JP6670126B2 - エンジンの吸気構造 - Google Patents

Description

本発明は、吸気通路を仕切る隔壁プレートを備えるエンジンの吸気構造に関する。

従来、特許文献１に記載されたエンジンのように、シリンダ内に流入する吸気にタンブル（縦渦）流を発生させるため、吸気通路を２つの通路（第１通路、第２通路）に仕切る隔壁プレートを設ける技術が開発されている。吸気流量が少ないとき、隔壁プレートで仕切られた第１通路の開度をＴＧＶ（Tumble Generation Valve）で絞ることで、第２通路から燃焼室内に流入する吸気の流速を高め、燃焼室内においてタンブル流を形成する。

特開２０１４−１０１７７４号公報

ところで、特許文献１に記載された構成では、ＴＧＶによって第１通路の開度を最小としたとき、第２通路側に向かう吸気の一部が、ＴＧＶと隔壁プレートとの隙間から第１通路側に流入して、タンブル流の質が低下してしまう場合があった。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、タンブル流の質を向上することが可能なエンジンの吸気構造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、エンジンの吸気通路に設けられ、吸気通路を第１通路と第２通路に仕切る隔壁プレートと、第１通路の開度を調整するバルブと、を備える、本発明のエンジンの吸気構造は、バルブは、シャフトに固定され、シャフトとともに一体回転する弁体部と、を備え、弁体部は、シャフトの回転に伴って、第１通路の開度を可変する板状の本体部と、第１通路の開度を最小としたとき、隔壁プレートに当接して湾曲し、本体部と隔壁プレートとの隙間を閉塞する変形部と、を備え、隔壁プレートにおける変形部と当接する隔壁プレート側当接部、および、変形部における隔壁プレートと当接する弁体側当接部の一方には、他方に吸着する吸着部を備えることを特徴とする。

変形部は、本体部と別体に形成され、本体部およびシャフトの一方、または、双方に固定されてもよい。

吸着部は、磁力を発生する磁力部であり、隔壁プレート側当接部、および、弁体側当接部の他方は、磁性体であってもよい。

本発明によれば、タンブル流の質を向上することが可能となる。

エンジンの吸気構造を説明するための説明図である。 ＴＧＶの開閉動作を説明するための説明図である。 変形部の効果を説明するための説明図である。

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、エンジンの吸気構造１を説明するための説明図である。図１（ａ）には、吸気通路２に配された隔壁プレート３を正面から捉えた図を示し、図１（ｂ）には、図１（ａ）におけるＩ（ｂ）−Ｉ（ｂ）線断面を示す。

図１に示すように、エンジンの吸気構造１は、吸気通路２、隔壁プレート３、ＴＧＶ（Tumble Generation Valve：バルブ）４を含んで構成される。吸気通路２は、燃焼室５に連通する流路である。吸気通路２のうち、燃焼室５に開口する吸気ポート６は、図１（ｂ）に示す吸気バルブ７によって燃焼室５との連通部分が開閉される。吸気通路２に流入した吸気は、吸気バルブ７が開弁したとき、吸気ポート６から燃焼室５内に導かれる。

隔壁プレート３は、板状の本体部３ａを有する。本体部３ａのうち、本体部３ａの幅方向（図１（ａ）中、上下方向）の両側部にはガイド壁部３ｂが設けられている。ガイド壁部３ｂは、吸気通路２（吸気ポート６）の内壁に形成された窪みに沿って形成され、ガイド壁部３ｂがその窪みに嵌め込まれることで、隔壁プレート３が吸気通路２内に固定される。

そして、隔壁プレート３は、吸気通路２を吸気の流れ方向に沿って区分けして、第１通路２ａと第２通路２ｂを形成する。すなわち、隔壁プレート３によって吸気通路２が第１通路２ａと第２通路２ｂとに仕切られる。ＴＧＶ４は、吸気通路２内において隔壁プレート３よりも上流側に配設され、この第１通路２ａを開閉する。

図２は、ＴＧＶ４の開閉動作を説明するための説明図であり、図１（ｂ）中、ＴＧＶ４の近傍を抽出して示す。図２に示すように、吸気通路２は、吸気マニホールド８と、支持部材９と、シリンダヘッド１０の吸気ポート６によって形成される。

詳細には、吸気マニホールド８の一端８ａと、支持部材９の一端９ａが連結され、吸気マニホールド８内の流路と、支持部材９内の流路が連通する。さらに、支持部材９の他端９ｂとシリンダヘッド１０が連結され、支持部材９内の流路と、シリンダヘッド１０の吸気ポート６が連通する。こうして、吸気マニホールド８内の流路、支持部材９内の流路、および、吸気ポート６によって吸気通路２が形成される。

隔壁プレート３は、吸気通路２のうち、支持部材９内の流路から吸気ポート６の内部まで延在し、吸気通路２の中心よりも、図２中、下側に偏って配されている。したがって、隔壁プレート３によって仕切られた上側の第１通路２ａは、下側の第２通路２ｂよりも流路面積が大きくなっている。

ＴＧＶ４は、シャフト１１および弁体部１２を含んで構成される。シャフト１１は、両端が支持部材９の内壁に挿通されるとともに、不図示のモータ装置に連結され、モータ装置の動力を受けて回転する。

弁体部１２は、板状の本体部１２ａおよび変形部１２ｂを含んで構成される。本体部１２ａは、吸気通路２のうちの支持部材９内の流路に、図２中、奥行方向（図１（ａ）中、上下方向）に延在している。また、本体部１２ａは、図２に示すように、隔壁プレート３よりも第１通路２ａ側に配置されている。本体部１２ａおよび第１通路２ａは、図２（ｂ）中、上下方向の長さが大凡等しい。

変形部１２ｂの基体１２ｃは、隔壁プレート３の本体部３ａや弁体部１２の本体部１２ａよりも厚さが薄く、弾性係数が低い板バネであって、図２（ａ）中、左側の左端部がシャフト１１と本体部１２ａとの間に挟まれている。また、基体１２ｃのうち、図２（ａ）中、右側の右端部は、本体部１２ａよりも吸気通路２の下流側（隔壁プレート３側）まで延在している。

そして、ネジなどの締結部材（不図示）が、弁体部１２の本体部１２ａおよび変形部１２ｂ（基体１２ｃ）を貫通して、本体部１２ａ、変形部１２ｂをシャフト１１に締結している。そのため、弁体部１２は、シャフト１１の軸周りにシャフト１１と一体回転する。シャフト１１の回転に伴って、弁体部１２が回転することで、第１通路２ａの開度が可変となる。

図２（ａ）に示す状態では、第１通路２ａの開度が最大となっている。この場合、弁体部１２が吸気通路２に沿う位置関係となっており、第１通路２ａおよび第２通路２ｂの双方が開いている。そのため、吸気通路２の上流からＴＧＶ４まで流れた吸気は、ＴＧＶ４の弁体部１２によって流れがほとんど妨げられることなく、第１通路２ａおよび第２通路２ｂの双方を通過して燃焼室５に向かう。

一方、図２（ｂ）に示す閉状態では、第１通路２ａの開度が最小となり、ＴＧＶ４の弁体部１２によって第１通路２ａが閉じられる。エンジン負荷が小さく吸気流量が少量のとき、第１通路２ａの開度を絞り、吸気のほとんどを、第１通路２ａよりも流路幅の狭い第２通路２ｂ側に通過させる。こうして、エンジンの吸気構造１では、流速を高めた吸気を燃焼室５に流入させることで、燃焼室５内で縦渦流（タンブル流）を形成して燃料の急速燃焼を実現し、燃費改善や燃焼安定性の向上を可能とする。

また、変形部１２ｂは、例えば磁石などの磁力を発生する磁力部（吸着部）１２ｄを有している。磁力部１２ｄは、基体１２ｃのうち、吸気通路２の下流側の先端部１２ｅに固定されている。

図２（ａ）に示すように、第１通路２ａの開度が最大となっているとき、変形部１２ｂの磁力部１２ｄは、隔壁プレート３のうち、第１通路２ａ側の上面３ｃに対して離隔するとともに、上面３ｃに対向する。

そして、弁体部１２が回転して第１通路２ａの開度を絞る過程で、変形部１２ｂの磁力部１２ｄが隔壁プレート３の上面３ｃに当接する。すなわち、磁力部１２ｄは、変形部１２ｂにおける隔壁プレート３と当接する部位（弁体側当接部１２ｆ）となる。

また、隔壁プレート３の上面３ｃのうち、変形部１２ｂと当接する部位を隔壁プレート側当接部３ｄと称する。隔壁プレート側当接部３ｄは、磁性体（強磁性体あるいは常磁性体）で構成される。詳細には、例えば、隔壁プレート３の本体部３ａ全体が、磁性を有するステンレスとなっている。

上記のように、変形部１２ｂの基体１２ｃは、板バネであるため、磁力部１２ｄ（弁体側当接部１２ｆ）が隔壁プレート３の隔壁プレート側当接部３ｄに当接した後、さらに、弁体部１２が回転すると、基体１２ｃが弾性変形する。

その結果、図２（ｂ）に示すように、第１通路２ａの開度が最小となっているとき、変形部１２ｂは、磁力部１２ｄが隔壁プレート３に当接して、基体１２ｃが湾曲することとなる。このとき、変形部１２ｂの基体１２ｃは、隔壁プレート３の本体部３ａと弁体部１２の本体部１２ａとの隙間を閉塞する。

図３は、変形部１２ｂの効果を説明するための説明図であり、図３（ａ）には、空気過剰率λと図示燃料消費率ＩＳＦＣとの関係を示し、図３（ｂ）には、空気過剰率λと図示平均有効圧変動率ＣＰｉとの関係を示す。ここで、図示平均有効圧変動率ＣＰｉは、エンジンの燃焼変動の大きさを示す指標値であり、値が大きいほど燃焼変動が大きい。また、図３中、破線は、変形部１２ｂを設けた場合の凡例を示し、一点鎖線は、変形部１２ｂを設けなかった場合の凡例を示す。

図３（ａ）に示すように、空気過剰率λを大きくして燃料をリーンにするほど、図示燃料消費率ＩＳＦＣは改善するものの、空気過剰率λが所定値を超えると図示燃料消費率ＩＳＦＣが上昇に転じて燃費が悪化する。この図示燃料消費率ＩＳＦＣの極小値は、変形部１２ｂを設けることで、変形部１２ｂを設けない場合よりも小さくなっている。すなわち、変形部１２ｂを設けた方が燃料のリーンな燃焼条件での燃費が向上することがわかる。

また、図３（ｂ）に示すように、空気過剰率λを大きくして燃料をリーンにするほど、図示平均有効圧変動率ＣＰｉは上昇して燃焼変動が大きくなる。そして、空気過剰率λが大きい燃焼条件において、変形部１２ｂを設けた方が、変形部１２ｂを設けない場合よりも、図示平均有効圧変動率ＣＰｉが小さく、燃焼安定性が向上することがわかる。

変形部１２ｂを設けない場合、燃料がリーンな燃焼条件において、ＴＧＶ４によって第１通路２ａの開度を最小としたとき、第２通路２ｂ側に向かう吸気の一部が、ＴＧＶ４と隔壁プレート３との隙間から第１通路２ａ側に流入すると、タンブル流の質が低下してしまうことがある。その結果、図３に示したように、燃費や燃焼安定性の低下を招く。

本実施形態では、変形部１２ｂを設けることで、ＴＧＶ４と隔壁プレート３との隙間を閉塞し、第１通路２ａへの吸気の漏出を抑え、タンブル流の質を向上させる。その結果、燃料がリーン、または、ＥＧＲ率が高く酸素濃度が低いなど、火炎伝播し難い燃焼条件において、燃費や燃焼安定性を向上することが可能となる。

また、変形部１２ｂは、隔壁プレート３に当接し弾性変形して湾曲する構成であるため、弁体部１２や隔壁プレート３の形状や配置に寸法誤差があっても、変形部１２ｂが隔壁プレート３に確実に当接して、第１通路２ａへの吸気の漏出を抑制することができる。

また、弁体側当接部１２ｆが強磁性体、隔壁プレート側当接部３ｄが常磁性体であるため、弁体側当接部１２ｆと隔壁プレート側当接部３ｄが近接すると、双方が磁力によって引き合う。その結果、エンジンの振動や吸気の圧力変動があっても、弁体側当接部１２ｆと隔壁プレート側当接部３ｄとを離隔し難くすることができる。

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、上述した実施形態では、変形部１２ｂは、弁体部１２の本体部１２ａと別体に形成される場合について説明した。しかし、弁体部１２の本体部１２ａの一部を変形部１２ｂとして機能させてもよい。つまり、変形部１２ｂは、本体部１２ａと一体形成されていてもよい。ただし、変形部１２ｂを、弁体部１２の本体部１２ａと別体に形成する場合、変形部１２ｂの素材を変えるだけで、容易に、変形部１２ｂを本体部１２ａより弾性変形し易くすることが可能となる。

また、上述した実施形態では、変形部１２ｂは、弁体部１２の本体部１２ａおよびシャフト１１に固定される場合について説明したが、弁体部１２の本体部１２ａおよびシャフト１１のいずれか一方に固定されてもよい。

また、上述した実施形態では、変形部１２ｂの弁体側当接部１２ｆに磁力部１２ｄが設けられ、隔壁プレート３の隔壁プレート側当接部３ｄに引力を作用させ吸着する場合について説明したが、磁力部は必須の構成ではない。また、隔壁プレート３の隔壁プレート側当接部３ｄに磁力部を設け、変形部１２ｂの弁体側当接部１２ｆに引力を作用させ吸着してもよいし、弁体側当接部１２ｆおよび隔壁プレート側当接部３ｄの双方に磁力部を設けてもよい。

また、上述した実施形態では、磁力部１２ｄ（吸着部）が強磁性体であって、隔壁プレート３の隔壁プレート側当接部３ｄが常磁性体であって、磁力による引力が作用する場合について説明した。しかし、吸着部は、磁力以外の引力を作用させてもよい。ただし、吸着部が強磁性体で磁力による引力を作用させる場合、簡易かつ低コストに、弁体側当接部１２ｆと隔壁プレート側当接部３ｄとを離隔し難くすることができる。

本発明は、吸気通路を仕切る隔壁プレートを備えるエンジンの吸気構造に利用できる。

１ 吸気構造
２ 吸気通路
２ａ 第１通路
２ｂ 第２通路
３ 隔壁プレート
３ｄ 隔壁プレート側当接部
４ ＴＧＶ（バルブ）
１１ シャフト
１２ 弁体部
１２ａ 本体部
１２ｂ 変形部
１２ｄ 磁力部（吸着部）
１２ｆ 弁体側当接部

Claims (3)

1. エンジンの吸気通路に設けられ、該吸気通路を第１通路と第２通路に仕切る隔壁プレートと、該第１通路の開度を調整するバルブと、を備えるエンジンの吸気構造であって、
   前記バルブは、
   シャフトに固定され、該シャフトとともに一体回転する弁体部と、
   を備え、
   前記弁体部は、
   前記シャフトの回転に伴って、前記第１通路の開度を可変する板状の本体部と、
   前記第１通路の開度を最小としたとき、前記隔壁プレートに当接して湾曲し、前記本体部と該隔壁プレートとの隙間を閉塞する変形部と、
   を備え、
   前記隔壁プレートにおける前記変形部と当接する隔壁プレート側当接部、および、該変形部における該隔壁プレートと当接する弁体側当接部の一方には、他方に吸着する吸着部を備えることを特徴とするエンジンの吸気構造。
2. 前記変形部は、前記本体部と別体に形成され、該本体部および前記シャフトの一方、または、双方に固定されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気構造。
3. 前記吸着部は、磁力を発生する磁力部であり、前記隔壁プレート側当接部、および、前記弁体側当接部の他方は、磁性体であることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの吸気構造。

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