(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、燃料噴霧の気化・混合を促進する。【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２１が配置され、隔壁１１と弁体３３との間に連通路１２が形成される。吸気制御弁２１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２３下流に低圧領域１３が生じ、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、連通路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、タンブルが強化される。燃料噴射弁４１からの噴霧Ｆは、弁開口部３２の中心から高温部となる点火栓９側に偏って噴射され、気化が促進される。【選択図】図１
2005291140.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の弁開口部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、
上記吸気ポート内に配設され、かつ上記弁開口部側へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、
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他方の流路を流れる吸気が、上記吸気ポートの吸気弁寄り部分での周方向における高温部を通過するように、吸気ポート断面における上記隔壁の位置が設定されているとともに、上記燃料噴射弁の燃料噴霧が、上記高温部に衝突するように構成さ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】
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の弁開口部を吸気弁が開閉するとともに、上記弁開口部に隣接して点火栓を備えた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、
上記吸気ポート内に配設され、かつ上記弁開口部側へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、
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他方の流路を流れる吸気が、上記吸気ポートの弁開口部の点火栓寄り側を通過するように、吸気ポート断面における上記隔壁の位置が設定されているとともに、上記燃料噴射弁の燃料噴霧の中心が、上記弁開口部の中心から上記点火栓側に偏っていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
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た間隙から構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
上記連通路は、閉位置における弁体の下流でかつ該弁体に近い位置において、上記隔壁に開口形成された開口部から構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
上記吸気制御弁は、回転軸が、上記隔壁の延長線上に位置し、開位置では上記弁体が上記隔壁と直線状に連続することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
上記吸気制御弁が閉位置にあるときに、その弁体の一部が他方の流路側に突出していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項７】
上記吸気制御弁が閉位置にあるときに、上記弁体が、吸気流を他方の流路へ案内する方向に傾斜していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項８】
上記燃料噴射弁からの噴霧が上記隔壁の下流端に衝突しないように上記燃料噴射弁が配置されてい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】
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１〜８のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項１０】
各気筒に一対の吸気弁および一対の排気弁を備えるとともに、これらに囲まれた燃焼室中心部に点火栓が配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項１１】
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の弁開口部を吸気弁が開閉する内燃機関の吸気装置において、
上記吸気ポートの吸気弁寄り部分での周方向における高温部側を吸気が多く通過するように、上記吸気ポートの通路断面の中で吸気流を偏在させるべき側と反対側の領域から、吸気ポートの上流側の位置に吸気の一部を還流させるとともに、
上記吸気ポート内に配設された燃料噴射弁により上記高温部に向けて燃料噴射を行うことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項１２】
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の弁開口部を吸気弁が開閉するとともに、上記弁開口部に隣接して点火栓を備えた内燃機関の吸気装置において、
上記弁開口部の点火栓側を吸気が多く通過するように、上記吸気ポートの通路断面の中で吸気流を偏在させるべき点火栓側と反対側の領域から、吸気ポートの上流側の位置に吸気の一部を還流させるとともに、
上記吸気ポート内に配設された燃料噴射弁の噴霧中心を、上記弁開口部の中心から上記点火栓側に偏らせたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項１３】
還流した吸気を、吸気ポート内の吸気流を偏在させたい側に戻すことを特徴とする請求項１１または１２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項１４】
上流側に絞り部を有し、この絞り部によって局部的に発生する低圧領域に、還流した吸気が戻されることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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あるいは特許文献３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】
特に、特許文献３には、上記隔壁へ向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁を配置し、隔壁に付着した燃料液滴を隔壁先端部の三角形状部分から吸気弁に滴下させるようにした構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−５４５３５号公報
【特許文献２】特開平６−１５９０７９号公報
【特許文献３】特開平６−１５９２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
また特許文献３のように燃料噴霧が隔壁に付着すると、大きな液滴に成長してシリンダ内に流入することから、排気中のＨＣが増加する。
【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、かつＨＣの悪化を生じない内燃機関の吸気装置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】
【０００９】
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の弁開口部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、第１の発明および第２の発明では、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。上記吸気ポート内には、上記弁開口部側へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁が配設される。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
そして、第１の発明では、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おり、さらに、上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した状態において他方の流路を流れる吸気が、上記吸気ポートの吸気弁寄り部分での周方向における高温部を通過するように、吸気ポート断面における上記隔壁の位置が設定されているとともに、上記燃料噴射弁の燃料噴霧が、上記高温部に衝突するように構成されている。
【００１３】
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た間隙から構成することができ、あるいは、閉位置における弁体の下流でかつ該弁体に近い位置において、上記隔壁に開口形成された開口部から構成することができる。
【００１４】
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、連通路となる間隙ないしは開口部の出口側（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間隙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。
【００１５】
特に、吸気ポート断面における上記隔壁の位置つまり方向が、吸気ポートの吸気弁寄り部分での高温部の位置（周方向における位置ないし方向）を考慮して設定されており、上記のように吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した状態では、他方の流路からの吸気流が上記高温部を通過する。
【００１６】
そして、燃料噴射弁から上記高温部へ向かって噴射された燃料噴霧は、該高温部に付着することで速やかに気化する。吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した状態では、上述の還流作用によって強められた他方の流路からの吸気の流れとともに、良好な混合気となってシリンダ内に流入する。
【００１７】
また、第２の発明では、上記吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した状態において他方の流路を流れる吸気が、上記吸気ポートの弁開口部の点火栓寄り側を通過するように、吸気ポート断面における上記隔壁の位置が設定されているとともに、上記燃料噴射弁の燃料噴霧の中心が、上記弁開口部の中心から上記点火栓側に偏っている。
【００１８】
上記点火栓は放電により高温となるので、一般に、上記弁開口部の点火栓寄り側の部分は、他の部分に比べて高温となる。従って、第１の発明と同じく、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の気化が促進され、かつ吸気制御弁が一方の流路を遮蔽した状態では、還流作用によって強められた吸気の流れとともに、良好な混合気となってシリンダ内に流入する。
【００１９】
また、第３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の弁開口部を吸気弁が開閉する内燃機関の吸気装置において、上記吸気ポートの吸気弁寄り部分での周方向における高温部側を吸気が多く通過するように、上記吸気ポートの通路断面の中で吸気流を偏在させるべき側と反対側の領域から、吸気ポートの上流側の位置に吸気の一部を還流させるとともに、上記吸気ポート内に配設された燃料噴射弁により上記高温部に向けて燃料噴射を行うことを特徴としている。
【００２０】
さらに第４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の弁開口部を吸気弁が開閉するとともに、上記弁開口部に隣接して点火栓を備えた内燃機関の吸気装置において、上記弁開口部の点火栓側を吸気が多く通過するように、上記吸気ポートの通路断面の中で吸気流を偏在させるべき点火栓側と反対側の領域から、吸気ポートの上流側の位置に吸気の一部を還流させるとともに、上記吸気ポート内に配設された燃料噴射弁の噴霧中心を、上記弁開口部の中心から上記点火栓側に偏らせたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係る内燃機関の吸気装置によれば、一部の吸気が還流することによって弁開口部の一部に偏って吸気がシリンダ内に流入するため、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。
【００２２】
特に、本発明によれば、点火栓等による高温部の熱を利用して燃料噴霧の気化を促進できるとともに、上記の還流により強められた吸気の流れによって良好な混合気となってシリンダ内に流入するため、排気性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
図１および図２は、この発明をポート噴射型火花点火内燃機関の吸気装置に適用した第１実施例を示しており、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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
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。また、「吸気ポート」という用語も、必ずしもシリンダヘッド３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３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。つまりシリンダヘッド３とは別の吸気マニホルド等から構成される部分を含めて「吸気ポート」と呼ぶものとする。図示は省略するが、上記実施例においては、上記隔壁１１の上流端１１ｂよりも上流側部分を、吸気マニホルドのブランチ部として構成することが望ましく、つまり、上記隔壁１１の上流端１１ｂが、シリンダヘッド３の吸気マニホルド取付座面に露出する形とすることが望ましい。
【００２７】
上記の隔壁１１が存在する部分では、吸気ポート５内が、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。そして、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２１が設けられている。この吸気制御弁２１は、回転軸２２を中心に回動可能な板状の弁体２３を備えたもので、上記回転軸２２が、上記隔壁１１の上流側への延長線上に位置し、この回転軸２２に、板状をなす弁体２３の一端が固定されている。詳しくは、上記弁体２３は、上記の第２流路５Ｂを開閉するために回転軸２２から一方へ延びた主弁部２３ａ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２３ｂを有している。上記主弁部２３ａは、吸気ポート５の下側の断面形状に応じて、楕円を２分したような形状をなしている。これに対し、上記延長部２３ｂの先端つまり下流端２３ｃは、図２に示すように、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２２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２３ｂが干渉しない程度に、上記上流端１１ｂから離れている。
【００２８】
上記回転軸２２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２３が図示の姿勢のような閉位置に制御され、第２流路５Ｂを遮蔽する。このとき、主弁部２３ａは回転軸２２より上流側にあり、吸気制御弁２１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２３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２２より下側の領域を完全に塞ぐように、上記主弁部２３ａの外形状が設定されている。また、このような閉位置に回動すると、主弁部２３ａの反対側に位置する下流側の延長部２３ｂ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２３の延長部下流端２３ｃ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１２となる適宜な大きさの間隙が生じる。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２３ｃとの間に、連通路１２となる一定幅の間隙が確保される。
【００２９】
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２１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２３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２３ｂも上記隔壁１１と直線状に整列し、延長部２３ｂの先端（下流端２３ｃ）と隔壁１１の上流端１１ｂとが互いに隣接した状態となる。
【００３０】
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３１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３１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７ａ側つまり弁開口部３２側を指向する噴霧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。そして、噴霧Ｆは、隔壁１１の下流端１１ａよりも下流側の空間５Ｃを通して、弁開口部３２側へ拡がっていく。
【００３１】
ここで、上記燃料噴射弁３１の噴霧Ｆは、図１に示すように、弁開口部３２の中心よりも上方つまり高温部となる点火栓９寄りの部分を指向している。換言すれば、一対の吸気弁７の各々に向かう一対の略円錐形の噴霧Ｆの中心Ｆｃが、弁開口部３２の中心から点火栓９側へ偏っている。従って、吸気弁７の閉期間中に噴射された燃料は、その一部が、吸気弁７の弁頭部７ａ、特にその点火栓９側寄りの部分に衝突し、かつ一部が、吸気ポート５の下流側部分（吸気弁７寄り部分）における上側の壁面つまり点火栓９側の壁面に衝突する。
【００３２】
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。
【００３３】
次に、上記実施例の構成における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２１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。
【００３４】
これに対し、吸気制御弁２１が図１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１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の弁頭部７ａ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。
【００３５】
そして、本実施例では、吸気制御弁２１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１２（間隙）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、かつ連通路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。
【００３６】
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２１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。
【００３７】
特に、上記の実施例では、図示の閉位置において、弁体２３の延長部２３ｂ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１３が発達し、連通路１２を通した吸気の還流が確実に行われる。
【００３８】
なお、高速高負荷域などで吸気制御弁２１が開位置となったときには、前述のように弁体２３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２３ｂによって連通路１２となる間隙が狭められるため、吸気流の乱れが最小限に抑制される。
【００３９】
図３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４は、比較例として、連通路１２となる間隙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４の構成は、単に隔壁１１と吸気制御弁２１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２１の開口率は同一（約２０％）である。
【００４０】
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４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３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。
【００４１】
図５は、図３もしくは図４のように隔壁１１と吸気制御弁２１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４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２１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３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。
【００４２】
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。
【００４３】
一方、上記実施例の構成によれば、燃料噴射弁３１から噴射された燃料噴霧は、温度の高い部位である吸気ポート５内壁面の中の点火栓９寄りの部分ならびに吸気弁７の弁頭部７ａの点火栓９側寄りの部分に衝突するので、その気化が促進される。図６は、実際の吸気ポート５内における燃料噴霧の付着状況を示している。また、図７は、吸気ポート５の下流側部分つまり吸気弁７寄り部分の温度分布の一例を示したものであり、上側つまり点火栓９側の壁面と、両サイドの壁面と、下側の壁面と、の三者を比較しているが、図示するように、通常の運転中に、点火栓９側の壁面が、他の部分に比べて４５℃〜６０℃程度高くなる。従って、このような高温側の部位に燃料を衝突させることで、燃料の気化が促進される。また、逆に、点火栓９周囲が燃料噴霧により冷却されることになり、ノッキングの抑制等の上で有利となる。
【００４４】
さらに、吸気制御弁２１が下側の第２流路５Ｂを遮蔽した状態では、前述したように、吸気の還流作用により上側の弁隙間２０ｂを多量の吸気流が通過することとなるが、この高速の吸気流は、燃料噴霧が多く衝突した部位を通過するので、吸気ポート５内壁面や弁頭部７ａ表面に付着した燃料の気化ならびに混合が促進され、良好な混合気が形成される。
【００４５】
なお、燃料噴霧Ｆは隔壁１１に衝突せず、燃料の隔壁１１への付着や大きな燃料液滴に成長することが回避される。
【００４６】
次に、吸気の還流機構を変更した他の実施例を説明する。なお、以下の各実施例において、燃料噴射弁３１や燃料噴霧Ｆについては上記実施例と特に変わりがなく、従って図示を省略している。
【００４７】
図８，図９は、第１実施例と同様に隔壁１１を備えた第２実施例を示している。この実施例では、上記隔壁１１の上流端１１ｂ近傍に、連通路１２となる開口部が開口形成されている。この連通路１２となる開口部は、図９に示すように、気筒列方向（吸気ポート５の長手方向と直交する方向）に沿って細長いスリット状に開口している。そして、吸気制御弁２１は、隔壁１１との間に間隙が生じないように、その回転軸２２が上記隔壁１１の上流端１１ｂに隣接しているとともに、第２流路５Ｂを開閉する主弁部２３ａのみを有し、前述した延長部２３ｂは備えていない。
【００４８】
このような構成においても、吸気制御弁２１が下側の第２流路５Ｂを遮蔽した状態では、吸気制御弁２１の下流側に低圧領域１３が発生し、前述した第１実施例と同様の還流作用が得られる。これによって、シリンダ２内のタンブルが強化される。なお、燃料噴霧が、この還流作用の吸気流が主に流れる点火栓９側の高温部へ向かって噴射されるのは、前述した第１実施例と同様である。
【００４９】
次に、図１０は、隔壁１１を具備しない第３実施例を示している。この実施例では、吸気ポート５の下側の内壁面５ｂ（下側内壁面５ｂ）に、吸気取り入れ口４１が開口しており、吸気ポート５の外部に設けられた還流通路４２の一端がこの吸気取り入れ口４１に接続されている。上記吸気取り入れ口４１は、円形ないしは適宜な形状の単一の孔、あるいは気筒列方向（吸気ポート５の長手方向と直交する方向）に並べた複数の孔、あるいは気筒列方向に細長く形成したスリット、などとして構成することができる。また、この吸気取り入れ口４１は、吸気弁７の近傍位置となるように、できるだけ下流側の位置に形成されている。上記還流通路４２は、吸気ポート５の上流側へ延びており、その他端が、吸気出口４３として、吸気ポート５内の吸気制御弁２１の直後の位置つまりごく僅か下流側の位置に開口している。より詳しくは、還流通路４２の端部が吸気ポート５の下側内壁面５ｂから上側の内壁面５ａ（上側内壁面５ｂ）に向かって筒状に突出して形成され、かつ吸気制御弁２１の弁体２３の上側部分（延長部２３ｂ）のすぐ下流側において、吸気出口４３が上側内壁面５ａに向かって開口している。
【００５０】
このような構成においても、吸気制御弁２１が吸気ポート５の下側の領域を遮蔽した状態では、吸気制御弁２１の下流側に低圧領域１３が発生し、ここに向かって開口する還流通路４２の吸気出口４３と吸気取り入れ口４１との間で圧力差が生じる。そのため、吸気ポート５内を下側内壁面５ｂに沿って流れていた吸気の一部が、吸気取り入れ口４１から吸い込まれ、かつ還流通路４２を通して吸気出口４３へと還流する。特に、この還流した吸気は、吸気ポート５の上側の領域に戻るので、より多くの吸気が吸気ポート５の上側の領域に偏在することになるとともに、吸気出口４３から戻る際に吸気ポート５の上側内壁面５ａに向かって排出されるので、吸気制御弁２１を通過して吸気ポート５の上側を流れる吸気流を、上側内壁面５ａへ向かって押し付ける作用を果たし、吸気の多くが上側内壁面５ａに沿って吸気弁７へと流れる。
【００５１】
従って、前述した第１，第２実施例と同様の還流作用が得られる。これによって、シリンダ２内のタンブルが強化される。なお、燃料噴霧が、この還流作用の吸気流が主に流れる点火栓９側の高温部へ向かって噴射されるのは、前述した第１，２実施例と同様である。
【００５２】
次に、図１１は、第３実施例に類似した第４実施例を示している。この実施例では、吸気制御弁２１は具備しておらず、これに代えて、各気筒毎に設けられたスロットル弁５１の直後の位置つまりごく僅か下流側の位置に、還流通路４２一端の吸気出口４３が開口している。上記スロットル弁５１は、図示するような中間開度にあるときに、スロットル弁５１上流側から流れてきた吸気流を吸気ポート５の上側へ案内する方向に傾斜した姿勢となる。このような構成においても、第３実施例と同じく、還流通路４２の両端で圧力差が生じ、各実施例と同様の還流作用が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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】この吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【図４】比較例の吸気装置における吸気の流れを示す説明図。
【図５】タンブルの強さと吸入空気量との関係を示す特性図。
【図６】吸気ポート内の燃料噴霧の付着状態を示す説明図。
【図７】吸気ポート内の各部の温度を示す特性図。
【図８】この発明に係る吸気装置の第２実施例を示す断面図。
【図９】この第２実施例の吸気装置を上方から見た平面図。
【図１０】この発明に係る吸気装置の第３実施例を示す断面図。
【図１１】この発明に係る吸気装置の第４実施例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５４】
３…シリンダヘッド
５…吸気ポート
７…吸気弁
１１…隔壁
１２…連通路
２１…吸気制御弁
３１…燃料噴射弁    
【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】
2005291140.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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