JP3365212B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

内燃機関の吸気装置

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JP3365212B2 JP19353296A JP19353296A JP3365212B2 JP 3365212 B2 JP3365212 B2 JP 3365212B2 JP 19353296 A JP19353296 A JP 19353296A JP 19353296 A JP19353296 A JP 19353296A JP 3365212 B2 JP3365212 B2 JP 3365212B2
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    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、充分な吸気量を得
るために二つの吸気ポートを有するとともに効率よく燃
焼させるためにシリンダ内にスワールを形成する内燃機
関の吸気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、内燃機関の吸気装置において
は、吸気量の増大や燃焼性の改善を図るべくいろいろな
工夫が施されてきている。すなわち、十分な吸気量を得
るべく吸気ポートを二つ設けたり、効率のよい燃焼を達
成すべくシリンダ内に空気のスワールが形成されるよう
に吸気ポートの形状を設計することが行われている。そ
の一例として、隣接して配置される二つの吸気ポートの
うちのスワール上流側吸気ポートをヘリカルポートとし
て形成し、下流側吸気ポートをストレートポートとして
形成した吸気装置が知られている。それらの吸気ポート
をそれぞれ開閉する二つの吸気バルブに関しては、とも
に、バルブリフトもバルブタイミングも同一に設定され
ており、従って、最大バルブリフト量も同一に設定され
ている(例えば、特開平7-158459号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ヘリカルポートは、そ
のバルブリフト量が大きくなるにつれて、徐々に吸入空
気の流量及び形成されるスワールの強度をともに増大さ
せていく方向に作用するものであるが、所定のリフト量
を越えると流量の増加はなくなり、その所定のリフト量
以上にリフト量を増大させると、スワール強度は低下し
ていく。従来技術は、このようなヘリカルポートの特性
を考慮していないため、必ずしもスワール強度の向上を
最大限にまで追求したものではない。
【0004】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、二つ
の吸気ポートを有しシリンダ内にスワールを形成する内
燃機関の吸気装置において、スワール上流側に位置する
ヘリカル吸気ポートの効率を最大限にまで高め、スワー
ル強度を向上させて燃焼性を改善し、出力・排気性能の
更なる向上を図ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく案
出された、本発明に係る、内燃機関の吸気装置は、シリ
ンダ軸線に直交する面における入射方向がシリンダ内壁
接線方向に一致するようにしてシリンダへと延びる第1
吸気ポートと、前記第1吸気ポートに対しスワール上流
側に隣接して配置されるとともにヘリカルポートとして
形成された第2吸気ポートと、を備えた内燃機関の吸気
装置において、前記第1吸気ポートに対応する第1吸気
バルブの最大リフト量よりも前記第2吸気ポートに対応
する第2吸気バルブの最大リフト量が小さく設定されて
いることを特徴とする。
【0006】上述の如く構成された内燃機関の吸気装置
においては、第1吸気ポートに対応する第1吸気バルブ
の最大リフト量よりも、ヘリカルポートである第2吸気
ポートに対応する第2吸気バルブの最大リフト量が小さ
く設定されているため、第2吸気バルブのリフト量が大
きすぎることによるスワール悪化が抑制されることがで
きるとともに、第1吸気バルブのリフト量がより大きく
されることによりスワール強度が増大する方向に作用す
るため、全体としてシリンダ内に形成されるスワールの
強度は向上する。
【0007】また、本発明によれば、前記第2吸気バル
ブの最大リフト量は、前記第2吸気ポートの流量係数
(空気吸入能力を表す)とスワール係数(スワール形成
能力を表す)との積がほぼ最大となるときの前記第2吸
気バルブのリフト量として設定されていることが好まし
い。
【0008】ヘリカルポートである第2吸気ポートの流
量係数とスワール係数との積がほぼ最大となるように第
2吸気バルブの最大リフト量が決定されることにより、
吸入空気の流量及びシリンダ内に形成されるスワールの
強度をともに大きくすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。
【0010】図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機
関の吸気装置を説明するための図であってシリンダヘッ
ド内のポート配置を模式的に示す部分横断面図である。
同図に示される内燃機関は、一つのシリンダ5当たり二
つの吸気バルブ及び二つの排気バルブを備えるものであ
る。そして、その吸気装置は、エンジンセンタライン9
と平行に配置された第1吸気バルブ3及び第2吸気バル
ブ4と、それらに対応してシリンダヘッド8に形成され
た第1吸気ポート1及び第2吸気ポート2とから構成さ
れている。なお、符号6及び7は、第1排気ポート及び
第2排気ポートをそれぞれ示す。
【0011】隣接して配置されている二つの吸気ポート
のうちの第1吸気ポート1は、スワール下流側に位置
し、シリンダ軸線に直交する面における入射方向がシリ
ンダ内壁接線方向に一致するようにしてシリンダへと延
びているストレートポートとして形成されている。ま
た、第2吸気ポート2は、スワール上流側に位置し、シ
リンダ中心方向へと延びるヘリカルポートとして形成さ
れている。
【0012】図2は、図1の吸気装置においてクランク
角とバルブリフト量との関係が従来どのように設定され
ていたかを示す特性図である。従来は、高い流量係数と
高いスワール係数とを両立させるべく、この図に示され
るように、第1吸気バルブ3及び第2吸気バルブ4の双
方ともに、バルブリフトは、動弁系の強度の許容範囲内
で最大となるように設定されており、また、双方のバル
ブタイミングも同一に設定されていた。
【0013】図3は、図1の吸気装置において、バルブ
リフト量の変化に対して流量係数、スワール係数、及び
ポート効率がどのように変化するかを、(A)第1吸気
ポート1の場合及び(B)第2吸気ポート2の場合につ
いて示す特性図である。ここで、ポート効率は、流量係
数とスワール係数との積として算出することが可能なパ
ラメータである。第1吸気ポート1の場合、同図(A)
に示されるように、バルブリフト量が増大するにつれ
て、流量係数及びスワール係数ともに増大していくた
め、その結果、ポート効率も増大していく。一方、スワ
ール上流側に位置するヘリカルポートである第2吸気ポ
ート2の場合、同図(B)に示されるように、流量係数
は第1吸気ポート1の場合と同様の特性を示すが、スワ
ール係数は、バルブリフト量が所定値L1 を超えると減
少し、その結果、ポート効率は、バルブリフトがL1
ときに最大となり、その後は低下する。
【0014】従来技術においては、第1吸気ポート1及
び第2吸気ポート2ともにバルブリフト量の最大値L
max までバルブをリフトさせていたため、第2吸気ポー
ト2については、ポート効率の悪化域を使用していたこ
ととなる。その結果、スワール強度が低下して燃焼が悪
化するため、出力・排気性能の低下を招いていた。
【0015】次に、図3に示されるような特性が現れる
理由について説明する。図4は、第1吸気バルブ3及び
第2吸気バルブ4の近傍での吸入空気の速度ベクトルを
示す図である。第1吸気バルブ3に対応する第1吸気ポ
ート1においては吸入空気速度ベクトルのシリンダ接線
成分がシリンダ内にスワールを形成し、一方、第2吸気
バルブ4に対応する第2吸気ポート2においてはねじり
成分がシリンダ内にスワールを形成する。
【0016】図5は、図1のA−A線に沿う縦断面図で
あって第1吸気ポート1における吸入空気の流れを示す
図である。第1吸気ポート1においては、低バルブリフ
ト域では、第1吸気バルブ3とバルブシート10との隙
間であるバルブカーテン部により、図6(A)に示され
るようにシリンダ接線方向に流入する空気の流れが広げ
られるため、スワールは弱まる。ところが、バルブリフ
ト量が大きくなるにつれて、第1吸気ポート1によって
導かれるシリンダ接線方向の流れが、図6(B)に示さ
れるようにバルブカーテン部により広げられることなく
そのままシリンダ内に流入するようになるため、スワー
ルは強くなる。このような理由により、第1吸気ポート
1のスワール係数の特性曲線は図3(A)に示されるよ
うになるのである。
【0017】一方、図7は、図1のB−B線に沿う縦断
面図であって、ヘリカルポートである第2吸気ポート2
における吸入空気の流れを(A)中バルブリフト域及び
(B)高バルブリフト域について示す図である。中バル
ブリフト域では、同図(A)に示されるように、ヘリカ
ルポートにより形成されたねじれ流が第2吸気バルブ4
によりシリンダ軸法平面成分に変換され、強いスワール
が得られるが、さらにバルブリフト量が大きくなると、
同図(B)に示されるように、第2吸気バルブ4の脇を
通り抜ける空気の割合が多くなり、シリンダ軸法平面成
分に変換されにくくなり、スワール強度は逆に低下する
傾向となる。このような理由により、第2吸気ポート2
のスワール係数の特性曲線は図3(B)に示されるよう
になるのである。
【0018】そこで、本発明では、ヘリカルポートであ
る第2吸気ポート2に対応する第2吸気バルブ4のバル
ブリフトを、従来の図2に代えて図8に示すように設定
する。すなわち、ヘリカルポートのスワール係数及びポ
ート効率が最も良好なバルブリフト量L1 (図3(B)
参照)に最大バルブリフト量を制限するのである。こう
することにより、第2吸気ポート2の性能悪化を防止す
ることができる。
【0019】また、図9は、スワール上流に位置するヘ
リカル吸気ポート2のバルブシート径の変化に対する流
量係数、スワール係数、及びポート効率の変化を示す特
性図である。従来、バルブシート径を最大値dmax から
所定値d1 に縮小することによりスワール係数が最も高
くなるように設定し、それに伴う流量係数の低下は、ス
ワール下流側に位置する吸気ポートをヘリカルポートと
してそのヘリカル絞りを大きくすることにより補償し、
二つの吸気ポート全体として高スワール強度と高流量と
を両立する吸気装置が知られている。
【0020】このような吸気装置においては、第2吸気
ポート2に対応する第2吸気バルブ4のバルブリフト量
の変化に対する流量係数、スワール係数、及びポート効
率の変化は、図10において点線で表される各曲線に示
されるものとなる。従って、この場合には、バルブリフ
ト量L2 (<L1 <Lmax )においてスワール係数及び
ポート効率が最大となるため、第2吸気ポート2を開閉
する第2吸気バルブ4の最大リフト量をL2 に制限する
ことで、ポート効率を最大限に高めることができること
となる。
【0021】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
く、様々な実施形態を案出することは当業者にとって容
易なことであろう。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
二つの吸気ポートを有しシリンダ内にスワールを形成す
る内燃機関の吸気装置において、スワール上流側に位置
するヘリカル吸気ポートの効率が最大限まで高められ、
シリンダ内に形成されるスワールの強度が向上するた
め、燃焼性が改善され、出力・排気性能の更なる向上が
図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気装置
を説明するための図であってシリンダヘッド内のポート
配置を模式的に示す部分横断面図である。
【図2】図1の吸気装置においてクランク角とバルブリ
フト量との関係が従来どのように設定されていたかを示
す特性図である。
【図3】図1の吸気装置において、バルブリフト量の変
化に対して流量係数、スワール係数、及びポート効率が
どのように変化するかを、(A)第1吸気ポート1の場
合及び(B)第2吸気ポート2の場合について示す特性
図である。
【図4】第1吸気バルブ3及び第2吸気バルブ4の近傍
での吸入空気の速度ベクトルを示す図である。
【図5】図1のA−A線に沿う縦断面図であって第1吸
気ポート1における吸入空気の流れを示す図である。
【図6】第1吸気バルブ3の近傍での吸入空気の速度ベ
クトルを(A)低バルブリフト域及び(B)高バルブリ
フト域について示す図である。
【図7】図1のB−B線に沿う縦断面図であって、ヘリ
カルポートである第2吸気ポート2における吸入空気の
流れを(A)中バルブリフト域及び(B)高バルブリフ
ト域について示す図である。
【図8】ヘリカルポートである第2吸気ポート2におい
てクランク角とバルブリフト量との関係が本発明により
どのように設定されるかを示す特性図である。
【図9】スワール上流に位置するヘリカル吸気ポート2
のバルブシート径の変化に対する流量係数、スワール係
数、及びポート効率の変化を示す特性図である。
【図10】第2吸気ポート2に関してバルブリフト量の
変化に対する流量係数、スワール係数、及びポート効率
の変化を、バルブシート径が最大値dmax の場合(実
線)及び所定値d1 の場合(点線)について示す特性図
である。
【符号の説明】
1…第1吸気ポート 2…第2吸気ポート 3…第1吸気バルブ 4…第2吸気バルブ 5…シリンダ 6…第1排気ポート 7…第2排気ポート 8…シリンダヘッド 9…シリンダセンタライン 10…第1吸気ポートのバルブシート 11…第2吸気ポートのバルブシート
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−199923(JP,A) 特開 平6−221171(JP,A) 特開 平5−187240(JP,A) 特開 平7−189713(JP,A) 特開 平6−272561(JP,A) 特開 昭57−91320(JP,A) 特開 昭63−208615(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 31/00 - 31/02 F02D 41/02 - 41/04 F02F 1/42 F02D 13/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダ軸線に直交する面における入射
    方向がシリンダ内壁接線方向に一致するようにしてシリ
    ンダへと延びる第1吸気ポートと、前記第1吸気ポート
    に対しスワール上流側に隣接して配置されるとともにヘ
    リカルポートとして形成された第2吸気ポートと、を備
    えた内燃機関の吸気装置において、前記第1吸気ポート
    に対応する第1吸気バルブの最大リフト量よりも前記第
    2吸気ポートに対応する第2吸気バルブの最大リフト量
    が小さく設定されていることを特徴とする内燃機関の吸
    気装置。
  2. 【請求項2】 前記第2吸気バルブの最大リフト量は、
    前記第2吸気ポートの流量係数とスワール係数との積が
    ほぼ最大となるときの前記第2吸気バルブのリフト量と
    して設定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。
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