JPH0650057B2 - Swirl control device - Google Patents

Swirl control device

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JPH0650057B2
JPH0650057B2 JP60183816A JP18381685A JPH0650057B2 JP H0650057 B2 JPH0650057 B2 JP H0650057B2 JP 60183816 A JP60183816 A JP 60183816A JP 18381685 A JP18381685 A JP 18381685A JP H0650057 B2 JPH0650057 B2 JP H0650057B2
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JP
Japan
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swirl
combustion chamber
intake
port
engine
Prior art date
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JP60183816A
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Japanese (ja)
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JPS6245932A (en
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泰三 嶋田
俊生 津田
秀一 小室
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Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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Publication date
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Publication of JPH0650057B2 publication Critical patent/JPH0650057B2/en
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、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)の制御装置に関する。
The present invention relates to a control device for a suction air swirl (swirl vortex) formed in a combustion chamber (cylinder chamber) of an engine.

<従来の技術> 例えば、直接噴射式ディーゼルエンジンのシリンダヘッ
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っている。
<Prior Art> For example, a cylinder head of a direct injection diesel engine is provided with an intake port for introducing air into a combustion chamber, and an intake valve provided in the intake port opens and closes according to each stroke of the engine. It is supposed to do.

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。
The air introduced from the intake port into the combustion chamber is compressed and mixed with the fuel ejected from the injection nozzle for explosive combustion. It is well known that the better the mixed state of the air and the fuel, the higher the combustion efficiency. Is.

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。
Conventionally, various means have been used to improve the mixed state of air and fuel, and one of them is a high swirl port (forced swirl inlet) called an HSP structure.

これは、第14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、円周方向に沿っ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。従って、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。
As shown in FIGS. 14 (A) and (B), this is the intake port 01
Is slightly eccentric with respect to the center of the intake valve 02, and the intake air deflected by the intake port 01 is guided to the combustion chamber 03 during the intake stroke when the intake valve 02 is lowered and the intake port 01 is opened. The swirl is forcibly formed along the direction. Therefore, the mixed state of the intake air and the fuel injected from the injection nozzle is improved, and the combustion efficiency is improved.

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。
It is desirable that the strength of the swirl formed in the combustion chamber be variable under various conditions. The strength of the swirl is represented by the ratio of the rotational speed of the intake air in the combustion chamber to the engine speed (called the swirl ratio).

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。
Regarding the relationship between the swirl ratio and engine performance, it is known that it is better in terms of engine performance to increase the swirl ratio when the engine speed is low and decrease the swirl ratio when the engine speed is high. There is.

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。
It is known that the magnitude of the swirl ratio is also related to the amount of NOx (nitrogen oxide) generated, and the higher the swirl ratio, the greater the amount of NOx generated.

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。
For the engine load, a low swirl ratio is optimal at low speeds and low loads, and a low swirl ratio from light to medium loads is sufficient even at medium speeds, and at high speeds it is low regardless of load conditions. The swirl ratio is optimal.

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。
Further, regarding the relationship between the swirl ratio and the heat loss, the lower swirl ratio reduces the heat loss absorbed from the combustion gas into the cylinder wall. In particular, at light loads, the magnitude of this heat loss corresponds to the deterioration and improvement of the fuel efficiency, and from this point as well, the low swirl ratio is more advantageous.

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15図(A)(B)に示すようになってい
て、図中112が燃焼室、115が吸気ポート、116
a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っていて、仕切壁117に
よっ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。
Since there is an optimum swirl ratio according to various conditions as described above, in order to make the swirl ratio variable, conventionally, for example, a mechanism as disclosed in Japanese Patent Publication No. 51-7243 has been proposed. This is as shown in FIGS. 15A and 15B, in which 112 is a combustion chamber, 115 is an intake port, and 116 is
a is an intake valve seat. The intake port 115 has a structure based on a low swirl type, and is divided into left and right ports 115a and 115b by a partition wall 117, and one of the ports 115b can be opened and closed by an open / close valve 118.

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1
18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116
a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。
When the on-off valve 118 is opened as shown in FIG. 9A, intake air is guided to both ports 115a and 115b, and the flow velocity passing through the intake valve seat 116a is low, so the combustion chamber 112 is in a low swirl state. Open / close valve 1 as shown in FIG.
When the valve 18 is closed, intake air is guided to only one port 115a. The intake passage cross-sectional area is halved, and the intake valve seat 116
aBecause it is narrowed down to more than the inner diameter area, the flow velocity of intake air becomes faster,
The combustion chamber 112 is in a high swirl state. The swirl component in each state has the direction and strength indicated by the arrow in the figure.

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16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1
17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。したがって、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115aの断面積が狭いため多大な流路
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。
With this type of structure, the swirl ratio can be varied as necessary, but it has the following drawbacks. That is, in the low swirl state, as shown in FIG. 16 (A), only one rigid vortex-like swirling flow occurs in the combustion chamber 112, and in the rigid vortex shown in FIG. 16 (B). Further, since the spray F that is radially injected from the center of the combustion chamber 112 has only the effect of receiving a side wind from the rigid vortex indicated by the arrow in the figure, sufficient mixing of the spray F and air cannot be obtained. Further, in the high swirl state, the intake air is guided to one port 115a as shown in FIG.
When passing through the end portion of 17, the flow channel area is rapidly expanded. Therefore, there are several eddy currents due to separation, and there are losses such as backflow. Further, since the flow passage cross-sectional area is halved and the port 115a has a narrow cross-sectional area, a great flow passage resistance is generated and the intake air flows out into the combustion chamber 112 only from a part of the intake valve seat 116a. Insufficient amount.

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。
As a basic concept of swirl, when it is desired to obtain a high swirl state, it is desirable to let the intake air flow into the combustion chamber in the horizontal direction (circumferential direction), and at this time, the intake air amount is small. In order to obtain a low swirl state, it is desirable to let the intake air flow into the combustion chamber in the vertical direction (axial direction), and at this time, the intake air amount becomes large.

ところが、第15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っ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。
However, in the conventional structure shown in FIGS. 15 (A) and (B),
The intake port 115 is simply divided into two parts, and the intake direction is not changed with the switching of each swirl state, and the intake amount is reduced in any state.

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。
Although various other structures can be seen, the swirl state cannot be varied while always ensuring a sufficient intake amount, and the complicated structure adversely affects the cost.

<発明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
もって接続され、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っ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。
<Problems to be Solved by the Invention> As a solution to the above-mentioned drawbacks of the conventional variable swirl structure, a main port (intake port) connected to the upstream side of the intake valve and a terminal end of the main port are provided. A variable swirl port, which is connected at a certain angle and consists of a sub-port independent of the main port, is considered, and the swirl ratio is changed by changing the amount of air flowing through the sub-port. With this swirl port, the swirl ratio can be changed without reducing the amount of intake air into the combustion chamber.

本発明は上記可変スワールポートを吸気系として用い
て、前述の各種条件に応じた最適スワール比が得られる
ようにし、もってエンジンの性能向上、燃費率の向上、
NOxの低減等を図ることを目的とする。
The present invention uses the variable swirl port as an intake system to obtain an optimum swirl ratio according to the various conditions described above, thereby improving engine performance and improving fuel efficiency.
The purpose is to reduce NOx.

<問題点を解決するための手段> 上記目的を達成するための本発明の構成は、燃焼室の吸
気弁上流側に接続され前記燃焼室内に流入される空気を
順方向スワール流とする主ポートと、同主ポートとは別
に同主ポートの上方から下方向に延び吸気が吸気弁座を
介して燃焼室内に直接導かれるように前記吸気弁座近傍
に接続されるとともに吸気弁と前記吸気弁座との隙間か
ら燃焼室内に流入する際の吸気流の燃焼室軸線に対して
垂直方向の速度成分によって前記燃焼室内で前記順方向
スワール流と反対の逆方向スワール流を形成せしめる副
ポートと、同副ポートを流れる空気量を変えて前記燃焼
室内で前記順方向スワール流と前記逆方向スワール流と
の総和から生成される順方向スワール流のスワール比を
変える弁機構と、エンジンの負荷及び回転数に基づいて
スワール比を選択して弁機構を操作する弁制御系と、前
記弁制御系においてエンジンが高回転時または中回転の
低・中負荷時に低スワール比を選択し、さらに燃料噴射
タイミングを早める制御を行うタイミング制御手段とを
備えたことを特徴とするスワール制御装置に存する。
<Means for Solving the Problems> The configuration of the present invention for achieving the above object is a main port that is connected to an upstream side of an intake valve of a combustion chamber and uses air that flows into the combustion chamber as a forward swirl flow. In addition to the main port, the intake port extends downward from above the main port and is connected near the intake valve seat so that intake air is directly guided into the combustion chamber through the intake valve seat, and the intake valve and the intake valve are connected. A sub-port for forming a reverse swirl flow opposite to the forward swirl flow in the combustion chamber by a velocity component in the direction perpendicular to the combustion chamber axis of the intake flow when flowing into the combustion chamber from the gap with the seat, A valve mechanism that changes the swirl ratio of the forward swirl flow generated from the sum of the forward swirl flow and the reverse swirl flow in the combustion chamber by changing the amount of air flowing through the sub-port, and the engine load and rotation. A valve control system that operates a valve mechanism by selecting a swirl ratio based on the number of revolutions, and a low swirl ratio is selected in the valve control system when the engine is in high rotation or low / medium load in medium rotation, and further fuel injection is performed. The swirl control device further comprises a timing control means for controlling the timing to be advanced.

<実 施 例> 第1図には本発明に係るスワール制御装置の一実施例の
概略構成を示し、第2図にはエンジンを平面に沿い断面
とした概略構成を示し、第3図にはエンジンの側断面を
示してある。
<Examples> FIG. 1 shows a schematic structure of an embodiment of a swirl control device according to the present invention, FIG. 2 shows a schematic structure of a cross section of an engine along a plane, and FIG. The side section of the engine is shown.

1はエンジンで、2はそのシリンダブロック、3はシリ
ンダライナ、4はピストン、5はシリンダブロック2上
部に結合されたシリンダヘッド、6はシリンダライナ
3、ピストン4、シリンダヘッド5により構成される燃
焼室(シリンダ室)である。シリンダヘッド5には可変
スワール吸気系が設けられており、7はシリンダヘッド
5に設けられた吸気弁座、8は吸気弁座7を開閉する吸
気弁、9は吸気弁8の上流側に設けられている主ポー
ト、10は主ポート9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9と独立した副ポートで
ある。前記主ポート9は、吸気弁8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7を通して燃
焼室6内に流入案内したときに高スワール比を得るのに
最適な形状となっている。又、前記副ポート10は主ポ
ート9の終端部にある角度をもって接続されており、燃
焼室6への空気の供給が円滑になされるようになってい
る。前記吸気弁8はタイミングをとって吸気弁座7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、シリンダヘッド5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6に臨ませて燃
料噴射ノズルが設けられている。
Reference numeral 1 is an engine, 2 is its cylinder block, 3 is a cylinder liner, 4 is a piston, 5 is a cylinder head connected to the upper part of the cylinder block 2, 6 is a combustion composed of a cylinder liner 3, a piston 4 and a cylinder head 5. Chamber (cylinder chamber). A variable swirl intake system is provided in the cylinder head 5, 7 is an intake valve seat provided in the cylinder head 5, 8 is an intake valve that opens and closes the intake valve seat 7, and 9 is provided upstream of the intake valve 8. The main port, 10 is the terminal end of the main port 9 (end of winding in this embodiment)
It is a sub-port independent from the main port 9 connected to. The main port 9 is provided so as to be slightly eccentric with respect to the center of the intake valve 8 and has an optimum shape for obtaining a high swirl ratio when external air is guided into the combustion chamber 6 through the intake valve seat 7. ing. The sub-port 10 is connected to the end of the main port 9 at an angle so that the air can be smoothly supplied to the combustion chamber 6. The intake valve 8 is driven to open and close the intake valve seat 7 at a timing. Although not shown in the drawing, the cylinder head 5 is provided with an exhaust system including an exhaust valve, an exhaust port, and the like, and a fuel injection nozzle is provided so as to face the combustion chamber 6.

シリンダヘッド5には吸気マニホルド11が接続されて
おり、吸気マニホルド11の主空気通路12、副空気通
路13はおのおの主ポート9、副ポート10に接続され
ている。副空気通路13には当該通路13を開閉する弁
体14が設けられており、この弁体14の端部には弁体
14を開閉作動させるためのアクチュエータ15が連結
されている。弁体14の弁部14aは板状となってお
り、この弁部14aが略水平になった状態で通路13は
全開とされ、略鉛直になった状態で副空気通路13は全
閉となる。アクチュエータ15の作動による副空気通路
13の開度調整によりここを流れる空気量が調整され、
つまり副ポート10から燃焼室6に入る空気量が調整さ
れ、スワールに変化が与えられるのである。
An intake manifold 11 is connected to the cylinder head 5, and the main air passage 12 and the sub air passage 13 of the intake manifold 11 are connected to the main port 9 and the sub port 10, respectively. The sub air passage 13 is provided with a valve body 14 that opens and closes the passage 13, and an actuator 15 for opening and closing the valve body 14 is connected to an end of the valve body 14. The valve portion 14a of the valve body 14 has a plate shape, and the passage 13 is fully opened when the valve portion 14a is substantially horizontal, and the sub air passage 13 is fully closed when the valve portion 14a is substantially vertical. . By adjusting the opening degree of the sub air passage 13 by the operation of the actuator 15, the amount of air flowing therethrough is adjusted,
That is, the amount of air entering the combustion chamber 6 from the sub port 10 is adjusted, and the swirl is changed.

上記吸気弁8が下降して主ポート9が開放する吸込行程
時に、吸込空気が吸気弁座を介して燃焼室6に導びか
れ、ここでその円周方向に沿ってスワールを強制的に形
成されることとなる。この空気は、図示しない噴射ノズ
ルから噴出される燃料と混合し、燃焼する。
During the intake stroke in which the intake valve 8 descends and the main port 9 opens, intake air is guided into the combustion chamber 6 via the intake valve seat, where a swirl is forcedly formed along the circumferential direction. Will be done. This air mixes with fuel injected from an injection nozzle (not shown) and burns.

上記弁体14は燃焼室6に導入される吸気のスワール比
を高くとりたい場合に閉成し、低くとりたい場合に開放
する。高スワール状態は第4図(A)(B)、低スワール状態
は第5図(A)(B)から説明できる。すなわち各図(A)にお
いて吸気弁座7を8等分し、1ないし8の番号を附す。
各番号の位置が、図中矢印に示す方向と、矢印の長さに
相当する強さの吸気が燃焼室6に吸入される。番号1か
ら4までのスワール成分は、燃焼室6においても主ポー
ト9における吸気方向が燃焼室6中心O回りに作る時
計回り方向(+)に沿うので順スワール方向成分となり、
これらのモーメントは順スワール方向モーメントとな
る。番号5から8のスワール成分は、上記中心Oの回
りに反時計回り方向(-)に回転しようとするので逆スワ
ール成分となり、これらのモーメントは逆スワール方向
モーメントとなる。各図(B)において、各番号のスワー
ル成分モーメントの大きさを、順,逆方向別に矢印で示
す。なお、Oは吸気弁座7の中心点である。第4図
(A)(B)の場合は、副ポート10が閉成されているところ
から、順スワール方向モーメントの総和と逆スワール方
向モーメントの総和との差が充分大きく、全体として高
スワール状態となる。ところが、第5図(A)(B)の場合
は、副ポート10が開放されているところから、ここから
も吸気が燃焼室6に導びかれ、特に番号6,7附近の逆
スワール方向モーメントが大となる。この方向のモーメ
ントの総和は順スワール方向モーメントの総和に近づ
く。燃焼室6における順スワール方向の吸気に、副ポー
ト10から導びかれた逆スワール方向の吸気が衝突し、
かつ互いに相殺し合って低スワール状態を得る。ただ
し、吸気流量としては、本来、主ポート9から流入する
分に加えて副ポート10から流入する分が確保される。
さらに、副ポート10が略垂直に近く立っているので、
燃焼室6への吸気流入が円滑である。したがって、低ス
ワール状態であって、しかも吸気量は充分である。特
に、エンジンが高回転域の場合には低スワール状態が良
いことは先きに説明した通りであるが、副ポート10を
開放すれば充分な吸気量を確保してその状態が得られ
る。また第6図(A)(B)に示すように、主ポート9からの
順方向高スワール(図中白矢印で示す)と、副ポート1
0からの逆方向スワール(図中黒矢印で示す)とが燃焼
室6で互いに干渉し合い、回転方向の異る2つの渦を発
生させるとともにこれらの周辺にも多数の小さな渦ある
いは乱れを多数生じさせる。これら多数の渦あるいは乱
れは、圧縮行程後も若干残留して同図(C)に示すように
噴霧F…と空気との混合を良好化し、燃焼効率の改善、
スモークおよび排気ガスの低減に役立つ。高スワール状
態では、第7図に示すように流線形の滑らかな主ポート
9形状に沿って吸気は必要最小限の速度で円滑に、かつ
損失なく導びかれる。しかも、吸気弁座7の全周から均
等に燃焼室6に導びかれるので、スワールも高く、吸気
量も非常に多い。なお、高スワール状態で副ポート10
が主ポート9中の吸気の流れに悪影響を及ぼすことはな
い。
The valve body 14 is closed when the swirl ratio of the intake air introduced into the combustion chamber 6 is desired to be high, and is opened when the swirl ratio is desired to be low. The high swirl state can be explained with reference to FIGS. 4 (A) and (B), and the low swirl state with reference to FIGS. 5 (A) and 5 (B). That is, in each figure (A), the intake valve seat 7 is divided into eight equal parts and the numbers 1 to 8 are given.
Intake is carried out to the combustion chamber 6 at the position of each number and in the direction indicated by the arrow in the figure, and the strength corresponding to the length of the arrow. The swirl components of numbers 1 to 4 are forward swirl components because the intake direction in the main port 9 also follows the clockwise direction (+) created around the center O 1 of the combustion chamber 6 in the combustion chamber 6 as well.
These moments are forward swirl moments. The swirl components of numbers 5 to 8 are anti-swirl components because they try to rotate in the counterclockwise direction (-) around the center O 1 , and these moments are anti-swirl direction moments. In each figure (B), the magnitude of the swirl component moment of each number is indicated by arrows in the forward and reverse directions. O 2 is the center point of the intake valve seat 7. Fig. 4
In the cases of (A) and (B), since the auxiliary port 10 is closed, the difference between the sum of the forward swirl direction moments and the sum of the reverse swirl direction moments is sufficiently large, resulting in a high swirl state as a whole. However, in the case of FIGS. 5 (A) and 5 (B), since the auxiliary port 10 is open, the intake air is also guided from here to the combustion chamber 6, especially the moments in the reverse swirl direction near the numbers 6 and 7. Is large. The sum of moments in this direction approaches the sum of forward swirl moments. The intake air in the forward swirl direction in the combustion chamber 6 collides with the intake air in the reverse swirl direction guided from the auxiliary port 10,
And they cancel each other out to get a low swirl state. However, as the intake air flow rate, originally, the amount that flows in from the sub port 10 in addition to the amount that flows in from the main port 9 is secured.
Furthermore, since the sub-port 10 stands nearly vertically,
The intake air flows into the combustion chamber 6 smoothly. Therefore, in the low swirl state, the intake amount is sufficient. In particular, when the engine is in the high rotation range, the low swirl state is good as described above, but if the sub port 10 is opened, a sufficient intake amount can be secured and that state can be obtained. Further, as shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), the forward high swirl from the main port 9 (shown by a white arrow in the figure) and the sub port 1
Reverse swirls from 0 (indicated by black arrows in the figure) interfere with each other in the combustion chamber 6 to generate two vortices with different rotation directions, and many small vortices or turbulences around them. Give rise to. Many of these vortices or turbulences remain slightly after the compression stroke and improve the mixing of the sprays F ... with air as shown in FIG. 6 (C) to improve the combustion efficiency.
Helps reduce smoke and exhaust emissions. In the high swirl state, the intake air is guided smoothly along the streamlined smooth main port 9 shape as shown in FIG. 7 at the minimum necessary speed and without loss. Moreover, since it is uniformly guided to the combustion chamber 6 from the entire circumference of the intake valve seat 7, the swirl is high and the intake amount is very large. In addition, in high swirl state, sub port 10
Does not adversely affect the flow of intake air in the main port 9.

前記アクチュエータ15は制御系としてのコントロール
ユニット16からの制御信号により開閉動制御される。
コントロールユニット16にはアクチュエータ15の作
動の基準となる最適スワールマップMが記憶されてい
る。このスワールマップMは、エンジン1の負荷、回転
数に基づき、その運転状態における最適スワール比が選
択できるようになっている。尚、エンジン1の負荷は、
アクセルペダル17の踏み込み量を検出することにより
なされ、又、エンジン1の回転数(Ne)はタコジェネレ
ータ18により検出され、コントロールユニット16に
入力される。図中、19は噴射ポンプである。
The actuator 15 is controlled to open and close by a control signal from a control unit 16 as a control system.
The control unit 16 stores an optimum swirl map M that serves as a reference for operating the actuator 15. In this swirl map M, the optimum swirl ratio in the operating state can be selected based on the load and the rotation speed of the engine 1. The load of the engine 1 is
This is performed by detecting the depression amount of the accelerator pedal 17, and the rotation speed (Ne) of the engine 1 is detected by the tachogenerator 18 and input to the control unit 16. In the figure, 19 is an injection pump.

コントロールユニット16に記憶される最適スワールマ
ップMは、エンジン1の負荷、回転数に応じた最適な運
転状態が得られるように決められるのであるが、その判
断材料となるスワール比と各性能との関係を第8図ない
し第11図に示す。
The optimum swirl map M stored in the control unit 16 is determined so as to obtain an optimum operating state according to the load and the rotation speed of the engine 1. The relationship is shown in FIGS. 8 to 11.

第8図にはスワール比と6モード値におけるNOx排出量
との関係を示してあり、第9図には全負荷で異なる回転
速度時におけるスワール比と燃費率、排煙濃度との関係
を示してあり、第10図には一例として45%Ne(低速)にお
けるスワール比と異なる負荷における燃費率、排煙濃度
との関係を示してあり、第11図にはエンジンのある回転
数、負荷における燃費率変化量とNOx変化量、排煙濃度
変化量との関係についてスワール比を変えた場合の傾向
を示してあり、第12図にはエンジンのある回転数、負荷
における燃費率変化量とdp/dθ変化量、Pmax 変化量と
の関係についてスワール比を変えた場合の傾向を示して
ある。第11図及び第12図において、a,b,c…j
は測定点であり、図中の数字は一例としてのスワール比
である。第12図におけるPmaxは最大筒内圧であり、
エンジンがに要求される耐久性を決める目やすとなる。
又、dp/dθは時間に対する筒内圧の変化を示し、騒音発
生の目やすとなっている。これらPmax,dp/dθはいず
れも低い値であることが望ましい。
Fig. 8 shows the relationship between the swirl ratio and the NOx emission amount in the 6-mode value, and Fig. 9 shows the relationship between the swirl ratio, the fuel consumption rate, and the smoke concentration at different rotation speeds at full load. As an example, Fig. 10 shows the relationship between the swirl ratio at 45% Ne (low speed) and the fuel efficiency and smoke concentration at different loads. Fig. 11 shows the engine speed and load at a certain load. The relationship between the amount of change in fuel consumption rate, the amount of change in NOx, and the amount of change in smoke concentration is shown when the swirl ratio is changed.Fig. 12 shows the amount of change in fuel consumption rate at a certain engine speed, load, and dp. Regarding the relationship between / dθ change amount and Pmax change amount, the tendency when the swirl ratio is changed is shown. 11 and 12, a, b, c ... j
Is a measurement point, and the numbers in the figure are swirl ratios as an example. Pmax in FIG. 12 is the maximum cylinder pressure,
It is easy to determine the durability required for the engine.
Further, dp / dθ shows the change of the in-cylinder pressure with respect to time, which facilitates the generation of noise. Both Pmax and dp / dθ are desirably low values.

第8図に示すように6モード値においてはスワール比が
小さいほどNOx低減となる。
As shown in FIG. 8, in the 6-mode value, the smaller the swirl ratio, the more NOx is reduced.

第9図に示すようにエンジンの回転数Neが100%(高
速)では低スワール比、65%(中速)では中スワール
比、30%(低速)では高スワール比とした方が燃費
率、排煙温度ともよい。
As shown in FIG. 9, when the engine speed Ne is 100% (high speed), a low swirl ratio, 65% (medium speed) is a medium swirl ratio, and 30% (low speed) is a high swirl ratio. The smoke temperature is also good.

第10図に示すように低速45%Neにおける4/4,3/
4,2/4負荷では高スワール比とした方が燃費率、排煙濃
度も良好となるが、それ以下の負荷では、低スワール比
とした方が燃費率向上となる。その理由は、軽負荷ほど
冷却損失の影響を受けやすいことによる。燃焼ガスから
シリンダライナ、ピストン、シリンダヘッド下面等への
熱伝達はガス流動速度のn乗に比例することから軽負荷
では、スワール速度が小さい方が燃費率が良くなるので
ある。
As shown in Fig. 10, 4/4, 3 / at low speed 45% Ne
At 4 and 2/4 loads, a high swirl ratio improves the fuel efficiency and smoke concentration, but for loads below that, a low swirl ratio improves the fuel efficiency. The reason is that the lighter the load, the more susceptible it is to cooling loss. The heat transfer from the combustion gas to the cylinder liner, the piston, the lower surface of the cylinder head, etc. is proportional to the n-th power of the gas flow velocity. Therefore, at light load, the smaller the swirl speed, the better the fuel consumption rate.

又、第11図に示すように、スワール比を下げるほどエ
ンジンのあらゆる運転状態におけるNOxは低下する。
Further, as shown in FIG. 11, the lower the swirl ratio, the lower the NOx in all operating conditions of the engine.

更に、第12図に示すように、スワール比を下げるほど
エンジンのあらゆる運転状態においてPmax ,dp/dθが
低下し、エンジンの耐久性の向上、騒音の低減が図れ
る。
Further, as shown in FIG. 12, as the swirl ratio is lowered, Pmax and dp / dθ are lowered in all operating conditions of the engine, so that the durability of the engine can be improved and the noise can be reduced.

従って、スワール比を変えても性能に大差ない領域では
低スワール比を選択するのを原則とする。又、高速や低
中速の部分負荷ではスワール比を低下させるほど、燃費
率が向上するばかりでなく、NOxが低下し(排ガスがき
れいとなり)、Pmax が低下し(エンジン耐久性が向上
し)、dp/dθも低下し(騒音が低減し)、あらゆる点で
有利となる。
Therefore, in principle, select a low swirl ratio in a region where there is no great difference in performance even if the swirl ratio is changed. In addition, as the swirl ratio is reduced at high-speed and low-medium-speed partial loads, not only the fuel efficiency improves, but NOx also decreases (exhaust gas becomes clean) and Pmax decreases (engine durability improves). , Dp / dθ is also reduced (noise is reduced), which is advantageous in all respects.

以上を考慮して得られるスワールマップMとしては、少
なくとも低速、高負荷領域では高スワール比として、そ
の他の領域では中,低スワール比とするのである。
The swirl map M obtained in consideration of the above has a high swirl ratio at least in the low speed and high load region and a medium and low swirl ratio in the other regions.

第1図に示すスワールマップMでは、低速・高負荷領
域、低中速・低中高負荷領域、低中高速・低中高負荷領
域を階段状に仕切り、それぞれを高スワール比領域(例
えばスワール比4.3)、中スワール比領域(例えばス
ワール比3.3)、低スワール比領域(例えばスワール
比2.0)としてある。
In the swirl map M shown in FIG. 1, low-speed / high-load regions, low-medium-speed / low-middle-high-load regions, low-medium-high-speed / low-medium-high load regions are partitioned in steps, and each is divided into high swirl ratio regions (for example, swirl ratio 4 .3), a medium swirl ratio region (for example, swirl ratio 3.3), and a low swirl ratio region (for example, swirl ratio 2.0).

上記マップに基づき、エンジン1の負荷、回転数に応じ
て最適のスワール比が選択され、当該スワール比となる
ようにアクチュエータ15が制御され、副ポート10か
ら燃焼室6に吸引される空気量が変えられ、スワール比
が変更されるのである。
Based on the above map, the optimum swirl ratio is selected according to the load and the rotational speed of the engine 1, the actuator 15 is controlled so that the swirl ratio becomes the relevant swirl ratio, and the amount of air sucked into the combustion chamber 6 from the auxiliary port 10 is reduced. It is changed, and the swirl ratio is changed.

ところで、第11図からわかるように、運転状態によっ
ては、低スワール比とした場合、NOxの変化量に十分な
余裕ができる場合がある。一方、第11図、第12図か
らわかるように、燃料の噴射タイミングを変えることに
よって性能は変わる。第11図、第12図において、破
線で示す特性が一例としての噴射タイミング変化時特性
である。本発明では、スワール比と噴射タイミングを調
整することにより、NOx変化量を規定値内に抑えた状態
で燃費率を更に向上させるようにしている。例えば、第
13図において、で示す点は、燃費率、NOx排出量と
も規定値を満たす現用のスワール比、燃料噴射タイミン
グを示しており、この点よりスワール比を更に下げると
の点となり、燃費の向上、NOx排出量の低減が図れ
る。しかし、ここで、NOx排出量を規定値に抑え、燃料
噴射タイミングを進めると、の点となり燃費は更に向
上する。つまり、第13図に示すように、スワール比を
下げることによる燃費の低減(A)に加えて燃料噴射タイ
ミングを早めることによる燃費の低減Bが図れるのであ
る。
By the way, as can be seen from FIG. 11, depending on the operating state, when the low swirl ratio is set, there is a case where there is a sufficient margin for the change amount of NOx. On the other hand, as can be seen from FIGS. 11 and 12, the performance changes by changing the fuel injection timing. In FIGS. 11 and 12, the characteristic indicated by the broken line is an injection timing change characteristic as an example. In the present invention, by adjusting the swirl ratio and the injection timing, the fuel consumption rate is further improved while the NOx change amount is suppressed within the specified value. For example, in FIG. 13, the points indicated by indicate the current swirl ratio and the fuel injection timing that satisfy the specified values for both the fuel consumption rate and the NOx emission amount, and from this point, the swirl ratio is further lowered. And NOx emissions can be reduced. However, here, if the NOx emission amount is suppressed to a specified value and the fuel injection timing is advanced, the point becomes and fuel efficiency is further improved. That is, as shown in FIG. 13, in addition to the fuel consumption reduction (A) by lowering the swirl ratio, the fuel consumption reduction B can be achieved by advancing the fuel injection timing.

実際の制御は、エンジンの運転状況とスワール比に基づ
き、第11図に示す各運転状態における線図から、スワ
ール比を上げても燃費が規定値を満たし、しかも燃料噴
射タイミングの変化が燃費向上に寄与する領域を判別
し、もって制御されるのである。
The actual control is based on the engine operating condition and swirl ratio. From the diagram in each operating condition shown in Fig. 11, the fuel consumption satisfies the specified value even if the swirl ratio is increased, and the change in fuel injection timing improves fuel consumption. The area that contributes to is determined and controlled accordingly.

<発明の効果> 本発明に係るスワール制御装置によれば、吸気系を主ポ
ートと副ポートとからなる可変スワール吸気系としてス
ワール状態を容易に変えられるようにすると共に、常に
十分の空気量が確保できるようにし、更に、エンジンの
運転状態に応じて最適のスワール比が選択できるように
したので、燃焼効率の向上及び排気ガスのNOx低減、排
煙濃度低減が図れる。
<Effects of the Invention> According to the swirl control device of the present invention, the swirl state can be easily changed by using the intake system as a variable swirl intake system including the main port and the auxiliary port, and at the same time, a sufficient amount of air is constantly maintained. In addition, the optimum swirl ratio can be selected according to the operating state of the engine, so that combustion efficiency can be improved, NOx in exhaust gas can be reduced, and smoke concentration can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の概略構成図、第2図はエン
ジンを平面に沿い断面とした実施例の概略構成図、第3
図はエンジンの一部の側断面図、第4図(A)は高スワー
ル状態でのスワール成分を説明する図、同図(B)は同状
態におけるスワール方向モーメントを説明する図、第5
図(A)は低スワール状態でのスワール成分を説明する
図、同図(B)は同状態におけるスワール方向モーメント
を説明する図、第6図(A)は低スワール状態を説明する
斜視図、同図(B)は同じくスワール状態を説明する斜視
図、同図(C)はその噴霧状態を説明する図、第7図は吸
気状態を説明する斜視図、第8図ないし第12図はスワー
ル比とNOx排出量、燃費率、排煙濃度等との関係を示す
線図、第13図はスワール比、噴射タイミングの変化に
伴う燃費率変化量とNOx変化量との関係を示す線図であ
り、第14図(A)は通常の吸気装置の横断平面図、同図
(B)はそのB−B線に沿う断面図、第15図(A)(B)は従
来の可変スワールポートの平面概略図、第16図(A)は
その概略斜視図、同図(B)は噴霧状態の説明図、同図(C)
は吸気状態の説明図である。 図面中、 1はエンジン、 6は燃焼室、 8は吸気弁、 9は主ポート、 10は副ポート、 11は吸気マニホルド、 14は弁、 15はアクチュエータ、 16はコントロールユニット、 Mは最適スワールマップである。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an embodiment in which an engine is a cross section along a plane, and FIG.
Fig. 4 is a side sectional view of a part of the engine, Fig. 4 (A) is a diagram for explaining swirl components in a high swirl state, Fig. 4 (B) is a diagram for explaining swirl moment in the same state, and Fig. 5
FIG. 6A is a diagram for explaining a swirl component in a low swirl state, FIG. 6B is a diagram for explaining a swirl moment in the same state, and FIG. 6A is a perspective view for explaining a low swirl state. 7B is a perspective view for explaining the swirl state, FIG. 7C is a diagram for explaining the spray state, FIG. 7 is a perspective view for explaining the intake state, and FIGS. 8 to 12 are swirls. Fig. 13 is a diagram showing the relationship between the ratio and NOx emission amount, fuel consumption rate, smoke concentration, etc., and Fig. 13 is a diagram showing the relationship between the swirl ratio, the fuel consumption rate change amount due to changes in injection timing, and the NOx change amount. Yes, FIG. 14 (A) is a cross-sectional plan view of an ordinary intake device.
(B) is a sectional view taken along the line BB, FIG. 15 (A) and (B) are schematic plan views of a conventional variable swirl port, and FIG. 16 (A) is a schematic perspective view thereof. ) Is an explanatory view of the spray state, the same figure (C)
FIG. 4 is an explanatory diagram of an intake state. In the drawings, 1 is an engine, 6 is a combustion chamber, 8 is an intake valve, 9 is a main port, 10 is an auxiliary port, 11 is an intake manifold, 14 is a valve, 15 is an actuator, 16 is a control unit, and M is an optimal swirl map. Is.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小室 秀一 東京都大田区下丸子4丁目21番1号 三菱 自動車工業株式会社東京自動車製作所丸子 工場内 (56)参考文献 特開 昭56−50226(JP,A) 実開 昭58−132145(JP,U) 実開 昭59−126132(JP,U) 特公 昭57−19292(JP,B1) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shuichi Komuro 4-21-1, Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Mitsubishi Motors Corporation Tokyo Motor Manufacturing Co., Ltd. Maruko factory (56) Reference JP-A-56-50226 (JP, A) Actual development Sho-58-132145 (JP, U) Actual development Sho-59-126132 (JP, U) Japanese patent publication Sho 57-19292 (JP, B1)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃焼室の吸気弁上流側に接続され前記燃焼
室内に流入される空気を順方向スワール流とする主ポー
トと、同主ポートとは別に同主ポートの上方から下方向
に延び吸気が吸気弁座を介して燃焼室内に直接導かれる
ように前記吸気弁座近傍に接続されるとともに吸気弁と
前記吸気弁座との隙間から燃焼室内に流入する際の吸気
流の燃焼室軸線に対して垂直方向の速度成分によって前
記燃焼室内で前記順方向スワール流と反対の逆方向スワ
ール流を形成せしめる副ポートと、同副ポートを流れる
空気量を変えて前記燃焼室内で前記順方向スワール流と
前記逆方向スワール流との総和から生成される順方向ス
ワール流のスワール比を変える弁機構と、エンジンの負
荷及び回転数に基づいてスワール比を選択して弁機構を
操作する弁制御系と、前記弁制御系においてエンジンが
高回転時または中回転の低・中負荷時に低スワール比を
選択し、さらに燃料噴射タイミングを早める制御を行う
タイミング制御手段とを備えたことを特徴とするスワー
ル制御装置。
1. A main port which is connected to an upstream side of an intake valve of a combustion chamber and has a forward swirl flow of air which flows into the combustion chamber, and a main port separate from the main port and extends downward from above the main port. A combustion chamber axis line of the intake flow when the intake air is connected to the vicinity of the intake valve seat so as to be directly guided into the combustion chamber via the intake valve seat and flows into the combustion chamber through the gap between the intake valve and the intake valve seat. With respect to the forward swirl flow in the combustion chamber by a velocity component in the vertical direction, and a sub-port that forms a reverse swirl flow that is opposite to the forward swirl flow, and the forward swirl in the combustion chamber by changing the amount of air flowing through the sub-port. Flow and a swirl ratio of the forward swirl flow generated from the sum of the reverse swirl flow, and a valve control system for operating the valve mechanism by selecting the swirl ratio based on the load and the engine speed of the engine. A swirl control, characterized in that the valve control system includes timing control means for selecting a low swirl ratio when the engine is at high rotation speed or low / medium load at middle rotation speed and further for accelerating fuel injection timing. apparatus.
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