JP2007154690A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一吸気ポート内で旋回流とタンジェンシャル流との干渉を抑制できる内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１のシリンダ２に開口する開口部４ａと、シリンダ２の接線方向に延びて開口部４ａに続く主流部４ｂと、主流部４ｂに隣接し、かつ開口部４ａの周方向に沿って湾曲しながら湾曲の終端で主流部４ｂと合流するようにして開口部４ａに続くヘリカル部４ｃと、を同一ポート内に有する吸気ポート４と、ヘリカル部４ｃの湾曲の終端と主流部４ｂとが合流する合流位置に配置され、シリンダ２の中心線ＣＬ方向に延びるガイド板１０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダに吸気を導入する内燃機関の吸気装置に関する。

一つのシリンダに対して二つのヘリカルポートが設けられ、これらのヘリカルポートが近接し合う部分において、ポート内部の側部方向に突出する突起を各ポートに形成した内燃機関の吸気装置が知られている（特許文献１）。二つのヘリカルポートが近接し合う部分は、各ポートから導かれる吸入空気が相対する方向に流れ合い、流れが相互に干渉し合うおそれがある。特許文献１の装置は、ポート内部に形成した突起により吸入空気の流れが弱められるので、シリンダ内で各ポートから導かれた吸入空気の流れが互いにぶつかり合うことによる干渉が低減される。また、ヘリカルポートのヘリカル部にスワール制御板を設け、このスワール制御板を内燃機関の運転状態に応じてシリンダに近付く側と遠ざかる側との間で姿勢を変更することにより、シリンダへ導かれる吸入空気の流れ方向を変化させる内燃機関の吸気装置がある（特許文献２）。その他、ヘリカルポートの通路断面をＬ字状に形成し、シリンダの接線方向に向かうタンジェンシャル流と旋回流とを同一ポート内で生成できるようにした吸気装置が存在する（特許文献３）。

特開平８−２４６８８５号公報 実開平７−３８６２７号公報 特開平２−１４７８３０号公報

これらの文献の吸気装置は、ヘリカルポートのヘリカル部によって生成された旋回流と、シリンダの接線方向に向かうタンジェンシャル流とがポート内で互いにぶつかり合って干渉するため、タンジェンシャル流の成分が弱められてスワール流の生成に支障を来すおそれがある。特に、特許文献３の吸気装置では、ポートの断面形状をＬ字状にしてタンジェンシャル流の成分を相対的に高めたにも拘わらず、旋回成分との干渉によってタンジェンシャル流の成分を相対的に高めた効果が十分に発揮できないおそれがある。

そこで、本発明は、同一吸気ポート内で旋回流とタンジェンシャル流との干渉を抑制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。

本発明の内燃機関の吸気装置は、内燃機関のシリンダに開口する開口部と、前記シリンダの接線方向に延びて前記開口部に続く主流部と、前記主流部に隣接し、かつ前記開口部の周方向に沿って湾曲しながら湾曲の終端で前記主流部と合流するようにして前記開口部に続くヘリカル部と、を同一ポート内に有する吸気ポートと、前記吸気ポートの前記ヘリカル部の湾曲の終端と前記主流部とが合流する合流位置に配置され、前記シリンダの中心線方向に延びるガイド部材と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

この吸気装置によれば、吸気ポートの主流部によってシリンダの接線方向に向かうタンジェンシャル流が生成されるとともに、吸気ポートのヘリカル部によって旋回流が生成される。そして、ヘリカル部の湾曲の終端と主流部との合流位置にガイド部材が設けられているので、ヘリカル部によって生成された旋回流が主流部によって生成されたタンジェンシャル流に衝突することが回避される。これにより、吸気ポート内において旋回流とタンジェンシャル流との干渉が抑制され、所望のスワール流をシリンダ内に形成することができる。

本発明の吸気装置においては、前記ガイド部材を、前記開口部に配置された前記内燃機関の吸気バルブの開閉動作に連動させて前記シリンダの中心線方向に駆動するガイド部材駆動機構を更に備えてもよい（請求項２）。この場合は、内燃機関の吸気バルブの開閉動作に連動してガイド部材がシリンダの中心線方向に動作する。そのため、吸気バルブが開方向にリフトされて開口部との間に空間が生じた場合でも、その空間をガイド部材にて仕切ることができる。従って、吸気バルブのバルブリフト量に拘わらず、旋回流とタンジェンシャル流との干渉を抑制する効果を維持することができる。

この態様においては、ガイド部材駆動機構として、前記ガイド部材と前記吸気バルブのバルブステム部とを連結する連結手段が設けられていてもよい（請求項３）。この場合、ガイド部材と吸気バルブのバルブステム部とが連結手段で連結されるので、ガイド部材を吸気バルブの開閉動作と連動してシリンダの中心線方向に動作させることができる。しかも、シリンダの中心線方向に関するガイド部材の長さを吸気バルブのストロークに合わせて設定することにより、例えば吸気ポートが形成されたシリンダヘッドを貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔にガイド部材を配置する等の特別な加工をシリンダヘッドに施さなくても吸気ポートの内壁とガイド部材との干渉を容易に回避しつつガイド部材を駆動することができる。従って、シリンダヘッドの設計及び加工に要するコストを低減することができる。

本発明の吸気装置においては、前記ガイド部材が前記シリンダの接線方向に延びていてもよい（請求項４）。この場合には、旋回流とタンジェンシャル流との干渉を回避しつつ、それと同時に主流部で生成されるタンジェンシャル流をシリンダの接線方向に向かって案内することもできる。従って、タンジェンシャル流の指向性を向上できるので、スワール流の形成に有利である。

以上説明したように、本発明によれば、、吸気ポートのヘリカル部の湾曲の終端と主流部とが合流する合流位置に、シリンダの中心線方向に延びるガイド部材を配置したので、同一吸気ポート内で旋回流とタンジェンシャル流との干渉を抑制することができる。

（第１の形態）
図１は本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の要部を模式的に示した斜視図である。内燃機関１はディーゼルエンジンとして構成されていて、シリンダ２へ吸気を導入するための二つの吸気ポート４、５と、燃焼後の排気をシリンダ２から排出するための二つの排気ポート６、６とを備えている。なお、吸気ポート５及び排気ポート６、６については開口部を破線で示して形状の図示を省略した。吸気ポート５は周知のヘリカルポートである。二つの吸気ポート４、５のそれぞれの開口部４ａ、５ａには、吸気バルブ７が一つずつ配置されている（吸気ポート５については図示を省略した）。二つの排気ポート６、６においても、それぞれの開口部に図示しない排気バルブが一つずつ配置されている。

図２〜図７は図１に示した吸気ポート４の詳細を示し、図２は吸気ポート４を上方から見た平面図、図３〜図７は図２のａ〜ｅの各断面を示した断面図である。これらの図に示すように、吸気ポート４はシリンダ２の接線方向ｔ（図２）に延びて開口部４ａに続く主流部４ｂと、この主流部４ｂに隣接し、かつ開口部４ａの周方向ｓ（図２）に沿って湾曲しながら湾曲の終端で主流部４ｂと合流するようにして開口部４ａに続くヘリカル部４ｃとを同一ポート内に有している。開口部４ａには吸気バルブ７を着座させるためのバルブシート９が嵌め込まれている。主流部４ｂはヘリカル部４ｃよりもシリンダ２に近い側（図３〜図７の下側）に位置し、ヘリカル部４ｃに隣接している。そして、図５及び図６にそれぞれ示すように、主流部４はシリンダ２を横切る方向の横幅がヘリカル部４ｃの横幅よりも大きくなるように形成されて、吸気ポート４の断面形状が略Ｌ字状を呈している。また、図１、図３、図６及び図７に示すように、ヘリカル部４ｃは開口部４ａの周方向ｓ（図２）に沿って湾曲する過程で、シリンダ２の中心線ＣＬ（図１）の方向の縦幅が漸次小さくなるように構成されている。また、ヘリカル部４ｃは開口部４ａに近付くに従い、徐々に横幅が狭くなるように形成されている。

以上の吸気ポート４によれば、図１に示すように主流部４ｂによってシリンダ２の接線方向に向かうタンジェンシャル流ｆ１と、ヘリカル部４ｃによって旋回流ｆ２とがそれぞれ生成される。その結果、タンジェンシャル流ｆ１によりシリンダ２内にスワール流Ｆｓｗが形成される。

図２に示すように、この形態の吸気装置は、吸気ポート４のヘリカル部４ｃ湾曲の終端と主流部との合流位置Ｘにおいて、タンジェンシャル流ｆ１と旋回流ｆ２とが互いにぶつかり合って干渉することを回避するため、ガイド部材としてのガイド板１０が配置されている。ガイド板１０は、図１及び図２に示すように、シリンダ２の中心線ＣＬの方向に延びるとともに、シリンダ２の接線方向ｔに延びるように構成された板状体である。ガイド板１０は、図３及び図７に示すように、シリンダヘッド８を貫くように形成されてシリンダ２の上下方向に延びる貫通孔８ａに配置される。ガイド板１０は吸気ポート４に対して静止していてもよいが、この形態の吸気装置では、図８に示すように、吸気バルブ７の開閉動作に連動させてガイド板１０を駆動するガイド板駆動機構２１が設けられている。

図８は、ガイド板駆動機構２１の詳細を模式的に示した説明図である。この図に示すように、ガイド板駆動機構２１は吸気バルブ７を開閉駆動するためのバルブリフタ３３に結合されたコネクション部材２３と、ガイド板１０をコネクション部材２３へ押し付ける方向に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング２５と、を備えている。周知のように、吸気バルブ７は、内燃機関１のクランク軸（不図示）の回転を駆動源とした動弁機構３０によって開閉駆動される。動弁機構３０は、クランク軸にて駆動されるカム軸３１と、このカム軸３１に設けられたカム３２と、カム３２と接触して吸気バルブ７を開閉する方向に動作するバルブリフタ３３と、吸気バルブ７を追従させるためのバルブスプリング３４と、を備えている。

これにより、動弁機構３０のカム３２が回転すると、カム３２のプロファイルに応じてバルブリフタ３３が矢印方向に変位し、その変位により吸気バルブ７が開閉駆動される。ガイド板駆動機構２１のコネクション部材２３は、バルブリフタ３３と結合しているため、ガイド板１０はコネクション部材２３によって吸気バルブ７の開閉動作と連動してシリンダ２の中心線ＣＬの方向（図の上下方向）に駆動される。なお、図８の形態において、コネクション部材２３とガイド板１０とを連結することにより、コイルスプリング２５を省略することもできる。

以上の形態によれば、内燃機関１の吸気バルブ７の開閉動作に連動してガイド板１０がシリンダ２の中心線ＣＬ方向に動作する。そのため、吸気バルブ７が開方向にリフトされて開口部４ａとの間に空間が生じた場合でも、その空間をガイド板１０にて仕切ることができる。従って、吸気バルブ７のバルブリフト量に拘わらず、旋回流ｆ２とタンジェンシャル流ｆ１との干渉を抑制する効果を維持することができる。また、ガイド板１０は図２に示すように、シリンダ２の接線方向ｔに延びるように構成されているので、旋回流ｆ２とタンジェンシャル流ｆ１との干渉を回避しつつ、それと同時に主流部４ｂで生成されるタンジェンシャル流ｆ１をシリンダ２の接線方向ｔに向かって案内することもできる。従って、タンジェンシャル流ｆ１の指向性を向上できるので、スワール流の形成に有利である。

（第２の形態）
次に、本発明の吸気装置の第２の形態を図９及び図１０を参照しながら説明する。この形態は、ガイド板１０を駆動する機構が第１の形態と相違することを除き、第１の形態と同様の構成である。従って、第１の形態と共通する構成については、図１〜図７が適宜に参照される。図９は第２の形態に係るガイド板駆動機構２２を示し、図１０は第１の形態の図３に対応する第２の形態に係る吸気ポートの断面を示している。

図９に示すように、第２の形態では、ガイド板１０を駆動するガイド板駆動機構２２として、吸気バルブ７のバルブステム部７ａとガイド板１０とを連結する連結手段としての連結部材２４が設けられている。これにより、動弁機構３０が吸気バルブ７を開閉駆動すると、吸気バルブ７の開閉動作と連動してガイド板１０が連結部材２４にてシリンダ２の中心線ＣＬの方向に駆動される。また、この形態に係るガイド板１０は、図１０に示すように、吸気ポート４の内壁とのクリアランスＣｒが吸気バルブ７のストロークＳｔ以上となるようにシリンダ２の中心線ＣＬの方向に関する長さが設定されている。そのため、第１の形態のようにシリンダヘッド８を貫く貫通孔８ａ（図３）を設けるといったシリンダヘッド８に対する特別の加工を施すことなく、吸気ポート４の内壁とガイド板１０との干渉を容易に回避しつつガイド板１０を駆動できる。従って、第２の形態によれば、シリンダヘッド８の設計及び加工に要するコストを低減することができる。

本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実現してもよい。本発明の吸気装置は、シリンダ内にスワール流を形成することが要望されるディーゼルエンジンに適用されることに適しているが、他の形式の内燃機関への本発明の適用を排除するものではなく、例えばガソリンエンジンに適用することもできる。

また、一つのシリンダに対して二つ以上の複数の吸気ポートを設ける形態に限定されず、一つのシリンダに対して一つの吸気ポートを設ける形態に本発明の吸気装置を適用することもできる。一つのシリンダに対して複数の吸気ポートを設けた場合には、本発明を一部の吸気ポートに対して適用してもよいし、全ての吸気ポートに適用してもよい。

本発明に係る吸気ポートとしては、上述した各形態のように、通路断面を略Ｌ字状に形成し、シリンダの接線方向に向かうタンジェンシャル流と旋回流とを同一ポート内で生成できるようにした形態に制限されず、主流部とヘリカル部との間で横幅が同一の周知の吸気ポートに本発明を適用することもできる。

本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の要部を模式的に示した斜視図。 図１の吸気ポートを上方から見た平面図。 図２のａ−ａ線に沿った断面図。 図２のｂ−ｂ線に沿った断面図。 図２のｃ−ｃ線に沿った断面図。 図２のｄ−ｄ線に沿った断面図。 図２のｅ−ｅ線に沿った断面図。 ガイド板駆動機構の詳細を示した説明図。 第２の形態に係るガイド板駆動機構の詳細を示した説明図。 図３に対応する第２の形態に係る吸気ポートの断面を示す断面図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダ
４ 吸気ポート
４ａ 開口部
４ｂ 主流部
４ｃ ヘリカル部
７ 吸気バルブ
７ａ バルブステム部
１０ ガイド板（ガイド部材）
２１、２２ ガイド板駆動機構（ガイド部材駆動機構）
２４ 連結部材（連結手段）
ｔ シリンダの接線方向
ｓ 開口部の周方向
ＣＬ シリンダの中心線
Ｘ 合流位置

Claims (4)

1. 内燃機関のシリンダに開口する開口部と、前記シリンダの接線方向に延びて前記開口部に続く主流部と、前記主流部に隣接し、かつ前記開口部の周方向に沿って湾曲しながら湾曲の終端で前記主流部と合流するようにして前記開口部に続くヘリカル部と、を同一ポート内に有する吸気ポートと、前記吸気ポートの前記ヘリカル部の湾曲の終端と前記主流部とが合流する合流位置に配置され、前記シリンダの中心線方向に延びるガイド部材と、を備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記ガイド部材を、前記開口部に配置された前記内燃機関の吸気バルブの開閉動作に連動させて前記シリンダの中心線方向に駆動するガイド部材駆動機構を更に備え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。
3. 前記ガイド部材駆動機構として、前記ガイド部材と前記吸気バルブのバルブステム部とを連結する連結手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記ガイド部材が前記シリンダの接線方向に延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
   

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