JPH0352984Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、エンジンの燃焼室（シリンダ室）に
形成される吸込空気スワール（旋回渦流）を調節
できるようにした可変スワールポート付エンジン
における吸気マニホルドに関する。

＜従来の技術＞ 例えば、直接噴射式デイーゼルエンジンのシリ
ンダヘツドには、空気を燃焼室に導くための吸気
ポートが設けられ、この吸気ポートに備えられた
吸気弁がエンジンの各行程に応じて開閉するよう
になつている。

上記吸気ポートから燃焼室に導入された空気は
圧縮され、噴射ノズルから噴出される燃料と混合
して爆発燃焼されるが、空気と燃料との混合状態
がよいほど燃焼効率が向上することは周知であ
る。

従来より、空気と燃料との混合状態をよくする
ため種々の手段が用いられているが、その一つと
してHSP構造と呼ばれるハイスワールポート
（強制渦流吸気孔）が挙げられる。

これは、第５図Ａ，Ｂに示すように、吸気ポー
ト０１を吸気弁０２の中心に対して少し偏心させ
て設け、吸気弁０２が下降して吸気ポート０１が
開放される吸入行程時に吸気ポート０１で偏向さ
れた吸込空気が燃焼室０３に導かれ、円周方向に
沿つてスワールが強制的に形成されるようにした
ものである。従つて、吸込空気と噴射ノズルから
噴射される燃料との混合状態が良くなり、燃焼効
率が向上するのである。

燃焼室に形成されるスワールの強さは種々の条
件から可変であることが望ましい。尚、スワール
の強弱は、燃焼室における吸気の旋回回転数とエ
ンジン回転数との比（スワール比と呼ばれてい
る）で表される。

スワール比とエンジンの性能との関係について
は、エンジン回転数が低速のときにはスワール比
を大きく、エンジン回転数が高速のときにはスワ
ール比を小さくした方がエンジンの性能の面でよ
いことが知られている。

スワール比の大小はNOx（窒素酸化物）の発生
量とも関係し、高スワール比になるほどNOx発
生量が増大することが知られている。

又、エンジンの負荷に対しては、低速で低負荷
であれば低スワール比が最適であり、中速におい
ても軽負荷から中負荷にかけて低スワール比でよ
く、高速においては負荷状態にかかわりなく低ス
ワール比が最適である。

更に、スワール比と熱損失との関係について
は、低スワール比の方が燃焼ガスからシリンダ壁
に吸収される熱損失が減少する。特に、軽負荷で
は、この熱損失の大小が燃費率の悪化、良化に対
応するため、この点からも低スワール比の方が有
利である。

上記のように各種条件に応じて最適スワール比
があることから、スワール比を可変とすべく、従
来では例えば特公昭51−7243号公報に示すような
機構が提案されている。これは第６図Ａ，Ｂに示
すようになつていて、図中１１２が燃焼室、１１
５が吸気ポート、１１６ａが吸気弁座である。上
記吸気ポート１１５は低スワール型をベースとし
た構造となつていて、仕切板１１７によつて左右
に二分割されたポート１１５ａ，１１５ｂとな
り、その一方のポート１１５ｂは開閉弁１１８に
より開閉自在である。

同図Ａに示すように開閉弁１１８を開放する
と、両方のポート１１５ａ，１１５ｂに吸気が導
びかれ、吸気弁座１１６ａを通過する流速が遅い
ので燃焼室１１２では低スワール状態となる。同
図Ｂに示すように開閉弁１１８を閉成すると、一
方のポート１１５ａのみに吸気が導びかれる。吸
気流路断面積が半減し、吸気弁座１１６ａ内径面
積以上に絞られるので吸気の流速が速くなり、燃
焼室１１２では高スワール状態となる。各状態で
のスワール成分は、図中矢印に示す方向と強さが
得られる。

この種構造のものでは、必要に応じてスワール
比を可変できるが、以下に述べる欠点がある。す
なわち、低スワール状態においては第７図Ａに示
すように、燃焼室１１２において単に一つの剛体
うず的な旋回流れが生じるだけであり、同図Ｂに
示すように剛体うずの中に燃焼室１１２の中心か
ら放射状に噴射される噴霧Ｆ…は図中矢印で示す
剛体うずから横風をうける程度の効果しか与えら
れないため、充分な噴霧Ｆ…と空気の混合が得ら
れない。さらに高スワール状態では、同図Ｃに示
すように吸気が一方のポート１１５ａを導びか
れ、仕切板１１７の端部を通過したところで流路
面積が急拡大することとなる。したがつて、剥離
による複数の渦流が生じたり、逆流などの損失が
ある。また、流路断面積が半減し、かつポート１
１５ａの断面積が狭いため多大の流路抵抗が生じ
るとともに吸気弁座１１６ａの一部分からしか吸
気が燃焼室１１２に流出しないので、流量係数が
低く吸気量が不足する。

スワールについての基本的な考え方として、高
スワール状態を得たい場合は燃焼室に対して吸気
を水平方向（周方向）から流入させるのが望まし
く、このとき吸気量は小である。低スワール状態
を得たい場合は燃焼室に対して吸気を垂直方向
（軸方向）から流入させるのが望ましく、このと
き吸気量は大となる。

ところが、第６図Ａ，Ｂに示す従来構造のもの
では、単に吸気ポート１１５を二分しただけであ
り、各スワール状態の切換えにともなつて吸気方
向も変換するまでには至らず、いずれの状態でも
吸気量の低減化として現れている。

なお、この他種々の構造がみられるが、全て充
分な吸気量を常に確保したままスワール状態を可
変することができず、また複雑な構造でコストに
悪影響を与えている。

＜考案が解決しようとする問題点＞ 上記のような従来の可変スワール構造における
欠点を解決するものとして、吸気弁の上流側に接
続された主ポート（吸気ポート）と主ポートの終
端部近くにある角度をもつて接続された前記主ポ
ートと独立する副ポートとからなる可変スワール
ポートが考えられ、前記副ポートを流れる空気量
を変えることによつてスワール比を変えることが
図られている。このスワールポートによれば燃焼
室への吸込空気量を減少させることなくスワール
比を変えることができるのである。

ところが、この可変スワールポートを有するエ
ンジンにおいて、副ポートを流れる空気量を変え
るにはその流量を制御する弁を設ける必要がある
が、シリンダヘツド部は余裕スペースが少ないた
め副ポートに弁を設けることは構造上難しいとい
う問題点があつた。

本考案は、上記問題点を解決するものであつ
て、可変スワールポートの主ポートと副ポートと
に個別に空気を送り込むと共に副ポートへの流入
空気量を制御することができるようにマニホルド
集合部に弁体を設けた吸気マニホルドを提供する
ことを目的とし、弁体支持部分のシール性を高め
且つ、余裕スペースの少ないシリンダヘツド部に
副ポートの空気流量を制御する弁を設けることを
不要とするものである。

＜問題点を解決するための手段＞ この目的を達成するための本考案にかかる吸気
マニホルドの構成は、吸気弁の上流側に接続され
た主ポートと該主ポートの終端部近くにある角度
をもつて接続された該主ポートと独立した副ポー
トとからなる可変スワールポートを有するエンジ
ンにおいて、マニホルド集合部から枝分かれした
マニホルド枝管部と、同枝管部内に設けられ前記
主ポートと連通する主通路と、前記枝管部内に設
けられるとともに上流端部が前記集合部内に突出
して形成され下流端部が前記副ポートに接続する
副通路と、前記集合部内に突出して形成された前
記副通路の上流端部に空気流通方向に直交するよ
うに貫通された丸棒状の弁体と、同弁体を開閉駆
動するアクチユエータとを備えたことを特徴とす
るものである。

＜作用＞ 吸気マニホルドのマニホルド集合部に流入した
空気はマニホルド枝管部においては主通路と副通
路に分流する。副通路の上流端部にある弁体の開
度をアクチユエータで開閉駆動して調節すること
により、副通路内を流れる空気量が変化し、それ
により副ポートに流れる空気量が変わつてスワー
ル比が制御される。また、弁体がマニホルド集合
部内に位置する副通路の上流端部にある為、弁体
支持部分の吸気マニホルド外に対するシール部分
が減少して、外気に対するシール性が向上する。
一方、主通路には弁の開度とは無関係に空気が流
通して主ポートに所要の空気が送り込まれる。

＜実施例＞ 以下、本考案の一実施例を図面により具体的に
説明する。

第１図は本考案の一実施例にかかる吸気マニホ
ルドの一部破断斜視図、第２図はそれが取付けら
れたエンジンの平面に沿つて断面にした断面図、
第３図はその側断面図、第４図は本実施例にかか
るスワール制御装置の概略構成図である。

図面において、１１はエンジンで、１２はその
シリンダブロツク、１３はシリンダライナ、１４
はピストン、１５はシリンダブロツク１２の上部
に結合されたシリンダヘツド、１６はシリンダラ
イナ１３、ピストン１４、シリンダヘツド１５に
より構成される燃焼室（シリンダ室）である。シ
リンダヘツド１５には可変スワール吸気系が設け
られており、１７はシリンダヘツド１５に設けら
れた吸気弁座、１８は吸気弁座１７を開閉する吸
気弁、１９は吸気弁１８の上流側に設けられてい
る主ポート、２０は主ポート１９の終端部（本実
施例では巻終り部）に接続されている前記主ポー
ト１９と独立した副ポートである。前記主ポート
１９は、吸気弁１８中心に対し少し偏心して設け
られており、外部空気を吸気弁座１７を通して燃
焼室１６内に流入案内したときに高スワール比を
得るのに最適な形状となつている。又、前記副ポ
ート２０は主ポート１９の終端部にある角度をも
つて接続されており、燃焼室１６への空気の供給
が円滑になされるようになつている。前記吸気弁
１８はタイミングをとつて吸気弁座１７を開閉す
るように駆動される。尚、図では省略されている
が、シリンダヘツド１５には、排気弁、排気ポー
ト等からなる排気系が設けられており、又、燃焼
室１６に臨ませて燃料噴射ノズルが設けられてい
る。

シリンダヘツド１５には吸気マニホルド２１が
接続される。吸気マニホルド２１は、図示しない
エアクリーナに接続される入口部２１ａと、それ
に続くマニホルド集合部２１ｂと、この集合部２
１ｂから枝分かれして各シリンダヘツド１５にそ
れぞれ接続される複数のマニホルド枝管部２１ｃ
を有しており、各枝管部２１ｃにはその内部を主
通路２２と副通路２３との２つに仕切る仕切板２
４が設けられている。これら主通路２２及び副通
路２３の先端である下流端部は各々シリンダヘツ
ド１５の主ポート１９及び副ポート２０に接続さ
れ、それにより各ポート１９，２０を集合部２１
ｂに連通させている。又、副通路２３の基端部で
ある上流端部が集合部２１ｂ内に突出して形成さ
れており、この上流端部には当該通路２３を開閉
してそこを流れる空気量を制御する弁体２５が回
動自在に設けられている。弁体２５は各枝管部２
１ｃに亘つて貫通し且つ空気流通方向に直交する
ような方向に伸びる丸棒状をなすと共に、各副通
路２３内に位置する弁部２５ａは板状となつてお
り、この弁部２５ａが副通路２３と平行な略水平
になつた状態で副通路２３は全開とされ、それと
直角を成す略鉛直になつた状態で副通路２３は全
閉となる。そして、第２図に示すように、弁体２
５を支持する弁体支持部分３０が、吸気マニホル
ド２１内に位置して形成されている為、外気に対
するシール性が向上することとなる。さらに、こ
の弁体２５の一方の端部には弁体２５を回動させ
てそれを開閉作動させるためのアクチユエータ２
６が連結されており、このアクチユエータ２６の
作動による副通路２３の開度調整により副通路２
３を流れる空気量が調整され、つまり副ポート２
０から燃焼室１６に入る空気量が調整され、スワ
ールに変化が与えられる。ここで、スワール比を
高くとりたい場合は副通路２３を閉じ、低くとり
たい場合に副通路２３を開放する。すなわち、主
ポート１９からのみ吸気を導入するときは順方向
の主スワールだけが発生して高スワール比が得ら
れるのに対して、副ポート２０からも吸気を導入
するとそこから逆方向の逆スワールが発生してそ
れが主スワールと衝突し、逆スワール量に応じて
全体として順方向のスワールが減殺されて低スワ
ールとなる。

前記アクチユエータ２６は制御系としてのコン
トロールユニツト２７からの制御信号により制御
されるようになつている。コントロールユニツト
２７にはアクチユエータ２６の作動の基準となる
最適スワールマツプＭが記憶されており、このス
ワールマツプＭからエンジン１１の負荷、回転数
に応じてその運転状態における最適スワール比が
選択されると共にそれに基づいてアクチユエータ
２６に対する制御信号が発せられる。尚、エンジ
ン１１の負荷はアクセルペダル２８の踏み込み量
を検出することによりなされ、又、エンジン１１
の回転数はタコジエネレータ２９により検出さ
れ、それぞれコントロールユニツト２７に入力さ
れる。

＜考案の効果＞ 以上、一実施例を挙げて詳細に説明したように
本考案の吸気マニホルドによれば、可変スワール
ポートの主ポートと副ポートとにそれぞれ個別に
空気を送り込む主通路と副通路とを有し、且つ副
通路を流れる空気量を制御する弁を設けたので、
副ポートへの流入空気量を調節することができ、
従つてシリンダヘツド部に弁を設けることなくス
ワールを可変とすることが可能となる。

また、弁体の貫通部分がマニホルド集合部の内
部に位置している為、弁体の支持部分の外気に対
するシール性も高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例にかかる吸気マニホ
ルドの一部破断斜視図、第２図はそれが取付けら
れたエンジンの平面に沿つて断面にした断面図、
第３図はその側断面図、第４図は本実施例にかか
るスワール制御装置の概略構成図である。また、
第５図Ａは従来例にかかる吸気装置の横断平面
図、第５図Ｂは第５図ＡのＢ−Ｂ断面図、第６図
Ａ，Ｂは他の従来例にかかる吸気装置におけるス
ワール成分の説明図、第７図Ａはその概略斜視
図、第７図Ｂはその噴霧状態の説明図、第７図Ｃ
はその吸気状態の説明図である。 図面中、１９は主ポート、２０は副ポート、２
１は吸気マニホルド、２１ａ入口部、２１ｂはマ
ニホルド集合部、２１ｃはマニホルド枝管部、２
２は主通路、２３は副通路、２５は弁体、２６は
アクチユエータである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 吸気弁の上流側に接続された主ポートと該主ポ
   ートの終端部近くにある角度をもつて接続された
   該主ポートと独立した副ポートとからなる可変ス
   ワールポートを有するエンジンにおいて、マニホ
   ルド集合部から枝分かれしたマニホルド枝管部
   と、同枝管部内に設けられ前記主ポートと連通す
   る主通路と、前記枝管部内に設けられるとともに
   上流端部が前記集合部内に突出して形成され下流
   端部が前記副ポートに接続する副通路と、前記集
   合部内に突出して形成された前記副通路の上流端
   部に空気流通方向に直交するように貫通された丸
   棒状の弁体と、同弁体を開閉駆動するアクチユエ
   ータとを備えたことを特徴とする可変スワールポ
   ート付エンジンにおける吸気マニホルド。