JP5232080B2 - 内燃エンジンのための吸気通路 - Google Patents

Description

本発明は一般的に、内燃エンジンのための吸気通路に関する。具体的には、本発明は、エンジンシリンダー内でスワールレベルを変化させるために使用されてもよい内燃エンジンのための吸気通路に関する。

燃料／空気供給混合の敏速且つ効果的な内燃を促進するための内燃エンジンの内燃室におけるスワール（渦巻）を提供するために、膨大な装置及び方法が長期に渡り提案されてきた。これらの装置及び方法は、エンジンシリンダー内において様々なスワールレベルを提供することができるエンジン吸気通路の提供を含む。

米国特許４６９９１０４号 米国特許６５９８５８５号 米国特許４４３２３１２号 米国特許４７４５８９０号 米国特許５４３５２８３号 米国特許５７０４３２４号 米国特許４４６５０３４号 米国特許４２０７８５４号 米国特許公開第２００４−０２４４７６７号

これまで過去数十年にわたりエンジンシリンダーにおける様々なスワールレベルを提供するために入手可能な技術においてゆっくりだが安定した改良が行われてきた。しかしながら、燃料節約及びエンジン出力性能を促進する目的でエンジンシリンダーにおいてチャージ運動を更に改良するための改善された方法及び装置を提供する必要が常に存在している。

本発明の第一の観点によると、内燃エンジン用の吸気通路が提供される。提案される吸気通路は、調節可能な位置ガイド翼を含む。ガイド翼は、一つかそれ以上のエンジンのシリンダー内の平均スワールレベルを変化させるために吸気通路の内部で速度分布を修正するために構成される。

本発明の第二の観点によると、エンジンマニホールドとエンジンの吸気通路との間に一致するように構成されるアダプタ装置を提供される。アダプタ装置は、ハウジングと、ハウジング内部に配置される調整可能な位置ガイド翼とを含む。ガイド翼は、一つかそれ以上のエンジンのシリンダー内の平均スワールレベルを変化させるために吸気通路の内部で速度分布を修正するために構成される。

内燃エンジンの最適なスワールレベルを得ることは、シリンダー内部の乱れ強さに影響を与えるだけでなく、大規模の混合を変化しエンジンのための改良された内燃プロセスを導くので重要である。

本発明の様々な観点及び実施形態は、一つかそれ以上のエンジンシリンダー内の平均スワールレベルを変化させるために作動されてもよい正確に制御可能なガイド翼を提供する。そのようなガイド翼の正確さ及び／又は配置は、例えば改良された燃料節約及び／又は最適化されたエンジン出力性能に導く改良された内燃エンジンを提供するために平均スワール数を設定することを可能にする。

更に、本発明の様々な実施形態は、そのような従来のエンジンを実質的に再設計又は再加工することなく、従来エンジンに上述の利益を付け加えるために存在する従来のエンジン吸気通路に改造されてもよい。

本発明の様々な観点及び実施形態は、添付の図面に関連して説明される。
本発明に従った内燃エンジンの吸気通路の平面図である。 図１の吸気通路の接線ポートからの流れの概略図である。 図１の吸気通路のヘリカルポートからの流れの概略図である。 本発明の様々な実施形態の運転メカニズムを概略的に示した図である。 本発明の様々な実施形態の運転メカニズムを概略的に示した図である。 吸気通路の流れ形状を変化させるために異なる位置に二つの翼が搭載されるアダプタ装置を含む、本発明の他の実施形態の概略の平面図である。 図５Ａの更なる実施形態の概略斜視図である。

図１は、内燃エンジン用の吸気通路１００を示した平面図である。吸気通路１００は、ヘリカルポート１４０と、吸気通路インレット１３０から遠位部にある接線ポート１５０とを有する。吸気通路インレット１３０は、エンジンの流れをヘリカルポート及び接線ポートに方向付ける。

調節可能な位置ガイド翼１２０は、吸気通路１００の中に配置される。ガイド翼１２０は、内燃エンジン（図示せず）のシリンダー２００内の平均スワール（渦巻）レベルを変化させるように、吸気通路１００の内部で速度分布を修正するために構成される。

吸気通路１００内部（分岐していない）で、流れはヘリカルポート１４０と接線ポート１５０に配給される。吸気通路１００は、内部で分岐する必要はない。吸気通路１００の流れの速度分布は、一つか又はいくつかのガイド翼１２０を使用して制御されてもよい。これは、速度に対して相当な制御が及ぼされることを可能にし、又更に圧力降下を最小にする可能性を提供する。従って、本発明の様々な実施形態の流量係数を最小にすることが可能である。なぜなら、ガイド翼２００の目的は、一つかそれ以上のポート１４０、１５０を通じる流れを遮断することではなく、吸気通路１００内部の流速形状を修正することだからである。
ガイド翼１２０用の材料は、例えばアルミニウム、プラスチック、炭素繊維などのエンジンの作動環境に耐えられるものならいかなる物質でもよい。翼１２０のサイズと形状は、具体的なエンジン用途により定義される。

シリンダー内のスワールの質重量平均を定義する平均スワール数Ｄ_ｍは、以下の式で定義される。

Ｄ_ｉは所定のバルブ浮上のためのスワール数であり、

は実質量流れであり、Δｔは時間間隔を表す。

様々な実施形態において、混合リングは流れを方向付けるために、また平均スワール数を増やす目的で接線ポート１５０の出口で流速を速めるために使用されてもよい。更に、本発明の様々な実施形態を使用することで、同様の吸気通路で異なる燃料に必要とされる最適な平均スワール数を得るために異なるスワールレベルが提供される。スワール数の微調整は、シリンダーごとに個別で行われてもよい。

例えば、異なる燃料は異なる燃焼速度を有している場合があり、そして最適な内燃エンジン性質を得るために、異なる乱流レベルを必要とする。エンジン内においてスワールレベルの変化を可能にすることにより、吸気通路設計を変更する必要が無く、所定の燃料タイプに必要とされる平均スワール数を選択することが可能である。

図２は、図１の吸気通路１００の接線ポート１５０からのシリンダー２００へ入り込む流量分布の概略である。稼働中、矢印１５４の方向で接線ポート１５０を通って入り込む流れは、シリンダー壁と流れとの相互作用によりスワール１５６を生成する。シリンダー内の平均スワール１５６は、ガイド翼１２０の位置を調節することにより変えられてもよい。

図３は、図１の吸気通路１００のヘリカルポート１４０からのシリンダー２００へ入り込む流量分布の概略である。矢印１５４の方向でヘリカルポート１４０を通って入り込む流れは、ヘリカルポート１４０の内部にスワール１５６を生成する。スワール１４６は、シリンダー軸方向の周りで接線速度要素の誘発により生成される。シリンダー２００におけるスワール１４６の度合いもまた、ガイド翼１２０の位置を調整することにより変えられてもよい。

二つのポート１４０、１５０によって生成されるスワールの組み合わせは、吸気通路１００の平均スワール数を定義する。

図４Ａ及び図４Ｂは、ガイド翼１２０の運転原理を概略的に示した図である。図４Ｂは、吸気通路１００に配置されるガイド翼１２０を示す。ガイド翼１２０は、接線ポート側１５２に近い加速された流速を提供することで吸気通路１００の流量分布を修正する。

ガイド翼１２０は、動作位置において吸気通路１００に形成される流れの通路を完全に遮断しないサイズにされてもよい。

ガイド翼１２０は、最高の流量係数及びスワール数変化を得られるように翼のデザインを最適化するために、様々なサイズ及び形状で提供されてもよい。様々なガイド翼の大きさ及びサイズは、特定な用途／エンジン設計に対して具体的である。

図５Ａ及び５Ｂは、平面図（図５Ａ）及び斜視図（図５Ｂ）のアダプタ装置１７０を有する本発明の他の実施形態の概略を示す。アダプタ装置１７０は、シリンダー２００に結合される。アダプタ装置１７０はまた、従来のエンジンに適合するための改造可能な個別要素部品として設けられてもよいガイド翼ハウジング１８０を含む。

ガイド翼ハウジング１８０は、吸気ポートインレット１３０を備える。更に、二つのガイド翼１２０ａ、１２０ｂは、吸気通路１００の流量形状を変化させるために吸気ポートインレット１３０内部の異なる位置に搭載される。

第一ガイド翼１２０ａは、そのヘリカルポート側１４２のガイド翼ハウジング１８０の中に搭載される。独立して移動可能である第二ガイド翼１２０ｂは、そこの接線ポート側１５２のガイド翼ハウジング１８０の第一ガイド翼１２０ａに関連した***した位置に搭載される。二つのガイド翼１２０ａ、１２０ｂで、吸気通路１００内部に一連の改良された流速分布を提供することを可能にする。

様々な描写された実施形態が、そこに使用される単一ガイド翼とともに示されている一方で、当業者は、一つ以上のそのようなガイド翼が吸気バルブの近くに使用及び／又は搭載されてもよいことに気がつくであろう。例えば、吸気通路は、吸気通路のヘリカルポート側に搭載される第一ガイド翼と、吸気通路の接線ポート側に搭載される第二ガイド翼とからなってもよい。そのようなガイド翼は、所望されるように、連携して又は個別のいずれかで制御されてもよい。

本発明の様々な実施形態は、例えばエンジンマニホールドとエンジンの吸気通路の間に一致するように構成される吸気通路アダプタ装置の形をとる場合もある。各シリンダーに対して、吸気通路アダプタ装置は、ハウジング及び調節可能な位置ガイド翼からなってもよい。ガイド翼は、エンジンのシリンダー内で平均スワールレベルを変化させるように、吸気通路の内部の流速分布を修正するために構成されてもよい。そのようなアダプタは、例えば従来の吸気通路とエンジンのエンジンマニホールドとの間に挿入されてもよい個別の部品として設けられてもよい。
そのような吸気通路アダプタ装置もまた駆動モータを含む場合もあり、そのモータは吸気通路に配置されるガイド翼に操作可能に接続される作動装置に結合される。そのモータは、モータをエンジンマネジメント電気制御ユニット（ＥＣＵ）に結合するための一つかそれ以上のコネクタリードを有していてもよい。吸気通路アダプタ装置はまた、ＥＣＵのアップグレードを提供するためのソフトウエアとともに、例えば少なくとも一つのガイド翼で適切に制御することを可能にするために、キット形態で供給されてもよい。

さらに、吸気通路は、それらの形状によって、ヘリカル又は接線ポートの二つかそれ以上の組み合わせを含む場合があることを理解される。吸気通路内部の速度分布を修正することで、内燃エンジン内の平均スワール数を修正することが可能である。内燃エンジンでスワールを修正する従来システムに反して、本発明の様々な実施形態は、スワールの変化を得るための吸気通路内での壁による両部品の分離を必要としない。

本発明が様々な観点及び好ましい実施形態に従って説明されてきたが、本発明の観点はそのことに単に制限されると考慮されるべきではなく、それらの全ての変化及び相当物は添付の特許請求の範囲の領域内にあることもまた理解される。

Claims (9)

1. 内燃エンジンのための吸気通路（１００）であって、
   インレット（１３０）と、
   前記インレット（１３０）から遠位に位置するヘリカルポート（１４０）と、
   前記インレット（１３０）から遠位に位置する接線ポート（１５０）と、
   前記インレット（１３０）の下流の分岐していない部分と、
   前記吸気通路の前記分岐していない部分に配置され、前記吸気通路の接線ポート側（１５２）およびヘリカルポート側（１４２）のそれぞれに対応する前記吸気通路の内壁に隣接し、エンジンのシリンダー（２００）内の平均スワールレベルを変化させるために吸気通路の内部で速度分布を修正するように構成される調節可能な複数の位置ガイド翼（１２０）と、
   を含む吸気通路（１００）。
2. 前記ガイド翼（１２０）が稼動されたとき、前記ガイド翼（１２０）は、前記吸気通路内部で不規則速度形状を生成するために形付けられる請求項１に記載の吸気通路（１００）。
3. 前記ガイド翼（１２０）は、前記吸気通路のヘリカルポート側（１４２）に取り付けられ、且つヘリカルポート側（１４２）の流速より高い流速を接線ポート側（１５２）に生成するために作動可能である請求項１に記載の吸気通路（１００）。
4. 前記ガイド翼（１２０）は、前記ガイド翼（１２０）がどの位置にあっても、前記吸気通路内に形成されたガス通路を完全に遮断しないサイズに形成される請求項１に記載の吸気通路（１００）。
5. エンジンのエンジンマニホールドと吸気通路（１００）との間に一致するように構成される吸気通路アダプタ装置（１７０）であって、
   インレット（１３０）と、
   前記インレット（１３０）から遠位に位置するヘリカルポート（１４０）と、
   前記インレット（１３０）から遠位に位置する接線ポート（１５０）と、
   前記インレット（１３０）の下流の分岐していない部分と、
   を備えるガイド翼ハウジング（１８０）と、
   前記ガイド翼ハウジング（１８０）の前記分岐していない部分内に配置され、前記ガイド翼ハウジングの接線ポート側（１５２）およびヘリカルポート側（１４２）のそれぞれに対応する前記ガイド翼ハウジングの内壁に隣接する調整可能な複数の位置ガイド翼（１２０ａ、１２０ｂ）と、を含み、
   前記少なくとも一つの調整可能な位置ガイド翼（１２０ａ、１２０ｂ）は、エンジンのシリンダーにおいて平均スワールレベルを変化させるように、前記吸気通路（１００）の内部で流速分布を修正するために構成される吸気通路アダプタ装置（１７０）。
6. 前記ガイド翼ハウジングに結合され、且つ前記ガイド翼ハウジングに配置される少なくとも一つの調整可能な位置ガイド翼に操作可能に接続される駆動モータを更に含み、前記モータは、エンジンマネジメント電気制御ユニット（ＥＣＵ）に前記モータを結合するように一つかそれ以上の接続リードを有する請求項５に記載の吸気通路アダプタ装置。
7. 内燃エンジンにおけるチャージ運動を変化させるための方法であって、
   吸気通路（１００）の分岐していない部分に配置され、前記吸気通路の接線ポート側（１５２）およびヘリカルポート側（１４２）のそれぞれに対応する前記吸気通路の内壁に隣接する調整可能な複数の位置ガイド翼（１２０）の位置を調整して、前記吸気通路（１００）に結合されるエンジンの一つかそれ以上のシリンダー（２００）で平均スワールレベルを変化させるために前記吸気通路内で流速分布を修正する方法。
8. 前記吸気通路が、ヘリカルポート（１４０）及び吸気ポートインレット（１３０）から離れた位置の接線ポート（１５０）を画成し、前記吸気ポートインレット（１３０）は、前記エンジンマニホールドからの流れを受けて、該流れを前記ヘリカルポート（１４０）及び前記接線ポート（１５０）に導く、請求項７に記載の方法。
9. 前記チャンネルのヘリカルポート側（１４２）に搭載され且つ接線ポート側（１５２）でヘリカルポート側（１４２）に搭載された流速より高い流速を生成するように前記ガイド翼（１２０）を動かす請求項７に記載の方法。