JPS6238539B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヘリカル型吸気ポートに関する。

ヘリカル型吸気ポートは通常吸気弁周りに形成
された渦巻部と、この渦巻部に接線状に接続され
かつほぼまつ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
なつてしまうので吸入空気量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
吸気ポート入口通路部分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する分岐
路をシリンダヘツド内に形成し、分岐路内に開閉
弁を設けて機関高速高負荷運転時に開閉弁を開弁
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
ポートでは機関高速高負荷運転時にヘリカル型吸
気ポート入口通路部内に送り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ポートで
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つている。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ツド内に形成す
るのはかなり困難である。

本発明は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と共に製造の容易な新規形状
を有するヘリカル型吸気ポートを提供することに
ある。

以下、添附図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

第１図並びに第２図を参照すると、１はシリン
ダブロツク、２はシリンダブロツク１内で往復動
するピストン、３はシリンダブロツク１上に固締
されたシリンダヘツド、４はピストン２とシリン
ダヘツド３間に形成された燃焼室、５は吸気弁、
６はシリンダヘツド３内に形成されたヘリカル型
吸気ポート、７は排気弁、８はシリンダヘツド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図に示されるように吸気ポート６の上壁面１
１上には下方に突出する隔壁１２が一体成形さ
れ、この隔壁１２によつて渦巻部Ｂと、この渦巻
部Ｂに接線状に接続された入口通路部Ａからなる
ヘリカル型吸気ポート６が形成される。この隔壁
１２は入口通路部Ａ内から吸気弁５のステムガイ
ド１０の周囲まで吸入空気流の流れ方向に延びて
おり、第２図からわかるようにこの隔壁１２の根
元部の巾Ｌ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。隔壁１２は吸
気ポート６の入口開口６ａに最も近い側に位置す
る先端部１３を有し、更に隔壁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側壁面１４ａと、先端部１
３から時計回りにステムガイド１０まで延びる第
２側壁面１４ｂとを有する。第１側壁面１４ａは
先端部１３からステムガイド１０の側方を通つて
渦巻部Ｂの側壁面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１４ａ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１
３からステムガイド１０までほぼまつすぐに延び
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はほぼ垂直配置され、一方入
口通路部Ａの上壁面１９は渦巻部Ｂに向けて徐々
に下降する。入口通路部Ａ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
Ａ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の上壁面２０は渦巻部Ｂ
と入口通路部Ａ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
Ａの底壁面２１は第５図に示すように入口開口６
ａの近傍においてはその全体がほぼ水平をなして
おり、側壁面１７に隣接する底壁面部分２１ａは
第８図に示すように渦巻部Ｂに近づくに従つて隆
起して傾斜面を形成する。この傾斜底壁面部分２
１ａの傾斜角は渦巻部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側壁面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側壁
面１４ｂはほぼ垂直をなす。隔壁１２の底壁面２
２は先端部１３からステムガイド１０に向うに従
つて入口通路部６の上壁面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図のハツチングで示す領
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
わずかばかり彎曲した傾斜面を形成する。

一方、シリンダヘツド３内には渦巻部Ｂの渦巻
終端部Ｃと入口通路部Ａとを連通する分岐路２４
が形成され、この分岐路２４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
によつて入口通路部Ａから分離されており、分岐
路２４の下側空間全体が入口通路部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１
２の第２側壁面１４ｂに対面する分岐路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図からわかるように隔壁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た弁軸２９とにより
構成され、このロータリ弁ホルダ２８はシリンダ
ヘツド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３
１は分岐路２４の上壁面２６から底壁面２１まで
延びる。一方、弁軸２９の上端部にはアーム３２
が固定される。また、弁軸２９の外周面上にはリ
ング溝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によつて弁軸２
９のシール作用が行なわれる。一方、第１図、第
３図および第７図に示されるように弁体３１の下
端部に対向する底壁面２１上には円錐状の凹溝３
６が形成され、この円錐状凹溝３６内に弁体３１
の下端部が侵入する。弁体３１の下端部は第７図
に示されるように中央平坦部３７ａと、その両側
に位置する傾斜部３７ｂ，３７ｃからなり、傾斜
部３７ｂ，３７ｃと凹溝３６の底壁面間には一様
なわずかな間隙が形成される。

第１１図を参照すると、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のダイアフラム４１に固着された
制御ロツド４２に連結ロツド４３を介して連結さ
れる。負圧ダイアフラム装置４０はダイアフラム
４１によつて大気から隔離された負圧室４４を有
し、この負圧室４４内にダイアフラム押圧用圧縮
ばね４５が挿入される。シリンダヘツド３には１
次側気化器４６ａと２次側気化器４６ｂからなる
コンパウンド型気化器４６を具えた吸気マニホル
ド４７が取付けられ、負圧室４４は負圧導管４８
を介して吸気マニホルド４７内に連結される。こ
の負圧導管４８内には負圧室４４から吸気マニホ
ルド４７内に向けてのみ流通可能な逆止弁４９が
挿入される。更に、負圧室４４は気導管５０並び
に大気開放制御弁５１を介して大気に連通する。
この大気開放制御弁５１はダイアフラム５２によ
つて隔成された負圧室５３と大気圧室５４とを有
し、更に大気圧室５４に隣接して弁室５５を有す
る。この弁室５５は一方では大気導管５０を介し
て負圧室４４内に連通し、他方では弁ポート５６
並びにエアフイルタ５７を介して大気に連通す
る。弁室５５内には弁ポート５６の開閉制御をす
る弁体５８が設けられ、この弁体５８は弁ロツド
５９を介してダイアフラム５２に連結される。負
圧室５３内にはダイアフラム押圧用圧縮ばね６０
が挿入され、更に負圧室５３は負圧導管６１を介
して１次側気化器４６ａのベンチユリ部６２に連
結される。

気化器４６は通常用いられる気化器であつて１
次側スロツトル弁６３が所定開度以上開弁したと
きに２次側スロツトル弁６４が開弁し、１次側ス
ロツトル弁６３が全開すれば２次側スロツトル弁
６４も全開する。１次側気化器４６ａのベンチユ
リ部６２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
つてベンチユリ部６２に発生する負圧が所定負圧
よりも大きくなつたときに、即ち機関高速高負荷
運転時に大気開放制御弁５１のダイアフラム５２
が圧縮ばね６０に抗して右方に移動し、その結果
弁体５８が弁ポート５６を開弁して負圧ダイアフ
ラム装置４０の負圧室４４を大気に開放する。こ
のときダイアフラム４１は圧縮ばね４５のばね力
により下方に移動し、その結果ロータリ弁２５が
回転せしめられて分岐路２４を全開する。一方１
次側スロツトル弁６３の開度が小さいときにはベ
ンチユリ部６２に発生する負圧が小さなために大
気開放制御弁５１のダイアフラム５２は圧縮ばね
６０のばね力により左方に移動し、弁体５８が弁
ポート５６を閉鎖する。更にこのように１次側ス
ロツトル弁６３の開度が小さいときには吸気マニ
ホルド４７内には大きな負圧が発生している。逆
止弁４９は吸気マニホルド４７内の負圧が負圧ダ
イアフラム装置４０の負圧室４４内の負圧よりも
大きくなると開弁し、吸気マニホルド４７内の負
圧が負圧室４４内の負圧よりも小さくなると閉弁
するので大気開放制御弁５１が閉弁している限り
負圧室４４内の負圧は吸気マニホルド４７内に発
生した最大負圧に維持される。負圧室４４内に負
圧が加わるとダイアフラム４１は圧縮ばね４５に
抗して上昇し、その結果ロータリ弁２５が回動せ
しめられて分岐路２４が閉鎖される。従つて機関
低速低負荷運転時にはロータリ弁２５によつて分
岐路２４が閉鎖されることになる。なお、高負荷
運転時であつても機関回転数が低い場合、並びに
機関回転数が高くても低負荷運転が行なわれてい
る場合にはベンチユリ部６２に発生する負圧が小
さなために大気開放制御弁５１は閉鎖され続けて
いる。従つてこのような低速高負荷運転時並びに
高速低負荷運転時には負圧室４４内の負圧が前述
の最大負圧に維持されているのでロータリ弁２５
によつて分岐路２４が閉鎖されている。

上述したように吸入空気量が少ない機関低速低
負荷運転時にはロータリ弁２５が分岐路２４を閉
鎖している。このとき、入口通路部Ａ内に送り込
まれた混合気の一部は第１図および第２図におい
て矢印Ｒで示すように上壁面１９，２０に沿つて
進み、残りの混合気のうちの一部の混合気は第１
図および第２図において矢印Ｓで示すようにロー
タリ弁２５の手前で入口通路部Ａの側壁面１７の
方へ向きを変えた後に渦巻部Ｂの側壁面１５に沿
つて進む。前述したように上壁面１９，２０の巾
は狭窄部１６に近づくに従つて次第に狭くなるた
めに上壁面１９，２０に沿つて流れる混合気の流
路は次第に狭ばまり、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側壁面１４ａは渦巻部
Ｂの側壁面１５の近傍まで延びているので上壁面
１９，２０に沿つて進む混合気流は渦巻部Ｂの側
壁面１５上に押しやられ、次いで第１図および第
２図において矢印Ｔで示すように側壁面１５に沿
つ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つて燃焼
室４内に流入して燃焼室４内に強力な旋回流が発
生せしめられる。このように機関低速低負荷運転
時には混合気の一部が弁体３１により方向変換せ
しめられるが混合気中に含まれるガム質等の不純
物は慣性力によつて弁体３１に衝突する。従つて
弁体３１の下端部と底壁面２１とを完全に閉鎖し
た場合には混合気中に含まれるガム質等の不純物
が弁体３１の下端部と底壁面２１間に堆積し、そ
の結果弁体３１が底壁面２１に固着してしまうと
いう問題を生ずる。従つてこのような問題を回避
するために本発明では弁体３１の下端部と底壁面
２１間に隙間を設けてカム質等の不純物が堆積す
るのを阻止するようにしている。しかしながらこ
のような間隙を単に設けただけではこの間隙を通
して漏れる混合気の量が多くなるために渦巻部Ｂ
に発生する旋回流が弱められてしまう。そこで本
発明では第１図、第３図および第７図に示すよう
に底壁面２１上に凹溝３６を形成し、この凹溝３
６内において弁体３１の下端部に間隙を形成する
ようにして混合気の漏れ量が少なくなるようにし
ている。即ち、第１２図ａに示すように平坦な底
壁面２１と弁体３１の下端部間に間隙ｌを形成し
た場合には混合気がこの間隙ｌ内を通過しやす
く、従つて混合気の漏れ量は多くなる。これに対
して第１２図ｂに示すように底壁面２１上に凹溝
３６を形成してこの凹溝３６の壁面と弁体３１の
下端部間に同じ寸法の間隙ｌを形成した場合には
混合気流路が矢印で示すように屈曲せしめられる
ために混合気流に対する流れ抵抗が大きくなり、
斯くして混合気の漏れ量が少なくなる。第１３図
にこの間隙ｌと旋回流の強さとの関係を示す。第
１３図において縦軸Ｓは単位時間当りの旋回流の
旋回回数を示し、横軸は間隙ｌを示す。また、第
１３図において実線は第７図および第１２図ｂに
示すように底壁面２１上に凹溝３６を形成した場
合を示し、破線は第１２図ａに示すように凹溝３
６を形成しない場合を示す。第１３図から凹溝３
６を形成しない場合には間隙を増大させると旋回
流の旋回回数Ｓがそれに伴なつて低下してしまう
ことがわかる。これに対して凹溝３６を形成した
場合には間隙ｌが10mm以下であれば旋回流の旋回
回数Ｓが低下しないことがわかる。従つて、第１
３図から底壁面２１上に凹溝３６を形成して間隙
ｌを10mm以下にすれば弁体３１の下端部を完成密
封した場合と同じ強さの旋回流を得られることが
わかる。

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が開弁するので入口通路部Ａ
内に送り込まれた混合気は大別すると３コの流れ
に分流される。即ち、第１の流れは第３図および
第４図において矢印Ｘで示すように隔壁１２の第
１側壁面１４ａと入口通路部Ａの側壁面１７間に
流入し、次いで渦巻部Ａの上壁面２０に沿つて旋
回しつつ流れる混合気流であり、第２の流れは第
３図および第４図において矢印Ｙで示すように分
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の流れは第３図において矢印Ｚで示
すように入口通路部Ａの底壁面２１に沿つて渦巻
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と側壁面１７間の流
れ抵抗に比べて小さく、従つて第２の混合気流Ｙ
の方が第１の混合気流Ｘ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Ｘの
流れ方向は第３図に示されるように第２混合気流
Ｙによつ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、前述したように隔壁１２の底壁面２２
は下向きの傾斜面から形成されているので第３の
混合気流はこの傾斜面に案内されて流れ方向が下
向きに偏向され、斯くして更に高い充填効率が得
られることになる。

また、本発明によるヘリカル型吸気ポートは吸
気ポート６の上壁面上に隔壁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負
荷運転時には弁体にガム質等の不純物が堆積する
のを阻止しつつ分岐路内に混合気が漏洩するのを
阻止できるので燃焼室内に強力な旋回流を発生せ
しめることができる。一方、機関高速高負荷運転
時には分岐路を開口することにより多量の混合気
が流れ抵抗の小さな分岐路を介して渦巻部内に送
り込まれるので高い充填効率を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の−線に沿つてみた本発明
に係る内燃機関の側面断面図、第２図は第１図の
−線に沿つてみた平面断面図、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ポートの形
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−線に沿つてみた断面図、第６図は
第３図および第４図の−線に沿つてみた断面
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
−線に沿つてみた断面図、第９図は第３図お
よび第４図の−線に沿つてみた断面図、第１
０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、第１２図は弁体
下端部に形成された間隙内の混合気の流れを説明
するための図、第１３図は旋回流の強さを示すグ
ラフである。 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、３１……弁体、３６……凹溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気弁周り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、吸気ポート上壁面から下方に突出し
   かつ吸入空気流の流れ方向に延びる隔壁を吸気ポ
   ート内に形成して該隔壁の両側に入口通路部と該
   入口通路部から分岐した分岐路とを形成し、該隔
   壁の下方に入口通路部と分岐路とを連通する下側
   空間を形成すると共に分岐路を渦巻部の渦巻終端
   部に連通し、該分岐路内に該分岐路の上壁面から
   底壁面まで延びるロータリ弁を挿着して該ロータ
   リ弁により分岐路内を流れる吸入空気流を制御
   し、更に該ロータリ弁の下端部に対向する分岐路
   底壁面上に凹溝を形成して該ロータリ弁下端部を
   該凹溝内に挿入配置したヘリカル型吸気ポート。