(57)【要約】【課題】  低負荷運転から高負荷運転に至るまで所望の強いスワールを生成することができ、エンジンの燃焼効率を大幅に高めることができるようにする。【解決手段】  エンジンの燃焼室（４）に開口する吸気ポート（６，８）と、この吸気ポートを通して燃焼室内へ給気を供給する吸気路（１４，１６）と、吸気ポートの上流側の吸気路内に半径方向に突設されて燃焼室内へ供給される給気にスワールを発生させるスワール生成突起（３４，３６）とを備え、上記吸気路は、吸気ポートの近傍に湾曲部（２２，２４）を有し、この湾曲部は、曲率の小さい内側湾曲部（２６，２８）と曲率の大きい外側湾曲部（３０，３２）とを有し、上記スワール生成突起は、湾曲部の下流側かつ内側湾曲部側に配設される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（２）の燃焼室（４）に開口する吸気ポート（６，８）と、前記吸気ポートを通して前記燃焼室内へ給気を供給する吸気路（１４，１６）と、前記吸気ポートの上流側の前記吸気路内に半径方向に突設されて前記燃焼室内へ供給される給気にスワールを発生させるスワール生成突起（３４，３６）とを備えたエンジンのスワール生成装置において、前記吸気路は、前記吸気ポートの近傍に湾曲部（２２，２４）を有し、前記湾曲部は、曲率の小さい内側湾曲部（２６，２８）と曲率の大きい外側湾曲部（３０，３２）とを有し、前記スワール生成突起は、前記湾曲部の下流側かつ前記内側湾曲部側に配設されることを特徴とするエンジンのスワール生成装置。
【請求項２】
前記スワール生成突起（３４，３６）は、前記吸気路（１４，１６）の前記内側湾曲部（２６，２８）の下流側終点（４４，４６）における平均直径をＤとしたとき、上流側縁部（４８，５０）が前記内側湾曲部の前記下流側終点から下流側に（０〜０．２）×Ｄの範囲内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのスワール生成装置。
【請求項３】
前記スワール生成突起（３４，３６）は、前記吸気路（１４，１６）の中心からの周方向の開き角度（α）が１００°〜１４０°の範囲内の大きさに形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンのスワール生成装置。
【請求項４】
前記エンジン（２）は、第１及び第２の２つの前記吸気ポート（６，８）と前記燃焼室（４）内へ前記第１吸気ポート及び前記第２吸気ポートを通じて前記給気を供給する第１及び第２の前記吸気路（１４，１６）とをそれぞれ有し、前記第１及び第２吸気路は、ほぼ同方向へ湾曲する第１及び第２の前記湾曲部（２２，２４）をそれぞれ有し、前記第１吸気ポートは、前記第２湾曲部に対して前記第２吸気ポートよりも遠い側に配設され、前記第１吸気路内に突設される前記スワール生成突起（３４）の前記第１吸気路内における周方向の中心位置を示す半径方向中心線（３５）は、前記第１吸気ポートの中心と前記第２吸気ポートの中心とを結ぶ吸気ポート基準線（３）に対して１１０°〜１５０°の範囲内の角度（θ１）に配置され、前記第２吸気路内に突設される前記スワール生成突起（３６）の前記第２吸気路内における周方向の中心位置を示す半径方向中心線（３７）は、前記吸気ポート基準線に対して１４０°〜２００°の範囲内の角度（θ２）に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエンジンのスワール生成装置。
【請求項５】
前記スワール生成突起（３４，３６）の前記吸気路（１４，１６）内における周方向の中心位置を示す半径方向中心線（３５，３７）は、前記吸気路の前記内側湾曲部（２６，２８）の周方向中央部を結ぶ内側湾曲部軸線（２７，２９）に対して周方向に±２０°の範囲内の角度（β）に配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のエンジンのスワール生成装置。
【請求項６】
前記吸気ポート（６，８）は、前記燃焼室（４）へ供給される給気を開閉する吸気バルブと前記吸気バルブがシートするシートリング（４２）とを有し、前記スワール生成突起（３４，３６）は、前記シートリングと一体に形成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のエンジンのスワール生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室内に強いスワールを生成して燃焼効率を高めるためのエンジンのスワール生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジン、ディーゼルエンジン等においては、燃焼室に強制的にスワールを発生させ、これにより燃焼効率を高める技術が広く知られている。従来のエンジンでは、このスワールを生成するために、吸気ポートにリング状のマスクプレートを設け、このマスクプレートの内周縁部に凸状突起を設けていた。これにより、給気が吸気ポートを通過する際に方向性を与えて燃焼室内にスワールを生成し、燃料粒と空気との混合を促進してエンジンの燃焼効率を向上させていた。
【０００３】
しかしながら、このマスクプレートを設けることにより吸気ポートの開口面積が狭められるため、吸気抵抗が増大し、特に高負荷運転時に給気量が減少するという問題が発生した。このため、この吸気抵抗を低減しつつ、低負荷運転から高負荷運転に至るまで所望のスワールを形成することができる、エンジンの吸気装置及びスワール生成板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２２７３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１に記載のエンジンの吸気装置及びスワール生成板においては、図１０及び図１１に示すように、燃焼室１００内にスワールを生成するためのスワール生成突起（スワール生成板）１０１，１０２が、吸気ポート１０３，１０４の全周ではなく、この吸気ポート１０３，１０４の上流側で湾曲した形状を有して燃焼室１００へ給気を導く吸気路１０５，１０６の、外側湾曲部１０７，１０８側に形成される。
【０００５】
これにより、吸気ポート１０３，１０４の開口面積を必要以上に狭めることなく、低負荷運転から高負荷運転に至るまで、吸気抵抗を低減しつつ効率的に所望のスワールを生成することができる、というものである。
【０００６】
しかしながら、本願発明者らが行なったシミュレーション結果によれば、スワールを生成するためのマスクプレートを吸気路の外側湾曲部側に形成することが、必ずしも燃焼室内に強いスワールを生成する上で最適ではないことが判明した。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、低負荷運転から高負荷運転に至るまで所望の強いスワールを生成することができ、エンジンの燃焼効率を大幅に高めることができる、エンジンのスワール生成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、エンジンの燃焼室に開口する吸気ポートと、吸気ポートを通して燃焼室内へ給気を供給する吸気路と、吸気ポートの上流側の吸気路内に半径方向に突設されて燃焼室内へ供給される給気にスワールを発生させるスワール生成突起とを備えたエンジンのスワール生成装置において、吸気路は、吸気ポートの近傍に湾曲部を有し、この湾曲部は、曲率の小さい内側湾曲部と曲率の大きい外側湾曲部とを有し、スワール生成突起は、湾曲部の下流側かつ内側湾曲部側に配設されることにある。
【０００９】
本発明のエンジンのスワール生成装置によれば、スワール生成突起が吸気路の湾曲部の下流側かつ、特に内側湾曲部側に配設されるから、スワール生成突起が吸気路の外側湾曲部側に配設される従来のエンジンのスワール生成装置に対し、燃焼室内にそれとは反対方向の強い旋回流が生成される。吸気抵抗がわずかに増加するものの、従来のスワール生成装置比で、旋回速度が２０％程度大きい強いスワールを形成することができる。
【００１０】
好ましくは、スワール生成突起は、吸気路の内側湾曲部の下流側終点における平均直径をＤとしたとき、上流側縁部が内側湾曲部の下流側終点から下流側に（０〜０．２）×Ｄの範囲内に配置される。このように、スワール生成突起を吸気路の内側湾曲部の直ぐ下流側に設けることにより、湾曲部の作用を受けて、より強いスワールを生成することができる。
【００１１】
好ましくは、上記スワール生成突起は、吸気路の中心からの周方向の開き角度が１００°〜１４０°の範囲内の大きさに形成される。これは、吸気路の中心からの周方向の開き角度が１４０°を超えると、スワール生成突起が吸気路や吸気ポートを塞ぐ面積が比較的大きくなり、それによって吸気抵抗が増加することが懸念され、その角度αが１００°未満では強いスワールを生成するという点で不利になるためである。
【００１２】
好ましくは、エンジンは、第１及び第２の２つの吸気ポートと、燃焼室内へ第１吸気ポート及び第２吸気ポートを通じて給気を供給する第１及び第２の吸気路とをそれぞれ有し、第１及び第２吸気路は、ほぼ同方向へ湾曲する第１及び第２の湾曲部をそれぞれ有し、第１吸気ポートは、第２湾曲部に対して第２吸気ポートよりも遠い側に配設され、第１吸気路内に突設されるスワール生成突起の第１吸気路内における周方向の中心位置を示す半径方向中心線は、第１吸気ポートの中心と第２吸気ポートの中心とを結ぶ吸気ポート基準線に対して１１０°〜１５０°の範囲内の角度に配置され、第２吸気路内に突設されるスワール生成突起の第２吸気路内における周方向の中心位置を示す半径方向中心線は、上記吸気ポート基準線に対して１４０°〜２００°の範囲内の角度に配置される。
【００１３】
２つの吸気ポートを有するエンジンについては、各吸気ポートから燃焼室内へ流入した給気が燃焼室の側壁などから受ける影響が各吸気ポート毎に異なるため、スワール生成突起の上記半径方向中心線と、第１吸気ポートの中心と第２吸気ポートの中心とを結ぶ吸気ポート基準線とがなす角度を、各スワール生成突起についてそれぞれ適切な範囲内に設定する必要がある。このようにすることにより、一段と強いスワールを生成することができる。
【００１４】
好ましくは、スワール生成突起の吸気路内における周方向の中心位置を示す半径方向中心線は、吸気路の内側湾曲部の周方向中央部を結ぶ内側湾曲部軸線に対して、周方向に±２０°の範囲内の角度に配置される。このように、スワール生成突起を吸気路の内側湾曲部に対して、その周方向中央部の近傍の、より狭い角度範囲に配置することにより、一段と強いスワールを生成することができる。
【００１５】
好ましくは、上記吸気ポートは、燃焼室へ供給される給気を開閉する吸気バルブとこの吸気バルブがシートするシートリングとを有し、上記スワール生成突起は、このシートリングと一体に形成される。このように、スワール生成突起をシートリングと一体に形成することにより、スワール生成突起を吸気路内に極めて容易に取り付けることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のエンジンのスワール生成装置は、エンジンの燃焼室に開口する吸気ポートと、吸気ポートを通して燃焼室内へ給気を供給する吸気路と、吸気ポートの上流側の吸気路内
に半径方向に突設されて燃焼室内へ供給される給気にスワールを発生させるスワール生成突起とを備えたエンジンのスワール生成装置において、吸気路は、吸気ポートの近傍に湾曲部を有し、この湾曲部は、曲率の小さい内側湾曲部と曲率の大きい外側湾曲部とを有し、スワール生成突起は、湾曲部の下流側かつ内側湾曲部側に配設されるから、低負荷運転から高負荷運転に至るまで所望の強いスワールを生成することができ、エンジンの燃焼効率を大幅に高めることができる、という優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るエンジンのスワール生成装置の発明を実施するための最良の形態を、図１ないし図９を参照して詳細に説明する。図１は、本発明のエンジンのスワール生成装置を実施するための最良の形態を示す平面図、図２は、図１のスワール生成装置を示す正面図、図３は、図１のスワール生成突起の形状及びその周方向の取付角度を示す平面図、図４は、図１のスワール生成突起と一体に形成されたシートリングを示す斜視図、図５は、図１のスワール生成突起の配置を示す正面図、図６は、図１のスワール生成突起のエンジン上の配置を示す平面図、図７は、図１のスワール生成装置により発生したスワールの流線を示す平面図、図８は、ピストン位置と吸気抵抗による給気圧力低下との関係を示すグラフ、図９は、シリンダ中心からの距離とスワールの旋回速度との関係を示すグラフである。
【００１８】
図１は、一例として多気筒エンジン２の１つ燃焼室４を示し、この燃焼室４の上部には２つの吸気ポート、すなわち、第１吸気ポート６と第２吸気ポート８が一列に並ぶようにそれぞれ開口する。また、この燃焼室４の上部には、２つの排気ポート１０，１２が一列に並ぶようにそれぞれ開口する。
【００１９】
第１吸気ポート６及び第２吸気ポート８には、この第１吸気ポート６及び第２吸気ポート８を通して燃焼室４内へ給気を供給する第１吸気路１４及び第２吸気路１６が取り付けられる。２つの排気ポート１０，１２には、排気路１８，２０が取り付けられる。
【００２０】
図２に示すように、第１吸気路１４及び第２吸気路１６は、上述の第１及び第２吸気ポート６，８の近傍に、ほぼ同方向へ湾曲する湾曲部２２，２４をそれぞれ有し、これらの湾曲部２２，２４は、曲率の小さい内側湾曲部２６，２８と曲率の大きい外側湾曲部３０，３２とをそれぞれ有する。
【００２１】
第１及び第２吸気ポート６，８の上流側の吸気路１４，１６内には、スワール生成突起３４，３６が半径方向にそれぞれ突設される。このスワール生成突起３４，３６は、各湾曲部２２，２４の下流側で、かつその内側湾曲部２６，２８の側にそれぞれ配設され、燃焼室４内へ供給される給気にスワールを発生させる。
【００２２】
図３に示すように、スワール生成突起３４，３６の吸気路１４，１６内における周方向の中心位置を示す半径方向中心線３５，３７は、吸気路１４，１６の内側湾曲部２６，２８の周方向中央部を結ぶ内側湾曲部軸線２７，２９に対して、特に周方向に±２０°の範囲内の角度βに配置されることが望ましい。
【００２３】
また、この半径方向中心線３５，３７は、内側湾曲部軸線２７，２９にほぼ一致させるように配置することがさらに望ましい。このように、スワール生成突起３４，３６を各吸気路１４，１６の内側湾曲部２６，２８の内側湾曲部軸線２７，２９を中心とする、より狭い角度範囲に配置することにより、一段と強いスワールを生成することができる。ただし、上記角度βは、必ずしもこの±２０°の範囲内に限定されるものではない。
【００２４】
各スワール生成突起３４，３６は、各吸気路１４，１６の中心からの周方向の開き角度
αが、１００〜１４０°の範囲内の大きさにそれぞれ形成されることが望ましい。これは、この開き角度αが１４０°を超えると、スワール生成突起３４，３６が吸気路１４，１６や吸気ポート６，８を塞ぐ面積が比較的大きくなり、それによって吸気抵抗が増加することが懸念され、その角度αが１００°未満では強いスワールを生成するという点で不利になるためである。ただし、上記角度αは、必ずしもこの１００〜１４０°の範囲内に限定されるものではない。
【００２５】
各スワール生成突起３４，３６は、各吸気路１４，１６の半径方向に突出する突出縁部３８，４０が直線状に形成される。図１及び図２に示す各吸気ポート６，８には、燃焼室４へ供給される給気を開閉する図示しない吸気バルブと、この吸気バルブがシートするシートリングとが配設される。このシートリングは、燃焼室４の各吸気ポート６，８に圧入される。
【００２６】
図４に示すように、各スワール生成突起３４，３６は、円筒状のシートリング４２の上部にこれと一体に形成されて、各吸気ポート６，８に取り付けられる。したがって、各スワール生成突起３４，３６を各吸気路１４，１６内に極めて容易に取り付けることができる。
【００２７】
図５に示すように、各スワール生成突起３４，３６は、各吸気路１４，１６の内側湾曲部２６，２８の下流側終点４４，４６における平均直径をＤとしたとき、各スワール生成突起３４，３６の上流側縁部４８，５０が内側湾曲部２６，２８の下流側終点４４，４６から下流側に、（０〜０．２）×Ｄの範囲内に配置される。
【００２８】
このように、各スワール生成突起３４，３６を各吸気路１４，１６の内側湾曲部２６，２８の直ぐ下流側に設けることにより、湾曲部２２，２４の影響を強く受けて、スワール生成に大きく寄与する。ただし、各スワール生成突起３４，３６の上流側縁部４８，５０の位置は、必ずしもこの（０〜０．２）×Ｄの範囲内に限定されるものではない。
【００２９】
図６に示すように、上述の第１吸気ポート６は、第２吸気路１６の第２湾曲部２４に対して、第２吸気ポート８よりも遠い側に配設される。そして、第１吸気路１４内に突設されるスワール生成突起３４の半径方向中心線３５は、第１吸気ポート６の中心と第２吸気ポート８の中心とを結ぶ吸気ポート基準線３に対して、１１０°〜１５０°の範囲内の角度θ１に配置される。また、第２吸気路１６内に突設されるスワール生成突起３６の半径方向中心線３７は、この吸気ポート基準線３に対して１４０°〜２００°の範囲内の角度θ２に配置される。
【００３０】
これは、２つの吸気ポート６，８を有するエンジン２については、吸気ポート６，８から燃焼室４内へ流入した給気が燃焼室４の側壁５などから受ける影響がそれぞれ異なるため、スワール生成突起３４，３６の半径方向中心線３５，３７と上記吸気ポート基準線３とがなす各角度θ１，θ２を、各スワール生成突起３４，３６についてそれぞれ適切な範囲内の角度に設定する必要があるからである。ただし、上記角度θ１，θ２は、必ずしも上述の１１０°〜１５０°の範囲内及び１４０°〜２００°の範囲内に、それぞれ限定する必要はない。
【００３１】
次に、本発明のエンジンのスワール生成装置の作用について、シミュレーションの結果に基づいて説明する。以下に、本シミュレーションの実施条件を示す。
【００３２】
（エンジン側条件）
シリンダ径：φ２００ｍｍ
ストローク長さ：３００ｍｍ
吸気バルブリフト量：１６．８ｍｍ
排気バルブリフト量：１５．１ｍｍ
エンジン回転数：９００ｒｐｍ
計算開始時期：吸気行程の上死点前−３０°
計算開始時の初期条件
シリンダ内圧力：２．３３×１０5 Ｐａ（相対圧）  温度：５００°Ｃ
吸気管内圧力：２．５５×１０5 Ｐａ（相対圧）  温度：４０°Ｃ
排気管内圧力：２．１１×１０5 Ｐａ（相対圧）  温度：５００°Ｃ
【００３３】
（スワール生成突起形状）
本発明の突起（図１及び図２）の周方向開き角度：１４０°
従来の突起（図１０及び図１１）の周方向開き角度：１４０°  半径方向幅：８ｍｍ
【００３４】
図７に、上述の本発明のスワール生成装置を実施したエンジンの燃焼室４内の気流を流線によって示し、図１２に、図１０及び図１１に示す従来のスワール生成装置を実施したエンジンの燃焼室１００内の気流を流線によって示す。
【００３５】
図１０及び図１１に示す従来のスワール生成装置を実施したエンジンの燃焼室１００内においては、スワール生成突起１０１，１０２が吸気路１０５，１０６の、特に外側湾曲部１０７，１０８側に配設されているため、図１２に示すように、主として図示時計回りのスワールが発生している一方、図示反時計回りのスワールの発生も見受けられる。このため、スワールの旋回速度が全体として低下している。
【００３６】
これに対し、本発明のスワール生成装置を実施したエンジンの燃焼室４内においては、スワール生成突起３４，３６が吸気路１４，１６の湾曲部２２，２４の下流側かつ、特に内側湾曲部２６，２８側に配設されているため、図７に示すように、燃焼室４の中心部を除いて、全体として図示反時計回りのスワールが発生している。従来のスワール生成装置と比べてこの点において大きな相違があり、旋回速度が２０％程度大きい強いスワールが生成されている。
【００３７】
これは、本発明のスワール生成装置では、図６に示すように、スワール生成突起３４，３６によってスワール生成突起３４，３６側への給気の流れが妨げられるため、給気が、吸気ポート６，８のスワール生成突起３４，３６の反対側の部分から、かつ、スワール生成突起３４，３６の周方向中心線３５，３７の方向に流れ出るためである。
【００３８】
そして、第１吸気ポート６から燃焼室４内へ流入した給気は、燃焼室４の側壁５に衝突したのち、この側壁５に沿って図示反時計回りに流れる。逆に、このような流れが形成されるように、上述のスワール生成突起３４の半径方向中心線３５と、第１吸気ポート６の中心と第２吸気ポート８の中心とを結ぶ吸気ポート基準線３とがなす角度θ１を設定している。
【００３９】
また、第２吸気ポート８から燃焼室４内へ流入した給気は、第１吸気ポート６から流入した給気の上記作用により、図示反時計回りに流れる。逆に、このような流れが形成されるように、上述のスワール生成突起３６の半径方向中心線３７と、第１吸気ポート６の中心と第２吸気ポート８の中心とを結ぶ吸気ポート基準線３とがなす角度θ２を設定している。このように、各スワール生成突起３４，３６は、いずれも燃焼室４内に図示反時計回りのスワールを生成するように作用する。
【００４０】
図８に示すように、本発明のスワール生成装置は、上述の従来のスワール生成装置と比べて、ほとんどすべてのピストン位置において、吸気抵抗による給気圧力が若干低下して
いる。したがって、例えば高負荷運転時における給気量に関する限り、従来のスワール生成装置よりも若干不利とも言える。しかしながら、図９に示すように、本発明のスワール生成装置は、上述の従来のスワール生成装置と比べて、ほとんどすべてのシリンダの中心からの距離において、スワールの旋回速度が２０％程度増加している。
【００４１】
このように、本発明のエンジンのスワール生成装置は、低負荷運転から高負荷運転に至るまで、燃焼室４内に強いスワールを生成することができ、高負荷運転時などにおける給気量の若干の減少を考慮したとしても、それを上回るかたちでエンジンの燃焼効率を大幅に高めることができる。
【００４２】
なお、本発明は上述の一実施の形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能であり、本発明の範囲から除外されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のエンジンのスワール生成装置の発明を実施するための最良の形態を示す平面図である。
【図２】図１のスワール生成装置を示す正面図である。
【図３】図１のスワール生成突起の形状及びその取付角度を示す平面図である。
【図４】図１のスワール生成突起と一体に形成されたシートリングを示す斜視図である。
【図５】図１のスワール生成突起の配置を示す正面図である。
【図６】図１のスワール生成突起のエンジン上の配置を示す平面図である。
【図７】図１のスワール生成装置により発生したスワールの流線を示す平面図である。
【図８】ピストン位置と吸気抵抗による給気圧力低下との関係を示すグラフである。
【図９】シリンダ中心からの距離とスワールの旋回速度との関係を示すグラフである。
【図１０】従来のエンジンのスワール生成装置をを示す平面図である。
【図１１】図９のスワール生成装置を示す正面図である。
【図１２】図９のスワール生成装置により発生したスワールの流線を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
２  エンジン
３  吸気ポート基準線
４  燃焼室
５  側壁
６  第１吸気ポート
８  第２吸気ポート
１０，１２  排気ポート
１４  第１吸気路
１６  第２吸気路
１８，２０  排気路
２２，２４  湾曲部
２６  内側湾曲部
２７  内側湾曲部軸線
２８  内側湾曲部
２９  内側湾曲部軸線
３０，３２  外側湾曲部
３４  スワール生成突起
３５  半径方向中心線
３６  スワール生成突起
３７  半径方向中心線
３８，４０  突出縁部
４２  シートリング
４４，４６  下流側終点
４８，５０  上流側縁部
１００  燃焼室
１０１，１０２  スワール生成板
１０３，１０４  吸気ポート
１０５，１０６  吸気路
１０７，１０８  外側湾曲部
Ｄ  平均直径
α  開き角度
β  角度
θ１，θ２  角度
【図１】
2007247618.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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