JP2007285149A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘリカルポートから流出する吸気とシリンダ内に生成されたスワール流との干渉を抑制できる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に設けられた二つの吸気ポート４、５のそれぞれがヘリカルポートとして構成される。一方の吸気ポート４は、ヘリカル部４ｂの旋回方向がスワール流Ｆｓｗの流れ方向と同方向に設定されるとともにヘリカル終端部４ｃの位置が導入部４ｄと合流するように設定される。他方の吸気ポート５は、ヘリカル部５ｂの旋回方向がスワール流Ｆｓｗの流れ方向と反対方向に設定されるとともに、ヘリカル部５ｂが吸気バルブ７のバルブ軸７ａ回りに略半周に亘り旋回するように構成されている。
【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。このような吸気装置では、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。この場合には、複数のヘリカルポートから導入される吸気同士が互いに干渉してスワール流が弱められるおそれがある。そこで、ヘリカル部の傾斜角度が互いに異なる二つのヘリカルポートを設け、一方のヘリカルポートからシリンダボアの接線方向に吸気を流出させるようにして、二つのヘリカルポート間の干渉を抑制するものがある（特許文献１）。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。

特開２００５−２４０６６６号公報 特開平１０−２９９４９７号公報 特開平５−１８０１２５号公報

二つのヘリカルポートを同一のシリンダに設けた場合、二つのヘリカルポート間の干渉の他にも、一方のヘリカルポートから流出する吸気とシリンダ内に生成されたスワール流とが干渉する場合もある。

そこで、本発明は、ヘリカルポートから流出する流れとシリンダ内に生成されたスワール流との干渉を抑制できる吸気装置を提供することを第１の目的とし、二つのヘリカルポート間の干渉を抑制できる吸気装置を提供することを第２の目的とする。

本発明の第１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旋回しながら高さを徐々に低くして前記開口部へ続くヘリカル部と、前記ヘリカル部の高さが最も低くなるヘリカル終端部と、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上流側に配置された吸気ポートの前記ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と同方向に設定され、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旋回方向がスワール流の流れ方向と逆方向に設定され、かつ、前記下流側に配置された吸気ポートは、前記ヘリカル終端部から前記シリンダの中心までの距離が前記上流側に配置された吸気ポートの当該距離よりも短くなるように構成されていることにより、上述した課題を解決して上記第１の目的を達成する（請求項１）。

ヘリカルポートは、ヘリカル終端部に近づくほどヘリカル部の高さが徐々に低くなって流路が狭くなる。そのため、旋回の開始位置よりもヘリカル終端部に近いほど吸気の流出量は多くなる。第１の吸気装置によれば、スワール流の下流側に配置された吸気ポートのヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と逆方向に設定されているので、その吸気ポートの旋回の開始位置がスワール流と対向する側になる。そのため、ヘリカル部がスワール流の流れ方向と同方向に設定された形態と比較して、スワール流と対向する側からの吸気の流出量が少なくなるので、スワール流との干渉が抑制される。しかも、その吸気ポートの終端部からシリンダの中心までの距離が隣の吸気ポートのその距離よりも短い。つまり、その吸気ポートのヘリカル終端部が導入部と合流しないように位置することになるので、ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と反対方向であってもヘリカル終端部から流出する流れがスワール流と対向しないようになる。そのため、ヘリカル終端部からの流れによってスワール流を弱めることがない。

本発明の第１の吸気装置においては、前記二つの吸気ポートのそれぞれには、前記開口部を開閉できる吸気バルブが設けられており、前記下流側に配置された吸気ポートは、前記ヘリカル部が前記吸気バルブのバルブ軸回りに略半周に亘り旋回するように構成されていてもよい（請求項２）。この態様によれば、下流側に配置された吸気ポートのヘリカル部が略半周に亘り旋回するように構成されているので、ヘリカル終端部から流出した流れがシリンダの内周面の接線方向に向かうようになる。そのため、下流側の吸気ポートからの流れとスワール流との干渉を抑制しつつスワール流を更に強化できる。

本発明の第２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旋回しながら高さを徐々に低くして前記開口部へ続くヘリカル部と、前記ヘリカル部の高さが最も低くなるヘリカル終端部と、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は、前記ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と同方向に設定されるとともに前記ヘリカル終端部の位置が前記導入部と合流するように設定され、前記二つ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は、前記ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と反対方向に設定されるとともに、前記ヘリカル終端部の位置から前記シリンダの中心までの距離が前記下流側に配置された吸気ポートの当該距離よりも短くなるように設定されていることにより、上述した課題を解決して上記第２の目的を達成する（請求項３）。

この吸気装置によれば、二つの吸気ポートの旋回の開始位置側が互いに向かい合うことになる。そのため、二つの吸気ポートのヘリカル部の旋回方向が互いに同方向に設定されることにより一方の吸気ポートの旋回の開始位置側と他方の吸気ポートのヘリカル終端部側とが向かい合うようになる形態と比べて、二つの吸気ポート間の領域へ流出する流出量が少なくなるので、二つの吸気ポート間の干渉が抑制される。しかも、上流側の吸気ポートの終端部からシリンダの中心までの距離が隣の吸気ポートのその距離よりも短い。つまり、上流側の吸気ポートのヘリカル終端部が導入部と合流しないように位置することになるので、ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と反対方向であってもヘリカル終端部から流出する流れがスワール流と対向しないようになる。そのため、ヘリカル終端部からの流れによってスワール流を弱めることがない。

本発明の第２の吸気装置においては、前記二つの吸気ポートのそれぞれには、前記開口部を開閉できる吸気バルブが設けられており、前記上流側に配置された吸気ポートは、前記ヘリカル部が前記吸気バルブのバルブ軸回りに略半周に亘り旋回するように構成されていてもよい（請求項４）。このようにした場合でも、ヘリカル終端部から流出した流れがスワール流と対向しないようになるので、上流側の吸気ポートからの流れがスワール流を弱められることがない。

以上説明したように、本発明の第１の吸気装置によれば、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は、ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と同方向に設定されるとともにヘリカル終端部の位置が導入部と合流するように設定され、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は、ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と反対方向に設定されるとともに、ヘリカル終端部の位置からシリンダの中心までの距離が上流側に配置された吸気ポートの当該距離よりも短くなるように設定されているので、下流側の吸気ポートからの流れとスワール流との干渉が抑制される。

また、本発明の第２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は、ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と同方向に設定されるとともにヘリカル終端部の位置が導入部と合流するように設定され、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は、ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と反対方向に設定されるとともに、ヘリカル終端部の位置からシリンダの中心までの距離が下流側に配置された吸気ポートの当該距離よりも短くなるように設定されているので、二つの吸気ポート間の干渉を抑制することができる。

（第１の形態）
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とを備えている。なお、排気ポート６については開口部を破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るとともに、その吸気バルブ７を着座させるためのバルブシート１０が嵌め込まれている（図４及び図５参照）。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（図３等参照）。また、シリンダ２の中心Ｃ上には、シリンダ２内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル９が設けられている。燃料噴射ノズル９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の周方向に沿って旋回しながら高さを徐々に低くして開口部４ａに続くヘリカル部４ｂと、ヘリカル部４ｂの高さが最も低くなるヘリカル終端部４ｃと、ヘリカル部４ｂの上流側に接続された導入部４ｄとを備えている。この構成により、吸入空気は導入部４ｄを介してヘリカル部４ｂに導かれ、そのヘリカル部４ｂによってバルブ軸７ａ回りを旋回するように方向が変更される。その間、ヘリカル部４ｂの流路が徐々に狭くなるので、一部の空気はヘリカル終端部４ｃに到達する前にシリンダ２内に流出する。その流出量はヘリカル終端部４ｃに近づくにつれ次第に増加する。ヘリカル終端部４ｃに到達した空気はシリンダ２の中心線に対して斜め下方に向かってシリンダ２内に流出する。

吸気ポート５も同様に、ヘリカル部５ｂ、ヘリカル終端部５ｃ及び導入部５ｄ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。また、吸気ポート４のヘリカル部４ｂの旋回方向と、吸気ポート５のヘリカル部５ｂの旋回方向とは互いに逆向きに設定されている。即ち、ヘリカル部４ｂの旋回方向はスワール流Ｆｓｗの流れ方向と同方向に設定されるとともに、ヘリカル部５ｂの旋回方向はスワール流Ｆｓｗの流れ方向と反対方向に設定される。吸気ポート４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、吸気ポート５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それぞれ相当する。

図１に示すように、吸気ポート４は、ヘリカル終端部４ｃの位置が導入部４ｄと合流するように設定されている。つまり、吸気ポート４はヘリカル部４ｂが吸気バルブ７のバルブ軸７ａ回りを略一周に亘り旋回するように構成されている。そのため、ヘリカル終端部４ｃから流出した流れｆ１はシリンダ２の内周面に沿う方向に向かい、これによりスワール流Ｆｓｗを強化できるようになる。

図２〜図５は図１に示した吸気ポート５の詳細を示し、図２は吸気ポート５を上方から見た拡大平面図、図３〜図５は図２のａ〜ｃの各断面を示した断面図である。なお、吸気ポート４は周知のヘリカルポートと同様の構成を有しているので、吸気ポート４については図３〜図５に相当する図を省略した。吸気ポート５は、図１〜図５に示すように、ヘリカル部５ｂが吸気バルブ７のバルブ軸７ａ回りを略半周に亘り旋回するように構成されている。言い換えれば、高さＨ（図４及び図５参照）が最も低くなるヘリカル終端部５ａが導入部５ｄと合流しないように位置する。そのため、吸気ポート５はヘリカル終端部５ｃからシリンダ２の中心Ｃまでの距離Ｄ１が吸気バルブ４のヘリカル終端部４ｃから中心Ｃまでの距離Ｄ２よりも短くなる。これにより、吸気ポート５はヘリカル部５ｂの旋回方向がスワール流Ｆｓｗの流れ方向と反対方向であってもヘリカル終端部５ｃから流出する流れｆ２がスワール流Ｆｓｗと対向しないようになる。しかも、吸気ポート５はヘリカル部５ｂがバルブ軸７ａ回りを略半周に亘り旋回するように構成されているので、流れｆ２はシリンダ２の内周面の接線方向に向かうようになってスワール流Ｆｓｗを強化できる。

また、吸気ポート５のヘリカル部５ｂの旋回方向がスワール流Ｆｓｗの流れ方向と反対向きに設定されているので、ヘリカル部５ｂからの吸気の流出が少ない旋回の開始位置側がスワール流Ｆｓｗと対向するようになる。そのため、図１の領域Ｘ１において、吸気ポート５から流出する流れｆ３とスワール流Ｆｓｗとの干渉が抑制される。

（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態について図６を参照して説明する。図６の形態は、第１の形態の吸気ポート４、５の位置を入れ替えたものに相当する。従って、第２の形態では、吸気ポート４がスワール流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がスワール流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６に示す各吸気ポート４、５の構成は第１の形態と同一である。即ち、吸気ポート４のヘリカル部４ｂの旋回方向はスワール流Ｆｓｗの流れ方向と同方向に設定されるとともに、吸気ポート５のヘリカル部５ｂの旋回方向はスワール流Ｆｓｗの流れ方向と反対方向に設定される。そして、吸気ポート４はヘリカル部４ｂが吸気バルブ７のバルブ軸７ａ回りを略一周に亘り旋回するように構成されるとともに、吸気ポート５はヘリカル部５ｂが吸気バルブ７のバルブ軸７ａ回りを略半周に亘り旋回するように構成されている。図６の形態においても、吸気ポート５はヘリカル終端部５ｃからシリンダ２の中心Ｃまでの距離Ｄ１が吸気バルブ４のヘリカル終端部４ｃから中心Ｃまでの距離Ｄ２よりも短くなっている。

図６の形態によれば、吸気ポート４の旋回の開始位置側と吸気ポート５の旋回の開始位置側とが互いに向き合うようになる。つまり、二つの吸気ポートのヘリカル部の旋回方向が互いに同方向に設定されることにより一方の吸気ポートの旋回の開始位置側と他方の吸気ポートのヘリカル終端部側とが向かい合うようになる形態と比べて、二つの吸気ポート４、５間へ流出する吸気の流出量が少なくなる。これにより、図６の領域Ｘ２において、吸気ポート４の旋回の開始位置側から流出する流れｆ４と、吸気ポート５の旋回の開始位置側から流出する流れｆ３との干渉が抑制される。また、吸気ポート５はヘリカル終端部５ｃからシリンダ２の中心Ｃまでの距離Ｄ１が吸気バルブ４のヘリカル終端部４ｃから中心Ｃまでの距離Ｄ２よりも短くなっているので、ヘリカル部５ｂの旋回方向がスワール流Ｆｓｗの流れ方向と反対方向であってもヘリカル終端部５ｃから流出する流れｆ２がスワール流Ｆｓｗと対向しないようになる。それにより、吸気ポート５のヘリカル終端部５ｃからの流れがスワール流Ｆｓｗを弱めることがない。

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。

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７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。

図７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Ｃ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を上方から示した拡大平面図。 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。 本発明の第２の形態に係る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。 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 ヘリカル終端部
４ｄ、５ｄ 導入部
Ｃ シリンダの中心
Ｄ１、Ｄ２ ヘリカル終端部からシリンダの中心までの距離

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旋回しながら高さを徐々に低くして前記開口部へ続くヘリカル部と、前記ヘリカル部の高さが最も低くなるヘリカル終端部と、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上流側に配置された吸気ポートは、前記ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と同方向に設定されるとともに前記ヘリカル終端部の位置が前記導入部と合流するように設定され、
   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は、前記ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と反対方向に設定されるとともに、前記ヘリカル終端部の位置から前記シリンダの中心までの距離が前記上流側に配置された吸気ポートの当該距離よりも短くなるように設定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記二つの吸気ポートのそれぞれには、前記開口部を開閉できる吸気バルブが設けられており、
   前記下流側に配置された吸気ポートは、前記ヘリカル部が前記吸気バルブのバルブ軸回りに略半周に亘り旋回するように構成され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. 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旋回しながら高さを徐々に低くして前記開口部へ続くヘリカル部と、前記ヘリカル部の高さが最も低くなるヘリカル終端部と、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は、前記ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と同方向に設定されるとともに前記ヘリカル終端部の位置が前記導入部と合流するように設定され、
   前記二つ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は、前記ヘリカル部の旋回方向がスワール流の流れ方向と反対方向に設定されるとともに、前記ヘリカル終端部の位置から前記シリンダの中心までの距離が前記下流側に配置された吸気ポートの当該距離よりも短くなるように設定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
4. 前記二つの吸気ポートのそれぞれには、前記開口部を開閉できる吸気バルブが設けられており、
   前記上流側に配置された吸気ポートは、前記ヘリカル部が前記吸気バルブのバルブ軸回りに略半周に亘り旋回するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。

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