JPS5932647B2 - 内燃機関のヘリカル型吸気ポ−ト - Google Patents

内燃機関のヘリカル型吸気ポ−ト

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JPS5932647B2
JPS5932647B2 JP53116666A JP11666678A JPS5932647B2 JP S5932647 B2 JPS5932647 B2 JP S5932647B2 JP 53116666 A JP53116666 A JP 53116666A JP 11666678 A JP11666678 A JP 11666678A JP S5932647 B2 JPS5932647 B2 JP S5932647B2
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JP
Japan
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wall surface
spiral
intake port
side wall
inlet passage
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JP53116666A
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清 中西
猛 奥村
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4228Helically-shaped channels 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関のヘリカル型吸気ポートに関する。
従来より特にディーゼル機関においては吸気行程時に燃
焼室内に強力な旋回流を発生するためにほぼまっすぐに
延びる入口通路部と渦巻部とにより構成されるヘリカル
型吸気ポートが使用されている。
しかしながらこのようなヘリカル型吸気ポートをガソリ
ン機関に応用し、機関低速運転時に必要な旋回流を燃焼
室内に発生できるようにディーゼル機関用ヘリカル型吸
気ポートに若干の変更を加えただけではガソリン機関の
使用回転数はディーゼル機関に比べてはるかに高いため
にヘリカル型吸気ポート内を流れる混合気の流れ抵抗が
大きくなり、斯くして機関高速高負荷運転時における充
填効率が低下するという問題がある。
本発明は機関低速運転時において燃焼室内に強力な旋回
流を発生できると共に機関高速高負荷運転時において充
填効率が低下することのない新規な形状を有するヘリカ
ル型吸気ポートを提供することにある。
以下添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図並びに第2図を参照すると、1はシリンダブロッ
ク、2はシリンダブロック1内で往復運動−するピスト
ン、3はシリンダブロック1上に固定されたシリンダヘ
ッド、4はピストン2とシリンダヘッド3間に形成され
た燃焼室、5は吸気弁、6はシリンダヘッド3内に形成
されたヘリカル型吸気ポート、7は排気弁、8はシリン
ダヘッド3内に形成された排気ポート、9は点火栓を人
夫示す。
なお第1図に示されるようにヘリカル型吸気ポート6の
上壁面上には弁ステムガイド10を保持するために下方
に突出する円筒状突起11が−体形成され、この円筒状
突起11の先端部から弁ステムガイド10の先端部が突
出する。
図示しない気化器において形成された混合気は吸気行程
時にヘリカル型吸気ポート6並びに吸気弁5を介して燃
焼室4内に導入され、次いでこの混合気は圧縮行程末期
に点火栓9により着火される。
第3図から第6図は第1図のヘリカル型吸気ポート6の
形状を図解的に示す。
本発明によるヘリカル型吸気ポート6は第4図に示され
るように吸気ポート軸線がわずかに彎曲した入口通路部
Aと渦巻部Bとにより構成される。
入口通路部Aの開口端部は第7図に示されるように矩形
状に形成され、一方渦巻部Bの混合気出口部13は渦巻
部Bの渦巻軸線すを中心とする円筒状に形成される。
第1図に示すように渦巻軸線b、即ち吸気弁の軸線はシ
リンダ軸線に対してほぼ23度程度傾斜しており、一方
入口通路部Aはほぼ水平方向に延びる。
入口通路部Aの渦巻軸線から離れた方の第1側壁面14
はほぼ垂直に配置され、この側壁面14は渦巻軸線すを
中心として彎曲する渦巻部Bの側壁面15に滑らかに接
続する。
この側壁面15は第6図或いは第9図に示されるように
円筒状出口部13よりも外方に膨出しており、更にこの
側壁面15は側壁面15と渦巻軸線すとの距離Rが始め
はほぼ一定であるが矢印Cで示す渦巻方向に行(に従っ
て徐徐に小さくなりかつ渦巻終端部Eにおいて円筒状出
口部130半径D/2とほぼ等しくなるように形成され
る。
一方、入口通路部Aの渦巻軸線すに近い方の第2側壁面
16の上方側壁面部分は下方を向いた傾斜面16aに形
成され、この傾斜面16aは第2側壁面16のほぼ全長
に亘って延びる。
更に、この傾斜面16aの巾は入口通路部Aの開口端部
から渦巻部Bに近づ(に従って次第に広くなり、入口通
路部Aと渦巻部Bとの接続部においては第8図に示すよ
うに第2側壁面16のほぼ全体が下方を向いた傾斜面1
6aに形成される。
従って入口通路部Aの断面形状は入口通路部Aと渦巻部
Bとの接続部においてほぼ台形状をなす。
傾斜面16aの上半分は第1図に示す円筒状突起110
周壁面に滑らかに接続され、一方傾斜面16aの下半分
は渦巻部Bの渦巻終端部Eにおいて渦巻部Bの側壁面1
5に接続される。
入口通路部Aの上壁面17は第1図並びに第5図に示す
ように入口通路部Aの開口端部から渦巻部Bに向けてほ
ぼ水平に延び、次いで渦巻部Bの土壁面18は渦巻方向
C(第4図)に沿って徐徐に下降し、次いでこの傾斜上
壁面18は入口通路部Aの傾斜面16に接続する。
前述したように入口通路部Aの傾斜側壁面16aの巾が
渦巻部Bに向けて徐徐に広がるように形成されているの
で入口通路部Aの上壁面17の巾は渦巻部Bに近づくに
従って徐徐に狭くなり、一方前述したように渦巻部Bの
側壁面15と渦巻軸線すとの距離Rは始めはほぼ一定で
あるが渦巻方向Cに徐徐に小さくなるように形成されて
いるので渦巻部Bの上壁面18の巾は渦巻方向Cに向か
うに従って徐徐に狭くなる。
従って入口通路部Aの上壁面17は渦巻部Bに向かって
その巾が狭くなりつつほぼ水平に延び、次いでこの上壁
面17に滑らかに接続された渦巻部Bの上壁面18はそ
の巾が更に狭(なりつつ渦巻方向Cに向けて下降するこ
とになる。
第1図並びに第5図に示すように入口通路部Aの下壁面
19は上壁面17とほぼ平行をなして渦巻部Bに向けて
ほぼ水平に延び、次いで第1図に示されるように滑らか
な曲壁面20を経て円筒状出口部13に接続される。
なお、第4図かられかるように下壁面19の巾は渦巻部
Bに近づくに従って徐徐に狭くなる。
機関運転時、入口通路部A内に送り込まれた混合気の一
部は第1図において矢印にで示すように土壁面17,1
8に沿って進行し、他の混合気は入口通路部Aの傾斜側
壁面16aに衝突して下向きの力を与えられて第1図に
おいて矢印りに示すように旋回することな(円筒状出口
部13内に流入する。
前述したように上壁面17,18の巾は次第に狭くなる
ために上壁面17.18に沿って流れる混合気の流路は
次第に狭ばまり、また上壁面18は渦巻方向Cに向けて
下降しているので上壁面17.18に沿う混合気流は次
第に増速されつつ下向きの力を与えられる。
斯くして渦巻部B内には旋回しつつ下降する旋回流が発
生せしめられ、この旋回流によって第1図において矢印
りで示すように円筒状出口部13内に流入した混合気に
旋回流が与えられることになる。
次いで旋回しつつ下降する旋回流は円筒状出口部13の
内壁面に沿って何ら抵抗を受けることなく滑らかに旋回
することにより渦巻軸線す回りの強力な旋回流が円筒状
出口部13において形成されることになる。
次いでこの旋回混合気は吸気弁5とその弁座間に形成さ
れた隙間を通して燃焼室4内に流入し、燃焼室4内に強
力な旋回流を発生せしめることになる。
本発明によるヘリカル型吸気ポート6においては上壁面
17.18に沿って流れる混合気流が旋回流の発生に大
きく寄与している。
従って上述のように上壁面17.18に沿って形成され
る混合気流路が次第に狭まくなるように形成することに
よって混合気流は増速され、斯くして機関低負荷運転時
であっても強力な旋回流を発生せしめることができる。
一方、前述したように入口通路部Aの断面形状は入口通
路部Aと渦巻部Bとの接続部において台形状をなしてお
り、従ってこの接続部において第2側壁面16の全体が
下向きの傾斜面16aから形成されているので機関高速
高負荷運転時のように吸入空気量が多いときには大部分
の混合気の流れ方向が傾斜面16aによって下向きに偏
向され、従って大部分の混合気は通常の吸気ポート内を
流れる混合気と同様に旋回することなく滑らかな曲壁面
20に沿って円筒状出口部13内に流入するので流れ抵
抗は小さくなる。
この場合、混合気の流れ方向を急激に変化させると渦が
生じたりしてかえって流れ抵抗は大きくなってしまう。
しかしながら本発明では傾斜面16aが第2側壁面16
のほぼ全長に亘って形成され、しかもこの傾斜面16a
は入口通路部Aの開口端部から渦巻部Bに向げて徐徐に
広くなるように形成されているので混合気は入口通路部
A内を流れる間に徐徐に下方に向けて押下げられる。
このように大部分の混合気が徐徐に下方に向けて押下げ
られるために流れ抵抗が小さくなり、斯して機関高速負
荷運転時に高い充填効率を得ることができる。
また、強力な旋回流の発生には円筒状出口部13が大き
な作用を果している。
これを第1図の一部拡大断面図を示す第10図と、実験
結果を示す第11図を参照して説明する。
第10図に示すように本発明によるヘリカル吸気ポート
6においては渦巻部Bの出口部13は吸気弁5の軸線に
共軸な一様な直径りの円筒壁面により形成され、この一
様な直径りを有する円筒状出口部13の高さをHとする
第11図はこの高さHを種種に変化させた場合の旋回流
の強さ並びに流量係数の変化を示している。
第11図において縦軸Sは所定の空気量を流したときの
ヘリカル型吸気ポート出口近傍における単位時間当りの
旋回流の回転数、縦軸Fはヘリカル型吸気ポートの流量
係数、横軸Hは第10図に示す円筒状出口部13の高さ
を示す。
また第11図において実線は旋回流の回転数Sを示し、
破線は流量係数を示す。
なお、この実験は4気筒内燃機関を用いて機関回転数約
200゜rpm、スロット弁全開のもとで行なわれたも
のである。
第11図から明らかなように旋回流の回転数、即ち旋回
流の強さSは円筒状出口部13の高さHが高くなるにつ
れて強力になり、しかも円筒状出口部13の高さHが直
径りのほぼ0.225倍以上であれば旋回流の強さSは
ほぼ一定となり、また流量係数Fは円筒状出口部13の
高さHにほとんど影響を受けない。
従って第11図から高い充填効率を確保しつつ強力な旋
回流を発生せしめるためには渦巻部Bの出口部13を円
筒状に形成し、しかも円筒状出口部13の高さHを直径
りのほぼ0.225倍以上とすることが好ましいことが
わかる。
以上述べたように本発明によれば吸気ポートの上壁面に
沿って形成される混合気流路が渦巻部に向けて次第に狭
くなるように形成されているので吸気ポートの上壁面に
沿って流れる混合気は次第に増速され、斯くして機関低
負荷運転時であっても強力な旋回流を発生せしめること
ができる。
一方、本発明では下向きの傾斜面が第2側壁面のほぼ全
長に亘って形成されしかもこの傾斜面は入口通路部の開
口端部から渦巻部に向けて徐徐に広くなるように形成さ
れているために混合気は入口通路部内を流れる間に徐徐
に押下げられるので流れ抵抗が小さくなり、更に入口通
路部の断面形状が入口通路部と渦巻部との接続部におい
て台形状をなしていてこの接続部において第2側壁面の
全体が下向きの傾斜面から形成されているので大部分の
混合気の流れ方向が傾斜面によって下向きに偏向され、
斯くして機関高速高負荷運転時に高い充填効率を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるヘリカル型吸気ポートを具えた内
燃機関の側面断面図、第2図は第1図の■−■線に沿っ
てみた断面図、第3図は第1図のヘリカル型吸気ポート
の形状を示す斜視図、第4図は第3図の矢印■に沿って
みた平面図、第5図は第3図の矢印Vに沿ってみた側面
図、第6図は第3図の矢印■に沿ってみた側面図、第7
図は第4図の■−■線に沿ってみた断面図、第8図は第
4図の■−■線に沿ってみた断面図、第9図は第4図の
IX−IX線に沿ってみた断面図、第10図は第1図の
一部拡大側面断面図、第11図は旋回流の強さ並びに流
量係数を示すグラフである。 6・・・ヘリカル型吸気ポート、13・・・円筒状出口
部、14,15,16・・・側壁面、16a・・・傾斜
側壁面、17,18・・・上壁面、19・・・下壁面、
A・・・入口通路部、B・・・渦巻部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 はぼまっすぐに延びる入口通路部と渦巻部とにより
    構成されたヘリカル型吸気ポートであって、該入口通路
    部が渦巻部渦巻軸線から離れた側に位置するほぼ垂直配
    置の第1側壁面と、該渦巻軸線側に位置しかつ該第1側
    壁面に対面するほぼ垂直配置の第2側壁面と、はぼ水平
    面内を延びる上壁面および下壁面とにより構成され、そ
    れによって該入口通路部が全長に亘ってほぼ矩形断面形
    状を有するヘリカル型吸気ポートにおいて、上記渦巻軸
    線側に位置する第2側壁面の上方部を該第2側壁面のほ
    ぼ全長に亘って下向きの傾斜面に形成すると共に該傾斜
    面の巾を入口通路部の開口端部から上記渦巻部に近づく
    につれて次第に広(して該入口通路部の土壁面の巾を該
    渦巻部に向けて除徐に狭くし、該入口通路部と渦巻部の
    接続部における該第2側壁面のほぼ全体を下向きの傾斜
    面に形成して該接続部における入口通路部の断面形状を
    土壁面の巾が下壁面の巾よりも狭い台形状に形成した内
    燃機関のヘリカル型吸気ポート。
JP53116666A 1978-09-25 1978-09-25 内燃機関のヘリカル型吸気ポ−ト Expired JPS5932647B2 (ja)

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US06/290,100 US4519346A (en) 1978-09-25 1981-08-04 Helically-shaped intake port of an internal combustion engine

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JPS5546004A JPS5546004A (en) 1980-03-31
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