JP6637342B2 - Tumble flow measuring device and tumble flow measuring method - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンのタンブル流の流速分布を測定するタンブル流測定装置およびタンブル流測定方法に関する。   The present invention relates to a tumble flow measuring device and a tumble flow measuring method for measuring a velocity distribution of a tumble flow of an engine.

エンジンでは、シリンダヘッドに設けられた吸気ポートから燃焼室内に流入した吸気がタンブル流（縦渦流）を形成し、タンブル流を阻害しないように燃料を噴射するものが普及している。このタンブル流が圧縮行程の点火の直前に崩壊し乱れに変換されることで、乱流となって燃焼速度が速くなり、燃料の希薄・希釈限界が向上する。   2. Description of the Related Art In an engine, a type in which intake air flowing into an internal combustion chamber from an intake port provided in a cylinder head forms a tumble flow (longitudinal vortex flow) and injects fuel so as not to hinder the tumble flow. This tumble flow collapses immediately before ignition in the compression stroke and is converted into turbulence, resulting in turbulence, increasing the combustion speed, and improving the lean / dilution limit of the fuel.

このようなタンブル流はその旋回軸の性質によって乱れの生成量や、点火時のアークへの影響が異なる。そこで、タンブル流の質を向上するため、吸気ポートの並び方向の中心側を両端側よりも低流速とすることで、吸気ポートの並び方向において、燃焼室内に流入した吸気の流速分布の均一化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１）。   In such a tumble flow, the amount of turbulence generated and the effect on the arc at the time of ignition differ depending on the nature of the turning axis. Therefore, in order to improve the quality of the tumble flow, the flow velocity of the intake air flowing into the combustion chamber in the direction in which the intake ports are arranged is made uniform by lowering the flow velocity at the center side in the arrangement direction of the intake ports than at both ends. (For example, Patent Document 1).

特開２００３−１０６１５１号公報JP 2003-106151 A

上記のタンブル流の質を向上することは、燃費改善に寄与することから、タンブル流の流速分布を適切に測定する技術の開発が希求されている。   Since the improvement of the quality of the tumble flow contributes to the improvement of fuel efficiency, development of a technique for appropriately measuring the flow velocity distribution of the tumble flow is desired.

そこで本発明は、このような課題に鑑み、タンブル流の流速分布を適切に測定することが可能なタンブル流測定装置およびタンブル流測定方法を提供することを目的としている。   In view of such problems, an object of the present invention is to provide a tumble flow measurement device and a tumble flow measurement method capable of appropriately measuring the velocity distribution of a tumble flow.

上記課題を解決するために、本発明のタンブル流測定装置は、シリンダボア、シリンダヘッド、および、ピストンで囲繞された燃焼室のうち、タンブル流の流れ方向に対して垂直な仮想面において、タンブル流の中央を含む所定範囲に設定された第１測定位置のガス流速を測定する第１プローブと、燃焼室のうち、第１測定位置に対して、仮想面におけるタンブル流の長手方向に位置する第２測定位置のガス流速を測定する第２プローブと、燃焼室のうち、長手方向に、第１測定位置を挟んで第２測定位置と反対側に位置する第３測定位置のガス流速を測定する第３プローブと、第１プローブ、第２プローブ、および、第３プローブの測定結果に基づいて、タンブル流の評価指標となる値を算出する評価指標算出部と、を備え、評価指標算出部は、第１測定位置を基準とする第２測定位置および第３測定位置の流速差分比率を算出することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the tumble flow measuring device of the present invention comprises a cylinder bore, a cylinder head, and a tumble flow in a virtual plane perpendicular to the flow direction of the tumble flow in a combustion chamber surrounded by a piston. A first probe that measures the gas flow velocity at a first measurement position set in a predetermined range including the center of the first chamber, and a first probe that is located in a longitudinal direction of the tumble flow on a virtual plane with respect to the first measurement position in the combustion chamber. A second probe for measuring a gas flow rate at a second measurement position, and a gas flow rate at a third measurement position in a longitudinal direction of the combustion chamber opposite to the second measurement position across the first measurement position. a third probe, the first probe, second probe, and, based on the measurement result of the third probe, comprising an evaluation index calculating unit for calculating a value that is an evaluation index of the tumble flow, the evaluation index calculating It is characterized that you calculate the second measurement position and velocity difference ratio of the third measurement position relative to the first measurement position.

第１測定位置、第２測定位置、および、第３測定位置は、燃料点火タイミングにおけるピストンの位置よりも、シリンダヘッド側であってもよい。   The first measurement position, the second measurement position, and the third measurement position may be closer to the cylinder head than the position of the piston at the fuel ignition timing.

第１測定位置、第２測定位置、および、第３測定位置は、ピストンの上死点よりも、シリンダヘッド側であってもよい。   The first measurement position, the second measurement position, and the third measurement position may be closer to the cylinder head than to the top dead center of the piston.

第１プローブ、第２プローブ、および、第３プローブは、シリンダヘッドに設けられた収容孔に収容されてもよい。   The first probe, the second probe, and the third probe may be housed in a housing hole provided in the cylinder head.

上記課題を解決するために、本発明のタンブル流測定方法は、シリンダボア、シリンダヘッド、および、ピストンで囲繞された燃焼室のうち、タンブル流の流れ方向に対して垂直な仮想面において、タンブル流の中央を含む所定範囲に設定された第１測定位置、燃焼室のうち、第１測定位置に対して、仮想面におけるタンブル流の長手方向に位置する第２測定位置、および、燃焼室のうち、長手方向に、第１測定位置を挟んで第２測定位置と反対側に位置する第３測定位置のガス流速を測定し、第１測定位置を基準とする第２測定位置および第３測定位置の流速差分比率を算出することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the tumble flow measuring method of the present invention provides a method for measuring a tumble flow in an imaginary plane perpendicular to a flow direction of a tumble flow in a combustion chamber surrounded by a cylinder bore, a cylinder head, and a piston. A first measurement position set within a predetermined range including the center of the combustion chamber, a second measurement position located in the longitudinal direction of the tumble flow on the virtual plane with respect to the first measurement position, and a combustion chamber Measuring the gas flow velocity at a third measurement position located on the side opposite to the second measurement position across the first measurement position in the longitudinal direction, and using the first measurement position as a reference, the second measurement position and the third measurement position The flow rate difference ratio is calculated .

本発明によれば、タンブル流の流速分布を適切に測定することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to measure the flow velocity distribution of a tumble flow appropriately.

エンジンの構成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an engine. タンブル流を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a tumble flow. タンブル流測定装置を説明するための第１の図である。It is a 1st figure for explaining a tumble flow measuring device. タンブル流測定装置を説明するための第２の図である。It is a 2nd figure for explaining a tumble flow measuring device. タンブル流の評価の一例を示す図である。It is a figure showing an example of evaluation of a tumble flow. 変形例のタンブル流測定装置を説明するための図である。It is a figure for explaining the tumble flow measuring device of a modification.

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。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, other specific numerical values, and the like shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the specification and the drawings, elements having substantially the same function and configuration will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Elements not directly related to the present invention will be omitted. I do.

図１は、エンジンの構成を説明する図である。図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２と一体形成されたクランクケース３と、シリンダブロック２の上部に固定されたシリンダヘッド４とが設けられている。   FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the engine. As shown in FIG. 1, the engine 1 includes a cylinder block 2, a crankcase 3 integrally formed with the cylinder block 2, and a cylinder head 4 fixed to an upper portion of the cylinder block 2.

シリンダブロック２には、シリンダボア５が形成されており、シリンダボア５には、ピストン６が摺動自在にコンロッド１０に支持されている。そして、エンジン１では、シリンダヘッド４と、シリンダボア５と、ピストン６の上面とによって囲繞された空間が燃焼室７として形成されている。   A cylinder bore 5 is formed in the cylinder block 2, and a piston 6 is slidably supported by the connecting rod 10 in the cylinder bore 5. In the engine 1, a space surrounded by the cylinder head 4, the cylinder bore 5, and the upper surface of the piston 6 is formed as a combustion chamber 7.

また、エンジン１では、クランクケース３内に形成されたクランク室８内に、クランクシャフト９が回転自在に支持されている。コンロッド１０はクランクシャフト９に回転自在に支持されており、ピストン６がコンロッド１０を介してクランクシャフト９に連結されている。シリンダヘッド４には、吸気ポート１１および排気ポート１２が燃焼室７に連通するように設けられている。   In the engine 1, a crankshaft 9 is rotatably supported in a crankcase 8 formed in the crankcase 3. The connecting rod 10 is rotatably supported by the crankshaft 9, and the piston 6 is connected to the crankshaft 9 via the connecting rod 10. An intake port 11 and an exhaust port 12 are provided in the cylinder head 4 so as to communicate with the combustion chamber 7.

また、吸気ポート１１と燃焼室７との間には、吸気バルブ１３の先端が位置し、排気ポート１２と燃焼室７との間には、排気バルブ１４の先端が位置している。そして、シリンダヘッド４およびヘッドカバー（不図示）に囲まれたカム室内に、カム１５ａを有する吸気カムシャフト１５、および、カム１６ａを有する排気カムシャフト１６が設けられている。   The tip of the intake valve 13 is located between the intake port 11 and the combustion chamber 7, and the tip of the exhaust valve 14 is located between the exhaust port 12 and the combustion chamber 7. An intake camshaft 15 having a cam 15a and an exhaust camshaft 16 having a cam 16a are provided in a cam chamber surrounded by the cylinder head 4 and a head cover (not shown).

吸気カムシャフト１５は、カム１５ａが吸気バルブ１３の他端に当接されており、回転することで吸気バルブ１３を上下方向に移動させる。これにより、吸気バルブ１３は、吸気ポート１１と燃焼室７との間を開閉する。排気カムシャフト１６は、カム１６ａが排気バルブ１４の他端に当接されており、回転することで排気バルブ１４を上下方向に移動させる。これにより、排気バルブ１４は、排気ポート１２と燃焼室７との間を開閉する。   The intake camshaft 15 has a cam 15a in contact with the other end of the intake valve 13, and rotates the intake valve 13 to move the intake valve 13 in the vertical direction. Thereby, the intake valve 13 opens and closes between the intake port 11 and the combustion chamber 7. The exhaust camshaft 16 has a cam 16a in contact with the other end of the exhaust valve 14, and rotates the exhaust valve 14 to move the exhaust valve 14 in the vertical direction. Thereby, the exhaust valve 14 opens and closes between the exhaust port 12 and the combustion chamber 7.

シリンダヘッド４には、先端が燃焼室７内に位置するように点火プラグ１７が設けられている。そして、吸気ポート１１を介して燃焼室７に流入した空気と燃料との混合気が、所定のタイミングで点火プラグ１７に点火されて燃焼される。かかる燃焼により、ピストン６が往復運動を行い、その往復運動が、コンロッド１０を通じてクランクシャフト９の回転運動に変換される。   The cylinder head 4 is provided with an ignition plug 17 such that the tip is located inside the combustion chamber 7. Then, a mixture of air and fuel flowing into the combustion chamber 7 via the intake port 11 is ignited by the ignition plug 17 at a predetermined timing and burned. By this combustion, the piston 6 reciprocates, and the reciprocation is converted into the rotational motion of the crankshaft 9 through the connecting rod 10.

また、シリンダヘッド４の外壁面のうち、吸気ポート１１の開口部分には、吸気配管１８が取り付けられている。吸気配管１８の内部には、吸気が導かれる吸気流路１９が形成されており、吸気流路１９と吸気ポート１１が連通している。   An intake pipe 18 is attached to an outer wall surface of the cylinder head 4 at an opening of the intake port 11. An intake passage 19 through which intake air is guided is formed inside the intake pipe 18, and the intake passage 19 and the intake port 11 communicate with each other.

吸気ポート１１の内部には、隔壁２０が配設されている。隔壁２０は、板状の本体部２０ａを有しており、本体部２０ａが、吸気ポート１１の内部から吸気流路１９の内部まで延在している。本体部２０ａは、吸気流路１９の下流側および吸気ポート１１の上流側を、吸気の流れ方向に沿って、図１における上下方向に区分けして、第１流路２１と第２流路２２を形成する。すなわち、吸気流路１９および吸気ポート１１のそれぞれ一部が、隔壁２０によって第１流路２１と第２流路２２とに仕切られる。   A partition wall 20 is provided inside the intake port 11. The partition wall 20 has a plate-shaped main body portion 20 a, and the main body portion 20 a extends from the inside of the intake port 11 to the inside of the intake passage 19. The main body part 20a divides the downstream side of the intake passage 19 and the upstream side of the intake port 11 in the vertical direction in FIG. To form That is, a part of each of the intake passage 19 and the intake port 11 is partitioned into the first passage 21 and the second passage 22 by the partition wall 20.

また、隔壁２０は、吸気流路１９や吸気ポート１１の中心よりも、図１中、下側に偏って配されており、隔壁２０によって仕切られた上側の第１流路２１は、下側の第２流路２２よりも流路が広くなっている。ＴＧＶ（Tumble Generation Valve）２３は、吸気流路１９のうち、隔壁２０より上流側に配設され、この第１流路２１を開閉する。   In addition, the partition wall 20 is disposed to be deviated downward in FIG. 1 from the center of the intake flow path 19 and the intake port 11, and the upper first flow path 21 partitioned by the partition wall 20 is lower. The flow path is wider than the second flow path 22. A TGV (Tumble Generation Valve) 23 is disposed upstream of the partition wall 20 in the intake passage 19 and opens and closes the first passage 21.

図２は、タンブル流を説明するための説明図である。図２中、一点鎖線の矢印は吸気の流れを示す。図２に示すように、ＴＧＶ２３の開度が最小となり、ＴＧＶ２３の弁体２３ａによって第１流路２１が閉じられると、吸気流路１９に導かれた吸気は、第２流路２２を通過して燃焼室７に向かう。   FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the tumble flow. In FIG. 2, the dashed line arrow indicates the flow of intake air. As shown in FIG. 2, when the opening of the TGV 23 is minimized and the first passage 21 is closed by the valve body 23a of the TGV 23, the intake air guided to the intake passage 19 passes through the second passage 22. To the combustion chamber 7.

燃焼室７に流入した吸気は、シリンダボア５に沿ってピストン６の上面に向かった後、ピストン６上面に沿って図２中、左側（吸気ポート１１側）に回り込む。そして、シリンダボア５に沿ってシリンダヘッド４側に流れる。このように、エンジン１では、吸気が燃焼室７内で縦渦流（タンブル流）を形成する。   The intake air that has flowed into the combustion chamber 7 goes to the upper surface of the piston 6 along the cylinder bore 5 and then wraps around the upper surface of the piston 6 to the left (intake port 11 side) in FIG. Then, the air flows to the cylinder head 4 side along the cylinder bore 5. Thus, in the engine 1, the intake air forms a vertical vortex flow (tumble flow) in the combustion chamber 7.

例えば、エンジン１の負荷が小さく吸気流量が少量のとき、第１流路２１の開度を絞り、吸気のほとんどを第２流路２２側に通過させる。そして、流速を高めた吸気を燃焼室７に流入させることでタンブル流が強められ、ピストン６による燃焼室７内の圧縮に伴ってタンブル崩壊が生じたとき、燃焼室７内のガス流の乱れが大きくなる。このとき、点火プラグ１７によって燃料混合気に点火が為されることで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。   For example, when the load on the engine 1 is small and the intake flow rate is small, the opening degree of the first flow path 21 is narrowed, and most of the intake air passes through the second flow path 22. The tumble flow is strengthened by flowing the intake air having the increased flow velocity into the combustion chamber 7, and when the tumble collapse occurs due to the compression of the combustion chamber 7 by the piston 6, the turbulence of the gas flow in the combustion chamber 7 is caused. Becomes larger. At this time, the fuel mixture is ignited by the ignition plug 17 to realize rapid combustion of the fuel, thereby improving fuel efficiency and combustion stability.

図３は、タンブル流測定装置１００を説明するための第１の図であり、図３（ａ）には、シリンダヘッド４のうち、燃焼室７の内壁となる部位をピストン６側から見た図を示し、図３（ｂ）には、燃焼室７のうち、タンブル流の流れ方向に対して垂直な仮想面Ａを示す。仮想面Ａは、燃焼室７のうち、例えば、図２中、破線で示すように、点火プラグ１７近傍の位置とする。図３（ｂ）中、上下方向（矢印Ｂで示す方向）は、図３（ａ）における上下方向、すなわち、吸気ポート１１の２つの開口の配設方向に平行である。   FIG. 3 is a first diagram for explaining the tumble flow measuring device 100, and FIG. 3 (a) shows a portion of the cylinder head 4 to be an inner wall of the combustion chamber 7 viewed from the piston 6 side. FIG. 3B shows an imaginary plane A in the combustion chamber 7 which is perpendicular to the flow direction of the tumble flow. The virtual plane A is, for example, a position in the vicinity of the ignition plug 17 in the combustion chamber 7 as shown by a broken line in FIG. 3B, the vertical direction (the direction indicated by arrow B) is parallel to the vertical direction in FIG. 3A, that is, the direction in which the two openings of the intake port 11 are arranged.

吸気ポート１１と排気ポート１２は、シリンダヘッド４の内部で分岐しており、燃焼室７に臨む開口が、図３（ａ）中、上下方向に２つずつ並設されている。吸気ポート１１の燃焼室７側の開口が２つ並設されていることから、吸気ポート１１の２つの開口から燃焼室７に流入して形成されるタンブル流（図３（ｂ）中、タンブル流の主たる通過範囲を一点鎖線で示す）は、図３（ｂ）に示すように、仮想面Ａにおいて吸気ポート１１の２つの開口の配設方向（並設方向）に広がったタンブル流が形成される。   The intake port 11 and the exhaust port 12 are branched inside the cylinder head 4, and two openings facing the combustion chamber 7 are vertically arranged in FIG. 3A. Since two openings of the intake port 11 on the combustion chamber 7 side are arranged in parallel, a tumble flow formed by flowing into the combustion chamber 7 from the two openings of the intake port 11 (see FIG. As shown in FIG. 3 (b), the main passage range of the flow is indicated by a dashed line, and the tumble flow spreads in the imaginary plane A in the direction in which the two openings of the intake port 11 are arranged (parallel direction). Is done.

このタンブル流の流速分布の測定を行うため、タンブル流測定装置１００が用いられる。タンブル流測定装置１００は、第１プローブ１１０と、第２プローブ１１２と、第３プローブ１１４と、制御部１１６と、評価部１１８とを含んで構成される。   In order to measure the flow velocity distribution of the tumble flow, a tumble flow measuring device 100 is used. The tumble flow measuring device 100 includes a first probe 110, a second probe 112, a third probe 114, a control unit 116, and an evaluation unit 118.

第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、第３プローブ１１４、および、制御部１１６は、レーザドップラ流速計（ＬＤＶ：Laser Doppler Velocimeter）を構成しており、燃焼室７内のガス流速を測定する。第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、第３プローブ１１４は、それぞれ、シリンダヘッド４に設けられた収容孔４ａ、４ｂ、４ｃに収容されている。   The first probe 110, the second probe 112, the third probe 114, and the control unit 116 constitute a laser Doppler velocimeter (LDV: Laser Doppler Velocimeter), and measure a gas flow velocity in the combustion chamber 7. The first probe 110, the second probe 112, and the third probe 114 are accommodated in accommodation holes 4a, 4b, and 4c provided in the cylinder head 4, respectively.

図４は、タンブル流測定装置１００を説明するための第２の図であり、タンブル流測定装置１００と、シリンダブロック２およびシリンダヘッド４の図３（ａ）におけるＩＶ−ＩＶ線断面（ピストンピン６ａの軸心に平行な断面）を示す。図４では、ピストン６が上死点に位置している。   FIG. 4 is a second diagram for explaining the tumble flow measuring device 100. FIG. 4 is a sectional view of the tumble flow measuring device 100, the cylinder block 2 and the cylinder head 4 taken along line IV-IV in FIG. 6a) (a section parallel to the axis 6a). In FIG. 4, the piston 6 is located at the top dead center.

図４に示すように、収容孔４ａ、４ｂ、４ｃは、シリンダヘッド４の上面４ｄから燃焼室７まで貫通している。収容孔４ａには、第１プローブ１１０とともに点火プラグ１７が配設されている。第１プローブ１１０は、点火プラグ１７に隣接して配置される。また、収容孔４ｂには第２プローブ１１２が配設され、収容孔４ｃには第３プローブ１１４が配設される。   As shown in FIG. 4, the housing holes 4a, 4b, 4c penetrate from the upper surface 4d of the cylinder head 4 to the combustion chamber 7. The ignition plug 17 is provided in the housing hole 4a together with the first probe 110. The first probe 110 is arranged adjacent to the spark plug 17. A second probe 112 is provided in the housing hole 4b, and a third probe 114 is provided in the housing hole 4c.

第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、第３プローブ１１４は、それぞれ、先端が燃焼室７に対向している。そして、第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、第３プローブ１１４は、先端からコヒーレンスが高い一対のレーザ光を燃焼室７内に射光し、第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃで生じる干渉縞を通過する吸気に含まれるトレーサ粒子からの散乱光を受光する。ここで、トレーサ粒子は、測定のため吸気に混入してもよいし、吸気に噴射された燃料をトレーサ粒子として用いてもよい。   Each of the first probe 110, the second probe 112, and the third probe 114 has a tip facing the combustion chamber 7. The first probe 110, the second probe 112, and the third probe 114 emit a pair of laser beams having high coherence from the tip into the combustion chamber 7, and the first measurement position a, the second measurement position b, and the third The scattered light from the tracer particles contained in the intake air passing through the interference fringes generated at the measurement position c is received. Here, the tracer particles may be mixed into the intake air for measurement, or the fuel injected into the intake air may be used as the tracer particles.

制御部１１６は、第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、第３プローブ１１４から燃焼室７へのレーザ光の射光を制御するとともに、第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、第３プローブ１１４が受光した散乱光から、第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃのガス流速を算出する。   The control unit 116 controls the emission of laser light from the first probe 110, the second probe 112, and the third probe 114 to the combustion chamber 7, and the first probe 110, the second probe 112, and the third probe 114 receive light. From the scattered light, the gas flow velocity at the first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c is calculated.

ここで、第１測定位置ａは、点火プラグ１７の先端近傍であって、図３（ｂ）に示す仮想面Ａにおけるタンブル流の中央を含む所定範囲に位置する。また、第２測定位置ｂは、第１測定位置に対して図４中、左右方向（吸気ポート１１の２つの開口の並び方向）に位置する。第３測定位置ｃは、図４中、左右方向に、第１測定位置ａを挟んで第２測定位置ｂと反対側に位置する。   Here, the first measurement position a is located in the vicinity of the tip of the spark plug 17 and in a predetermined range including the center of the tumble flow on the virtual plane A shown in FIG. 3B. In addition, the second measurement position b is located in the left-right direction (the direction in which the two openings of the intake port 11 are arranged) in FIG. 4 with respect to the first measurement position. The third measurement position c is located on the opposite side of the first measurement position a from the second measurement position b in the left-right direction in FIG.

ここでは、第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃが、図４中、上下方向（ピストン６のストローク方向）の位置が大凡等しく、いずれも吸気ポート１１の２つの開口と、排気ポート１２の２つの開口との間に位置している。第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃは、同一平面（タンブル流の流れ方向に対して垂直な面）内に位置し、より詳しくは、当該面内の同一直線上に位置する。   Here, the first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c are substantially equal in the vertical direction (stroke direction of the piston 6) in FIG. And two openings of the exhaust port 12. The first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c are located on the same plane (a plane perpendicular to the tumble flow direction), and more specifically, on the same straight line in the plane. Located in.

また、第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、および、第３測定位置ｃは、ピストン６の上死点よりも、シリンダヘッド４側である。そのため、測定位置がピストン６によって遮られることがなく、エンジン１の全ての行程におけるガス流速（流速分布）を適切に測定できる。また、その測定結果を用いることで、タンブル流の質の詳細な評価が可能となる。この質の評価については後述する。   The first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c are closer to the cylinder head 4 than the top dead center of the piston 6. Therefore, the measurement position is not obstructed by the piston 6, and the gas flow velocity (flow velocity distribution) in all the strokes of the engine 1 can be appropriately measured. In addition, the use of the measurement results enables a detailed evaluation of the quality of the tumble flow. The evaluation of the quality will be described later.

評価部１１８は、制御部１１６からガス流速の測定結果を取得し、タンブル流を評価する指標となる値を算出する。   The evaluation unit 118 acquires the measurement result of the gas flow velocity from the control unit 116, and calculates a value serving as an index for evaluating the tumble flow.

図５は、タンブル流の評価の一例を示す図である。図５では、隔壁２０の形状が異なる２つのエンジンＸ、Ｙについて、タンブル流測定装置１００によるタンブル流の評価結果を示す。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the evaluation of the tumble flow. FIG. 5 shows the evaluation result of the tumble flow by the tumble flow measurement device 100 for two engines X and Y having different shapes of the partition wall 20.

図５において、第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃにおけるそれぞれの平均流速を示す。評価部１１８は、第２測定位置ｂの平均流速および第３測定位置ｃの平均流速のそれぞれを、第１測定位置ａの平均流速で除算し、当該除算結果から１を減算した減算結果に１００を乗算することで、流速比率（％）を算出する。   FIG. 5 shows average flow rates at the first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c. The evaluation unit 118 divides each of the average flow velocity at the second measurement position b and the average flow velocity at the third measurement position c by the average flow velocity at the first measurement position a, and subtracts 1 from the division result by 100. To calculate the flow velocity ratio (%).

こうして、評価部１１８は、第１測定位置ａの平均流速に対する第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃの平均流速の増減比率、すなわち、燃焼室７の中心の平均流速に対する燃焼室７の端部付近の平均流速のずれ（第１測定位置ａを基準とする流速差分比率）を算出する。この算出結果がタンブル流の質を評価する指標となる。各測定位置における平均流速や流速差分比率は、評価部１１８から図示しない表示部に数値あるいはカラースケール等として出力し、表示することができる。   In this manner, the evaluation unit 118 determines the increase / decrease ratio of the average flow velocity at the second measurement position b and the third measurement position c to the average flow velocity at the first measurement position a, that is, the end of the combustion chamber 7 with respect to the average flow velocity at the center of the combustion chamber 7. The average flow velocity deviation (flow velocity difference ratio based on the first measurement position a) near the portion is calculated. This calculation result serves as an index for evaluating the quality of the tumble flow. The average flow velocity and the flow velocity difference ratio at each measurement position can be output from the evaluation unit 118 to a display unit (not shown) as a numerical value or a color scale and displayed.

例えば、エンジンＸでは、第２測定位置ｂの平均流速は、第１測定位置ａの平均流速に対して６０％高く、第３測定位置ｃの平均流速は、第１測定位置ａの平均流速に対して４３％高くなった。すなわち、エンジンＸのタンブル流は、吸気ポート１１の開口の配列方向において流速が高く、中央側の流速が低いこととなる。   For example, in the engine X, the average flow velocity at the second measurement position b is 60% higher than the average flow velocity at the first measurement position a, and the average flow velocity at the third measurement position c is lower than the average flow velocity at the first measurement position a. 43% higher. That is, the tumble flow of the engine X has a high flow velocity in the arrangement direction of the openings of the intake ports 11, and has a low flow velocity on the center side.

また、隔壁２０を改良したエンジンＹでは、第２測定位置ｂの平均流速は、第１測定位置ａの平均流速に対して７％高く、第３測定位置ｃの平均流速は、第１測定位置ａの平均流速に対して３％高くなった。すなわち、エンジンＹのタンブル流は、吸気ポート１１の開口の配列方向において大凡均一な流速を維持していることとなる。   In the engine Y in which the partition wall 20 is improved, the average flow velocity at the second measurement position b is 7% higher than the average flow velocity at the first measurement position a, and the average flow velocity at the third measurement position c is the first measurement position. 3% higher than the average flow rate of a. That is, the tumble flow of the engine Y maintains a substantially uniform flow velocity in the arrangement direction of the openings of the intake ports 11.

その結果、上死点直前の乱れ強さが、エンジンＸの１．２からエンジンＹの１．３に改善し、エンジンＹの図示燃料消費率（ＩＳＦＣ：Indicated Specific Fuel Consumption）は、エンジンＸの図示燃料消費率に対し、７．８％改善（減少）している。   As a result, the turbulence intensity immediately before the top dead center is improved from 1.2 of the engine X to 1.3 of the engine Y, and the indicated fuel consumption rate (ISFC: Indicated Specific Fuel Consumption) of the engine X is The fuel consumption rate is improved (decreased) by 7.8%.

この結果から、エンジンＹでは、エンジンＸよりもスワール断面内の２次流れが減少したことでタンブル流の質が向上し、タンブル崩壊によって燃焼室７内のガス流の乱れが大きくなり、燃費が改善したといえる。すなわち、評価部１１８が算出した、第１測定位置ａの平均流速に対する第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃの流速比率が、タンブル流を評価する指標として適切であることがわかる。   From these results, the quality of the tumble flow is improved in the engine Y by reducing the secondary flow in the swirl cross section as compared with the engine X, and the turbulence of the gas flow in the combustion chamber 7 is increased by the tumble collapse, and the fuel efficiency is reduced. It can be said that it has improved. That is, it is understood that the ratio of the flow velocity of the second measurement position b and the third measurement position c to the average flow velocity of the first measurement position a, which is calculated by the evaluation unit 118, is appropriate as an index for evaluating the tumble flow.

このように、タンブル流測定装置１００では、燃焼室７内に第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃを設定することで、タンブル流の質を適切に評価することが可能となる。   As described above, in the tumble flow measuring device 100, by setting the first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c in the combustion chamber 7, it is possible to appropriately evaluate the quality of the tumble flow. It becomes possible.

図６は、変形例のタンブル流測定装置２００を説明するための図であり、タンブル流測定装置２００と、シリンダブロック２およびシリンダヘッド４の図４と同じ位置の断面を示す。上述した実施形態のタンブル流測定装置１００では、収容孔４ｂ、４ｃが、シリンダヘッド４の上面４ｄから燃焼室７まで貫通する場合について説明した。変形例のタンブル流測定装置２００においては、収容孔２０４ｂが、シリンダヘッド４のうち、図６中、左側の側面２０４ｄから燃焼室７まで貫通する。また、収容孔２０４ｃが、シリンダヘッド４のうち、図６中、右側の側面２０４ｅから燃焼室７まで貫通する。収容孔２０４ｂには第２プローブ２１２が配設され、収容孔２０４ｃには第３プローブ２１４が配設される。そして、第２プローブ２１２、第３プローブ２１４は、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃのガス流速を測定する。   FIG. 6 is a diagram for explaining a tumble flow measuring device 200 according to a modification, and shows a cross section of the tumble flow measuring device 200 and the same positions of the cylinder block 2 and the cylinder head 4 as in FIG. In the tumble flow measuring device 100 of the above-described embodiment, the case where the receiving holes 4b, 4c penetrate from the upper surface 4d of the cylinder head 4 to the combustion chamber 7 has been described. In the tumble flow measuring device 200 of the modified example, the housing hole 204b penetrates from the left side surface 204d of the cylinder head 4 to the combustion chamber 7 in FIG. The accommodation hole 204c extends from the right side surface 204e of the cylinder head 4 to the combustion chamber 7 in FIG. A second probe 212 is provided in the housing hole 204b, and a third probe 214 is provided in the housing hole 204c. Then, the second probe 212 and the third probe 214 measure the gas flow velocity at the second measurement position b and the third measurement position c.

このように、シリンダヘッド４の側面２０４ｄ、２０４ｅに設けた収容孔２０４ｂ、２０４ｃに第２プローブ２１２、第３プローブ２１４を収容しても、上述した実施形態と同様、タンブル流の質（流速分布）を適切に測定することができるとともに、タンブル流の質を適切に評価することが可能となる。   As described above, even when the second probe 212 and the third probe 214 are accommodated in the accommodation holes 204b and 204c provided on the side surfaces 204d and 204e of the cylinder head 4, the quality of the tumble flow (flow velocity distribution) is similar to the above-described embodiment. ) Can be appropriately measured, and the quality of the tumble flow can be appropriately evaluated.

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。   As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally belong to the technical scope of the present invention. Is done.

例えば、上述した実施形態および変形例では、レーザドップラ流速計によってガス流速を測定する場合について説明したが、ガス流速を測定できれば、レーザドップラ流速計以外の測定装置を用いてもよい。ただし、レーザドップラ流速計を用いることで、燃焼室７の外部に第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、２１２、第３プローブ１１４、２１４を配置して、燃焼室７の内部のガス流速を測定できるため、プローブによってタンブル流を乱す事態を回避できる。   For example, in the above-described embodiment and modified examples, the case where the gas flow velocity is measured by the laser Doppler velocimeter has been described. However, as long as the gas flow velocity can be measured, a measuring device other than the laser Doppler velocimeter may be used. However, by using a laser Doppler velocimeter, the first probe 110, the second probe 112, 212, and the third probe 114, 214 are arranged outside the combustion chamber 7 to measure the gas flow velocity inside the combustion chamber 7. Therefore, a situation in which the tumble flow is disturbed by the probe can be avoided.

また、上述した実施形態および変形例では、隔壁２０やＴＧＶ２３が設けられる場合について説明したが、隔壁２０やＴＧＶ２３が設けられていない場合であっても、エンジン１にタンブル流を形成する場合には、タンブル流測定装置１００、２００によってタンブル流の流速分布を適切に測定することができる。   Further, in the above-described embodiment and the modified example, the case where the partition wall 20 and the TGV 23 are provided is described. However, even when the partition wall 20 and the TGV 23 are not provided, when the tumble flow is formed in the engine 1, The flow velocity distribution of the tumble flow can be appropriately measured by the tumble flow measuring devices 100 and 200.

また、上述した実施形態および変形例では、第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃがピストン６の上死点よりもシリンダヘッド４側に位置している場合について説明したが、第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃは、燃焼室７内であればよく、例えば、より下死点側に位置してもよい。   In the above-described embodiment and the modified examples, the case where the first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c are located closer to the cylinder head 4 than the top dead center of the piston 6 has been described. However, the first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c may be within the combustion chamber 7, and may be located closer to the bottom dead center, for example.

この場合、第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃは、燃料点火タイミングにおけるピストン６の位置よりも、シリンダヘッド４側であると、圧縮行程において少なくとも燃料点火タイミングまでのタンブル流を測定・評価することが可能となる。   In this case, if the first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c are closer to the cylinder head 4 than the position of the piston 6 at the fuel ignition timing, at least until the fuel ignition timing in the compression stroke. It is possible to measure and evaluate the tumble flow.

また、上述した実施形態および変形例では、第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、２１２、第３プローブ１１４、２１４は、シリンダヘッド４に設けられた収容孔４ａ、４ｂ、４ｃ、２０４ｂ、２０４ｃに収容される場合について説明したが、第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、２１２、第３プローブ１１４、２１４は、シリンダヘッド４に設けられずともよい。例えば、シリンダブロック２に燃焼室７と連通する収容孔を形成し、この収容孔に第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、２１２、第３プローブ１１４、２１４を収容してもよい。ただし、第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、２１２、第３プローブ１１４、２１４をシリンダヘッド４に設けられた収容孔４ａ、４ｂ、４ｃ、２０４ｂ、２０４ｃに収容することで、第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、２１２、第３プローブ１１４、２１４がピストン６に遮られなくなる。そのため、第１プローブ１１０、第２プローブ１１２、２１２、第３プローブ１１４、２１４からの射光角度を変更して第１測定位置ａ、第２測定位置ｂ、第３測定位置ｃを変更する場合、位置の設定自由度が向上する。   In the above-described embodiment and the modified example, the first probe 110, the second probes 112 and 212, and the third probes 114 and 214 are provided in the receiving holes 4a, 4b, 4c, 204b, and 204c provided in the cylinder head 4. Although the case of being housed has been described, the first probe 110, the second probes 112 and 212, and the third probes 114 and 214 may not be provided in the cylinder head 4. For example, a housing hole communicating with the combustion chamber 7 may be formed in the cylinder block 2, and the first probe 110, the second probes 112, 212, and the third probes 114, 214 may be housed in the housing holes. However, by accommodating the first probe 110, the second probe 112, 212, and the third probe 114, 214 in the accommodation holes 4a, 4b, 4c, 204b, 204c provided in the cylinder head 4, the first probe 110, The second probe 112, 212 and the third probe 114, 214 are no longer blocked by the piston 6. For this reason, when the angles of light emitted from the first probe 110, the second probes 112, 212, and the third probes 114, 214 are changed to change the first measurement position a, the second measurement position b, and the third measurement position c, The degree of freedom in setting the position is improved.

本発明は、エンジンのタンブル流の流速分布を測定するタンブル流測定装置およびタンブル流測定方法に利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a tumble flow measuring device and a tumble flow measuring method for measuring a flow velocity distribution of an engine tumble flow.

ａ 第１測定位置
ｂ 第２測定位置
ｃ 第３測定位置
Ａ 仮想面
４ シリンダヘッド
４ａ、４ｂ、４ｃ、２０４ｂ、２０４ｃ 収容孔
５ シリンダボア
６ ピストン
７ 燃焼室
１１ 吸気ポート
１００、２００ タンブル流測定装置
１１０ 第１プローブ
１１２、２１２ 第２プローブ
１１４、２１４ 第３プローブ
１１８ 評価部 a first measurement position b second measurement position c third measurement position A virtual surface 4 cylinder head 4a, 4b, 4c, 204b, 204c accommodation hole 5 cylinder bore 6 piston 7 combustion chamber 11 intake port 100, 200 tumble flow measuring device 110 First probe 112, 212 Second probe 114, 214 Third probe 118 Evaluation unit

Claims (5)

シリンダボア、シリンダヘッド、および、ピストンで囲繞された燃焼室のうち、タンブル流の流れ方向に対して垂直な仮想面において、該タンブル流の中央を含む所定範囲に設定された第１測定位置のガス流速を測定する第１プローブと、
前記燃焼室のうち、前記第１測定位置に対して、前記仮想面における前記タンブル流の長手方向に位置する第２測定位置のガス流速を測定する第２プローブと、
前記燃焼室のうち、前記長手方向に、前記第１測定位置を挟んで前記第２測定位置と反対側に位置する第３測定位置のガス流速を測定する第３プローブと、
前記第１プローブ、前記第２プローブ、および、前記第３プローブの測定結果に基づいて、前記タンブル流の評価指標となる値を算出する評価指標算出部と、
を備え、
前記評価指標算出部は、前記第１測定位置を基準とする前記第２測定位置および前記第３測定位置の流速差分比率を算出することを特徴とするタンブル流測定装置。 In the combustion chamber surrounded by the cylinder bore, the cylinder head, and the piston, the gas at the first measurement position set in a predetermined range including the center of the tumble flow on a virtual plane perpendicular to the flow direction of the tumble flow. A first probe for measuring a flow velocity,
A second probe for measuring a gas flow velocity at a second measurement position located in a longitudinal direction of the tumble flow on the virtual plane with respect to the first measurement position, of the combustion chamber;
A third probe for measuring a gas flow rate at a third measurement position located on the opposite side of the first measurement position from the second measurement position across the first measurement position, in the combustion chamber;
The first probe, the second probe, and an evaluation index calculation unit that calculates a value that is an evaluation index of the tumble flow, based on a measurement result of the third probe,
Equipped with a,
The evaluation index calculating unit, tumble flow measuring apparatus characterized that you calculate the second measurement position, and the flow rate difference ratio of the third measurement position relative to the first measurement position. 前記第１測定位置、前記第２測定位置、および、前記第３測定位置は、燃料点火タイミングにおける前記ピストンの位置よりも、前記シリンダヘッド側であることを特徴とする請求項１に記載のタンブル流測定装置。   2. The tumble according to claim 1, wherein the first measurement position, the second measurement position, and the third measurement position are closer to the cylinder head than a position of the piston at a fuel ignition timing. Flow measuring device. 前記第１測定位置、前記第２測定位置、および、前記第３測定位置は、前記ピストンの上死点よりも、前記シリンダヘッド側であることを特徴とする請求項１または２に記載のタンブル流測定装置。   3. The tumble according to claim 1, wherein the first measurement position, the second measurement position, and the third measurement position are closer to the cylinder head than a top dead center of the piston. 4. Flow measurement device. 前記第１プローブ、前記第２プローブ、および、前記第３プローブは、前記シリンダヘッドに設けられた収容孔に収容されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のタンブル流測定装置。   4. The tumble according to claim 1, wherein the first probe, the second probe, and the third probe are housed in a housing hole provided in the cylinder head. 5. Flow measuring device. シリンダボア、シリンダヘッド、および、ピストンで囲繞された燃焼室のうち、タンブル流の流れ方向に対して垂直な仮想面において、該タンブル流の中央を含む所定範囲に設定された第１測定位置、該燃焼室のうち、該第１測定位置に対して、該仮想面における該タンブル流の長手方向に位置する第２測定位置、および、該燃焼室のうち、該長手方向に、該第１測定位置を挟んで該第２測定位置と反対側に位置する第３測定位置のガス流速を測定し、前記第１測定位置を基準とする前記第２測定位置および前記第３測定位置の流速差分比率を算出することを特徴とするタンブル流測定方法。 A first measurement position set in a predetermined range including the center of the tumble flow in a virtual plane perpendicular to the flow direction of the tumble flow, of the combustion chamber surrounded by the cylinder bore, the cylinder head, and the piston; A second measurement position of the combustion chamber located in the longitudinal direction of the tumble flow on the virtual plane with respect to the first measurement position; and a first measurement position of the combustion chamber in the longitudinal direction. The gas flow velocity at a third measurement position located on the opposite side of the second measurement position with respect to the second measurement position is measured, and the flow velocity difference ratio between the second measurement position and the third measurement position with respect to the first measurement position is determined. A tumble flow measurement method characterized by calculating .
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