(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の急速燃焼を促進することが可能な吸気構造を提供し、燃焼効率を向上する。【解決手段】内燃機関であるエンジン１の吸気構造１０は、必要断面積をもつ下流側よりも上流側の断面積が大きい縮径部２５を有する吸気管２と、吸気管内で、吸気管の長手方向に沿って延びるとともに、下流側へ向かう気体の旋回流を形成する整流部６と、を有する。縮径部は、上流側から下流側に向かうにつれて、徐々に断面積が小さくなる。整流部は、吸気管の軸線を軸に長尺状の平板に対してねじりを加えた部材により構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
必要断面積をもつ下流側よりも上流側の断面積が大きい縮径部を有する吸気管と、
前記吸気管内で、前記吸気管の長手方向に沿って延びるとともに、下流側へ向かう気体の旋回流を形成する整流部と、
を有する、内燃機関の吸気構造。
【請求項２】
前記縮径部は、上流側から下流側に向かうにつれて、徐々に断面積が小さくなる、請求項１に記載の内燃機関の吸気構造。
【請求項３】
前記整流部は、前記吸気管の軸線を軸に長尺状の平板に対してねじりを加えた部材により構成される、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の過給装置において吸気管部内において吸気に旋回成分を付与するガイドベーンを設けて、吸気効率を高めることが検討されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、内燃機関においては、急速燃焼の促進が求められている。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、内燃機関の急速燃焼を促進することが可能な内燃機関の吸気構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る内燃機関の吸気構造は、必要断面積をもつ下流側よりも上流側の断面積が大きい縮径部を有する吸気管と、前記吸気管内で、前記吸気管の長手方向に沿って延びるとともに、下流側へ向かう気体の旋回流を形成する整流部と、を有する。
【０００７】
上記の内燃機関の吸気構造によれば、整流部が設けられることによって、吸気管内で旋回しながら下流側へ向かう気体の旋回流が形成される。また、必要断面積をもつ下流側よりも上流側の断面積が大きい縮径部が設けられているため、縮径部を通過する際に、断面積が大きな上流側と比べて気体は加速される。すなわち、旋回流を形成すると共に加速された気体が後段の内燃機関の燃焼室に導入される。したがって、内燃機関における燃焼効率が向上される。
【０００８】
ここで、前記縮径部は、上流側から下流側に向かうにつれて、徐々に断面積が小さくなる態様とすることができる。このような構成を有することで、下流側へ移動する旋回流の速度の加速が好適に行われるため、燃焼効率がさらに向上する。
【０００９】
また、前記整流部は、前記吸気管の軸線を軸に長尺状の平板に対してねじりを加えた部材により構成される態様とすることができる。このような構成を有することで、整流部をより簡単に構成することができ、整流部を設ける際に生じるコストを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関の急速燃焼を促進することが可能な内燃機関の吸気構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関における吸気構造を説明する概略側断面図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、整流部の形成方法を説明する図である。
【図３】図３は、吸気管における気体の流れを説明する概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関における吸気構造を説明する概略側断面図である。
【００１４】
図１に示すように、内燃機関であるガソリンエンジン（以下「エンジン」という）１には、吸気管２および排気管３が接続されている。吸気管２は、エンジン１におけるシリンダヘッド１１に対して固定されている。また、吸気管２のシリンダヘッド１１に近い側には、電磁駆動式のインジェクタ（燃料噴射装置）が設けられていてもよい。インジェクタが設けられている場合、インジェクタは燃料タンクから供給された燃料を吸気管２内に向けて噴出する構成とすることができる。
【００１５】
エンジン１におけるシリンダ１２には、図１の上下方向に往復動するピストン１３が設けられている。ピストン１３の上方には、シリンダ１２とシリンダヘッド１１によって区画された燃焼室１４が形成される。燃焼室１４の上部には、点火プラグ（図示せず）が配置される。また、燃焼室１４は、開閉可能な吸気バルブ１５と排気バルブ１６を介してそれぞれ吸気管２と排気管３に接続されている。
【００１６】
吸気管２は、必要断面積をもつ下流側よりも上流側の断面積が大きい縮径部２５を有している。「必要断面積」とは、エンジン１の必要吸入空気量に対応した吸気管２の断面積である。吸気管２の縮径部２５では、下流側が必要断面積に対応した断面積を有しているのに対して、上流側はそれよりも断面積が大きくなっている。図１に示す吸気管２では、吸気管２全体について、上流側から下流側に向かうにつれて徐々に断面積が小さくなることから、吸気管２全体が縮径部２５となっている。なお、吸気管２の断面が上流側及び下流側の何れでも略円形である場合、必要断面積をもつ下流側よりも上流側の断面積が大きいとは、下流側の径の方が上流側の径よりも小さい状態となる。
【００１７】
吸気管２内には、整流部６が設けられる。整流部６は、吸気管２内に気体が導入された際に上流側から下流側へ向けて移動する気体の旋回流を形成する。この吸気管２及び整流部６を含んで吸気構造１０が形成される。なお、整流部６により形成される旋回流とは、吸気管２内で上流側から下流側へ吸気管２の軸線（吸気管２の中心を通る軸線）方向に気体が移動しながら、吸気管２の軸線に対して交差する方向に回転する流れである。
【００１８】
整流部６は、高温になる燃焼室１４の近傍に配置されるため、耐熱性の高い金属材料によって形成することができる。さらに、整流部６は、平板状の金属を用いて形成することができる。
【００１９】
整流部６は、例えば、長尺状の平板に対してねじりを加えることで製造することができる。また、整流部６は、吸気管２の径に応じてその幅を変化させた構成とすることができる。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、整流部６の製造方法の一例を示す図である。図２（ａ）に示すように、金属材料からなり、一端側に対して他端側の幅が大きくなっている略台形状の平板６０を準備し、長手方向に延びる軸線Ｃを中心としてねじりを加えることで、図２（ｂ）に示すように、ねじりが加えられた平板６０を得ることができる。なお、このねじりの基準となる軸線Ｃは、後述の吸気管２の長手方向に対応している。また、平板６０の厚さは、エンジン１の稼働時にその形状が維持できる程度に剛性を有していれば特に限定されないが、平板６０の厚さを大きくすると、吸気管２において整流部６が占める体積が大きくなり、吸気管２の吸気能力自体が低下することが考えられる。したがって、エンジン１の性能に影響を与えない範囲で平板６０の厚さを調整することができる。
【００２０】
このように軸線Ｃに沿ってねじりが加えられた平板６０を吸気管２内に導入することで、整流部６が形成される。整流部６を吸気管２内で支持するための支持部材等が別途設けられていてもよい。図１に示すように、吸気管２内を満たすように、すなわち、吸気管２の内壁と整流部６とが近接した状態となるように、整流部６を形成及び吸気管２内に配置することで、整流部６が設けられた領域における旋回流の形成が促進される。ただし、吸気管２の内壁と整流部６との間に隙間が設けられていても、整流部６による旋回流の形成は可能である。
【００２１】
整流部６は、吸気管２の長手方向に沿って延びている。吸気管２の長手とは、上流側のインテークマニホールド５の流路２２と、下流側の吸気バルブ１５との間の領域の長さであり、上流側から導入された気体が移動する領域の両端部を結ぶ方向となる。また、整流部６は、吸気管２の長手方向の長さに対して１／２以上にわたって吸気管２が設けられていることが好ましい。換言すると、整流部６の長さは、吸気管２の長手方向の長さに対して１／２以上とすることが好ましい。整流部６の長さを上記の範囲とすることで、整流部６による旋回流の形成が好適に行われる。なお、整流部６の長さは、吸気管２の長手方向の長さに対して２／３以上としてもよく、この場合、旋回流の形成効果がさらに高められる。
【００２２】
整流部６の長さが吸気管２の長さよりも短い場合、図１に示すように、吸気管２のうち下流側に整流部６を設ける構成とすることができる。吸気管２の下流側に整流部６を設ける構成とすることで、整流部６により形成される旋回流が維持された状態、すなわち、整流部６による整流効果が高められた状態で、燃焼室１４に対して気体を導入することができる。また、吸気管２の上流側に整流部６を設ける構成としてもよい。整流部６を吸気管２の上流側に設けた場合、下流側では整流部６により形成された旋回流が自由に移動可能となるため、整流部６による気体の移動方向の規制の影響を受けて旋回流の速度が低下する可能性を小さくすることができると考えられる。このように、吸気管２内での整流部６の配置は適宜変更することができる。なお、整流部６の下流側の先端は吸気管２に設けられていてもよいが、シリンダヘッド１１の内部まで整流部６が延びている構成であってもよい。
【００２３】
上記の吸気管２を含むエンジン１では、燃焼室１４に対して、吸気管２内の整流部６により旋回流が付与された気体が導入される。また、吸気管２は、必要断面積をもつ下流側よりも上流側の断面積が大きい縮径部２５を有しているため、吸気管２を進む気体の旋回は加速される。すなわち、吸気管２を進む気体は、その移動速度が、吸気管２の軸線（吸気管２の中心を通る軸線）方向、及び、吸気管２の軸線を中心に回転する方向の両方において加速される。そのため、エンジン１における急速燃焼の促進が図られる。
【００２４】
従来から、エンジン１の燃焼室１４内に渦流が形成されるように吸気管２の形状を変化させて、渦流の状態で気体を燃焼室１４内に導入することで、エンジン１の急速燃焼を促進するための検討がなされている。これは、燃焼室１４内での気体の流動が、急速燃焼の促進に繋がるからである。しかしながら、吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、及び排気行程を燃焼室１４において繰り返すエンジン１では、吸気行程において燃焼室１４内に渦流を形成したとしても、圧縮行程を経る間に渦流が減衰する場合がある。したがって、燃焼・膨張行程では、気体の流動が少なくなるため、特に、急速燃焼の点において改善の余地があった。
【００２５】
ここで、本実施形態にかかるエンジン１では、燃焼室１４内に導入する気体について旋回流を形成しさらにそれを加速させることで、気体に対して運動エネルギーを付与する。そして、加速された状態の気体を燃焼室１４内に導入することで、吸気行程を経ても気体の運動エネルギーが高い状態が保たれる。したがって、燃焼・膨張行程においても、気体の運動エネルギーが維持されるため、急速燃焼が促進される。また、この急速燃焼の促進によって、エンジン１における燃焼時の熱効率も向上される。
【００２６】
図３では、エンジン１の燃焼室１４内に導入される気体の流れを模式的に示している。吸気管２に設けられた整流部６によって旋回流が形成されると、図３の矢印Ａに示すように、旋回流は燃焼室１４へ向けて移動する。このとき、吸気管２は徐々に断面積が小さくなるので、下流側の燃焼室１４へ向かう気体は徐々に旋回が加速（角速度が上昇）しながら、燃焼室１４へ向かう。旋回流を形成し且つ加速した状態で、気体が燃焼室１４内に導入されるので、燃焼室１４内でも運動エネルギーが維持されるため、燃焼・膨張行程の初期における急速燃焼の促進が可能となる。
【００２７】
このように、上記のエンジン１の吸気構造１０によれば、整流部６によって吸気管２内で下流側へ向かう気体の旋回流が形成される。また、上流側と比べて断面積が小さい縮径部２５が吸気管２内に設けられているため、縮径部を通過する気体は、断面積が大きな上流側と比べて加速される。すなわち、旋回流を形成すると共に加速された気体が後段のエンジン１の燃焼室１４に導入される。したがって、内燃機関における急速燃焼が促進される。
【００２８】
また、上記のエンジン１の吸気管２のように、縮径部２５を構成する吸気管２は、下流側に向かうにつれて、徐々に断面積が小さくなる態様とすることができる。このような構成を有することで、下流側へ移動する旋回流の速度の加速が好適に行われるため、急速燃焼がさらに促進される。
【００２９】
特に、上記の整流部６は、ＥＧＲ（ExhaustGas Recirculation：排気再循環）を大量に行うエンジン、または、燃料の割合が低く空気の割合が高い希薄混合気を用いるエンジンに対して好適に用いることができる。これらのエンジンでは、他のエンジンと比べて急速燃焼の促進への要求が高い。したがって、これらのエンジンで上記の整流部６を用いることで、より高い効果を得ることができる。
【００３０】
また、整流部６は、吸気管２の軸線を軸に長尺状の平板６０に対してねじりを加えた部材により構成される態様とすることができる。このような構成を有することで、整流部６をより簡単に構成することができ、整流部６を設ける際に生じるコストを抑制することができる。
【００３１】
なお、吸気管２内の整流部６によって形成される旋回流のピッチ等は特に限定されない。ただし、例えば、上流側と比べて下流側において旋回流のピッチが小さくなるように整流部６の形状を設定することで、下流側での気体の加速を好適に行うことができる。旋回流のピッチは整流部６の形状によって調整することができる。
【００３２】
以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００３３】
例えば、上記実施形態で説明したエンジン１の吸気管２の形状は、一例であり、吸気管２の形状は適宜変更することができる。例えば、縮径部２５は、吸気管２の下流側（燃焼室１４側）のみに設けられていて、上流側の径は均一であってもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、吸気構造１０に含まれる整流部６がねじりを加えた平板によって形成されている場合について説明したが、整流部６は複数の板状の部材等を組み合わせて構成してもよい。すなわち、整流部６は、旋回流を形成することができればよく、その構造は適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…エンジン、２…吸気管、３…排気管、６…整流部、１０…吸気構造、１１…シリンダヘッド、１２…シリンダ、１３…ピストン、１４…燃焼室、１５…吸気バルブ、１６…排気バルブ、２２…流路、２５…縮径部、６０…平板。
【図１】
2020118065.tif 000003
【図２】
2020118065.tif 000004
【図３】
2020118065.tif 000005