JP2639721B2 - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

内燃機関の燃焼室

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JP2639721B2 JP63334878A JP33487888A JP2639721B2 JP 2639721 B2 JP2639721 B2 JP 2639721B2 JP 63334878 A JP63334878 A JP 63334878A JP 33487888 A JP33487888 A JP 33487888A JP 2639721 B2 JP2639721 B2 JP 2639721B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、２吸気弁式内燃機関の燃焼室において、吸
気マニホールドより吸気ポートを介して燃焼室に通ずる
燃料の混合気通路内に、スワールコントロールバルブを
有するスワール生成用側溝を形成すると共に、燃焼室の
形状によりスワール生成とスキッシュ効果との相乗効果
により全運転領域における燃焼の改善を図り、出力，燃
費を向上できるようにした内燃機関の燃焼室に関する。
〔従来の技術〕
一般に車両用エンジンの吸気系では、燃焼室の形状に
よって燃焼の改善を図り、出力を向上させるようにした
ものが提案されている。
そこで従来、特開昭58−117315号公報に示すように、
ヘリカル状の吸気通路から流入する吸気主流を減衰させ
ないように、燃焼室の吸気側凹球面の曲率半径をできる
だけ大きくした燃焼室形状によって燃焼の改善を図るよ
うにした先行技術が知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上記の先行技術では、吸気流がプラグ部壁
に衝突して曲げられるため、吸気流のエネルギ損失が大
きくなって旋回流（スワール）の減衰が生じ、期待され
る程のスワールおよびスキッシュ流の効果が得られない
ので、特に低負荷時では燃焼が安定しないという問題が
ある。
本発明は、上述した問題点を課題として提案されたも
ので、２吸気弁式内燃機関において、吸気マニホールド
より混合気が流通する吸気ポート入口部にスワールコン
トロールバルブを設置すると共に、上記スワールコント
ロールバルブの上流側吸気マニホールドから一方の吸気
ポートの吸気弁直上流にかけて混合気を案内する螺旋状
の側溝を形成して、スワールの生成と混合気流速とを増
大させると共に、燃焼室の形状を改良してスワール効果
を高め、エンジンの全運転領域での燃焼の改善を図り、
出力，燃費を向上できるようにした内燃機関の燃焼室を
提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明による内燃機関の
燃焼室は、内燃機関の燃焼室に混合気を導入する混合気
通路の吸気ポート入口部にバタフライ式スワールコント
ロールバルブを設置してなる２吸気弁式内燃機関の燃焼
室において、上記スワールコントロールバルブの上流側
吸気マニホールドから吸気ポートの一方側の吸気弁孔直
上流にかけて、上記スワールコントロールバルブをバイ
パスして混合気を案内する螺旋状の側溝を形成し、上記
スワールコントロールバルブを、全閉状態で上記側溝側
における上記スワールコントロールバルブの上端縁が、
上記側溝側と反対側の上端縁より上流側に位置するよう
に、所定の傾き角をもって配設し、上記燃焼室内の吸，
排気弁孔の間に形成されるスキッシュエリアを、上記側
溝を形成した吸気弁孔側と反対側の吸，排気弁孔間およ
び左右の吸気弁孔，排気弁孔との間に形成し、上記吸，
排気弁孔の左右に対して非対称系に形成してなることを
特徴とするものである。
〔作用〕
このような構成において、本発明では、２吸気弁式内
燃機関のアイドリング時および低負荷時に、吸気管負圧
によって作動するアクチュエータを介してスワールコン
トロールバルブが吸気マニホールドを閉塞状態となし、
吸気マニホールド内を流通する混合気は、スワールコン
トロールバルブの上流側吸気マニホールドの側溝から一
方の吸気ポートの吸気弁直上流にかけて形成された側溝
に沿って流れ、吸気弁孔より燃焼室内に流入する。この
とき、上記スワールコントロールバルブの上端縁の傾角
は混合気の流れをそぎ取る方向に配設されており、しか
も吸気ポートの側溝は螺旋状に形成されているので、混
合気のスワール生成と混合気流速とを増大させると共
に、燃焼室のスキッシュ流が増大してスワールとスキッ
シュとの相乗効果により、低速，低負荷運動時の燃焼の
改善を図ることができる。
また、エンジン負荷が中，高負荷になると、スワール
コントロールバルブを作動させる吸気管負圧が小となっ
てスワールコントロールバルブを開き、混合気は２吸気
弁孔より燃焼室に流入する。このとき、吸気マニホール
ドより吸気ポートにかけての通路断面積は十分に確保さ
れると共に、吸気ポートより燃焼室内に流入する混合気
は、側溝によって壁面流が形成されると共に、燃焼室の
スキッシュ流により燃焼室内での十分な混合気の乱れが
生じ、燃焼が促進されるなど、低負荷から中，高負荷運
転時の全運転領域における出力，燃費が向上する。
〔実 施 例〕
以下、本発明の実施例を添付した図面に基づいて詳細
に説明する。
第１図は本発明を適用した２吸気弁式水平対向形４気
筒エンジンの吸気系を示す概略構成図である。図におい
て、符号１はエンジンの本体であり、クランクケース２
の左右バンク3,3のシリンダヘッド4,4に燃焼室5,5を有
し、この燃焼室5,5には第３図に示すように２つの吸気
弁孔６′a,6′ａに吸気弁6a,6bおよび２つの排気孔弁
７′a,7′ｂに排気弁7a,7bが設けられ、燃焼室5,5の略
中心に点火プラグ取付穴８が形成されている。
そして上記２つの吸気弁孔６′a,6′ｂには二叉状の
吸気ポート9a,9bが、２つの排気弁孔７′a,7′ｂには排
気ポート10が連通し、吸気弁6a,6bおよび排気弁7a,7bを
それぞれ吸気系動弁機構11,11および排気系動弁機構12,
12より所定のタイミングで開閉動作するようになってい
る。
次いで、吸気系について述べると、左右バンク3,3側
のシリンダヘッド4,4に形成された吸気ポート9a,9bに
は、第３図に示すようにスワールコントロールバルブ1
3,13を設置したスワールコントロールバルブボデー14,1
4を介して湾曲した等長の吸気マニホールド15が連結さ
れており、上記吸気マニホールド15の略中央部には、図
示しないエアクリーナから吸入された空気を導入する吸
気管16が連結されている。そしてこの吸気管16には、燃
料噴射用インジェクタ17および吸入空気量を制御するス
ロットル弁18が設置されている。
以下、左右バンク3,3が対称であることから、右側バ
ンク３側について説明する。
先ず、上記スワールコントロールバルブボデー14は、
エンジン本体１のシリンダヘッド４に連結するフランジ
14aを有し、吸気マニホールド15のフランジ15aと共にス
ペーサ19およびガスケット19a,19bを介して連結するよ
うになっていいる。
また、上記スワールコントロールバルブボデー14内に
は、バタフライ式のスワールコントロールバルブ13を固
着したスワールコントロールバルブ用シャフト20が設置
されており、上記スワールコントロールバルブ用シャフ
ト20は、第４図に示すようにダイヤフラム式のアクチュ
エータ21により作動ロッド21bおよびリンク22を介して
回動できるようになっている。
上記アクチュエータ21のダイヤフラム室21aには、吸
気マニホールド15内の吸気管負圧が負圧通路23を介して
導入され、運転状態に応じて変化する吸気管負圧によっ
て作動ロッド21bを上下動させ、スワールコントロール
バルブ13の開度を制御するものであり、第４図ないし第
６図に示すように上記スワールコントロールバルブ13の
作動角範囲における全開位置および全閉位置は、それぞ
れストッパ24a,24bによって規制される。
さらに、上記スワールコントロールバルブ用シャフト
20は、第５図に示すように右側バンク３側に配設されて
いる２つの気筒に対応しており、スワールコントロール
バルブボデー14内のスワールコントロールバルブ13,13
が一体的に連動するようになっている。一方、上記スワ
ールコントロールバルブボデー14に設置されたスワール
コントロールバルブ13は、第２図および第７図に示すよ
うに、全閉状態で傾角が５度〜30度の範囲に設定されて
おり、しかも上記スワールコントロールバルブ13の上端
縁により混合気の流れをそぎ取る方向で混合気通路の上
壁面に沿って、ひねり角（30度〜45度）を有する側溝30
が形成されている。
また、上記スワールコントロールバルブボデー14の上
流側に連結した吸気マニホールド15および下流側に連結
したシリンダヘッドの一方の吸気ポート9aには、第１図
および第３図に示すように、上記スワールコントロール
バルブボデー14に形成した側溝30に連通して混合気の流
れを妨げない形状の側溝31,32が形成されている。
すなわち、上記吸気マニホールド15の混合気通路上壁
面に沿って形成された側溝31は、スワールコントロール
バルブ13の上流側吸気マニホールド15内に適正な長さに
延長され、かつ吸気ポート9aに形成された側溝32は、吸
気弁6aにおける吸気弁孔６′ａの直上流まで延長されて
いる。
また、上記吸気ポート9aの側溝32は、第３図および第
８図に示すようにやや螺旋状態に形成され、吸気弁孔
６′ａの直上流部は燃焼室５の接線方向に向っており、
上記側溝32を流れる混合気にスワールが生成されるよう
になっている。
さらに、上記エンジン本体１の燃焼室５には、第３図
の斜線部に示すような非対称形のスキッシュエリア25が
形成されている。
すなわち、上記スキッシュエリア25は、燃焼室５内の
吸気弁孔６′a,6′ｂおよび排気弁孔７′a,7′ｂの周囲
に形成されているが、２つの吸気孔６′a,6′ｂおよび
排気弁孔７′a,7′ｂの左右に対して非対称形に形成さ
れており、吸気マニホールド15から吸気ポート9aにかけ
て形成された側溝31,32より導入される一方の吸気弁孔
６′ａの下流側には、スキッシュエリアを設けていな
い。
なお、図において、符号35はシリンダヘッド４内に冷
却水が流通するウォータジャケット、36は吸気マニホー
ルド15内の吸気予熱を行なう冷却水通路をそれぞれ示し
ている。
また、本発明による実施例は、吸気管16にインジェク
タ17を設置したシングルポイントインジェクションタイ
プであるが、吸気マニホールド15より各気筒に対応する
側溝31,31の直上流にインジェクタを設置してなるマル
チポイントインジェクションタイプにすることができる
ものであり、説明を省略する。
次いで、このように構成された内燃機関の燃焼室の作
用を説明する。
先ず、アイドリング状態を含む低負荷運転時は、吸気
マニホールド15の吸気管負圧によりアクチュエータ21の
ダイヤフラム室21a内に負圧が導入され、作動ロッド21b
を持ち上げるので、スワールコントロールバルブ13はス
ワールコントロールバルブボデー14内で閉塞状態とな
る。このとき混合気は、吸気マニホールド15の側溝31に
誘導されてスワールコントロールバルブボデー14の側溝
30を通過すると共に、吸気ポート9aの側溝32に沿って流
れ、吸気弁6aが開くことにより燃焼室５内に導入され
る。
上記吸気マニホールド15の側溝31を混合気の流れは、
一部がスワールコントロールバルブ13によってそぎ取ら
れるので、吸気ポート9aの螺旋上側溝32を通る混合気は
層状に流れ、しかもスワール比が上がって燃焼室５内に
混合気の乱れが形成されるが、吸気弁6aの下流側にスキ
ッシュエリアがないので、後述する如くスワール比が減
衰されることなく吸気行程から圧縮行程終期までスワー
ルが存続し、低負荷時での燃焼が良好に行なわれる。
一方、エンジン負荷が増大して中，高負荷運転になる
と、スワールコントロールバルブ13を作動させる吸気管
負圧が小さくなり、アクチュエータ21の作動ロッド21b
が下降してスワールコントロールバルブ13を開き、混合
気は吸気ポート9a,9bより燃焼室５内に導入される。こ
のとき、吸気ポート9aより流入した混合気には側溝32に
よる壁面流が生じて、燃焼室５内に乱れが発生し、スキ
ッシュ効果との相乗効果によって燃焼が促進される。
第９図および第10図は本発明による他の実施例であ
り、シリンダヘッド４側の一方の吸気ポート9aに形成し
た側溝32にのみ隔壁33を設け、低負荷時および中，高負
荷時に吸気ポート9aの側溝32を流れる混合気のスワール
比が一層増大し、燃焼の改善を図ることができる。
第11図は、第９図における側溝32に隔壁を設け、上記
燃焼室５内のスキッシュエリア25による吸気定常流試験
の結果を示すものであり、はスキッシュエリア25を、
吸気弁孔６′ｂと排気弁孔７′ｂとの間に形成し、吸気
弁孔６′ａと排気弁孔７′ａとの間には設けない，いわ
ゆる非対称形に形成したもの、はスキッシュエリア25
に対し、対称形のスキッシュエリア26を吸気弁6aの下部
に形成したもの、は全くスキッシュエリアを設けない
ものとした場合、の非対称形のスキッシュエリア25で
あれば、全くスキッシュエリアのないの場合と同等の
スワール比が生成されることが確認された。
したがって、エンジンが圧縮行程終期にさしかかる
と、上記スワール比は押えられて乱れに変わるが、同時
にスキッシュ流の押し込み効果によって乱れの生成は更
に促進され、スワールとスキッシュとの相乗効果が得ら
れる。
また、エンジンが中，高負荷になると、スワールコン
トロールバルブ13が全開状態となり、混合気は２つの吸
気弁6a,6bをほぼ均等に流れ、スワールは減少するが燃
焼室５内でのスキッシュ効果が増大して、乱れが生成さ
れ、燃焼が改善される。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、吸気マニホー
ルドより吸気ポートを介して燃焼室に通じる混合気通路
の吸気ポート入口部にスワールコントロールバルブを設
置してなる２吸気弁式内燃機関の燃焼室において、上記
スワールコントロールバルブの上流側吸気マニホールド
から吸気ポートの一方側の吸気弁孔直上流にかけて、混
合気を案内する螺旋状の側溝を形成すると共に、燃焼室
内の吸，排気弁孔の間に形成されるスキッシュエリア
を、側溝を形成した吸気弁孔側と反対側の吸，排気弁孔
間および左右の吸気弁孔，排気弁孔との間に形成して、
スワールの生成と混合気流速の増大，およびスキッシュ
流の向上を図るように構成したので、エンジン低負荷時
は、混合気のスワール生成とスキッシュ流との相乗効果
によって燃焼速度が増大されるため、燃焼の安定性が向
上して出力が向上すると共に、リーン限界が拡大されて
燃費の向上を図ることができる。
さらに、中，高負荷においても、スキッシュ効果によ
り燃焼が向上され、出力，燃費の向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による２吸気弁式水平対向型４気筒エン
ジンの吸気系を示す概略構成図、第２図はシリンダヘッ
ドの吸気ポート入口部を示す正面図、第３図は第１図の
III−III断面図、第４図はアクチュエータを示す一部破
断した正面図、第５図は第１図のＶ−Ｖ断面図、第６図
は第５図のVI−VI断面図、第７図は第２図のVII−VII断
面図、第８図は本発明による吸気ポートの各位置におけ
る断面形状を示す説明図、第９図は吸気ポートの他の実
施例を示す説明図、第10図は第９図のＺ矢視図、第11図
は燃焼室形状とスワール比の関係を示す実験結果の説明
図である。 １……エンジン本体、４……シリンダヘッド、５……燃
焼室、6a,6b……吸気弁、６′a,6′ｂ……吸気弁孔、9
a,9b……吸気ポート、13……スワールコントロールバル
ブ、14……スワールコントロールバルブボデー、20……
スワールコントロールバルブ用シャフト、21……アクチ
ュエータ、30……側溝、31,32……側溝。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の燃焼室に混合気を導入する混合
    気通路の吸気ポート入口部にバタフライ式スワールコン
    トロールバルブを設置してなる２吸気弁式内燃機関の燃
    焼室において、 上記スワールコントロールバルブの上流側吸気マニホー
    ルドから吸気ポートの一方側の吸気弁孔直上流にかけ
    て、上記スワールコントロールバルブをバイパスして混
    合気を案内する螺旋状の側溝を形成し、 上記スワールコントロールバルブを、全閉状態で上記側
    溝側における上記スワールコントロールバルブの上端縁
    が、上記側溝側と反対側の上端縁より上流側に位置する
    ように、所定の傾き角をもって配設し、 上記燃焼室内の吸，排気弁孔の間に形成されるスキッシ
    ュエリアを、上記側溝を形成した吸気弁孔側と反対側の
    吸，排気弁孔間および左右の吸気弁孔，排気弁孔との間
    に形成し、上記吸，排気弁孔の左右に対して非対称形に
    形成してなることを特徴とする内燃機関の燃焼室。
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