(57)【要約】【課題】十分な吸気の流量を確保しながらシリンダ内にスワール流を形成できる内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】内燃機関１のシリンダ２の接線方向に向かって吸気が流入するようにシリンダ２の内周面に開口する補助吸気ポート５と、内燃機関２の吸気ポート４を開閉する吸気バルブ９の開閉動作に連動して補助吸気ポート５を開閉する弁機構１００と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダの接線方向に向かって吸気が流入するように前記シリンダの内周面に開口する補助吸気ポートと、前記内燃機関の吸気ポートを開閉する吸気バルブの開閉動作に連動して前記補助吸気ポートを開閉する弁手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
カム部材の回転運動を前記吸気バルブの直線運動に変換する動弁機構を更に備え、
前記弁手段として、前記補助吸気ポートを閉じる閉位置と前記補助吸気ポートを開く開位置との間で回転運動可能に支持された弁体と、前記動弁機構の前記カム部材の回転運動を駆動源として前記弁体を回転駆動する駆動機構と、が設けら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３】
カム部材の回転運動を前記吸気バルブの直線運動に変換する動弁機構を更に備え、
前記弁手段として、前記補助吸気ポートを閉じる閉位置と前記補助吸気ポートを開く開位置との間で直線運動可能に支持された弁体と、前記動弁機構の前記カム部材の回転運動を前記弁体の直線運動に変換する動力伝達機構と、が設けら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】
前記弁体は、前記閉位置及び前記開位置のいずれの位置においても前記シリンダ内を往復運動するピストンの通過範囲内に進入しない位置に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
前記弁体の前記シリンダに臨む側に、前記シリンダの内周面形状に対応するように構成された逃げ部が設けられていることを特徴とする請求項３又は４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】
本発明は、内燃機関のシリンダに吸気を導入する内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関の吸気ポートに隣接してシリンダヘッドに開口する補助吸気ポートを設けた内燃機関の吸気装置がある（特許文献１）。この吸気装置は、シリンダ内にスワール流が発生しているときに補助吸気ポートから縦流をシリンダ内に導入し、スワール流と縦流とを混ぜることにより吸気の乱れエネルギを増加させる。
【０００３】
また、吸気ポートの開口部よりも上流側で合流する補助吸気ポートをシリンダヘッドに形成し、吸気ポートの吸気流の流れを助長する方向へ補助吸気ポートにて吸気を導入する内燃機関の吸気装置がある（特許文献２）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３が存在する。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−０４７１２４号公報
【特許文献２】特開平１−１７７４０９号公報
【特許文献３】特開２００５−０７６４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の吸気装置は、補助吸気ポートからの縦流の導入によって流量確保に問題はないが、補助吸気ポートから導入される縦流とシリンダ内のスワール流とが干渉し合いスワール流が弱められるおそれがある。また、特許文献２の吸気装置は、主吸気流を助長できるものの、吸気ポートの開口部の上流側に補助吸気ポートが合流するものである。そのため、補助吸気ポートを利用して吸気を導入してもシリンダ内に向かうトータルの流量は変化せず、必要な流量の確保に問題が生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、十分な吸気の流量を確保しながらシリンダ内にスワール流を形成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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関の吸気装置は、内燃機関のシリンダの接線方向に向かって吸気が流入するように前記シリンダの内周面に開口する補助吸気ポートと、前記内燃機関の吸気ポートを開閉する吸気バルブの開閉動作に連動して前記補助吸気ポートを開閉する弁手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
この吸気装置によれば、補助吸気ポートによってシリンダの接線方向に向かって吸気を流入できるので、シリンダ内にスワール流を形成できる。しかも、この吸気装置は、補助吸気ポートがシリンダの内周面に開口し、この補助吸気ポートの吸気流と、シリンダの上方から下方に向けて開口する吸気ポートの吸気流との干渉が抑制される。そのため、吸気ポートがスワール流を形成できる形態の場合には、補助吸気ポートによる吸気の導入が吸気ポートからの吸気流の妨げとはならず、スワール流をより強化することができる。更に、補助吸気ポートが吸気ポートと独立し、かつ吸気ポートを開閉する吸気バルブの開閉動作に連動して弁手段によって補助吸気ポートが開閉されるので、流量確保が悪化するおそれがない。
【０００９】
本発明の吸気装置においては、弁手段の構成に特段の制限はない。従って、例えば吸気バルブの開閉動作に連動するように吸気バルブの駆動源とは別に設けた電動機等の駆動源によって弁手段を駆動する態様で実現してもよい。また、カム部材の回転運動を前記吸気バルブの直線運動に変換する動弁機構を更に備え、前記弁手段として、前記補助吸気ポートを閉じる閉位置と前記補助吸気ポートを開く開位置との間で回転運動可能に支持された弁体と、前記動弁機構の前記カム部材の回転運動を駆動源として前記弁体を回転駆動する駆動機構と、が設けられてもよいし（請求項２）、前記弁手段として、前記補助吸気ポートを閉じる閉位置と前記補助吸気ポートを開く開位置との間で直線運動可能に支持された弁体と、前記動弁機構の前記カム部材の回転運動を前記弁体の直線運動に変換する動力伝達機構と、が設けられてもよい（請求項３）。これらの態様によれば、吸気バルブを駆動する動弁機構のカム部材の回転運動を利用して弁体を駆動できるので、弁体の駆動源を新たに設置する必要がなく、燃費悪化の抑制及びコスト削減に貢献できる。
【００１０】
補助吸気ポートを開閉する弁体は、前記閉位置及び前記開位置のいずれの位置においても前記シリンダ内を往復運動するピストンの通過範囲内に進入しない位置に設けられていてもよい（請求項４）。この態様によれば、弁体が閉位置及び開位置のいずれの位置にあってもピストンと干渉するおそれがないので、吸気装置の信頼性が向上する。
【００１１】
また、弁体の形状は適宜に設定できるが、例えば、前記弁体の前記シリンダに臨む側に、前記シリンダの内周面形状に対応するように構成された逃げ部が設けられていてもよい（請求項５）。この態様によれば、逃げ部が設けられていない場合と比較して、弁体のシリンダ側への突き出し量を、少なくとも逃げ部に相当する量だけ増加できるので弁体のストロークを拡大することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関のシリンダの接線方向に向かって吸気が流入するようにシリンダの内周面に開口する補助吸気ポートと、内燃機関の吸気ポートを開閉する吸気バルブの開閉動作に連動して補助吸気ポートを開閉する弁手段と、が設けられているので、十分な吸気の流量を確保しながらシリンダ内にスワール流を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の形態）
図１〜図３は本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の要部を示し、図１は斜視図、図２は図１の上方から見た平面図、図３は縦断面図である。これらの図に示すように、内燃機関１はディーゼルエンジンとして構成されていて、シリンダ２へ吸気を導入するための二つの吸気ポート４，５と、燃焼後の排気をシリンダ２から排出するための二つの排気ポート６，６とを備えている。各排気ポートには排気バルブ７が設けられている。また、シリンダ２の上方には、シリンダ２内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル８が設けられている。燃料噴射ノズル８は図示しないコモンレールに接続されて所定の燃圧で燃料が供給される。シリンダ２内にはピストン１１が往復運動自在に設けられ、図示を省略したが、ピストン１１はコネクティングロッドを介在させてクランク軸に連結されている。
【００１４】
図１及び図２に示すように、二つの吸気ポート４、５のうち、シリンダ２の上方から下方に向けて開口する主吸気ポート４は、シリンダ２の接線方向で、かつシリンダ２の斜め下方に向けて吸気を導入可能に構成されている。一方、シリンダ２の内周面に開口する補助吸気ポート５は、シリンダ２の接線方向に向かって吸気を流入させることができる。
【００１５】
図２に示すように、内燃機関１には吸気バルブ９を開閉駆動するための動弁機構１２が設けられている。動弁機構１２は内燃機関１のクランク軸（不図示）の回転運動が伝達されて回転するカム軸１３と、カム軸１３に取付けられたカム１４とを有し、カム１４の回転運動を吸気バルブ９の直線運動に変換して吸気バルブ９を駆動する。なお、図示を省略したが、排気バルブ７に対しても動弁機構１２と同様の機構が設けられている。
【００１６】
補助吸気ポート５を開閉するロータリーバルブ１０は、補助吸気ポート５を閉じる閉位置と補助吸気ポート５を開く開位置との間で回転可能に支持されている。ロータリーバルブ１０は、吸気バルブ９が開いた場合に開位置に、吸気バルブ９が閉じた場合に閉位置となるように、吸気バルブ９の開閉動作に連動して電動機１０ａによって回転駆動される。なお、電動機１０ａの動作制御は、内燃機関１の運転状態を適正に制御するためのエンジンコントロールユニット（不図示）により所定のプログラムに従って実行される。ロータリーバルブ１０と電動機１０ａとが組み合わされることにより弁機構１００が構成され、弁機構１００が本発明の弁手段として機能する。
【００１７】
以上の構成によれば、主吸気ポート４に設けられた吸気バルブ９が開弁されると、図１及び図２の矢印Ｆ１で示すように、シリンダ２内にスワール流が形成される。一方、補助吸気ポート５に設けられた円板状のロータリーバルブ１０が吸気バルブ９の開弁に応じて開かれると、図１及び図２の矢印Ｆ２で示すように、シリンダ２内にスワール流が形成される。
【００１８】
主吸気ポート４から流入する吸気と補助吸気ポート５から流入する吸気とは互いにシリンダ２の接線方向に向かってシリンダ２内に導かれる。このため、これらの吸気が互いに対向して衝突する等の干渉作用によって、一方の吸気流が他方の吸気流の勢いを弱めることがない。これによりシリンダ２内に所望のスワール流を形成することができる。また、吸気バルブ９とロータリーバルブ１０とはそれぞれ互いに連動して開閉動作するので、必要な吸気流量を確保しつつ、所望のスワール流をシリンダ２内に形成することができる。更に、ロータリーバルブ１０は電動機１０ａによって開閉駆動されるので、内燃機関１の運転状態に応じた開閉タイミングの微調整も容易に実現できる。
【００１９】
（第２の形態）
次に、本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の第２の形態を図４を参照して説明する。この形態では、ロータリーバルブ１０を駆動するための構成が第１の形態と相違する。それ以外の点は第１の形態と同一であるので重複する説明を省略する。
【００２０】
図４に示すように、この形態の内燃機関１には、動弁機構１２のカム１４の回転運動を駆動源としてロータリーバルブ１０を開閉駆動する駆動機構２１が設けられている。駆動機構２１は、カム１４に追従して動作し吸気バルブ９に連結されたバルブリフタ（不図示）に結合され、吸気バルブ９と同期して上下動する駆動アーム２２と、この駆動アーム２２とリンク結合された中間部材２３と、中間部材２３に一端がリンク結合されて他端がロータリーバルブ１０の回転軸に固定された被駆動アーム２４とを備えたリンク機構として構成されている。カム１４の回転により吸気バルブ９が上下動すると、これに連動して駆動アーム２２が上下方向に変位する。そして、その変位によって中間部材２３及び被駆動アーム２４がそれぞれ変位し、被駆動アーム２４の変位がロータリーバルブ１０の回転変位に変換される。これによって、カム１４の回転に連動したロータリーバルブ１０の開閉駆動が実現される。
【００２１】
駆動機構２１は、カム１４の回転運動を駆動源とし、カム１４の回転に連動してロータリーバルブ１０を駆動することができる。そのため、ロータリーバルブ１０の駆動のために電動機等の駆動源を新たに設ける必要がなく、しかも吸気バルブ９の開閉動作と連動してロータリーバルブ１０を開閉動作させるための制御手段を別途設ける必要がないという利点がある。なお、駆動機構２１は図４に示した形態の他に、カム１４が取付けられたカム軸１３とロータリーバルブ１０との間に、ギア列、チェーン、ベルト等の回転伝達手段を介在させてカム１４の回転と連動させてロータリーバルブ１０を回転駆動してもよい。ロータリーバルブ１０と駆動機構２１又は回転伝達手段とが組み合わされることにより弁機構２００が構成され、弁機構２００が本発明の弁手段として機能する。
【００２２】
（第３の形態）
次に、本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の第３の形態を図５を参照して説明する。この形態では、補助吸気ポート５を開閉するバルブの構成及びそのバルブを駆動する機構が上記の各形態と相違する。これ以外の点は第１の形態と同一であるので重複する説明を省略する。この形態では、補助吸気ポート５を閉じる閉位置と補助吸気ポート５を開く開位置との間で直線運動可能に支持された開閉バルブ３１と、この開閉バルブ３１を吸気バルブ９の開閉動作と連動して駆動する動力伝達機構３２とがそれぞれ設けられている。
【００２３】
動力伝達機構３２は、カム１４に追従して動作し吸気バルブ９に連結されたバルブリフタ（不図示）に結合され、吸気バルブ９と同期して上下動するアーム３３と、アーム３３及び開閉バルブ３１のステム部３１ａのそれぞれにリンク結合され、かつ回転軸３４ａ回りに回転自在に設けられた回転部材３４と、を有している。カム１４が回転して吸気バルブ９が上下動すると、この動きに連動してアーム３３が上下動する。アーム３３の上下方向の変位によって、回転部材３４が回転軸３４ａ回りに回転変位し、その一端にリンク結合された開閉バルブ３１が直線的に駆動される。これによって、カム１４の回転と連動した開閉バルブ３１の開閉駆動が実現される。この形態は、第２の形態と同様に開閉弁３１の駆動のために電動機等の駆動源を新たに設ける必要がなく、しかも吸気バルブ９の開閉動作と連動して開閉バルブ３１を開閉動作させるための制御手段を別途設ける必要がないという利点がある。なお、この形態においては、吸気バルブに一般的に適用される構造のように、開閉バルブ３１を閉方向に付勢するコイルばね等の付勢手段を設けるとともに、ステム部３１ａの一端を回転部材３４の一端に当接させて開閉バルブ３１を開閉駆動してもよい。開閉バルブ３１と動力伝達機構３２とが組み合わされることにより弁機構３００が構成され、弁機構３００が本発明の弁手段として機能する。
【００２４】
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実現してもよい。本発明の吸気装置は、シリンダ内にスワール流を形成することが要望されるディーゼルエンジンに適用されることが適しているが、他の形式の内燃機関への本発明の適用を排除するものではなく、例えばガソリンエンジンに適用することもできる。
【００２５】
図６に示すように、補助吸気ポート５を開閉するロータリーバルブ１０の取付け位置は、実線で示した閉位置及び破線で示した開位置のいずれの場合においてもピストン１１の通過範囲Ｒに進入しない位置としてよい。こうすることにより、仮にロータリーバルブ１０の開閉動作と吸気バルブ９の開閉動作との同期が崩れた場合でも、ピストン１１とロータリーバルブ１０との接触が回避される。そのため、吸気装置としての信頼性が向上する。また、補助吸気ポート５を開閉する開閉バルブ３１の取付け位置も図６の形態と同様にしてよい。すなわち、図７に示すように、補助吸気ポート５の開口部の形状を上流側よりも拡大し、実線で示した閉位置及び破線で示した開位置のいずれの場合においてもピストン１１の通過範囲Ｒに進入しない位置としてもよい。これによって、図６の形態と同様の効果を発揮できる。
【００２６】
また、図８に示すように、開閉バルブ３１の形状をシリンダ２の内周面形状に対応させて、開閉弁３１のシリンダ側の表面を凹円筒面で構成してもよい。これにより、開閉バルブ３１に逃げ部３１ｂが形成されることになるので、開閉バルブ３１のシリンダ２側、つまり開閉バルブ３１がシリンダ２に臨む側を平面で構成する場合よりも開閉弁３１のストロークを拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の要部を示した斜視図。
【図２】図１の内燃機関を上方から見た平面図。
【図３】図１の内燃機関の縦断面図。
【図４】本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の第２の形態を示した図。
【図５】本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の第３の形態を示した図。
【図６】補助吸気ポートを開閉するロータリーバルブの取付け位置の一例を説明する説明図。
【図７】補助吸気ポートを開閉する開閉バルブの取付け位置の一例を説明する説明図。
【図８】開閉バルブのシリンダに臨む側の形状の一例を説明する説明図。
【符号の説明】
【００２８】
１  内燃機関
２  シリンダ
５  補助吸気ポート
９  吸気バルブ
１０  ロータリーバルブ（弁体）
１０ａ  電動機
１１  ピストン
１２  動弁機構
２１  駆動機構
３１  開閉バルブ（弁体）
３１ｂ  逃げ部
３２  動力伝達機構
１００、２００、３００  弁機構（弁手段）
Ｒ  ピストンの通過範囲
【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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