JPS6245935A - Swirl controller - Google Patents

Swirl controller

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Publication number
JPS6245935A
JPS6245935A JP60183819A JP18381985A JPS6245935A JP S6245935 A JPS6245935 A JP S6245935A JP 60183819 A JP60183819 A JP 60183819A JP 18381985 A JP18381985 A JP 18381985A JP S6245935 A JPS6245935 A JP S6245935A
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JP
Japan
Prior art keywords
swirl
engine
port
swirl ratio
combustion chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP60183819A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taizo Shimada
泰三 嶋田
Shigeo Yazawa
矢沢 滋夫
Eiji Mizote
溝手 英治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Motors Corp filed Critical Mitsubishi Motors Corp
Priority to JP60183819A priority Critical patent/JPS6245935A/en
Publication of JPS6245935A publication Critical patent/JPS6245935A/en
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Characterised By The Charging Evacuation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To aim at improvement in a rate of fuel consumption, by installing a swirl ratio variable valve mechanism in the subport system connected to a main port for swirl generation with an angle, and controlling this mechanism according to both maps in use at the times of ordinary driving and free acceleration. CONSTITUTION:A variable swirl suction system is constituted of a main port 9 making air to be flowing in a combustion chamber 6 turn to a swirl flow, and the subport 10 connected to a spot proximate to a terminal part of the said port 9 with an angle. A valve body 14 to be opened or closed by an actuator 15 is installed in a sub-air passage to be connected to the subport 10. And, the actuator 15 controls it so as to secure each selected swirl ratio according to a map M, in use at the time of ordinary driving, selecting an optimum swirl ratio on the basis of engine load and revolution at the time of ordinary driving in an engine, and at the time of free acceleration, according to another map (unillustrated herein), in use at the time of free acceleration, setting such a swirl ratio as taking a time lag into account.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、エンジンの燃焼室(シリンダ室)に形成され
る吸込空気スワール(旋回渦流)の制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a control device for intake air swirl formed in a combustion chamber (cylinder chamber) of an engine.

〈従来の技術〉 例えば、直接噴射式ディーゼルエンジンのシリンダヘッ
ドには、空気を燃焼室に導くための吸気ポートが設けら
れ、この吸気ポートに備えられた吸気弁がエンジンの各
行程に応じて開閉するようになっている。
<Prior art> For example, the cylinder head of a direct injection diesel engine is provided with an intake port for guiding air into the combustion chamber, and the intake valve provided in this intake port opens and closes according to each stroke of the engine. It is supposed to be done.

上記吸気ポートから燃焼室に導入された空気は圧縮され
、噴射ノズルから噴出される燃料と混合して爆発燃焼さ
れるが、空気と燃料との混合状態がよいほど燃焼効率が
向上することは周知である。
The air introduced into the combustion chamber from the intake port is compressed, mixed with the fuel injected from the injection nozzle, and then exploded and combusted. It is well known that the better the mixture of air and fuel, the better the combustion efficiency. It is.

従来より、空気と燃料との混合状態をよくするため種々
の手段が用いられているが、その一つとしてI(SP槽
構造呼ばれるへイスワールポート(強制満流吸気孔)が
挙げられる。
Conventionally, various means have been used to improve the mixing state of air and fuel, one of which is a heir swirl port (forced full flow intake hole) called I (SP tank structure).

これは、第15図(5)(I3)に示すように、吸気ポ
ート01を吸気弁02の中心に対して少し帰心させて設
け、吸気弁02が下降し吸気ポート01が開放される吸
入行程時に吸気ポート01で偏向された吸込空気が燃焼
室03に導かれ、円周方向に沿ってスワールが強制的に
形成されるようにしたものである。従って、吸込空気と
噴射ノズルから噴射される燃料との混合状態が良くなり
、燃焼効率が向上するのである。
As shown in FIG. 15 (5) (I3), the intake port 01 is provided with the intake port 01 slightly centered relative to the center of the intake valve 02, and the intake port 01 is opened when the intake valve 02 is lowered. The intake air deflected by the intake port 01 during the stroke is guided into the combustion chamber 03, and a swirl is forcibly formed along the circumferential direction. Therefore, the mixing state of the intake air and the fuel injected from the injection nozzle is improved, and the combustion efficiency is improved.

燃焼室に形成されるスワールの強さは種々の条件から可
変である乙とが望ましい。尚、スワールの強弱は、燃焼
室における吸気の旋回回転数とエンジン回転数との比(
スワール比と呼ばれている)で表される。
It is desirable that the strength of the swirl formed in the combustion chamber be variable depending on various conditions. The strength of the swirl is determined by the ratio of the rotation speed of the intake air in the combustion chamber to the engine speed (
It is expressed as the swirl ratio.

スワール比とエンジンの性能との関係については、エン
ジン回転数が低速のときにはスワール比を大きく、エン
ジン回転数が高速のときにはスワール比を小さくした方
がエンジンの性能の面でよいことが知られている。
Regarding the relationship between swirl ratio and engine performance, it is known that when the engine speed is low, it is better to increase the swirl ratio, and when the engine speed is high, it is better to decrease the swirl ratio in terms of engine performance. There is.

スワール比の大小はN0x(窒素酸化物)の発生量とも
関係し、高スワール比になるほどNOx発生量が増大す
る乙とが知られている。
The magnitude of the swirl ratio is also related to the amount of NOx (nitrogen oxides) generated, and it is known that the higher the swirl ratio, the greater the amount of NOx generated.

又、エンジンの負荷に対しては、低速で低負荷であれば
低スワール比が最適であり、中速においても軽負荷から
中負荷にかけて低スワール比でよく、高速においては負
荷状態にかかわりなく低スワール比が最適である。
Also, regarding the load of the engine, a low swirl ratio is optimal at low speeds and low loads, and even at medium speeds, a low swirl ratio is sufficient from light to medium loads, and at high speeds, a low swirl ratio is optimal regardless of the load condition. Swirl ratio is optimal.

更に、スワール比と熱損失との関係については、低スワ
ール比の方が燃焼ガスからシリンダ壁に吸収される熱損
失が減少する。特に、軽負荷では、この熱損失の大小が
燃費率の悪化、良化に対応するため、この点からも低ス
ワール比の方が有利である。
Furthermore, regarding the relationship between the swirl ratio and heat loss, the lower the swirl ratio, the lower the heat loss absorbed by the cylinder wall from the combustion gas. Particularly under light loads, the magnitude of this heat loss corresponds to deterioration or improvement of fuel efficiency, so a low swirl ratio is advantageous from this point of view as well.

上記のように各種条件に応じて最適スワール比があるこ
とから、スワール比を可変とすべく、従来ては例えば特
公昭51−724.3号公報に示すような機構が提案さ
れている。
Since there is an optimum swirl ratio depending on various conditions as described above, a mechanism as shown in, for example, Japanese Patent Publication No. 724.3/1983 has been proposed in order to make the swirl ratio variable.

これは第16図fA) (B)に示すようになっていて
、図中112が燃焼室、115が吸気ポート、116a
が吸気弁座である。上記吸気ポート115は低スワール
型をベースとした構造となっていて、仕切壁117によ
って左右に二分割されたポート115a、115bとな
り、その一方のポー1.115 bは開閉弁118によ
り開閉自在である。
This is as shown in Figure 16 fA) (B), where 112 is a combustion chamber, 115 is an intake port, and 116a is a combustion chamber.
is the intake valve seat. The intake port 115 has a structure based on a low swirl type, and is divided into left and right ports 115a and 115b by a partition wall 117, and one port 1.115b can be opened and closed by an on-off valve 118. be.

同図(A)に示すように開閉弁118を開放すると、両
方のポー)−115a、115bに吸気が導びかれ、吸
気弁座116aを通過する流速が遅いので燃焼室112
では低スワール状態となる。同図部)に示すように開閉
弁118を閉成すると、一方のポート115aのみに吸
気が導びかれる。吸気流路断面積が半減し、吸気弁座1
16a内径面積以上に絞られるので吸気の流速が速くな
り、燃焼室112では高スワール状態となる。各状態で
のスワール成分は、図中矢印に示す方向と強さが得られ
る。
When the on-off valve 118 is opened as shown in FIG.
Then it will be in a low swirl state. When the on-off valve 118 is closed as shown in FIG. 1), intake air is guided only to one port 115a. The cross-sectional area of the intake flow path is halved, and the intake valve seat 1
Since the intake air is narrowed to an area larger than the inner diameter area of the combustion chamber 16a, the flow velocity of the intake air increases, and a high swirl state is created in the combustion chamber 112. The swirl component in each state has the direction and strength shown by the arrow in the figure.

この種構造のものでは、必要に応じてスワール比を可変
できるが、以下に述べる欠点がある。すなわち、低スワ
ール状態においては第17図(5)に示すように、燃焼
室112において単に−っの剛体うず的な旋回流れが生
じるだけであり、同図031に示すように剛体うずの中
に燃焼室112の中心から放射状に噴射される噴iF・
・・は図中矢印で示す剛体うずから横風をうける程度の
効果しか与えられないため、充分な噴霧F・・・と空気
の混合が得られない。さらに高スワール状態では、同図
(qに示すように吸気が一方のポート115aを導びか
れ、仕切板117の端部を通過したところで流路面積が
急拡大することとなる。したがって、剥離による複数の
渦流が生じたり、逆流などの損失がある。また、流路断
面積が半減し、かっポート115 aの断面積が狭いた
め多大な流路抵抗が生じるとともに吸気弁座116aの
一部分からしか吸気が燃焼室112に流出しないので、
流量係数が低く吸気量が不足する。
With this type of structure, the swirl ratio can be varied as required, but there are drawbacks as described below. That is, in a low swirl state, as shown in FIG. 17 (5), a swirling flow similar to a rigid body vortex is simply generated in the combustion chamber 112, and as shown in FIG. Injection iF injected radially from the center of the combustion chamber 112
. . . can only have the effect of receiving a crosswind from the rigid body swirl shown by the arrow in the figure, and therefore sufficient mixing of the spray F . . . and air cannot be obtained. Furthermore, in a high swirl state, as shown in FIG. There are losses such as multiple eddy currents and backflow.Also, the cross-sectional area of the flow path is halved, and the narrow cross-sectional area of the port 115a causes a large amount of flow resistance. Since intake air does not flow into the combustion chamber 112,
The flow coefficient is low and the amount of intake air is insufficient.

スワールについての基本的な考え方として、高スワール
状態を得たい場合は燃焼室に対して吸気を水平方向(周
方向)から流入させるのが望ましく、このとき吸気量は
小である。
The basic idea regarding swirl is that if a high swirl state is desired, it is desirable to have intake air flow into the combustion chamber from the horizontal direction (circumferential direction), and in this case, the amount of intake air is small.

低スワール状態を得たい場合は燃焼室に対して吸気を垂
直方向(軸方向)から流入させるのが望ましく、このと
き吸気量は大となる。
If a low swirl state is desired, it is desirable to allow intake air to flow into the combustion chamber from the vertical direction (axial direction), and in this case, the amount of intake air will be large.

ところが、第16図(5)(Blに示す従来構造のもの
では、単に吸気ポート115を二分しただけであり、各
スワール状態の切換えにともなって吸気方向も変換する
までには至らず、いずれの状態でも吸気量の低減化とし
て現れている。
However, in the conventional structure shown in FIG. 16 (5) (Bl), the intake port 115 is simply divided into two parts, and the intake direction is not changed as each swirl state is changed. Even in this state, it appears as a reduction in the amount of intake air.

なお、この他種々の構造がみられるが、全て充分な吸気
量を常に確保したままスワール状態を可変することがで
きず、また複雑な構造でコストに悪影響を与えている。
Although various other structures are available, they all fail to vary the swirl state while always ensuring a sufficient amount of intake air, and their complex structures have a negative impact on cost.

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記のような従来の可変スワール構造における欠点を解
決するものとして、吸気弁の上流側に接続された主ポー
ト(吸気ポート)と主ポートの終端部近くにある角度を
もって接続され、前記主ポートと独立する副ポートとか
らなる可変スワールボー1・が考えられ、前記副ポート
を流れる空気量を変えることによってスワール比を変え
ろことが図られている。
<Problems to be Solved by the Invention> In order to solve the drawbacks of the conventional variable swirl structure as described above, the main port (intake port) connected to the upstream side of the intake valve and the A variable swirl bow 1 is considered, which consists of a sub-port connected at a certain angle and independent of the main port, and it is intended to change the swirl ratio by changing the amount of air flowing through the sub-port.

このスワールポートによれば燃焼室への吸込空気量を減
少させることなくスワール比を変えることができるので
ある。
This swirl port allows the swirl ratio to be changed without reducing the amount of air taken into the combustion chamber.

本発明は上記可変スワールポートを吸気系として用いて
、前述の各種条件に応した最適スワール比が得られるよ
うにし、もってエンジンの性能向上、燃費率の向上、N
Oxの低減等を図ることを目的とする。
The present invention uses the above-mentioned variable swirl port as an intake system to obtain the optimum swirl ratio corresponding to the various conditions mentioned above, thereby improving engine performance, fuel efficiency, and N
The purpose is to reduce Ox.

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するための本発明の構成は、燃焼室の吸
気弁−上流側に接続され前記燃焼室内に流入される空気
をスワール流とする主ポートと主ポートの終端部近くに
角度をもって接続された副ポートとからなる可変スワー
ル吸気系と、前記可変スワール吸気系における前記副ポ
ートを流れる空気量を変えて前記燃焼室内のスワール流
のスワール比を変える弁機構と、エンジンの通常運転時
にエンジンの負荷、回転数に基づく最適スワール比を決
定する通常運転時用のスワールマツプとエンジンのフリ
ーアクセル運転時に時間遅れを考慮したスワール比を決
定するフリーアクセル時用のマツプとを備え、エンジン
の運転状況に応じて上記マツプより最適スワール比を選
択して前記弁機構に作動指令を出力する制御系とからな
ることを特徴とするスワール制御装置に存する。
<Means for Solving the Problems> The configuration of the present invention for achieving the above object includes a main port that is connected to the upstream side of the intake valve of the combustion chamber and makes the air flowing into the combustion chamber into a swirl flow. A variable swirl intake system consisting of a sub port connected at an angle near the end of the main port, and a swirl ratio of the swirl flow in the combustion chamber by changing the amount of air flowing through the sub port in the variable swirl intake system. A swirl map for normal operation that determines the optimal swirl ratio based on the valve mechanism and engine load and rotational speed during normal engine operation, and a swirl map for free acceleration that determines the swirl ratio that takes into account time delays during engine free acceleration operation. and a control system that selects an optimum swirl ratio from the map according to the operating condition of the engine and outputs an operation command to the valve mechanism.

く実 施 例〉 第1図には本発明に係るスワール制御装置の一実施例の
概略構成を示し、第2図にはエンジンを平面に沿い断面
とした概略構成を示し、第3図にはエンジンの側断面を
示しである。
Embodiment FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of a swirl control device according to the present invention, FIG. 2 shows a schematic configuration of an engine in cross section along a plane, and FIG. This shows a side cross section of the engine.

1はエンジンで、2はそのシリンダブロック、3はシリ
ンダライナ、4はピストン、5ばシリンダブロック2上
部に結合されたシリンダヘッド、6はシリンダライナ3
、ピストン4、シリンダヘッド5により構成される燃焼
室(シリンダ室)である。シリンダヘッド5には可変ス
ワール吸気系が設けられており、7はシリンダヘッド5
に設けられた吸気弁座、8は吸気弁座7を開閉する吸気
弁、9は吸気弁8の上流側に設けられている主ポート、
10は主ポート9の終端部(本実施例ては巻終り部)に
接続されている前記主ポート9と独立した副ポートであ
る。前記主ポート9は、吸気弁8中心に対し少し帰心し
て設けられており、外部空気を吸気弁座7全通して燃焼
室6内に流入案内したときに高スワール比を得るのに最
適な形状となっている。又、前記副ポート10は主ポー
ト9の終端部にある角度をもって接続されており、燃焼
室6への空気の供給が円滑になされるようになっている
。前記吸気弁8はタイミングをとって吸気弁座7を開閉
するように駆動される。尚、図では省略されているが、
シリンダヘッド5には、排気弁、排気ポート等からなる
排気系が設けられており、又燃焼室6に臨ませて燃料噴
射ノズルが設けられている。
1 is an engine, 2 is its cylinder block, 3 is a cylinder liner, 4 is a piston, 5 is a cylinder head connected to the upper part of the cylinder block 2, and 6 is a cylinder liner 3
, a piston 4, and a cylinder head 5. The cylinder head 5 is provided with a variable swirl intake system, and 7 is the cylinder head 5.
8 is an intake valve that opens and closes the intake valve seat 7; 9 is a main port provided on the upstream side of the intake valve 8;
Reference numeral 10 denotes a sub-port independent of the main port 9, which is connected to the terminal end of the main port 9 (in this embodiment, the end of the winding). The main port 9 is provided slightly eccentrically with respect to the center of the intake valve 8, and has an optimal shape for obtaining a high swirl ratio when external air is guided to flow into the combustion chamber 6 through the entire intake valve seat 7. It becomes. Further, the sub-port 10 is connected to the terminal end of the main port 9 at a certain angle, so that air can be smoothly supplied to the combustion chamber 6. The intake valve 8 is driven to open and close the intake valve seat 7 at appropriate timings. Although omitted in the figure,
The cylinder head 5 is provided with an exhaust system consisting of an exhaust valve, an exhaust port, etc., and is also provided with a fuel injection nozzle facing the combustion chamber 6.

シリンダヘッド5には吸気マニホルド11が接続されて
おり、吸気マニホルド11の主空気通路12、副空気通
路13はおのおの主ポート9、副ポート10に接続され
ている。
An intake manifold 11 is connected to the cylinder head 5, and a main air passage 12 and a sub air passage 13 of the intake manifold 11 are connected to a main port 9 and a sub port 10, respectively.

副空気通路13には当該通路13を開閉する弁体14が
設けられており、この弁体14の端部には弁体14を開
閉作動させるためのアクチュエータ15が連結されてい
る。弁体14′の弁部14aは板状となっており、この
弁部14aが略水平になった状態で通路13は全開とさ
れ、略鉛直になった状態で副空気通路13は全閉となる
。アクチュエータ15の作動による副空気通路13の開
度調整によりここを流れる空気量が調整され、つまり副
ポー1〜10から燃焼室6に入る空気量が調整され、ス
ワールに変化が与えられるのである。
The auxiliary air passage 13 is provided with a valve body 14 for opening and closing the passage 13, and an actuator 15 for opening and closing the valve body 14 is connected to an end of the valve body 14. The valve portion 14a of the valve body 14' is plate-shaped, and when the valve portion 14a is approximately horizontal, the passage 13 is fully open, and when it is approximately vertical, the auxiliary air passage 13 is fully closed. Become. By adjusting the opening degree of the auxiliary air passage 13 by operating the actuator 15, the amount of air flowing therethrough is adjusted, that is, the amount of air entering the combustion chamber 6 from the auxiliary ports 1 to 10 is adjusted, and the swirl is changed.

上記吸気弁8が下降して主ポート9が開放する吸込行程
時に、吸込空気が吸気弁座な介して燃焼室6に導びかれ
、ここてその円周方向に沿ってスワールを強制的に形成
されることとなる。この空気は、図示しない噴射ノズル
から噴出される燃料と混合し、燃焼する。
During the intake stroke when the intake valve 8 descends and the main port 9 opens, the intake air is guided into the combustion chamber 6 via the intake valve seat, where a swirl is forcibly formed along its circumferential direction. It will be done. This air is mixed with fuel injected from an injection nozzle (not shown) and combusted.

上記弁体14は燃焼室6に導入される吸気のスワール比
を高(とりたい場合に閉成し、低くとりたい場合に開放
する。高スワール状態は第4図(A)(Ell、低スワ
ール状態は第5図人0′3)から説明できる。すなわち
各図(8)において吸気弁座7を8等分し、コないし8
の番号を附す。各番号の位置が、図中矢印に示す方向と
、矢印の長さに相当する強さの吸気が燃焼室6に吸入さ
れる。番号1から4までのスワール成分は、燃焼室6に
おいても主ポート9における吸気方向が燃焼室6中心0
1 回りに作る時計回り方向(ト)に沿うので順スワー
ル方向成分となり、これらのモーメントは類スワール方
向モーメンj・どなる。番号5から8のスワール成分は
、上記中心O1の回りに反時計回り方向(ハ)に回転し
ようとするので逆スワール成分となり、これらのモーメ
ントは逆スワール方向モーメントとなる。各図(B)に
おいて、各番号のスワール成分モーメントの大きさを、
順、逆方向側に矢印で示す。なお、02(よ吸気弁座7
の中心点である。第4図(A303)の場合は、副ポー
ト10が閉成されているところから、順スワール方向モ
ーメントの総和と逆スワール方向モーメントの総和との
差が充分大きく、全体として高スワール状態となる。
The valve body 14 is closed when the swirl ratio of the intake air introduced into the combustion chamber 6 is desired to be high, and is opened when the swirl ratio is desired to be low. The condition can be explained from Figure 5 (0'3).In other words, in each figure (8), the intake valve seat 7 is divided into 8 equal parts.
Attach a number. At each numbered position, intake air is drawn into the combustion chamber 6 in the direction indicated by the arrow in the figure and with a strength corresponding to the length of the arrow. Swirl components numbered 1 to 4 also indicate that in the combustion chamber 6, the intake direction at the main port 9 is at the center 0 of the combustion chamber 6.
1. Since it follows the clockwise direction (g) created around 1, it becomes a forward swirl direction component, and these moments become similar swirl direction moments j. Swirl components numbered 5 to 8 try to rotate in the counterclockwise direction (c) around the center O1, so they become reverse swirl components, and their moments become reverse swirl direction moments. In each figure (B), the magnitude of the swirl component moment of each number is
The forward and reverse directions are indicated by arrows. In addition, 02 (Yo intake valve seat 7
is the center point of In the case of FIG. 4 (A303), since the sub-port 10 is closed, the difference between the sum of forward swirl direction moments and the sum of reverse swirl direction moments is sufficiently large, resulting in a high swirl state as a whole.

ところが、第5図(A)03)の場合は、副ポート10
が開放されているところから、ここからも吸気が燃焼室
6に導びかれ、特に番号6,7附近の逆スワール方向モ
ーメントが大となる。
However, in the case of Fig. 5 (A) 03), the sub port 10
Since this is open, the intake air is also guided into the combustion chamber 6 from here, and the moment in the reverse swirl direction becomes especially large near numbers 6 and 7.

この方向のモーメントの総和は順スワール方向モーメン
トの総和に近づく。燃焼室6における順スワール方向の
吸気に、副ポート10から導びかれた逆スワール方向の
吸気が衝突し、かつ互いに相殺し合って低スワール状態
を得る。tこだし、吸気流量としては、本来、主ポート
9から流入する分に加えて副ポート10から流入する分
が確保される。さらに、副ポート10が略垂直に近く立
っているので、燃焼室6への吸気流入が円滑である。し
たがって、低スワール状態であって、しかも吸気量は充
分である。特に、エンジンが高回転域の場合には低スワ
ール状態が良いことば先きに説明した通りであるが、副
ポート10を開放すれば充分な吸気量を確保してその状
態が得られる。また第6図(5)(I3)に示すように
、主ポート9からの順方向高スワール(図中白矢印で示
す)と、副ポート10からの逆方向スワール(図中黒矢
印で示す)とが燃焼室6で互いに干渉し合い、回転方向
の異る2つの渦を発生させるとともにこれらの周辺にも
多数の小さな渦あるいは乱れを多数生じさせる。
The sum of moments in this direction approaches the sum of moments in the forward swirl direction. The intake air in the forward swirl direction in the combustion chamber 6 collides with the intake air in the reverse swirl direction led from the auxiliary port 10, and cancel each other out to obtain a low swirl state. However, as the intake flow rate, the amount flowing in from the sub port 10 in addition to the amount flowing in from the main port 9 is originally secured. Furthermore, since the auxiliary port 10 stands nearly vertically, intake air flows smoothly into the combustion chamber 6. Therefore, the swirl state is low and the amount of intake air is sufficient. Particularly, when the engine is in a high speed range, a low swirl state is good as described above, and by opening the sub port 10, a sufficient amount of intake air can be secured to achieve this state. Also, as shown in FIG. 6 (5) (I3), there is a forward high swirl from the main port 9 (indicated by the white arrow in the figure) and a reverse swirl from the sub port 10 (indicated by the black arrow in the figure). The two vortices interfere with each other in the combustion chamber 6, generating two vortices with different rotational directions, and also generating many small vortices or turbulence around these vortices.

これら多数の渦あるいは乱れは、圧縮行程後も若干残留
して同図[C)に示すように噴霧F・・・と空気との混
合を良好化し、燃焼効率の改善、スモークおよび排気ガ
スの低減に役立つ。高スワール状態では、第7図に示す
ように流線形の滑らかな主ポート9形状に沿って吸気は
必要最小限の速度で円滑に、かつ損失なく導びかれる。
These many vortices or turbulences remain to some extent even after the compression stroke, and as shown in the same figure [C], improve the mixing of the spray F with air, improve combustion efficiency, and reduce smoke and exhaust gas. useful for. In a high swirl state, as shown in FIG. 7, the intake air is guided smoothly and without loss along the streamlined and smooth main port 9 shape at the minimum necessary speed.

しかも、吸気弁座7の全周から均等に燃焼室6に導びか
れるので、スワールも高く、吸気量も非常に多い。なお
、高スワール状態て副ポート10が主ポート9中の吸気
の流れに悪影響を及ぼすことはない。
Moreover, since the intake air is evenly introduced into the combustion chamber 6 from the entire circumference of the intake valve seat 7, the swirl is high and the amount of intake air is also very large. Note that the secondary port 10 does not adversely affect the flow of intake air in the main port 9 in a high swirl state.

前記アクチュエータ]5は制御系としてのコントロール
ユニット より開閉動制御される。コントロールユニット16には
アクチュエータ15の作動の基準となる最適スワー)L
121Mが記憶されている。このスワールマツプMは、
エンジン1の負荷、回転数に基づき、その運転状態にお
ける最適スワール比が選択てきるようになっている。尚
、エンジン1の負荷は、アクセルペブル17の踏み込み
旦を検出することによりなされ、又、エンジン1の回転
数(Ne)はタコジェネレータ18により検出され、コ
ントロールユニット は噴射ポンプである。
The opening/closing movement of the actuator 5 is controlled by a control unit serving as a control system. The control unit 16 has an optimum sw
121M is stored. This swirl map M is
Based on the load and rotational speed of the engine 1, the optimum swirl ratio for the operating state can be selected. The load on the engine 1 is determined by detecting when the accelerator pebble 17 is depressed, the rotational speed (Ne) of the engine 1 is detected by the tacho generator 18, and the control unit is an injection pump.

コントロールユニット16に記憶される最適スワールマ
ツプMは、エンジン1の負荷、回転数に応じた最適な運
転状態が得られるように決められるのであるが、その判
断材料となるスワール比と各性能との関係を第8図ない
し第11図に示す。
The optimum swirl map M stored in the control unit 16 is determined so as to obtain the optimum operating condition according to the load and rotation speed of the engine 1, and the relationship between the swirl ratio and each performance is the basis for this judgment. are shown in FIGS. 8 to 11.

第8図にはスワール比と6モード値におけるNOx排出
量との関係を示してあり、第9図には全負荷で異なる回
転速度時におけるスワール比と燃費率、排煙濃度との関
係を示してあり、第10図には一例として45%Ne(
低速)におけるスワール比と異なる負荷における燃費率
、排煙濃度との関係を示してあり、第11図にはエンジ
ンのある回転数、負荷における燃費率変化量とNOx変
化量、排煙濃度変化量との関係についてスワール比を変
えたjJ+合の傾向を示してあり、第12図にはエンジ
ンのある回転数、負荷における燃費率変化量とdp/d
θ変化量、Pmaに変化量との関係についてスワール比
を変えた場合の傾向を示しである。第11図及び第12
図において、a,b,c・・・Jは測定点であり、図中
の数字は一例としてのスワール比である。第12図にお
けるPmaには最大筒内圧であり、エンジンに要求され
る耐久性を決める目やすとなる。又、dp/dθは時間
に対する筒内圧の変化を示し、騒音発生の目やすとなっ
ている。これらPmaχp dp/dθはいずれも低い
値であることが望ましい。
Figure 8 shows the relationship between the swirl ratio and NOx emissions at six mode values, and Figure 9 shows the relationship between the swirl ratio, fuel efficiency, and exhaust gas concentration at different rotational speeds under full load. Figure 10 shows an example of 45% Ne (
Figure 11 shows the relationship between the swirl ratio at low speeds, the fuel efficiency rate, and the exhaust gas concentration at different loads. Figure 12 shows the relationship between jJ+ and dp/d when the swirl ratio is changed.
The graph shows the tendency of the relationship between the amount of change in θ and the amount of change in Pma when the swirl ratio is changed. Figures 11 and 12
In the figure, a, b, c...J are measurement points, and the numbers in the figure are swirl ratios as an example. Pma in FIG. 12 is the maximum cylinder pressure and serves as a guide for determining the durability required of the engine. Further, dp/dθ indicates the change in cylinder pressure with respect to time, and serves as an indicator of noise generation. It is desirable that all of these Pmaχp dp/dθ have low values.

第8図に示すように6モード値においてはスワール比が
小さいほどNOx低減となる。
As shown in FIG. 8, in the 6-mode value, the smaller the swirl ratio, the more the NOx is reduced.

第9図に示すようにエンジンの回転数Neが100%(
高速)では低スワール比、65%(中途)では中スワー
ル比、30%(低速)では高スワール比とした方が燃費
率、排煙温度ともよい。
As shown in Figure 9, the engine speed Ne is 100% (
It is better to have a low swirl ratio at high speed), a medium swirl ratio at 65% (midway), and a high swirl ratio at 30% (low speed) in terms of fuel efficiency and exhaust gas temperature.

第10図に示すように低速45%Neにおける4/4,
 374, 274負荷では高スワール比とした方が燃
費率、排煙濃度も良好となるが、それ息下の負荷では、
低スワール比とした方が燃費率向上となる。その理由は
、軽負荷はど冷却損失の影響を受けやすいことによる。
As shown in Figure 10, 4/4 at low speed 45% Ne,
At 374 and 274 loads, fuel efficiency and exhaust gas concentration are better with a higher swirl ratio, but at lower loads,
The lower the swirl ratio, the better the fuel efficiency. The reason is that light loads are more susceptible to cooling losses.

燃焼ガスからシリンダライナ、ピストン、シリンダヘッ
ド下面等への熱伝達はガス流動速度のn乗に比例するこ
とから軽負荷では、スワール速度が小さい方が燃費率が
良くなるのである。
Since the heat transfer from the combustion gas to the cylinder liner, piston, lower surface of the cylinder head, etc. is proportional to the nth power of the gas flow velocity, under light loads, the smaller the swirl speed, the better the fuel efficiency.

又、第11図に示すように、スワール比を下ケるほどエ
ンジンのあらゆる運転状態におけるNOxは低下する。
Further, as shown in FIG. 11, the lower the swirl ratio, the lower the NOx in all engine operating conditions.

更に、第12図に示すように、スワール比を下げるほど
エンジンのあらゆる運転状態においてPmaにp dp
/dθが低下し、エンジンの耐久性の向上、騒音の低減
が図れる。
Furthermore, as shown in Fig. 12, as the swirl ratio is lowered, Pma becomes p
/dθ is reduced, improving engine durability and reducing noise.

従って、スワール比を変えても性能に大差ない領域では
低スワール比を選択するのを原則とする。又、高速や低
中速の部分負荷ではスワール比を低下させるほど、燃費
率が向上するばかりでなく、NOxが低下しく排ガスが
きれいとなり)、Pmaにが低下しくエンジン耐久性が
向上し) 、dp/dθも低下しく騒音が低減し)、あ
らゆる点で有利となる。
Therefore, as a general rule, a low swirl ratio is selected in areas where there is no significant difference in performance even if the swirl ratio is changed. In addition, at high speeds and partial loads at low and medium speeds, lowering the swirl ratio not only improves fuel efficiency, but also reduces NOx and cleans exhaust gas), reduces Pma and improves engine durability. dp/dθ is also lower, noise is reduced), and it is advantageous in all respects.

以上を考慮して得られるスワールマツプMとしては、少
なくとも低速、高負荷領域では高スワール比として、そ
の他の領域では中。
The swirl map M obtained by taking the above into consideration is a high swirl ratio at least in low speed and high load areas, and medium in other areas.

低スワール比とするのである。The swirl ratio is low.

第1図に示すスワールマツプMでは1低速・低負荷領域
を中スワール比領域、低中高速・低負荷領域を低スワー
ル比領域、低中速・中高負荷領域を中スワール比領域、
中高速・中高負荷領域を低スワール比領域としである。
In the swirl map M shown in Fig. 1, the low speed/low load area is the medium swirl ratio area, the low/medium/high speed/low load area is the low swirl ratio area, the low/medium speed/medium/high load area is the medium swirl ratio area,
The medium-high speed and medium-high load areas are defined as low swirl ratio areas.

エンジン1の通常運転時には、上記マツプMに基づいて
スワール比の制御がなされる。
During normal operation of the engine 1, the swirl ratio is controlled based on the map M.

つまり、エンジン1の負荷、回転数に応じて最適のスワ
ール比が決定され、当該スワール比が得られるようにア
クチュエータ15が制御され、副ポート10から燃焼室
6に吸引される空気量が変えられるのである。
In other words, the optimum swirl ratio is determined according to the load and rotational speed of the engine 1, and the actuator 15 is controlled so as to obtain the swirl ratio, thereby changing the amount of air sucked into the combustion chamber 6 from the auxiliary port 10. It is.

ところでエンジンにおいては種々の運転がなされるが、
どのような運転状態であってもNOx排出量や排煙濃度
は規定値以下であることが必要である。続けて何回か空
ぶかしをするようなフリーアクセル時には、第14図に
示す如く、エンジン回転数、負荷は変化する。
By the way, engines are operated in various ways.
Regardless of the operating state, the amount of NOx emissions and the concentration of flue gas must be below specified values. During free acceleration, where the engine is revved several times in succession, the engine speed and load change as shown in FIG.

ローアイドルの状態からアクセルを踏み込むと、エンジ
ンが加速され、ガバナが効いて一定の負荷でバランスし
た一定回転(ハイアイドル)となる。このときもエンジ
ンの速度、負荷に応してスワール比が変更されるのであ
るが、ローアイドルからハイアイドルへの移行は極めて
短い時間(約1秒)でなされる。
When you step on the accelerator from a low idle state, the engine accelerates, and the governor works to maintain a constant rotation (high idle) balanced with a constant load. At this time as well, the swirl ratio is changed depending on the engine speed and load, but the transition from low idle to high idle is made in an extremely short time (about 1 second).

第13図には、通常運転時用のマツプMにおけるローア
イドルからハイアイドルへの移行を実線で示す。ローア
イドルからハイアイドルへの移行は上述の如く極めて短
い時間でなされるのであるが、スワール比の変更は、弁
機構等の遅れにより、実際には遅れてなされることにな
る。しかし、これで(よエンジンの−19= 負荷、回転数に基づき決定した最適スワールマツプMが
生かされないことになってしまう。
In FIG. 13, the transition from low idle to high idle in map M for normal operation is shown by a solid line. Although the transition from low idle to high idle is made in an extremely short time as described above, the change in swirl ratio is actually made with a delay due to delays in the valve mechanism, etc. However, in this case, the optimal swirl map M determined based on the engine's -19 load and rotational speed will not be utilized.

そこで、フリーアクセル時には、作動遅れを考慮した第
14図に示すようなマツプM′により基づきスワール比
を制御するようにしているのである。つまり、フリーア
クセル時には、早目にスワール比の切換信号が出され、
ハイアイドル時には最適の低スワール比となるようにし
ているのである。例えば、スワール比の切換に0.4秒
要するとすれば、第14図におけるマツプM′では、ち
ょうど60%Ne<らいで低スワール比となり、最適の
スワール切換パターンとなるのである。
Therefore, during free acceleration, the swirl ratio is controlled based on a map M' as shown in FIG. 14, which takes into account the delay in operation. In other words, during free acceleration, the swirl ratio switching signal is issued early,
At high idle, the optimum low swirl ratio is achieved. For example, if it takes 0.4 seconds to switch the swirl ratio, map M' in FIG. 14 will have a low swirl ratio when exactly 60% Ne< or so, resulting in an optimal swirl switching pattern.

尚、フリーアクセルであることを検出する手段としては
色々考えられるが、その−例としてアクセルペダル17
の空吹かし動作によす検知する方法がある。タコメータ
によるエンジンの回転速度の上昇がある値以上の場合に
はこれを空吹かしと判断し、ダブルクラッチ時の動作と
区別するため、空吹かしが2回以上続く場合を検知し、
これをフリーアクセル時と判断し、この判断に基づきマ
ツプをフリーアクセル時のものに切換えると共に、この
マツプM′が採用される時間をタイマによりセットする
のである。一定時間が過ぎれば、通常のマツプMに基づ
く制御に切換える。
There are various ways to detect the free accelerator, and one example is the accelerator pedal 17.
There is a method for detecting the idling operation. If the increase in engine rotational speed as measured by the tachometer exceeds a certain value, this is determined to be engine racing, and in order to distinguish it from double clutch operation, it detects when engine engine speed continues two or more times.
This is determined to be the time of free acceleration, and based on this determination, the map is switched to that of the time of free acceleration, and a timer is set for the time during which this map M' is adopted. After a certain period of time has elapsed, control is switched to normal map M-based control.

又、他の例としてアクセルペダル17の変位速度がある
値以上の場合を空吹かしと判断し、フリーアクセル時を
判断する方法も考えられる。
Furthermore, as another example, a method may be considered in which a case where the displacement speed of the accelerator pedal 17 is equal to or higher than a certain value is determined to be idling, and the state is determined to be a free accelerator.

〈発明の効果〉 本発明に係るスワール制御装置によれば、吸気系を主ポ
ートと副ポートとからなる可変スワール吸気系としてス
ワール状態を容易に変えられるようにすると共に、常に
十分の空気量が確保できるようにし、更に、エンジンの
運転状態に応じて最適のスワール比が選択できるように
したので、燃焼効率の向上及び排気ガスのNOx低減、
排煙濃度低減が図れる。
<Effects of the Invention> According to the swirl control device according to the present invention, the intake system is configured as a variable swirl intake system consisting of a main port and a sub-port so that the swirl state can be easily changed, and a sufficient amount of air is always maintained. Furthermore, the optimum swirl ratio can be selected depending on the engine operating condition, improving combustion efficiency and reducing NOx in exhaust gas.
The exhaust gas concentration can be reduced.

4、面の簡単な説明 第1図は本発明の一実施例の概略構成図、第2図1まエ
ンジンを平面に沿い断面とした実施例の概略構成図、第
3図はエンジンの一部の側断面図、第4図(5)は高ス
ワール状態でのスワール成分を説明する図、同図(I3
)は同状態におけるスワール方向モーメントを説明する
図、第5図(5)は低スワール状態でのスワール成分を
説明する図、同図(I3)は同状態におけるスワール方
向モーメントを説明する図、第6図(Alは低スワール
状態を説明する斜視図、同図(I3)は同じくスワール
状態を説明する斜視図、同図(qはその噴霧状態を説明
する図、第7図は吸気状態を説明する斜視図、第8図な
いし第12図はスワール比とNOx排出量、燃費率、排
煙濃度等との関係を示す線図、第13図は通常運転時用
マツプにおけるローアイドルからハイアイドルへの移行
を示す説明図、第14図はフリーアクセル時のマツプの
説明図であり、第15図(5)は通常の吸気装置の横断
平面図、同回部)はそのB−B線に沿う断面図、第16
図(5)031は従来の可変スワールポートの平面概略
図、第17図(5)はその概略斜視図、同回部)1よ噴
霧状態の説明図、同図(C)は吸気状態の説明図である
4. Brief explanation of planes Fig. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram of an embodiment of the engine in section along a plane, and Fig. 3 is a part of the engine. The side sectional view of FIG. 4 (5) is a diagram illustrating the swirl component in a high swirl state.
) is a diagram explaining the swirl direction moment in the same state, FIG. 5 (5) is a diagram explaining the swirl component in a low swirl state, FIG. Figure 6 (Al is a perspective view explaining the low swirl state, Figure (I3) is a perspective view also explaining the swirl state, Figure 6 (q is a diagram explaining the spray state, Figure 7 is a diagram explaining the intake state) Figures 8 to 12 are diagrams showing the relationship between swirl ratio and NOx emissions, fuel efficiency, exhaust gas concentration, etc., and Figure 13 is a map for normal operation from low to high idle. Figure 14 is an explanatory diagram of the map during free acceleration, and Figure 15 (5) is a cross-sectional plan view of a normal intake system. Cross section, 16th
Fig. 17 (5) 031 is a schematic plan view of a conventional variable swirl port, Fig. 17 (5) is a schematic perspective view thereof, and Fig. 17 (C) is an explanatory diagram of the spray state. It is a diagram.

図面中、 1はエンジン、 6は燃焼室、 8は吸気弁、 9は主ポート、 10は副ポート、 11は吸気マニホルド、 14は弁、 15はアクチュエータ、 16はコンJ〜ロールユニット、 Mば最適スワールマツプ、 M′はフリーアクセル時のマツプである。In the drawing, 1 is the engine, 6 is the combustion chamber, 8 is an intake valve; 9 is the main port, 10 is the sub port, 11 is the intake manifold, 14 is a valve; 15 is an actuator; 16 is Con J ~ roll unit, M optimal swirl map, M' is a map during free acceleration.

特  許  出  願 人 三菱自動車工業株式会社 代    理    人Patent applicant Mitsubishi Motors Corporation People

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 燃焼室の吸気弁上流側に接続され前記燃焼室内に流入さ
れる空気をスワール流とする主ポートと主ポートの終端
部近くに角度をもって接続された副ポートとからなる可
変スワール吸気系と、前記可変スワール吸気系における
前記副ポートを流れる空気量を変えて前記燃焼室内のス
ワール流のスワール比を変える弁機構と、エンジンの通
常運転時にエンジンの負荷、回転数に基づく最適スワー
ル比を決定する通常運転時用のスワールマップとエンジ
ンのフリーアクセル運転時に時間遅れを考慮したスワー
ル比を決定するフリーアクセル時用のマップとを備え、
エンジンの運転状況に応じて上記マップより最適スワー
ル比を選択して前記弁機構に作動指令を出力する制御系
とからなることを特徴とするスワール制御装置。
a variable swirl intake system comprising a main port connected to the upstream side of an intake valve of a combustion chamber and making air flowing into the combustion chamber into a swirl flow; and a sub port connected at an angle near the terminal end of the main port; A valve mechanism that changes the swirl ratio of the swirl flow in the combustion chamber by changing the amount of air flowing through the auxiliary port in the variable swirl intake system, and a normal valve mechanism that determines the optimum swirl ratio based on the engine load and rotation speed during normal operation of the engine. Equipped with a swirl map for driving and a map for free acceleration that determines the swirl ratio taking into account time delay during free acceleration operation of the engine,
A swirl control device comprising: a control system that selects an optimum swirl ratio from the map according to the operating condition of the engine and outputs an operation command to the valve mechanism.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0410610U (en) * 1990-05-18 1992-01-29
JPH056136U (en) * 1991-02-19 1993-01-29 三菱自動車工業株式会社 Diesel engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0410610U (en) * 1990-05-18 1992-01-29
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