JPS5932648B2 - 内燃機関の吸気通路構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の吸気通路構造に関する。

従来より特にディーゼル機関においては吸気行程時に燃
焼室内に強力な旋回流を発生するためにほぼまっすぐに
延びる入口通路部と渦巻部とにより構成されるヘリカル
型吸気ボートが使用されている。

しかしながらこのようなヘリカル型吸気ボートをガソリ
ン機関に応用し、機関低速運転時に必要な旋回流を燃焼
室内に発生できるようにディーゼル機関用ヘリカル型吸
気ボートに若干の変更を加えただけではガソリン機関の
使用回転数はディーゼル機関に比べてはるかに高いため
にヘリカル型吸気ボート内を流れる混合気の流れ抵抗が
太き（なり、斯くして機関高速高負荷運転時における充
填効率が低下するという問題がある。

更に、多気筒内燃機関において各気筒の吸気ボートを単
にヘリカル状に形成したとしても各気筒に均一な旋回流
を発生できないという問題がある。

本発明は機関低速運転時において燃焼室内に強力な旋回
流を発生できると共に機関高速高負荷運転時において充
填効率が低下することがなく、しかも各気筒に均一な旋
回流を発生させることのできる吸気通路構造を提供する
ことにある。

以下添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図並びに第２図を参照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１内で往復運動するピストン
、３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッ
ド、４はピストン２とシリンダヘッド３間に形成された
燃焼室、５は吸気弁、６はシリンダヘッド３内に形成さ
れたヘリカル型吸気ボート、７は排気弁、８はシリンダ
ヘッド３内に形成された排気ボート、９は点火栓、１０
は吸気マニホルド、１１は気化器、１２は吸気マニホル
ド枝管を夫々示し、これらの吸気マニホルド枝管１２は
夫々対応する吸気ボート６に接続される。

第２図に示すようにヘリカル型吸気ボート６の上壁面上
には弁ステムガイド１３を保持するために下方に突出す
る円筒状突起１４が一体形成され、この円筒状突起１４
の先端部から弁ステムガイド１３の先端部が突出する。

気化器１１において形成された混合気は吸気行程時に吸
気マニホルド１０、吸気マニホルド枝管１２、ヘリカル
型吸気ボート６並びに吸気弁５を介して燃焼室４内に導
入され、次いでこの混合気は圧縮行程末期に点火栓９に
より着火される。

第４図から第７図は第２図のヘリカル型吸気ボート６の
形状を図解的に示す。

ヘリカル型吸気ボート６は第５図並びに第６図に示され
るようにほぼまっすぐに延びる吸気ボート長手軸線ａを
有する入口通路部Ａと渦巻部Ｂとにより構成される。

入口通路部Ａの入口開口は第８図に示されるように矩形
状に形成され、一方渦巻部Ｂの混合気出口部１５は渦巻
部Ｂの渦巻軸線すと中心とする円筒状に形成される。

第２図に示すように渦巻軸線ｂ、即ち吸気弁５の軸線は
シリンダ軸線に対して傾斜しており、一方入口通路部Ａ
はほぼ水平方向に延びる。

入口通路部Ａの渦巻軸線すから離れた方の第１側壁面１
６はほぼ垂直に配置され、この第１側壁面１６は渦巻軸
線すを中心として彎曲する渦巻部Ｂの側壁面１７に滑ら
かに接続する。

この側壁面１７は第７図或いは第１０図に示されるよう
に円筒状出口部１５よりも外方に膨出しており、更にこ
の側壁面１７は側壁面１７と渦巻軸線すとの距離Ｒが始
めはほぼ一定であるが矢印Ｃで示す渦巻方向に行くに従
って徐々に小さくなりかつ渦巻終端部Ｅにおいて円筒状
出口部１５０半径ｒとほぼ等しくなるように形成される
。

一方、入口通路部Ａの渦巻軸線すに近い方の第２側壁面
１８の上方側壁面部分は下方を向いた傾斜面１８ａに形
成され、この傾斜面１８ａは第２側壁面１８のほぼ全長
に亘って延びる。

更に、この傾斜面１８ａの巾は入口通路部Ａの入口開口
から渦巻部Ｂに近づくに従って次第に広（なり、入口通
路部Ａと渦巻部Ｂとの接続部においては第９図に示すよ
うに第２側壁面１８のほぼ全体が下方を向いた傾斜面１
８ａに形成される。

従って入口通路部Ａの断面形状は入口通路部Ａと渦巻部
Ｂとの接続部において台形状をなす。

傾斜面１８ａの上半分は第２図に示す円筒状突起１４０
周壁面に滑らかに接続され、一方傾斜面１８ａの下半分
は渦巻部Ｂの渦巻終端部Ｅにおいて渦巻部Ｂの側壁面１
１に接続される。

入口通路部Ａの上壁面１９は第２図並びに第６図に示す
ように入口通路部Ａの入口開口から渦巻部Ｂに向げてほ
ぼ水平に延び、次いで渦巻部Ｂの上壁面２０は渦巻方向
Ｃ（第５図）に沿って徐々に下降し、次いでこの傾斜上
壁面２０は入口通路部Ａの第２側壁面１８に接続する。

前述したように入口通路部Ａの傾斜面１８ａの巾が渦巻
部Ｂに向けて徐々に広がるように形成されているので入
口通路部Ａの上壁面１９の巾は渦巻部Ｂに近づ（に従っ
て徐々に狭（なり、一方前述したように渦巻部Ｂの側壁
面１７と渦巻軸線すとの距離Ｒは始めはほぼ一定である
が渦巻方向Ｃに徐々に小さくなるように形成されている
ので渦巻部Ｂの上壁面２０の巾は渦巻方向Ｃに向かうに
従って徐々に狭くなる。

従って入口通路部Ａの上壁面１９は渦巻部Ｂに向かって
その巾が狭くなりつつほぼ水平に延び、次いでこの上壁
面１９に滑らかに接続された渦巻部Ｂの上壁面２０はそ
の巾が更に狭（なりつつ渦巻方向Ｃに向けて下降するこ
とになる。

第２図および第６図に示すように入口通路部Ａの下壁面
２１は上壁面１９とほぼ平行をなして渦巻部Ｂに向けて
ほぼ水平に延び、次いで第２図に示されるように滑らか
な曲壁面２２を経て円筒状出口部１５に接続される。

なお、第５図かられかるように下壁面２１の巾は渦巻部
Ｂに近づ（に従って徐々に狭（なる。

一方、第１図に示されるように吸気マニホルド１０は一
対の共通通路部分１０ａ、１０ｂを有し、各共通通路部
分１０ａ、ＩＱｂから一対の吸気マニホルド枝管１２が
Ｖ字状に分岐される。

これらの各吸気マニホルド枝管１２は第１図および第２
図に示されるようにまっすぐに延びる真直管から形成さ
れ、各吸気マニホルド枝管１２は対応する入口通路部Ａ
と一直線上に配置される。

従って吸気マニホルド枝管１２と入口通路部Ａとにより
構成される各一対の分岐通路Ｘは吸気マニホルド枝管１
２の分岐位置Ｐから対応する渦巻部Ｂに向けてまっすぐ
に延び、しかもこれらの分岐通路Ｘは吸気マニホルド枝
管１２の分岐位置Ｐから隣接する気筒の各渦巻部Ｂに向
は鋭角をなして漸次離間するＶ字状に配置形成される。

また、第３図に示すように各吸気マニホルド枝管１２の
断面は矩形状をなす。

第１図においてまっすぐに延びる分岐通路Ｘの長さ、即
ち吸気マニホルド枝管１２の分岐位置Ｐから入口通路部
Ａと渦巻部Ｂとの接続部Ｑまでの距離をＸとし、入口通
路部Ａの入口開口Ｇにおける断面積をＳとすると、第１
図に示す実施例ではＸ／Ｓが０．７ｃｍ’以上に設定さ
れている。

また、第１図において１番気筒Ｈと２香気筒Ｊとに注目
するとこれらの１番気筒Ｈおよび２香気筒Ｊは機関本体
の長手軸線に対して直角をなす対称面Ｙに関して対称に
配置され、一対の吸気マニホルド枝管１２は対称面Ｙ上
においてＶ字状に分岐される。

即ち、吸気マニホルド枝管１２の分岐位置Ｐは対称面Ｙ
上に位置する。

そして、１番気筒Ｈに対して設けられた吸気マニホルド
枝管１２、入口通路部Ａ、渦巻部Ｂ、吸気弁５、排気弁
７、排気ボート８および点火栓９と、２香気筒Ｊに対し
て設けられた吸気マニホルド枝管１２、入口通路部Ａ、
渦巻部Ｂ、吸気弁５、排気弁７、排気ボート８および点
火栓９とは対称面Ｙに関して対称に配置される。

また、第１図に示されるように共通通路部分１０ａの出
口端部領域Ｍは対称面Ｙに沿って延びる。

機関運転時、気化器１１において形成された混合気は共
通通路部分１０ａ、１０ｂを介して吸気マニホルド枝管
１２内に送り込まれ、次いで入口通路部Ａ内に送り込ま
れる。

前述したように吸気マニホルド枝管１２と入口通路部Ａ
とによって構成される一対の分岐通路Ｘは吸気マニホル
ド枝管１２の分岐位置Ｐから対応する渦巻部Ｂに向は鋭
角をなしてＶ字状に延びているために共通通路部分１０
ａの側壁面と分岐通路Ｘの外側内壁面は１８０度に近い
鈍角をなして接続されており、従って共通通路部分１０
ａの側壁面に沿って流れる混合気流は減速されることな
（分岐通路Ｘの外側内壁面に沿って流れる。

一方、共通通路部分１０ａの中央部を流れる混合気流は
分岐位置Ｐにおいて分流されるが各分岐通路Ｘは鋭角を
なして延びているので分流された混合気流は渦を発生す
ることなく分岐通路Ｘの内側内壁面に沿って滑らかに流
れる。

次いで入口通路部Ａ内に送り込まれた混合気の一部は第
２図において矢印にで示すように土壁面１９．２０に沿
って進行し、他の混合気は入口通路部Ａの傾斜面１８ａ
に衝突して下向きの力を与えられて第２図において矢印
りに示すように旋回することなく円筒状出口部１５内に
流入する。

前述したように上壁面１９，２０の巾は次第に狭くなる
ために上壁面１９．２０に沿って流れる混合気の流路は
次第に狭ばまり、また上壁面２０は渦巻方向Ｃに向けて
下降しているので上壁面１９゜２０に沿う混合気流は次
第に増速されつつ下向きの力を与えられる。

斯くして渦巻部Ｂ内には旋回しつつ下降する旋回流が発
生せしめられ、この旋回流によって第２図において矢印
りで示すように円筒状出口部１５内に流入した混合気に
旋回流が与えられる。

次いで旋回しつつ下降する旋回流は円筒状出口部１５の
内壁面に沿って何ら抵抗を受けることなく滑らかに旋回
することにより渦巻軸線す回りの強引な旋回流が円筒状
出口部１５において形成される。

次いでこの旋回混合気は吸気弁５とその弁座間に形成さ
れた隙間を通して燃焼室４内に流入し、燃焼室４内に強
力な旋回流を発生せしめる。

一方、前述したように入口通路部Ａの断面形状は入口通
路部Ａと渦巻部Ｂとの接続部において台形状をなしてお
り、従ってこの接続部において第２側壁面１８の全体が
下向きの傾斜面１８ａから形成されているので機関高速
高負荷運転時のように吸入空気量が多いときには大部分
の混合気の流れ方向が傾斜面１８ａによって下向きに偏
向され、従って大部分の混合気は通常の吸気ボート内を
流れる混合気と同様に旋回することなく滑らかな曲壁面
２２に沿って円筒状出口部１５内に流入するので流れ抵
抗は小さくなる。

この場合、混合気の流れ方向を急激に変化させると渦が
生じたりしてカニって流れ抵抗は太き（なってしまう。

しかしながら本発明では傾斜面１８ａが第２側壁面１８
のほぼ全長に亘って形成され、しかもこの傾斜面１８ａ
は入口通路部Ａの入口開口から渦巻部Ｂに向けて徐々に
広（なるように形成されているので混合気は入口通路部
Ａ内を流れる間に徐々に下方に向けて押下げられる。

このように大部分の混合気が徐々に下方に向けて押下げ
られるために流れ抵抗が小さくなり、斯（して機関高速
高負荷運転時に高い充填効率を得ることができる。

上述の如きヘリカル型吸気ボート６においては土壁面１
９．２０に沿って流れる混合気流が旋回流の発生に大き
く寄与しており、また傾斜面１８ａが充填効率の向上に
太き（寄与している。

従って第５図において矢印Ｖで示すように傾斜面１８ａ
に向けて入口通路部Ａ内に混合気を流入せしめると大部
分の混合気が傾斜面１８ａにより下方に流れ方向を偏向
せしめられ、それによって旋回することなく入口通路部
１５内に流入するために機関低速運転時に強力な旋回流
を発生せしめることはできない。

一方、第５図において矢印Ｗで示すように第１側壁而１
６に向けて入口通路部１５内に混合気を流入せしめると
大部分の混合気が上壁面１９．２０に沿って流れるので
強力な旋回流を得ることができるが傾斜面１８ａによる
混合気の下向き偏流作用が弱まるので高速高負荷運転時
における充填効率の低下を招くことになる。

従って低速運転時における強力な旋回流の発生作用と高
速高負荷運転時における充填効率の向上作用とを共に満
足するには第５図において矢印Ｚで示すように入口通路
部Ａの長手軸線ａに沿って入口通路部Ａ内に混合気を流
入させる必要がある。

このように入口通路部Ａの長手軸線ａに沿って入口通路
部Ａ内に混合気を流入せしめるにはある程度の助走区間
が必要であり、このために第１図に示されるように吸気
マニホルド枝管１２が吸気ボート６の長手軸線ａに沿っ
て延びるように配置されている。

なお、本発明者による実験によれば例えば入口通路部Ａ
の入口開口Ｇにおける断面積が１２ｃｒｔ１程度の場合
に第１図に示す長さＸがほぼ８．５ ｃｍ以上あれば高
い充填効率を確保しつつ強力な旋回流を発生できること
が判明している。

また、第１図に示されるように１香気筒Ｈと２香気筒Ｊ
の吸気弁５、吸気ボート６、吸気マニホルド枝管１２を
対称面Ｙに関して対照に配置することによって各気筒内
に均一な強さの旋回流を発生することができることも判
明している。

上述したように本発明による吸気マニホルド枝管１２の
配置構成は吸気ボート６の形状と組合わさって大きな効
果を発揮しうるが吸気ボート６の形状を通常のヘリカル
型吸気ボートの形状にしても旋回流の発生作用と高い充
填効率の確保に対して効果を発揮する。

即ち、一対の分岐通路Ｘを鋭角をなすＶ字形に形成する
ことによって共通通路部分１０ａの側壁面に沿う混合気
流が減速されることなく分岐通路Ｘの外側内壁面に沿っ
て流れることになるので渦巻部Ｂ内には強力な旋回流が
発生せしめられ、一方共通通路部分１０ａの中央部を流
れる混合気流は渦を生ずることなく分流されるので流体
損失がなく、また分流後、流れ抵抗の小さなまっすぐに
延びる分岐通路に沿って流れるために高い充填効率を得
ることができる。

以上述べたように本発明によれば一対の分岐通路を鋭角
をなすＶ字形に形成することによって強力な旋回流を発
生せしめることができると共に高い充填効率を得ること
ができる。

また、隣接する気筒の吸気マニホルド枝管、入口通路部
および渦巻部を隣接気筒の対称面に関して対称に配置す
ることによって各気筒内に均一な強さの旋回流を発生さ
せることができるので各気筒間における燃焼のばらつき
を阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の平面図、第２図は第１
図の■−■線に沿ってみた側面断面図、第３図は第１図
の■−■線に沿ってみた断面図、第４図は第２図のヘリ
カル型吸気ボートの形状を示す斜視図、第５図は第４図
の矢印Ｖに沿ってみた平面図、第６図は第４図の矢印■
に沿ってみた側面図、第７図は第４図の矢印■に沿って
みた側面図、第８図は第５図の■−■線に沿ってみた断
面図、第９図は第５図のＩＸ−ＩＸ線に沿ってみた断面
図、第１０図は第５図のＸ−Ｘ線に沿ってみた断面図で
ある。 ６・・・吸気ボート、１０・・・吸気マニホルド、１２
・・・吸気マニホルド枝管、１５・・・円筒状出口部、
１６・・・第１側壁面、１８・・・第２側壁面、１８ａ
・・・傾斜面、１９，２０・・・上壁面、Ａ・・・入口
通路部、Ｂ・・・渦巻部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気マニホルドがその共通通路部分から分岐された
   少くとも一対の吸気マニホルド枝管を具備し、機関シリ
   ンダヘッド内に少なくとも一対のヘリカル型吸気ボート
   を形成し、各ヘリカル型吸気ボートが夫々渦巻部と、該
   渦巻部に接線状に連結されかつまっすぐに延びる入口通
   路部を具備し、シリンダヘッド外壁面上に形成された各
   入口通路部の入口開口に夫々吸気マニホルド枝管を連結
   し、隣接する一対の気筒が機関本体の長手軸線に対して
   直角をなす対称面に関して対称に配置されている内燃機
   関において、上記一対の吸気マニホルド枝管な上記対称
   面上においてＶ字状に分岐せしめると共に各一対の吸気
   マニホルド枝管入口通路部および渦巻部を該対称面に関
   して対称に配置し、各吸気マニホルド枝管をまっすぐに
   延びる真直管から形成すると共に各吸気マニホルド枝管
   を対応する入口通路部と一直線上に整列配置して吸気マ
   ニホルド枝管と入口通路部とにより構成される一対の分
   岐通路を吸気マニホルド枝管の分岐位置から隣接する気
   筒の各渦巻部に向は鋭角をなして漸次離隔するＶ字状に
   形成した内燃機関の吸気通路構造。