JP3324189B2 - 多弁吸気式エンジン - Google Patents

多弁吸気式エンジン

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JP3324189B2 JP07827693A JP7827693A JP3324189B2 JP 3324189 B2 JP3324189 B2 JP 3324189B2 JP 07827693 A JP07827693 A JP 07827693A JP 7827693 A JP7827693 A JP 7827693A JP 3324189 B2 JP3324189 B2 JP 3324189B2
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浩美 佐藤
豊和 岩佐
明宏 大屋
浩司 夏目
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は一つのシリンダあたり
に第1の吸気ポートと第2の吸気ポートとを設けた多弁
吸気式エンジンに係り、特に吸気ポートに改良を施した
多弁吸気式エンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、シリンダヘッドに吸気ポートを複
数本形成することで吸気の有効面積を増加させるという
技術が種々検討されている。
【0003】例えばクランク軸と直交する方向に2本の
吸気ポートを略平行に配置したレイアウト等が提案され
ているが、このようなレイアウトとすることにより、各
々の吸気ポートから吸入された吸気がシリンダ内で干渉
を起こし、スワールが打ち消されてしまうという問題が
ある。特にディーゼルエンジン等においては、このスワ
ール低下の問題は、スモーク増加の要因に掲げられてお
りその解決が求められている。
【0004】そこで従来は、この種の問題の解決手段と
して、特開昭50-135421 号公報に記載されているよう
に、例えば2つの吸気ポートの開口部を、クランク軸を
挟んでクランク軸と直交する方向に配置することによ
り、2本の吸気ポートから吸入される吸気の各々が共に
シリンダの接線方向に流入するようにしたものが種々提
案されている。
【0005】また、実開昭59-192625 号に、クランク軸
と直交する方向に2本の吸気ポートを略平行に配置し、
その一方をヘリカルポートに形成し、このヘリカルポー
トによりシリンダ内にスワールを生起させると共に、他
方の吸気ポートより吸入される吸気のうち、スワールと
干渉しスワールを打ち消す方向の吸気成分を減衰すべ
く、他方の吸気ポート開口部(シリンダヘッド下面側の
開口部を指す。)にマスク壁やシュラウドを設けたもの
も提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の提案に
は次のような問題があった。
【0007】特開昭 50-135421号公報に示されている
ようなバルブレイアウトとすると、吸気ポート開口部の
配置に伴って、吸気ポートのレイアウトが複雑化し、シ
リンダヘッドが大形化してしまう。
【0008】実開昭 59-192625号公報に示すようなマ
スク壁やシュラウドを用いると、吸気抵抗(絞り損失)
となってしまい、多弁化による吸気効率の効果が半減し
てしまう。
【0009】本発明の主な目的は、一つのシリンダあた
りに吸気ポートを2つ設けた多弁吸気式エンジンにおい
て、吸気ポートのレイアウトの複雑化やそれに伴うシリ
ンダヘッドの大形化を招くことなく、また、吸気時の絞
り損失を増大させることなくシリンダ内に強力なスワー
ルを生成し得る多弁吸気式エンジンを提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、シリンダヘッドに第1の吸気ポートと第2
の吸気ポートとをクランク軸方向と垂直な方向に略平行
に配置した多弁吸気式エンジンであって、上記第1の吸
気ポートを、シリンダ内にスワールを生成すべくヘリカ
ル状に成形し、上記第2の吸気ポートを、上記第1の吸
気ポートに対してスワールの上流側に配置すると共に、
その吸気方向がスワール下流側から上流側へと向かって
下方のシリンダへと向かうように成形し、その第2の吸
気ポートがスワール下流側から上流側へと向かった後に
下方のシリンダへと向かう途中の内壁に、シリンダ内を
旋回するスワールの上流側に位置させて、当該第2の吸
気ポートを流れる吸気をスワール方向へ偏向する凹部を
設け、該凹部の入口部を上記第2の吸気ポートと略同幅
とすると共に凹部の出口部をシリンダヘッド下面に開口
された第2の吸気ポートの開口部と略同幅とし、かかる
第2の吸気ポートを、上記開口部の軸芯から第1の吸気
ポート側へ所定距離オフセットさせたものである。
【0011】
【作用】上記構成により、シリンダヘッドの大形化を招
くことなく第1の吸気ポートと第2の吸気ポートとをシ
リンダヘッドにレイアウトすることができ、その複雑化
を防ぐことができる。そして第1の吸気ポートに吸入さ
れた吸気は、回転を与えられてシリンダ内に正スワール
を発生させる。
【0012】第2の吸気ポートの中心線を開口部の軸芯
を基準として第1の吸気ポート側へ所定距離オフセット
させれば、第2の吸気ポートのシリンダ外方側を流れる
吸気も凹部へと向かうようになる。吸気は、その凹部の
案内により、逆スワール方向から正スワール方向へ流れ
が変えられ開口部からシリンダ内へ出ていく。よってシ
リンダ内には強い正スワールが生成される。したがって
吸気時の絞り損失を増大させることなくシリンダ内に強
力なスワールが生成される。
【0013】
【実施例】以下に本発明の好適一実施例を添付図面に基
づいて説明する。
【0014】図1に示すように、シリンダヘッド1に
は、機関長手方向(気筒列方向と同じ方向を指す。)と
垂直な方向に第1の吸気ポート2が形成され、またその
第1の吸気ポート2と略平行に第2の吸気ポート3が形
成されている。第1の吸気ポート2は、これよりシリン
ダ4内に吸入される吸気(燃焼用空気)により、シリン
ダ4内にスワール(以下、「正スワールS」という。)
を生成すべくヘルカル状に形成され、また、第2の吸気
ポート3は、シリンダヘッド1の下面に開口する開口部
5から適宜上流側がシリンダ4内へ必要量の吸気を旋回
させて供給すべくタンジェンシャル状に形成されたスワ
ール生成部6となっている。シリンダヘッド1の下面に
開口する第1の吸気ポート2の開口部7は、シリンダ4
に対してそのシリンダ4中心O1 とシリンダ内壁8との
間に臨ませられ、第2の吸気ポート3の開口部5は、シ
リンダ4を横切りかつ第1の吸気ポート2の開口部7の
中心O3 を通る一本の弦上にその中心O2 を位置させて
シリンダ4内に臨ませられている。
【0015】スワール生成部6は、正スワールSの回転
方向に照らしてその回転方向上流側に、スワール生成部
6を出る吸気の回転方向をシリンダ4の正スワールS方
向に修正するための凹部9を有している。
【0016】凹部9は、図2に詳細に示されているよう
に、スワール生成部6を形成する内壁11のうち、その
スワール生成部6の入口部10から第2の吸気ポート3
の開口部5の適宜手前までの区間を、正スワールSの上
流側へ向かって窪ませることにより形成されている。ま
た、凹部9は、スワール生成部6の入口部10から第2
吸気ポート3の開口部5に向かってその窪み深さを順次
増すように形成され、スワール生成部6の入口部10側
が浅く、開口部5の手前が最も深くなるように形成され
ている。このように、凹部9は、スワール生成部6の入
口部10から連続する内壁部11と、第2の吸気ポート
3の開口部5付近の内壁部11´から半径方向内方へ略
直角に延出された底壁(内壁部)12と、底壁12と凹
部9の内壁部11とを滑らかに接続する曲面13とから
構成されている。
【0017】かかる構成によれば、吸気は、内壁部1
1,曲面13及び底壁12から成る凹部9内に入り、こ
の凹部9の案内により、逆スワール方向から正スワール
S方向に反転され、第2の吸気ポート3の開口部5から
正スワールSへ向けてシリンダ内壁8側へ出ていくよう
になる。よって第1吸気弁15、第2吸気弁16が開か
れたときに、第1の吸気ポート3の開口部7と第2の吸
気ポート3の開口部5とから出る吸気の旋回方向は、い
ずれも正スワールS方向となり、したがってシリンダ4
内には、一定強度の正スワールSが生成される。もちろ
ん、エンジン全体として絞り損失はなく、シリンダ4内
に燃焼に必要な量の吸気が供給される。
【0018】しかし、第2の吸気ポート3の吸気の流れ
と凹部9との関係について検討を重ねたところ、図5に
示すように、凹部9によって正スワールS方向に反転さ
れた吸気の流れW1 と第2の吸気ポート3を流れる吸気
の流れのうちシリンダ4の外方側を流れる吸気の流れW
2 とが互いに干渉を起こし、凹部9によってせっかく作
られた正スワールS方向の吸気流の強度が弱められてし
まうということがわかった。
【0019】そこで、本発明者等は、図1に示すよう
に、第2の吸気ポート3を、第2の吸気ポート3の開口
部5の軸芯O2 を基準として、その第1の吸気ポート2
側へ所定距離Bオフセットさせることにより、このよう
な問題を解決するに至った。
【0020】つまり、第2の吸気ポート3の中心線を第
2の吸気ポート3の開口部5の軸芯O2 を基準として第
1の吸気ポート2側へ所定距離Bオフセットさせると、
そのオフセット量に応じて第2の吸気ポート3のシリン
ダ外方側を流れる吸気が凹部9へと流れ込むようになる
からである。因みに、オフセットBを、第2の吸気バル
ブのバルブ径Dの1/3前後とすることにより、第2の
吸気ポート3を流れる吸気がそのほとんどが凹部9内に
向かうことが確認され、シリンダ4内に、強い正スワー
ルを生成することができた。
【0021】図3,図4は、さらに強い正スワールS方
向の流れを作り出すために案出された他の実施例を示し
ている。
【0022】これらの実施例は、第2の吸気ポート3
を、その開口部5の軸芯O2 を基準として第1の吸気ポ
ート2側へ所定距離Bオフセットさせ、さらにスワール
生成部6の入口部10の直前において、第2の吸気ポー
ト3を、シリンダ外方側を中心として湾曲させ、第2の
吸気ポート3のシリンダ中心側(第1の吸気ポート2
側)の吸気をより速く、第2の吸気ポート3のシリンダ
外方側(第1の吸気ポート2と反対側)の吸気をより弱
くすることによって、凹部9に流速の速い吸気をより多
く供給できるようにするというものである。
【0023】よって、シリンダ4内には強い正スワール
が発生する。
【0024】なお、第2の吸気ポート3をその開口部5
の軸芯O2 に対して第1の吸気ポート2側へオフセット
させる説明をしたが、図6に示すように、第2の吸気ポ
ート3の断面において、流れ断面の重心をオフセットさ
せても構わない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば次の如き優れた効果を発揮する。
【0026】(1) 絞り損失なく、シリンダ内に一定強度
の正スワールを確実に生成することができる。
【0027】(2) 正スワールに変換された吸気の流れと
シリンダ外方側を流れる吸気の流れとの干渉を防止する
ことができるので、シリンダ内に強い正スワールを生成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシリンダヘッドの一部断面図であ
る。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】本発明に係る第2の吸気ポートを示す図であ
る。
【図4】同じく本発明に係る第2の吸気ポートを示す図
である。
【図5】第2の吸気ポートにおける凹部の吸気の流れ状
態とシリンダ外方を流れる吸気の流れ状態とを示す図で
ある。
【図6】第2の吸気ポートの断面において、流れ断面の
重心をオフセットさせた例を示す断面図である。
【符号の説明】
2 第1の吸気ポート 3 第2の吸気ポート 4 シリンダ 5 第2の吸気ポートの開口部 6 スワール生成部 9 凹部 10 入口部 S 正スワール O2 開口部の軸芯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 夏目 浩司 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−135421(JP,A) 特開 昭58−128419(JP,A) 特開 昭55−109724(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 31/02 F02F 1/42

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダヘッドに第1の吸気ポートと第
    2の吸気ポートとをクランク軸方向と垂直な方向に略平
    行に配置した多弁吸気式エンジンであって、上記第1の
    吸気ポートを、シリンダ内にスワールを生成すべくヘリ
    カル状に成形し、上記第2の吸気ポートを、上記第1の
    吸気ポートに対してスワールの上流側に配置すると共
    に、その吸気方向がスワール下流側から上流側へと向か
    って下方のシリンダへと向かうように成形し、その第2
    の吸気ポートがスワール下流側から上流側へと向かった
    後に下方のシリンダへと向かう途中の内壁に、シリンダ
    内を旋回するスワールの上流側に位置させて、当該第2
    の吸気ポートを流れる吸気をスワール方向へ偏向する凹
    部を設け、該凹部の入口部を上記第2の吸気ポートと略
    同幅とすると共に凹部の出口部をシリンダヘッド下面に
    開口された第2の吸気ポートの開口部と略同幅とし、か
    かる第2の吸気ポートを、上記開口部の軸芯から第1の
    吸気ポート側へ所定距離オフセットさせたことを特徴と
    する多弁吸気式エンジン。
  2. 【請求項2】 上記第2の吸気ポートのオフセットが、
    第2の吸気バルブのバルブ径の約1/3に設定された
    求項1記載の多弁吸気式エンジン。
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