JP2016183624A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関に係り、特に、燃焼室内にスワール流を生成するために吸気ポートとしてタンジェンシャルポートとヘリカルポートとを備える内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine including a tangential port and a helical port as intake ports for generating a swirl flow in a combustion chamber.
特許文献1には、燃焼室を構成する壁面の一部もしくは全部に遮熱膜(断熱膜)が形成された内燃機関が開示されている。 Patent Document 1 discloses an internal combustion engine in which a heat shielding film (heat insulating film) is formed on a part or all of a wall surface constituting a combustion chamber.
共通の燃焼室に接続されるタンジェンシャルポートとヘリカルポートとを含む吸気ポートを備え、燃焼室内にスワール流が生成される内燃機関が知られている。このような構成を有する内燃機関において、燃焼室に対する吸気ポートの開口部付近のシリンダヘッドの壁面に断熱膜が形成されていると、次のような問題がある。すなわち、断熱膜は、基本的に表面粗さが大きいため、筒内に流入する吸気の流れに影響を与え得る。その結果、吸気ポートの流量係数が低下したり、スワール比が低下したりする可能性がある。 There is known an internal combustion engine that includes an intake port including a tangential port and a helical port connected to a common combustion chamber and generates a swirl flow in the combustion chamber. In the internal combustion engine having such a configuration, if a heat insulating film is formed on the wall surface of the cylinder head in the vicinity of the opening portion of the intake port with respect to the combustion chamber, there are the following problems. That is, since the heat insulating film basically has a large surface roughness, it can affect the flow of intake air flowing into the cylinder. As a result, there is a possibility that the flow coefficient of the intake port is lowered or the swirl ratio is lowered.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スワール比と吸気ポートの流量係数との関係を改善しつつ、燃焼室に対する吸気ポートの開口部付近のシリンダヘッドの壁面に断熱膜を形成できるようにした内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and improves the relationship between the swirl ratio and the flow rate coefficient of the intake port, while the cylinder head wall surface near the opening of the intake port with respect to the combustion chamber. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of forming a heat insulating film.
本発明に係る内燃機関は、共通の燃焼室に接続されるタンジェンシャルポートとヘリカルポートとを含む吸気ポートをシリンダヘッドに備えている。前記内燃機関の前記燃焼室内には、スワール流が生成される。前記燃焼室に対する前記タンジェンシャルポートの開口部周りの壁面は、当該タンジェンシャルポートを開閉する吸気バルブが閉弁時に接触する第1バルブシート部に対して吸気の流れの下流側の部位に、前記シリンダヘッドに形成された燃焼室壁面を気筒の軸線方向から見て前記第1バルブシート部を覆うように形成された第1の溝部を含んでいる。前記燃焼室に対する前記ヘリカルポートの開口部周りの壁面は、当該ヘリカルポートを開閉する吸気バルブが閉弁時に接触する第2バルブシート部に対して吸気の流れの下流側の部位に、前記シリンダヘッドに形成された前記燃焼室壁面を気筒の軸線方向から見て前記第2バルブシート部を覆うように形成された第2の溝部を含んでいる。前記第1の溝部および前記第2の溝部の表面には、断熱膜がそれぞれ形成されている。前記第1の溝部の表面に形成された前記断熱膜の表面粗さは、前記第2の溝部の表面に形成された前記断熱膜の表面粗さよりも小さい。 The internal combustion engine according to the present invention includes an intake port including a tangential port and a helical port connected to a common combustion chamber in a cylinder head. A swirl flow is generated in the combustion chamber of the internal combustion engine. The wall surface around the opening of the tangential port with respect to the combustion chamber is located on the downstream side of the flow of intake air with respect to the first valve seat portion that contacts the intake valve that opens and closes the tangential port when the valve is closed. A combustion chamber wall surface formed in the cylinder head includes a first groove portion formed so as to cover the first valve seat portion when viewed from the axial direction of the cylinder. The wall surface around the opening of the helical port with respect to the combustion chamber is located at a portion downstream of the flow of the intake air with respect to the second valve seat portion that contacts the intake valve that opens and closes the helical port when the valve is closed. The combustion chamber wall surface formed in a cylinder is viewed from the axial direction of the cylinder, and includes a second groove portion formed so as to cover the second valve seat portion. Thermal insulation films are formed on the surfaces of the first groove and the second groove, respectively. The surface roughness of the heat insulation film formed on the surface of the first groove is smaller than the surface roughness of the heat insulation film formed on the surface of the second groove.
本発明によれば、タンジェンシャルポート側の第1の溝部の表面に形成された断熱膜の表面粗さを、ヘリカルポート側の第2の溝部の表面に形成された断熱膜の表面粗さよりも小さくしたことにより、スワール比と吸気ポートの流量係数との関係を改善しつつ、燃焼室に対する吸気ポートの開口部付近のシリンダヘッドの壁面に断熱膜を形成できるようになる。 According to the present invention, the surface roughness of the heat insulating film formed on the surface of the first groove portion on the tangential port side is greater than the surface roughness of the heat insulating film formed on the surface of the second groove portion on the helical port side. By making it smaller, it becomes possible to form a heat insulating film on the wall surface of the cylinder head near the opening of the intake port with respect to the combustion chamber while improving the relationship between the swirl ratio and the flow coefficient of the intake port.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における内燃機関10の全体構成を模式的に表した図である。図1に示す内燃機関10は、圧縮着火式エンジン(一例として、ディーゼルエンジン)である。内燃機関10の各気筒の燃焼室12には、吸気通路14と排気通路16とが連通している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of an
各気筒には、燃焼室12内に燃料を噴射する燃料噴射弁18が備えられている。燃料噴射弁18等の内燃機関10の運転を制御するためのアクチュエータは、電子制御ユニット(ECU)20に電気的に接続されており、ECU20からの指令に従って駆動される。
Each cylinder is provided with a
図2は、図1に示す吸気通路14が備える吸気ポートの具体的な構成を説明するための斜視図である。吸気通路14は、共通の燃焼室12に接続される吸気ポートとして、図2に示すように、タンジェンシャルポート22とヘリカルポート24とを備えている。
FIG. 2 is a perspective view for explaining a specific configuration of the intake port provided in the
タンジェンシャルポート22は、シリンダ内周面26に沿う方向で吸気が燃焼室12内に流入するように吸気を案内可能に形成されている。このように形成されたタンジェンシャルポート22によれば、当該タンジェンシャルポート22から供給される吸気の流量が多くなるほど、燃焼室12内に生成されるスワール流を強くすることができる。
The
一方、ヘリカルポート24は、図2中に破線の矢印で示すように、ヘリカルポート24から燃焼室12内に流入する吸気に対して気筒の軸線方向の下方(ピストン側)に向かう流れを積極的に生成するために、螺旋状に形成されている。内燃機関10におけるスワール流の生成は、主にタンジェンシャルポート22が担っており、もう一方のヘリカルポート24は、生成されたスワールの流れを阻害しないように上述の形状とされている。
On the other hand, the
次に、図3および図4を参照して、燃焼室12に対するタンジェンシャルポート22およびヘリカルポート24のそれぞれの開口部周りの構成について説明する。
Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, configurations around the respective openings of the
図3は、気筒の軸線方向において図2に示す燃焼室12を下方側から見た図である。図4は、燃焼室12に対するタンジェンシャルポート22およびヘリカルポート24のそれぞれの開口部周りの構成を表した断面図である。図3,4において、符号28は吸気バルブであり、符号30は排気バルブ30であり、符号32は点火プラグである。
FIG. 3 is a view of the
図4(A)は、タンジェンシャルポート22を開閉する吸気バルブ28の軸中心を通過するA−A線(図3参照)でタンジェンシャルポート22の開口部34周りの構成を切断した断面を模式的に表している。開口部34周りの壁面には、吸気バルブ28の傘部28aが閉弁時に接触する第1バルブシート部36が形成されている。一方、図4(B)は、ヘリカルポート24を開閉する吸気バルブ28の軸中心を通過するB−B線(図3参照)でヘリカルポート24の開口部38周りの構成を切断した断面を模式的に表している。開口部38周りの壁面には、吸気バルブ28の傘部28aが閉弁時に接触する第2バルブシート部40が形成されている。
4A schematically shows a cross section of the configuration around the
さらに、タンジェンシャルポート22の開口部34には、第1バルブシート部36に対して吸気の流れ(タンジェンシャルポート22から燃焼室12内に流入する吸気の流れ)の下流側の部位に、溝形状の第1のカッター部42が形成されている。一方、ヘリカルポート24の開口部38には、第2バルブシート部40に対して吸気の流れ(ヘリカルポート24から燃焼室12内に流入する吸気の流れ)の下流側の部位に、溝形状の第2のカッター部44が形成されている。
Further, the
第1のカッター部42および第2のカッター部44は、加工具(バルブシートカッター)によって、第1バルブシート部36および第2バルブシート部40を形成する際に共に形成される部位である。第1のカッター部42および第2のカッター部44は、それぞれ、図3に示すように(すなわち、シリンダヘッドに形成された燃焼室壁面を気筒の軸線方向から見て)、第1バルブシート部36および第2バルブシート部40の全周を覆うように形成されている。付け加えると、第1のカッター部42は、燃焼室12内のスワール流の旋回方向に延びるように形成されている。
The
本実施形態の内燃機関10では、冷却損失の低減による燃費向上のために、燃焼室12を構成するシリンダヘッド46の壁面に、断熱膜が形成されている。断熱膜の付与による燃費向上効果を高めるためには、断熱膜を付与する部位を増やすことが望ましい。そこで、本実施形態では、タンジェンシャルポート22およびヘリカルポート24の出口付近の第1のカッター部42および第2のカッター部44に対しても、断熱膜が形成されている。断熱膜の付与方法としては、例えば、シリンダヘッド46の母材であるアルミニウム合金に対して陽極酸化処理を施すことによって陽極酸化皮膜(アルマイト皮膜)を形成する手法、あるいは、付与対象部位にジルコニアを溶射してジルコニア皮膜を形成する手法を用いることができる。
In the
そのうえで、本実施形態の内燃機関10は、第1のカッター部42の表面に形成された断熱膜と、第2のカッター部44の表面に形成された断熱膜との間で、表面粗さに差が設けられている点に特徴を有している。
In addition, the
より具体的には、第1のカッター部42の表面に形成された断熱膜の表面粗さが、第2のカッター部44の表面に形成された断熱膜の表面粗さよりも小さくなるという態様で、断熱膜が付与されている。このような表面粗さの相対差は、一例として、次のような手法で与えることができる。すなわち、表面粗さを相対的に小さくする側である第1のカッター部42の断熱膜の形成に関しては、当該断熱膜を研磨する工程を追加し、もう一方の第2のカッター部44の断熱膜に関しては研磨を実施しないようにする。
More specifically, the surface roughness of the heat insulating film formed on the surface of the
次に、図5を参照して、タンジェンシャルポート22とヘリカルポート24との間で断熱膜の表面粗さに差を設けたことによる効果について説明する。上述のように、タンジェンシャルポート22側の第1のカッター部42の断熱膜の表面粗さは相対的に小さくされている。第1のカッター部42の表面粗さが大きいと、図5(A)中に「粗さ大」と付して表した矢印のように、タンジェンシャルポート22からの吸気の流れが、シリンダヘッド46の壁面から剥離し易くなる。これに対し、第1のカッター部42の表面粗さが小さいと(すなわち、表面が滑らかであると)、同図中に「粗さ小」と付して表した矢印のように、タンジェンシャルポート22からの吸気の流れが、シリンダヘッド46の壁面に沿って流れ易くなる。その結果、タンジェンシャルポート22から燃焼室12内に流入する吸気がシリンダ内周面26の接線方向(図3参照)に向けて流れ易くなるので、強いスワール流を生成し易くすることができる。また、表面粗さが小さいことで、第1のカッター部42とその付近を通過する空気との境界層に乱れが生じることを抑制し、タンジェンシャルポート22の流量係数を高めることができる。
Next, with reference to FIG. 5, the effect by providing a difference in the surface roughness of the heat insulation film between the
一方、ヘリカルポート24側の第2のカッター部44の断熱膜の表面粗さは相対的に大きくされている。第2のカッター部44の表面粗さが小さいと、図5(B)中に「粗さ小」と付して表した矢印のように、ヘリカルポート24からの吸気の流れが、シリンダヘッド46の壁面に沿って流れ易くなる。これに対し、第2のカッター部44の表面粗さが小さいと、同図中に「粗さ大」と付して表した矢印のように、ヘリカルポート24からの吸気の流れが、シリンダヘッド46の壁面に剥離し易くなる。その結果、ヘリカルポート24から燃焼室12内に流入する吸気の流れを、より十分に気筒の軸線方向の下方(ピストン側)に向かうものにすることができる。より具体的には、図5(A)および図5(B)中の第1のカッター部42および第2のカッター部44の左側の形状を見て分かるように、第2のカッター部44には、第1のカッター部42と比べて急な傾斜が与えられている。このため、表面粗さが大きいと、吸気は、第2のカッター部44の傾斜に沿わずに吸気バルブ28の傘部28a側に集中した態様で燃焼室12内に流入するようになる。これにより、燃焼室12内に生成されたスワールの流れを、ヘリカルポート24からの吸気によって阻害されにくくすることができる。
On the other hand, the surface roughness of the heat insulating film of the
図6は、吸気ポートの流量係数とスワール比との関係(トレードオフライン)を表した図である。なお、ここでいう吸気ポートの流量係数とは、タンジェンシャルポート22とヘリカルポート24とを包括的に捉えた場合の流量係数を示している。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship (trade off-line) between the flow coefficient of the intake port and the swirl ratio. In addition, the flow coefficient of the intake port here indicates a flow coefficient when the
図6に示すように、吸気ポートの流量係数とスワール比(スワール流の旋回強さ)との間には、トレードオフの関係がある。すなわち、流量係数を高めるとスワール比が小さくなり、逆に、スワール比を高めると流量係数が小さくなる。本実施形態の上述の構成を採用することにより、すなわち、第1のカッター部42の断熱膜の表面粗さを第2のカッター部44の断熱膜の表面粗さよりも小さくしたことにより、吸気ポート全体としての流量係数を高めつつ、スワール比を高められるようになる。その結果、図6中に一例として示すように、同一の流量係数の下でのスワール比を同図中の黒丸印から星印のように高めることが可能となる。
As shown in FIG. 6, there is a trade-off relationship between the flow coefficient of the intake port and the swirl ratio (swirling strength of swirl flow). That is, when the flow coefficient is increased, the swirl ratio is decreased, and conversely, when the swirl ratio is increased, the flow coefficient is decreased. By adopting the above-described configuration of the present embodiment, that is, by making the surface roughness of the heat insulating film of the
以上説明したように、本実施形態の構成によれば、流量係数とスワール比とのトレードオフの関係を改善しつつ、タンジェンシャルポート22およびヘリカルポート24の開口部34、38付近のシリンダヘッド46の壁面に断熱膜を形成できるようになる。
As described above, according to the configuration of this embodiment, the
ところで、上述した実施の形態1においては、第1のカッター部42の断熱膜については研磨を実施し、第2のカッター部44の断熱膜については研磨を実施しないという手法を採用して、第1のカッター部42の表面に形成された断熱膜の表面粗さが、第2のカッター部44の表面に形成された断熱膜の表面粗さよりも小さくなるようにしている。しかしながら、表面粗さの相対差の与え方は、上述の例に限らず、例えば、次のようなものであってもよい。すなわち、表面粗さを相対的に小さくしたい側の第2のカッター部44の断熱膜には、表面粗さを大きくするためにショットブラスト処理を施すこととし、表面粗さを相対的に小さくしたい側の第1のカッター部42の断熱膜に対してはそのような処理を施さないようにする。あるいは、断熱膜の付与手法をポート間で異ならせてもよい。具体的には、例えば、表面粗さを相対的に小さくしたい側の第1のカッター部42の断熱膜はアルマイト皮膜とし、表面粗さを相対的に大きくしたい側の第2のカッター部44の断熱膜はジルコニア溶射によるジルコニア皮膜としてもよい。
By the way, in Embodiment 1 mentioned above, it employ | adopts the technique of grind | polishing about the heat insulation film | membrane of the
また、上述した実施の形態1においては、1つのタンジェンシャルポート22と1つのヘリカルポート24とが共通の燃焼室12に接続される内燃機関10を例に挙げた。しかしながら、本発明において共通の燃焼室に接続されるタンジェンシャルポートおよびヘリカルポートの何れか一方もしくは双方は複数であってもよい。また、本発明は、圧縮着火式の内燃機関10に限らず、火花点火式の内燃機関(例えば、ガソリンエンジン)に適用してもよい。
Further, in the first embodiment described above, the
なお、上述した実施の形態1においては、第1のカッター部42が本発明における「第1の溝部」に、第2のカッター部44が本発明における「第2の溝部」に、それぞれ相当している。
In the first embodiment described above, the
10 内燃機関
12 燃焼室
14 吸気通路
22 タンジェンシャルポート
24 ヘリカルポート
26 シリンダ内周面
28 吸気バルブ
28a 吸気バルブの傘部
34 タンジェンシャルポートの開口部
36 第1バルブシート部
38 ヘリカルポートの開口部
40 第2バルブシート部
42 第1のカッター部
44 第2のカッター部
46 シリンダヘッド
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記燃焼室に対する前記タンジェンシャルポートの開口部周りの壁面は、当該タンジェンシャルポートを開閉する吸気バルブが閉弁時に接触する第1バルブシート部に対して吸気の流れの下流側の部位に、前記シリンダヘッドに形成された燃焼室壁面を気筒の軸線方向から見て前記第1バルブシート部を覆うように形成された第1の溝部を含み、
前記燃焼室に対する前記ヘリカルポートの開口部周りの壁面は、当該ヘリカルポートを開閉する吸気バルブが閉弁時に接触する第2バルブシート部に対して吸気の流れの下流側の部位に、前記シリンダヘッドに形成された前記燃焼室壁面を気筒の軸線方向から見て前記第2バルブシート部を覆うように形成された第2の溝部を含み、
前記第1の溝部および前記第2の溝部の表面には、断熱膜がそれぞれ形成されており、
前記第1の溝部の表面に形成された前記断熱膜の表面粗さは、前記第2の溝部の表面に形成された前記断熱膜の表面粗さよりも小さいことを特徴とする内燃機関。 An internal combustion engine comprising a cylinder head having an intake port including a tangential port and a helical port connected to a common combustion chamber, wherein a swirl flow is generated in the combustion chamber,
The wall surface around the opening of the tangential port with respect to the combustion chamber is located on the downstream side of the flow of intake air with respect to the first valve seat portion that contacts the intake valve that opens and closes the tangential port when the valve is closed. Including a first groove portion formed to cover the first valve seat portion when the combustion chamber wall surface formed in the cylinder head is viewed from the axial direction of the cylinder;
The wall surface around the opening of the helical port with respect to the combustion chamber is located at a portion downstream of the flow of the intake air with respect to the second valve seat portion that contacts the intake valve that opens and closes the helical port when the valve is closed. A second groove portion formed so as to cover the second valve seat portion when the combustion chamber wall surface formed in the above is viewed from the axial direction of the cylinder,
Heat insulation films are formed on the surfaces of the first groove and the second groove, respectively.
An internal combustion engine characterized in that a surface roughness of the heat insulating film formed on the surface of the first groove is smaller than a surface roughness of the heat insulating film formed on the surface of the second groove.
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113976834A (en) * | 2021-11-04 | 2022-01-28 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | Engine air flue sand core device |
-
2015
- 2015-03-26 JP JP2015064843A patent/JP2016183624A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113976834A (en) * | 2021-11-04 | 2022-01-28 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | Engine air flue sand core device |
CN113976834B (en) * | 2021-11-04 | 2023-10-27 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | Engine air flue sand core device |
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