JPH0684727B2 - 吸気ポ−ト装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，特殊形状の吸気ポートと開閉バルブとを組合
せて，負荷に応じて燃焼室内に導入される吸気の方向を
変えられるようにした内燃機関の吸気ポート装置に関す
る。

〔従来の技術〕

内燃機関の燃焼室内に吸入される空気は，燃料との混合
が促進されるように，適度の旋回流（スワール）とされ
るのが望ましい。この旋回流は，一般に渦巻形状に形成
された吸気ポートで吸入空気に指向性を与えることによ
り得ている。しかし，機関の低負荷時には，旋回流の生
成により燃料との混合が促進され，燃焼効率が向上する
が，十分な空気の吸入を必要とする高負荷時には渦巻形
状に形成された吸気ポートの形状により吸気抵抗が大き
く，充填効率が低下するという不具合が生じる。そこ
で，従来より，吸気ポートに仕切壁や別ポートを設け，
そこにバルブを設けて旋回流の強弱を変えられるように
している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の技術の説明において，吸気ポートに仕切壁を
設け，または別ポートを設け，更にはバルブを設ける
と，吸気ポートの構造が複雑となり，操作，製作及びコ
ストの面で好ましくない。

本発明は上記従来技術状況にかんがみてなされたもの
で，吸気ポートには仕切壁等を設けず，その形状を特殊
なものとすると共に，吸気ポートの入口側にバルブを設
け，このバルブの調整により負荷に応じた量，形状の空
気流が得られるようにし，もつて吸気ポートの製作の容
易化，コストの低廉化並びに高負荷時の性能向上を図る
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記不具合を改善するために提唱されたもの
で，内燃機関の燃焼室に吸気を流入する仕切壁のない吸
気ポートの吸気流入方向に沿つて断面上半部を形成する
ストレート部，上記断面下半部を形成するとともに吸気
弁を囲繞する渦室を有する渦巻部，上記吸気ポートの入
口近傍に配設されて実質的に上半部のみを開閉作動する
バルブ，同バルブを負荷に応じて開閉制御する開閉機構
を備えたことを特徴とする吸気ポート装置を要旨とする
ものである。

〔作用〕

本発明によると吸気ポートをストレート部と渦巻部とが
一体に形成された構造とすると共に，吸気ポートの入口
側上部にバルブを設け，このバルブの調整により低負荷
時には吸気ポートの渦巻部への流入を多くし燃焼室内に
流入する吸気にスワールを与え，高負荷時にはストレー
ト部と渦巻部とによつて燃焼室内に流入する吸気流量を
確保する。

〔実施例〕

以下に本発明に係る吸気ポート装置の第１実施例を図面
に基づき詳細に説明する。

第１図，第２図に示されているように,1はシリンダブロ
ツク,2はシリンダブロツク１内で往復運動するピスト
ン,3はシリンダブロツク１上に固定されたシリンダヘツ
ド,5はピストン２とシリンダヘツド３との間に形成され
た燃焼室,7は吸気弁,9は吸気ポート,11は吸気ポートに
固着された吸気マニホールドである。

なお，燃焼室７内には図示されない点火栓が配設される
とともに，吸気マニホールド11の上流側には吸入空気量
を制御する図示されないスロツトルバルブが配設され
る。

第３図（ａ）（ｂ）（ｃ），第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）
（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）に吸気ポート９
の形状を図解的に示す。

吸気ポート９は第３図に示すようにその吸気流れに沿う
断面上半部に位置されるストレート部13と断面下半部に
位置される渦巻部15とにより二重に構成され且つ一体に
形成されている。ストレート部13は第３図（ｂ）に流路
中心線ａで示されるようにシリンダヘツド３の側面から
燃焼室５に向つて傾斜するとともに湾曲形状に形成さ
れ，吸気が燃焼室５へ上方から強い渦流を伴なうことな
く略直接流入するように形成されている。また渦巻部15
は第３図（ｂ）に流路中心線ｂで示されるように吸気弁
７の回りに形成された渦室15aと同渦室15aに接線状に接
続された直線部15bとからなり，同直線部15bから渦室15
aに対して接線方向から流入することにより吸気が吸気
弁７の回りで強い渦流を生じた状態で燃焼室５に旋回流
となつて流入するように形成されている。

さらに詳しく吸気ポート９の断面形状を，第４図（ａ）
（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）に
沿つて第３図の軸Ｚ（吸気弁７の中心軸），面Ｑ（シリ
ンダヘツド３の下面）を基準にして説明すると，入口部
分の断面形状は第４図（ａ）より一例として，ほぼ30mm
×30mmの矩形断面に成形され，ストレート部13と渦巻部
15の直線部15bとがその断面上半部と下半部に配設さ
れ，その下流の部分も第４図（ｂ）〜（ｉ）に示される
ようにストレート部13と渦巻部15の渦室15aと直線部15b
とがそれぞれ上半部と下半部に形成され，吸気弁７の近
傍部分で合流するよう構成されている。

次に上記吸気ポート９への吸気の流入を制御するバルブ
及びバルブの開閉機構について第５図，第６図，第７図
を基に説明する。

バルブ17は吸気ポート９に連通するようにシリンダヘツ
ド３に取付けられた吸気マニホールド11の下流端部近傍
に吸気マニホールド通路20及び吸気ポート９を開閉可能
に配設され，同バルブ17は全閉時において吸気ポート９
の実質的に上半部のみを閉塞し，下半部に隙間19ができ
る形状を有している。

隙間19の高さｌは例えば５〜15mm程度あるいは吸気マニ
ホールド通路20又は吸気ポート９の高さの1/2〜1/6位と
することが望ましく，この値は低負荷時特にアイドル時
に，実験的に燃焼効率が改善される結果が得られたスワ
ール比５付近となるように設定される。ここで「スワー
ル比」とはシリンダ室内における一吸気行程当たりの吸
気の旋回回転数をいう。

バルブ17の開閉機構は，以下説明する様にシヤフト21a,
21b,レバー25,バキユームモータ27によつて形成されて
おり，シヤフト21a,21bはそれぞれ複数（第６図におい
ては４）の燃焼室それぞれの吸気ポート９に連通する吸
気マニホールド通路20を有する吸気マニホールド11の，
隣接する２つの吸気マニホールド通路20内に配設された
バルブ17の上端部に固着され，吸気マニホールド11を貫
通して支持されている。これらシヤフト21a,21bは吸気
マニホールド11の中央部で連結部材23によつて連結され
るとともに，シヤフト21aの端部にはレバー25が取付け
られている。さらにシヤフト21a,21bとバルブ17との結
合部分は吸気マニホールド11の下流側端面に形成された
凹形状部22内に位置されている。27はバキユームモータ
で，上記レバー25に連結する出力ロツド28が取付けられ
たダイヤフラム29によつて２室31,33に分離され，一方
の室31には引張力を有するリターンスプリング35が配設
されてバキユームモータ27の下面とダイヤフラム29とを
連結し，他方の室33は吸気マニホールド通路20と連通さ
れており，吸気マニホールド負圧が作用するように構成
されている。

リターンスプリング35の引張り作動力は，図示しないス
ロツトル弁の開閉により生じている吸気マニホールド負
圧が，−100mmHg〜−200mmHg程度で作動してバルブ17を
全開状態にするものが好ましく，高負荷時の走行で吸気
マニホールド負圧が小さくなると，上記のリターンスプ
リング35のばね力によつて開作動される。

第６図にはバルブ17の全開，全閉領域を示す特性が示さ
れ，全閉と全開との間にはその間の変化期間を示す変化
域が示されている。

次に上記構成による作動を説明する。

機関が低負荷で運転時には吸気マニホールド負圧が高
く，この吸気マニホールド負圧がバキユームモータ27の
室33に供給されてリターンスプリング35の引張り力に抗
してダイヤフラム29が上方に移動され，それとともに出
力ロツド28が移動してレバー25を介してバルブ17が第５
図に示すように閉状態に保持される。

これによつて，燃焼室５内に導入される吸気は，バルブ
17の下部の隙間19を通つて吸気ポート９の下半部に沿つ
て流れ，吸気ポート９の下部に形成された渦巻部15によ
つて燃焼室内に旋回流が発生する。このときの旋回流の
スワール比はほぼ５に設定される。

また，機関が高負荷で運転され，吸気マニホールド負圧
が低くなり，−100mmHg〜−200mmHgの設定された任意の
値より吸気マニホールド負圧が低くなると，リターンス
プリング35の圧縮力が吸気マニホールド負圧より大きく
なり，ダイヤフラム29が下方に移動され，それとともに
出力ロツド28が移動してレバー25を介してバルブ17が開
作動をはじめ，吸気マニホールド負圧の変化に応じてバ
ルブ17は全開へと変化して全開状態となる。

これによつて，燃焼室５内に導入される吸気は，吸気ポ
ート９の上部のストレート部13及び下部の渦巻部15に沿
つて流れ，吸入抵抗が小さくなる為燃焼室内に十分な流
入空気量が供給されるとともにスワール比が低減する。

次に上記第１実施例の効果を説明する。

以上，実施例に基づき詳細に説明したように，本発明に
係る吸気ポート装置によれば，吸気ポート９をストレー
ト部13と渦巻部15とからなる一体の二重構造とすると共
に吸気ポートの入口部に機関の負荷に応じて開閉される
バルブ17を設けてなるので，低負荷時にはバルブ17を全
閉とすることにより燃焼室内に導入される吸気はバルブ
17の下側の隙間19を通つて吸気ポート９の下部を流れ，
吸気ポート９の下部の渦巻部15によつて旋回流となるた
めに，燃料との混合が促進され，燃焼効果が向上し，燃
費の向上及び燃焼悪化を招く傾向にあるEGR導入時，又
はリーン燃焼時の燃焼の安定化が図れる。又，バルブ17
の全開時には，従来のストレートポート並の体積効率の
確保が可能となり，従来のヘリカルポートのような体積
効率の低下に伴う全開出力性能低下等の欠点を補うこと
が可能となる効果を奏する。

次に，第２実施例を第８図，第９図を基に説明する。

第１実施例と同一部品には同一番号を付して説明を省略
する。

41はバルブで，吸気マニホールド40の下流端部近傍に吸
気マニホールド通路20及び吸気ポート９を開閉可能に配
設され，同バルブ17は全閉時において吸気ポート９の実
質的に上半部のみを閉塞し，閉時には下部に隙間43がで
きる形状を有している。この隙間43は第１実施例と同等
に５〜15mm程度あるいは吸気マニホールド通路20の高さ
の1/2〜1/6位とすることが望ましい。バルブ17の開閉機
構は第１実施例同様に以下説明するシヤフト45a,45b,レ
バー49,バキユームモータ27によつて形成されている。

45a,45bはそれぞれシヤフトであり，第１実施例と同様
に複数（第９図において４）の燃焼室それぞれの吸気ポ
ート９に連通する吸気マニホールド通路20を有する吸気
マニホールド40の，隣接する２つの吸気マニホールド通
路20内に配設されたバルブ41の上下方向のほぼ中央部に
固着され，吸気マニホールド40を貫通して支持されてい
る。

これらシヤフト45a,45bは吸気マニホールド40の中央部
で連結部材47によつて連結されるとともにシヤフト45a
の端部にはレバー49が取付けられている。レバー49には
バキユームモータ27の出力ロツド28が取付けられてい
る。上記構成により第２実施例は上記第１実施例と同一
の作動及び作用効果を奏する。

また，バルブ41を支持するシヤフト45a,45bが吸気マニ
ホールド通路20内を貫通する構造であるため，第１実施
例のようにシヤフト21a,21bが配設される位置に凹形状
部22を設ける必要がなく，吸気マニホールドの加工が容
易であり簡単に製造される効果を有している。次に第３
実施例を第10図（ａ）（ｂ）を基に説明する。第１実施
例と同一部品には同一番号を付して説明を省略する。

51はバルブであり，シリンダヘツド３に取付けられる吸
気マニホールド53の吸気マニホールド通路20内に垂直方
向にスライドするように設けられている。

51′はバルブ51の開閉を制御する開閉機構で，以下に説
明する。

55はダイヤフラムであり，バルブ51の上部が接続される
とともに，ケース57を仕切つている。59は引張り力を有
するスプリングで，ダイヤフラム55とケース57の上面と
を連結している。61はケース57の上面に形成された連通
穴で，ダイヤフラム55上側室を大気に開放している。63
はガイド溝，吸気マニホールド通路20内に垂直方向に形
成され，バルブ51が上下方向に摺動されるとともにバル
ブ51とガイド溝63との隙間64によつて吸気マニホールド
通路20とダイヤフラム55下側室とを連通している。

65はストツパで，ガイド溝の下端に形成され，バルブ51
の摺動下端位置を規制する。

バルブ51が下端まで下がつた全閉状態において，バルブ
51の下部には吸気ポート９の下半部と連通する隙間67が
でき，この隙間67の大きさは第１実施例と同等に５〜15
mm程度あるいは吸気マニホールド通路20の高さの1/2〜1
/6位とすることが望ましい。

上記第３実施例の構造によると，低負荷時は吸気マニホ
ールド53内は負圧が大きくなり，つまりダイヤフラム57
下側の負圧が大きくなり，ダイヤフラム57はスプリング
59の引張り力に抗して引き下げられ，バルブ51は閉ま
り，燃焼室内に旋回流が発生し，又高負荷時には，吸気
マニホールド53内は大気圧に近くなり，スプリング59の
ばね力でバルブ51は上方に引き上げられ，バルブ51が全
開となり，旋回流が抑えられる。以上，第１実施例，第
２実施例，第３実施例において説明したバルブ構造にお
いて，第１実施例のバルブ17及び第２実施例のバルブ41
は吸気マニホールドの下流端部でなく，第11図（ａ）
（ｂ）に示すようにシリンダヘツド３側に設けても各実
施例同様の作用効果を奏する。

以上にバルブの開閉機構の変形例を説明する。

まず，第１実施例のバルブ17の開閉機構を形成するバキ
ユームモータ27の変形例を第４実施例として第12図，第
13図を基に説明する。

バキユームモータ27への吸気マニホールド負圧の供給が
機関の回転数及び負荷によつて制御されることが異なる
のみで他は同一であり，同一部品には同一番号を付して
説明を省略する。

71はソレノイドバルブであり，吸気マニホールド通路20
と連通されるポート73と，大気開放されるポート74と，
バキユームモータ27の室33に連通するポート77を備え，
コンピユータ79からの信号によつてポート73とポート77
との連通（第12図中矢印Ｐで示す）と，ポート73とポー
ト75との連通（第12図中央印Ｑで示す）とを切換える三
方ソレノイドバルブである。コンピユータ79には，機関
の負荷センサすなわちスロツトル開度センサ81からの信
号及び機関の回転数センサ82からの信号が入力されて，
その信号に応じてソレノイドバルブ71に作動信号を出力
する。

コンピユータ79はたとえば第13図に示す特性によつてバ
ルブ17の全開全閉を制御し，低負荷，低回転域のみ全閉
として高回転域では全開とする。この場合高回転，低負
荷域は燃費に大きな影響を与えないため特に吸気に強い
スワールを与える必要がないため高回転数域を全開とす
る制御を行つている。

バキユームモータ27のリターンスプリング35は，第13図
に示される特性図の全閉領域における吸気マニホールド
負圧でダイヤフラム29が必ず移動されて全閉にされるば
ね力に設定される。次に作動について説明する。

コンピユータ79からソレノイドバルブ71に作動信号が入
力されると，ポート73とポート77とが連通されてバキユ
ームモータ27の室33に吸気マニホールド負圧が供給され
て，リターンスプリング35のばね力に抗してダイヤフラ
ム29移動されてバルブ17が全閉状態に保持される。ま
た，機関の運転が第13図の特性図の全開領域にあるとき
は，コンピユータ79からソレノイドバルブ71への作動信
号がOFFとされると，バキユームモータ27の室33は大気
開放されてリターンスプリング35によつてバルブ17は全
開される。以上のようにバルブ17が機関の負荷と回転数
に応じて全開と全閉との一方のみが択一的に制御され
る。

本第４実施例によると，バルブ17の開閉が機関の負荷と
回転数とによつて制御されるため，負荷のみによつて制
御される第１実施例よりも機関の運転状態に応じた適切
な吸気スワールに制御され燃費，出力性能が向上する効
果を奏する。

また，回転数と負荷信号とから機関のアイドル時を判断
し，アイドル時のみバルブ17を全閉とするように制御す
れば，この場合にはアイドル燃費の改善が行なわれる効
果を奏する。

以上の開閉機構は第２実施例のバルブ41に対しても同様
に適用でき同様の効果が得られる。

次に，第１実施例のバルブ17の開閉機構を形成するバキ
ユームモータ27のかわりにステツプモータ91によつてバ
ルブ17が連続的に開閉制御される第５実施例を第14図，
第15図を基に説明する。

第１実施例と同一部品には同一番号を付して説明を省略
する。

ステツプモータ91の出力軸93はレバー25に連結し，出力
軸93の突出量がコンピユータ95によつて制御される。

コンピユータ95には水温センサ97からの信号，スロツト
ル開度センサ81からの信号，機関回転数センサ82からの
信号が入力され，これらをもとにステツプモータ91に出
力する。

例えば，アイドル時にはバルブ17を全閉とし,40km/h走
行時には45°開，全負荷時には全開にする如くである。

第15図は，実験的に得られたある吸気ポート９による燃
焼室５への吸気状態を示すもので，バルブ17の全開位置
から閉方向にθ°閉じたときの平均スワール比，平均流
量係数，バルブ10mmリフト時の流量（l/s）を示してお
り，たとえばθ°が０°〜60°変化すると平均スワール
比はほぼ１〜3.5変化する。このことよりコンピユータ9
5によつて機関の運転状態を判断し，同コンピユータ95
が上記第15図に示すデータを基に機関に最適な吸気状態
が得られるバルブ17の開度θ°になるようにステツプモ
ータ91に作動信号を出力することによつて機関の運転に
最適な吸気状態が得られる制御が行なわれる。

従つて，バルブ17の全開，全閉のいずれかの位置が択一
的に決められる制御よりも機関の運転状態に適したバル
ブの開閉制御が連続的に行なわれるために燃費向上，出
力性能向上が効果的に得られる効果を奏する。

また，本第５実施例の構造を第２実施例，第３実施例の
バルブにも適用でき，同様の効果を得ることが可能であ
り，第15図には第３実施例のバルブ51の作動に適用した
場合の，バルブ51の変位量に対する平均スワール比，平
均流量係数，バルブ10mmリフト時の流量（l/s）との関
係が示され，機関の運転状態に応じて最適なバルブ51の
開度量を連続的に制御することができる。次に第１実施
例のバルブ17の開閉機構の異なる第６実施例を第17図，
第18図，第19図に基づいて説明する。

第１実施例と同一部品には同一番号を付して説明を省略
する。

111はスプリングで，一端がシリンダヘツド３に固着さ
れた支持部材113に支持され，他端がレバー25に取付け
られて，レバー25を引張つて配設される。

115はストツパで，吸気マニホールド11に固着された部
材でレバー25が当接しバルブ17を全閉状態に位置決めす
る。

上記スプリング111のばね力は，第19図に示す特性とな
るように設定する。

すなわち，アイドル運転時に全閉となるようにセツト
し,1000rpm全負荷時の吸気流量によつて全開となる強さ
に設定される。

以下に作動を説明する。

機関のアイドル運転時にはバルブ17はスプリング11のば
ね力によつて引張られるとともにストツパ115に当接し
て全閉位置を保持している。そして，機関の回転数及び
負荷の上昇によつて吸気流量が増大し，吸気流によるバ
ルブ17の押圧力が上昇し吸気流量に応じてバルブ17が開
作動されて，第19図に示す境界特性の線すなわち1000rp
m全負荷時の吸気流量特性によつて決められる線に達す
ると全開状態になる。

従つて，機関の吸気流量によるバルブ17の押付力で全閉
から全開まで自動的にかつ連続的に変化されることがで
き，スプリング111のバネ力を任意に設定するのみで全
開状態を任意に設定でき，第１実施例同様の効果を奏す
る。

〔発明の効果〕

本発明によると，吸気ポートをストレート部と渦巻部と
が一体に形成された仕切壁のない構造とすると共に，吸
気ポートの入口側上部にバルブを設け，このバルブの開
閉を調整することにより低負荷時には吸気ポートの渦巻
部への流入を多くし燃焼室内に流入する吸気にスワール
を与え燃焼効率を向上し，高負荷時にはストレート部と
渦巻部とによつて燃焼室内に流入する吸気流量を確保し
て，性能低下を補う効果を奏する。

さらに，吸気ポートには仕切壁等を設けずにその形状を
特殊なものとし，一体に成形されることにより吸気ポー
トの製作の容易化，コストの低廉化が行なわれる効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る吸気ポート装置の吸気ポートを示
す説明図，第２図は本発明に係る吸気ポート装置の吸気
ポートを示す説明図，第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発
明に係る吸気ポート装置の吸気ポートの形状を示す側面
図，平面図，斜視図，第４図は第３図（ｂ）のＡ−A,B
−B,C−C,J−D,K−E,L−F,M−G,N−H,O−Ｉそれぞれの
断面形状図，第５図，第６図，第７図は本発明の第１実
施例を示す説明図，第８図，第９図は本発明の第２実施
例を示す説明図，第10図（ａ）（ｂ）は本発明の第３実
施例を示す説明図，第11図は第１実施例と第２実施例の
変形例を示す説明図，第12図，第13図は第１実施例の他
の開閉機構を示す本発明の第４実施例を示す説明図，第
14図，第15図，第16図は第１実施例の他の開閉機構を示
す本発明の第５実施例を示す説明図，第17図，第18図，
第19図は第１実施例の他の開閉機構を示す本発明の第６
実施例を示す説明図である。 ３……シリンダヘツド,7……吸気弁,9……吸気ポート,1
1……吸気マニホールド,13……ストレート部,15……渦
巻部,15a……渦室,15b……直線部,17……バルブ,21a,21
b……シヤフト,25……レバー,27……バキユームモータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の燃焼室に吸気を流入する仕切壁
   のない吸気ポートの吸気流入方向に沿つて断面上半部を
   形成するストレート部，上記断面下半部を形成するとと
   もに吸気弁を囲繞する渦室を有する渦巻部， 上記吸気ポートの入口近傍に配設されて実質的に上半部
   のみを開閉作動するバルブ， 同バルブを負荷に応じて開閉制御する開閉機構を備えた
   ことを特徴とする吸気ポート装置