JP6446085B2

JP6446085B2 - 隔壁プレート

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Publication number: JP6446085B2
Application number: JP2017062161A
Authority: JP
Inventors: 真亮加藤
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: JP2018165475A; CN108661781B; US10400720B2; CN108661781A; US20180283330A1

Description

本発明は、吸気流路を区切る隔壁プレートに関する。

従来、燃焼室内でタンブル（縦渦）流を発生させるため、吸気ポートを２つの流路（第１流路、第２流路）に仕切る隔壁プレートが設けられたエンジンが開発されている（例えば、特許文献１）。燃費域で、隔壁プレートで仕切られた第１流路の開度をＴＧＶ（Tumble Generation Valve）によって絞ることで、第２流路から燃焼室内に流入する吸気の流速を高め、燃焼室内において強いタンブル流を生成することができる。

特開２０１４−１０１７７４号公報

上記の隔壁プレートのうち、燃焼室側の端部においては、吸気が隔壁プレートから剥離して剥離渦が生じる。剥離渦の影響が大きいと、燃焼室に流入する吸気に変動が生じ、燃焼の安定性を低下させたり、騒音の要因となる。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、吸気の剥離渦に起因する流速の変動を低減することが可能な隔壁プレートを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の隔壁プレートは、エンジンの吸気流路に配され、吸気流路を区分けする本体部と、本体部における燃焼室側の端部に設けられ、燃焼室側に最も突出する頂部から、燃焼室側から最も離隔する基部にかけて、本体部の幅方向に対して傾斜する複数の突出部と、を備え、突出部は、頂部と基部との直線距離が、吸気流路が区分けされた流路のうち、流路断面積の小さい方の流路における、本体部と対向する内壁面から、本体部までの離隔距離以下であることを特徴とする。

突出部は、基部から燃焼室側への突出幅が、吸気流路が区分けされた流路のうち、流路断面積の小さい方の流路における、本体部と対向する内壁面から、本体部までの離隔距離以下であってもよい。

本発明によれば、吸気の剥離渦に起因する流速の変動を低減することができる。

エンジンの構成を説明する図である。隔壁プレートの図１におけるＩＩ矢視図である。図１の一点鎖線部分の抽出図である。図２の一点鎖線部分の抽出図である。剥離渦を説明するための図である。変形例を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン１の構成を説明する図である。図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２と一体形成されたクランクケース３と、シリンダブロック２に固定されたシリンダヘッド４とが設けられている。

シリンダブロック２には、シリンダボア５が形成されており、シリンダボア５には、ピストン６が摺動自在にコンロッド１０に支持される。そして、エンジン１では、シリンダヘッド４と、シリンダボア５と、ピストン６の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室７として形成される。

また、クランクケース３によって形成されたクランク室８内に、クランクシャフト９が回転自在に支持される。コンロッド１０は、クランクシャフト９に回転自在に支持される。これにより、ピストン６は、コンロッド１０を介してクランクシャフト９に連結される。

シリンダヘッド４には、吸気ポート１１および排気ポート１２が燃焼室７に連通するように形成される。吸気ポート１１は、吸気の上流側に１つの開口が形成され、燃焼室７に臨む吸気の下流側に２つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が２つに分岐される。

排気ポート１２は、燃焼室７に臨む排気の上流側に２つの開口が形成され、排気の下流側に１つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が１つに合流する。

吸気ポート１１と燃焼室７との間には、吸気バルブ１３の傘部が位置し、排気ポート１２と燃焼室７との間には、排気バルブ１４の傘部が位置している。シリンダヘッド４およびヘッドカバー（不図示）に囲まれたカム室内には、カム１５ａが固定された吸気カムシャフト１５、および、カム１６ａが固定された排気カムシャフト１６が設けられている。吸気カムシャフト１５および排気カムシャフト１６は、タイミングチェーンを介してクランクシャフト９に連結されており、クランクシャフト９の回転に伴って回転する。

カム１５ａは、吸気バルブ１３の軸端が当接されており、吸気カムシャフト１５によって回転されることで吸気バルブ１３を軸方向に移動させる。これにより、吸気バルブ１３は、吸気ポート１１と燃焼室７との間を開閉する。カム１６ａは、排気バルブ１４の軸端が当接されており、排気カムシャフト１６によって回転されることで排気バルブ１４を軸方向に移動させる。これにより、排気バルブ１４は、排気ポート１２と燃焼室７との間を開閉する。

シリンダヘッド４には、先端が燃焼室７内に位置するように不図示の点火プラグが設けられており、吸気ポート１１を介して燃焼室７に流入した空気と燃料との混合気が、所定のタイミングで点火プラグに点火されて燃焼される。かかる燃焼により、ピストン６がシリンダボア５内で往復運動を行い、その往復運動が、コンロッド１０を通じてクランクシャフト９の回転運動に変換される。

エンジン１では、シリンダヘッド４の外壁面のうち、吸気ポート１１が開口する上流端部４ａにインテークマニホールド１７が連結される。インテークマニホールド１７および吸気ポート１１の内部には、吸気が導かれる吸気流路１８が形成される。

また、エンジン１では、シリンダヘッド４の外壁面のうち、排気ポート１２が開口する下流端部４ｂにエキゾーストマニホールド１９が連結される。エキゾーストマニホールド１９および排気ポート１２の内部には、排気が導かれる排気流路２０が形成される。

吸気流路１８の内部には、隔壁プレート２１が配される。隔壁プレート２１は、吸気流路１８の延在方向（吸気の流れ方向）に沿って延在する。隔壁プレート２１は、吸気の流れ方向上流側から下流側にかけて、吸気流路１８の形状に沿って緩やかに湾曲した形状をなしている。なお、隔壁プレート２１は、吸気流路１８の形状に応じて最適化されるものであり、上記の形状の他、ストレート形状などであってもよい。

隔壁プレート２１は、吸気流路１８の一部を、図１における上下方向に区分けして、第１流路２２と第２流路２３（流路）を形成する。すなわち、吸気流路１８の一部は、隔壁プレート２１によって第１流路２２と第２流路２３とに仕切られる。第２流路２３は、流れ方向の下流側に向って、流路断面積が徐々に小さくなっている。

ＴＧＶ（Tumble Generation Valve）２４は、吸気流路１８のうち、隔壁プレート２１より上流側に配設され、第１流路２２の開度を可変する。図１に示すように、ＴＧＶ２４の開度が最小となり、ＴＧＶ２４によって第１流路２２がほとんど閉じられると、吸気流路１８に導かれた吸気は、第２流路２３を通過して燃焼室７に導かれる。

エンジン１では、燃費域の運転をする場合、第１流路２２の開度を絞り、吸気のほとんどを第２流路２３に通過させる。こうして、エンジン１では、流速を高めた吸気を燃焼室７に流入させることで、燃焼室７内において図中矢印線で示す強いタンブル流を生成させ、安定した高希釈・希薄燃焼を実現し、燃費改善や燃焼安定性の向上を可能とする。

図２は、隔壁プレート２１の図１におけるＩＩ矢視図である。図２では、隔壁プレート２１のうち、吸気の流れ方向の上流側（図２中、左側、燃焼室７から離隔する側）の一部を省略して示す。隔壁プレート２１は、プラスチックなどの樹脂またはアルミニウムなどの金属からなる。

図２に示すように、隔壁プレート２１は、大凡板形状の本体部３０を有する。本体部３０の横幅Ｌａ（図２中、上下方向の幅）は、図２における紙面奥行方向（第１流路２２と第２流路２３の配列方向）の厚さよりも大きい。

また、本体部３０における吸気流路１８の延在方向の長さ（のうち、図２中、左右方向の長さ）は、上記の（紙面奥行方向の）厚さよりも大きい。以下、本体部３０の横幅Ｌａの方向を幅方向という。幅方向は、吸気流路１８の延在方向に直交し、第１流路２２と第２流路２３の配列方向に直交する。本体部３０の横幅Ｌａは、隔壁プレート２１が配される吸気流路１８の幅方向の長さと略同一に形成されている。

本体部３０のうち、幅方向の側部３１、３２には、吸気流路１８の延在方向に延在するガイド部３３が設けられる。吸気流路１８の内壁には、ガイド部３３が嵌合する溝が形成されており、隔壁プレート２１は、ガイド部３３によって吸気流路１８の内部に固定される。

本体部３０のうち、燃焼室７側（吸気の流れ方向の下流側）の端部３４には、突出部４０が形成されている。突出部４０は、幅方向に複数配される。突出部４０については、後に詳述する。

図３は、図１の一点鎖線部分の抽出図である。図３では、ガイド部３３の図示を省略する。図３に示すように、隔壁プレート２１の本体部３０は、第１流路２２に面する第１面３５と、第２流路２３に面する第２面３６を有する。第１面３５および第２面３６は、吸気流路１８の延在方向および幅方向に延在する。第１面３５は、第１流路２２の内壁面２２ａと対向し、第２面３６は、第２流路２３の内壁面２３ａに対向する。

上記のように、第２流路２３は、流れ方向の下流側に向って、流路断面積が同じ、もしくは、徐々に小さくなっている。すなわち、本体部３０の第２面３６は、端部３４において第２流路２３の内壁面２３ａに十分に近い距離となる。

本体部３０の端部３４において、第１面３５から第１流路２２の内壁面２２ａまでの距離を第１距離Ｌｂとする。本体部３０の端部３４において、第２面３６から第２流路２３の内壁面２３ａまでの距離（すなわち、本体部３０から内壁面２３ａまでの距離）を第２距離Ｌｃ（離隔距離）とする。第２距離Ｌｃは第１距離Ｌｂよりも短い。

図４は、図２の一点鎖線部分の抽出図である。図４に示すように、突出部４０は、基部４１、頂部４２、および、傾斜部４３を有する。基部４１は、突出部４０において燃焼室７から最も離隔する。すなわち、基部４１は、突出部４０において吸気の流れ方向の最も上流側に位置する。頂部４２は、突出部４０において基部４１から燃焼室７側に最も近接する（突出する）。すなわち、頂部４２は、突出部４０において吸気の流れ方向の最も下流側に位置する。

傾斜部４３は、突出部４０のうち、頂部４２から基部４１にかけて延在する。傾斜部４３は、本体部３０の幅方向に対して傾斜する。また、傾斜部４３は、吸気流路１８の延在方向（吸気の流れ方向、図４中、左右方向）に対して傾斜する。傾斜部４３は、吸気流路１８の延在方向に対して平行ではなく、かつ、直交しない方向に延在する。

本体部３０の端部３４においては、頂部４２および基部４１が幅方向に交互に配される。それぞれの突出部４０は、大凡山型形状となっており、隣り合う２つの基部４１から１つの頂部４２に向かって２つの傾斜部４３が延在している。隣り合う突出部４０の基部４１は、重なり合っている。端部３４には、複数の突出部４０が幅方向に連続形成されており、全体として鋸刃状となっている。

また、頂部４２と基部４１との直線距離（距離Ｌｄ）は、第２距離Ｌｃ以下である。すなわち、傾斜部４３の長さは、第２距離Ｌｃ以下である。

また、基部４１から燃焼室７側への突出幅Ｌｅは、第２距離Ｌｃ以下である。すなわち、傾斜部４３のうち、吸気流路１８の延在方向の長さは、第２距離Ｌｃ以下である。

図５は、剥離渦を説明するための図である。吸気流路１８に隔壁プレート２１を設ける場合、端部３４においては、吸気が本体部３０から剥離して剥離渦が生じる。周期的に生じる剥離渦が大き過ぎると、燃焼室７内に流入する吸気に変動が生じ（吸気の主流が乱れ）、燃焼の安定性が低下したり、騒音の要因となったりする。

剥離面（第２面３６）のうち、吸気が剥離する部分の直線長さが長いと、剥離渦の影響が大きくなる。突出部４０がない場合、端部３４の幅方向の長さに応じた大きさの剥離渦が生じる。図５に示すように、本体部３０の端部３４に複数の突出部４０が設けられる場合、吸気の流れ方向は、それぞれの傾斜部４３近傍において、傾斜部４３に対して大凡直交する方向に向かう。そして、それぞれの傾斜部４３で吸気が剥離するため、剥離面（第２面３６）のうち、吸気が剥離する部分の直線長さが短い。そのため、剥離渦による影響の大きさが、突出部４０がない場合に比べて小さくなる。また、隣り合う突出部４０で生じた剥離渦同士が干渉し合い、剥離渦が弱められる。

このように、複数の突出部４０によって、剥離渦が小さくなったり弱められたりするため、燃焼室７内に流入する吸気の変動を低減して燃焼の安定性が向上し、燃費向上、騒音が抑制される。

また、上記の第２距離Ｌｃは、端部３４における第２流路２３の代表長さとなる。突出部４０は、頂部４２と基部４１との直線距離（距離Ｌｄ）が、第２距離Ｌｃ以下、すなわち、代表長さ以下であるため、傾斜部４３の長さが十分に小さくなる。そのため、剥離渦を十分に縮小することができる。

また、傾斜部４３の幅方向に対する傾斜角度が直角に近すぎる場合、傾斜部４３近傍において吸気の流れ方向が変わり難い。そのため、突出部４０を設けた効果が薄れ、突出部４０がない場合と同様、剥離渦が大きくなり過ぎる場合がある。突出部４０は、基部４１から燃焼室７側への突出幅Ｌｅが、第２距離Ｌｃ以下であるため、傾斜部４３近傍で吸気の流れ方向が変わって剥離渦が縮小され易くなる。

図６は、変形例を説明する図である。図６に示すように、変形例においては、突出部１４０が大凡波型形状となっている。頂部４２と基部４１との間に形成された傾斜部１４３は湾曲している。

傾斜部１４３は、上述した実施形態と同様、本体部３０の幅方向に対して傾斜し、吸気流路１８の延在方向に対して傾斜する。また、頂部４２と基部４１との直線距離（距離Ｌｄ）は、第２距離Ｌｃ以下であり、基部４１から燃焼室７側への突出幅Ｌｅは、第２距離Ｌｃ以下である。

変形例においても、上述した実施形態と同様、端部３４で生じる剥離渦の大きさが、突出部１４０がない場合に比べて小さくなり、隣り合う突出部１４０で生じた剥離渦同士が干渉し合い、剥離渦が弱められる。そのため、燃焼室７における燃焼の安定性が向上し、燃費が向上、騒音が抑制される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態および変形例では、頂部４２と基部４１との直線距離（距離Ｌｄ）は、第２距離Ｌｃ以下である場合について説明した。しかし、頂部４２と基部４１との直線距離（距離Ｌｄ）は、第２距離Ｌｃより大きくてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、基部４１から燃焼室７側への突出幅Ｌｅは、第２距離Ｌｃ以下である場合について説明した。しかし、基部４１から燃焼室７側への突出幅Ｌｅは、第２距離Ｌｃより大きくてもよい。

本発明は、吸気流路を区切る隔壁プレートに利用できる。

１エンジン
７燃焼室
１８吸気流路
２１隔壁プレート
２３第２流路（流路）
２３ａ内壁面
３０本体部
３４端部
４０突出部
４１基部
４２頂部
１４０突出部
Ｌｃ第２距離（離隔距離）
Ｌｄ距離
Ｌｅ突出幅

Claims

エンジンの吸気流路に配され、該吸気流路を区分けする本体部と、
前記本体部における燃焼室側の端部に設けられ、該燃焼室側に最も突出する頂部から、該燃焼室側から最も離隔する基部にかけて、該本体部の幅方向に対して傾斜する複数の突出部と、
を備え、
前記突出部は、
前記頂部と前記基部との直線距離が、前記吸気流路が区分けされた流路のうち、流路断面積の小さい方の流路における、前記本体部と対向する内壁面から、該本体部までの離隔距離以下である隔壁プレート。
前記突出部は、
前記基部から前記燃焼室側への突出幅が、前記吸気流路が区分けされた流路のうち、流路断面積の小さい方の流路における、前記本体部と対向する内壁面から、該本体部までの離隔距離以下である請求項１に記載の隔壁プレート。