まで後退している。
これにより、全閉状態と全開状態との間の任意の閉状態においても、一方側漏れ流を弁部の上流側でノズル内の吸入空気の流れに合流させたり、一方側漏れ流の発生を阻止したりすることができる。このため、全閉状態以外の閉状態においても、一方側漏れ流が吹出し流を撹乱する状態を解消することができる。

渦流発生装置を含むインテークマニホールドの部分斜視図である（実施例）。 （ａ）は図１のＩ−Ｉで切断した斜視図により渦流発生装置の全閉状態を示す部分斜視図であり、（ｂ）は図１のＩ−Ｉで切断した斜視図により渦流発生装置の全開状態を示す部分斜視図である（実施例）。 渦流発生装置の全閉状態を示す断面図である（実施例）。 渦流発生装置の全閉状態を示す正面図である（実施例）。 渦流発生装置の全開状態を示す断面図である（実施例）。 渦流発生装置の全開状態を示す正面図である（実施例）。 （ａ）は渦流発生装置の全閉状態を示す断面図であり、（ｂ）は渦流発生装置の全閉状態を示す正面図である（従来例）。 （ａ）は図７（ａ）の部分拡大図であり、（ｂ）は図７（ｂ）の部分拡大図である（従来例）。

実施形態の渦流発生装置を実施例に基づき説明する。

〔実施例の構成〕
実施例の渦流発生装置１の構成を、図１〜図６を用いて説明する。
渦流発生装置１は、例えば、内燃機関の燃焼室（図示せず。）にタンブル流を発生させるものであり、渦流発生装置１の弁体２は、タンブル流を発生させない状態において吸気路３の中央等に存在しないようにすることで、圧力損失の低減を可能とするロータリー式である。

すなわち、渦流発生装置１は、吸気路３に吸入空気を吹き出すノズル４と、ノズル４の吹出し口５を開閉するロータリー式の弁体２とを備え、例えば、燃焼室直近の上流側に配置されるインテークマニホールド６の分岐管内に設けられる。なお、インテークマニホールド６は、軽量化やコストダウンのため樹脂を素材として設けられている。また、弁体２は金属を素材として設けられ、ノズル４は樹脂または金属を素材として設けられている。

まず、ノズル４は、インテークマニホールド６の分岐管の内周（以下、筒状空洞８と呼ぶ。）に同軸的に収容され、筒状空洞８に吸入空気を吹き出す。
また、弁体２は、吹出し口５の口縁９を下流側から覆うように公転駆動される弁部１０、および公転中心をなすシャフト１１と弁部１０とを連結するサイドプレート１２を有する。そして、弁体２は、弁部１０を目標とする状態まで公転させて吸入空気の吹出し流を吹出し口５の一部周辺に絞って偏らせることで、燃焼室にタンブル流を発生させる。

なお、サイドプレート１２は、弁部１０と一体となってコの字状を呈するように弁部１０の両端に１枚ずつ設けられ、ノズル４の外側で回転駆動される。また、弁部１０を公転駆動したり、サイドプレート１２を回転駆動したりするためのトルクは、インテークマニホールド６において分岐管が並ぶ方向の一端に配置されるアクチュエータ１３により得られる。

ここで、吹出し口５の口縁９は、弁部１０の公転軌道面に沿って略面一となるように設けられている。
そして、渦流発生装置１は、弁部１０を口縁９に沿い下流側で公転させることで、吹出し口５を絞らない全開状態と吹出し口５を最も絞る全閉状態との間で、吹出し流の絞り方を調節してタンブル流を制御する（以下、吹出し口５や口縁９の方向に関し、全閉状態において吹出し流が偏る側を一方側と呼び、吹出し流が偏る側と反対側であって弁部１０の出入り口１４が存在する側を他方側と呼ぶ。）。

〔実施例の特徴〕
実施例の渦流発生装置１の特徴を説明する。
まず、口縁９は、上流側に後退して公転軌道面に沿わない後退部位１６と、弁部１０の公転軌道面に沿って略面一となっている非後退部位１７とからなる。また、口縁９には、全閉状態のときでも弁部１０により下流側から覆われない全閉時露出部位１８が存在し、全閉時露出部位１８には、後退部位１６が存在する。なお、本実施例では、後退部位１６と全閉時露出部位１８とが略一致している。また、後退部位１６には、吸入空気の流れに平行な吸気流平行部１９が含まれている。そして、後退部位１６は、非後退部位１７の上流端１７ａよりも大きく上流側まで後退している。

このため、ノズル４内は、後退部位１６の上流端よりも下流側の大部分が一方側に開放され、ノズル４の吸入空気の流れに垂直な断面はコの字状を呈する。この結果、例えば全閉状態において弁部１０の上流側では、吸気路３は、一方側を筒状空洞８の一方側内壁２１により区画され、他方側および側方をノズル４により区画されている。

また、ノズル４の他方側の部分と筒状空洞８の他方側内壁２２との間には弁部１０を収容するための収容空間２３が形成され、全開状態において、弁部１０は完全に収容空間２３に収容されて吸気路３に存在しなくなる。なお、収容空間２３を形成する他方側内壁２２の内、下流寄りの部分は、弁部１０の公転軌道面に沿う軌道沿面２４をなす。そして、軌道沿面２４の下流縁と上流縁１７ａとにより、弁部１０の出入り口１４が形成されている。さらに、ノズル４の側方部分と筒状空洞８の側方内壁２５との間にはサイドプレート１２が回転するための回転隙間２６が設けられている。

ここで、渦流発生装置１では、樹脂の膨張収縮に伴う変形を考慮して種々の隙間が設けられている。すなわち、弁部１０と口縁９との間には隙間２８が設けられている。また、回転隙間２６では、サイドプレート１２とノズル４の側方部分との間、および、サイドプレート１２と側方内壁２５との間にそれぞれ隙間２９、３０が設けられ、収容空間２３では、弁部１０と軌道沿面２４との間に隙間３１が設けられている。

以上により、全閉状態では、吹出し流が吹出し口５の一方側に絞られて偏り、燃焼室にタンブル流が発生する。また、隙間２８から漏れた空気は、例えば、隙間２９を通って、再度、ノズル４内に戻ったり、収容空間２３に進入したりする。また、収容空間２３に進入した空気は、隙間３１から弁部１０の下流側に流れ込み、吹出し流に合流する。

〔実施例の効果〕
実施例の渦流発生装置１によれば、ノズル４の吹出し口５の口縁９には、全閉状態のときでも弁部１０により下流側から覆われない全閉時露出部位１８が存在し、さらに、全閉時露出部位１８は、上流側に後退して弁部１０の公転軌道面に沿わない後退部位１６の一部をなす。
これにより、従来の渦流発生装置１００で発生していた一方側漏れ流（図８（ａ）参照。）の発生を阻止することができる。このため、一方側漏れ流が吹出し流を撹乱する状態を解消することができるので、ノズル４からの吹出し流の撹乱を抑制してタンブル流を安定させることができる。

また、後退部位１６は、非後退部位１７の上流端１７ａよりも大きく上流側まで後退している。
これにより、全閉状態と全開状態との間の任意の閉状態においても、一方側漏れ流の発生を阻止することができる。このため、全閉状態以外の閉状態においても、一方側漏れ流が吹出し流を撹乱する状態を解消することができる。

〔変形例〕
渦流発生装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の渦流発生装置１によれば、後退部位１６と全閉時露出部位１８とが略一致するものであったが、このような態様に限定されず、例えば、全閉時露出部位１８に非後退部位１７を含ませ、全閉時露出部位１８を後退部位１６と非後退部位１７とにより構成してもよい。
また、実施例の渦流発生装置１は燃焼室にタンブル流を発生させるものであったが、燃焼室にスワール流を発生させてもよい。

１ 渦流発生装置 ２ 弁体 ３ 吸気路 ４ ノズル ５ 吹出し口 ８ 筒状空洞 ９ 口縁 １０ 弁部 １６ 後退部位

Claims (2)

1. 内燃機関の燃焼室に通じる吸気路（３）を構成する筒状空洞（８）に同軸的に収容され、この筒状空洞（８）に吸入空気を吹き出すノズル（４）と、
   このノズル（４）の吹出し口（５）の口縁（９）を下流側から覆うように公転駆動される弁部（１０）を有し、この弁部（１０）を目標とする状態まで公転させて吸入空気の吹出し流を前記吹出し口（５）の一部周辺に絞って偏らせることで、前記燃焼室に渦流を発生させる弁体（２）とを備え、
   前記吹出し口（５）の口縁（９）を前記弁部（１０）の公転軌道面に沿って略面一となるように設け、前記弁部（１０）を前記吹出し口（５）の口縁（９）に沿い下流側で公転させることで、前記吹出し口（５）を絞らない全開状態と前記吹出し口（５）を最も絞る全閉状態との間で、吹出し流の絞り方を調節して渦流を制御する渦流発生装置において、
   前記吹出し口（５）の口縁（９）には、前記全閉状態のときでも前記弁部（１０）により下流側から覆われない全閉時露出部位（１８）が存在し、
   さらに、全閉時露出部位（１８）には、上流側に後退して前記公転軌道面に沿わない後退部位（１６）が存在することを特徴とする渦流発生装置。
2. 請求項１に記載の渦流発生装置において、
   前記後退部位（１６）は、前記吹出し口（５）の口縁（９）の内、前記弁部（１０）の公転軌道面に沿って略面一となっている非後退部位（１７）の上流端よりも上流側まで後退していることを特徴とする渦流発生装置。