JPS5946320A - ヘリカル型吸気ポ−ト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヘリカル型吸気ボートに関する。

ヘリカル型吸気ボートは通常吸気弁層りに形成された渦
巻部と、この渦巻部に接線状に接続されかつほぼまっす
ぐに延びる入口通路部とにより構成される。このような
ヘリカル型吸気ボートを用いて吸入空気量の少ない機関
低速低負荷運転時に機関燃焼室内に強力な旋回流を発生
せしめようとすると吸気ボート形状が流れ抵抗の大きな
形状になってしまうので吸入空気量の多い機関高速高負
荷運転時に充填効率が低下するという問題を生ずる。こ
のような問題を解決するためにヘルカル型吸気ボート入
口通路部から分岐されてヘリカル型吸気ボート渦巻部の
渦巻終端部に連通ずる分岐路をシリンダヘッド内に形成
し、分岐路内に開閉弁を設けて機関高速高負荷運転時に
開閉弁を開弁するようにしたヘリカル型吸気ボートが本
出願人により既に提案されている。このヘリカル型吸気
ボートでは機関高速高負荷運転時にヘリカル型吸気ボー
ト入口通路部内に送り込まれた吸入空気の一部か分岐路
を介してヘリカル型吸気ボート渦巻部内に送り込まれる
ために吸入空気の流路断面積が増大し、斯くして充填効
率を向上することができる。しかしながらこのヘリカル
型吸気ボートでは分岐路が入口通路部から完全に独立し
た筒状の通路として形成されているので分岐路の流れ抵
抗か比較的大きく、しかも分岐路を入口通路部に隣接し
て形成しなければならないために入口通路部の断面積が
制限を受けるので十分に満足のいく高い充填効率を得る
のが困難となっている。更に、ヘリカル型吸気ボートは
それ自体の形状が複雑であり、しかも入口通路部から完
全に独立した分岐路を併設した場合には吸気ボートの全
体構造が極めて複雑どなるのでこのような分岐路を具え
たヘリカル型吸気ボートをシリンダヘッド内に形成する
のはかなり困難である。

本発明は機関高速高負荷運転時に高い充填効率を得るこ
とがでへると共に製造の容易な新規形状を有するヘリカ
ル型吸気ボートを提供することにある。

以下、添附図面を参照し、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、】はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブリンク１内で往復動するピストン、
３ｔＩ′ｉシリンダブロツク１上に固締されたシリンダ
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
ングヘッド内に形成された排り１ボート、９け燃焼室４
内に配置された点火栓、１０は吸気弁５のステム５ａを
案内するステムガイドを夫々示す。第１図並びに第２図
に示されるように吸気ボート６の上ａｉｎｉｌｌ上には
下方に突出する隔壁１２が一体成形され、この隔壁１２
によって渦巻部Ｂと、この渦巻部Ｂに接続された入口通
路ｍＩＡからなるへりカル型吸気ボート６が形成される
。この隔壁１２は入口通路部Ａ内から吸気弁５のステム
ガイド１ｏの周囲まで延びており、第２図かられかるよ
うにこの隔壁１２の根元部のｒｌ］Ｌは入ロボ１路部Ａ
からステムガイド１０に近づくにつれて徐々に広くなる
。隔壁１２は吸気ボート６の入口開口６ａＫ最も近い側
に位置する先端部１３を有し７、更に隔壁１２は第２図
においてこの先端部１３から反時泪回りにステムガイド
１０まで延びる第１側壁面１４ａと、先端部１３から時
計回りにステムガイド１０まで延びろ第２側壁面１４ｂ
とを有する。第１側壁面１４ａは先端部１３からステム
ガイド１０の側方を通って渦巻部Ｂの側壁面】５の近傍
まで延びて渦巻部側壁面１５との間に狭窄部１６を形成
する。

次いで第１側壁而１４ａは渦巻部側壁面１５から徐々に
間隔を隔てるように彎曲しつつステムガイド１０まで延
びる。一方、第２側壁面１４ｂは先端部１３からステム
ガイド１０までほぼまっすぐに延びる。

第１図から第９図を参照すると、人口１０回路部Ａの側
壁面１７，１８１ｄはぼ垂直配置され、一方入口通路部
Ａの上壁面１９は渦巻部Ｂに向りて徐々に下降する。人
口通路部Ａの側壁面１７は吸気弁５の周縁部の接線上を
まっすぐに延びて渦巻ｍＢの側壁面１５に接続される。

渦巻部Ｂの側壁面１５は吸気弁５０周縁部から外方に膨
出しており、従って入口通路部Ａの側壁面１７と渦巻部
Ｂの側壁面１５はそれらの接続部において成る角度をな
して接続される。また、入口通路部Ａの側壁面１８は第
２図に示すように内方に膨出した凸面状をなす。一方、
入口通路部Ａの上壁面１９は渦巻部Ｂの上壁面２０に滑
らかに接続され、渦巻部Ｂの」−壁面２０は渦巻部Ｂと
人口通路部Ａの接続部から狭窄部１６に向けて下降しつ
つ徐々に巾を挾め、次いで狭窄部１６を通過すると徐々
にＩＪを広ける。

一方、入口通路部６の下壁面２１は第５図に示すように
入口開口６ａの近傍においてはその全体がほぼ水平をな
しており、側壁面１７に隣接する底壁面部分２１ａは第
８図に示すように渦巻部Ｂに近づくに従って隆起して傾
斜面を形成する。この傾斜底壁面部分２ｉａ　　　　　
　　　　　　’　　。

’−−’　　　。

−−一　　　　　＆の傾斜角は渦巻部Ｂに近づくにフれ
て徐々に大きくなる。

一方、隔壁】２の第１側壁面１４ａはわずかげり傾斜し
た下向きの傾斜面からなり、第２側壁面１４ｂはほに垂
直をなす。隔壁１２の底壁面２２　′は先端部１３から
ステムガイド１０に向うに従って入口通路ｍ６の上壁面
１１との間隔が次第に大きくなるように入口通路部Ａか
ら渦巻部Ｂに向りてわずかばかり彎曲しつつ下降する。

隔壁１２の底壁面２２上には第４図のハツチングで示す
領域に底壁面２２から下方に突出するリブ２３が形成さ
れ、このリブ２３の底面および底壁面２２はわずかげか
り彎曲した傾斜面を形成する。

一方、シリンダヘッド３内には渦巻部Ｂの渦巻終端部Ｃ
と入口通路部Ａとを連通ずる分岐路２４が形成され、こ
の分岐路２４の入１」部にロータリ弁２５が配置される
。この分岐路、？４は隔壁１２によって入口通路部Ａか
ら分離されており、分岐路２４の下側空間全体が入口通
路部Ａに連通している。分岐路２４の土壁面２６はぼに
一様な巾を有し、渦巻終端ｍＣに向けて徐々に下降して
渦巻部Ｂの土壁面２０に滑らかに接続される。隔壁１２
の第２側壁面１４ｂに対面する分岐路２４の側壁面２７
はわずかに傾斜した下向きの傾斜面からなり、更にこの
側壁面２７はほぼ入口通路部Ａの側壁面１８の延長上に
位置する。側壁面２７と底壁２１との交線、即ち底壁２
１の一方の側縁部に第２図において破線Ｐで示されるよ
うに吸気弁５の周縁部に接するように延びており、従っ
て傾斜側壁面２７は吸気弁５の周縁部の上方空間に突き
出ている。第２図から底壁面２１の巾は吸気弁５の径に
ほぼ等し、く、しかも底壁面２１の両側縁は吸気弁５０
周縁部の接線上に位置していることがわかる。

第１０図に示されるようにロータリ弁２５はロータリ弁
ホルダシ８と、ロータ→弁ホルダ２８内において回転可
能に支持された弁軸２９とにより構成され、このロータ
リ弁ホルダ２８はシリンダヘッド３に穿設されたねじ孔
３０内に螺着される。

弁軸２９の下端部には薄板状の弁体３１が一体形成され
、第１図に示されるようにこの弁体３１ｒｌｉ分岐路２
４の土壁面２６から底壁面２１まで延びる。一方＼弁軸
２９の上端部にはアーム３２が固定される。また、弁軸
２９の外周面上にはリング溝３３が形成され、このリン
グ溝３３内にはＥ字型位置決めリング３４が舒込まれる
。更に口・−タリ弁ホルダ２８の上端部にはシール部材
３５が嵌着され、このシール部材３５によって弁軸２９
のシール作用が行なわれる。

第１１図を参照すると、ロータリ弁２５の上端部に固着
式ｉ′またアーム３２の先端部は角用グイアフラム装慣
４０のダイアフラム４１に固着された制御ロッド４２に
連結ロッド４３を介して連結される。負圧ダイアフラム
装置４ｏはダイアフラム４１によって大気から隔離され
た負圧室４４を有し、この負圧室４４内にダイアフラム
押圧用圧縮はね４５か挿入される。。シリンダヘッド３
には１次側気化器４６ａと２次側気化器Ａ６ｂからなる
フンパウンド型気化器４６を具えｌと吸気マニホルド４
７が取付けられ、負圧室４４は負圧３＋＃！１′４８を
介して吸気マニホルド４７内に連結される。この負圧導
管４８内には負圧室４４がら吸気マニホルド４７内に向
けてのみ流通可能な逆止弁４９が挿入される。更に、負
圧室４４は大気導管５ｏ並びに大気開放制御弁５１を介
して大気に連通ずる。

この大気開放制御弁５１１ｆｉグイアフラム５２によっ
て隔成された負圧室５３と大気ＦＥ室５４とを有し、更
に大気圧室５４に隣接して弁室５５を有する。この弁室
５５は一方では大気導管５ｏを介して負圧室４４内に連
通し、他方では弁ボート５６並びにエアフィルタ５７を
介して大気に連通ずる。

弁室５５内には弁ボート５６の開閉制御をする弁体５８
が設けられ、この弁体５８は弁ロッド５９を介してダイ
アフラム５２に連結される。負圧室５３内にはダイアフ
ラム押圧用圧縮ばね６ｏが挿入され、更に負圧室５３は
負圧導管６１を介して１次側気化器４６ａのベンチュリ
部６２に連結される。

気化器４６は通常用いられる気化器であって１次側スロ
ットル弁６３が所定開度以上開弁したときに２次側スロ
ットル弁６４が開弁し、１次側スロットル弁６３が全開
すれば２次側スロットル弁６４も全開する。１次側気化
器４６ａのベンチュリ部６２に発生する負圧ｔＩ′ｉ機
関シ機関シダ１ンダ内される吸入空気量が増大するほど
大きくなり、従ってベンチ−ＩＪ　ＭＩ　６２に発生す
る負圧が所定負圧よりも大きくな？たときに、即ち機関
高速高負荷運転時に大気開放制御弁５１のダイアフラム
５２が圧縮げね６０に抗して右方に移動し、その結果弁
体５８が弁ボート５６を開弁して負圧タイアフラム装置
４０の負圧室４４を大気に開放する。このときダイアフ
ラム４１は圧縮ばね４５のばね力により下方に移動し、
その結果ロータリ弁２５が回転せしめられて分岐路２４
を全開する。一方１次側スロットル弁６３の開度が小さ
いときにはベンチ、り部６２に発生する負圧か小さなた
めに大気開放制御弁５１のダイアフラム５２は圧縮げね
６０のばね力により左方に移動し、弁体５８か弁ボート
５６を閉鎖する。更にこのように１次側スロットル弁６
３の開度が小さいときには吸気マニホルド４７内には大
きな負圧か発生し、ている。逆止弁４９は吸気マニホル
ド４７内の負圧が角圧ダイアフラム装Ｗ４０の負圧室４
４内の負圧よりも大きくなると開弁じ、吸気マニホルド
４７内の負圧が負圧室４４内の負圧よりも小さくなると
閉弁するので大気開放制御弁５１が閉弁している限り狛
圧室４４内の負圧は吸気マニホルド４７内に発生した最
大負圧に維持される。負圧室４４内に負圧が加わるとダ
イアフラム４１は圧縮ばね４５に抗して一ヒ昇し、その
結果ロータリ弁２５か回動せしめられて分岐路２４が閉
鎖される。従って機関低速低負荷運転時にはロータリ弁
２５によって分岐路２４が閉鎖されることになる。なお
、高角前運転時であっても機関回転数が低い場合、並び
に機関回転数が高くても低負荷運転が行なわれている場
合にはペンチ−り部６２に発生する負圧か小さなために
大気開放遮断弁５１は閉鎖され続けている。従ってこの
ような低速高負荷運転時並びに高速低負荷運転時には負
圧室４４内の負圧か前述の最大負圧に維持されているの
でロータリ弁２５によって分岐路２４が閉鎖されている
。

上述したように吸入空気量が少ない機関低速低負荷運転
時にはロータリ弁２５が分岐路２４を閉鎖している。こ
のとき、入口通路部Ａ内に送り込まれた混合気の一部は
土壁面１９．２０に沿って進み、残りの混合気のうちの
一剖、の混合気はロータリ弁２５に衝突して人口通路部
Ａの側壁面１７の方へ向きを変えた後に渦巻部Ｂの側壁
面１５に沿って進む。前述したように上壁面１９．２０
の＋ＩＪは狭窄部１６に近づくに従って次第に挾くなる
ために土壁面１９．２０に沿って流れる混合気の流路は
次第に挾ばまり、斯くして土壁面１９．２０に沿う混合
気流は次第に増速される。更に、前述したように隔壁１
２の第１側壁ｒｎｉ１４ａは渦巻部Ｂの側壁面１５の近
傍まで延びているので土壁面１９．２０に沿って進む混
合気流は渦巻部Ｂの側壁面１５上に押しやられ、次いで
側壁面１５に沿って進むために渦巻部Ｂ内には強力な旋
回流が発生せしめられる。次いで混合気は旋回しつつ吸
気弁５とその弁座間に形成、される間隙を通って燃、焼
室４内に流入して燃焼室４内に伜力な旋回流を発生せし
める。

一方、吸入空気量が多い機関高速高負荷運転時にはロー
タリ弁２５が開弁するので人口通路部Ａ内に送り込まれ
た混合気は大別すると３つの流れに分流される。即ち、
第１の流れは隔壁１２の第１側壁面１４ａと入口通路部
Ａの側壁面１７間に流入し、次いで渦巻部Ａの土壁面２
０に沿って旋回しつつ流れる混合気流であり、第２の流
れは分岐路２４を介して渦看部Ｂ内に流入する混合気流
であり、第３の流れは入口通路部Ａの底壁面２１に沿っ
て渦巻部Ｂ内に流入する混合気流である。

分岐路２４の流れ抵抗は第１側壁面１４ａと側壁面１７
間の流れ抵抗に比べて小さく、従って第２の混合気流の
方が第１の混合気流よりも多くなる。

更に、渦巻部Ｂ内を旋回しつつ流れる第１混合気流の流
れ方向は第２混合気流によって下向、きに偏向され、斯
くして第１混合気流の旋回力が弱められることになる。

このように流れ抵抗の小さな分岐路２４からの混合気流
が増大し、更に第１混合気流の流れ方向が下向きに偏向
されるので高い充填効率が得られることになる。また、
前述したように隔壁２１の底壁面は下向きの傾斜面から
形成されているので第３の混合気流はこの傾斜面ｊに案
内されて流れ方向が下向に偏向され、捷だロータリ弁２
５下流の分岐路２４の側壁面２７は一ト向きの傾斜面か
ら形成きれているので第２の混合気流も流れ方向が下向
きに偏向さえ１、斯くして更に高い充填効率を得ること
ができる。

充填効率を高めるには吸気ボート６の流れ抵抗をできる
だけ小さくすることが必要であり、吸気ボート６の流れ
抵抗を小さくするには吸気ボート６をできるたけまっす
ぐに形成すると共に吸ｋ　ｄ！’−トロの軸線に沿う断
面積の変化をできるたけ小さくすることが必要となる。

吸気ボート６をまっすぐに形成すれば吸気ボート６の流
れ抵抗が小さくなることについては説明する必要はない
であろう。一方、流１一体力学の理論にょ１１ば流れの
断面積が拡大すると速用分布が一様化さｉするが圧力が
高くなる。従って吸気ボート６の入口と出口間の圧力差
を一定とすれば流れの断面積を吸気ボート６内において
拡大した場合には流量が減少する、即ち吸気ボート６の
流れ抵抗が増大することになる。

また、この拡大した断面積を絞れば絞り損失が生じて流
れ抵抗が更に増大する。それ故、吸気ボート６の流れ抵
抗を小さくするには吸気ボート６の軸線に沿う断面積の
変化をできるだけ小さくすることが必要となる。従って
吸気ボート６はまっすぐに延びた一様断面のいわゆるス
トレートボートを採用した場合に最も充填効率が高くな
る。本発明によるヘリカル型吸気ボート６では隔壁−２
１が突出しているために流れ抵抗が必然的にストレート
ボートよりも大きくなるが本発明によるヘリカル型吸気
ボート６においてもロータリ弁２５が開弁したときに吸
気ボート６の軸線がまっすぐとなり、吸気ボート６の軸
線に沿う断面積変化をできるだけ小さくすれば流れ抵抗
をストレートボートの流れ抵抗に近づけることができる
。そこで本発明によるヘリカル型吸気ボート６において
は第２図かられかるように底壁面２１の両側縁が吸気弁
５の周縁部に接するように配置され、ロータリ弁２５か
開弁したときに吸気ボート６の軸線が吸気弁ステム５ａ
を通るように吸気ｄ’−）６が形成されている。一方、
第１２図を参照すると吸気ボート６の各断面ａ、ｂ、　
　ｃ、　　ｃｔ、　　ｅ、　　ｆにおける断面積Ｓが示
される。第１２図から渦巻部における断面ｅを除いて各
断面ａ、　　ｂ、　　ｃ、　　ｄにおける断面積が混合
気出口スロート部Ｇの断面ｆにおける断面積にほぼ等し
いことがわかる。実験によるとＣれら断面ａ、　　ｂ、
　　ｃ、　　ｄ、　　ｅ、　　ｆのうちで断面ｄで示さ
れる入口通路部の下流側端部における断面積が充填効率
、即ち機関出力に最も影響を与えるこ、とが判明してい
る。この実験結果を第１３図に示す。第１３図において
縦軸ｐｓ　、　１’は機関の最高出力およびトルクを示
し、横軸は断面ｄにおりる断面積Ａｄと断面ｆにおける
断面積Ａｆとの比Ａｄ　／　Ａｆを示す。また、第１３
図において実線は高速全負荷運転時における最高出力Ｐ
８とＡｄ／Ａｆとの関係を示し、破線は低速全負荷運転
時におけるトルクＴとＡｄ／Ａｆとの関係を示す。第１
３図から高い最高出力ＰｓとトルクＴを得るためにけＡ
ｄ／Ａｆが０．９から１．１の範囲、即ちＡｄとＡｆと
をほぼ等しくすることが必要であることかわかる。

との′ように本発明によりはロータリ弁２５が開弁した
ときの吸気ボート６の軸線が吸気弁ステム５ａを通って
まっすぐに延びるように吸気ボート６を形成すると共に
吸気ボート６の底壁面２１の両側縁を吸気弁５の周縁部
に接するように形成して吸気ボート６をストレートボー
トの形状に近づけ、更に吸気ボート６の各断面における
断面積をできるだけ一様化することによって吸気ボート
６の流れ抵抗をストレートボートにできるだけ近づける
ようにしている。その結果、強力な旋回流を発生させる
ために吸気ボート６内に隔壁１２を突出させたとしても
高い充填効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図のＩ−Ｔ線に沿ってみた本発明に係る内
燃機関の側面断面図、第２図は第１図のｎ　−ＩＩ線に
沿ってみた平面断面図、第３図は本発明によるヘリカル
型吸気ボートの形状を図解的に示す側面図、第４図はヘ
リカル型吸気ボートの形状を図解的に示す平面図、第５
図は第３図および第４図の■−ｖ線に沿ってみた断面図
、第６図は第３図および第４図のＶｌ　−Ｖｌ　、ｍに
沿ってみた断面図、第７図は第３図および第４図のＶＴ
Ｉ　−ＶＴＩ線に沿ってみた断面図、第８図は第３図お
よび第４図のｍ　−Ｖｉｌｌ線に沿ってみた断面図、ｆ
Ｐｊ９図は第３図および第４図のＴＸ　−ＩＸ線に沿っ
てみた断面図、第１０図はロータリ弁の側面断面図、第
１１図はロータリ弁の・駆動制御装置を示す図、第１２
図は吸気ポートの各断面における断面積を示す１゛４、
第１３図は機関の最高出力とトル〃を示す図である０４
・・・燃焼室、６・・・ヘリカル型吸気ポート、１２・
・・隔壁、２４・・・分岐路、２５・・・ロータリ弁。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理土中山恭介 弁理士　山　口　昭　之 第１図 第２図 第１２図 ｆｅｄｃ　　　　　　　　ｂ　　　　　　　　ａ第１３
図 ＋２　１．＋　　１．（Ｊ　Ｏ，！：ｌ　［Ｊ、ｌ：Ｉ
　　Ａｄ／Ａ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気囲周りに形成された渦巻部と、該渦巻部に接続され
   かつほぼまっすぐに延びる入目通路部とにより構成され
   たヘリカル型吸気ボートにおいて、上記入口通路部から
   分岐されて上記渦巻部の渦巻終端部に連通ずる分岐路を
   上記入口ｉｍ路部に併殺し、吸気ボート上壁面から下方
   に突出しかつ人口通路部から吸気弁ステム周りまで延ひ
   る隔壁によって該分岐路が入口通路部から分離され、該
   分岐路の下側空間全体が横断ｍｊ内において上記入口通
   路部に連通ずると共に該入口通路部と分岐路との通路壁
   を一体的に連結形成し、該分岐路内に開閉弁を設けて該
   開閉弁により分岐路内を流れる吸入空気流を制御し、更
   に上記入口通路部と分岐路に共通の吸気ボート底壁面の
   １１１を吸気弁の径にほぼ等しくすると共に該吸気ボー
   ト底壁面の両側縁を吸気弁周縁部の接縁方向に延設した
   ヘリカル型吸気ボート。