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発明の名称 内燃機関の吸気ポート構造
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−71163(P2007−71163A)
公開日 平成19年3月22日(2007.3.22)
出願番号 特願2005−261338(P2005−261338)
出願日 平成17年9月8日(2005.9.8)
代理人 【識別番号】100087480
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平
発明者 阿部 和佳 / 若林 真也
要約 課題
気流制御弁の固着を抑制し、さらには、燃焼室内に生成する旋回気流の強度向上を図るとともに、燃費の悪化を抑制し、エミッションを低減することが可能な内燃機関の吸気ポート構造を提供する。

解決手段
内燃機関の吸気ポート3の壁面3ba近傍に介装した弁軸2と、弁軸2に一端部を保持した気流制御弁1Bとを有する気流制御装置100Bであって、弁軸2と弁軸2を配設している側の吸気ポート3の壁面3baとの間から、気流制御弁1Bの他端部と弁軸2を配設している側の吸気ポート3の壁面3baとの間へ連通する間隙G2を形成する。形成された間隙G2を吸気流が流れることによって、デポジットの生成及び気流制御弁1Bの固着を抑制することが可能である。
特許請求の範囲
【請求項1】
吸気ポートの壁面近傍に介装した弁軸と、該弁軸に一端部を軸支される気流制御弁とを有する内燃機関の吸気ポート構造であって、
前記気流制御弁と、前記弁軸を介装している側の前記吸気ポートの壁面との間に間隙が形成されることを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項2】
吸気ポートに介装した弁軸と、該弁軸に軸支され、半開時に該弁軸と前記吸気ポートの壁面との間の一方に流路を形成する気流制御弁とを有する内燃機関の吸気ポート構造であって、
前記気流制御弁の開弁状態によって、前記気流制御弁と前記流路を形成する前記吸気ポートの壁面に対向する側の壁面との間に間隙が形成されることを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項3】
前記間隙が、前記気流制御弁の開度が所定の開度以上の場合に形成され、所定の開度よりも小さい場合に遮蔽されることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項4】
前記間隙が、前記気流制御弁の開度が所定の開度以上の場合に遮蔽され、所定の開度よりも小さい場合に形成されることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項5】
前記間隙が、前記気流制御弁の開度が所定の範囲内にある場合に形成されることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項6】
前記間隙が形成される際に、吸気流の流れ方向において上流側に位置する前記気流制御弁の端部の形状が、前記間隙入口を拡大して吸気を案内する形状に形成されていることを特徴とする請求項2から5いずれか1項記載の内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項7】
閉弁時に前記間隙が形成される側の吸気ポートの壁面の、前記弁軸よりも燃焼室側に、
前記間隙を通過した吸気を、閉弁時に前記流路が形成される側の吸気ポートの壁面の方向へ案内する気流案内部を設けることを特徴とする請求項1または4記載の内燃機関の吸気ポート構造。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の吸気ポート構造に関し、特に、気流制御弁の固着を抑制し、さらには、燃焼室内に生成する旋回気流の強度向上を図るとともに、燃費の悪化を抑制し、エミッションを低減することが可能な内燃機関の吸気ポート構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、吸気ポート内に配設した気流制御弁を開閉制御することによって吸気流を制御して、燃焼室内にタンブル(縦渦)やスワール(横渦)といった旋回気流を生成する内燃機関の吸気ポート構造が知られている。これらタンブルやスワールといった旋回気流は、燃料と空気の混合や火炎の伝播を促進して燃焼効率を向上させたり、点火プラグの周囲に濃い混合気を集めて成層燃焼を可能にするといった役割を果たしている。係る旋回気流を生成するために、例えば特許文献1では以下に示す気流制御弁(特許文献1においてシャッタ弁と称す)を提案している。
【0003】
特許文献1によると、吸気流を燃焼室内の中央部に縦旋回するように導く第1通路と、燃焼室内の外周部に導く第2の通路とを隔壁を設けて形成した吸気ポート内で、気流制御弁は一端を回動可能に軸支された状態で、吸気ポートの通路壁面に配設されている。この気流制御弁は、半開時には他端が隔壁端部に当接した状態となり、この状態で第2通路を全域閉鎖する。また、この気流制御弁が第2通路を全域閉鎖すると、吸気流は第1通路から燃焼室内に流入することによってタンブル流に生成される。特許文献1が提案する気流制御弁によれば、半開時に強度の高いタンブル流を燃焼室内に生成するとともに、開度を全閉、全開などに変更することで、吸気流量を制御することが可能である。
【0004】
ところが、特許文献1が提案する気流制御弁のように、一端が軸支された所謂片持ち状態の気流制御弁を有する吸気ポート構造では、吸気流が吸気ポート内で以下のような挙動を示す。図9は、吸気ポート203の壁面203ab近傍に介装した弁軸202に一端が軸支された気流制御弁201を有する吸気ポート構造200を示す図である。より具体的には、図9(a)は、吸気ポート構造200で吸気した際の、吸気ポート203内の吸気流Fの流速分布を示す図であり、図9(b)は、図9(a)に示す吸気ポート203のA−A断面を示す図であり、図9(c)は、図9(a)に示す吸気ポート203のB−B断面を示す図である。
【0005】
図9(a)に示す吸気ポート構造200で吸気した場合、縮小した流路Eを通過した直後では、吸気流Fは壁面203aa側に偏流され、これに伴い吸気流速が増大する。しかしながら、偏流された吸気流Fは燃焼室204に近づくに従い壁面203aa側から壁面203ab側に次第に拡散し、これに伴い吸気流速も減少する。ここで、吸気流速が減少すると、その分、吸気流Fを基にして燃焼室204内に生成しようとする旋回気流の強度は低下してしまう。
【0006】
上述の問題点に対して、特許文献2では以下に示すエンジン吸気装置を提案している。特許文献2が提案するエンジン吸気装置は、吸気流(混合気流)を吸気ポートの外曲がり側に案内することで燃焼室内に強いタンブル流を生成可能な内燃機関に適用されている。また、特許文献2が提案するエンジン吸気装置は、一端が吸気ポートの内曲がり部の吸気弁直前でポート内を通る吸気流に対向してアシストエアを噴出するように設けられ、他端がスロットル弁の上流側に連通されているサブポートを有している。このサブポート内には、吸気ポートとスロットル弁上流との差圧によって空気がスロットル弁上流から吸引され、さらに、吸引された空気はアシストエアとして吸気流を吸気ポート外曲がり側に偏流させる。特許文献2によると、この偏流された吸気流によって、燃焼室内により強度の高いタンブル流を生成することが可能である。
【0007】
また、特許文献3では以下に示すエンジン吸気装置を提案している。特許文献3が提案するエンジン吸気装置も、上述の特許文献2が提案するエンジン吸気装置と同様、吸気流(混合気流)を吸気ポートの外曲がり側に偏流させることで燃焼室内に強いタンブル流を生成可能な内燃機関に適用され、また、吸気ポートの内曲がり部の吸気弁上流側から、スロットル弁の上流側に連通するタンブルポート(サブポート)を有している。さらに、特許文献3が提案するエンジン吸気装置のタンブルポートは、アシストエアを噴出するタンブルポートの内曲がり側を、吸気の流れ方向に対して135度以上の角度に傾けて形成されている。特許文献3によると、タンブルポートから噴出するアシストエアによって、吸気流を外側に偏流させて燃焼室内により強度の高いタンブル流を生成することが可能である。
【0008】
【特許文献1】実開平7−25264号公報
【特許文献2】特開平6−248956号公報
【特許文献3】実開平7−42407号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1が提案する気流制御弁が半開状態になると、吸気ポート内には気流制御弁の下面(吸気流の流れ方向において下流側の面)と吸気ポート壁面との間の空間に向かう巻き込み気流が発生する。ここで、吸気流は吸気ポート上流に備えられているPCV(クランク内強制換気システム)やインテークマニホールドなどから発生する微量のオイル、カーボンや、大気に含まれる微小な粉塵などを含んでいる。そのため、上述の空間に巻き込まれた吸気流は気流制御弁下面や吸気ポート壁面にオイルを付着させるとともに、カーボンや微小な粉塵などを次第に堆積させてデポジットを生成する。そして、このようにして生成されたデポジットは気流制御弁の回動動作に悪影響を及ぼし、さらには気流制御弁を固着させてしまう虞がある。
【0010】
また、上述した図9(a)に示す吸気ポート構造200で、吸気ポート203のA−A断面部においては、吸気流Fは、図9(b)に示すように吸気バルブ205のステム205a間に縮流していることがわかる。さらに、これを図9(c)に示す吸気ポート203のB−B断面図で確認すると、吸気流Fは吸気バルブ205のステム間に流れており、X部にはほとんど流れていないことがわかる。このような状況で吸気バルブ205のX部に燃料が付着すると、X部には吸気流Fがほとんど流れないために燃料は付着したままの状態になってしまう。すなわち、付着燃料の分だけ内燃機関の燃費が悪化し、また、付着燃料の影響で混合気の空燃比も変化してしまうことから、COやHCなど、排気ガス中に含まれるエミッションが増大してしまう虞がある。しかしながら、特許文献1では、気流制御弁が抱える固着といった課題や、気流制御弁に起因する内燃機関の燃費の悪化及びエミッションの増大といった課題については考慮されていない。
【0011】
また、特許文献2及び3が提案するエンジン吸気装置によると、特許文献1が提案する気流制御弁と比較して、吸気流を偏流させる分生成するタンブル流の強度を向上させることが可能であるが、アシストエアを吸気流に対向させて噴出するので吸気流の勢いを減衰させてしまい、その分生成するタンブル流の強度を低下させてしまう虞がある。
【0012】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、気流制御弁の固着を抑制し、さらには、燃焼室内に生成する旋回気流の強度向上を図るとともに、燃費の悪化を抑制し、エミッションを低減することが可能な内燃機関の吸気ポート構造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】
【0013】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の吸気ポートの壁面近傍に介装した弁軸と、該弁軸に一端部を軸支される気流制御弁とを有する吸気ポート構造であって、前記気流制御弁と、前記弁軸を介装している側の前記吸気ポートの壁面との間に間隙が形成されることを特徴とする。
【0014】
本発明の吸気ポート構造は、一端部が弁軸に軸支された所謂片持ち状態の気流制御弁を有しているが、該吸気ポート構造では、上述の間隙を通じて吸気が流れるようになっている。これによって、間隙を通じて流れた吸気が、気流制御弁下面や吸気ポート壁面に当接し、付着したオイルやカーボンなどを除去するのでデポジットの生成を抑制可能となり、その結果、気流制御弁の固着を抑制可能である。
【0015】
なお、吸気ポートの壁面近傍に弁軸を介装した場合には、一般的に弁軸と弁軸を介装した側の吸気ポートの壁面との間にクリアランスが設けられるが、該クリアランスは弁軸を回動自在にするために要するものであり、本発明の間隙とは技術的思想が異なるものである。このようなクリアランスに対して、本発明の吸気ポート構造は、吸気を流すために上述の間隙を形成し、さらには間隙を例えば気流制御弁全開時にも形成してより積極的に吸気を導くことで、デポジットの生成を抑制するものである。
【0016】
また、本発明は、内燃機関の吸気ポート内に介装した弁軸と、該弁軸に軸支され、半開時に該弁軸と前記吸気ポートの壁面との間の一方に流路を形成する気流制御弁とを有する内燃機関の吸気ポート構造であって、前記気流制御弁の開弁状態によって、前記気流制御弁と前記流路を形成する前記吸気ポートの壁面に対向する側の壁面との間に間隙が形成されることを特徴とする。
【0017】
ここで、「半開時に該弁軸と前記吸気ポートの壁面との間の一方に流路を形成する気流制御弁」とは、半開時に弁軸と吸気ポートの壁面との両側に流路を形成するようなバタフライバルブ式の気流制御弁を除く意である。本発明によれば、半開時に上述の一方に流路を形成する気流制御弁を有する吸気ポート構造においても、間隙を通過した吸気流を利用することで、デポジットの生成及び気流制御弁の固着を抑制可能である。また、本発明によれば、気流制御弁の開弁状態に基づき発生する種々の状況に対して、間隙を通過した吸気流が与える影響を考慮した上で、間隙が形成される開弁状態を決定することが可能である。
【0018】
また、本発明は、前記間隙は、前記気流制御弁の開度が所定の開度以上の場合に形成され、所定の開度よりも小さい場合に遮蔽されてもよい。例えば半開時から全閉時にかけて間隙を遮蔽すれば、半開時から全閉時にかけては吸気ポート内の流路を流れる吸気流は、間隙を流れる吸気の影響を受けて減衰することがないので、その分、燃焼室内に生成する旋回気流の強度が低下することを抑制可能である。また、吸気流の流量が増量するとともに流速が速まる半開時から全開時にかけて間隙を形成すれば、間隙を流れる吸気が内燃機関の吸気充填効率低下に与える影響を小さく抑制できる。本発明によれば、間隙を通過した吸気流によってデポジットの生成及び気流制御弁の固着を抑制するとともに、間隙を通過した吸気流が吸気ポート内の流路を流れる吸気流に与える影響を考慮して、さらに、上述の旋回気流の強度低下及び吸気充填効率低下を抑制可能である。
【0019】
また、本発明は、前記間隙は、前記気流制御弁の開度が所定の開度以上の場合に形成され、所定の開度よりも小さい場合に遮蔽されてもよい。本発明のように間隙を形成することによってもデポジットの生成及び気流制御弁の固着を抑制可能である。
【0020】
また、本発明は、前記間隙は、前記気流制御弁の開度が所定の範囲内にある場合に形成されてもよい。本発明のように所定範囲内の開度で間隙を形成しても、デポジットの生成及び気流制御弁の固着を抑制可能である。
【0021】
また、本発明は、前記間隙が形成される際に、吸気流の流れ方向において上流側に位置する前記気流制御弁の端部の形状が、前記間隙入口を拡大して吸気を案内する形状に形成されてもよい。本発明によれば、より好適に吸気を間隙に案内してデポジットの生成及び気流制御弁の固着を抑制することが可能である。
【0022】
また、本発明は、閉弁時に前記間隙が形成される側の吸気ポートの壁面の、前記弁軸よりも燃焼室側に、前記間隙を通過した吸気を、前記閉弁時に流路が形成される側の吸気ポートの壁面の方向へ案内する気流案内部を設けてもよい。本発明によれば、気流案内部が案内する吸気が前述の偏流された吸気流を押し上げるので、これによって偏流された吸気流の拡散及び吸気流速の低下を抑制することが可能である。また、本発明によれば、吸気流に対向してアシストエアを噴出する場合と比較して吸気流の減衰をより好適に抑制することが可能であり、これによってより好適に吸気流の偏流状態を維持し、燃焼室内に生成する旋回気流の強度向上を図ることが可能である。さらに、本発明によれば、偏流された吸気流が縮流しようとすることを、気流案内部が案内する吸気によって抑制可能であり、これによって吸気バルブに燃料が付着することを抑制でき、その結果、内燃機関の燃費悪化を抑制し、エミッションを低減することが可能である。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、気流制御弁の固着を抑制し、さらには、燃焼室内に生成する旋回気流の強度向上を図るとともに、燃費悪化を抑制し、エミッションを低減することが可能な内燃機関の吸気ポート構造を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例1】
【0025】
本実施例に係る吸気ポート構造100Aについて、図1を用いて詳述する。図1は、本実施例に係る内燃機関の吸気ポート構造(以下、単に吸気ポート構造と称す)100Aの構成を示す図である。より具体的には、図1(a)は気流制御弁1Aが全閉状態であることを示す図であり、図1(b)は全閉時に気流制御弁1Aと吸気ポート3の壁面3baとの間が遮蔽されていることを拡大して示す図である。また、図1(c)は気流制御弁1Aが半開状態であることを示す図であり、図1(d)は半開時に気流制御弁1Aと壁面3baとの間が遮蔽されていることを拡大して示す図である。また、図1(e)は気流制御弁1Aが全開状態であることを示す図であり、図1(f)は全開時に気流制御弁1Aと壁面3baとの間に間隙G1が形成されていることを拡大して示す図である。
【0026】
本実施例に係る吸気ポート構造100Aは、吸気流F1を吸気ポート3の壁面3bb側に偏流させることで燃焼室4内に強いタンブル流を生成可能な図示しない内燃機関に適用されている。図1(a)に示すように、本実施例に係る吸気ポート構造100Aは気流制御弁1Aと、弁軸2と、吸気ポート3とを有して構成される。吸気ポート3は吸気を燃焼室4に導くための構成である。本実施例では、吸気ポート3には、吸気ポート3内を流路E1、E2の2つに区分するための構成である隔壁3aが形成されている。ただし、吸気ポート3は、隔壁3aを有していなくてもよい。また、本実施例では、吸気ポート3の壁面3baは開弁時に気流制御弁1Aが収納されて吸気流の妨げにならないように形成されている。なお、流路E1は、半開時に吸気を燃焼室4へと導いて燃焼室4内にタンブル流を生成するための流路であり、また、流路E2は、全開時に流路E1とともに吸気を燃焼室4へと導くための流路である。
【0027】
弁軸2は、気流制御弁1Aを回動可能に軸支するための構成である。図1(a)に示すように、本実施例では、弁軸2は壁面3ba近傍に介装され、気流制御弁1Aを一端部近傍で軸支している。気流制御弁1Aは、吸気の流量及び流速を制御するための構成である。本実施例の気流制御弁1Aは弁軸2から一端部までの間隙開閉部1aAと、弁軸2から他端部までの弁体部1bAとを有して構成されている。間隙開閉部1aAは、弁軸2と壁面3baとの間に形成される間隙G1を開閉するための構成である。また、弁体部1bAは、壁面3bbとの間に流路Eを形成するとともに、吸気を流路Eに導くための構成である。
【0028】
なお、弁軸2は図示しないアクチュエータによって駆動可能であり、アクチュエータとしては、例えば電動モータを適用可能である。また、アクチュエータは、図示しない制御部によって制御可能であり、制御部としては、例えばECU(electronic control unit:電子制御装置)を適用可能である。制御部の制御の基に駆動するアクチュエータが弁軸2を介して気流制御弁1Aの開度を変更することによって、流路Eを流れる吸気の吸気流量及び吸気流速が変化する。
【0029】
上述した構成で、次に、気流制御弁1Aの開度を全閉、半開、全開に変化させた場合について詳述する。図1(b)に示すように、全閉時には、間隙開閉部1aAは弁軸2と壁面3baとの間を遮蔽する。一方、弁体部1bAは吸気ポート3内を部分的に遮蔽して壁面3bbとの間に縮小した流路Eを形成する。吸気流F1は、流路Eで絞られることで増速及び偏流されて燃焼室4内でタンブル流に生成される。
【0030】
図1(c)に示すように、半開時には、気流制御弁1Aは流路Eを拡大して吸気流量を増量させる。また、図1(d)に示すように、半開時においても間隙開閉部1aAは、間隙G1を遮蔽している。本実施例では、このように全閉時から半開時にかけて間隙G1を遮蔽することで間隙G1に吸気を流さないため、流路Eを通過する吸気流F1が間隙G1を流れる吸気の影響を受けて減衰することはない。これによって、全閉時から半開時にかけて吸気流量を増量させるとともにタンブル流の生成を、強度低下を抑制しつつ維持することが可能である。
【0031】
図1(e)に示すように、全開時には、気流制御弁1Aは流路Eを最大限拡大して吸気流F1を燃焼室4に導く。これによって内燃機関の高負荷、高回転状態に対応させて吸気流量を増量させることができる。また本実施例では、半開時から全開時にかけて、気流制御弁1Aと壁面3baとの間に間隙G1が形成される。さらに、図1(f)に示すように、間隙G1の入口は間隙開閉部1aAによって拡大されており、吸気流は間隙G1に好適に案内される。
【0032】
一方、図1(b)に示す全閉時から図1(d)に示す半開時にかけては、気流制御弁1Aの下面1cAと、吸気ポート3の壁面3baとの間の空間に向かう巻き込み気流F2が発生する。吸気は微量のオイルやカーボンなどを含んでいるため、巻き込み気流F2によって下面1cAと壁面3baとにはオイルが付着し、カーボンなどの堆積Dが発生する。このような状況において、本実施例では、半開時から全開時にかけて間隙G1に案内された吸気流F3が図1(e)に示すように上述の堆積Dを除去するのでデポジットが生成されることを抑制でき、その結果、気流制御弁1Aが固着することを抑制可能である。
【0033】
なお、弁軸2の介装位置は本実施例で示した介装位置に限られず、例えば弁軸2を壁面3bb近傍に介装することも可能である。また本実施例とは逆に、例えば間隙G1が全閉時から半開時にかけて形成され、半開時から全開時にかけて遮蔽されるように、壁面3ba及び間隙開閉部1aAを形成することも可能である。ここで、全閉時から半開時にかけては、燃焼室4からの吹き返しによって燃料が壁面3baに付着する場合がある。したがって、全閉時から半開時にかけて間隙G1が形成されるようにすれば、このような燃料の付着を好適に抑制可能である。また、少なくとも全閉状態から全開状態の間の、所定の開弁状態にわたって間隙G1が形成されるようにすることも可能である。この場合には、燃焼室4内に生成するタンブル流の強度に与える影響や、吸気充填効率や、堆積Dの除去効果などを総合的に考慮した上で、間隙G1が形成される最適な開度範囲を決定することが可能である。また、例えば気流制御弁1Aの状態を半開状態、全開状態に交互に切り替える制御を適用して、間隙G1の開閉を繰り返すことによって間隙G1に流れる吸気に変化を与え、より積極的に上述の堆積Dを除去することも可能である。以上により、気流制御弁1Aの固着を抑制できる内燃機関の吸気ポート構造100Aを実現可能である。
【実施例2】
【0034】
本実施例では一端部が弁軸2に軸支された気流制御弁1Bを有する吸気ポート構造100Bについて詳述する。図2は一端部が弁軸2に軸支された気流制御弁1Bを有する吸気ポート構造100Bの構成を示す図である。本実施例に係る吸気ポート構造100Bの構成は、吸気ポート構造100Bが気流制御弁1Aに代えて気流制御弁1Bを有する以外、実施例1に係る吸気ポート構造100Aの構成と同一である。なお、図2に示すように、本実施例では、気流制御弁1Bの一端部が弁軸2によって軸支されているため、気流制御弁1Bは気流制御弁1Aのような間隙開閉部1aAを有していない。
【0035】
本実施例に係る吸気ポート構造100Bでは、開弁状態に関わらず弁軸2と壁面3baとの間が間隙G2によって連通されている。さらに、本実施例に係る吸気ポート構造100Bでは、気流制御弁1Bが全開状態になった場合にも、気流制御弁3Bと、壁面3baとの間が間隙G2によって連通される。本実施例に係る吸気ポート構造100Bによれば、この間隙G2を流れる吸気によって、気流制御弁1Bの下面1cBと壁面3baとに付着したオイルやカーボンなどを除去することが可能である。なお、半開時から全閉時にかけても付着したオイルなどを除去する効果を期待できるが、本実施例のように気流制御弁1Bの全開時にも間隙G2が形成されるようにすれば、吸気が下面1cB及び壁面3baにより確実に当接して流れるので、付着したオイルなどをより好適に除去できる。以上により、気流制御弁1Bの固着を抑制できる吸気ポート構造100Bを実現可能である。
【実施例3】
【0036】
図3は、中間部を弁軸2に軸支された気流制御弁1Cを有する吸気ポート構造100Caの構成を示す図である。より具体的には、図3(a)は、気流制御弁1Cが全閉状態であることを示す図であり、図3(b)は、気流制御弁1Cが半開状態であることを示す図であり、図3(c)は、気流制御弁1Cが全開状態であることを示す図である。本実施例に係る吸気ポート構造100Caでは、弁軸2を壁面3bb及び3bcから十分離れた位置に介装している。また、本実施例に係る吸気ポート構造100Caでは壁面3bcの形状を、全閉時から半開時にかけて弁軸2と壁面3bcとの間に吸気が流れないように形成している。このような吸気ポート構造100Caによれば、実施例1に係る吸気ポート構造100Aや実施例2に係る吸気ポート構造100Bと同様に、全閉、半開、全開といった開度状態によって吸気の流量及び流速を増減制御することが可能である。なお、本実施例に係る吸気ポート構造100Caの構成は、気流制御弁1Cと、弁軸2の介装位置と、吸気ポート3の壁面3bcの形状とが異なる以外、実施例1に係る吸気ポート構造100Aの構成と同一である。
【0037】
図3(a)に示すように、本実施例に係る気流制御弁1Cも実施例1に係る気流制御弁1Aと同様に全閉時に流路Eを縮小する。これによって、吸気流F1を増速及び偏流させて燃焼室4内にタンブル流を生成することが可能である。また、図3(b)に示すように、気流制御弁1Cは実施例1に係る気流制御弁1Aと同様に半開時に流路Eを拡大するとともにタンブル流の生成を維持する。また、全閉時から半開時にかけては実施例1に係る吸気ポート構造100Aと同様、巻き込み気流F2や燃焼室4からの吹き返しが発生するため、気流制御弁1Cの下面1cC及び吸気ポート3壁面3bcにはオイルや燃料やカーボンなどの付着が発生する。
【0038】
図3(c)に示すように、全開時には、気流制御弁1Cは吸気ポート3を2つの流路、すなわち流路E及び間隙G2に区分するようにして最大限流路を拡大する。これによって、内燃機関の高負荷、高回転状態に対応させて吸気流量を増大させることが可能である。さらに、本実施例においては、全開時に間隙G2に流れる吸気が下面1cC及び壁面3bcに当接するので、下面cC及び壁面3bcに付着したオイルなどを除去することが可能である。
【0039】
さらに、以下に示すような間隙G3が形成される吸気ポート構造100Cbによっても、気流制御弁1Cの固着を抑制することが可能である。図4は、上述の吸気ポート構造100Caに対して、さらに間隙G3が形成されるようにした吸気ポート構造100Cbの構成を示す図である。なお、吸気ポート構造100Cbは、吸気ポート3内に隔壁3aを有しない吸気ポート構造としているが、隔壁3aを有していてもよい。図4に示すように、吸気ポート構造100Cbは、全閉時から半開時にかけて、気流制御弁1Cの一端部1dCと壁面3bdとの間に間隙G3を形成する。全閉時から半開時にかけて間隙G3に吸気が流れることによって、壁面3bdに沿うようにして流れる吸気を発生させてより好適に壁面3bdに付着したオイルなどを除去することが可能である。さらに、気流制御弁1Cの一端部1dCの形状を、入口側で間隙G3を拡大する形状に形成することも可能である。これによって、さらに好適に間隙G3に吸気を案内して壁面3bdに付着したオイルなどを除去することが可能である。
【0040】
なお、気流制御弁1Cの開度が全閉から半開の間の所定の範囲内にある場合にだけ間隙G3が形成されるように壁面3bd及び気流制御弁1Cを形成してもよく、例えば全閉時、または半開時にだけ間隙G3が形成されるようにすることも可能である。また、例えば図3及び図4において弁軸2から他端部1eD側がない気流制御弁1を気流制御弁1Cの代わりに適用することも可能である。但し、この場合には、全閉時から半開時にかけては流路Eの大きさが一定となり、この間においては吸気の流量及び流速を変化させることはできない。以上により、気流制御弁1Cの固着を抑制できる吸気ポート構造100Cを実現可能である。
【実施例4】
【0041】
本実施例に係る吸気ポート構造100Daの構成は、実施例2に係る吸気ポート構造100Bの構成と比較して、以下の点が異なる以外同一である。図5は実施例2に係る吸気ポート構造100Bと同様に一端部が弁軸2に軸支された気流制御弁1Bを有し、さらに、壁面3beに気流案内部Hを有する吸気ポート構造100Daの構成を示す図である。本実施例に係る吸気ポート構造100Daでは、閉弁時に間隙G2が形成される側の吸気ポート3の壁面3beの、弁軸2よりも燃焼室4側に、間隙G2を通過した吸気を、閉弁時に流路Eが形成される側の吸気ポート3の壁面3bb方向へ案内する気流案内部Hを設けている。より具体的には、本実施例では、気流案内部Hは図5に示すような壁面3beの段部として形成されている。但し、これに限らず気流案内部Hの形状は、例えば間隙G2を通過した吸気をよりスムースに壁面3bb側へ案内可能な円筒内面状の形状であってもよい。なお、本実施例に係る吸気ポート構造100Daでは、吸気ポート3は隔壁3aを有していない。
【0042】
ここで、閉弁時に縮小した流路Eを通過した吸気流F1は、流路Eで絞られることによって、増速及び壁面3bb側に偏流される。この際、本実施例に係る吸気ポート構造100Daでは、気流案内部Hが間隙G2を通過した吸気流F3を壁面3bb側へ案内する。壁面3bb側へ案内された吸気流F3は、さらに図5に示すような噴水状の気流に生成され、流路Eを通過した吸気流F1を壁面3bb側へ押し上げる。これによって、吸気流F1の拡散及び吸気流速の減少を抑制可能である。
【0043】
図6は、本実施例に係る吸気ポート構造100Daでの吸気の挙動を示す図である。より具体的には、図6(a)は、吸気ポート構造100Daで吸気した際の、吸気ポート3内の吸気流Fの流速分布を示す図である。また、図6(b)は、図9(b)に示すA−A断面と同様のA−A断面を吸気ポート構造100Daについて示す図である。図6(a)に示すように、本実施例に係る吸気ポート構造100Daでは、図9(a)に示す吸気ポート構造200と比較して、吸気流F1の拡散が抑制されており、その結果、偏流状態が維持されていることが確認できる。これによって吸気流速の減少も抑制でき、その結果、燃焼室4内に生成するタンブル流の強度が低下することを抑制可能である。また、アシストエアを噴出して偏流状態を維持しようとする場合には、吸気流F1に対向してアシストエアを噴出することでその分吸気流F1を減衰させてしまうところ、本実施例に係る吸気ポート構造100Daによれば、拡散しようとする吸気流F1を押し上げることによって偏流状態を維持するため、吸気流F1の減衰を抑制し、燃焼室4に生成するタンブル流の強度をより好適に向上させることが可能である。
【0044】
また、図6(b)に示すように、本実施例に係る吸気ポート構造100Daでは、吸気流F1が縮流しようとする部分を吸気流F3が押し上げることによって縮流が抑制され、その結果、X部にも吸気が流れるようになるので、吸気バルブに燃料が付着することを抑制して、燃料を混合気に生成することが可能である。これによって、内燃機関の燃費悪化の抑制及びエミッション低減を図ることが可能である。なお、図6に示す噴水状の気流は、図1に示した巻き込み気流F2が生成されることも抑制できるので、間隙G2を流れた直後の吸気流F3の効果のみならず、この噴水状の気流の効果によってもデポジットが生成されることを抑制でき、その結果、気流制御弁1Bが固着することを抑制可能である。なお、本実施例に係る吸気ポート構造100Daによれば、開弁状態によって異なるものの、図9に示す吸気ポート構造200と比較して約20%タンブル強度が増大することを実験で確認している。
【0045】
また、上述の吸気ポート構造100Daに対して、気流制御弁1Bの代わりに以下に示す気流制御弁1Dを有する吸気ポート構造100Dbでも、吸気流F1の偏流状態を維持してタンブル流の強度をより好適に向上させることが可能である。図7は吸気ポート構造100Daに対して、気流制御弁1Bの代わりに気流制御弁1Dを有し、さらに、間隙G2を形成しない吸気ポート構造100Dbの構成を示す図である。図7に示す吸気ポート構造100Dbでは、間隙G2を形成する代わりに、気流制御弁1Dに紙面垂直方向へ延伸するスリット状の穴部Sを形成する。図7に示すように、閉弁時に吸気流F4が気流案内部Hに向かうように穴部Sを形成することで、本実施例に係る吸気ポート構造100Dbは、吸気ポート構造100Daと同様の押し上げ効果を発揮させている。すなわち、本実施例に係る吸気ポート構造100Dbによっても、吸気流F1の偏流状態を維持してタンブル流の強度をより好適に向上させることが可能である。また、同様に吸気流F1の縮流も抑制でき、その結果、内燃機関の燃費悪化を抑制しミッションを低減することが可能である。さらに、同様に図1に示した巻き込み気流F2が生成されることも抑制できるので、デポジットの生成及び気流制御弁1Dの固着も抑制可能である。
【0046】
また、以下に示す吸気ポート構造100Dcによっても、吸気流F1の偏流状態を維持してタンブル流の強度をより好適に向上させることが可能である。図8は、吸気ポート構造100Daと同様に気流制御弁1Bを有し、さらに、間隙G2を形成する代わりに、弁軸2を介装している壁面3bf側に気流制御弁1Bの上流側から下流側に連通する連通路Uを形成した吸気ポート構造100Dcを示す図である。図8に示すように、間隙G2を形成する代わりに連通路Uを形成することによっても、連通路Uを通過した吸気流F5が気流案内部Hによって噴水状の気流に生成されるので、上述の吸気ポート構造100Da、100Dbと同様の押し上げ効果を発揮させることが可能であり、その結果、タンブル流の強度をより好適に向上させることが可能である。また、同様に吸気ポート構造100Dcによっても吸気流F1の縮流を抑制することも可能であり、その結果、内燃機関の燃費悪化を抑制し、エミッションを低減することが可能である。さらに、同様に吸気ポート構造100Dcによっても、図1に示した巻き込み気流F2が生成されることを抑制して、デポジットの生成及び気流制御弁1Bの固着を抑制可能である。以上により、気流制御弁1Bまたは1Cの固着を抑制し、さらに、燃焼室4内で吸気流F1から生成するタンブル流の強度向上をより好適に図るとともに、内燃機関の燃費悪化を抑制し、エミッションを低減することが可能な吸気ポート構造100Dを実現可能である。
【0047】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】本実施例に係る内燃機関の吸気ポート構造100Aの構成を示す図である。
【図2】一端部が弁軸2に軸支された気流制御弁1Bを有する吸気ポート構造100Bの構成を示す図である。
【図3】中間部を弁軸2に軸支された気流制御弁1Cを有する吸気ポート構造100Caの構成を示す図である。
【図4】吸気ポート構造100Caに対して、さらに間隙G3が形成されるようにした吸気ポート構造100Cbの構成を示す図である。
【図5】実施例2に係る吸気ポート構造100Bと同様に一端部が弁軸2に軸支された気流制御弁1Bを有し、さらに、壁面3beに気流案内部Hを有する吸気ポート構造100Daの構成を示す図である。
【図6】実施例4に係る吸気ポート構造100Daでの吸気の挙動を示す図である。
【図7】吸気ポート構造100Daに対して、気流制御弁1Bの代わりに気流制御弁1Dを有し、さらに、間隙G2を形成しない吸気ポート構造100Dbの構成を示す図である。
【図8】吸気ポート構造100Daと同様に気流制御弁1Bを有し、さらに、間隙G2を形成する代わりに、弁軸2を介装している壁面3bf側に気流制御弁1Bの上流側から下流側に連通する連通路Uを形成した吸気ポート構造100Dcを示す図である。
【図9】吸気ポート203の壁面203ab近傍に介装した弁軸202に一端が軸支された気流制御弁201を有する吸気ポート構造200を示す図である。
【符号の説明】
【0049】
1 気流制御弁
1a 間隙開閉部
1b 弁体部
1c 下面
1d 一端部
1e 他端部
2 弁軸
3 吸気ポート
3a 隔壁
3b 壁面
4 燃焼室
100 吸気ポート構造




 

 


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