JPS6245937A - エンジンの吸気装置 - 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】 〈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）を−節できるようＫし
た吸気装置に関する。

〈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だ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。

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。

従来よシ、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ＨＳ　Ｐ構
造と呼ばれるハイスワールポート（強制渦流吸気孔）が
挙げられる。

これは、第６図（Ａ）　（Ｂ）に示すように、吸気ポー
トＯ１を吸気弁０２の中心に対して少し偏心させて設け
、吸気弁０２が下降して吸気ポート０１が開放される吸
入行程時に吸気ポー）０１で偏向された吸込空気が燃焼
室（）３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
が良くなシ、燃焼効率が向上するのである。

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
変であることが望ましい。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。

スワール化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７１％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。

スワール比の大小はＮｏ、　（窒累酸化物）の発生皺と
も関係し、高スワール比になるほどＮＯｘ発生量が増大
することが知られている。

又、エンジンの負荷に対しては、低速で軽負荷であれは
低スワール比が最適であシ、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。

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ｌＪ・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。

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、従来では例えば特
公昭５１−７２４３号公報に示すような機構が提案され
ている。これは第７図（Ａ）（［３）に示すようになっ
ていて１図中、１１２が燃焼室、１１５が吸気ポート、
１１６＆が吸気弁座である。上記吸気′ポート１１５は
低スワール比をベースとした構造となっていて、仕切板
１１７によって左右に二分割されたポート１１５ａ、１
１５ｂとなり。

その一方のポート１１５ｂは開閉弁１１８によシ開閉自
在である。

同図（４）に示すように開閉弁１１８を開放すると２両
方のポート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（Ｂ）Ｋ、示すように開
閉弁１１８を閉成すると、一方のポー）１１ｆＳａのみ
に吸気が導ひかれる。吸気流路断面積が半減し。

吸気弁座１１６ａ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で扛高スワール状態となる
。各状態でのスワール成分は１図中矢印に示す方向と強
さが得られるＯ 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８図（４）に示すように、燃焼室
１１２において単に一つの剛体うず的な旋回流れが生じ
るだけであシ、同図■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＃ｌＦ・・・
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ｎＦ・・・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（Ｏに示すように吸気
が一方のポー）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シ、逆流などの損失があ
る。また、流路断面積が半減し、かつポー）１１５＆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１１６１Ｌ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〇 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（８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。

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。

ところが％第７図（Ａ）０３）に示す従来構造のもので
は、単に吸気ボート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。

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。

〈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
決する吸気装置として、吸気弁の上流側に接続された王
ポート（吸気ボート）と王ポートの終端部近くにある角
度をもって接続された前記王ポートと独立する制ポート
とからなる褐変スワールポートが考えられ。

前記剛ポートを流れる窒気蓋を変えることによってスワ
ール比を変えることが図られている。この吸気装置によ
れば燃焼室への吸込空気量をさほど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。

ところが、エンノンのシリンダヘッドにおいて吸気ボー
トを設定し得る範囲はその構造上から成る程度に制限さ
れる。このため、成る一定の空気量を供給する王ポート
と弁の開閉によりその仝気曽が変化する副ポートとの断
面積をどのように調整して設定するかが問題となる。す
なわち、王ボートの断面積を大きく設定して副ポートの
断面積を小さく設定しすぎてしまう場合にはスワールの
可変幅（スワール変化量）が小さくなってしまう一方、
王ポートの断面積と副ポートの断面積との関係を上記と
は逆にｅ定してしまう場合には副ポートの弁を閉じた時
に燃装置に供給される空気量が不足してしまう。

本発明は、上記従来の問題点を解決する吸気装置を提供
することを目的とし、全桁スペースの少ないシリンダヘ
ッド部に最適な断面積を有した主ポートと副ボートとを
設けたものである。

〈問題点を解決するだめの手段〉 上記目的を達成する本発明に係るエンノンの吸気装置は
、吸気弁の上流側に接続されてエンジンの燃焼案内に吸
入空気をスワール状態で供給する王ボートと、前記王ボ
ートの終端部近くにある角度をもって接続された該主ポ
ートと独立した副ボートとを備え、前記副ポートから供
給される吸入空気量を調節することによυ前記燃焼室内
のスワールを調節するエンジンの吸気装置において、前
記副ポートの断面積を前記主ポートの断面積の１５係以
上３５チ以下に設定したことを特徴とする。

く作　　　用〉 高スワール型、すなわち主ポートから供給された吸気に
よシ形成されたスワール比の高い渦流を副ポートから供
給された吸気により弱めるタイプに吸気装置を設定した
場合、副ポートを閉じて王ポートのみから吸気を供給す
る高スワール時に燃焼室への吸気不足の問題が生ずる。

一方、副ポートは成る程度１以上の断面積を確保してお
かないと、必要とされるスワール変化量を達成すること
ができない。

本発明は上記相反する県外を調整し１両者共に満足させ
る。

く実　施　例〉 以下１本発明の一実施例を図面により具体的に説明する
。

第１図は本発明の一実施例にかかる吸気ボートの正面図
、第２図はエンジンのシリンダヘッド部を断面した平面
図％第３図はその断面側面図、第４図はスワール制御装
置の概略構成図、第５図は作用を説明するグラフである
Ｏ 図面において、１１はエンジンで、１２はそのシリンダ
ブロック、１３はシリンダライナ、１４はピストン、１
５はシリンダブロック１２の上部に結合されたシリンダ
ヘッド。

１６はシリンダライナ１３．ビス）ン１４゜シリンダヘ
ッド１５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１５には可変スワール吸気系が設けら
れており。

１７はシリンダヘッド１５に設けられた吸気弁座、１８
は吸気弁座１７を開閉する吸気弁。

１９は吸気弁１８の上流側に設けられている主ポート、
２０は主ポー）１９の終端部（本夾施例では巻終シ部）
に接続されている前記主ポート１９と独立した副ポート
である。前記主ポー）１９は、吸気弁１８中心に対し少
し偏心して設けられておシ、外部空気を吸気弁座１７を
通して燃焼室１６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と共に、後述する枝
管部２１ｃが接続される王ポート１９の入口部の断面積
は燃焼室１６に充分な空気量を供給できるものとなって
いる。又、前記副ポート２０は主ポー）１９の終端部に
ある角度をもって接続されておシ、燃焼室１６への空気
の併給が円渭になされるようになっている。そして、後
述する枝管部２１ａが接続される副ポート２０の入口部
の断面積は前記主ポート１９の断面積の１５優以上、３
５チ以下に設定してあり、主ポー）１９からの流入空気
により燃焼室１６内に形成されるスワールの強さをこの
副ボート２０からの流入空気によ□り実用上充分な範囲
で変化させられるようになっている。前記吸気弁１８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１図では省略されているが、シリンダヘッド
１５には。

排気弁、排気ポート吟からなる排気系が設けられておシ
、又燃焼室１６に臨ませて燃料噴射ノズルが設けられて
いる。

シリンダヘッド１５には吸気マニホルド２１が接続され
る。吸気マニホルド２１は、図示しないエアクリーナに
接続される入口部２１１Ｌと、それに続く集合部２１ｂ
と、集合部２１ｂから枝分かれして各シリンダヘッド１
５にそれぞれ接続される複数の枝管部２１ｃを有してお
り、各枝管部２１０にはその内部を主通路２２と副通路
２３との２つに仕切る仕切板２４が設けられている。こ
れら主通路２２及び副通路２３の先端は各々シリンダヘ
ッド１５の王ポー）１９及び副ボート２０に接続され。

それによシ各ポー）１９　、２０を集合部２１ｂに連通
させている。又、副通路２３の基端部には当該通路２３
を開閉してそこを流れる空気量を制御する弁体２５が回
動自在に設けられている、弁体２５は各枝管部２１ｃに
亘って貫通する丸棒状をなすと共に、各副通路２３内に
位置する弁部２５ａは板状となっておシ。

この弁部２５ａが副通路２３と平行な略水平になった状
態で副通路２３は全開とされ、それと直角を成す略鉛直
になった状態で副通路２３は全閉となる。この弁体２５
の端部には弁体２５を回動させてそれを開閉作動させる
ためのアクチュエータ２６が連結されておυ。

このアクチュエータ２６の作動による副通路２３の開度
１整によシ副通路２３を流ｎる空気量が調整され、つま
シ副ポート２０から燃焼室１６に入る空気量が調整され
、スワールに変化が与えられる。ここで、スワール比を
高くとシたい場合は副通路２３を閉じ、低くとりたい場
合に副通路２３を開放する。すなわち、王ポー）１９か
らのみ吸気を導入するときは順方向の主スワールだけが
発生して高スワール比が得られるのに対して、副ポート
２０からも吸気を導入するとそこから逆方向の逆スワー
ルが発生してそれが王スワールと衝突し、逆ヌワール量
に応じて全体として順方向のスワールが減殺されて低ス
ワールとなる。

ここで、上記のように副通路２３の開閉によシ副ボー）
　２０からの吸気音を制御したときの燃焼宇１６内での
スワール変化量は、王ポート１９と副ポート２（）との
断面積比を前述の条件に設定しであることから、第５図
に示すように約１〜約３が得られ、エンジン性能、　Ｎ
Ｏｘ発生量醇０面における可変スワールの効呆を充分に
発揮できる。尚、スワール変化量“とは、エンノン１行
程で１回旋回するヌワールが２回旋回に変化したときは
変化量は１，３回旋回に変化したときは変化量は２と言
うように、成る値に対して加算的に変ずと量を表したも
のである。そして、同図に示すように、低スワール時に
は主ポート１９と副ボート２０との断面積比がどのよう
であっても主ポート１９と副ポート２０とから合計して
一足した量の吸気が燃焼室１６内へ供給される。一方、
副ポート２０が閉じられた高スワール時には燃焼室１６
内へは王ポー）１９からのみしか吸気が供給されないた
め、この吸気ｔは王ポー）１９と削ポート２０との断面
積比に応じて変化することとなるが、この断面積比は上
記条件に設定しであるため、高スワール時における吸気
量は最吐でも、すなわち断面積比が３５俤であっても充
分な燃焼を達成できる。

前記アクチュエータ２６け制御系としてのコントロール
ユニット２７からの制御信号により制御されるようにな
っている。コントロ−ルユニット２７にはアクチュエー
タ２６の作動の基準となる最適スワールマツプＭが記憶
されてお＃）、このスワールマツプＭからエンジン１１
の負荷、回転数に応じてその運転状態における最適スワ
ール比が選択されると共にそれに基づいてアクチュエー
タ２６に対する制御信号が発せられる。尚、エンジン１
１の負荷はアクセルペダル２８の踏み込み量を検出する
ことによシなされ、又、エンジン１１の回転数はタコジ
ェネレータ２９により検出され、それぞれコントロール
ユニット２７に入力される。

〈発明の効果〉 以上、一実施例を挙げて詳細に説明したように本発明の
吸気装置によれば、余裕ヌペー、ｘｏ少ないエンジンの
シリンダヘッド部に最適な断面積を有した主ポートと副
ポートとを設けることができ、高スワール時の吸気量不
足を生ずることガくスワールを変化させてエンジン性能
の向上、ＮＯｘ発生量の減少、燃費向上を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる吸気ポートの正面図
、第２図はエンジンのシリンダヘッド部の断面平面図、
第３図はその断面側面図。 第４図はスワール制御装置の概略構成図、第５図は作用
を説明するグラフ、第６図（４）は従来例にかかる吸気
ポートの断面平面図、第６図■は第６図（４）のＢ−Ｂ
断面図、第７図（４）、（９は他の従来例にかかる吸気
装置おけるスワール成分の説明図、第８図（４）はその
概略斜視図、第８図（バはその噴霧状態の説明図、＠８
図（０はその吸気状郭の説明図である。 図　　面　　中。 １６は燃焼室。 １９は主ポート、 ２０は副ポートである。 特許出願人　　三愛自動車工業株蚊会社代理人　弁理士
　　光　石　士　部（他１名）第１図 第３図 第５図 ０　　　１０　　　２０　　　３０　　　４０（％）２
“１“°−Ｆ″″ｈ４＠７．７ｔ＋。□６積第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気弁の上流側に接続されてエンジンの燃焼室内に吸入
   空気をスワール状態で供給する主ポートと、前記主ポー
   トの終端部近くにある角度をもつて接続された該主ポー
   トと独立した副ポートとを備え、前記副ポートから供給
   される吸入空気量を調節することにより前記燃焼室内の
   スワールを調節するエンジンの吸気装置において、前記
   副ポートの断面積を前記主ポートの断面積の１５％以上
   ３５％以下に設定したことを特徴とするエンジンの吸気
   装置。