JPH0531218Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、ヘリカル型吸気ポートを備えた内燃
機関の吸気装置に関する。

＜従来の技術＞ ヘリカル型吸気ポートは通常機関のシリンダヘ
ツド内吸気ポートの終端部に吸気弁を囲んで渦巻
部が設けられる。そして、該渦巻部により吸気に
旋回流を与え、吸気弁開弁時にこの旋回流を燃焼
室に導入して燃焼室内に大きなスワールを形成
し、空気と燃料との混合を促進することにより燃
焼を改善しようとしている。

ところで、上記ヘリカル型吸気ポートを備えた
直接噴射式デイーゼル機関を例にとつてみると、
第５図に示すように、スワール比（機関のクラン
ク軸の回転速度に対する吸気旋回速度）は、その
最適値が機関の低速回転領域から高速回転領域に
移行するに従つて次第に減少するのが望ましいと
されている（第５図点線）。しかし、上記のよう
なヘリカル型吸気ポートでは、ポート形状が固定
化されているため、第５図実線で示すように、機
関回転速度に対して略一定のスワール比しか得ら
れず、このためポート形状を低速領域にマツチン
グさせるべく設計すれば、高速領域ではスワール
過剰（オーバースワール）となり、燃焼が悪化し
て排気中のスモークが増加し燃費低下を招くと共
に、スワールポートの余分な吸気抵抗（ポンピン
グロス）を受けて吸気充填効率が悪化し、高出力
化の阻害要因となる一方、高速領域にマツチング
させれば低速領域ではスワール不足となつて燃焼
効率が低下する不都合がある。

上記不都合に対策するため、従来では、第６図
に示すように、機関運転状態に応じヘリカル型吸
気ポートの渦流室に出没するスワール制御装置を
設けたものが開発されている（例えば、特開昭57
−62927号公報、特開昭58−2425号公報、特開昭
58−2426号公報、実開昭58−81319号公報等参
照）。又、本出願人は先に実願昭60−138029号と
してかかるスワール制御装置を設けたものを提案
している。

かかるスワール制御装置は、第７図及び第８図
に示すように、吸気ポート１の渦巻部終端部内に
設けられ、吸気流を上流側面に衝突せしめて燃焼
室５方向に流線を変更させる位置と吸気流に略平
行な位置との間で回動自由に構成された案内板３
を設け、この案内板３を回動装置４により機関運
転状態に応じて回動しその回動位置を定めるよう
にしたものである。

そして、かかる構成においては、機関低速回転
領域等スワールを必要とする領域では、案内板３
を可及的に吸気流に平行になるようにその回動位
置を回動装置４により位置決めして、旋回流を円
滑に渦巻部２内に発生させ、即ち、吸気流の水平
成分、旋回成分を強化し、ヘリカル型吸気ポート
１の有する特徴を最大限に発揮せしめてスワール
を増大し、燃焼を良好にして未然成分の排出（ス
モークの発生）を防止して燃費を向上させると共
に、着火遅れを防止して燃焼騒音の低減化を図
る。

又、機関が高速回転領域等高出力を必要とする
領域では、回動装置４を作動して案内板３の回動
位置をその上流側面が吸気流に対向する方向に定
め、渦巻部２において強化された水平成分の大き
い吸気流を案内板３により燃焼室５方向に向く成
分の大きい吸気流に変換して吸気を円滑に即ち、
損失少なく燃焼室５に導き、充填効率を向上す
る。

これにより、もともと燃焼効率が良い高速回転
領域の燃焼効率を悪化させることなく充填効率の
向上により出力を増大させかつ排気中のカーボン
排出量を低減して燃費の向上を図る。

＜考案が解決しようとする問題点＞ しかしながら、かかる構成のスワール制御装置
では、次のような問題点がある。

即ち、高スワール時においても、略方形状の案
内板３が旋回流中に置かれるため、該案内板３の
側面に旋回流が当たり、ヘリカル型吸気ポート１
が本来持つている性能に比べて、スワール比の低
下並びに吸気ポート１の流量係数の増加が生じ
る。

又、吸気流の低スワール化は、案内板３によつ
て旋回流の一部を堰き止め、下方燃焼室５に偏向
させることによつて行なつており、スワール比を
充分に低くするためには、大きな吸気の案内面が
必要となるが、これでは、流量係数の悪化及び吸
気ポート１のレイアウト制約上から困難であり、
スワール比を充分に低くすることができないとい
うのが現状であつた。

そこで、本考案はかかる従来の実情に鑑み、高
スワールから低スワールまで幅広くスワール比を
制御でき、機関運転条件の全域において最適のス
ワール比が確保できる内燃機関の吸気装置を提供
することを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ このため、本考案は、吸気ポート終端部の吸気
弁周りに渦巻部を形成してなるヘリカル型吸気ポ
ートを備えた内燃機関において、前記渦巻部終端
部内に設けられ吸気流を一方の側面に衝突せしめ
て燃焼室方向に流線を偏向させると共に前記吸気
ポートの直線部と渦巻部終端部とを直接連通する
連通部を開放して該連通部から導入される吸気流
を他方の側面に衝突せしめて燃焼室方向に流線を
変更させる位置と、渦巻部終端部内に設けられた
凹部に格納されると共に前記連通部を閉塞する位
置と、の間で回動自由に構成された案内板及び該
案内板を機関運転状態に応じて回動しその回動位
置を定める案内板回動装置を備えた構成とする。

＜作用＞ そして、かかる構成では、高スワール時におい
ては、案内板が旋回流中に置かれず、ヘリカル型
吸気ポートが本来持つている性能を如何なく発揮
される。又、低スワール時においては、案内板の
一方の側面によつて旋回流の一部が堰き止めら
れ、燃焼室に偏向されると同時に、吸気ポートの
直線部から上記旋回流と逆方向の吸気流が渦巻部
終端部に直接導入され案内板の他方の側面によつ
て燃焼室に偏向されるので、流量係数が悪化する
ことなくスワール比を充分に低くすることが可能
となる。

＜実施例＞ 以下、本考案の一実施例を第１図〜第４図に基
づいて説明する。

第１図及び第２図において、機関のシリンダヘ
ツド６には、各燃焼室７に夫々連通するヘリカル
型吸気ポート８を有する。このヘリカル型吸気ポ
ート８は、図示しない吸気マニホルドに連通する
略直線状の導入部９と、その下流に接続されかつ
吸気弁１０を介して燃焼室７に連通する渦巻部１
１と、からなる。渦巻部１１は吸気弁１０周りを
囲むようにかつ上壁１２が螺線を描いて徐々に燃
焼室７に近づくように形成され、その下流端は燃
焼室７近くで再び渦巻部１１上流端部に連通接続
されている。

ここで、シリンダヘツド６には、渦巻部１１の
終端部上壁からシリンダヘツド６外へと貫通する
ねじ孔１３が形成されており、該ねじ孔１３に
は、筒状のスリーブ１４が嵌合取付されている。

尚、シリンダヘツド６外壁面のねじ孔１３周り
には凹部１５が形成されており、該凹部１５内面
にスリーブ１４の頭部に形成されたフランジ部１
４ａが係止される。

そして、渦巻部１１の終端部には、吸気流を上
流側面に衝突せしめて燃焼室７方向に流線を変更
させると共に前記吸気ポート８の略直線状導入部
９と渦巻部１１終端部とを直接連通する連通部と
しての連通孔２８を開放して該連通孔２８から導
入される吸気流を他方の側面に衝突せしめて燃焼
室７方向に流線を変更させる位置と渦巻部１１終
端部内に設けられた凹部１６に格納されると共に
前記連通孔２８を閉塞する位置と、の間で回動自
由に講成された案内板１７が設けられている。こ
の案内板１７の形状は後述するとして、該案内板
１７は、シヤフト１８の先端に設けられた円盤部
１９に一体形成されている。

シヤフト１８は前記スリーブ１４内に回動自由
に貫通支持されると共に、円盤部１９はスリーブ
１４先端側のねじ孔１３内に回動自由に支持され
る。尚、前記凹部１６は、渦巻部１１の終端部の
周壁面に前記ねじ孔１３に連続するものとして形
成され、円弧状に凹んだ形状になつており、前記
連通孔２８が一部に形成される。

かかる案内板１７は、凹部１６への格納時に渦
巻部１１終端部の周壁面と略面一となるような形
状に形成される。

そして、上述のように形成された案内板１７を
機関運転状態に応じて回動しその回動位置を定め
る案内板回動装置２０が設けられている。

即ち、前記シヤフト１８の上端にはナツト２１
によりレバー２２の一端が固定され、該レバー２
２の他端にこの案内板回動装置２０が設けられ
る。

案内板回動装置２０は、レバー２２先端にボー
ルジヨイント２３を介して各気筒のレバー２２を
一連に連結するコネクテイングバー２４と、該バ
ー２４を移動する電磁アクチユエータ２５と、機
関回転速度を検出する速度スイツチ２６と、該速
度スイツチ２６が所定値以上の機関回転速度を検
出した時に電磁アクチユエータ２５を作動してコ
ネクテイングバー２４を変位させレバー２２を介
して案内板１７を吸気流を上流側面に衝突せしめ
て燃焼室７方向に流線を変更させる位置に回動す
る制御手段２７と、を含んで構成される。

機関回転速度が所定値以下の低速回転領域にあ
る場合には、これを速度スイツチ２６が検出し、
電磁アクチユエータ２５が消磁されて、案内板１
７を凹部１６に格納されて、渦巻部１１の終端部
の周壁面と略面一となる位置に図示しないリター
ンスプリングの弾性復元力により回動させる。

尚、この場合、速度スイツチ２６が所定の機関
回転速度を境にしてオンオフする上記の如き構成
であれば、制御手段２７を省略することができる
が、機関回転速度を連続的に検出する速度センサ
である場合には、制御手段２７は案内板１７の回
動位置を機関回転速度に応じて定めるように構成
しても良い。

従つて、上記構成によると、機関回転速度が所
定値以下の低速回転領域にあることを速度スイツ
チ２６が検出した場合には、電磁アクチユエータ
２５が消磁されて、図示しないリターンスプリン
グにより、コネクテイングバー２４を移動し、各
気筒毎のレバー２２を回動して、シヤフト１８を
介し、案内板１７を凹部１６に格納し、渦巻部１
１の終端部の周壁面と略面一となる位置であつ
て、連通孔２８を閉塞する位置に回動する（第２
図参照）。

一方、吸気ポート８の直線部９から導入された
吸気は、渦巻部１１内に流入し、吸気弁１０のス
テム周りを旋回すると同時に渦巻部１１の上壁面
に案内されて燃焼室７方向に押し下げられる。

ここにおいて、案内板１７は上記の如く渦巻部
１１の終端部の周壁面と略面一となつているか
ら、吸気流を何ら阻害する要因を持たず、このた
め吸気旋回流は円滑に燃焼室７に導かれて内部に
強いスワールを形成する。その結果、空気と燃焼
室７内で噴射供給される燃料との混合性が促進さ
れ、空気利用率が向上して燃焼が良好になること
により未燃成分の排出量が低減して燃費を向上さ
せると共に強いスワールにより燃焼速度が増大し
て着火遅れが改善されて、燃焼騒音を低減する。

又、機関回転速度が所定値以上の高速回転領域
になると、これを速度スイツチ２６が検出して制
御手段２７を介して電磁アクチユエータ２５を通
電励磁し、コネクテイングバー２４、レバー２２
を介して案内板１７を吸気ポート８の渦巻部１１
を横断する位置に持ち来す（第３図Ｂ参照）。

このため、渦巻部１１内のスワール主流は、
案内板１７の上流側面に衝突する。一方、吸気ポ
ート８の略直線状導入部９と渦巻部１１終端部と
の連通孔２８が開放され、この連通孔２８から導
入部９を通過するカウンタスワール流が渦巻部
１１終端部に導入されて、案内板１７の上流側面
に衝突する。これら案内板１７の両側面に衝突し
たスワール主流及びカウンタスワール流は
夫々燃焼室７方向に流線を変更される。

この場合、スワール主流は、連通孔２８の直
前で案内板１７に遮られて下向きに偏向されてい
る。このため、カウンタスワール流は流量が増
大してスムーズに導入される。

そして、連通孔２８を介して導入部９から渦巻
部１１終端部に導入され、燃焼室７方向に導かれ
たカウンタスワール流は、渦巻部１１で形成さ
れるスワール主流とは逆方向の旋回速度成分も
含まれるため、上記吸気ポート８で作られるスワ
ール比は、従来例の単に案内板で旋回流を遮断す
る方式と比べ、一層スワール比を低減できること
となり、ポート流量係数を高いものとできる。

尚、中スワール時は、第３図Ａに示すように、
連通孔２８が開かれるため、導入部９からの吸気
の一部は渦巻部１１に導入されるが、連通孔２８
に案内板１７の一部が突出した状態となり、かつ
吸気旋回流が正面から吸気に当たることにより、
流れは阻害される（この場合スワール主流はカ
ウンタスワール流よりも流量が非常に多い）。
従つて、導入部９からの吸気は、スワールを弱め
る効果がさほどなく、中スワールとなる。又、こ
の場合には、上記低スワール時の効果が徐々に現
れてくるため、ポート流量係数は若干向上する。

第４図は従来例と本実施例とによるポート性能
を比較するグラフであり、グラフ中、実線が本実
施例を、点線が従来例の特性を夫々示している。

本実施例では、高スワール時に案内板１７側面
への吸気流の衝突がないため、従来例に比べて吸
気流の衝突によるスワール比、流量係数の低下が
なく、又、低スワール時には、導入部９から渦巻
部１１終端部を介して燃焼室７方向に導かれた逆
旋回吸気流によるスワール抑制効果により、従来
例と比べ、一層スワール比が低減され、ポート流
量係数も高いものとできる。

従つて、吸気ポート８の流量係数即ち、機関の
吸気効率を損なうことなくスワール比を大きな範
囲で変化させることができ、機関の運転状態によ
らず常に良好な燃焼性能を発揮させることができ
る。

尚、上記案内板回動装置２０は、上記実施例に
限るものではない。機関運転状態を検出するの
に、速度スイツチ２６或いは速度センサを用いた
が、機関の吸入負圧、吸気スロツトルバルブ開
度、アクセルペダル開度位置、デイーゼル機関の
燃焼噴射ポンプのコントロールレバー位置、燃焼
噴射弁の制御パルス幅等の一つ、又、これらの組
み合わせを用いることができる。更に、電磁アク
チユエータ２５の代わりに他の動力源例えば吸入
負圧、オイル圧等を用いても良い。

案内板１７の回動位置は例えば、第３図Ａに示
す回動位置のように全開全閉の２位置間で機関運
転状態に応じた値を採ることができるようにして
も良いことは既述したが、これにより、スワール
及び充填効率の機関運転状態に応じた最適値を得
ることが可能となる。

＜考案の効果＞ 以上説明したように、本考案によれば、ヘリカ
ル型吸気ポートにおいて、渦巻部終端部に案内板
を設け、この案内板を機関運転状態に応じて、吸
気流を一方の側面に衝突せしめて燃焼室方向に流
線を変更させると共に前記吸気ポートの直線部と
渦巻部終端部とを直接連通する連通部を開放して
該連通部から導入される吸気流を他方の側面に衝
突せしめて燃焼室方向に流線を変更させる位置
と、渦巻部終端部内に設けられた凹部に格納され
ると共に前記連通部を閉塞する位置と、の間を回
動するようにしたから、機関低速回転領域におけ
るスワールの確保が図られ、もつて燃焼改善、未
燃成分の排出防止、燃費向上、並びに燃焼騒音の
低減化が図られる一方、機関高速回転領域におけ
るオーバスワールの防止、吸気充填効率ひいては
出力の増大を図れる。特に、高スワール時に案内
板への吸気旋回流の衝突がないため、吸気流の衝
突によるスワール比、流量係数の低下がなく、
又、低スワール時には、吸気ポートの直線部から
渦巻部終端部を介して燃焼室方向に導かれた逆旋
回吸気流によるスワール抑制効果により、従来例
と比べ、一層スワール比が低減され、ポート流量
係数も高いものとできる。

従つて、機関の吸気効率を損なうことなくスワ
ール比をおおきな範囲で変化させることができ、
機関の運転状態によらず常に良好な燃焼性能を発
揮させることができる実用的効果大なるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係わる内燃機関の吸気装置の
一実施例を示す縦断面図、第２図は第１図中−
線で示す同上実施例の横断面図、第３図Ａ，Ｂ
は夫々同上実施例における案内板の他の位置を示
す横断面図、第４図は同上実施例と従来例の効果
の相違を説明するスワール比とポート流量係数と
の関係を表すグラフ、第５図は機関回転速度とス
ワール比との関係を表すグラフ、第６図は従来の
吸気装置の一例を示す縦断面図、第７図は従来の
吸気装置の他の例を示す縦断面図、第８図は第７
図中−線で示す同上従来例の横断面図であ
る。 ６……シリンダヘツド、７……燃焼室、８……
ヘリカル型吸気ポート、１１……渦巻部、１６…
…凹部、１７……案内板、２０……案内板回動装
置、２５……電磁アクチユエータ、２６……速度
スイツチ、２７……制御手段、２８……連通孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 吸気ポート終端部の吸気弁周りに渦巻部を形成
   してなるヘリカル型吸気ポートを備えた内燃機関
   において、前記渦巻部終端部内に設けられ吸気流
   を一方の側面に衝突せしめて燃焼室方向に流線を
   変更させると共に前記吸気ポートの直線部と渦巻
   部終端部とを直接連通する連通部を開放して該連
   通部から導入される吸気流を他方の側面に衝突せ
   しめて燃焼室方向に流線を変更させる位置と、渦
   巻部終端部内に設けられた凹部に格納されると共
   に前記連通部を閉塞する位置と、の間で回動自由
   に構成された案内板及び該案内板を機関運転状態
   に応じて回動しその回動位置を定める案内板回動
   装置を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気装
   置。