特許 7226065 火花点火式内燃機関の気流制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-13

(45)【発行日】2023-02-21

(54)【発明の名称】火花点火式内燃機関の気流制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02B 31/06 20060101AFI20230214BHJP

   F02B 31/04 20060101ALI20230214BHJP

【ＦＩ】

F02B31/06 500B

F02B31/04 500Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019082067

(22)【出願日】2019-04-23

(65)【公開番号】P2020180553

(43)【公開日】2020-11-05

【審査請求日】2021-07-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110000394

【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】前嶋 秀明

【審査官】中田 善邦

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５８－１２７１２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６１－１７８０３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１６２６１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭６２－２０６２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００３８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２００６０１５０６１（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開昭５２－１０７４２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３１／００，３１／０４，３１／０６，

Ｆ０２Ｍ ２９／０６，３５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方端に燃焼室が形成されたシリンダと、前記燃焼室に設けられて前記燃焼室内に新気を導く１つの吸気バルブ孔と、前記吸気バルブ孔へと新気を導く吸気ポートと、前記吸気バルブ孔を開閉する吸気バルブと、を有する火花点火式内燃機関に対して、前記吸気ポート及び前記吸気バルブ孔から前記燃焼室内へ導かれる新気の気流に、前記シリンダの中心軸線であるシリンダ中心軸線に交差する方向に延びるタンブル軸線回りの渦となるタンブル渦を発生させる、火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、
前記シリンダ中心軸線上から前記燃焼室を見た場合、前記吸気ポートの中心軸線である吸気ポート中心軸線は、前記シリンダ中心軸線と交差することなく離間しており、
前記吸気ポート内における前記吸気バルブ孔の近傍の位置である吸気バルブ上流位置に、前記シリンダ中心軸線上から前記燃焼室を見た場合における前記吸気ポートから前記燃焼室内に吐出される新気の吐出方向を、前記シリンダ中心軸線に近づく方向に変換することが可能な気流方向変換手段を有し、
前記気流方向変換手段は、
前記吸気ポート内の前記吸気バルブ上流位置において前記吸気ポート中心軸線と直交する仮想平面にて前記吸気ポートを切断した断面である吸気バルブ上流断面における前記シリンダ中心軸線から遠い側の縁部に沿った位置となる外側位置に設けられた旋回軸部材と、
前記火花点火式内燃機関の運転状態に応じて前記旋回軸部材を旋回させる駆動装置と、
一方の縁部が前記旋回軸部材に接続されて前記吸気バルブ上流位置において前記吸気ポート内で前記旋回軸部材とともに旋回する板状部材と、
を有しており、
前記吸気ポートは、ストレート型ポートである、
火花点火式内燃機関の気流制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、
前記板状部材は、
前記吸気ポート中心軸線に略直交する状態に旋回された場合、前記吸気バルブ上流断面の全体を覆うことなく前記吸気バルブ上流断面における前記旋回軸部材の周囲の領域である流路外側領域を覆うことが可能な外側部を有している、
火花点火式内燃機関の気流制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、
前記板状部材は、
前記吸気ポート中心軸線に略直交する状態に旋回された場合、前記吸気バルブ上流断面の全体を覆うことなく前記吸気バルブ上流断面における前記燃焼室に近い側の領域である流路燃焼室側領域を覆うことが可能な下側部を有しており、
前記外側部と前記下側部にて略Ｌ字状に形成されている、
火花点火式内燃機関の気流制御装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、
前記板状部材は、
前記吸気ポート中心軸線に略直交する状態に旋回された全閉相当位置と、
前記全閉相当位置から新気の下流側に向かって前記吸気ポートの内壁面に接するまで旋回された全開相当位置と、
の範囲で旋回される、
火花点火式内燃機関の気流制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、火花点火式内燃機関の燃焼室への新気の気流を制御する、火花点火式内燃機関の気流制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＰＧ（Liquid Petroleum Gas：液化石油ガス）やＣＮＧ（Compressed Natural Gas：圧縮天然ガス）等の気体燃料を燃料とする内燃機関や、ガソリンを燃料とする内燃機関（いわゆるガソリンエンジン）では、点火プラグを用いて燃焼室内で火花を発生させることで、燃焼室内の混合気に着火して燃焼させている。このような内燃機関は、一般的に火花点火式内燃機関と呼ばれている。これに対して軽油を燃料とする内燃機関（いわゆるディーゼルエンジン）では、点火プラグを用いることなく、火花点火式内燃機関よりも高い圧縮比によって高温となった燃焼室内に燃料を直接噴霧して自然着火させて燃焼させている。

【0003】

上記の軽油燃料の内燃機関では、図９に示すように、吸気工程にて吸気ポート１１０Ｋの吸気バルブ孔１１１Ｋから燃焼室１１０Ｎ内に新気を吸い込む際、シリンダ１１０Ｃの中心軸線であるシリンダ中心軸線１１０Ｊ回りの渦であるスワール渦１１２Ｋを発生させると、より効率良い燃焼を得られることが知られている。スワール渦１１２Ｋは、吸気工程に続く圧縮工程にてピストン１１０Ｐが上方に移動しても消滅することなく維持され、高圧に圧縮された燃焼室１１０Ｎ内に直接噴霧された燃料を燃焼室内に拡散させる。なお、図９では吸気バルブと排気バルブの記載を省略している。

【0004】

これに対して上記の火花点火式の内燃機関では、図１０に示すように、吸気工程にて吸気ポート１２０Ｋの吸気バルブ孔１２１Ｋから燃焼室１２０Ｎ内に新気を吸い込む際、シリンダ中心軸線１２０Ｊに交差する方向に延びるタンブル軸線１２２Ｊ回りの渦であるタンブル渦１２２Ｋを発生させると、熱効率の良い燃焼を得られることが知られている。タンブル渦１２２Ｋは、吸気工程に続く圧縮工程にてピストン１２０Ｐが上方に移動していくと、流れが制限されてやがて渦が消滅し、消滅した運動エネルギーが乱流となって放出され、着火後の燃焼速度が向上することが知られている。燃焼速度が高くなると、より希薄燃焼が可能となる。なお、図１０では吸気バルブと排気バルブと点火プラグの記載を省略している。

【0005】

例えば特許文献１に記載の気流制御装置には、燃焼室に２つの排気バルブ孔と、２または３つの吸気バルブ孔と、を有する火花点火式の内燃機関の気流制御装置が記載されている。当該気流制御装置は、吸気バルブ孔の上流側の吸気ポート内に、内燃機関の運転状態に応じて吸気ポート内の上方部から下方に向かって旋回する気流制御弁を有しており、内燃機関の運転状態に応じて気流制御弁の旋回角度を調整することで、タンブル渦のタンブル強度を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００７－０３２５６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載の気流制御装置は、燃焼室に２または３つの吸気バルブ孔を有する内燃機関を前提としている。例えば燃焼室に２つの吸気バルブを有する内燃機関では、シリンダ中心軸線上から燃焼室を見た場合、かつ、２つの吸気バルブが上方、２つの排気バルブが下方となるように見た場合、２つの吸気バルブ孔は、シリンダ中心軸線の右側と左側に配置されている。２つの吸気バルブ孔を有する内燃機関では、一方の吸気バルブ孔から流入した新気のシリンダ中心軸線回りの旋回方向と、他方の吸気バルブ孔から流入した新気のシリンダ中心軸線回りの旋回方向と、が互いに反対方向となるので、衝突した個所で旋回方向が変えられてタンブル渦となり易い。

【0008】

つまり、２つの吸気バルブ孔を有する内燃機関では、２つの吸気バルブ孔から燃焼室内に導かれた新気は、スワール渦を発生しにくく、タンブル渦を発生し易い。３つの吸気バルブ孔を有する内燃機関も同様に、スワール渦を発生しにくく、タンブル渦を発生させ易い。従って、燃焼室に２または３つの吸気バルブ孔を有する内燃機関を前提とした特許文献１では、もともとタンブル渦が発生し易い構造を前提としており、当該タンブル渦のタンブル強度を、さらに大きな強度にするものである。つまり、特許文献１は、タンブル渦が発生しにくい内燃機関に対して、タンブル渦を発生し易くするものではない。

【0009】

燃焼室に２または３つの吸気バルブ孔を有する特許文献１の内燃機関に対して、図１１に、燃焼室１３０Ｎに吸気ポート１３０Ｋの吸気バルブ孔１３１Ｋを１つのみ有する内燃機関の例を示す。なお図１１は、シリンダ中心軸線１３０Ｊ上から燃焼室１３０Ｎを見た図である。図１１の例に示す内燃機関では、燃焼室１３０Ｎに対して、１つの吸気バルブ孔１３１Ｋ及び吸気ポート１３０Ｋと、１つの排気バルブ孔１３１Ｈ及び排気ポート１３０Ｈとを有している。また図１１の例に示す内燃機関は、シリンダ中心軸線１３０Ｊ上から燃焼室１３０Ｎを見た場合に吸気ポート１３０Ｋの中心軸線である吸気ポート中心軸線１３１Ｊとシリンダ中心軸線１３０Ｊとが交差することなく離れている内燃機関の例を示している。図１１に示すような内燃機関の場合、引用文献１に記載の気流制御装置を適用しても、タンブル渦でなくスワール渦１３２Ｋが発生し易い。図１１の例に示す内燃機関の場合、吸気バルブ孔１３１Ｋから燃焼室１３０Ｎ内に流入した新気は、点線にて示すように、シリンダ１３０Ｃの内壁に沿って一方方向に旋回（図１１の例では、反時計回り方向に旋回）してスワール渦１３２Ｋとなり易い。なお、図１１では、吸気バルブと排気バルブと点火プラグの記載を省略している。

【0010】

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、燃焼室に吸気バルブ孔を１つのみ有して新気のタンブル渦を発生させにくい火花点火式内燃機関に対して、燃焼室内に吸い込まれた新気にタンブル渦を発生させ易くすることができる、火花点火式内燃機関の気流制御装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明の第１の発明は、一方端に燃焼室が形成されたシリンダと、前記燃焼室に設けられて前記燃焼室内に新気を導く１つの吸気バルブ孔と、前記吸気バルブ孔へと新気を導く吸気ポートと、前記吸気バルブ孔を開閉する吸気バルブと、を有する火花点火式内燃機関に対して、前記吸気ポート及び前記吸気バルブ孔から前記燃焼室内へ導かれる新気の気流に、前記シリンダの中心軸線であるシリンダ中心軸線に交差する方向に延びるタンブル軸線回りの渦となるタンブル渦を発生させる、火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、前記シリンダ中心軸線上から前記燃焼室を見た場合、前記吸気ポートの中心軸線である吸気ポート中心軸線は、前記シリンダ中心軸線と交差することなく離間しており、前記吸気ポート内における前記吸気バルブ孔の近傍の位置である吸気バルブ上流位置に、前記シリンダ中心軸線上から前記燃焼室を見た場合における前記吸気ポートから前記燃焼室内に吐出される新気の吐出方向を、前記シリンダ中心軸線に近づく方向に変換することが可能な気流方向変換手段を有する、火花点火式内燃機関の気流制御装置である。

【0012】

本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る火花点火式内燃機の気流制御装置であって、前記気流方向変換手段は、前記吸気ポート内の前記吸気バルブ上流位置において前記吸気ポート中心軸線と直交する仮想平面にて前記吸気ポートを切断した断面である吸気バルブ上流断面における前記シリンダ中心軸線から遠い側の縁部に沿った位置となる外側位置に設けられた旋回軸部材と、前記火花点火式内燃機関の運転状態に応じて前記旋回軸部材を旋回させる駆動装置と、一方の縁部が前記旋回軸部材に接続されて前記吸気バルブ上流位置において前記吸気ポート内で前記旋回軸部材とともに旋回する板状部材と、を有している、火花点火式内燃機関の気流制御装置である。

【0013】

本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係る火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、前記板状部材は、前記吸気ポート中心軸線に略直交する状態に旋回された場合、前記吸気バルブ上流断面の全体を覆うことなく前記吸気バルブ上流断面における前記旋回軸部材の周囲の領域である流路外側領域を覆うことが可能な外側部を有している、火花点火式内燃機関の気流制御装置である。

【0014】

本発明の第４の発明は、上記第３の発明に係る火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、前記板状部材は、前記吸気ポート中心軸線に略直交する状態に旋回された場合、前記吸気バルブ上流断面の全体を覆うことなく前記吸気バルブ上流断面における前記燃焼室に近い側の領域である流路燃焼室側領域を覆うことが可能な下側部を有しており、前記外側部と前記下側部にて略Ｌ字状に形成されている、火花点火式内燃機関の気流制御装置である。

【0015】

本発明の第５の発明は、上記第２の発明～第４の発明のいずれか１つに係る火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、前記板状部材は、前記吸気ポート中心軸線に略直交する状態に旋回された全閉相当位置と、前記全閉相当位置から新気の下流側に向かって前記吸気ポートの内壁面に接するまで旋回された全開相当位置と、の範囲で旋回される、火花点火式内燃機関の気流制御装置である。

【0016】

本発明の第６の発明は、上記第１の発明に係る火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、前記気流方向変換手段は、前記吸気ポート内の前記吸気バルブ上流位置における前記シリンダ中心軸線から遠い側の縁部に沿った位置となる外側位置及び当該外側位置の周囲、となる前記吸気ポートの内壁面に設けられて前記吸気ポート内に向かって突出する凸状形状を有する複数の外側突起部を有する、火花点火式内燃機関の気流制御装置である。

【0017】

本発明の第７の発明は、上記第６の発明に係る火花点火式内燃機関の気流制御装置であって、前記気流方向変換手段は、前記吸気バルブ上流位置における前記燃焼室に近い側の縁部に沿った位置となる下側位置及び当該下側位置の周囲、となる前記吸気ポートの内壁面に設けられて前記吸気ポート内に向かって突出する凸状形状を有する複数の下側突起部を有する、火花点火式内燃機関の気流制御装置である。

【発明の効果】

【0018】

第１の発明によれば、１つの吸気バルブ孔が燃焼室に設けられて、シリンダ中心軸線上から見た場合に吸気ポート中心軸線とシリンダ中心軸線とが交差することなく離間しているシステム（図１１の例に示すタンブル渦を発生させにくいシステム）に対して、吸気ポートから燃焼室内に吐出される新気の吐出方向を、シリンダ中心軸線に近づく方向に変換する気流方向変換手段を有する。これにより、燃焼室内に吸い込まれた新気にタンブル渦を発生させ易くすることができる。

【0019】

第２の発明によれば、気流方向変換手段を、シンプルな構造で実現することができる。

【0020】

第３の発明によれば、外側部を有する板状部材とすることで、板状部材の構造を、吸気ポートから燃焼室内に吐出される新気の吐出方向をシリンダ中心軸線に近づく方向に変換する適切な構造にすることができる。

【0021】

第４の発明によれば、外側部と下側部にて略Ｌ字状の板状部材とすることで、燃焼室内への新気の吐出方向を、シリンダ中心軸線に近づく方向に変換するとともに燃焼室から遠くなる側に変換する。これにより、燃焼室内に吐出される新気の方向を、タンブル渦をさらに発生させ易い方向へと変換することができる。

【0022】

第５の発明によれば、吸気ポート内の新気の流れを妨げる吸気抵抗となることを適切に抑制することができる。

【0023】

第６の発明によれば、気流方向変換手段を、外側突起部にてシンプルな構造で実現することができる。

【0024】

第７の発明によれば、外側突起部と下側突起部を有することで、燃焼室内への新気の吐出方向を、シリンダ中心軸線に近づく方向に変換するとともに燃焼室から遠くなる側に変換する。これにより、燃焼室内に吐出される新気の方向を、タンブル渦をさらに発生させ易い方向へと変換することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】火花点火式内燃機関システムの全体構成を説明する図である。

【図2】第１の実施の形態の気流方向変換手段において、シリンダ中心軸線上から燃焼室を見た図であり、駆動装置と旋回軸部材と板状部材を有する気流方向変換手段によって燃焼室内に吐出される新気の吐出方向がシリンダ中心軸線に近づく方向に変換される様子を説明する図である。

【図3】図２の状態を、別の方向から見た図であり、駆動装置と旋回軸部材と板状部材を有する気流方向変換手段によって燃焼室内への吐出方向が変換された新気がタンブル渦を発生させる様子を説明する図である。

【図4】図３におけるＩＶ－ＩＶ断面図であり、吸気バルブ上流断面に配置された、駆動装置と旋回軸部材と板状部材を有する気流方向変換手段の外観を示す図である。

【図5】駆動装置と旋回軸部材と板状部材を有する気流方向変換手段の外観と旋回範囲等を説明する斜視図である。

【図6】第１の実施の形態の気流方向変換手段における、旋回軸部材と板状部材の外観の例を説明する図である。

【図7】外側突起部と下側突起部を有する気流方向変換手段の外観等を説明する斜視図である。

【図8】第２の実施の形態の気流方向変換手段における、外側突起部と下側突起部の外観の例を説明する図である。

【図9】スワール渦の例を説明する図である。

【図10】タンブル渦の例を説明する図である。

【図11】燃焼室に吸気バルブ孔を１つのみ有し、シリンダ中心軸線上から燃焼室を見た場合に吸気ポート中心軸線とシリンダ中心軸線とが交差することなく離間している場合、スワール渦が発生し易い様子を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。本実施の形態の説明では、ガソリンやＬＰＧ（Liquid Petroleum Gas：液化石油ガス）等の液体燃料やＣＮＧ（Compressed Natural Gas：圧縮天然ガス）等の気体燃料を用いた火花点火式内燃機関システムを例として説明する。

【0027】

●［火花点火式内燃機関システム１の全体構成（図１）］
図１を用いて、内燃機関１０（以下、火花点火式内燃機関を内燃機関１０と記載）を制御する火花点火式内燃機関システム１について、吸気側から排気側に向かって順に説明する。

【0028】

吸気管１１Ａの流入側には、吸気流量検出手段３１（例えば、吸気流量センサ）が設けられている。吸気流量検出手段３１は、内燃機関１０が吸入した新気（吸気）の流量に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。また吸気流量検出手段３１には、吸気の温度に応じた検出信号を制御装置５０に出力する吸気温度検出手段３６（例えば、温度センサ）が設けられている。

【0029】

吸気管１１Ａの流出側には、スロットル装置２３の流入側が接続されている。スロットル装置２３は、スロットル駆動手段２３Ａとスロットルバルブ２３Ｂを有している。スロットル駆動手段２３Ａは例えば電動モータであり、制御装置５０からの制御信号に応じてスロットルバルブ２３Ｂを駆動する。スロットルバルブ２３Ｂは、スロットル駆動手段２３Ａにて回動され、吸気管１１Ａの開度を調整することで、内燃機関１０が吸入する新気の量を調整する。例えば制御装置５０は、制御プログラムに基づいて、内燃機関の目標回転数を算出し、当該目標回転数に近づくように、スロットル駆動手段２３Ａと、後述するインジェクタ２２からの燃料噴射量を制御する。

【0030】

スロットル装置２３の流出側には、吸気管１１Ｂの流入側が接続されている。そして吸気管１１Ｂには、インジェクタ２２が設けられている。インジェクタ２２には、燃料タンク２１から燃料配管２１Ａを介して気体燃料が導かれている。そしてインジェクタ２２は、制御装置５０からの噴射信号にて駆動される。制御装置５０は、内燃機関１０の運転状態に応じて、インジェクタ２２に噴射信号を出力し、燃料タンク２１内から燃料配管２１Ａを介して導かれた気体燃料を、内燃機関１０の吸気管１１Ａ（吸気経路）内に噴射する。

【0031】

燃料タンク２１は、例えば燃料ボンベであり、気体状態の気体燃料ＦＧ、または、気体状態の気体燃料ＦＧ及び液体状態の気体燃料ＦＬ、を貯蔵している。気体燃料は、例えばＬＰＧ（Liquid Petroleum Gas：液化石油ガス）やＣＮＧ（Compressed Natural Gas：圧縮天然ガス）であり、燃料タンク２１内の気体状態の気体燃料ＦＧは、燃料配管２１Ａを介してインジェクタ２２に導かれている。なお、図示省略するが、インジェクタ２２に加えてスロットル装置２３の上流側にキャブレターを追加し、燃料配管を介してキャブレターに気体燃料を導くようにしてもよい。

【0032】

吸気管１１Ｂの流出側は吸気ポート１１Ｃに接続されている。そして吸気ポート１１Ｃは内燃機関１０のシリンダ１０Ｃに接続されている。内燃機関１０のシリンダ１０Ｃは、吸気工程にて、吸気管１１Ａ、１１Ｂを介して吸入した新気とインジェクタ２２から噴射された気体燃料とが混合された混合気を、吸気ポート１１Ｃから吸引する。

【0033】

吸気ポート１１Ｃには、気流方向変換手段２６（気流制御装置）が設けられている。なお、気流方向変換手段２６は、駆動装置２６Ａ（例えば、電動モータや、負圧で動作するダイヤフラム等のアクチュエータ）、旋回軸部材２６Ｂ、板状部材２６Ｃ等を有している。気流方向変換手段２６は、吸気ポート１１Ｃからシリンダ１０Ｃの燃焼室内に吐出される新気の吐出方向を変換して、燃焼室内にタンブル渦を発生させる。なお、気流方向変換手段２６の詳細構造や、タンブル渦が発生するしくみ等については後述する。

【0034】

また内燃機関１０は火花点火式内燃機関であるので、シリンダ１０Ｃには点火プラグ２４が取り付けられている。制御装置５０は、内燃機関１０の運転状態に応じて、点火信号をイグナイタ２５に出力して、イグナイタ２５から点火プラグ２４に点火信号を出力させる。点火信号が入力された点火プラグ２４は、シリンダ１０Ｃ内で着火用の火花を発生させる。

【0035】

また内燃機関１０には、回転検出手段３２、クーラント温度検出手段３４等が設けられている。回転検出手段３２は、例えば回転センサであり、内燃機関１０のクランクシャフトの回転数（すなわち、エンジン回転数）に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。クーラント温度検出手段３４は、例えば温度センサであり、内燃機関１０内に循環されている冷却用クーラントの温度を検出し、検出した温度に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0036】

内燃機関１０のシリンダ１０Ｃには排気ポート１２Ａが接続され、排気ポート１２Ａには排気管１２Ｂの流入側が接続されている。また排気管１２Ｂ（排気経路）の流入側には、空燃比検出手段３５が設けられている。空燃比検出手段３５は、例えばＡ／Ｆセンサであり、排気管１２Ｂ内の排気ガスの空燃比に基づいた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0037】

排気管１２Ｂの流出側は触媒４２の流入側に接続されている。触媒４２は、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化して無害化する。

【0038】

制御装置５０は、上記の検出手段を含めた各種の検出手段からの検出信号に基づいて内燃機関１０の運転状態を検出し、上記のインジェクタ２２やスロットル駆動手段２３Ａを含めた各種のアクチュエータを制御する。

【0039】

●［第１の実施の形態の気流方向変換手段２６の構造と、タンブル渦Ｔ１が発生する様子（図２～図６）］
次に図２～図６を用いて、第１の実施の形態の気流方向変換手段２６と、燃焼室１０Ｎ内にタンブル渦Ｔ１（図３～図５参照）が発生する様子について説明する。なお図２は、シリンダ１０Ｃの中心軸線であるシリンダ中心軸線１０Ｊ上から燃焼室１０Ｎを見た図であり、図３は、図２におけるシリンダ中心軸線１０Ｊ及び吸気ポート中心軸線１１Ｊの双方に直交する方向から見た燃焼室１０Ｎの周囲の図であり、図４は、図３におけるＩＶ－ＩＶ断面図を示している。また図５は、図３に示す燃焼室１０Ｎの周囲を別の角度から見た斜視図を示している。また図６は、気流方向変換手段２６の旋回軸部材２６Ｂと板状部材２６Ｃの拡大図であり、図５におけるＶＩ－ＶＩ方向から見た図である。

【0040】

図３～図５に示すように、内燃機関１０のシリンダ１０Ｃの一方端には、（半球状の空間となる）燃焼室１０Ｎが形成されている。そして図２に示すように、燃焼室１０Ｎには、１つの吸気バルブ孔１１Ｋが形成されて当該吸気バルブ孔１１Ｋには吸気ポート１１Ｃが接続されている。吸気バルブ孔１１Ｋには、吸気バルブ孔１１Ｋを開閉する吸気バルブ１１Ｖが配置されている。吸気ポート１１Ｃ内を流れてきた新気Ａ１、Ａ２は、吸気バルブ孔１１Ｋから燃焼室１０Ｎ内に吐出される。

【0041】

また図２に示すように、燃焼室１０Ｎには、１つの排気バルブ孔１２Ｋが形成されて当該排気バルブ孔１２Ｋには排気ポート１２Ａが接続されている。排気バルブ孔１２Ｋには、排気バルブ孔１２Ｋを開閉する排気バルブ１２Ｖが配置されている。また図２～図５に示すように、燃焼室１０Ｎにおける吸気ポート１１Ｃや排気ポート１２Ａに干渉しない位置には、点火プラグ２４が配置されている。

【0042】

図２に示すように、シリンダ中心軸線１０Ｊ上から燃焼室１０Ｎを見た場合、吸気ポート１１Ｃの中心軸線である吸気ポート中心軸線１１Ｊは、シリンダ中心軸線１０Ｊと交差することなく離間している。

【0043】

また図２（及び図３、図５）に示すように、吸気ポート１１Ｃ内における吸気バルブ１１Ｖの上流側の近傍である吸気バルブ上流位置１１Ｐには、気流方向変換手段２６が設けられている。気流方向変換手段２６は、図２に示すように、シリンダ中心軸線１０Ｊ上から燃焼室１０Ｎを見た場合において、吸気ポート１１Ｃから燃焼室１０Ｎ内に吐出される新気Ａ１の吐出方向を、シリンダ中心軸線１０Ｊに近づく方向（新気Ａ２の方向）に変換することが可能である。

【0044】

気流方向変換手段２６（気流制御装置に相当）は、図５及び図６に示すように、駆動装置２６Ａと、旋回軸部材２６Ｂと、板状部材２６Ｃと、を有している。駆動装置２６Ａは、例えば電動モータやダイヤフラム等のアクチュエータであり、内燃機関１０の運転状態に応じて制御装置５０から制御される。

【0045】

旋回軸部材２６Ｂは、図４及び図５に示すように、吸気ポート１１Ｃ内の吸気バルブ上流位置１１Ｐにおいて、吸気ポート中心軸線１１Ｊと直交する仮想平面にて吸気ポート１１Ｃを切断した断面である吸気バルブ上流断面１１Ｍにおけるシリンダ中心軸線１０Ｊから遠い側の縁部に沿った位置となる外側位置１１ＭＡ（図６参照）に設けられている。

【0046】

板状部材２６Ｃは、図２、図４～図６に示すように、一方の縁部が旋回軸部材２６Ｂに接続されて、吸気バルブ上流位置１１Ｐにおいて吸気ポート１１Ｃ内で旋回軸部材２６Ｂとともに旋回する。そして板状部材２６Ｃは、図６（図４における拡大図）に示すように、外側部２６Ｃ１と下側部２６Ｃ２を有して略Ｌ字状に形成されている。

【0047】

板状部材２６Ｃの外側部２６Ｃ１は、吸気ポート中心軸線１１Ｊに略直交する状態に旋回された場合（図５における板状部材２６Ｃの実線の状態の場合）、図４～図６に示すように、吸気バルブ上流断面１１Ｍの全体を覆うことなく、吸気バルブ上流断面１１Ｍにおける旋回軸部材２６Ｂの周囲の領域である流路外側領域１１Ｃ１（図６参照）を覆うことが可能である。

【0048】

板状部材２６Ｃの下側部２６Ｃ２は、吸気ポート中心軸線１１Ｊに略直交する状態に旋回された場合（図５における板状部材２６Ｃの実線の状態の場合）、図４～図６に示すように、吸気バルブ上流断面１１Ｍの全体を覆うことなく、吸気バルブ上流断面１１Ｍにおける燃焼室１０Ｎに近い側の領域である流路燃焼室側領域１１Ｃ２（図６参照）を覆うことが可能である。

【0049】

そして板状部材２６Ｃは、図５にて実線にて示す位置であって吸気ポート中心軸線１１Ｊに略直交する状態に旋回された全閉相当位置と、図５にて２点鎖線にて示す位置であって全閉相当位置から新気（吸気）の下流側に向かって吸気ポート１１Ｃの内壁面に接するまで旋回された全開相当位置と、の範囲で旋回される。例えば制御装置５０は、内燃機関１０の負荷が比較的高負荷の場合では板状部材２６Ｃを全開相当位置に旋回させ、内燃機関１０の負荷が比較的低負荷の場合では板状部材２６Ｃを全閉相当位置に旋回させる。また制御装置５０は、内燃機関１０の負荷が比較的中負荷の場合では板状部材２６Ｃを、負荷に応じて全開相当位置から全閉相当位置の間の任意の旋回角度で旋回させる。板状部材２６Ｃが全閉相当位置に旋回される場合は内燃機関の負荷が低負荷の場合だけであり、その際の新気の流量は比較的少ない。このため、全閉相当位置の板状部材２６Ｃが吸気バルブ上流断面１１Ｍを覆う面積は、例えば８０％程度の面積まで覆うサイズであってもよい。

【0050】

上記の駆動装置２６Ａ、旋回軸部材２６Ｂ、板状部材２６Ｃを有する気流方向変換手段２６にて、図２～図６に示すように、吸気ポート１１Ｃ内を流れてきた新気Ａ１は、気流方向変換手段２６によって、吸気バルブ孔１１Ｋから燃焼室１０Ｎ内に吐出される際、吐出方向が、シリンダ中心軸線１０Ｊに近づく方向に変換される（図２、図５参照）。なお、タンブル渦Ｔ１の流れの先に点火プラグ２４が配置されていると、より好ましい。

【0051】

板状部材２６Ｃの外側部２６Ｃ１（図６参照）は、図２に示すように、燃焼室１０Ｎ内に吐出される新気Ａ２の吐出方向を、シリンダ１０Ｃの内壁面に対して垂直に近い角度θ１で当たる方向に変換するとともに経路を絞ることで新気の流速を増す。これにより、シリンダ中心軸線１０Ｊ回りのスワール渦が発生しにくくなり、図３～図５に示すように、シリンダ中心軸線１０Ｊに交差する方向に延びるタンブル軸線Ｔ１Ｊ回りの渦となるタンブル渦Ｔ１が発生し易くなる。スワール渦でなくタンブル渦を発生させると、上述したように燃焼速度が高くなり、より希薄燃焼が可能となる。

【0052】

板状部材２６Ｃの下側部２６Ｃ２（図６参照）は、燃焼室１０Ｎ内に吐出される新気の吐出方向を、燃焼室１０Ｎから遠ざかる方向に変換するとともに経路を絞ることで新気の流速を増す。これにより、タンブル渦Ｔ１（図３、図５参照）の径をより大きくすることになり、タンブル強度が向上する。なお、板状部材２６Ｃにおける下側部２６Ｃ２（図６参照）を省略し、外側部２６Ｃ１（図６参照）のみを有する形状の板状部材２６Ｃとしてもよい。

【0053】

第１の実施の形態の気流方向変換手段２６は、可動式であり、全開相当位置ではほとんど吸気抵抗にならず、内燃機関の負荷等に応じて種々の旋回角度にして効果を評価できるので便利である。

【0054】

●［第２の実施の形態の気流方向変換手段２６Ｔの構造と、タンブル渦Ｔ１が発生する様子（図７、図８）］
次に図７及び図８を用いて、第２の実施の形態の気流方向変換手段２６Ｔと、燃焼室１０Ｎ内にタンブル渦Ｔ１（図７参照）が発生する様子について説明する。第１の実施の形態の気流方向変換手段２６は駆動装置２６Ａと旋回軸部材２６Ｂと板状部材２６Ｃとを有する可動式であるが、第２の実施の形態の気流方向変換手段２６Ｔは固定式の外側突起部２６Ｖと下側突起部２６Ｈである点が異なる。以下、相違点を主に説明する。

【0055】

気流方向変換手段２６Ｔ（気流制御装置に相当）は、図７及び図８に示すように、吸気ポート１１Ｃ内の吸気バルブ上流位置１１Ｐの位置及びその周辺に設けられた複数の外側突起部２６Ｖと複数の下側突起部２６Ｈとを有している。

【0056】

外側突起部２６Ｖは、図７及び図８に示すように、吸気ポート１１Ｃ内の吸気バルブ上流位置１１Ｐにおけるシリンダ中心軸線１０Ｊから遠い側の縁部に沿った位置となる外側位置１１ＰＡ（図８参照）及び当該外側位置１１ＰＡの周囲となる吸気ポート１１Ｃの内壁面に、複数設けられている。また外側突起部２６Ｖは、吸気ポート１１Ｃ内に向かって突出する円柱状または円錐台状の凸状形状を有している。なお、それぞれの外側突起部２６Ｖのサイズ、配置する数、配置の間隔等は、適宜設定される。

【0057】

下側突起部２６Ｈは、図７及び図８に示すように、吸気ポート１１Ｃ内の吸気バルブ上流位置１１Ｐにおける燃焼室１０Ｎに近い側の縁部に沿った位置となる下側位置１１ＰＢ（図８参照）及び当該下側位置１１ＰＢの周囲となる吸気ポート１１Ｃの内壁面に、複数設けられている。また下側突起部２６Ｈは、吸気ポート１１Ｃ内に向かって突出する円柱状または円錐台状の凸状形状を有している。なお、それぞれの下側突起部２６Ｈのサイズ、配置する数、配置の間隔等は、適宜設定される。

【0058】

上記の複数の外側突起部２６Ｖと複数の下側突起部２６Ｈを有する気流方向変換手段２６Ｔにて、図７に示すように、吸気ポート１１Ｃ内を流れてきた新気Ａ１は、気流方向変換手段２６Ｔによって、吸気バルブ孔１１Ｋから燃焼室１０Ｎ内に吐出される際、吐出方向が、（図２に示すように）シリンダ中心軸線１０Ｊに近づく方向に変換される。なお、タンブル渦Ｔ１の流れの先に点火プラグ２４が配置されていると、より好ましい。

【0059】

外側突起部２６Ｖ（図８参照）は、燃焼室１０Ｎ内に吐出される新気の吐出方向を、シリンダ１０Ｃの内壁面に対して垂直に近い角度θ１（図２参照）で当たる方向に変換する。これにより、シリンダ中心軸線１０Ｊ回りのスワール渦が発生しにくくなり、図８に示すように、シリンダ中心軸線１０Ｊに交差する方向に延びるタンブル軸線Ｔ１Ｊ回りの渦となるタンブル渦Ｔ１が発生し易くなる。スワール渦でなくタンブル渦を発生させると、上述したように燃焼速度が高くなり、より希薄燃焼が可能となる。

【0060】

下側突起部２６Ｈ（図８参照）は、燃焼室１０Ｎ内に吐出される新気の吐出方向を、燃焼室１０Ｎから遠ざかる方向に変換する。これにより、タンブル渦Ｔ１（図７参照）の径をより大きくすることになり、タンブル強度が向上する。なお、複数の下側突起部２６Ｈ（図６参照）を省略し、複数の外側突起部２６Ｖのみを有する気流方向変換手段２６Ｔとしてもよい。

【0061】

第２の実施の形態の気流方向変換手段２６Ｔは、可動式の第１の実施の形態の気流方向変換手段２６と比較して、構造を非常にシンプルとすることができる。

【0062】

本発明の、火花点火式内燃機関の気流制御装置（気流方向変換手段２６、２６Ｔ）は、本実施の形態で説明した構成、構造、形状、動作等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、板状部材２６Ｃの形状や、外側突起部２６Ｖや下側突起部２６Ｈの形状は、本実施の形態にて説明した形状に限定されるものではない。

【0063】

本実施の形態の説明では、気体燃料を用いた火花点火式内燃機関を例にして説明したがこれに限定されず、ガソリンを用いた火花点火式内燃機関等、種々の火花点火式内燃機関に、本実施の形態にて説明した、気流制御装置（気流方向変換手段２６、２６Ｔ）を適用することが可能である。

【符号の説明】

【0064】

１ 火花点火式内燃機関システム
１０ 内燃機関（火花点火式な内燃機関）
１０Ｃ シリンダ
１０Ｊ シリンダ中心軸線
１０Ｎ 燃焼室
１０Ｐ ピストン
１１Ａ、１１Ｂ 吸気管（吸気経路）
１１Ｃ 吸気ポート
１１Ｃ１ 流路外側領域
１１Ｃ２ 流路燃焼室側領域
１１Ｊ 吸気ポート中心軸線
１１Ｋ 吸気バルブ孔
１１Ｍ 吸気バルブ上流断面
１１ＭＡ 外側位置
１１Ｐ 吸気バルブ上流位置
１１ＰＡ 外側位置
１１ＰＢ 下側位置
１１Ｖ 吸気バルブ
１２Ａ 排気ポート
１２Ｂ 排気管（排気経路）
１２Ｋ 排気バルブ孔
１２Ｖ 排気バルブ
２１ 燃料タンク
２１Ａ 燃料配管
２２ インジェクタ
２３ スロットル装置
２３Ａ スロットル駆動手段
２３Ｂ スロットルバルブ
２４ 点火プラグ
２５ イグナイタ
２６、２６Ｔ 気流方向変換手段（気流制御装置）
２６Ａ 駆動装置
２６Ｂ 旋回軸部材
２６Ｃ 板状部材
２６Ｃ１ 外側部
２６Ｃ２ 下側部
２６Ｈ 下側突起部
２６Ｖ 外側突起部
３１ 吸気流量検出手段
３２ 回転検出手段
３４ クーラント温度検出手段
３５ 空燃比検出手段
３６ 吸気温度検出手段
４２ 触媒
５０ 制御装置
ＦＧ 気体燃料（気体状態）
ＦＬ 気体燃料（液体状態）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】