JP2007182832A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室内に渦流を効率良く形成させることができる吸気装置を提供する。
【解決手段】吸気管３内に仕切部４を設けて主通路５と補助通路６とに分割し、前記主通路５側を流れる吸気流ＧＳを調整する吸気制御弁１０を配置してある内燃機関の吸気装置１であり、吸気バルブ２０が閉位置から開側に移動したときに当該吸気バルブと前記吸気管との間に形成される隙間ＳＰを目指して前記吸気流ＧＳが流れるように、前記補助通路６が形成してある。本吸気装置によると、吸気バルブが閉位置から開側に移動したときに、吸気バルブと吸気管との間に形成される隙間を目指して吸気流を流すように補助通路が形成されているので、燃焼室内に効率良く強いタンブル流を形成しできるので内燃機関の燃焼効率を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気管内を流れる吸気流を制御して内燃機関の燃焼効率の向上を図る吸気装置に関する。

吸気管（吸気ポートとも称される）内に強い渦流（旋回流とも称される）を発生させる構造を設けた吸気装置が従来から複数提案されている。例えば特許文献１は、吸気管内に吸気制御弁を配置すると共に、通路面積が小さい補助吸気通路を設けた吸気装置について開示する。この吸気装置は、内燃機関が低負荷運転時となっているときに、吸気管側を閉じて吸気流を前記補助吸気通路に流すことにより強いスワール流（横渦流）を発生させる。よって、この吸気装置を採用する内燃機関は、低負荷運転時に燃焼室内での燃焼効率を向上させることができるので、燃費の向上やエミッションの改善を図ることができる。

特開昭６０−１０１２２４号公報

しかしながら、吸気管の下流端には吸気バルブ（インテークバブル）が配備されており、燃焼室内に流れ込む吸気量はこの吸気バブルのリフト量によって制限される。また、吸気管内において強い流れを形成しても、その流れが吸気バルブや吸気管内壁などに衝突してしまう場合には燃焼室内で渦流を形成させる効果が減衰してしまう。特許文献１の吸気装置は、このような点について考慮していないので、燃焼室内に強い渦流を形成できない場合がある。

さらに、特許文献１の吸気装置はバタフライ型の吸気制御弁が採用されている。バタフライ型の吸気制御弁は弁体を吸気流と平行にすることで全開状態を形成する。そのために、全開状態でも吸気流中に弁体が存在しているので、吸気流が乱れ易いという問題がある。これに対して、片持ち型の吸気制御弁を吸気管内に配置して渦流を発生させる吸気装置が従来から知られている。片持ち型の吸気制御弁は、全開状態を形成するときに吸気流の障害とならないように退避させることができるので、上記で指摘した吸気流の乱れが発生し難いという点で優れている。

ところが、片持ち型の吸気制御弁を採用する吸気装置では、吸気制御弁より下流側から吹き戻された燃料が液滴化して液溜りが発生する場合がある。液滴化した燃料が燃焼室内に一気に流れ込むと空燃比（Ａ／Ｆ）が急激に変化して内燃機関の燃焼効率が悪化するので好ましくない。この点について図を参照して説明する。

図５（Ａ）は、片持ち型の吸気制御弁によりタンブル流（縦渦流）を発生させる従来の吸気装置１００について示した図である。吸気制御弁１１０を回動させて吸気管１０１内の片側を閉じた半開状態とした場合を示している。このとき片側に強い吸気流ＧＳを発生させることができる。しかし、この状態が形成されたときには吸気制御弁１１０の下流側で渦ＥＣが発生する場合がある。この渦ＥＣは吸気管１０１内を逆流して、燃料ＦＵが吸気制御弁１１０の底面などに付着して液滴化する。また、液滴化した燃料ＦＵは周部のくぼみ部分１０５に滞留して液溜りとなる。このように噴射燃料が吸気管１０１内に滞留した状態で吸気制御弁１１０が開（特に全開）に切換わると、図５（Ｂ）で示すように液滴状の燃料ＦＵが燃焼室内に一気に流れ込むことになるので空燃比が急激にリッチになってしまう。この変化は突発的であるため空燃比の制御を行うことが極めて困難である。そのために内燃機関の燃焼効率が低下すると共にエミッションを悪化させてしまうことになる。

本発明の目的は、前述した従来の課題を解決して、燃焼室内に渦流を効率良く形成させることができる吸気装置を提供することであり、また片持ち型の吸気制御弁を採用しても液滴による影響を抑制できる吸気装置を提供することである。

上記目的は、吸気管内に仕切部を設けて主通路と補助通路とに分割し、前記主通路側を流れる吸気流を調整する吸気制御弁を配置してある内燃機関の吸気装置において、吸気バルブが閉位置から開側に移動したときに当該吸気バルブと前記吸気管との間に形成される隙間を目指して前記吸気流が流れるように、前記補助通路が形成してあることを特徴とする内燃機関の吸気装置により達成できる。

本発明によると、吸気バルブが閉位置から開側に移動したときに、吸気バルブと吸気管との間に形成される隙間を目指して吸気流を流すように補助通路が形成されているので、燃焼室内に効率良く強いタンブル流を形成できるので燃焼効率を高めることができる。よって、内燃機関の燃費向上及びエミッションの改善を図ることができる。

また、前記補助通路は、前記吸気バルブが低リフト位置にあるときに形成される前記隙間を基準に形成してもよい。このように補助通路を設定しておくと、吸気バルブが低リフト或いは中リフト位置にあるときにより燃焼室内に強いタンブル流を確実に形成できる。

また、前記仕切部には前記主通路と前記補助通路とを連通するバイパス通路がさらに設けてある構造とすることが望ましい。このように仕切部にバイパス通路を備えていれば吸気管内で燃料の吹き戻しが発生しても下流側に戻すことができる。

また、前記吸気制御弁は片持ち型であるとすることができる。片持ち型であれば主通路を全開状態としたときに吸気流の障害とならないので、スムーズに吸気流を流すことができる。

また、バイパス通路の主通路側の開口が、前記吸気制御弁により閉じることができる位置に形成してあることが望ましい。このようにすれがバイパス通路を設けても、主通路側を全開状態としたときに、主通路を流れる吸気流と補助通路を流れる吸気流との干渉を防止できる。

本発明によれば、燃焼室内に渦流を効率良く形成させることができる吸気装置を提供できる。また、片持ち型の吸気制御弁を採用しても液滴による影響を抑制できる吸気装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気装置について説明する。

図１は、実施例に係る吸気装置１の全体構成を示した図である。吸気装置１は、不図示の内燃機関の気筒側とインテークマニホルドとを接続する部分に配設されている。図１では下側の端部２が吸気装置１の気筒側である。吸気流ＧＳは図示のようにインテークマニホルド側から燃焼室（筒内）に向って流れている。なお、一般に吸気装置の吸気管は内燃機関のシリンダヘッド内に形成される場合が多いが、本発明に係る吸気装置はこのような形態に限らない。吸気管はインテークマニホルドの一部、或いは独立した配管として存在する形態であってもよい。以下で示す実施例は吸気管を設ける場所を特に限定することなく説明する。

吸気管３の内部には仕切部４が長手方向に沿って島状に設けられている。吸気管３の内部はこの仕切部４により、通路面積が大きな主通路５と。この主通路５より通路面積が小さな補助通路６とに分割されている。主通路５の上部にはインジェクタ取付部７が外側に突出するように形成されており、この取付部７に差し込まれたインジェクタ８の先端部８ａから燃料ＦＵが吸気管３内に噴射される。よって、これ以降の吸気流ＧＳは燃料を含んだ混合気となる。吸気管３の端部２には吸気バルブ２０が配備されており、図示しない気筒側へ流れ込む混合気の流量を規制する。すなわち、吸気バブル２０のリフト量（移動量）ＬＦに応じて通路面積が変化するので、燃焼室内に導入される混合気の流量を調整できる。

補助通路６は、吸気バルブ２０が閉位置から開側に移動したときに、吸気バルブ２０と吸気管３の端部２との間に形成される隙間ＳＰを目指して吸気流ＧＳが流れるように形成している。例えば、補助通路６は、吸気バルブ２０が低リフト位置にあるときに形成される隙間を基準に形成することが望ましい。このように補助通路６を形成しておくと、後述するように吸気バルブ２０が低リフト或いは中リフト位置にあるときに強いタンブル流を形成できる。内燃機関が低負荷運転されている場合には、吸気バルブによって燃焼室内に供給する混合気が絞られる。一般にこのような状態のときの吸気バルブ位置が、ここでいう低リフト位置に相当する。図１で例示している構造では、吸気管３の下側の壁面と仕切部４の下面側が湾曲されており、吸気バブル２０が低リフト位置にあるときに形成される隙間ＳＰに吸気流ＧＳが流れ込むように補助通路６の形状が設計してある。

なお、吸気バルブ２０が閉位置から低リフト位置に移動すると、吸気バブル２０の周辺に環状の空間が発生する。本実施例でいう所の隙間ＳＰはこの空間の一部となる。また、隙間ＳＰの面積と補助通路６の通路面積（横断面積）とをほぼ一致するように設定しておくと、より効率よく吸気流ＧＳを流すことができる。

仕切部４には主通路５と補助通路６とを連通するバイパス通路９が形成されている。このバイパス通路９は吸気流ＧＳが逆流したときに発生する液滴を下流側に戻すために形成されている。このバイパス通路９を設けたことによる作用については後述する。

上記仕切部４の上面の上流側（インテークマニホルド側）には片持ち型の吸気制御弁１０が配置されている。この吸気制御弁１０の端部には回動の中心点となる支軸１５が形成されている。この支軸１５は、吸気バルブ２０から遠い側の端部に形成されている。よって、吸気制御弁１０は支軸１５から下流側に向かって配設されている。支軸１５は吸気管３の内壁に設けた軸受１６に軸支されており吸気制御弁１０は回動自在である。主通路５側の内面に軸受１６が配設されている。

また、支軸１５にはアクチュエータ１７からの回転力が伝達されている。アクチュエータ１７はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１８によって駆動が制御されている。このＥＣＵ１８は図示しない内燃機関を制御するＥＣＵと兼用してもよい。この場合には、内燃機関の状態に応じてアクチュエータ１７を制御して吸気制御弁１０を所望の位置に移動させることができる。吸気制御弁１０は主通路５内を開いた状態（全開状態）から閉じる状態（全閉状態）まで回動する。図１は、吸気制御弁１０が主通路５内を一部閉じた状態（半開状態）を示している。

また、仕切部４の上面側に形成されるバイパス通路９側の開口９ＨＬは、吸気制御弁１０が主通路５を全開としたときに、この吸気制御弁１０によって閉じることができる位置形成しておくのが好ましい。

図２は、吸気装置１について、吸気管３内に補助通路６を設けたことによる効果を説明するために示した図である。なお、この図２は吸気バルブ２０が低リフト時の状態を示している。また、仕切部４、吸気制御弁１０及び周辺構成を図１と比較して簡素化して示している。本実施例の吸気装置１は、前述したように吸気バブル２０が低リフト位置となっているときに吸気管３と吸気バルブ２０との間に形成される隙間ＳＰを目指すようにして補助通路６が形成してある。したがって、補助通路６を通過した吸気流ＧＳ−２は吸気管３と吸気バルブ２０との間に形成された隙間ＳＰに向かって流れることになる。一方、主通路５は補助通路６より通路面積が大きく、補助通路６よりも多量の吸気流ＧＳ−１が流れる。この吸気流ＧＳ−１は、補助通路６側の吸気流ＧＳ−２がない場合には、吸気バルブ２０に衝突するように流れてしまう。この状態は従来の吸気装置の場合に相当することになる。

しかし、本実施例の吸気装置１では吸気流ＧＳ−２が形成されている。よって、２つの吸気流ＧＳ−１とＧＳ−２が合成された状態となるので、吸気流ＧＳ−１の衝突を回避するようにして燃焼室内に合成された吸気流ＧＳを導入できる。よって、この場合には十分な流量を確保しつつ燃焼室内に強いタンブルＴＵを発生させることができる。

図２は、吸気バルブ２０を低リフト位置とし、吸気制御弁１０が全開状態である場合を図示している。吸気制御弁１０を回動して、主通路５の開度を絞ることで吸気流ＧＳ−１とＧＳ−２との合成状態を適宜に調整できる。そして、このような調整を行うと、燃焼室内に発生させるタンブル流の強さや向きを変更できる。

図３は、補助通路６を設けた本実施例の吸気装置と、補助通路を有さない従来の吸気装置とを比較した結果について示した図である。この図３で示すように、補助通路６を設けておくと、特に吸気バルブ２０が低リフト位置から中リフト位置にあるときに、従来装置よりも強いタンブル流を燃焼室内に形成させることができる。よって、内燃機関がアイドルなどの低負荷状態のとき、或いは中負荷状態のときに燃焼室内に強いタンブル流を形成して効率の良い燃焼を行えることになる。

なお、図２では吸気制御弁１０を全開とした状態を図示しているが、吸気制御弁１０を回動して主通路５を閉じることで、補助通路６側のみに吸気流ＧＳ−２を流す状態を形成してもよい。この状態のときには、吸気流を最も絞って強いタンブル流を燃焼室内に発生させることができる。内燃機関が低負荷状態であるときに、このような状態を形成すると燃費向上及びエミッションの改善を図ることができる。

図４は、吸気装置１の吸気制御弁１０を半開状態としたときに、下流側に渦ＥＣが発生したときの様子を模式的に示した図である。吸気装置１は片持ち型の吸気制御弁１０を採用しているので、主通路５を全開状態としたときの吸気流に乱れが生じ難い。その一方で、半開状態を形成するときなどで吸気流ＧＳを絞ったときに、前述したように渦ＥＣが発生して燃料ＦＵが吹き戻され、周辺に付着する場合がある。

しかし、吸気装置１にはこれに対処する構造を備えているので噴き戻しが発生しても対処できる。すなわち、仕切部４にはバイパス通路９が設けられている。主通路５側に渦ＥＣが発生して燃料ＦＵが吹き戻される状態となっているときにも、補助通路６側に吸気流ＧＳが流れているのでバイパス通路９内が負圧状態となる。そのため、図示するように、噴き戻された燃料ＦＵは補助通路６側に吸出されて下流側へ戻すことができる。よって、吸気装置１は、片持ち型の吸気制御弁１０を採用した場合の不都合を解消できる。

なお、バイパス通路９の主通路５側の開口９ＨＬは吸気制御弁１０により閉じることができる位置に形成しておくことが望ましい。このように開口９ＨＬを配置しておくと、主通路５の全開状態を形成するため吸気制御弁１０を回動して仕切部４に添うように退避させたときに開口９ＨＬが閉じられる。よって、全開状態を形成したときに、主通路５を流れる吸気流ＧＳと補助通路６を流れる吸気流ＧＳとが干渉するのを防止できる。

以上説明した実施例の吸気装置１は、吸気バルブ２０が閉位置から開側に移動したときに、吸気バルブ２０と吸気管３との間に形成される隙間を目指して吸気流ＧＳを流すように補助通路６が形成されている。よって、燃焼室内に効率良く強いタンブル流を形成して、燃焼効率を高めることができる。特に、図３で示しているように、吸気バルブ２０が低、中リフト位置にあるときに流量を低下させることなく強いタンブル流を形成できるので、内燃機関の出力を向上させることもできる。

さらに、仕切部４にバイパス通路９を設けることで吹き戻された燃料を補助通路６を介して下流へ流すことができる。よって、片持ち型の吸気制御弁１０を採用しても吹き戻された燃料による燃焼効率の低下やエミッションの悪化を抑制できる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例に係る吸気装置の全体構成を示した図である。 実施例の吸気装置について、吸気管内に補助通路を設けたことによる効果を説明するために示した図である。 補助通路を設けた本実施例の吸気装置と、補助通路を有さない従来の吸気装置とを比較した結果について示した図である。 実施例の吸気装置の吸気制御弁を半開状態としたときに、下流側に渦が発生したときの様子を模式的に示した図である。 従来の吸気装置について示した図である。

符号の説明

１ 吸気装置
３ 吸気管
４ 仕切部
５ 主通路
６ 補助通路
９ バイパス通路
９ＨＬ 主通路側の開口
１０ 吸気制御弁
１５ 支軸
１６ 軸受
ＦＵ 燃料
ＧＳ 吸気流

Claims (5)

1. 吸気管内に仕切部を設けて主通路と補助通路とに分割し、前記主通路側を流れる吸気流を調整する吸気制御弁を配置してある内燃機関の吸気装置において、
   吸気バルブが閉位置から開側に移動したときに当該吸気バルブと前記吸気管との間に形成される隙間を目指して前記吸気流が流れるように、前記補助通路が形成してある、ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記補助通路は、前記吸気バルブが低リフト位置にあるときに形成される前記隙間を基準に形成してある、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。
3. 前記仕切部には前記主通路と前記補助通路とを連通するバイパス通路がさらに設けてある、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。
4. 前記吸気制御弁は片持ち型である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記バイパス通路の主通路側の開口が、前記吸気制御弁により閉じることができる位置に形成してある、ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気装置。
   

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