JP2008163752A

JP2008163752A - エンジン

Info

Publication number: JP2008163752A
Application number: JP2006350691A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sagara; 昌史相良; Tetsuji Jinno; 哲治神野; Yasuhiro Kanatsu; 康弘金津; Hisayuki Sakaguchi; 久幸阪口
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】低負荷時における一酸化炭素の排出量を低減させる。
【解決手段】シリンダヘッド４に低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータ５１を配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４の吸気弁２１近傍に、スワール制御部材５０、即ちシャフト５５を吸気ポート４ａに進退可能に設けて、該スワール制御部材５０を感熱膨張体５３で構成した前記アクチュエータ５１と連結し、低負荷時にシャフト５５を吸気ポート４ａに突出させて、スワール比を高く変化させるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンに関する。

従来、燃焼室での燃料と空気との混合を促進させて、良好な燃焼を行うために、シリンダヘッドの吸気ポートから流入する吸気流により燃焼室に生成されるスワールの強さを変化させる手段を設けて、適正なスワール比を設定可能に構成したエンジンは公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。このようなエンジンでは、高いエンジン性能を求める必要があることから、スワール比がエンジンの高負荷時に合わせて適正となるように設定される傾向があった。
特開平７−４３０５号公報

従来のようなエンジンにおいては、高負荷時にはスワール比が適正となるため、燃焼室で燃料と空気とをよく混ぜて、燃焼を効率的に行うことができる。しかし、低負荷時には燃料噴射量が減少することから、高負荷時に合わせたスワール比では、スワール比が不適正となって、燃焼室での燃料と空気との混合が十分に行われず、不完全燃焼が起こりやすかった。そのため、不完全燃焼に伴い発生する一酸化炭素の排出量が、高負荷時に比べて低負荷時に多くなっていた。なお、低負荷時における一酸化炭素の排出量は、スワール比を低負荷時に合わせて適正となるように設定することで低減させることが可能ではあるが、これでは高負荷時に十分なエンジン性能を得ることができないという問題がある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッドの吸気弁近傍に、スワール制御部材を吸気ポートに進退可能に設けて、該スワール制御部材を感熱膨張体で構成した前記アクチュエータと連結し、低負荷時にスワール制御部材を吸気ポートに突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたものである。

請求項２においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッドに、吸気ポートをエンジン本体外側に連通させる連通孔を形成するとともに、該連通孔を開閉可能にスワール制御部材を設けて、該スワール制御部材を感熱膨張体で構成した前記アクチュエータと連結し、低負荷時に前記連通孔を開けてスワール比を高く変化させるようにしたものである。

請求項３においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッドで形成する吸気ポートの内壁に、スワール制御部材を吸気ポートに進退可能に設けて、該スワール制御部材を感熱膨張体で構成した前記アクチュエータと連結し、低負荷時にスワール制御部材を吸気ポートに突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたものである。

請求項４においては、前記吸気ポートに、前記スワール制御部材と対向して仕切壁を設けてサブポートを形成し、該サブポートを前記スワール制御部材により開閉可能に構成したものである。

請求項５においては、シリンダヘッド近傍に低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッドに接続したエアクリーナ、または吸気マニホールドの吸気経路に、スワール制御部材を進退可能に設けて、該スワール制御部材を感熱膨張体で構成した前記アクチュエータと連結し、低負荷時にスワール制御部材を前記吸気経路に突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、スワール制御部材を作動させるアクチュエータを感熱膨張体としたので、電源などが不要となり、スワール制御部材およびアクチュエータを簡単な構造で安価に構成することができる。

請求項２においては、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、スワール制御部材を作動させるアクチュエータを感熱膨張体としたので、電源などが不要となり、スワール制御部材およびアクチュエータを簡単な構造で安価に構成することができる。さらに、たとえば連通孔をキリ加工で形成し、スワール制御部材およびアクチュエータをシリンダヘッドに外側から設けることが可能となるので、シリンダヘッドへの設置作業が容易となり、メンテナンスも容易に行うことができる。

請求項３においては、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、スワール制御部材を作動させるアクチュエータを感熱膨張体としたので、電源などが不要となり、スワール制御部材およびアクチュエータを簡単な構造で安価に構成することができる。さらに、スワール制御部材がシリンダヘッドの外側近くに位置することになるため、シリンダヘッドへの設置作業が容易となり、メンテナンスも容易に行うことができる。

請求項４においては、スワール比の変化量を大きくすることが可能となり、適正なスワール比に容易に変化させることができる。

請求項５においては、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、スワール制御部材を作動させるアクチュエータを感熱膨張体としたので、電源などが不要となり、スワール制御部材およびアクチュエータを簡単な構造で安価に構成することができる。さらに、スワール制御部材をシリンダヘッドに後付するエアクリーナや吸気マニホールドに設ければよいので、その設置作業が容易となる。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１はエンジンの全体構成を示した正面断面図、図２はエンジン上部の構成を示した側面断面図、図３はシリンダヘッドの構成を示した平面断面図、図４は実施例１に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した側面一部断面図、図５は実施例１に係るスワール比変化手段の構成を示した断面図、図６は実施例２に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面一部断面図、図７は実施例２に係るスワール比変化手段の構成を示した断面図、図８は実施例３に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面一部断面図、図９は実施例３に係る仕切壁を設けた場合におけるスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面一部断面図、図１０は実施例４に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した側面一部断面図である。

図１、図２に示すように、エンジン１においては、エンジン本体がシリンダブロック２およびクランクケース３で構成されている。シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド４が設けられ、該シリンダヘッド４の周囲三方にそれぞれエアクリーナ５と、排気マフラ６と、燃料タンク７とが配設されている。

シリンダブロック２の内部にはシリンダ２ａが形成され、該シリンダ２ａ内にピストン１１が納められている。ピストン１１はクランクケース３に軸支されたクランク軸１２とコンロッド１３を介して連結され、該クランク軸１２の回転にともなってシリンダ２ａ内を往復動するようになっている。そして、このピストン１１と上方のシリンダヘッド４とでシリンダ２ａに燃焼室１５が形成されている。

そして前記燃焼室１５を臨むように、シリンダヘッド４の下面に吸気弁２１や排気弁２２や燃料噴射弁２３が設けられている。このシリンダヘッド４の上部には弁腕室１８が形成されて、該弁腕室１８に吸気弁２１と排気弁２２とを動かす動弁機構２４・２５が納められている。この動弁機構２４・２５はシリンダヘッド４に取り付けられたボンネット２６で被覆されている。

また、図３に示すように、シリンダヘッド４の内部には吸気ポート４ａや排気ポート４ｂなどが形成されている。吸気ポート４ａは一側でエアクリーナ５と吸気経路５ａを通じて連通され、他側で前記燃焼室１５と吸気弁２１を介して連通可能とされている。排気ポート４ｂは一側で排気マフラ６と排気経路６ａを通じて連通され、他側で前記燃焼室１５と排気弁２２を介して連通可能とされている。

すなわち、吸気弁２１が動弁機構２４の作動により開かれることで、吸気ポート４ａが燃焼室１５と連通されて、空気がエアクリーナ５から吸気ポート４ａを通じて燃焼室１５に吸入され、また排気弁２２が動弁機構２５の作動により開かれることで、排気ポート４ｂが燃焼室１５と連通されて、排気が燃焼室１５から排気ポート４ｂを通じて排気マフラ６に排出されるようになっている。

そして、シリンダヘッド４の吸気ポート４ａや、エアクリーナ５もしくは吸気マニホールドの吸気経路５ａに、エンジン１の高負荷時に合わせて適正に設定されたスワール比を、負荷が低くなったときに、適正なスワール比に変化させるための手段が設けられている。このスワール比の変化手段は、吸気ポート４ａから流入する吸気流により燃焼室１５に一定方向に旋回するように生成されるスワール（渦）の強さを変化させることで、スワール比を変化させるように構成されている。

前記スワール比は、エンジン１の一行程あたりのスワールの回転数を示すものであり、このスワール比が所定の範囲において高い（大きい）ほど、燃焼室１５に強いスワールが生成されて、燃焼室１５で燃料と空気とがよく混ざり、燃焼が効率的に行われるようになっている。一般的にエンジンでは、高いエンジン性能を得ることができるように、スワール比が高負荷時に適正な大きさとなるように設定されているため、高負荷時には燃料と空気との混合が促進され、良好な燃焼が行われる。

しかし、低負荷時には燃料噴射量が減少することから、高負荷時に合わせたスワール比では、スワール比が不適正となって、燃焼室での燃料と空気との混合が十分に行われず、高負荷時に比べて燃焼効率が悪化し、一酸化炭素の排出量が増加していた。そこで本発明のエンジン１では、スワール比の変化手段を設けることによって、高負荷時に合わせて適正に設定されたスワール比を低負荷時には高くなるように変化させて、低負荷時でも適正なスワール比となるように構成している。

前記スワール比の変化手段は、具体的には、たとえば以下の実施例１から実施例４に示すように構成されている。

本実施例においては、図４に示すように、スワール比の変化手段は、吸気ポート４ａ内の吸気弁２１近傍に配設され、スワール制御部材５０と当該スワール制御部材５０を作動させるアクチュエータ５１とで構成されている。図５に示すように、アクチュエータ５１は、有底筒状のケース５２内に感熱膨張体５３を備えて構成されている。この感熱膨張体５３は、ワックスや形状記憶合金などを内装して構成され、設定温度以下では膨張しないが、設定温度を超えると、その温度上昇にともなって体積を増加、もしくはそれ自体を伸長させて膨張するようになっている。よって、感熱膨張体５３を金属で構成した場合には、後述するシャフト５５と感熱膨張体５３を連結する構成とすることもできる。

スワール制御部材５０は、有底筒状のケース５４にシャフト５５を進退可能に備えるとともに、第一ストッパ５６と、第二ストッパ５７と、バネ５８とを収納して構成されている。ケース５４内ではその中途部に隔壁５４ａが形成されて、底部側と開口部側とにそれぞれ収納空間５４ｂ・５４ｃが設けられている。そして、シャフト５５が隔壁５４ａに貫通支持されて、両収納空間５４ｂ・５４ｃにわたって摺動可能に配置され、その先端部を収納空間５４ｃ側のケース５４の開口部から外部へ突出可能に構成されている。

ケース５４の底部側の収納空間５４ｂでは、第一ストッパ５６が隔壁５４ａ側へ延設したシャフト５５の基端部に固定されて、該シャフト５５とともに摺動可能に配置されている。第一ストッパ５６とケース５４底部との間にはバネ５８が介装されて、該バネ５８の付勢力にて第一ストッパ５６が隔壁５４ａ側に摺動するように付勢されている。これにより、シャフト５５が開口部側に摺動するように付勢されて、その先端部がケース５４外側に突出するようになっている。

ケース５４の開口部側の収納空間５４ｃでは、第二ストッパ５７がシャフト５５の中途部に固定されて、摺動可能に配置されている。第二ストッパ５７は、図５（ａ）に示すように、シャフト５５がバネ５８により付勢されて先端部をケース５４外側に突出させるように摺動された突出状態では、ケース５４の開口部付近に位置するようになっている。なお、収納空間５４ｃと収納空間５４ｂは隔壁５４ａの貫通孔を介して連通され、シャフトの突出時に収納空間５４ｃが負圧とならないように構成されている。

そして、前記スワール制御部材５０のケース５４と、前記アクチュエータ５１のケース５２とが互いの開口部を対向させて固定されて、該ケース５４の収納空間５４ｃに配置した第二ストッパ５７で感熱膨張体５３を収納したケース５２内を密閉するとともに、シャフト５５をケース５２から突出入可能とするように、該アクチュエータ５１とスワール制御部材５０とが連結されている。これによって、アクチュエータ５１の感熱膨張体５３がケース５２および第二ストッパ５７とに囲まれて、その膨張力によりバネ５８の付勢力に抗して第二ストッパ５７をケース５４の収納空間５４ｃの隔壁５４ａまでの間で摺動させるようになっている。すなわち、感熱膨張体５３が膨張を開始すると、第二ストッパ５７が押されて隔壁５４ａ側にシャフト５５とともに摺動し、図５（ｂ）に示すように、シャフト５５の先端部がケース５２内に収納されるようになっている。

このようにしてスワール比の変化手段が構成され、感熱膨張体５３が膨張を開始する設定温度未満のときには、感熱膨張体５３は膨張しないため、バネ５８の付勢力により、第一ストッパ５６がケース５４の隔壁５４ａに当接するまで摺動されて、該シャフト５５の先端部がケース５２の外部に突出した状態となる。一方、設定温度を越えて、温度が上昇すると、感熱膨張体５３が膨張を始め、シャフト５５が第一ストッパ５６に働くバネ５８の付勢力と、第二ストッパ５７に働く感熱膨張体５３の膨張力の差に応じて、第二ストッパ５７が隔壁５４ａに当接するまで摺動され、最終的にシャフト５５の先端部がケース５２の内側に収納されるようになっている。

したがって、前記スワール制御部材５０を吸気ポート４ａ内の吸気弁２１近傍に配設することにより、エンジン１の負荷が低いときは、燃料噴射量が減少し、エンジン１内の温度が低くなることから、図５（ａ）に示すように、設定温度未満の場合は感熱膨張体５３が膨張せず、シャフト５５が先端部をアクチュエータ５１のケース５２から最も突出させて吸気ポート４ａ内に進んだ状態となり、該シャフト５５にて吸気ポート４ａ内の吸気流動を制限することができる。そのため、燃焼室１５に流入する吸気流により当該燃焼室１５に生成されるスワールを強力なものに変化させて、スワール比を高めることが可能となり、低負荷時に適したスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、燃料噴射量が増加し、エンジン１内の温度が低負荷時よりも上昇することから、図５（ｂ）に示すように、設定温度を超えた時点から感熱膨張体５３が膨張して、シャフト５５が吸気ポート４ａ内から徐々に押し戻されて、その先端部がアクチュエータ５１のケース５２内に退いて収納される。そのため、吸気ポート４ａの吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールが生成されて、適正なスワール比を得ることができる。なお、スワール制御部材５０の構成は前記構成に限定するものではなく、一つのケース内にピストンと感熱膨張体５３を収納する構成やシャフトがプレート等であってもよい。

以上のように、シリンダヘッド４に低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータ５１を配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４の吸気弁２１近傍に、スワール制御部材５０、即ちシャフト５５を吸気ポート４ａに進退可能に設けて、該スワール制御部材５０を感熱膨張体５３で構成した前記アクチュエータ５１と連結し、低負荷時にシャフト５５を吸気ポート４ａに突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたことから、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室１５での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、スワール制御部材５０を作動させるアクチュエータ５１を感熱膨張体５３としたので、電源などが不要となり、スワール制御部材５０およびアクチュエータ５１を簡単な構造で安価に構成することができる。

本実施例では、図６に示すように、スワール比の変更手段はシリンダヘッド４の吸気ポート４ａ入口近傍に設けられている。このスワール比の変更手段は、シリンダヘッド４に連通孔４ｃを吸気ポート４ａとエンジン本体外側（大気）とを連通するように形成して、該連通孔４ｃの開口面積をシリンダヘッド４外側から着脱可能に配設したスワール制御部材６０と当該スワール制御部材６０を作動させるアクチュエータ６１とで変更できるように構成されている。アクチュエータ６１は、有底筒状のケース６２内に感熱膨張体６３を備えて構成されている。この感熱膨張体６３は、ワックスや形状記憶合金などを内装して構成され、設定温度以下では膨張しないが、設定温度を超えると、その温度上昇にともなって体積を増加、もしくはそれ自体を伸長させて膨張するようになっている。

図７に示すように、スワール制御部材６０は、有底で有蓋の筒状のケース６４内にシャフト６５を進退可能に備えるとともに、第一ストッパ６６と、第二ストッパ６７と、バネ６８とを収納して構成されている。ケース６４内ではその中途部に隔壁６４ａが形成されて、底部側と蓋部側とに収納空間６４ｂ・６４ｃが設けられている。そして、シャフト６５が隔壁６４ａに貫通支持されて、両収納空間６４ｂ・６４ｃにわたって摺動可能に配置され、その基端部を収納空間５４ｂ側の底部から外部へ突出させる一方、先端部を収納空間５４ｃ側の蓋部から外部へ突出させることができるようになっている。

ケース６４の底部側の収納空間６４ｂでは、第一ストッパ６６がシャフト６５の中途部に固定されている。第一ストッパ６６と隔壁６４ａとの間にはバネ６８が配置されて、該バネ６８の付勢力にて第一ストッパ６６がケース６４底部側に摺動するように付勢されている。これにより、シャフト６５が底部側に摺動するように付勢されて、その基端部がケース６４底部に貫通支持されてアクチュエータ６１のケース６２内に収納され、先端部がケース６４外部に突出せずケース６４に収納されるようになっている。

ケース６４の蓋部側の収納空間６４ｃでは、第二ストッパ６７がシャフト６５の中途部に固定されて、ケース６４の蓋部と隔壁６４ａとの間で摺動可能に配置されている。第二ストッパ６７は、図７（ａ）に示すように、シャフト６５がバネ５８の付勢力により底部側に摺動するように付勢された状態では、シャフト５５の先端部をケース６４内に収納するように、隔壁６４ａに当接されている。

そして、前記スワール制御部材６０のケース６４と、前記アクチュエータ６１のケース６２とがそれぞれの開口部と底部を対向させて固定されて、スワール制御部材６０とアクチュエータ６１とが連結されている。この連結状態で、シャフト６５の先端部がスワール制御部材６０のケース６４から突出入可能とされている。一方、シャフト６５の基端部がスワール制御部材６０のケース６４の底部からアクチュエータ６１のケース６２内に挿入されて、該ケース６２に収納された感熱膨張体６３と当接されている。これによって、感熱膨張体６３がその膨張力によりバネ６８の付勢力に抗して、シャフト６５を第二ストッパ６４がケース６４蓋部に当接するまで摺動させるようになっている。すなわち、感熱膨張体６３が膨張を開始すると、シャフト６５が押されてケース６４蓋部側に摺動し、図７（ｂ）に示すように、該シャフト５５の先端部がケース６４から突出するようになっている。

このようにスワール比の変化手段が構成され、感熱膨張体６３が膨張を開始する設定温度未満のときには、感熱膨張体６３が膨張しないため、シャフト６５に固定した第一ストッパ６６がバネ６８の付勢力により、ケース６４底部に当接するまで押され、該シャフト６５の先端部がケース６２・６４内に収納されるようになっている。一方、設定温度を越えて、温度が上昇すると、感熱膨張体６３が膨張を始め、シャフト６５が当該シャフト６５に働く感熱膨張体６３の膨張力と、第一ストッパ６６に働くバネ６８に付勢力の差に応じて、第二ストッパ６７がケース６４蓋部内面に当接するまで摺動されて、該シャフト５５の先端部がケース６４の外側に突出されるようになっている。

したがって、前記スワール制御部材６０をシリンダヘッド４の外側に配設し、該スワール制御部材６０のシャフト６５を連通孔４ｃに対して進退させることで、該シャフト６５の先端部にて連通孔４ｃの開口面積を変更することができる。エンジン１の負荷が低いときは、燃料噴射量が減少し、エンジン１内の温度が低くなることから、図７（ａ）に示すように、設定温度未満の場合は感熱膨張体６３が膨張せず、シャフト６５がその先端部をケース６４内に収納して退いた状態となり、連通孔４ｃが開き開口面積が最大となる。これにより、この連通孔４ｃを通じて外部の空気が吸気ポート４ａに吸入されて吸気流動が変化するため、燃焼室１５内に生成されるスワールを強力なものに変化させて、スワール比を高めることが可能となり、低負荷時にあった適正なスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、燃料噴射量が増加し、エンジン１内の温度が低負荷時よりも上昇することから、図７（ｂ）に示すように、設定温度を超えた時点から感熱膨張体６３が膨張し、シャフト６５が先端部をケース６４から徐々に外部に突出させて連通孔４ｃ内に進んだ状態となり、連通孔４ｃが閉じられる。そのため、吸気ポート４ａの吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールを生成して、適正なスワール比を得ることができる。なお、スワール制御部材６０の構成は前記構成に限定するものではなく、ケース６４内の第一ストッパ６６と底部の間に感熱膨張体６３を封入する構成としたり、第二ストッパ６７を省いたりする構成とすることも可能である。

以上のように、シリンダヘッド４に低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータ５１を配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４に、吸気ポート４ａをエンジン本体外側に連通させる連通孔４ｃを形成するとともに、該連通孔４ｃを開閉可能にスワール制御部材６０を設けて、該スワール制御部材６０を感熱膨張体６３で構成した前記アクチュエータ６１と連結し、低負荷時に前記連通孔４ｃを開けてスワール比を高く変化させるようにしたことから、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室１５での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、スワール制御部材６０を作動させるアクチュエータ６１を感熱膨張体６３としたので、電源などが不要となり、スワール制御部材６０およびアクチュエータ６１を簡単な構造で安価に構成することができる。さらに、たとえば連通孔４ｃをキリ孔加工で形成し、スワール制御部材６０およびアクチュエータ６１をシリンダヘッド４に外側に設けることが可能となるので、シリンダヘッド４への設置作業が容易となり、メンテナンスも容易に行うことができる。

本実施例では、図８に示すように、スワール変更手段は実施例１と略同様に進退可能なシャフト５５を備えたスワール制御部材５０と感熱膨張体５３からなるアクチュエータ５１とで構成されて、シリンダヘッド４で形成する吸気ポート４ａの内壁に設けられている。ここで、スワール変更手段は、スワール制御部材５０を吸気ポート４ａのエアクリーナ５側または吸気マニホールド側でシリンダヘッド４の外周部に配置して、シャフト５５の先端部を吸気ポート４ａ内に進退可能に配設し、シリンダヘッド４に外側から着脱可能に構成されている。これによって、エンジン１の負荷が低いときは、燃料噴射量が減少し、エンジン１内の温度が低くなることから、設定温度未満の場合は感熱膨張体５３が膨張せず、シャフト５５が先端部をアクチュエータ５１のケース５２から突出させて吸気ポート４ａ内に進んだ状態となり、該シャフト５５の先端部にて吸気ポート４ａの吸気流動を一部遮断または制限することができる。そのため、燃焼室１５に流入する吸気流により当該燃焼室１５に生成されるスワールを強力なものに変化させて、スワール比を高めることが可能となり、低負荷時にあった適正なスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、燃料噴射量が増加し、エンジン１内の温度が低負荷時よりも上昇することから、設定温度を超えた時点から感熱膨張体５３が膨張し、シャフト５５が吸気ポート４ａ内から徐々に押し戻されて、アクチュエータ５１のケース５２内に退いて収納される。そのため、吸気ポート４ａの吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールが生成されて、適正なスワール比を得ることができる。なお、スワール制御部材５０の構成は前記構成に限定するものではない。また、スワール制御部材５０をエアクリーナ５の吸気経路５ａ寄りに配置することで、シリンダヘッド４への設置作業がより容易なものとなる。

以上のように、シリンダヘッド４に低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータ５１を配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４で形成する吸気ポート４ａの内壁に、スワール制御部材５０、即ちシャフト５５を吸気ポート４ａに進退可能に設けて、該スワール制御部材５０を感熱膨張体６３で構成した前記アクチュエータ５１と連結し、低負荷時にシャフト５５を吸気ポート４ａに突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたことから、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室１５での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、スワール制御部材５０を作動させるアクチュエータ５１を感熱膨張体５３としたので、電源などが不要となり、スワール制御部材５０およびアクチュエータ５１を簡単な構造で安価に構成することができる。さらに、スワール制御部材６０がシリンダヘッド４の外側近くに位置することになるため、シリンダヘッド４への設置作業が容易となり、メンテナンスも容易に行うことができる。

また、実施例３においては、次のように構成することで、スワール比をさらに大きく変化させることができる。この場合、図９に示すように、吸気ポート４ａにおいて、内壁に設けられた前記スワール制御手段５０と対向するように仕切壁７１が吸気ポート４ａの内壁から所定の間隔をとって配置され、該仕切壁７１により吸気ポート４ａの一部に空気流路が形成されてサブポート４ｄとして構成されている。仕切壁７１は吸気経路５ａと接続される吸気ポート４ａの入口付近から吸気の流れに沿って延びるように設けられ、スワール制御手段５０のシャフト５５が最も突出した際に、該シャフト５５の先端部を当該仕切壁７１に当接させて、サブポート４ｄを閉じるように構成されている。

こうして、吸気ポート４ａのサブポート４ｄがシャフト５５の突出量に応じて開閉可能とされている。すなわち、エンジン１の負荷が低いときは、シャフト５５がケース５４から最も突出した状態となるため、該シャフト５５の先端部が仕切壁７１に当接して、該サブポート４ｄを閉じることができるようになっている。よって、吸気ポート４ａを流れる吸気流動を一部遮断または制限することができるため、燃焼室１５に流入する吸気流により当該燃焼室１５に生成されるスワールをより強力なものに変化させて、スワール比を実施例３の構成に比べて高めることが可能となり、低負荷時にあった適正なスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、アクチュエータ５１の感熱膨張体５３が膨張してシャフト５５をサブポート４ｄから徐々に押し戻して、その先端部をケース５２内に収納し、サブポート４ｄを開くことができるようになっている。よって、吸気を吸気ポート４ａだけでなく、サブポート４ｄにも流すことができるため、吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールを生成して、適正なスワール比を得ることができる。

以上のように、前記吸気ポート４ａに、前記スワール制御部材５０と対向して仕切壁７１を設けてサブポート４ｄを形成し、該サブポート４ｄを前記スワール制御部材５０により開閉可能に構成したことから、スワール比の変化量を大きくすることが可能となり、適正なスワール比に容易に変化させることができる。

本実施例では、図１０に示すように、スワール変更手段は実施例１と略同様に進退可能なシャフト５５を備えたスワール制御部材５０と感熱膨張体５３からなるアクチュエータ５１とで構成されて、吸気ポート４ａに接続されるエアクリーナ５の吸気経路５ａにシャフト５５を進退可能に設けられている。なお、スワール制御手段は、シリンダヘッド４とエアクリーナ５との間に吸気マニホールドが介装される場合には、該吸気マニホールドに形成される吸気経路に設けてもよい。

したがって、エンジン１の負荷が低いときは、燃料噴射量が減少し、エンジン１の温度が低くなり、シリンダヘッド４に連設されるエアクリーナ５の出口側に設けたスワール制御部材５０の温度も低くなることから、設定温度未満の場合は感熱膨張体５３は膨張せずに、シャフト５５が先端部をアクチュエータ５１のケース５２から突出させて吸気経路５ａ内に進んだ状態となり、該シャフト５５にて吸気経路５ａ内の吸気流動を一部遮断または制限することができる。そのため、吸気経路５ａから吸気ポート４ａを介して燃焼室１５に流入する吸気流のスワールを強力なものに変化させて、スワール比を高めることが可能となり、低負荷時にあった適正なスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、燃料噴射量が増加し、エンジン１内の温度が低負荷時よりも上昇し、これにともなってシリンダヘッド４近傍に配設されるスワール制御部材５０の温度も上昇することから、設定温度を超えた時点から感熱膨張体５３が膨張し、シャフト５５が吸気経路５ａ内から徐々に押し戻されて、その先端部がアクチュエータ５１のケース５２内に退いて収納される。そのため、吸気経路５ａ内および吸気ポート４ａの吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールを生成して、適正なスワール比を得ることができる。なお、スワール制御部材５０の構成は前記構成に限定するものではない。

以上のように、シリンダヘッド４近傍に低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータ５１を配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４に接続したエアクリーナ５、または吸気マニホールドの吸気経路５ａにスワール制御部材５０を進退可能に設けて、該スワール制御部材５０を感熱膨張体５３で構成した前記アクチュエータ５１と連結し、低負荷時にスワール制御部材５０を前記吸気経路５ａに突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたことから、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室１５での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、スワール制御部材５０を作動させるアクチュエータ５１を感熱膨張体５３としたので、電源などが不要となり、スワール制御部材５０およびアクチュエータ５１を簡単な構造で安価に構成することができる。さらに、スワール制御部材５０をシリンダヘッド４に後付するエアクリーナ５や吸気マニホールドに設ければよいので、その設置作業が容易となる。

エンジンの全体構成を示した正面断面図。エンジン上部の構成を示した側面断面図。シリンダヘッドの構成を示した平面断面図。実施例１に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した側面一部断面図。実施例１に係るスワール比変化手段の構成を示した断面図。（ａ）シャフト突出時の状態を示す図。（ｂ）シャフト収納時の状態を示す図。実施例２に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面一部断面図。実施例２に係るスワール比変化手段の構成を示した断面図。（ａ）シャフト収納時の状態を示す図。（ｂ）シャフト突出時の状態を示す図。実施例３に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面一部断面図。実施例３に係る仕切壁を設けた場合におけるスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面一部断面図。実施例４に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した側面一部断面図。

符号の説明

１エンジン
４シリンダヘッド
４ａ吸気ポート
４ｃ連通孔
４ｄサブポート
５エアクリーナ
５ａ吸気経路
２１吸気弁
５０スワール制御部材
５１アクチュエータ
５３感熱膨張体
６０スワール制御部材
６１アクチュエータ
６３感熱膨張体
７１仕切壁

Claims

シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドの吸気弁近傍に、スワール制御部材を吸気ポートに進退可能に設けて、該スワール制御部材を感熱膨張体で構成した前記アクチュエータと連結し、低負荷時にスワール制御部材を吸気ポートに突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたことを特徴とするエンジン。
シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドに、吸気ポートをエンジン本体外側に連通させる連通孔を形成するとともに、該連通孔を開閉可能にスワール制御部材を設けて、該スワール制御部材を感熱膨張体で構成した前記アクチュエータと連結し、低負荷時に前記連通孔を開けてスワール比を高く変化させるようにしたことを特徴とするエンジン。
シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドで形成する吸気ポートの内壁に、スワール制御部材を吸気ポートに進退可能に設けて、該スワール制御部材を感熱膨張体で構成した前記アクチュエータと連結し、低負荷時にスワール制御部材を吸気ポートに突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたことを特徴とするエンジン。
前記吸気ポートに、前記スワール制御部材と対向して仕切壁を設けてサブポートを形成し、該サブポートを前記スワール制御部材により開閉可能に構成したことを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
シリンダヘッド近傍に低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドに接続したエアクリーナ、または吸気マニホールドの吸気経路に、スワール制御部材を進退可能に設けて、該スワール制御部材を感熱膨張体で構成した前記アクチュエータと連結し、低負荷時にスワール制御部材を前記吸気経路に突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたことを特徴とするエンジン。