JPS6245939A - 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）を調節できるようにし
た吸気装置に関する。

く従来の技術〉 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ｎ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ｎ、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Ｈ４Ｆ　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９図（〜０）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偏心させて設け、吸気
弁０２が下降して吸気ボー１−０１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０
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９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
表ざｎる。

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永く、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如でよいことが知られている。

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発生蓋が増大す
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。

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。Ｉ＃ｌこ。

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。

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１Ｏ図囚の）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、１１６
ａが吸気弁座である。上ｈピ吸気ボー）１１５は低スワ
ール型をベースとした構造となっていて、仕切板１１７
によって左右に二分割されたボー）　１１５ａ　、　１
１５ｂとなり、その一方のボー）　１１５ｂは開閉弁１
１８により開閉自在である。

同囚人に示すように開閉弁１１８を開放すると１両方の
ボー）　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（均に示すように開閉
弁１１８８閉成すると、一方のボー）　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
１１６８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
ｎる。

このｍ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１１囚人に示すように、燃焼室１
１２において単に一つの剛体うず的な旋回流れが生じる
だけであり、同図（ロ）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霧Ｆ０・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ｇＦ・・・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０に示
すように吸気が一方のボー）　１１５ａを導びかｎ１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、かつポート１１５ａの断面積が狭いため多大な
流路抵抗が生じるさともに吸気弁座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。

ところが、第１θ図四〇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シ、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右ける欠点を解
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
もって接続された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ホートラ備えた吸気装置が考えられ
、前記刷ポート８流ｎる空気量を変えることによシ、ス
ワール比を変えることが図られている。このスワールポ
ートによれば燃焼室への吸込空気ｆｉ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。ところ
が、スワールの可変を司る則ポートにはその設定条件に
よって次のような不具合がある。すなわち、嗣ポートか
ら供給される吸気流によるスワール可変効果を大きくす
るためには、副ポートを燃焼室の軸線に対しである程度
角度をもたせて設定し、この副ポートからの吸気流の水
平方向（周方向）への成分を大きくするが、あまりこの
剛ポートの設定角度を大きくしてしまう場合には、燃焼
室の幹線方向Ｉこ対して吸気流が横方向へ流れることと
なり、吸気抵抗が増大して吸気不足が生じてしまう。

本発明は上記不具合を解決するものであって、最適な角
度で設定された副ポートを備えた吸気装置を提供するこ
とを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 この目的を達成するための本発明にかかるエンジンの吸
気装置は、吸気弁の上流側に接続されてエンジンの燃焼
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って接続さｎ
た該主ポートと独立した則ポートとを備え、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、１１１記副ポートの燃焼室軸線に対する角度を０
度以上、７０度以下の範囲内に設定したことを特徴とす
る。

く作　　　用〉 上記範囲内に設定された則ポートから供給される吸気流
は燃焼室の軸方向に沿った流れ成分を有するため、吸気
抵抗増大による吸気不足を生じない。また、これにより
、逆スワール方向成分を有する吸気流が円滑に燃焼室内
に供給され、充分なるスワール変化を達成する。

く実　施　例〉 以下１本発明の一実施例を図面ｌこより具体的に説明す
る。

第１図は本発明の一実に例にかかる可変スワールポート
の概略斜視図、第２図はその概略側面断面図、第３図及
び第４図はそれぞれスワールの角運動量を表す概念図、
第５図は吸気の流れ状態を表す概念図、第６図はエンジ
ンのシリンダヘッド部を断面した平面図、第７図はその
断面側面図、第８図は吸気装置の軌路構成図である。

第１図、第２図及び第６図、第７図ｆこおいて、１１は
エンジンで、１２はそのシリンダブロック、１３はシリ
ンダヘッド、１４はピストン、１５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、ｘ６４１７＋
３７ダライナ１３．ピストン１４．シリンダヘッド１５
によシ構成される燃焼室（シリンダ室）である。シリン
ダへラド１５には可変スワール吸気系が設けられており
、１７はシリンダへラド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１
８の上１５１Ｅ１１に設けられている主ポート、２０は
主ポート１９の終端部（本実施例では巻終シ部）に接続
されている前記主ポート１９と独立した銅ポートである
。前記主ポート１９は、吸気弁１８中心に対し少し偏心
して設けらｎており、外部空気８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。又、前記副ボー１−２０
は主ポート１９の終端部に燃焼室１６の軸線Ｙに対して
後述する角度θをもって接続されており、燃焼室１６へ
の空気の供給が円滑Ｊこなさｎ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１７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１５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）、又燃焼室１６に臨ませて
燃料噴射ノズルが設けらｎている。

シリンダへラド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
！＃、ａ！される入口部２１ａと、それｌこ続く集合部
２１ｂと、集合部２１ｂから枝分かれして各シリンダへ
ラド１５にそれぞれ接続される複数の枝管部２１Ｃを有
しておシ、各校管部２１ｃにはその内部を主通路２２と
副通路２３との２つｌこ仕切る仕切板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
リンダへット１５の主ポート１９及び副ポート２０に接
続され、そｎにより各ポート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）ｉｌ−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に亘って貰通ずる丸棒状をなすと共に、各副
通路２３内に位置する弁部２５Ｊ１は板状となっており
。

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が連結されており、このアク
チュエータ２６の作動による副通路２３の開度調整によ
り副通路２３を流れ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、低くとシたい場合に副通
路２３を開放する。すなわち、主ポート１９からのみ吸
気を導入するときは順方向の主スワールＳ重だけが発生
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Ｓ
２が発生してそれが主スワールＳ１と衝突し、逆スワー
ルｉｋＪこ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。

前記アクチュエータ２６は第８図に示すように、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
シ制御されるようになっている。コントａ−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が記憶されており、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ｎると共にそｎ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
ｎる。尚、エンジン１１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りなされ、又、エンジン
１１の回転数はタコジェネレータ２９によシ検出され、
そｎそれコントロールユニット２７に入力される。

前記副ポート２０の設定角度ＩはＩ≦θ≦７０゜の範囲
内に設定してあシ、吸気抵抗を過大にしてしまうことな
く、逆スワールＳ！を発生させて効果的にスワールを変
化させることができる。この理由を以下に説明する。逆
スワール８８により主スワールＳｓｆ大幅に弱めて低ス
ワール状態を達成するためには、逆スワールＳ８の角運
動量を増大させれば良い。すなわち、正スワール方向の
角運動量、逆スワール方向の角運動量をそれぞれ表す第
３図及び第４図に示すように、燃焼室１６の中心Ｏｃと
吸気弁１８の中心Ｏｖとを結ぶ１１１０ｃＯｖを境にし
てＢ領斌側へ流入する副ポート２０からの吸気による逆
スワールの角運動量を増大させるためには、副ポート２
０から大量に吸気させてこの吸気の速度ベクトルｖ１　
ｅ　ｖａ　　を増大させるか、或いは副ポート２０から
の吸気の流入角度δＴ。

６ｍを減少させるか、或いは燃焼室中心Ｏｃｌこ対する
作用点距離ｔ７＊　Ｚｌ　を増大させるかすれば良い。

尚、副ポート２０からの吸気は吸気弁１８の背後からそ
の流れ方向を変えて燃焼室１６Ｐ３に流入し、副ポート
２０からの吸気の流入角度δ１．Ｊ、は第２図に示すよ
うに燃焼室軸線Ｙに直角な方向と吸気ベクトルｖＹｍＶ
、との成す角である。ここで、上記流入速度ベクトルｖ
１＊Ｖｍｆ増大させるためには刷ボ〜ト２０を燃焼室軸
線Ｙに沿わせる、すなわち設定角度θを小ざくした方が
、吸気が円滑に吸気弁１８の背後に流れ込むため有利で
ある。また、流入角度δ７ｅ’ｌの減少及び作用点距離
１１　＋　１ｍ　　の増大のためにも設定角度θは小さ
い方が有利である。このように設定角度−は極力小さく
する方が望ましいが、シリンダヘッドの形状等からの制
約もあシ、実用上充分なスワール変化を達成し得る７０
°以下であれば良い。また、設定角度θが（）０≦θ≦
７０’の範囲内であれば吸気は円滑に燃焼室１６内に流
入するが、設定角度θが７０°を上回る場合には効果的
にスワール変化を達成できないと共に、吸気が燃焼室軸
線Ｙに対して過度に横方向から流れることとなるため、
吸気抵抗が増大して吸気不足を生じてしまう。

尚、吸気ポート内の吸気の流れを観察した試験結果を表
す第５図に示すように、吸気ポートミル内の代表的な吸
気ｆｉａ、ｂ、ｃのうち、燃焼室１６内に流入したとき
に前記逆スワールＳ！の成分となるものは吸気ｆｉｔｓ
である。

この吸気流ａは吸気ポートＩＰ内の上部に位置する流れ
であり、しかもその流線は吸気弁１８の近傍において急
激に下降している。すなわち、逆スワールＳ８の成分と
なる吸気流は副ポート２０の設定角度ＩＩヲ小さくした
方が有利に得らｎることが判る。

〈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、吸気不足を生ずることなく効果的に
スワールを変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる可費スワールポート
の概略斜視図、第２図はその概略側面断面図、第３図及
び第４図はそれぞれスワールの角運動量を表す概念図、
第５図は吸気の流れ状態を表す概念図、第６図はエンジ
ンのシリンダヘッド部を断面した平面図、１４７図はそ
の断面側面図、第８図は吸気装置の概略構成図。 第９図（６）は従来例にかかる吸気装置の横断平面図、
第９図０は第９囚人のＢ−８断面図、第１θ図囚、　（
Ｂ））はそれぞれ他の従来例にかかる吸気装置における
スワール成分の説明図、第１１囚人はその概略斜視図、
第１１図（Ｉはその噴霧状態の説明図、＠１１図０はそ
の吸気状態の説明図である。 図　面　中。 １６は燃焼室。 １９は主ポート。 ２０は刷ポート。 Ｙは燃焼室軸線。 θは設定角度である。

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
   副ポートの燃焼室軸線に対する角度を０度以上、７０度
   以下の範囲内に設定したことを特徴とするエンジンの吸
   気装置。