JP7013788B2 - 内燃機関の吸気装置および吸気制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置および吸気制御弁に関し、特に、回動軸の軸線回りに回動することにより吸気の流れを制御する弁体を有する内燃機関の吸気装置および吸気制御弁に関する。

従来、回動軸の軸線回りに回動することにより吸気の流れを制御する弁体を有する内燃機関の吸気装置および吸気制御弁が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、燃焼室に接続される吸気通路と、吸気通路を開閉可能な吸気制御弁と、開弁時において吸気制御弁を収容するカートリッジと、吸気制御弁の一端部を回動可能に支持する弁軸とを備える内燃機関の吸気装置が開示されている。そして、吸気制御弁は、弁軸から径方向に突出するとともに、軸線方向に沿って延びる平板形状となっていると考えられる。

ここで、上記特許文献１に記載の内燃機関の吸気装置では、吸気制御弁は、開弁時において吸気通路の内面と面一となる。また、吸気制御弁が吸気通路の内面と面一となる開弁状態から、吸気通路の吸気の流れ方向とは反対側に回動することにより、吸気制御弁が吸気通路を閉じる閉弁状態になる。閉弁状態において、吸気制御弁と吸気通路の内面との間に吸気が流通する開口部が形成される。

このように、吸気通路の流路断面積を小さくすることにより、吸気制御弁よりも下流側の吸気の流速が大きくなるので、燃焼室に流入する吸気において、タンブルを発生させることが可能となる。

一方、開口部から燃焼室に流れる吸気により発生する負圧に起因して、吸気制御弁の裏側において開口部から燃焼室への吸気を妨げるはくり渦が生じる。また、上記特許文献１に記載された内燃機関の吸気装置では、吸気制御弁の開口部側の端部から開口部に流入する吸気の流れは、平板形状の吸気制御弁に沿って上向きに導かれることによって、吸気ポートの吸気流れ方向よりも上向きの流れとなっている。ここで、吸気の流れが吸気ポートの吸気流れ方向よりも上向きの流れとなることにより、吸気が吸気ポートの上面に衝突する。さらに、吸気の流れが吸気ポートの吸気流れ方向よりも上向きの流れとなることにより、開口部から燃焼室に流れる吸気により発生する負圧の領域が大きくなる。そして、負圧の領域が大きくなることにより、はくり渦が、開口部に流入する空気の流れが吸気ポートの流れ方向に沿う方向に平行な場合よりも大きくなる。

特許４４８５５４１号公報

このように、上記特許文献１に記載の内燃機関の吸気装置では、吸気が吸気ポートの上面に衝突するので、開口部を通過して大きくなった吸気の流速が小さくなってしまうという不都合がある。さらに、大きくなったはくり渦により開口部の下流側の吸気の流れが阻害されるので、開口部を通過して大きくなった吸気の流速が小さくなってしまうという不都合がある。これらのため、上記特許文献１に記載の内燃機関の吸気装置では、閉弁時において、燃焼室に流入するタンブル（縦渦）が減少するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、閉弁時において、タンブルを減少させにくくすることが可能な内燃機関の吸気装置および吸気制御弁を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における内燃機関の吸気装置は、内燃機関の燃焼室に連通され、燃焼室に吸気を供給する吸気通路と、吸気通路に設けられ、回動軸の軸線回りに回動することにより吸気の流れを制御する弁体を有する吸気制御弁と、吸気通路に設けられ、開弁時において弁体が収容される弁体収容部とを備え、弁体収容部は凹状の円弧状に形成されるとともに、開弁時において、弁体の下面は凹状の弁体収容部に対応する凸状の円弧状に形成されており、回動軸の軸線方向に直交する方向の断面では、閉弁時における吸気通路の内面との間に開口部を形成する弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されており、弁体の開口部形成面は、閉弁時において、吸気通路の内面との間に開口部を形成する凹状の切欠部の表面に構成されており、凹状の切欠部の表面は、底面部と、回動軸の軸線方向に沿う方向に対向する一対の内側面部とを有し、第１丸形形状部は、少なくとも底面部の閉弁時における吸気上流側の縁部に形成されており、第１丸形形状部は、底面部に加えて、一対の内側面部の閉弁時における吸気上流側の両縁部にも形成されている。

この発明の第１の局面による内燃機関の吸気装置では、上記のように、弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されている。これにより、弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に至った吸気の流れ方向のうちの上方に向かおうとする吸気の流れが第１丸形形状部に沿って吸気の流れ方向に向かって滑らかに曲げられるので、開口部を通過する吸気の流れ方向を吸気通路の流線方向に近付けることができる。これにより、閉弁時において、タンブルを減少させにくくすることができる。なお、流線方向とは、吸気通路の延びる方向に平行な方向を示す。また、タンブルとは、燃焼室に流入する吸気において、クランク軸の中心軸の軸線回りに旋回する縦渦を示す。
また、凹状の切欠部のうちの少なくとも底面部に当たった吸気の流れ方向を吸気通路の流線方向に近付けることができるので、開口部から燃焼室に流れる吸気により発生する負圧に起因する吸気制御弁の裏側のはくり渦が大きくなるのを抑制することができる。その結果、開口部から燃焼室に流れる吸気の流速が小さくなるのを抑制することができるので、燃焼室内に発生するタンブルをより減少させにくくすることができる。
また、一対の内側面部のそれぞれに当たる吸気の流れを吸気通路の流線方向に近付けることができるので、開口部を通過する吸気の流れをより速くすることができる。

さらに、開弁時における弁体の下面を凹状の弁体収容部に対応する凸状の円弧状に形成することにより、弁体が平板形状である場合よりも、弁体の形状を加工しやすいように弁体の厚みを確保することができる。

この発明の第２の局面による内燃機関の吸気装置は、内燃機関の燃焼室に連通され、燃焼室に吸気を供給する吸気通路と、吸気通路に設けられ、回動軸の軸線回りに回動することにより吸気の流れを制御する弁体を有する吸気制御弁と、吸気通路に設けられ、開弁時において弁体が収容される弁体収容部とを備え、弁体収容部は凹状の円弧状に形成されるとともに、開弁時において、弁体の下面は凹状の弁体収容部に対応する凸状の円弧状に形成されており、回動軸の軸線方向に直交する方向の断面では、閉弁時における吸気通路の内面との間に開口部を形成する弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されており、弁体は、閉弁時における吸気下流側の面に形成される凹面部をさらに含み、凹面部は、回動軸に直交する方向に沿った断面において、閉弁時に凹面部の内面が開口部に近付くにしたがい吸気の流れ方向と平行な方向に近付くような丸形形状を有する第２丸形形状部を含む。

この発明の第２の局面による内燃機関の吸気装置では、上記のように、弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されている。これにより、弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に至った吸気の流れ方向のうちの上方に向かおうとする吸気の流れが第１丸形形状部に沿って吸気の流れ方向に向かって滑らかに曲げられるので、開口部を通過する吸気の流れ方向を吸気通路の流線方向に近付けることができる。これにより、閉弁時において、タンブルを減少させにくくすることができる。
また、開弁時における弁体の下面を凹状の弁体収容部に対応する凸状の円弧状に形成することにより、弁体が平板形状である場合よりも、弁体の形状を加工しやすいように弁体の厚みを確保することができる。
また、第２丸形形状部によって、開口部を通過した吸気のうち弁体の裏面に向かって還流してきた吸気の流れ方向を吸気通路の流線方向に沿った方向に流すことができるので、開口部から燃焼室に流れる吸気の流れを妨げることを抑制することができる。その結果、開口部から燃焼室に流れる吸気の流速が小さくなるのを抑制することができるので、燃焼室内に発生するタンブルをより一層減少させにくくすることができる。

この場合、好ましくは、弁体の開口部形成面は、閉弁時において、吸気通路の内面との間に開口部を形成する凹状の切欠部の表面に構成されており、凹状の切欠部の表面は、底面部と、回動軸の軸線方向に沿う方向に対向する一対の内側面部とを有し、第１丸形形状部は、少なくとも底面部の閉弁時における吸気上流側の縁部に形成されている。

このように構成すれば、凹状の切欠部のうちの少なくとも底面部に当たった吸気の流れ方向を吸気通路の流線方向に近付けることができるので、開口部から燃焼室に流れる吸気により発生する負圧に起因する吸気制御弁の裏側のはくり渦が大きくなるのを抑制することができる。その結果、開口部から燃焼室に流れる吸気の流速が小さくなるのを抑制することができるので、燃焼室内に発生するタンブルをより減少させにくくすることができる。

この発明の第３の局面による吸気制御弁は、吸気通路に設けられる回動軸と、回動軸の軸線回りに回動し、吸気の流れを制御する弁体とを備え、開弁時において、弁体の下面は凸状の円弧状に形成されており、回動軸の軸線方向に直交する方向の断面では、閉弁時において、吸気通路の内面との間に開口部を形成する弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されており、弁体の開口部形成面は、閉弁時において、吸気通路の内面との間に開口部を形成する凹状の切欠部の表面に構成されており、凹状の切欠部の表面は、底面部と、回動軸の軸線方向に沿う方向に対向する一対の内側面部とを有し、第１丸形形状部は、少なくとも底面部の閉弁時における吸気上流側の縁部に形成されており、第１丸形形状部は、底面部に加えて、一対の内側面部の閉弁時における吸気上流側の両縁部にも形成されている。

この発明の第３の局面による吸気制御弁では、上記のように、弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されている。これにより、弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に至った吸気の流れ方向のうちの上方に向かおうとする吸気の流れが第１丸形形状部に沿って吸気の流れ方向に向かって滑らかに曲げられるので、開口部を通過する吸気の流れ方向を吸気通路の流線方向に近付けることができる。これにより、閉弁時において、タンブルを減少させにくくすることができる。
また、開弁時における弁体の下面を凹状の弁体収容部に対応する凸状の円弧状に形成することにより、弁体が平板形状である場合よりも、弁体の形状を加工しやすいように弁体の厚みを確保することができる。
また、凹状の切欠部のうちの少なくとも底面部に当たった吸気の流れ方向を吸気通路の流線方向に近付けることができるので、開口部から燃焼室に流れる吸気により発生する負圧に起因する吸気制御弁の裏側のはくり渦が大きくなるのを抑制することができる。その結果、開口部から燃焼室に流れる吸気の流速が小さくなるのを抑制することができるので、燃焼室内に発生するタンブルをより減少させにくくすることができる。
また、一対の内側面部のそれぞれに当たる吸気の流れを吸気通路の流線方向に近付けることができるので、開口部を通過する吸気の流れをより速くすることができる。

この発明の第４の局面における吸気制御弁は、吸気通路に設けられる回動軸と、回動軸の軸線回りに回動し、吸気の流れを制御する弁体とを備え、開弁時において、弁体の下面は凸状の円弧状に形成されており、回動軸の軸線方向に直交する方向の断面では、閉弁時において、吸気通路の内面との間に開口部を形成する弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されており、弁体は、閉弁時における吸気下流側の面に形成される凹面部をさらに含み、凹面部は、回動軸に直交する方向に沿った断面において、閉弁時に凹面部の内面が開口部に近付くにしたがい吸気の流れ方向と平行な方向に近付くような丸形形状を有する第２丸形形状部を含む。

この発明の第４の局面による吸気制御弁では、上記のように、弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されている。これにより、弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に至った吸気の流れ方向のうちの上方に向かおうとする吸気の流れが第１丸形形状部に沿って吸気の流れ方向に向かって滑らかに曲げられるので、開口部を通過する吸気の流れ方向を吸気通路の流線方向に近付けることができる。これにより、閉弁時において、タンブルを減少させにくくすることができる。
また、第２丸形形状部によって、開口部を通過した吸気のうち弁体の裏面に向かって還流してきた吸気の流れ方向を吸気通路の流線方向に沿った方向に流すことができるので、開口部から燃焼室に流れる吸気の流れを妨げることを抑制することができる。その結果、開口部から燃焼室に流れる吸気の流速が小さくなるのを抑制することができるので、燃焼室内に発生するタンブルをより一層減少させにくくすることができる。

なお、本出願では、上記第１の局面による内燃機関の吸気装置において、以下の構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記第１の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、回動軸は、閉弁時において、弁体よりも吸気上流側に位置し、かつ、弁体収容部よりも上方に位置するように設けられている。

（付記項２）
上記凹状の切欠部を含む吸気制御弁を備える内燃機関の吸気装置において、好ましくは、回動軸の軸線方向に沿った断面では、閉弁時において、凹状の切欠部の一対の内側面部のそれぞれの裏側に位置する吸気下流側の縁部に丸形形状の第３丸形形状部が形成されている。

（付記項３）
上記第１の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、弁体が弁体収容部に収容される開弁時において、弁体の回動軸側の面と吸気通路の内面部とが面一となるように構成されている。

（付記項４）
上記凹面部を含む吸気制御弁を備える内燃機関の吸気装置において、好ましくは、閉弁時において、凹面部の下方側の側面部と吸気通路の内面部とが面一になるように設けられている。

本発明の一実施形態によるエンジンの全体構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるエンジンおよび吸気装置の構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるエンジンのＴＣＶ（吸気制御弁）を斜め上方から視た状態を示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるエンジンのＴＣＶの回動軸の軸線方向に直交する方向に沿った断面図である。 図４の１００－１００線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態のエンジンの吸気装置における回動軸の軸線方向に沿った断面図である。 本発明の一実施形態によるエンジンのＴＣＶを背面側から視た状態を示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるエンジンの吸気通路に配置されたＴＣＶを第１吸気通路側から視たときの断面図である。 本発明の一実施形態によるエンジンの吸気通路に配置されたＴＣＶを第２吸気通路側から視たときの断面図である。 本発明の一実施形態の変形例によるエンジンの吸気通路に配置されたＴＣＶを第１吸気通路側から視たときの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（エンジンの概略的な構成）
車両（自動車）用のエンジン１（内燃機関の一例）は、図１に示すように、上下方向に延びる複数（４個）の気筒２内でピストン２ａがそれぞれ往復動されることにより、吸入・圧縮・膨張（燃焼）・排気の１サイクルを連続的に繰り返してクランク軸３を回転させるように構成されている。ここで、エンジン１において、クランク軸３が延びる方向をＸ方向とし、水平方向においてＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。また、エンジン１において、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向（上下方向）とする。

具体的には、シリンダブロック１０ａと、シリンダヘッド１０ｂと、クランクケース１０ｃと、ヘッドカバー１０ｄとを含むエンジン本体１０を備えている。シリンダヘッド１０ｂは、シリンダブロック１０ａの上面（Ｚ１側）に締結されている。クランクケース１０ｃは、シリンダブロック１０ａの下面（Ｚ２側）に締結されている。ヘッドカバー１０ｄは、シリンダヘッド１０ｂの上部に被せられて締結されている。また、クランクケース１０ｃにはクランク軸３が配置されている。クランク軸３は、気筒２の配列方向（Ｘ方向）に延びている。

シリンダヘッド１０ｂには、図２に示すように、カムシャフト４ａの回転により周期的に開閉される吸気弁４ｂおよび排気弁４ｃと、点火プラグ４ｄとが組み込まれている。また、アルミニウム合金製のシリンダヘッド１０ｂは、燃焼室５と、燃焼室５に吸気（吸入空気）を送り込む吸気ポート５１と、既燃ガスが排出される排気ポート５２とを有する。なお、シリンダヘッド１０ｂには、シリンダブロック１０ａの複数の気筒２（図１参照）の各々に対応するように、吸気ポート５１、燃焼室５および排気ポート５２が配置されている。吸気ポート５１は、シリンダヘッド１０ｂの側面から燃焼室５に向かって下方斜め方向に曲がりながら延びている。また、シリンダブロック１０ａおよびシリンダヘッド１０ｂには、ラジエター（図示せず）からの冷却水が流通するウォータジャケット５３が設けられている。

なお、図２は複数（４個）の気筒２のうちの１つの断面図を図示しているが、他の気筒２も同様の構成を有している。

また、エンジン１は、図１に示すように、シリンダヘッド１０ｂに接続される樹脂製の吸気装置６を備えている。また、吸気装置６は、サージタンク６１と、その下流側に接続される複数の（４個）の吸気管部６２とを含んでいる。複数の吸気管部６２は、気筒２の配列方向（Ｘ方向）に沿って並んでおり、サージタンク６１に蓄えられた空気を対応する吸気ポート５１（図２参照）に分配する役割を有する。また、吸気管部６２は、下流端部に一体的に形成されたフランジ部６２ａを介してシリンダヘッド１０ｂの側面に接続されている。

図２に示すように、吸気管部６２の内部には第１吸気通路７１が形成され、吸気ポート５１の内部には第２吸気通路７２が形成されている。ここで、サージタンク６１の内部空間（図示せず）と燃焼室５とは、第１吸気通路７１および第２吸気通路７２を介して連通している。すなわち、第１吸気通路７１および第２吸気通路７２は、サージタンク６１の内部空間（図示せず）と燃焼室５とを連通させる吸気通路７を構成している。これにより、エンジン１では、サージタンク６１に蓄えられた空気は、第１吸気通路７１および第２吸気通路７２の順に通過して燃焼室５に供給されている。

吸気管部６２のフランジ部６２ａの内側には、樹脂製のフレーム部材８が同軸状に嵌め込まれている。フレーム部材８には、吸気の流れ（偏向度合）を制御するための複数のＴＣＶ９（Tumble Control Valve、吸気制御弁の一例）が回動可能に設けられている。具体的には、複数のＴＣＶ９は、図３に示すように、各々、一対の回動軸９１と、一対の支持部９２と、弁体９３とを有する。また、隣接するＴＣＶ９同士の回動軸９１は一体的に形成されている。これにより、複数の弁体９３は、１つのアクチュエータＡＣにより同一の回動軸９１の軸線１５０回りに回動するように構成されている。また、ＴＣＶ９は、耐熱性に優れた樹脂材料により製造されている。

一対の回動軸９１のそれぞれは、フレーム部材８に対して回動可能に組み付けられている。すなわち、一対の回動軸９１は、弁体９３を一対の回動軸９１まわりに開弁側または閉弁側に回動させるように構成されている。一対の回動軸９１として、一対の支持部９２うちのＸ１側の第１支持部９２ａに設けられる第１回動軸９１ａと、一対の支持部９２のうちＸ２側の第２支持部９２ｂに設けられる第２回動軸９１ｂとを有している。ここで、第１回動軸９１ａはＸ１側に延び、第２回動軸９１ｂはＸ２側に延びている。このように、一対の回動軸９１の延びる方向は、Ｘ方向（軸線１５０の延びる軸線方向）に一致している。

一対の支持部９２としては、第１支持部９２ａおよび第２支持部９２ｂを有している。第１支持部９２ａは、第１回動軸９１ａと弁体９３のＸ１側の端部とを連結している。第１支持部９２ａは、第１回動軸９１ａから弁体９３のＸ１側の端部に行くにしたがい末広がりな扇形形状となっている。第２支持部９２ｂは、第２回動軸９１ｂと弁体９３のＸ２側の端部とを連結している。第２支持部９２ｂは、第２回動軸９１ｂから弁体９３のＸ２側の端部に行くにしたがい末広がりな扇形形状となっている。

（弁体）
各々の弁体９３は、一対の回動軸９１の軸線１５０回りに回動することにより、対応する吸気通路７内の空気の流れを制御するように構成されている。具体的には、弁体９３は、一対の回動軸９１側に位置する表面９３ａと、一対の回動軸９１側とは反対側に位置する裏面９３ｂ（弁体の下面の一例）とを有する。ここで、表面９３ａは平坦な面であり、裏面９３ｂは一対の回動軸９１側とは反対側に突出する凸状の円弧状（断面視）である。すなわち、弁体９３には、いわゆる翼断面形状が用いられている。また、表面９３ａは、開弁時以外において、吸気上流側から吸気下流側に向かって上方に傾斜するように設けられている。

〈ラウンド形状部〉
エンジン１では、燃焼室５内における燃料と空気との燃焼を改善するために、燃焼室５に流入する空気をシリンダ中心軸に直交する軸回りに旋回するタンブル（縦渦）とするのが好ましい。そして、エンジン１では、吸気通路７の第１吸気通路７１内の流路断面積を部分的に小さくし、吸気ポート５１の第２吸気通路７２内の吸気の流速を大きくすることにより、タンブルを増加させている。

しかし、流速が大きくなった吸気の偏向流ＤＦが、吸気通路７の流線方向ＢＦに沿う方向に平行でないと、ＴＣＶ９の裏側に発生するはくり渦が大きくなることに起因して吸気ポート５１の第２吸気通路７２内の吸気の流速が小さくなるので、タンブルを増加できない。また、流速が大きくなった吸気の偏向流ＤＦが、吸気通路７の流線方向ＢＦに平行でないと、吸気通路７の上面に吸気が衝突することに起因して吸気ポート５１の第２吸気通路７２内の吸気の流速が小さくなるので、タンブルを増加できない。

これらのため、ＴＣＶ９において、流速が大きくなった吸気の流れ方向を吸気通路７の流線方向ＢＦに沿う方向に平行に近付ける構成が必要となる。なお、流線方向ＢＦとは、吸気通路７の延びる方向に沿う方向に平行な方向を示す。

そこで、本実施形態の吸気装置６では、偏向流ＤＦを吸気通路７の流線方向ＢＦに沿う方向に近付けるため、ＴＣＶ９に表側ラウンド形状部１３と裏側ラウンド形状部１５とを有するラウンド形状部１１が形成されている。以下、ラウンド形状部１１について説明する。なお、図３～図５は、開弁時におけるＴＣＶ９を示している。

弁体９３には、図３に示すように、閉弁側縁部９４に凹状の切欠部１２が形成されている。また、切欠部１２は、表面９３ａの閉弁側縁部９４のＸ方向の中央部分に配置されている。ここで、切欠部１２の表面は、底面部１２ａと、一対の回動軸９１の軸線方向に沿う方向に対向する一対の内側面部１２ｂとを有している。そして、切欠部１２において、底面部１２ａおよび一対の内側面部１２ｂのそれぞれの一対の回動軸９１側の縁部に表側ラウンド形状部１３（第１丸形形状部の一例）が形成されている。

表側ラウンド形状部１３は、底面部１２ａの閉弁側縁部９４に形成される第１表側ラウンド形状部１３ａと、一対の内側面部１２ｂのそれぞれに形成される第２表側ラウンド形状部１３ｂ（図５参照）とを有している。

第１表側ラウンド形状部１３ａは、図４に示すように、弁体９３の閉弁側縁部９４（底面部の吸気上流側の縁部の一例）に向かって凸の円弧状に形成されている。すなわち、第１表側ラウンド形状部１３ａは、図２に示すように、一対の回動軸９１の軸線１５０の延びる方向に直交する方向の断面では、閉弁時における吸気上流側に配置されている。そして、閉弁時において、底面部１２ａが吸気上流側から吸気下流側に向かって上方に傾斜するように配置されている。ここで、第１表側ラウンド形状部１３ａの円弧形状は、閉弁時において、底面部１２ａが開口部ＳＰ側に行くにしたがい流線方向ＢＦと平行な方向に近付くような形状である。

第２表側ラウンド形状部１３ｂは、図５に示すように、各々対向する第２表側ラウンド形状部１３ｂに向かって凸の円弧状に形成されている。すなわち、第２表側ラウンド形状部１３ｂは、図６に示すように、一対の内側面部１２ｂのそれぞれの閉弁時における吸気上流側の縁部に配置されている。ここで、第２表側ラウンド形状部１３ｂの円弧形状は、一対の内側面部１２ｂのそれぞれが開口部ＳＰ側に行くにしたがい流線方向ＢＦと平行な方向に近付くような形状である。

弁体９３には、図７に示すように、裏面９３ｂに凹面部１４が形成されている。凹面部１４は、裏面９３ｂにおいて一対の回動軸９１側に窪んでいる。また、凹面部１４は、裏面９３ｂの全体に亘って形成されているのではなく一部に形成されている。すなわち、凹面部１４は、裏面９３ｂにおいて開閉方向の中央部分から閉弁側縁部９４に亘って形成されている。また、凹面部１４は、切欠部１２を三方から囲むように形成されている。

ここで、凹面部１４の開弁側の端部１４１は、裏面９３ｂの開弁側縁部９５から所定距離閉弁側に離れた位置に配置されている。また、凹面部１４の閉弁側の端部１４２は、裏面９３ｂの閉弁側縁部９４側に配置されている。また、凹面部１４のＸ１側の端部１４３は、裏面９３ｂのＸ１側の縁部近傍に配置されている。また、凹面部１４のＸ２側の端部１４４は、裏面９３ｂのＸ２側の縁部近傍に配置されている。

凹面部１４は、切欠部１２の底面部１２ａの裏側に位置する第１裏側側面部１４ａと、切欠部１２の一対の内側面部１２ｂのそれぞれの裏側に位置する第２裏側側面部１４ｂおよび第３裏側側面部１４ｃとを有している。そして、凹面部１４において、第１～第３裏側側面部１４ａ～１４ｃのそれぞれは、裏側ラウンド形状部１５を有している。

裏側ラウンド形状部１５は、第１裏側側面部１４ａに形成される第１裏側ラウンド形状部１５ａ（第２丸形形状部の一例）と、第２裏側側面部１４ｂおよび第３裏側側面部１４ｃのそれぞれに形成される第２裏側ラウンド形状部１５ｂとを有している。

第１裏側ラウンド形状部１５ａは、図４に示すように、弁体９３の閉弁側縁部９４に向かって凸の円弧状に形成されている。すなわち、第１裏側ラウンド形状部１５ａは、図２に示すように、一対の回動軸９１の軸線方向に直交する方向の断面では、閉弁時における吸気下流側に配置されている。ここで、第１裏側ラウンド形状部１５ａの円弧形状は、第１裏側側面部１４ａが開口部ＳＰ側に行くにしたがい流線方向ＢＦと平行な方向に近付くような円弧形状である。

第２裏側ラウンド形状部１５ｂは、図５に示すように、各々対向する第２裏側ラウンド形状部１５ｂに向かって円弧状に形成されている。すなわち、第２裏側ラウンド形状部１５ｂは、図６に示すように、閉弁時において、一対の内側面部１２ｂのそれぞれの裏側に位置する第２裏側側面部１４ｂおよび第３裏側側面部１４ｃに配置されている。ここで、第２裏側ラウンド形状部１５ｂの円弧形状は、第２裏側側面部１４ｂおよび第３裏側側面部１４ｃのそれぞれが開口部ＳＰ側に行くにしたがい流線方向ＢＦと平行な方向に近付くような円弧形状となっている。

また、凹面部１４は、図４に示すように、開弁側の端部に第４裏側側面部１４ｄを有している。第４裏側側面部１４ｄは、開弁側縁部９５に向かって凸になるように円弧状に形成されている。また、第４裏側側面部１４ｄは、閉弁時において、フレーム部材８の下側内面８１と面一となる。

〈弁体収容部〉
吸気装置６は、ＴＣＶ９の開弁時において第１吸気通路７１を全開状態（最大流路断面積）にするように構成されている。具体的には、図２に示すように、フレーム部材８は、弁体９３が収容される弁体収容部１６を有している。弁体収容部１６は、フレーム部材８の下側内面８１（吸気通路の下面の一例）の一部が凹状に窪んで形成されている。ここで、凹状の弁体収容部１６は、弁体９３の裏面９３ｂの凸状の円弧状に沿った形状となっている。また、ＴＣＶ９では、弁体９３が弁体収容部１６に収容される開弁時において、表面９３ａとフレーム部材８の下側内面８１とが略面一になるように構成されている。また、弁体９３は、弁体収容部１６と略同じ厚みで形成される。

また、図６に示すように、フレーム部材８は、一対の支持部９２のそれぞれが収容される一対の支持部収容部１７を有している。一対の支持部収容部１７のそれぞれは、フレーム部材８の一対の内側面のそれぞれの一部が凹状に窪んで形成されている。これにより、一対の支持部９２のそれぞれが第１吸気通路７１の吸気流れを乱すことを抑制することが可能となる。

なお、図８に示すように、吸気管部６２の各々のフレーム部材８は、Ｘ方向に沿って横長の矩形の流路断面形状を有している。また、吸気管部６２の各々のフレーム部材８の内面の四隅にはＲ形状（円弧形状部）が設けられている。

（ＴＣＶの開閉）
吸気装置６では、各々の気筒２に吸気を行う際に、アクチュエータＡＣ（図１参照）により４個のＴＣＶ９を動作させて各々の吸気管部６２内の吸気通路７の開口面積（流路断面積）を制御するように構成されている。具体的には、アクチュエータＡＣが作動することによって、弁体９３は、弁体収容部１６に完全に収容された全開状態と、図８および図９に示す全閉状態（姿勢制御状態）との間の任意の姿勢に無段階で制御される。エンジン１では、不図示のＥＣＵ（制御部）によってＴＣＶ９の開度が把握される。そして、ＴＣＶ９の開度情報に基づいてアクチュエータＡＣが駆動されることにより、エンジン１の運転状態（負荷状態）に応じた最適な開度になるようにＴＣＶ９の姿勢制御が行われる。

なお、上記したＴＣＶ９を最適な開度にするための制御マップ（図示せず）がＥＣＵ内の記憶領域に記憶されている。制御マップにはエンジン１の運転状態に対応したＴＣＶ９の開度が設定されている。制御マップの開度設定情報に基づいてアクチュエータＡＣが駆動されることにより弁体９３が姿勢制御される。また、ＥＣＵ側で把握される弁体９３の開度がフィードバックされることにより弁体９３の詳細な姿勢制御が繰り返される。

〈吸気通路内の気流〉
吸気装置６では、ＴＣＶ９が回動（開閉）されることにより吸気通路７の流路断面積が制御されて、燃焼室５に供給される吸気に所定の気流形状が付与される。具体的には、図８に示すように、ＴＣＶ９の閉弁時には、弁体９３の切欠部１２の開口部形成面２０と吸気通路７の上側内面８２（吸気通路の内面の一例）との間に開口部ＳＰが形成される。開口部形成面２０は、底面部１２ａと、一対の内側面部１２ｂとにより構成されている。このとき、弁体９３は、閉弁時において、弁体９３よりもＹ１側（吸気上流側）に位置（図２参照）し、かつ、弁体収容部１６よりもＺ１側（上側）に位置する一対の回動軸９１の軸線１５０回りに回動する。そして、吸気が開口部ＳＰの開度に応じて絞られることによって、上側内面８２近傍に沿って吸気の流速が大きくなった偏向流ＤＦが第２吸気通路７２を通過して燃焼室５に運ばれる。

ここで、図８に示すように、閉弁時において、弁体９３の表面９３ａに沿って流れる吸気は、上記した第１表側ラウンド形状部１３ａに至ることにより吸気通路７の流線方向ＢＦに沿った方向に流れる。また、開口部ＳＰを通過する偏向流ＤＦも、上記した第１表側ラウンド形状部１３ａにより吸気通路７の流線方向ＢＦに沿った方向に流れる。また、開口部ＳＰを通過する偏向流ＤＦは、上記した第２表側ラウンド形状部１３ｂにより流速がより大きくなる。

図２および図９に示すように、閉弁時において、開口部ＳＰを通過した偏向流ＤＦのうち弁体９３の裏面９３ｂに向かって還流してきた吸気流れＲＦは、上記した第１裏側ラウンド形状部１５ａにより吸気通路７の流線方向ＢＦに沿った方向に流れる。また、閉弁時において、開口部ＳＰを通過した偏向流ＤＦのうち弁体９３の裏面９３ｂに向かって還流してきた吸気流れＲＦは、上記した第２裏側ラウンド形状部１５ｂおよび第３裏側ラウンド形状部１５ｃにより、開口部ＳＰを通過した偏向流ＤＦのうち弁体９３の裏面９３ｂに向かって還流してきた吸気流れＲＦの流速をより大きくすることができる。

また、図２に示すように、閉弁時において、凹面部１４の第４裏側側面部１４ｄとフレーム部材８の下側内面８１とが面一となるので、開口部ＳＰを通過した偏向流ＤＦのうち弁体９３の裏面９３ｂに向かって還流してきた吸気流れＲＦの乱れが抑制される。この結果、燃焼室５に流入する吸気においてタンブルが増加される。

なお、開弁時よりも若干開弁側に弁体９３が回動された場合にも、裏側ラウンド形状部１５により還流してきた吸気流れＲＦの流速を大きくすることが可能である。一方、開弁時においては、弁体９３が弁体収容部１６に収容されると、弁体９３の表面９３ａとフレーム部材８の下側内面８１とが略面一になるので、吸気通路７内の吸気流れの乱れが抑制される。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、弁体９３の開口部形成面２０の吸気上流側の縁部（閉弁側縁部９４）に、丸形形状の表側ラウンド形状部１３が形成されている。これにより、閉弁側縁部９４に至った偏向流ＤＦのうちの上方に向かおうとする吸気の流れが第１表側ラウンド形状部１３ａに沿って滑らかに吸気の流れ方向に曲げられるので、開口部ＳＰを通過する偏向流ＤＦを吸気通路７の流線方向ＢＦに近付けることができる。これにより、閉弁時において、タンブルを減少させにくくすることができる。

さらに、開弁時における弁体９３の裏面９３ｂを凹状の弁体収容部１６に対応する凸状の円弧状に形成することにより、弁体９３が平板形状である場合よりも、弁体９３の形状を加工しやすいように弁体９３の厚みを確保することができる。

また、本実施形態では、上記のように、凹状の切欠部１２の表面は、底面部１２ａと、一対の内側面部１２ｂとを有している。また、第１表側ラウンド形状部１３ａは、底面部１２ａの閉弁時における吸気上流側の縁部に形成されている。これにより、凹状の切欠部１２のうちの少なくとも底面部１２ａに当たった吸気の流れ方向を吸気通路７の流線方向ＢＦに近付けることができるので、開口部ＳＰから燃焼室５に流れる吸気により発生する負圧に起因するＴＣＶ９の裏側のはくり渦が大きくなるのを抑制することができる。この結果、開口部ＳＰから燃焼室５に流れる吸気の流速が小さくなるのを抑制することができるので、燃焼室５内に発生するタンブルをより減少させにくくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、第２表側ラウンド形状部１３ｂは、一対の内側面部１２ｂの閉弁時における吸気上流側の両縁部に形成されている。これにより、一対の内側面部１２ｂのそれぞれに当たる偏向流ＤＦを吸気通路７の流線方向ＢＦに近付けることができるので、開口部ＳＰを通過する吸気の流れをより速くすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、弁体９３は、閉弁時における吸気下流側の面に形成される凹面部１４を含んでいる。凹面部１４は、一対の回動軸９１に直交する方向に沿った断面において、閉弁時に凹面部１４の第１裏側側面部１４ａが開口部ＳＰに近付くにしたがい流線方向ＢＦと平行な方向に近付くような第１裏側ラウンド形状部１５ａを含む。これにより、第１裏側ラウンド形状部１５ａによって、開口部ＳＰを通過した吸気のうち弁体９３の裏面９３ｂに向かって還流してきた吸気流れ方向ＲＦを吸気通路７の流線方向ＢＦに沿った方向に流すことができるので、開口部ＳＰから燃焼室５に流れる吸気の流れを妨げることを抑制することができる。この結果、開口部ＳＰから燃焼室５に流れる吸気の流速が小さくなるのを抑制することができるので、燃焼室５内に発生するタンブルをより一層減少させにくくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、一対の回動軸９１は、閉弁時において、弁体９３よりも吸気上流側に位置し、かつ、弁体収容部１６よりも上方に位置するように設けられている。これにより、ＴＣＶ９の閉弁時において、弁体９３の閉弁側縁部９４に吸気が当たることにより生じる開弁側へ弁体９３を回動させる力を、弁体９３の開弁側縁部９５に吸気が当たることにより生じる閉弁側へ弁体９３を回動させる力により抑制することが可能となる。この結果、ＴＣＶ９の閉弁時において、弁体９３が開弁側へ回動することを抑制することが可能であるので、アクチュエータＡＣに負荷がかかることを抑制することが可能である。

また、本実施形態では、上記のように、一対の回動軸９１の軸線方向に沿った断面では、閉弁時において、凹状の切欠部１２の一対の内側面部１２ｂのそれぞれの裏側に位置する吸気下流側の縁部に丸形形状の第２裏側ラウンド形状部１５ｂが形成されている。これにより、第２裏側ラウンド形状部１５ｂによって、開口部ＳＰを通過した偏向流ＤＦのうち弁体９３の裏面９３ｂに向かって還流し弁体９３の裏面９３ｂに当たることにより燃焼室５へと向かう吸気の流れの流速を大きくすることが可能である。

また、本実施形態では、上記のように、弁体９３が弁体収容部１６に収容される開弁時において、弁体９３の表面９３ａとフレーム部材８の下側内面８１とが面一となるように構成されている。これにより、ＴＣＶ９の開弁時における吸気通路７内の吸気流れの乱れを抑制することが可能である。

また、本実施形態では、上記のように、閉弁時において、第４裏側側面部１４ｄとフレーム部材８の下側内面８１とが面一になるように設けられている。これにより、ＴＣＶ９の閉弁時において、開口部ＳＰを通過した偏向流ＤＦのうち弁体９３の裏面９３ｂに向かって還流してきた吸気流れＲＦの乱れを抑制することが可能である。

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、図８に示すように、開口部形成面２０は、第１表側ラウンド形状部１３ａを有する底面部１２ａと、第２表側ラウンド形状部１３ｂを各々有する一対の内側面部１２ｂとを含んでいる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１０に示す変形例に示すように、ＴＣＶ２０９の開口部形成面２２０は、丸形形状の第１丸形形状部として第１表側ラウンド形状部２１３ａを有する底面部２１２ａのみを有していてもよい。

また、上記実施形態では、第１表側ラウンド形状部１３ａは、開口部ＳＰ側に行くにしたがい流線方向ＢＦと平行な方向に近付くような円弧形状となっている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１表側ラウンド形状部は、底面部１２ａの吸気上流側の縁部に設けられるＲ形状であってもよい。つまり、第１表側ラウンド形状部は、弁体の表面から裏面の全体にわたって形成されていなくともよく、表面側にのみ形成し、裏面側は直線状に形成してもよい。

また、上記実施形態では、第２表側ラウンド形状部１３ｂは、開口部ＳＰ側に行くにしたがい流線方向ＢＦと平行な方向に近付くような円弧形状となっている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２表側ラウンド形状部は、一対の内側面部のそれぞれの吸気上流側の縁部に設けられるＲ形状であってもよい。つまり、第２表側ラウンド形状部は、弁体の表面から裏面の全体にわたって形成されていなくともよく、表面側にのみ形成し、裏面側は直線状に形成してもよい。

また、上記実施形態では、弁体９３にいわゆる翼断面形状を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、弁体は中心線に関し表面および裏面の形状が対称な対称翼形状（水滴形状）によって弁体を形成してもよい。

また、上記実施形態では、樹脂製の弁体９３を用いてＴＣＶ９を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、金属製の弁体を用いてＴＣＶを構成してもよい。この場合には、金属板にプレス加工を施して切欠部を形成してもよい。

また、上記実施形態では、吸気装置６を、直列４気筒型のエンジンに適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の内燃機関の吸気装置を、直列４気筒以外の多気筒型エンジンやＶ型多気筒型エンジンに適用してもよい。また、単気筒エンジン用の吸気装置に対して本発明を適用してもよい。また、タンブル比の増加に伴い燃焼状態が改善される点において、自然吸気エンジンのみならず過給機付きエンジンへの適用にも優位性がある。なお、内燃機関としては、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンおよびガスエンジンなどのいずれにも適用可能である。

また、上記実施形態では、吸気装置６がフレーム部材８を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、吸気装置がフレーム部材を有していなくともよく、この場合には、弁体収容部は第１吸気通路に形成されてもよい。

１ エンジン（内燃機関）
５ 燃焼室
６ 吸気装置
７ 吸気通路
９ ＴＣＶ（吸気制御弁）
１２ 切欠部
１２ａ 底面部
１２ｂ 一対の内側面部
１３ 表側ラウンド形状部（第１丸形形状部）
１４ 凹面部
１５ａ 第１裏側ラウンド形状部（第２丸形形状部）
１６ 弁体収容部
２０ 開口部形成面
９１ 一対の回動軸
９３ 弁体
９３ｂ 裏面（下面）
９４ 閉弁側縁部（吸気上流側の縁部）
１５０ 回動軸の軸線
ＳＰ 開口部
ＢＦ 流線方向（吸気の流れ方向）

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室に連通され、前記燃焼室に吸気を供給する吸気通路と、
   前記吸気通路に設けられ、回動軸の軸線回りに回動することにより吸気の流れを制御する弁体を有する吸気制御弁と、
   前記吸気通路に設けられ、開弁時において前記弁体が収容される弁体収容部とを備え、
   前記弁体収容部は凹状の円弧状に形成されるとともに、開弁時において、前記弁体の下面は前記凹状の前記弁体収容部に対応する凸状の円弧状に形成されており、
   前記回動軸の軸線方向に直交する方向の断面では、閉弁時における前記吸気通路の内面との間に開口部を形成する前記弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されており、
   前記弁体の開口部形成面は、閉弁時において、前記吸気通路の内面との間に前記開口部を形成する凹状の切欠部の表面に構成されており、
   前記凹状の切欠部の表面は、底面部と、前記回動軸の軸線方向に沿う方向に対向する一対の内側面部とを有し、
   前記第１丸形形状部は、少なくとも前記底面部の閉弁時における吸気上流側の縁部に形成されており、
   前記第１丸形形状部は、前記底面部に加えて、前記一対の前記内側面部の閉弁時における吸気上流側の両縁部にも形成されている、内燃機関の吸気装置。
2. 内燃機関の燃焼室に連通され、前記燃焼室に吸気を供給する吸気通路と、
   前記吸気通路に設けられ、回動軸の軸線回りに回動することにより吸気の流れを制御する弁体を有する吸気制御弁と、
   前記吸気通路に設けられ、開弁時において前記弁体が収容される弁体収容部とを備え、
   前記弁体収容部は凹状の円弧状に形成されるとともに、開弁時において、前記弁体の下面は前記凹状の前記弁体収容部に対応する凸状の円弧状に形成されており、
   前記回動軸の軸線方向に直交する方向の断面では、閉弁時における前記吸気通路の内面との間に開口部を形成する前記弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されており、
   前記弁体は、閉弁時における吸気下流側の面に形成される凹面部をさらに含み、
   前記凹面部は、前記回動軸に直交する方向に沿った断面において、閉弁時に前記凹面部の内面が前記開口部に近付くにしたがい吸気の流れ方向と平行な方向に近付くような丸形形状を有する第２丸形形状部を含む、内燃機関の吸気装置。
3. 前記弁体の開口部形成面は、閉弁時において、前記吸気通路の内面との間に前記開口部を形成する凹状の切欠部の表面に構成されており、
   前記凹状の切欠部の表面は、底面部と、前記回動軸の軸線方向に沿う方向に対向する一対の内側面部とを有し、
   前記第１丸形形状部は、少なくとも前記底面部の閉弁時における吸気上流側の縁部に形成されている、請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 吸気通路に設けられる回動軸と、
   前記回動軸の軸線回りに回動し、吸気の流れを制御する弁体とを備え、
   開弁時において、前記弁体の下面は凸状の円弧状に形成されており、
   前記回動軸の軸線方向に直交する方向の断面では、閉弁時において、前記吸気通路の内面との間に開口部を形成する前記弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されており、
   前記弁体の開口部形成面は、閉弁時において、前記吸気通路の内面との間に前記開口部を形成する凹状の切欠部の表面に構成されており、
   前記凹状の切欠部の表面は、底面部と、前記回動軸の軸線方向に沿う方向に対向する一対の内側面部とを有し、
   前記第１丸形形状部は、少なくとも前記底面部の閉弁時における吸気上流側の縁部に形成されており、
   前記第１丸形形状部は、前記底面部に加えて、前記一対の前記内側面部の閉弁時における吸気上流側の両縁部にも形成されている、吸気制御弁。
5. 吸気通路に設けられる回動軸と、
   前記回動軸の軸線回りに回動し、吸気の流れを制御する弁体とを備え、
   開弁時において、前記弁体の下面は凸状の円弧状に形成されており、
   前記回動軸の軸線方向に直交する方向の断面では、閉弁時において、前記吸気通路の内面との間に開口部を形成する前記弁体の開口部形成面の吸気上流側の縁部に、丸形形状の第１丸形形状部が形成されており、
   前記弁体は、閉弁時における吸気下流側の面に形成される凹面部をさらに含み、
   前記凹面部は、前記回動軸に直交する方向に沿った断面において、閉弁時に前記凹面部の内面が前記開口部に近付くにしたがい吸気の流れ方向と平行な方向に近付くような丸形形状を有する第２丸形形状部を含む、吸気制御弁。

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