(57)【要約】【課題】  筒内に強度の高い旋回気流を好適に生成可能な、さらには冷間時の希薄燃焼のリーン限界等を拡大可能な内燃機関の吸気通路構造を提供する。【解決手段】  燃焼室５４内にタンブル流Ｔを生成するための気流制御弁１が吸気ポート１０に配設された内燃機関の吸気通路構造１００であって、気流制御弁１が全閉時に吸気をより速い流速で流通させるための切欠き部１ａを有するとともに、切欠き部１ａを流通した吸気を、２つの吸気弁５５のバルブステム部５５ａ間に案内するように設けられた隔壁１５を有する。隔壁１５はその一端がバルブステム部５５ａ近傍に位置するとともに、その他端が気流制御弁１が全閉状態になっているときに切欠き部１ａを流通した吸気が縮流する地点よりも気流制御弁１側に位置している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設された内燃機関の吸気通路構造であって、
前記気流制御弁が全閉時に吸気をより速い流速で流通させるための切欠き部を有するとともに、該切欠き部を流通した吸気を、少なくとも２つ以上の吸気弁のうち、両端に位置する吸気弁のバルブステム部の間に案内するように設けられた隔壁を有することを特徴とする内燃機関の吸気通路構造。
【請求項２】
前記隔壁が、前記気流制御弁が全閉状態になっているときに前記切欠き部を流通した吸気が縮流する地点を前記隔壁同士で間に挟むように配設されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気通路構造。
【請求項３】
前記隔壁の一端が前記バルブステム部近傍に位置するとともに、前記隔壁の他端が、前記気流制御弁が全閉状態になっているときに前記切欠き部を流通した吸気が縮流する地点よりも前記気流制御弁側に位置していることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の吸気通路構造。
【請求項４】
さらに前記隔壁同士の間に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の内燃機関の吸気通路構造。
【請求項５】
前記気流制御弁の基端部が片持ち状に軸支されているとともに、前記切欠き部が前記気流制御弁の先端部の中央に形成されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の内燃機関の吸気通路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気通路構造に関し、特に全閉時に吸気をより速い流速で流通させるための切欠き部を有する気流制御弁を備えた内燃機関の吸気通路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸気通路内で吸気を偏流させ、内燃機関の燃焼室内（以下、単に筒内とも称す）にタンブル（縦渦）やスワール（横渦）といった旋回気流を生成する気流制御弁が知られている。係る気流制御弁を備えた内燃機関の吸気通路構造に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１から６までで提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１５９０７８号公報
【特許文献２】特開平６−１５９０７９号公報
【特許文献３】実開平７−２２０３５号公報
【特許文献４】特開平６−２４８９５９号公報
【特許文献５】実開平７−２２０３４号公報
【特許文献６】特開平６−１５９０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
気流制御弁は、例えば吸気通路の壁面近傍で基端部（図２参照）を片持ち状に軸支された状態で吸気通路に配設される。係る気流制御弁が閉弁すると、吸気通路と気流制御弁の先端部（図２参照）との間に流路が形成される。そして吸気はこの流路を通過する際に偏流され、筒内で旋回気流に生成される。また先端部の中央に切欠き部（図２参照）が形成されている場合には、吸気の流速が高まる結果、筒内により強度の高い旋回気流を生成することができる。ところが、このとき吸気が吸気弁のバルブステム部に衝突すると、吸気の流れに乱れが生じ、吸気の流れのうち、筒内に流入しようとする方向の流れの成分が弱まってしまう。
【０００５】
図３は内燃機関の吸気通路構造１００Ｘで筒内に吸気が流入するときの吸気の流動態様を上面視で模式的に示す図である。なお、図３に示す内燃機関の吸気通路構造１００Ｘは、先端部の中央に切欠き部１ａが形成されるとともに、基端部が片持ち状に軸支された気流制御弁１を吸気ポート１０に備えており、図３ではこの気流制御弁１が全閉状態になっているときに筒内に流入した吸気の流動態様を示している。図３から、気流制御弁１の切欠き部１ａを流通した吸気（以下、単に主流とも称す）が吸気弁５５のバルブステム部５５ａに衝突すると、主流にＡ部に示すような乱れが生じることがわかる。そして係る乱れが発生すると、主流のうち、筒内に流入しようとする方向の流れの成分は弱まる。このため係る乱れが生じると、筒内に生成される旋回気流の強度も低下してしまうことになる。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、筒内に強度の高い旋回気流を好適に生成可能な、さらには冷間時の希薄燃焼のリーン限界等を拡大可能な内燃機関の吸気通路構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は燃焼室内に旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設された内燃機関の吸気通路構造であって、前記気流制御弁が全閉時に吸気をより速い流速で流通させるための切欠き部を有するとともに、該切欠き部を流通した吸気を、少なくとも２つ以上の吸気弁のうち、両端に位置する吸気弁のバルブステム部の間に案内するように設けられた隔壁を有することを特徴とする。本発明によれば、筒内に強度の高い旋回気流を生成すべく生成された主流が、隔壁に案内されて両端に位置する吸気弁（吸気２弁構造の場合は２つの吸気弁）のバルブステム部の間を流通するようになる。このため本発明によれば、主流がバルブステム部に正面から衝突することを防止でき、以って筒内に強度の高い旋回気流を好適に生成できる。
【０００８】
また本発明は前記隔壁が、前記気流制御弁が全閉状態になっているときに前記切欠き部を流通した吸気が縮流する地点を前記隔壁同士で間に挟むように配設されていてもよい。ここで気流制御弁が全閉状態になっているときに切欠き部を流通した吸気は縮流し、その後次第に拡散する性質を有している（図４（ａ）参照）。本発明は係る点に着目してなされたものであり、主流が前述のバルブステム部の間を流通するようにするにあたっては、具体的には例えば本発明のように隔壁が設けられていることが好適である。本発明によれば、主流が隔壁同士の間をより確実に流通するようになることから、以って筒内に強度の高い旋回気流を好適に生成できるとともに、吸気通路抵抗も低く抑制できる。なお、縮流する地点とは、具体的には図４（ａ）に示すように主流が切欠き部を流通した後、流通しながら次第に縮流する状態を経てほぼ一定の状態に縮流する地点（図４（ａ）に示すＢ地点）であり、換言すれば巨視的に見て主流が最も縮流する地点ともいえる。
【０００９】
また本発明は、前記隔壁の一端が前記バルブステム部近傍に位置するとともに、前記隔壁の他端が、前記気流制御弁が全閉状態になっているときに前記切欠き部を流通した吸気が縮流する地点よりも前記気流制御弁側に位置していてもよい。さらに具体的には隔壁は例えば本発明のように設けられていることが好適である。本発明によれば、主流が隔壁同士の間をより確実に流通するようになるとともに、主流がバルブステム部に正面から衝突しないように隔壁で案内できることから、筒内に強度の高い旋回気流を好適に生成できるとともに、吸気通路抵抗も低く抑制できる。
【００１０】
また本発明は、さらに前記隔壁同士の間に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えてもよい。本発明によれば、噴射した燃料の噴霧が主流と共に筒内で強度の高い旋回気流に生成されるとともに、この燃料を含む強度の高い旋回気流で圧縮工程の上死点付近まで維持される混合気の成層状態を形成できる。このため本発明によれば、冷間時の希薄燃焼のリーン限界及び点火時期の遅角限界や、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えている場合にあっては、ＥＧＲ装置を利用する軽負荷時の運転領域の限界などを拡大できる。
【００１１】
また本発明は、前記気流制御弁の基端部が片持ち状に軸支されているとともに、前記切欠き部が前記気流制御弁の先端部の中央に形成されていてもよい。また筒内に強度の高い旋回気流を生成するにあたっては、気流制御弁が具体的には例えば本発明のような気流制御弁であることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば筒内に強度の高い旋回気流を好適に生成可能な、さらには冷間時の希薄燃焼のリーン限界等を拡大可能な内燃機関の吸気通路構造を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸気通路構造（以下、単に吸気通路構造と称す）１００を内燃機関５０の要部とともに模式的に示す図である。具体的には、図１（ａ）では内燃機関５０の要部として、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３とともに吸気通路構造１００を示し、図１（ｂ）では、図１（ａ）に示す矢視Ｙで内燃機関５０の要部とともに吸気通路構造１００を示している。なお、形状の理解を容易にすべく図２に気流制御弁１の外観を各部の名称とともに示している。内燃機関５０は所謂ポート噴射式のガソリンエンジンである。但しこれに限られず、本発明を実施可能な内燃機関であればその他の適宜の内燃機関が適用されてよい。また、内燃機関５０は直列４気筒の気筒配列構造を有しているが、これに限られず適宜の気筒配列及び気筒数であってよい。また本実施例では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが他の気筒についても同様の構造となっている。
【００１５】
内燃機関５０はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２、ピストン５３等を有して構成されている。シリンダブロック５１には略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５４は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びシリンダ５３に囲まれた空間として形成されている。シリンダヘッド５２には、燃焼室５４に吸気を導くための吸気ポート（本発明の吸気通路に相当）１０のほか、燃焼したガスを燃焼室５４から排気するための排気ポート（図示省略）が形成されている。吸気ポート１０には燃料を噴射するための燃料噴射弁１１が配設されている。またシリンダヘッド５２には、吸気ポート１０を開閉するための吸気弁５５と、排気ポートを開閉するための排気弁（図示省略）とが夫々配設されている。なお、ピストン５３の頂面には、タンブル流Ｔを好適に案内するためのキャビティが形成されていることが好ましい。
【００１６】
吸気通路構造１００は気流制御弁１と、弁軸２と、吸気ポート１０と、隔壁１５とを有して構成されている。弁軸２は気流制御弁１を軸支するための構成であり、燃料噴射弁１１よりも上流側の吸気ポート１０の壁面Ｗ２近傍に介装されている。また弁軸２は図示しないアクチュエータで駆動される。本実施例ではこのアクチュエータはステップモータで実現されている。但しこれに限られず、アクチュエータにはステップモータの代わりに適宜のアクチュエータが適用されてよく、またアクチュエータはリンク機構やラック＆ピニオン機構や減速機構などの適宜の機構を介して弁軸２と連結されていてよい。
【００１７】
気流制御弁１は筒内に旋回気流を生成するための構成であり、本実施例では具体的にはタンブル流Ｔを生成するための構成となっている。気流制御弁１は基端部が弁軸２に軸支されており、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）の制御のもと、アクチュエータが弁軸２を介して気流制御弁１の開度を変更すると、この開度変化に伴って吸気の流量及び流速が変化する。気流制御弁１は全開時に吸気ポート１０の壁面に形成された格納部１０ａに格納される。
【００１８】
気流制御弁１の先端部の中央には全閉時に吸気をより速い流速で流通させるための切り欠き部１ａが形成されている。この切欠き部１ａは気流制御弁１全閉時に、吸気ポート１０の壁面Ｗ１とともに流路を形成する。吸気は気流制御弁１全閉時から半開時にかけて吸気ポート１０内で偏流されて、筒内で強度の高いタンブル流Ｔに生成される。なお、全閉には気流制御弁１が機械的に規制された可動範囲内で最大限閉じ側になっていることだけでなく、内燃機関５０運転中に閉じるように設定された開度に制御されていることも含まれる。
【００１９】
隔壁１５は主流を２つの吸気弁５５のバルブステム部５５ａ間に案内するように、吸気ポート１０に設けられている。具体的には隔壁１５は一端がバルブステム部５５ａ近傍に位置するとともに、他端が、気流制御弁１が全閉状態になっているときに主流が縮流する地点（例えば図３に示すＢ地点）よりも気流制御弁１側に位置している。これにより、この縮流地点は一対の隔壁１５同士の間に挟まれる。隔壁１５はシリンダ５１ａ延伸方向を縦方向として、この方向に沿うようにして吸気ポート１０を仕切っている。なお、隔壁１５はシリンダヘッド５２の一部として形成されてもよく、シリンダヘッド５２とは異なる構成として吸気ポート１０に設けられてもよい。
【００２０】
上述の構成で、次に吸気の流動態様について詳述する。気流制御弁１が全閉状態になっているとき、吸気は図４（ｂ）に示すように切欠き部１ａを流通して壁面Ｗ１側に偏流されるとともに流速を増し、主流に形成される。この主流は図４（ａ）に示すようにさらに流通しながら縮流地点で縮流するが、本実施例では図１（ｂ）に示すようにこの縮流地点を間に挟むように隔壁１５が設けられている。このため主流は一対の隔壁１５の外側を流通することなく、一対の隔壁１５同士の間をより確実に流通する。これにより吸気通路抵抗が低く抑制される。さらに主流は一対の隔壁１５同士の間を隔壁１５に案内されながら流通するが、隔壁１５夫々はバルブステム部５５ａ近傍まで下流側に延伸しているため、バルブステム部５５ａの間を流通するように案内される。このため、主流はバルブステム部５５ａに正面から衝突することなくバルブステム部５５ａの間から筒内に流入する。これにより、衝突による乱れの発生が防止され、筒内に強度の高いタンブル流Ｔが好適に生成される。
【００２１】
また本実施例では、燃料噴射弁１１が隔壁１５同士の間に燃料を噴射できるようになっている。この燃料噴射弁１１は２つの燃料噴射孔（図示省略）を有し、これら燃料噴射孔は分岐された吸気ポート１０夫々に向けて燃料を噴射する。このため、噴射された燃料の噴霧Ｆは主流と共に筒内で強度の高いタンブル流Ｔに生成されるとともに、燃料を含む強度の高いタンブル流Ｔで圧縮工程の上死点付近まで維持される混合気の成層状態が形成される。このため、吸気通路構造１００によれば、さらに冷間時の希薄燃焼のリーン限界及び点火時期の遅角限界を拡大することもできる。また内燃機関５０がさらにＥＧＲ装置を備えている場合にあっては、ＥＧＲ装置を利用する軽負荷時の運転領域の限界も拡大できる。以上により、筒内に強度の高いタンブル流Ｔを好適に生成可能な、さらには冷間時の希薄燃焼のリーン限界等を拡大可能な吸気通路構造１００を実現できる。
【００２２】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば上述した実施例では、隔壁１５の他端が縮流地点よりも気流制御弁１側に位置しているが、請求項１記載の発明は隔壁の他端が縮流地点よりも下流側に位置していても縮流地点に比較的近い位置に位置していれば、相応の効果が得られる点に鑑みてなされたものとなっており、係る場合も本発明に含まれるものである。また本発明は吸気弁を１気筒あたりに２つ備えた吸気２弁構造の内燃機関について好適であり、この点、上述した実施例では内燃機関５０が吸気２弁構造を有しているが、本発明は例えば吸気３弁構造を有する内燃機関にも適用できる。
【００２３】
また上述した実施例では吸気ポート１０がポートの途中で２つに分岐したサイアミーズポートとなっているが、吸気ポートは例えば独立吸気ポートであってもよく、このとき気流制御弁は吸気ポートのさらに上流側の吸気通路（例えば上流側から吸気ポートに接続されたインテークマニホールドが形成する吸気通路）に配設されてもよい。また上述した実施例では気流制御弁１がタンブル流Ｔを生成するための構成となっているが、気流制御弁は例えばタンブル流Ｔとは逆の方向に旋回する逆タンブル流や、スワール流や、タンブル流Ｔとスワール流とを合成した斜めタンブル流など、適宜の旋回気流を筒内に生成するための構成であってもよい。これに関連し、本発明は例えば所謂バタフライバルブ（図５参照）を気流制御弁として備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】吸気通路構造１００を内燃機関５０の要部とともに模式的に示す図である。
【図２】気流制御弁１の外観を模式的に示す図である。筒内に吸気が流入するときの吸気の流動態様を模式的に示す図である。
【図３】吸気通路構造１００Ｘで筒内に吸気が流入するときの吸気の流動態様を上面視で模式的に示す図である。
【図４】気流制御弁１全閉時に切欠き部１ａを流通した吸気の流動態様を模式的に示す図であり、具体的には図４（ａ）では吸気ポート１０を上面視で示すことで主流が縮流する様子を示しており、図４（ｂ）では吸気ポート１０を側面視で示すことで主流が偏流する様子を示している。
【図５】バタフライバルブを気流制御弁として備えた吸気通路構造の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  気流制御弁
１０  吸気ポート
１１  燃料噴射弁
１５  隔壁
５０  内燃機関
１００  吸気通路構造
【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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