(57)【要約】【課題】タンブル流の生成効率を向上するようにした内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】吸気ポート６を第１部分吸気ポート６ａと第２部分吸気ポート６ｂとに分割する仕切壁１０と、上記第１部分吸気ポート６ａを介した吸気量と上記第２部分吸気ポート６ｂを介した吸気量との割合を定める手段１２とを有する内燃機関の吸気装置において、吸気弁５が開かれる際に上記仕切壁１０と上記吸気弁５の傘部５ａとの間に生ずる間隙を通って吸入空気が流れることを防止又は抑制する手段、例えば仕切板１１を有することを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。本装置によれば、上記第１部分吸気ポート６ａを介した吸気量と上記第２部分吸気ポート６ｂを介した吸気量とについて意図した割合が維持されて吸気が行われることとなり、タンブル流の生成効率を向上することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートをシリンダの中心側の第１部分吸気ポートとシリンダの外周側の第２部分吸気ポートとに分割する仕切壁と、上記第１部分吸気ポートを介した吸気量と上記第２部分吸気ポートを介した吸気量との割合を定める手段と、を有する内燃機関の吸気装置において、
吸気弁が開かれる際に上記仕切壁と上記吸気弁の傘部との間に生ずる間隙を通って吸入空気が流れることを防止もしくは抑制する手段を有することを特徴とする、内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
吸気ポートをシリンダの中心側の第１部分吸気ポートとシリンダの外周側の第２部分吸気ポートとに分割する仕切壁と、上記第１部分吸気ポートを介した吸気量と上記第２部分吸気ポートを介した吸気量との割合を定める手段と、を有する内燃機関の吸気装置において、
吸気弁の傘部の吸気ポート側の面に仕切板が設けられており、該仕切板は上記吸気弁が開かれる際に上記仕切壁の少なくとも一部に近接して移動することを特徴とする、内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
上記仕切板の先端部分の形状が、傾斜した平面または湾曲面で構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
上記仕切板の表面と上記傘部の表面とが傾斜面または湾曲面で繋がれていることを特徴とする、請求項２または３に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の吸気装置を備えた筒内噴射型の内燃機関であって、
吸気行程で燃料噴射をする場合には、上記吸気ポートの上記第２部分吸気ポートを介した吸気量の割合がほぼ零とされることを特徴とする、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気装置及び内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダ内に意図的に空気流動を発生させるように構成された内燃機関の吸気装置が知られており、また、そのような吸気装置を備えることで燃焼を改善するようにした内燃機関が公知である。例えば、特許文献１には、吸気ポート内にその吸気ポートを上下（すなわち、シリンダの中心側と外周側）に二分割する仕切壁を設け、必要に応じて下側吸気ポートもしくは上側吸気ポートを弁で塞ぐことでシリンダ内に正タンブル流もしくは逆タンブル流を発生させるようにした、またはそれら発生するタンブル流を強化するようにした吸気装置、並びにその吸気装置を備えた内燃機関が開示されている。
【０００３】
しかしながら、この内燃機関の吸気装置においては、吸気弁が開かれる際に上記仕切壁と吸気弁の傘部との間に隙間ができるため、その時に塞がれていない上側または下側の吸気ポートを通ってきた空気の一部がこの隙間を通ってシリンダ内に吸い込まれ、意図する向きとは逆向きのタンブル流の成分を生成してしまう恐れがある。このような意図する向きとは逆向きのタンブル流成分の発生は、意図する向きのタンブル流の生成効率を低下させる。
【０００４】
なお、タンブル流とは、概ねシリンダ中心線に対して平行な面内にて旋回する吸気の流れであり、本明細書においては、このうち吸気弁からシリンダヘッドの燃焼室壁面に沿って対向するシリンダ壁面方向に流れ、シリンダ壁面に衝突してピストン頂面方向に下降してから再び吸気弁側に上昇して戻ってくるものを正タンブル流、これとは逆に吸気弁からピストン頂面に向かって下降し、対向するシリンダ壁面及び燃焼室壁面を経て吸気弁側に戻ってくるものを逆タンブル流と称する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−５５９２５号公報
【特許文献２】
特開平１０−３３１６４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、意図する向きのタンブル流の生成効率を向上するようにした内燃機関の吸気装置及びその吸気装置を備えた内燃機関を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の吸気装置または内燃機関を提供する。
１番目の発明は、吸気ポートをシリンダの中心側の第１部分吸気ポートとシリンダの外周側の第２部分吸気ポートとに分割する仕切壁と、上記第１部分吸気ポートを介した吸気量と上記第２部分吸気ポートを介した吸気量との割合を定める手段と、を有する内燃機関の吸気装置において、吸気弁が開かれる際に上記仕切壁と上記吸気弁の傘部との間に生ずる間隙を通って吸入空気が流れることを防止もしくは抑制する手段を有することを特徴とする内燃機関の吸気装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、上記吸気弁が開かれる際に上記仕切壁と上記吸気弁の傘部との間に生ずる間隙を通って吸入空気が流れることが防止もしくは抑制される。これにより、上記吸気ポートの上記第１部分吸気ポートを介した吸気量と上記第２部分吸気ポートを介した吸気量とについて意図した割合が維持されて、もしくはほぼ維持されてシリンダ内への吸気が行われることとなり、意図する向きのタンブル流の生成効率を向上することができる。
【０００９】
２番目の発明は、吸気ポートをシリンダの中心側の第１部分吸気ポートとシリンダの外周側の第２部分吸気ポートとに分割する仕切壁と、上記第１部分吸気ポートを介した吸気量と上記第２部分吸気ポートを介した吸気量との割合を定める手段と、を有する内燃機関の吸気装置において、吸気弁の傘部の吸気ポート側の面に仕切板が設けられており、該仕切板は上記吸気弁が開かれる際に上記仕切壁の少なくとも一部に近接して移動することを特徴とする内燃機関の吸気装置を提供する。
【００１０】
本発明によれば、上記仕切板があるために、上記吸気弁が開かれる際に上記仕切壁と上記吸気弁の傘部との間に生ずる間隙を通って吸入空気が流れることが防止もしくは抑制される。これにより、上記第１部分吸気ポートを介した吸気量と上記第２部分吸気ポートを介した吸気量とについて意図した割合が維持されて、もしくはほぼ維持されてシリンダ内への吸気が行われることとなり、シリンダ内において意図する向きのタンブル流を生成する効率を向上することができる。
【００１１】
３番目の発明は２番目の発明において、上記仕切板の先端部分の形状が、傾斜した平面または湾曲面で構成されている。
本発明によれば、上記仕切板の先端部で生ずる吸気抵抗の低減が図られるので、吸気効率を向上することができる。
【００１２】
４番目の発明は２番目または３番目の発明において、上記仕切板の表面と上記傘部の表面とが傾斜面または湾曲面で繋がれている。
本発明によれば、吸気抵抗の低減が図られて吸気効率が向上されると共に、気流方向を整えてタンブル流を強化することができる。
【００１３】
５番目の発明は、１番目から４番目の何れかの発明の吸気装置を備えた筒内噴射型の内燃機関であって、吸気行程で燃料噴射をする場合には、上記吸気ポートの上記第２部分吸気ポートを介した吸気量の割合がほぼ零とされることを特徴とする内燃機関を提供する。
【００１４】
本発明によれば、吸気行程の燃料噴射時においてシリンダ内に高い生成効率で正タンブル流を生成することができる。この結果、噴射された燃料が強い正タンブル流によって攪拌・混合され、シリンダ内の混合気分布の均質性が向上して燃焼が改善される。特に、燃料噴射弁が吸気ポートよりもシリンダの外周側に位置している場合等には、逆タンブル流成分によって燃料噴霧が曲げられて混合気が偏在するという弊害を防止することができるので、より顕著な混合気分布の均質性向上効果がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。尚、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
【００１６】
図１は、本発明を適用した吸気装置を備えた内燃機関１００の一気筒を示す説明図であり、吸気行程時の様子を示している。この内燃機関１００の一気筒には図１における左側に二つの吸気弁、右側に二つの排気弁が設けられているが、図１は断面を示しているため、吸気弁と排気弁とが一つずつ示されている。
【００１７】
図中、１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３はピストン、４は電気制御式燃料噴射弁、５は吸気弁、６は吸気ポート、７は排気弁、８は排気ポート、９は点火プラグをそれぞれ示す。図示されているように本内燃機関１００においては、点火プラグ９はシリンダヘッド２のほぼ中央に設けられている。また、燃料噴射弁４は二つの吸気弁５の間であってシリンダヘッド２のシリンダブロック１の内壁面に寄った位置、すなわち吸気ポート６よりもシリンダの外周側の位置に、その燃料噴射方向をシリンダのほぼ中心に向けて設けられている。
【００１８】
吸気ポート６には、同吸気ポート６をシリンダの中心側（すなわち、図１において上側）の第１部分吸気ポート６ａとシリンダの外周側（すなわち、図１において下側）の第２部分吸気ポート６ｂとに分割する仕切壁１０が設けられている。また、本内燃機関１００においては、上記第２部分吸気ポート６ｂにタンブルコントロールバルブ１２が設けられている。タンブルコントロールバルブ１２は、上記第１部分吸気ポート６ａを介した吸気量と上記第２部分吸気ポート６ｂを介した吸気量との割合を定める手段として機能し、タンブルコントロールバルブ１２を閉じるにつれて上記第１部分吸気ポート６ａを介した吸気量の割合が増加する。
【００１９】
更に、本内燃機関１００においては、吸気弁５の傘部５ａの吸気ポート６側の面に仕切板１１が設けられている。図１に示されているように、本内燃機関１００において仕切板１１は、吸気弁５が開かれる際に上記仕切壁１０の下流側端部（すなわち、シリンダ側端部）に沿い且つこれに近接して移動するように配設されている。また、仕切板１１の高さは、吸気弁５の最大リフト時においても仕切板１１の一部が上記仕切壁１０の下流側端部と重なるような十分な高さとされている。
【００２０】
次に、以上のような構成を有する内燃機関１００の動作について説明するが、本発明の特徴は特に吸気行程時において示されるので、以下では主に吸気行程時について説明する。
すなわち、本内燃機関１００においては、必要に応じて（例えば、機関負荷等の運転条件に応じて）吸気行程時のタンブルコントロールバルブ１２の状態を制御し、シリンダ内に生じるタンブル流が制御されている。例えば、タンブルコントロールバルブ１２を開いた場合は、上記第１部分吸気ポート６ａと第２部分吸気ポート６ｂの両方を介して吸気が行われるため、吸気抵抗の低減が図られて吸気効率が向上し高負荷運転に適する状態となるのであるが、上記第１部分吸気ポート６ａを介した吸気が正タンブル流成分を形成する一方、上記第２部分吸気ポート６ｂを介した吸気が逆タンブル流成分を形成することになるので発生するタンブル流は弱いものとなる。これに対し、図１に示したようにタンブルコントロールバルブ１２を閉じた場合には、上記第１部分吸気ポート６ａのみを介して吸気が行われるため、強い正タンブル流を発生させることができる。そして、本内燃機関１００においては、特に上述した仕切板５ａの存在により、効率良く意図する向きのタンブル流を生成することができる。
【００２１】
次に、このことについて、本内燃機関１００を図２に示した従来技術の内燃機関２００と比較しつつ説明する。図２は図１と同様の図であって、従来技術の内燃機関２００の一気筒を示す説明図であり、吸気行程時の様子を示している。内燃機関２００は上記仕切板１１を有していないことを除いて、内燃機関１００と同じ構成である。
【００２２】
図２に示されている吸気行程において内燃機関２００では、シリンダ内に正タンブル流を発生させるべくタンブルコントロールバルブ１２が閉じられ、第１部分吸気ポートを介してのみ吸気が行われている。ところが、上記仕切板１１を有していない本内燃機関２００では、図２に示されているように、吸気弁５が開く際に仕切壁１０と吸気弁の傘部５ａとの間に間隙が生じ、そこを通って第１部分吸気ポート６ａを通過してきた空気の一部がシリンダ内へ吸い込まれることとなる（矢印Ｂ）。この矢印Ｂで示される気流は、矢印Ａで示される意図する向きのタンブル流（この例では正タンブル流）とは逆向きのタンブル流（この例では逆タンブル流）の成分であり、このような気流の発生により意図する向きのタンブル流の生成効率は低下せしめられる。
【００２３】
これに対し、図１に示された内燃機関１００において、図２の場合と同様にシリンダ内に正タンブル流を発生させるべくタンブルコントロールバルブ１２を閉じた場合には、吸気弁５が開く際に仕切壁１０と吸気弁の傘部５ａとの間に生じる間隙を上記仕切板１１が塞ぐ形となり、そこを通って第１部分吸気ポート６ａを通過してきた空気の一部がシリンダ内に吸い込まれることが防止もしくは抑制される。
【００２４】
すなわち、上記仕切板１１は吸気弁５が開かれる際に上記仕切壁１０の一部である下流側端部に沿い且つこれに近接して移動するように配設されているため、吸気弁５の開閉の過程において常に仕切壁１０の少なくとも一部と仕切板１１の一部とが近接して位置することになり、空気の流通が防止もしくは抑制される。つまり、上記仕切板１１は、吸気弁５が開かれる際に上記仕切壁１０と上記吸気弁５の傘部５ａとの間に生ずる間隙を通って吸入空気が流れることを防止もしくは抑制する手段として機能する。
【００２５】
このような仕切板１１の存在により、図２において矢印Ｂで示された意図する向きのタンブル流とは逆向きのタンブル流の成分の発生が防止もしくは抑制されるので、シリンダ内において意図する向きのタンブル流を生成する生成効率を向上することができる。
【００２６】
そして、本内燃機関１００において、吸気行程で燃料噴射を行う場合には、噴射された燃料が、上述したように高い生成効率で生成された強いタンブル流によって攪拌・混合されるので、シリンダ内の混合気分布の均質性が向上して燃焼の改善が図られる。特に、図３と図４とに比較して示したように、ここで例示した内燃機関１００もしくは２００のように燃料噴射弁４が吸気ポート６よりもシリンダの外周側に位置している場合には、仕切板１１の存在によって逆タンブル流成分Ｂの発生が防止もしくは抑制されることで逆タンブル流成分Ｂにより燃料噴霧Ｆが曲げられて混合気が偏在するという弊害を防止することができるので、より顕著な混合気分布の均質性向上効果がある。
【００２７】
すなわち、内燃機関１００の場合には、図３に示したように逆タンブル流成分Ｂの発生が防止もしくは抑制されているために、燃料噴霧Ｆが曲げられることなくシリンダのほぼ中心に向かい強い正タンブル流Ａによって攪拌・混合されることで均質性の高い混合気分布が得られるが、内燃機関２００の場合には、図４に示したように逆タンブル流成分Ｂによって燃料噴霧Ｆがシリンダブロック１の内壁側へ曲げられるために混合気がそこに偏在してしまうことになる。また、図５に示したように、この逆タンブル流成分Ｂにより燃料噴霧Ｆが曲げられて混合気が偏在するという弊害は、仕切壁１０やタンブルコントロールバルブ１２を有していない従来技術の内燃機関３００においてより顕著である。
【００２８】
なお、上記仕切板１１の形状は、吸気効率の向上やタンブル流の強化等を目的として様々に変形することができる。例えば、図６に示した仕切板１１は、その先端部分の形状が傾斜した平面１１ａで構成されている。これにより、仕切板１１の先端部で生ずる吸気抵抗の低減が図られるので、吸気効率を向上することができる。また、同様の目的で、図７に示すように仕切板１１の先端部分の形状を傾斜した湾曲面１１ｂで構成するようにしてもよい。
【００２９】
更に、図８に示したように仕切板１１の表面と吸気弁５の傘部５ａの表面とを湾曲面１１ｃで繋ぐようにしてもよい。これにより、吸気抵抗の低減が図られて吸気効率が向上されると共に、気流方向を整えてタンブル流を強化することができる。また、同様の目的で、仕切板１１の表面と吸気弁５の傘部５ａの表面とを傾斜面で繋ぐようにしてもよい。
【００３０】
そして更に、上述したような仕切板１１の先端部分の形状と上述したような仕切板１１の表面と傘部５ａの表面とを繋ぐ部分の形状とを共に有するように構成してもよい。図９にはその一例として、先端部分の形状を傾斜した平面１１ａとし、仕切板１１の表面と傘部５ａの表面とを湾曲面１１ｃで繋ぐように構成した場合が示されている。
【００３１】
なお、上述の説明においては主に、タンブルコントロールバルブ１２を全開にする場合と全閉にする場合について説明したが、タンブルコントロールバルブ１２を全開と全閉の間の開度で調整してシリンダ内に発生するタンブル流の強さを制御することも可能である。そして、この場合においても、仕切板１１の存在により、吸気ポート６の第１部分吸気ポート６ａを介した吸気量と第２部分吸気ポート６ｂを介した吸気量とについて意図した割合が維持されて、もしくはほぼ維持されてシリンダ内への吸気が行われるので、シリンダ内において意図する向き及び強さのタンブル流を生成することが容易になる。
【００３２】
また、以上で説明された内燃機関１００においては、第１部分吸気ポート６ａを介した吸気量と第２部分吸気ポート６ｂを介した吸気量との割合を定める手段として第２部分吸気ポート６ｂにタンブルコントロールバルブ１２が設けられていたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、図１０に示した内燃機関４００のようにタンブルコントロールバルブ１３が第１部分吸気ポート６ａに設けられていてもよい。この場合、タンブルコントロールバルブ１３を閉じることで図１０において矢印Ｂで示された逆タンブル流を効率良く生成することができ、タンブルコントロールバルブ１３を開くことによって吸気効率を高めることができる。なお、この場合においてもタンブルコントロールバルブ１３を全開と全閉の間の開度で調整してシリンダ内に発生するタンブル流の強さを制御することが可能である。
【００３３】
更に、図１１に示した内燃機関５００のように、第１部分吸気ポート６ａを介した吸気量と第２部分吸気ポート６ｂを介した吸気量との割合を定める手段としてのタンブルコントロールバルブ１４が、仕切壁１０の上流側端部に設けられていてもよい。このタンブルコントロールバルブ１４は、上記第１部分吸気ポート６ａと上記第２部分吸気ポート６ｂの何れか一方を選択的に閉じることができるので、必要に応じて正タンブル流または逆タンブル流を何れも効率良く生成することができる。また、タンブルコントロールバルブ１４を仕切壁１０の延長上に位置するような中間位置とすれば、高効率で吸気を行うことができる。
【００３４】
なお、これまでの説明で例示した内燃機関１００、４００、５００においては、何れも仕切板１１が仕切壁１０の第１部分吸気ポート６ａ側に沿うように位置していたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、吸気弁５が開かれる際に上記仕切壁１０と上記吸気弁５の傘部５ａとの間に生ずる間隙を通って吸入空気が流れることを防止もしくは抑制することができるのであれば他の構成であってもよい。例えば、仕切板１１が仕切壁１０に対して第２部分吸気ポート６ｂ側に位置していてもよい。また、仕切壁１０の下流側端部に溝を設け、その溝に仕切板１１が収容されるように構成してもよく、またその逆に仕切板１１の先端部に溝を設け、その溝に仕切壁１０の下流側端部が収容されるように構成されてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
１番目及び２番目の発明によれば、内燃機関のシリンダ内において意図する向きのタンブル流を効率良く生成することができる。
３番目の発明によれば、上述の１番目及び２番目の発明の効果に加え、吸気効率の向上を図ることができる。
【００３６】
４番目の発明によれば、吸気効率が向上されると共に、気流方向を整えてタンブル流を強化することができる。
５番目の発明によれば、筒内噴射型の内燃機関において、シリンダ内の混合気分布の均質性が向上して燃焼が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を適用した吸気装置を備えた内燃機関の一気筒を示す説明図であり、吸気行程時の様子を示している。
【図２】図２は、本発明との比較のために示された従来技術による吸気装置を備えた内燃機関の一気筒を示す説明図であり、図１と同様の図である。
【図３】図３は、図１に示した内燃機関に関し、吸気行程時に燃料噴射を行った場合の説明図である。
【図４】図４は、図２に示した内燃機関に関し、吸気行程時に燃料噴射を行った場合の説明図である。
【図５】図５は、本発明との比較のために示された従来技術による吸気装置を備えた内燃機関に関し、吸気行程時に燃料噴射を行った場合の説明図である。
【図６】図６は、仕切板の他の実施形態を示す図である。
【図７】図７は、仕切板の更に他の実施形態を示す図である。
【図８】図８は、仕切板の更に他の実施形態を示す図である。
【図９】図９は、仕切板の更に他の実施形態を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明を適用した他の吸気装置を備えた内燃機関の一気筒を示す説明図であり、吸気行程時の様子を示している。
【図１１】図１１は、本発明を適用した更に他の吸気装置を備えた内燃機関の一気筒を示す説明図であり、吸気行程時の様子を示している。
【符号の説明】
１…シリンダブロック
２…シリンダヘッド
３…ピストン
４…電気制御式燃料噴射弁
５…吸気弁
５ａ…傘部
６…吸気ポート
６ａ…第１部分吸気ポート
６ｂ…第２部分吸気ポート
７…排気弁
８…排気ポート
９…点火プラグ
１０…仕切壁
１１…仕切板
１２、１３、１４…タンブルコントロールバルブ
１００、２００、３００、４００、５００…内燃機関
【図１】
2004169652.tif 000003
【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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