JPH0415936Y2 - - 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、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。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７図点線で示すよう
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８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、前記
渦巻部３の渦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。そのスワール比特性
は第７図に鎖線で示してある。

〈考案が解決しようとする問題点〉 ところでかかる従来のスワール制御装置による
と、スワール比は上記の如く先端ピストン部５ａ
の突き出し量に関連するがスワール比の下限値は
先端ピストン部５ａを最大限に突き出した状態で
該先端ピストン部５ａの断面積に依存する。これ
に対し燃焼に適度なスワール比が必要である直接
噴射式デイーゼル機関等ではスワール比の要求変
化幅が広く、これを満たす先端ピストン部５ａの
断面積が大きくならざるを得ない。つまり先端ピ
ストン部５ａを含むスワール制御装置が大型化す
る。

しかるにこのように大型化したスワール制御装
置では、これを吸気ポートと干渉することなくピ
ストンヘツドに設けることは極めて困難となる。
従つて先端ピストン部５ａの断面積に自ずと制限
が加わり、スワール比の要求制御幅を満足できな
い不都合があつた。

本考案はかかる従来装置の不都合を解消すべく
なしたもので、広範なスワール比制御幅を得ると
共にスワール比制御を精度良く安定して行えるよ
うにすることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 吸気ポート終端部の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、渦巻部終端部内に設けられ、前記渦巻
通路の上壁部から燃焼室に向けて突出し、渦巻通
路の少なくとも上部を吸気弁軸方向の所定長さに
わたつて閉塞し、上流側の面に吸気流を衝突せし
めて燃焼室方向へ流線を変更させる位置と吸気流
に略平行な位置とを採りうるように軸回り回動自
由に構成された案内板と、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した。

〈作用〉 これにより、ヘリカル型吸気ポートに導入され
る吸気流は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
るようにその回動位置を定め、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（スモークの発
生）を防止し燃費を向上させると共に着火遅れを
防止して燃焼騒音の低減化を図る。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を案内
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、充填効率を向上する。即ち、案内板を渦巻通
路の上壁部から燃焼室に向けて突出し、回動によ
り渦巻通路の少なくとも上部にあつて、渦巻通路
内を流れる吸気流は案内板に衝突して上方と下方
とに分流しようとするが、上方は通路上壁と通路
上部を吸気弁軸方向の所定長さにわたつて閉塞す
る案内板とによつて吸気の上方向流が阻止される
ので、全量が下方すなわち燃焼室内にむかつて吸
気弁軸方向の強い流れとなり、燃焼室内への充填
効率が向上して出力向上を図れると共に、燃焼室
接線方向のスワールは抑制されオーバースワール
を防止して燃焼効率を向上させることができる。
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。

そして、機関の中速回転領域等においては、案
内板に案内された吸気流が吸気弁軸に近づく方向
に方向転換させ、第６図において後述するよう
に、スワール比を案内板回動角度に対して滑らか
に変化させ、スワール比制御幅を大きくすると共
にスワール比制御の精度を向上して安定させる。

かかる構成のスワール制御装置は、案内板及び
その回動軸が吸気弁軸に沿う構成となつており、
ヘリカル型吸気ポートの天井壁から案内板が垂下
される形となるから、スワール制御装置とヘリカ
ル型吸気ポートとが干渉しにくく、案内板を大型
化してスワール比の制御幅を大きく設定できる。

〈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は吸気弁軸周りを囲むようにかつ上壁
２１が螺旋を描いて徐々に燃焼室１２に近づくよ
うに設けられた渦巻通路により形成され、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、上端に設けた円盤
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の上端に吸気弁軸に沿いかつ
シリンダヘツド１１内を回動自由に貫通する回動
軸２５が設けてあり、回動軸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センサ３３と、該速
度センサ３３が検出した機関回転速度に応じ電磁
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
を回動する制御手段３４と、を含んで構成され
る。

ところで第４図により説明すると、案内板２２
の回動位置を、渦巻部２０内の吸気旋回流Ｆに対
して略平行な位置Ａ−Ａを中心に＋θ又は−θに
定めたとする。ここに＋θの位置は吸気旋回流が
案内板２２にあたつて吸気弁１５の軸に向けて接
近するような方向に案内される位置であり、−θ
の位置は案内された吸気旋回流が吸気弁１５の軸
から離れる方向に向けて案内される位置である。

かかる２つの方向の案内板回動位置に関して、
案内板２２の回動角度θとスワール比との関係を
試験した結果第６図を得た。これによると、案内
板２２を−θ方向に回動すると、−30°前後でスワ
ール比が最大から最小まで急変する傾向にあり、
回動角度−θの制御によるスワール比の制御が極
めて困難なことがわかつた。これに対し＋θ方向
に案内板２２を回動すると、約0°〜90°もの広範
囲でスワール比が比較的滑らかにかつ連続的であ
る。

従つて、スワール比の制御幅の確保、案内板回
動角に対するスワール比変化の滑らかさ、及び案
内板回動角制御に対応するスワール比制御精度の
向上という観点からすれば、案内板２２の回動範
囲は＋θ方向が好ましく、その最大の制限範囲
は、第３図に示すように吸気流に略平行な位置か
ら吸気流に略直交し、案内された吸気流が燃焼室
方向に導かれる位置までとする。

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センサ３
３が検出した場合には、電磁アクチユエータ３２
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、回動軸２５を介し、
案内板２２を第３図に示すように吸気弁１５の軸
を中心軸とする円錐又は円柱内面に略位置するよ
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の軸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Ｆ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
させると共に強いスワールにより燃焼速度が増大
し着火遅れが改善されて、燃焼騒音を低減する。

また機関回転速度が高速回転領域になると、こ
れを速度センサ３３が検出して制御手段３４を介
し電磁アクチユエータ３２を作動し、案内板２２
を第５図示位置即ち吸気弁１５の軸を含む平面内
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２２の上流側面に略直角に衝突
し吸気弁１５の軸長方向に偏流され旋回流が弱め
られる。吸気流は案内板２２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、スモーク等の発
生を抑制して燃費の向上を図ることができる。

機関部分負荷等の中速回転領域では、既述のよ
うに案内板２２が第４図に示すように位置をと
る。このため吸気旋回流Ｆは案内板２２の上面に
衝突して吸気弁１５の軸に向けて案内された後に
燃焼室１２内に吸入される。ここにおいて案内板
２２の回動角度＋θはその値を増大していくにつ
れ第６図（又は第７図実線）に示すようにスワー
ル比を緩やかに減少していく。従つて案内板２２
はその回動角度が0°〜90°に至るまで即ち第３図
〜第５図に至るまで略平均してスワール比を減少
することができる。

これから明らかなようにスワール比制御幅が案
内板回動角度約90°と大きく、然も案内板の回動
軸２５がその径の小ささから吸気ポート１３と干
渉することがない。また案内板２２の回動角θに
対してスワール比変化率が滑らかに変化するか
ら、案内板の回動角に対するスワール比の分解能
が略一様に安定して得られ制御精度が向上する。

また中間領域では案内板の回動角に対してスワ
ール比変化が滑らかになされるので、前記全回動
範囲をスワール比制御に有効に使用でき、もつて
スワール比制御幅が大となりスワール比制御が安
定してかつ精度良く行うことができ、ひいては機
関出力、燃費性能が改善される。このような特徴
を有しながらも、案内板及びその回動軸を沿わせ
たのでスワール比制御手段とヘリカル型吸気ポー
トとの干渉の度合を小さくできレイアウト上有利
である。

尚、上記実施例においては案内板２２を回動角
度が90°となるまで回動させるようにしているが、
必ずしもここまで回動させる必要はなく、渦巻通
路の少なくとも上部を吸気弁軸方向の所定長さに
わたつて閉塞できるように設定すればよい。

また、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。例えば案内板
２２を吸気弁１５の軸を中心軸とする円弧状の翼
形にすると、低速回転領域においては、渦巻部２
０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２２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。また高速回転時に案内板２２の凹面を吸気旋
回流の上流側に位置させると、案内板２２は吸気
流を確実に補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、回動軸２５は、吸気弁１５の軸に
対し、下部を上部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、燃料噴射弁の制御パルス幅等
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。

〈考案の効果〉 以上述べたように本考案によると、スワールが
必要な機関運転状態では、渦巻通路に突出して設
けた案内板の上流側面を吸気流と平行に位置させ
ることにより燃焼室接線方向に沿つて強いスワー
ルを発生させて燃焼の改善、未燃成分の排出防
止、燃費向上を得ることができる。一方、スワー
ルが不要な機関運転状態では、前記案内板により
渦巻通路の少なくとも上部を吸気弁軸方向の所定
の長さにわたつて閉塞するように前記案内板に衝
突して強制的に燃焼室に流線を変更させ、もつ
て、スワールを低下させ、吸気充填効率を高め、
以て、燃焼効率向上、燃費向上を得ることができ
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〜第５図は同上実施例の
作動状態を説明する第２図相当図で、第３図は機
関低速状態、第４図は中間状態、第５図は高速状
態を示す、第６図は案内板回動角度とスワール比
との関係を示すグラフ、第７図は機関回転速度と
スワール比との関係図、第８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、２５……回動軸、３０……案内板回動装置、
＋θ……案内板回動角。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 吸気ポート終端部の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、 渦巻部終端部内に設けられ、前記渦巻通路の上
   壁部から燃焼室に向けて突出し、渦巻通路の少な
   くとも上部を吸気弁軸方向の所定長さにわたつて
   閉塞し、上流側の面に吸気流を衝突せしめて燃焼
   室方向へ流線を変更させる位置と吸気流に略平行
   な位置とを採りうるように軸回り回動自由に構成
   された案内板と、 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。