JPS58200027A - ヘリカル型吸気ポ−トの流路制御装置 - 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】 本発明はヘリカル型吸気ポートの流路制御装置に関する
。

ヘリカル型吸気／−）は通常吸気弁Ｍシに形成された渦
巻部と、この渦巻部に接線状に接続されかつほぼまっす
ぐに延びる入口通路部とにより構成される。このような
ヘリカル型吸気ポートを用いて吸入空気量の少ない機関
低速低負荷運転時に機関燃焼室内に強力な旋回流を発生
せしめようとすると吸気ポート形状が流れ抵抗の大きな
形状になってしまうので吸入空気蓋の多い機関高速高負
荷運転時に充填効率が低下するという問題を生ずる。こ
のような問題を解決するためにヘリカル型吸気／−）入
口通路部から分岐されてヘリカル型吸気ポート渦巻部の
渦巻終端部に連通ずる分岐路をシリンヘッド内に形成し
、分岐路内に開閉弁を設けてこの開閉弁を吸入空気量の
増大に応じて開弁するようにしたヘリカル型吸気ポート
が本出願人により既に提案されている。このヘリカル型
吸気ポートでは吸入空気量が多いときにヘリカル型吸気
ポート入口通路部□内に送９込まれた吸入空気の一部が
分岐路を介してヘリカル型吸気ポート渦巻部内に送り込
まれるために吸入空気の流路断面積が増大し、斯くして
充填効率を向上することができる。しかしながらこのヘ
リカル型吸気Ｉ−トでは分岐路が入口通路部から完全に
独立した筒状の通路として形成されているので分岐路の
流れ抵抗が比較的大きく、しかも分岐路を入口通路部に
隣接して形成しなければならないために入口通路部の断
面積が制限を受けるので十分に満足のいく高い充填効率
を得るのが困難となっている。更に、ヘリカル型吸気ポ
ートはそれ自体の形状が複雑であり、しかも入口通路部
か：ら完全に独立した分岐路を併設した場合には吸気ポ
ートの全体構造が極めて複雑となるのでこのような分岐
路を具えたヘリカル型吸気ポートをシリンダヘッド内に
形成するｑまかなシ困離である。更に、このヘリカル型
吸気ポートでは吸入空気量の増大に応じて開閉弁を開弁
させるために、電子制御ユニットが必要となるので開閉
弁の制御装置が複雑となシ、その結果制御装置の製造コ
ストが上昇すると共に制御装置の信頼性が低下するとい
う問題がある。

本発明は機関高速高貴を」運転時に高い充−効率を得る
ことができると共に電子制御ユニットを用いることなく
吸気空気量の増大に応じて開閉弁を開弁すＺことのでき
るヘリカル型吸気ポートの流路制御装置を提供すること
にある。

以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

紀１図並びに第２図を参照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１内で往復動するピストン、
３はシリンダブロック１上に固締されたシリンダヘラＹ
、４はピストン２とシリンダヘッド３間に形成された燃
焼室、５は吸気弁、６はシリンダヘッド３内に形成され
たヘリカル型吸気ポート、７は排気弁、８はシリンダヘ
ッド３内に形成された排気ポート、９は燃焼室４内に配
置された点火栓、１０は吸気弁５のステム５ａを案内す
るステムガイドを夫々示す。第１図並びに第２図に示さ
れるようＶＣ吸気ポート６の土壁面１１上に；１下方に
突出する隔壁１２が一体成形され、この隔壁１２によっ
て渦巻部Ｂと、この渦巻部Ｂに接線状に接続された人口
通路部Ａからなるヘリカル型吸気ポート６が形成される
。この隔ｋｉ１２は入口通路部Ａ（ハ）から吸気弁５の
ステムガイドｌＯの周囲まで延びており、第２図かられ
かるようい−この隔壁１２の根元部の巾りは入口通路部
Ａからステムガイド１０に近づくにつれて徐々に広くな
る。隔に４１２＆：ｔ、吸気ポート６の入１］開口６ａ
に最も近い側に位置する先端部１３を有し、更ｔｃｉ４
壁１２は第２図においてこの先端部１３から反時計回り
にステムガイド１０まで延びる第１側！ＩＪ而１４ａと
、先端ｆｉｇｓ　ｌ　３からｎ、ｙ針目りにステムガイ
ド１０まで延びる第２側壁而１４ｂとを有する。

第１側壁面１４ａ＆よ先端部１３からステムガイド１０
の側方を通って渦巻部Ｂの＠壁面１５の近傍まで延びて
渦巻部側壁面１５との間に狭窄部１６を形成する。次い
で第１側壁面１４ｍは渦巻部側壁面１５から徐々に間隔
を隔てるように彎曲しつつステムガイド１０まで延びる
。一方、第２側壁面１４ｂは先端部１３からステムガイ
ド１０までほぼまっすぐに延びる。

第１図から第９図を参照すると、入口通路部Ａの側壁面
１７．１８社には垂直配置され、一方入口通路部人の上
壁面１９は渦巻部Ｂに向けて徐々に下降する。人口通路
部人の側壁面１７は渦巻部Ｂの側壁面１５に滑らかに接
続され、入口通路部人の上壁面１９は渦巻部Ｂの上壁面
２０に滑らかに接続される、渦巻部Ｂの土壁面２０は渦
巻部Ｂと入口通路部人の接続部から狭窄部１６に向けて
下降しつつ徐々に巾を狭め、次いで狭窄部１６を通過す
ると徐々に巾を広げる。一方、入口通路部６の下壁面２
１は第５図に示すように入ロ開ロ頷の近傍においてはそ
の全体が＃デは水平をなしており、側壁面１７に隣接す
る底壁面部分２１ｍは第８図に示すように渦巻部Ｂに近
づくに従って隆起して傾斜面を形成する。この傾斜底壁
面部分２１ａの＃１ｆｉ４角は渦巻部Ｂに近づくにつれ
て徐々に大きくなる。

一方、隔壁１２の第１側壁而１４ａはわずかばかり傾斜
した下向きの傾斜面からなり、第２個壁面１４ｂはほぼ
垂直をなす。隔壁１２の底壁面２２は先端部１３からス
テムガイド１０に向う−に従って入口通路部６の土壁面
１１との間隔が次第に大きくなるように入口通路部Ａか
ら渦巻部Ｂに向けてわずかばかり彎曲しつつ下降する。

隔壁１２の底壁面２２上には第４図のノ・ツチングで示
す領域に底壁面２２から下方に突出するリブ２３が形成
され、このリブ２３の底面および底壁面２２はわずかば
かシ彎曲した傾斜面を形成する。

一方、シリンダヘッド３内には渦巻部Ｂの渦巻終端部Ｃ
と入口通路部Ａとを連通ずる分岐路２４が形成され、こ
の分岐路ｉ４の入口部にロータリ弁２５が配置される。

この分岐路２４は隔壁１２によって入口通路部Ａから分
離されており、分岐路２４の下側空間全体が人口通路部
Ａに連通している。分岐路２４の上壁面２６はほぼ一様
な巾を有し、渦巻終端部Ｃに向けて徐々に下降して渦巻
部Ｂの上壁面２０に滑らかに接続される。隔壁１２の第
２側壁面１４ｂＫ対面する分岐路２４の側壁面２７はほ
ぼ垂直をなし、更にこの側壁面２７はほぼ入口通路部Ａ
の側壁面１８の延長上に位置する。なお、第１図かられ
かるように隔壁１２上に形成されたリブ２３はロータリ
弁２５の近傍から吸気弁５に向けて延びている。

第１０図に示されるようにロータリ弁２５はロータリ弁
ホルダ２８と、ロータリ弁ホルダ２８内において回転可
能に支持され九弁軸２９とにより構成され、このロータ
リ弁ホを！２１ｔシリンダヘッド３に穿設されたねじ孔
３０内に螺着される。

弁軸２９の下端部には薄板状の弁体３１が一体形成され
、第１図に示されるようにこの弁体３１は分岐路２４の
上壁面２６から底壁面２１まで延びる８一方、弁軸２９
の上端部にはアーム３２が固　　　　　　、１定される
。また弁軸四の外周面上にはりフグ溝３３が形成され、
このリング溝３３内にはＥ字型位置決めリング３４が嵌
込まれる。更にロータリ弁ホルダ２８の上端部にはシー
ル部材３５が嵌着され、このシール部材３５によって弁
軸２９のシール作用が行表われる。

第１１図を参照すると、シリンダへラド３には１次側気
化器３６＆と２次側気化器３６ｂからなるコンノヤウン
ド型気化′ａ３６を具えた吸気マニホルド３７が取付け
られ、またロータリ弁２５の上端部に固着されたアーム
３２の先端部は負圧ダイアフラム装置４０の制御ロッド
４１に連結ロッド４２を介して連結される。この負圧ダ
イアフラム装置４０はタンデム状に配置された一対のダ
イアフラム４３　、４４ｔｌ−具備し、これらダイアフ
ラム４３．４４によって負圧ダイアフラム装置１１４０
の内部は大気圧室４５、第１負圧室４６、第２負圧室４
７に３分割される。・第１負圧室４６内にはダイアフラ
ム４３を押圧する圧縮ばね４８が挿入され、第２負圧室
４７内にはダイアフラム４４に一押圧する圧縮ばね４９
が挿入される。史シＣ，ダイアノフム４３にはダイアフ
ラム４４に当接可能なストッパ５０が固定される。第１
１図に示すように第１負圧室４６は第１切換弁５１に連
結され、第２負圧室４７は、第２切換弁５２に接続され
る。これらの切換弁５１．５２は同様な構造を有してお
り、従って同様な構成要素は同一の符号で示す。切換ｆ
ｆ５１　、５２は夫々第１負圧室４６および第２負圧室
４７に連結された通路ａを有し、これらの通路ａＦｉ逆
止弁すを介して吸気マニホルド３７内に連結される。ま
た、切換弁５１．５２は夫々ダイアフラムＣによって分
離された負圧室ｄと大気圧室６とを有し、負圧室ｄＦｉ
１次側気化器３６ａのベンチュリ部５３．に開口するポ
ート５４に連結される。一方、ダイアフラムｃＫは弁、
＋？−）ｆの開閉制御をする弁体ｇが固定される、大気
圧室ｅは一方では弁ポートｆおよび通路ａを介して対応
する負圧室４６．４７に連結され、他方ではエアフィル
タｈを介して大気に連通すム負圧室ｄ内にはダイアフラ
Ｊ、　Ｃを押圧する圧縮ばねｉが挿入され、第１切換弁
５１の圧縮ばねｉは第２切換弁５２の圧縮ばねｉよシも
大きなばね力を有する。従って負圧室ｄ内の負圧が大き
くなると、まず始めに第２切換弁５２の弁体ｇが弁ポー
トｆを開口し、次いで第１切換弁５１の弁体ｇが弁ボー
トｆを開口する。

気化器３６は通常用いられる気化器であって、１次側ス
ロットル弁５５が所定間°度以上開弁じたときに２次側
スロットル弁５６が開弁し、１次側スロットル弁５５が
全開すれば２次側スロットル弁５６も全開する。１次側
気化器３６ｍのベンチュリ部５３に発生する負圧は機関
シリンダ内に供給される吸入空気量が増大するほど大き
くなり、従って１次側スロットル弁５５の開度が小さい
ときにはベンチュリ部５３に発生する負圧が小さなため
に切換弁５１．５２のダイアフラムＣは圧縮ばねｔのば
ね力により大気圧室ａｌｌＶＣ移動して弁体ｇが弁ポー
トｆを閉鎖する。更にこのように１次側スロットル弁５
５の開度が小さいときには吸気マニホルド３７Ｐ３には
大きな負圧が発生している。逆止弁すは吸気マニホルド
３７内の負圧が負圧ダイアフラム装置４０の負圧室４６
，４７内の３７内の負圧が貴家４６４７内の負圧よりも
小さくなると閉弁するので弁体ｇが弁ポートｆを閉鎖し
ている限９負圧室４６，４７内の負圧は吸気マニホルド
３７内に発生した最大負圧に維持される。負圧室４６，
４７Ｐ３に負圧が加わると両ダイアフラム４３．４ａ圧
縮ばね４Ｂ、４９に抗して第２負圧室４７１１に移動す
る４、このときストツｚ譬５０ｉｊダイアフラム４４に
当接している。このように両ダイアスラム４３　、４４
がＷｉ２負圧室４７側に移動するとロータリ弁２５は分
岐路２４を全閉する。

次１で１次狽４スロットル弁５５の開度が大きくなって
切換弁５１，５２の負圧室ｄに加わる負圧が第１の設定
負圧１例えば−８１１Ｈｆよりも大きくなると第１切換
升５２の弁体ｇが弁ポー）ｆを開口する。その結果、第
２貝圧室４７内は大気圧となるためにダイアフラム４４
はストッパ５０と当接したまま圧縮ばね４９のばね力に
よって第１負王室４６′側に移動する。その結果、制呻
ロッド４１が突出するのでロータリ弁２５が回動せしめ
られ、このときロータリ弁２５は・４５２図において破
細で示す半開位置に保持される。

次いで１次側スロットル弁５５の開腹が更に大きくなっ
て切換弁５１，５２０負圧室ｄに加わる負圧が第１の設
定負圧、例りｖｒ−ｚｏｍＨｔよシも大きくなると、即
ち機関筒速萬負荷運転時には第２切換弁５１の弁体ｇ４
５Ｆポートｆを開口し、斯くして＠１負圧至４６内も大
気圧となる。従ってこのときダイアフラム４３ｉＪ［１
１図に示すように大気圧室４５　＄１．．に移動し、ロ
ータリ弁２５が分岐路２４を全開する。

上述したように吸入９気献が小ない機関区速低負荷運転
時にはロータリ弁２５か分ＭＭ２４を閉鎖して−る。こ
のとき、人口通路ＴＢＡ内に送り込まれた混合気の一部
は上壁面１９．２０に椙って進み、残りの混合気のうち
の一部の混合気はロータリ弁２５に側突して入口通路Ｆ
Ｍ５ＡｏＩＩ壁面１７の方へ向きを変えた後に渦巻８Ｂ
の一壁面１５に沿って進む。前述したように上壁面１９
．２０の巾は狭窄８１６に近づくに従って次第に狭くな
るために上壁面１９．２０に沿って流れる混合気の流路
は次第に狭ばまシ、斯くして上壁面１９．２０に沿う混
合気流は次第に増速される。更に、前述したように隔壁
１２の第１＠壁面１４ｍは渦巻部Ｂの側壁面１５の近傍
まで延びているので土壁面１９．２０に沿って進む混合
気流は渦巻部Ｂの側壁面１５上に押しやられ、次いで側
壁面１５に沿って進むために渦巻部Ｂ内には強力な旋回
流が発生せしめられる。次いで混合気は旋回しつつ吸気
弁５とその弁座間に形成される間隙を通って燃焼室４内
に流入して燃焼室４内に強力な旋回流を発生せしめる。

一方、１次側スロットル弁５５の開度が大きくなって吸
入空気流が増大すると前述したようにロータリ弁２５が
開弁せしめられて半開状態に保持される。このとき入口
通路部Ａ内に供給された混合気の一部が分岐路２４ｔ−
介して渦巻部Ｂ内に送シ込まれるために旋回流が若干剥
められ、これに対して吸入空気流に対する抵抗が小さく
なるために充填効率が向上する。吸入空気量が少ないと
きには安定した燃焼を確保するために強力な乱れを燃焼
室４内に発生せしめることが必要であるが吸入空気量が
増大すると自然発生の乱れが強力となるためにむしろ旋
回流のような強制的な乱れを抑制することが必要され、
更に吸入空気量が増大するにつれて出力低下をひき起こ
す充填効率の低下を阻止することが必要となる。従って
吸入空気量が増大するにつれてロータリ弁２５の開口面
積を大きくすることによって旋回流の発生を抑制しつつ
充填効率の低下が阻止され、斯くして吸入空気蓋に応じ
た最適の旋回流と高い充填効率を確保することができる
。

一方、吸入空気量が多い機関高速高負荷運転時にはロー
タリ弁２５が全開するので入口通路部Ａ内に送シ込まれ
た混合気は大別すると３コの流れに分流話机即ち・第譬
流關隔壁り２″第１側壁面１４ａと入口通路ｓＡの側壁
面１７間に流入し、次いで渦巻部Ａの上壁面２０に沿っ
て旋回しつつ流れる混合気流であり、第２の流れは分岐
路２４を介して渦巻部Ｂ内に流入する混合気流であり、
第３の流れは入口通路部Ａの底壁面２１に沿って渦巻部
Ｂ内に流入する混合気流である。

分岐路２４の流れ抵抗は第１側壁面１４ａ、！＝ＩＩ壁
面１７間の流れ抵抗に比べて小さく、従って第２の混合
気流の方が第１の混合気流よりも多くなる。

更に、渦巻部Ｂ内を旋回しつつ流れる第１混合気流の流
れ方向は第２混合気流によって下向きに偏向され、斯く
して第１混合気流の旋回力が弱められることになる。こ
のように流れ抵抗の小さな分岐路２４からの混合気流が
増大し、更に第１混合気流の流れ方向が下向きに偏向さ
れるので高い充填効率が得られることになる。

また、本発明によるヘリカル型＠ｌ’−）は吸気ポート
６の土壁面上に隔壁１２を一体成形すればよいのでヘリ
カル型吸気ポートを容易に製造することができる。

以上述べたように本発明によれば機関低速低置、） 荷運転時には分岐路ｔ−遮断して多量の混合気を渦巻部
の上壁面に沿って流すことにより強力な旋回流を燃焼室
内に発生せしめることができる。更に、吸入空気量が増
大するにつれて旋回流を抑制しつつ充填効率を高めるこ
とができるので安定した燃焼を確保することができる。

また、吸気／−）内には隔壁が突出しているだけなので
吸入空気流に対する流れ抵抗は小さく、斯くして機関高
速高負荷運転時に高い充填効率を得ることができる。更
に、ロータリ弁の開閉制御を機械的に行なえるのでロー
タリ弁開閉制御装置の製造コストを低減できると共にロ
ーグツ弁開閉制御装置の信頼性を向上することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図のＩ−１＠に沿ってみた本発明に係る内
燃機関の側面断面図、第２図は第１図のト」線に沿って
みた平面断面図、第３図は本発明によるヘリカル型吸気
ポートの形状を図解的に示す側面図、第４図はヘリカル
型吸気／−）の形状を図解的に示す平面図、第５図は第
３図および第４図のＶ−Ｖ線に沿ってみた断面図、第６
図は第３図および第４図のＷ−１１線に沿ってみた断面
図、第７図は第３図および第４図の■−■線に沿つてみ
た断面図、第８図は第３図および第４図の■−■−線に
沿ってみた断面図、第９図は第３図および第４図のに−
に線に沿ってみた断面図、第１０図はロータリ弁の側面
断面図、第１１図はロータリ弁の駆動制御装置を示す図
である。 ４・・・燃焼室、６・・・ヘリカル型吸気ポート、１２
・・・隔壁、２４・・・分岐路、２５・・・ロータリ弁
、４゜・・・負圧ダイアフラム装置、５１．５２・・・
切換弁。 特許出願人 トヨタ自動車工業株式会社 特許出願代理人 弁理士　　青　木　　　　朗 弁理士　　西　　舘　　和　　之 弁理士　　中　山　恭　介 弁理士　　山　口　昭　之 第１図 ！ｌｓＺ図 第７図 第９図 ＄８図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気弁脚シに形成された渦巻部と、該渦巻部に接線状に
   接続されかつほぼまつす°ぐに延びる入口通路部とによ
   り構成されたヘリカル型吸気ポートにおいて、上記入口
   通路部から分岐されて上記渦巻部の渦巻終端部に連通ず
   る分岐路を上記入口通路部に併設し、吸気ポート上壁面
   から下方に突出しかつ入口通路部から吸気弁ステム周り
   まで廷びる隔壁によって砂分岐路が入口通路部から分離
   され、該分岐路の下側空間全体が横断面内において上記
   入口通路部に連通ずると共に該入口通路部と分岐路との
   通路壁を一体的に連結形成し、該分岐路内に開閉弁を設
   けると共に一対の負圧室を具備した負圧ダイアフラム装
   置に該開閉弁を連結し、上記一対の負圧室を吸入空気量
   に応動する切換弁金倉して負圧源に連結して該切換弁の
   切換動作によシ上記一対の負圧室に選択的に負圧を導入
   することにより上記開閉弁を吸入空気量に応じて全閉位
   置、半開位置および全開位置のいずれか１つの位置に保
   持するようにしたヘリカル型吸気ポートの流路制御装置
   。