WO2007086596A1 - 内燃機関の吸気ポート - Google Patents
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Definitions
- the present invention relates to an intake port of an internal combustion engine.
- a swirl part formed around the axis of the intake valve and a tangential line extending from the swirl part
- a helical intake port having a first side wall surface tangentially connected to the peripheral wall surface of the spiral part and a second side wall surface extending to the peripheral wall surface of the spiral part toward the valve shaft of the intake valve
- the upper wall surface of the air inflow passage portion is located on the first side wall surface side and is smoothly connected to the upper wall surface of the spiral portion; the second wall surface side is located on the second side wall surface side;
- the second upper wall surface is lower than the upper wall surface of the first wall, and the lower flow that flows along the bottom wall surface of the intake air inflow passage section with the height position of the second upper wall surface as a boundary.
- a helical intake port is known in which a swirl is generated in the combustion chamber by the upper layer flow that flows along the upper wall surface of 1 (No. 2 1 4 7 8 3 0) (See the publication).
- the present inventor has studied the flow of intake air over a long period of time, and finally found an intake port that can simultaneously ensure a strong swirl and high filling efficiency. Disclosure of the invention
- an object of the present invention is to provide an intake port of an internal combustion engine that can simultaneously ensure a strong swirl and high filling efficiency.
- a spiral portion formed around the axis of the intake valve, An intake air inflow passage portion extending tangentially from the spiral portion, and the spiral portion is defined by a peripheral wall surface extending around the axis of the intake valve, an upper wall surface, and a lower end outlet portion opened and closed by the intake valve.
- FIG. 1 is a plan view of the intake port
- Fig. 2 is a cross-sectional view of the intake port taken along line II-II in Fig. 1
- Fig. 3 is a cross-sectional view of the intake port shown in Fig. 1.
- (A), (B) and (C) are cross-sectional views taken along lines A-A, B-B, and C-C, respectively, in FIG. 1
- FIG. 4 is an enlarged view of FIG. 1
- FIG. 5 is schematically shown.
- FIG. 6 is a view showing the lower layer flow path X and the upper layer flow path Y.
- reference numeral 1 denotes a cylinder block
- 2 denotes a cylinder head
- 3 denotes a combustion chamber.
- a pair of intake ports 4, 5 are formed in the cylinder head 2
- a pair of exhaust ports are provided in the cylinder head 2. Is formed.
- the present invention relates to one of the pair of intake ports 4 and 5, which is shown by a solid line in FIG. 1, and therefore, only the intake port 4 will be described below.
- the intake port 4 includes a spiral portion 7 formed around the axis of the intake valve 6, and a suction air extending tangentially from the spiral portion 7. And an air inflow passage portion 8.
- the swirl 7 is a peripheral wall 9 extending around the axis of the intake valve 6, an upper wall 10, and a lower end outlet that is opened and closed by the intake valve 6. 1 and 2, as shown in FIGS. 1 and 2, the intake air inflow passage portion 8 is connected to the first side wall surface 1 2 tangentially connected to the peripheral wall surface 9 of the spiral portion 7.
- the second side wall surface 13 extending toward the peripheral wall surface 9 of the spiral portion 7 toward the valve shaft 6 a of the intake valve 6, the upper wall surface 14, and the bottom wall surface 15 are defined.
- FIG. 5 is a perspective view schematically showing the intake port 4.
- the upper wall surface 14 of the intake air inflow passage portion 8 is located at the downstream side of the intake air inflow passage portion 8 on the first side wall surface 12 side and is a spiral portion. 7
- the first upper wall surface 14 a smoothly connecting to the upper wall surface 10, and the second side wall surface 13 3 side and located on the bottom wall surface 15 side of the first upper wall surface 14 a
- the second upper wall surface 14 b positioned.
- the cross-sectional shape of the intake air inflow passage portion 8 portion where the second upper wall surface 14 b is formed at a position lower than the first upper wall surface 14 a is shown by hatching in FIG.
- the first upper wall surface 14 a descends toward the spiral portion 7 while the lateral width gradually decreases, As described above, it is smoothly connected to the upper wall surface 10 of the spiral portion 7.
- the upper wall surface 10 of the spiral part 7 extends over almost 3/4 of the entire circumference of the spiral part 7 while gradually descending along the peripheral part of the spiral part 7.
- the width of the second upper wall surface 14 b is approximately 1/3 of the width of the bottom wall surface 15 on the downstream side of the intake air inflow passage portion 8 and is constant, and is upstream of the intake air inflow passage portion 8. On the side, it becomes narrower gradually toward the upstream.
- the first side wall surface is shown in the intake air inflow passage portion 8 as indicated by hatching X in FIG. 1
- a lower layer channel and an upper layer channel located between the first upper wall surface 14 a are formed. That is, in the intake air inflow passage portion 8, two flows are generated: a lower layer flow flowing in the lower layer flow path X and an upper layer flow flowing in the upper layer flow path Y.
- Fig. 6 (A) shows the case where only the portion related to the lower channel X in Fig. 5 is taken out
- Fig. 6 (B) shows the case where only the portion related to the upper channel Y in Fig. 5 is taken out .
- Figure 4 shows an enlarged view of Figure 1.
- Fig. 2 and Fig. 3 (C) when the intake valve 6 is opened, there is no ring between the valve seat 1 8 of the intake valve 6 and the intake valve 6.
- Inlet valve opening 19 is formed.
- the cylinder axis O and the valve body of the intake valve 6 in FIG. There is an intake valve opening region formed on the side opposite to the intake air inflow passage portion 8 with respect to the plane K including the center portion.
- This intake valve opening region is indicated by Z in FIGS. 4, 5 and 6 (A).
- This intake valve opening region Z in FIG. 4 is a range of approximately 90 degrees in the swirling direction of the intake air flow in the spiral portion 7 from the intersection of the plane K and the intake valve opening 19 on the peripheral side of the combustion chamber 3 in FIG. M.
- the lower portion of the first side wall surface 12, the second side wall surface 13, the second upper wall surface 14 b, and the bottom wall surface 15 The passage X is configured to extend straight toward the intake valve opening region Z.
- the second upper wall surface 1 so that the lower layer flow path X extends straight toward the intake valve opening region Z.
- the upper layer flow flowing in the upper layer flow path Y advances in the upper layer flow path Y when the intake valve 6 is opened, and then swirls in the spiral portion 7, and the intake valve as shown by arrow T in FIG. Dispersed from the entire opening 19 and flows into the combustion chamber 3.
- intake air flows from the entire intake valve opening 19
- the amount of intake air can be increased. That is, if the upper layer flow is tried to flow into the combustion chamber 3 without swirling, most of the upper layer flow will flow into the combustion chamber 3 only from the intake valve opening on the side opposite to the intake air inflow passage 8. become. This is substantially the same as the flow passage area of the intake valve opening is becoming smaller, so an increase in the intake air volume cannot be expected.
- a strong swirl is generated in the combustion chamber 3 by the lower flow that flows straight from the intake port 4 into the combustion chamber 3 toward the periphery of the combustion chamber 3.
- the amount of intake air is increased in the upper layer flow that flows into the combustion chamber 3 after swirling in the interior of the combustion chamber 3, thereby generating a powerful swirl while achieving high filling efficiency. I am doing it.
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Abstract
内燃機関において、吸気ポート(4)の吸入空気流入通路部(8)の上壁面(14)を第1の上壁面(14a)と、第1の上壁面(14a)よりも低い第2の上壁面(14b)とにより構成し、第2の上壁面(14b)の高さ位置を境にして下層流路(X)と上層流路(Y)が形成される。下層流路(X)内を流れる下層流は吸気弁(6)の開弁時に吸気弁開口部領域(Z)を通り燃焼室(3)の周辺方向に流入してスワールを発生させ、上層流路(Y)内を流れる上層流は渦巻部(7)を通って燃焼室(3)内に流入する。
Description
内燃機関の吸気ポート
技術分野
本発明は内燃機関の吸気ポートに関する。
背景技術 明
吸気弁の軸線回りに形成された渦卷部と、 渦巻部から接線状に延 田
びる吸入空気流入通路部とにより構成され、 吸入空気流入通路部が 書
渦巻部の周壁面に接線状に接続される第 1の側壁面と、 吸気弁の弁 軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第 2の側壁面とを有するヘリ カル型吸気ポートにおいて、 吸入空気流入通路部の上壁面が上述の 第 1の側壁面側に位置しかつ渦巻部の上壁面に滑らかに接続する第 1の上壁面と、 上述の第 2の側壁面側に位置しかつ第 1の上壁面よ りも高さの低い第 2の上壁面からなり、 この第 2の上壁面の高さ位 置を境にして吸入空気流入通路部の底壁面に沿って流れる下層流と 第 1の上壁面に沿って流れる上層流とが発生し、 この上層流によつ て燃焼室内にスワールが発生せしめられるヘリカル型吸気ポートが 公知である (実開平 2— 1 4 7 8 3 0号公報参照) 。
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渦巻部内 での上層流の旋回作用が下層流によって弱められ、 それにより機関 高回転域において過剰なスワールが発生するのが阻止される。
ところでこのヘリカル型吸気ポートでは従来のヘリカル型吸気ポ —卜と同様に吸入空気を渦巻部内で旋回させることにより燃焼室内 にスヮ一ルを発生させるようにしている。 この場合、 スワールを強 めるためには渦巻部内での旋回作用を強めなければならない。 しか
しながら渦巻部内での旋回作用を強めると吸入抵抗が増大するため に充填効率が低下し、 その結果最大負荷運転時の出力が低下するこ とになる。
このように渦巻部内における旋回作用を強めることによってスヮ ールを強めるようにしている限り、 強力なスワールと高い充填効率 を同時に確保することは困難であり、 強力なスワールと高い充填効 率を同時に確保するには発想の転換が必要である。
本発明者はこれまで長い期間に亘つて吸入空気の流れ方について 研究し、 終いに強力なスワールと高い充填効率を同時に確保するこ とのできる吸気ポートを見い出したのである。 発明の開示
従って、 本発明の目的は強力なスワールと高い充填効率を同時に 確保することのできる内燃機関の吸気ポートを提供することにある 本発明によれば、 吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、 渦巻 部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、 渦巻 部が吸気弁の軸線回りを延びる周壁面と、 上壁面と、 吸気弁により 開閉される下端出口部とにより画定されており、 吸入空気流入通路 部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第 1の側壁面と、 吸気弁 の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第 2の側壁面と、 上壁面 と、 底壁面とにより画定されている内燃機関の吸気ポートにおいて 、 渦巻部の下端出口部が燃焼室頂面の周縁部に配置されると共に、 第 1の側壁面が燃焼室の周縁部に対して接線状に延びるように吸入 空気流入通路部が配置されており、 吸気弁全開時に吸気弁と吸気弁 の弁座間に形成される環状の吸気弁開口部のうちで、 シリンダ軸線 と吸気弁弁体の中心部とを含む平面に対し吸入空気流入通路部と反
対側に形成される吸気弁開口部領域が存在しており、 吸入空気流入 通路部内に吸入空気流入通路部の下方を流れる下層流と吸入空気流 入通路部の上方を流れる上層流が発生せしめられ、 下層流は吸気弁 開弁時に吸気弁開口部領域に向け流れた後に吸気弁開口部領域から 燃焼室内に燃焼室の周辺方向に向け流入して燃焼室内にスワールを 発生させ、 上層流は吸気弁開弁時に渦巻部内で旋回した後に吸気弁 開口部全体から分散して燃焼室内に流入する内燃機関の吸気ポ一ト が提供される。 図面の簡単な説明
図 1 は吸気ポートの平面図、 図 2は図 1の I I— I I線に沿ってみた 吸気ポートの断面図、 図 3は図 1 に示される吸気ポートの断面図で あって、 (A ) , ( B ) , ( C ) は夫々図 1 の A— A線、 B— B線 、 C 一 C線に沿ってみた断面図、 図 4は図 1の拡大図、 図 5は図解 的に表した吸気ポートの斜視図、 図 6は下層流路 Xおよび上層流路 Yを示す図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1から図 3 を参照すると、 1はシリ ンダブロック、 2はシリン ダヘッ ド、 3は燃焼室を夫々示す。 図 1 に示される実施例ではシリ ンダヘッ ド 2内に一対の吸気ポート 4 , 5が形成されており、 また 図 1 には示されていないがシリ ンダへッ ド 2内には一対の排気ポー トが形成されている。 本発明は一対の吸気ポート 4 , 5のうちの図 1 において実線で示される片方の吸気ポート 4に関するものであり 、 従って以下この吸気ポート 4についてのみ説明する。
図 1から図 3を参照すると、 吸気ポート 4は吸気弁 6の軸線回り に形成された渦巻部 7と、 この渦巻部 7から接線状に延びる吸入空
気流入通路部 8 とにより構成される。 図 1、 図 2および図 3 ( C ) に示されるように渦卷部 7は吸気弁 6 の軸線回りを延びる周壁面 9 と、 上壁面 1 0 と、 吸気弁 6により開閉される下端出口部 1 1 とに より画定されており、 図 1および図 2 に示されるように吸入空気流 入通路部 8は渦巻部 7 の周壁面 9に接線状に接続される第 1 の側壁 面 1 2 と、 吸気弁 6の弁軸 6 aに向けて渦巻部 7の周壁面 9まで延 びる第 2の側壁面 1 3 と、 上壁面 1 4と、 底壁面 1 5 とにより画定 されている。
図 1からわかるように渦巻部 7の下端出口部 1 1 (図 2 ) は燃焼 室 3の頂面 1 6 (図 2 ) の周縁部に配置され、 第 1の側壁面 1 2が 燃焼室 3の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路 部 8が配置されている。 即ち、 図 1 に示されるように吸入空気流入 通路部 8 の下流側は燃焼室 3の周縁部に対して接線状に延びており 、 吸入空気流入通路部 8の上流側はレイアウ ト上の理由から吸入空 気流入通路部 8の下流側に対して燃焼室 3から離れる方向に若干折 曲せしめられている。
図 5は吸気ポート 4を図解的に表した斜視図を示している。 図 1 から図 3および図 5を参照すると吸入空気流入通路部 8 の上壁面 1 4は吸入空気流入通路部 8の少く とも下流側において、 第 1の側壁 面 1 2側に位置しかつ渦巻部 7の上壁面 1 0 に滑らかに接続する第 1 の上壁面 1 4 aと、 第 2の側壁面 1 3側に位置しかつ第 1 の上壁 面 1 4 aより も底壁面 1 5側に位置する第 2の上壁面 1 4 bとによ り構成される。 第 1の上壁面 1 4 aに対して低い位置に第 2の上壁 面 1 4 bが形成されている吸入空気流入通路部 8部分の断面形状が 図 5においてハッチングで示されている。
図 3 ( A ) 〜 (C ) および図 5からわかるように第 1 の上壁面 1 4 aは渦巻部 7 に向けて次第に横巾が狹ばまりつつ下降し、 次いで
上述した如く渦巻部 7の上壁面 1 0に滑らかに接続される。 この渦 巻部 7の上壁面 1 0は渦巻部 7の周縁部に沿って徐々に下降しつつ 渦卷部 7の全周のほぼ 3 / 4に亘つて延びる。 一方、 第 2の上壁面 1 4 bの巾は吸入空気流入通路部 8の下流側では底壁面 1 5の巾の ほぼ 1 / 3程度であって一定であり、 吸入空気流入通路部 8 の上流 側では上流に向かうに従って次第に狭くなる。
一方、 図 3 ( A ) 〜 (C ) および図 5に示されるように第 1 の上 壁面 1 4 aおよび第 2の上壁面 1 4 bは吸入空気流入通路部 8の横 断面内においてはほぼ水平方向に延びており、 これら第 1 の上壁面 1 4 aと第 2の上壁面 1 4 bとの間に位置する壁面 1 7は下向きの 傾斜面からなる。 この傾斜面 1 7の巾は渦巻部 7 に向けて次第に広 くなる。 一方、 図 2に示されるように第 2の上壁面 1 4 bも渦巻部 7に向けて下降しており、 この場合第 2の上壁面 1 4 bの傾斜角は 第 1 の上壁面 1 4 aの傾斜角よりも大きい。
このように第 1の上壁面 1 4 aと第 2の上壁面 1 4 bとを階段状 に形成すると吸入空気流入通路部 8内には図 5においてハッチング Xで示される如く第 1 の側壁面 1 2 の下方部、 第 2の側壁面 1 3、 第 2 の上壁面 1 4 bおよび底壁面 1 5によって画定された下層流路 と、 ハッチング Yで示される如く下層流路の上方であって下層流路 と第 1 の上壁面 1 4 a間に位置する上層流路とが形成される。 即ち 、 吸入空気流入通路部 8内には下層流路 X内を流れる下層流と上層 流路 Y内を流れる上層流との 2つの流れが発生する。 図 6 ( A ) に 図 5の下層流路 Xに関連する部分のみを取出した場合を示し、 図 6 ( B ) に図 5の上層流路 Yに関連する部分のみを取出した場合を示 す。
図 4は図 1 の拡大図を示す。 図 2および図 3 ( C ) に示されるよ うに吸気弁 6が開弁すると吸気弁 6 と吸気弁 6 の弁座 1 8間には環
状の吸気弁開口部 1 9が形成される。 この場合、 吸気弁 6全開時に 吸気弁 6 と吸気弁 6の弁座 1 8間に形成される環状の吸気弁開口部 1 9のうちで、 図 4においてシリンダ軸線 Oと吸気弁 6の弁体の中 心部とを含む平面 Kに対し吸入空気流入通路部 8 と反対側に形成さ れる吸気弁開口部領域が存在する。
この吸気弁開口部領域が図 4、 図 5および図 6 ( A ) において Z で示されている。
この吸気弁開口部領域 Zは図 4において平面 Kと燃焼室 3周縁部 側の吸気弁開口部 1 9 との交差部から渦巻部 7内における吸入空気 流の旋回方向にほぼ 9 0度の範囲 Mである。 本発明では図 5および 図 6 ( A ) からわかるように第 1の側壁面 1 2の下方部、 第 2の側 壁面 1 3、 第 2の上壁面 1 4 bおよび底壁面 1 5は下層流路 Xが吸 気弁開口部領域 Zに向けてまっすぐに延びるように構成されている このように下層流路 Xが吸気弁開口部領域 Zに向けてまっすぐに 延びるように第 2の上壁面 1 4 bは図 2に示される如く平面 Kに対 し第 2の上壁面 1 4 bと反対側に位置する吸気弁開口部 1 9の上端 縁に向けて延ぴている。 このように下層流路 Xを形成すると下層流 路 X内を流れる下層流は吸気弁 6の開弁時に、 下層流路 X内をまつ すぐに進んだ後、 図 4において矢印 Sで示すように吸気弁開口部領 域 Zから燃焼室 3内に燃焼室 3の周辺方向に向けて流入し、 それに よって燃焼室 3内にはシリンダ軸線〇回りの強力なスワールが発生 せしめられる。
一方、 上層流路 Y内を流れる上層流は吸気弁 6の開弁時に上層流 路 Y内を進んだ後、 渦巻部 7内で旋回し、 図 4において矢印 Tで示 されるように吸気弁開口部 1 9の全体から分散して燃焼室 3内に流 入する。 このように吸入空気が吸気弁開口部 1 9の全体から流入さ
せることによって吸入空気量を増大させることができる。 即ち、 上 層流を旋回させないで燃焼室 3内に流入させようとすると大部分の 上層流は吸入空気流入通路部 8 とは反対側の吸気弁開口部のみから 燃焼室 3内に流入することになる。 このことは実質的に吸気弁開口 部の流路面積が小さくなつていることと同じであり、 従って吸入空 気量の増大は期待できない。
これに対して上層流に渦巻部 7内で旋回流を与えると上層流は上 述したように吸気弁開口部 1 9の全体から分散して燃焼室 3内に流 入する。 このことは吸気弁開口部 1 9の流路面積が大きくなつたこ とと同じであり、 従って吸入空気量が増大するために充填効率が向 上することになる。 このように本発明において渦巻部 7内で旋回流 を生じさせるのは充填効率の向上のためであり、 従来のようにスヮ —ルの発生のためではない。
一方、 吸入空気を渦巻部 7内で旋回させつつ燃焼室 3内に流入さ せると旋回している吸入空気流全体がそのままスワール流に移行し ていくかのように思える。 しかしながらスワールの発生に寄与する のは旋回する吸入空気流のうちの燃焼室 3の周辺方向に向かう一部 の吸入空気流であり、 従って吸入空気を旋回しつつ燃焼室 3内に流 入させても実際には吸入空気の一部しかスワールの発生に寄与しな い。 即ち、 スワールを発生させるためには本発明におけるように燃 焼室 3の周辺方向に向かう強力な吸入空気流を発生させることが最 も効果的である。
このように本発明では吸気ポー ト 4内から燃焼室 3内に燃焼室.3 の周辺方向に向けてまっすぐに流入する下層流によって燃焼室 3内 に強力なスワールが発生せしめられ、 渦巻部 7内で旋回した後に燃 焼室 3内に流入する上層流において吸入空気量が増大せしめられ、 それにより高い充填効率を図りつつ強力なスワールを発生しうるよ
うにしている。
Claims
1 . 吸気弁の軸線回りに形成された渦卷部と、 該渦卷部から接線 状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、 該渦卷部が吸気 弁の軸線回りを延びる周壁面と、 上壁面と、 吸気弁により開閉され る下端出口部とにより画定されており、 該吸入空気流入通路部が渦 巻部の周壁面に接線状に接続される第 1の側壁面と、 吸気弁の弁軸 に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第 2の側壁面と、 上壁面と、 底 壁面とにより画定されている内燃機関の吸気ポートにおいて、 上記 渦巻部の下端出口部が燃焼室頂面の周縁部に配置されると共に、 上 記第 1の側壁面が燃焼室の周縁部に対して接線状に延びるように吸 入空気流入通路部が配置されており、 吸気弁全開時に吸気弁と吸気 弁の弁座間に形成される環状の吸気弁開口部のうちで、 シリンダ軸 線と吸気弁弁体の中心部とを含む平面に対し吸入空気流入通路部と 反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在しており、 上記吸入空 気流入通路部内に吸入空気流入通路部の下方を流れる下層流と吸入 空気流入通路部の上方を流れる上層流が発生せしめられ、 該下層流 は吸気弁開弁時に上記吸気弁開口部領域に向け流れた後に吸気弁開 口部領域から燃焼室内に燃焼室の周辺方向に向け流入して燃焼室内 にスワールを発生させ、 上記上層流は吸気弁開弁時渦巻部内で旋回 した後に吸気弁開口部全体から分散して燃焼室内に流入する内燃機 関の吸気ポート。
2 . 上記吸入空気流入通路部の上壁面を吸入空気流入通路部の少 く とも下流側において、 上記第 1の側壁面側に位置しかつ渦巻部の 上壁面に滑らかに接続する第 1の上壁面と、 上記第 2の側壁面側に 位置しかつ該第 1の上壁面より も上記底壁面側に位置する第 2の上 壁面とにより構成し、 上記下層流が流れる下層流路が上記第 1の側
壁面の下方部、 上記第 2の側壁面、 上記第 2の上壁面および上記底 壁面によって画定され、 上記上層流が流れる上層流路が、 下層流路 の上方であって下層流路と上記第 1 の上壁面間に形成され、 上記第 1 の側壁面に下方部、 上記第 2 の側壁面、 上記第 2の上壁面および 上記底壁面を該下層流路が上記吸気弁開口部領域に向けてまつすぐ に延びるように構成した請求項 1 に記載の内燃機関の吸気ポート。
3 . 上記吸気弁開口部領域は上記平面と燃焼室周縁部側の吸気弁 開口部との交差部から渦巻部内における吸入空気流の旋回方向にほ ぼ 9 0度の範囲である請求項 1 に記載の内燃機関の吸気ポー ト。
4 . 上記第 2の上壁面は上記平面に対し該第 2の上壁面と反対側 に位置する吸気弁開口部の上端縁に向けて延びている請求項 1 に記 載の内燃機関の吸気ポート。
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