JPH10339150A - ディーゼルエンジンの吸気装置 - Google Patents
ディーゼルエンジンの吸気装置Info
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- JPH10339150A JPH10339150A JP9152474A JP15247497A JPH10339150A JP H10339150 A JPH10339150 A JP H10339150A JP 9152474 A JP9152474 A JP 9152474A JP 15247497 A JP15247497 A JP 15247497A JP H10339150 A JPH10339150 A JP H10339150A
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- Japan
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- swirl ratio
- swirl
- intake
- tangential
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Characterised By The Charging Evacuation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い吸気充填効率を維持し、スワール比のバ
ラツキ幅を低減できるディーゼルエンジンの吸気装置を
提供する。 【解決手段】 １つのシリンダ６にスワールを生起する
ように吸気を導入するヘリカルポート１およびタンジェ
ンシャルポート２と、タンジェンシャルポート２を通過
する吸気量を調節するバタフライ式コントロールバルブ
４を備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジンに要
求される最大スワール比ＳＲｍａｘに対してヘリカルポ
ート単独スワール比ＳＲｈをＳＲｍａｘの１．２倍以上
に設定する。
ラツキ幅を低減できるディーゼルエンジンの吸気装置を
提供する。 【解決手段】 １つのシリンダ６にスワールを生起する
ように吸気を導入するヘリカルポート１およびタンジェ
ンシャルポート２と、タンジェンシャルポート２を通過
する吸気量を調節するバタフライ式コントロールバルブ
４を備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジンに要
求される最大スワール比ＳＲｍａｘに対してヘリカルポ
ート単独スワール比ＳＲｈをＳＲｍａｘの１．２倍以上
に設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの吸気装置の改良に関するものである。
ンの吸気装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンに備えられる吸気装
置として、運転条件に応じて燃焼室に生起される吸気ス
ワールの勢力を調節するものがある(例えば実開昭５８
−１１４８３６号公報、参照)。
置として、運転条件に応じて燃焼室に生起される吸気ス
ワールの勢力を調節するものがある(例えば実開昭５８
−１１４８３６号公報、参照)。
【０００３】また、ディーゼルエンジンに備えられる吸
気装置として、ヘリカル型吸気ポートからシリンダに流
入する吸気流が旋回するスワールを生起して、燃焼性を
高めるものがある(特開昭６１−２４１４１９号公報、
参照)。
気装置として、ヘリカル型吸気ポートからシリンダに流
入する吸気流が旋回するスワールを生起して、燃焼性を
高めるものがある(特開昭６１−２４１４１９号公報、
参照)。
【０００４】この種の吸気装置として、従来例えば図７
に示すようなものがある。
に示すようなものがある。
【０００５】これについて説明すると、シリンダ６には
２本の吸気ポート５０，５１と、２本の排気ポート５
７，５８がそれぞれ接続される。
２本の吸気ポート５０，５１と、２本の排気ポート５
７，５８がそれぞれ接続される。
【０００６】ヘリカルポート５０はその先端が平面図上
において直線状に延び、シリンダ５６に対してその接線
方向に接続して、シリンダ５６内に横方向に旋回する吸
気流、いわゆるスワールを生起する。
において直線状に延び、シリンダ５６に対してその接線
方向に接続して、シリンダ５６内に横方向に旋回する吸
気流、いわゆるスワールを生起する。
【０００７】他方のタンジェンシャルポート５１はその
先端が平面図上において渦巻き状に湾曲して、シリンダ
５６内にスワールを生起する。
先端が平面図上において渦巻き状に湾曲して、シリンダ
５６内にスワールを生起する。
【０００８】ヘリカルポート５０を運転条件に応じて開
閉するコントロールバルブ５９が設けられる。
閉するコントロールバルブ５９が設けられる。
【０００９】所定の低回転時にコントロールバルブ５９
が閉弁することにより、シリンダ５６に吸入される吸気
の大部分がヘリカルポート５０を通り、シリンダ５６に
おける旋回成分が強められる。
が閉弁することにより、シリンダ５６に吸入される吸気
の大部分がヘリカルポート５０を通り、シリンダ５６に
おける旋回成分が強められる。
【００１０】エンジン回転数が上昇するのに伴ってコン
トロールバルブ５９が開弁することにより、シリンダ５
６に吸入される吸気がヘリカルポート５０とタンジェン
シャルポート５１の両方を通り、吸気充填効率が高めら
れる。
トロールバルブ５９が開弁することにより、シリンダ５
６に吸入される吸気がヘリカルポート５０とタンジェン
シャルポート５１の両方を通り、吸気充填効率が高めら
れる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のディーゼルエンジンの吸気装置にあっては、
スワール比と吸気充填効率を両立して高めることが難し
く、低中回転数域にスワール比を過度に高めると、吸気
充填効率が低下し、パーティキュレート排出量が増大し
たり、エンジンの発生出力が低下するという問題点が考
えられる。
うな従来のディーゼルエンジンの吸気装置にあっては、
スワール比と吸気充填効率を両立して高めることが難し
く、低中回転数域にスワール比を過度に高めると、吸気
充填効率が低下し、パーティキュレート排出量が増大し
たり、エンジンの発生出力が低下するという問題点が考
えられる。
【００１２】また、バタフライ式のコントロールバルブ
５９は最小開度にあるときでも吸気通路の内壁との間に
間隙を持つ構造のため、生産時における吸気系の寸法誤
差やコントロールバルブ５９の組付け誤差により、コン
トロールバルブ５９が最小開度にあるときにタンジェン
シャルポート５０を通過する吸気量のバラツキが生じ
る。
５９は最小開度にあるときでも吸気通路の内壁との間に
間隙を持つ構造のため、生産時における吸気系の寸法誤
差やコントロールバルブ５９の組付け誤差により、コン
トロールバルブ５９が最小開度にあるときにタンジェン
シャルポート５０を通過する吸気量のバラツキが生じ
る。
【００１３】本発明は問題点を鑑みてなされたものであ
り、高い吸気充填効率を維持し、スワール比のバラツキ
幅を低減できるディーゼルエンジンの吸気装置を提供す
ることを目的とする。
り、高い吸気充填効率を維持し、スワール比のバラツキ
幅を低減できるディーゼルエンジンの吸気装置を提供す
ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載のディー
ゼルエンジンの吸気装置は、１つのシリンダにスワール
を生起するように吸気を導入するヘリカルポートおよび
タンジェンシャルポートを備え、ヘリカルポートから導
入される吸気流によって生起されるスワールの旋回方向
とタンジェンシャルポートから導入される吸気流によっ
て生起されるスワールの旋回方向とを互いに一致させ、
ヘリカルポート単独スワール比ＳＲｈがタンジェンシャ
ルポート単独スワール比ＳＲｔより大きく設定され、タ
ンジェンシャルポートを通過する吸気量を調節するバタ
フライ式コントロールバルブを備え、混合気を圧縮して
着火させるディーゼルエンジンにおいて、エンジンに要
求される最大スワール比ＳＲｍａｘに対してヘリカルポ
ート単独スワール比ＳＲｈをＳＲｍａｘの１．２倍以上
に設定するものである。
ゼルエンジンの吸気装置は、１つのシリンダにスワール
を生起するように吸気を導入するヘリカルポートおよび
タンジェンシャルポートを備え、ヘリカルポートから導
入される吸気流によって生起されるスワールの旋回方向
とタンジェンシャルポートから導入される吸気流によっ
て生起されるスワールの旋回方向とを互いに一致させ、
ヘリカルポート単独スワール比ＳＲｈがタンジェンシャ
ルポート単独スワール比ＳＲｔより大きく設定され、タ
ンジェンシャルポートを通過する吸気量を調節するバタ
フライ式コントロールバルブを備え、混合気を圧縮して
着火させるディーゼルエンジンにおいて、エンジンに要
求される最大スワール比ＳＲｍａｘに対してヘリカルポ
ート単独スワール比ＳＲｈをＳＲｍａｘの１．２倍以上
に設定するものである。
【００１５】請求項２に記載のディーゼルエンジンの吸
気装置は、請求項１に記載の発明において、前記エンジ
ンに要求される最大スワール比ＳＲｍａｘに対してヘリ
カルポート単独スワール比ＳＲｈをＳＲｍａｘの１．６
倍以下に設定するものである。
気装置は、請求項１に記載の発明において、前記エンジ
ンに要求される最大スワール比ＳＲｍａｘに対してヘリ
カルポート単独スワール比ＳＲｈをＳＲｍａｘの１．６
倍以下に設定するものである。
【００１６】請求項３に記載のディーゼルエンジンの吸
気装置は、請求項１または２に記載の発明において、前
記コントロールバルブが最小開度にあるときに最大スワ
ール比ＳＲｍａｘが得られる構成とするものである。
気装置は、請求項１または２に記載の発明において、前
記コントロールバルブが最小開度にあるときに最大スワ
ール比ＳＲｍａｘが得られる構成とするものである。
【００１７】請求項４に記載のディーゼルエンジンの吸
気装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明
において、前記最小スワール比ＳＲｍｉｎ、ヘリカルポ
ート単独スワール比ＳＲｈ、ヘリカルポート単独流量係
数Ｃｖｈ、タンジェンシャルポート単独流量係数をＣｖ
ｔに対してタンジェンシャルポート単独スワール比ＳＲ
ｔを ＳＲｔ＝［ＳＲｍｉｎ（Ｃｖｈ＋Ｃｖｔ）2−ＳＲｈ×
Ｃｖｈ2］／Ｃｖｔ2 の関係を満たすように設定するものである。
気装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明
において、前記最小スワール比ＳＲｍｉｎ、ヘリカルポ
ート単独スワール比ＳＲｈ、ヘリカルポート単独流量係
数Ｃｖｈ、タンジェンシャルポート単独流量係数をＣｖ
ｔに対してタンジェンシャルポート単独スワール比ＳＲ
ｔを ＳＲｔ＝［ＳＲｍｉｎ（Ｃｖｈ＋Ｃｖｔ）2−ＳＲｈ×
Ｃｖｈ2］／Ｃｖｔ2 の関係を満たすように設定するものである。
【００１８】
【発明の作用および効果】請求項１に記載のディーゼル
エンジンの吸気装置において、運転条件に応じてコント
ロールバルブが閉弁することにより、シリンダに吸入さ
れる吸気の大部分がヘリカルポートを通り、シリンダに
おける旋回成分が強められる。
エンジンの吸気装置において、運転条件に応じてコント
ロールバルブが閉弁することにより、シリンダに吸入さ
れる吸気の大部分がヘリカルポートを通り、シリンダに
おける旋回成分が強められる。
【００１９】コントロールバルブの開度変化に対するヘ
リカルポート単独スワール比ＳＲｈのバラツキ幅は、図
４に示すように、ＳＲｈ／ＳＲｍａｘが小さくなるのに
したがって大きくなり、ＳＲｈ／ＳＲｍａｘが１．２よ
り小さい領域でバラツキ幅が限界値を超えて大きくな
る。
リカルポート単独スワール比ＳＲｈのバラツキ幅は、図
４に示すように、ＳＲｈ／ＳＲｍａｘが小さくなるのに
したがって大きくなり、ＳＲｈ／ＳＲｍａｘが１．２よ
り小さい領域でバラツキ幅が限界値を超えて大きくな
る。
【００２０】本発明は図４の特性に基づいてヘリカルポ
ート単独スワール比ＳＲｈを要求スワール比ＳＲｍａｘ
の１．２倍以上に設定したため、要求スワール比ＳＲｍ
ａｘが得られるコントロールバルブの最小開度が大きく
なり、コントロールバルブの開度変化に対するヘリカル
ポートの吸気量およびスワール比ＳＲｈのバラツキ幅を
それぞれ小さくすることができる。こうしてコントロー
ルバルブの開度が小さい時に所期のスワール比ＳＲｈが
得られることにより、エンジンの出力性能や排気性能を
損なうことを防止できる。
ート単独スワール比ＳＲｈを要求スワール比ＳＲｍａｘ
の１．２倍以上に設定したため、要求スワール比ＳＲｍ
ａｘが得られるコントロールバルブの最小開度が大きく
なり、コントロールバルブの開度変化に対するヘリカル
ポートの吸気量およびスワール比ＳＲｈのバラツキ幅を
それぞれ小さくすることができる。こうしてコントロー
ルバルブの開度が小さい時に所期のスワール比ＳＲｈが
得られることにより、エンジンの出力性能や排気性能を
損なうことを防止できる。
【００２１】請求項２に記載のディーゼルエンジンの吸
気装置において、ヘリカルポートとタンジェンシャルポ
ートを合わせた流量係数は、図４に示すように、ＳＲｈ
／ＳＲｍａｘが約１．３で最大となり、ＳＲｈ／ＳＲｍ
ａｘが１．６より高い領域で限界値を超えて低下する。
気装置において、ヘリカルポートとタンジェンシャルポ
ートを合わせた流量係数は、図４に示すように、ＳＲｈ
／ＳＲｍａｘが約１．３で最大となり、ＳＲｈ／ＳＲｍ
ａｘが１．６より高い領域で限界値を超えて低下する。
【００２２】本発明は図４の特性に基づいてエンジンに
要求される最大スワール比ＳＲｍａｘに対してヘリカル
ポート単独スワール比ＳＲｈをＳＲｍａｘの１．６倍以
下に設定することにより、流量係数が十分に得られ、エ
ンジンの吸気充填効率を確保でき、排気性能の悪化を抑
制するとともに、出力性能の向上がはかれる。
要求される最大スワール比ＳＲｍａｘに対してヘリカル
ポート単独スワール比ＳＲｈをＳＲｍａｘの１．６倍以
下に設定することにより、流量係数が十分に得られ、エ
ンジンの吸気充填効率を確保でき、排気性能の悪化を抑
制するとともに、出力性能の向上がはかれる。
【００２３】請求項３に記載のディーゼルエンジンの吸
気装置において、エンジンに要求される性能から最大ス
ワール比ＳＲｍａｘが決まり、コントロールバルブ４が
最小開度にあるときに最大スワール比ＳＲｍａｘが得ら
れるように、ヘリカルポートおよびタンジェンシャルポ
ートの形状やコントロールバルブの開度等が設定される
ことより、高い吸気充填効率を維持しながらスワール比
を調節できる。
気装置において、エンジンに要求される性能から最大ス
ワール比ＳＲｍａｘが決まり、コントロールバルブ４が
最小開度にあるときに最大スワール比ＳＲｍａｘが得ら
れるように、ヘリカルポートおよびタンジェンシャルポ
ートの形状やコントロールバルブの開度等が設定される
ことより、高い吸気充填効率を維持しながらスワール比
を調節できる。
【００２４】請求項４に記載のディーゼルエンジンの吸
気装置において、最小スワール比ＳＲｍｉｎ、ヘリカル
ポート単独スワール比ＳＲｈ、ヘリカルポート単独流量
係数Ｃｖｈ、タンジェンシャルポート単独流量係数をＣ
ｖｔに対してタンジェンシャルポート単独スワール比Ｓ
Ｒｔを ＳＲｔ＝［ＳＲｍｉｎ（Ｃｖｈ＋Ｃｖｔ）2−ＳＲｈ×
Ｃｖｈ2］／Ｃｖｔ2 の関係を満たすように設定することにより、タンジェン
シャルポートの目標性能を簡便に求めることができ、エ
ンジンの開発期間を削減することができる。
気装置において、最小スワール比ＳＲｍｉｎ、ヘリカル
ポート単独スワール比ＳＲｈ、ヘリカルポート単独流量
係数Ｃｖｈ、タンジェンシャルポート単独流量係数をＣ
ｖｔに対してタンジェンシャルポート単独スワール比Ｓ
Ｒｔを ＳＲｔ＝［ＳＲｍｉｎ（Ｃｖｈ＋Ｃｖｔ）2−ＳＲｈ×
Ｃｖｈ2］／Ｃｖｔ2 の関係を満たすように設定することにより、タンジェン
シャルポートの目標性能を簡便に求めることができ、エ
ンジンの開発期間を削減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を４弁式直噴ディー
ゼルエンジンに適用した実施形態を添付図面に基づいて
説明する。
ゼルエンジンに適用した実施形態を添付図面に基づいて
説明する。
【００２６】図２において、１１はシリンダブロック、
６はシリンダ、８はピストン、１０はシリンダヘッド、
２はシリンダヘッド１０に形成された吸気ポート、２１
は吸気ポート２を開閉する吸気バルブ、９はシリンダヘ
ッド１０に形成された排気ポート、２２は排気ポート９
を開閉する排気バルブである。
６はシリンダ、８はピストン、１０はシリンダヘッド、
２はシリンダヘッド１０に形成された吸気ポート、２１
は吸気ポート２を開閉する吸気バルブ、９はシリンダヘ
ッド１０に形成された排気ポート、２２は排気ポート９
を開閉する排気バルブである。
【００２７】シリンダヘッド１にはシリンダ６内に燃料
を噴射する燃料噴射ノズル５が設置される。燃料噴射ノ
ズル５は、各吸・排気バルブ２１，２２の間からシリン
ダ６内の中央部に臨む。
を噴射する燃料噴射ノズル５が設置される。燃料噴射ノ
ズル５は、各吸・排気バルブ２１，２２の間からシリン
ダ６内の中央部に臨む。
【００２８】ピストン８が下降する吸気行程で各吸気バ
ルブ２１が開かれるのに伴って各吸気ポート２からシリ
ンダ６に吸気が吸入され、この吸気をピストン８で圧縮
した状態で燃料噴射ノズル５から噴射される燃料を着火
燃焼させる。燃焼したガスはピストン８が上昇する排気
行程で各排気バルブ２２が開かれるのに伴って各排気ポ
ート９に排出される。これらの各行程が連続して繰り返
される。ピストン８の往復運動は図示しないコンロッド
を介してクランクシャフトの回転運動に変換される。
ルブ２１が開かれるのに伴って各吸気ポート２からシリ
ンダ６に吸気が吸入され、この吸気をピストン８で圧縮
した状態で燃料噴射ノズル５から噴射される燃料を着火
燃焼させる。燃焼したガスはピストン８が上昇する排気
行程で各排気バルブ２２が開かれるのに伴って各排気ポ
ート９に排出される。これらの各行程が連続して繰り返
される。ピストン８の往復運動は図示しないコンロッド
を介してクランクシャフトの回転運動に変換される。
【００２９】図１に示すように、１つのシリンダ６に吸
気を導入する２本の吸気ポートとして、ヘリカルポート
１とタンジェンシャルポート２がそれぞれ独立して接続
される。吸気はヘリカルポート１とタンジェンシャルポ
ート２をそれぞれ通ってシリンダ６に導入されることに
より、シリンダ６内でシリンダ６の中心線について旋回
するスワール成分が強い旋回流を生起するようになって
いる。ヘリカルポート１を通過したスワールの旋回方向
とタンジェンシャルポート２を通過したスワールの旋回
方向は互いに一致している。
気を導入する２本の吸気ポートとして、ヘリカルポート
１とタンジェンシャルポート２がそれぞれ独立して接続
される。吸気はヘリカルポート１とタンジェンシャルポ
ート２をそれぞれ通ってシリンダ６に導入されることに
より、シリンダ６内でシリンダ６の中心線について旋回
するスワール成分が強い旋回流を生起するようになって
いる。ヘリカルポート１を通過したスワールの旋回方向
とタンジェンシャルポート２を通過したスワールの旋回
方向は互いに一致している。
【００３０】ヘリカルポート１とタンジェンシャルポー
ト２の上流端は共にシリンダヘッド１０の左側壁に開口
し、ヘリカルポート１の下流端はタンジェンシャルポー
ト２を越えてシリンダ６の右側の領域まで延びている。
したがって、ヘリカルポート１の通路長はタンジェンシ
ャルポート２より長い。
ト２の上流端は共にシリンダヘッド１０の左側壁に開口
し、ヘリカルポート１の下流端はタンジェンシャルポー
ト２を越えてシリンダ６の右側の領域まで延びている。
したがって、ヘリカルポート１の通路長はタンジェンシ
ャルポート２より長い。
【００３１】ヘリカルポート１はその下流端が平面図上
において渦巻き状に湾曲してシリンダ６に接続する。吸
気は渦巻き状をしたヘリカルポート１を通過することに
より、シリンダ６の中心線について旋回するスワール成
分の強い旋回流を生起する。
において渦巻き状に湾曲してシリンダ６に接続する。吸
気は渦巻き状をしたヘリカルポート１を通過することに
より、シリンダ６の中心線について旋回するスワール成
分の強い旋回流を生起する。
【００３２】タンジェンシャルポート２はその先端が平
面図上において直線状に延び、シリンダ６に対してその
略接線方向に接続する。吸気はタンジェンシャルポート
２を通ってシリンダ６の接線方向から導入されることに
より、スワール成分がヘリカルポート１より弱い旋回流
を生起する。
面図上において直線状に延び、シリンダ６に対してその
略接線方向に接続する。吸気はタンジェンシャルポート
２を通ってシリンダ６の接線方向から導入されることに
より、スワール成分がヘリカルポート１より弱い旋回流
を生起する。
【００３３】タンジェンシャルポート２からシリンダ６
に導入される吸気量を調節するスワール制御手段とし
て、タンジェンシャルポート２の上流側吸気通路にバタ
フライ式のコントロールバルブ４が介装される。
に導入される吸気量を調節するスワール制御手段とし
て、タンジェンシャルポート２の上流側吸気通路にバタ
フライ式のコントロールバルブ４が介装される。
【００３４】コントロールバルブ（弁体）４は、吸気通
路の断面形と同じく円盤状をし、回転軸７を介して回動
可能に支持される。回転軸７は図示しないアクチュエー
タによって回転駆動される。アクチュエータの作動を制
御するコントロールユニットは、エンジン回転数の検出
信号を入力し、エンジン回転数が上昇するのに伴ってコ
ントロールバルブ４の開度を大きくして、スワールの勢
力を小さくする制御を行う。
路の断面形と同じく円盤状をし、回転軸７を介して回動
可能に支持される。回転軸７は図示しないアクチュエー
タによって回転駆動される。アクチュエータの作動を制
御するコントロールユニットは、エンジン回転数の検出
信号を入力し、エンジン回転数が上昇するのに伴ってコ
ントロールバルブ４の開度を大きくして、スワールの勢
力を小さくする制御を行う。
【００３５】ここで、ヘリカルポート１において、スワ
ール比をＳＲ1、流量係数をＣｖ1、吸気の質量流量をｍ
1、Ｔ1をインパルスメータの測定トルク、Ａ1をスロー
ト面積とする。
ール比をＳＲ1、流量係数をＣｖ1、吸気の質量流量をｍ
1、Ｔ1をインパルスメータの測定トルク、Ａ1をスロー
ト面積とする。
【００３６】タンジェンシャルポート２において、スワ
ール比をＳＲ2、流量係数をＣｖ2、吸気の質量流量をｍ
2、Ｔ2をインパルスメータの測定トルク、Ａ2をスロー
ト面積とする。
ール比をＳＲ2、流量係数をＣｖ2、吸気の質量流量をｍ
2、Ｔ2をインパルスメータの測定トルク、Ａ2をスロー
ト面積とする。
【００３７】差圧ΔＰ（リグテスタの印加差圧）のもと
でヘリカルポート１の流量係数Ｃｖ1は次式で算出され
る。ただし、Ｄは定数である。
でヘリカルポート１の流量係数Ｃｖ1は次式で算出され
る。ただし、Ｄは定数である。
【００３８】 Ｃｖ1＝Ｄ×ｍ1／［Ａ1×（ΔＰ）1/2］ …（１） 同じく差圧ΔＰのもとでタンジェンシャルポート２の流
量係数Ｃｖ2は次式で算出される。
量係数Ｃｖ2は次式で算出される。
【００３９】 Ｃｖ2＝Ｄ×ｍ2／［Ａ2×（ΔＰ）1/2］ …（２） ここで、差圧ΔＰのもとでヘリカルポート１とタンジェ
ンシャルポート２を組み合わせた場合、流れの干渉はな
いものとして、各ポート１，２を組み合わせた吸気量
は、同差圧下での各ポート１，２の流量の和として求め
られると仮定する。そして、各ポート１，２を組み合わ
せた吸気の導入角運動量は、同差圧下での各ポート１，
２の導入角運動量の和として求められると仮定する。
ンシャルポート２を組み合わせた場合、流れの干渉はな
いものとして、各ポート１，２を組み合わせた吸気量
は、同差圧下での各ポート１，２の流量の和として求め
られると仮定する。そして、各ポート１，２を組み合わ
せた吸気の導入角運動量は、同差圧下での各ポート１，
２の導入角運動量の和として求められると仮定する。
【００４０】ヘリカルポート１とタンジェンシャルポー
ト２を組み合わせたスワール比ＳＲａｌｌは次式で算出
される。ただし、Ｃは定数である。
ト２を組み合わせたスワール比ＳＲａｌｌは次式で算出
される。ただし、Ｃは定数である。
【００４１】 ＳＲａｌｌ＝Ｃ×（Ｔ1＋Ｔ2）／（ｍ1＋ｍ2）2 …（３） （３）式に、Ｔ1＝ＳＲ1×ｍ1 2／Ｃ、Ｔ2＝ＳＲ2×ｍ2 2
／Ｃ、ｍ1＝Ｃｖ1×（ΔＰ）1/2／Ｄ、ｍ2＝Ｃｖ2×
（ΔＰ）1/2／Ｄをそれぞれ代入すると、ＳＲａｌｌは
次式で算出される。
／Ｃ、ｍ1＝Ｃｖ1×（ΔＰ）1/2／Ｄ、ｍ2＝Ｃｖ2×
（ΔＰ）1/2／Ｄをそれぞれ代入すると、ＳＲａｌｌは
次式で算出される。
【００４２】ＳＲａｌｌ＝（ＳＲ1×Ｃｖ1 2＋ＳＲ2×Ｃ
ｖ2 2）／（Ｃｖ1＋Ｃｖ2）2 …（４） エンジンに要
求される性能から最小スワール比ＳＲｍｉｎと最大スワ
ール比ＳＲｍａｘがそれぞれ決まる。コントロールバル
ブ４が最大開度にあるときに得られるスワール比が最小
スワール比ＳＲｍｉｎとなり、コントロールバルブ４が
最小開度にあるときに得られるスワール比が最大スワー
ル比ＳＲｍａｘとなるように、ヘリカルポート１および
タンジェンシャルポート２の形状やコントロールバルブ
４の開度等が設定される。
ｖ2 2）／（Ｃｖ1＋Ｃｖ2）2 …（４） エンジンに要
求される性能から最小スワール比ＳＲｍｉｎと最大スワ
ール比ＳＲｍａｘがそれぞれ決まる。コントロールバル
ブ４が最大開度にあるときに得られるスワール比が最小
スワール比ＳＲｍｉｎとなり、コントロールバルブ４が
最小開度にあるときに得られるスワール比が最大スワー
ル比ＳＲｍａｘとなるように、ヘリカルポート１および
タンジェンシャルポート２の形状やコントロールバルブ
４の開度等が設定される。
【００４３】ところで、バタフライ式のコントロールバ
ルブ４は最小開度にあるときでも吸気通路の内壁との間
に間隙を持ち、煤やオイル分等の付着によりコントロー
ルバルブ４が吸気通路の内壁に固着するバルブスティッ
クを防止するようになっている。
ルブ４は最小開度にあるときでも吸気通路の内壁との間
に間隙を持ち、煤やオイル分等の付着によりコントロー
ルバルブ４が吸気通路の内壁に固着するバルブスティッ
クを防止するようになっている。
【００４４】しかし、生産時における吸気系の寸法誤差
やコントロールバルブ４の組付け誤差により、コントロ
ールバルブ４が最小開度にあるときにタンジェンシャル
ポート２を通過する吸気量のバラツキが生じる可能性が
ある。
やコントロールバルブ４の組付け誤差により、コントロ
ールバルブ４が最小開度にあるときにタンジェンシャル
ポート２を通過する吸気量のバラツキが生じる可能性が
ある。
【００４５】図３はコントロールバルブ４の開度とタン
ジェンシャルポート２を流れる吸気量の関係を示す特性
図である。コントロールバルブ４の開度がＢからＡへと
小さくなるほど、コントロールバルブ４の開度変化量θ
1に対するタンジェンシャルポート２を通過する吸気量
の変化量ＱB，ＱAが大きくなる傾向がある。
ジェンシャルポート２を流れる吸気量の関係を示す特性
図である。コントロールバルブ４の開度がＢからＡへと
小さくなるほど、コントロールバルブ４の開度変化量θ
1に対するタンジェンシャルポート２を通過する吸気量
の変化量ＱB，ＱAが大きくなる傾向がある。
【００４６】ここで、タンジェンシャルポート２を完全
に閉塞してヘリカルポート１のみから吸気を導入する運
転状態において得られるスワール比をヘリカルポート単
独スワール比ＳＲｈとする。
に閉塞してヘリカルポート１のみから吸気を導入する運
転状態において得られるスワール比をヘリカルポート単
独スワール比ＳＲｈとする。
【００４７】図４はＳＲｈ／ＳＲｍａｘに対するコント
ロールバルブ４を通過する最小流量、コントロールバル
ブ４を通過する流量のバラツキ、スワール比ＳＲａｌｌ
のバラツキ、流量係数等の特性をそれぞれ示す。
ロールバルブ４を通過する最小流量、コントロールバル
ブ４を通過する流量のバラツキ、スワール比ＳＲａｌｌ
のバラツキ、流量係数等の特性をそれぞれ示す。
【００４８】図４の特性を基に、本発明は次式が成立す
るように吸気系およびコントロールバルブ４を形成す
る。
るように吸気系およびコントロールバルブ４を形成す
る。
【００４９】 １．２×ＳＲｍａｘ≦ＳＲｈ≦１．６×ＳＲｍａｘ …（５） 図４からコントロールバルブ４を通過する流量のバラツ
キおよびスワール比のバラツキは、ＳＲｈ／ＳＲｍａｘ
が大きくなるのにしたがって次第に小さくなり、１．２
より小さい領域で著しく大きくなり、ＳＲｈ／ＳＲｍａ
ｘが１．２以上になる領域で十分に小さく抑えられるこ
とがわかる。
キおよびスワール比のバラツキは、ＳＲｈ／ＳＲｍａｘ
が大きくなるのにしたがって次第に小さくなり、１．２
より小さい領域で著しく大きくなり、ＳＲｈ／ＳＲｍａ
ｘが１．２以上になる領域で十分に小さく抑えられるこ
とがわかる。
【００５０】上記図４の特性を基に、本発明は１．２×
ＳＲｍａｘ≦ＳＲｈとなるように吸気系の形状および寸
法を設定することにより、生産時における吸気系の寸法
誤差やコントロールバルブ４の組付け誤差等に起因して
生じるスワール比ＳＲａｌｌのバラツキを十分に小さく
抑えられる。こうしてコントロールバルブ４の開度が小
さい時に所期のスワール比ＳＲｈが得られることによ
り、エンジンの出力性能や排気性能を損なうことを防止
できる。
ＳＲｍａｘ≦ＳＲｈとなるように吸気系の形状および寸
法を設定することにより、生産時における吸気系の寸法
誤差やコントロールバルブ４の組付け誤差等に起因して
生じるスワール比ＳＲａｌｌのバラツキを十分に小さく
抑えられる。こうしてコントロールバルブ４の開度が小
さい時に所期のスワール比ＳＲｈが得られることによ
り、エンジンの出力性能や排気性能を損なうことを防止
できる。
【００５１】図６はヘリカルポート単独スワール比ＳＲ
ｈと要求スワール比ＳＲｍａｘの１．２倍より小さく設
定した従来装置において、タンジェンシャルポート２の
吸気量とヘリカルポート単独スワール比ＳＲｈの関係を
示す特性図である。図５は本発明によるタンジェンシャ
ルポート２の吸気量とヘリカルポート単独スワール比Ｓ
Ｒｈの関係を示す特性図である。本発明はヘリカルポー
ト単独スワール比ＳＲｈを要求スワール比ＳＲｍａｘの
１．２倍以上に設定したため、要求スワール比ＳＲｍａ
ｘが得られるコントロールバルブ４の最小開度が大きく
なり、コントロールバルブ４の開度変化に対するタンジ
ェンシャルポート２の吸気量のバラツキ幅とスワール比
ＳＲａｌｌのバラツキ幅をそれぞれ小さくすることがで
きる。こうしてエンジンの低速時に所期のスワール比Ｓ
Ｒａｌｌが得られることにより、出力性能や排気性能を
損なうことを防止できる。
ｈと要求スワール比ＳＲｍａｘの１．２倍より小さく設
定した従来装置において、タンジェンシャルポート２の
吸気量とヘリカルポート単独スワール比ＳＲｈの関係を
示す特性図である。図５は本発明によるタンジェンシャ
ルポート２の吸気量とヘリカルポート単独スワール比Ｓ
Ｒｈの関係を示す特性図である。本発明はヘリカルポー
ト単独スワール比ＳＲｈを要求スワール比ＳＲｍａｘの
１．２倍以上に設定したため、要求スワール比ＳＲｍａ
ｘが得られるコントロールバルブ４の最小開度が大きく
なり、コントロールバルブ４の開度変化に対するタンジ
ェンシャルポート２の吸気量のバラツキ幅とスワール比
ＳＲａｌｌのバラツキ幅をそれぞれ小さくすることがで
きる。こうしてエンジンの低速時に所期のスワール比Ｓ
Ｒａｌｌが得られることにより、出力性能や排気性能を
損なうことを防止できる。
【００５２】しかし、ヘリカルポート単独スワール比Ｓ
Ｒｈを大きくすると、ヘリカルポート１の流量係数が低
下するという問題点がある。
Ｒｈを大きくすると、ヘリカルポート１の流量係数が低
下するという問題点がある。
【００５３】図４から流量係数はＳＲｈ／ＳＲｍａｘが
約１．３で最大となり、ＳＲｈ／ＳＲｍａｘが１．６よ
り高い領域で限界値を超えて低下する。
約１．３で最大となり、ＳＲｈ／ＳＲｍａｘが１．６よ
り高い領域で限界値を超えて低下する。
【００５４】上記図４の特性を基に、本発明はＳＲｈ≦
１．６×ＳＲｍａｘとなるように吸気系を設定すること
により、ヘリカルポート１の流量係数が限界値以上に得
られ、エンジンの吸気充填効率を確保できる。この結
果、エンジンの排気性能の悪化を抑制するとともに、出
力性能の向上がはかれる。
１．６×ＳＲｍａｘとなるように吸気系を設定すること
により、ヘリカルポート１の流量係数が限界値以上に得
られ、エンジンの吸気充填効率を確保できる。この結
果、エンジンの排気性能の悪化を抑制するとともに、出
力性能の向上がはかれる。
【００５５】ここで、タンジェンシャルポート２を完全
に閉塞してヘリカルポート１のみから吸気を導入する運
転状態において得られる流量係数をヘリカルポート単独
流量係数Ｃｖｈとし、ヘリカルポート１を完全に閉塞し
てタンジェンシャルポート２のみから吸気を導入する運
転状態において得られるスワール比をタンジェンシャル
ポート単独スワール比ＳＲｔとし、同じくタンジェンシ
ャルポート２のみから吸気を導入する運転状態において
得られる流量係数をタンジェンシャルポート単独流量係
数をＣｖｔとする。タンジェンシャルポート単独スワー
ル比ＳＲｔを、ＳＲｈ、Ｃｖｈ、Ｃｖｔの関数として次
式で算出する（参考資料…Ｐｉｓｃｈｉｇｅｒｓ Ｍｅ
ｔｈｏｄ；ＦＩＳＩＴＡ Ｃｏｒｇｒｅｓｓ １９６
１）。
に閉塞してヘリカルポート１のみから吸気を導入する運
転状態において得られる流量係数をヘリカルポート単独
流量係数Ｃｖｈとし、ヘリカルポート１を完全に閉塞し
てタンジェンシャルポート２のみから吸気を導入する運
転状態において得られるスワール比をタンジェンシャル
ポート単独スワール比ＳＲｔとし、同じくタンジェンシ
ャルポート２のみから吸気を導入する運転状態において
得られる流量係数をタンジェンシャルポート単独流量係
数をＣｖｔとする。タンジェンシャルポート単独スワー
ル比ＳＲｔを、ＳＲｈ、Ｃｖｈ、Ｃｖｔの関数として次
式で算出する（参考資料…Ｐｉｓｃｈｉｇｅｒｓ Ｍｅ
ｔｈｏｄ；ＦＩＳＩＴＡ Ｃｏｒｇｒｅｓｓ １９６
１）。
【００５６】ＳＲｔ＝［ＳＲｍｉｎ（Ｃｖｈ＋Ｃｖｔ）
2−ＳＲｈ×Ｃｖｈ2］／Ｃｖｔ2…（２） これによ
り、タンジェンシャルポート２の目標性能を簡便に求め
ることができ、エンジンの開発期間を削減することがで
きる。
2−ＳＲｈ×Ｃｖｈ2］／Ｃｖｔ2…（２） これによ
り、タンジェンシャルポート２の目標性能を簡便に求め
ることができ、エンジンの開発期間を削減することがで
きる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示すエンジンの概略
平面図。
平面図。
【図２】同じくエンジンの断面図。
【図３】同じくコントロールバルブ開度と吸気量の関係
を示す特性図。
を示す特性図。
【図４】同じくＳＲｈ／ＳＲｍａｘと流量係数、スワー
ル比のバラツキ幅、流量のバラツキ幅、コントロールバ
ルブの最小流量の関係を示す特性図。
ル比のバラツキ幅、流量のバラツキ幅、コントロールバ
ルブの最小流量の関係を示す特性図。
【図５】同じくタンジェンシャルポートの吸気量とスワ
ール比の関係を示す特性図。
ール比の関係を示す特性図。
【図６】従来例におけるタンジェンシャルポートの吸気
量とスワール比の関係を示す特性図。
量とスワール比の関係を示す特性図。
【図７】従来例を示す吸気ポート等の平面図。
１ ヘリカルポート ２ タンジェンシャルポート ４ コントロールバルブ ５ 燃料噴射弁 ６ シリンダ ８ ピストン １０ シリンダヘッド １１ シリンダブロック
Claims (4)
- 【請求項１】１つのシリンダにスワールを生起するよう
に吸気を導入するヘリカルポートおよびタンジェンシャ
ルポートを備え、 ヘリカルポートから導入される吸気流によって生起され
るスワールの旋回方向とタンジェンシャルポートから導
入される吸気流によって生起されるスワールの旋回方向
とを互いに一致させ、 ヘリカルポート単独スワール比ＳＲｈがタンジェンシャ
ルポート単独スワール比ＳＲｔより大きく設定され、 タンジェンシャルポートを通過する吸気量を調節するバ
タフライ式コントロールバルブを備え、 混合気を圧縮して着火させるディーゼルエンジンにおい
て、 エンジンに要求される最大スワール比ＳＲｍａｘに対し
てヘリカルポート単独スワール比ＳＲｈをＳＲｍａｘの
１．２倍以上に設定したことを特徴とするディーゼルエ
ンジンの吸気装置。 - 【請求項２】前記エンジンに要求される最大スワール比
ＳＲｍａｘに対してヘリカルポート単独スワール比ＳＲ
ｈをＳＲｍａｘの１．６倍以下に設定したことを特徴と
する請求項１に記載のディーゼルエンジンの吸気装置。 - 【請求項３】前記コントロールバルブが最小開度にある
ときに最大スワール比ＳＲｍａｘが得られる構成とした
ことを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼル
エンジンの吸気装置。 - 【請求項４】前記エンジンに要求される最小スワール比
ＳＲｍｉｎ、ヘリカルポート単独スワール比ＳＲｈ、ヘ
リカルポート単独流量係数Ｃｖｈ、タンジェンシャルポ
ート単独流量係数をＣｖｔに対してタンジェンシャルポ
ート単独スワール比ＳＲｔを ＳＲｔ＝［ＳＲｍｉｎ（Ｃｖｈ＋Ｃｖｔ）2−ＳＲｈ×
Ｃｖｈ2］／Ｃｖｔ2 の関係を満たすように設定したことを特徴とする請求項
１から３のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの
吸気装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9152474A JPH10339150A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | ディーゼルエンジンの吸気装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9152474A JPH10339150A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | ディーゼルエンジンの吸気装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10339150A true JPH10339150A (ja) | 1998-12-22 |
Family
ID=15541313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9152474A Pending JPH10339150A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | ディーゼルエンジンの吸気装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10339150A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009002173A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Toyota Motor Corp | 可変動弁機構を備える内燃機関 |
| US7878172B2 (en) * | 2008-06-06 | 2011-02-01 | General Electric Company | Intake channels for internal combustion engines |
| CN102619639A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-08-01 | 中国北方发动机研究所 | 可调涡流的进气道装置 |
-
1997
- 1997-06-10 JP JP9152474A patent/JPH10339150A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009002173A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Toyota Motor Corp | 可変動弁機構を備える内燃機関 |
| US7878172B2 (en) * | 2008-06-06 | 2011-02-01 | General Electric Company | Intake channels for internal combustion engines |
| CN102619639A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-08-01 | 中国北方发动机研究所 | 可调涡流的进气道装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040413 |