(57)【要約】【課題】吸気ポート内の吸気の温度上昇を抑制するとともに、吸気ポート内における燃料の円滑な気化を実現する。【解決手段】エンジン１の燃焼室２に接続される吸気ポート３及び排気ポート４と、吸気ポート３内に配置され燃料を噴射する燃料噴射弁１０と、吸気ポート３内を上部ポート１６と下部ポート１３に隔てる隔壁１１とを備え、上部ポート１６の内面に断熱材１２が配置され、燃料噴射弁１０は下部ポート１３内に配置され、下部ポート１３の燃料噴射弁１０よりも吸気流れ方向の上流側に流量調整弁Ａを備えるエンジン１とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室に接続される吸気ポート及び排気ポートと、
前記吸気ポート内に配置され燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポート内を上部ポートと下部ポートに隔てる隔壁と、
を備え、
前記上部ポートの内面に断熱材が配置され、
前記燃料噴射弁は前記下部ポート内に配置され、
前記下部ポートの前記燃料噴射弁よりも吸気流れ方向の上流側に流量調整弁を備える
エンジン。
【請求項２】
前記流量調整弁は、前記吸気ポート内における吸気流れ方向に交差する方向に配置された弁軸と、前記弁軸周りに回動自在の弁体とを備え、
前記弁軸は、前記隔壁の吸気流れ方向の上流側端部に支持される
請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記流量調整弁は、前記吸気ポート内における吸気流れ方向に交差する方向に配置された弁軸と、前記弁軸周りに回動自在の弁体とを備え、
前記弁軸は、前記隔壁の吸気流れ方向の上流側端部から所定距離だけ下流側となる前記隔壁に支持される
請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記弁体は、前記弁軸に支持される基部と、閉弁状態で前記下部ポートの底部に当接する弁先端部とを備え、
前記弁先端部は、閉弁状態で前記弁軸よりも吸気流れ方向の上流側に位置している
請求項２又は３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記流量調整弁は、前記吸気ポート内における吸気流れ方向に交差する方向に配置された弁軸と、前記弁軸周りに回動自在の弁体とを備え、
前記弁軸は、前記下部ポートの底部に支持される
請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
前記弁体は、前記弁軸に支持される基部と、閉弁状態で前記下部ポートの天面に当接する弁先端部とを備え、
前記弁先端部は、閉弁状態で前記弁軸よりも吸気流れ方向の下流側に位置している
請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記隔壁は、吸気流れ方向の下流側へ向かうにつれて徐々に単位面積当たりの部材の熱容量が小さくなっている
請求項１〜６の何れか１項に記載のエンジン。
【請求項８】
前記隔壁は、吸気流れ方向の下流側へ向かうにつれて徐々に部材の厚さが薄くなっている
請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
前記隔壁は内部に中空部を有し、
前記中空部は、吸気流れ方向の下流側へ向かうにつれて徐々に単位面積当たりの前記隔壁に介在する容積が大きくなっている
請求項７に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃焼室内での良好な燃焼を可能とする吸気通路構造を備えたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼室内には、インテークマニホールドやシリンダヘッドに設けられる吸気通路（以下、吸気ポートと称する。）を通じて吸気が供給される。また、吸気ポート内には燃料噴射弁が備えられ、燃料噴射弁から噴射された燃料が吸気とともに燃焼室内で拡散し、その拡散した燃料が、燃焼室内に設けられた点火プラグによって点火されて燃焼する。
【０００３】
ところで、燃焼室内での燃料の燃焼により発生した熱が吸気ポート側に伝わり、吸気の温度が過度に上昇してしまうと、吸気の充填効率の低下やノッキング発生の原因となる場合がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１は、吸気ポートの内面に熱伝導率の低い断熱材を配置することで、吸気の温度上昇を抑制する技術が開示されている。この技術では、吸気ポート内を隔壁によって上部通路と下部通路に分割し、下部通路に空気量を制御する制御バルブを備えている。断熱材は、隔壁の上部通路側の面を含む上部通路の内面に配置されている。
【０００５】
また、特許文献２には、同じく、吸気ポート内を隔壁によって上部通路と下部通路に分割し、下部通路に空気量を制御する制御バルブを備え、隔壁の上部通路側の面に熱伝導率が高い高熱伝導性材を配置し、隔壁の下部通路側の面に断熱材が配置される技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−７１１２９号公報（第１６頁第１４図等参照）
【特許文献２】特開２０１０−１７４７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように吸気ポート内に断熱材を配置すると、吸気温度が低下して吸気の充填効率の向上が可能となるほか、点火進角も可能となる。しかし、断熱材を配置することで、吸気通路の壁面温度が低下するので、運転状況によっては、噴射された燃料の円滑な気化が阻害される場合もあると考えられる。燃料の気化は常に円滑であることが望ましい。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、吸気ポート内の吸気の温度上昇を抑制するとともに、吸気ポート内における燃料の円滑な気化を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンの燃焼室に接続される吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート内に配置され燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記吸気ポート内を上部ポートと下部ポートに隔てる隔壁とを備え、前記上部ポートの内面に断熱材が配置され、前記燃料噴射弁は前記下部ポート内に配置され、前記下部ポートの前記燃料噴射弁よりも吸気流れ方向の上流側に流量調整弁を備えるエンジンを採用した。
【００１０】
ここで、前記流量調整弁は、前記吸気ポート内における吸気流れ方向に交差する方向に配置された弁軸と、前記弁軸周りに回動自在の弁体とを備え、前記弁軸は、前記隔壁の吸気流れ方向の上流側端部に支持される構成を採用することができる。
【００１１】
あるいは、前記流量調整弁は、前記吸気ポート内における吸気流れ方向に交差する方向に配置された弁軸と、前記弁軸周りに回動自在の弁体とを備え、前記弁軸は、前記隔壁の上流側端部から所定距離だけ下流側となる前記隔壁に支持される構成を採用することができる。
【００１２】
このとき、前記弁体は、前記弁軸に支持される基部と、閉弁状態で前記下部ポートの底部に当接する弁先端部とを備え、前記弁先端部は、閉弁状態で前記弁軸よりも吸気流れ方向の上流側に位置している構成を採用することができる。
【００１３】
また、前記流量調整弁の他の態様として、前記流量調整弁は、前記吸気ポート内における吸気流れ方向に交差する方向に配置された弁軸と、前記弁軸周りに回動自在の弁体とを備え、前記弁軸は、前記下部ポートの底部に支持される構成を採用することができる。
【００１４】
このとき、前記弁体は、前記弁軸に支持される基部と、閉弁状態で前記下部ポートの天面に当接する弁先端部とを備え、前記弁先端部は、閉弁状態で前記弁軸よりも吸気流れ方向の下流側に位置している構成を採用することができる。
【００１５】
これらの各態様において、前記隔壁は、吸気流れ方向の下流側へ向かうにつれて徐々に単位面積当たりの部材の熱容量が小さくなっている構成を採用することができる。
【００１６】
例えば、前記隔壁は、吸気流れ方向の下流側へ向かうにつれて徐々に部材の厚さが薄くなっている構成を採用することができる。あるいは、例えば、前記隔壁は内部に中空部を有し、前記中空部は、吸気流れ方向の下流側へ向かうにつれて徐々に単位面積当たりの前記隔壁に介在する容積が大きくなっている構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明は、吸気ポート内に隔壁を介して上部ポートと下部ポートを備え、上部ポートの内面に断熱材を配置し、燃料噴射弁を下部ポート内に配置し、下部ポートの燃料噴射弁よりも吸気流れ方向の上流側に流量調整弁を備えたので、下部ポートへの吸気の流入を調整することで、吸気ポート内の吸気の温度上昇を抑制するとともに、吸気ポート内における燃料の円滑な気化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の流量調整弁が閉弁状態になった際の断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は他の実施形態を示す断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれさらに他の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、この実施形態のエンジン１の燃焼室２とシリンダヘッド付近を示す縦断面図である。図２は、吸気ポート３の断面図である。
【００２０】
図１に示すように、エンジン１のシリンダ内にはピストン８が収容されている。シリンダの上面、内周面、及び、ピストン８の上面等により燃焼室２が形成されている。燃焼室２の上部のシリンダヘッドには、燃焼室２内に吸気を送り込む吸気ポート３、燃焼室２から引き出された排気ポート４を備えている。
【００２１】
また、吸気ポート３内には、燃焼室２や吸気ポート３内へ燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）１０を備えている。また、燃焼室２の頂部には、その燃焼室２内に供給された燃料を燃焼させる点火火花を生じさせる点火装置７を備えている。
【００２２】
吸気ポート３の燃焼室２への開口である吸気弁孔は、吸気バルブ５によって開閉される。また、同様に、排気ポート４の燃焼室２への開口である排気弁孔も、排気バルブ６によって開閉される。
【００２３】
これらの図面では、この発明に直接関係する吸気側の部材や手段を中心に示し、他の部材等については図示省略している。また、図面では、一つのシリンダのみを示しているが、エンジン１は単気筒であってもよいし、複数のシリンダを備えた多気筒であってもよい。
【００２４】
吸気ポート３の断面形状は、通路の上面３ａ側と下面３ｂ側とを結ぶ上下方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも小さく設定された、いわゆる横長のオーバル形状となっている。このようなオーバル形状は、吸気ポート３の吸気流れ方向上流寄りに配置されるインテークマニホールド内の吸気通路から、吸気バルブ５の傘部５ａから伸びるバルブステム５ｂがシリンダヘッドに支持される箇所であるバルブ支持部付近までの区間において継続している。
【００２５】
吸気ポート３内における吸気バルブ５よりも吸気流れ方向の上流側には、その吸気ポート３内の空間を、上部ポート１６と下部ポート１３とに隔てる隔壁１１が備えられている。隔壁１１は、吸気ポート３の上流側と下流側とを結ぶ吸気流れ方向に対して、上流側端部１１ｄから下流側端部１１ｅまで、一定の長さの範囲で設けられる。
【００２６】
隔壁１１は、通路の幅方向の内壁間を直線状に結ぶ板状部材であってもよいし、それ以外にも、通路の幅方向の内壁間を吸気ポート３の下面３ｂに沿って円弧状に結ぶ板状部材等であってもよい。
【００２７】
上部ポート１６の内面には断熱材１２が配置されている。断熱材１２は、隔壁１１の上部ポート１６側の面を含む上部ポート１６の内面全体に配置されている。また、断熱材１２は、隔壁１１の上流側端部１１ｄよりも上流側の吸気ポート３の内面にも配置されている。下部ポート１３の内面には断熱材１２は配置されず、下部ポート１３の内面は、隔壁１１や吸気ポート３の素材である金属が露出している。
【００２８】
隔壁１１や吸気ポート３の部材を構成する素材は、通常はアルミニウム合金が用いられるが、これを他の金属や他の素材で構成することも可能である。また、隔壁１１と吸気ポート３とを異なる素材で構成することも可能であるが、両者の熱伝導率は同程度とすることが望ましい。断熱材１２の素材は、隔壁１１や吸気ポート３の部材よりも相対的に熱伝導率が低い素材であり、例えば、樹脂等を採用することができる。
【００２９】
吸気ポート３内に配置される燃料噴射弁１０は下部ポート１３に配置される。燃料噴射弁１０は、吸気ポート３の下面３ｂ側から下部ポート１３内の空間に向かって噴射口が臨むように配置される。
【００３０】
このエンジン１を搭載する車両は、電子制御ユニット２０を備えている。電子制御ユニット２０は、吸排気バルブ５，６の開閉制御や燃料噴射の制御、点火装置７による点火時期の制御等を含む、エンジン１や補機類全般の制御を行うほか、車両に搭載された機器類の制御も行う。
【００３１】
下部ポート１３において、燃料は、燃料噴射弁１０の噴射口から、吸気流れ方向に沿って下流側へ向かって噴射される。燃料噴射弁１０から噴射された燃料は、燃焼室２へ供給される。また、上部ポート１６においては、燃料の噴射は行われないので、上流側からの空気が燃焼室２へ供給される。
【００３２】
ここで、下部ポート１３において、燃料噴射弁１０よりも上流側に流量調整弁Ａが備えられている。この実施形態では、流量調整弁Ａは、下部ポート１３の上流側端に配置され、下部ポート１３内に流入する上流側からの吸気（新気）の量が調整できるようになっている。図１は、流量調整弁Ａの開弁状態を、図２は、流量調整弁Ａの閉弁状態を示している。
【００３３】
このように、吸気を供給するための上部ポート１６の内面に断熱材１２を配置したので、燃焼室２側からの熱の伝達、あるいは、排気の吹き戻し等に伴う上部ポート１６の内面の温度上昇は抑制される。これにより、上部ポート１６を通じて供給される吸気の温度上昇を抑制することができる。また、燃料噴射弁１０を、断熱材１２が配置されていない非断熱ポートである下部ポート１３内に配置したので、下部ポート１３の内面は、燃焼室２側からの熱の伝達、あるいは、排気の吹き戻し等によって、上部ポート１６の内面よりも高い適度な温度に維持され、吸気ポート３内における燃料の円滑な気化を実現することができる。さらに、下部ポート１３の燃料噴射弁１０よりも上流側に流量調整弁Ａを備えたので、下部ポート１３への吸気の流入を調整することで、下部ポート１３の内面の温度低下を防ぐことができ、燃料の気化をさらに促進することができる。
【００３４】
なお、通常運転時は、流量調整弁Ａの弁体１５は全閉状態として、下部ポート１３内の保温が行われることが望ましい。また、全負荷時は、流量調整弁Ａの弁体１５は全開状態として、必要な吸気量が確保されることが望ましい。
【００３５】
この実施形態における流量調整弁Ａの具体的な構成は、吸気ポート３内における吸気流れ方向に交差する方向に配置された弁軸１４と、弁軸１４周りに回動自在の弁体１５とを備えている。弁軸１４は、隔壁１１の上流側端部１１ｄに支持され、その軸方向が、吸気流れ方向に直交する方向となっている。
【００３６】
図１に示す開弁状態において、板状の弁体１５が、隔壁１１の上流側端部１１ｄからさらに上流側へ向かって、隔壁１１の方向を延長した同一直線上に伸びているので、上流側からの吸気の流れは抵抗なく円滑に上部ポート１６及び下部ポート１３に誘導される。
【００３７】
また、図２に示す閉弁状態において、板状の弁体１５が、吸気ポート３の下面３ｂから隔壁１１の上流側端部１１ｄへ向かって滑らかに接続されているので、上流側からの吸気の流れは円滑に上部ポート１６に誘導される。
【００３８】
ここで、吸気ポート３の吸気流れ方向に直交する断面において、上部ポート１６の断面積は下部ポート１３の断面積と同じか、あるいは、下部ポート１３の断面積よりも大きく設定されている。上部ポート１６は主たる吸気通路として機能し、下部ポート１３は燃料を供給する通路として機能するので、好ましくは、上部ポート１６の断面積は下部ポート１３の断面積よりも数倍（例えば、２〜３倍程度）大きく設定するのがよい。
【００３９】
図３（ａ）（ｂ）の実施形態では、流量調整弁Ａの弁軸１４は、隔壁１１の上流側端部１１ｄよりも下流側で、下部ポート１３の底部１３ｂに支持されている。また、弁体１５は、弁軸１４に支持される基部１５ａと、閉弁状態において、弁軸１４よりも下流側で下部ポート１３の天面１３ａに当接する弁先端部１５ｂとを備えている。
【００４０】
このため、流量調整弁Ａを開放した際には、下部ポート１３の流路の断面のうち、図３
（ｂ）に矢印ａで示すような、隔壁１１に近い側を通る吸気が多くなる。このため、燃料噴射弁１０から噴射された燃料は、図中の矢印ｂで示すように、隔壁１１から遠い側である底部１３ｂに沿って層状に流れるようになり、隔壁１１（下部ポート１３の天面１３ａ）への付着量が低減される。これにより、燃料の気化をさらに促進することができる。また、燃焼室２へ導入される吸気の多くは、下部ポート１３の底部１３ｂに近い側を通って燃焼室２に至るので、燃料は、燃焼室２内の排気側よりも吸気側に多く導入されるようになる。
【００４１】
つぎに、図４（ａ）に示す実施形態では、流量調整弁Ａの弁軸１４は、隔壁１１の上流側端部１１ｄよりも上流側で、下部ポート１３の底部１３ｂに支持されている。また、弁体１５の弁先端部１５ｂは、閉弁状態において、弁軸１４よりも下流側で隔壁１１の上流側端部１１ｄに当接する。
【００４２】
この実施形態においても、図２と同様、閉弁状態において、板状の弁体１５が、吸気ポート３の下面３ｂから隔壁１１の上流側端部１１ｄへ向かって滑らかに接続されているので、上流側からの吸気の流れは円滑に上部ポート１６に誘導される。
【００４３】
図４（ｂ）に示す実施形態では、流量調整弁Ａの弁軸１４は、隔壁１１の上流側端部１１ｄよりも下流側で、隔壁１１に支持されている。また、弁体１５の弁先端部１５ｂは、閉弁状態において、弁軸１４よりも上流側で下部ポート１３の底部１３ｂに当接する。
【００４４】
このため、流量調整弁Ａを開放した際には、下部ポート１３の流路の断面のうち、隔壁１１から遠い側である底部１３ｂ付近を通る吸気が多くなる。このため、隔壁１１の上流側端部１１ｄ付近での気流の乱れが生じにくく、吸気が下部ポート１３に誘導されやすいという効果が期待できる。
【００４５】
また、これらの各実施形態において、隔壁１１を、吸気流れ方向の下流側へ向かうにつれて徐々に単位面積当たりの部材の熱容量（隔壁１１の板面の単位面積に相当する範囲の部材の熱容量）が小さくなるように設定することができる。このような隔壁１１は、流量調整弁Ａの位置や向きが異なるいずれの実施形態においても採用できる。
【００４６】
このような隔壁１１を採用すれば、熱容量の小さい下流側のエリアにおいては、隔壁１１は、燃焼室２側からの熱の伝達、あるいは、排気の吹き戻し等に伴って、早期に温度上昇する。このため、燃料の気化がさらに円滑である。また、熱容量の大きい上流側のエリアにおいては、その温度上昇に長い時間を要するものの、一旦温度が上昇した後は、その温度は、下流側のエリアよりも相対的に長い時間だけ高い状態に維持されやすい。このため、下部ポート１３の内面温度が低下しないよう保温する効果が期待できる。
【００４７】
例えば、図５（ａ）の実施形態では、隔壁１１は、下流側へ向かうにつれて徐々に部材の厚さが薄くなっている構成となっている。このため、相対的に板厚の薄い下流側のエリアにおいては、隔壁１１を構成する部材の単位面積当たりの熱容量が小さく、相対的に板厚の厚い上流側のエリアにおいては、隔壁１１を構成する部材の単位面積当たりの熱容量が大きくなっている。
【００４８】
図５（ｂ）の実施形態では、同じく、隔壁１１は、下流側へ向かうにつれて徐々に単位面積当たりの部材の熱容量が小さくなるように設定されている。ここでは、隔壁１１は、下流側へ向かうにつれて段階的に部材の厚さが薄くなっている構成となっている。すなわち、図５（ａ）の実施形態では、隔壁１１の板厚が上流側から下流側に向かって連続的に薄くなっていたのに対し、この図５（ｂ）の実施形態では、隔壁１１の板厚が上流側から下流側に向かって段階的に薄くなっている。
【００４９】
相対的に板厚の薄い下流側のエリアにおいては、隔壁１１を構成する部材が第一部材１１ａという１枚の板材で構成されている。相対的に板厚の厚い上流側のエリアにおいては、隔壁１１を構成する部材が第一部材１１ａと第二部材１１ｂの２枚の板材で構成されている。ここでは、上流側から下流側へ向かって２種類の板厚のエリアを設定したが、この板厚の異なるエリアを、例えば３種類、４種類等として、板厚の変化の段階数を増やしてもよい。
【００５０】
図５（ｃ）の実施形態では、同じく、隔壁１１は、下流側へ向かうにつれて徐々に単位面積当たりの部材の熱容量が小さくなるように設定されている。ここでは、隔壁１１は、その内部に中空部１１ｃを有し、中空部１１ｃは、下流側へ向かうにつれて徐々に隔壁１１の単位面積当たりに介在する容積が大きくなるように設定されている。すなわち、隔壁１１を構成する部材は、下流側へ向かうにつれて徐々に単位面積当たりの部材の重量が小さくなり、その結果、単位面積当たりの部材の熱容量が小さくなるように設定されている。
【００５１】
具体的には、図５（ｃ）の実施形態では、中空部１１ｃが介在する下流側のエリアにおいては、単位面積当たりの熱容量が小さくなっており、中空部１１ｃが介在しない上流側のエリアにおいては、単位面積当たりの熱容量が大きくなっており、エリアに応じて２種類の熱容量を設定している。これを、例えば、３段階、４段階等といったように、熱容量の変化の段階数を増やしてもよい。
【００５２】
さらに、例えば、隔壁１１の長さ方向（吸気ポート３内の吸気流れ方向）や幅方向に沿って、複数の中空部１１ｃを等間隔で配置して、その複数存在する中空部１１ｃの一つあたりの容積を、上流側から下流側に向かって徐々に大きくするように変化させる構成が考えられる。あるいは、複数存在する同一形状、同一の大きさの中空部１１ｃの配置間隔を、上流側から下流側に向かって徐々に密にするように変化させる構成も考えられる。
【符号の説明】
【００５３】
１  エンジン
２  燃焼室
３  吸気ポート
４  排気ポート
５  吸気バルブ
５ａ  傘部
５ｂ  バルブステム
６  排気バルブ
７  点火装置
８  ピストン
１０  燃料噴射弁
１１  隔壁
１１ａ  第一部材
１１ｂ  第二部材
１１ｃ  中空部
１１ｄ  上流側端部
１１ｅ  下流側端部
１２  断熱材
１３  下部ポート
１３ａ  天面
１３ｂ  底部
１４  弁軸
１５  弁体
１５ａ  基部
１５ｂ  弁先端部
１６  上部ポート
２０  電子制御ユニット
Ａ  流量調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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