JPH0415935Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案はヘリカル型吸気ポートを備えた内燃機
関の吸気装置に関する。

〈従来の技術〉 ヘリカル型吸気ポートは通常機関のシリンダヘ
ツド内吸気ポートの終端部に吸気弁を囲んで渦巻
部が設けられる。そして該渦巻部により吸気に旋
回流を与え、吸気弁開弁時にこの旋回流を燃焼室
に導入して燃焼室内に大きなスワールを形成し、
空気と燃料との混合を促進することにより燃焼を
改善しようとしている。

ところで上記ヘリカル型吸気ポートを備えた直
接噴射式デイーゼル機関を例にとつてみると、第
４図に示すように、スワール比（機関のクランク
軸の回転速度に対する吸気旋回速度）は、その最
適値が機関の低速回転領域から高速回転領域に移
行するに従つて次第に減少するのが望ましいとさ
れている（第４図点線）。しかし上記のようなヘ
リカル型吸気ポートではポート形状が固定化され
ているため、第４図実線で示すように、機関回転
速度に対して略一定のスワール比しか得られず、
このためポート形状を低速領域にマツチングさせ
るべく設計すれば、高速領域ではスワール過剰
（オーバースワール）となり、燃焼が悪化して排
気中のスワールが増加し燃費低下を招くと共に、
スワールポートの余分な吸気抵抗（ポンピングロ
ス）を受けて吸気充填効率が悪化し高出力化の阻
害要因となる一方、高速領域にマツチングさせれ
ば低速領域ではスワール不足となつて燃焼効率が
低下する不都合がある。

上記不都合に対策するため従来では、第５図に
示すように、機関運転状態に応じヘリカル型吸気
ポートの渦流室に出没するスワール制御装置を設
けたものが開発されている（例えば特開昭57−
62927号、特開昭58−2425号、特開昭58−2426号
及び実開昭58−81319号参照）。

このうち特開昭57−62927号に例をとつて説明
すると、内燃機関のシリンダヘツド１内には、吸
気弁２のまわりに設けた渦巻部３と、該渦巻部３
の上流端に接続する略直線状の導入部４と、を備
えたヘリカル型吸気ポートが形成してあり、上記
渦巻部３の下流端内で機関運転状態に応じ吸気上
流側又は吸気弁２の弁軸方向に向け出没するスワ
ール制御装置５が設けてある。該スワール制御装
置５は、機関低速回転時に渦巻部３から退避し
て、渦巻部３内を吸気流が円滑に流れるようにし
もつて燃焼室内のスワール強化を図るが、高速回
転時には、渦巻部３内に先端ピストン部５ａが突
出し吸気流に抵抗を与えてオーバースワールの防
止を図る。

〈考案が解決しようとする問題点〉 第５図に示すようなスワール制御装置５を備え
たヘリカル型吸気ポートにあつては、特開昭57−
62927号に係る明細書が説明によると、高速時に
先端ピストン部５ａが渦巻部３内に突出したと
き、この突出量に応じ吸気流の渦巻部３内の滞留
時間が短くなり、早期に燃焼室に入るので、吸気
充填効率が向上するとある。

しかし実際には先端ピストン部５ａは吸気流に
対して邪魔板のように立ち塞がり、先端ピストン
部５ａに衝突後の吸気流に方向性を付与すること
なく渦巻部３内の吸気流を大きく乱すと共に単に
吸気抵抗となるのみで、渦巻部３内の吸気流の円
滑な流れを阻害し圧力損失を与えて、吸気充填効
率を低下させ、その結果高速回転領域で充分な出
力が得られないという惧れがあつた。

本考案は従来の吸気装置の上述のような不都合
に鑑み、機関低速回転領域等では強力なスワール
を燃焼室内に形成して燃焼効率を向上させる一
方、機関高速回転領域等では渦巻部の吸気流にス
ワールとは別方向の方向性を持たせて燃焼室内に
吸気流を円滑に導入し、もつて圧力損失なく吸気
充填効率を向上させることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 吸気弁軸周りを囲むように、かつ上壁部が螺旋
を描いて徐々に燃焼室に近づくよう設けられた渦
巻通路により渦巻部を形成してなるヘリカル型吸
気ポートを備えた内燃機関において、渦巻部内に
設けられた吸気流を上流側面に衝突せしめて燃焼
室方向へ流線を変更させる位置と吸気流に略平行
な位置との間で回動自由に構成され、かつ、燃焼
室へ向かう程吸気弁軸へ接近するように吸気弁軸
に対して傾斜した回動軸上に設けられた案内板
と、該案内板を機関運転状態に応じて回動しその
回動位置を定める案内板回動装置とを備えて構成
される。

〈作用〉 これにより機関低速回転領域等スワールを必要
とする領域では案内板を可及的に吸気流に平行に
なるようその回動位置を案内板回動装置により位
置決めして、旋回流を円滑に渦巻部内に発生さ
せ、即ち吸気流の水平成分、旋回成分を強化し、
ヘリカル型吸気ポートの有する特徴を最大限に発
揮せしめてスワールを増大し、燃焼を良好にして
未然成分の排出を防止し燃費の向上を図る。特
に、案内板を、燃焼室へ向かう程吸気弁軸へ接近
するように吸気弁軸に対して傾斜した回動軸上に
設けたので、吸気流は渦巻部を弁軸の周りに旋回
して流れながら通路の上壁部に案内されて燃焼室
方向へ下降していく際、燃焼室へ近づく程弁軸に
近づけられることになり、その結果、吸気流は弁
軸を中心とする小さな回転半径の旋回を与えられ
て、旋回の角速度が増大し、燃焼室へ実際に導入
された吸気のスワールが十分に加速され、燃焼改
善、未燃成分の排出防止、燃費の向上等の上記効
果を更に高めることができる。また機関が高速回
転領域等高出力を必要とする領域では、案内板回
動装置を作動して案内板の回動位置をその上流側
面が吸気流に対向する方向に定め、渦巻部におい
て強化された水平成分の大きい吸気流に案内板に
より燃焼室方向に向く成分の大きい吸気流に変換
して吸気を円滑に即ち損失少なく燃焼室に導き、
充填効率の向上する。これによりもともと燃焼効
率が良い高速回転領域の燃焼効率を悪化させるこ
となく充填効率の向上により出力を増大させかつ
排気中のカーボン排出量を低減して燃費の向上を
図る。

〈実施例〉 以下に本考案を実施例に基づいて説明する。

第１図及び第２図は本考案の一実施例を示すも
ので、機関のシリンダヘツド１１には各燃焼室１
２に夫々連通するヘリカル型吸気ポート１３を有
する。ヘリカル型吸気ポート１３は、図示しない
吸気マニホルドに連通する略直線上の導入部１４
と、その下流に接続されかつ吸気弁１５を介して
燃焼室１２に連通する渦巻部２０と、からなる。
渦巻部２０は吸気弁１５周りを囲むようにかつ上
壁２１が縲線を描いて徐々に燃焼室１２に近づく
ように形成され、その下流端は燃焼室１２近くで
再び渦巻部２０上流端部に連通接続されている。

渦巻部２０の終端部には、吸気弁１５の弁軸を
含む平面内に配設された案内板２２を有する。案
内板２２は略方形状となつており、渦巻部２０の
終端部上壁のシリンダヘツド１１内に設けられた
凹部２３内を回動自由であつて、上端に設けた円
板２４が前記凹部２３の上底壁に対し回転摺動自
由又は多少のクリアランスを介して回動自由にな
つている。案内板２２の上端にはシリンダヘツド
１１内を回動自由に貫通するシヤフト２５が設け
てあり、該シヤフト２５の上端にはナツト２６に
よりレバー２７の一端が固定され、該レバー２７
の他端には案内板回動装置３０が連結されてい
る。

案内板回動装置３０は、レバー２７先端にボー
ルジヨイント２８を介して各気筒毎のレバー２７
を一連に連結するコネクテイングバー３１と、該
バー３１を移動する電磁アクチユエータ３２と、
機関回転速度を検出する速度スイツチ３３と、該
速度スイツチ３３が所定値以上の機関回転速度を
検出したときに電磁アクチユエータ３２を作動し
てコネクテイングバー３１を変位させレバー２７
を介して案内板２２を吸気弁１５の弁軸を含む平
面内に位置すべく回動する制御手段３４と、を含
んで構成される。機関回転速度が所定値以下の低
速回転領域にある場合には、これを速度スイツチ
３３が検出し、電磁アクチユエータ３２が消磁さ
れて、案内板２２を吸気弁１５の弁軸を中心軸と
する円上面内に略位置するように図示しないリタ
ーンスプリングの弾性復元力により回動させる。

尚、この場合速度スイツチ３３が所定の機関回
転速度を境としてオンオフする上記の如き構成で
あれば、制御手段３４を省略することもできる
が、機関回転速度を連続的に検出する速度センサ
である場合には、制御手段３４は案内板２２の回
動位置を機関回転速度に応じて定めるように構成
してもよい。

従つて上記構成によると、機関回転速度が所定
値以下の低速回転領域にあることを速度スイツチ
３３が検出した場合には、電磁アクチユエータ３
２が消磁されて、図示しないリターンスプリング
により、コネクテイングバー３１を移動し、各気
筒毎のレバー２７を回動して、吸気弁１５の弁軸
に対し、燃焼室１２へ向かう程接近するように傾
斜した回動軸２５を介し、案内板２２を吸気弁１
５の弁軸を中心軸とする断面円弧状の面に略位置
するように回動する。一方、導入部１４から導入
された吸気は渦巻部２０内に流入し、吸気弁１５
の弁軸周りを旋回すると同時に渦巻部２０の上壁
２１に案内されて燃焼室１２方向に押し下げられ
る。

ここにおいて案内板２２は上記の如く吸気弁１
５周りの吸気流に対して略平行となつているから
吸気流を何ら阻害する要因を持たず、このため吸
気旋回流Ａは円滑に燃焼室１２内に導かれて内部
に強いスワールを形成する。その結果、空気と燃
焼室内で噴射供給される燃料との混合が促進さ
れ、空気利用率が向上して燃焼が良好になること
により未燃成分の排出量が低減して燃費を向上さ
せることができる。

また機関回転速度が所定値以上の高速回転領域
になると、これを速度スイツチ３３が検出して制
御手段３４を介し電磁アクチユエータ３２を通電
励磁し、コネクテイングバー３１、レバー２７を
介して案内板２２を第１図、第２図示位置即ち吸
気弁１５の弁軸を含む平面内に持ちきたす。この
ため渦巻部２０内の前記吸気旋回流は、案内板２
２の上流側面に衝突し吸気弁１５のステム方向に
偏流され旋回流が弱められる。吸気流は案内板２
２に衝突してこれより上方と下方とに分流しよう
とするが、上方位置には凹部２３及び円盤２４が
あり、吸気の上方向流が阻止されて、全量が下方
即ち燃焼室１２内に向けて円滑に流れる。その結
果吸気は流路変更による圧力損失を最小限に抑え
つつ吸気弁１５軸方向成分の強い流れとなり、充
填効率が増大して出力向上を図ることができ、更
にはオーバースワールを防止して燃焼効率を向上
させ、もつて燃費の向上を図ることができる。

尚、上記実施例において案内板２２の形状を略
方形としたが、下流端を曲縁にする等その形状は
上記実施例に限るものではない。例えば第３図に
示すように、案内板２２Ａを吸気弁１５の弁軸を
中心軸とする円錐状の断面翼形にすると、低速回
転領域においては、渦巻部２０内の吸気旋回流と
全く平行となつて吸気流に対する圧力損失、乱れ
の発生をより良く防止することができ、これによ
り燃焼室内に吸入される吸気スワールは強化され
る。案内板２２Ａの両側縁を滑らかな曲面形状に
すると上記効果は更に助長される。第３図に示す
実施例では、高速回転時に案内板２２Ａの凹面を
吸気旋回流の上流側に位置させると、案内板２２
Ａは吸気流を確実に捕集してこれを燃焼室１２方
向に向かわせることができるので、吸気充填効率
は更に向上する。

案内板２２，２２Ａの軸心は、吸気弁１５の弁
軸に対し、案内板２２，２２Ａの下端を上端に較
べやや吸気下流側に傾斜させるようにしてもよ
い。このようにすると、案内板２２，２２Ａに衝
突した後の吸気流はより滑らかに圧力損失なく燃
焼室１２へと導入され吸気流の大きな乱れを防止
することができるから、充填効率がより向上す
る。このようにしても吸気旋回流を阻止する作用
に変わりはない。

案内板回動装置も上記実施例に限るものではな
いことは言うまでもない。機関運転状態を検出す
るのに速度スイツチ３３或いは速度センサを用い
たが、機関の吸入負圧、吸気スロツトルバルブ開
度、アクセルペダル開度位置、デイーゼル機関の
燃焼噴射ポンプのコントロールレバー位置、燃料
噴射弁の制御バルス幅等の１つ、またこれらの組
み合わせを用いることができる。電磁アクチユエ
ータ３２の代わりに他の動力源例えば吸入負圧、
オイル圧等を用いてもよい。

案内板２２の回動位置は全開全閉の２位置間で
機関運転状態に応じた値をとることができるよう
にしてもよいことは既述した。これによりスワー
ル及び充填効率の機関運転状態に応じた最適値を
得ることができる。

〈考案の効果〉 以上述べたように本考案によると、ヘリカル型
吸気ポートにおいて渦巻部にその上流側面で吸気
流を受けて燃焼室方向へ流線を変更させる位置
と、吸気旋回流に略平行な位置と、の間で、機関
運転状態に応じ案内板を回動するようにしたの
で、特に機関低速回転領域におけるスワールの確
保が図られ、もつて燃焼改善、未燃成分の排出防
止、燃費向上、が図られる一方、特に機関高速回
転領域におけるオーバースワールの防止、吸気充
填効率ひいては出力の増大が図られる。また、案
内板を、燃焼室へ向かう程吸気弁軸へ接近するよ
うに吸気弁軸に対して傾斜した回動軸上に設けた
ので、案内板を吸気流に略平行な位置に設定した
状態においては、吸気流は渦巻部を弁軸の周りに
旋回して流れながら渦巻部上壁により燃焼室方向
へ下降していく際、燃焼室へ近づく程吸気弁軸を
中心とする小さな回転半径の旋回を与えられて旋
回の角速度が増大し、燃焼室へ実際に導入された
吸気のスワールを十分に加速することができ、燃
焼改善、未燃成分の排出防止、燃費の向上等の上
記効果を更に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る吸気装置の一実施例を示
す第２図の−矢視断面図、第２図は同上の
−矢視断面図、第３図は本考案の他の実施例を
示す第１図相当図、第４図は機関回転速度とスワ
ール比との関係図、第５図は従来の内燃機関の吸
気装置を示す図である。 １１……シリンダヘツド、１２……燃焼室、１
３……ヘリカル型吸気ポート、１４……導入部、
１５……吸気弁、２０……渦巻部、２２……案内
板、３０……案内板回動装置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 吸気弁軸周りを囲むように、かつ上壁部が螺旋
   を描いて徐々に燃焼室に近づくよう設けられた渦
   巻通路により渦巻部を形成してなるヘリカル型吸
   気ポートを備えた内燃機関において、 渦巻部内に設けられた吸気流を上流側面に衝突
   せしめて燃焼室方向へ流線を変更させる位置と吸
   気流に略平行な位置との間で回動自由に構成さ
   れ、かつ、燃焼室へ向かう程吸気弁軸へ接近する
   ように吸気弁軸に対して傾斜した回動軸上に設け
   られた案内板と、 該案内板を機関運転状態に応じて回動しその回
   動位置を定める案内板回動装置と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。