(57)【要約】【課題】十分な吸気量の確保と、強いガス流動の生成を両立する吸気制御装置を提供する。【解決手段】燃焼室５に接続する吸気通路１と、吸気通路１の流路断面の一部を閉鎖することによって吸気通路の軸方向から見て一方向に偏心した第１の開口部８を形成する吸気流制御手段１５を備え、第１の開口部８より下流の吸気の流れを第１の開口部８を形成した側に偏らせることによって吸気流れの分布を制御する吸気制御装置において、吸気流制御手段１５には、第１の開口部８を形成した側とは反対側に偏心し、かつ吸気通路壁面１３から離れた位置に、第１の開口部８よりも開口面積の小さい第２の開口部９を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に接続する吸気通路と、
吸気通路の流路断面の一部を閉鎖することによって吸気通路の軸方向から見て一方向に偏心した第１の開口部を形成する吸気流制御手段を備え、前記第１の開口部より下流の吸気の流れを前記第１の開口部を形成した側に偏らせることによって吸気流れの分布を制御する吸気制御装置において、
前記吸気流制御手段には、前記第１の開口部を形成した側とは反対側に偏心し、かつ吸気通路壁面から離れた位置に、前記第１の開口部よりも開口面積の小さい第２の開口部を設けたことを特徴とする吸気制御装置。
【請求項２】
前記第２の開口部は、前記吸気流制御手段により閉塞した部分の下流側の端面に設けた請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項３】
前記吸気流制御手段は、
前記吸気通路の軸線に対して略直交かつ回転可能に支持されたシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、かつ貫通孔を備える弁体と、で構成される開閉弁であって、
前記開閉弁は閉弁時に前記第１の開口部を形成するとともに、前記貫通孔が前記第２の開口部となる請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記シャフトから最も離れた前記弁体の外縁部の近傍に設けた請求項３に記載の吸気制御装置。
【請求項５】
前記第２の開口部の中心線が、前記第１の開口部を通過して偏った吸気流れの軸線に交わる請求項１〜４に記載の吸気制御装置。
【請求項６】
前記第１の開口部より下流側で、前記吸気通路が前記第２の開口部側に湾曲することによって、前記第２の開口部の中心線と前記第１の開口部を通過して偏った吸気流れの軸線とが交わる請求項５に記載の吸気制御装置。
【請求項７】
前記第２の開口部の中心線と、前記第１の開口部を通過して偏った吸気流れの軸線との交点が、前記吸気通路下流側端部近傍である請求項５または６に記載の吸気制御装置。
【請求項８】
前記第１の開口部を通過して偏った吸気流れは、燃焼室内にタンブル流を生成する請求項１〜７に記載の吸気制御装置。
【請求項９】
前記第１の開口部を通過して偏った吸気流れは、燃焼室内にスワール流を生成する請求項１〜７に記載の吸気制御装置。
【請求項１０】
燃焼室に接続する吸気通路と、吸気通路の流路断面の一部を閉鎖することによって吸気通路の軸方向から見て一方向に偏心した第１の開口部を形成する吸気流制御手段を備え、前記第１の開口部より下流側の吸気の流れを前記第１の開口部を形成した側に偏らせることによって吸気流れの分布を制御する吸気制御方法において、
前記吸気流制御手段には、前記第１の開口部を形成した側とは反対側に偏心し、かつ吸気通路壁面から離れた位置を流れる、前記第１の開口部を形成した側に偏らせた吸気流より流量の少ない吸気流を与える吸気流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、特に、筒内に導入される吸気にガス流動を生成させる吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吸気通路内に吸気流制御バルブを設け、この吸気流制御バルブを開閉制御することによって、内燃機関の燃焼室内に導入される吸気にスワール、タンブル等のガス流動を生じさせる吸気装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、上端部に開口面積の大きい主開口部を、そして下端部に主開口部よりも開口面積が小さい副開口部を備える吸気流制御バルブを用いることによって、吸気流を吸気通路の上端側に偏らせて燃焼室内へ導入する吸気装置が開示されている。
【０００４】
上記装置によれば、主開口部を通過した吸気流によって燃焼室内にタンブル流を生成することができる。また、主開口部を通過した吸気流の一部が吸気流制御バルブの下流側へ巻戻されたとしても、副開口部を通過した吸気が吸気通路下側の壁面に沿って流れているので、吸気中に含まれていた燃料が吸気通路壁面に付着する、いわゆる液溜まりを防止することができる。
【特許文献１】特開２００４−４４４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の吸気装置で強いガス流動を得るためには、吸気流の偏りを大きく、つまり主開口部の開口面積を小さくする必要があった。これは、吸気流制御弁通過後の吸気流が、偏っていた側とは反対側に拡がることを考慮しなければならないからである。しかしながら、開口面積を小さくすると通気抵抗が増大し、必要な吸気量を確保することが難しくなるという問題があった。また、吸気量を確保するために主開口部の開口面積を大きくすると、前述したように強いガス流動を生成することができなくなるという問題があった。特許文献１に記載の装置では副開口部を設けているので、主開口部のみの場合に比べると吸気流制御バルブを通過する吸気量は増加する。ところが、副開口部は上述したように壁流を防止することを目的としており、ここを通過した吸気流が吸気通路下側壁面に沿って流れるように設けられている。したがって、副開口部を設けた分だけ、主開口部を通過した吸気の偏りは小さくなるので、吸気流動を強化するためには副開口部の開口面積を大きくすることはできない。
【０００６】
そこで、本発明では、吸気量の確保と強いガス流動の生成を両立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の吸気制御装置は、燃焼室に接続する吸気通路と、吸気通路の流路断面の一部を閉鎖することによって吸気通路の軸方向から見て一方向に偏心した第１の開口部を形成する吸気流制御手段を備え、前記第１の開口部より下流の吸気の流れを前記第１の開口部を形成した側に偏らせることによって吸気流れの分布を制御する吸気制御装置において、前記吸気流制御手段には、前記第１の開口部を形成した側とは反対側に偏心し、かつ吸気通路壁面から離れた位置に、前記第１の開口部よりも開口面積の小さい第２の開口部を設ける。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第２開口部を通過した吸気流によって、前記第１の開口部を通過して偏った吸気流が、前記偏らせた側とは反対側に拡がってガス流動が弱まることを防止できるので、吸気量確保のために第１の開口部の開口面積を大きくとっても強いガス流動を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１実施形態を適用する吸気装置の概略図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図である。
【００１１】
１は吸気通路、２は排気通路であり、それぞれ燃焼室５に開口部を有する。図中の点線Ｘは、後述する吸気流制御部１５がない場合の吸気通路１の軸線を表す。
【００１２】
３は燃焼室５の吸気通路１開口部を開閉する吸気バルブ、４は排気通路２開口部を開閉する排気バルブであり、それぞれ図示しないカムシャフトにより駆動される。
【００１３】
６はシリンダ１２内に摺動可能に収められたピストン、７は燃焼室５に導入された混合気に火花点火する点火栓である。
【００１４】
吸気通路１には、流路の途中に、上流側から下流側に向けて下側の壁面（以下、吸気通路下側壁面）１３が徐々に軸線Ｘに近づくように突出し、流路断面が絞られる部分が設けられる。この吸気通路下側壁面１３が徐々に軸線に近づいている部分を吸気流制御部１５とする。以下、吸気流制御部１５下流側端部における吸気通路断面、つまり流路断面積が最も絞られた部分を偏開口部８という。
【００１５】
偏開口部８より下流では、流路断面形状が吸気流制御部１５より上流の流路断面形状と略同様となっており、また、軸線Ｘは燃焼室５に近づくに連れてピストン６の軸方向下向きに湾曲している。
【００１６】
吸気流制御部１５の内部には、吸気流制御部１５の上流側と下流側とを連通する噴出し管路１０が設けられる。
【００１７】
噴出し管路１０の上流側の開口部１１は吸気流制御部１５の上流側端部付近の吸気通路下側壁面１３に開口し、下流側の開口部（以下、補助開口部という）９は吸気流制御部１５の下流側端面１５ａの吸気通路下側壁面１３から離れた位置に開口する。なお、補助開口部９は、開口面積が偏開口部８よりも小さい。また、補助開口部９の軸線は、前述したように湾曲する吸気通路１の軸線Ｘと吸気通路１の下流端付近で合流する。
【００１８】
上記のように構成される吸気通路１内では、吸気流は吸気流制御部１５を通過することによって吸気通路上側壁面１４側に偏る。そして偏った状態で燃焼室５へ流入することにより、燃焼室５内にタンブルを形成する。
【００１９】
また、補助開口部９を通過した吸気流は、吸気通路１に比べて流路断面積が大幅に絞られた噴出し管路１０を通過することによって流速が上昇する。また、補助開口部９は吸気通路下側壁面１３から離れた位置に設けられているので、補助開口部９を出た吸気が吸気通路１を流れる際の、吸気通路下側壁面１３との摩擦損失等によるエネルギ低下、および偏開口部８からの吸気流との干渉によるエネルギ低下が小さい。したがって、補助開口部９を通過した吸気は、補助開口部９通過時の勢いを長く維持したまま下流側へと流れる、指向性の強い噴流となる。
【００２０】
偏開口部８を通過した吸気流は、下流に進むに連れて吸気通路下側壁面１３方向へ拡がろうとするが、吸気通路１の下側には補助開口部９からの指向性の強い噴流が流れているので拡がりが抑制され、吸気通路上側壁面１４側への偏りが大きく乱れることがない。そして、吸気通路１の下流端部付近で補助開口部９からの指向性の強い噴流が合流することにより、吸気通路上側壁面１４方向の成分、つまり吸気通路上側壁面１４へ偏らせる成分が加わる。
【００２１】
これにより、吸気通路上側壁面１４側へ大きく偏った状態で燃焼室５に流入することになり、強いタンブルを形成することができる。
【００２２】
なお、偏開口部８からの吸気流と補助開口部９からの噴流とを合流させることによる効果をより大きくするためには、合流する位置ができるだけ吸気通路１の下流側端部に近い方がよい。これは、合流してから吸気通路１の下流側端部までの流路が長いと、合流によって偏りを大きくしても燃焼室５に流入するまでに拡がって偏りが小さくなってしまうからである。
【００２３】
そこで、補助開口部９をできるだけ偏開口部８から離れた位置に開口することとする。これにより、補助開口部９からの噴流を偏開口部８からの吸気流からできるだけ遠い場所を流れるようにすることで、偏開口部８からの吸気流と合流する位置をできるだけ吸気通路１の下流側端部に近づけることができる。
【００２４】
上記の効果について、図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
【００２５】
図３（ａ）は吸気流動の強さと開口面積比との関係を表しており、図から吸気流動は開口面積比が大きくなるほど弱くなる傾向があることがわかる。
【００２６】
図３（ｂ）は通気抵抗と開口面積比との関係を表しており、図から補助開口部９を設けることによって開口面積比が大きくなると通気抵抗が向上することがわかる。
【００２７】
なお、図中の開口面積比とは、吸気通路１のＡ−Ａ断面における偏開口部８と吸気流制御部下流側端面１５ａの面積の和と、偏開口部８と補助開口部９との合計面積の比をいう。また、図３（ａ）の実線は補助開口部９の面積がゼロ、つまり補助開口部９を設けない場合を示し、点線は補助開口部９を設けた場合を示している。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）の点Ａは、ある開口面積比で補助開口部９を設けない状態を示しており、点Ｂは点Ａの状態に補助開口部９を設けた状態を示している。
【００２９】
図３（ａ）より、点Ａの状態に補助開口部９を設けると補助開口部９の分だけ開口面積比は大きくなるが、上述した補助開口部９からの噴流の効果によって、吸気流動も強くなっていることがわかる。
【００３０】
また、図３（ｂ）に示すように、補助開口部９の分だけ開口面積比が大きくなることによって通気抵抗も向上することがわかる。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、吸気流制御部１５を設けることによって吸気通路１を流れる吸気流を吸気通路上側壁面１４側に偏らせ、吸気流制御部１５の下流側端面１５ａの吸気通路下側壁面１３から離れた位置に設けた補助開口部９から、指向性の強い噴流を流すことによって、吸気通路上側壁面１４側に偏った吸気流が乱れて偏りが小さくなることを防止し、さらに、吸気通路１を湾曲させて吸気通路上側壁面１４側に偏った吸気流と前記指向性の強い噴流とを吸気通路１の下流側端部付近、つまり燃焼室５に流入する直前に合流させることによって、燃焼室５に流入する直前に再度吸気通路上側壁面１４側への吸気流の偏りを大きくするので、より強いタンブルを形成することができる。
【００３２】
また、補助開口部９を設けることによって、開口面積比を大きくしても強い吸気流動を得ることができるので、吸気流動の強化と通気抵抗の向上を両立することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では補助開口部９が一つの場合について説明したが、図６に示すように複数設けても構わない。ただし、吸気通路１の壁面から離れた位置に、補助開口部９からの噴流が吸気通路１の下流側端部付近で偏開口部８を通過した吸気流と合流して、吸気流を吸気通路上側壁面１４側へ偏らせる、という条件を充たす必要がある。
【００３４】
第２実施形態について説明する。
【００３５】
図４は本実施形態を適用する吸気装置の概略図である。基本的には図１と同様であり、図１の吸気流制御部１５の代わりに吸気流制御バルブ１６が用いられる点が異なる。
【００３６】
吸気流制御バルブ１６は、吸気通路１を軸線Ｘに対して略直交するように水平方向に横断するシャフト１７と、シャフト１７に取り付けられる弁体１８とで構成される。
【００３７】
シャフト１７は回転可能に支持されている。弁体１８は、閉弁時には吸気通路１の流路断面の一部を閉塞し、開弁時にはシャフト１７とともに回転して、シャフト１７を含むＢ−Ｂ断面の流路面積が最大となるように制御される。
【００３８】
また、弁体１８には、第１実施形態の吸気流制御部１５に設けられた補助開口部９と同様の補助開口部９が設けられる。これにより、補助開口部９を通過した吸気は、第１実施形態と同様に指向性の強い噴流となり、燃焼室５に流入する直前に、吸気バルブ３の傘裏近傍で、偏開口部８からの吸気流と合流する。
【００３９】
上記のように構成された吸気制御バルブ１６は、エンジンの運転状態に応じて開閉制御され、例えば低負荷運転時には閉弁し、高負荷運転時には開弁するよう制御する。
【００４０】
上記のように制御することによって、低負荷運転時には燃焼室５内にタンブル流を形成して燃焼性能を向上させ、高負荷運転時には燃焼室５に流入する吸気量を増大させて出力性能を向上させることができる。
【００４１】
そして、低負荷運転時に形成されるタンブルは、補助開口部９からの噴流の作用によって、第１実施形態と同様に強いタンブルとなる。
【００４２】
以上により本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加えて、さらに、吸気流制御バルブ１６を開閉可能としてので、タンブル等のガス流動を形成することよりも吸気量を優先するような運転状態においては、吸気流制御バルブ１６を開弁することによって、要求される吸気量を満足することが可能となる。
【００４３】
なお、第１、第２の実施形態ともに、吸気２弁式のエンジンに適用する場合には、各吸気通路１ごとに吸気流制御部１５または吸気流制御バルブ１６を設けてもよいし、図５に示すように、吸気通路１の分岐部より上流側に一つの吸気流制御部１５または吸気流制御バルブ１６を設けてもよい。
【００４４】
吸気流制御部１５または吸気流制御バルブ１６を分岐部の上流に一つ設ける場合には、図６に示すように補助開口部９を少なくとも２つ、それぞれの補助開口部９からの噴流が分岐後の吸気通路１を流れる吸気流と合流するように設ける。なお、図５は燃焼室５および吸気通路１の上面図である。
【００４５】
第３実施形態について説明する。
【００４６】
図７は本実施形態を適用する吸気装置を燃焼室５上面側から見た概略図である。
【００４７】
本実施形態では、燃焼室５内にスワールを発生させるため、吸気通路１は流路の下流付近で湾曲し、その下流側が燃焼室５の平面図上の接線と略平行になるよう形成されている。なお、図７において、吸気通路１の湾曲した際に内周側となる壁面を内側壁面２０、外周側となる壁面を外側壁面２１とする。
【００４８】
吸気通路１の湾曲した部分より上流に第２実施形態と同様の構造の吸気流制御バルブ１６、偏開口部８、補助開口部９が設けられる。ただし、吸気流制御バルブ１６のシャフト１７はシリンダ１２の軸心と略平行に設置され、弁体１８はシャフト１７より内側壁面２０側の流路を開閉するように設けられる。補助開口部９は、ここを通過した吸気流が、偏開口部８を通過した吸気流と、吸気通路１の下端付近で合流するように設けられる。
【００４９】
上記のような構成により、吸気流制御バルブ１６を閉弁したときには、偏開口部８を通過した吸気流は外側壁面２１側に偏って流れ、補助開口部９を通過した吸気は指向性の強い噴流となって内側壁面２０近くをながれる。そして、吸気通路９が湾曲することによって、偏開口部８からの吸気流と補助開口部９からの噴流とが燃焼室５に流入する直前で合流し、再度外側壁面２１側への偏りが大きくなった状態で燃焼室５に流入する。これにより、燃焼室５内により強いスワールを形成することができる。
【００５０】
開口面積比と吸気の流動および通気抵抗との関係については、第１、第２実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５１】
以上のように、本実施形態では、吸気流制御バルブ１６を設けることによって吸気通路１を流れる吸気流を外側壁面２１側に偏らせ、吸気流制御バルブ１６閉弁時に吸気通路内側壁面２０から離れた位置となるように設けた補助開口部９から、指向性の強い噴流を流すことによって、外側壁面２１側に偏った吸気流が乱れて偏りが小さくなることを防止し、さらに吸気通路１を湾曲させて外側壁面２１側に偏った吸気流と前記指向性の強い噴流とを吸気通路１の下流側端部付近、つまり燃焼室５に流入する直前に合流させることによって、燃焼室５に流入する直前に再度外側壁面２１側への吸気流の偏りを大きくするので、より強いスワールを形成することができる。
【００５２】
補助開口部９を設けることによって、開口面積比を大きくしても強い吸気流動を得ることができるので、吸気流動の強化と通気抵抗の向上を両立することができる。
【００５３】
なお、補助開口部９を複数設けても構わない。
【００５４】
また、本実施形態では吸気流制御バルブ１６を用いたが、第１実施形態と同様の吸気流制御部１５を用いても構わない。
【００５５】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、内燃機関の吸気装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態のシステムの概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】（ａ）は吸気流動の強さと開口面積比との関係を表す図、（ｂ）は通気抵抗と開口面積比との関係を表す図である。
【図４】第２実施形態のシステムの概略図である。
【図５】吸気２弁式に適用する場合の概略図である。
【図６】補助開口部を複数設けた場合の一例を表す図である。
【図７】第３実施形態のシステムの概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    吸気通路
２    排気通路
３    吸気バルブ
４    排気バルブ
５    燃焼室
６    ピストン
７    点火栓
８    偏開口部
９    補助開口部
１０  噴出し管路
１１  開口部
１２  シリンダ
１３  吸気通路下側壁面
１４  吸気通路上側壁面
１５  吸気流制御部
１６  吸気流制御バルブ
１７  シャフト
１８  弁体
２０  内側壁面
２１  外側壁面
【図１】
2006161608.tif 000003
【図２】
2006161608.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006161608.tif 000008
【図７】
2006161608.tif 000009