JPS6145047B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関、特に直接噴射式デイーゼ
ル機関に適用するに好適なシリンダヘツドに関す
る。

第１図乃至第４図は、従来の一般的な直接噴射
式デイーゼル機関のシリンダヘツドの概略説明図
であるが、それらの図で、０１はエアクリーナ、
０２は該エアクリーナ０１からの吸気管路、０３
は吸気マニホールド、０４はシリンダヘツドの吸
気ポート、０５はシリンダヘツドの吸気ポート渦
室部、０５ａは該吸気ポート渦室部０５の渦室部
ポート渦巻き終り部、０５ｂはシリンダヘツドに
装備された吸気弁、０６は排気ポート０７のシリ
ンダ出力口０８は排気マニホールド、０９は排気
管、０１０はクランク軸、０１１はピストン、０
１２はコネクテイングロツド０１３はシリンダで
ある。

この従来の直接噴射式デイーゼル機関では、シ
リンダ０１３内に空気を導入する場合、空気はエ
アクリーナ０１から流入し、吸気管路０２、吸気
マニホールド０３、吸気ポート０４を経て、吸気
ポート渦室部０５ａより、吸気弁０５ｂが開く時
期にシリンダ０１３内にうず巻き状に流入し、シ
リンダ０１３の内周壁面に沿つて旋回する。この
空気の旋回流によつてシリンダ内に噴射される燃
料と空気との混合が促進され、燃料の燃焼状態が
改善される。

内燃機関、特に直接噴射式デイーゼル機関にお
いては、燃料と空気とを良く混合させるという点
では、上記のようなシリンダ内への空気流入に伴
なう渦流（旋回気流）の形成は不可欠のものであ
る。

しかし、上記旋回気流は、ただ単に強ければ強
いほど良いものではなく、燃料噴霧の燃焼室内で
分散との関係上、燃料噴射弁の噴孔数ｎ個と、噴
射期間θinjと、旋回気流回転数Ns、機関回転数
Ｎ_Eの間には、ある一定の最適な関係が成立する
ように選択しなければならない。通常、噴射期間
θinj中に噴霧の間隔だけ旋回気流が回転するの
が適当とされ、 Ｎｓ／Ｎ_Ｅ＝３６０／ｎ×θｉｎｊ の関係式が成立するように選択される。

ところで、旋回気流回転数Nsの大きさは、空
気吸入速度に比例するため、ピストン速度、すな
わち機関回転数Ｎ_Eが増大するに従い増大する。
しかも機関回転数Ｎ_Eが増大すると、吸入抵抗が
増大するため、空気吸入速度はさらに増大する傾
向にある。このため、旋回気流回転数Nsと機関
回転数Ｎ_Eとの関係は一定とならず、第５図に示
す実線ａの実験結果のように機関回転数Ｎ_Eの増
大とともに増大する。

一方、噴射期間θinjは、クランク角度基準で
あるので機関回転数Ｎ_Eが上昇すると、第６図に
示す実線ｂの実験結果のように、機関回転数Ｎ_E
の増大とともに伸びる。

従つて、機関の低速時に燃料の噴射状態とよく
適合するように、給気スワール比Ns／Ｎ_Eと、噴
射弁噴孔数ｎを選択したとすると、機関の高速時
には、 Ｎｓ／Ｎ_Ｅ＞３６０／ｎ×θｉｎｊ となり、燃料の噴射状態と具合良く適合せず、む
しろ混合気の形成の悪化を招き、燃焼を悪化させ
てしまう。すなわち、上記従来のものでは、機関
の全回転数範囲で、常に燃料の噴射状態とよく適
合する吸気旋回流を得ることが出来ないという欠
点を持つている。

低速回転域で適当なスワール比になるように吸
気ポートの構造をきめると、高速回転域ではスワ
ール比が大きくなり過ぎて吸込効率が低下し、結
果的には燃焼を悪化する。

したがつて、スワール比を押える手段が必要で
ある。

本発明は、上記従来のシリンダヘツドの欠点を
解消することを目的として提案されたものでシリ
ンダヘツドの吸気ポート内に、一端開口部が該吸
気ポート渦室部の吸気ポート渦巻き終り部近傍に
位置し、かつその開口方向が吸気弁のほぼ頭部中
心に向うように配設され、他端開口部が機関の圧
縮空気タンク等の高圧空気源に管路を介して連通
された補助吸気ポートと、同補助吸気ポートと上
記高圧空気源の管路中に設けられ、吸気マニホー
ルド内の負圧または機関回転数が大きくなるにつ
れて吐出圧力が高くなるように構成された圧力調
整弁を具備することを特徴とする内燃機関のシリ
ンダヘツドに係るものである。

すなわち、本発明は、シリンダヘツドの吸気ポ
ート内に、吸気ポート渦巻き終り部近傍に一端が
開口し、他端開口が圧縮空気タンク等の高圧空気
源と連通した補助吸気ポートを設け、機関回転数
又は、吸気ポート内の圧力を検知して上記補助空
気ポートから吹き込む空気をコントロールすると
ともに、補助空気ポートの一端開口部の吐出方向
を吸気弁のほぼ頭部中心に向けてあるので、吸気
弁を通る渦流に影響を与え、機関の高回転域では
強い吹込みの為渦流が弱められ、逆に低回転域で
は、弱い吹き込みとなるので、渦流には影響は少
ない。

その結果、本発明のシリンダヘツドでは、機関
の全回転域において適切な渦流が形成され、燃焼
が改善されるものである。

以下、第７図乃至第１０図に示す実施例によ
り、本発明につき具体的に説明する。

それらの図で１はエアクリーナ、２は該エアク
リーナ１からの吸気管路、３は吸気マニホール
ド、４は吸気ポート、５は吸気ポート渦室部、５
ａは渦室部ポート巻き終り部、５ｂは吸気弁、６
は排気ポート７のシリンダ出口、８は排気マニホ
ールド、９は排気管、１０はクランク軸、１１は
ピストン、１２はコネクテイングロツド、１３は
シリンダで、それら部材の構成、作用および相互
の関係構造は、後述するように吸気マニホールド
３内の適所に、吸気負圧検出手段を配設した点
と、吸気ポート４内に補助吸気ポートを配設した
点以外は、上記従来の直接噴射式デイーゼル機関
におけるものとほぼ同様である。

４０１は吸気ポート４内に、該吸気ポート４と
は別個に配設された補助吸気ポートで、同補助吸
気ポート４０１の一端開口部は、上記吸気ポート
渦室部５の渦室部ポート巻き部５ａの下部近傍に
位置し、かつその開口方向が、吸気弁５ｂのほぼ
頭部中心に向うように設定されている。また該補
助吸気ポート４０１の他端部は、第８図に示す如
く吸気ポート４の側壁を流体密に貫通して外部に
延出しており、その延出端開口部は補助吸気マニ
ホールド３０１に連通されている。

２０３は一端を該補助吸気マニホールド３０１
に、他端を圧縮空気タンク等の高圧空気源１０２
にそれぞれ連通された管路で、同管路２０３に
は、圧力調整弁３００が介装されている。圧縮空
気タンク１０２には、コンプレツサ（機関駆動又
は電気駆動方式）１４から連通された配管２０１
を介して補助エアクリーナ１０１を通して圧縮空
気が供給される。

圧力調整弁３００は、上記吸気マニホルド３内
の適所に配設された該吸気マニホールド３内負圧
検出手段３ａの検出信号により作動せしめられ、
吸気マニホールド３内の負圧が大きくなるにつれ
て、吐出圧力が高くなり、逆にその負圧が小さく
なるにつれ、圧力が低くなるように制御されるよ
うになつている。

本発明のシリンダヘツドの一実施例は、上記の
ように構成されており、機関が作動を開始する
と、シリンダ１３内へ空気を導入する吸気行程中
に、吸気弁５ｂが開き、空気はエアクリーナ１か
ら流入し、吸気管路２、吸気マニホールド３、吸
気ポート４を経て吸気ポート渦室部５よりシリン
ダ１３内に導入されると同時に、空気は圧縮空気
タンク１０２からも流入し、圧力調整弁３００を
介装された配管２０２、補助吸気マニホールド３
０１を経て、補助吸気ポート４０１により吸気ポ
ート渦室部５の渦まき終り部５ａの下部から吸気
弁５ｂの頭部中心方向に向つてシリンダ１３内へ
導入される。

この場合、吸気マニホールド３内の負圧が大と
なると、負圧検出手段３ａの作動で圧力調整弁３
００の圧力調整を高かくし、また逆にその負圧が
小となると、圧力調整弁３００の圧力調整を低く
するように圧力調整弁３００はその圧力調整を負
圧検出手段３ａにより制御される。従つて、吸気
マニホールド３内の負圧が大となれば、すなわち
機関の高速回転時には、補助吸気ポート４０１を
介してシリンダ１３内に導入される空気量は増大
し、シリンダ１３内での吸気旋回気流は弱くな
り、吸入抵抗は小さくなる。また、逆に負圧が小
となれば、すなわち機関の低速回転時には、補助
吸気ポート４０１を介してシリンダ１３内に導入
される空気量は減少し、シリンダ１３内の吸気旋
回気流は強くなる。

このことは、第１１図に示す実験結果によつて
確認されている。

すなわち、シリンダヘツドの吸気ポート内に、
一端開口部がシリンダヘツドの吸気ポート渦室部
の吸気ポート渦巻き終り部近傍に位置し、かつそ
の開口方向が吸気弁のほぼ頭部中心に向うように
配設された、補助吸気ポートから、コンプレツサ
の圧縮空気を段々圧力を上げて吹込む実験をした
ところ、吹込圧力を上げるに従がつて、平均スワ
ール比（Ns／Ｎ_E）ｍが低下し、平均流量係数
（μσ）ｍ（吸気弁からの空気吸入抵抗係数）が
高かくなることが吸気ポートの定常流試験結果よ
り判明している。

このことは、本発明によれば、機関の全回転数
範囲内で、常に燃料の噴射状態に、よく適合する
吸気旋回流が得られて良好な混合気が形成され、
ひいては、燃焼性能の良好な内燃機関が得られる
という実用的効果を挙げることができることが立
証された訳である。

第１２図に示す実施例は、上記実施例に比し、
圧力調整弁３００の圧力調整を機関のフライホイ
ール１０ａから直接検知した機関回転数に連動せ
しめ、該機関回転数が大となるにつれて、圧力調
整弁３００の圧力調整が大となるようにした点で
異るだけで、上記実施例と同様の作用、効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、従来の一般的な直接噴射
式デイーゼル機関のシリンダヘツド略示的説明図
で、第１図は平面図、第２図は断面図、第３図は
吸気ポート部の詳細断面図、第４図は第３図の
−線断面図、第５図は該従来のシリンダヘツド
による場合の機関回転数と、給気スワール比との
関係を示す実験結果のグラフ、第６図は同様の場
合の機関回転数と噴射期間との関係を示すグラ
フ。第７図乃至第１０図は本発明の一実施例の概
略説明図で、第７図は平面図、第８図は断面図、
第９図は吸気ポート部の詳細断面図、第１０図は
第９図の−線断面図、第１１図は本発明のシ
リンダヘツドを用いた場合の実験結果における平
均スワール比と平均流量係数との関係を示すグラ
フ、第１２図は本発明の他の実施例の略示的平面
図である。 第７図乃至第１０図および第１２図において、
４：吸気ポート、５：吸気ポート渦室部、５ａ：
吸気ポート渦室部の巻き終り部、５ｂ：吸気弁、
１０２：高圧空気源（圧縮空気タンク）、２０
３：管路、３００：圧力調整弁、３０１：補助吸
気マニホールド、４０１：補助吸気ポート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘツドの吸気ポート内に、一端開口
   部が該吸気ポート渦室部の吸気ポート渦巻き終り
   部近傍に位置し、かつその開口方向が吸気弁のほ
   ぼ頭部中心に向うように配設され、他端開口部が
   機関の圧縮空気タンク等の高圧空気源に管路を介
   して連通された補助吸気ポートと、同補助空気ポ
   ートと上記高圧空気源の管路中に設けられ、吸気
   マニホールド内の負圧または機関回転数が大きく
   なるにつれて吐出圧力が高くなるように構成され
   た圧力調整弁を具備してなることを特徴とする内
   燃機関のシリンダヘツド。