(57)【要約】【課題】吸気ポート５の開口率を過度に小さくすることなく、シリンダ２内のタンブルを強化するとともに、シリンダ２からの吸気の逆流を回避する。【解決手段】吸気ポート５内に長手方向に沿った隔壁１１が設けられ、上側の第１流路５Ａと下側の第２流路５Ｂとに区画される。隔壁１１の上流側に吸気制御弁３１が配置され、隔壁１１と弁体３３との間に間隙１２が形成される。吸気制御弁３１を閉位置とすると、吸気流が上側の第１流路５Ａのみに絞られると同時に、弁体３３下流に低圧領域が生じ、その圧力差によって、第２流路５Ｂの下流端から吸気が取り込まれ、間隙１２から第１流路５Ａへと還流する。そのため、吸気弁７の下側の弁隙間を通る流量が減少し、上側の弁隙間を通る流量が増大して、タンブルがより強化される。下側の弁隙間を介して吸気の逆流が生じないように、弁開口部４３の周縁の一部にマスキングエリアが設けられる。【選択図】  図１
2004316582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダに吸気ポートが接続され、かつこの吸気ポートの下流側の先端を吸気弁が開閉する内燃機関の吸気装置において、
上記吸気ポートをその断面で２つの領域に区画するように、吸気ポートの長手方向に沿って設けられた隔壁と、
この隔壁の上流端に近接して位置する回動可能な板状の弁体からなり、上記隔壁により区画された一方の流路を開閉する吸気制御弁と、
上記隔壁により区画された２つの流路を上記吸気制御弁に近い位置で互いに連通させる連通路と、
を備え、
上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した状態において、上記連通路を通して一方の流路から他方の流路へと吸気が還流するように構成されているとともに、
上記吸気弁の弁開口部に隣接して、その周縁の上記一方の流路の側となる部分に、部分的に張り出したマスキングエリアが設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した閉位置において、上記隔壁の上流端と上記弁体との間に間隙が設けられており、この間隙によって上記連通路が構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
上記連通路が上記隔壁に開口形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
上記マスキングエリアは、燃焼室内壁面において上記弁開口部の周縁に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
上記マスキングエリアは、上記弁開口部の周囲の燃焼室基準面から燃焼室内側に張り出していることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
ペントルーフ型燃焼室を有し、上記マスキングエリアは、該ペントルーフ型燃焼室を構成する吸気弁側の基準平面から燃焼室内側に張り出していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項７】
上記マスキングエリアは、吸気ポートの弁開口部直前位置に形成され、かつ弁開口部内周側に張り出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項８】
上記隔壁は、シリンダの上下方向を基準として、吸気ポートを上下に区画するように設けられ、上記吸気制御弁によって下側の流路が遮蔽されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項９】
内燃機関のシリンダに吸気ポートが接続され、かつこの吸気ポートの下流側の先端を一対の吸気弁が開閉する内燃機関の吸気装置において、
上記吸気ポートをその断面で上下２つの領域に区画するように、吸気ポートの長手方向に沿って設けられた隔壁と、
この隔壁の上流端に近接して位置する回動可能な板状の弁体からなり、上記隔壁により区画された２つの流路の中の下側の流路を開閉する吸気制御弁と、
上記隔壁により区画された２つの流路を上記吸気制御弁に近い位置で互いに連通させる連通路と、
を備え、
上記吸気制御弁が下側の流路を遮蔽した状態において、上記連通路を通して下側の流路から上側の流路へと吸気が還流するように構成されているとともに、
上記吸気弁の一対の弁開口部が位置する燃焼室内壁面において、一対の弁開口部と燃焼室外周とに囲まれた領域に、弁開口部周縁の他の領域に比較して、相対的に高く張り出したスキッシュエリアが設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項１０】
ペントルーフ型燃焼室を有し、上記スキッシュエリアは、該ペントルーフ型燃焼室を構成する吸気弁側の基準平面から燃焼室内側に張り出していることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリンダに接続された吸気ポートを含む内燃機関の吸気装置、特に、シリンダ内のタンブルやスワール等のガス流動の強化を図った吸気装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火花点火式内燃機関における安定した燃焼の実現のためには、タンブルもしくはスワールといったシリンダ内のガス流動が非常に重要であり、より広い運転領域でガス流動を強化できることが必要である。
【０００３】
従来から知られているシリンダ内のガス流動を強化する方法の一つは、特許文献１に見られるように、吸気ポートの通路断面の一部を遮蔽する吸気制御弁を用い、吸気ポート内を流れる吸気流を吸気ポートの一方の側に片寄らせる方法である。例えば、タンブル生成のためには、吸気ポートの下側に吸気制御弁が配置され、吸気ポートの上側に片寄って吸気が流れることで、シリンダ内のタンブルが強化されることになる。
【０００４】
また、ガス流動を強化する他の方法として、特許文献２に見られるように、吸気ポート内に、その長手方向に沿った隔壁を設けるとともに、この隔壁により区画された一方の流路を開閉弁により開閉するようにした構成が知られている。例えば、タンブル生成のためには、吸気ポート内を上下に仕切るように隔壁が設けられ、その下側の流路が開閉弁によって閉じられることになる。これにより、上側の流路のみを通してシリンダ内に吸気が流入するため、前述した例に比べて流速や指向性が高く得られ、一般に、タンブル比はより向上する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−５４５３５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平６−１５９０７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような公知の方法は、いずれも、ガス流動強化時に、吸気ポートの通路断面積を、吸気制御弁等によって実質的に減少させることになり、ベースとなる吸気ポート断面積に対する有効な通路断面積の割合を「開口率」として定義すると、一般に、開口率が小さいほどガス流動が高く得られる。しかしながら、開口率を小とすると、通気抵抗は増大し、シリンダ内に吸入可能な吸気量が減少するので、吸気制御弁等を閉じてガス流動を強化することができる運転条件は、比較的狭い範囲に制限されてしまう。
【０００８】
この発明は、開口率を過度に小さくすることなくシリンダ内のガス流動を強化することができる内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、内燃機関のシリンダに吸気ポートが接続され、かつこの吸気ポートの下流側の先端を吸気弁が開閉する内燃機関の吸気装置を前提としており、上記吸気ポートをその断面で２つの領域に区画するように、吸気ポートの長手方向に沿って設けられた隔壁と、この隔壁により区画された一方の流路を開閉する吸気制御弁と、を備えている。上記吸気制御弁は、回転軸を中心に回動可能な板状の弁体からなり、上記隔壁の上流端に近接して位置している。そして、上記隔壁により区画された２つの流路を上記吸気制御弁に近い位置で互いに連通させる連通路を備えている。
【００１０】
上記連通路は、上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した閉位置において上記隔壁の上流端と上記弁体との間に設けられる間隙によって構成することができ、あるいは、上記隔壁に例えばスリット状に開口形成することもできる。
【００１１】
本発明では、上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した閉位置にあるときに、他方の流路のみを通して吸気がシリンダ側へ流れることになり、吸気弁の周囲の一方に片寄った位置から相対的に多くの吸気がシリンダ内に流れ込む。これと同時に、吸気制御弁が吸気流を絞ることによって該吸気制御弁の下流側に局部的な圧力低下が生じ、これが、連通路となる間隙もしくは開口部の出口側（他方の流路に面する側）に作用する。従って、吸気制御弁で遮蔽された一方の流路の下流側の端部と上記連通路との間で圧力差が発生し、上記端部から吸気が吸い込まれるとともに、吸気ポートの上流側へ向かって逆に流れ、かつ上記連通路を通して他方の流路へと合流する。つまり、遮蔽した流路を介して吸気の一部が上流側へと還流する。そのため、吸気弁の周囲を通る吸気流の流量ないしは流速の不均衡が一層拡大し、シリンダ内のガス流動が効果的に強化される。
【００１２】
また、本発明においては、上記吸気弁の弁開口部に隣接して、その周縁の一部、詳しくは上記一方の流路の側となる部分に、部分的に張り出したマスキングエリアが設けられている。このマスキングエリアによって、この部分でのシリンダ内から吸気ポート側への吸気の逆流が抑制される。つまり、吸気制御弁が閉位置にあるときに、上述の還流作用が生じるので、シリンダ内に一旦入った吸気が、弁開口部を通して上記の遮蔽した流路へと逆に流れ出ることがある。本発明では、部分的に張り出したマスキングエリアをこの部分に設けることによって、逆流が生じにくくなる。
【００１３】
さらに、請求項９の発明は、各気筒に一対の吸気弁を備えた構成であり、特に、シリンダ内のタンブルを強化するように、隔壁によって上下２つの流路に区画されており、その下側の流路を吸気制御弁が開閉する。そして、上記吸気弁の一対の弁開口部が位置する燃焼室内壁面において、一対の弁開口部と燃焼室外周とに囲まれた領域に、弁開口部周縁の他の領域に比較して、相対的に高く張り出したスキッシュエリアが設けられている。
【００１４】
このように高く張り出したスキッシュエリアによって、やはり上述の還流作用に伴うシリンダ内からの吸気の逆流が抑制される。また、このスキッシュエリアは、ピストンが上死点付近に達したときにピストンに近接し、シリンダ内のスキッシュの形成に寄与する。
【００１５】
なお、本件の請求項における「吸気ポート」という用語は、必ずしもシリンダヘッド内部の部分のみを意味するのではなく、態様によっては、その上流側の一部が、シリンダヘッド外部の他の部材、例えば吸気マニホルドの一部として構成される場合も含む。例えば、後述する実施例では、シリンダヘッド内に形成された吸気ポート部分と吸気マニホルドブランチ部内の通路の先端部分とを含めた範囲が請求項の「吸気ポート」に相当する。
【００１６】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の吸気装置によれば、吸気制御弁が遮蔽した流路を介して一部の吸気が還流することによってシリンダ内のガス流動を効果的に向上させることができ、特に、吸気制御弁による開口率を小さくせずにより強いガス流動を得ることができる。従って、通気抵抗の増加に伴うポンピングロスの増加が抑制され、またシリンダ内に流入する吸気量を多く確保できることから広範な運転領域でガス流動の強化が図れる。
【００１７】
特に、本発明によれば、一方の流路を遮蔽した状態において、上記の還流に伴うシリンダ内からの吸気の逆流が抑制される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１および図２は、この発明をポート噴射型火花点火式内燃機関の吸気装置に適用した第１実施例の全体的な構成を示している。これは、ガス流動としてタンブルの強化を図った例である。シリンダブロック１に円筒状のシリンダ２が複数形成されているとともに、その頂部を覆うシリンダヘッド３に、ペントルーフ型の燃焼室４が凹設されている。この燃焼室４の２つの傾斜面にそれぞれ開口するように、吸気ポート５および排気ポート６が形成されており、吸気ポート５の先端を吸気弁７が開閉し、かつ排気ポート６の先端を排気弁８が開閉している。ここで、吸気ポート５は、先端部が中央壁部１５を介して二股状に分岐しており、各気筒に一対設けられた吸気弁７がそれぞれの先端を開閉している。同様に、排気弁８も各気筒に一対設けられている。そして、これらの４つの弁に囲まれた燃焼室４中心部に、点火栓９が配置されている。なお、シリンダ２内に配置されたピストン１０は、本発明の要部ではないので、頂面が平坦な単純形状として図示してあるが、必要に応じてタンブルを用いた燃焼に適した所望の形状に構成される場合もある。
【００２０】
そして、図１に示すように、本実施例では、吸気ポート５をその断面で上下２つの領域に区画するように、吸気ポート５の長手方向に沿った隔壁１１が設けられている。この隔壁１１は、例えばアルミニウム合金にてシリンダヘッド３を鋳造する際に別体の金属板（例えば鋼板）を鋳込むことによって構成されており、その下流端１１ａができるだけ下流側つまり吸気弁７に近い位置となるように配置されている。より詳しくは、吸気ポート５が二股状に分岐する中央壁部１５上流の分岐点１５ａの直前まで、上記下流端１１ａが延びている。ここで、図示例では、この隔壁１１が存在する長手方向の部分で吸気ポート５がほぼ直線状をなし、これに対応して隔壁１１もほぼ直線状の断面形状をなしているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、吸気ポート５が湾曲している場合には、これに沿うように湾曲した隔壁１１が設けられる。また、隔壁１１の上流端１１ｂは、吸気マニホルド２１が取り付けられるシリンダヘッド３の吸気マニホルド取付座面２２にまで延びている。つまり、この実施例では、隔壁１１の全体がシリンダヘッド３内部に位置している。なお、吸気マニホルド取付座面２２の機械加工の際に、鋼板等からなる隔壁１１に工具が接触することのないように、隔壁１１の上流端１１ｂを吸気マニホルド取付座面２２から内側（吸気ポート５下流側）に僅かに後退した位置に設定してもよい。図２に示すように、この隔壁１１の上流端１１ｂおよび下流端１１ａは、上記取付座面２２と平行な直線状をなし、従って、上記隔壁１１を構成する金属板は、全体として台形状をなしている。
【００２１】
上記のように隔壁１１が設けられていることにより、吸気ポート５内は、その下流側部分を除き、上側の通路状部分つまり第１流路５Ａと下側の通路状部分つまり第２流路５Ｂとに分割される。
【００２２】
なお、当業者には明らかなように、本明細書において吸気ポート５や吸気流等についての「上」「下」とは、シリンダ２の上下を基準とするものであり、空間上の絶対的な上下の意味ではない。
【００２３】
また上記吸気ポート５は、上記吸気マニホルド２１の各気筒毎のブランチ部２３におけるブランチ部通路２４に連続しており、これによって、上流側の図示せぬコレクタ部から各シリンダ２に至る気筒毎の吸気通路が構成されている。上記ブランチ部通路２４は、吸気ポート５に近い下流側部分では、吸気ポート５の形状に沿った直線状をなし、かつこれよりも上流側の部分では、上方に位置するコレクタ部へ向かって上方へ湾曲している。
【００２４】
そして、上記ブランチ部通路２４の下流側の端部に、上記隔壁１１により区画されてなる下側の第２流路５Ｂを入口側つまり上流端で遮蔽するように、各気筒毎に吸気制御弁３１が設けられている。この吸気制御弁３１は、回転軸３２を中心に回動可能な板状の弁体３３を備えたもので、上記回転軸３２が、上記隔壁１１の上流側への延長線上、特に、吸気マニホルド２１のブランチ部２３側に位置し、この回転軸３２に、板状をなす弁体３３の一端が固定されている。詳しくは、上記弁体３３は、上記の第２流路５Ｂを開閉するために回転軸３２から一方へ延びた主弁部３３ａを有するとともに、これとは反対側へ相対的に短く延びた延長部３３ｂを有している。上記主弁部３３ａは、ブランチ部通路２４の下側の断面形状に応じて、楕円を２分したような形状（図２参照）をなしている。これに対し、上記延長部３３ｂの先端つまり下流端３３ｃは、図２に示すように、吸気マニホルド取付座面２２および隔壁１１の上流端１１ｂと平行な直線状をなしている。また、上記回転軸３２は、上記隔壁１１の上流端１１ｂに近接しているものの、少なくとも上記延長部３３ｂが干渉しない程度に、上記上流端１１ｂから離れている。本実施例では、上記延長部３３ｂの先端つまり下流端３３ｃが、ブランチ部２３の先端フランジ面（吸気マニホルド取付座面２２と実質的に同じ面）よりも僅かに上流側に後退して位置している。
【００２５】
上記回転軸３２は、図示せぬアクチュエータに連係しており、タンブルを強化すべき運転条件では、弁体３３が図示の姿勢のような閉位置に制御され、下側の第２流路５Ｂを、その入口側で遮蔽する。このとき、主弁部３３ａは回転軸３２より上流側にあり、吸気制御弁３１上流側から流れてきた吸気流を上側の第１流路５Ａへ案内する方向に、弁体３３が傾斜した状態となる。換言すれば、このような所定の傾斜位置で回転軸３２より下側の領域を完全に塞ぐように、上記主弁部３３ａの外形状が設定されている。上記の閉位置における弁体３３の傾斜角（隔壁１１を上流側へ延長した線と弁体３３とのなす角）は、３０°〜４０°程度である。また、このような閉位置に回動すると、主弁部３３ａの反対側に位置する下流側の延長部３３ｂは、隔壁１１よりも上方つまり第１流路５Ａ側に突出した状態となる。そして、隔壁１１の上流端１１ｂと弁体３３の延長部下流端３３ｃとの間には、第１流路５Ａ上流端と第２流路５Ｂ上流端とを連通させる連通路となる適宜な大きさの間隙１２が生じる。この実施例では、図２に示すように、それぞれ直線状をなす隔壁上流端１１ｂと弁体下流端３３ｃとの間に、一定幅の間隙１２が確保される。
【００２６】
一方、吸気量が大となる運転条件、例えば高速高負荷域では、上記吸気制御弁３１は、吸気ポート５の長手方向に沿った開位置に制御され、第２流路５Ｂを開放することとなる。この開位置では、上記弁体３３が隔壁１１と直線状に連続した姿勢となり、吸気流と平行となる。そして、延長部３３ｂも上記隔壁１１と直線状に整列し、延長部３３ｂの先端（下流端３３ｃ）と隔壁１１の上流端１１ｂとが互いに隣接した状態となる。
【００２７】
また、各気筒の吸気ポート５へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁４１が、シリンダヘッド３の吸気ポート５上方に配置されている。この燃料噴射弁４１は、一対の吸気弁７に対応して略Ｖ字形に分岐した噴霧Ｆを形成し得る形式のもので、吸気ポート５の上方で、かつシリンダヘッド３の水平面上で見ると図２に示すように吸気ポート５の幅方向（機関前後方向）の中央部に位置している。また、吸気ポート５の長手方向については、図１に示すように、吸気弁７の弁頭部つまり弁開口部４３を指向する噴霧Ｆが隔壁１１と干渉することのないように、比較的下流側つまり吸気弁７寄りに配置されており、例えば、その噴口部つまり先端部が、隔壁１１の中間部の上方に位置している。なお、この燃料噴射弁４１の噴霧Ｆが通過する凹部４２が、吸気ポート５の上壁面に形成されている。
【００２８】
さらに、吸気弁７によって開閉される上記の弁開口部４３の近傍、例えば弁開口部４３の直前位置もしくは直後位置に、シリンダ２から吸気ポート５側への吸気の逆流を抑制するマスキングエリア（図１、図２には図示せず）が設けられているが、これについては、後に詳述する。
【００２９】
なお、図示しないが、この内燃機関は、排気系から吸気系に排気の一部を還流させるために、排気還流制御弁などを含む公知の排気還流装置を備えており、特に、シリンダ２内のタンブルを積極的に利用して高い排気還流率の下での安定した燃焼を実現することにより、部分負荷域での燃費低減を図った構成となっている。還流排気は、吸気マニホルド２１の図示せぬコレクタ部などにまとめて導入してもよく、あるいは、各気筒のブランチ部通路２４にそれぞれ分配して導入することも可能である。
【００３０】
次に、図３の説明図を用いて、上記実施例の構成における基本的な作用について説明する。吸気行程において、吸気弁７が開き、かつピストン１０が下降すると、吸気は、吸気弁７周囲の弁隙間を通して、シリンダ２内に流入する。このとき、吸気制御弁３１が開位置にあれば、第１流路５Ａおよび第２流路５Ｂの双方を通して吸気が流れ、吸気弁７の周囲の各部からほぼ均等に吸気が流れ込むので、シリンダ２内に発生するガス流動は比較的弱い。
【００３１】
これに対し、吸気制御弁３１が図３に示すように閉位置に制御されると、下側の第２流路５Ｂが遮蔽され、上側の第１流路５Ａのみを通して吸気がシリンダ２側へ流れることになる。特に、図３に示すように吸気ポート５の上側の内壁面５ａ（以下、上側内壁面５ａと記す）に沿って吸気流が偏在し、吸気ポート５の下側の内壁面５ｂ（以下、下側内壁面５ｂと記す）に沿う流れは非常に少ない。そのため、吸気弁７の周囲について見たときに、吸気弁７の下側つまりシリンダ２外周に近い側の弁隙間２０ａでは、吸気の流量が少ないとともに、流速も低く、また吸気弁７の上側つまり点火栓９に近い側の弁隙間２０ｂでは、吸気の流量が多いとともに、流速も高くなる。この結果、シリンダ２内には、矢印で示すように、吸気弁７側から排気弁８側を経てピストン１０頂面へと向かうタンブル（いわゆる順タンブル）が生じる。そして、本実施例では、吸気制御弁３１が図示のように閉位置にあると、この部分が絞り部となって吸気流が第１流路５Ａのみを流れるように絞られるので、第１流路５Ａにおいて、隔壁１１の上流端１１ｂ付近で、局部的な圧力低下が生じ、破線１３で示すような低圧領域が発生する。第１流路５Ａと第２流路５Ｂとの間の連通路となる間隙１２は、この低圧領域１３に向かって開口する形となるので、第２流路５Ｂの下流側の開口端１４との間で圧力差が生じる。そのため、上記開口端１４が吸気取り入れ口となり、上記圧力差によって、上記開口端１４から吸気が取り込まれるとともに、吸気ポート５の上流側へ向かって逆に流れ、かつ間隙１２から第１流路５Ａへと合流する。つまり、第１流路５Ａ通過後に吸気ポート５の下側の領域へと拡がろうとした吸気が第２流路５Ｂを通して上流側へ還流し、上側の第１流路５Ａへと戻されることになる。そのため、吸気弁７の下側の弁隙間２０ａを通る吸気流がより少なくなると同時に、上側の弁隙間２０ｂを通る吸気流がより多くなり、シリンダ２内のタンブルがより強く得られる。特に、下側の弁隙間２０ａを通る吸気流は、シリンダ２内のタンブルを弱めるように作用するのであるが、上記実施例では、上側の弁隙間２０ｂを通る流れによりタンブルが強められるのみならず、このタンブルを弱めるように作用する下側の弁隙間２０ａを通る流れが抑制されることから、非常に効果的にタンブルが強化される。
【００３２】
このようにシリンダ２内に形成される強いタンブルは、燃費向上のために大量に排気還流を行う上で非常に有用であり、部分負荷域において、高排気還流率となる大量の排気還流を与えつつ吸気制御弁３１を閉じて強いタンブルを生成することによって、安定した燃焼を実現でき、燃費向上を達成できる。
【００３３】
特に、上記の実施例では、図示の閉位置において、弁体３３の延長部３３ｂが隔壁１１よりも上方つまり第１流路５Ａ側に突出しているので、その背面側でより効果的に低圧領域が発達し、間隙１２を通した吸気の還流が確実に行われる。
【００３４】
そして、高速高負荷域などで吸気制御弁３１が開位置となったときには、前述のように弁体３３と隔壁１１とが直線状に整列することで吸気抵抗の増加が回避されるとともに、延長部３３ｂによって間隙１２が狭められるため、吸気流の乱れが抑制される。なお、本実施例では、図１に示すように、弁体３３が一定厚の板状ではなく、主弁部３３ａおよび延長部３３ｂの双方で、先端へ向かって徐々に薄くなるテーパ状の断面形状を有しているので、吸気流が円滑に流れ、吸気抵抗がより低減する。
【００３５】
図４は、上記実施例の吸気装置における実際の吸気の流れを解析したものであり、各部の流れの速さおよび方向を、微細なベクトルつまり矢印でもって示している。矢印の粗密は、流量を示し、矢印が密に集まっている部位は、流量が大であることを意味する。また、図５は、比較例として、連通路となる間隙１２を閉塞したものの吸気の流れを同様に示している。つまり、図５の構成は、単に隔壁１１と吸気制御弁３１とで吸気流を偏在させるようにした従来技術に相当する。なお、両者とも吸気制御弁３１の開口率は同一（約２０％）である。
【００３６】
これらの図を対比すれば明らかなように、比較例である図５のものでは、上側の第１流路５Ａを通過した吸気流は、隔壁１１の下流端１１ａよりも下流で下方へも拡散していくので、吸気弁７の下側の弁隙間２０ａを通る吸気流が少なからず存在する。なお、隔壁１１の下側の第２流路５Ｂでは殆ど流れが見られず、淀んだ状態となる。これに対し、本発明を示す図４では、吸気弁７寄りの下側領域から下側の第２流路５Ｂを通して吸気が還流し、この結果、吸気弁７の下側の弁隙間２０ａを通る吸気流が極端に減少する。また、これに伴って上側の弁隙間２０ｂを通る吸気流が増加する。従って、効果的にタンブルを強化できる。
【００３７】
図６は、図４もしくは図５のように隔壁１１と吸気制御弁３１とを用いた吸気装置におけるタンブルの強さと吸入空気量との関係を示している。なお、ここでは、タンブルの強さを、吸気行程中のタンブル比の最大値でもって表している。一般に、タンブルが弱いと燃焼が遅く不安定となる傾向があり、タンブルが強いと燃焼が速く安定となる。図の実線で示す特性は、図５の比較例の場合の関係を示しており、開口率を小さく設定するほどタンブルが強くなるものの吸入空気量が少なくなり、逆に、開口率を大きく設定するほど吸入空気量が多く得られるもののタンブルが弱くなる、という相関関係がある。吸入空気量が少なくなることは、タンブルの生成が可能な運転領域（つまり吸気制御弁３１を閉じることができる運転領域）が狭いことを意味し、吸入空気量が多いことは、逆にその運転領域が広いことを意味する。本発明（例えば図４の構成）によれば、破線で示すような領域に、タンブル強さと吸入空気量との相関を得ることができる。つまり、同一のタンブル強さであれば、吸入空気量をより大きく確保でき、また同一の吸入空気量（開口率）であれば、タンブルをより強く得ることができる。
【００３８】
従って、燃費向上手段として前述したように大量排気還流と強いタンブルとを組み合わせた運転を、より広い運転領域において行うことができ、内燃機関全体として、大幅な燃費向上が図れる。そして、同じ運転領域で比較すると、タンブルがより強く生成されることから、より大量の排気還流が可能となり、一層の燃費向上が可能である。
【００３９】
次に、本発明の要部の一つである逆流防止用のマスキングエリアについて説明する。
【００４０】
図７および図８は、ペントルーフ型燃焼室４の内壁面に、弁開口部４３に隣接してマスキングエリア５１を形成した一実施例を示す。このマスキングエリア５１は、一対の弁開口部４３と燃焼室４の外周とに囲まれた領域（図８にドットを付して示す領域）を、ペントルーフを構成する吸気弁７側の基準平面Ｐから燃焼室４の内側に僅かに高く張り出させたものであり、弁開口部４３周縁の残りの領域に比較して相対的に高くなっている。つまり、ペントルーフの基準平面Ｐに対し、図７に斜線を施して示す高さだけ高く形成された形となっている。従って、この実施例のマスキングエリア５１は、ピストン１０が上死点に達したときに、ピストン１０頂面と接近してシリンダ２内にスキッシュを生成する、いわゆるスキッシュエリアとしても機能する。
【００４１】
そして、このマスキングエリア５１は、弁開口部４３の３６０°の周縁の中で、第２流路５Ｂの側となる部分にのみ部分的に設けられており、この部分を通過する吸気の流れを抑制する。従って、このマスキングエリア５１によって、シリンダ２内から吸気ポート５側への吸気の逆流が抑制される。つまり、吸気制御弁３１が閉位置にある場合に、前述したように間隙１２を介した還流作用が生じ、第２流路５Ｂを吸気が逆方向に流れようとする。この作用によって、図３，図４に示したように、吸気弁７の下側（シリンダ２外周側）の弁隙間２０ａを通ってシリンダ２内に流入する流れが少なくなるのであるが、吸気弁７が開いた瞬間から僅かに遅れた段階では、シリンダ２内に一旦入った吸気が、上記の還流作用に伴い、弁隙間２０ａを通して第２流路５Ｂへと逆に吸い出されることがある。このようにシリンダ２から吸気ポート５へ逆流する吸気は、既に混合気として燃料成分を含んでいるので、シリンダ２内の実際の燃料量や空気量の誤差となり、好ましくない。本実施例では、スキッシュエリアを兼ねたマスキングエリア５１の形成によって、弁隙間２０ａを通した吸気の逆流が効果的に抑制される。また、マスキングエリア５１がスキッシュエリアとして機能することにより、吸気制御弁３１を閉じることにより得られる強いタンブルと併せて、シリンダ２内にスキッシュが生成され、活発なガス流動を得ることができる。
【００４２】
なお、スキッシュエリアとしての機能を期待せずに単に逆流防止用のマスキングエリア５１とする場合には、弁開口部４３の周縁に円弧形にマスキングエリア５１を設ければ良い。また、上記実施例では、ペントルーフ型燃焼室を例にしているが、他の例えば半球型燃焼室などの場合には、曲面をなす弁開口部の周囲の燃焼室基準面から部分的に張り出したものとしてマスキングエリア５１が構成される。
【００４３】
次に、図９および図１０は、逆流防止用のマスキングエリアの異なる実施例を示している。この実施例は、吸気ポート７側にマスキングエリア５２を設けたものであり、吸気ポート７の弁開口部４３直前位置において、弁開口部４３内周側に張り出すように形成されている。換言すれば、滑らかな断面を有するダム状に突出して形成されている。このマスキングエリア５２は、やはり、上記の弁隙間２０ａに対応する範囲、つまり弁開口部４３の３６０°の周縁の中で、第２流路５Ｂの側となる部分にのみ部分的に設けられている。
【００４４】
この実施例のマスキングエリア５２の形成によっても、上記の実施例と同様に、弁隙間２０ａを通した吸気の逆流が効果的に抑制される。
【００４５】
次に、図１１および図１２は、この発明の第２実施例を示している。この第２実施例においては、隔壁１１の上流端１１ｂの上流側に隣接して、吸気制御弁３１の回転軸３２が配置されており、この回転軸３２に板状をなす弁体３３の一端が固定されている。特に、この実施例では、前述した延長部３３ｂに相当する部分は具備せず、前述した主弁部３３ａに相当する部分が回転軸３２から一方へ延びている。
【００４６】
従って、隔壁１１の上流端１１ｂと弁体３３とは実質的に連続しており、前述した間隙１２は存在しない。そして、この実施例では、前述した間隙１２に代えて、第１流路５Ａと第２流路５Ｂとを互いに連通させる連通路となる開口部１２’が上記隔壁１１に形成されている。この開口部１２’は、上流端１１ｂの端縁と平行な方向（気筒列方向）に細長く延びたスリット状に形成されており、上記弁体３３が閉位置にあるときに、該弁体３３の下流でかつ該弁体３３に近い位置（つまり前述した低圧領域１３に対応する位置）に設けられている。なお、図１１，図１２は概略図となっているが、他の部分の構成は、基本的に、前述した第１実施例と同様である。また、逆流防止用のマスキングエリアは、図示していないが、前述した図７，図８のマスキングエリア５１もしくは図９，図１０のマスキングエリア５２を同様に備えている。
【００４７】
このような第２実施例の構成においても、前述した第１実施例と全く同様に、吸気制御弁３１が下方の第２流路５Ｂを閉じた状態において、隔壁１１の上流端１１ｂから僅かに下流側で局部的な圧力低下が生じ、開口部１２’を介した還流作用が得られ、シリンダ２内のタンブルが強化される。そして、この際のシリンダ２内から第２流路５Ｂ側への吸気の逆流は、やはりマスキングエリアによって抑制される。吸気制御弁３１が閉位置にあるときに、弁体３３は前述した実施例と同様に傾斜しており、吸気制御弁３１が開いた位置では、弁体３３は隔壁１１と直線状に整列する。
【００４８】
なお、上記の各実施例では、吸気ポート５を隔壁１１により上下に分割してタンブル（縦渦）の強化を図っているが、隔壁１１を配置する方向を適宜に設定することにより、スワール（横渦）の強化や、スワールとタンブルとを合成した方向の旋回流の強化を図ることも可能である。そして、この場合は、その隔壁１１の方向に合わせて、弁開口部４３の周縁の一部に、逆流防止用のマスキングエリアが形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る吸気装置の第１実施例を示す断面図。
【図２】この第１実施例の吸気装置を上方から見た平面図。
【図３】第１実施例の構成を模式的に示した構成説明図。
【図４】この吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【図５】比較例の吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【図６】タンブルの強さと吸入空気量との関係を示す特性図。
【図７】マスキングエリアの一実施例を示す要部の拡大断面図。
【図８】この実施例のマスキングエリアを示す燃焼室を下方から見た説明図。
【図９】マスキングエリアの異なる実施例を示す要部の拡大断面図。
【図１０】このマスキングエリアを弁開口部の上流側から示す説明図。
【図１１】この発明に係る吸気装置の第２実施例を示す構成説明図。
【図１２】この第２実施例の吸気装置を上方から見た平面図。
【符号の説明】
３…シリンダヘッド
５…吸気ポート
７…吸気弁
１１…隔壁
１２…間隙
１２’…開口部
２１…吸気マニホルド
３１…吸気制御弁
４１…燃料噴射弁
５１，５２…マスキングエリア
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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