(57)【要約】【課題】吸気通路の空気流れの制御に好適なバルブを備える内燃機関の吸気構造、可変吸気装置および気流制御装置を提供する。【解決手段】可変吸気装置は、互いに異なる長さで延び、合流する高速用吸気通路１７および低速用吸気通路１６と、高速用吸気通路１７と低速用吸気通路１６とが合流する位置に設けられたベルト式バルブ３１と、ベルト式バルブ３１を駆動させるモータとを備える。ベルト式バルブ３１には、高速用吸気通路１７および低速用吸気通路１６の空気流れを許容する開口部３２が形成されている。高速用吸気通路１７の空気流れがベルト式バルブ３１により遮られる時、開口部３２は、低速用吸気通路１６の空気流れを許容する位置に位置決めされる。低速用吸気通路１６の空気流れがベルト式バルブ３１により遮られる時、開口部３２は、高速用吸気通路１７の空気流れを許容する位置に位置決めされる。【選択図】図２
2007170269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に連通し、前記燃焼室に供給する空気が流れる吸気通路と、
前記吸気通路に設けられたベルトと、
前記ベルトを駆動させる駆動部とを備え、
前記ベルトが駆動することにより、前記吸気通路内の空気流れが制御される、内燃機関の吸気構造。
【請求項２】
前記ベルトは、前記吸気通路の空気流れを遮るように配置され、前記ベルトには、前記吸気通路の空気流れを許容する開口部が形成されており、
前記ベルトが駆動することにより前記開口部の位置が変化する、請求項１に記載の内燃機関の吸気構造。
【請求項３】
前記ベルトは、前記吸気通路を挟んで両側に配置された複数の軸に掛け渡されている、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気構造が用いられ、前記ベルトの駆動により前記内燃機関の吸気路長を変化させる、可変吸気装置。
【請求項５】
前記吸気通路は、互いに異なる長さで延び、合流する第１および第２の吸気通路を含み、
前記ベルトは、前記第１および第２の吸気通路の空気流れを遮るように、前記第１の吸気通路と前記第２の吸気通路とが合流する位置に設けられ、前記ベルトには、前記第１および第２の吸気通路の空気流れを許容する開口部が形成されており、
前記ベルトが駆動することにより、前記開口部の位置が変化し、
前記第１の吸気通路の空気流れが前記ベルトにより遮られる時、前記開口部は、前記第２の吸気通路の空気流れを許容する位置に位置決めされ、前記第２の吸気通路の空気流れが前記ベルトにより遮られる時、前記開口部は、前記第１の吸気通路の空気流れを許容する位置に位置決めされる、請求項４に記載の可変吸気装置。
【請求項６】
前記第１の吸気通路の空気流れが前記ベルトにより遮られる時、前記ベルトは、前記第２の吸気通路の空気流れの流線にほぼ沿うように延在し、
前記第２の吸気通路の空気流れが前記ベルトにより遮られる時、前記ベルトは、前記第１の吸気通路の空気流れの流線にほぼ沿うように延在する、請求項５に記載の可変吸気装置。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気構造が用いられ、前記ベルトの駆動により前記燃焼室内に渦流を生成する、気流制御装置。
【請求項８】
前記ベルトは、前記吸気通路の空気流れを遮るように前記吸気通路に設けられ、前記ベルトには、空気流れを許容する開口部が形成されており、
前記ベルトが駆動することにより、前記開口部の位置が変化し、前記ベルトが設けられた前記吸気通路の断面の一部の領域で前記開口部により空気流れが許容されるとともに、前記断面の残る領域で前記ベルトにより空気流れが遮られた時に、前記燃焼室内に渦流が生成される、請求項７に記載の気流制御装置。
【請求項９】
前記燃焼室内に渦流を生成しない時、前記吸気通路内に前記開口部のみが位置決めされる、請求項８に記載の気流制御装置。
【請求項１０】
前記ベルトよりも前記吸気通路の空気流れの下流側には、前記ベルトに対峙する端辺を含み、前記吸気通路を、燃料噴射弁が配置される第１の通路と、第２の通路とに区画する隔壁が設けられており、
前記ベルトは、前記吸気通路を挟んで両側に配置された複数の軸に掛け渡されることによって、前記吸気通路の空気の流れ方向に重なって設けられており、
前記吸気通路の空気流れの下流側に位置する前記ベルトと前記端辺との間は、相対的に小さい距離を有し、前記吸気通路の空気流れの上流側に位置する前記ベルトと前記端辺との間は、相対的に大きい距離を有し、
前記開口部により前記第１の通路に向かう空気流れが許容されるとともに、前記吸気通路の空気流れの下流側に位置する前記ベルトにより、前記第２の通路に向かう空気流れが遮られる時、前記燃焼室内に相対的に小さい渦流が形成されるとともに、空気が前記燃料噴射弁に向けて供給され、
前記開口部により前記第１の通路に向かう空気流れが許容されるとともに、前記吸気通路の空気流れの上流側に位置する前記ベルトにより、前記第２の通路に向かう空気流れが遮られる時、前記燃焼室内に相対的に大きい渦流が形成される、請求項８または９に記載の気流制御装置。
【請求項１１】
前記吸気通路の空気流れの下流側に位置する前記ベルトによって前記第２の通路に向かう空気流れが遮られる時よりも、前記吸気通路の空気流れの上流側に位置する前記ベルトによって前記第２の通路に向かう空気流れが遮られる時の方が、前記第１の通路に向かう空気流れを許容する前記開口部の開口面積が大きい、請求項１０に記載の気流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、内燃機関の吸気構造、可変吸気装置および気流制御装置に関し、より特定的には、吸気通路に空気流れを制御するためのバルブが設けられた内燃機関の吸気構造、可変吸気装置および気流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の吸気構造に関して、たとえば、特開２００２−３８９５９号公報には、可変吸気システムの構成の簡素化を図るとともに、部品点数の削減を図ることを目的としたエンジンの吸気装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、スロットルバルブが、吸入空気量を制御するとともに、高速用通路と低速用通路との切り換えを行なっている。
【０００３】
また、特開平６−１０１５０４号公報には、エンジンの高負荷時に、吸気充填効率の向上とレスポンスの向上との両立を図ることを目的としたエンジンの吸気装置が開示されている（特許文献２）。また、特開平５−１２５９４４号公報には、エンジンの出力を低速度から高速度の全域にかけて向上させることを目的とした内燃機関の可変吸気装置が開示されている（特許文献３）。特許文献２では、吸気通路にスライドプレートが配置されており、特許文献３では、扇状バルブおよび板状バルブが設けられている。
【０００４】
また、実開昭６３−１３０６４４号公報には、車速を一定以下にし、加速をスムーズにし、さらにエンジンブレーキの効きを向上させることを目的としたエンジンの吸気ガス制御装置が開示されている（特許文献４）。特許文献４では、吸気通路に、上下動によって通路を開閉する摺動開閉弁が設けられている。
【０００５】
また、特開２００１−２４１３２９号公報には、始動時より成層燃焼運転を可能にし、未燃燃料の排出を最小に抑えることを目的とした筒内噴射型内燃機関が開示されている（特許文献５）。また、特開平２−２８６８２３号公報には、常に燃焼状態を良好にすることを目的とした過給式可変バルブタイミングエンジンが開示されている（特許文献６）。特許文献５および６では、吸気ポートにロータリ弁が配置されている。
【０００６】
また、実開昭５８−９９２４号公報には、吸気時期を調整することによって、大きくなりすぎた筒内圧を下げたり、始動性を向上させたりすることを目的とした内燃機関の吸気時期調整用スリーブバルブが開示されている（特許文献７）。また、実開昭６１−９５３８号公報には、ロータリバルブと吸気通路壁との間のシールを容易にすることを目的とした４サイクルエンジンの吸気流量制御装置が開示されている（特許文献８）。
【特許文献１】特開２００２−３８９５９号公報
【特許文献２】特開平６−１０１５０４号公報
【特許文献３】特開平５−１２５９４４号公報
【特許文献４】実開昭６３−１３０６４４号公報
【特許文献５】特開２００１−２４１３２９号公報
【特許文献６】特開平２−２８６８２３号公報
【特許文献７】実開昭５８−９９２４号公報
【特許文献８】実開昭６１−９５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１から８に開示された内燃機関の吸気構造では、空気流れを制御するため、吸気通路にスロットルバルブや扇状バルブ、板状バルブ等の各種バルブが設けられている。しかしながら、これらのバルブを用いた場合、空気流れの制御性が損なわれたり、吸気通路の流量係数が悪化したりすることがある。また、バルブの回転軸に過大な力が作用したり、吸気通路の断面形状に制約が生じたりすることもある。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、吸気通路の空気流れの制御に好適なバルブを備える内燃機関の吸気構造、可変吸気装置および気流制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った内燃機関の吸気構造は、内燃機関の燃焼室に連通し、燃焼室に供給する空気が流れる吸気通路と、吸気通路に設けられたベルトと、ベルトを駆動させる駆動部とを備える。ベルトが駆動することにより、吸気通路内の空気流れが制御される。
【００１０】
ベルトとは、可撓性を有する帯状の部材を意味する。
このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、ベルトは、可撓性を備えるため、吸気通路内に配置する場所や配置する際の形状に関して自由度が高い。このため、ベルトを、吸気通路内の空気流れを制御する好適なバルブとして用いることができる。
【００１１】
また好ましくは、ベルトは、吸気通路の空気流れを遮るように配置されている。ベルトには、吸気通路の空気流れを許容する開口部が形成されている。ベルトが駆動することにより開口部の位置が変化する。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、簡易な構成で、吸気通路の空気流れを自在に制御することができる。
【００１２】
また好ましくは、ベルトは、吸気通路を挟んで両側に配置された複数の軸に掛け渡されている。このように構成された内燃機関の吸気構造によれば、ベルトは、吸気通路を挟んだ両側で両持ち支持されるため、吸気通路の空気流れに抗してベルトを強固に支持することができる。
【００１３】
この発明に従った可変吸気装置は、上述のいずれかに記載の内燃機関の吸気構造が用いられ、ベルトの駆動により内燃機関の吸気路長を変化させる。このように構成された可変吸気装置によれば、内燃機関の吸気路長を変化させる可変吸気装置において、上述の効果を得ることができる。
【００１４】
また、吸気通路は、互いに異なる長さで延び、合流する第１および第２の吸気通路を含む。ベルトは、第１および第２の吸気通路の空気流れを遮るように、第１の吸気通路と第２の吸気通路とが合流する位置に設けられている。ベルトには、第１および第２の吸気通路の空気流れを許容する開口部が形成されている。ベルトが駆動することにより、開口部の位置が変化する。第１の吸気通路の空気流れがベルトにより遮られる時、開口部は、第２の吸気通路の空気流れを許容する位置に位置決めされる。第２の吸気通路の空気流れがベルトにより遮られる時、開口部は、第１の吸気通路の空気流れを許容する位置に位置決めされる。
【００１５】
このように構成された可変吸気装置によれば、ベルトが駆動し、開口部の位置が変化することにより、互いに異なる長さを有する第１の吸気通路と第２の吸気通路とに選択的に空気流れを許容することができる。これにより、内燃機関の吸気路長の長短を切り換えることができる。
【００１６】
また好ましくは、第１の吸気通路の空気流れがベルトにより遮られる時、ベルトは、第２の吸気通路の空気流れの流線にほぼ沿うように延在する。第２の吸気通路の空気流れがベルトにより遮られる時、ベルトは、第１の吸気通路の空気流れの流線にほぼ沿うように延在する。このように構成された可変吸気装置によれば、第１および第２の吸気通路のいずれか一方の空気流れが遮断された時に、第１および第２の吸気通路のいずれか他方に円滑な空気流れを形成することができる。
【００１７】
この発明に従った気流制御装置は、内燃機関の吸気構造が用いられ、ベルトの駆動により燃焼室内に渦流を生成する。このように構成された気流制御装置によれば、燃焼室内に渦流を生成する気流制御装置において、上述の効果を得ることができる。
【００１８】
また、ベルトは、吸気通路の空気流れを遮るように吸気通路に設けられている。ベルトには、空気流れを許容する開口部が形成されている。ベルトが駆動することにより、開口部の位置が変化する。ベルトが設けられた吸気通路の断面の一部の領域で開口部により空気流れが許容されるとともに、断面の残る領域でベルトにより空気流れが遮られた時に、燃焼室内に渦流が生成される。
【００１９】
このように構成された気流制御装置によれば、ベルトが駆動し、開口部の位置が変化することにより、吸気通路の断面内の流速分布に傾きを設けることができる。これにより、燃焼室内に渦流を生成することができる。
【００２０】
また好ましくは、燃焼室内に渦流を生成しない時、吸気通路内に開口部のみが位置決めされる。このように構成された気流制御装置によれば、吸気通路内に流れる空気は、ベルトの影響を受けることなく燃焼室に流入する。このため、燃焼室内に渦流を生成しない時の吸気通路の流量係数を向上させることができる。
【００２１】
また好ましくは、ベルトよりも吸気通路の空気流れの下流側には、隔壁が設けられている。隔壁は、ベルトに対峙する端辺を含む。隔壁は、吸気通路を、燃料噴射弁が配置される第１の通路と、第２の通路とに区画する。ベルトは、吸気通路を挟んで両側に配置された複数の軸に掛け渡されることによって、吸気通路の空気の流れ方向に重なって設けられている。吸気通路の空気流れの下流側に位置するベルトと端辺との間は、相対的に小さい距離を有し、吸気通路の空気流れの上流側に位置するベルトと端辺との間は、相対的に大きい距離を有する。開口部により第１の通路に向かう空気流れが許容されるとともに、吸気通路の空気流れの下流側に位置するベルトにより、第２の通路に向かう空気流れが遮られる時、燃焼室内に相対的に小さい渦流が形成されるとともに、空気が燃料噴射弁に向けて供給される。開口部により第１の通路に向かう空気流れが許容されるとともに、吸気通路の空気流れの上流側に位置するベルトにより、第２の通路に向かう空気流れが遮られる時、燃焼室内に相対的に大きい渦流が形成される。
【００２２】
このように構成された気流制御装置によれば、内燃機関の負荷状況に合わせて、燃料噴射弁に向けて空気を的確に供給したり、燃焼室内により大きい渦流を形成したりできる。
【００２３】
また好ましくは、吸気通路の空気流れの下流側に位置するベルトによって第２の通路に向かう空気流れが遮られる時よりも、吸気通路の空気流れの上流側に位置するベルトによって第２の通路に向かう空気流れが遮られる時の方が、第１の通路に向かう空気流れを許容する開口部の開口面積が大きい。このように構成された気流制御装置によれば、開口部の開口面積を小さくすることにより、吸気通路の断面の流速分布を増大させる領域を適当な位置に絞ることができる。また、開口部の開口面積を大きくすることにより、燃焼室内により大きい渦流を生成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、この発明に従えば、吸気通路の空気流れの制御に好適なバルブを備える内燃機関の吸気構造、可変吸気装置および気流制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における内燃機関の吸気構造が用いられたガソリンエンジンを示す側面図である。本実施の形態における内燃機関の吸気構造は、図１中のガソリンエンジンに搭載された、内燃機関の吸気路長を変化させる可変吸気装置に適用されている。
【００２７】
図１を参照して、ガソリンエンジン１０（以降、エンジン１０と称する）は、車両に搭載される直列４気筒エンジンである。エンジン１０は、シリンダ２３が形成されたシリンダブロック２０と、シリンダブロック２０の上端に固定されたシリンダヘッド１１とを備える。シリンダヘッド１１は、アルミニウム合金等の金属から形成されている。
【００２８】
シリンダ２３には、略円形の頂面２２ａを有し、シリンダ内を往復運動するピストン２２が封入されている。頂面２２ａと、シリンダ２３を規定するシリンダブロック２０の内壁と、シリンダヘッド１１とに囲まれた位置には、燃焼室１２が形成されている。シリンダヘッド１１には、燃焼室１２に連通する吸気ポート１３および排気ポート１９が形成されている。
【００２９】
エンジン１０は、さらに、シリンダヘッド１１に固定されたインテークマニホールド１４を備える。インテークマニホールド１４は、車外から取り込まれた空気を吸気ポート１３に導く。インテークマニホールド１４は、空気を取り込むエアインテークと、ホースによって接続されている。エアインテークとインテークマニホールド１４との間には、エアクリーナおよびレゾネータが配置されている。インテークマニホールド１４は、樹脂から形成されても良いし、金属から形成されても良い。
【００３０】
インテークマニホールド１４は、車外から取り込まれた空気が流入するサージタンク部４６と、サージタンク部４６に流入した空気を吸気ポート１３に送るポート部４７とから構成されている。
【００３１】
図２および図３は、図１中の２点鎖線ＩＩで囲まれた位置を示すインテークマニホールドの断面図である。図２および図３を参照して、ポート部４７には、サージタンク部４６内の空間１８から互いに独立して延び、その後、合流する低速用吸気通路１６および高速用吸気通路１７と、低速用吸気通路１６および高速用吸気通路１７が合流した位置から吸気ポート１３を通じて燃焼室１２に達する吸気通路１５とが形成されている。空間１８と吸気通路１５との間で、低速用吸気通路１６は、相対的に大きい長さを有し、高速用吸気通路１７は、相対的に小さい長さを有する。
【００３２】
高速用吸気通路１７は、軸線１０１方向に延びている。低速用吸気通路１６は、軸線１０２方向に延びている。軸線１０１および１０２は、湾曲している。このような構成により、高速用吸気通路１７および低速用吸気通路１６には、それぞれ、軸線１０１および１０２に沿って流れる空気流れが形成される。
【００３３】
低速用吸気通路１６および高速用吸気通路１７が合流し、吸気通路１５に交わる位置には、ベルト式バルブ３１が設けられている。ベルト式バルブ３１は、低速用吸気通路１６および高速用吸気通路１７を塞ぐように配置されている。ベルト式バルブ３１は、低速用吸気通路１６を塞ぐ位置で、高速用吸気通路１７に規定される軸線１０１にほぼ沿うように延在している。ベルト式バルブ３１は、高速用吸気通路１７を塞ぐ位置で、低速用吸気通路１６に規定される軸線１０２にほぼ沿うように延在している。
【００３４】
ベルト式バルブ３１は、可変吸気バルブとして設けられている。つまり、ベルト式バルブ３１は、低速用吸気通路１６から吸気通路１５に向かう空気流れと、高速用吸気通路１７から吸気通路１５に向かう空気流れとのいずれか一方を許容し、いずれか他方を規制することによって、エンジン１０の吸気路長を２段階に切り換える。これにより、吸気路内の脈動効果を利用して吸入空気量を増大させることができ、低回転から高回転に渡る全域でトルクアップを図ることができる。
【００３５】
図４は、図２および図３中のベルト式バルブを示す斜視図である。図２から図４を参照して、ベルト式バルブ３１は、可撓性を有するベルトから形成されている。ベルト式バルブ３１は、平ベルトから形成されている。ベルト式バルブ３１は、環状の帯体の形状を有する。ベルト式バルブ３１は、たとえば、樹脂やゴム、薄板状の金属等の材料から形成されている。
【００３６】
ベルト式バルブ３１には、開口部３２が形成されている。開口部３２は、環状に延びるベルト式バルブ３１の周方向に沿って延びている。開口部３２は、低速用吸気通路１６もしくは高速用吸気通路１７に位置決めされた時に、その通路から吸気通路１５に向かう空気流れを許容する。ベルト式バルブ３１の周縁には、駆動用ノッチ孔３１ｈが互いに間隔を隔てて複数、形成されている。
【００３７】
ベルト式バルブ３１は、駆動軸３６、回転軸３８および回転軸３７に掛け渡されている。駆動軸３６、回転軸３８および回転軸３７は、ポート部４７に嵌め込まれたフレーム４１に回転自在に支持されている。駆動軸３６と回転軸３８とは、高速用吸気通路１７を挟んだ両側に配置されている。回転軸３８と回転軸３７とは、低速用吸気通路１６を挟んだ両側に配置されている。駆動軸３６、回転軸３８および回転軸３７は、空気が流れる吸気通路の外側に配置されている。
【００３８】
駆動軸３６、回転軸３８および回転軸３７には、各軸の外周面から突出する突起３９が形成されている。突起３９は、駆動用ノッチ孔３１ｈに挿入されている。駆動軸３６は、図示しないモータに接続されている。モータを駆動させることにより、駆動軸３６が回転する。駆動軸３６の回転に伴って、ベルト式バルブ３１が回転軸３８および回転軸３７に案内されながら駆動し、開口部３２の位置が変化する。
【００３９】
なお、ベルト式バルブ３１を駆動させる駆動機構は、モータに限られず、たとえば、吸気通路内に発生する負圧を利用した機構であっても良い。また、駆動軸３６は、図２中の位置に限定されず、回転軸３８もしくは回転軸３７が設けられた位置に配置されても良い。また、駆動軸３６は、複数箇所に設けられても良い。
【００４０】
図５は、図１中の矢印Ｖに示す方向から見たインテークマニホールドの正面図である。図５を参照して、直列４気筒エンジンであるエンジン１０の場合、ポート部４７は、サージタンク部４６と、４つの気筒の各々の吸気ポート１３との間で延びるポート部４７Ｐ、４７Ｑ、４７Ｒおよび４７Ｓから構成される。ポート部４７Ｐ、４７Ｑ、４７Ｒおよび４７Ｓは、挙げた順に並んで設けられている。
【００４１】
本実施の形態では、ポート部４７Ｐからポート部４７Ｓまでの間に渡ってベルト式バルブ３１が延在している。ベルト式バルブ３１は、ポート部４７Ｐからポート部４７Ｓまでの間に渡って延びる駆動軸３６、回転軸３８および回転軸３７に掛け渡されている。駆動軸３６には、モータ４３が接続されている。このような構成により、モータ４３を気筒毎に設ける必要がなくなり、ベルト式バルブ３１の駆動機構を簡易かつコンパクトに構成することができる。
【００４２】
なお、ベルト式バルブ３１を設ける形態は、図５中に示す形態に限定されず、たとえば気筒毎に別々のベルト式バルブ３１が設けられても良い。
【００４３】
図２を参照して、ベルト式バルブ３１を駆動させることにより、高速用吸気通路１７に開口部３２が位置決めされ、低速用吸気通路１６がベルト式バルブ３１によって塞がれた時、高速用吸気通路１７から吸気通路１５に向かう空気流れが許容され、低速用吸気通路１６から吸気通路１５に向かう空気流れが遮断される。図３を参照して、低速用吸気通路１６に開口部３２が位置決めされ、高速用吸気通路１７がベルト式バルブ３１によって塞がれた時、低速用吸気通路１６から吸気通路１５に向かう空気流れが許容され、高速用吸気通路１７から吸気通路１５に向かう空気流れが遮断される。
【００４４】
この発明の実施の形態１における内燃機関の吸気構造は、内燃機関としてのエンジン１０の燃焼室１２に連通し、燃焼室１２に供給する空気が流れる吸気通路と、吸気通路に設けられたベルトとしてのベルト式バルブ３１と、ベルト式バルブ３１を駆動させる駆動部としてのモータ４３とを備える。ベルト式バルブ３１が駆動することにより、吸気通路内の空気流れが制御される。
【００４５】
吸気通路は、互いに異なる長さで延び、合流する第１および第２の吸気通路としての高速用吸気通路１７および低速用吸気通路１６を含む。ベルト式バルブ３１は、高速用吸気通路１７および低速用吸気通路１６の空気流れを遮るように、高速用吸気通路１７と低速用吸気通路１６とが合流する位置に設けられている。ベルト式バルブ３１には、高速用吸気通路１７および低速用吸気通路１６の空気流れを許容する開口部３２が形成されている。ベルト式バルブ３１が駆動することにより、開口部３２の位置が変化する。高速用吸気通路１７の空気流れがベルト式バルブ３１により遮られる時、開口部３２は、低速用吸気通路１６の空気流れを許容する位置に位置決めされる。低速用吸気通路１６の空気流れがベルト式バルブ３１により遮られる時、開口部３２は、高速用吸気通路１７の空気流れを許容する位置に位置決めされる。
【００４６】
このように構成された、この発明の実施の形態１における内燃機関の吸気構造によれば、以下に説明する理由から、効率に優れるとともに制御性に優れた可変吸気装置を実現することができる。
【００４７】
図６は、図２および図３中のベルト式バルブによって得られる効果を説明するための吸気通路の断面図である。図中には、ベルト式バルブ３１との比較のためのバルブが示されている。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）中の矢印Ｃに示す方向から見たバルブの正面図である。
【００４８】
図６（Ａ）を参照して、高速用吸気通路１７には、バタフライバルブ２０１が配置されている。バタフライバルブ２０１は、弁軸２０２と、弁軸２０２の両側に広がる弁体２０３とを備える。
【００４９】
この場合、高速用吸気通路１７の空気流れを遮断する位置に弁体２０３の傾きを制御すると、高速用吸気通路１７内のバタフライバルブ２０１に隣接する位置にデッドスペース２０５が発生する。このデッドスペース２０５の発生により、ポート脈動が減衰し、結果、体積効率の減少、エンジン性能（トルク）の低下を招く。また、図６（Ａ）中の構造では、高速用吸気通路１７の空気流れを許容する位置に弁体２０３の傾きを制御した時に、低速用吸気通路１６でも空気流れが許容される。加えて、高速用吸気通路１７の空気流れが弁軸２０２によって妨げられる。このため、脈動効率が減少し、先と同様に、体積効率の減少、エンジン性能（トルク）の低下を招く。
【００５０】
図６（Ｂ）および図６（Ｃ）を参照して、高速用吸気通路１７と低速用吸気通路１６とが交わる位置に、片持ちバルブ２１１が配置されている。片持ちバルブ２１１は、弁軸２１２と、弁軸２１２の一方の側に広がる弁体２１３とを備える。片持ちバルブ２１１は、高速用吸気通路１７および低速用吸気通路１６のいずれか一方を選択的に塞ぐように設けられている。
【００５１】
この場合、上記の問題は解消されるものの、新たな問題が生じる。たとえば、弁体２１３の形状が、弁軸２１２に沿った位置で直線状となるため、この弁体２１３の形状に合わせて、吸気通路の断面形状を角形状に変更する必要が生じる（図６（Ｂ）中の吸気通路の内壁２２０）。この場合、吸気通路の流量係数が悪化する。
【００５２】
また、高速用吸気通路１７の空気流れを許容する位置に弁体２１３の傾きを制御した時に、図６（Ｂ）中の領域２３０で吸気通路の内壁が滑らかな円弧状でなくなる。このため、吸気通路の流量係数が悪化する。また、空気流れに抗して片持ちバルブ２１１を支持するには、片持ちバルブ２１１の保持トルクを確保する必要がある。このため、大面積を有する片持ちバルブ２１１を設定することが難しくなり、結果、吸気通路の流量係数が悪化する。
【００５３】
これらの問題は、バルブの形状や配置場所に関して自由度が低いことや、弁軸を支点に回転するバルブの構造に起因するものである。これに対して、本実施の形態で用いられるベルト式バルブ３１は、可撓性を有するため、たとえば、ベルト式バルブ３１を軸線１０１および１０２にほぼ沿うように円弧状に設置することができる。また、吸気通路の断面形状を、流量係数の点で優れる円形に設定することができる。さらに、保持トルクの制約がないため、バルブの面積を最適化することができる。
【００５４】
なお、本発明による内燃機関の吸気構造は、以上に説明した構造とは異なる構造を備えた可変吸気装置にも適宜、形状を変化させて適用される。たとえば、ベルト式バルブ３１は、図２および図３中の空間１８から高速用吸気通路１７および低速用吸気通路１６に連通する位置に配置されても良い。
【００５５】
（実施の形態２）
図７から図９は、この発明の実施の形態２における内燃機関の吸気構造が用いられたガソリンエンジンの吸気通路を示す断面図である。図中に示す範囲は、図１中のエンジン１０で言えば２点鎖線ＶＩＩで囲まれた範囲に相当する。本実施の形態における内燃機関の吸気構造は、燃焼室内に渦流を生成する気流制御装置に適用されている。以下、実施の形態１における内燃機関の吸気構造と重複する構造については、説明を繰り返さない。
【００５６】
図７から図９を参照して、吸気通路１５には、隔壁としての仕切り板６１が設けられている。仕切り板６１は、吸気通路１５に流れる空気流れに沿って所定の区間に渡って延びている。仕切り板６１は、吸気通路１５の空気流れの上流側に配置された端辺６１ｃを有する。仕切り板６１は、吸気通路１５を、上部通路１５ｕと下部通路１５ｄとに区画している。上部通路１５ｕには、吸気ポート１３に向けて燃料を噴射するインジェクタ２１が配置されている。
【００５７】
本実施の形態では、吸気通路１５にベルト式バルブ８１が設けられている。ベルト式バルブ８１は、吸気通路１５を塞ぐように配置されている。ベルト式バルブ８１は、シリンダヘッド１１とインテークマニホールド１４との間に配置されている。ベルト式バルブ８１は、インジェクタ２１よりも吸気通路１５の空気流れの上流側に配置されている。ベルト式バルブ８１は、仕切り板６１よりも吸気通路１５の空気流れの上流側に設けられている。
【００５８】
ベルト式バルブ８１は、タンブル流コントロールバルブとして設けられている。つまり、ベルト式バルブ８１は、吸気通路１５の断面内の流速分布に積極的に傾きを設けることによって、燃焼室１２内に、ピストン２２の頂面２２ａに略直交する縦方向の旋回流であるタンブル流を形成する。
【００５９】
図１０は、図７中の矢印Ｘに示す方向から見た吸気通路の背面図である。図１１は、図８中の矢印ＸＩに示す方向から見た吸気通路の背面図である。
【００６０】
図１０および図１１を参照して、ベルト式バルブ８１は、実施の形態１におけるベルト式バルブ３１と同様の形状を有する。ベルト式バルブ８１には、吸気通路１５の空気流れを許容する開口部８２が形成されている。開口部８２は、環状に延びるベルト式バルブ８１の周方向に沿って延びている。その周方向に対して直交する方向の長さを幅と呼ぶことにすると、開口部８２は、相対的に大きい幅を有する第１部分８２ｐと、相対的に小さい幅を有する第２部分８２ｑとから構成されている。周方向に延びる開口部８２の一方端には、第２部分８２ｑが配置され、開口部８２の他方端を含む残りの範囲には、第１部分８２ｐが配置されている。
【００６１】
図７から図９を参照して、ベルト式バルブ８１は、駆動軸５２および回転軸５３に掛け渡されている。駆動軸５２と回転軸５３とは、吸気通路１５を挟んだ両側に配置されている。駆動軸５２と回転軸５３とは、上部通路１５ｕと下部通路１５ｄとが並ぶ方向に距離を隔てて配置されている。
【００６２】
このような構成により、ベルト式バルブ８１は、吸気通路１５の空気流れの上流側と下流側とに重なって設けられている。吸気通路１５の空気流れの下流側に配置されたベルト式バルブ８１は、仕切り板６１の端辺６１ｃに接触する。吸気通路１５の空気流れの上流側に配置されたベルト式バルブ８１と端辺６１ｃとの間には、隙間７５が形成されている。ベルト式バルブ８１は、下部通路１５ｄから上部通路１５ｕに向かうに従って、吸気通路１５の空気流れの下流側から上流側に傾斜するように設けられている。なお、吸気通路１５の空気流れの下流側に配置されたベルト式バルブ８１と、仕切り板６１の端辺６１ｃとの間には、微小な隙間が形成されても良い。
【００６３】
図７および図１０を参照して、始動直後のアイドリング時等、冷間時には、上部通路１５ｕに開口部８２の第２部分８２ｑが位置決めされ、下部通路１５ｄが、吸気通路１５の空気流れの下流側に配置されるベルト式バルブ８１によって塞がれる。図８および図１１を参照して、市街地走行時等、パーシャル時には、上部通路１５ｕに開口部８２の第１部分８２ｐが位置決めされ、下部通路１５ｄが、吸気通路１５の空気流れの上流側に配置されるベルト式バルブ８１によって塞がれる。これらのとき、下部通路１５ｄを通る空気流れが規制され、上部通路１５ｕを通って燃焼室１２に流入する空気流れが許容される。これにより、吸気通路１５の断面内の流速分布に傾きが生じ、燃焼室１２にタンブル流が形成される。
【００６４】
図９を参照して、高速、高負荷時等、ＷＯＴ（Wide Open Throttle）時には、吸気通路１５に開口部８２のみが配置される。このとき、上部通路１５ｕを通って燃焼室１２に流入する空気流れと、下部通路１５ｄを通って燃焼室１２に流入する空気流れの両方が許容される。このため、大流量の空気が燃焼室１２に供給される。
【００６５】
この発明の実施の形態２における内燃機関の吸気構造は、エンジン１０の燃焼室１２に連通し、燃焼室１２に供給する空気が流れる吸気通路１５と、吸気通路１５に設けられたベルトとしてのベルト式バルブ８１と、ベルト式バルブ８１を駆動させる駆動部としてのモータとを備える。ベルト式バルブ８１が駆動することにより、吸気通路１５内の空気流れが制御される。
【００６６】
ベルト式バルブ８１は、吸気通路１５の空気流れを遮るように吸気通路１５に設けられている。ベルト式バルブ８１には、空気流れを許容する開口部８２が形成されている。ベルト式バルブ８１が駆動することにより、開口部８２の位置が変化する。ベルト式バルブ８１が設けられた吸気通路１５の断面の一部の領域としての上部通路１５ｕで開口部８２により空気流れが許容されるとともに、断面の残る領域としての下部通路１５ｄでベルト式バルブ８１により空気流れが遮られた時に、燃焼室１２内に渦流が生成される。
【００６７】
このように構成された、この発明の実施の形態２における内燃機関の吸気構造によれば、以下に説明する理由から、効率に優れるとともに制御性に優れた気流制御装置を実現することができる。
【００６８】
図１２は、図７から図９中のベルト式バルブによって得られる効果を説明するための吸気通路の断面図である。図中には、ベルト式バルブ８１との比較のためのバルブが示されている。
【００６９】
図１２を参照して、吸気通路１５には、弁軸３０２を有し、弁軸３０２を支点に回動する片持ちバルブ３０１が配置されている。片持ちバルブ３０１は、冷間時、図中の片持ちバルブ３０１Ａの位置に制御され、パーシャル時、片持ちバルブ３０１Ｂの位置に制御される。また、片持ちバルブ３０１は、ＷＯＴ時、片持ちバルブ３０１Ｃの位置に制御され、吸気通路１５の内壁から凹む凹部３０６に収容される。
【００７０】
この場合、冷間時には、上部通路１５ｕのみならず下部通路１５ｄにも空気が流れ込むため、気流制御の効果が十分に得られない。また、冷間時およびパーシャル時とも、片持ちバルブ３０１の先端形状が同一であるため、各々の時に最適な空気流れを形成することが難しい。また、ＷＯＴ時、凹部３０６が形成された位置には凹凸が存在するため、吸気通路１５の流量係数が悪化する。また、片持ちバルブ３０１の形状に起因して、吸気通路の断面形状を角形状となり、吸気通路１５の流量係数が悪化する。
【００７１】
これに対して、本実施の形態では、図７および図１０中に示す冷間時、下部通路１５ｄに流入する空気流れは完全に遮断される。また、上部通路１５ｕに対する開口部８２の開口面積Ｓ１が、図８および図１１中に示すパーシャル時の開口面積Ｓ２よりも小さくなる。このため、開口部８２を通じて上部通路１５ｕに流入する空気流れが絞られ、空気をインジェクタ２１から噴射された燃料に向けて的確に供給することができる。これにより、燃料を効率的に霧化させ、エミッションの向上を図ることができる。
【００７２】
また、図８および図１１に示すパーシャル時には、開口部８２の開口面積Ｓ２が大きくなるため、開口部８２を通じて上部通路１５ｕに流入する空気量が増大する。また、吸気通路１５の空気流れの上流側に配置されたベルト式バルブ８１と端辺６１ｃとの間には、隙間７５が形成されているため、その隙間７５を通って下部通路１５ｄから上部通路１５ｕに流入する空気流れが形成される。したがって、燃焼室１２により大きいタンブル流を形成し、エミッションの向上や燃費の向上を図ることができる。
【００７３】
また、図９中に示すＷＯＴ時には、吸気通路１５には開口部８２のみが配置されるため、ベルト式バルブ８１の影響により吸気通路１５の流量係数が悪化するということがない。また、吸気通路１５の断面形状を円形や楕円形、トラック形状等に設定し、吸気通路１５の流量係数を向上させることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、ベルト式バルブ８１をタンブル流コントロールバルブとして設けた場合について説明したが、同様の構成を備えるベルト式バルブを、ピストン２２の頂面２２ａに略平行な横方向の旋回流であるスワール流を形成するためのスワール流コントロールバルブとして設けることもできる。
【００７５】
また、実施の形態１および２では、エンジン１０が４気筒直列エンジンである場合について説明したが、これに限定されず、４気筒以外の直列エンジンや、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン、Ｗ型エンジンであっても良い。また、実施の形態１および２では、本発明による内燃機関の吸気構造を、それぞれ、可変吸気装置および気流制御装置に適用した場合について説明したが、これら以外の吸気通路の空気流れを制御する装置に適用することができる。たとえば、本発明による内燃機関の吸気構造を、吸気通路に配置されるスロットルバルブに適用することができる。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】この発明の実施の形態１における内燃機関の吸気構造が用いられたガソリンエンジンを示す側面図である。
【図２】図１中の２点鎖線ＩＩで囲まれた位置を示すインテークマニホールドの断面図であり、高速用吸気通路の空気流れが許容された時の図である。
【図３】図１中の２点鎖線ＩＩで囲まれた位置を示すインテークマニホールドの断面図であり、低速用吸気通路の空気流れが許容された時の図である。
【図４】図２および図３中のベルト式バルブを示す斜視図である。
【図５】図１中の矢印Ｖに示す方向から見たインテークマニホールドの正面図である。
【図６】図２および図３中のベルト式バルブによって得られる効果を説明するための吸気通路の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２における内燃機関の吸気構造が用いられたガソリンエンジンの吸気通路を示す断面図であり、低温時の図である。
【図８】この発明の実施の形態２における内燃機関の吸気構造が用いられたガソリンエンジンの吸気通路を示す断面図であり、パーシャル時の図である。
【図９】この発明の実施の形態２における内燃機関の吸気構造が用いられたガソリンエンジンの吸気通路を示す断面図であり、ＷＯＴ時の図である。
【図１０】図７中の矢印Ｘに示す方向から見た吸気通路の背面図である。
【図１１】図８中の矢印ＸＩに示す方向から見た吸気通路の背面図である。
【図１２】図７から図９中のベルト式バルブによって得られる効果を説明するための吸気通路の断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  エンジン、１２  燃焼室、１５  吸気通路、１５ｄ  下部通路、１５ｕ  上部通路、１６  低速用吸気通路、１７  高速用吸気通路、３１，８１  ベルト式バルブ、３２，８２  開口部、３６，５２  駆動軸、３７，３８，５３  回転軸、４３  モータ、６１  仕切り板、６１ｃ  端辺、７５  隙間、８２ｐ  第１部分、８２ｑ  第２部分。
【図１】
2007170269.tif 000003
【図２】
2007170269.tif 000004
【図３】
2007170269.tif 000005
【図４】
2007170269.tif 000006
【図５】
2007170269.tif 000007
【図６】
2007170269.tif 000008
【図７】
2007170269.tif 000009
【図８】
2007170269.tif 000010
【図９】
2007170269.tif 000011
【図１０】
2007170269.tif 000012
【図１１】
2007170269.tif 000013
【図１２】
2007170269.tif 000014