JP2005256673A - Air intake device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の吸気装置に関する。 The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine.
内燃機関には、燃焼室(シリンダボア)内に供給された吸気ガスにスワール(旋回流)を発生させて、燃焼室内での空気と燃料との混合を促進させ、燃焼室内で効率的な燃焼を行わせるようにしているものがある。燃焼室内での吸気ガスの混合および効率的な燃焼を実現するのに必要なスワールの強さは運転状態に応じて異なるため、燃焼室内に生じる吸気ガスのスワールの強さは変更可能であることが好ましい。 In an internal combustion engine, a swirl (swirl flow) is generated in the intake gas supplied into the combustion chamber (cylinder bore) to promote mixing of air and fuel in the combustion chamber, and efficient combustion in the combustion chamber is achieved. There is something that is made to do. The strength of the swirl required to achieve intake gas mixing and efficient combustion in the combustion chamber varies depending on operating conditions, so the strength of the swirl of the intake gas generated in the combustion chamber can be changed. Is preferred.
特許文献1には、吸気ポートを形成し且つスワールを生成する主吸気通路と、この吸気ポートに開口してスワールを抑制する方向に吸気ガスを導入する副吸気通路とを備えた装置が開示されている。主吸気通路にはこの主吸気通路を流通する吸気ガスの流量を制御する吸気制御弁が設けられ、副吸気通路は吸気制御弁の上流側で主吸気通路と連通する。吸気制御弁の開度を小さくすると主吸気通路を流通する吸気ガスの流量が減少するが副吸気通路を流通する吸気ガスの流量が増大し、結果として燃焼室内の吸気ガスに生じるスワールは弱くなる。逆に、吸気制御弁の開度を大きくすると主吸気通路を流通する吸気ガスの流量が増大するが副吸気通路を流通する吸気ガスの流量が減少し、結果としてスワールは強くなる。このように特許文献1の装置では、吸気制御弁の開度に応じて燃焼室内に生じるスワールの強さが調整される。
特許文献2には、一つの燃焼室に対して開口した二つの主通路と、この主通路をバイパスする副通路とを有し、副通路毎に副通路から主通路に吸気ガスが流出する角度を異ならせるようにした吸気装置が開示されている。特許文献2に記載の装置でも副通路への分岐部の下流において主通路内に主通路を流通する吸気ガスの流量を制御する制御弁が設けられる。副通路は、副通路を流通する吸気ガスの流量が増大すると燃焼室内の吸気ガスに生じるスワールが強くなるように形成されている。したがって、制御弁の開度を小さくすると主通路を流通する吸気ガスの流量が減少するが副通路を流通する吸気ガスの流量が増大するためスワールは強くなり、制御弁の開度を大きくすると逆にスワールは弱くなる。このように特許文献2に記載の装置でも、特許文献1に記載の装置と同様に、吸気弁の開度に応じてスワールの強さが調整される。
上記特許文献1に記載の装置では、吸気制御弁の開度を小さくすると副吸気通路を流通する吸気ガスの流量が増大してスワールは弱くなるが、主吸気通路を流通する吸気ガスの流量が減少するため、結果として全体的な吸気ガスの流量は減少する。一方、吸気制御弁の開度を大きくすると副吸気通路を流通する吸気ガスの流量が減少してスワールは強くなるが、主吸気通路を流通する吸気ガスの流量が増大するため、結果として全体的な吸気ガスの流量は増大する。すなわち、スワールの強さのみを変更することができず、スワールの強さの変更に伴って吸気ガスの流量が変更されてしまう。
In the device described in
同様なことが特許文献2に記載の装置にも当てはまる。すなわち、制御弁の開度を小さくするとスワールは強くなるが全体的な吸気ガスの流量が減少し、逆に制御弁の開度を大きくすると全体的な吸気ガスの流量が増大するがスワールは弱くなる。したがって、特許文献2に記載の装置においてもスワールの強さのみを変更することができず、スワールの強さの変更に伴って吸気ガスの流量が変更されてしまう。
The same applies to the device described in
換言すると、上記装置においては、スワールの強さが決まるとそれに対して全体的な吸気ガスの流量(すなわち吸気ガスに対する流抵抗)も一義的に決まり、逆に、全体的な吸気ガスの流量が決まるとスワールの強さが一義的に決まってしまう。すなわち、スワールの強さと吸気ガスの流量との関係は常に一定の関係にあり、スワールの強さのみまたは吸気ガスの流量のみを変更することはできない。 In other words, in the above device, when the strength of the swirl is determined, the overall intake gas flow rate (that is, the flow resistance to the intake gas) is also uniquely determined. Conversely, the overall intake gas flow rate is Once determined, the strength of the swirl is uniquely determined. That is, the relationship between the swirl strength and the flow rate of the intake gas is always a fixed relationship, and it is not possible to change only the strength of the swirl or only the flow rate of the intake gas.
そこで本発明の目的は、燃焼室に流出する吸気ガスの流量と燃焼室内の吸気ガスに生じるスワールの強さとの関係を広範囲で変更可能な内燃機関の吸気装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an intake device for an internal combustion engine capable of changing the relationship between the flow rate of intake gas flowing out into the combustion chamber and the strength of swirl generated in the intake gas in the combustion chamber over a wide range.
上記課題を解決するために、第1の発明では、燃焼室に連通する吸気ポートと、該燃焼室近傍において前記吸気ポートに連通するバイパス通路とを具備する内燃機関の吸気装置において、上記バイパス通路が吸気ポートに連通する領域に、バイパス通路から吸気ポート内に吸気ガスが流出する方向およびバイパス通路から吸気ポート内に吸気ガスが流出する位置の少なくともいずれか一方を変更して燃焼室内の吸気ガスに生じるスワールの強さを変更する方向・位置変更手段を具備する。
第1の発明によれば、バイパス通路から吸気ガスが流出する方向を変更することによって燃焼室に流出する吸気ガスの流量を変更することなく燃焼室内の吸気ガスに生じるスワールの強さを変更することができる。また、吸気ポート内に吸気ガスが流出する位置を変更することによって、燃焼室に流出する吸気ガスの流量を減らしつつスワールの強さを弱めること、またはその逆を行うことができる。したがって、燃焼室に流出する吸気ガスの流量とスワールの強さとの関係の変更自由度を高いものとすることができる。
In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention, in the intake device for an internal combustion engine comprising an intake port communicating with the combustion chamber and a bypass passage communicating with the intake port in the vicinity of the combustion chamber, the bypass passage In the region communicating with the intake port, the intake gas in the combustion chamber is changed by changing at least one of the direction in which the intake gas flows out from the bypass passage into the intake port and the position in which the intake gas flows out into the intake port from the bypass passage Direction / position changing means for changing the strength of the swirl generated in
According to the first invention, the strength of swirl generated in the intake gas in the combustion chamber is changed without changing the flow rate of the intake gas flowing out into the combustion chamber by changing the direction in which the intake gas flows out from the bypass passage. be able to. Further, by changing the position where the intake gas flows out into the intake port, the swirl strength can be reduced while reducing the flow rate of the intake gas flowing out into the combustion chamber, or vice versa. Accordingly, the degree of freedom in changing the relationship between the flow rate of the intake gas flowing into the combustion chamber and the strength of the swirl can be increased.
第2の発明では、第1の発明において、上記バイパス通路から燃焼室内に流出する吸気ガスの流量を調整する流量調整手段を具備する。
第2の発明によれば、方向・位置変更手段によってバイパス通路から吸気ガスが流出する方向または吸気ポート内に吸気ガスが流出する位置を変更することに加えて、流量調整手段によりバイパス通路からの吸気ガスの流量が調整されるため、吸気ガスの流量とスワールの強さとの関係の変更自由度をより高いものとすることができる。
According to a second invention, there is provided a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the intake gas flowing out from the bypass passage into the combustion chamber in the first invention.
According to the second invention, in addition to changing the direction in which the intake gas flows out from the bypass passage or the position in which the intake gas flows out into the intake port by the direction / position changing means, the flow rate adjusting means Since the flow rate of the intake gas is adjusted, the degree of freedom in changing the relationship between the flow rate of the intake gas and the strength of the swirl can be increased.
第3の発明では、第1または第2の発明において、一気筒あたり複数の吸気ポートが設けられ、上記バイパス通路および方向・位置変更手段は、並んだ複数の吸気ポートのうち最もスワール旋回方向上流側の吸気ポートのみに設けられる。
通常、一気筒あたり複数の吸気ポートが設けられている場合、スワール旋回方向上流側の吸気ポートの方がスワール生成能力が低い。これは、スワール旋回方向下流側の吸気ポートでは吸気ポート内の吸気ガスの流れる方向が、吸気ポートが燃焼室に連結された領域における燃焼室の接線方向に近いことによる。第3の発明では、スワール生成能力の低い吸気ポートに方向・位置変更手段を設けることにより、より効果的に燃焼室内の吸気ガスに生じるスワールを強めることができる。
In the third invention, in the first or second invention, a plurality of intake ports are provided per cylinder, and the bypass passage and the direction / position changing means are located upstream of the plurality of intake ports arranged in the swirl direction in the swirl direction. It is provided only at the intake port on the side.
Normally, when a plurality of intake ports are provided per cylinder, the intake port on the upstream side in the swirl turning direction has a lower swirl generation capability. This is because, in the intake port downstream of the swirl turning direction, the flow direction of the intake gas in the intake port is close to the tangential direction of the combustion chamber in the region where the intake port is connected to the combustion chamber. In the third aspect of the present invention, by providing the direction / position changing means to the intake port having a low swirl generation capability, the swirl generated in the intake gas in the combustion chamber can be strengthened more effectively.
第4の発明では、第1〜第3のいずれか一つの発明において、一気筒あたり複数の吸気ポートが設けられ、そのうち一つの吸気ポートには該吸気ポートを流れる吸気ガスの流量を調整する流量調整弁が設けられる。
第4の発明によれば、吸気ガスの流量とスワールの強さとの関係の変更自由度をより高いものとすることができる。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, a plurality of intake ports are provided per cylinder, and one of the intake ports has a flow rate for adjusting a flow rate of intake gas flowing through the intake port. A regulating valve is provided.
According to the fourth aspect of the invention, the degree of freedom in changing the relationship between the flow rate of the intake gas and the strength of the swirl can be made higher.
第5の発明では、第1〜第4のいずれか1項の発明において、上記バイパス通路の先端には上記方向・位置変更手段として吸気ポートの内壁面内に部分的に埋め込まれたスリーブが設けられており、該スリーブはその軸線に対して角度をつけて向けられた吸気ガスの流出口を有すると共に吸気ポートに対して相対移動可能であり、上記スリーブの軸線回りでの回動移動および該スリーブの軸線方向のスライド移動のうち少なくとも一方の移動が可能である。 According to a fifth invention, in the invention according to any one of the first to fourth inventions, a sleeve partially embedded in the inner wall surface of the intake port is provided at the tip of the bypass passage as the direction / position changing means. The sleeve has an inlet for the intake gas directed at an angle with respect to the axis thereof, and is movable relative to the intake port. At least one of the sliding movements in the axial direction of the sleeve is possible.
本発明によれば、燃焼室に流出する吸気ガスの流量とスワールの強さとの関係の変更自由度を高いものとすることができ、よって燃焼室に流出する吸気ガスの流量と燃焼室内の吸気ガスに生じるスワールの強さとの関係を広範囲で変更することができる。 According to the present invention, the degree of freedom in changing the relationship between the flow rate of the intake gas flowing out into the combustion chamber and the strength of the swirl can be increased, and thus the flow rate of the intake gas flowing out into the combustion chamber and the intake air in the combustion chamber can be increased. The relationship with the strength of the swirl generated in the gas can be varied over a wide range.
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。まず、図1〜図3を参照して本発明の吸気装置の実施形態について説明する。図1は、吸気ポートおよび吸気弁周辺の模式的な平面図、図2は図1のII−II線における吸気ポートおよび吸気弁周辺の断面図、図3は図1のIII−III線における吸気ポートおよび吸気弁周辺の断面図を示す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, an embodiment of an intake device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a schematic plan view around the intake port and the intake valve, FIG. 2 is a cross-sectional view around the intake port and the intake valve in FIG. 1, and FIG. 3 is an intake view along the line III-III in FIG. Sectional drawing around a port and an intake valve is shown.
図1〜図3に示したように、内燃機関1は、シリンダブロック2とこのシリンダブロック2上に配置されたシリンダヘッド3とを有する。シリンダブロック2には、所定間隔で複数のシリンダボアが設けられる。各シリンダボア内ではピストン(図示せず)が往復動し、シリンダボアとピストンとの間には燃焼室4が画成される。なお、本明細書では、シリンダブロック2からシリンダヘッド3に向かう方向を上向き、シリンダヘッド3からシリンダブロック2に向かう方向を下向きと称する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
各燃焼室4に対して、二つの吸気ポート5、6と二つの排気ポート(図示せず)とが連通せしめられる。これら吸気ポート5、6および排気ポートはシリンダヘッド3内に設けられる。吸気ポート5、6と燃焼室4との間には吸気弁7が配置され、吸気弁7の開閉により吸気ポート5、6とシリンダボア4とが流体的に接続したり遮断したりせしめられる。各吸気弁7は、実際に弁として作用する弁体8とこの弁体8に連結されたステム9とを有し、このステム9に沿って往復動する。同様に、排気ポートと燃焼室4との間には排気弁が配置され、排気弁は排気ポートと燃焼室4とを流体的に接続したり遮断したりする。
For each
吸気ポート5、6は、その先端に設けられ且つ燃焼室4と連通する渦巻状の部分(以下、「渦巻部」と称す)10と、この渦巻部10に通じ且つ入口端部11において吸気マニホルド(図示せず)に連結せしめられるポート導入部12とを有するヘリカル吸気ポートとなっている。渦巻部10は、ポート導入部12から渦巻部10に流入した吸気ガス(空気、または空気と燃料、EGRガスとの混合気)が渦巻部10内で吸気弁7のステム9の軸線Aを中心に旋回流を形成するような形状となっている。すなわち、渦巻部10は吸気弁7のステム9の軸線Aを中心とした渦巻形状となっている。したがって、ポート導入部12から渦巻部10に流入した吸気ガスは渦巻部10内で吸気弁7のステム9の軸線Aを中心に旋回しつつ、渦巻部10の下方に位置し且つ燃焼室4に面する渦巻部の領域(以下、「流出領域」と称す)13を介して燃焼室4内に流出することになる。また、ポート導入部12は、渦巻部10内で発生する吸気ガスの旋回流を強めるように、渦巻部10に対して僅かにオフセットして連結される。さらに、ポート導入部12は、渦巻部10に流入する吸気ガスの流速を速めて渦巻部10内で発生する吸気ガスの旋回流を強めるために、吸気ガスの流路断面積を小さくした領域(以下、「小断面領域」と称す)14を有する。
The
したがって、ヘリカル吸気ポート5、6を流通する吸気ガスは、入口端部11からポート導入部12に流入し、ポート導入部12の小断面領域14を通ってその流速が速められる。その後、流速の速くなった吸気ガスは渦巻部10に流入し、渦巻部10内では吸気ガスに強い旋回流が与えられる。渦巻部10内の吸気ガスは旋回方向速度成分をもったまま渦巻部10の流出領域13を通って燃焼室4内に流出する。このため、燃焼室4内の吸気ガスは燃焼室4内で図1に矢印Bで示した方向にスワール(旋回流)を形成する。このように、ヘリカル吸気ポート5、6を用いることにより、燃焼室4内に図1に矢印Bで示した方向に旋回する吸気ガスのスワールを発生させることができる。
Therefore, the intake gas flowing through the
本発明の吸気装置においては、二つの吸気ポート5、6のうち燃焼室4内に生じるスワールの旋回方向Bにおいて上流側に設けられた吸気ポートを上流側吸気ポート5、下流側に設けられた吸気ポートを下流側吸気ポート6と称すると、上流側吸気ポート5の渦巻部10の内壁面のうち燃焼室4内に生じるスワールの旋回方向下流側に位置する内壁面15にスリーブ機構20が設けられる。
In the intake device of the present invention, the intake port provided on the upstream side in the swirling direction B of the swirl generated in the
スリーブ機構20は、上流側吸気ポート5の内壁面に設けられる摺動溝21と、この摺動溝上に配置されるスリーブ22と、このスリーブ22を駆動する駆動機構(図示せず)とを有する。摺動溝20は、渦巻部10の周方向に対して、すなわち吸気弁7の軸線に垂直な平面に対して所定の角度θで傾いて延びる。摺動溝21が延びる方向に対して垂直な摺動溝21の断面はほぼ半円形である。また、摺動溝21はシリンダヘッド3内に設けられた円柱状の貫通孔と連通する。
The
摺動溝21上には摺動溝21と相補的な形状の中空円筒状のスリーブ22が配置され、このスリーブ22は上記貫通孔内を貫通する。図4にスリーブ22を詳細に示す。図4(a)はスリーブ22の斜視図であり、図4(b)は図4(a)のIV−IV線におけるスリーブ22の断面図である。図4(b)に示したように、スリーブ22内には吸気ガスが流通可能な流通路23が設けられ、スリーブ22の先端部にはスリーブ22の軸線に対して角度をつけて向けられた流出口24が設けられる。本実施形態においては、流出口24はスリーブ22の軸線に対して垂直に向けられている。
A hollow
スリーブ22はその後端側が吸気ポート5、吸気ポート5に連通する吸気マニホルドまたは吸気管(以下、これらをまとめて「吸気通路」と称す)に接続される。したがって、吸気ガスは、スリーブ22後端部から流入し、流通路23を通ってその後端側から先端側に向かって流れ、流出口24を介して吸気ポート内に流出せしめられる。スリーブ22から吸気ポートの渦巻部10内に流出せしめられる吸気ガスは、スリーブ22の流出口24が向いている方向に向かう。
The
ここで、本実施形態の吸気装置では、スリーブ22は摺動溝21上でスリーブ22の軸線回りで回動可能であると同時に、スリーブ22の軸線方向に摺動可能である。図5および図6にスリーブ22が回動および摺動している様子を示す。図5は、図2と同様な図であり、図6は図3と同様な図である。
Here, in the intake device of the present embodiment, the
スリーブ22はその軸線回りで回動するにあたり、図3に矢印Cで示したように流出口24の向きがより上向きになるように回動(以下、「上方回動」と称す)するか、図3に矢印Dで示したように流出口24の向きがより下向きになるように回動(以下、「下方回動」と称す)する。すなわち、スリーブ22は、図3に示したように流出口24が比較的下向きとなっている下向き角度から、図6に示したように流出口24が比較的上向きとなっている上向き角度まで上方回動することができ、その逆に上向き角度から下向き角度へと下方回動することができる。
As the
また、スリーブ22はその軸線方向に摺動するにあたり、図2に矢印Eで示したように摺動溝21内で貫通孔から離れる向きへと移動(以下、「伸張移動」と称す)するか、または摺動溝21内で貫通孔に近づく向きへと移動(以下、「引込み移動」と称す)する。すなわち、スリーブ22は、図2に示したように流出口24が貫通孔から比較的離れた伸張位置から、図5に示したように流出口24が貫通孔から比較的近い引込み位置まで引込み移動することができ、その逆に引込み位置から伸張位置まで伸張移動することができる。
When the
このようなスリーブ22の回動および摺動はスリーブ22の後端部に設けられた駆動機構によって行われる。スリーブ22の摺動範囲、回動範囲は、基本的にスリーブ22の流出口24の少なくとも一部が常に吸気ポートの渦巻部10内に開いている範囲内である。
Such rotation and sliding of the
ただし、流出口24が基本的に完全に貫通孔内にまで引込まれたり、摺動溝21の方を向いてしまうまで回動せしめられたりすると、スリーブ22から吸気ガスの吸気ガスの流出が遮断される。すなわち、流出口24が貫通孔や摺動溝21に対面せずに吸気ポートに対して開いている面積に応じて、スリーブ22から吸気ポートに、すなわち燃焼室4に流出する吸気ガスの流量を調整することができ、この面積が零である場合にはスリーブ22からの吸気ガスの流出が遮断される。このため、スリーブ22を流量調整手段として用いることができる。そこで、本実施形態では、スリーブ22は上述した摺動・回動範囲に加えて、スリーブ22から吸気ガスの流出を遮断する範囲にまで摺動・回動可能である。
However, if the
このようにスリーブ22が摺動および回動することにより、スリーブ22の流出口24から吸気ポートの渦巻部10内に吸気ガスが流出する角度(以下、「流出角度」と称す)、および流出口24から渦巻部10内に吸気ガスが流出する位置(以下、「流出位置」と称す)が変化する。以下、流出角度および流出位置と、燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールのスワール比および燃焼室内4に流出する吸気ガスの流量との関係について説明する。なお、本明細書において、「流量」とは、吸気通路上流部と燃焼室4内との差圧が一定である場合に燃焼室4内に流出する吸気ガスの流量を意味するものとする。
As the
図7は、スワール比および吸気ガスの流量と流出角度との関係を示した図である。図中の流出角度は、下向き角度から上向きに回動せしめられた角度を意味し、この流出角度が小さい(すなわち図中の左側に位置する)ほど下向きに、大きい(すなわち図中の右側に位置する)ほど上向きになっている。図から分かるように、ほとんど流出角度に対して吸気ガスの流量はほぼ一定である。これは、スリーブ22の流出角度を変更しても渦巻部10の内壁面からスリーブ22は同様に突出することになるので、吸気ガスの流抵抗はほとんど変わらないためである。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the swirl ratio, the flow rate of the intake gas, and the outflow angle. The outflow angle in the figure means an angle rotated upward from the downward angle. The smaller the outflow angle (that is, located on the left side in the figure), the smaller the downward angle, that is, the right side in the figure. It is upwards. As can be seen from the figure, the flow rate of the intake gas is almost constant with respect to the outflow angle. This is because even if the outflow angle of the
一方、燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールのスワール比については、流出角度を小さくすると、すなわち吸気ガスの流出方向を下向きに変更するとスワール比が大きくなり、流出角度を大きくすると、すなわち吸気ガスの流出方向を上向きに変更するとスワール比が小さくなる。これは、吸気ガスの流出方向を下向きに変更するとスリーブ22の流出口24から流出した吸気ガスが、スワール旋回方向の速度成分を保持したまま燃焼室4に流出し易くなるのに対して、吸気ガスの流出方向を上向きに変更するとスリーブ22の流出口24から流出した吸気ガスが、渦巻部10内の吸気ガスの渦巻流と干渉し、スワール旋回方向の速度成分が小さくなってから燃焼室4に流出するようになるためである。特に、吸気ガスが吸気弁7の弁体8の上面に沿って流れると吸気ガスは燃焼室4内に流出し易いため、スリーブ22からの吸気ガスの流出方向を吸気弁7の弁体8の上面に沿うような方向にすると、燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールを強いものとすることができる。
On the other hand, regarding the swirl ratio of the swirl generated in the intake gas in the
したがって、本発明によれば、スリーブ22からの吸気ガスの流出角度を調整することにより、燃焼室4内に流出する吸気ガスの流量を変更することなく燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールの強さを変更することができる。
Therefore, according to the present invention, the swirl of the swirl generated in the intake gas in the
図8は、スリーブ22のスライド位置が異なる場合において後述する流量調整弁33の開度を調整したときの、燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールのスワール比と燃焼室4内に流入する吸気ガスの流量との関係(以下、「スワール比・流量関係」と称す)を示す図である。図中、線sはスリーブが伸張位置にある場合、線tはスリーブが引込み位置にある場合のスワール比・流量関係をそれぞれ示す。図から分かるように、吸気ガスの流量が一定である場合にはスリーブが伸張位置にある場合に比べて引込み位置にある場合の方がスワール比が大きく、スワール比が一定である場合にはスリーブが伸張位置にある場合に比べて引込み位置にある場合の方が吸気ガスの流量が多い。
FIG. 8 shows the swirl ratio of the swirl generated in the intake gas in the
スワール比・流量関係がこのようになる理由としては以下の二つが考えられる。まず一つ目の理由であるが、スリーブ22が引込み位置にある場合には、スリーブ22の流出口24から流出する吸気ガスは渦巻部10の内壁面に沿って流れる。したがって、この吸気ガスは渦巻部10内の旋回流を強めつつ燃焼室4内に流出するので、燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールは強くなる。スリーブ22が引込み位置と伸張位置との中間位置にある場合には、スリーブ22の流出口24から流出する吸気ガスは、吸気弁7の弁体8またはステム9に直接当たり易くなるため、燃焼室4内に流出するまでにその速度が弱められる。このため、スリーブ22が引込み位置にある場合に比べて、燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールは弱くなる。スリーブ22が伸張位置にある場合には、スリーブ22の流出口24から流出する吸気ガスは、渦巻部10内で渦巻部10内の吸気ガスの旋回流と反対方向に向かうため、渦巻部10内の旋回流を弱めつつ燃焼室4内に流出する。このため、スリーブ22が上記中間位置にある場合に比べて、燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールは弱くなる。このため、スリーブ22が引込み位置にある場合にはスワールが強く、伸張位置に移動するにつれてスワールが弱くなる。
There are two possible reasons why the swirl ratio / flow rate relationship is as follows. First, for the first reason, when the
二つ目の理由としては、スリーブ22が引込み位置から伸張位置に向かって摺動するにつれて渦巻部10の内壁面から突出したスリーブ22の部分が大きくなり、スリーブ22による渦巻部10内の吸気ガスの旋回流に対する流抵抗が大きくなる。したがって、スリーブ22が伸張位置側にある方が渦巻部10内を吸気ガスが流れにくくなり、燃焼室4内に流出する吸気ガスの流量は少なくなり且つ吸気ガスのスワール比は小さくなる。その結果、図8に示したようなスワール比・流量関係となる。
The second reason is that as the
ところで、上述したようにスリーブ22は渦巻部10の内壁面から内側に突出する。したがって、スリーブ22は渦巻部10内の吸気ガスの渦巻流に対して多少なりとも流抵抗となる。一方、燃焼室4に対して図1に示したように吸気ポート5、6を配置した場合、すなわち上流側吸気ポート5よりも下流側吸気ポート6の方がポート導入部12から渦巻部へ流入する吸気ガスがより燃焼室4の接線方向を向いている場合、上流側吸気ポート5の渦巻部10から燃焼室4内に流出する吸気ガスよりも下流側吸気ポート6の渦巻部10から流出する吸気ガスの方が大きなスワールの旋回方向速度成分をもっている。したがって、上流側吸気ポート5によって燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールが強められる程度よりも下流側吸気ポート6によってスワールが強められる程度の方が大きい。
By the way, as described above, the
ここで、本実施形態では、下流側吸気ポート6の渦巻部10ではなく、上流側吸気ポート5の渦巻部にスリーブ機構20が設けられている。すなわち、燃焼室4の吸気ガスに生じるスワールを強めにくい方の吸気ポートの渦巻部10にスリーブ機構20が設けられている。このため、スリーブ機構20が吸気ガスの流抵抗となっていながらも、それがスワールに及ぼす影響は小さい。
Here, in this embodiment, the
また、ポート導入部12から渦巻部10に流入した吸気ガスは、渦巻部10内で旋回しつつ燃焼室4内に流出する。渦巻部10から燃焼室4内への吸気ガスの流出量は、一般的に、渦巻部10のうちポート導入部12と連通する部分(以下、「渦巻開始部」と称す)から、渦巻部10うち渦巻部10内の旋回流の旋回方向下流側に位置する部分(以下、「渦巻終端部」と称す)に向かうにつれて減少する。このため、渦巻開始部よりも渦巻終端部にスリーブ機構を設ける方が吸気ガスの流通の障害となりにくい。ここで、本実施形態では、スリーブ機構20は、上流側吸気ポート5の渦巻部10の内壁面のうちスワールの旋回方向下流側に位置する内壁面、すなわち上流側吸気ポート5の渦巻部10の渦巻終端部に設けられているため、吸気ガスの流通量をほとんど低下させることなくスリーブ機構20を設けることができる。
Further, the intake gas that has flowed into the
なお、本実施形態では上流側吸気ポート5にスリーブ機構20を設けているが、スリーブ機構20を設けるのは上流側吸気ポートに限られず、複数の吸気ポートのうち燃焼室4内に生じるスワールを強める程度が最も低い形状の吸気ポートにスリーブ機構20を設けるのが好ましい。
In this embodiment, the
また、本発明の吸気装置では、吸気ポート近傍のシリンダヘッド3内に貫通孔および摺動溝21を設けるだけでスリーブ機構20を設置可能であるため、既存の吸気ポートの設計変更を行う必要がほとんどなく、その設計が非常に容易である。また、既に使用されている内燃機関の吸気ポートにスリーブ機構20を増設することも可能である。
In the intake device of the present invention, the
図9は、一つの燃焼室4に連通する吸気通路を模式的に示した図である。図9に示したように、吸気通路は吸気ポート5、6に連通する吸気マニホルド30を有し、該吸気マニホルド30はスロットル弁を有する吸気管(図示せず)に連通せしめられる。吸気マニホルド30は二つの分岐マニホルド31、32に分岐し、上流側吸気ポート5および下流側吸気ポート6にそれぞれ連通する。上流側吸気ポート6に連通する上流側分岐マニホルド31内にはこの上流側分岐マニホルド31内を流通する吸気ガスの流量を調整する流量調整弁(スワールコントロールバルブ)33が設けられる。
FIG. 9 is a view schematically showing an intake passage communicating with one
また、分岐部の上流において吸気マニホルド30から、吸気ポート5、6や分岐マニホルド31、32よりもその流路断面積が小さいバイパス通路34が分岐する。バイパス通路34は上述したスリーブ22を備え、よってバイパス通路34内を流通する吸気ガスはスリーブ22の流出口24から吸気ポート内へ流出する。
Further, a
このため、本実施形態では、流量調整弁33を開いている場合には吸気ガスのほとんどは上流側分岐マニホルド31および下流側分岐マニホルド32を通って流れるため、吸気ガスはほとんどバイパス通路34内を流れず、よってスリーブ22の流出口24から流出する吸気ガスの流量も少ない。逆に、流量調整弁33を閉じている場合には吸気ガスは上流側分岐マニホルド31を通って流れることができず、したがって流量調整弁33よりも上流側において吸気マニホルド30内の吸気ガスの圧力が高くなる。このため、吸気ガスはバイパス通路34を通って流れるようになる。したがって、バイパス通路34を流通する吸気ガスの流量は流量調整弁33の開度に応じて変わる。
For this reason, in the present embodiment, when the flow
図10は、本実施形態の吸気装置により調整可能な燃焼室内の吸気ガスに生じるスワールのスワール比と、燃焼室4内に流出する吸気ガスの流量との関係(スワール比・流量関係)を示す。図中の破線xは、スリーブ機構20を設けていない場合における流量調整弁33の開度の変化に応じたスワール比・流量関係を示しており、流量調整弁33の開度が大きい場合にはスワール比が小さく且つ流量が多く、逆に流量調整弁33の開度が小さい場合にはスワール比が大きく且つ流量が少ない。
FIG. 10 shows the relationship between the swirl ratio of the swirl generated in the intake gas in the combustion chamber, which can be adjusted by the intake device of the present embodiment, and the flow rate of the intake gas flowing into the combustion chamber 4 (swir ratio / flow rate relationship). . A broken line x in the figure indicates a swirl ratio / flow rate relationship according to a change in the opening degree of the flow
ここで、上述したようにスリーブ22の流出口24の流出角度を変更すると、吸気ガスの流量をほぼ一定に維持したままスワール比を変更することができる。図中の破線xは、スリーブ機構20を設けていない場合、すなわちスリーブ22の流出口24から吸気ガスが流出していない場合のスワール比・流量関係を表している。そして、スリーブ22の流出口24から吸気ガスを流出させ、流出角度を変更することによって、破線xから流量を一定に維持したままスワール比を大きくすることができる。さらに、流出位置を変更することによっても、スワール比を変更することができる。このように流出角度および流出位置の変更によってとりうるスワール比・流量関係は図10中に縦線で示した領域である。すなわち、流出角度および流出位置を任意に変更することにより、図10中の縦線の領域内でスワール比と流量との関係を変更することができる。
Here, if the outflow angle of the
図10の実線zは、最も効果的に吸気ガスのスワールを強めることができる場合、すなわち流出口24からの流出角度がバルブフェイスに沿うような角度であり、流出口24の流出位置が引込み位置にあって流出口24から流出される吸気ガスが渦巻部10の内壁面に沿って流れるような場合におけるスワール比・流量関係を示している。
The solid line z in FIG. 10 is the case where the swirl of the intake gas can be strengthened most effectively, that is, the outflow angle from the
なお、図10から分かるように、吸気ガスの流量が多い場合、すなわち流量調整弁33の開度が大きい場合には、スリーブ22の流出口24から流出する吸気ガスの流量が少ないため、スリーブ22の流出口24からの吸気ガスの流出角度または流出位置を変更してもスワール比は大きく変化しない。吸気ガスの流量が少ない場合、すなわち流量調整弁33の開度が小さい場合には、スリーブ22の流出口24から流出する吸気ガスの流量が多いため、スリーブ22の流出口24からの吸気ガスの流出角度または流出位置を変更するとスワール比は大きく変化する。
As can be seen from FIG. 10, when the flow rate of the intake gas is large, that is, when the opening degree of the flow
一方、スリーブ22の流出口24を摺動溝21の方に向けたままスリーブ22を摺動させると、渦巻部10の内壁面からスリーブ22が突出している部分が変わり、すなわち渦巻部10内の吸気ガスに対する流抵抗が変わり、スワール比と流量との関係が変化する。このように、スリーブ22の流出口24から吸気ガスを流出させない状態でスリーブ22のスライド位置を変更することによって変化するスワール比と流量との関係は図10中に斜線で示されている。スリーブ22が貫通孔からほとんど突出していない位置にある場合におけるスワール比・流量関係は、スリーブ機構20を設けていない場合のスワール比・流量関係と同様であり、ほぼ破線xと同様のスワール比・流量関係を示す。一方、スリーブ22が伸張位置にある場合、引込み位置にある場合に比べてスワール比が小さく且つ流量が少なくなる。したがって、貫通孔からのスリーブ22の突出量を最大にすると、図10の実線yで示したようなスワール比・流量関係となる。すなわち、図10中の斜線領域は、スリーブ22から吸気ポート5内に吸気ガスを流出させずに貫通孔からのスリーブ22の突出量を変更した場合にとりうるスワール比と流量との関係を示している。
On the other hand, when the
すなわち、本実施形態によれば、スリーブ22の流出口24からの吸気ガスの流出角度、流出位置、スリーブ22の流出口24からの吸気ガスの流出・遮断、および流量調整弁33の開度を調整することにより、図10の縦線領域および斜線領域内で燃焼室4内の吸気ガスに生じるスワールのスワール比と燃焼室4内に流出する吸気ガスの流量との関係を変更することができる。
That is, according to this embodiment, the outflow angle of the intake gas from the
なお、上記実施形態では、スリーブ22の流出口24を摺動溝21の方へ向けることによってスリーブ22の流出口24からの吸気ガスの流出・遮断を行うこととしているが、バイパス通路内にバイパス通路内を流通する吸気ガスの流量を調整するための流量調整弁を設け、この流量調整弁を開閉することによってスリーブ22の流出口24からの吸気ガスの流出・遮断を行ってもよい。
In the above embodiment, the outflow / outlet of the intake gas from the
なお、本発明では、吸気ポートとしてヘリカル吸気ポートが用いられているが、スリーブ機構を用いずに燃焼室内の吸気ガスにスワールを発生させることができれば如何なるタイプの吸気ポートであってもよい。さらに、本発明のスリーブ機構は、燃焼室内の吸気ガスにスワールを発生させることのできない吸気ポートに適用してもよい。 In the present invention, the helical intake port is used as the intake port. However, any type of intake port may be used as long as swirl can be generated in the intake gas in the combustion chamber without using the sleeve mechanism. Furthermore, the sleeve mechanism of the present invention may be applied to an intake port that cannot generate a swirl in the intake gas in the combustion chamber.
1…内燃機関
2…シリンダブロック
3…シリンダヘッド
4…燃焼室
5、6…吸気ポート
7…吸気弁
10…渦巻部
20…スリーブ機構
21…摺動溝
22…スリーブ
24…流出口
33…流量調整弁
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記バイパス通路が吸気ポートに連通する領域に、バイパス通路から吸気ポート内に吸気ガスが流出する方向およびバイパス通路から吸気ポート内に吸気ガスが流出する位置の少なくともいずれか一方を変更して燃焼室内の吸気ガスに生じるスワールの強さを変更する方向・位置変更手段を具備する内燃機関の吸気装置。 In an intake device for an internal combustion engine comprising an intake port that communicates with a combustion chamber and a bypass passage that communicates with the intake port in the vicinity of the combustion chamber.
In the region where the bypass passage communicates with the intake port, at least one of the direction in which the intake gas flows out from the bypass passage into the intake port and the position where the intake gas flows out into the intake port from the bypass passage are changed. An intake device for an internal combustion engine comprising a direction / position changing means for changing the strength of a swirl generated in the intake gas of the engine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004067464A JP2005256673A (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Air intake device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004067464A JP2005256673A (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Air intake device for internal combustion engine |
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JP2005256673A true JP2005256673A (en) | 2005-09-22 |
Family
ID=35082659
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JP2004067464A Withdrawn JP2005256673A (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Air intake device for internal combustion engine |
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JP (1) | JP2005256673A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106441911A (en) * | 2016-06-29 | 2017-02-22 | 中国北方发动机研究所(天津) | Diesel engine intake swirl adjustable test device |
-
2004
- 2004-03-10 JP JP2004067464A patent/JP2005256673A/en not_active Withdrawn
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