JPS6239670B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヘリカル型吸気ポートに関する。

ヘリカル型吸気ポートは通常吸気弁周りに形成
された渦巻部と、この渦巻部に接線状に接続され
かつほぼまつ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ポートを用
いて吸入空気量の少ない機関低速負荷運転時に機
関燃焼室内に強力な旋回流を発生せしめようとす
ると吸気ポート形状が流れ抵抗の大きな形状にな
つ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
吸気ポート入口通路部から分岐されてヘリカル型
吸気ポート渦巻部の渦巻終端部に連通する分岐路
をシリンダヘツド内に形成し、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ポートが本出願人に
より既に提案されている。このヘリカル型吸気ポ
ートでは機関高速高負荷運転時にヘリカル型吸気
ポート入口通路部内に送り込まれた吸入空気の一
部が分岐路を介してヘリカル型吸気ポート渦巻部
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ポートでは
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が
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つている。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、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ポ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ツド内に形成する
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
を得ることができ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を詳細に説明
する。

第１図並びに第２図を参照すると、１はシリン
ダブロツク、２はシリンダブロツク１内で往復動
するピストン、３はシリンダブロツク１上に固締
されたシリンダヘツド、４はピストン２とシリン
ダヘツド３間に形成された燃焼室、５は吸気弁、
６はシリンダヘツド３内に形成されたヘリカル型
吸気ポート、７は排気弁、８はシリンダヘツド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ポート６の上壁面１
１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によつて渦巻部Ｂと、この渦巻
部Ｂに接線状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の周囲まで吸入空気流の流れ方向に延びて
おり、第２図からわかるように、この隔壁１２の
根元部の巾Ｌは入口通路部Ａに近い側が最も狭
く、この最狭部からステムガイド１０の近傍まで
はほぼ一様であり、ステムガイド１０の周りで最
も広くなる。隔壁１２は吸気ポート６の入口開口
６ａに最も近い側に位置する先端部１３を有し、
更に隔壁１２は第２図においてこの先端部１３か
ら反時計回りに延びる第１側壁面１４ａと、先端
部１３から時計回りに延びる第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の側方を通つて渦巻部Ｂの側壁面
１５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。一方、第２側壁面１４ｂ
は先端部１３からステムガイド１０に向けて始め
は第１側壁面１４ａとの間隔が増大するように、
次いで第１側壁面１４ａとの間隔がほぼ一様とな
るように延びる。次いでこの第２側壁面１４ｂは
ステムガイド１０の外周に沿つて延びて狭窄部１
６に達する。

第１図から第９図を参照すると、入口通路部Ａ
の一方の側壁面１７はほぼ垂直配置され、他方の
側壁面１８はわずかばかり傾斜した下向きの傾斜
面から形成される。一方、入口通路部Ａの上壁面
１９は渦巻部Ｂに向けて下降し、渦巻部Ｂの上壁
面２０に滑らかに接続される。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１６を通過すると徐々に巾を広げる。一
方、入口通路部Ａの側壁面１７は渦巻部Ｂの側壁
面１５に滑らかに接続され、入口通路部Ａの底壁
面２１は渦巻部Ｂに向けて下降する。

一方、隔壁１２の第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２
２は、隔壁１２の先端部１３からステムガイド１
０の近傍まで延びる第１底壁面部分２２ａと、ス
テムガイド１０の周りに位置する第２底壁面部分
２２ｂからなる。第１底壁面部分２２ａは上壁面
１９とほぼ平行をなして底壁面２１の近くまで延
びる。一方、上壁面１９から測つた第２底壁面部
分２２ｂの高さは第１底壁面部分２２ａの高さよ
りも低く、更に第２底壁面部分２２ｂと上壁面１
９との間隔は狭窄部１６に向かつて徐々に小さく
なる。また、第２底壁面部分２２ｂ上には第４図
のハツチングで示す領域に下方に突出するリブ２
３が形成され、このリブ２３は第１底壁面部分２
２ａから狭窄部１６まで延びる。第８図に示され
るように第２底壁面部分２２ｂはリブ２３に向け
て下降する。

一方、シリンダヘツド３内には渦巻部Ｂの渦巻
終端部Ｃと入口通路部Ａとを連通する分岐路２４
が形成され、この分岐路２４の入口部に開閉弁の
役目を果すロータリ弁２５が配置される。この分
岐路２４は隔壁１２によつて入口通路部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の上壁面２
６はほぼ一様な巾を有し、渦巻終端部Ｃに向けて
下降して渦巻部Ｂの上壁面２０に滑らかに接続さ
れる。なお、第７図に示されるように底壁面２１
から測つた分岐路２４の上壁面２６の高さH₁は
入口通路部Ａの上壁面１９の高さH₂よりも高く
なつている。隔壁１２の第２側壁面１４ｂに対面
する分岐路２４の側壁面２７はほぼ垂直をなし、
また分岐路２４下方の底壁面部分２１ａは隆起せ
しめられて傾斜面を形成する。この傾斜底壁面部
分２１ａは第１図に示すように吸気ポート６の入
口開口６ａの近傍から渦巻部Ｂまで延びる。一
方、第１図、第４図および第８図からわかるよう
に分岐路２４の出口近傍の渦巻部Ｂの側壁面部分
１５ａはわずかに傾斜した下向きの傾斜面に形成
され、隔壁１２の第２側壁面１４ｂはこの傾斜側
壁面部分１５ａに向けて張り出している。従つて
第２側壁面１４ｂと傾斜側壁面部分１５ａ間には
第２の狭窄部１６ａが形成される。

第９図に示されるようにロータリ弁２５はロー
タリ弁ホルダ２８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はシリンダヘ
ツド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が嵌込まれる。更にロータ
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によつて弁軸２９の
シール作用が行なわれる。一方、弁体３１の下端
部に対面する傾斜底壁面部分２１ａ上には円錐状
の凹溝３６が形成され、この円錐状凹溝３６内に
弁体３１の下端部が浸入する。更に、第６図並び
に第７図に示されるように吸気ポート６の側壁面
１７および底壁面２１、並びに分岐路２４の側壁
面２７は薄肉壁３７を介して冷却水通路３８によ
つて包囲される。この冷却水通路３８内にはシリ
ンダブロツク１内の冷却水通路から第６図におい
て矢印Ｐ、Ｑで示すように冷却水が流入する。

第１０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の先端部は負圧ダイア
フラム装置４０のダイアフラム４１に固着された
制御ロツド４２に連結ロツド４３を介して連結さ
れる。負圧ダイアフラム装置４０はダイアフラム
４１によつ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
ばね４５が挿入される。シリンダヘツド３には１
次側気化器４６ａと２次側気化器４６ｂからなる
コンパウンド型気化器４６を具えた吸気マニホル
ド４７が取付けられ、負圧室４４は負圧導管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から吸気マニホ
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５０並
びに大気開放制御弁５１を介して大気に連通す
る。この大気開放制御弁５１はダイアフラム５２
によつて隔成された負圧室５３と大気圧室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５０を
介して負圧室４４内に連通し、他方では弁ポート
５６並びにエアフイルタ５７を介して大気に連通
する。弁室５５内には弁ポート５６の開閉制御を
する弁体５８が設けられ、この弁体５８は弁ロツ
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６
０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のベンチユリ部６２に
連結される。

気化器４６は通常用いられる気化器であつて１
次側スロツトル弁６３が所定開度以上開弁したと
きに２次側スロツトル弁６４が開弁し、１次側ス
ロツトル弁６３が全開すれば２次側スロツトル弁
６４も全開する。１次側気化器４６ａのベンチユ
リ部６２に発生する負圧は機関シリンダ内に供給
される吸入空気量が増大するほど大きくなり、従
つてベンチユリ部６２に発生する負圧が所定負圧
よりも大きくなつたときに、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し、その結果
弁体５８が弁ポート５６を開弁して負圧ダイアフ
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
次側スロツトル弁６３の開度が小さいときにはベ
ンチユリ部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し、弁体５８が弁
ポート５６を閉鎖する。更にこのように１次側ス
ロツトル弁６３の開度が小さいときには吸気アニ
ホルド４７内には大きな負圧が発生している。逆
止弁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の負圧室４４内の負圧よりも
大きくなると開弁し、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。従つて機関
低速低負荷運転時にはロータリ弁２５によつて分
岐路２４が閉鎖されることになる。なお、高負荷
運転時であつ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
る場合にはベンチユリ部６２に発生する負圧が小
さなために大気開放制御弁５１は閉鎖され続けて
いる。従つ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
によつて分岐路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第１図および第２図におい
て矢印Ｒで示すように上壁面１９，２０に沿つて
進み、残りの混合気のうちの一部の混合気は第１
図および第２図において矢印Ｓで示すようにロー
タリ弁２５の手前で入口通路部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
つて進む。またこのとき入口通路部Ａの底壁面２
１に沿つてロータリ弁２５に向けて流れる混合気
流は傾斜側壁面部分２１ａが設けられているため
に入口通路部Ａの側壁面１７に向けて押しやら
れ、斯くしてこの混合気はロータリ弁２５後流の
分岐路２４内に巻き込まれることなく渦巻部Ｂ内
に流入する。もし、混合気流が分岐路２４内に流
入するとこの混合気は旋回流の発生に寄与しない
ばかりでなく、分岐路２４内に乱れを発生させて
この乱れにより旋回流を減衰させてしまうので渦
巻部Ｂに発生する旋回流が弱められてしまう。従
つて本発明では混合気がロータリ弁２５後流の分
岐路２４内に流入しないように分岐路２４の下方
に傾斜側壁面部分２１ａを設けるようにしてい
る。一方、前述したように上壁面１９，２０の巾
は狭窄部１６に近づくに従つて次第に狭くなるた
めに上壁面１９，２０に沿つて流れる混合気の流
路は次第に狭ばまり、斯くして上壁面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１側壁面１４ａは渦巻部
Ｂの側壁面１５の近傍まで延びているので上壁面
１９，２０に沿つて進む混合気流は渦巻部Ｂの側
壁面１５上に押しやられ、次いで第１図および第
２図において矢印Ｔで示すように側壁面１５に沿
つ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つて燃焼
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コの流れ
に分流される。即ち、第１の流れは第３図および
第４図において矢印Ｘで示すように隔壁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の上壁面２０に沿つて旋
回しつつ流れる混合気流であり、第２の流れは第
３図および第４図において矢印Ｙで示すように分
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の流れは第３図において矢印Ｚで示
すように入口通路部Ａの底壁面２１に沿つて渦巻
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、従つて第２の混合気流Ｙ
の方が第１の混合気流Ｘよりも多くなる。更に、
分岐路２４の出口には第２狭窄部１６ａが形成さ
れているために分岐路２４から流入した第２混合
気流は第２狭窄部１６ａを通過する際に流速を速
められ、次いでこの第２混合気流は渦巻部Ｂの側
壁面１５に沿つて旋回する第１混合気流の上側に
斜めに衝突して第１混合気流の流れ方向を下向き
に偏向せしめる。このように流れ抵抗の小さな分
岐路２４から多量の混合気が供給され、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。

一方、本発明では第１図および第６図に示され
るように傾斜側壁面部分２１ａ上に形成された凹
溝３６内にロータリ弁２５の弁体３１の下端部を
挿入することによりロータリ弁２５が閉弁したと
きに弁体３１の下端部から混合気が漏洩しないよ
うにしている。しかしながらこのような凹溝３６
を設けると凹溝３６内に燃料が溜まつてしまうと
いう問題を生ずる。しかしながら本発明では凹溝
３６に近接して冷却水通路３８が形成されている
ので凹溝３６内に溜つた燃料の気化を促進するこ
とができる。また、前述したように冷却水通路３
８内には第６図において矢印Ｐ、Ｑで示されるよ
うに冷却水が流入するが本発明では傾斜側壁面部
分２１ａが設けられているために矢印Ｑのように
流れる冷却水流は吸気ポート６と排気ポート８間
の冷却水通路３８内に流入しやすくなり、斯くし
て排気ポート８周りの冷却水の流れが良好となる
ために排気ポート８の冷却作用を向上することが
できる。

また、本発明によるヘリカル型吸気ポートは吸
気ポート６の上壁面上に隔壁１２を一体成形すれ
ばよいのでヘリカル型吸気ポートを容易に製造す
ることができる。

以上述べたように本発明によれば分岐路下方の
底壁面を傾斜させることによつて機関低速低負荷
運転時に入口通路部の底壁面に沿いロータリ弁に
向けて流れる混合気流がロータリ弁下流の分岐路
内に巻き込まれることなく入口通路部内に押しや
られ、次いでこの混合気は入口通路部から渦巻部
内に流入する。その結果、入口通路部内に送り込
まれた混合気の大部分が旋回流の発生に寄与する
ので強力な旋回流を燃焼室内に発生せしめること
ができる。一方、機関高速高負荷運転時には分岐
路を開口することにより多量の混合気が流れ抵抗
の小さな分岐路を介して渦巻部内に送り込まれ、
更に旋回する混合気の流れ方向が分岐路から流入
する混合気流によつて下向きに偏向せしめられる
ので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−線に沿つてみた本発明
に係る内燃機関の側面断面図、第２図は第１図の
−線に沿つてみた平面断面図、第３図は本発
明によるヘリカル型吸気ポ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ポートの形
状を図解的に示す平面図、第５図は第３図の−
線に沿つてみた断面図、第６図は第３図の−
線に沿つてみた断面図、第７図は第３図の−
線に沿つてみた断面図、第８図は第３図の−
線に沿つてみた断面図、第９図はロータリ弁の
側面断面図、第１０図はロータリ弁の駆動制御装
置を示す図である。 ４…燃焼室、６…ヘリカル型吸気ポート、１２
…隔壁、２１…底壁面、２１ａ…傾斜底壁面部
分、２４…分岐路、２５…ロータリ弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気弁周りに形成された渦巻部と、該渦巻部
   に接線状に接続されかつほぼまつすぐに延びる入
   口通路部とにより構成されたヘリカル型吸気ポー
   トにおいて、吸気ポート上壁面から下方に突出し
   かつ吸入空気流の流れ方向に延びる隔壁を吸気ポ
   ート内に形成して該隔壁の両側に入口通路部と該
   入口通路部から分岐した分岐路とを形成し、該隔
   壁の下方に入口通路部と分岐路とを連通する下側
   空間を形成すると共に分岐路を渦巻部の渦巻終端
   部に連通し、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、
   更に上記開閉弁周りの分岐路下壁面を入口通路部
   に向けて下降する傾斜面に形成したヘリカル型吸
   気ポート。