JP3541597B2 - Engine intake port - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの吸気ポートの改良に関する。詳しくは、ディーゼルエンジンの吸気ポートとして、スワール比が6を越える強いスワールの生成可能なヘリカルポートの形状に関する。
【0002】
【従来の技術】
直噴式ディーゼルエンジンの場合、噴射された燃料と空気の混合を促進して燃焼性を高めるため、スワールが積極的に利用される。スワールはエンジンの吸気行程を通してシリンダの軸回りに生じる旋回空気流であり、その生成に吸気ポートが重要な役割を有する。このうち、ポート下流端末部を渦巻き状に形成し、吸気がここを通過する際に吸気バルブの軸回りの旋回流を生成するヘリカルポートがよく採用される。ヘリカルポートは燃焼室の天井面に開口するスロート部と、スロート部に上方から連通する渦巻き状の旋回通路部(スクロール部)と、その上流側の直線通路部とから構成される。
【0003】
特開昭59ー12123号公報に開示されるものは、スワールの強化と容積効率の向上との両立が図れるよう、吸気ポートの平面図上における渦巻き形状を規定するが、旋回通路部とのスロート開口部の高さを変更すると、スワールの生成能力が変化してしまう。そのため、ヘリカルポートの平面図上の渦巻き形状のみを規定しても、スワールの強化と容積効率の向上を高レベルで両立させるのは難しい。
【0004】
この点を改善すべく、ヘリカルポートにおいて、スロート開口部の高さを、エンジン性能から要求されるスワール比,シリンダの開口径,ピストンのストローク,旋回通路部の開始位置の通路断面積、旋回通路部における吸気の降下角度,スロート部の開口径,スロート開口部の流量重心位置と最適流出位置とがスロート中心に対してなす角度、の関数で定義することにより、スワール比が6を越える強いスワールも生成できるようにしたものがある(特開平8ー244982号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高スワール比を得るため、スロート開口部の高さを低く設定すると、スロート部の天井壁を形成するバルブガイドボスの下端面も下がるため、バルブガイドの長さが大きくなる。4バルブの直噴式ディーゼルエンジンでは、スワールポートとしてヘリカル型とタンジェンシャル型を併用することが多い。その場合、タンジェンシャルポートの方は、バルブガイドボスの下端面が比較的高い位置に設定されるため、スロート開口部の高さが低いヘリカルポート側とバルブガイドの長さが変わってしまう。このため、長さ違いのバルブガイドが必要となり、部品コストや設備コストなどを上昇させるという問題が生じる。
【0006】
この発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、タンジェンシャルポートのバルブガイドとヘリカルポートのバルブガイドを共用できるようにする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明では、シリンダへのスワールポートとして1気筒毎にタンジェンシャルポートとヘリカルポートを備えるエンジンにおいて、ヘリカルポートのバルブガイドボスの下端面にその周縁部を隔壁として残すようにバルブガイドの取付穴を拡径する凹部を形成し、凹部の底面をタンジェンシャルポートのバルブガイドボスの下端面と略同じ高さに設定する。
【0009】
第2の発明では、第1の発明における凹部は、鋳型または機械加工で形成する。
【0010】
第3の発明では、シリンダへのスワールポートとして1気筒毎にタンジェンシャルポートとヘリカルポートを備えるエンジンにおいて、ヘリカルポートのバルブガイドボスの下端面をタンジェシャルポートのバルブガイドボスの下端面と略同じ高さに設定し、ヘリカルポートのスロート部と旋回通路部との連通部分に沿う隔壁を形成する。
【0011】
第4の発明では、第1の発明または第3の発明において、隔壁の辺縁部を機械加工でエッジに形成する。
【0013】
【作用】
第1の発明では、高スワール比を得るため、ヘリカルポートのスロート開口部の高さを低く設定する場合、ヘリカルポートのバルブガイドボスの下端面も下がるが、周縁部を隔壁として残す凹部の底面により、タンジェンシャルポートのバルブガイドボスの下端面と略同じ高さの取付面が確保されるため、ヘリカルポートのバルブガイドとしてタンジェンシャルポートと同じバルブガイドが使用可能になる。
【0014】
第2の発明では、凹部はバルブガイドの取付穴の回りに限定されるため、機械加工でも簡単に形成できる。
【0015】
第3の発明では、高スワール比を得るため、ヘリカルポートのスロート開口部の高さは隔壁により低く設定される。ヘリカルポートのバルブガイドボスの下端面はタンジェンシャルポートのバルブガイドボスの下端面と略同じ高さのため、ヘリカルポートのバルブガイドとしてタンジェンシャルポートと同じバルブガイドが使用可能になる。
【0016】
第4の発明では、隔壁は鋳造で形成されるが、隔壁の辺縁部を機械加工することにより、隔壁の高さ精度が向上する。また、隔壁のエッジで吸気の流にれ方向の制御が良好に働くため、スワール生成効率の向上も得られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1,図2において、シリンダ1にはヘリカルポート2とタンジェンシャルポート3が接続される。これらのポート2,3はシリンダヘッドの一側壁に開口し、シリンダ1へ向けて延びるように形成される。図示しないが、シリンダ1に2本の排気ポートが接続される。また、シリンダ1の中央部には燃料噴射弁が臨み、その噴射弁から燃料が噴射されると、シリンダ1に吸入される空気と混合し、ピストンで圧縮された状態で着火燃焼する。
【0018】
ヘリカルポート2は直線通路部30と旋回通路部20およびスロート部10とから構成される。スロート部10はシリンダヘッド下面に開口する円筒形に形成され、その上部のスロート開口部10aを介して旋回通路部20に連通される。旋回通路部20は直線通路部30とスロート部10を接続して渦巻き状に湾曲する。スロート部10の中心線P上に吸気バルブ(図示せず)は配置され、バルブガイド4にその軸部を介して摺動自由に支持される。バルブガイド4は圧入により、バルブガイドボス6の取付穴6aに嵌め付けられる。
【0019】
タンジェンシャルポート3はその下流側がシリンダ1の平面図上の接線と略平行になるよう形成される。シリンダ1側のポート開口部3aの中心線Q上に吸気バルブ(図示せず)は配置され、バルブガイド5にその軸部を介して摺動自由に支持される。バルブガイド5はバルブガイドボス9の取付穴9aに嵌め付けられる。
【0020】
ヘリカルポート2においては、高スワール比が得られるよう、スロート開口部10aの高さが低く設定される。タンジェンシャルポート3はバルブガイドボス9の下端面が比較的高い位置に設定される。そのため、ヘリカルポートのバルブガイドボス6の下端面はタンジェンシャルポート3のバルブガイドボス9の下端面よりも低くなる。
【0021】
スロート開口部10aの高さを低く維持しながら、バルブガイド4,5の取付面を合わせるため、ヘリカルポート2のバルブガイドボス6の下端面にその取付穴6aを拡径する凹部7が設けられる。凹部7は鋳型または機械加工により形成され、その底面をバルブガイド4の取付面としてタンジェンシャルポート3のバルブガイドボス9の下端面と略同じ高さに設定される。バルブガイドボス6は凹部7の周囲に残され、スロート開口部10aの高さを低く維持する隔壁8を形成する。
【0022】
ヘリカルポート2のバルブガイド4は、タンジェンシャルポート3のバルブガイド5と同じ長さのものが使用される。バルブガイドボス6の長さよりもバルブガイド4は短くなり、その下端位置は凹部7へ引っ込められる。なお、タンジェンシャルポート3においては、バルブガイドボス9の下端面からバルブガイド5が突き出す量を大きめに取る一方、ヘリカルポート2においては、バルブガイド4が凹部7へ突き出す量を小さめに取ると、凹部7のへこみ量を最小限に抑えられる。
【0023】
このような構成により、タンジェンシャルポート3のバルブガイド5とヘリカルポート2のバルブガイド5が同じ長さの共用部品となるため、部品コストや管理コストの削減ばかりでなく、生産設備(バルブガイドの打ち込み加工機やパーツフィーダなど)が1種類で済むため、設備コストの削減も得られる。また、ヘリカルポート2のバルブガイド4が短くなるので、バルブの摺動摩擦の低減により、耐久性や燃費なども向上する。
【0024】
部品の共用化という面からは、タンジェンシャルポート3のバルブガイド5の長さをヘリカルポート2のバルブガイド4の長さに合わせることも考えられる。つまり、長い方のバルブガイド4を共用化しても良いが、その場合はタンジェンシャルポート3へのバルブガイド5の突出量が大きくなるため、ポート流量係数やスワール比の低下を招きやすい。言い方を変えれば、短い方を共用化することにより、これらの不具合も回避できる。
【0025】
図3において、凹部7がスロート部10への吸気流に与える影響を説明する。高スワール比を得るには、旋回通路部20からスロート部10へ流入する吸気の流れをスロート部10の側壁側へ集中し、スロート部10の中心へ向かう流れAは少なくする必要がある。図(a)の場合、旋回通路部20とスロート部10との間に隔壁8があり、その内側は凹部7を形成するため、スロート部10の中心側へ吸気を巻き込む負圧が発生しにくい。このため、図(b)の場合に生じやすい流れAが少なくなり、スワールを効率よく生成することができる。
【0026】
図4,図5の実施形態では、ヘリカルポート2のバルブガイドボス9の下端面はタンジェンシャルポート3のバルブガイドボス9の下端面と略同じ高さに設定される。スロート開口部10aの高さを低く設定するため、スロート部10と旋回通路部20との間に隔壁8が設けられる。隔壁8は鋳型により形成され、旋回通路部20との境界全域に亘って延ばされる。
【0027】
これによると、スロート部10の天井壁としてバルブガイドボス9の下端面がフラットに広がるため、前記の凹部7に較べるとカーボンなどの堆積は少なくなり、スワール生成能力を良好に維持できる。また、隔壁8は旋回通路部20とスロート部10との境界全域に亘るから、図5中のX領域においても、隔壁8による吸気の流れ方向の制御が良好に働くため、スワールの生成効率も向上する。
【0028】
隔壁8はいずれの場合においても、図6のようにその辺縁部を機械加工によりエッジ11に形成することが望ましい。隔壁8の辺縁部がエッジ11になると、吸気の流れ方向の制御性が向上し、スワールの生成効率はさらに高まる。また、隔壁8の高さ精度はスワールの生成に大きな影響を及ぼすが、機械加工により隔壁8の高さのバラツキを抑えられる。つまり、隔壁8の高さ精度が良好に確保され、スワール比の気筒毎およびエンジン毎のバラツキも小さくなる。
【0030】
【発明の効果】
第1の発明によれば、高スワール比を得るため、ヘリカルポートのスロート開口部の高さを低く維持しながら、凹部を設けることにより、ヘリカルポートのバルブガイドとして、タンジェンシャルポートのバルブガイドを共用できる。その結果、部品コストや設備コストの削減に加えて、ヘリカルポートのバルブガイドを短くなるので、バルブの摺動摩擦の低減により、耐久性や燃費なども向上するという効果が得られる。
【0031】
第2の発明によれば、凹部はバルブガイドボスの下端全面でなく、バルブガイドの取付穴の周辺に限定されるため、機械加工でも簡単に形成できる。
【0032】
第3の発明によれば、高スワール比を得るため、ヘリカルポートのスロート開口部の高さを隔壁で低く維持しながら、ヘリカルポートのバルブガイドボスの下端面をタンジェンシャルポートのバルブガイドボスの下端面と同じ高さに設定することにより、両者のバルブガイドを共用することが可能になる。その結果、第1の発明と同じ効果が得られる。
【0033】
第4の発明によれば、隔壁の高さ精度の向上が得られるほか、エッジによる吸気の流れ方向の制御が良好に働くため、スワールの生成効率も高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態を表す吸気ポートの平面図である。
【図2】同じく吸気ポートの縦断面的な透視図である。
【図3】同じくスロート部への吸気流の説明図である。
【図4】別の実施形態を表す吸気ポートの縦断面的な透視図である。
【図5】同じくヘリカルポートの平面図である。
【図6】別の実施形態を表す機械加工の説明図である。
【符号の説明】
1 シリンダ
2 ヘリカルポート
3 タンジェンシャルポート
4,5 バルブガイド
6,9 バルブガイドボス
7 凹部
8 隔壁
10 スロート部
10a スロート開口部
11 エッジ
20 旋回通路部
30 直線通路部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in an intake port of an engine. More specifically, the present invention relates to a shape of a helical port capable of generating a strong swirl having a swirl ratio exceeding 6 as an intake port of a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
In the case of a direct-injection diesel engine, swirl is actively used to promote mixing of the injected fuel and air to enhance the combustibility. Swirl is the swirling airflow that occurs around the cylinder axis throughout the intake stroke of the engine, and the intake port plays an important role in its generation. Of these, a helical port that forms a downstream end portion of the port in a spiral shape and generates a swirling flow around the axis of the intake valve when the intake air passes therethrough is often employed. The helical port is composed of a throat portion opening to the ceiling surface of the combustion chamber, a spiral swirl passage portion (scroll portion) communicating with the throat portion from above, and a straight passage portion on the upstream side thereof.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 59-12123 discloses that a spiral shape on a plan view of an intake port is defined so as to achieve both enhancement of swirl and improvement of volumetric efficiency. Changing the height of the opening changes the swirl generation ability. Therefore, even if only the spiral shape on the plan view of the helical port is specified, it is difficult to achieve both high swirl and high volumetric efficiency at the same time.
[0004]
In order to improve this point, in the helical port, the height of the throat opening is determined by changing the swirl ratio required for engine performance, the opening diameter of the cylinder, the stroke of the piston, the cross-sectional area of the starting position of the swirl passage, and the swirl passage. Strong swirl with swirl ratio exceeding 6 by defining as a function of the angle of descent of intake air in the section, the opening diameter of the throat section, and the angle between the flow center of gravity of the throat opening and the optimum outflow position with respect to the center of the throat. Is also available (JP-A-8-244982).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the height of the throat opening is set low in order to obtain a high swirl ratio, the lower end surface of the valve guide boss forming the ceiling wall of the throat is also lowered, so that the length of the valve guide is increased. In a four-valve direct-injection diesel engine, a helical type and a tangential type are often used in combination as a swirl port. In this case, since the lower end surface of the valve guide boss is set at a relatively high position in the tangential port, the length of the valve guide differs from that of the helical port where the height of the throat opening is low. For this reason, valve guides having different lengths are required, which causes a problem of increasing parts costs and equipment costs.
[0006]
The present invention has been made in view of such a problem, and enables the valve guide of the tangential port and the valve guide of the helical port to be shared.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, in an engine having a tangential port and a helical port for each cylinder as a swirl port to a cylinder, a valve guide is mounted so that a peripheral portion of the helical port is left as a partition wall at a lower end surface of a valve guide boss. A concave portion for increasing the diameter of the hole is formed, and the bottom surface of the concave portion is set at substantially the same height as the lower end surface of the valve guide boss of the tangential port.
[0009]
In the second invention, the recess in the first invention is formed by a mold or machining.
[0010]
According to the third invention, in an engine having a tangential port and a helical port for each cylinder as a swirl port to the cylinder, the lower end surface of the valve guide boss of the helical port is substantially the same as the lower end surface of the valve guide boss of the tangential port. Height is set, and a partition wall is formed along a communication portion between the throat portion of the helical port and the swirl passage portion.
[0011]
In a fourth aspect based on the first or third aspect , the peripheral portion of the partition wall is formed at the edge by machining.
[0013]
[Action]
In the first invention, when the height of the throat opening of the helical port is set low in order to obtain a high swirl ratio, the lower end surface of the valve guide boss of the helical port is also lowered, but the bottom surface of the concave portion leaving the peripheral portion as a partition wall Accordingly, a mounting surface having substantially the same height as the lower end surface of the valve guide boss of the tangential port is secured, so that the same valve guide as the tangential port can be used as the valve guide of the helical port.
[0014]
In the second invention, since the concave portion is limited around the mounting hole of the valve guide, it can be easily formed even by machining.
[0015]
According to the third aspect, in order to obtain a high swirl ratio, the height of the throat opening of the helical port is set lower by the partition. Since the lower end surface of the helical port valve guide boss is substantially the same height as the lower end surface of the tangential port valve guide boss, the same valve guide as the tangential port can be used as the helical port valve guide.
[0016]
In the fourth aspect , the partition is formed by casting. However, by machining the peripheral portion of the partition, the height accuracy of the partition is improved. In addition, since the control of the flow direction of the intake air works well at the edge of the partition wall, the swirl generation efficiency can be improved.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2, a
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
In the
[0021]
In order to match the mounting surfaces of the valve guides 4 and 5 while keeping the height of the throat opening 10a low, a
[0022]
The
[0023]
With such a configuration, the valve guide 5 of the
[0024]
From the viewpoint of sharing parts, it is conceivable that the length of the valve guide 5 of the
[0025]
In FIG. 3, the effect of the
[0026]
4 and 5, the lower end surface of the
[0027]
According to this, since the lower end surface of the
[0028]
In any case, it is desirable to form the edge of the
[0030]
【The invention's effect】
According to the first invention, in order to obtain a high swirl ratio, while maintaining the height of the throat opening of the helical port low, by providing a recess, the valve guide of the tangential port can be used as the valve guide of the helical port. Can be shared. As a result, in addition to the reduction of component costs and equipment costs, the valve guide of the helical port is shortened, so that the effect of improving the durability and fuel efficiency is obtained by reducing the sliding friction of the valve.
[0031]
According to the second aspect , the recess is not limited to the entire lower end of the valve guide boss but to the periphery of the mounting hole of the valve guide, so that the recess can be easily formed even by machining.
[0032]
According to the third invention, in order to obtain a high swirl ratio, the lower end face of the valve guide boss of the helical port is fixed to the tangential port while maintaining the height of the throat opening of the helical port low by the partition wall. By setting the same height as the lower end face, it is possible to share both valve guides. As a result, the same effect as that of the first invention is obtained.
[0033]
According to the fourth aspect , the height accuracy of the partition wall can be improved, and the control of the flow direction of the intake air by the edge works well, so that the swirl generation efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an intake port representing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional perspective view of the intake port.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an intake air flow to a throat portion.
FIG. 4 is a longitudinal sectional perspective view of an intake port showing another embodiment.
FIG. 5 is a plan view of the helical port.
FIG. 6 is an explanatory diagram of machining that represents another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
ヘリカルポートのバルブガイドボスの下端面にその周縁部を隔壁として残すようにバルブガイドボスの取付穴を拡径する凹部を形成し、A concave portion is formed on the lower end surface of the valve guide boss of the helical port to increase the diameter of the mounting hole of the valve guide boss so as to leave its peripheral edge as a partition,
凹部の底面をタンジェンシャルポートのバルブガイドボスの下端面と略同じ高さに設定した、The bottom surface of the recess was set at approximately the same height as the lower end surface of the tangential port valve guide boss,
ことを特徴とするエンジンの吸気ポート。An intake port for an engine, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1に記載の吸気ポート。The intake port according to claim 1, wherein:
ヘリカルポートのバルブガイドボスの下端面をタンジェシャルポートのバルブガイドボスの下端面と略同じ高さに設定し、Set the lower end surface of the valve guide boss of the helical port to approximately the same height as the lower end surface of the valve guide boss of the tangential port,
ヘリカルポートのスロート部と旋回通路部との連通部分に沿う隔壁を形成し、Forming a partition wall along the communication part between the throat part of the helical port and the swirl passage part,
隔壁は、その内壁面がヘリカルポートのバルブガイド外径に対して拡径された位置に形成されている、The partition wall is formed at a position where the inner wall surface is enlarged with respect to the outer diameter of the valve guide of the helical port.
ことを特徴とするエンジンの吸気ポート。An intake port for an engine, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1または請求項3に記載の吸気ポート。The intake port according to claim 1 or 3, wherein:
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