JPH0526008B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、エンジンのシリンダ内におけるスワ
ールの制御装置に関するものである。

〈従来の技術〉 直噴型デイーゼルエンジンにおいては、ピスト
ンの頂部に形成された燃焼室に向けて燃料噴射ノ
ズルから燃料を噴射するとともに、シリンダヘツ
ドに設けられた吸気ポートから空気の渦（スワー
ル）を上記燃焼室に導き、このスワールによつて
空気と燃料とを混合させて燃焼を行うようにして
いる。また、このスワールの強さはエンジンの回
転数にほぼ比例して変化し、エンジンの回転数が
高くなるに従つてスワールが強くなる傾向があ
る。

従つて、エンジンの回転数が低い低速領域にお
いて理想的な燃焼が可能なスワール強さを得るよ
うに吸気ポートの形状を設定すると、回転数が高
い高速領域ではスワールが必要以上に強くなつて
理想的な燃焼を行わせることができなくなる。ま
た逆に、高速領域において最適なスワール強さを
得るように吸気ポートを設定すると、低速領域で
のスワール強さが不足して燃焼効率が低下してし
まうという不具合がある。

そこで、従来では中間的な回転域において最適
スワール強さあるいはスワール比が得られるよう
に吸気ポートを設定していたために、低速領域で
スワール強さが不足するにもかかわらず、高速領
域ではスワール比が必要以上に大きくなるという
不具合があつた。よつて、従来のエンジンにおい
ては広回転域に亙つて燃料と空気とを理想的に混
合させることがきわめて困難であるとされてい
た。

＜発明が解決しようとする課題＞ 本発明は上記に鑑みてなされたものであり、エ
ンジンの運転状態に応じてスワールの強さあるい
はスワール比を最適制御できるスワールの制御装
置を提供することを課題としている。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するために本発明は、吸気バル
ブを案内するバルブガイドを中心として湾曲する
側壁および下流に至るに従つて前記吸気バルブの
弁座に接近偏位する上壁を有するヘリカル部を終
端部に設けた吸気ポート（ヘリカルポート）をシ
リンダヘツドに形成することにより、前記吸気バ
ルブの開弁にともなつてシリンダ内にスワールを
生起させるようにしたエンジンにおいて、前記ヘ
リカル部の湾曲外側に向つて突出する凸部を備え
た非円形のコントロールプレートを吸気バルブの
弁座と対向するヘリカル部の上壁近傍に配設して
いる。そして、このコントロールプレートを前記
バルブガイドの軸線を中心として吸気バルブの弁
座に対向するヘリカル部の上壁に沿つて上下流方
向に回転移動させる駆動手段を設けることによ
り、この駆動手段で前記ヘリカル部におけるコン
トロールプレートの回転位置を変化させてヘリカ
ル部への吸気の流入深さを調整して吸気の流れの
方向を変化させ、もつて、シリンダ内に生起され
るスワールを最適制御するようにしたことを特徴
としている。

〈作用〉 以上のように構成されたスワールの制御装置に
おいて、吸気ポートに導入された空気（吸気）は
ヘリカル部に向つて進み、このヘリカル部による
旋回案内作用を受けた後にシリンダ内に流入す
る。

すなわち、吸気ポートに導入された空気は、こ
の吸気ポートの終端部に設けられているヘリカル
部の側壁による旋回案内作用を受けつつ、ヘリカ
ル部の上壁による下方への偏流案内作用を受けて
シリンダに流入する。また、ヘリカル部への吸気
の流入深さが大きくなるほど強い旋回力が与えら
れてシリンダ内におけるスワールが強化される。

従つて、コントロールプレートの凸部をヘリカ
ル部の深い位置に回動保持させている場合は、ヘ
リカル部による充分な旋回案内作用を受けた後に
吸気がコントロールプレートの凸部に衝突し、こ
の衝突により下方への偏流促進作用を受けてシリ
ンダ内に流入する。

ところが、コントロールプレートの凸部をヘリ
カル部の入口に向つて移動させると、これにとも
なつて吸気とコントロールプレートとの衝突位置
がヘリカル部の入口に接近移動して吸気の下方へ
の偏流促進位置が上流側に移動するために、ヘリ
カル部による旋回案内力が弱くなる。

このように、駆動手段でコントロールプレート
を回転移動させて凸部の位置を変化させることで
ヘリカル部により吸気に与えられる旋回力を変化
させてシリンダ内に生起されるスワールの強さを
変えることができる。

従つて、例えばエンジンの低速領域ではコント
ロールプレートの凸部をヘリカル部の深い部分に
位置させて吸気に強い旋回力を与えてスワールを
強化し、回転数が高くなるにともなつてコントロ
ールプレートの凸部をヘリカル部の入口に向つて
移動させて吸気に作用する旋回力を弱くしてスワ
ールが必要以上に強くなることを予防することが
できる。このために、エンジンの運転状態に応じ
てコントロールプレートを回転移動させて凸部の
位置を移動調整すれば、エンジンの運転状態の変
化にともなうスワールの過不足を解消して全回転
域に亙つてほぼ理想的な燃焼を行わせることがで
きる。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。第１図および第２図は本発明に係るス
ワールの制御装置を備えたエンジンの一部を示す
要部の断面図、第３図は同じく吸気ポートの概略
斜視図であり、エンジンのシリンダヘツド１には
吸気ポート２を形成している。吸気ポート２の入
口側は吸気マニホールド３に接続されている。

前記吸気ポート２の終端部に設けたヘリカル部
４は、吸気バルブ５を案内するバルブガイド６を
中心として一方向に湾曲しつつ、前記吸気バルブ
５の弁座７と対向する上壁４ａを次第に弁座７に
接近偏位させると共に、側壁４ｂをヘリカル形状
にして吸気に旋回力を与えるようにした従来公知
のヘリカルポートで構成されており、このヘリカ
ル部４による吸気の旋回案内作用でシリンダ内に
スワールを生起させるようにしている。８はバル
ブガイド６により保持された吸気バルブ５のステ
ム部、９はシリンダヘツド１に形成した円筒状の
支持部であり、前記バルブガイド６をこの支持部
９に回転自在に挿入保持させている。

上記弁座７と対向するヘリカル部４の上壁４ａ
の近傍にはコントロールプレート１０を配設して
いる。このコントロールプレート１０は、ヘリカ
ル部４の湾曲外側に向つて突出する凸部１０ａを
備えた非円形の形状に構成されており、上記バル
ブガイド６の下端部に固定されている。従つて、
コントロールプレート１０はバルブガイド６の軸
線を中心として、このバルブガイド６とともに吸
気バルブ５の弁座７に対向するヘリカル部４の上
壁４ａに沿つて上下流方向に回転移動できる。１
１はバルブガイド６からコントロールプレート１
０の脱落を防止するスナツプリングである。

また、前記バルブガイド６の上端に歯車１２を
固定し、この歯車１２とステツプモータ１４の出
力軸に固定した歯車１３とをかみ合わせている。
従つて、ステツプモータ１４により歯車１２，１
３を回転駆動すればバルブガイド６を介してコン
トロールプレート１０が回転駆動される。１５は
支持部９とバルブガイド６との間のガスシールを
行うシールリングである。

上記ステツプモータ１４は図示しない駆動回路
により駆動され、この駆動回路はマイクロコンピ
ユータ１６により制御される。マイクロコンピユ
ータ１６はエンジンの回転数を検出する回転検出
センサ１７および負荷を検出するロードセンサ１
８に接続されており、これらのセンサ１７，１８
から出力された回転数および負荷の情報に応じて
ステツプモータ１４が制御される。

以上のように構成された実施例のスワール制御
装置において、図示しないカムあるいはロツカア
ームによりバルブステム８が押し下げられて下方
に移動すると、吸気バルブ５が第２図に実線で示
すように弁座７から浮上して吸気ポート２をシリ
ンダに連通させために、吸気管および吸気マニホ
ールド３を経て導入された吸気が吸気ポート２を
通つてシリンダ内に導入される。

このようにしてシリンダ内に導入されるに際し
て、吸気は吸気ポート２のヘリカル部４の側壁４
ｂによる旋回案内作用を受けてシリンダの円周方
向に向つて方向付けられるために、シリンダ内に
スワールが形成され、シリンダ内における燃料と
空気（吸気）との混合が改善されて良好な燃焼が
行なわれる。

ところで、吸気はヘリカル部４に設けられてい
るコントロールプレート１０の凸部１０ａとの衝
突によつても下方に偏向案内される。このため
に、コントロールプレート１０の凸部１０ａをヘ
リカル部４の奥まつた部分に位置させている場合
は、吸気がヘリカル部４の奥部にまで十分に流れ
込んだ後にシリンダ内に導入されるために、ヘリ
カル部４の側壁４ｂにより与えられる旋回力が十
分に大きくなる。従つて、この場合は第２図に実
線で示すようにシリンダの円周方向に向う成分が
強い旋回案内作用を受けた後にシリンダ内に導入
されるために、強いスワールが生起される。

しかしながら、第１図に二点鎖線で示したよう
にコントロールプレート１０の凸部１０ａをヘリ
カル部４の入口近傍に位置させた場合は、この凸
部１０ａとの衝突によりヘリカル部４の入口近傍
で吸気が下方に大きく偏流される。従つて、この
場合は第２図に二点鎖線で示したようにヘリカル
部４に深く流入しないまま下方に偏流してシリン
ダ内に導入されてしまう。このために、ヘリカル
部４の側壁４ｂにより与えられる吸気の旋回力が
弱くなり、シリンダ内に生起されるスワールが弱
くなる。

このように、コントロールプレート１０を回転
移動させて凸部１０ａの位置を変化させて下方へ
の偏向促進位置を変えることにより、ヘリカル部
４への吸気の流入深さを調整することができ、こ
のヘリカル部４の側壁４ｂにより吸気に与えられ
る旋回力を強弱調整してシリンダ内に生起される
スワールの強さを変化させることができる。この
ために、例えばエンジンの低速運転領域でコント
ロールプレート１０の凸部１０ａをヘリカル部４
の深い部分に位置させてスワールを強化させ、回
転数が上昇するにともなつてコントロールプレー
ト１０の凸部１０ａをヘリカル部４の入口に向つ
て移動させて旋回力を弱くしてスワールが必要以
上に強くなることを予防するというように、エン
ジンの運転状態に応じてコントロールプレート１
０を回転移動させて凸部１０ａの位置を変化させ
れば、第４図に実線で示すようにエンジンの回転
数に拘わらずスワール強さをほぼ一定の値にする
ことができ、エンジンの運転状態の変化にともな
うスワールの過不足を解消してほぼ理想的な燃焼
を行わせることができる。

なお、コントロールプレート１０の凸部１０ａ
はヘリカル部４への吸気の流入深さを変えてシリ
ンダ内への吸気の流入方向を制御するのみであ
る。よつて、コントロールプレート１０の凸部１
０ａの位置によつて吸気ポート２の実質有効断面
積が変化することがない。第４図に破線で示す特
性はスワール制御装置を備えない従来のエンジン
の特性を示したものである。

上記のようなコントロールプレート１０の凸部
１０ａの位置は、マイクロコンピユータ１６によ
つて制御される。すなわち、マイクロコンピユー
タ１６には回転検出センサ１７およびロードセン
サ１８からエンジンの回転数および負荷に応答し
た信号が供給される。そして、マイクロコンピユ
ータ１６はこれらの信号に基づいてエンジンの運
転状態を判断し、この運転状態に適したスワール
強さあるいはスワール比となるような位置にコン
トロールプレート１０を回転移動させるに必要な
信号をステツプモータ１４に供給する。

すると、この信号に応じてステツプモータ１４
が駆動され、歯車１２，１３およびバルブガイド
６を介してコントロールプレート１０が回転駆動
されるために、バルブガイド６の下端に固定され
ているコントロールプレート１０がバルブガイド
６と一体となつてヘリカル部４内で上壁４ａに沿
つて上下流方向に回転移動し、このヘリカル部４
内における凸部１０ａの位置を変化させて吸気に
与える旋回力を最適制御することになる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように本発明は、吸気
ポートの終端部に設けられているヘリカル部の上
壁近傍にコントロールプレートを配設し、このコ
ントロールプレートを吸気バルブの弁座に対向す
るヘリカル部の上壁に沿つて上下流方向に回転移
動させて吸気の流れの方向を変化させることによ
りヘリカル部への吸気の流入深さを変化させ、も
つて、このヘリカル部の側壁により吸気に与えら
れる旋回力を変化させてスワールを制御できるよ
うにしたものである。従つて、例えば自動車用エ
ンジンのように運転回転域が広いエンジンであつ
ても、エンジンの運転状態に関係なく常にほぼ理
想的な強さのスワールを得ることができ、排ガス
中の煙濃度あるいは燃費などを改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るスワールの制
御装置を備えたエンジンのシリンダヘツドの要部
横断面図、第２図は同シリンダヘツドの要部縦断
面図、第３図は同吸気ポートの概略斜視図、第４
図はこのエンジンの回転数に対するスワール強さ
の変化を示すグラフである。 １……シリンダヘツド、２……吸気ポート、４
……ヘリカル部、４ａ……上壁、４ｂ……側壁、
５……吸気バルブ、６……バルブガイド、７……
弁座、１０……コントロールプレート、１０ａ…
…凸部、１２，１３……歯車、１４……ステツプ
モータ、１６……マイクロコンピユータ、１７…
…回転検出センサ、１８……ロードセンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気バルブを案内するバルブガイドを中心と
   して湾曲する側壁および下流に至るに従つて前記
   吸気バルブの弁座に接近偏位する上壁を有するヘ
   リカル部を終端に設けた吸気ポートをシリンダヘ
   ツドに形成することにより、前記吸気バルブの開
   弁にともなつてシリンダ内にスワールを生起させ
   るようにしたヘリカルポートを有するエンジンに
   おいて、前記吸気バルブの弁座と対向するヘリカ
   ル部の上壁近傍に配設され該ヘリカル部の湾曲外
   側に向つて突出する凸部を備えた非円形のコント
   ロールプレートと、このコントロールプレートを
   前記バルブガイドの軸線を中心としてヘリカル部
   の上壁に沿つて上下流方向に回転移動させる駆動
   手段とを備え、この駆動手段で前記ヘリカル部に
   おけるコントロールプレートの回転位置を変化さ
   せることにより、ヘリカル部への吸気の流入深さ
   を調整してスワールを制御するようにしたことを
   特徴とするスワールの制御装置。