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【発明の名称】 内燃機関の吸気装置
【発明者】 【氏名】阿部 和佳
【課題】吸気流の乱れを抑制しつつ旋回流の生成の安定化を図ることができる内燃機関の吸気装置を提供する。

【構成】吸気管内に配備した片持ち式の開閉弁により吸気流を調整する内燃機関の吸気装置１００において、吸気管は、吸気を上流から下流に案内する第１内壁面１１と、第１内壁面１１より下流側で吸気管の内径が拡大するように単一の段部Ｙを介して設けた第２内壁面１２とを有し、開閉弁１は、単一の段部Ｙに基端部側が回動可能に軸支されると共に、吸気管内を開く開状態において、第１内壁面１１と第２内壁面１２とが滑らかに連続するように配置される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管内に配備した片持ち式の開閉弁により吸気流を調整する内燃機関の吸気装置において、
前記吸気管は、吸気を上流から下流に案内する第１内壁面と、前記第１内壁面より下流側で該吸気管の内径が拡大するように単一の段部を介して設けた第２内壁面とを有し、
前記開閉弁は、前記単一の段部に基端部側が回動可能に軸支されると共に、前記吸気管内を開く開状態において、前記第１内壁面と第２内壁面とが滑らかに連続するように配置される、ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記開閉弁は、基端部から先端部にかけて厚みが薄くなるように形成されている、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。
【請求項３】
前記開閉弁は、先端部がテーパード状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
前記開閉弁は、前記開状態において吸気を上流から下流に案内すると共に、基端部から先端部にかけて滑らかな曲面を有している、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
前記開閉弁は、前記吸気管内を閉じる閉状態において、吸気を通過させる開口部を有し、
前記開口部は、前記閉状態において、前記吸気管の内壁面と略平行となる内面を有する、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
前記開閉弁は、前記吸気管内を閉じる閉状態において、吸気を通過させる切欠面を有し、
前記切欠面は、前記閉状態において、前記吸気管の内壁面と略平行となるように設定されている、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気管内を流れる吸気流を調整するための開閉弁を備えた内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒側へ吸気流を供給する吸気管（吸気ポートとも称される）内に開閉弁を配置して吸気流を調整する吸気装置に関しては従来から複数の提案がある。例えば、特許文献１は吸気管内に長手方向に沿った仕切板（隔壁）を配置して上側の第１通路と下側の第２通路とに分割すると共に、仕切板の上流側に支軸を中心に回動する板状の弁体を２枚設けて吸気管の一部を開閉する構造を開示している。内燃機関にこのような構造を採用すると吸気管の開口率を調整できるのでタンブル流を強化して希薄混合気の安定な燃焼を図ることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２４８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、このような吸気装置は、一端が回動自在に軸支されている片持ち式の開閉弁を備えたものがある。図６は、片持ち式の開閉弁を備えた従来の吸気装置１００Ｘの説明図である。尚、図６（ａ）では、開閉弁１Ｘ全閉時の吸気装置１００Ｘを示しており、図６（ｂ）では、開閉弁１Ｘ全開時の吸気装置１００Ｘを示している。また、図６（ｃ）では、形状の理解を容易にすべく、開閉弁１Ｘの外観図を示すとともに、開閉弁１Ｘの各部の名称を示している。
【０００５】
吸気管の内壁１０Ｘには、全開時に開閉弁１Ｘを格納するための凹み部分１２Ｘが形成されている。これにより、開閉弁１Ｘは、全開時に図６（ｂ）に示すように吸気管の内壁１０Ｘの壁面に格納される。また、この壁面には、開閉弁の厚みを逃がすための段が形成されている。一方、図６（ａ）に示すように、開閉弁１Ｘの側端部と、吸気管の内壁１０Ｘとの間に間隙が設けられている。したがって、全閉時には、意図して絞った吸気の流れ（以下、単に主流とも称す）Ｆ１のほかに、この間隙を通過する吸気の流れ（以下、単に間隙流とも称す）Ｆ２も発生する。間隙流Ｆ２は、間隙を抜けて段に衝突すると、跳ね上がるようにして方向転換する。これに起因して、主流Ｆ１は間隙流Ｆ２に乱されてしまうおそれがあり、さらには、その結果として燃焼室内で旋回気流が安定して生成されなくなってしまうおそれがあった。
また、図６（ｂ）に示すように、全開時における段と開閉弁との隙間により、乱気流Ｆ３が発生するおそれがあった。
【０００６】
図７は、このような段が形成されていない吸気装置について示している。段が形成されていない場合であっても、全開時には、開閉弁の先端部の厚みと、吸気管の内壁とにより段差が生じる。この段差によっても、吸気管の断面積が急激に変動するので、乱気流Ｆ３が発生するおそれがあった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、吸気流の乱れを抑制しつつ旋回流の生成の安定化を図ることができる内燃機関の吸気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、吸気管内に配備した片持ち式の開閉弁により吸気流を調整する内燃機関の吸気装置において、前記吸気管は、吸気を上流から下流に案内する第１内壁面と、前記第１内壁面より下流側で該吸気管の内径が拡大するように単一の段部を介して設けた第２内壁面とを有し、前記開閉弁は、前記単一の段部に基端部側が回動可能に軸支されると共に、前記吸気管内を開く開状態において、前記第１内壁面と第２内壁面とが滑らかに連続するように配置される、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。
【０００９】
本発明によると、吸気管内が閉じられる閉状態の場合に、吸気管の内壁面の凹凸による吸気流の乱れを抑制することができる。また、この吸気流の乱れを抑制することにより、旋回流の生成の安定化を図ることができる。
また、開状態において開閉弁は、第１内壁面と第２内壁面とが滑らかに連続するように配置されるので、吸気管の断面積の急激な変動を抑制することができる。従って、この場合にも吸気流の乱れを抑制することができる。
【００１０】
また、前記開閉弁は、基端部から先端部にかけて厚みが薄くなるように形成されている、構成を採用できる。また、前記開閉弁は、先端部がテーパード状に形成されている、構成を採用してもよい。また、前記開閉弁は、前記開状態において吸気を上流から下流に案内すると共に、基端部から先端部にかけて滑らかな曲面を有している、構成を採用してもよい。
【００１１】
また、前記開閉弁は、前記吸気管内を閉じる閉状態において、吸気を通過させる開口部を有し、前記開口部は、前記閉状態において、前記吸気管の内壁面と略平行となる内面を有する、構成を採用してもよい。
【００１２】
また、前記開閉弁は、前記吸気管内を閉じる閉状態において、吸気を通過させる切欠面を有し、前記切欠面は、前記閉状態において、前記吸気管の内壁面と略平行となるように設定されている、構成を採用してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、吸気流の乱れを抑制しつつ旋回流の生成の安定化を図ることができる内燃機関の吸気装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は実施例に係る吸気装置１について示した図である。図１では図示していないが、吸気装置１００は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。端部６０が吸気装置１００の気筒側の端部であり、インテークマニホルド側となる反対側の端部については詳細な図示は省略している。図１（ａ）に示すように、主流Ｆ１は、インテークマニホルド側から気筒に向って流れる。なお、吸気通路は内燃機関のシリンダヘッド内に形成した吸気ポートとしてもよいが、これに限る必要はない。すなわち、本発明の吸気通路はインテークマニホルドの一部、或いは独立した吸気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通路を特に限定することなく説明する。また、この吸気装置１はタンブル流（縦渦流）を形成する場合の吸気装置として説明する。
【００１６】
吸気装置１００は主流Ｆ１を流す吸気管を有している。吸気管内には開閉弁１が配置されている。この開閉弁１が図１（ａ）に示すように、吸気管内を閉じる閉状態に位置付けられると、燃焼室内で旋回流であるタンブル流が生成される。
また、開閉弁１は、アクチュエータ４０、及びアクチュエータ４０を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）５０によりその開閉タイミングなどが制御される。
【００１７】
次に、この開閉弁１について詳細に説明する。
図１（ｂ）及び（ｃ）は、開閉弁１の構成をより詳細に示した断面図であり、（ｂ）は、開閉弁１が閉状態に位置付けられた場合を示しており、（ｃ）は、開閉弁１が開状態に位置付けられた場合を示している。
【００１８】
開閉弁１は、吸気管の内壁１０の近接位置で基端部が軸２により回転可能に軸支されている。また、開閉弁１は、その先端部が下流側を向く範囲内を揺動する。また、開閉弁１は板状に形成されており、先端部には、主流Ｆ２を通過させる切欠３が形成されている。
また、開閉弁１は、基端部から先端部にかけて厚みが薄くなる形状に形成されている。
【００１９】
また、吸気管の内壁１０は、吸気を上流から下流に案内する第１内壁面１１と、第１内壁面１１より下流側で吸気管の内径が拡大するように単一の段部Ｙを介して設けた第２内壁面１２とを有する。即ち、第２内壁面１２は、段部Ｙを介して第１内壁面１１よりも低い位置で下流方向に連続する。尚、第１内壁面１１と第２内壁面とは略平行に形成されている。
【００２０】
開閉弁１は、軸２によって段部Ｙに基端部が回転可能に軸支されている。詳細には、軸２は、第１内壁面１１よりも低い位置で、かつ段部Ｙに近接した位置に配置されている。
また、図１（ｂ）に示すように、開閉弁１が吸気管内を閉じる閉状態にあるとき、開閉弁１は、第２内壁面１２に対して立ち上がるように配置される。
また、図１（ｃ）に示すように、開閉弁１が吸気管内を開く開状態にあるときは、開閉弁１は、第２内壁面１２に沿うように配置される。
【００２１】
次に、第２内壁面１２について詳細に説明する。
図１（ｂ）に示すように、第２内壁面１２は、略平坦に形成されている。即ち、第２内壁面は、下流方向に直線的に平坦に形成されている。従って、開閉弁１が閉位置に位置付けられた場合に、吸気管の内壁面の凹凸による吸気流の乱れを抑制することができる。
【００２２】
特に、間隙流Ｆ２が吸気管の内壁面に形成された凹凸に衝突することによって、跳ね返るように間隙流Ｆ２の流れが乱れ、主流Ｆ１の流れに悪影響を与えることを抑制できる。従って、主流Ｆ１が間隙流Ｆ２によって乱されることが抑制され、その結果、燃焼室内で生成されるタンブル流の生成が安定化する。タンブル流の生成が安定化することにより、燃焼のばらつきを抑制でき、トルクの変動を小さくすることができる。
【００２３】
尚、第２内壁面１２は、段部Ｙから燃焼室の入口近傍の地点まで、略平坦に形成されている。但し、第２内壁面は、必ずしも燃焼室の入口近傍の地点まで平坦に形成されている必要はなく、開状態に位置付けられた場合の開閉弁１の先端部より下流方向に離間した位置に至るまで略平坦に形成されていればよい。
【００２４】
次に、開閉弁１が開状態に位置付けられた場合について詳細に説明する。
図１（ｃ）に示すように、開状態において開閉弁１は、第１内壁面１１と第２内壁面１２とが滑らかに連続するようには位置される。即ち、第１内壁面１１と第２内壁面１２とは、吸気を上流から下流に案内する開閉弁１の上面を介して、流線形に連続する。これにより、吸気管の断面積の急激な変動を抑制することができるので、吸気流の乱れを抑制することができる。従って、燃焼状態が安定する。
【００２５】
次に、開閉弁１の形状について詳細に説明する。
図１（ｂ）（ｃ）に示すように、開閉弁１は、基端部から先端部にかけて厚みが薄くなるように形成されている。これにより、開閉弁１が開状態に位置付けられた場合に、第１内壁面１１と第２内壁面１２とが滑らかに連続する。また、開閉弁１の先端部は、基端部側から先端部側にかけてテーパード状に形成されている。これにより、第１内壁面１１と第２内壁面１２とをより滑らかに連続させて連結させることができる。
【００２６】
また、開閉弁１は、前記開状態において吸気を上流から下流に案内すると共に、基端部から先端部にかけて滑らかな曲面状に形成されている上面を有している。この上面が曲面状に形成されていることにより、吸気管の断面積の急激な変動を更に抑制することができる。
【００２７】
次に、吸気装置の変形例について説明する。図２は、吸気装置の変形例１及び２の説明図である。尚、吸気装置１００と同一の部分には同一の符号を付することで重複する説明を省略する。
変形例１に係る吸気装置１００Ａは、図２（ａ）に示すように、開閉弁１Ａの先端部に切欠が設けられていない。このように切欠が設けられていない開閉弁１Ａであっても、本発明を適用でき、上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、変形例２に係る吸気装置１００Ｂは、図２（ｂ）に示すように、開閉弁１Ｂの先端部にスリット状の開口３Ｂが形成されている。開口３Ｂは、開閉弁１Ｂが閉位置に位置付けられている場合において、吸気を通過させる。主流Ｆ１がこの開口３Ｂを通過することにより、燃焼室内でダンブル流が生成される。このように開口が設けられている開閉弁１Ｂであっても、本発明を適用でき、上述の場合と同様の効果を得ることができる。尚、開口３Ｂは、通過した主流Ｆ１が、吸気バルブ（不図示）と吸気管との間に形成される隙間を通過するように、所定の位置に形成されている。これにより、主流Ｆ１が直線的に燃焼室内に流れるので、強いタンブル流が生成される。
【００２９】
次に、変形例３に係る吸気装置について説明する。
まず変形例３に係る吸気装置について説明する前に、先端部にスリット状の開口を有する開閉弁を備えた、従来の吸気装置に発生しうる問題について説明する。図３は、開口を有する従来の吸気装置の説明図である。
図３に示すように、開口３Ｚの内壁の上面及び下面は、開閉弁１Ｚに対してほぼ垂直に形成されている。
【００３０】
従って、開閉弁１Ｚが吸気管に対して傾斜した状態で閉状態に位置付けられた場合には、開口３Ｚの内面の上面及び下面は主流Ｆ１の流れる方向に対して傾斜することになる。これにより、開口３Ｚを通過した主流Ｆ１は、その流れが乱れるおそれがあった。この主流Ｆ１の乱れにより、旋回流を安定して生成することができないおそれがあった。
【００３１】
図４は、変形例３に係る吸気装置１００Ｃの説明図である。
図４に示すように、開口３Ｃの内壁の上面は、開閉弁１Ｚに対して傾斜して形成され、閉位置に位置付けられた場合の開口３Ｃは、上流側から下流側にかけて径が拡大するように形成されている。また、開口３Ｃの内壁の上面は、閉位置における開閉弁１Ｃの先端部と対向する、吸気管の内壁１０Ｃの上面と略平行に形成されている。これにより、主流Ｆ１は略吸気管の内壁と略平行に下流方向に流れる。このため、開口３Ｃを通過する主流Ｆ１の乱れを抑制することができる。
【００３２】
また、開口３Ｃの内壁の下面は、開閉弁１Ｚに対してほほ垂直に形成されている。これにより、主流Ｆ１の一部が剥離して、燃焼室内で生成される旋回流と回転方向と同一方向に回転する小さな渦が生成され、この渦が燃焼室に近づくにつれ大きな渦となり、燃焼室内でより強い旋回流を発生させることができる。
【００３３】
次に、変形例４に係る吸気装置１００Ｄについて説明する。
図５は、変形例４及び変形例５に係る吸気装置の説明図である。
図５（ａ）に示すように、変形例４に係る吸気装置１００Ｄは、開口３Ｄの内壁面の上面及び下面は、閉位置における開閉弁１Ｄの先端と対向する吸気管の内壁１０Ｄの上面と略平行に形成されている。このように形成されている場合であっても、開口３Ｄを通過する主流Ｆ１の乱れを抑制することができる。
【００３４】
次に、変形例５に係る吸気装置１００Ｅについて説明する。
図５（ｃ）に示すように、変形例５に係る吸気装置１００Ｅは、先端部に形成された切欠面３Ｅが形成されている。この切欠面３Ｅは、開閉弁１Ｅが閉状態において、前記吸気管の内面と略平行となる。このように形成されているので、切欠面３Ｅを通過する吸気流の乱れを抑制することができる。
【００３５】
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。
【００３６】
上記実施例では、燃焼室内にタンブル流を生成する場合について説明したが、スワール流を生成する場合についても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例に係る吸気装置１について示した図である。
【図２】吸気装置の変形例１及び２の説明図である。
【図３】開口を有する従来の吸気装置の説明図である。
【図４】変形例３に係る吸気装置の説明図である。
【図５】変形例４及び変形例５に係る吸気装置の説明図である。
【図６】片持ち式の開閉弁を備えた従来の吸気装置の説明図である。
【図７】段が形成されていない従来の吸気装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 開閉弁
２ 軸
１０ 吸気管の内壁
１１ 第１内壁面
１２ 第２内壁面
４０ アクチュエータ
５０ ＥＣＵ
１００ 吸気装置
Ｙ 段部

特許の図
【出願人】 【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】 平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【代理人】 【識別番号】１０００８７４８０
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平

【識別番号】１００１３４５１１
【弁理士】
【氏名又は名称】八田 俊之

【識別番号】１００１２８５６５
【弁理士】
【氏名又は名称】▲高▼林 芳孝
【公開番号】 特開２００８−２５３６３（Ｐ２００８−２５３６３Ａ）
【公開日】 平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願番号】 特願２００６−１９５５２０（Ｐ２００６−１９５５２０）