JP2002201948A - エンジンの可変タンブル発生装置及び可変タンブル発生用吸気ポートの製造方法 - Google Patents

エンジンの可変タンブル発生装置及び可変タンブル発生用吸気ポートの製造方法

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圭 煥 金
Gyu-Han Hwang
圭 漢 黄
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの燃焼室内に吸入される空気の流動
性を向上させるための、エンジンの可変タンブル発生装
置及び可変タンブル発生用吸気ポートの製造方法を提供
する。 【解決手段】 可変タンブル発生装置は、吸気ポートを
第１通路と第２通路とに区切る隔壁と、前記第１通路と
第２通路の開度を選択的に可変させるための開度調節弁
と、前記開度調節弁を操作する駆動手段とからなる。ま
た、可変タンブル発生用吸気ポートの製造方法は、上型
製作段階、下型製作段階、上型と下型が合わせられる部
分に、金属板を設置するための段差部を形成する段差部
形成段階、金属板組立段階、鋳物砂充填段階、吸気ポー
トコアを取り出すコア製作段階、シリンダヘッド鋳造段
階とからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの燃焼室
内に吸入される空気の流動性を向上させるための装置及
びそのための吸気ポートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、エンジンの内部に吸入された混
合気は、その流動性が大きいほど、火炎の伝播を容易に
し、エンジン性能を向上させる。このような燃焼性能を
向上させるための最近の流動性増大方法には、吸入され
る空気自体が燃焼室の内部で強く回転しながら吸入され
るようにする方法があるが、吸気ポートの形状を調節し
て燃焼室内に縦渦（タンブル：ｔｕｍｂｌｅ）を発生さ
せる方式が多く用いられている。
【０００３】図１はこのような方式でタンブルを生じさ
せるためのエンジンの吸気系を示す。従来のエンジンの
吸気系は、図１に示すように、エンジンの燃焼室１０２
へ空気を提供する吸気管１０４と、吸気管１０４と並ん
で設置されたバイパス管１０６と、吸気管１０４に設置
され、吸気管を通過する空気の流れを制御する調節バル
ブ１０８とを備えている。このような装置で燃焼室１０
２内にタンブルを発生させるメカニズムは、調節バルブ
１０８によって、吸気管１０４を通過する空気の流れを
制御することにより、バイパス管１０６によって供給さ
れる空気と吸気管１０４によって供給される空気とが互
いに異なる流速をもつようにすると、空気が燃焼室へ流
入しながら互いに異なる流速によって渦巻きを形成する
ようになるもので、タンブルの形成有無及び形成量など
を調節弁１０８の開度によって変化させるようになって
いる。
【０００４】ところで、このように構成・作動するエン
ジンの可変タンブル発生装置は、従来の吸気管１０４に
別のバイパス管１０６を設けなければならないので、他
の部品との関係においてその設置空間及び製作の複雑性
などの問題がある。
【０００５】また、このような別のバイパス管１０６
は、構造上、その形状が多数の屈曲部をもつため、バイ
パス管１０６の内部を通過する空気に大きい流動抵抗を
発生させ、流れる空気の流速を低下させる原因となる。
従って、バイパス管の狭い断面積を利用した高い流速の
空気流動形成により、吸気管を通る空気流速との差異を
発生させてタンブルを誘発させる本来の目的を達成する
には多少不利な面があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エン
ジンの燃焼室へ供給される空気の流動抵抗を最小化する
と共に互いに異なる通路を介して空気を流してタンブル
を発生させるようにし、その構成が簡単で隣接部品との
関係から空間上の制約を回避することができる、製造方
法も簡単なエンジンの可変タンブル発生装置及び可変タ
ンブル発生用吸気ポートの製造方法を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るエンジンの可変タンブル発生装置は、吸
気ポートを第１通路と第２通路とに区切る隔壁と、前記
第１通路と第２通路の開度を選択的に可変させるための
開度調節弁と、前記開度調節弁を操作する駆動手段とか
らなることを特徴とする。また、本発明に係る可変タン
ブル発生用吸気ポートの製造方法は、吸気ポートの第１
通路用空間が設けられた上型を製作する上型製作段階
と、吸気ポートの第２通路用空間が設けられた下型を製
作する下型製作段階と、前記上型と下型が型合わせされ
る部分に、金属板を設置するための段差部を形成する段
差部形成段階と、前記段差部に、隔壁になる所定の金属
板を組み立てる金属板組立段階と、前記上型と下型を型
合わせし、前記型合わせされた金型の内部に鋳物砂を充
填させる鋳物砂充填段階と、前記型合わせされた金型を
分離し、前記金属板が一体化された吸気ポートコアを取
り出すコア製作段階と、前記吸気ポートコアを、シリン
ダヘッドを鋳造する金型に組み立てて鋳造した後、前記
吸気ポートコアの鋳物砂を取り除くことにより、前記金
属板が吸気ポート内の隔壁として残るようにするシリン
ダヘッド鋳造段階とからなることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図に
基づいて詳細に説明する。図２は本発明に係るエンジン
の可変タンブル発生装置を示す。本発明に係る可変タン
ブル発生装置は、図２に示すように、エンジンの吸気ポ
ート１には、空気の流動する第１通路５と第２通路７と
に区切るための隔壁３が備えられており、隔壁３の空気
流入側には、第１通路５と第２通路７の開度を選択的に
可変させるための開度調節弁９が備えられており、開度
調節弁９にはこれを操作及び制御する駆動手段１１が連
結されている。
【０００９】開度調節弁９は、図２に示すように、吸気
管１３と吸気ポート１との間に設けられ、円形断面を有
する連通空間１５と、連通空間１５の内部に設けられ、
連通空間１５に内接する半円形断面形状を有するバルブ
スプール１７とを備えており、バルブスプール１７の回
転によって第１通路５と第２通路７の開度を可変させる
ことができる。勿論、開度調節弁９は、駆動手段１１が
連結されてエンジンのＥＣＵ（図示せず）によって制御
されることにより、第１通路５と第２通路７の開度を調
節するようになっている。駆動手段はステッピングモー
タで具現することができる。
【００１０】吸気ポート１に設けられた隔壁３は、吸気
ポート１の内部で一側に偏った状態に設置され、第１通
路５の幅と第２通路７の幅を変えることができるが、本
実施例では、吸気ポート１の断面の上側に前記隔壁が偏
った状態に設けられ、上側の第１通路５が下側の第２通
路７より狭い幅を有し、結果として第１通路の流動断面
積が第２通路の流動断面積より小さくなる。
【００１１】このように互いに異なる流動断面積をもつ
第１通路５と第２通路７を空気が流動すると、流動断面
積の小さい第１通路５側の流速が第２通路７側より速く
なって、第１、２通路を通過した空気は前記の流速差に
よってエンジンの燃焼室１９内に自然にタンブルを発生
させる。勿論、前記タンブルの強度は、開度調節弁９に
よって第１通路５と第２通路７の開度を変化させること
により調節可能であり、エンジンの運転状態に応じて最
適の吸気流動状態を実現することができる。
【００１２】一方、隔壁３の空気流入側の端部の断面
は、図５に示すように、所定の角度傾いた傾斜面２１
と、互いに反対方向に所定の角度傾いた傾斜面が交差し
て形成されたもの、丸く形成されたものなど様々な形状
があり、開度調節弁９を通過した空気が隔壁３によって
第１通路５と第２通路７とに分けられて流入するとき、
その流動抵抗及びセパレイション（ｓｅｐａｒａｔｉｏ
ｎ：剥離）を最小化することができる。
【００１３】しかも、図６の上側に示すように、隔壁３
の空気流出側の端部の断面も、所定の角度傾いた傾斜面
２１になっているものと、所定の角度だけ傾いた傾斜面
が交差して形成されたもの、及び丸く形成されたものな
ど様々な形状にすることができる。さらに、図５の断面
形状との組合せで図６の下側に示すような隔壁の断面形
状で、吸気ポート１を通過する空気の流れを最適化する
ことができる。
【００１４】このように隔壁３の端部の断面形状を調節
して空気の流れに影響を及ぼすこと以外に、図７に示す
ように、隔壁の空気流入側の端部を、単純な直線形に
し、または溝形切欠部２３を形成するようにし、または
凸凹形切欠部２５を形成するようにすることにより、吸
気ポート１を通過して燃焼室１９に流入する空気の流れ
を最適化することができる。
【００１５】参考まで、図７には、最上部に特別の処理
をしない状態の単純な平板が示されており、バルブガイ
ドの組立時に工具の作業空間を確保するための工作用溝
形切欠部２７を備えた形態、溝形切欠部２３を備えた形
態、及び前記凸凹形切欠部２５を備えた形態が順次示さ
れている。これらは全て一つのシリンダに２つの吸気バ
ルブを備えるＤＯＨＣエンジンに使用される隔壁の形状
である。
【００１６】本発明に係るエンジンの可変タンブル発生
装置の作動状態は、図３及び図４に概略的に示されてい
る。図３は、開度調節弁９が第１通路５及び第２通路７
を全開している状態であり、高負荷のエンジン運転条件
下に、燃焼室１９で必要とする十分な量の空気を供給し
ながら、第１通路５と第２通路７との空気流速の差によ
って多少のタンブルを発生させるもので、エンジンの吸
気効率に重点を置いた制御状態を示している。
【００１７】図４は、定速走行、空転及び低速走行の部
分負荷状態で、開度調節バルブ９が下側の第２通路７を
閉鎖して第１通路５のみに速い流速の空気を供給するよ
うにすることにより、強いタンブルの発生で少量の混合
気が十分燃焼するようにする、燃焼効率に重点を置いた
制御状態を示している。勿論、開度調節弁の制御状態
は、図３及び図４に示した状態だけでなく、エンジンの
様々な運転条件に応じて多様な状態にすることができ
る。
【００１８】従って、このような構造及び作動状態を有
するエンジンは、高負荷状態または部分負荷状態でそれ
ぞれその運転条件に適した最適のエンジン制御が可能で
あって、エンジンの出力性能及び燃料消費効率を全て満
足させることができる。
【００１９】次に、可変タンブル発生装置のための可変
タンブル発生用吸気ポートを製造する方法を説明する。
前記可変タンブル発生装置の製作において最も重要で面
倒な部分は、吸気ポート１の内部に隔壁３を設置するこ
とである。まず、吸気ポート１に隔壁３を設置する方法
について図８を参照して述べる。
【００２０】隔壁３は、エンジンの吸気ポート１内の狭
い空間に正確な位置を選定して設置しなければならず、
その形状も上述したように空気の流動形態を決定付ける
重要な要素であって精密な加工を必要とする。従って、
本発明は、このような必要性に応えるために隔壁３を所
望の形状に正確に加工できるようにするのは勿論のこ
と、エンジンの吸気ポート１内の正確な位置に隔壁３を
設置するために、エンジンのシリンダヘッド鋳造時の吸
気ポート形成に用いられる吸気ポートコアに隔壁３を予
め挿入して形成する方法を提示する。
【００２１】即ち、前記本発明の方法は、一連の段階、
即ち、吸気ポート１の第１通路５用空間が設けられた上
型５０を製作する上型製作段階（Ｓ１）と、吸気ポート
１の第２通路７用空間が設けられた下型を製作する下型
製作段階（Ｓ２）と、上型５０と下型５２とが合わせら
れる部分に、金属板３（前記隔壁と同一の部品なので、
同一符号で表わす）を設置するための段差部５４を形成
する段差部形成方法段階（Ｓ３）と、段差部５４に、隔
壁となる所定の金属板３を組み立てる金属板組立段階
（Ｓ４）と、上型５０と下型５２とを型合わせし、型合
わせされた金型の内部に鋳物砂５６を充填する鋳物砂充
填段階（Ｓ５）と、型合わせされた金型を分離し、金属
板３が一体化された吸気ポートコア５８を取り出すコア
製作段階（Ｓ６）と、吸気ポートコア５８を、シリンダ
ヘッドを鋳造するための金型に組み立てて鋳造した後、
吸気ポートコアの鋳物砂を取り除くことにより、金属板
３が吸気ポート１内の隔壁として残るようにするシリン
ダヘッド鋳造段階（Ｓ７）とからなる。
【００２２】勿論、上型製作段階（Ｓ１：図９）と下型
製作段階（Ｓ２：図１０）の順序にはあまり意味がな
い。吸気ポート１の内側に設けられる空間の形状をそれ
ぞれ第１通路５と第２通路７とに分けて上型５０及び下
型５２に形成するようにし、第１通路５と第２通路７の
断面積を異にする。
【００２３】段差部形成段階Ｓ３は、実際には上型５０
及び下型５２の製作時に第１通路５及び第２通路７の形
成と共に段差部が設けられるようにすることができる
が、説明のために区分した。図９には上型５０にのみ凹
部からなる段差部５４が示されているが、この他にも様
々な方法で段差部を形成することができる。
【００２４】即ち、段差部は、上型５０と下型５２が合
わせられる部分に形成すればよいが、図１３の（ａ）〜
（ｅ）に示すように、（ａ）上型５０と下型５２にそれ
ぞれ形成された凹部からなり、金属板３の厚さの中央が
上型５０と下型５２の金型分離線（Ｐ／Ｌ）上に位置す
るようにしたもの、（ｂ）上型５０に形成された凹部か
らなり、金属板３の下型側の面が上型と下型の金型分離
線（Ｐ／Ｌ）上に位置するようにしたもの、（ｃ）逆
に、下型５２に形成された凹部からなり、金属板３の上
型側の面が上型と下型の金型分離線（Ｐ／Ｌ）上に位置
するようにしたもの、（ｄ）上型５に形成された凹部
と、下型５２に形成された突出部とからなるもの、
（ｅ）逆に、上型５０に形成された突出部と、下型５２
に形成された凹部とからなるものなど様々な形態を有す
ることができる。
【００２５】しかも、金属板組立段階（Ｓ４）では、隔
壁になる金属板３を前記上型と下型との間に組み込む
が、ここで、金属板３には図１４に示すように屈曲部６
０を形成し、屈曲部６０によって第１通路５と第２通路
７の断面積が異なるように区切ることができる。また、
場合によっては、隔壁３が前述したように吸気ポートの
上下方向に垂直に設置されず、所定の角度回転した状態
に設置されるように加工し、燃焼室へ流入する空気が縦
渦（タンブル）及び横渦の成分を同時に形成するように
することができる。
【００２６】このように形成された段差部５４には、図
１１に示すように、金属板４が組み立てられるが、金属
板３には図７に示すように位置決め用孔６２が設けら
れ、上型製作段階（Ｓ１）で図９に示すように位置決め
用孔６２に挿入される位置決め用突起６４をさらに形成
し、金属板３の組立時にその位置を迅速に決定できるよ
うにすることにより、組立作業を一層容易にすることが
できる。
【００２７】一方、金属板組立段階（Ｓ４）で組み立て
られる金属板３は、その材質をシリンダヘッドの母材よ
り溶融点の高い材質とし、シリンダヘッドの鋳造時に注
入される母材の熔湯に溶けないようにした。
【００２８】このように金属板３が上型と下型との間に
挿入されると、図１２に示す状態になり、ここに図１５
に示すように鋳物砂５６を充填し、その鋳物砂が固化す
ると、前記上型と下型とを分離し、図１６に示すよう
に、隔壁になる金属板３と一体化された吸気ポートコア
５８が完成する。このように製作された吸気ポートコア
５８は、シリンダヘッドを鋳造するために設けられた金
型に組み立ててシリンダヘッドの鋳造後、吸気ポートコ
アの鋳物砂５６を取り除くと、金属板３は吸気ポート１
内の隔壁として残る。
【００２９】この際、吸気ポートコア５８に一体化され
た金属板３には、上型への組立を容易にするために設け
られた位置決め用孔６２が残っているが、前記シリンダ
ヘッドの鋳造時、位置決め用孔６２にシリンダヘッドを
成す母材熔湯が流入して固化するので、金属板３がシリ
ンダヘッドの吸気ポートにさらに堅く固定される。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、エンジンの燃焼室へ供
給される空気の流動抵抗を最小にするとともに、互いに
異なる通路に空気を流してタンブルを発生させる一方、
その構成が簡単で、隣接部品との関係で空間上の制約を
回避することができ、製造方法も従来の吸気ポートコア
に隔壁が予め設置される構造のみを付加して簡単とな
り、製作コストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術に係るタンブルを発生させるための
エンジンの吸気系を示す断面図である。
【図２】本発明に係るエンジンの可変タンブル発生装置
を示す断面図である。
【図３】図２に示した可変タンブル発生装置の高負荷時
の作動状態を示す断面図である。
【図４】図２に示した可変タンブル発生装置の部分負荷
時の作動状態を示す断面図である。
【図５】図２の可変タンブル発生装置に設置可能な隔壁
の様々な断面形状を例示する図である。
【図６】図２の可変タンブル発生装置に設置可能な隔壁
の他の様々な断面形状を例示する図である。
【図７】図２の隔壁の様々な平面状態を例示する図であ
る。
【図８】本発明に係る可変タンブル発生用吸気ポートの
製造方法を示す順序図である。
【図９】上型製作段階の上型を示す斜視図である。
【図１０】下型製作段階の下型を示す斜視図である。
【図１１】上型に金属板が設置される金属板設置段階を
示す斜視図である。
【図１２】上型と下型が合わせられたコア金型の合わせ
型状態を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）〜（ｅ）はコア金型に金属板が設置さ
れた様々な状態を示す断面図である。
【図１４】コア金型に金属板が設置された他の状態を示
す断面図である。
【図１５】コア金型に鋳物砂が充填された状態を示す斜
視図である。
【図１６】図１５の状態でコア金型を分離して製作した
吸気ポートコアの斜視図である。
【符号の説明】
１ 吸気ポート ３ 隔板（金属板） ５ 第１通路 ７ 第２通路 ９ 開度調節弁 １１ 駆動手段 １３ 吸気管 １５ 連通空間 １７ バルブスプール １９ 燃焼室 ２１ 傾斜面 ２３ 溝形切欠部 ２５ 凸凹形切欠部 ２７ 工作用溝切欠部 ５０ 上型 ５２ 下型 ５４ 段差部 ５６ 鋳物砂 ５８ 吸気ポートコア ６０ 屈曲部 ６２ 位置決め用孔 ６４ 位置決め用突起

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気ポートを第１通路と第２通路とに区
    切る隔壁と、 前記第１通路と第２通路の開度を選択的に可変させるた
    めの開度調節弁と、 前記開度調節弁を操作する駆動手段とからなることを特
    徴とするエンジンの可変タンブル発生装置。
  2. 【請求項２】 前記隔壁の空気流入側の端部断面は所定
    の角度だけ傾いた傾斜面となっていることを特徴とする
    請求項１に記載のエンジンの可変タンブル発生装置。
  3. 【請求項３】 前記隔壁の空気流入側の端部断面は互い
    に反対方向に所定の角度だけ傾いた傾斜面が交差して形
    成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの
    可変タンブル発生装置。
  4. 【請求項４】 前記隔壁の空気流入側の端部断面は丸く
    形成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン
    の可変タンブル発生装置。
  5. 【請求項５】 前記隔壁の空気流出側の端部断面は所定
    の角度だけ傾いた傾斜面となっていることを特徴とする
    請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの可変タンブ
    ル発生装置。
  6. 【請求項６】 前記隔壁の空気流出側の端部断面は互い
    に反対方向に所定の角度だけ傾いた傾斜面が交差して形
    成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
    載のエンジンの可変タンブル発生装置。
  7. 【請求項７】 前記隔壁の空気流出側の端部断面は丸く
    形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
    記載のエンジンの可変タンブル発生装置。
  8. 【請求項８】 前記隔壁の空気流入側の端部には凸凹形
    切欠部が形成されたことを特徴とする請求項１〜４のい
    ずれかに記載のエンジンの可変タンブル発生装置。
  9. 【請求項９】 前記隔壁の空気流入側の端部には溝形切
    欠部が形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいず
    れかに記載のエンジンの可変タンブル発生装置。
  10. 【請求項１０】 前記隔壁は前記第１通路と第２通路の
    断面積が異なるように設置されたことを特徴とする請求
    項１記載のエンジンの可変タンブル発生装置。
  11. 【請求項１１】 前記駆動手段はステッピングモータで
    あることを特徴とする請求項１記載のエンジンの可変タ
    ンブル発生装置。
  12. 【請求項１２】 吸気ポートの第１通路用空間が設けら
    れた上型を製作する上型製作段階と、 吸気ポートの第２通路用空間が設けられた下型を製作す
    る下型製作段階と、 前記上型と下型が合わせられる部分に、金属板を設置す
    るための段差部を形成する段差部形成段階と、 前記段差部に、隔壁になる所定の金属板を組み立てる金
    属板組立段階と、 前記上型と下型を型合わせし、前記型合わせされた金型
    の内部に鋳物砂を充填する鋳物砂充填段階と、 前記型合わせされた金型を分離し、前記金属板が一体化
    された吸気ポートコアを取り出すコア製作段階と、 前記吸気ポートコアを、シリンダヘッドを鋳造する金型
    に組み立てて鋳造した後、前記吸気ポートコアの鋳物砂
    を取り除くことにより、前記金属板が吸気ポート内の隔
    壁として残るようにするシリンダヘッド鋳造段階と、 からなることを特徴とする可変タンブル発生用吸気ポー
    トの製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記上型製作段階と下型製作段階にお
    いて、前記第１通路と第２通路は互いに異なる断面積を
    もつように形成されることを特徴とする請求項１２記載
    の可変タンブル発生用吸気ポートの製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記金属板組立段階で組み立てられる
    金属板には屈曲部が形成され、前記屈曲部によって吸気
    ポートの第１通路と第２通路の断面積が異なるようにす
    ることを特徴とする請求項１２記載の可変タンブル発生
    用吸気ポートの製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記段差部形成段階において、前記段
    差部は、上型と下型にそれぞれ形成された凹部からな
    り、金属板の厚さの中央が上型と下側の金型分離線上に
    位置するようにしたことを特徴とする請求項１２記載の
    可変タンブル発生用吸気ポートの製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記段差部形成段階において、前記段
    差部は、上型に形成された凹部からなり、金属板の下型
    側の面が上型と下型の金型分離線上に位置するようにし
    たことを特徴とする請求項１２記載の可変タンブル発生
    用吸気ポートの製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記段差部形成段階において、前記段
    差部は、下型に形成された凹部からなり、金属板の上型
    側の面が上型と下型の金型分離線上に位置するようにし
    たことを特徴とする請求項１２記載の可変タンブル発生
    用吸気ポートの製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記段差部形成段階において、前記段
    差部は、上型に形成された凹部と、下型に形成された突
    出部とからなることを特徴とする請求項１２記載の可変
    タンブル発生用吸気ポートの製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記段差部形成段階において、前記段
    差部は、上型に形成された突出部と、下型に形成された
    凹部とからなることを特徴とする請求項１２記載の可変
    タンブル発生用吸気ポートの製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記金属板組立段階で組み立てられる
    金属板には位置決め用孔が形成され、前記上型製作段階
    では前記位置決め用孔に挿入される位置決め用突起がさ
    らに形成されることを特徴とする請求項１２記載の可変
    タンブル発生用吸気ポートの製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記金属板組立段階で組み立てられる
    金属板は、その材質がシリンダヘッドをなす母材より溶
    融点の高い材質からなることを特徴とする請求項１２記
    載の可変タンブル発生用吸気ポートの製造方法。
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