JP4375060B2 - Intake device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の吸気装置に関する。 The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine.
内燃機関には、シリンダボア(燃焼室)内に供給された吸気ガスにスワール(旋回流)を発生させて、シリンダボア内での空気と燃料との混合を促進させ、シリンダボア内で効率的な燃焼を行わせるようにしているものがある。特に、ディーゼルエンジンでは、スワールを強めることにより、排気ガス中のスモークを大幅に低減することができると共にNOX排出量の少ない運転が可能になると考えられている。 In an internal combustion engine, a swirl (swirl flow) is generated in the intake gas supplied into the cylinder bore (combustion chamber) to promote the mixing of air and fuel in the cylinder bore, thereby achieving efficient combustion in the cylinder bore. There is something that is made to do. In particular, in the diesel engine, by strengthening the swirl, less operation of NO X emissions are believed to be possible with the smoke in the exhaust gas can be significantly reduced.
このように、シリンダボア内に供給された吸気ガスにスワールを発生させる場合、一般に、吸気ポートの形状をスワールが発生しやすい形状にすることや、一つのシリンダボアに通じる二つの吸気ポートのいずれか一方の吸気ポートを開閉するスワールコントロールバルブを用いること等が採用されている。 As described above, when swirl is generated in the intake gas supplied into the cylinder bore, in general, the shape of the intake port is made to be a shape in which swirl is easily generated, or either one of the two intake ports leading to one cylinder bore is used. The use of a swirl control valve that opens and closes the intake port is adopted.
しかしながら、このような構成を採用した場合、強いスワールを発生させるには、吸気ポート内での吸気ガスの流速を速めることや、複数の吸気ポートが存在する場合に吸気ポート相互間で起こる干渉を回避すること等が必要であり、そのためには吸気ポート等に吸気絞りを設ける必要がある。しかしながら、吸気絞りを設けると吸気抵抗となってしまい、シリンダボア内に流出する吸気ガスの流量の低下および燃費の悪化を招いてしまう。すなわち、高いスワール比と高流量の両立は困難であった。 However, when such a configuration is adopted, in order to generate a strong swirl, it is necessary to increase the flow rate of the intake gas in the intake port or to cause interference between the intake ports when there are multiple intake ports. It is necessary to avoid this, and for that purpose, it is necessary to provide an intake throttle in the intake port or the like. However, if an intake throttle is provided, intake resistance will occur, leading to a reduction in the flow rate of intake gas flowing into the cylinder bore and a deterioration in fuel consumption. That is, it was difficult to achieve both a high swirl ratio and a high flow rate.
ここで、特許文献1に記載の吸気装置では、吸気弁の周囲にバルブガイドから下方に突出した半円弧状のスワールガイドを設け、吸気ポートからシリンダヘッド内への吸気ガスの流出方向を一定の方向に制限して、シリンダボア内に吸気ガスのスワールを発生させるようにしている。したがって、特許文献1に記載の装置によれば、このようにスワールガイドを設けることにより、吸気ポート等に流速を速めるための吸気絞りを設けることなく、スワールを発生させることができる。
Here, in the intake device described in
しかしながら、特許文献1に記載の吸気装置では、スワールガイドの吸気弁に面する表面だけでなく、その反対側の表面(以下、「背面」と称す)もシリンダヘッドの下面に対して垂直に延びる。すなわち、スワールガイドの背面は、シリンダボア内の吸気ガスのスワールの旋回方向に対して垂直に位置し、よってシリンダボア内を旋回する吸気ガスがスワールガイドの背面に当たり、吸気ガスの旋回方向の速度成分を弱めてしまう。したがって、特許文献1に記載の吸気装置では、スワールガイドにより吸気ガスの旋回方向の速度成分が弱められてしまうため、強いスワールを発生させることができず、高いスワール比と高流量との両立は困難である。
However, in the intake device described in
そこで、本発明の目的は、吸気ガスの流量の低下を抑制しつつ強いスワールを発生させることができる吸気装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an intake device capable of generating a strong swirl while suppressing a decrease in the flow rate of intake gas.
上記課題を解決するために、第1の発明では、シリンダヘッドに設けられ且つシリンダボアに通じる吸気ポートと、該吸気ポートの出口開口を開閉する吸気弁と、上記吸気ポートの出口開口周囲において上記シリンダヘッドの表面から突出する突出部とを具備し、該突出部はシリンダボア内の吸気ガスの旋回方向とは反対方向に向かって吸気ガスが上記吸気ポートからシリンダボア内に流出するのを抑制する規制壁を有する内燃機関の吸気装置において、上記突出部は上記規制壁に対してシリンダボア内の吸気ガスの旋回方向とは反対側にスロープを有し、該スロープはシリンダボアの径方向内側においてスロープ上を通過する吸気ガスをシリンダボアの径方向外側で旋回するように案内するように形成される。
第1の発明によれば、突出部がスロープを有することにより、シリンダボア内で旋回する吸気ガスは突出部の下方を通過する際に旋回方向速度成分がほとんど弱められてしまうことなく流れる。すなわち、突出部の旋回方向反対側にスロープを設けることでシリンダボア内で旋回する吸気ガスに対する規制壁による流抵抗を小さくすることができる。したがって、シリンダボア内の吸気ガスに生じるスワールは強いものとなる。また、スロープを設けることによってはシリンダボア内に流入する吸気ガスの流量が減少することはない。
In order to solve the above problems, in the first invention, an intake port provided in a cylinder head and communicating with a cylinder bore, an intake valve that opens and closes an outlet opening of the intake port, and the cylinder around the outlet opening of the intake port A restricting wall that restrains the intake gas from flowing out of the intake port into the cylinder bore in a direction opposite to the swirling direction of the intake gas in the cylinder bore. in an intake device for an internal combustion engine having the above-mentioned protruding portion has a slope on the side opposite to the turning direction of the intake gas in the cylinder bore to the upper Symbol regulation wall, the slope over the slope in the radially inner side of the cylinder bore It is formed to guide the passing intake gas so as to turn on the outside in the radial direction of the cylinder bore .
According to the first aspect of the invention, since the protrusion has the slope, the intake gas swirling in the cylinder bore flows without being weakened in the swirl direction speed component when passing under the protrusion. That is, by providing a slope on the side opposite to the turning direction of the protruding portion, it is possible to reduce the flow resistance due to the restriction wall against the intake gas swirling in the cylinder bore. Therefore, the swirl generated in the intake gas in the cylinder bore is strong. Further, by providing the slope, the flow rate of the intake gas flowing into the cylinder bore does not decrease.
第2の発明では、第1の発明において、上記規制壁は、上記シリンダヘッドの表面から上記吸気弁の最大バルブリフト量よりも高く突出している。
第2の発明によれば、吸気ポートからシリンダボア内に流出する吸気ガスが反旋回方向に向かうことが確実に抑制されると共に、スロープに沿って流れるシリンダボア内の吸気ガスが吸気ポートからシリンダボア内に流出する吸気ガスと干渉することが抑制される。
In a second invention, in the first invention, the restriction wall protrudes from the surface of the cylinder head higher than a maximum valve lift amount of the intake valve.
According to the second aspect of the present invention, the intake gas flowing out from the intake port into the cylinder bore is reliably prevented from moving in the anti-turning direction, and the intake gas in the cylinder bore flowing along the slope is transferred from the intake port into the cylinder bore. Interference with the outflowing intake gas is suppressed.
第3の発明では、第1または第2の発明において、上記吸気ポートは一気筒あたり複数設けられ、各吸気ポートの出口開口の周囲にそれぞれ上記突出部が設けられる。
第3の発明によれば、各吸気ポートの出口開口毎にその周囲に上記突出部が設けられるため、隣り合った吸気ポートのうち旋回方向上流側に位置する吸気ポートから上記旋回方向に流出した吸気ガスが、旋回方向下流側に位置する吸気ポートから流出する吸気ガスと干渉することが抑制される。
In a third invention, in the first or second invention, a plurality of the intake ports are provided per cylinder, and the protrusions are provided around the outlet openings of the intake ports.
According to the third invention, since the protrusion is provided around each outlet opening of each intake port, it flows out from the intake port located on the upstream side in the turning direction among the adjacent intake ports in the turning direction. It is suppressed that the intake gas interferes with the intake gas flowing out from the intake port located downstream in the turning direction.
第4の発明では、第3の発明において、一気筒あたり隣り合う二つの吸気ポートが設けられ、これら吸気ポートのうち旋回方向下流側に位置する下流吸気ポート内に、上記シリンダボアの接線方向に且つ上記吸気弁のバルブフェイスに沿って吸気ガスをシリンダボア内に流出させる下流吸気ポート用サブ通路を具備する。
第4の発明によれば、下流吸気ポート用サブ通路からシリンダボアの接線方向に吸気ガスを流出させることができるため、下流吸気ポート用サブ通路から吸気ガスをシリンダボア内に流出させることによりスワールを強めることができる。
According to a fourth invention, in the third invention, two intake ports adjacent to each other are provided per cylinder, and in the downstream intake port located on the downstream side in the turning direction of these intake ports, in the tangential direction of the cylinder bore and A downstream intake port sub-passage for allowing intake gas to flow into the cylinder bore along the valve face of the intake valve is provided.
According to the fourth aspect of the invention, since the intake gas can flow out from the downstream intake port sub-passage in the tangential direction of the cylinder bore, the swirl is strengthened by flowing the intake gas from the downstream intake port sub-passage into the cylinder bore. be able to.
第5の発明では、第3または第4の発明において、一気筒あたり隣り合う二つの吸気ポートが設けられ、これら吸気ポートのうち旋回方向上流側に位置する上流吸気ポート内に、シリンダボア内の吸気ガスの旋回方向に対してほぼ垂直な方向に且つ上記吸気弁のバルブフェイスに沿って吸気ガスをシリンダボア内に流出させる上流吸気ポート用サブ通路を具備する。 In the fifth invention, in the third or fourth invention, two intake ports adjacent to each other are provided, and the intake air in the cylinder bore is provided in the upstream intake port located upstream in the turning direction among these intake ports. An upstream intake port sub-passage is provided for flowing the intake gas into the cylinder bore in a direction substantially perpendicular to the gas swirl direction and along the valve face of the intake valve.
第6の発明では、第4または第5の発明において、上記サブ通路は機関運転状態に基づいて開閉可能に構成される。
第6の発明によれば、機関運転状態に応じてシリンダボア内の吸気ガスに生じるスワールの強さを変更することができる。
According to a sixth aspect, in the fourth or fifth aspect, the sub passage is configured to be openable and closable based on an engine operating state.
According to the sixth aspect, the strength of the swirl generated in the intake gas in the cylinder bore can be changed according to the engine operating state.
本発明によれば、スロープを設けることによりシリンダボア内の吸気ガスに生じるスワールは強いものとなり、またスロープを設けることによってはシリンダボア内に流入する吸気ガスの流量が減少することはないため、吸気ガスの流量の低下を抑制しつつ強いスワールを発生させることができる。 According to the present invention, the provision of the slope makes the swirl generated in the intake gas in the cylinder bore strong, and the provision of the slope does not reduce the flow rate of the intake gas flowing into the cylinder bore. A strong swirl can be generated while suppressing a decrease in the flow rate.
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。まず、図1および図2を参照して本発明の第一実施形態の吸気装置について説明する。図1は、シリンダヘッドの底面図であるが、吸気弁および排気弁は省略されている。図2は図1のII−II線における吸気ポートおよび吸気弁周辺の断面図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, an intake device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a bottom view of a cylinder head, but an intake valve and an exhaust valve are omitted. FIG. 2 is a cross-sectional view of the intake port and the vicinity of the intake valve taken along line II-II in FIG.
図1および図2に示したように、内燃機関1は、シリンダブロック2とこのシリンダブロック2上に配置されたシリンダヘッド3とを有する。シリンダブロック2には、所定間隔で複数のシリンダボア4が設けられる。各シリンダボア4内ではピストン(図示せず)が往復動し、シリンダボア4とピストンとの間には燃焼室が画成される。なお、本明細書では、シリンダブロック2からシリンダヘッド3に向かう方向を上向き、シリンダヘッド3からシリンダブロック2に向かう方向を下向きと称する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
各シリンダボア4には、二つの吸気ポート5、6と二つの排気ポート(図示せず)とが連通せしめられる。これら吸気ポート5、6および排気ポートはシリンダヘッド3内に設けられる。吸気ポート5、6は、シリンダボア4の上面に設けられ且つシリンダボア4に対して開いている出口開口7、8によってシリンダボア4とそれぞれ連通しており、排気ポートは、シリンダボア4の上面に設けられ且つシリンダボア4に対して開いている入口開口9、10によってシリンダボア4と連通している。
Each cylinder bore 4 communicates with two
吸気ポート5、6の出口開口7、8は吸気弁11によって開閉され、これにより吸気ポート5、6とシリンダボア4とが流体的に接続されたり遮断されたりする。各吸気弁11は、実際に弁として作用する弁体12とこの弁体12に連結されたステム13とを有し、このステム13の軸線に沿って往復動する。同様に、排気ポートの入口開口9、10は排気弁によって開閉され、これにより排気ポートとシリンダボア4とが流体的に接続されたり遮断されたりする。
The
シリンダボア4内には、後述するようにシリンダボア4の軸線αを中心として図1の矢印A(反時計回り)の向きにシリンダボア4の外周壁に沿った吸気ガスの旋回流(スワール)が発生するため、シリンダボア4の軸線αを中心として図1において反時計回りの方向を旋回方向、時計回りの方向を反旋回方向と称する。すなわち、旋回方向はシリンダボア4の周方向のうち一方の方向を意味し、反旋回方向はシリンダボア4の周方向のうち上記一方の方向とは反対方向を意味する。 A swirl flow (swirl) of intake gas along the outer peripheral wall of the cylinder bore 4 is generated in the cylinder bore 4 in the direction of arrow A (counterclockwise) in FIG. Therefore, the counterclockwise direction in FIG. 1 around the axis α of the cylinder bore 4 is referred to as the turning direction, and the clockwise direction is referred to as the counter-turning direction. That is, the turning direction means one of the circumferential directions of the cylinder bore 4, and the counter-turning direction means a direction opposite to the one of the circumferential directions of the cylinder bore 4.
本実施形態では、吸気ポート5、6の出口開口7、8の周囲にはそれぞれ突出部14、15が設けられる。以下、二つの吸気ポート5、6のうち旋回方向下流側に位置する下流吸気ポート5の出口開口7の周囲に設けられた突出部14についてのみ説明するが、旋回方向上流側に位置する上流吸気ポート6の出口開口8の周囲に設けられた突出部15も同様な形状となっており、同様な機能を果たす。
In the present embodiment,
突出部14は、シリンダヘッド3から吸気弁11の軸線方向下方に向かって突出している。図2に示したように、突出部14は、本実施形態では、シリンダヘッド3とは別体として形成されているが、シリンダヘッド3と一体的に形成されてもよい。また、突出部14は、出口開口7に面する側に位置する規制壁16と、この規制壁16の反旋回方向側に位置するスロープ17とを有する。
The
突出部14の規制壁16は、出口開口7の周囲であって出口開口7の反旋回方向に位置し、半円弧状に延びる。より詳細には、規制壁16は、出口開口7の外周縁近傍であって、出口開口7の中心におけるシリンダボアの接線方向とは垂直な方向(本実施形態の場合シリンダボアが真円であるため、シリンダボアの径方向と同義)に出口開口7の中心を通って延びる直線(図1の破線B)よりも反旋回方向に位置する。規制壁16の出口開口7に面する表面は、吸気弁11の軸線βと平行に、すなわちシリンダヘッド3の下面とほぼ垂直に延びる。また、本実施形態では、吸気弁11の軸線方向におけるシリンダヘッド3下面からの規制壁16の高さは、吸気弁11のリフトが最大であるときのリフト量(以下、「最大リフト量」と称す)よりも高い。
The
このように形成された規制壁16は、吸気ガスが吸気ポートから反旋回方向にシリンダボア4内に流出するのを抑制する。したがって、規制壁16の存在により、吸気ガスは吸気ポート5の出口開口7から旋回方向に流出するようになるため、シリンダボア4内に生じる吸気ガスのスワールが強いものとなる。
The
なお、吸気ガスが吸気ポートから反旋回方向にシリンダボア4内に流出するのを抑制することができれば規制壁16の高さは最大リフト量よりも低くてもよい。また、規制壁16は出口開口7の周縁近傍であって出口開口7よりも反旋回方向に位置する領域全体に亘って延びている必要はなく、このような領域の一部に半円弧より短く延びていてもよい。
Note that the height of the
一方、突出部14のスロープ17は、規制壁16から反旋回方向に向かってその高さが徐々に低くなるように形成される。スロープ17は、シリンダボア4内で旋回している吸気ガスがシリンダボアの外壁面に沿って流れるように案内するように形成される。すなわち、スロープ17は、図1にスロープ17上に矢印で示した方向に吸気ガスを案内するように形成される。
On the other hand, the
ここで、スロープ17を設けずに、規制壁の背面を上記規制壁の表面と同様にシリンダヘッド3の下面とほぼ垂直に延びるようにすると、シリンダボア内に生じている吸気ガスのスワールが規制壁の背面に当たる。このため、規制壁の背面において吸気ガスのスワールの旋回方向速度成分は小さくなり、下方へ向かう速度成分に変換される。すなわち、規制壁が吸気ガスのスワールに対する抵抗となってしまう。したがって、スロープ17を設けなかった場合、規制壁の存在により吸気ガスのスワールが弱められてしまう。
Here, if the back surface of the regulating wall extends substantially perpendicularly to the bottom surface of the
これに対して本実施形態では、規制壁16の背面にスロープ17が設けられているため、吸気ガスのスワールの旋回方向速度成分はほとんど小さくならず、下方へ向かう速度成分には変換されにくい。このため、規制壁16は吸気ガスのスワールに対して大きな抵抗にはならず、したがって規制壁16の存在により吸気ガスのスワールが弱められてしまうことが抑制される。
On the other hand, in the present embodiment, since the
特に、本実施形態では、スロープ17は吸気弁11近傍において規制壁の高さ、すなわち吸気弁11の最大リフト量よりも高くまで突出している。このため、スロープ17上を通って流れるシリンダボア4内の吸気ガスは、吸気弁11の弁体12の下面上を流れることになる。したがって、シリンダボア4内の吸気ガスは出口開口7の下方の領域を通過する際に、吸気ポート5から出口開口7を通って流出する吸気ガスと干渉することはほとんどない。そして、出口開口7よりも旋回方向側の領域において旋回方向速度成分の大きい吸気ポート5から出口開口7を通って流出した吸気ガスと、出口開口7の下方の領域を通過してきたシリンダボア4内の吸気ガスとが合流し、シリンダボア4内のスワールが強められることとなる。
In particular, in the present embodiment, the
さらに、スロープ17はシリンダボア4内で旋回している吸気ガスをシリンダボア4の外壁面に沿って流れるように案内する。すなわち、シリンダボア4の径方向外側においてスロープ17上を通過する吸気ガスだけでなく、シリンダボア4の径方向内側においてスロープ17上を通過する吸気ガスもシリンダボア4の外壁面に沿うように案内する。このため、シリンダボア4の外壁面を沿う吸気ガスの流れが強まり、よってシリンダボア4内の吸気ガスのスワールが強められる。
Further, the
したがって、本実施形態によれば、突出部14にスロープ17を設けることにより、シリンダボア4内の吸気ガスのスワールに対する抵抗が小さくされ、且つシリンダボア4の外壁面を沿う吸気ガスの流れが強くされるため、シリンダボア4内の吸気ガスのスワールが強められる。一方で、突出部14にスロープ17を設けることは吸気抵抗にならないため、シリンダボア4内に流出する吸気ガスの流量が減少することはない。したがって、本実施形態によれば、吸気ガスの流量を低下することなく維持しつつ、シリンダボア4内の吸気ガスのスワール比を高めることができる。
Therefore, according to the present embodiment, by providing the
ところで、突出部14、15が設けられていない場合、吸気ガスは吸気ポート5、6の出口開口7、8から全周に亘ってその径方向に流出する。本実施形態のように一気筒に対して二つの吸気ポートが設けられていると、下流吸気ポート5の出口開口7から反旋回方向に流出した吸気ガスと上流吸気ポート6の出口開口8から旋回方向に流出した吸気ガスとは互いに干渉し合い、結果としてシリンダボア4内の吸気ガスのスワールは弱いものとなってしまう。これに対して、本実施形態では、突出部14により下流吸気ポート5の出口開口7から反旋回方向へ吸気ガスが流出するのが抑制されるため、上述したような吸気ガスの干渉が抑制され、吸気ガスのスワールが弱められてしまうのが防止される。
By the way, when the
また、上流吸気ポート6の出口開口8から旋回方向に流出した吸気ガスは、流出直後に下流吸気ポート5の出口開口7近傍に到達する。ここで、上述したように本実施形態では、下流吸気ポート5の出口開口7の周囲に設けられた突出部14にスロープ17が設けられているため、上流吸気ポート6の出口開口8から旋回方向に流出した吸気ガスは大きな抵抗を受けずに旋回方向にシリンダボア内を流れることができる。
Further, the intake gas that has flowed out in the turning direction from the
なお、本実施形態では、吸気ポート内に吸気ガスのスワールを発生させないタンジェンシャルポートを用いているが、吸気ポート内、特に吸気ポートの先端に位置する渦巻部内に吸気ガスのスワールを発生させるようにしたヘリカルポートを用いてもよい。ただし、吸気ポートにヘリカルポートを用いた場合、渦巻部からシリンダボア内へは吸気ガスは出口開口の接線方向に流出する。したがってこの場合、突出部は上記実施形態とは異なる位置に配置される。すなわち、吸気ポートの出口開口の周囲領域のうち出口開口から流出する吸気ガスが反旋回方向速度成分を有する領域に突出部が設けられる。これにより、吸気ポートにヘリカルポートを用いた場合であっても吸気ガスが出口開口から反旋回方向に流出するのが抑制される。 In this embodiment, a tangential port that does not generate a swirl of intake gas in the intake port is used. However, a swirl of intake gas is generated in the intake port, particularly in the spiral portion located at the tip of the intake port. A helical port may be used. However, when a helical port is used as the intake port, the intake gas flows out from the spiral portion into the cylinder bore in the tangential direction of the outlet opening. Therefore, in this case, the protruding portion is arranged at a position different from that in the above embodiment. That is, a protrusion is provided in a region where the intake gas flowing out from the outlet opening has an anti-swirl direction velocity component in a region around the outlet opening of the intake port. Thereby, even if it is a case where a helical port is used for an intake port, it is suppressed that an intake gas flows out in an anti-turning direction from an exit opening.
また、上記実施形態では、二つの吸気ポートが設けられているが、吸気ポートは二つでなくてもよく、例えば一つまたは三つの吸気ポートを有してもよい。このような場合にも、突出部は各吸気ポートの出口開口周囲の同様な位置にそれぞれ取付けられる。 Moreover, in the said embodiment, although two intake ports are provided, the number of intake ports may not be two, for example, you may have one or three intake ports. Even in such a case, the protrusions are respectively attached at similar positions around the outlet opening of each intake port.
次に、図3〜図5を参照して本発明の第二実施形態の吸気装置について説明する。図3は、図1と同様な図であり、シリンダヘッドの底面図である。図4は図2と同様な図であり、図3のIV−IV線における吸気ポートおよび吸気弁周囲の断面図である。図5は、吸気ポートおよび吸気マニホルドの模式図である。なお、第二実施形態の吸気装置の構成は、図1および図2に示した第一実施形態の構成と基本的に同様であり、同様の構成要素には同じ参照番号を付した。 Next, an intake device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a view similar to FIG. 1 and is a bottom view of the cylinder head. 4 is a view similar to FIG. 2, and is a cross-sectional view around the intake port and the intake valve along line IV-IV in FIG. FIG. 5 is a schematic diagram of an intake port and an intake manifold. The configuration of the intake device of the second embodiment is basically the same as the configuration of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and the same reference numerals are given to the same components.
第二実施形態の吸気装置では、図5に示したように、各吸気ポート5、6に並列にサブ通路20、21がそれぞれ設けられる。下流吸気ポート5用のサブ通路(以下、「下流サブ通路」と称す)20の一方の端部は、下流吸気ポート5の上流部または下流吸気ポート5と連通する吸気マニホルド(以下、これらをまとめて「下流吸気通路」と称す)と連通する。下流サブ通路20の断面積は下流吸気ポート5の断面積よりも小さい。下流サブ通路20の他方の端部(以下、「出口端部」と称す)22は、下流吸気ポート5の出口開口7近傍において下流吸気ポート5の内壁面のうちシリンダボア4の外周壁に近接した壁面から突出している。下流サブ通路20の出口端部22は、下流サブ通路20を通って流れる吸気ガスを、出口開口7を介してシリンダボア4の接線方向に且つ吸気弁11のバルブフェイスに沿ってシリンダボア4内に流出させるような方向を向いている。
In the intake device of the second embodiment, as shown in FIG. 5,
したがって、下流サブ通路20を通って流れる吸気ガスは、図3に矢印Bで示したように、出口開口7のうちシリンダボア4外周壁に近接した領域からシリンダボア4の接線方向に流出する。このため、下流サブ通路20の出口端部22から流出した吸気ガスはシリンダボア4内の吸気ガスのスワールの旋回方向と同一の方向に流出することになるため、この吸気ガスにより吸気ガスのスワールが強められる。また、上記吸気ガスは、図4に矢印Bで示したように、吸気弁11のバルブフェイスに沿ってシリンダボア4内に流出する。したがって、下流サブ通路20の出口端部22から流出した吸気ガスは吸気弁11の弁体12から抵抗をほとんど受けることなくシリンダボア4へ流れるため、効果的にシリンダボア4内の吸気ガスのスワールを強めることができる。
Therefore, the intake gas flowing through the downstream sub-passage 20 flows out in the tangential direction of the cylinder bore 4 from the region close to the outer peripheral wall of the cylinder bore 4 in the
一方、上流吸気ポート6用のサブ通路(以下、「上流サブ通路」と称す)21の一方の端部は、上流吸気ポート6の上流部または上流吸気ポート6と連通する吸気マニホルド(以下、これらをまとめて「上流吸気通路」と称す)と連通する。上流サブ通路21の断面積は上流吸気ポート6の断面積よりも小さい。上流吸気通路には上流吸気通路を開閉して上流吸気通路内を吸気ガスの流れを制御する上流吸気通路用流量調整弁(スワールコントロールバルブ)24が設けられ、上流サブ通路21の上記一方の端部は上流吸気通路用流量調整弁24が設けられた位置よりも上流側の位置で上流吸気通路と連通する。上流サブ通路21の他方の端部(以下、「出口端部」と称す)23は、上流吸気ポート6の出口開口8近傍において上流吸気ポート6の内壁面のうちシリンダボア4の外周壁に近接した壁面から突出している。上流サブ通路21の出口端部23は、出口開口8を介してシリンダボア4内の吸気ガスの旋回方向に対してほぼ垂直な方向に且つ吸気弁11のバルブフェイスに沿って上流サブ通路21を通って流れる吸気ガスをシリンダボア4内に流出させるような方向を向いている。また、上流サブ通路21には上流サブ通路用流量調整弁25が設けられ、この上流サブ通路用流量調整弁25により上流サブ通路21を流れる吸気ガスの流量が調整される。
On the other hand, one end of a sub-passage (hereinafter referred to as “upstream sub-passage”) 21 for the
上流サブ通路21を通って流れる吸気ガスは、図3に矢印Cで示したように、出口開口8のうちシリンダボア4の中心に近接した領域からシリンダボア4内の吸気ガスの旋回方向に対してほぼ垂直な方向に流出する。このため、上流サブ通路21の出口端部23から流出した吸気ガスはシリンダボア4内の吸気ガスのスワールと干渉し合い、シリンダボア4内の吸気ガスのスワールを弱める。また、上記吸気ガスは、吸気弁11のバルブフェイスに沿ってシリンダボア4内に流出するため、吸気弁11の弁体12によって抵抗をほとんど受けず、よって効果的にシリンダボア4内の吸気ガスのスワールを弱めることができる。
As indicated by an arrow C in FIG. 3, the intake gas flowing through the
上流吸気通路用流量調整弁24は、その開度を制御することにより、上流吸気通路内を流れる吸気ガスの流量を調整する。したがって、上流吸気通路用流量調整弁24は、上流吸気ポート6からシリンダボア4内に流出する吸気ガスの流量を調整することができる。
The upstream intake passage flow
ここで、下流吸気ポート5はシリンダボア4内に一定方向のスワールを発生させるようにシリンダボア4と連通しており、下流吸気ポート5からシリンダボア4内に流出する吸気ガスの旋回方向速度成分は比較的大きい。したがって、下流吸気ポート5から吸気ガスをシリンダボア4内に流出させるとシリンダボア4内の吸気ガスに比較的強いスワールが生じる。一方、上流吸気ポート6から流出する流れと下流吸気ポート5から流出する流れの間には、僅かであるが干渉が発生する。両ポートからの流れがある場合、上流吸気ポート6、下流吸気ポート5単独により生成されるスワールよりも低下する方向に作用する。したがって、上流吸気ポート6からの吸気ガスの流出量が多くなればなるほどシリンダボア4内のスワールは弱くなる。よって、本実施形態によれば、上流吸気通路用流量調整弁24の開度を大きくすると上流吸気ポート6からの吸気ガスの流出量が多くなるためシリンダボア4内の吸気ガスのスワールが弱くなり、開度を小さくすると流出量が少なくなるためスワールが強くなる。
Here, the
ただし、上流吸気通路用流量調整弁24の開度を小さくすると上流吸気通路の流路断面積が小さくなるためシリンダボア4に流出する吸気ガスに対する流抵抗が大きくなり、よってシリンダボア4内へ流出する吸気ガスの流量が減少せしめられる。逆に開度を大きくすると上流吸気通路の流路断面積が大きくなるため流抵抗が小さくなり、よって吸気ガスの流量が増大せしめられる。したがって、本実施形態によれば、上流吸気通路用流量調整弁24の開度を大きくするとシリンダボア4内の吸気ガスのスワール比が小さくなると共に吸気ガスの流量が多くなり、上流吸気通路用流量調整弁24の開度を小さくするとシリンダボア4内の吸気ガスのスワール比が大きくなると共に吸気ガスの流量が少なくなる。
However, if the opening degree of the upstream intake passage flow
上流サブ通路用流量調整弁25は、その開度を制御することにより、上流サブ通路内を流れる吸気ガスの流量を調整する。上述したように上流サブ通路21を通って出口端部23からシリンダボア4内に流出した吸気ガスはシリンダボア4内の吸気ガスのスワールを弱める。したがって、上流サブ通路用流量調整弁25の開度を大きくするとスワールが弱められ、開度を小さくするとスワールが強められる。
The upstream sub-passage flow rate adjustment valve 25 adjusts the flow rate of the intake gas flowing in the upstream sub-passage by controlling the opening degree thereof. As described above, the intake gas flowing into the cylinder bore 4 from the
また、上流吸気通路用流量調整弁24と同様に、上流サブ通路用流量調整弁25もその開度を小さくすると上流サブ通路21の流路断面積が小さくなるためシリンダボア4内に流出する吸気ガスに対する流抵抗が大きくなり、よってシリンダボア4内へ流出する吸気ガスの流量が減少せしめられる。逆に開度を大きくすると上流サブ通路21の流路断面積が大きくなるため流抵抗が小さくなり、よって吸気ガスの流量が増大せしめられる。したがって、本実施形態によれば、上流サブ通路用流量調整弁25の開度を大きくするとシリンダボア4内の吸気ガスのスワール比が小さくなると共に吸気ガスの流量が多くなり、上流サブ通路用流量調整弁25の開度を小さくするとシリンダボア4内の吸気ガスのスワール比が大きくなると共に吸気ガスの流量が少なくなる。
Similarly to the upstream intake passage flow
図6は、シリンダボア4内の吸気ガスに生じたスワールのスワール比と、シリンダボア4内に流出する吸気ガスの流量との関係を示す。図中の破線は、上流吸気通路用流量調整弁24を全開、上流サブ通路用流量調整弁25を全閉にしたときの関係を示している。この破線から矢印Rに向きにおいては上流吸気通路用流量調整弁24が閉じられていくに従って変化するスワール比と流量との関係を示しており、スワール比が大きく、流量が少なくなっていることが分かる。一方、この破線から矢印Lの向きにおいては上流サブ通路用流量調整弁25が開かれていくに従って変化するスワール比と流量との関係を示しており、徐々にスワール比が小さく、流量が多くなっていることが分かる。
FIG. 6 shows the relationship between the swirl ratio of the swirl generated in the intake gas in the cylinder bore 4 and the flow rate of the intake gas flowing out into the cylinder bore 4. The broken lines in the figure indicate the relationship when the upstream intake passage flow
このように本実施形態では、広範囲に亘って吸気ガスに生じたスワールのスワール比と、シリンダボア4内に流出する吸気ガスの流量との関係を変更することができ、このスワール比と流量との関係は機関運転状態に応じて変更せしめられる。ここで、機関運転状態とは、機関回転数、機関負荷、燃料噴射量、吸入空気量等が挙げられる。機関回転数を例にとると、低回転時にはスワール比が大きく、高回転時には流量が多くなるようにスワール比と流量との関係を変更する。 Thus, in this embodiment, the relationship between the swirl ratio of the swirl generated in the intake gas over a wide range and the flow rate of the intake gas flowing out into the cylinder bore 4 can be changed, and the relationship between the swirl ratio and the flow rate can be changed. The relationship is changed according to the engine operating state. Here, the engine operating state includes engine speed, engine load, fuel injection amount, intake air amount, and the like. Taking the engine speed as an example, the relationship between the swirl ratio and the flow rate is changed so that the swirl ratio is large at low revolutions and the flow rate is increased at high revolutions.
なお、図3および図4に示したように、上記実施形態ではサブ通路20、21の出口端部22、23は吸気ポート5、6の内壁面から突出しているが、出口端部22、23は内壁面から突出せずに内壁面に孔を設けただけの形態であってもよい。この場合、出口端部22、23が吸気ポート5、6内を流れる吸気ガスの流抵抗となることはなくなるが、出口端部22、23から流出した吸気ガスは吸気ポート5、6から流出する吸気ガスと干渉し易くなるため、その指向性が低下する。また、流量調整弁は、上流吸気通路および上流サブ通路だけでなく、下流吸気通路、下流サブ通路に設けられてもよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, the outlet ends 22 and 23 of the
上述した両実施形態において、両吸気ポート5、6の出口開口7、8の周囲に突出部14、15がそれぞれ設けられているが、下流吸気ポート5の出口開口7の周囲のみに突出部を設けてもよい。この場合、上流サブ通路の出口端部をシリンダボア4内の吸気ガスの旋回方向に対してほぼ垂直な方向に向けなくてもよく、シリンダボア4の反旋回方向に向けてもよい。これは上記実施形態では、上流吸気ポート6の出口開口8の反旋回方向側に突出部があるため上流サブ通路の出口端部を反旋回方向に向けると流出する吸気ガスが突出部に当たってしまう可能性があったが、突出部がなければ当たることもないためである。上流サブ通路の出口端部を反旋回方向に向けることにより効果的にシリンダボア4内の吸気ガスのスワールを弱めることができる。また、上流サブ通路の出口端部を旋回方向に向けて、上流サブ通路用流量調整弁25を開弁したときにシリンダボア4内の吸気ガスのスワールを強めるようにしてもよい。
In both of the above-described embodiments, the
1…内燃機関
2…シリンダブロック
3…シリンダヘッド
4…シリンダボア
7、8…出口開口
11…吸気弁
12…弁体
13…ステム
14、15…突出部
16…規制壁
17…スロープ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記突出部は上記規制壁に対してシリンダボア内の吸気ガスの旋回方向とは反対側にスロープを有し、該スロープはシリンダボアの径方向内側においてスロープ上を通過する吸気ガスをシリンダボアの径方向外側で旋回するように案内するように形成される内燃機関の吸気装置。 An intake port that is provided in the cylinder head and communicates with the cylinder bore, an intake valve that opens and closes an outlet opening of the intake port, and a protruding portion that protrudes from the surface of the cylinder head around the outlet opening of the intake port, In the intake device of the internal combustion engine, the protrusion has a restriction wall that suppresses the intake gas from flowing out from the intake port into the cylinder bore in a direction opposite to the swirling direction of the intake gas in the cylinder bore.
The protruding portion has a slope on the side opposite to the turning direction of the intake gas in the cylinder bore to the upper Symbol regulation wall, the slope radially of the cylinder bore of the intake gas passing over the slope in the radially inner side of the cylinder bore An intake device for an internal combustion engine configured to guide the vehicle so as to turn on the outside .
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