JP7675926B2 - Intake structure of an internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、タンブル流用の通路とそれ以外の通路とを吸気通路に備える内燃機関の吸気構造に関する。 The present invention relates to an intake structure for an internal combustion engine in which an intake passage has a passage for tumble flow and other passages.
スロットル弁の下流側の吸気通路が、仕切部により複数の通路に分けられる内燃機関の吸気構造が種々提案されている。例えば、特許文献1の内燃機関の吸気構造では、スロットル弁の下流側にタンブル弁を設け、そのタンブル弁の下流側にインレットパイプから吸気ポートへと続けて仕切部である仕切板部を設け、この仕切板部により吸気通路を上下の下側副通路と上側主通路とに仕切ることが行われる。下側副通路がタンブル通路となり、タンブル弁は上側主通路を実質的に開閉するものである。なお、上記タンブル弁は、吸気振分け弁または吸気制御弁とも称され得るバルブであり、上記仕切部が設けられた内燃機関において、設けられない場合もある(例えば特許文献2参照)。Various intake structures for internal combustion engines have been proposed in which the intake passage downstream of the throttle valve is divided into multiple passages by a partition. For example, in the intake structure for an internal combustion engine of
前述のように、吸気通路を、タンブル流を生じさせるためのタンブル通路と、それ以外の通路である上側の主通路とに分けた内燃機関がある。この内燃機関では、吸気弁の開弁時に、タンブル通路からの吸気は、主通路からの吸気に干渉される場合があり、タンブル通路からの吸気によるタンブル流の形成が影響を受ける場合がある。一方で、昨今の環境への配慮の更なる高まりにより、燃焼室での燃焼性を更に改善するべく、強いタンブル流つまり正タンブル流を得ることに対する強い要求がある。本発明の目的は、シリンダ軸線の方向において吸気通路にタンブル流用の通路とそれ以外の通路とが重なるように設けられている内燃機関において、燃焼室でより強いタンブル流を生じさせることを可能にする構成を提供することにある。As mentioned above, there is an internal combustion engine in which the intake passage is divided into a tumble passage for generating a tumble flow and an upper main passage which is the other passage. In this internal combustion engine, when the intake valve is opened, the intake from the tumble passage may be interfered with by the intake from the main passage, and the formation of the tumble flow by the intake from the tumble passage may be affected. On the other hand, due to the recent increase in environmental consideration, there is a strong demand for obtaining a strong tumble flow, i.e., a positive tumble flow, in order to further improve the combustibility in the combustion chamber. The object of the present invention is to provide a configuration that makes it possible to generate a stronger tumble flow in the combustion chamber in an internal combustion engine in which a passage for the tumble flow and other passages are provided so as to overlap in the intake passage in the direction of the cylinder axis.
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、
シリンダ軸線の方向において、燃焼室に連なる吸気通路に、前記燃焼室でタンブル流を生じさせるための第1吸気通路と、第2吸気通路とが重なるように設けられている内燃機関の吸気構造であって、
前記第1吸気通路は、前記シリンダ軸線の方向において前記第2吸気通路から離れるように湾曲するとともに、前記シリンダ軸線に直交するとともに吸排気方向に直交する幅方向において湾曲するように形成されている
ことを特徴とする内燃機関の吸気構造
を提供する。
In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is to
An intake structure for an internal combustion engine, in which a first intake passage for generating a tumble flow in a combustion chamber and a second intake passage are provided so as to overlap each other in an intake passage communicating with the combustion chamber in a direction of a cylinder axis,
The present invention provides an intake structure for an internal combustion engine, characterized in that the first intake passage is curved in the direction of the cylinder axis so as to move away from the second intake passage, and is curved in a width direction perpendicular to the cylinder axis and perpendicular to the intake and exhaust direction.
上記構成によれば、燃焼室でタンブル流を生じさせるための第1吸気通路は、シリンダ軸線の方向において第2吸気通路から離れるように湾曲するとともに、シリンダ軸線に直交するとともに吸排気方向に直交する幅方向において湾曲するように形成される。第1吸気通路をシリンダ軸線の方向において第2吸気通路から離れるように形成することで、第1吸気通路からの吸気をタンブル流を形成するように滑らかに燃焼室に流入させることができ、第1吸気通路からの吸気の流れの流速を高めることが可能である場合もある。また、第1吸気通路をシリンダ軸線に直交するとともに吸排気方向に直交する幅方向において湾曲するように形成することで、第1吸気通路からの吸気が第2吸気通路からの吸気に干渉される度合いを下げることができる。よって、上記構成によれば、燃焼室でより強いタンブル流を生じさせることができる。According to the above configuration, the first intake passage for generating a tumble flow in the combustion chamber is curved away from the second intake passage in the direction of the cylinder axis, and is curved in the width direction perpendicular to the cylinder axis and perpendicular to the intake and exhaust direction. By forming the first intake passage away from the second intake passage in the direction of the cylinder axis, the intake air from the first intake passage can be smoothly introduced into the combustion chamber to form a tumble flow, and it may be possible to increase the flow rate of the intake air from the first intake passage. In addition, by forming the first intake passage so as to be curved in the width direction perpendicular to the cylinder axis and perpendicular to the intake and exhaust direction, the degree to which the intake air from the first intake passage is interfered with by the intake air from the second intake passage can be reduced. Therefore, according to the above configuration, a stronger tumble flow can be generated in the combustion chamber.
好ましくは、前記シリンダ軸線の方向においてクランク軸側からシリンダヘッド側の方向を第1方向と定義するとき、前記第2吸気通路は、第1吸気通路の前記第1方向側に設けられている。この構成によれば、第2吸気通路は第1吸気通路の前記第1方向側に設けられ、かつ、前述のように第1吸気通路をシリンダ軸線の方向において第2吸気通路から離れるようにしているので、第1吸気通路が第2吸気通路に合流する箇所での、第1吸気通路からの吸気の剥離を積極的に促すことができる。よって、第1吸気通路からの吸気の流速を高めることが可能になる。Preferably, when the direction from the crankshaft side to the cylinder head side in the direction of the cylinder axis is defined as the first direction, the second intake passage is provided on the first direction side of the first intake passage. According to this configuration, the second intake passage is provided on the first direction side of the first intake passage, and as described above, the first intake passage is separated from the second intake passage in the direction of the cylinder axis, so that the separation of the intake air from the first intake passage at the point where the first intake passage merges with the second intake passage can be actively promoted. Therefore, it is possible to increase the flow velocity of the intake air from the first intake passage.
好ましくは、前記第1吸気通路の前記第2吸気通路への合流部は、前記幅方向において、吸気ポートの開口部に対して偏っている。この構成によれば、吸入行程時に吸気弁が開いて燃焼室に流入する第1吸気通路からの吸気の流れに、その偏りに応じた角度をつけることが可能になる。よって、第1吸気通路からの吸気が第2吸気通路からの吸気に干渉される度合いをより下げることができる。Preferably, the junction of the first intake passage with the second intake passage is biased in the width direction with respect to the opening of the intake port. With this configuration, it is possible to give an angle to the flow of intake air from the first intake passage that flows into the combustion chamber when the intake valve opens during the intake stroke, according to the bias. Therefore, it is possible to further reduce the degree to which the intake air from the first intake passage interferes with the intake air from the second intake passage.
好ましくは、前記シリンダ軸線を含むとともに前記吸排気方向に延びる仮想面を定めるとき、前記仮想面の一方側に、前記合流部と、前記燃焼室に臨む点火プラグが配置されている。この構成によれば、第1吸気通路からの吸気により、点火プラグによる火花をより迅速に燃焼室中央側に運ぶことが可能になり、これにより火炎伝播速度をより高めることが可能になる。Preferably, when a virtual plane is defined that includes the cylinder axis and extends in the intake and exhaust direction, the confluence and the spark plug facing the combustion chamber are disposed on one side of the virtual plane. With this configuration, the intake air from the first intake passage can more quickly transport the spark from the spark plug to the center of the combustion chamber, thereby making it possible to further increase the flame propagation speed.
好ましくは、前記幅方向において、前記第1吸気通路は、前記合流部が偏っている側と同じ側に凸に湾曲するように形成されている。これにより、第1吸気通路からの吸気が第2吸気通路からの吸気に干渉される度合いを更に下げることができ、よって燃焼室においてタンブル流をより好適に形成することが可能になる。Preferably, in the width direction, the first intake passage is formed so as to be curved convexly toward the same side as the side to which the junction is biased. This further reduces the degree to which the intake air from the first intake passage interferes with the intake air from the second intake passage, thereby making it possible to more suitably form a tumble flow in the combustion chamber.
好ましくは、前記第1吸気通路は、前記シリンダ軸線の方向においてクランク軸側に凸に湾曲するように形成されている。これにより、第1吸気通路の第2吸気通路への合流部で、第1吸気通路からの吸気が吸気通路壁面から剥離することを積極的に促すことができる。Preferably, the first intake passage is formed so as to be curved convexly toward the crankshaft in the direction of the cylinder axis. This actively encourages the intake air from the first intake passage to separate from the intake passage wall surface at the junction of the first intake passage with the second intake passage.
好ましくは、前記第1吸気通路を区画形成する前記第2吸気通路側の壁面は、前記シリンダ軸線の方向において前記クランク軸側に凸になるように湾曲している。この構成により、第1吸気通路のシリンダ軸線の方向の幅を概ね同じにして、第1吸気通路からの吸気をよりタンブル流を生成するように指向させることができる。Preferably, the wall surface on the side of the second intake passage that defines the first intake passage is curved so as to be convex toward the crankshaft in the direction of the cylinder axis. With this configuration, the width of the first intake passage in the direction of the cylinder axis can be made roughly the same, and the intake air from the first intake passage can be directed to generate a greater tumble flow.
好ましくは、前記第1吸気通路の下流側部分は、吸気流れ方向で下流側に至るほど、前記シリンダ軸線の方向において前記クランク軸側からシリンダヘッド側に近づくように形成されている。これにより、第1吸気通路の第2吸気通路への合流部での、第1吸気通路からの吸気の吸気通路壁面からの剥離をより積極的に促すことができる。Preferably, the downstream portion of the first intake passage is formed so that the further downstream in the intake flow direction the portion approaches the cylinder head from the crankshaft side in the direction of the cylinder axis. This makes it possible to more actively encourage the separation of the intake air from the first intake passage from the intake passage wall surface at the junction of the first intake passage with the second intake passage.
好ましくは、前記第2吸気通路の前記第1吸気通路側を区画形成する下流側壁面は、前記第1吸気通路の下流側部分の湾曲形状に対応する湾曲形状を有している。この構成によれば、第2吸気通路からの吸気は、下流側壁面で燃焼室に向けてジャンプするように流れることができ、第1吸気通路からの吸気に滑らかに合流するように指向される。これにより、より強いタンブル流の生成を促すことが可能になる。Preferably, the downstream wall surface that defines the first intake passage side of the second intake passage has a curved shape that corresponds to the curved shape of the downstream portion of the first intake passage. With this configuration, the intake air from the second intake passage can jump toward the combustion chamber at the downstream wall surface and is directed to smoothly merge with the intake air from the first intake passage. This makes it possible to promote the generation of a stronger tumble flow.
本発明の上記態様によれば、上記構成を備えるので、シリンダ軸線の方向において吸気通路にタンブル流用の第1吸気通路とそれ以外の通路である第2吸気通路とが重なるように設けられている内燃機関において、燃焼室でより強いタンブル流を生じさせることが可能になる。According to the above aspect of the present invention, the above configuration makes it possible to generate a stronger tumble flow in the combustion chamber in an internal combustion engine in which a first intake passage for tumble flow and a second intake passage which is the other passage are arranged so as to overlap in the direction of the cylinder axis.
以下、本発明に係る実施形態を添付図に基づいて説明する。同一の部品(又は構成)には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings. Identical parts (or configurations) are given the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed descriptions thereof will not be repeated.
(参考例)
まず、本発明に係る実施形態を説明する前に、参考例に係る内燃機関10について説明する。内燃機関10の概略構成を図1に示す。図1は、内燃機関10のシリンダブロック12のシリンダボア12bの軸線(シリンダ軸線)Cに沿った、内燃機関10の断面図である。なお、内燃機関10は、単気筒エンジンである。
(Reference example)
Before describing an embodiment of the present invention, an
シリンダブロック12のシリンダボア12b内を往復動するピストン15は、クランクケース部16のクランク軸17のクランクピンと、コネクティングロッド18により連結されている。シリンダブロック12のシリンダボア12b内に摺動自在に嵌合されるピストン15の頂面15aと、頂面15aが対向するシリンダヘッド14の燃焼室天井面14aとの間には燃焼室20が構成される。A
内燃機関10は、SOHC型式の2バルブシステムを採用しており、シリンダヘッド14に動弁機構22が設けられている。動弁機構22を覆うように、シリンダヘッド14にはシリンダヘッドカバー24が重ねられて被せられる。シリンダヘッドカバー24内の動弁機構22に動力伝達を行うため、図示しない無端状のカムチェーンが、クランクケース部16、シリンダブロック12、シリンダヘッド14のクランク軸方向の一方側に設けられた図示しないカムチェーン室を通って、カム軸26とクランク軸17との間に架設され、カム軸26はクランク軸17に同期して1/2の回転速度で回転する。なお、シリンダヘッド14においてカムチェーン室と反対側(クランク軸方向の他方側)から燃焼室20内に向かって点火プラグが嵌挿されている。なお、図1において、燃焼室20に臨む点火プラグは紙面手前側に位置し、カムチェーン室は紙面奥側に位置する。The
シリンダヘッド14において、燃焼室天井面14aに開口した吸気弁口28と排気弁口30からは、各々吸気ポート32と排気ポート34が互いに上下に離れる方向に湾曲しながら延出して形成される。なお、上記のように2バルブシステムを採用していて、シリンダヘッド14には、単一の吸気ポート32及び単一の排気ポート34が区画形成されている。In the
吸気ポート32の上流端は、シリンダヘッド14の上方に向けて開口し、インレットパイプ36と接続して、連続した吸気通路38が構成され、インレットパイプ36の上流側に、スロットルボディ40が接続される。排気ポート34の下流端は、シリンダヘッド14の下方に向けて開口し、排気管42に連結される。排気管42の下流側には、排気浄化装置及び消音装置が設けられ得る。
The upstream end of the
シリンダヘッド14における吸気ポート32の湾曲外壁部32aに一体に円筒状の吸気弁ガイド44が嵌着されている。吸気弁ガイド44に摺動可能に支持された吸気弁46が、吸気ポート32の燃焼室20に臨む吸気弁口28を開閉する。A cylindrical
また、シリンダヘッド14における排気ポート34の湾曲外壁部34aに一体に嵌着された排気弁ガイド48に摺動可能に支持された排気弁50が、排気ポート34の燃焼室20に臨む排気弁口30を開閉する。In addition, an
吸気弁46および排気弁50はその傘部46a、50aが、いずれも燃焼室20に臨む吸気弁口28、排気弁口30を閉じるように、弁ばねにより上方に付勢されている。カム軸26の吸気カム、排気カムに当接揺動する吸気ロッカアーム56、排気ロッカアーム58によって、吸気弁46、排気弁50のステムエンド46b、50bが押し下げられて、所定のタイミングで吸気弁46、排気弁50が開弁し、吸気ポート32と燃焼室20、また、排気ポート34と燃焼室20が連通し、所定のタイミングの吸気、排気がなされる。The
内燃機関10の吸気ポート32の上流端には、インシュレ-タ60を介してインレットパイプ36が接続して、連続した吸気通路38が構成され、インレットパイプ36の上流側に、スロットルボディ40が接続される。スロットルボディ40は、内燃機関10の燃焼室20に連なる吸気通路38の一部を構成する断面略円形の吸気路40aを有し、その上流側は、図示しないエアクリーナ装置に接続している。An
スロットルボディ40は、その吸気路40aの吸気の流れ方向と垂直、すなわち吸気路40aの中心軸線と直角に交差するスロットル弁軸40bによってスロットルボディ40内に回転自在に軸支されて、吸気路40aの流路面積を可変制御し、吸気路40aを開閉し得るスロットル弁40cを備えている。スロットル弁40cはバタフライ式のもので、スロットル弁軸40bと、スロットル弁軸40bに固定される共に一体的に回転する円盤状の弁体40dとを有している。The
スロットル弁40cは運転者の操作等により、図1において時計回りに開弁方向に回動可能となっているとともに、図示しない復帰ばねにより、弁体40dはそれの縁部が吸気路40aの内壁面に当接する全閉位置に位置するように、閉弁方向に反時計回りに付勢されている。スロットル弁40cは、例えば低負荷運転状態において吸気路40aを所定の微小開度にし、高負荷運転状態において吸気路40aを全開にするように制御される。
以上の内燃機関10において、燃焼室20でのより好ましい燃料つまり混合気の燃焼を得るために燃焼室20において燃料・空気混合気のタンブル渦流つまりタンブル流、すなわち縦回転を与えるための吸気構造S0が構成されている。吸気構造S0は、シリンダ軸線Cの方向において吸気通路38を複数に分けるように、吸気通路38に設けられた仕切部62を備える。すなわち、吸気通路38は、インレットパイプ36から吸気ポート32へと続く仕切部62によって、吸気流れ方向に沿って分割され、通った吸気が燃焼室20内でタンブル流を発生するように構成されたタンブル通路64と、タンブル通路64を除く主通路66とに仕切られている。タンブル通路64が第1吸気通路に相当し、主通路66が第2吸気通路に相当する。なお、タンブル通路64は副通路と称されてもよい。In the above
なお、吸気流れ方向に板状に延在する仕切部62は、吸気通路38の下流側を実質的に上下方向において二分するように、ここでは流れ方向に延びる軸線に略平行に実質的に延びるように設けられている。本参考例では、タンブル通路64の流路断面積は主通路66の流路断面積よりも小さい。しかし、タンブル通路64の流路断面積が主通路66の流路断面積よりも大きくなるように仕切部62は設けられてもよく、それらを略同じにすることも可能である。The
吸気通路38の仕切部62によって仕切られた下側部分がタンブル通路64、上側部分が主通路66となるが、本明細書においてはそれらはその上下配置に限定されない。なお、本明細書において、吸気通路38などについての「上」、「下」とは、シリンダ軸線C方向においてクランク軸17側からシリンダヘッド14ないしシリンダヘッドカバー24側の方向を「上」又は「上」方向、この「上」方向とは逆向きの方向つまりシリンダヘッド14側からクランク軸17側の方向を「下」又は「下」方向といい、空間上の絶対的な「上」、「下」の意味ではない。この「上」又は「上」方向は第1方向に相当し、「下」又は「下」方向は第2方向に相当する。The lower part of the
なお、仕切部62の上流側かつスロットル弁40cの下流側に吸気制御弁が更に設けられてもよい。この吸気制御弁は、例えば主通路66の流路面積を可変制御するように設けられ得る。当該吸気制御弁は、タンブル弁、タンブル制御弁又はTCVなどとも称され得、例えば低負荷運転状態において主通路66を全閉にし、高負荷運転状態において主通路66を全開にするように制御される。なお、スロットル弁40cは、以下に説明するように電子制御されるが、電子制御されることに限定されず、例えばスロットルケーブルで機械的にコントロールされる弁であってもよく、これは吸気制御弁を設ける場合も同様である。An intake control valve may be provided upstream of the
内燃機関10では、燃料噴射弁68、70が設けられている。一方の燃料噴射弁(以下、第1燃料噴射弁)68は、仕切部62の上流側端部62uよりも上流側に設けられて、該上流側端部62uよりも上流側の吸気通路38の部分に燃料を噴射するように設けられている。他方の燃料噴射弁(以下、第2燃料噴射弁)70は、吸気ポート32に燃料を噴射するように設けられている。第2燃料噴射弁70は、主通路66に臨むように設けられ、ここではインレットパイプ36に設けられている。このように、第2燃料噴射弁70は、主通路66側から燃料を噴射し、吸気ポート32を介して燃焼室20に燃料を供給するように設けられている。なお、図1から明らかなように、第2燃料噴射弁70は、吸気通路38を区画形成する部材の上側の壁部に取り付けられている。なお、本開示は、燃料噴射弁の数を2つに限定するものではなく、例えば1つであってもよい。この場合、例えば、第2燃料噴射弁70のみを設けることができる。The
内燃機関10を制御するECU(電子制御ユニット)72は、所謂コンピュータとしての構成を備え、吸気制御部74及び燃料噴射制御部76を備えている。つまり、ECU72は、プロセッサ(例えばCPU)、メモリ(例えばROM及びRAM)を備える。ECU72は、エンジン回転速度センサ、エンジン負荷センサなどの各種センサからの出力に基づいて内燃機関10の運転状態を解析して、吸気制御部74により、スロットル弁40cの作動を制御する。また、ECU72は、解析した内燃機関10の運転状態に基づいて、燃料噴射制御部76により、燃料噴射弁68、70の各作動を制御する。なお、ECU72には、これらの制御のためのプログラム及び各種データが記憶されている。The ECU (electronic control unit) 72 that controls the
ここで、図2から図9に、吸気通路38の下流側の立体モデルMを示す。立体モデルMは、インレットパイプ36の下流側端部から吸気ポート32を含み、その下流側においては吸気弁口28で終端する。なお、立体モデルMは吸気通路38の下流側端部のモデルであるので、立体モデルMの外表面80は、吸気通路38の下流側を区画形成する部材であるインレットパイプ36の内面36s、インシュレータ60の内面60s及びシリンダヘッド14の内壁面14sに対応する部分を有し、一部は仕切部62の表面62sに対応し、部分的に後述する偏位部90の表面90sに対応する。そこで、理解を容易にするように、インレットパイプ36の内面36s、インシュレータ60の内面60s、シリンダヘッド14の内壁面14s、仕切部62の表面62s、偏位部90の表面90sに対応する立体モデルMの個所に、それらの符号を付す。また、第2燃料噴射弁70が取り付けられてその噴射口が吸気通路38に臨む部分(以下、取付部)に符号「70s」を付す。更に、シリンダ軸線Cの方向において上側に符号「U」を用い、下側に符号「D」を用い、吸気流れ方向で上流側から下流側をみたときの右側に付号「R」を用い、そして左側に付号「L」を用いる。2 to 9 show a three-dimensional model M of the downstream side of the
図1及び図2から図9より理解できるように、仕切部62は、その下流側において、シリンダ軸線Cに交差する左右方向(L-R方向)つまり幅方向の幅が仕切部62の上流側端部(上流端)62uよりも狭い偏位部90を有する。偏位部90は、吸気通路38を吸気が上流側から下流側に流れる方向つまり吸気流れ方向において吸気弁46に対して向かったときに吸気弁46のバルブ軸線の一方側からもう一方側に延びる方向として定められ得る幅方向において、仕切部62の幅狭の部分である。図4に示すように、タンブル通路64において、シリンダヘッド14により区画形成された部分のうちの仕切部62の上流側端部62u側に位置する上流端側部分の幅方向の幅W1よりも、下流端側部分64dの幅方向の幅W2は明らかに狭い。仕切部62は吸気通路38にタンブル通路64を区画形成するように設けられて形成されているので、この幅W2の部分に関する偏位部90は相対的に幅狭である。1 and 2 to 9, the
更に、偏位部90は、左右方向つまり幅方向において一方向に偏っている。ここでは、タンブル通路64の下流端側部分64dは右R側に偏るように区画形成されている。したがって、このタンブル通路64の偏っている下流端側部分64dを少なくとも部分的に区画形成する仕切部62の下流側の偏位部90は、ここでは右R側に偏っている。したがって、ここでは、図1において、シリンダ軸線Cは紙面に平行に延び、幅方向は同紙面に略直交するように延びる方向であるので、仕切部62の下流側に延びる偏位部90はあらわれず、よって実線ではなく二点破線で示している。よって、主通路66とタンブル通路64との合流部65は、右R側に偏っている。
Furthermore, the offset
そして、第2燃料噴射弁70の取付部70sは、図6及び図7から明らかなように、吸気通路38の左L側に位置付けられている。このように、第2燃料噴射弁70は、偏位部90が偏った方向とは反対側の方向に偏った位置に設けられている。このように、第2燃料噴射弁70は、偏位部90が偏った方向とは異なる方向に、より好ましくは反対側の方向に燃料を噴射することができるように設けられている。なお、第2燃料噴射弁70は、上側につまり主通路66側に設けられていて、主通路66側から燃料を噴射する。
The mounting
ここで、図5に示す立体モデルMの透視図である図10において、左L側に偏った位置に設けた第2燃料噴射弁70から噴射された噴霧燃料Fを模式的に表す。また、図10に示すのと同様に燃料噴射弁から噴射された噴霧燃料Fを模式的に示す、立体モデルMの透視図を図11に示す。更に、図10に示すのと同様に燃料噴射弁から噴射された噴霧燃料Fを模式的に示す、立体モデルMの吸気流れ方向に沿った断面図を図12に示す。図10から図12より、第2燃料噴射弁70から噴射された燃料Fは仕切部62に阻まれることなく、その少なくとも一部が、ここでは特にその少なくとも過半が、より好ましくはその全てが、まず主通路66を流れ、次に主通路66とタンブル通路64との合流部65に流れ、そして直接的に吸気弁口28に到達し、燃焼室20に導入されることが理解できる。このような燃料噴射を可能にするように、第2燃料噴射弁70の配置、及び、偏位部90を含む仕切部62の形状等は設計されている。特に、仕切部62の仕切本体部92はその下流側で終端して主通路66とタンブル通路64との合流を可能にし、また、偏位部90の表面90sに沿って偏位部90に好ましくは触れることなく、第2燃料噴射弁70から噴射された燃料Fが吸気弁口28に達するように、仕切部62の仕切本体部92及び偏位部90は設計されている(例えば図11参照)。
Here, in FIG. 10, which is a perspective view of the three-dimensional model M shown in FIG. 5, the sprayed fuel F injected from the second
ここで、図10の噴射燃料Fを含む立体モデルMにおける断面図を図13Aから図14Cに示す。ただし、図13Aは図2のSA-SA線に沿った位置での立体モデルMの断面図であり、図13Bは図2のSB-SB線に沿った位置での立体モデルMの断面図であり、図13Cは図2のSC-SC線に沿った位置での立体モデルMの断面図である。図14Aから図14Cは図13Aから図13Cの立体モデルMの部分の斜視図であり、図14Aの立体モデルは図13Aの立体モデルに対応し、図14Bの立体モデルは図13Bの立体モデルに対応し、図14Cの立体モデルは図13Cの立体モデルに対応する。 Here, cross-sectional views of the three-dimensional model M including the injected fuel F in Figure 10 are shown in Figures 13A to 14C. However, Figure 13A is a cross-sectional view of the three-dimensional model M at a position along the SA-SA line in Figure 2, Figure 13B is a cross-sectional view of the three-dimensional model M at a position along the SB-SB line in Figure 2, and Figure 13C is a cross-sectional view of the three-dimensional model M at a position along the SC-SC line in Figure 2. Figures 14A to 14C are perspective views of a portion of the three-dimensional model M in Figures 13A to 13C, and the three-dimensional model in Figure 14A corresponds to the three-dimensional model in Figure 13A, the three-dimensional model in Figure 14B corresponds to the three-dimensional model in Figure 13B, and the three-dimensional model in Figure 14C corresponds to the three-dimensional model in Figure 13C.
図13A及び図14Aの切断箇所では、タンブル通路64と主通路66とが完全に分かれている。この図2のSA-SA線の位置では、仕切部62は、タンブル通路64と主通路66との間において幅方向の両端でインレットパイプ36の内面36sにまで延びていて、偏位部90の上流側につながる仕切本体部92が延在する。なお、図13A及び図14Aでは、仕切部62の表面62s及びそのうちの仕切本体部92の表面92sに対応する個所にそれらの符号を付している。
At the cut locations in Figures 13A and 14A, the
図13B及び図14Bの切断箇所では、タンブル通路64と主通路66とは部分的につながっている。また、図13B及び図14Bの切断面では、仕切部62の表面62sが幅方向に延びるとともに上下方向にも延びていて、右側に偏っている。これより、図2のSB-SB線の位置では、仕切部62は仕切本体部92から偏位部90に移行していて、その偏位部90がタンブル通路64と主通路66とを完全に隔てない程度に、吸気ポート32にシリンダヘッド14の内壁面14sの右側の箇所から左方向に延在していることがわかる。つまり、吸気流れ方向において偏位部90が延在する領域において主通路66とタンブル通路64とが連通するように、タンブル通路64及び主通路66は区画形成されている。換言すると、仕切部62の仕切本体部92よりも下流側において該仕切本体部92の一部を流れ方向に延長するように、仕切本体部92につながる偏位部90は仕切本体部92の下流側に延出して形成されている。なお、図13B及び図14Bでは、仕切部62の表面62s及びそのうちの偏位部90の表面90sに対応する個所にそれらの符号を付していて、これは図13C及び図14Cでも同様である。
In the cutaway portions of Figures 13B and 14B, the
図13C及び図14Cの切断箇所では、図13B及び図14Bの切断箇所と比べて、偏位部90のシリンダヘッド14の内壁面14からの左方向の突き出し量が減少している。このように、偏位部90は、吸気流れ方向の下流側ほど狭くなるように、形成されている。これにより、図13B及び図14Bの切断箇所よりも、図13C及び図14Cの切断箇所で、主通路66とタンブル通路64との連通の程度が増している。つまり、図13C及び図14Cの切断位置でのタンブル通路64と主通路66とのつながる量は、図13B及び図14Bの切断位置でのそれらのつながる量よりも大きくなっている。より具体的には、吸気流れ方向において偏位部90が延在する領域において主通路66が偏位部90の脇つまり側方にまで下方に延びるように、タンブル通路64及び主通路66は区画形成されている。この主通路66の下方への拡張は、偏位部90が偏った方向とは反対側の方向で実施され、ここでは偏位部90の左L側で行われている。なお、この主通路66の下方への拡張及びそれによる主通路66とタンブル通路64との融合は、偏位部90の下流側ほど顕著である。13C and 14C, the amount of leftward protrusion of the
更に、図13Aから図14Cに示すように、主通路66側から燃焼室20に向けて燃料Fを噴射するように設けられている第2燃料噴射弁70は、偏位部90が偏った方向とは反対側の方向に燃料を噴射するように設けられている。したがって、仕切部62を、特にその偏位部90を吸気流れ方向でより下流側にまで延ばすことができる。そして、タンブル通路64は偏位部90が偏った方向に下流側で偏るように区画形成されている。したがって、吸気流れ方向でより下流側にまで延長された仕切部62の偏位部90で、タンブル通路64からの吸気により強い指向性を与えることができる。
Furthermore, as shown in Figures 13A to 14C, the second
このように、仕切部62は、その上流側の仕切本体部92で主通路66とタンブル通路64とを完全に仕切り、その下流側において、偏位部90を有して、主通路66とタンブル通路64とのつながりを実現しつつもタンブル通路64からの流れをより下流側まで特徴づけるように設計されている。また、第2燃料噴射弁70は偏位部90が偏った方向とは逆側に偏って配置され、ここでは幅方向において反対側に配置され、偏位部90とは異なる方向に燃料を噴射でき、吸気弁口28を介して概ね直接的に燃焼室20に燃料を導入することができる。つまり、燃焼室への燃料の供給を良好に確保することができる。したがって、仕切部62の下流側部分である偏位部90をより下流側にまで延ばすことができる。よって、タンブル通路64からの流れにより強い指向性を与えることができる。この指向性は燃焼室20でより強いタンブル流を形成するように吸気弁口28と開弁時の吸気弁46の傘部46aとの間に向けられているので、タンブル通路64からの吸気で燃焼室20により好適にタンブル流を形成することができる。
In this way, the
なお、タンブル通路64が仕切部62の下流側縁部つまり偏位部90の下流側縁部90dよりも下流側で主通路66と連通し、燃焼室20に連なる単一の吸気通路となるように、タンブル通路64及び主通路66は区画形成されている。これにより、タンブル通路64からの吸気は主通路66からの吸気とともに燃焼室20に導入され得、単一の吸気通路である単一の吸気ポート32からの吸気で、燃焼室20への燃料の供給とタンブル流の形成とを生じさせることが可能になる。なお、この構成は、部品点数の増加を抑制でき、コスト面でも優れる。The
(第1実施形態)
以上述べたように、上記構成を有する内燃機関10の吸気構造S0は優れた作用及び効果を奏するが、その構成を備えた上で、タンブル流を更に強化することに向けられた構成を備える本発明の第1実施形態に係る内燃機関110、特にその吸気構造Sについて以下説明する。内燃機関110の吸気構造Sは、内燃機関10の吸気構造S0の前述の構成を概ね備え、更なる構成つまり特徴を有するので、以下では、上記内燃機関10との相違点について内燃機関110を主として説明し、内燃機関110において既に説明した構成要素に相当する又は対応する構成要素には既に用いた符号を同様に用いて更なる重複説明を省略する。なお、内燃機関110は、単気筒エンジンであるが、本発明が適用される内燃機関は単気筒エンジンに限定されず、多気筒エンジンであってもよい。
First Embodiment
As described above, the intake structure S0 of the
図15に示すように、内燃機関110は、内燃機関10と比して、上記第1燃料噴射弁68を備えず、上記第2燃料噴射弁に相当する燃料噴射弁70aを備える。なお、内燃機関110は、内燃機関10と同じく、第1燃料噴射弁68を備えてもよい。そして、内燃機関110は、仕切部62により仕切られた主通路66を開閉可能なように前述のタンブル弁94cを備えている。インレットパイプ36の上流端には、インシュレ-タ95を介してタンブル弁ボディ94が接続されている。このタンブル弁ボディ94は、吸気通路38の一部を構成する断面略円形の吸気路94aを有し、その上流端に前述のスロットルボディ40が接続されている。15, compared to
タンブル弁ボディ94は、その吸気路94aの吸気流れ方向と垂直、すなわち吸気路94aの中心軸線と直角に交差する弁軸94bによってタンブル弁ボディ94内に回転自在に軸支されて、吸気路94aの流路面積を可変制御し、吸気路94aの上側領域を仕切部62と協働して開閉し得るタンブル弁94cを備えている。タンブル弁94cの作動は、内燃機関110の運転状態に応じてここでは電子制御されるが、これに限定されない。タンブル弁94cは、例えば低負荷運転状態において主通路66を全閉にし、高負荷運転状態において主通路66を全開にするように制御される。タンブル弁94cはバタフライ式のもので、弁軸94bと、この弁軸94bに固定される共に一体的に回転する略円盤状の弁体94dとを有している。このように、タンブル弁94cは弁軸94bと一体的に回転する単一の弁部材である弁体94dを備えて構成されている。ただし、タンブル弁94cの弁軸94bはスロットル弁軸40bと平行である。The
そして、内燃機関110は、タンブル通路64に関して特徴を有する。タンブル通路64について、図16から図18に基づいて説明する。The
図16から図18に内燃機関110の燃焼室20の上部から吸気系の下流側、例えば吸気ポート32を中心とした立体モデルM1を示す。図16は、立体モデルM1の平面図又は上面図であり、内燃機関10の平面図(図2)に対応し、図17は、立体モデルM1の底面図であり、内燃機関10の底面図(図4)に対応し、図18は、立体モデルM1の側面図であり、内燃機関10の背面図(図5)に対応する。内燃機関110でも、内燃機関10と同じく、燃焼室20に連なる吸気通路38は、シリンダ軸線Cの方向において、仕切部62により、第1吸気通路であるタンブル通路64と、第2吸気通路である主通路66とに分けられている。主通路66は、シリンダ軸線Cの方向においてタンブル通路64の上側に設けられている。そして、シリンダ軸線Cの方向からみた上面視(図16)において、タンブル通路64は主通路66に概ね重なり、タンブル通路64の主通路66への合流部65は、吸気ポート32の開口部つまり吸気弁口28に対して偏っていて、ここでは既に説明したように右R側に偏っている。その上で、内燃機関110では、燃焼室20でタンブル流を生じさせるように設けられたタンブル通路64は、シリンダ軸線Cの方向において主通路66から離れるように湾曲するとともに、シリンダ軸線Cに直交するとともに吸排気方向に直交する幅方向において湾曲するように形成されている。16 to 18 show a three-dimensional model M1 from the top of the
図16及び図17に、シリンダ軸線Cを含むとともに吸排気方向に延びる仮想面ISを引く。この仮想面ISは、吸排気方向に延びるとともに吸気弁口28及び排気弁口30の中心を通りかつシリンダ軸線Cを含む仮想面であり、図16及び図17では線(中心線)Lxとして表されている。この中心線Lxと対比することで、主通路66は、上流側から下流側に向けて、つまり、燃焼室20に向けて、下流側ほど左右方向の幅が単に狭まるように形成されていることがわかる。一方、本実施形態の内燃機関110の立体モデルM1では、タンブル通路64の右側の輪郭64rは中心線Lxに平行ではなく、右外側に凸に湾曲する。輪郭64rは、吸気流れ方向で上流側から下流側に至るにしたがって、まず右外側に突出するように広がり、最大右突出部64sを経て、中心線Lx側に近づくように延びる。つまり、図16の上面視において、タンブル通路64は、合流部65が偏っている側と同じ側に凸に湾曲するように形成されている。このように、内燃機関110では、タンブル通路64は、シリンダ軸線Cに直交するとともに吸排気方向つまり線Lxに直交する幅方向つまり左右方向において湾曲するように形成されている。16 and 17, a virtual plane IS is drawn that includes the cylinder axis C and extends in the intake and exhaust direction. This virtual plane IS extends in the intake and exhaust direction, passes through the centers of the
更に、図18に示すように、立体モデルM1では、タンブル通路64は、主通路66から離れるように湾曲している。仕切部62は、吸気通路38の途中に設けられ、主通路66からタンブル通路64が分岐し、その下流側でタンブル通路64が主通路66に合流するように設けられていて、タンブル通路64が主通路66から離れるように湾曲することで、タンブル通路64は主通路66とは反対側に凸湾曲する。より具体的には、タンブル通路64は、シリンダ軸線Cの方向においてクランク軸17側に凸に湾曲するように形成されていて、つまり、下側に凸に湾曲している。図18において、シリンダ軸線Cに直交するとともにタンブル通路64の下側の輪郭64tに接する面つまり線Lyを引く。輪郭64tは、吸気流れ方向で上流側から下流側に向けて、まず下側に突出するように向かい、最大下突出部64uを経て、上側に向くように延びる。輪郭64tは、その両端でなく、最大突出部64uで線Lyに接する。タンブル通路64の上下方向の幅は吸気流れ方向において上流側から下流側に向けて大きく変化しない。したがって、内燃機関110では、シリンダ軸線Cに直交する方向からみた側面視(図18)において、タンブル通路64は、シリンダ軸線Cの方向において湾曲し、より具体的には、最大下突出部64uのあたりで、シリンダ軸線Cの方向において最も下側に凸になるように湾曲するように、略U字状に湾曲する。したがって、図18において、タンブル通路64の下流側部分64Lは、吸気流れ方向で下流側に至るほど、シリンダ軸線Cの方向においてクランク軸17側からシリンダヘッド24側に近づくように形成されている。特に、タンブル通路64の下流側部分64Lは、タンブル通路64において最大突出部64uよりも下流側の部分を含む。タンブル通路64の上下方向の幅は吸気流れ方向において上流側から下流側に向けて大きく変化しないので、この輪郭64tの湾曲形状は、シリンダ軸線Cに直交する方向からみた側面視つまり図18において、タンブル通路64を区画形成する仕切部62の壁面dsにおいても同様である。すなわち、図18において、タンブル通路64を区画形成する仕切部62の壁面dsは、シリンダ軸線Cの方向においてクランク軸17側に凸になるように湾曲している。
Furthermore, as shown in FIG. 18, in the three-dimensional model M1, the
図16に示すように、つまり、シリンダ軸線Cの方向からみた上面視において、シリンダ軸線Cを含むとともに吸排気方向に延びる仮想面ISの一方側に、ここでは右R側に、合流部65と、燃焼室20に臨む点火プラグが配置されている。図16では、点火プラグの点火部pが示されている。As shown in Figure 16, that is, in a top view seen from the direction of the cylinder axis C, a
上記構成を有する内燃機関110の吸気構造Sによれば、以下の作用効果が奏される。
The intake structure S of the
例えば、タンブル弁94cが閉じられる運転状態のとき、吸気行程でタンブル通路64からの吸気を燃焼室20に流入させることで、燃焼室20でタンブル流を生じさせようとする。しかし、ある吸気行程から次の吸気行程の間に、合流部65を介して主通路66には吸気が滞留するようになる。図20に、参考例の内燃機関10の吸気構造S0の立体モデルMを組み込んだ立体モデルM2を示す。図20の立体モデルM2では、タンブル通路64及び主通路66の上流側において、既に説明したように図示しないがスロットル弁40c及びその下流側のタンブル弁94cが設けられている。スロットル弁40cが開かれ、タンブル弁94cが全閉にされている場合、図20に示すように、吸気行程において吸気弁が開かれたとき、スロットル弁40c周囲を通過した吸気はタンブル通路64に流れ、燃焼室20に流入する(矢印A1参照)。このとき、主通路66に滞留する吸気も燃焼室20に吸入されるが、タンブル通路64からの吸気と交差するように流れる(矢印A2参照)。そのため、主通路66からの吸気の流れにより、タンブル通路64からの吸気の流れが影響を受ける可能性があった。これに対して、上記構成の内燃機関110の吸気構造S1は上記構成を有するので、この影響を改善することができる。For example, in an operating state in which the
内燃機関110の吸気構造Sでは、仕切部62により吸気通路38が分けられて、タンブル通路64の上側に主通路66が形成されている。つまり、シリンダ軸線Cの方向において、燃焼室20に連なる吸気通路38に、燃焼室20でタンブル流を生じさせるためのタンブル通路64と、主通路66とが重なるように設けられている。そして、タンブル通路64は、シリンダ軸線Cに直交するとともに吸排気方向に直交する幅方向において湾曲するように形成されている。したがって、例えばスロットル弁40cを開いてタンブル弁94cを閉じていて(例えば軽負荷運転時)、吸気弁46を開いたとき、タンブル通路64からの吸気は、主通路66からの吸気に対して右側方から合流部65を介して燃焼室20に流入するようになる。これにより、タンブル通路64からの吸気は、主通路66からの吸気に干渉される度合いが下がり、燃焼室においてタンブル流を好適に形成することが可能になる。更に、タンブル通路64は、シリンダ軸線Cの方向において主通路66から離れるように湾曲している。したがって、タンブル通路64からの吸気をタンブル流を形成するように滑らかに燃焼室20に流入させることができる。したがって、燃焼室でより強いタンブル流を生じさせることができる。In the intake structure S of the
特に、吸気構造Sでは、図16の上面視において、合流部65は、吸気ポート32の開口部28に対して偏っている。したがって、吸入行程時に吸気弁46が開いて燃焼室に流入する吸気の流れに、その偏りに応じた角度をつけることが可能になる。更に、タンブル通路64は、合流部65が偏っている側と同じ側に凸に湾曲するように形成されている。よって、タンブル通路64からの吸気が主通路66からの吸気に干渉される度合いを更に下げることができ、燃焼室においてタンブル流を好適に形成することが可能になる。
In particular, in the intake structure S, the
更に、図18において、タンブル通路64は、シリンダ軸線Cの方向においてクランク軸17側に凸に湾曲するように形成されている。したがって、タンブル通路64からの吸気が合流部65でタンブル通路64を形成する壁部、特にタンブル通路64の下側の輪郭64tを定める壁部64wから剥離することを積極的に促すことができる。このときのタンブル通路64からの吸気の流れを図19において矢印A3で示す。これにより、タンブル通路64からの吸気の流速を高めて、より強いタンブル流を生成することが可能になる。そして、タンブル通路64をシリンダ軸線Cの方向においてクランク軸17側に凸に湾曲するように形成しているので、合流部65の位置は、図19に示すように、吸気弁46の傘部46aが当たる部分46sよりも上側の位置になる。この合流部65の位置を実験等に基づいてより調整することで、タンブル通路64からの吸気の向きを適正化することができ、タンブル流の生成を更に促すことができる。
Furthermore, in FIG. 18, the
加えて、図18において、タンブル通路64の下流側部分64Lは、吸気流れ方向で下流側に至るほど、シリンダ軸線Cの方向においてクランク軸17側からシリンダヘッド24側に近づくように形成されている。したがって、タンブル通路64からの吸気がタンブル通路64の下側の輪郭64tを定める壁部64wから剥離することをより積極的に促すことができる。18, the
更に、図18において、タンブル通路64を区画形成する仕切部62の壁面dsは、シリンダ軸線Cの方向においてクランク軸17側に凸になるように湾曲している。したがって、タンブル通路の上下方向の幅を概ね同じにして、タンブル通路64からの吸気をよりタンブル流を生成するように指向させることができる。なお、壁面dsは、タンブル通路64を区画形成する主通路66側の壁面である。18, the wall surface ds of the
更に、図16の上面視において、シリンダ軸線Cを含むとともに吸排気方向に延びる仮想面ISの一方側に、ここでは右R側に、合流部65と、燃焼室20に臨む点火プラグが配置されている。したがって、タンブル通路64からの吸気により、点火プラグによる火花をより迅速に燃焼室中央側に運ぶことが可能になり、これにより火炎伝播速度をより高めることが可能になる。16, on one side of an imaginary plane IS that includes the cylinder axis C and extends in the intake and exhaust direction, in this case on the right R side, a
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を説明する。以下では、第2実施形態における、第1実施形態との相違点つまり特徴を主として説明する。ただし、以下では、既に説明した構成要素に相当する又は対応する構成要素には既に用いた符号を同様に用いて更なる重複説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. In the following, differences between the first embodiment and the second embodiment, that is, features of the second embodiment will be mainly described. However, in the following, components equivalent to or corresponding to components already described will be denoted by the same reference numerals already used, and further duplicated description will be omitted.
第2実施形態の内燃機関は、第1実施形態の内燃機関110における特徴、例えばタンブル通路64の上記構成を有するが、内燃機関110に対して主通路66の構成について更なる特徴を有する。その特徴について図21に基づいて説明する。図21に、第2実施形態に係る内燃機関の吸気構造S1を有する立体モデルM3を示す。なお、図21では、タンブル通路64及び主通路66の上流側において、図示しないスロットル弁40c及びタンブル弁94cが設けられていて、スロットル弁40cが全開にされ、タンブル弁94cが全閉にされている。The internal combustion engine of the second embodiment has the features of the
第2実施形態に係る内燃機関の吸気構造S1では、シリンダ軸線Cに直交する方向からみた側面視である図21において、主通路66を区画形成する仕切部62の下流側壁面usは、主通路66のタンブル通路64側を区画形成する下流側壁面であり、タンブル通路64の下流側部分64Lの湾曲形状に対応する湾曲形状を有している。これは、下流側壁面usの湾曲形状が、下流側部分64Lの湾曲形状に似ている又は近い、好ましくは同じことを意味する。先に図18に基づいて説明したように、タンブル通路64の下流側部分64Lは、吸気流れ方向で下流側に至るほど、シリンダ軸線Cの方向においてクランク軸17側からシリンダヘッド24側に近づくように形成されている。特に、この上側に向けるような湾曲形状を、主通路66を区画形成する仕切部62の下流側壁面usは有する。下流側壁面usがこの湾曲形状を有することで、下流側壁面usは下に凸のような又はそれに近い湾曲形状を有するようになる。In the intake structure S1 of the internal combustion engine according to the second embodiment, in FIG. 21, which is a side view seen from a direction perpendicular to the cylinder axis C, the downstream wall surface us of the
主通路66を区画形成する仕切部62の下流側壁面usが上記構成を有することで、例えばタンブル弁94cが閉じられる運転状態のとき、主通路66の吸気(矢印A4参照)は、下流側壁面usで燃焼室20に向けてジャンプするように流れることができ、タンブル通路64からの吸気(矢印A5参照)に滑らかに合流するように指向される。これにより、より強いタンブル流の生成を促すことが可能になる。
By having the above-mentioned configuration of the downstream wall surface us of the
(実験例)
第1実施形態に係る内燃機関の吸気構造Sについてコンピュータシミュレーションを行った。比較例として、参考例の内燃機関の吸気構造S0についてもコンピュータシミュレーションを行った。なお、コンピュータシミュレーションでは、スロットル弁40cを全開にして、タンブル弁94cを全閉にした。
(Experimental Example)
A computer simulation was performed on the intake structure S of the internal combustion engine according to the first embodiment. As a comparative example, a computer simulation was also performed on the intake structure S0 of the internal combustion engine of the reference example. In the computer simulation, the
まず、第1のコンピュータシミュレーションの結果を図22から図24に示す。第1のコンピュータシミュレーションでは、タンブル通路64の構成のうち、特にシリンダ軸線Cの方向におけるタンブル通路64の湾曲つまり下側に凸の湾曲(図18及び図19参照)による効果を検証するために、シリンダ軸線Cに直交する方向から燃焼室20側を見たときの吸気ポート32側から燃焼室20への吸気の流れを計算した。図22から図24では、流速が速い吸気の流れほど黒くなるように吸気の流れを示している。なお、クランク角(deg)は、360°が上死点に相当する。
First, the results of the first computer simulation are shown in Figures 22 to 24. In the first computer simulation, in order to verify the effect of the curvature of the
内燃機関10の吸気構造S0の比較例では、吸気弁口28における吸気側からも燃焼室20に吸気が強く流入している(例えば図22の円R1の部分参照)。これに対して、内燃機関110の吸気構造Sの実施例では、吸気弁口28における吸気側からの燃焼室20への吸気の流入は抑制されていて、吸気弁口28における排気側からの燃焼室20への吸気の流入が強化されている。これにより、実施例では、図22から図24において反時計回りの正タンブル流の流れが速くかつ強化されている(例えば図24の円R2の部分参照)。これらより、内燃機関110の吸気構造Sによれば、逆タンブル流を軽減し、正タンブル流を強化できるため、筒内流動が向上することが理解できる。In the comparative example of the intake structure S0 of the
次に、第2のコンピュータシミュレーションの結果を図25及び図26に示す。第2のコンピュータシミュレーションでは、タンブル通路64の構成のうち、シリンダ軸線Cに直交するとともに吸排気方向に直交する幅方向におけるタンブル通路64の湾曲つまり右側への湾曲(図16及び図17参照)による効果を検証するために、シリンダ軸線Cの方向において上側から燃焼室20側を見たときの吸気ポート32側から燃焼室20への吸気の流れを計算した。図25及び図26では、流速の速い吸気の流れほど黒い線になるように吸気の流れを示している。なお、クランク角(deg)は、360°が上死点に相当する。Next, the results of the second computer simulation are shown in Figures 25 and 26. In the second computer simulation, in order to verify the effect of the curvature of the
内燃機関10の吸気構造S0の比較例に比して、内燃機関110の吸気構造Sの実施例では、吸気タンブル通路64からの速い吸気は右側から角度をつけて燃焼室20に流入している。例えば図26に示すように、比較例の黒い線の流入進路は概ね吸排気方向であるが(方向マークR3参照)、実施例の黒い線の流入進路は吸排気方向に対して傾いていて、右側から左側に角度をつけた方向となった(方向マークR4参照)。これらより、内燃機関110の吸気構造Sによれば、タンブル通路64の幅方向の湾曲により、吸入行程時の筒内への流れに角度をつけることができ、正タンブル流の回転軸線を傾かせることでき、タンブル通路64からの吸気を右側から燃焼室20に流入させることができることが理解できる。これは、タンブル通路64が偏った右側にある点火プラグからの火炎伝播を促すのに適する。
Compared to the comparative example of the intake structure S0 of the
上記コンピュータシミュレーション結果から、正タンブル流の回転軸線の傾き(軸傾き)、スワール比、及び、タンブル比を算出した。その結果を、図27から図29に示す。なお、横軸の「オフセット量」は、図30に示すように、シリンダ軸線Cを含むとともに吸排気方向に延びる仮想面ISつまり中心線Lxと、中心線Lxに平行であるタンブル通路64の右側の輪郭64rの接線L1との間の距離ROに対応する。したがって、オフセット量が大きくなるとは、タンブル通路64の右側への湾曲の程度が増すことを意味する。なお、図30のモデルでは、タンブル通路64の右側への湾曲の程度は、図16のモデルM1でのタンブル通路64の右側への湾曲の程度よりも強くなっていて、タンブル通路64の一部(例えば最大右突出部64s)は主通路66に重なっていない。From the above computer simulation results, the inclination (axial inclination) of the rotation axis of the normal tumble flow, the swirl ratio, and the tumble ratio were calculated. The results are shown in Figures 27 to 29. The "offset amount" on the horizontal axis corresponds to the distance RO between the imaginary plane IS, which includes the cylinder axis C and extends in the intake and exhaust direction, that is, the center line Lx, and the tangent line L1 of the right-
図27から図29には、5つのシミュレーションの結果が示されている。5つのシミュレーションのうちの3つのシミュレーションは、第1実施形態の内燃機関110の構成を備えるモデルでのシミュレーションであり、タンブル通路64のシリンダ軸線Cの方向の湾曲(図18参照)を同じとして、タンブル通路64の右側への湾曲の程度を変えて行った。その結果をプロットP1からP3として図27から図29に示す。つまり、例えば図27から図29におけるプロットP1は同一のシミュレーションにより得られたものである。そして、比較例として、参考例の内燃機関10の構成を備えたモデルでのシミュレーションにより得られた結果を図27から図29に破線で示すとともに、タンブル通路64を図18に示すようにシリンダ軸線Cの方向に湾曲させたが右側には湾曲させなかったモデルでのシミュレーションにより得られた結果を図27から図29にプロットRPで示す。
Figures 27 to 29 show the results of five simulations. Three of the five simulations were performed using a model having the configuration of the
タンブル流つまり正タンブル流の強化のためには、スワール比が小さく、タンブル比が大きいとよい。また、火炎伝播をより好適に生じさせるためには、点火プラグが設けられている右側にタンブル流の回転軸線が傾くことがよく、右側にタンブル流の回転軸線が傾くほど図27では縦軸の軸傾きが大きくなる。To strengthen the tumble flow, i.e., the positive tumble flow, it is better to have a small swirl ratio and a large tumble ratio. Also, to more effectively spread the flame, it is better to have the axis of rotation of the tumble flow tilted to the right where the ignition plug is located, and the more the axis of rotation of the tumble flow tilts to the right, the greater the axial tilt of the vertical axis in Figure 27 becomes.
図27から図29より、タンブル通路64をシリンダ軸線の方向に湾曲させることで、スワール比を下げ、タンブル比を上げることができることがわかる。そして、タンブル通路64を右側に湾曲させることで、スワール比を下げつつ、タンブル比を上げたまま、右側にタンブル流の回転軸線を傾かせることができることがわかる。27 to 29 show that the swirl ratio can be lowered and the tumble ratio can be raised by curving the
以上、本発明に係る実施形態及びその変形例等について説明したが、本発明はそれらに限定されない。本願の請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、種々の置換、変更が可能である。The above describes the embodiments and their modifications of the present invention, but the present invention is not limited thereto. Various substitutions and modifications are possible without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the claims of this application.
上記上記第1及び第2実施形態の内燃機関の吸気構造S,S1では、タンブル通路64を右側に偏らせて湾曲させたが、左側に偏らせて湾曲させてもよい。この場合、合流部65及び点火プラグは、仮想面ISの左側に設けられるとよい。なお、上記第1及び第2実施形態の内燃機関の吸気構造S,S1は、参考例の吸気構造S0の特徴、例えば偏位部90を有したが、この偏位部を有さないことも可能である。例えば、吸気構造S,S1のタンブル通路64は主通路66との合流部65まで完全に主通路66から独立するように形成されてもよい。In the intake structures S, S1 of the internal combustion engine of the first and second embodiments, the
10…内燃機関、12…シリンダブロック
14…シリンダヘッド、15…ピストン
20…燃焼室、28…吸気弁口、30…排気弁口
32…吸気ポート、34…排気ポート
38…吸気通路、40…スロットルボディ
40c…スロットル弁
46…吸気弁、50…排気弁
62…仕切部
64…タンブル通路(第1吸気通路)
66…主通路(第2吸気通路)
68…第1燃料噴射弁、70…第2燃料噴射弁
70a…燃料噴射弁
94c…タンブル弁
M、M1、M2、M3…立体モデル、S0、S、S1…吸気構造
10...internal combustion engine, 12...cylinder block
14...cylinder head, 15...piston
20...combustion chamber, 28...intake valve port, 30...exhaust valve port
32...intake port, 34...exhaust port
38…intake passage, 40…throttle body
40c…Throttle valve
46...intake valve, 50...exhaust valve
62…Partition
64…Tumble passage (first intake passage)
66…Main passage (second intake passage)
68: first fuel injector, 70: second fuel injector
70a…Fuel injection valve
94c…Tumble valve
M, M1, M2, M3...3D model, S0, S, S1...intake structure
Claims (8)
前記第1吸気通路(64)は、前記シリンダ軸線(C)の方向において前記第2吸気通路(66)から離れるように湾曲するとともに、前記シリンダ軸線(C)に直交するとともに吸排気方向に直交する幅方向において湾曲するように形成され、
前記第1吸気通路(64)は、前記シリンダ軸線(C)の方向においてクランク軸(17)側に凸に湾曲するように形成され、
前記第2吸気通路(66)の前記第1吸気通路(64)側を区画形成する下流側壁面(us)は、前記第1吸気通路(64)の下流側部分(64L)の湾曲形状に対応する湾曲形状を有している
ことを特徴とする内燃機関(110)の吸気構造(S1)。 An intake structure (S, S1) for an internal combustion engine (110) in which a first intake passage (64) and a second intake passage (66) for generating a tumble flow in the combustion chamber (20) are provided so as to overlap with each other in an intake passage (38) communicating with the combustion chamber (20) in a direction of a cylinder axis (C),
the first intake passage (64) is curved in the direction of the cylinder axis (C) so as to move away from the second intake passage (66), and is curved in a width direction perpendicular to the cylinder axis (C) and perpendicular to the intake and exhaust direction,
The first intake passage (64) is formed so as to be curved convexly toward the crankshaft (17) in the direction of the cylinder axis (C),
An intake structure (S1) for an internal combustion engine (110), characterized in that a downstream wall surface (us) that defines the first intake passage (64) side of the second intake passage (66) has a curved shape that corresponds to the curved shape of the downstream portion (64L) of the first intake passage (64).
前記第2吸気通路(66)は、第1吸気通路(64)の前記第1方向側に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関(110)の吸気構造(S1)。 When a direction from the crankshaft (17) side to the cylinder head (14) side in the direction of the cylinder axis (C) is defined as a first direction,
2. The intake structure (S1) of an internal combustion engine (110) according to claim 1, wherein the second intake passage (66) is provided on the first direction side of the first intake passage (64).
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関(110)の吸気構造(S1)。 The intake structure (S1) of an internal combustion engine (110) as described in claim 1 or 2, characterized in that a junction (65) of the first intake passage (64) with the second intake passage (66) is biased in the width direction with respect to an opening (28) of the intake port (34).
前記仮想面(IS)の一方側に、前記合流部(65)と、前記燃焼室(20)に臨む点火プラグが配置されている
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関(110)の吸気構造(S1)。 When a virtual plane (IS) including the cylinder axis (C) and extending in the intake and exhaust direction is defined,
The intake structure (S1) of an internal combustion engine (110) according to claim 3, characterized in that the confluence portion (65) and an ignition plug facing the combustion chamber (20) are arranged on one side of the imaginary plane (IS).
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の内燃機関(110)の吸気構造(S1)。 The intake structure (S1) of an internal combustion engine (110) as described in claim 3 or 4, characterized in that, in the width direction, the first intake passage (64) is formed so as to be convexly curved toward the same side as the side to which the junction portion (65) is biased.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の内燃機関(110)の吸気構造(S1)。 An intake structure (S1) for an internal combustion engine (110) as described in any one of claims 1 to 5, characterized in that a wall surface (ds) on the side of the second intake passage (66) that defines the first intake passage (64) is curved so as to be convex toward the crankshaft (17) in the direction of the cylinder axis (C).
ことを特徴とする請求項1から5、7のいずれか一項に記載の内燃機関(110)の吸気構造(S1)。 The intake structure (S1) of an internal combustion engine (110) according to any one of claims 1 to 5 and 7, characterized in that the downstream portion (64L) of the first intake passage (64) is formed so as to approach from the crankshaft (17) side to the cylinder head (24) side in the direction of the cylinder axis (C) as it approaches the downstream side in the intake flow direction.
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