JP4529746B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気流路の途中に設けられたフラップ弁を開閉操作して吸気の流れを制御する吸気装置に関し、詳しくは、シリンダヘッド側の加工部位を減らして装置全体の低コスト化を図ると共に、吸気の流れを乱さずに安定したガス流動を生成可能な内燃機関の吸気装置に関する。

従来から、エンジンの吸気流路を区画してエンジンの運転条件に応じて吸気の流れを変化させたり、燃焼室内に吸入される混合気流にタンブルやスワール等の旋回流を生成する吸気装置が提案されている。このような内燃機関の吸気装置の一例として、エンジンの燃焼室に連通する吸気ポートの通路内に、吸気流路を区画する隔壁と、吸気流路内で開閉して吸気の流れを制御するシャッタ弁とを設けておき、シャッタ弁の開閉を制御することによって、燃焼室内におけるタンブルの生成を制御するものがあった（特許文献１参照）。このエンジンの吸気装置は、燃料の霧化促進を図るため、シャッタ弁に電気ヒータが内蔵されていた。
実開平７−２５２６４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のエンジンの吸気装置においては、エンジンのシリンダヘッドに形成された吸気ポートの内側に、電気ヒータを内蔵したシャッタ弁と、隔壁とが取付け加工されており、機械的な構成が複雑であった。また、エンジンのシリンダヘッド側の加工部位が多く、装置全体の製造コストが高かった。
そこで、本発明は、エンジンのシリンダヘッド側の加工部位を減らして装置全体の低コスト化を図ると共に、吸気の流れを乱さずに安定したガス流動を生成することができる内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の燃焼室に空気と燃料との混合気を供給する吸気装置を提供する。本発明に係る内燃機関の吸気装置は、シリンダヘッドに形成された吸気ポート側に吸気流路を区画する隔壁を設けると共に、吸気ポートの吸気上流側に接続されるマニホールド側に、開閉操作により吸気の流れを制御するフラップ弁を設け、フラップ弁の開操作時に、その先端部がマニホールド側に収まるように構成されたものである。より具体的には、マニホールドの内側面に前記開操作時のフラップ弁を収容する収容部が形成され、フラップ弁は、開操作時にマニホールドの内側を向いた面が、マニホールドの内周面と連続し、かつ開操作時にその先端部が前マニホールド内に収まるように収容部に収容されている。収容部は、マニホールドのシリンダヘッド側の端縁から吸気上流側に延びる溝状に形成されている。シリンダヘッドとマニホールドとの接合面は、開操作時のフラップ弁の先端部と閉操作時のフラップ弁の先端部とを結ぶように、吸気流路内の吸気の流れの垂直方向に対して傾斜するよう形成されている。そして、隔壁のマニホールド側の端部は、シリンダヘッドとマニホールドとの接合面よりもシリンダヘッド側に奥まって位置するよう形成されている。

本発明によれば、エンジンのシリンダヘッドとは別体のマニホールド側にフラップ弁を設けたことで、加工が比較的困難なシリンダヘッド側の加工部位が少なくて済み、装置全体の低コスト化を図ることができる。また、あらかじめマニホールド側に取り付けられるフラップ弁は、その先端部が吸気ポート側に突出しないので、マニホールドのシリンダヘッドへの取り付けを容易に行うことができると共に、フラップ弁の損傷をも防止できる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の吸気装置の全体構成の概略を示す説明図であって、エンジンに設けられた複数のシリンダのうちの一つを図示している。各シリンダ１内にはピストン２が上下動可能に設けられ、このピストン２の冠面と、シリンダ１の上側開口部に取付けられたシリンダヘッド３との間には燃焼室４が形成されている。このシリンダヘッド３の上部には、燃焼室４内に送り込まれた燃料を火花点火する点火プラグ５が設けられている。また、シリンダヘッド３には、吸気ポート６と排気ポート７とが互いに対向してそれぞれ２個ずつ形成されている（図１では各１個ずつ示す）。これらの吸気ポート６及び排気ポート７は、それぞれ吸気弁８及び排気弁９によって開閉するようになっており、これらの吸気弁８及び排気弁９は図示省略の動弁機構により駆動する。

吸気ポート６の途中には、燃焼室４内に燃料を噴射するインジェクタ１０が設けられている。このインジェクタ１０は、噴射した燃料が空気とよく混ざるように、燃料を細かく霧状にする構造を有している。この吸気ポート６の吸気上流側には、後述するインテークマニホールド１１が接続されている。
このインテークマニホールド１１の上流側には、さらに吸気管１２が接続されている。この吸気管１２には、吸気上流側から、空気吸入量を計測するエアフローメータ１３と、燃焼室４内に送り込む空気量を調節するスロットルバルブ１４と、送り込まれた空気を一時的に貯めておくコレクタ１５とが設けられている。エアフローメータ１３で計測した空気吸入量のデータは、エンジンの動作を集中制御するエンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」と略称する。）１６に出力される。このＥＣＵ１６は、入力した空気吸入量のデータなどの運転条件に基づいて、インジェクタ１０の燃料噴射時期や、点火プラグ５の点火時期等を制御している。

また、吸気管１２の空気吸込み口にはエアクリーナ１７が取付けられており、燃焼室４内に送り込む空気中にホコリや異物が混入するのを防止している。
なお、本発明においては、吸気管１２と、インテークマニホールド１１と、シリンダヘッド３の吸気ポート６とで、内燃機関の吸気流路を構成する。
ここで、本発明の第１の比較例による内燃機関の吸気装置においては、図２に示すように、シリンダヘッド３の吸気ポート６の内側面に隔壁１８が設けられると共に、シリンダヘッド３に接続されたインテークマニホールド１１の内部には、フラップ弁１９が取り付けられている。このようにシリンダヘッド３とは別体のインテークマニホールド１１内にフラップ弁１９が設けられるので、加工が比較的困難なシリンダヘッド３側においては、隔壁１８の接合加工をするだけでよく、シリンダヘッド３側の加工部位が少なくて済むので、装置全体の低コスト化を図ることができる。

この隔壁１８は、内燃機関の吸気流路を区画する板状の部材であって、その断面が吸気ポート６の形状に沿った流線型の形状を有している。
また、フラップ弁１９は、吸気の流れを制御する板状の部材であって、フラップヒンジ２０を中心として矢印Ａ，Ｂ方向に開閉するようになっている。このフラップヒンジ２０には、図１に示すように、アクチュエータ２１が取付けられており、ＥＣＵ１６でアクチュエータ２１の動作を制御してフラップ弁１９を開閉操作するようになっている。

そして、フラップ弁１９が矢印Ａ方向に回動した閉操作時には、隔壁１８の上方の吸気流路が開放し、隔壁１８の下方の吸気流路が閉じられる。このとき、フラップ弁１９と隔壁１８とは連続するように構成されている。
一方、フラップ弁１９が矢印Ｂ方向に回動した開操作時には、吸気流路の全部が開放する。このとき、図２中において破線で示すように、フラップ弁１９の先端部１９ａがシリンダヘッド３の吸気ポート６側に突出しないように配置されている。

また、インテークマニホールド１１の底面には、開操作時のフラップ弁１９を収容する収容部１１ａが形成されている。この収容部１１ａは、インテークマニホールド１１のシリンダヘッド３側の端縁から吸気上流側に延びる溝状に形成されており、インテークマニホールド１１の内部に容易に加工することができる。なお、収容部１１ａは、上記の形状に限られず、インテークマニホールド１１のシリンダヘッド３側の端縁から離れた形状でもよい。そして、シリンダヘッド３とは別体のインテークマニホールド１１については、加工や組立てが比較的容易である。

さらに、収容部１１ａは、図２に示すように、フラップ弁１９の形状に対応するように形成されている。これにより、開操作時のフラップ弁１９は、その上面とインテークマニホールド１１の内周面とが連続し、吸気流路の断面積がほとんど変化しなくなる。
このように、インテークマニホールド１１の収容部１１ａにフラップ弁１９が収容されたときに、吸気流路の断面積が急激に変化しないように構成されたので、フラップ弁１９の開操作時に吸気の流れが乱れなくなる。

また、上述したように、フラップ弁１９が矢印Ａ方向に回動して吸気流路の一部を閉じた状態のときには、フラップ弁１９と隔壁１８とが連続するように構成されているので、フラップ弁１９が閉操作時の状態においても吸気の流れが乱れることがない。そして、吸気管１２からインテークマニホールド１１へと流れてきた空気は、図３に示すインテークマニホールド１１の内周面と隔壁１８の上面とに囲まれた空間Ｓ_１を通過する。この空間Ｓ_１では、吸気流路の断面積が狭くなっているので、空気と燃料との混合気の流速が高まり、混合気流は燃焼室４内でタンブルを生成する。その結果、燃料霧化の促進効果とタンブル効果との相乗により燃焼効率が大きく向上する。このように、運転条件に応じたガス流動を安定して生成することができるので、エミッションを大幅に低減して、燃費を向上することができる。

また、図２に示すように、隔壁１８のインテークマニホールド１１側の端部は、シリンダヘッド３とインテークマニホールド１１との接合面ｆを超えて、インテークマニホールド１１側に突出している。このため、フラップ弁１９を閉じた状態において、フラップ弁１９と隔壁１８とを当接させることが容易である。
図４は、本発明に係る内燃機関の吸気装置の構成を示す要部拡大図である。図４において、隔壁１８のインテークマニホールド１１側の端部がシリンダヘッド３とインテークマニホールド１１との接合面ｆを超えないように、接合面ｆを吸気流路内の吸気の流れの垂直方向に対して傾斜させてある。

図２に示す第１の比較例のように、隔壁１８が接合面ｆを超えてインテークマニホールド１１側に突出しているときは、シリンダヘッド３の接合面ｆを機械加工するのが困難になるので、これを回避するためには、シリンダヘッド３の接合面ｆの機械加工が済んだ後で、隔壁１８をシリンダヘッド３に取り付けなければならない。このとき、隔壁１８の取り付けは、例えば放電加工のような、時間もコストも大きな加工方法によってシリンダヘッド３に取り付けされる。

しかしながら、図４に示すように、隔壁１８のインテークマニホールド１１側の端部がシリンダヘッド３とインテークマニホールド１１との接合面ｆを超えないように、接合面ｆを吸気流路内の吸気の流れの垂直方向に対して傾斜させておくと、シリンダヘッド３の接合面ｆを加工する際に隔壁１８が邪魔にならず、予め隔壁１８をシリンダヘッド３の鋳造時に鋳込むことができるようになって、製作工程を簡易なものとすることができる。

特に、隔壁１８のインテークマニホールド１１側の端部が接合面ｆの近傍に位置するように取り付けられているので、接合面ｆの傾斜は必要最低限となって、シリンダヘッド３の大型化を招くことがない。
さらに、隔壁１８のインテークマニホールド１１側の端部を接合面ｆからシリンダヘッド３側に僅かに奥まった位置としているので、加工の際に隔壁１８が振動（びびり）を誘発することが無く、シリンダヘッド３の端面の加工が容易になっている。なお、シリンダヘッド３の大型化を招くことのない範囲で接合面ｆの傾斜を大きくして、隔壁１８のインテークマニホールド１１側の端部をよりシリンダヘッド３側に奥まった位置としてもよいことは当然である。

図５及び図６は、本発明の第２の比較例に係る内燃機関の吸気装置の構成を示している。図５において、図２に示す内燃機関の吸気装置と同じ構成要素は、同じ符号を付して示している。第２の比較例に係る内燃機関の吸気装置においては、吸気ポート６の内側面に設けられた第１の隔壁１８の下方に、第２の隔壁２２が設けられている。
第２の比較例においては、図５に示すように、フラップ弁１９を矢印Ａ方向に回動して吸気流路の一部を閉じた状態では、フラップ弁１９と第２の隔壁２２とが連続した吸気流路が形成される。この場合には、吸気管１２からインテークマニホールド１１へと流れてきた空気は、図６に示すインテークマニホールド１１の内周面と第１の隔壁１８の上面とに囲まれた空間Ｓ１と、第１の隔壁１８と第２の隔壁２２とに挟まれた空間Ｓ２とに分割されて燃焼室４内に送り込まれる。このとき、空間Ｓ１だけでなく空間Ｓ２にも空気が流れるので、強いスワール流を生成することができる。

図７及び図８は、本発明の第３の比較例に係る内燃機関の吸気装置の構成を示している。図７において、図２に示す内燃機関の吸気装置と同じ構成要素は、同じ符号を付して示している。第３の比較例に係る内燃機関の吸気装置においては、図８に示すように、インテークマニホールド１１側に設けられたフラップ弁２３の一部に、切欠き部を形成しておく。また、図７に示すように、吸気ポート６の内側面に設けられた隔壁１８の上面には、フラップ弁２３の切欠き部に合わせた位置に、縦方向の仕切り板２４が設けられている。この場合には、図８に示すように、インテークマニホールド１１の内周面と隔壁１８と仕切り板２４とに囲まれた空間Ｓ３が吸気流路となる。

図９及び図１０は、本発明の第４の比較例に係る内燃機関の吸気装置の構成を示している。図９において、図２に示す内燃機関の吸気装置と同じ構成要素は、同じ符号を付して示している。第４の比較例に係る内燃機関の吸気装置においては、図１０に示すように、インテークマニホールド１１側に、図８に示すものと同様のフラップ弁２３が設けられている。また、図９に示すように、吸気ポート６の内側面に第１の隔壁１８と第２の隔壁２２とが設けられ、これらの隔壁１８，２２には、フラップ弁２３の切欠き部に合わせた位置にそれぞれ仕切り板２４，２５が設けられている。この場合には、図１０に示すように、吸気流路をさらに細かく区分けして吸気の流れを変化させることができる。

これら第２〜第４の比較例においても、上述したと同様の効果が得られる。
これらの第２〜第４の比較例においても、図４に示すように、シリンダヘッド３とインテークマニホールド１１との接合面ｆを、吸気流路内の吸気の流れの垂直方向に対して傾斜させることで、同様の効果が得られる。
なお、以上の説明においては、吸気ポート６の内側面に２枚の隔壁１８，２２が設けられているとしたが、これに限られず、３枚以上でもよい。また、フラップ弁２３に形成された切欠き部の位置は、図１０中の右上部分に限られず、他の位置でもよい。この場合においても、隔壁を縦方向に仕切る仕切り板は、フラップ弁２３の切欠き部の位置に合わせて設ければよい。

本発明に係る内燃機関の吸気装置の概略構成を示す説明図である。 図１に示す内燃機関の吸気装置の要部拡大図であって、第１の比較例に係る内燃機関の吸気装置の要部拡大図。 図２のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気装置の要部拡大図である。 本発明の第２の比較例に係る内燃機関の吸気装置の要部拡大図である。 図５のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第３の比較例に係る内燃機関の吸気装置の要部拡大図である。 図７のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第４の比較例に係る内燃機関の吸気装置の要部拡大図である。 図９のＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１…シリンダ、２…ピストン、３…シリンダヘッド、４…燃焼室、５…点火プラグ、６…吸気ポート、７…排気ポート、８…吸気弁、９…排気弁、１０…インジェクタ、１１…インテークマニホールド、１１ａ…収容部、１２…吸気管、１３…エアフローメータ、１４…スロットルバルブ、１５…コレクタ、１６…ＥＣＵ、１７…エアクリーナ、１８…隔壁、１９…フラップ弁、１９ａ…先端部、２０…フラップヒンジ、２１…アクチュエータ、２２…隔壁、２３…フラップ弁、２４，２５…仕切り板

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気流路の途中に、吸気流路を区画する隔壁と、所定の閉操作時に前記隔壁と連続するように設けられたフラップ弁とを有する内燃機関の吸気装置において、
   前記隔壁をシリンダヘッドに形成された吸気ポート側に設けると共に、前記フラップ弁を前記吸気ポートの吸気上流側に接続されるマニホールド側に設け、
   前記マニホールドの内側面に前記開操作時のフラップ弁を収容する収容部が形成され、
   前記フラップ弁は、開操作時に前記マニホールドの内側を向いた面が、該マニホールドの内周面と連続し、かつ開操作時にその先端部が前記マニホールド内に収まるように前記収容部に収容され、
   前記収容部は、前記マニホールドの前記シリンダヘッド側の端縁から吸気上流側に延びる溝状に形成され、
   前記シリンダヘッドと前記マニホールドとの接合面は、開操作時のフラップ弁の先端部と閉操作時のフラップ弁の先端部とを結ぶように、前記吸気流路内の吸気の流れの垂直方向に対して傾斜するよう形成され、
   前記隔壁のマニホールド側の端部は、前記シリンダヘッドと前記マニホールドとの接合面よりもシリンダヘッド側に奥まって位置するよう形成されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。

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