JP4375060B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の吸気装置に関する。

内燃機関には、シリンダボア（燃焼室）内に供給された吸気ガスにスワール（旋回流）を発生させて、シリンダボア内での空気と燃料との混合を促進させ、シリンダボア内で効率的な燃焼を行わせるようにしているものがある。特に、ディーゼルエンジンでは、スワールを強めることにより、排気ガス中のスモークを大幅に低減することができると共にＮＯ_X排出量の少ない運転が可能になると考えられている。

このように、シリンダボア内に供給された吸気ガスにスワールを発生させる場合、一般に、吸気ポートの形状をスワールが発生しやすい形状にすることや、一つのシリンダボアに通じる二つの吸気ポートのいずれか一方の吸気ポートを開閉するスワールコントロールバルブを用いること等が採用されている。

しかしながら、このような構成を採用した場合、強いスワールを発生させるには、吸気ポート内での吸気ガスの流速を速めることや、複数の吸気ポートが存在する場合に吸気ポート相互間で起こる干渉を回避すること等が必要であり、そのためには吸気ポート等に吸気絞りを設ける必要がある。しかしながら、吸気絞りを設けると吸気抵抗となってしまい、シリンダボア内に流出する吸気ガスの流量の低下および燃費の悪化を招いてしまう。すなわち、高いスワール比と高流量の両立は困難であった。

ここで、特許文献１に記載の吸気装置では、吸気弁の周囲にバルブガイドから下方に突出した半円弧状のスワールガイドを設け、吸気ポートからシリンダヘッド内への吸気ガスの流出方向を一定の方向に制限して、シリンダボア内に吸気ガスのスワールを発生させるようにしている。したがって、特許文献１に記載の装置によれば、このようにスワールガイドを設けることにより、吸気ポート等に流速を速めるための吸気絞りを設けることなく、スワールを発生させることができる。

実開昭６０−１５９８０８号公報 実開平２−６３０３４号公報 特開昭６１−１６２２３号公報 特開昭６３−１６２９２７号公報 実開昭６０−１９２６号公報 特開昭６２−１３１９６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の吸気装置では、スワールガイドの吸気弁に面する表面だけでなく、その反対側の表面（以下、「背面」と称す）もシリンダヘッドの下面に対して垂直に延びる。すなわち、スワールガイドの背面は、シリンダボア内の吸気ガスのスワールの旋回方向に対して垂直に位置し、よってシリンダボア内を旋回する吸気ガスがスワールガイドの背面に当たり、吸気ガスの旋回方向の速度成分を弱めてしまう。したがって、特許文献１に記載の吸気装置では、スワールガイドにより吸気ガスの旋回方向の速度成分が弱められてしまうため、強いスワールを発生させることができず、高いスワール比と高流量との両立は困難である。

そこで、本発明の目的は、吸気ガスの流量の低下を抑制しつつ強いスワールを発生させることができる吸気装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、シリンダヘッドに設けられ且つシリンダボアに通じる吸気ポートと、該吸気ポートの出口開口を開閉する吸気弁と、上記吸気ポートの出口開口周囲において上記シリンダヘッドの表面から突出する突出部とを具備し、該突出部はシリンダボア内の吸気ガスの旋回方向とは反対方向に向かって吸気ガスが上記吸気ポートからシリンダボア内に流出するのを抑制する規制壁を有する内燃機関の吸気装置において、上記突出部は上記規制壁に対してシリンダボア内の吸気ガスの旋回方向とは反対側にスロープを有し、該スロープはシリンダボアの径方向内側においてスロープ上を通過する吸気ガスをシリンダボアの径方向外側で旋回するように案内するように形成される。
第１の発明によれば、突出部がスロープを有することにより、シリンダボア内で旋回する吸気ガスは突出部の下方を通過する際に旋回方向速度成分がほとんど弱められてしまうことなく流れる。すなわち、突出部の旋回方向反対側にスロープを設けることでシリンダボア内で旋回する吸気ガスに対する規制壁による流抵抗を小さくすることができる。したがって、シリンダボア内の吸気ガスに生じるスワールは強いものとなる。また、スロープを設けることによってはシリンダボア内に流入する吸気ガスの流量が減少することはない。

第２の発明では、第１の発明において、上記規制壁は、上記シリンダヘッドの表面から上記吸気弁の最大バルブリフト量よりも高く突出している。
第２の発明によれば、吸気ポートからシリンダボア内に流出する吸気ガスが反旋回方向に向かうことが確実に抑制されると共に、スロープに沿って流れるシリンダボア内の吸気ガスが吸気ポートからシリンダボア内に流出する吸気ガスと干渉することが抑制される。

第３の発明では、第１または第２の発明において、上記吸気ポートは一気筒あたり複数設けられ、各吸気ポートの出口開口の周囲にそれぞれ上記突出部が設けられる。
第３の発明によれば、各吸気ポートの出口開口毎にその周囲に上記突出部が設けられるため、隣り合った吸気ポートのうち旋回方向上流側に位置する吸気ポートから上記旋回方向に流出した吸気ガスが、旋回方向下流側に位置する吸気ポートから流出する吸気ガスと干渉することが抑制される。

第４の発明では、第３の発明において、一気筒あたり隣り合う二つの吸気ポートが設けられ、これら吸気ポートのうち旋回方向下流側に位置する下流吸気ポート内に、上記シリンダボアの接線方向に且つ上記吸気弁のバルブフェイスに沿って吸気ガスをシリンダボア内に流出させる下流吸気ポート用サブ通路を具備する。
第４の発明によれば、下流吸気ポート用サブ通路からシリンダボアの接線方向に吸気ガスを流出させることができるため、下流吸気ポート用サブ通路から吸気ガスをシリンダボア内に流出させることによりスワールを強めることができる。

第５の発明では、第３または第４の発明において、一気筒あたり隣り合う二つの吸気ポートが設けられ、これら吸気ポートのうち旋回方向上流側に位置する上流吸気ポート内に、シリンダボア内の吸気ガスの旋回方向に対してほぼ垂直な方向に且つ上記吸気弁のバルブフェイスに沿って吸気ガスをシリンダボア内に流出させる上流吸気ポート用サブ通路を具備する。

第６の発明では、第４または第５の発明において、上記サブ通路は機関運転状態に基づいて開閉可能に構成される。
第６の発明によれば、機関運転状態に応じてシリンダボア内の吸気ガスに生じるスワールの強さを変更することができる。

本発明によれば、スロープを設けることによりシリンダボア内の吸気ガスに生じるスワールは強いものとなり、またスロープを設けることによってはシリンダボア内に流入する吸気ガスの流量が減少することはないため、吸気ガスの流量の低下を抑制しつつ強いスワールを発生させることができる。

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。まず、図１および図２を参照して本発明の第一実施形態の吸気装置について説明する。図１は、シリンダヘッドの底面図であるが、吸気弁および排気弁は省略されている。図２は図１のII−II線における吸気ポートおよび吸気弁周辺の断面図である。

図１および図２に示したように、内燃機関１は、シリンダブロック２とこのシリンダブロック２上に配置されたシリンダヘッド３とを有する。シリンダブロック２には、所定間隔で複数のシリンダボア４が設けられる。各シリンダボア４内ではピストン（図示せず）が往復動し、シリンダボア４とピストンとの間には燃焼室が画成される。なお、本明細書では、シリンダブロック２からシリンダヘッド３に向かう方向を上向き、シリンダヘッド３からシリンダブロック２に向かう方向を下向きと称する。

各シリンダボア４には、二つの吸気ポート５、６と二つの排気ポート（図示せず）とが連通せしめられる。これら吸気ポート５、６および排気ポートはシリンダヘッド３内に設けられる。吸気ポート５、６は、シリンダボア４の上面に設けられ且つシリンダボア４に対して開いている出口開口７、８によってシリンダボア４とそれぞれ連通しており、排気ポートは、シリンダボア４の上面に設けられ且つシリンダボア４に対して開いている入口開口９、１０によってシリンダボア４と連通している。

吸気ポート５、６の出口開口７、８は吸気弁１１によって開閉され、これにより吸気ポート５、６とシリンダボア４とが流体的に接続されたり遮断されたりする。各吸気弁１１は、実際に弁として作用する弁体１２とこの弁体１２に連結されたステム１３とを有し、このステム１３の軸線に沿って往復動する。同様に、排気ポートの入口開口９、１０は排気弁によって開閉され、これにより排気ポートとシリンダボア４とが流体的に接続されたり遮断されたりする。

シリンダボア４内には、後述するようにシリンダボア４の軸線αを中心として図１の矢印Ａ（反時計回り）の向きにシリンダボア４の外周壁に沿った吸気ガスの旋回流（スワール）が発生するため、シリンダボア４の軸線αを中心として図１において反時計回りの方向を旋回方向、時計回りの方向を反旋回方向と称する。すなわち、旋回方向はシリンダボア４の周方向のうち一方の方向を意味し、反旋回方向はシリンダボア４の周方向のうち上記一方の方向とは反対方向を意味する。

本実施形態では、吸気ポート５、６の出口開口７、８の周囲にはそれぞれ突出部１４、１５が設けられる。以下、二つの吸気ポート５、６のうち旋回方向下流側に位置する下流吸気ポート５の出口開口７の周囲に設けられた突出部１４についてのみ説明するが、旋回方向上流側に位置する上流吸気ポート６の出口開口８の周囲に設けられた突出部１５も同様な形状となっており、同様な機能を果たす。

突出部１４は、シリンダヘッド３から吸気弁１１の軸線方向下方に向かって突出している。図２に示したように、突出部１４は、本実施形態では、シリンダヘッド３とは別体として形成されているが、シリンダヘッド３と一体的に形成されてもよい。また、突出部１４は、出口開口７に面する側に位置する規制壁１６と、この規制壁１６の反旋回方向側に位置するスロープ１７とを有する。

突出部１４の規制壁１６は、出口開口７の周囲であって出口開口７の反旋回方向に位置し、半円弧状に延びる。より詳細には、規制壁１６は、出口開口７の外周縁近傍であって、出口開口７の中心におけるシリンダボアの接線方向とは垂直な方向（本実施形態の場合シリンダボアが真円であるため、シリンダボアの径方向と同義）に出口開口７の中心を通って延びる直線（図１の破線Ｂ）よりも反旋回方向に位置する。規制壁１６の出口開口７に面する表面は、吸気弁１１の軸線βと平行に、すなわちシリンダヘッド３の下面とほぼ垂直に延びる。また、本実施形態では、吸気弁１１の軸線方向におけるシリンダヘッド３下面からの規制壁１６の高さは、吸気弁１１のリフトが最大であるときのリフト量（以下、「最大リフト量」と称す）よりも高い。

このように形成された規制壁１６は、吸気ガスが吸気ポートから反旋回方向にシリンダボア４内に流出するのを抑制する。したがって、規制壁１６の存在により、吸気ガスは吸気ポート５の出口開口７から旋回方向に流出するようになるため、シリンダボア４内に生じる吸気ガスのスワールが強いものとなる。

なお、吸気ガスが吸気ポートから反旋回方向にシリンダボア４内に流出するのを抑制することができれば規制壁１６の高さは最大リフト量よりも低くてもよい。また、規制壁１６は出口開口７の周縁近傍であって出口開口７よりも反旋回方向に位置する領域全体に亘って延びている必要はなく、このような領域の一部に半円弧より短く延びていてもよい。

一方、突出部１４のスロープ１７は、規制壁１６から反旋回方向に向かってその高さが徐々に低くなるように形成される。スロープ１７は、シリンダボア４内で旋回している吸気ガスがシリンダボアの外壁面に沿って流れるように案内するように形成される。すなわち、スロープ１７は、図１にスロープ１７上に矢印で示した方向に吸気ガスを案内するように形成される。

ここで、スロープ１７を設けずに、規制壁の背面を上記規制壁の表面と同様にシリンダヘッド３の下面とほぼ垂直に延びるようにすると、シリンダボア内に生じている吸気ガスのスワールが規制壁の背面に当たる。このため、規制壁の背面において吸気ガスのスワールの旋回方向速度成分は小さくなり、下方へ向かう速度成分に変換される。すなわち、規制壁が吸気ガスのスワールに対する抵抗となってしまう。したがって、スロープ１７を設けなかった場合、規制壁の存在により吸気ガスのスワールが弱められてしまう。

これに対して本実施形態では、規制壁１６の背面にスロープ１７が設けられているため、吸気ガスのスワールの旋回方向速度成分はほとんど小さくならず、下方へ向かう速度成分には変換されにくい。このため、規制壁１６は吸気ガスのスワールに対して大きな抵抗にはならず、したがって規制壁１６の存在により吸気ガスのスワールが弱められてしまうことが抑制される。

特に、本実施形態では、スロープ１７は吸気弁１１近傍において規制壁の高さ、すなわち吸気弁１１の最大リフト量よりも高くまで突出している。このため、スロープ１７上を通って流れるシリンダボア４内の吸気ガスは、吸気弁１１の弁体１２の下面上を流れることになる。したがって、シリンダボア４内の吸気ガスは出口開口７の下方の領域を通過する際に、吸気ポート５から出口開口７を通って流出する吸気ガスと干渉することはほとんどない。そして、出口開口７よりも旋回方向側の領域において旋回方向速度成分の大きい吸気ポート５から出口開口７を通って流出した吸気ガスと、出口開口７の下方の領域を通過してきたシリンダボア４内の吸気ガスとが合流し、シリンダボア４内のスワールが強められることとなる。

さらに、スロープ１７はシリンダボア４内で旋回している吸気ガスをシリンダボア４の外壁面に沿って流れるように案内する。すなわち、シリンダボア４の径方向外側においてスロープ１７上を通過する吸気ガスだけでなく、シリンダボア４の径方向内側においてスロープ１７上を通過する吸気ガスもシリンダボア４の外壁面に沿うように案内する。このため、シリンダボア４の外壁面を沿う吸気ガスの流れが強まり、よってシリンダボア４内の吸気ガスのスワールが強められる。

したがって、本実施形態によれば、突出部１４にスロープ１７を設けることにより、シリンダボア４内の吸気ガスのスワールに対する抵抗が小さくされ、且つシリンダボア４の外壁面を沿う吸気ガスの流れが強くされるため、シリンダボア４内の吸気ガスのスワールが強められる。一方で、突出部１４にスロープ１７を設けることは吸気抵抗にならないため、シリンダボア４内に流出する吸気ガスの流量が減少することはない。したがって、本実施形態によれば、吸気ガスの流量を低下することなく維持しつつ、シリンダボア４内の吸気ガスのスワール比を高めることができる。

ところで、突出部１４、１５が設けられていない場合、吸気ガスは吸気ポート５、６の出口開口７、８から全周に亘ってその径方向に流出する。本実施形態のように一気筒に対して二つの吸気ポートが設けられていると、下流吸気ポート５の出口開口７から反旋回方向に流出した吸気ガスと上流吸気ポート６の出口開口８から旋回方向に流出した吸気ガスとは互いに干渉し合い、結果としてシリンダボア４内の吸気ガスのスワールは弱いものとなってしまう。これに対して、本実施形態では、突出部１４により下流吸気ポート５の出口開口７から反旋回方向へ吸気ガスが流出するのが抑制されるため、上述したような吸気ガスの干渉が抑制され、吸気ガスのスワールが弱められてしまうのが防止される。

また、上流吸気ポート６の出口開口８から旋回方向に流出した吸気ガスは、流出直後に下流吸気ポート５の出口開口７近傍に到達する。ここで、上述したように本実施形態では、下流吸気ポート５の出口開口７の周囲に設けられた突出部１４にスロープ１７が設けられているため、上流吸気ポート６の出口開口８から旋回方向に流出した吸気ガスは大きな抵抗を受けずに旋回方向にシリンダボア内を流れることができる。

なお、本実施形態では、吸気ポート内に吸気ガスのスワールを発生させないタンジェンシャルポートを用いているが、吸気ポート内、特に吸気ポートの先端に位置する渦巻部内に吸気ガスのスワールを発生させるようにしたヘリカルポートを用いてもよい。ただし、吸気ポートにヘリカルポートを用いた場合、渦巻部からシリンダボア内へは吸気ガスは出口開口の接線方向に流出する。したがってこの場合、突出部は上記実施形態とは異なる位置に配置される。すなわち、吸気ポートの出口開口の周囲領域のうち出口開口から流出する吸気ガスが反旋回方向速度成分を有する領域に突出部が設けられる。これにより、吸気ポートにヘリカルポートを用いた場合であっても吸気ガスが出口開口から反旋回方向に流出するのが抑制される。

また、上記実施形態では、二つの吸気ポートが設けられているが、吸気ポートは二つでなくてもよく、例えば一つまたは三つの吸気ポートを有してもよい。このような場合にも、突出部は各吸気ポートの出口開口周囲の同様な位置にそれぞれ取付けられる。

次に、図３〜図５を参照して本発明の第二実施形態の吸気装置について説明する。図３は、図１と同様な図であり、シリンダヘッドの底面図である。図４は図２と同様な図であり、図３のIV−IV線における吸気ポートおよび吸気弁周囲の断面図である。図５は、吸気ポートおよび吸気マニホルドの模式図である。なお、第二実施形態の吸気装置の構成は、図１および図２に示した第一実施形態の構成と基本的に同様であり、同様の構成要素には同じ参照番号を付した。

第二実施形態の吸気装置では、図５に示したように、各吸気ポート５、６に並列にサブ通路２０、２１がそれぞれ設けられる。下流吸気ポート５用のサブ通路（以下、「下流サブ通路」と称す）２０の一方の端部は、下流吸気ポート５の上流部または下流吸気ポート５と連通する吸気マニホルド（以下、これらをまとめて「下流吸気通路」と称す）と連通する。下流サブ通路２０の断面積は下流吸気ポート５の断面積よりも小さい。下流サブ通路２０の他方の端部（以下、「出口端部」と称す）２２は、下流吸気ポート５の出口開口７近傍において下流吸気ポート５の内壁面のうちシリンダボア４の外周壁に近接した壁面から突出している。下流サブ通路２０の出口端部２２は、下流サブ通路２０を通って流れる吸気ガスを、出口開口７を介してシリンダボア４の接線方向に且つ吸気弁１１のバルブフェイスに沿ってシリンダボア４内に流出させるような方向を向いている。

したがって、下流サブ通路２０を通って流れる吸気ガスは、図３に矢印Ｂで示したように、出口開口７のうちシリンダボア４外周壁に近接した領域からシリンダボア４の接線方向に流出する。このため、下流サブ通路２０の出口端部２２から流出した吸気ガスはシリンダボア４内の吸気ガスのスワールの旋回方向と同一の方向に流出することになるため、この吸気ガスにより吸気ガスのスワールが強められる。また、上記吸気ガスは、図４に矢印Ｂで示したように、吸気弁１１のバルブフェイスに沿ってシリンダボア４内に流出する。したがって、下流サブ通路２０の出口端部２２から流出した吸気ガスは吸気弁１１の弁体１２から抵抗をほとんど受けることなくシリンダボア４へ流れるため、効果的にシリンダボア４内の吸気ガスのスワールを強めることができる。

一方、上流吸気ポート６用のサブ通路（以下、「上流サブ通路」と称す）２１の一方の端部は、上流吸気ポート６の上流部または上流吸気ポート６と連通する吸気マニホルド（以下、これらをまとめて「上流吸気通路」と称す）と連通する。上流サブ通路２１の断面積は上流吸気ポート６の断面積よりも小さい。上流吸気通路には上流吸気通路を開閉して上流吸気通路内を吸気ガスの流れを制御する上流吸気通路用流量調整弁（スワールコントロールバルブ）２４が設けられ、上流サブ通路２１の上記一方の端部は上流吸気通路用流量調整弁２４が設けられた位置よりも上流側の位置で上流吸気通路と連通する。上流サブ通路２１の他方の端部（以下、「出口端部」と称す）２３は、上流吸気ポート６の出口開口８近傍において上流吸気ポート６の内壁面のうちシリンダボア４の外周壁に近接した壁面から突出している。上流サブ通路２１の出口端部２３は、出口開口８を介してシリンダボア４内の吸気ガスの旋回方向に対してほぼ垂直な方向に且つ吸気弁１１のバルブフェイスに沿って上流サブ通路２１を通って流れる吸気ガスをシリンダボア４内に流出させるような方向を向いている。また、上流サブ通路２１には上流サブ通路用流量調整弁２５が設けられ、この上流サブ通路用流量調整弁２５により上流サブ通路２１を流れる吸気ガスの流量が調整される。

上流サブ通路２１を通って流れる吸気ガスは、図３に矢印Ｃで示したように、出口開口８のうちシリンダボア４の中心に近接した領域からシリンダボア４内の吸気ガスの旋回方向に対してほぼ垂直な方向に流出する。このため、上流サブ通路２１の出口端部２３から流出した吸気ガスはシリンダボア４内の吸気ガスのスワールと干渉し合い、シリンダボア４内の吸気ガスのスワールを弱める。また、上記吸気ガスは、吸気弁１１のバルブフェイスに沿ってシリンダボア４内に流出するため、吸気弁１１の弁体１２によって抵抗をほとんど受けず、よって効果的にシリンダボア４内の吸気ガスのスワールを弱めることができる。

上流吸気通路用流量調整弁２４は、その開度を制御することにより、上流吸気通路内を流れる吸気ガスの流量を調整する。したがって、上流吸気通路用流量調整弁２４は、上流吸気ポート６からシリンダボア４内に流出する吸気ガスの流量を調整することができる。

ここで、下流吸気ポート５はシリンダボア４内に一定方向のスワールを発生させるようにシリンダボア４と連通しており、下流吸気ポート５からシリンダボア４内に流出する吸気ガスの旋回方向速度成分は比較的大きい。したがって、下流吸気ポート５から吸気ガスをシリンダボア４内に流出させるとシリンダボア４内の吸気ガスに比較的強いスワールが生じる。一方、上流吸気ポート６から流出する流れと下流吸気ポート５から流出する流れの間には、僅かであるが干渉が発生する。両ポートからの流れがある場合、上流吸気ポート６、下流吸気ポート５単独により生成されるスワールよりも低下する方向に作用する。したがって、上流吸気ポート６からの吸気ガスの流出量が多くなればなるほどシリンダボア４内のスワールは弱くなる。よって、本実施形態によれば、上流吸気通路用流量調整弁２４の開度を大きくすると上流吸気ポート６からの吸気ガスの流出量が多くなるためシリンダボア４内の吸気ガスのスワールが弱くなり、開度を小さくすると流出量が少なくなるためスワールが強くなる。

ただし、上流吸気通路用流量調整弁２４の開度を小さくすると上流吸気通路の流路断面積が小さくなるためシリンダボア４に流出する吸気ガスに対する流抵抗が大きくなり、よってシリンダボア４内へ流出する吸気ガスの流量が減少せしめられる。逆に開度を大きくすると上流吸気通路の流路断面積が大きくなるため流抵抗が小さくなり、よって吸気ガスの流量が増大せしめられる。したがって、本実施形態によれば、上流吸気通路用流量調整弁２４の開度を大きくするとシリンダボア４内の吸気ガスのスワール比が小さくなると共に吸気ガスの流量が多くなり、上流吸気通路用流量調整弁２４の開度を小さくするとシリンダボア４内の吸気ガスのスワール比が大きくなると共に吸気ガスの流量が少なくなる。

上流サブ通路用流量調整弁２５は、その開度を制御することにより、上流サブ通路内を流れる吸気ガスの流量を調整する。上述したように上流サブ通路２１を通って出口端部２３からシリンダボア４内に流出した吸気ガスはシリンダボア４内の吸気ガスのスワールを弱める。したがって、上流サブ通路用流量調整弁２５の開度を大きくするとスワールが弱められ、開度を小さくするとスワールが強められる。

また、上流吸気通路用流量調整弁２４と同様に、上流サブ通路用流量調整弁２５もその開度を小さくすると上流サブ通路２１の流路断面積が小さくなるためシリンダボア４内に流出する吸気ガスに対する流抵抗が大きくなり、よってシリンダボア４内へ流出する吸気ガスの流量が減少せしめられる。逆に開度を大きくすると上流サブ通路２１の流路断面積が大きくなるため流抵抗が小さくなり、よって吸気ガスの流量が増大せしめられる。したがって、本実施形態によれば、上流サブ通路用流量調整弁２５の開度を大きくするとシリンダボア４内の吸気ガスのスワール比が小さくなると共に吸気ガスの流量が多くなり、上流サブ通路用流量調整弁２５の開度を小さくするとシリンダボア４内の吸気ガスのスワール比が大きくなると共に吸気ガスの流量が少なくなる。

図６は、シリンダボア４内の吸気ガスに生じたスワールのスワール比と、シリンダボア４内に流出する吸気ガスの流量との関係を示す。図中の破線は、上流吸気通路用流量調整弁２４を全開、上流サブ通路用流量調整弁２５を全閉にしたときの関係を示している。この破線から矢印Ｒに向きにおいては上流吸気通路用流量調整弁２４が閉じられていくに従って変化するスワール比と流量との関係を示しており、スワール比が大きく、流量が少なくなっていることが分かる。一方、この破線から矢印Ｌの向きにおいては上流サブ通路用流量調整弁２５が開かれていくに従って変化するスワール比と流量との関係を示しており、徐々にスワール比が小さく、流量が多くなっていることが分かる。

このように本実施形態では、広範囲に亘って吸気ガスに生じたスワールのスワール比と、シリンダボア４内に流出する吸気ガスの流量との関係を変更することができ、このスワール比と流量との関係は機関運転状態に応じて変更せしめられる。ここで、機関運転状態とは、機関回転数、機関負荷、燃料噴射量、吸入空気量等が挙げられる。機関回転数を例にとると、低回転時にはスワール比が大きく、高回転時には流量が多くなるようにスワール比と流量との関係を変更する。

なお、図３および図４に示したように、上記実施形態ではサブ通路２０、２１の出口端部２２、２３は吸気ポート５、６の内壁面から突出しているが、出口端部２２、２３は内壁面から突出せずに内壁面に孔を設けただけの形態であってもよい。この場合、出口端部２２、２３が吸気ポート５、６内を流れる吸気ガスの流抵抗となることはなくなるが、出口端部２２、２３から流出した吸気ガスは吸気ポート５、６から流出する吸気ガスと干渉し易くなるため、その指向性が低下する。また、流量調整弁は、上流吸気通路および上流サブ通路だけでなく、下流吸気通路、下流サブ通路に設けられてもよい。

上述した両実施形態において、両吸気ポート５、６の出口開口７、８の周囲に突出部１４、１５がそれぞれ設けられているが、下流吸気ポート５の出口開口７の周囲のみに突出部を設けてもよい。この場合、上流サブ通路の出口端部をシリンダボア４内の吸気ガスの旋回方向に対してほぼ垂直な方向に向けなくてもよく、シリンダボア４の反旋回方向に向けてもよい。これは上記実施形態では、上流吸気ポート６の出口開口８の反旋回方向側に突出部があるため上流サブ通路の出口端部を反旋回方向に向けると流出する吸気ガスが突出部に当たってしまう可能性があったが、突出部がなければ当たることもないためである。上流サブ通路の出口端部を反旋回方向に向けることにより効果的にシリンダボア４内の吸気ガスのスワールを弱めることができる。また、上流サブ通路の出口端部を旋回方向に向けて、上流サブ通路用流量調整弁２５を開弁したときにシリンダボア４内の吸気ガスのスワールを強めるようにしてもよい。

各シリンダボアに対応するシリンダヘッドの底面図である。 図１のII−II線における吸気ポートおよび吸気弁周辺の断面図である。 第二実施形態における各シリンダボアに対応するシリンダヘッドの底面図である。 図３のIV−IV線における吸気ポートおよび吸気弁周囲の断面図である。 吸気ポートおよび吸気マニホルドの模式図である 第二実施形態の吸気装置におけるスワール比と流量との関係を示した図である。

符号の説明

１…内燃機関
２…シリンダブロック
３…シリンダヘッド
４…シリンダボア
７、８…出口開口
１１…吸気弁
１２…弁体
１３…ステム
１４、１５…突出部
１６…規制壁
１７…スロープ

Claims (6)

1. シリンダヘッドに設けられ且つシリンダボアに通じる吸気ポートと、該吸気ポートの出口開口を開閉する吸気弁と、上記吸気ポートの出口開口周囲において上記シリンダヘッドの表面から突出する突出部とを具備し、該突出部はシリンダボア内の吸気ガスの旋回方向とは反対方向に向かって吸気ガスが上記吸気ポートからシリンダボア内に流出するのを抑制する規制壁を有する内燃機関の吸気装置において、
   上記突出部は上記規制壁に対してシリンダボア内の吸気ガスの旋回方向とは反対側にスロープを有し、該スロープはシリンダボアの径方向内側においてスロープ上を通過する吸気ガスをシリンダボアの径方向外側で旋回するように案内するように形成される内燃機関の吸気装置。
2. 上記規制壁は、上記シリンダヘッドの表面から上記吸気弁の最大バルブリフト量よりも高く突出している請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 上記吸気ポートは一気筒あたり複数設けられ、各吸気ポートの出口開口の周囲にそれぞれ上記突出部が設けられる請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 一気筒あたり隣り合う二つの吸気ポートが設けられ、これら吸気ポートのうち旋回方向下流側に位置する下流吸気ポート内に、上記シリンダボアの接線方向に且つ上記吸気弁のバルブフェイスに沿って吸気ガスをシリンダボア内に流出させる下流吸気ポート用サブ通路を具備する請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 一気筒あたり隣り合う二つの吸気ポートが設けられ、これら吸気ポートのうち旋回方向上流側に位置する上流吸気ポート内に、シリンダボア内の吸気ガスの旋回方向に対してほぼ垂直な方向に且つ上記吸気弁のバルブフェイスに沿って吸気ガスをシリンダボア内に流出させる上流吸気ポート用サブ通路を具備する請求項３または４に記載の内燃機関の吸気装置。
6. 上記サブ通路は機関運転状態に基づいて開閉可能に構成される請求項４または５に記載の内燃機関の吸気装置。

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