(57)【要約】【課題】スワール流の強化に伴う冷却損失の増加を抑制できる内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】内燃機関のピストン１０の頂面１０ａに複数のガイド部材１２を設け、これらのガイド部材１２によって、ピストン１０の頂面１０ａ上を流れるスキッシュ流Ｆｓに旋回成分を与える。これにより、ピストンキャビティ１１の内面１１ａに沿うようにしてスワール流Ｆｓｗの流れと対向する向きの成分を持った対向流Ｆｒｅを供給する。【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内にスワール流を形成するスワール形成手段と、前記シリンダ内に形成されたスワール流が接触する壁面に沿うようにしてスワール流の流れと対向する向きの成分を持った対向流を供給する対向流供給手段と、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】
前記壁面が前記内燃機関のピストンの頂面に形成されたピストンキャビティの内面であり、
前記対向流供給手段として、前記ピストンキャビティへ向かって前記ピストンの頂面上を流れるスキッシュ流にスワール流の流れ方向と反対向きの旋回成分が与えられるように前記スキッシュ流を案内するガイド手段が前記ピストンの頂面に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】
前記ガイド手段は、前記ピストンの頂面からの突出量を変更できるように構成されたガイド部材として設けられており、
前記ガイド部材の前記突出量が前記シリンダ内の圧力が高いほど小さくなるように前記突出量を調整する突出量調整手段を備え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】
前記突出量調整手段は、前記シリンダ内で燃焼が生じている場合に前記ガイド部材が前記ピストン内に隠れるように前記突出量を調整することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
前記壁面が前記内燃機関のシリンダの内周面であり、
前記対向流供給手段として、前記シリンダと前記内燃機関の吸気バルブよりも上流側の吸気通路とを結び、かつ前記対向流が前記シリンダの内周面に沿って形成されるように前記シリンダ内に開口するバイパス通路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６】
前記バイパス通路は、前記シリンダの内周面で、かつ前記シリンダ内で燃焼が生じている場合に前記内燃機関のピストンで隠される位置に開口す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】
前記バイパス通路は、前記シリンダの頂面に開口す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８】
前記バイパス通路には、前記バイパス通路を開閉する弁手段が設けられていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項９】
前記バイパス通路には、前記バイパス通路内の圧力を増圧する増圧手段が設けられていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項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内にスワール流を形成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。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２及び３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−４７１２４号公報
【特許文献２】実開平６−４３０３号公報
【特許文献３】特開平１１−２５７０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリンダ内に形成されるスワール流が強くなると流速が大きくなるため、シリンダの内周面やピストンの頂面等のスワール流と接触する壁面からの放熱量が増加して、冷却損失が増加する問題がある。また、特許文献１の吸気装置のようにスワール流に縦流を混ぜただけでは、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。
【０００５】
そこで、本発明は、スワール流の強化に伴う冷却損失の増加を抑制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】
【０００６】
本発明の内燃機関の吸気装置は、内燃機関のシリンダ内にスワール流を形成するスワール形成手段と、前記シリンダ内に形成されたスワール流が接触する壁面に沿うようにしてスワール流の流れと対向する向きの成分を持った対向流を供給する対向流供給手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この吸気装置によれば、スワール流が接触する壁面に沿って対向流が供給されるので、壁面付近におけるスワール流の流速がその対向流によって減速される。そのため、スワール流の壁面における境界層が実質的に厚くなり、それに伴って温度境界層も厚くなる。これにより、シリンダ内から壁面への熱伝達を妨げる効果が高まるので冷却損失の増加を抑制できる。なお、本発明の対向流はスワール流の流れと対向する向きの成分を有していれば十分であり、例えばスワール流の流れに対して斜め方向に向かう流れでもよい。本発明の対向流は、スワール流の流れに対して正面に向かう流れ、即ちスワール流の流れ方向と反対方向に流れる逆流をも含む概念である。
【０００８】
本発明の吸気装置においては、対向流供給手段が供給する対向流はスワール流が接触する壁面に沿うように流れるものであればよい。対向流が接触する壁面としてはシリンダの内周面やピストンの頂面或いはピストンにピストンキャビティが形成されている態様の場合にはピストンキャビティの内面等がある。また、そのような対向流を供給する対向流供給手段は種々の態様で実現できる。例えば、スワール流が接触する壁面が前記内燃機関のピストンの頂面に形成されたピストンキャビティの内面であり、前記対向流供給手段として、前記ピストンキャビティへ向かって前記ピストンの頂面上を流れるスキッシュ流にスワール流の流れ方向と反対向きの旋回成分が与えられるように前記スキッシュ流を案内するガイド手段が前記ピストンの頂面に設けられていてもよい（請求項２）。この場合には、ガイド手段によってスキッシュ流にスワール流の流れ方向と反対向きの旋回成分が与えられ、これにより対向流がピストンキャビティの内面に沿って流れる。この態様は、ピストンの往復運動によって発生するスキッシュ流を利用して対向流を供給できるので、対向流を供給するための供給源を新たに設ける必要がないという利点がある。
【０００９】
このようなガイド手段は種々の態様で実現でき、例えば、ピストンの頂面に溝を形成して実現してもよいし、ピストンの頂面から突出する突起物で実現してもよい。また、前記ガイド手段は、前記ピストンの頂面からの突出量を変更できるように構成されたガイド部材として設けられており、前記ガイド部材の前記突出量が前記シリンダ内の圧力が高いほど小さくなるように前記突出量を調整する突出量調整手段を備えてもよい（請求項３）。シリンダ内の圧力が低いときは高いときに比べてスワール流の流速が遅く境界層の厚さも厚くなる。この態様によれば、ガイド部材の突出量がシリンダ内の圧力が高いほど小さくなるように調整される。そのため、シリンダ内の圧力の変化に伴って増減する境界層の厚さに応じてガイド部材の突出量が変化し、ガイド部材がスワール流の主流の流れを妨害することを抑えることができる。この態様では、更に、前記突出量調整手段は、前記シリンダ内で燃焼が生じている場合に前記ガイド部材が前記ピストン内に隠れるように前記突出量を調整してもよい（請求項４）。この場合、シリンダ内における発熱が活発となる燃焼中にガイド部材がピストン内に隠される。そのため、ガイド部材の突出によるピストン頂面における表面積の増加が回避される。これにより、燃焼中の熱伝達の増加を抑制できるので、冷却損失増加の抑制効果が向上する。
【００１０】
また、本発明を実現する態様としては、前記壁面が前記内燃機関のシリンダの内周面であり、前記対向流供給手段として、前記シリンダと前記内燃機関の吸気バルブよりも上流側の吸気通路とを結び、かつ前記対向流が前記シリンダの内周面に沿って形成されるように前記シリンダ内に開口するバイパス通路が設けられていてもよい（請求項５）。この態様によれば、シリンダ内の圧力が吸気バルブの上流側の圧力よりも高い場合（例えば、圧縮行程）にシリンダ内のガスをバイパス通路へ導くことができる。バイパス通路によるガスの導出に伴ってシリンダの内周面に沿った流れが発生し、その流れを対向流として供給できる。この態様においては、前記バイパス通路は、前記シリンダの内周面で、かつ前記シリンダ内で燃焼が生じている場合に前記内燃機関のピストンで隠される位置に開口してもよい（請求項６）。この場合には、燃焼中にバイパス通路の開口部がピストンで隠されるので、燃焼ガスがバイパス通路から抜けるといった燃焼中に起こり得る悪影響を回避することができる。また、前記バイパス通路は、前記シリンダの頂面に開口してもよい（請求項７）。この場合には、内燃機関のピストンが圧縮行程上死点付近に位置している場合でも、対向流を供給することが可能となる。
【００１１】
また、これらの態様における前記バイパス通路には、前記バイパス通路を開閉する弁手段が設けられていてもよい（請求項８）。このような弁手段の開閉タイミングを調整することによって、対向流の供給タイミングを適切な時期に調整することができる。更に、前記バイパス通路には、前記バイパス通路内の圧力を増圧する増圧手段が設けられていてもよい（請求項９）。この場合、増圧手段によって任意の圧力でバイパス通路を介してシリンダ内へガスを導入できる。そのため、吸気通路内とシリンダ内との圧力バランスにとらわれずに適切な時期に対向流を供給することができる。
【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内に形成されたスワール流が接触する壁面に沿うようにしてスワール流の流れと対向する向きの成分を持った対向流をシリンダ内に供給するようにしたので、壁面付近におけるスワール流の流速がその対向流によって減速されて、スワール流の壁面における見かけ上の境界層が厚くなり、それに伴って温度境界層も厚くなる。これにより、シリンダ内から壁面への熱伝達を妨げる効果が高まるので冷却損失の増加を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の形態）
図１は本発明の吸気装置が適用された内燃機関の要部を示している。図１に示した内燃機関１は、複数（図では１つのみ示す）シリンダ２が一方向に並べられた直列型のディーゼルエンジンとして構成されていて、シリンダ２に接続された吸気通路３及び排気通路４をそれぞれ有している。吸気通路３は各シリンダ２に吸気を導入するための吸気ポート５を備え、排気通路４は燃焼後の排気を各シリンダ２から排出するための排気ポート６を備えている。なお、内燃機関１は、吸気ポート５及び排気ポート６が各シリンダ２に対して二つずつ設けられているが図１ではそれぞれ一つだけ示した。吸気ポート５にはこれを開閉する吸気バルブ７が、排気ポート６にはこれを開閉する排気バルブ８がそれぞれ設けられていて、これらのバルブ７、８は所定のタイミングで開閉駆動される。各シリンダ２の中心線ＣＬ上には、先端のノズルがシリンダ２内に臨むように配置されたインジェクタ９が設けられている。また各シリンダ２には、ピストン１０が往復運動自在に設けられている。周知のように、ピストン１０は図示しないコネクティングロッドを介在させてクランクシャフトに連結されている。また、ピストン１０の頂面１０ａの中央部にはピストンキャビティ１１が形成されている。ピストンキャビティ１１が形成されることにより、ピストン１０の頂面１０ａは一様な平面ではなく窪みを有した形状に構成される。
【００１４】
図２はシリンダ２を上方から示した平面図であり、図３はピストン１０をその頂面１０側から示した平面図である。図２に示すように、各吸気ポート５は吸気に旋回成分を与えることができるヘリカルポートとして構成されている。二つの吸気ポート５のうち、一方（図２の右側）の吸気ポート５には、通路の開度を任意に調整できるスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）５１が設けられている。ＳＣＶ５１にはその開度を検出するためのＳＣＶ開度センサ５２が設けられている。図２及び図３に示すように、吸気ポート５によってシリンダ２内に吸気が導かれると図示の流れ方向に旋回するスワール流Ｆｓｗが形成される。また、このスワール流Ｆｓｗは、ピストンキャビティ１１内においても同一方向に旋回する。スワール流Ｆｓｗの強さはＳＣＶ５１の開度を調整することによって任意に設定できる。なお、機関回転数及び負荷が一定の場合、ＳＣＶ５１の開度が絞られるに従いスワール流Ｆｓｗの強さが高まる傾向を示す。こうして、吸気ポート５及びＳＣＶ５１により本発明のスワール形成手段が実現される。
【００１５】
本実施形態の吸気装置は、図３に詳しく示すように、ピストン１０の頂面１０ａに沿うようにしてスワール流Ｆｓｗの流れと対向する向きの成分を持った対向流Ｆｒｅを供給する対向流供給手段として、複数のガイド部材１２…１２を有したガイド手段がピストン１０の頂面１０ａに設けられている。各ガイド部材１２は、ピストン１０の半径方向ｆ１に対して案内面１２ａが一方向に傾くように配置されている。各ガイド部材１２の案内面１２ａが傾く方向ｆ２はスワール流Ｆｓｗの流れ方向の上流側に設定されている。このような構成により、ピストン１０が圧縮行程において上死点に向かってシリンダ２内を移動すると、ピストン１０の頂面１０ａ上を中央部（ピストンキャビティ１１）に向かって流れるスキッシュ流Ｆｓが発生し、そのスキッシュ流Ｆｓが各ガイド部材１２の案内面１２ａに沿って所定の方向へ導かれる。これにより、スキッシュ流Ｆｓにはスワール流Ｆｓｗの流れ方向と反対方向に旋回する旋回成分が与えられ、この旋回成分によってスワール流Ｆｓｗの流れと対向する向きの成分を持った対向流Ｆｒｅがピストンキャビティ１１の内面１１ａへ供給されるようになる。内面１１ａにはピストンキャビティ１１ａの内周面及び底面のいずれも含まれる。なお、ガイド部材１２の数にに制限はなく、一つのガイド部材１２を設けてもよい。複数のガイド部材１２…１２を設ける場合には、図３の形態のように互いの間隔を等間隔に設けてもよいし、不等間隔で設けても構わない。
【００１６】
図４は実施形態の作用を説明する説明図であり、スワール流Ｆｓｗが接触する壁面（ピストンキャビティ１１の内面１１ａ）におけるスワール流Ｆｓｗの速度分布を模式的に示している。また、図４では対向流Ｆｒｅを供給しない比較例の速度分布を破線で示している。この図に示すように、本実施形態では、スワール流Ｆｓｗの流れと対向する向きの成分を持った対向流Ｆｒｅが壁面に沿って供給されるため、壁面の付近の流速が比較例よりも減少し速度分布の形状が変化する。これにより、境界層の厚さは比較例と比べて実質的に厚くなる。また、温度分布についても図４の速度分布と同様の形態を呈する。そのため温度境界層の厚さも比較例と比べて厚くなり、熱伝達を抑制することが可能となる。これにより、スワール流の強化に伴う冷却損失の増加を抑制することが可能となる。また、境界層から離れた主流部分については比較例と同等の流速を確保されている。つまり、対向流Ｆｒｅの供給によってスワール流Ｆｓｗの強さが不必要に弱められることがない。
【００１７】
ガイド部材１２は図３のような湾曲した形態に限定されず、例えば図５に示すように案内面１１２ａが平面状に形成されたガイド部材１１２を用いてもよい。この場合でも案内面１１２ａが傾く方向ｆ２がスワール流Ｆｓｗの流れ方向の上流側に設定されているので、図３の形態と同様に対向流Ｆｒｅを供給することができる。
【００１８】
また、図１、図３及び図５に示したガイド部材１２、１１２はピストン１０に固定されることによって頂面１０ａからの突出量Ｘ（図１）が不変であってもよいし、その突出量Ｘが変化できるように構成されてもよい。図６は、その突出量Ｘが変化できるようにガイド部材１２を構成した形態を模式的に示している。この形態のピストン１００には、ガイド部材１２を完全に収めることが可能な大きさに設定され、かつピストン１００の上下方向に延びる鞘状の収納空間Ｓが形成されている。各ガイド部材１２はバネ等の弾性部材１０１を介在させ、この弾性部材１０１によってピストン１００の頂面１００ａ側に付勢された状態で収納空間Ｓに挿入されている。なお、各ガイド部材１２は弾性部材１０１の弾性力によってピストン１００から飛び出ないように抜け止め手段（不図示）にて抜け止めされている。このようなピストン１００が図１のシリンダ２内に設置された場合、シリンダ２内の圧力変化に応じてガイド部材１２の突出量Ｘが変化する。シリンダ２内の圧力が変化するとガイド部材１２を押し下げる力が変化し、その結果、ガイド部材１２に作用する力と弾性部材１０１の弾性力とが釣り合う位置が変わるためである。シリンダ２内の圧力が高い場合は低い場合に比べてガイド部材１２を押し下げる力が大きくなるので、各ガイド部材１２の突出量Ｘはシリンダ内の圧力が高いほど小さくなるように調整される。こうして、弾性部材１０１は本発明の突出量調整手段として機能する。
【００１９】
シリンダ２内の圧力変化に対する突出量Ｘの変化の形態は、例えば弾性部材１０１の初期変形量及び弾性係数等の機械的条件を変化させることで自由に設定できる。初期変形量は大気圧下における弾性部材１０１の変形量を意味し、予め弾性部材１０１を変形させた状態でガイド部材１２を取付ける場合と、変形させない状態でガイド部材１２を取付ける場合がある。後者の場合は初期変形量は０（ゼロ）である。一例として、シリンダ２内で燃焼が生じている場合にガイド部材１２がピストン１００内に完全に隠れるように、つまり突出量Ｘが０（ゼロ）となるように弾性部材１０１を構成することができる。内燃機関１の運転中におけるシリンダ２内の圧力変化は容易に取得できるので、その圧力変化に基づいて弾性部材１０１の初期変形量及び弾性係数等の機械的条件を設定すればよい。本実施形態では、シリンダ２内の圧力が１ＭＰａ以下のときに突出量Ｘが２ｍｍ、同圧力が４ＭＰａのときに突出量Ｘが０．２ｍｍ、同圧力が５ＭＰａを超えるときに突出量Ｘが０ｍｍとなるように構成されていて、燃焼中においてはガイド部材１２がピストン１００内に完全に隠れるようになっている。
【００２０】
（第２の形態）
次に、本発明の吸気装置の第２の形態を図７〜図１３を参照して説明する。なお、これらの図において、第１の形態と同一の構成には同一の参照符号が付されている。また、図２に示されたＳＣＶ５１及びＳＣＶ開度センサ５２の図示は省略されている。図７は本実施形態の要部を示した断面模式図である。この図に示すように、本実施形態の吸気装置はシリンダ２の内周面２ａに沿って流れる対向流を供給するものであり、シリンダ２と吸気バルブ７の上流側の吸気通路３とを結ぶバイパス通路２０と、このバイパス通路２０の開度を調整する弁手段としての調整バルブ２１と、調整バルブ２１の動作を制御するための制御装置２２とを有している。バイパス通路２０と吸気通路３との接続位置は吸気バルブ７よりも上流側であればどこでもよいが、その接続位置は吸気通路３の一部であるインテークマニホールド（不図示）に設けられてもよい。
【００２１】
バイパス通路２０は吸気通路３側に位置する集合部２０ａと、この集合部２０ａから４つに分岐する分岐部２０ｂとを有しており（図７においては分岐部２０ｂを一つのみ示す。）、各分岐部２０ｂはシリンダ２の内周面２ａに開口している。分岐部２０ｂの開口位置は、シリンダ２内において燃焼が生じている場合にピストン１０によって隠される位置に設定されている。各分岐部２０ｂの開口方向は、図８及び図９に示すように、シリンダ２内に形成されるスワール流Ｆｓｗの流れ方向の下流側に向かい、かつシリンダ２の斜め下方に設定されている。バイパス通路２０の通路断面積は吸気ポート５の通路断面積よりも十分に小さな大きさに設定される。なお、分岐部２０ｂの数は４つ以上でも４つ以下でもよい。また、バイパス通路２０を分岐させずに一の通路で構成してシリンダ２の内周面２ａに開口させてもよい。調整バルブ２１は、バイパス通路２０の集合部２０ａに設けられており、全開位置と全閉位置との間で開度を自在に調整できる電磁駆動バルブとして構成されている。調整バルブ２１は、制御装置２２からの信号に応じて開度が適切に制御される。制御装置２２には、上述したＳＣＶ開度センサ５２の他に、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ２３、内燃機関１の機関回転数（回転速度）に応じた信号を出力する回転数センサ２４及び空燃比に応じた信号を出力するＡ／Ｆセンサ２５がそれぞれ接続され、これらのセンサからの情報が入力される。なお、制御装置２２は内燃機関１の運転状態を適切に制御するためのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と兼用させてもよい。
【００２２】
以上の構成により、内燃機関１の圧縮行程中に調整バルブ２１が開かれると、シリンダ２内の圧力が吸気通路３内の圧力よりも高いため、シリンダ２内のガスは分岐部２０ｂを通じて吸気通路３へ導かれる。これにより、図８及び図９に示すように、スワール流Ｆｓｗの流れと対向する向きの成分を持った対向流Ｆｒｅがシリンダ２の内周面２に沿って形成されることになる。こうして、バイパス通路２０は本発明の対向流供給手段として機能する。なお、図１０〜図１２に示すように、本実施形態の変形例として、バイパス通路２０の分岐部２０ｂの開口位置をシリンダ２の頂面２ｂに設けてもよい。この場合においても、分岐部２０ｂの開口方向は、図１１及び図１２に示すようにシリンダ２内に形成されるスワール流Ｆｓｗの流れ方向の下流側に向かい、かつシリンダ２の斜め下方に設定されている。分岐部２０ｂの設置数及び通路断面積に関しては、上記と同様に適宜に変更して構成できる。
【００２３】
次に、調整バルブ２１の開度制御について説明する。図１３は開度制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートであり、そのルーチンのプログラムは制御装置２２が内蔵するＲＯＭ等の記憶手段に格納されており、適宜に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。まず、制御装置２２はステップＳ１において、スワール流Ｆｓｗの強さの指標であるスワール比（ＳＲ比）を計算する。ＳＲ比はＳＣＶ５１の開度、内燃機関１の機関回転数及び燃料噴射量に基づいて計算される。これらの諸量は、ＳＣＶ開度センサ５２、アクセル開度センサ２３、回転数センサ２４、及びＡ／Ｆセンサ２５からの入力信号に基づいて取得される。次に、ステップＳ２において、調整バルブ２１の開度を計算する。この開度算出は、例えば、ＳＲ比、機関回転数、及び燃料噴射量を変数として調整バルブ２１の開度を特定する所定のマップを制御装置２２のＲＯＭに記憶させておき、制御装置２２がこれらの変数を取得した上でこのマップを参照することによって実現される。
【００２４】
続くステップＳ３において、制御装置２２はインジェクタ９による燃料の噴射時期を算出する。この噴射時期はアクセル開度センサ２３、回転数センサ２４及びＡ／Ｆセンサ２５からの入力信号に基づいてアクセル開度、機関回転数及び燃料噴射量を算出し、これらの諸量に基づいて計算される。次いで、ステップＳ４では、ステップＳ３で算出した燃料噴射時期を基準として調整バルブ２１の開弁時期及び閉弁時期を決定する。例えば、燃料噴射時期の２５〜１５°ＣＡ前の期間に調整バルブ２１が開弁状態に保持されるように開弁時期と閉弁時期とをそれぞれ設定する。そして、ステップＳ５において、ステップＳ４で決定した時期に調整バルブ２１が開閉されるように調整バルブ２１の開度を制御して今回のルーチンを終了する。なお、調整バルブ２１が開弁状態に保持されている期間においては、開度を全開位置にしてもよいし、全開位置よりも全閉位置側の開度である中間開度を用いても構わない。
【００２５】
図１５のルーチンが制御装置２２により実行されて調整バルブ２１の開度が制御されることにより、適切な時期に対向流Ｆｒｅを供給することができるようになる。
【００２６】
（第３の形態）
次に、本発明の吸気装置の第３の形態を図１４〜図２０を参照して説明する。これらの図において、上述した形態と同一の構成には同一の参照符号が付されている。また、図２に示されたＳＣＶ５１及びＳＣＶ開度センサ５２の図示は省略されている。図１４は本実施形態の要部を示した断面模式図である。この図に示すように、本実施形態の吸気装置はシリンダ２の内周面２ａに沿って流れる対向流を供給するものであり、シリンダ２と吸気バルブ７の上流側の吸気通路３とを結ぶバイパス通路３０と、このバイパス通路３０内の圧力を増圧する増圧手段としての増圧ポンプ３１と、増圧ポンプ３１の動作を制御するための制御装置３２とを有している。バイパス通路３０と吸気通路３との接続位置は、第２の形態と同様に、吸気バルブ７よりも上流側であればどこでもよいが、その接続位置は吸気通路３の一部であるインテークマニホールド（不図示）に設けられてもよい。
【００２７】
バイパス通路３０は吸気通路３側に位置する集合部３０ａと、この集合部３０ａから４つに分岐する分岐部３０ｂとを有しており（図１４においては分岐部３０ｂを一つのみ示す。）、各分岐部３０ｂはシリンダ２の内周面２ａに開口している。分岐部３０ｂの開口位置は、シリンダ２内において燃焼が生じている場合にピストン１０によって隠される位置に設定されている。各分岐部３０ｂの開口方向は、図１５及び図１６に示すようにシリンダ２内に形成されるスワール流Ｆｓｗの流れ方向の上流側に向かい、かつシリンダ２の斜め下方に設定されている。バイパス通路３０の通路断面積は吸気ポート５の通路断面積よりも十分に小さな大きさに設定される。なお、分岐部３０ｂの数は４つ以上でも４つ以下でもよい。また、バイパス通路３０を分岐させずに一の通路で構成してシリンダ２の内周面２ａに開口させてもよい。増圧ポンプ３１はバイパス通路３０の集合部３０ａに設けられており、設定圧力を自在に調整できる。増圧ポンプ３１は制御装置３２からの信号に応じて作動状態が適切に制御される。制御装置３２には、ＳＣＶ開度センサ５２、アクセル開度センサ２３、回転数センサ２４及びＡ／Ｆセンサ２５がそれぞれ接続され、これらのセンサからの情報が入力される。なお、制御装置３２は上述したＥＣＵと兼用させてもよい。
【００２８】
以上の構成により、増圧ポンプ３１を所定の設定圧力で作動させると、バイパス通路３０を通じてシリンダ２内にガス（例えば空気）が圧送される。これにより、図１５及び図１６に示すように、スワール流Ｆｓｗの流れと対向する向きの成分を持った対向流Ｆｒｅがシリンダ２の内周面２に沿って形成されることになる。こうして、本実施形態では、バイパス通路３０及び増圧ポンプ３１によって本発明の対向流供給手段が実現される。なお、図１７〜図１９に示すように、本実施形態の変形例として、バイパス通路３０の分岐部３０ｂの開口位置をシリンダ２の頂面２ｂに設けてもよい。この場合においても、分岐部３０ｂの開口方向は、図１８及び図１９に示すようにシリンダ２内に形成されるスワール流Ｆｓｗの流れ方向の上流側に向かい、かつシリンダ２の斜め下方に設定されている。この場合の分岐部３０ｂの設置数及び通路断面積に関しては、上記と同様に適宜に変更して構成できる。
【００２９】
次に、増圧ポンプ３１の動作制御について説明する。図２０は増圧ポンプの動作制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートであり、そのルーチンのプログラムは制御装置３２が内蔵するＲＯＭ等の記憶手段に格納されており、適宜に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。まず、制御装置３２はステップＳ１１において、ＳＲ比を計算する。この処理は第２の形態の図１３のステップＳ１と同様の処理である。次に、ステップＳ１２において、増圧ポンプ３１の設定圧力を計算する。この設定圧力は増圧ポンプ３１の作動時においてシリンダ２内の圧力よりも大きな値であり、かつステップＳ１１で計算されたＳＲ比、機関回転数及び燃料噴射量を考慮して決定される。設定圧力の算出は、例えば、ＳＲ比、機関回転数及び燃料噴射量を変数として増圧ポンプ３１の設定圧力を特定する所定のマップを制御装置３２のＲＯＭに記憶させておき、制御装置３２がこれらの変数を取得した上でこのマップを参照することによって実現される。次いで、ステップＳ１３において、制御装置３２はインジェクタ９による燃料の噴射時期を算出する。この処理は第２の形態の図１３のステップＳ３と同様の処理である。
【００３０】
次にステップＳ１４においては、ステップＳ１３で算出した燃料噴射時期を基準として増圧ポンプ３１の作動開始時期及び作動終了時期を決定する。例えば、燃料噴射時期の３０〜１０°ＣＡ前の期間に増圧ポンプ３１が設定圧力で運転されるように作動開始時期と作動終了時期とをそれぞれ設定する。そして、ステップＳ１５において、ステップＳ１４で決定した時期に増圧ポンプ３１が作動が開始及び終了するように増圧ポンプ３１の動作を制御して今回のルーチンを終了する。
【００３１】
図２０のルーチンが制御装置３２により実行されて増圧ポンプ３１の動作が制御されることにより、適切な時期に対向流Ｆｒｅを供給することができる。また、設定圧力を増圧ポンプ３１の能力を限度として自在に設定できるので、対向流Ｆｒｅの供給時期を柔軟に設定することが可能になる。
【００３２】
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。また、シリンダと吸気通路とを結ぶバイパス通路を有した形態の場合には、バイパス通路とシリンダとの接続位置及びバイパス通路と吸気通路との接続位置は適宜に設定してよい。例えば、図２１に示すように、バイパス通路４０の吸気通路３側の一端をＳＣＶ５１の上流側の吸気ポート５に接続し、バイパス通路４０の他端を対向流Ｆｒｅが内周面２ａに沿って形成されるようにシリンダ２内に開口させてもよい。このように構成した場合には、別途バイパス通路を開閉する弁手段やバイパス通路内の圧力を増圧する増圧手段を設けずとも、スワール流Ｆｓｗと逆方向に流れる対向流Ｆｒｅを吸気行程において供給することができるようになる。
【００３３】
図１等に示した第１の形態においては、ガイド部材１２、１１２に代えて、図２２及び図２３に示すように、ピストン１０の頂面１０ａに形成された複数の溝２１２…２１２を設けることで、ガイド手段を実現してもよい。各溝２１２が有する案内面２１２ａはピストン１０の半径方向ｆ１に対して一方向に傾いていて、その案内面２１２ａが傾く方向ｆ２は、第１の形態と同様に、スワール流Ｆｓｗの流れ方向の上流側に設定されている。また、この例では、溝２１２の一端はピストンキャビティ１１と連通するように構成されているので、対向流Ｆｒｅの形成を良好に実現できる。なお、図２３に示す溝２１２の深さＹは適宜に設定してよい。
【００３４】
また、図７等に示した第２の形態においては、調整バルブ２１を取り外し、バイパス通路２０によって吸気通路３とシリンダ２とを常時連通させた形態に変更することができる。こうした場合でも圧縮行程においてバイパス通路２０を通じてシリンダ２内のガスが導出されて、対向流Ｆｓｗを供給することができる。
【００３５】
また、図１４等に示した第３の形態においては、バイパス通路３０及び増圧ポンプ３１の代りに、図２４に示すように、バイパス通路３０の開口方向と同方向に所定のガス（例えば空気）を噴射できる対向流供給バルブ５０を、先端のノズル部５０ａがシリンダ２内に臨むように設け、この対向流供給バルブ５０の動作を制御装置３２で制御してもよい。なお、対向流供給バルブ５０には不図示のエアポンプにより圧縮された空気が供給されている。このように構成することによって、第３の実施形態と同等の効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を示した図。
【図２】第１の形態に係るシリンダを上方から示した平面図。
【図３】第１の形態に係るピストンをその頂面側から示した平面図。
【図４】実施形態の作用を説明する説明図。
【図５】ガイド部材の他の形態を示した図。
【図６】ガイド部材の突出量が変化できるように構成した形態を示した図。
【図７】本発明の第２の形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を示した図。
【図８】第２の形態に係るシリンダを斜め上方から示した模式図。
【図９】第２の形態に係るシリンダを上方から示した平面模式図。
【図１０】第２の形態の変形例を示した図。
【図１１】変形例のシリンダを斜め上方から示した模式図。
【図１２】変形例のシリンダを上方から示した平面模式図。
【図１３】第２の形態に係る開度制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図１４】本発明の第３の形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を示した図。
【図１５】第３の形態に係るシリンダを斜め上方から示した模式図。
【図１６】第３の形態に係るシリンダを上方から示した平面模式図。
【図１７】第３の形態の変形例を示した図。
【図１８】変形例のシリンダを斜め上方から示した模式図。
【図１９】変形例のシリンダを上方から示した平面模式図。
【図２０】第３の形態に係る増圧ポンプの動作制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図２１】本発明の他の形態に係るシリンダを上方から示した平面図。
【図２２】第１の形態の変形例に係るピストンの平面図。
【図２３】図２２のｂ−ｂ線に沿った断面図。
【図２４】第３の形態の変形例を示した図。
【符号の説明】
【００３７】
１  内燃機関
２  シリンダ
２ａ  シリンダの内周面（壁面）
２ｂ  シリンダの頂面
１０、１００  ピストン
１０ａ、１００ａ  ピストンの頂面
１１  ピストンキャビティ
１１ａ  ピストンキャビティの内面（壁面）
１２、１１２  ガイド部材（ガイド手段、対向流供給手段）
１０１  弾性部材（突出量調整手段）
２０、３０、４０  バイパス通路（対向流供給手段）
２１  調整バルブ（弁手段）
２２  増圧ポンプ（増圧手段）
５０  対向流供給バルブ（対向流供給手段）
Ｆｓｗ  スワール流
Ｆｒｅ  対向流
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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