JP2007162516A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣り合う二つの吸気ポート間の流れの干渉を抑制しつつ、シリンダ内に生成されるスワール流を二つのポートによって強めることができる内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１の同一のシリンダ２に設けられて互いに隣り合う二つの吸気ポート４、５をそれぞれヘリカルポートとして構成し、シリンダ２内にスワール流を生成する。二つの吸気ポート４、５のうち、スワール流Ｆｓｗの流れ方向の下流側に配置された吸気ポート４のヘリカル部４ｂの内周壁には、ヘリカル部４ｂの湾曲の外側に膨らむように構成され、かつシリンダ２の接線方向へ向かってシリンダ２内に吸気の一部が導びかれるように開口部４ａまでの距離を徐々に詰めながら開口部４ａの周方向に沿って延びる案内部４１が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダに吸気を導入する内燃機関の吸気装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関に適用される吸気装置として、吸気バルブを中心にして螺旋状に旋回するヘリカル部と、このヘリカル部に続く導入部とを備えたヘリカルポートを有し、内燃機関のシリンダ内にスワール流を生成するようにした吸気装置が広く知られている。例えば、ヘリカル部の通路断面を旋回の開始から終了までの区間において一定比率で減少するように構成した吸気装置がある（特許文献１）。この吸気装置によれば、ヘリカル部の通路断面積の減少分に相当する吸気量が順次シリンダ内に導入されるので、旋回区間の全域において略一定の吸気量を得ることができる。そのため、旋回区間の全域をスワール生成のために均等に利用でき、スワール生成効率が高められる。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特許第３５７２３７５号公報 特開平８−２４６８８５号公報 実公平４−３０３４０号公報

強いスワール流をシリンダ内に生成するとともに十分な吸気流量を確保するために、へリカルポートを同一のシリンダに対して複数設ける場合もある。しかしながら、特許文献１の吸気装置に係るヘリカルポートを単独で使用した場合には、強いスワール流や十分な吸気流量を確保できる場合でも、このヘリカルポートを同一のシリンダに対して複数設けた場合には、隣り合うポート間で起こりうる流れの干渉等を考慮しなければ、トータルとして要求されるスワール流や吸気流量の確保が不十分になるおそれがある。

そこで、本発明は、隣り合う二つの吸気ポート間の流れの干渉を抑制しつつ、シリンダ内に生成されるスワール流を二つのポートによって強めることができる内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の吸気装置は、内燃機関の同一のシリンダに設けられて互いに隣り合う二つの吸気ポートを有し、前記二つの吸気ポートのそれぞれが、前記シリンダに開口する開口部と、前記開口部の周方向に沿って湾曲しながら前記開口部に続くヘリカル部と、前記ヘリカル部の上流側に接続された導入部とを備えたヘリカルポートとして構成され、前記シリンダ内にスワール流を生成する内燃機関の吸気装置において、前記二つの吸気ポートのうち、スワール流の流れ方向の下流側に配置された吸気ポートの前記ヘリカル部の内周壁には、前記ヘリカル部の湾曲の外側に膨らむように構成され、かつ前記シリンダの接線方向へ向かって前記シリンダ内に吸気の一部が導びかれるように前記開口部までの距離を徐々に詰めながら前記開口部の周方向に沿って延びる案内部が設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

この吸気装置によれば、スワール流の流れ方向の下流側に配置された吸気ポートに導かれる吸気の一部がヘリカル部に設けられた案内部に沿うように案内されてシリンダ内に導入される。案内部によって案内された吸気はシリンダの接線方向に向かうので、その吸気の導入によりシリンダの内周面に沿った流れを形成できる。残りの吸気はヘリカル部によって旋回流となってシリンダ内に導入される。吸気の一部が案内部に導かれてシリンダの接線方向に向かうのでヘリカル部で生成される旋回流の成分は弱められる。従って、この吸気ポートと隣り合う吸気ポートからの流れとの干渉を抑制できる。これにより、双方の吸気ポートでスワール流を強めることができるとともに十分な吸気流量を確保することができる。

本発明の吸気装置においては、前記案内部は、前記開口部に向けて膨らみ具合を徐々に低下させながら前記開口部へ続く終了接続部を有していてもよいし（請求項２）、また前記導入部に向けて膨らみ具合を徐々に低下させながら前記導入部に続く開始接続部を有していてもよい（請求項３）。これらの態様によれば、終了接続部によってヘリカル部と開口部との境界における通路断面が滑らかに変化し、また開始接続部によって、導入部とヘリカル部との境界における通路断面が滑らかに変化することになる。従って、各境界における通路断面の急変を抑えることができるので、吸気ポート内の流れの乱れが生じ難くなる。

本発明の吸気装置においては、スワール流の流れ方向の上流側に配置された吸気ポートの構成はヘリカルポートであればどのような構成でもよいが、例えば、スワール流の流れ方向の上流側に配置された吸気ポートの前記導入部は、前記シリンダの上下方向に関して上側に位置する上側領域と下側に位置する下側領域とに区分されて前記ヘリカル部に接続される接続部を有し、前記接続部は、前記上側領域の横幅が前記下側領域の横幅よりも狭く、かつ前記ヘリカル部に近付くに従って前記上側領域と前記下側領域との横幅の差が徐々に拡大するように構成されていてもよい（請求項４）。このように構成された場合には、上側領域によって旋回流を生成するとともに、下側領域によってシリンダの接線方向に向かう吸気の流れを強めることができる。従って、この接線方向に向かう流れによってトータルのスワール流の強さをより高めることができる。

以上説明したように、本発明によれば、スワール流の流れ方向の下流側に配置された吸気ポートのヘリカル部の内周壁に、ヘリカル部の湾曲の外側に膨らむように構成され、かつシリンダの接線方向へ向かってシリンダ内に吸気の一部が導びかれるように開口部までの距離を徐々に詰めながら開口部の周方向に沿って延びる案内部を設けたので、隣り合う二つの吸気ポート間の流れの干渉を抑制しつつ、シリンダ内に生成されるスワール流を二つのポートによって強めることができる。

図１は本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の要部を模式的に示した平面図である。内燃機関１はディーゼルエンジンとして構成されていて、シリンダ２へ吸気を導入するための二つの吸気ポート４、５と、燃焼後の排気をシリンダ２から排出するための二つの排気ポート６、６とを備えている。なお、排気ポート６、６については開口部を想像線で示して形状の図示を省略した。吸気ポート４、５のそれぞれの開口部４ａ、５ａには、吸気バルブ７が一つずつ配置され、各排気ポート６の開口部にも排気バルブ（不図示）が配置されている。吸気ポート４、５及び排気ポート６は内燃機関１のシリンダヘッド８にそれぞれ形成されている。また、シリンダ２の上部にはシリンダ２内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル８が設けられている。燃料噴射ノズル８は図示しないコモンレールに接続されて所定の燃圧で燃料が供給される。シリンダ２内にはピストン（不図示）が往復運動自在に設けられ、図示を省略したが、コネクティングロッドを介してクランク軸に連結されている。

吸気ポート４、５は互いに隣り合うように配置されており、吸気ポート４、５のそれぞれはいわゆるヘリカルポートとして構成されている。吸気ポート４は、開口部４ａの周方向ｓ１（図２）に沿って湾曲しながら開口部４ａに続くヘリカル部４ｂと、ヘリカル部４ｂの上流側（シリンダ２から離れる側）に接続された導入部４ｃとを備えている。吸気ポート５も同様に、ヘリカル部５ｂ及び導入部５ｃをそれぞれ備えている。これらの吸気ポート４、５は、図１に示す方向に流れるスワール流Ｆｓｗがシリンダ２内に生成されるように配置されている。吸気ポート４はスワール流Ｆｓｗの流れ方向の下流側に配置された吸気ポートに、吸気ポート５はスワール流Ｆｓｗの流れ方向の上流側に配置された吸気ポートにそれぞれ相当する。

図２〜図６は図１に示した吸気ポート４の詳細を示し、図２は吸気ポート４を上方から見た平面図、図３は吸気ポート４の側面図、図４〜図６は図２のａ〜ｃの各断面を示した断面図である。これらの図にも示すように、吸気ポート４はヘリカル部４ｂの湾曲の外側、言い換えれば開口部４ａの中心から離れる側に膨らむように構成された案内部４１を有している。なお、開口部４ａには吸気バルブ７を着座させるためのバルブシート９が嵌め込まれている。案内部４１はヘリカル部４ｂの内周壁４０に設けられていて、図３〜図６に示すように、開口部４ａまでの距離を徐々に詰めながら開口部４ａの周方向に沿って延びるように構成されている。言い換えれば、案内部４１はヘリカル部４ｂの内周壁４０に沿って螺旋状に構成されている。案内部４１の終端はヘリカル部４ｂと導入部４ｃとの境界位置に設定されている。案内部４１の断面形状は、図示のような矩形状でなくてもよく、例えば円弧状やＵ字状のような形状に適宜に変更してもよい。また、案内部４１の膨らみ幅（深さ）やシリンダ２の上下方向に関する縦幅も適宜に設定してよいし、これらの幅は一定でもよいし、湾曲の途中で変化させてもよい。更に、案内部４１が旋回するに従って開口部４ａに近付く割合、換言すれば案内部４１の螺旋のピッチは適宜に設定される。なお、案内部４１の形成は、例えば案内部４１に対応した形状を持つ割り中子を利用してシリンダヘッド８を鋳造することによって容易に実現できる。

図２に示すように、案内部４１はヘリカル部４ｂの上流側で導入部４ｃと滑らかに接続させるための開始接続部４２と、ヘリカル部４ｂの下流側で開口部と滑らかに接続させるための終了接続部４３とをそれぞれ備えている。開始接続部４２は、導入部４ｃに向けてヘリカル部の湾曲の外側への膨らみ具合を徐々に低下させながら導入部４ｃへ続くように構成され、終了接続部４３は、開口部４ａに向けてその膨らみ具合を徐々に低下させながら開口部へ続くように構成される。このように構成することで、開始接続部４２により導入部４ｃとヘリカル部４ｂとの境界における通路断面が滑らかに変化するとともに、終了接続部４３によりヘリカル部４ｂと開口部４ａとの境界における通路断面が滑らかに変化することになる。そのため、各境界において通路断面の急変が抑制されるので吸気ポート４内の流れの乱れが生じ難くなる。

一方、吸気ポート５は、図７〜図１０に示す構成を有していて、吸気ポート４の構成と相違している。図７は吸気ポート５を上方から見た平面図、図８〜図１０は図７のｄ〜ｆの各断面を示した断面図である。吸気ポート５の開口部５ａには吸気バルブ７を着座させるためのバルブシート９が嵌め込まれている。吸気ポート５の導入部５ｃは、図７〜図９に示すように、シリンダ２の上下方向（図８及び図９の上下方向）に関して上側に位置する上側領域５１と下側に位置する下側領域５２とに区分されてヘリカル部５ｂに接続される接続部５０を有している。接続部５０は上側領域５１の横幅が下側領域５２の横幅よりも狭く、かつヘリカル部５ｂに近付くに従ってこれらの領域の横幅の差が徐々に拡大するように構成されている。また、図１０に示すように、吸気ポート５のヘリカル部５ｂにおいては、開口部５ａの周方向ｓ２（図７）に沿って湾曲する過程で、シリンダ２の上下方向に関する縦幅が漸次小さくなるように構成されている。

以上のように互いに隣り合う吸気ポート４、５が構成されることにより、図１に示すように、吸気ポート４内の吸気の一部は案内部４１によってシリンダ２の接線方向へ向かって導びかれ、接線方向の流れｆ１が形成される。また、吸気ポート４が導く残りの吸気については、ヘリカル部４ｂを介してシリンダ２内に導かれて旋回流ｆ２が形成される。一方、吸気ポート５によれば、図１に示すように接続部５０の下側領域５１によってシリンダ２の接線方向に向かう流れｆ３と、ヘリカル部５ｂによって旋回流ｆ４とがそれぞれ生成される。

吸気ポート４では、案内部４１にて一部の吸気が導かれるので、旋回流ｆ２の強さが弱められる。そのため、旋回流ｆ２と、隣の吸気ポート５によって形成された旋回流ｆ４とが衝突し合う領域Ｘにおいて、これらの流れの干渉が低減する。吸気ポート４にて形成される流れｆ１と、吸気ポート５にて形成される流れｆ３とは、それぞれシリンダ２の内周面に関して同方向に向いている。そのため、吸気ポート５によるスワール流の形成に対して邪魔にならず、むしろ、これらの吸気ポート４、５の両者が相まってスワール流Ｆｓｗの強さを高めることが可能になる。

本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実現してもよい。本発明の吸気装置は、シリンダ内にスワール流を形成することが要望されるディーゼルエンジンに適用されることが適しているが、他の形式の内燃機関への本発明の適用を排除するものではなく、例えばガソリンエンジンに適用することもできる。

また、一つのシリンダに対して二つの吸気ポートを設けた形態で本発明を実施したが、例えば一つのシリンダに対して三つの吸気ポートを設けた形態で本発明を実施してよい。この場合には、三つの吸気ポートのうち、隣り合う二つの吸気ポートについて本発明の技術思想が実現されていれば本発明の技術的範囲に属する。従って、残りの吸気ポートがどのような形状のポートであっても構わない。

また、スワール流の流れ方向の上流側の吸気ポートとして、下流側の吸気ポートと同一構成の吸気ポートを設けることによって本発明を実現してもよい。更に、図１１に示すように、本発明に係る案内部を二つ並べて本発明を実施してもよいし、三つ以上並べてもよい。

なお、以上の説明では、互いに隣り合う二つの吸気ポートを区別するため、「スワール流の流れ方向の上流側の吸気ポート」及び「スワール流の流れ方向の下流側の吸気ポート」という表現を使用した。そこで、これらの表現の代りに、二つの吸気ポートを区別し得る他の表現について説明する。図１２は二つの吸気ポートＡ、Ｂの位置関係を説明する説明図である。この図において、上述した形態の構成と同一構成には同一の参照符号が付されている。吸気ポートＡは上述した吸気ポート４に、吸気ポートＢは上述した吸気ポート５にそれぞれ相当する。

図１２に示すように、吸気ポートＡから隣の吸気ポートＢまでの中心角をシリンダ２の中心線ＣＬ回りにスワール流Ｆｓｗの流れ方向と同方向に測った場合、その中心角はαとなる。一方、吸気ポートＢから隣の吸気ポートＡまでの中心角をシリンダ２の中心線ＣＬ回りにスワール流Ｆｓｗの流れ方向と同方向に測った場合、その中心角はβとなる。この図から明らかなように、中心角α、βはα＜βの関係になる。従って、二つの吸気ポートＡ、Ｂのうち、吸気ポートＡは、シリンダの中心線回りにスワール流の流れ方向と同方向に隣の吸気ポートまでの中心角を測った場合にその中心角が小さい側の吸気ポートということができ、一方、吸気ポートＢは、シリンダの中心線回りにスワール中の流れ方向と同方向に隣の吸気ポートまでの中心角を測った場合にその中心角が大きい側の吸気ポートということができる。こうして、二つの吸気ポートＡ、Ｂを互いに区別することができる。

本発明の吸気装置が組み込まれた内燃機関の要部を模式的に示した平面図。 図１のスワール流の流れ方向の下流側に配置された吸気ポートの平面図。 図１のスワール流の流れ方向の下流側に配置された吸気ポートの側面図。 図２のａ−ａ線に沿った断面図。 図２のｂ−ｂ線に沿った断面図。 図２のｃ−ｃ線に沿った断面図。 図１のスワール流の流れ方向の上流側に配置された吸気ポートの平面図。 図７のｄ−ｄ線に沿った断面図。 図７のｅ−ｅ線に沿った断面図。 図７のｆ−ｆ線に沿った断面図。 スワール流の流れ方向の下流側に配置された吸気ポートの他の形態を示した側面図。 二つの吸気ポートの位置関係を説明する説明図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダ
４、５ 吸気ポート
４ａ、５ａ 開口部
４ｂ、５ｂ ヘリカル部
４ｃ、５ｃ 導入部
４０ 内周壁
４１ 案内部
４２ 終了接続部
４３ 開始接続部
５０ 接続部
５１ 上側領域
５２ 下側領域

Claims (4)

1. 内燃機関の同一のシリンダに設けられて互いに隣り合う二つの吸気ポートを有し、前記二つの吸気ポートのそれぞれが、前記シリンダに開口する開口部と、前記開口部の周方向に沿って湾曲しながら前記開口部に続くヘリカル部と、前記ヘリカル部の上流側に接続された導入部とを備えたヘリカルポートとして構成され、前記シリンダ内にスワール流を生成する内燃機関の吸気装置において、
   前記二つの吸気ポートのうち、スワール流の流れ方向の下流側に配置された吸気ポートの前記ヘリカル部の内周壁には、前記ヘリカル部の湾曲の外側に膨らむように構成され、かつ前記シリンダの接線方向へ向かって前記シリンダ内に吸気の一部が導びかれるように前記開口部までの距離を徐々に詰めながら前記開口部の周方向に沿って延びる案内部が設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記案内部は、前記開口部に向けて膨らみ具合を徐々に低下させながら前記開口部へ続く終了接続部を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記案内部は、前記導入部に向けて膨らみ具合を徐々に低下させながら前記導入部に続く開始接続部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記複数の吸気ポートのうち、スワール流の流れ方向の上流側に配置された吸気ポートの前記導入部は、前記シリンダの上下方向に関して上側に位置する上側領域と下側に位置する下側領域とに区分されて前記ヘリカル部に接続される接続部を有し、前記接続部は、前記上側領域の横幅が前記下側領域の横幅よりも狭く、かつ前記ヘリカル部に近付くに従って前記上側領域と前記下側領域との横幅の差が徐々に拡大するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
   

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