JPS6236139B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヘリカル型吸気ポートに関する。

ヘリカル型吸気ポートは通常吸気弁周りに形成
された渦巻部と、この渦巻部に接線状に接続され
かつほぼまつすぐに延びる入口通路部とにより構
成される。このようなヘリカル型吸気ポートを用
いて吸入空気量の少ない機関低速低負荷運転時に
機関燃焼室内に強力な旋回流を発生せしめようと
すると吸気ポート形状が流れ抵抗の大きな形状に
なつてしまうので吸入空気量の多い機関高速高負
荷運転時に充填効率が低下するという問題を生ず
る。このような問題を解決するためにヘリカル型
吸気ポート入口通路部から分岐されてヘリカル型
吸気ポート渦巻部の渦巻終端部に連通する分岐路
をシリンダヘツド内に形成し、分岐路内に開閉弁
を設けて機関高速高負荷運転時に開閉弁を開弁す
るようにしたヘリカル型吸気ポートが本出願人に
より既に提案されている。このヘリカル型吸気ポ
ートでは機関高速高負荷運転時にヘリカル型吸気
ポート入口通路部内に送り込まれた吸入空気の一
部が分岐路を介してヘリカル型吸気ポート渦巻部
内に送り込まれるために吸入空気の流路断面積が
増大し、斯くして充填効率を向上することができ
る。しかしながらこのヘリカル型吸気ポートでは
分岐路が入口通路部から完全に独立した筒状の通
路として形成されているので分岐路の流れ抵抗が
比較的大きく、しかも分岐路を入口通路部に隣接
して形成しなければならないために入口通路部の
断面積が制限を受けるので十分に満足のいく高い
充填効率を得るのが困難となつている。更に、ヘ
リカル型吸気ポートはそれ自体の形状が複雑であ
り、しかも入口通路部から完全に独立した分岐路
を併設した場合には吸気ポートの全体構造が極め
て複雑となるのでこのような分岐路を具えたヘリ
カル型吸気ポートをシリンダヘツド内に形成する
のはかなり困難である。

本発明は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と共に製造の容易な新規形状
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、添附図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

第１図並びに第２図を参照すると、１はシリン
ダブロツク、２はシリンダブロツク１内で往復動
するピストン、３はシリンダブロツク１上に固締
されたシリンダヘツド、４はピストン２とシリン
ダヘツド３間に形成された燃焼室、５は吸気弁、
６はシリンダヘツド３内に形成されたヘリカル型
吸気ポート、７は排気弁、８はシリンダヘツド３
内に形成された排気ポート、９は燃焼室４内に配
置された点火栓、１０は吸気弁５のステム５ａを
案内するステムガイドを夫々示す。第１図並びに
第２図に示されるように吸気ポート６の上壁面１
１上には下方に突出する隔壁１２が一体成形さ
れ、この隔壁１２によつて渦巻部Ｂと、この渦巻
部Ｂに接線状に接続された入口通路部Ａからなる
ヘリカル型吸気ポート６が形成される。この隔壁
１２は入口通路部Ａ内から吸気弁５のステムガイ
ド１０の周囲まで吸入空気流の流れ方向に延びて
おり、第２図からわかるようにこの隔壁１２の根
元部の巾Ｌは入口通路部Ａからステムガイド１０
に近づくにつれて徐々に広くなる。隔壁１２は吸
気ポート６の入口開口６ａに最も近い側に位置す
る先端部１３を有し、更に隔壁１２は第２図にお
いてこの先端部１３から反時計回りにステムガイ
ド１０まで延びる第１側壁面１４ａと、先端部１
３から時計回りにステムガイド１０まで延びる第
２側壁面１４ｂとを有する。第１側壁面１４ａは
先端部１３からステムガイド１０の側方を通つて
渦巻部Ｂの側壁面１５の近傍まで延びて渦巻部側
壁面１５との間に狭窄部１６を形成する。次いで
第１側壁面１４ａは渦巻部側壁面１５から徐々に
間隔を隔てるように彎曲しつつステムガイド１０
まで延びる。一方、第２側壁面１４ｂは先端部１
３からステムガイド１０までほぼまつすぐに延び
る。

第１図から第９図を参照すると、入口通路部Ａ
の側壁面１７，１８はほぼ垂直配置され、一方入
口通路部Ａの上壁面１９は渦巻部Ｂに向けて徐々
に下降する。入口通路部Ａの側壁面１７は渦巻部
Ｂの側壁面１５に滑らかに接続され、入口通路部
Ａの上壁面１９は渦巻部Ｂの上壁面２０に滑らか
に接続される。渦巻部Ｂの上壁面２０は渦巻部Ｂ
と入口通路部Ａの接続部から狭窄部１６に向けて
下降しつつ徐々に巾を狭め、次いで狭窄部１６を
通過すると徐々に巾を広げる。一方、入口通路部
Ａの底壁面２１は第５図に示すように入口開口６
ａの近傍においてはその全体がほぼ水平をなして
おり、側壁面１７に隣接する底壁面部分２１ａは
第８図に示すように渦巻部Ｂに近づくに従つて隆
起して傾斜面を形成する。この傾斜底壁面部分２
１ａの傾斜角は渦巻部Ｂに近づくにつれて徐々に
大きくなる。

一方、隔壁１２の第１側壁面１４ａはわずかば
かり傾斜した下向きの傾斜面からなり、第２側壁
面１４ｂはほぼ垂直をなす。隔壁１２の底壁面２
２は先端部１３からステムガイド１０に向けて吸
気ポート６の上壁面１１と底壁面２１との中間高
さ位置を延びており、従つて底壁２１の底壁面２
２は吸気ポート６の上壁面１１との間隔が次第に
大きくなるように入口通路部Ａから渦巻部Ｂに向
けてわずかばかり彎曲しつつ下降する。隔壁１２
の底壁面２２上には第４図のハツチングで示す領
域に底壁面２２から下方に突出するリブ２３が形
成され、このリブ２３の底面および底壁面２２は
わずかばかり彎曲した傾斜面を形成する。このリ
ブ２３は吸気ポート６の入口開口６ａに最も近い
側に位置する先端部２３ａを有し、更に隔壁１２
は第４図においてこの先端部２３ａから反時計回
りに延びる第１側壁面２３ｂと、先端部２３ａか
ら時計回りに延びる第２側壁面２３ｃとを有す
る。第１側壁面２３ｂは狭窄部１６に向かつて延
びて隔壁１２の第１側壁面１４ａに滑らかに接続
する。また、第２側壁面２３ｃは隔壁１２の第２
側壁面１４ｂとほぼ同一面内にある。一方、第４
図のハツチングで示されるリブ２３の底壁面は第
２図に示される隔壁１２の根元部の断面形状に対
してほぼ相似形をなし、更に第１図に示されるよ
うにこのリブ２３の底壁面は先端部２３ａからス
テムガイド１０に向うに従つて吸気ポート６の上
壁面１１との間隔が次第に大きくなるように入口
通路部Ａから渦巻部Ｂに向けてわずかばかり彎曲
しつつ下降する。

一方、シリンダヘツド３内には渦巻部Ｂの渦巻
終端部Ｃと入口通路部Ａとを連通する分岐路２４
が形成され、この分岐路２４の入口部に開閉弁の
役目を果すロータリ弁２５が配置される。この分
岐路２４は隔壁１２によつて入口通路部Ａから分
離されており、分岐路２４の下側空間全体が入口
通路部Ａに連通している。分岐路２４の上壁面２
６はほぼ一様な巾を有し、渦巻終端部Ｃに向けて
徐々に下降して渦巻部Ｂの上壁面２０に滑らかに
接続される。隔壁１２の第２側壁面１４ｂに対面
する分岐路２４の側壁面２７はほぼ垂直をなし、
更にこの側壁面２７はほぼ入口通路部Ａの側壁面
１８の延長上に位置する。なお、第１図からわか
るように隔壁１２の底壁面２２上に形成されたリ
ブ２３の先端部２３ａはロータリ弁２５が閉鎖位
置にあるときの弁体３１の下流近傍に位置してお
り、従つてリブ２３はロータリ弁２５が閉鎖位置
にあるときの弁体３１の下流近傍からステムガイ
ド１０に向けて延びている。

第１０図に示されるようにロータリ弁２５はロ
ータリ弁ホルダ２８と、ロータリ弁ホルダ２８内
において回転可能に支持された弁軸２９とにより
構成され、このロータリ弁ホルダ２８はシリンダ
ヘツド３に穿設されたねじ孔３０内に螺着され
る。弁軸２９の下端側には薄板状の弁体３１が一
体形成され、第１図に示されるようにこの弁体３
１は分岐路２４の上壁面２６から底壁面２１まで
延びる。一方、弁軸２９の上端部にはアーム３２
が固定される。また、弁軸２９の外周面上にはリ
ング溝３３が形成され、このリング溝３３内には
Ｅ字型位置決めリング３４が嵌込まれる。更にロ
ータリ弁ホルダ２８の上端部にはシール部材３５
が嵌着され、このシール部材３５によつて弁軸２
９のシール作用が行なわれる。

第１１図を参照すると、ロータリ弁２５の上端
部に固着されたアーム３２の先端部は負圧ダイア
フラム装置４０のダイアフラム４１に固着された
制御ロツド４２に連結ロツド４３を介して連結さ
れる。負圧ダイアフラム装置４０はダイアフラム
４１によつて大気から隔離された負圧室４４を有
し、この負圧室４４内にダイアフラム押圧用圧縮
ばね４５が挿入される。シリンダヘツド３には１
次側気化器４６ａと２次側気化器４６ｂからなる
コンパウンド型気化器４６を具えた吸気マニホル
ド４７が取付けられ、負圧室４４は負圧導管４８
を介して吸気マニホルド４７内に連続される。こ
の負圧導管４８内には負圧室４４から吸気マニホ
ルド４７内に向けてのみ流通可能な逆止弁４９が
挿入される。更に、負圧室４４は大気導管５０並
びに大気開放制御弁５１を介して大気に連通す
る。この大気開放制御弁５１はダイアフラム５２
によつて隔成された負圧室５３と大気圧室５４と
を有し、更に大気圧室５４に隣接して弁室５５を
有する。この弁室５５は一方では大気導管５０を
介して負圧室４４内に連通し、他方では弁ポート
５６並びにエアフイルタ５７を介して大気に連通
する。弁室５５内には弁ポート５６の開閉制御を
する弁体５８が設けられ、この弁体５８は弁ロツ
ド５９を介してダイアフラム５２に連結される。
負圧室５３内にはダイアフラム押圧用圧縮ばね６
０が挿入され、更に負圧室５３は負圧導管６１を
介して１次側気化器４６ａのベンチユリ部６２に
連結される。

気化器４６は通常用いられる気化器であつて１
次側スロツトル弁６３が所定開度以上開弁したと
きに２次側スロツトル弁６４が開弁し、１次側ス
ロツトル弁６３が全開すれば２次側スロツトル弁
６４も全開する。１次側気化器４６ａのベンチユ
リ部６２に発生する負圧は機関シリンダ内に供給
される吸入空気量が増大するほど大きくなり、従
つてベンチユリ部６２に発生する負圧が所定負圧
よりも大きくなつたときに、即ち機関高速高負荷
運転時に大気開放制御弁５１のダイアフラム５２
が圧縮ばね６０に抗して右方に移動し、その結果
弁体５８が弁ポート５６を開弁して負圧ダイアフ
ラム装置４０の負圧室４４を大気に開放する。こ
のときダイアフラム４１は圧縮ばね４５のばね力
により下方に移動し、その結果ロータリ弁２５が
回転せしめられて分岐路２４を全開する。一方１
次側スロツトル弁６３の開度が小さいときにはベ
ンチユリ部６２に発生する負圧が小さなために大
気開放制御弁５１のダイアフラム５２は圧縮ばね
６０のばね力により左方に移動し、弁体５８が弁
ポート５６を閉鎖する。更にこのように１次側ス
ロツトル弁６３の開度が小さいときには吸気マニ
ホルド４７内には大きな負圧が発生している。逆
止弁４９は吸気マニホルド４７内の負圧が負圧ダ
イアフラム装置４０の負圧室４４内の負圧よりも
大きくなると開弁し、吸気マニホルド４７内の負
圧が負圧室４４内の負圧よりも小さくなると閉弁
するので大気開放制御弁５１が閉弁している限り
負圧室４４内の負圧は吸気マニホルド４７内に発
生した最大負圧に維持される。負圧室４４内に負
圧が加わるとダイアフラム４１は圧縮ばね４５に
抗して上昇し、その結果ロータリ弁２５が回動せ
しめられて分岐路２４が閉鎖される。従つて機関
低速低負荷運転時にはロータリ弁２５によつて分
岐路２４が閉鎖されることになる。なお、高負荷
運転時であつても機関回転数が低い場合、並びに
機関回転数が高くても低負荷運転が行なわれてい
る場合にはベンチユリ部６２に発生する負圧が小
さなために大気開放制御弁５１は閉鎖され続けて
いる。従つてこのような低速高負荷運転時並びに
高速低負荷運転時には負圧室４４内の負圧が前述
の最大負圧に維持されているのでロータリ弁２５
によつて分岐路２４が閉鎖されている。

上述したように吸入空気量が少ない機関低速低
負荷運転時にはロータリ弁２５が分岐路２４を閉
鎖している。このとき、入口通路部Ａ内に送り込
まれた混合気の一部は第１図および第２図におい
て矢印Ｒで示すように上壁面１９，２０に沿つて
進み、残りの混合気のうちの一部の混合気は第１
図および第２図において矢印Ｓで示すようにロー
タリ弁２５の手前で入口通路部Ａの側壁面１７の
方へ向きを変える。次いでこの混合気はリブ２３
の第１側壁面２３ｂ（第４図）に案内されて狭窄
部１６に向かつて流れる。ここでもしリブ２３が
設けられていないとするとロータリ弁２５に衝突
した混合気は弁体３１の裏側に回り込んで渦を発
生し、この渦が渦巻部Ｂの側壁面１５に沿つて旋
回する混合気流の速度を減速させる作用をなす。
更に、この渦の大きさは一定しておらず、しかも
この渦は不規則に発生するために上述の如く旋回
混合気流の流速が減速されるだけではなくて旋回
流の強さが一定とはならない。ところがリブ２３
を設けるとロータリ弁２５により方向変換された
混合気はリブ２３により案内されて狭窄部１６に
向かつて流れ、旋回流の発生に積極的に寄与する
ことになる。

一方、前述したように上壁面１９，２０の巾は
狭窄部１６に近づくに従つて次第に狭くなるため
に上壁面１９，２０に沿つて流れる混合気の流路
は次第に狭ばまり、斯くして上壁面１９，２０に
沿う混合気流は次第に増速される。更に、前述し
たように隔壁１２の第１側壁面１４ａは渦巻部Ｂ
の側壁面１５の近傍まで延びているので上壁面１
９，２０に沿つて進む混合気流は渦巻部Ｂの側壁
面１５上に押しやられ、次いで第１図および第２
図おいて矢印Ｔで示すように側壁面１５に沿つて
進むために渦巻部Ｂ内には強力な旋回流が発生せ
しめられる。次いで混合気は旋回しつつ吸気弁５
とその弁座間に形成される間隙を通つて燃焼室４
内に流入して燃焼室４内に強力な旋回流を発生せ
しめる。

一方、吸入空気量が多い機関高速高負荷運転時
にはロータリ弁２５が開弁するので入口通路部Ａ
内に送り込まれた混合気は大別すると３つの流れ
に分流される。即ち、第１の流れは第３図および
第４図において矢印Ｘで示すように隔壁１２の第
１側壁面１４ａと入口通路部Ａの側壁面１７間に
流入し、次いで渦巻部Ａの上壁面２０に沿つて旋
回しつつ流れる混合気流であり、第２の流れは第
３図および第４図において矢印Ｙで示すように分
岐路２４を介して渦巻部Ｂ内に流入する混合気流
であり、第３の流れは第３図において矢印Ｚで示
すように入口通路部Ａの底壁面２１に沿つて渦巻
部Ｂ内に流入する混合気流である。分岐路２４の
流れ抵抗は第１側壁面１４ａと側壁面１７間の流
れ低抗に比べて小さく、従つて第２の混合気流Ｙ
の方が第１の混合気流Ｘよりも多くなる。更に、
渦巻部Ｂ内を旋回しつつ流れる第１混合気流Ｘの
流れ方向は第３図に示されるように第２混合気流
Ｙによつて下向きに偏向され、斯くして第１混合
気流の旋回力が弱められることになる。このよう
に流れ抵抗の小さな分岐路２４からの混合気流が
増大し、更に第１混合気流の流れ方向が下向きに
偏向されるので高い充填効率が得られることにな
る。また、前述したように隔壁１２の底壁面２２
は下向きの傾斜面から形成されているので第３の
混合気流はこの傾斜面に案内されて流れ方向が下
向きに偏向され、斯くして更に高い充填効率が得
られることになる。

上述したようにリブ２３を設けることによつて
旋回流を強めることができるが更にリブ２３の先
端部２３ａとロータリ弁２５の弁体３１の端部と
の位置関係が旋回流の強さに影響を与えることが
判明している。即ち、第４図に示されるように吸
気ポート６の長手軸線方向と直角方向において測
つたリブ２３の先端部２３ａと弁体３１の端部と
の間隔をｌとすると、この間隔ｌが第１２図に示
すように旋回流の強さに影響を与える。なお、第
１２図において縦軸Ｓは単位時間当りの旋回流の
旋回回数を示し、横軸は上記の間隔ｌを示す。第
１２図からわかるように間隔ｌが１mmよりも小さ
いときは旋回流の旋回回数Ｓに影響を与えないが
間隔ｌが１mmよりも大きくなると混合気が分岐路
２４内に流入して旋回流が弱められる。従つて、
第１２図から間隙ｌを１mm以下にする必要がある
ことがわかる。

なお、ロータリ弁１５の上流側に位置する隔壁
１２の底壁面２２をリブ２３の底壁面の高さまで
下げることによつて同様な効果が得られそうにみ
える。しかしながらロータリ弁１５の上流側に位
置する隔壁１２の底壁面２２をリブ２３の底壁面
の高さまで下げるとそれだけ吸気ポート６の流れ
面積が小さくなるために充填効率が低下する。従
つて充填効率を低下させることなく混合気をでき
るだけ狭窄部１６に向かわせて旋回流を強めるた
めにリブ２３が設けられている。

一方、本発明によるヘリカル型吸気ポートは吸
気ポート６の上壁面上に隔壁１２を一体成形すれ
ばよいのでヘリカル型吸気ポートを容易に製造す
ることができる。

以上述べたように本発明によれば機関低速低負
荷運転時にはロータリ弁により方向変換された混
合気がリブにより案内されて旋回流の発生に寄与
するために強力な旋回流を燃焼室内に発生せしめ
ることができる。一方、機関高速高負荷運転時に
は分岐路を開口することにより多量の混合気が流
れ抵抗の小さな分岐路を介して渦巻部内に送り込
まれるために高い充填効率を確保することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の−線に沿つてみた本発明
に係る内燃機関の側面断面図、第２図は第１図の
−線に沿つてみた平面断面図、第３図は本発
明によるヘリカル型吸気ポートの形状を図解的に
示す側面図、第４図はヘリカル型吸気ポートの形
状を図解的に示す平面図、第５図は第３図および
第４図の−線に沿つてみた断面図、第６図は
第３図および第４図の−線に沿つてみた断面
図、第７図は第３図および第４図の−線に沿
つてみた断面図、第８図は第３図および第４図の
−線に沿つてみた断面図、第９図は第３図お
よび第４図の−線に沿つてみた断面図、第１
０図はロータリ弁の側面断面図、第１１図はロー
タリ弁の駆動制御装置を示す図、第１２図は旋回
流の強さを示すグラフである。 ４……燃焼室、６……ヘリカル型吸気ポート、
１２……隔壁、２３……リブ、２４……分岐路、
２５……ロータリ弁、３１……弁体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気弁周りに形成された渦巻部と、該渦巻部
   に接線状に接続されかつほぼまつすぐに延びる入
   口通路部とにより構成されたヘリカル型吸気ポー
   トにおいて、吸気ポート上壁面から下方に突出し
   かつ吸入空気流の流れ方向に延びる隔壁を吸気ポ
   ート内に形成して該隔壁の両側に入口通路部と該
   入口通路部から分岐した分岐路とを形成し、該隔
   壁の下方に入口通路部と分岐路とを連通する下側
   空間を形成すると共に分岐路を渦巻部の渦巻終端
   部に連通し、該隔壁先端部下流の分岐路内に開閉
   弁を設けて該開閉弁により分岐路内を流れる吸入
   空気流を制御し、更に上記隔壁が隔壁先端部から
   吸気弁ステム周りまで吸気ポート上壁面と吸気ポ
   ート底壁面の中間高さ位置を延びる底壁面を有
   し、開閉弁の下流近傍から吸気弁ステム周りに至
   る該隔壁の底壁面上に隔壁底壁面から下方に突出
   するリブを形成したヘリカル型吸気ポート。