(57)【要約】【課題】より安価でより簡単な構造でもって、吸気流をより良好に制御する。【解決手段】吸気流を変更可能に構成されている可変吸気流機構１０が吸気ポート６内に配置される。可変吸気流機構は、吸気ポートの内周面６ｉに固定された固定壁１１と、固定壁に対し吸気ポートの径方向に相対移動可能な可動壁１２と、固定壁と可動壁との間に形成された油室１３と、固定壁及び可動壁とそれぞれ一体をなしつつ油室内に配置された構造体１４であって、油室内の油圧に応じて吸気ポートの径方向に伸縮可能な構造体と、吸気流を変更するために油室内の油圧を制御するように構成されている油圧制御装置１５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気流を変更可能に構成されている可変吸気流機構を吸気ポート内に配置した内燃機関において、
前記可変吸気流機構は、
前記吸気ポートの内周面に固定された固定壁と、
前記固定壁に対し前記吸気ポートの径方向に相対移動可能な可動壁と、
前記固定壁と前記可動壁との間に形成された油室と、
前記固定壁及び前記可動壁とそれぞれ一体をなしつつ前記油室内に配置された構造体であって、前記油室内の油圧に応じて前記吸気ポートの径方向に伸縮可能な構造体と、
前記吸気流を変更するために前記油室内の油圧を制御するように構成されている油圧制御装置と、
を備える、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気流を変更可能な吸気流制御バルブを吸気ポート内に配置した内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、燃焼室内に吸気によりシリンダ軸線回りの旋回流、すなわちスワール流の強度、又は、筒内に充填される吸気の量を変更可能なスワールコントロールバルブが吸気ポート内に配置される。特許文献１のスワールコントロールバルブはバタフライバルブから構成される。燃焼室内に吸気によりシリンダ軸線に垂直な軸線回りの旋回流、すなわちタンブル流の強度、又は、筒内に充填される吸気の量を変更可能なタンブルコントロールバルブを吸気ポート内に配置した内燃機関も公知である。なお、旋回流の強度は例えば、機関回転数に対する旋回流の角速度の比によって表される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５７５１６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、上述の内燃機関では、吸気ポート内に吸気流制御バルブを配置する必要があるだけでなく、吸気流制御バルブを駆動するアクチュエータなどを必要とする。このため、構造が複雑になり、コストも過度に上昇するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、吸気流を変更可能に構成されている可変吸気流機構を吸気ポート内に配置した内燃機関において、前記可変吸気流機構は、前記吸気ポートの内周面に固定された固定壁と、前記固定壁に対し前記吸気ポートの径方向に相対移動可能な可動壁と、前記固定壁と前記可動壁との間に形成された油室と、前記固定壁及び前記可動壁とそれぞれ一体をなしつつ前記油室内に配置された構造体であって、前記油室内の油圧に応じて前記吸気ポートの径方向に伸縮可能な構造体と、前記吸気流を変更するために前記油室内の油圧を制御するように構成されている油圧制御装置と、を備える、内燃機関が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
より安価でより簡単な構造でもって、吸気流をより良好に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】内燃機関の縦断面図である。
【図２】図３の線ＩＩ−ＩＩに沿ってみた、シリンダヘッドの部分概略断面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ってみた、シリンダヘッドの部分概略断面図である。
【図４】本発明による実施例の構造体の斜視図である。
【図５】構造体が伸長状態にあるときのシリンダヘッドの部分概略断面図である。
【図６】本発明による実施例における吸気ポートの流路断面形状の変化を示す図である。
【図７】本発明による別の実施例の内燃機関の断面図である。
【図８】本発明による別の実施例におけるタンブル流を説明する内燃機関の断面図である。
【図９】本発明による別の実施例のシリンダヘッドの部分概略断面図である。
【図１０】本発明による別の実施例のシリンダヘッドの部分概略断面図である。
【図１１】本発明による別の実施例における吸気ポートの流路断面形状の変化を示す図である。
【図１２】本発明による別の実施例の構造体の斜視図である。
【図１３】構造体の別の実施例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１を参照すると、１は内燃機関、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６はシリンダヘッド３内に形成された円断面形状又は楕円断面形状の吸気ポート、６ａは吸気ポート６の中心軸線、７は吸気ポート６の出口端に配置された吸気弁、８はシリンダヘッド３内に形成された円断面形状又は楕円断面形状の排気ポート、９は排気ポート８の出口端に配置された排気弁、をそれぞれ示す。
【０００９】
本発明による実施例では、吸気流を変更可能に構成されている可変吸気流機構１０が吸気ポート６内に配置される。図２及び図３には本発明による実施例の可変吸気流機構１０が概略的に示される。図２及び図３を参照すると、本発明による実施例の可変吸気流機構１０は、吸気ポート６の内周面６ｉに固定された固定壁１１を備える。本発明による実施例では、吸気ポート６の内周面６ｉに、吸気ポート６の全周にわたる凹溝６ｄが形成されており、凹溝６ｄの最奥部に円筒状の固定壁１１が固定される。一例では、固定壁１１は鋳ぐるみによってシリンダヘッド３に固定される。
【００１０】
また、本発明による実施例の可変吸気流機構１０は、固定壁１１に対して吸気ポート６の径方向に相対移動可能な可動壁１２を備える。可動壁１２は例えば可撓性を有する膜の形をなしている。また、可動壁１２は円筒状をなしており、その中心軸線方向両端において固定壁１１に結合される。したがって、固定壁１１と可動壁１２との間に密封空間が画定される。本発明による実施例では、図３に示されるように、可動壁１２は吸気ポート６の中心軸線６ａから偏心して設けられる。したがって、吸気ポート６の周方向に関し、固定壁１１と可動壁１２との間の距離は、吸気ポート６の底部６Ｂにおいて最も小さく（例えば、ゼロ）、吸気ポート６の頂部６Ｔに向かうにつれて次第に大きくなり、吸気ポート６の頂部６Ｔにおいて最も大きい。あるいは、上述の密閉空間は三日月形状の断面を有する。一方、本発明による実施例では、図２に示されるように、吸気ポート６の中心軸線６ａ方向に関し、固定壁１１と可動壁１２との結合部分を除いて、固定壁１１と可動壁１２との間の距離はほぼ一定である。
【００１１】
更に、本発明による実施例の可変吸気流機構１０は、固定壁１１と可動壁１２との間に形成された油室１３を備える。この油室１３は、上述の密封空間内に作動油を満たすことによって形成される。
【００１２】
更に、本発明による実施例の可変吸気流機構１０は、固定壁１１及び可動壁１２とそれぞれ一体をなしつつ油室１３内に配置された複数の構造体１４を備える。一例では、固定壁１１、可動壁１２、及び構造体１４は３Ｄプリンタを用いて一体成型される。固定壁１１及び構造体１４は例えば金属又は樹脂から形成される。可動壁１２は樹脂から形成される。
【００１３】
図４には図２及び図３に示される構造体１４の斜視図が示される。なお、図４において、ＳＬは構造体長さ方向を、ＳＷは構造体幅方向を、ＳＨは構造体高さ方向を、それぞれ示しており、これら構造体長さ方向ＳＬ、構造体幅方向ＳＷ、及び構造体高さ方向ＳＨは互いに直交する。また、図４において、構造体長さ方向ＳＬは紙面に直交している。また、図２及び図３に示される実施例では、構造体長さ方向ＳＬ、構造体幅方向ＳＷ、及び構造体高さ方向ＳＨは概ね、吸気ポート６の周方向、吸気ポート６の中心軸線６ａ方向、及び吸気ポート６の径方向にそれぞれ一致する。
【００１４】
図４に示される例では、構造体１４は、多角形断面を有しつつ構造体長さ方向ＳＬに延びる中空体の形をなしている。すなわち、図４に示されるように、構造体１４は、固定壁１１から延びる延長部１４Ｅと、延長部１４Ｅから分岐して可動壁１２にそれぞれ到る一対の脚部１４Ｌとを備える。
【００１５】
別の見方をすると、構造体１４は図４に示されるように、構造体長さ方向ＳＨにそれぞれ延びる複数の面部分１４Ｓと、これら面部分１４Ｓがそれぞれ互いに結合されることにより形成される複数の角部分１４Ｃとを含む。
【００１６】
このように構造体１４を構成すると、構造体１４は油室１３内の油圧に応じて構造体高さ方向ＳＨに伸縮可能となる。すなわち、本発明による実施例では、油室１３内は作動油で満たされている。この場合、油室１３内の油圧が上昇されると、角部分１４Ｃが平坦に近づくよう変形する。その結果、構造体１４は構造体高さ方向ＳＨに伸長する。図５は構造体１４が最も伸長した場合を示している。これに対し、油室１３内の油圧が低下されると、角部分１４Ｃが元の屈曲状態に戻るよう変形する。その結果、構造体１４は構造体高さ方向ＳＨに収縮する。図２及び図３は構造体１４が最も収縮した場合を示している。ここで、本発明による実施例では、構造体高さ方向ＳＨは吸気ポート６の径方向に一致する。したがって、構造体１４は油室１３内の油圧に応じて吸気ポート６の径方向に伸縮可能になっている、ということになる。なお、油室１３内の油圧に応じて構造体高さ方向ＳＨに伸縮可能である限り、構造体１４は種々の他の構造を取ることができる。
【００１７】
本発明による実施例では、構造体１４は図２に示されるように、吸気ポート６の中心軸線６ａ方向に互いに離間して配置される。この場合、構造体１４の高さはほぼ一定である。一方、本発明による実施例では、構造体１４は図３に示されるように、吸気ポート６の周方向に互いに離間した複数の列の形で配置される。この場合、構造体１４の高さは油室１３の高さに応じて変更される。具体的には、構造体１４の高さは吸気ポート６の頂部６Ｔにおいて最も大きく、吸気ポート６の底部６Ｂに向かうにつれて次第に小さくなる。
【００１８】
再び図２を参照すると、本発明による実施例の可変吸気流機構１０は更に、吸気流を変更するために油室１３内の油圧を制御するように構成されている油圧制御装置１５を備える。油圧制御装置１５は例えば油圧ポンプを含む。
【００１９】
さて、油圧制御装置１５により油室１３内の油圧が上昇されると、上述したように構造体１４が伸長する。その結果、可動壁１２が吸気ポート６の内方に向けて移動される。言い換えると、可動壁１２が突き出される。したがって、吸気ポート６の流路面積が小さくされる。これに対し、油圧制御装置１５により油室１３内の油圧が低下されると、上述したように構造体１４が収縮する。その結果、可動壁１２が吸気ポート６の外方に向けて移動される。言い換えると、可動壁１２が引っ込められる。したがって、吸気ポート６の流路面積が大きくされる。特に本発明による実施例では、構造体１４が最も収縮すると、図２に示されるように可動壁１２が吸気ポート６の内周面６ｉとほぼ面一となる。したがって、吸気ポート６の流路面積が可能な限り最大にされる。図６には、可動壁１２が最も引っ込められた場合、すなわち流路面積が最も大きい場合の吸気ポート６の流路断面形状がＲでもって示されており、可動壁１２が最も突き出された場合、すなわち流路面積が最も小さい場合の吸気ポート６の流路断面形状がＰでもって示されている。このように、油室１３内の油圧を制御することにより、吸気ポート６の流路面積が制御される。
【００２０】
本発明による実施例では、機関負荷に応じて油室１３内の油圧が制御され、それによって吸気ポート６の流路面積が制御される。一例では、機関低負荷及び中負荷運転時に、油室１３内の油圧が低くされ、それによって吸気ポート６の流路面積が小さく、例えば最小にされる。その結果、吸気流の流速が高められる。したがって、燃焼室５内における混合気のミキシングが促進され、燃焼が改善される。これに対し、機関高負荷運転時に、油室１３内の油圧が高くされ、それによって吸気ポート６の流路面積が大きく、例えば最大にされる。その結果、吸気量が増大される。したがって、大きな機関出力が確保される。特に本発明による実施例では、吸気ポート６内にバタフライバルブが配置されないので、バタフライバルブによる流路面積の低下又は圧力損失の増大が制限される。このようにして、吸気流が変更される。なお、油圧制御装置１５は電子制御ユニット（図示しない）によって制御される。
【００２１】
このように本発明による実施例では、一体的に形成された固定壁１１、可動壁１２、油室１３、及び構造体１４を吸気ポート６内に配置し、油室１３内の油圧を調整することにより、吸気流が変更される。したがって、より安価でより簡単な構造でもって、吸気流をより良好に制御することができる。
【００２２】
なお、可動壁１２を移動させることのみに着目すれば、油室１３内に構造体１４を設ける必要はないかもしれない。しかしながら、この場合、吸気ポート６内に発生する負圧によって可動壁１２が変形するおそれがある。その結果、吸気ポート６の流路面積が目標とする値から逸脱するおそれがあり、したがって吸気流量が目標とする値から逸脱するおそれがある。これに対し、本発明による実施例では、可動壁１２が構造体１４によって固定壁１１に固定されているので、可動壁１２の変形が制限される。したがって吸気ポート６の流路面積を目標とする値に維持することができ、吸気流量を目標とする値に維持することができる。
【００２３】
図７は本発明による別の実施例を示している。本発明による別の実施例では、吸気ポート６の出口付近のうち排気弁９と反対側の領域に可変吸気流機構１０が設けられる。本発明による別の実施例の可変吸気流機構１０も、上述した本発明による実施例と同様に、油室１３内の油圧を変更することにより、可動壁１２が固定壁１１に対し相対移動される。
【００２４】
本発明による別の実施例では、吸気によって燃焼室５内にタンブル流が形成される。図８にはタンブル流の一例がＴでもって示される。このタンブル流Ｔは、吸気ポート６から排気弁９側のシリンダボア内壁面２ｅに向けて進行し、次いでシリンダボア内壁面２ｅに沿いつつピストン４に向けて進行し、次いでピストン４の頂面に沿いつつ吸気弁７側のシリンダボア内壁面２ｉに向けて進行し、シリンダボア内壁面２ｉに沿いつつシリンダヘッド３に向けて進行する。その結果、シリンダ軸線に垂直な軸線回りの旋回流、すなわちタンブル流Ｔが形成される。
【００２５】
図９は、本発明による別の実施例において、油室１３内の油圧が低くされ、したがって可変吸気流機構１０の可動壁１２が引っ込められた場合を示している。一方、図１０は、本発明による別の実施例において、油室１３内の油圧が高くされ、したがって可変吸気流機構１０の可動壁１２が突き出された場合を示している。図９及び図１０において、矢印Ｆは吸気流を示している。更に、図１１には、可動壁１２が最も引っ込められた場合の、図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿ってみた吸気ポート６の流路断面形状がＲでもって示されており、可動壁１２が最も突き出された場合の、図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿ってみた吸気ポート６の流路断面形状がＰでもって示されている。
【００２６】
油室１３内の油圧が低くされると、図９にＺで示されるように、吸気流の一部が吸気弁７側のシリンダボア内壁面２ｉに向けて進行する。その結果、タンブル流Ｔが弱められる。あるいは、タンブル比が小さくされる。なお、タンブル比は例えば、機関回転数に対するタンブル流Ｔの角速度の比で表される。これに対し、油室１３内の油圧が高くされると、図１０にＹで示されるように、吸気流のほとんどが排気弁９側のシリンダボア内壁面２ｅに向けて進行する。その結果、タンブル流Ｔが強められる。あるいは、タンブル比が大きくされる。言い換えると、図９に示される場合には排気弁９側のシリンダボア内壁面２ｅへの吸気流の案内作用が弱められ、図１０に示される場合には排気弁９側のシリンダボア内壁面２ｅへの吸気流の案内作用が強められる。このように、本発明による別の実施例では、油室１３内の油圧を制御することにより、吸気流の案内作用、又は、吸気流の進行方向、又は、タンブル比が制御される。
【００２７】
図１２には、本発明による別の実施例及び比較例における、タンブル比と吸気流量との関係が示される。比較例の内燃機関は、吸気ポートを、吸気ポートの中心軸線に沿いつつ、排気弁９側のポート部分と排気弁９と反対側のポート部分とに分割する隔壁と、排気弁９と反対側のポート部分を開放又は遮蔽するタンブルコントロールバルブと、を備える。この場合、タンブルコントロールバルブが閉弁されると、吸気流が排気弁９側のポート部分内のみを流通する。その結果、タンブル流が強められ、吸気流量が少なくされる。これに対し、タンブルコントロールバルブが開弁されると、吸気流が両方のポート部分内を流通する。その結果、タンブル流が弱められ、吸気流量が多くされる。図１２において、Ｅｐは本発明による別の実施例において可動壁１２が最も突き出された場合を、Ｅｒは本発明による別の実施例において可動壁１２が最も引っ込められた場合を、それぞれ示している。また、Ｒｏは比較例においてタンブルコントロールバルブが開弁された場合を、Ｒｃは比較例においてタンブルコントロールバルブが閉弁された場合を、それぞれ示している。
【００２８】
図１２に示されるように、本発明による別の実施例のプロットＥｐと比較例のプロットＲｏとを比較すると、本発明による別の実施例ではタンブル比がより小さく、吸気流量がより多い。これは、本発明による別の実施例では吸気ポート６に隔壁が設けられず、したがって隔壁による流路抵抗の増大がないからである。
【００２９】
また、本発明による別の実施例のプロットＥｒと比較例のプロットＲｃとを比較すると、本発明による別の実施例ではタンブル比がより大きく、吸気流量がより少ない。これは、本発明による別の実施例では可変吸気流機構１０が吸気ポート６の出口付近に設けられ、吸気流の案内作用が確実に強められるからである。比較例では、隔壁を吸気ポート出口付近まで延ばすことができず、したがって２つのポート部分が吸気ポート出口よりも上流で合流することから、タンブル比を大きくするには限界がある。
【００３０】
図１３は構造体１４の別の実施例を示している。図１３に示される例では、構造体高さ方向ＳＨにおいて固定壁１１と可動壁１２との間のほぼ中央に位置する中央部２０と、中央部２０から構造体高さ方向ＳＨに固定壁１１に向けて延びる延長部２１Ｓと、延長部２１Ｓから分岐して固定壁１１にそれぞれ連結される一対の脚部２２Ｓと、中央部２０から構造体高さ方向ＳＨに可動壁１２に向けて延びる延長部２１Ｍと、延長部２１Ｍから分岐して可動壁１２にそれぞれ連結される一対の脚部２２Ｍと、を備える。この実施例でも、油室１３内の油圧に応じて構造体１４が構造体高さ方向ＳＨに伸縮可能になっている。
【符号の説明】
【００３１】
１    内燃機関
２    クランクケース
３    シリンダブロック
６    吸気ポート
１０  可変吸気流機構
１１  固定壁
１２  可動壁
１３  油室
１４  構造体
１５  油圧制御装置
【図１】
2018155115.tif 000003
【図２】
2018155115.tif 000004
【図３】
2018155115.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018155115.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018155115.tif 000011
【図１０】
2018155115.tif 000012
【図１１】
2018155115.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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