JP2007040232A - Engine intake device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼室に臨む吸気ポートを開閉する吸気バルブと、該吸気バルブを駆動する動弁機構とを備えるエンジンの吸気装置に関する。 The present invention relates to an engine intake device that includes an intake valve that opens and closes an intake port facing a combustion chamber, and a valve mechanism that drives the intake valve.
従来より、エンジンの燃焼を改善するために、燃焼室へ吸入される空気の流れを制御することが行われている。例えば、特許文献1によれば、吸気バルブと吸気ポート壁面との間の開口部を横切るように吸気バルブを中心として回動可能に整流板を設け、燃焼室への空気に順タンブル傾向の流れ、逆タンブル流あるいはスワール流が形成されるように、この整流板を運転状態に応じて予め定めた位置に回動させることが提案されている。
Conventionally, in order to improve the combustion of the engine, the flow of air taken into the combustion chamber has been controlled. For example, according to
しかしながら、上記特許文献1に記載のものでは、バルブのリフトに伴って整流板の周囲に隙間が生じるため、例えば逆タンブル流を形成すべく吸気ポートを流れる空気の流れ方向に対して整流板の対向面積が最大となるようにその整流板の向きが設定されている場合、吸気バルブのリフト量が大きくなるに従って、整流板の周囲の隙間から、吸気ポートのシリンダ側壁側に加えて、シリンダ頂部側からも燃焼室へ多くの空気が流れ込む可能性が高くなる。その結果、逆タンブル流の向きに流れる空気と、順タンブル流の向きに流れる空気とが共に生じて、それらが互いに衝突することになり、燃焼室に逆タンブル流が適切に形成されなくなる虞がある。
However, in the thing of the said
そこで、本発明は、燃焼室内に所望の流れを適切に形成するための新規な手段を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a novel means for appropriately forming a desired flow in a combustion chamber.
上記課題を解決するために、本発明によるエンジンの吸気装置は、シリンダに開口した開口部を開閉する傘部および該傘部の軸線に対して所定の角度傾斜した方向に延びるステムを有する吸気バルブと、該吸気バルブを前記ステムの長手方向に進退させる動弁機構と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an intake device for an engine according to the present invention includes an umbrella portion that opens and closes an opening portion opened in a cylinder, and an intake valve that has a stem extending in a direction inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the umbrella portion. And a valve operating mechanism for moving the intake valve back and forth in the longitudinal direction of the stem.
上記構成により、吸気バルブが開位置にあるとき、開口部の開口面積が偏向される。すなわち、ステムの傾斜方向の領域の開口面積が、その逆側の領域の開口面積よりも大きくなる。従って、本発明によれば、吸気ポートからの空気または混合気によって燃焼室内に所望の流れを形成することが可能になる。 With the above configuration, when the intake valve is in the open position, the opening area of the opening is deflected. That is, the opening area of the region in the direction of inclination of the stem is larger than the opening area of the region on the opposite side. Therefore, according to the present invention, a desired flow can be formed in the combustion chamber by the air or air-fuel mixture from the intake port.
本発明による前記ステムは、前記開口部の中心軸に関し、前記シリンダの軸心とは反対側の領域に延びるように位置付けられていると良い。この場合には、吸気バルブが開位置にあるとき、開口部のシリンダ壁面側部分がそのシリンダ頂部側部分よりも大きく開くことになる。従って、吸気ポートからの空気はシリンダ壁面側に主として流れることになり、逆タンブル流が燃焼室に適切に形成されることになる。 The stem according to the present invention may be positioned so as to extend in a region opposite to the axis of the cylinder with respect to the central axis of the opening. In this case, when the intake valve is in the open position, the cylinder wall surface side portion of the opening opens larger than the cylinder top side portion. Therefore, air from the intake port mainly flows toward the cylinder wall surface, and a reverse tumble flow is appropriately formed in the combustion chamber.
本発明のエンジンの吸気装置によれば、吸気バルブのリフト量に関わらず、適切に燃焼室に逆タンブル流が形成されることになる。 According to the engine intake device of the present invention, a reverse tumble flow is appropriately formed in the combustion chamber regardless of the lift amount of the intake valve.
以下、本発明の実施形態に係るエンジンの吸気装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、タンブル流とは、概ねシリンダ軸心に対して平行な面内にて旋回する吸入空気の流れで、以下本明細書においては、このうち吸気バルブからシリンダヘッドの燃焼室壁面に沿って対向するシリンダ壁面側に流れ、そのシリンダ壁面に衝突してピストン頂面方向に下降してから再び吸気バルブ側に上昇して戻ってくるものを正タンブル流、これとは逆に吸気バルブからシリンダ壁面に沿ってピストン頂面に向かって下降し、そのシリンダ壁面に対向するシリンダ壁面及びシリンダヘッドの燃焼室壁面を経て吸気バルブ側に戻ってくるものを逆タンブル流と称する。 Hereinafter, an engine intake device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The tumble flow is a flow of intake air swirling in a plane substantially parallel to the cylinder axis. In the following description, the tumble flow is opposed from the intake valve along the combustion chamber wall surface of the cylinder head. That flows to the cylinder wall surface, collides with the cylinder wall surface, descends in the direction of the piston top surface, and then rises back to the intake valve side and returns to the intake valve side. , And descends toward the top surface of the piston, returns to the intake valve side through the cylinder wall surface facing the cylinder wall surface and the combustion chamber wall surface of the cylinder head, and is called reverse tumble flow.
図1は本発明の実施形態に係るエンジンの吸気装置を適用したエンジン10周りの平面模式図であり、図2は図1のA−A線に沿って切断したエンジン10の部分的な縦断面図である。本実施形態のエンジン10は#1〜#4の4つのシリンダ(気筒)12を直列に備えたガソリンエンジンである。但し、この例に限らず、エンジンは6気筒や8気筒でもよいし、ディーゼルエンジンでもよいし、V型エンジンでもよい。本発明が適用されるエンジンは、このようにエンジンのシリンダ数、形式等に特に制限はない。
FIG. 1 is a schematic plan view around an
エンジン10は、二本のカムシャフトがそれぞれ二つの吸気バルブと二つの排気バルブとを開閉するタイプの4バルブエンジンであり、図1において、エンジン10の吸気側には吸気マニホルド10uが、またその排気側には排気マニホルド10dが接続されている。なお、図1および図2においてポート噴射用の燃料噴射弁を省略する。
The
エンジン10は、4つのシリンダ12及び冷却水路14が形成されたシリンダブロック16と、このシリンダブロック16の上部に固定されたシリンダヘッド18とを備えている。シリンダブロック16においては、各シリンダ12内に摺動自在にピストン20が装填されている。このピストン20にコネクティングロッド22を介して、エンジン出力軸たる回転自在のクランクシャフト(不図示)が接続されている。
The
上記シリンダヘッド18には、各シリンダ12の燃焼室24にそれぞれ臨む吸気ポート26および排気ポート28が形成されている。シリンダヘッド18には、吸気ポート26を開閉する吸気バルブ30および排気ポート28を開閉する排気バルブ32を駆動する動弁機構34と、燃焼室24内の混合気を着火させる点火プラグ36とが組み込まれ、さらにこの点火プラグ36に火花を発生させるイグニッションコイル(不図示)が搭載されている。動弁機構34においては、クランクシャフトにより、ベルト(不図示)を介して、シリンダヘッド18に配置された吸気カムシャフト38および排気カムシャフト40が、駆動されるようにされている。
The
本実施形態において、カムシャフト38、40の回転に伴って回転するカム42、44は、バルブリフター46、48を直接に押すべく、配置されている。図2に示すように、吸気バルブ30は、バルブガイド50に挿通されている。吸気バルブ30は、バルブスプリングリテーナ51によって圧縮状態に保持されたバルブスプリング52により、吸気ポート26を閉じる方向に常時付勢されている。排気バルブ32も同様にして、バルブガイド54に挿通され、バルブスプリング56により排気ポート28を閉じる方向に付勢されている。従って、カム42が回動されることにより、吸気バルブ30は、バルブリフター46を介して押圧されて、シリンダ12に開口した開口部、すなわち吸気ポート26の燃焼室24への開口部26aを開閉する。同様に排気バルブ32は、排気ポート28の燃焼室24への開口部28aを開閉する。
In the present embodiment, the
本実施形態の吸気バルブ30は、図3に吸気バルブの拡大図を示すように、シリンダ12に開口した開口部26aを開閉する傘部30aおよび、その傘部30aの軸線αに対して所定の角度傾斜した方向に延びるステム30bを有している。傘部30aの軸線αは、傘部30aの中心、すなわちバルブフェース30cの中心Oを通り、バルブヘッド30dに平行にその中心Oを通る線βと直交している。一方、ステムの軸線γは、線βと鋭角の角度δを形成する。そして、前記動弁機構34により、吸気バルブ30は、ステム30bの長手方向、すなわち軸線γの方向に進退可能にされている。
As shown in the enlarged view of the intake valve in FIG. 3, the
図2によれば、この吸気バルブ30のステム30bは、シリンダ12に開口した開口部26aの中心軸Xに関し、シリンダ軸心Yとは反対側の領域に延びるように位置付けられている。傘部30aの軸心は開口部26の中心軸Xと一致している。また、カム42は、シリンダ延長上から逸脱したシリンダヘッド18上に配置されている。従って、吸気バルブ30のステム30bは、シリンダ12のほぼ径方向に向くように、傘部30aからシリンダ軸心Yに対して離れる方向に延在することになる。カム42の吸気カムシャフト38は、吸気ポート26よりもシリンダ軸心Yから離れた位置に配置され、吸気バルブ30のステム30bはシリンダ軸心Yおよび吸気ポート26を挟んで排気ポート28とは反対側に位置付けられることになる。
According to FIG. 2, the
吸気バルブ30のステム30bの向きを、模式的に図4に示す。シリンダ12をシリンダ軸心Y上から見た状態を模式的に示す図4によると、吸気バルブ30のステム30bは、吸気ポート26の向きに概ね重なり、概ねシリンダ軸心Yに向けて進退可能に位置付けられていることが理解される。換言すると、吸気バルブ30の向きは、その突出時に傘部30aがシリンダ軸心Yに接近するように位置付けられている。但し、本発明は吸気バルブ30のステム30bの向きを図4に示した向きに限定するものではなく、吸気バルブ30の進退移動方向を、シリンダ軸心Y上からの平面視においてシリンダ軸心Yからの放射方向と一致させても良い。なお、図4中で吸気バルブ30と共に示される排気バルブ32のステム32bでは、その移動方向が、シリンダ軸心Y上からの平面視においてシリンダ軸心Yからの放射方向と一致している。
The direction of the
このような吸気バルブ30の作用について、図5に基づいて以下に記す。図5は、図2における燃焼室24周辺を拡大して模式的に表した図である。図5においては、吸気バルブ30がシリンダ軸心Yに接近する方向に進まされて、吸気ポート26の開口部26aが開いているところを表している。これによると、吸気バルブ30は、その開口部26aのシリンダ壁面側部分S1を、そのシリンダ頂部側部分S2よりも大きく開いていることが理解される。これは、吸気バルブ30がそのような開位置にあるとき、開口部26aの開口面積が偏向されることを意味している。すなわち、ステム30bの傾斜方向の領域の開口面積が、その逆側の領域の開口面積よりも大きくなる。
The operation of the
これにより、吸気ポート26からの空気は、図5中のシリンダ12内に矢印で示すように、燃焼室24内に、開口部26aのシリンダ壁面側部分S1から主として流入することになる。なお、開口部26aのシリンダ頂部側部分S2は、開口部26aが開かれていてもほとんど開いていない状態に維持されるので(図5参照)、そのシリンダ頂部側部分S2から燃焼室24へはほとんど、あるいは全く空気が流入しないことになる。従って、燃焼室24への空気は、まず吸気バルブ30からピストン頂面に向かって下降し、対向するシリンダ壁面及び燃焼室壁面を経て吸気バルブ30側に戻ってくる流れ、すなわち、逆タンブル流を形成する。
As a result, the air from the
逆タンブル流を形成することによるさらなる効果などを以下に説明する。なお、以下では、上記実施形態における燃焼室24周りのエンジン10を模式的に表した図面を、説明に際して用いる。
The further effect by forming a reverse tumble flow will be described below. In the following, the drawings schematically showing the
まず、上記実施形態により逆タンブル流が形成されることにより、圧縮行程後期などに燃焼室24内の空気あるいは混合気に適切に乱れを発生させることが出来ることを説明する。本実施形態におけるものを説明する前に、その比較対照である従来のエンジンの吸気装置、すなわち傘部の軸心とステムの軸心とが一致する形状の吸気バルブ30´を有するエンジンの吸気装置を適用した場合について、図6に基づいて説明する。図6には、吸気バルブ30´がピストン20側に進ませられ、吸気ポート26が開かれているところが模式的に示されていて、図6(a)における吸気バルブ30´のリフト量は、図6(b)におけるそのリフト量より小さくされている。そのリフト量が小さい場合には、主としてシリンダ壁面側から燃焼室24内に空気が入ることが生じ得るが(図6(a)の矢印a1参照)、リフト量が大きくなるに従ってシリンダ頂部側からも同等の空気が入ることになる(図6(b)の矢印a2参照)。従って、両流れa1、a2が相互に干渉して、相殺され得るようになる場合が生じ得るため、燃焼室24内の混合気に強い流れが形成され難くなり得る。
First, it will be described that, by forming a reverse tumble flow according to the above embodiment, turbulence can be appropriately generated in the air or air-fuel mixture in the
これに対して、上記の如き実施形態によるものであれば、逆タンブル流が主として燃焼室24内に形成されるので(図5参照)、燃焼室24内の混合気に強い流れが形成されることになる。従って、ピストン20がシリンダヘッド18側に上昇する圧縮行程後期には、その混合気の強い流れに、ピストン20による圧縮力が加わることになるので、圧縮行程の進行に伴って逆タンブル流が乱され、シリンダ内の混合気に強い乱れた流れを生じさせることが可能になる(図7の矢印参照)。そして、このように混合気に乱れが生じているところで点火がなされるので、点火後の火炎伝播が促進されて、すなわち燃焼速度が上昇して、より燃焼効率を上げることが可能になる。
On the other hand, according to the embodiment as described above, since the reverse tumble flow is mainly formed in the combustion chamber 24 (see FIG. 5), a flow strong against the air-fuel mixture in the
さらに、上記実施形態のものによれば別の効果も奏されることになる。例えば図8に示すように燃焼室24に直接に燃料を噴射する、いわゆる筒内噴射用燃料噴射弁58が備えられているエンジン10´において、燃料がピストン20の頂部へ付着する場合が生じ得る。特に、そのような構成のエンジン10´で、均質燃焼運転を行っている場合には、吸入行程前半で燃料が燃料噴射弁60から噴射されるので、燃料噴射弁60に比較的近い位置にあるピストン20の頂部に、燃料噴射弁60から噴射された燃料が付着する可能性がある。このような付着燃料Fは、混合気を形成するために用いられない可能性があるので、例えば混合気点火後のスモークを発生させる原因にもなり得て好ましくない(図8(a)参照)。しかしながら、上記実施形態によれば、上述の如く、強い流れである逆タンブル流が形成されるので、その流れによって付着燃料Fの脱離が促され、燃料付着が抑制されて、燃焼効率を向上させることが可能になる。なお、上述の如く、従来の吸気バルブ30´を用いたときには混合気に強い流れが生じないので、付着燃料Fの脱離が本実施形態によるときよりも劣ることになる。
Furthermore, according to the thing of the said embodiment, another effect is show | played. For example, as shown in FIG. 8, in an
一方、吸気バルブ30を上記実施形態のような構成とすると、吸気バルブ30のピストン20側への突出量を小さく出来、これにより優れた効果が奏されることになる。これを図9に基づいて説明するが、図9(a)は従来の吸気バルブ30´を備えた場合を、図9(b)は上記実施形態の吸気バルブ30を備えた場合を示している。図9(a)によれば、ピストン20が上昇した状態で吸気バルブ30´が開かれる場合、ピストン20の表面にその接触を防ぐべく、凹部、すなわちリセスRを設ける必要がある。これは、ピストン頂部の表面積の増加、および燃焼室24の最小容積の拡大をもたらすことになる。これに対して、上記実施形態に係る吸気バルブ30を適用したところを示す図9(b)によれば、上述の如く、吸気バルブ30のピストン20側への突出量を小さく出来るので、リセスRをピストン20の頂部に設ける必要性がなくなり、ピストン20の表面積が抑えられ、冷却損失を低減することが可能になる。また、吸気バルブ30のピストン20側への突出量を小さく出来るので、燃焼室24の最小容積を小さく出来、シリンダ12の圧縮比を大きくすることが可能になり、エンジン出力の向上を図れることになる。
On the other hand, when the
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したけれども、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は液体燃料を用いるものに限らず、気体燃料をもちいるエンジンなど、あらゆる火花点火式内燃機関に適用され得る。なお圧縮点火式内燃機関に適用されることを本発明は排除するものではない。また、上記実施形態では、エンジン10の動弁機構34は、ベルトにより吸気カムシャフト38が回動されて吸気バルブ30が動かされるものとしたが、例えば制御装置からの出力信号で制御されるソレノイドを用いて、吸気バルブ30を動かすものであっても良く、動弁機構34には任意の技術を適用することが可能である。また、上記実施形態では4バルブエンジンに本発明を適用したが、例えば2バルブエンジンにも適用可能である。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to this. For example, the present invention is not limited to those using liquid fuel, but can be applied to any spark ignition type internal combustion engine such as an engine using gaseous fuel. The present invention does not exclude application to a compression ignition internal combustion engine. In the above embodiment, the
なお、上記実施形態では、吸気バルブ30のステム30bを、吸気ポート26の開口部26aの中心軸Xに関して、シリンダ軸心Yとは反対側の領域に延びるように位置付けることとしたが、これとは正反対に中心軸Xに関してシリンダ軸心Y側の領域に延びるように位置付けても良い。このような構成のもとで吸気バルブ30が動かされると、その開口部26aのシリンダ頂部側部分S2が、そのシリンダ壁面側部分S1よりも大きく開くことになり、例えば燃焼室24内に正タンブル流が形成され得るようになる。また、例えば、2バルブエンジンに吸気バルブ30を適用すると共に、ステム30bをシリンダ軸心Yからの放射方向に直交する方向に位置付けることにより、スワール流を実現することも可能である。
In the above embodiment, the
なお、上記実施形態および各変形例では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。 Although the present invention has been described with a certain degree of specificity in the above-described embodiments and modifications, various modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims. It must be understood that changes are possible. That is, the present invention includes modifications and changes that fall within the scope and spirit of the appended claims and their equivalents.
10 エンジン
12 シリンダ
14 冷却水路
16 シリンダブロック
18 シリンダヘッド
20 ピストン
22 コネクティングロッド
24 燃焼室
26 吸気ポート
26a 開口部
28 排気ポート
30 吸気バルブ
30a 傘部
30b ステム
32 排気バルブ
34 動弁機構
36 点火プラグ
38 吸気カムシャフト
40 排気カムシャフト
42、44 カム
46、48 バルブリフター
50、54 バルブガイド
52、56 バルブスプリング
58 筒内噴射用燃料噴射弁
α 傘部の軸線
γ ステムの軸線
X 開口部の中心軸
Y シリンダ軸心
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該吸気バルブを前記ステムの長手方向に進退させる動弁機構と、
を備えたことを特徴とするエンジンの吸気装置。 An intake valve having an umbrella part that opens and closes an opening part opened in the cylinder and a stem that extends in a direction inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the umbrella part;
A valve mechanism for moving the intake valve forward and backward in the longitudinal direction of the stem;
An intake system for an engine characterized by comprising:
The engine intake device according to claim 1, wherein the stem is positioned so as to extend in a region opposite to the axis of the cylinder with respect to a central axis of the opening.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005226919A JP2007040232A (en) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | Engine intake device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005226919A JP2007040232A (en) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | Engine intake device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007040232A true JP2007040232A (en) | 2007-02-15 |
Family
ID=37798448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005226919A Pending JP2007040232A (en) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | Engine intake device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007040232A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008280898A (en) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Toyota Motor Corp | Internal combustion engine |
JP2013011229A (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-17 | Toyota Motor Corp | Intake port for internal combustion engine |
-
2005
- 2005-08-04 JP JP2005226919A patent/JP2007040232A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008280898A (en) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Toyota Motor Corp | Internal combustion engine |
JP2013011229A (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-17 | Toyota Motor Corp | Intake port for internal combustion engine |
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