JPS5946321A - 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介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）’（ｒ−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リカル型吸気
ホード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一″／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Ｉたへりカル型吸
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五り吸入空気の
一部が分岐路を介してヘリカル型吸気ボート渦巻部内に
送り込壕れるために吸入空気の流路断面積が増大し、斯
く１〜で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［−１通路
部から完全に独立Ｉ〜た筒状め通路とり、で形成さｉ］
でいるので分岐路の流ｉｔ低抵抗が比較的大きく、１．
かも分岐路を入口通路部に隣接（−７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、ヘリカル型吸気ポートはそれ自体の形状が
複雑であり、（〜かも入口通路部から完全に独立ｊ〜だ
分岐路を併設置、た場合には吸気ボートの全体構造が極
めて複雑となるのでこのような分岐路を具えたヘリカル
型吸気ポ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１、 本発明は機関高速高負荷運転時に高い充小効率ケ得るこ
とができると共に製造の容易な新に０．形状をイラする
ヘリカル型吸気ポ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、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロックエ内で往復動するピストン、
３はシリンダブロック１上に固締されたシリンダヘッド
、４ｉｄ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ポート、７は排気弁、８はシリンダ
ヘッド３内に形成された排気ポート、９は燃焼室４内に
配置された点火栓、１０は吸気弁５のステム５ａｉ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の上壁面１１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によりて
渦巻部Ｂと、この渦巻部Ｂに接続された入口通路部Ａか
らなるヘリカル型吸気ポート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１０
の周囲１で延びており、第２図かられかるようにこの隔
壁１２の根元部の巾ＬＦｉ、入口通路部Ａからステノ・
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（」開口６ａに最も近い側に仲買す
る先端部１３を有し、更に隔壁１２は第２図においてこ
の先端部１３から反時則回りにステノ、ガイド１０寸で
延びる第１」り壁面１４ａと、先端部Ｊ３から時計回り
にステムガイド１０！Ｆで延びる第２」１１壁面１４ｂ
とを損する。第１側壁面］、　４．１は先端部１３から
ステムガイドＪＯの側力を通って渦巻部Ｂの側壁面】５
の近傍捷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１φ１１壁面１４ａは渦巻部側壁面１５から徐
々に間隔を隔てるように湾曲１〜つつヘステノ、−１ｊ
ガイド０貫で延びる。一方、第２仰１壁面１４ｂけ先端
部１３からステムガイド１０１ではＩ：ｉ’　ｔつｔぐ
に延びる。

第１図から第９図を参照すると、入［１ｉｉｊ路部Ａの
側壁面３７．１８はほぼ垂直配置され、−万人「１通路
部Ａの上壁面１９は渦巻部１３に向けて徐々に下降する
。入「１通路部への側壁面１７ｉ、を吸気弁５の周縁部
の接線」二ヲ１つすぐに、延ひて渦巻部Ｈの側壁面１５
に接続される。渦巻部１３の側壁面１５は吸気弁５の周
縁部から外方に膨出Ｉ７ており、（イつて入口通路部Ａ
の側壁面１７と渦巻部１３の側壁面１５はそれらや接続
部において成る角度をな１゜て接続される。また、入口
通路部Ａの側壁ｍ１１８は第２図に示すように内方に膨
出（〜た凸面状をなす。一方、入口通路部への土壁面１
９は渦巻部Ｂの上壁面２０に滑らかに接続され、渦巻部
Ｂの上壁面２０は渦巻部Ｂと入口通路部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狭め、次いで
狭窄部１６ｉ通過すると徐々に巾を広げる。

一方、入口通路部６の下壁面２１ｉｔ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２１ａの傾斜角
は渦巻部Ｂに近づくにつれて徐々に大きくなる。

一方、隔壁１２０″第１側壁面１４ａはわずかばかり傾
斜した下向きの傾斜面からなり、第２側壁面１４ｂはほ
ぼ垂直をなす。隔壁１２の底壁面２２は先端部工３から
スデｌ、ガイド１０に向うに従って入口通路部６の−に
壁面１１との間隔が次第に大きくなＺ）ように入「１通
路部Ａから渦巻部Ｂに向け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、ヂン
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
ずかばかり彎曲した傾余１面を形成する。

一方、シリンダヘッド３日には渦巻部Ｂの渦巻終端部Ｃ
と入口通路部Ａとを連通する分岐路２４が形成され、こ
の分岐路２４０入［１部にロータリ弁２５が配置される
。この分岐路２４は隔壁１２によって入口通路部へから
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１２″″ｒいる。分岐路２４の上壁面２６Ｈ
は１・丁・−〇）な巾を有し７、渦巻終端部Ｃに向けて
徐々に下降（，７て渦巻部Ｉ３の上壁面２０に清らかに
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けわずかに傾斜Ｅまた下向きの傾
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２
１との交線、即ち底壁２１の一方の側縁部は第２図にお
いて破線１）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、従って類ｆｔ＋側壁面２７は吸気
弁５０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２，８と、ロータリ弁ホルダ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はシリンダへラド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３１は分岐路２４の
上壁面２６から痒壁面２１１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が嵌込まれる。更
にロータリ弁ホルタ２８の上端部にはシール部利３５が
嵌着され、このシール部イ′Ａ’３５によって弁軸２９
の７一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
されたアーム３２の先）ＭＭ部は負圧ダイアフラム装置
４０のダイアフラム４１に固着された制御口・ラド４２
に連結口、ラド４３を介し７て連結される。負圧ダイア
ンラム装Ｎ４０はタイアフラ！、４１によって大気から
隔離された負圧室４４を一モ。

し、この負圧室４４内にクイアノラム抑圧用圧縮ばね４
５が挿入される。シリンダヘラド３に＆：Ｉ：１次側気
化器４６イと２次側気化器・１６ｂからなるコンパウン
ド型気化器４６をＪＡえた吸気マニホルド４７が取付シ
すられ、負Ｈ−室４４は負圧導管４８金介して吸気マニ
ホルド４７内に連結される。この負圧導管４８内にｔ」
：負圧室４４から吸気マニア１−ルド４７内に向けての
み流通可能な逆市弁４９が挿入される。更に、負圧室４
４は大気導管５０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５↓はダイアフラム５２にＪ：って
隔成された負圧室５３と大気ハニ室５４とを治し、藍に
大気圧室５４に１４ト接して弁室５５な有する。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ｉＪ、弁ボー）　５　に並びにエアフィ
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
が設りられ、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６１ｉ介（、て１次側気化器４６ａのベンチュ
リ部６２に連お＋１される。

気化器４６は通ｎ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ｔ１１
１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（ＩＩ＋スロットル弁６４も全開する
。１次側気化器４６ａのベンチ＝り部６２に発止する負
圧１Ｉ−１：機関シリンダ内に供給される吸入空気諷が
増大するほど犬きクナリ、従つてベンチ−り部６２に発
生ずる負圧が所定負圧よりも大きくなったときに、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が圧縮ばね６０に抗して右方に移動１２、その
結果弁体５８が弁ボート５６を開弁１〜て負圧ダイアフ
ラム装餡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６３０開
度が小さいときにはベンチュリ部６２に発生する負圧が
小さなために大気開放制御弁５１のダイアフラム５２は
圧縮ばね６０のばね力により左方に移動（−１弁体５８
が弁ボート５６ケ閉鎖する。更にこのように１次側スロ
ウトル弁６３の開度が小さいときには吸気マニホルド４
７内には大きな負圧が発生１〜ている。逆市弁４９は吸
気マニホルド４７内の負圧が負圧ダイアフラム装置４０
の負圧♀４４内の負圧よりも大きくなると開弁Ｌ、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
いる限り負圧室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に抗して上昇
し、その結果ロータリ弁２５が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、高負荷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
ている場合にはベンチュリ部６２に発生する負圧が小さ
なために大気開放遮断弁５１ｉｔ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内の負圧が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１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
一部の混合気はｒＪ　−クリ弁２５に衝突して入口通路
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。前述したように土壁面１９．２
０の１〕は狭窄部１６に近づくに従って次１１に狭くな
るために上壁面１９．２ＯＮ沿って流れる混合気の流路
は次第に狭ばまり、斯く１．て−ト壁面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１２の第１１１１１壁面１４ａ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１〜めらｈる１、次いで混合気は
旋回１一つつ吸気弁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内に強力な旋回
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が開弁するので入口通路部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、次いで渦巻部への土壁面２
ｏ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を介して渦巻部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１３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ｆｔ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に案内
されて流れ方向が下向に偏向され、またロータリ弁２５
下流の分岐路２４の側壁面２７は下向きの傾斜面から形
成されているので第２の混合気流１も流、れ力面が下向
きに偏向され、所（ｔ、て更に高い充填効率を得ること
ができＺ）。

充」（ｌ効率を高めるに１．Ｉ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＆ｌｔ、吸気ホード６ケでき
るだけまっすぐに形成すると共に吸気ボート６の軸線に
沿う断面積の変化ケできるだ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では説明する必＊
はないであろう３．一方、流体力学の理論によれば流れ
の断面積が拡大すると速度分布が一様化されるが圧力が
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、即ち吸気ホートロの
流れ抵抗が増大することになる８寸だ、この拡大した断
面積を絞れば絞り損失が牛じて流れ抵抗が更に増大する
。それ故、吸気ポー１−６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）６ｉ：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工が突出しているた
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が開弁じ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Ｆｉ第２図かられか
るように底壁面２１０両側縁が吸気弁５０周縁部に接す
るように配置され、ロータリ弁２５が開弁したときに吸
気ボート６の軸線が吸気弁ステム５ａを通るように吸気
ボート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、ｄ、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、ｂ４ｃ、ｄにおける断面積が混
合気出口スロート部Ｇの断面ｆにおける断面洋にはｌ￥
等しいことがわかる。実験によるとこわら断面ａ　、　
ｌ）　、　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食鳥えることが判明してい
る。この実験結果″ｆ：第１３図に示す。第１３図にお
いて縦軸Ｐｓ、Ｔは機関の最高出力およびトルクを示し
、横軸は断面ｄにおける断面積Ａｄと断面ｆにおける断
面積Ａｆとの比Ａｄ／Ａｆｆ：示す１、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Ｐｓ
とＡ　ｄ　／Ａ、ｆ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１３図から高い最高出力Ｐｓとトルク′１゛を得るた
めにはＡｄ／Ａｆが０．９から１．１の範囲、即ちＡ、
ｄとＡｆとをほぼ等しぐすることが必要であることがわ
かる。

このように本発明によればロークリ弁２５が開弁［−だ
ときの吸気ボート６の軸線が吸気弁ステム５３を辿って
まっすぐに延びるように吸気ボ・−トロを形成すると共
に吸気ボート６の底壁面２１０両側縁を吸気弁５０周縁
部に接するように形成１．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）ｌ／−）ポートにできるだけ近
づけるようにしている７、その結果、強力な旋回流を発
生させるために吸気ポート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−Ｉ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■−■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線に沿ってみた
断面図、第７図は第３図および第４図の■−■線に沿つ
でみた断面厚ｌ、第８図は第３［ツ１および第４図のＶ
ｌｌｌ　−Ｖｌｌｌ線に沿ってみた断面図、第９図は第
３図および第４図のＴＸ　−ＴＸ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
クリ弁の駆動制御装置Ｎを示１図、２゛れ１２図は吸気
ボートの各断面における断面積を示す図、第１３図は機
関の最高出力とトルクを示す図である。 ４・・・燃焼室、６・・・ヘリカル型吸気ボート、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π［出ＩＱ１１代理人 弁理士　　宵　木　　　朗 弁理士　西舘和之 弁理士　中山恭介 弁理士　　山　［１昭　之 第１ｒＲ 第２図 第１２図 ｆｅｄ　　　　　ｃ　　　　　　　　　ｂ　　　　　　
　　　ａ第１３図 １・２１・＋　　１．（Ｊ　　ｔＪ・９０．８Ａ％。 １２８−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気介層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口通路部とにより構成され
   たヘリカル型吸気ボニトにおいて、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
   上記入口通路部に併設し、吸気、ボート上壁面から下方
   に突出しかつ入［１通路部から吸気弁ステノ・周りまで
   延び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面内において上記入口
   通路部に連通す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の軸線に沿った各断面の断面積を
   上記渦巻部の出口スロート部の断面積とほぼ等しく形成
   したヘリカル型吸気ボート。