(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成により吸気流動バランスを最適化できるエンジンの吸気装置を提供する。【解決手段】ピストン２０が挿入され燃焼室が設けられるシリンダ１０に対して傾斜して配置され燃焼室内に燃焼用空気を導入するとともに、シリンダ側の領域が複数の流路に分岐した吸気ポート４０と、動弁駆動機構によって駆動され吸気ポートの燃焼室側の端部を開閉する吸気バルブ５０と、吸気ポートの分岐箇所よりも上流側の流路断面をシリンダ側及び動弁駆動機構側に分割する隔壁部４１と、吸気ポート内の隔壁部の上流側に設けられ、吸気ポートの流路断面のシリンダ側の領域を運転状態に応じて開閉する流路制御弁４２とを備えるエンジンの吸気装置において、隔壁部の下流側の終端位置を、吸気ポートの幅方向に沿って変化させた構成とする。【選択図】図２
2011241742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが挿入され燃焼室が設けられるシリンダに対して傾斜して配置され前記燃焼室内に燃焼用空気を導入するとともに、前記シリンダ側の領域が複数の流路に分岐した吸気ポートと、
動弁駆動機構によって駆動され前記吸気ポートの前記燃焼室側の端部を開閉する吸気バルブと、
前記吸気ポートの分岐箇所よりも上流側の流路断面を前記シリンダ側及び前記動弁駆動機構側に分割する隔壁部と、
前記吸気ポート内の前記隔壁部の上流側に設けられ、前記吸気ポートの流路断面の前記シリンダ側の領域を運転状態に応じて開閉する流路制御弁と
を備えるエンジンの吸気装置であって、
前記吸気ポートの長手方向における前記隔壁部の下流側の終端位置を、前記吸気ポートの幅方向に沿って変化させたこと
を特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】
前記隔壁部の下流側の端部の前記吸気ポートの幅方向における中央部に、他部よりも上流側に凹ませた凹部を形成したこと
を特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
【請求項３】
前記隔壁部の下流側の端部の前記吸気ポートの幅方向における中央部に、他部よりも下流側に延伸された延伸部を形成したこと
を特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気ポートの流路断面を区画する隔壁及び流路を変化させるコントロールバルブを用いてタンブルを発生させるエンジンの吸気装置に関し、特に簡単な構成によって吸気流動バランスを最適化したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用ガソリンエンジン等の往復動型内燃機関では、空気と燃料とのミキシングを促進して、より均質な混合気を得ることが求められる。また、このような往復動型内燃機関では、等容度を向上して熱効率を向上し、また、未燃部の自己着火によるノッキングを抑制するために火炎伝播速度を向上することが求められている。
燃料と吸気との混合促進及び火炎伝播速度の向上を図るためには、燃焼室の内部にスワール、タンブル等の気流を形成するのが有効であることが知られている。スワールとは、シリンダの軸線回りの旋回流（横渦）であり、タンブルとは、エンジンの回転軸と略平行な軸回りの旋回流（縦渦）である。
【０００３】
タンブル流を強化する従来技術として、例えば特許文献１には、吸気ポートを上下２分割する隔壁を設け、隔壁の下側（シリンダブロック側）の流路を閉塞するコントロールバルブを備えたエンジンの吸気装置が記載されている。
このような構成によれば、エンジン低負荷時にはコントロールバルブで吸気ポートの下側部分を閉塞し、吸気ポートの上側部分を吸気が高速で流れるようにし、シリンダ内部でタンブル流を発生させることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、隔壁の下流側終端部をバルブステム近傍まで延伸し、ここに設けられた三角部から隔壁に付着した燃料をスムースに流して燃料の間歇的な流入による燃焼の悪化を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１９４７２号公報
【特許文献２】特開平６−１５９２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようにタンブルを生成するエンジンの吸気装置においては、クランクシャフト軸線方向における流動強さのバランスを適正化することが重要である。
例えば、気筒あたり２つの吸気バルブを有するエンジンの場合、２つの吸気バルブの内側を通る気流と外側を通る気流とのバランスが偏っていることは好ましくない。
しかし、上述した特許文献１、２に記載の技術では、このようなクランクシャフト軸線方向の流動強さバランスについて考慮されておらず、さらに、特許文献２の構成では隔壁を複数に分岐した吸気ポートの内部まで延伸する必要があり、構造や製法が複雑化してしまう。
本発明の課題は、簡単な構成により吸気流動バランスを最適化できるエンジンの吸気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、ピストンが挿入され燃焼室が設けられるシリンダに対して傾斜して配置され前記燃焼室内に燃焼用空気を導入するとともに、前記シリンダ側の領域が複数の流路に分岐した吸気ポートと、動弁駆動機構によって駆動され前記吸気ポートの前記燃焼室側の端部を開閉する吸気バルブと、前記吸気ポートの分岐箇所よりも上流側の流路断面を前記シリンダ側及び前記動弁駆動機構側に分割する隔壁部と、前記吸気ポート内の前記隔壁部の上流側に設けられ、前記吸気ポートの流路断面の前記シリンダ側の領域を運転状態に応じて開閉する流路制御弁とを備えるエンジンの吸気装置であって、前記吸気ポートの長手方向における前記隔壁部の下流側の終端位置を、前記吸気ポートの幅方向に沿って変化させたことを特徴とするエンジンの吸気装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、前記隔壁部の下流側の端部の前記吸気ポートの幅方向における中央部に、他部よりも上流側に凹ませた凹部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置である。
請求項３の発明は、前記隔壁部の下流側の端部の前記吸気ポートの幅方向における中央部に、他部よりも下流側に延伸された延伸部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置である。
【発明の効果】
【０００９】
流路制御弁を閉じた状態においては、隔壁に対して動弁駆動機構側のほうがシリンダ側に対して流速が速くなることから、圧力が低くなる。このため、隔壁の終端部の直後においては、シリンダ側から動弁駆動機構側へ流れ、隔壁法線成分を有する気流が発生する。
本発明によれば、吸気ポートの長手方向における隔壁部の下流側の終端位置を、クランクシャフト軸線方向に沿って変化させたことによって、このような隔壁法線成分を有する気流を、隔壁部の終端位置が他部に対して上流側に配置された領域に集中させることができる。このような領域ではシリンダ側（デッキ側）から動弁駆動機構側への強い気流が形成される。
【００１０】
一方、隔壁よりも動弁駆動機構側を流れる燃焼用空気の主流は、このような隔壁法線方向の気流を避けるように分布が変化する傾向を有する。その結果、隔壁部の終端位置が他部に対して下流側まで延伸された領域では、燃焼室内へ流れる主流の強さを増すことができる。
【００１１】
本発明においては、上述した特性を利用し、仮に隔壁の後端縁部をストレートにした場合には主流の流れが強くなりすぎる箇所では、隔壁の後端を上流側へ凹ませ、逆に主流の流れが弱くなる箇所では、隔壁の後端を下流側に延伸することによって、簡単な構成によって吸気流動バランスを良好にすることができる。
【００１２】
例えば、吸気ポートの中央部（バルブ内側）の流動が強い傾向があるエンジンの場合には、隔壁部の下流側の端部の吸気ポートの幅方向における中央部に、他部よりも上流側に凹ませた凹部（切欠部）を形成することによって、吸気流動バランスの適正化を図ることができる。
【００１３】
また、吸気ポートの両端部（バルブ外側）の流動が強い傾向があるエンジンの場合には、隔壁部の下流側の端部の吸気ポートの幅方向における中央部に、他部よりも下流側に延伸された延伸部を形成することによって、吸気流動バランスの適正化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用したエンジンの吸気装置の実施例１を備えるエンジンのシリンダ及び吸気ポート等の内面形状を対称面で切って見た断面図である。
【図２】実施例１のエンジンにおけるシリンダ及び吸気ポート等の透視斜視図である。
【図３】本発明の実施例１、実施例２、及び、本発明の比較例における吸気ポートを、動弁駆動機構側から見た透視図である。なお、実施例１、実施例２、比較例をそれぞれ図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示す。（図５、図６において同様）
【図４】実施例１のエンジンの対称面における気流の一例を示す模式図である。
【図５】実施例１、実施例２、比較例の吸気ポート内の隔壁法線方向の流速分布を示す図である。
【図６】実施例１、実施例２、比較例の吸気ポートの長手方向に沿った主流の流速分布を示す図である。
【図７】実施例１と比較例におけるクランク角に応じたタンブル比の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、簡単な構成により吸気流動バランスを最適化できるエンジンの吸気装置を提供する課題を、ポート内を上下に区画する隔壁の下流側終端部の一部を延伸又は短縮し、隔壁法線方向の気流強さをコントロールすることによって解決した。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明を適用したエンジンの吸気装置の実施例１について説明する。
実施例１におけるエンジンは、例えば、乗用車等の自動車の走行用動力源として用いられる４ストロークのガソリンエンジンであって、吸気２弁及び排気２弁を備えたペントルーフ型燃焼室を有するものである。
図１は、実施例１におけるエンジンのシリンダ及び吸気ポート等の内面形状を対称面で切って見た断面図である。対称面とは、クランクシャフトの回転軸方向と直交しかつシリンダの中心軸を含む平面を指す。
図２は、図１のシリンダ及び吸気ポート等の内面形状の透視斜視図である。
図３（ａ）は、図１の吸気ポートを動弁駆動機構側から見た透視図である。
【００１７】
図１等に示すように、エンジンは、シリンダ１０、ピストン２０、ヘッド３０、吸気ポート４０、吸気バルブ５０、排気バルブ６０等を有し、シリンダ１０、ピストン２０、ヘッド３０等によって形成される燃焼室１００を備えている。
シリンダ１０は、略円筒状に形成され、例えば、アルミニウム系合金製のシリンダブロック内に挿入される鋳鉄製スリーブの内周面によって形成されている。
【００１８】
ピストン２０は、シリンダ１０内に挿入され、シリンダ１０の中心軸方向に沿って往復運動する部材である。ピストン２０は、図示しないクランクシャフトと図示しないコネクティングロッドによって連結されている。
【００１９】
ヘッド３０は、シリンダ１０のクランクシャフトとは反対側の端部に設けられ、ピストン２０の冠面等と協働して燃焼室１００を形成するものである。また、ヘッド３０には、吸気ポート４０、図示しない排気ポート、動弁駆動機構等が設けられている。
【００２０】
吸気ポート４０は、燃焼室１００内に燃焼用空気（新気）を導入する流路である。なお、エンジンがポート噴射式あるいは筒内直噴とポート噴射とを併用する方式の場合には、吸気ポート４０には図示しない燃料インジェクタが設けられる。
吸気ポート４０は、シリンダ１０の中心軸に対して傾斜して配置され、燃焼室側の端部は、二又に分岐するとともに、図示しない動弁駆動機構側が凸となるように湾曲して形成されている。この湾曲部における外側の壁面部は、図示しない排気ポートと隣接して配置されている。
吸気ポート４０には、隔壁４１、コントロールバルブ４２が設けられている。
隔壁４１は、吸気ポート４０の分岐部よりも上流側の中間部分における流路を、シリンダ側（図１における下側・デッキ側）と、動弁駆動機構側（図１における上側）とに二分するものである。
【００２１】
隔壁４１の下流側（燃焼室側）の端部は、クランクシャフト軸線方向における中央部が他の部分に対して上流側に凹むように、略Ｖ字状の端縁部を有する切欠部（凹部）４１ａが形成されている。この切欠部４１ａの端縁部は、例えば、クランクシャフトの軸線方向に対して、約３０度程度傾斜して配置されている。
また、切欠部４１ａは、吸気ポート４０が二又に分岐する分岐箇所よりも上流側に配置されている。
この切欠部４１ａの効果については、後述する実施例２の延伸部４１ｂの効果とともに、本発明の比較例と対比して説明する。
【００２２】
コントロールバルブ４２は、隔壁４１の上流側に設けられ、エンジンが例えば低負荷時等の所定の運転状態にある場合に、隔壁４１よりもシリンダ１０側の流路を実質的に閉塞するものである。コントロールバルブ４２は、図示しないエンジン制御装置によって制御される図示しないアクチュエータによって駆動され、クランクシャフトの中心軸と略平行に配置された回転軸回りに揺動することによって流路を開閉する。
【００２３】
吸気バルブ５０は、吸気ポート４０の二又に分岐した燃焼室１００側端部をそれぞれ開閉するものである。
吸気バルブ５０は、一体に形成された弁体５１及びステム５２を備えている。
弁体５１は、傘状又は円盤状に形成され、吸気ポート４０の端部を開閉するものである。また、弁体５１のシリンダ１０内側の面部は、燃焼室１００の壁部の一部を構成する。
ステム５２は、弁体５１から突き出して形成された円柱状の軸部であって、吸気ポート４０に設けられたステムガイドに挿入されている。
吸気バルブ５０は、ステム５２の端部を図示しないカムシャフト等の動弁駆動機構によって駆動され、クランクシャフトの回転と同期してステム５２の軸方向に往復し、吸気ポート４０を開閉する。
【００２４】
排気バルブ６０は、動弁駆動機構によって開閉駆動され、図示しない排気ポートを開閉するものである。排気バルブ６０のシリンダ１０内側の面部は、燃焼室１００の壁部の一部を構成する。
吸気バルブ５０及び排気バルブ６０は、それぞれ２本ずつ設けられている。対称面を挟んで隣接する１対の吸気バルブ５０、及び、対称面を挟んで隣接する１対の排気バルブ６０は、それぞれステムの方向が平行とされた状態で隣接して配置されている。また、吸気バルブ５０と排気バルブ６０とは、ステムの方向が所定のバルブ開き角だけ開いた状態で配置されている。
【実施例２】
【００２５】
次に、本発明を適用したエンジンの吸気装置の実施例２について説明する。
なお、実施例２及び後述する本発明の比較例において、上述した実施例１と実質的に同様の箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００２６】
実施例２のエンジンの吸気装置は、実施例１の隔壁４１の後端縁部に、上述した切欠部４１ａに代えて、図３（ｂ）に示す延伸部４１ｂを備えたものである。
延伸部４１ｂは、隔壁４１の吸気ポート４０幅方向における中央部を、他部に対して下流側（燃焼室１００側）に延伸したものである。延伸部４１ｂにおける隔壁４１の後端縁は、図３（ｂ）に示すようにほぼＶ字状に形成されている。
【００２７】
以下、上述した実施例１、２の効果について、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。
本発明の比較例のエンジンの吸気装置は、実施例１における隔壁４１の後端縁部を、吸気ポート４０の幅方向（クランクシャフト軸線方向）に沿ってストレートに形成したものである。
【００２８】
図４は、コントロールバルブ４２を閉じた状態における実施例１のエンジンの対称面における気流の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、吸気ポート４０の主要部及びシリンダ１０内の全体を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ部拡大図である。
コントロールバルブ４２を閉じた状態においては、隔壁４１の動弁駆動機構側（図中上方）に偏流が形成される。隔壁４１の動弁駆動機構側では、シリンダ側に対して、吸気ポート４０の長手方向に沿った燃焼用空気の流速が速くなることから、圧力が低くなる。
このような隔壁４１の両側の圧力差に起因して、隔壁４１の下流側では、シリンダ側から動弁駆動機構側へ流れ、隔壁４１の法線方向成分を有する気流が形成される。（図４（ｂ）のＡ部参照）
【００２９】
図５は、コントロールバルブ４２を閉じた状態における実施例１、実施例２、比較例の吸気ポート内の隔壁法線方向の流速分布を示す図である。図中、破線に囲まれた領域が、流速３ｍ／ｓ以上である領域を示している。
図５（ａ）に示す実施例１のように、切欠部４１ａを形成した場合には、隔壁法線方向の流速が速い領域が切欠部４１ａ直後の吸気ポート４１の中央部に形成される。
また、図５（ｂ）に示す実施例２のように、延伸部４１ｂを形成した場合には、隔壁法線方向の流速が速い領域が、延伸部４１ｂを挟んだ吸気ポート４０の両側壁付近において、隔壁４０の直後に形成される。
一方、図５（ｃ）に示す比較例のように、隔壁４１の後端縁部をストレートに形成した場合には、実施例１、２のような隔壁法線方向の流速が部分的に速い領域は形成されにくい。
【００３０】
図６は、コントロールバルブ４２を閉じた状態における実施例１、実施例２、比較例の吸気ポートの長手方向に沿った主流の流速分布を示す図である。図中、破線に囲まれた領域が流速４０ｍ／ｓ以上である領域を示し、一点鎖線に囲まれた領域が流速０ｍ／ｓ以上である領域を示している。
【００３１】
実施例１においては、図５（ａ）に示すように、吸気ポートの幅方向（クランクシャフト軸線方向）における中央部に、隔壁法線方向の流速が速い領域が形成される。吸気ポート４０の長手方向に沿った燃焼用空気の主流はこの中央部を避けて、吸気ポート４０の幅方向における両側に分布が変化する。
この結果、図６（ａ）に中抜き矢印で示すように、吸気ポート４０の中央部から２本の吸気バルブ５０の内側に流れる気流は弱められる一方、吸気ポート４０の両端部から吸気バルブ５０の外側に流れる気流は強められる。
このような実施例１は、仮に比較例の吸気装置を適用した場合に、吸気ポート４０の中央部からの気流が強く、吸気流動バランスが偏って十分なタンブルが得られない場合に、吸気流動バランスを適正化してタンブルを増強するのに適している。
【００３２】
図７は、実施例１と比較例におけるクランク角に応じたタンブル比の推移を示すグラフであって、横軸はクランク角を示し、縦軸はタンブル比を示している。
図７に示すように、実施例１においては、吸気行程の中盤であるクランク角（ＡＴＤＣ）８０°以降から比較例に対してより強いタンブルを得ることができ、吸気バルブ５０が閉じられて圧縮行程が行われている間も、比較例に対して強いタンブルを維持することができ、燃焼状態を良好化して出力、燃費、排ガス等を改善することができる。
特に、圧縮行程後期であり点火時期の直前となる３２０〜３５０°前後でのタンブル強度が比較例に対して強くなっていることから、燃焼改善効果は顕著である。
【００３３】
また、実施例２においては、図５（ｂ）に示すように、吸気ポートの幅方向（クランクシャフト軸線方向）における両端部に、隔壁法線方向の流速が速い領域が形成される。吸気ポート４０の長手方向に沿った燃焼用空気の主流はこの両端部を避けて、吸気ポート４０の幅方向における中央に分布が変化する。
この結果、図６（ｂ）に中抜き矢印で示すように、吸気ポート４０の中央部から２本の吸気バルブ５０の内側に流れる気流は強められる一方、吸気ポート４０の両端部から吸気バルブ５０の外側に流れる気流は弱められる。
このような実施例２は、仮に比較例の吸気装置を適用した場合に、吸気ポート４０の中央部からの気流が弱く、吸気流動バランスが偏って十分なタンブルが得られない場合に、吸気流動バランスを適正化してタンブルを増強するのに適している。
以上説明したように、実施例１、２のエンジンの吸気装置によれば、簡単な構成により吸気流動バランスを最適化することができる。
また、上述したような隔壁４１の下流側終端部の形状は、コントロールバルブ４２を開いた場合の流量係数への影響が僅少である。
【００３４】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、隔壁の後端縁部の形状は、上述した実施例１、２のような構成に限らず、適宜変更することができる。例えば、隔壁後端縁部の形状は上述したＶ字状のものに限らず、段状に形成したり、曲線状に形成してもよい。また、複数の延伸部や複数の切欠部を組み合わせて構成してもよい。
また、本発明のエンジンの吸気装置は、上述したようなタンブルの強化のみでなく、例えば、逆に筒内直噴エンジンなどで意図的にタンブル流を抑制する目的でも用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０    シリンダ                  ２０    ピストン
３０    ヘッド
４０    吸気ポート                ４１    隔壁
４１ａ  切欠部                    ４１ｂ  延伸部
４２    コントロールバルブ        ４３    隔壁
５０    吸気バルブ
５１    弁体                      ５２    ステム
６０    排気バルブ              １００    燃焼室
【図１】
2011241742.tif 000003
【図２】
2011241742.tif 000004
【図３】
2011241742.tif 000005
【図４】
2011241742.tif 000006
【図５】
2011241742.tif 000007
【図６】
2011241742.tif 000008
【図７】
2011241742.tif 000009