(57)【要約】【課題】エンジン回転数や負荷などの運転条件に対して、異なる形態として要求される筒内流動を生成可能である内燃機関の吸気システムを提供する。【解決手段】吸気ポート１０の内周壁部の上側壁１０ａにおいて開閉角度が調整可能に設けられた第１フラップ３１と、前記吸気ポートの内周壁部の下側壁１０ｂにおいて開閉角度が調整可能に設けられた第２フラップ３２とを備えている。正タンブル流１７を生成するときには、第２フラップ３２を閉じて第１フラップ３１を開け、逆タンブル流１８を生成するときには、第１フラップ３１を閉じて第２フラップ３２を開ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートの内周壁部の上側壁において開閉角度が調整可能に設けられた第１フラップと、
前記吸気ポートの内周壁部の下側壁において開閉角度が調整可能に設けられた第２フラップと
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気システム。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の吸気システムにおいて、
前記第１フラップ及び前記第２フラップのそれぞれの長さは、前記吸気ポートの内径の半分以上の大きさに設定されている
ことを特徴とする内燃機関の吸気システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の吸気システムにおいて、
更に、
前記吸気ポートにおいて前記第１フラップ及び前記第２フラップの上流側には、インジェクタが設けられ、
前記インジェクタから噴射された燃料の気化を促進させるときには、前記第１フラップ及び前記第２フラップが閉じることにより前記燃料が通過すべき隙間が形成される
ことを特徴とする内燃機関の吸気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気システムに関し、特に、エンジン回転数や負荷などの運転条件に対して、異なる形態として要求される筒内流動を生成可能である内燃機関の吸気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式内燃機関における熱効率向上のためには、筒内での燃焼速度の向上が非常に有効であり、このために筒内流動速度を向上させて燃焼火炎伝播速度を上げる手法がしばしば用いられる。筒内流動強化にはスワール流やタンブル流が用いられる。図６に示すように、例えば筒内直接噴射式火花点火機関では、均質燃焼を行なうべく、筒内に噴射された燃料を筒内に均質に広げ、また、燃焼速度を高めるために、正タンブル流を発生させている。図６において、符号１０は吸入ポート、１１は吸気弁、１２は点火プラグ、１３は排気バルブ、１４はピストン、１５は燃焼室、１６はシリンダ、１７は正タンブル流を示している。
【０００３】
その一方で、例えば筒内直接噴射式火花点火機関では、圧縮行程にて燃料を噴射する成層燃焼がよく用いられるが、点火プラグ付近への安定した混合気形成のためには筒内流動をなるべく抑える必要がある。しかしながら、比較的高回転域では、短時間に混合気を形成するため、噴霧を点火プラグへ導く気流が必要とされる場合がある。図７は、高回転域において、成層燃焼が行なわれるときに、逆タンブル流１８を使って噴霧を点火プラグの近傍に導く状態を示している。図７において、符号１９は、ピストン１４の頂面に形成され、混合気を点火プラグ１２の近傍に導くためのキャビティである。
【０００４】
このように火花点火式内燃機関においては、その回転数・負荷などの運転条件に応じて要求される筒内流動の形態が大きく異なる。
【０００５】
内燃機関の吸気システムであって、吸入管の空気路内で選択的に空気路の横断面を狭める切替えフラップが設けられている吸気システムとして、特表２００２−５３７５１１号公報（特許文献１）に開示された技術がある。上記特許文献１には、吸入路内に隔壁が設けられており、この隔壁が、吸入路を、シリンダヘッドフランジと吸入口との間の所定の部分にわたって分割すること、また、切替えフラップが、空気路の横断面を狭める位置において隔壁に作用するように形成されており、またシリンダヘッドフランジを超えて突出するように設けられている技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特表２００２−５３７５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エンジン回転数や負荷などの運転条件に対して、異なる形態として要求される筒内流動を生成可能であることが望まれている。
正・逆のタンブル流を生成可能であり、それそれのタンブル流の流速を可変に調整可能であることが望まれている。
【０００８】
本発明の目的は、エンジン回転数や負荷などの運転条件に対して、異なる形態として要求される筒内流動を生成可能である内燃機関の吸気システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の内燃機関の吸気システムは、吸気ポートの内周壁部の上側壁において開閉角度が調整可能に設けられた第１フラップと、前記吸気ポートの内周壁部の下側壁において開閉角度が調整可能に設けられた第２フラップとを備えたことを特徴としている。
【００１０】
本発明の内燃機関の吸気システムにおいて、前記第１フラップ及び前記第２フラップのそれぞれの長さは、前記吸気ポートの内径の半分以上の大きさに設定されていることを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関の吸気システムにおいて、更に、前記吸気ポートにおいて前記第１フラップ及び前記第２フラップの上流側には、インジェクタが設けられ、前記インジェクタから噴射された燃料の気化を促進させるときには、前記第１フラップ及び前記第２フラップが閉じることにより前記燃料が通過すべき隙間が形成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の内燃機関の吸気システムによれば、エンジン回転数や負荷などの運転条件に対して、異なる形態として要求される筒内流動を生成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の内燃機関の吸気システムの一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１から図５を参照して、第１実施形態について説明する。図１から図５において、図６及び図７の構成要素と同様のものについては、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００１５】
図１から図３に示すように、本実施形態は、火花点火式内燃機関の吸気ポート１０の壁部に二つのフラップ３１，３２を設けて吸気ポート１０内の断面積を調節することにより、吸気ポート１０内空気の流速を上昇させ、また、筒内流動を逆タンブル１８から正タンブル１７までで可変にさせることで筒内直接噴射式火花点火機関の均質燃焼と成層燃焼を両立させる。
【００１６】
上述のように、筒内直接噴射式火花点火機関では、エンジン回転数と燃料負荷（燃料噴射量）などの運転条件に応じて、均質燃焼と成層燃焼のいずれを行なうかが決まっていることから、要求される筒内流動の形態が大きく異なり、また、同じ成層燃焼時であってもエンジン回転数に応じて、要求される筒内流動形態が異なる。そこで、本実施形態では、二つのフラップ３１，３２を設けて、燃焼室１５内に生成する気流の渦の強さと方向を調整して、所望の流速の正逆のタンブル流１７，１８を生成する。
【００１７】
図１は、筒内直接噴射式火花点火機関（内燃機関）の吸気ポート１０の正面図である。吸気ポート１０の上側壁１０ａ及び下側壁１０ｂには、それぞれ開閉角度が調整可能な第１及び第２のフラップ３１，３２が設けられている。第１及び第２のフラップ３１，３２のそれぞれの長さは、吸気ポート１０のポート径の半分以上の大きさに設定されている。第１及び第２のフラップ３１，３２のそれぞれの長さは、吸気ポート１０内の流路を絞る効果を有効に生じさせ、正逆タンブル流１７，１８の流速制御の幅を十分に持たせるために、上記のような大きさが好ましい。
【００１８】
第２フラップ３２は、吸気弁１１の近傍に設けられており、第２フラップ３２によって気流の流れが規制（案内）されたときには、その規制された状態の流れの向きが維持されたまま（規制された後に気流が広く拡散することなく）気流が筒内に入るようになっている。即ち、第２フラップ３２の下流側には、上記特許文献１の隔壁のような整流用の長い板を必要とすることなく、直接吸気弁１１の右側に気流を導くこと（整流）が可能である（図２参照）。隔壁を用いた場合には、流動の抵抗となるが、本実施形態では、そのような問題は生じない。
【００１９】
図５に示すように、第１フラップ３１及び第２フラップ３２の双方が閉じて、第１フラップ３１及び第２フラップ３２の距離が最も接近するような開度に、第１フラップ３１及び第２フラップ３２の開度がそれぞれ設定されたときに、第１フラップ３１は、第２フラップ３２との間に僅かに隙間３５を生じさせる位置に設けられていることが好ましい。この構成によれば、後述する第２実施形態のような使い方が可能となる。
【００２０】
本実施形態では、以下に述べるように、エンジン回転数や燃料負荷などの運転条件に応じて、２枚のフラップ３１，３２を、それぞれ最適なフラップ位置に制御することで、吸気ポート１０内の流動方向及び筒内流動方向を制御して、吸気ポート１０内の流速及び筒内タンブルの向上が可能となる。
【００２１】
図１は、エンジン回転数が高回転域での成層燃焼時において要求される逆タンブル１８（図７参照）を生成するときの第１及び第２のフラップ３１，３２のフラップ位置を示している。第１フラップ３１は、同図に示すように閉じられ（上側壁１０ａから約４５°の角度で起立し）、吸気ポート１０内において上側壁１０ａ側の流路を絞っている。一方、第２フラップ３２は全開状態とされており、吸気ポート１０内において下側壁１０ｂ側の気流の流れを妨げないようにされている。
【００２２】
これにより、図１において、吸気弁１１の右側（上側壁１０ａ側）から筒内に流入しようとする流れ（上側壁１０ａに沿う流れ）を抑えるとともに、その上側壁１０ａに沿う流れを吸気弁１１の左側（下側壁１０ｂ側）に導いて、吸気弁１１の左側から筒内に気流が入るようにして、逆タンブル１８が生成されるようにしている（図７参照）。逆タンブル流１８の流速（強さ）は、第１フラップ３１の角度を可変に調整することによって、任意に調整可能である。
【００２３】
図２は、均質燃焼時において要求される正タンブル流１７（図６参照）を生成するときの第１及び第２のフラップ３１，３２のフラップ位置を示している。第１フラップ３１は、全開状態とされており、吸気ポート１０内において上側壁１０ａ側の気流の流れを妨げないようにされている。第２フラップ３２は、所定の角度を持つように閉まった状態とされ、吸気ポート１０内において下側壁１０ｂ側の流路を絞っている。第２フラップ３２によって、整流された気流は、そのまま吸気弁１１の右側から筒内に入り、正タンブル流１７となる。正タンブル流１７の流速（強さ）は、第２フラップ３２の角度を可変に調整することによって、任意に調整可能である。
【００２４】
図３は、全開出力時（空気量確保時）の第１及び第２フラップ３１，３２の状態を示している。図３に示すように、均質燃焼時においても、成層燃焼時においても、全開出力時には、空気量の確保を重視して、第１及び第２フラップ３１，３２の双方を機能させないように、いずれも全閉状態とされる。
【００２５】
図４−１は、吸気ポート１０の開口断面における、閉じた状態の第１及び第２フラップ３１，３２の形状を示している。本実施形態の内燃機関では、２本の吸気ポート１０，１０が並設されている（４バルブエンジン）。第１及び第２フラップ３１，３２のそれぞれは、吸気ポート１０の径の半分以上の大きさを持つため、第１及び第２フラップ３１，３２の双方が閉じたときには、両フラップ３１，３２で重なり合う部分ができる。
【００２６】
図４−２は、第１及び第２フラップ３１，３２の形状の変形例を示している。図４−２では、第１フラップ３１のみが示されるが、第２フラップ３２は、第１フラップ３１の上下逆の形状に形成されている。それらの吸気ポート１０内に設けられる第１フラップ３１，３１は、２本の吸気ポート１０の互いに隣接する側が半円状に切り欠かれた形状に形成されている。これにより、第１フラップ３１，３１が閉じたときに、２本の吸気ポート１０の互いに隣接する側、すなわち、燃焼室１５の中央側に、大きな開口面積が形成されるため、筒内に入る気流の流速が高くなり、正・逆タンブル流１７，１８の強さを強くすることができる。言い換えれば、第１フラップ３１の閉じる角度をあまり大きくしなくても
、十分な流速の正・逆タンブル流１７，１８を得ることができるため、ロスが少なく、清流効果は大きい。
【００２７】
以上述べたように、本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００２８】
第１及び第２フラップ３１，３２の２枚のフラップを用いることにより、正逆タンブル流１７，１８を生成することができる。従来一般の吸気ポートでは、正タンブルまたは逆タンブルのいずれか一方を生成することしかできないが、本実施形態では、２枚のフラップ３１，３２を用いることにより、正・逆いずれのタンブル１７，１８も設定することができる。
【００２９】
また、第１及び第２フラップ３１，３２のそれぞれの角度を可変に調整することにより、それぞれ、正逆タンブル流１７，１８の流速（強さ）を任意に調整可能である。第１及び第２フラップ３１，３２は、全開出力時には、吸気ポート１０内に気流の流動の妨げとならないようにすることができるため、上記特許文献１のように気流の抵抗となることがない。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、図５を参照して、第２実施形態について説明する。
本実施形態において、上記の内容と共通する部分の説明は省略する。
【００３１】
第２実施形態では、吸気ポート１０内において、第１フラップ３１よりも上流側にインジェクタ４１が設けられている。このインジェクタ４１は、いわゆるポート噴射型火花点火機関において使用される唯一のインジェクタであってもよいし、筒内直接噴射式火花点火機関において筒内に直接噴射するインジェクタ（図示せず）と併用されるインジェクタであってもよい。
【００３２】
インジェクタ４１から吸気ポート１０内に噴射された燃料は、吸気ポート１０内である程度気化してから筒内に入る。この場合、インジェクタ４１から噴射される燃料量（負荷）が大きいときや、エンジン回転数が高いときには、燃料の気化が不十分なまま筒内に入ることが多い。そこで、本実施形態では、このような場合に備えて、吸気ポート１０内の流路を狭めて、その狭い流路を通過させることで、燃料の微粒化を促進させる。
【００３３】
上述したように、第１フラップ３１及び第２フラップ３２の双方が閉じて、第１フラップ３１及び第２フラップ３２の距離が最も接近するような開度に、第１フラップ３１及び第２フラップ３２の開度がそれぞれ設定されたときに、第１フラップ３１は、第２フラップ３２との間に僅かに隙間３５を生じさせる位置に設けられている。
【００３４】
インジェクタ４１から噴射される燃料量（負荷）が大きいときや、エンジン回転数が高いときであって、燃料の気化を促進させたい場合には、第１フラップ３１及び第２フラップ３２の角度を、ポート通路面積が最小となる（隙間３５以外は閉じる）ように設定する。これにより、インジェクタ４１から噴射された燃料の早期微粒化が可能となる。
【００３５】
上記実施形態では、筒内直接噴射式火花点火機関を対象に説明したが、いわゆるポート噴射式火花点火機関にも適用可能である。この場合には、正・逆２方向のタンブル流までは不要となる（いずれか一方向のタンブル流で足りる）ことから、フラップの枚数は１枚で足りる。但し、上記第２実施形態のように、吸気ポート１０内に噴射された燃料の微粒化を促進させるためには、図５に示すように、第１及び第２フラップ３１,３２の２枚のフラップが必要とされる。
【００３６】
なお、上記特許文献１の技術では、全開時に隔壁が空気の流動の抵抗となり、流動に対してロスを発生させる。また、隔壁及び切替えフラップの構造上、切替えフラップの開度は、全開又は全閉の２段階しかないため、本実施形態のように、気流の流速を可変に調節することができない。また、上記特許文献１の技術では、本実施形態のように、正逆のタンブル流を発生させることができない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の内燃機関の吸気システムの第１実施形態の吸気ポートの正面図であり、逆タンブル生成時のフラップ位置を示す図である。
【図２】本発明の内燃機関の吸気システムの第１実施形態の吸気ポートの正面図であり、正タンブル生成時のフラップ位置を示す図である。
【図３】本発明の内燃機関の吸気システムの第１実施形態の吸気ポートの正面図であり、全開出力時のフラップ位置を示す図である。
【図４−１】本発明の内燃機関の吸気システムの第１実施形態の吸気ポートの開口断面図であり、閉じた状態の第１及び第２フラップを示す図である。
【図４−２】本発明の内燃機関の吸気システムの第１実施形態の変形例の吸気ポートの開口断面図であり、閉じた状態の第１フラップを示す図である。
【図５】本発明の内燃機関の吸気システムの第２実施形態の吸気ポートの正面図であり、吸気ポート内に噴射された燃料の気化を促進させるときのフラップ位置を示す図である。
【図６】内燃機関において、均質燃焼時に要求される正タンブル流を示す図である。
【図７】内燃機関において、高回転時の成層燃焼時に要求される逆タンブル流を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  吸気ポート
１０ａ  上側壁
１０ｂ  下側壁
１１  吸気弁
１７  正タンブル流
１８  逆タンブル流
３１  第１フラップ
３２  第２フラップ
３５  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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