(57)【要約】【課題】吸気流制御弁を開いたときの残留ガスの筒内への急激な流入を防止することが可能な内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】吸気ポート２内にて吸気の流れ方向に沿って設けられて該吸気ポート２の一部を第１流路４と第２流路５とに分割する仕切壁３と、第２流路５の開度を変化させる吸気流制御弁１１とを備えた内燃機関の吸気装置１において、仕切壁３には、第１流路４と第２流路５とを結ぶ開口部１４と、開口部１４を開閉するフラップ１５とを設ける。フラップ１５は、第１流路４を通過する吸気流により、開口部１４を閉じる位置から第１流路４側に変位して開口部１４を開くように設ける。【選択図】図１
2009203964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路内にて吸気の流れ方向に沿って設けられて該吸気通路の一部を第１流路と第２流路とに分割する仕切壁と、前記第２流路の開度を変化させる吸気流制御弁とを備えた内燃機関の吸気装置において、
前記仕切壁には、前記第１流路と前記第２流路とを結ぶ開口部と、前記開口部を開閉するフラップとが設けられ、前記フラップは、前記第１流路を通過する吸気流により、前記開口部を閉じる位置から前記第１流路側に変位して前記開口部を開くように設けられている、内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記フラップは、前記仕切壁上の回転軸を中心として回転変位可能であり、かつ、前記回転軸よりも前記流れ方向上流側に延びるように設けられている前記請求項１に記載の吸気装置。
【請求項３】
前記第１流路を通過する吸気量が大きいほど前記開口部を閉じる位置からの変位量が大きくなるように前記フラップが設けられている請求項１又は２に記載の吸気装置。
【請求項４】
前記吸気流制御弁が前記フラップよりも前記流れ方向の上流側に設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸気装置。
【請求項５】
前記仕切壁には、前記吸気の流れ方向に沿って複数の開口部が並べて設けられ、各開口部に前記フラップが設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸気装置。
【請求項６】
前記吸気通路の終端部には吸気弁の弁軸が通され、前記フラップは前記弁軸に対して前記流れ方向の延長線上に位置し、前記流れ方向を横断する方向に関する前記フラップの幅が前記弁軸の直径以下に設定されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸気装置。
【請求項７】
前記吸気通路の終端部に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁が前記第１流路側に設けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸気装置。
【請求項８】
ＥＧＲガスを導入するためＥＧＲ管の終端部が前記第１流路に接続されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路内に仕切壁を設けて吸気流を制御する内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気通路内に仕切壁を設けてその吸気通路の一部の区間を第１流路と第２流路とに分割し、第２流路の開度をその第２流路の上流端に配置された吸気流制御弁にて絞り込むことにより、タンブル流といった特定の吸気流を筒内に生じさせる吸気装置が知られている（例えば特許文献１及び２参照）。その他に、本願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。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８３６９７号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９５６５号公報
【特許文献３】特開平５−３２１６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した吸気装置を有する内燃機関では、冷間始動時の非同期噴射制御によって燃料噴射弁からポート内に噴射された燃料が第２流路内に回り込み、その燃料が暖機完了まで滞留することがある。この場合、暖機完了後に吸気流制御弁が開かれると、第２流路内の燃料が急激に筒内に流入する。また、広範囲の運転領域で第１流路にＥＧＲガスを導入する内燃機関の場合には、過渡運転時にて第２流路内に一時的に高濃度のＥＧＲガスが残留し、吸気流制御弁が開かれたときにそのガスが急激に筒内に流入することがある。第２流路の残留ガス（ここでは燃焼に影響を与えるガスであって、燃料噴霧、ＥＧＲガス等を含む。）の残留量の予測は困難なため、その急激な流入により空燃比制御が乱れるといった不都合が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、吸気流制御弁を開いたときの残留ガスの筒内への急激な流入を防止することが可能な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】
本発明は、吸気通路内にて吸気の流れ方向に沿って設けられて該吸気通路の一部を第１流路と第２流路とに分割する仕切壁と、前記第２流路の開度を変化させる吸気流制御弁とを備えた内燃機関の吸気装置において、前記仕切壁には、前記第１流路と前記第２流路とを結ぶ開口部と、前記開口部を開閉するフラップとが設けられ、前記フラップは、前記第１流路を通過する吸気流により、前記開口部を閉じる位置から前記第１流路側に変位して前記開口部を開くように設けられたものである（請求項１）。
【０００７】
本発明の吸気装置においては、吸気流制御弁にて第２流路を閉じた状態で吸気通路内に燃料あるいはＥＧＲガスが導入された場合、その一部が第２流路に回り込んで残留する。しかし、内燃機関の吸気弁が開いて第１流路から筒内に吸気が導入されると、第１流路を通過する吸気流によりフラップが動作して仕切壁の開口部が開かれる。これにより第１流路を流れる吸気の一部が第２流路へ導入され、第２流路の残留ガス（燃料ガス、ＥＧＲガス等）が筒内へと掃気される。その掃気作用は吸気弁が開く毎に生じるので、吸気流制御弁が開くまで第２流路にガスが溜り続けることはない。よって、吸気流制御弁を開いたときに第２流路内の残留ガスが筒内に急激に流入するおそれが排除される。
【０００８】
本発明の吸気装置の一形態において、前記フラップは、前記仕切壁上の回転軸を中心として回転変位可能であり、かつ、前記回転軸よりも前記流れ方向上流側に延びるように設けられてもよい（請求項２）。この形態によれば、第１流路を吸気が通過すると、回転軸よりも流れ方向上流側の領域にてフラップが第１流路側に持ち上げられて開口部が開口する。回転軸から第１流路側に傾くようにフラップが変位することにより、吸気を第１流路から第２流路へと滑らかに案内することができる。
【０００９】
本発明の吸気装置の一形態においては、前記第１流路を通過する吸気量が大きいほど前記開口部を閉じる位置からの変位量が大きくなるように前記フラップが設けられてもよい（請求項３）。第２流路を閉じた状態では、内燃機関の負荷が増大するに従って第１流路を通過する吸気量が増加する。従って、この形態によれば、内燃機関の負荷に応じてフラップの開度が変化し、負荷に見合った流量の吸気が仕切壁の開口部から第２流路に流入して残留ガスが掃気される。
【００１０】
本発明の吸気装置の一形態においては、前記吸気流制御弁が前記フラップよりも前記流れ方向の上流側に設けられてもよい（請求項４）。この形態によれば、吸気流制御弁よりも下流側にて仕切壁の開口部から第２流路に吸気が流入して第２流路内の残留ガスが吸気通路の下流側へと掃気される。よって、第２流路の残留ガスを効率よく掃気することができる。
【００１１】
本発明の吸気装置の一形態において、前記仕切壁には、前記吸気の流れ方向に沿って複数の開口部が並べて設けられ、各開口部に前記フラップが設けられてもよい（請求項５）。これによれば、複数の開口部から第２流路の各所に満遍なく吸気を導入して掃気作用のばらつきを抑えることができる。
【００１２】
本発明の吸気装置の一形態において、前記吸気通路の終端部には吸気弁の弁軸が通され、前記フラップは前記弁軸に対して前記流れ方向の延長線上に位置し、前記流れ方向を横断する方向に関する前記フラップの幅が前記弁軸の直径以下に設定されてもよい（請求項６）。吸気通路内に弁軸が通された構成では、その弁軸によって吸気抵抗が生じる。フラップが弁軸に対して流れ方向の延長線上に位置しかつその幅が弁軸の直径以下であれば、フラップが第１流路側に変位したときに吸気抵抗が生じる範囲は、弁軸によって吸気抵抗が生じている範囲内に概ね包含される。これにより、フラップを開いたときの吸気抵抗の増加を抑えることができる。
【００１３】
本発明の吸気装置の一形態においては、前記吸気通路の終端部に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁が前記第１流路側に設けられてよい（請求項７）。ＥＧＲガスを導入するためＥＧＲ管の終端部が前記第１流路に接続されてもよい（請求項８）。これらの形態によれば、第２流路に燃料、あるいはＥＧＲガスが残留しても、それらを吸気弁が開く毎に筒内に掃気することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように、本発明の内燃機関の吸気装置によれば、吸気流制御弁にて第２流路が閉じられている状態で第１流路から筒内に吸気が導入されるときの圧力変化を利用してフラップを閉鎖位置から動作させ、それにより仕切壁の開口部から第２流路へと吸気の一部を導入して第２流路の残留ガスを筒内に掃気することができる。従って、吸気流制御弁が閉じている間に吸気通路内に燃料、ＥＧＲガス等が溜り続けるおそれがない。よって、吸気流制御弁を開いたときの残留ガスの筒内への急激な流入を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の一形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の吸気系の要部を示す縦断面図である。図示の吸気装置１においては、内燃機関の吸気通路の一部である吸気ポート２の内部に、吸気の流れ方向に沿って仕切壁３が設けられている。その仕切壁３により、吸気ポート２の一部の区間が、上側の第１流路４と下側の第２流路５とに分割されている。吸気ポート２の終端部（吸気通路の終端部に相当。）には吸気弁６の弁軸６ａが通されている。仕切壁３は、弁軸６ａよりも吸気の流れ方向上流側（図１では右側）に幾らか離れた位置で終了する。それにより、弁軸６ａの手前には、第１流路４と第２流路５との合流部７が存在している。なお、吸気ポート２はシリンダヘッドの内部に設けられるが、図１に示した仕切壁３は、その一部がインテークマニホールドの分岐管内に位置するものであってもよい。また、内燃機関には気筒数に応じて複数の吸気ポートが設けられているが、他の吸気ポートに関しても図１と同様の構成の吸気装置が適用される。
【００１６】
吸気ポート２の第１流路４側の壁面上には、ポート噴射用の燃料噴射弁８が設けられている。燃料噴射弁８は、吸気通路の終端部としての合流部７に向かって燃料を噴射する。第１流路４の燃料噴射弁８よりも上流側の位置にはＥＧＲ管９の終端部９ａが接続されている。内燃機関の排気通路から戻されるＥＧＲガスは、ＥＧＲデリバリ１０を経由してＥＧＲ管９から第１流路４内に導入される。仕切壁３の上流側の端部には吸気流制御弁１１が設けられている。吸気流制御弁１１は、仕切壁３の端部に設けられた駆動軸１１ａを中心として、第２流路５の上流側の端部を閉じる閉鎖位置（図１に実線で示す位置）と、第２流路５を開く開放位置（想像線で示す位置）との間で駆動される。第１流路４を通過する吸気は、第２流路５を通過する吸気よりもシリンダ１２の中心部に偏って流入する。よって、吸気流制御弁１１にて第２流路５が閉じられた状態で吸気弁６が開かれた場合、第１流路４から合流部７を経てシリンダ１２内に流入する吸気により、強いタンブル流がシリンダ１２内に形成される。
【００１７】
仕切壁３には、複数（図では３）の開口部１４が吸気の流れ方向に沿って設けられている。それらの開口部１４により第１流路４と第２流路５とは相互に結ばれている。図２に示すように、吸気ポート２をシリンダ１２の軸線方向から見たとき、開口部１４は吸気弁６の弁軸６ａの中心を通過し、かつ吸気の流れ方向に延びるポート中心線ＣＬ上に一定間隔で並ぶように設けられている。各開口部１４には、これを開閉するフラップ１５が設けられている。各フラップ１５は、仕切壁３上に設けられる回転軸１５ａを中心として所定範囲で回転自在であり、かつ、その回転軸１５ａから吸気の流れ方向上流側に延ばされている。各フラップ１５の回転範囲は、第１流路４側から仕切壁３に覆い被さるように接して開口部１４を閉じる閉鎖位置（図３及び図４参照）と、その閉鎖位置よりも第１流路４に回転変位して開口部１４を開く開放位置（図１に実線で示す位置）との間に設定されている。
【００１８】
各フラップ１５はその自重により閉鎖位置に保持されるが、第１流路４を通過する吸気流により第１流路４側に押し開かれるように設けられている。第１流路４を通過する吸気量とフラップ１５の開度（つまり、閉鎖位置からの回転角度）との関係は、吸気量が大きいほど開度も増加するように設定されている。吸気量とフラップ開度との関係は、回転軸１５ａの回りのフラップ１５の回転運動に対する抵抗を調整することにより設定してもよい。各フラップ１５の大きさは、開口部１４をほぼ完全に閉じることができるように定められている。各フラップ１５の幅Ｗは、弁軸６ａの直径ｄ以下に制限されている。吸気ポート２内では弁軸６ａによる吸気抵抗がその直径ｄの範囲で生じており、同一範囲内にフラップ１５を配置すれば、フラップ１５が第１流路４に突出しても吸気抵抗が増加しないか、増加してもその程度が僅かで済むためである。
【００１９】
次に、図３〜図５を参照して吸気装置１の動作を説明する。図３は、内燃機関の冷間始動時において、吸気流制御弁１１が閉鎖位置に保持された状態で燃料噴射弁８から吸気ポート２内に燃料が非同期噴射されたときの燃料の挙動を示している。非同期噴射された燃料は吸気弁６が開くまで吸気ポート２内で拡散し、その一部は合流部７から第２流路５へと回り込んで残留ガスＧとして滞留する。また、図４に示すように、吸気流制御弁１１が閉鎖位置に保持され、かつ吸気弁６が閉じている状態でＥＧＲ管９から第１流路４にＥＧＲガスが導入された場合、そのＥＧＲガスは吸気弁６が開くまで吸気ポート２内で拡散し、その一部が合流部７から第２流路５へと回り込んで残留ガスＧとして滞留する。図５に示したように、吸気流制御弁１１が閉じられた状態で吸気弁６が開かれると、第１流路４を経由して吸気２０がシリンダ１２内に導入される。このとき、第１流路４の吸気流によりフラップ１５が第１流路４側に開き、吸気２０の一部が開口部１４を介して第２流路５に流入する。その流入した吸気により、残留ガスＧが第２流路５から押し出されてシリンダ１２内へと掃気される。
【００２０】
以上に説明したように、本形態の吸気装置１によれば、吸気流制御弁１１にて第２流路５が閉じられた状態でも、吸気弁６の開弁期間には仕切壁３の開口部１４から第２流路５に吸気の一部が流入して第２流路５の残留ガスＧが掃気される。従って、吸気流制御弁１１を開いたときに残留ガスＧがシリンダ１２内に急激に流入して空燃比制御に乱れが生じるといった不都合が生じるおそれを排除することができる。内燃機関の負荷が増加してシリンダ１２の吸気量が大きくなるほどフラップ１５の開度、つまり回転軸１５ａの回りのフラップ１５の開き角度が増加する。よって、内燃機関の負荷が増加するほど第２流路５への吸気２０の流入量も増加して残留ガスＧの掃気に要する時間が短縮される。開口部１４が流れ方向に沿った複数の箇所に設けられているので、第２流路５内に満遍なく吸気を導入して掃気効果のばらつきが抑えられる。さらに、フラップ１５が吸気の流れ方向下流側の端部に設けられた回転軸１５ａを中心として第１流路４側に傾くように変位するため、第１流路４の吸気をその傾けられたフラップ１５に沿って第２流路５へ滑らかに案内することができる。
【００２１】
なお、フラップ１５の枚数（言い換えれば開口部１４の個数）は、内燃機関の排気量に応じて変化させてよい。フラップ１５の枚数が多いほど、第１流路４から開口部１４を経て第２流路５に流入する吸気の流量が増加するため、排気量が大きいほどフラップ１５の枚数を増加させるとよい。
【００２２】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、上記の形態ではタンブル流の形成を目的として吸気ポート２内を仕切壁３により上下方向に分割したが、スワール流を形成するために吸気通路の一部を左右に分割するように仕切壁を設け、分割された流路の一方を吸気流制御弁で開閉する構成の吸気装置に対しても本発明は適用可能である。吸気流制御弁は仕切壁の上流側の端部に限らず、第２流路を開閉できる限りにおいて仕切壁上の適宜の位置に設けられてよい。吸気流制御弁がフラップの下流側にて第２流路を閉じる構成であっても、フラップの開動作に伴って第２流路に導入された吸気により第２流路から残留ガスが押し出される。但し、上記の形態のように、吸気流制御弁がフラップよりも上流側に配置された場合には、仕切壁の開口部を介して導入された吸気による残留ガスの掃気が円滑に行われ易い利点がある。フラップはその回転軸が吸気の流れ方向下流側の端部に設けられた構成に限らず、流れ方向の中間位置に回転軸が設けられてもよい。フラップは回転変位する構成に限らず、第１流路を通過する吸気流によって第１流路側に変位できるものであれば適宜に変更可能である。例えば、第１流路の吸気流によってその全体が仕切壁から浮き上がるようにスライドするフラップを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一形態に係る吸気装置が適用された吸気系の要部を示す縦断面図。
【図２】図１の吸気ポートをシリンダの軸線方向から見たときの横断面図。
【図３】燃料噴射弁から吸気ポート内に非同期噴射された燃料の挙動を示す図。
【図４】吸気ポート内に導入されたＥＧＲガスの挙動を示す図。
【図５】図３又は図４の状態から吸気弁が開弁したときの残留ガスの挙動を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１  吸気装置
２  吸気ポート
３  仕切壁
４  第１流路
５  第２流路
６  吸気弁
６ａ  吸気弁の弁軸
８  燃料噴射弁
９  ＥＧＲ管
９ａ  ＥＧＲ管の終端部
１１  吸気流制御弁
１２  シリンダ
１４  仕切壁の開口部
１５  フラップ
２０  吸気
【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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