(57)【要約】【課題】吸気系で生成された渦流を乱れさせることなく気筒に導くことができるようにする。【解決手段】シリンダ室３ａに連通する吸気通路１を直線状の上流側吸気通路１ａと下流側吸気通路１ｂとに分離し、その間に渦流生成室８を設けると共に、両吸気通路１ａ，１ｂを、渦流生成室８を挟んで直交させる。吸気行程において上流側吸気通路１ａを通過する新気は加速されて渦流生成室８に流入し、渦流を生成しながら下流側吸気通路１ｂに流入される。従って、ＴＧＶやＳＣＶを用いることなく簡単な構造で渦流を生成することができる。【選択図】図１
2013209944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダ室に連通する吸気通路に球体容積室を設け、
前記球体容積室の上流側に配設した上流側吸気通路と下流側に配設した下流側吸気通路とを略直線状に形成すると共に、
前記上流側吸気通路と前記下流側吸気通路とを、前記球体容積室を挟んで交差する方向に配設した
ことを特徴とするエンジンの吸気構造。
【請求項２】
前記上流側吸気通路が前記球体容積室に対して渦流に沿う接線方向に配設されている
ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気構造。
【請求項３】
前記吸気通路は吸気マニホルドに設けられている吸気ブランチであり、該吸気ブランチが前記上流側吸気通路である上流側ブランチ部と前記下流側吸気通路である下流側ブランチ部とから成り、該両ブランチ部の間に前記球体容積室である渦流生成部が設けられている
ことを特徴とする請求項１或いは２記載のエンジンの吸気構造。
【請求項４】
前記上流側吸気通路と前記下流側吸気通路とが前記球体容積室を挟んで直交されている
ことを特徴とする請求項１或いは２記載のエンジンの吸気構造。
【請求項５】
前記上流側ブランチ部と前記下流側ブランチ部とが前記渦流生成室を挟んで直交されている
ことを特徴とする請求項３記載のエンジンの吸気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ室内に供給される新気に渦流を生成させるエンジンの吸気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの吸気系においては、燃焼を改善して燃費を向上させると共に排気エミッションの低減を図る技術として吸気ポートの一部を、タンブルコントロールバルブ(TGV)やスワールコントロールバルブ(SCV)）等で閉塞して、シリンダに供給する新気の流速を高め、シリンダ室内に渦流（タンブル流、スワール流）を生成させる技術が知られている。
【０００３】
又、上述したようなバルブを用いることなく渦流を生成する技術も知られている。例えば特許文献１（特許第４８５０７３６号公報）には、シリンダヘッドの吸気ポートに螺旋状の渦巻部を形成し、この渦巻部を通過する新気に螺旋状の渦流を生成させ、この渦流をシリンダ室内に供給する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８５０７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した文献に開示されている技術は、渦巻部をシリンダヘッド内に形成する構造であり、多気筒エンジンでは、全ての気筒に連通する吸気ポートに渦巻部を形成しなければならず、製造コストが嵩む問題がある。
【０００６】
又、上述した文献に開示されている技術では、シリンダ室の直上流に渦巻部が形成されているため、旋回流が充分に生成されていない新気もそのままシリンダに流入してしまい、シリンダ室内の渦流に乱れが生じやすい問題がある。
【０００７】
これに対処するに、例えば吸気チャンバ内で新気に渦流を生成し、この生成された渦流をシリンダ側へ導くことも考えられるが、多気筒エンジンの場合、吸気チャンバで生成された渦流は、吸気マニホルドを介して各気筒に分散されるため、渦流を乱れさせることなく各気筒へ導くことは困難である。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で製造が容易となり、しかも生成された渦流を乱れさせることなくシリンダ室に導くことのできるエンジンの吸気構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるエンジンの吸気構造は、エンジンのシリンダ室に連通する吸気通路に球体容積室を設け、前記球体容積室の上流側に配設した上流側吸気通路と下流側に配設した下流側吸気通路とを略直線状に形成すると共に、前記上流側吸気通路と前記下流側吸気通路とを、前記球体容積室を挟んで交差する方向に配設した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シリンダ室に連通する吸気通路に球体容積室を設け、この吸気通路を、球体容積室を挟んで略直線状の上流側吸気通路と下流側吸気通路とし、更に、この両吸気通路を交差する方向に配設したので、エンジンの吸気行程において吸気通路に吸い込まれる新気は、直線状の上流側吸気通路を通過する際に加速されて球体容積室に流入した後、下流側吸気通路へ流れる。球体容積室に流入した新気は角運動量保存の法則により回転速度が次第に増加されて下流側吸気通路へ流れ込みながら渦流が生成される。生成された渦流はシリンダ室に乱れを生じさせることなく流入するため、シリンダ室に強力な渦流（スワール流）を生成させることができる。又、球体容積室を上流側吸気通路と下流側吸気通路との間に設けただけの簡単な構造であるため、製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例を示し、（ａ）エンジンの概略図、（ｂ）（ａ）のｂ−ｂ断面図
【図２】同、図１の吸気系と比較するための他の吸気系の概略図
【図３】第２実施形態を示し、（ａ）は吸気通路の概略平面断面図、（ｂ）（ａ）のｂ−ｂ断面図
【図４】第３実施例によるエンジンの一部断面正面図
【図５】同、吸気系の要部斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
先ず、本発明による吸気構造の基本構成を、図１を用いて説明する。図１の符号１は吸気通路であって円筒状に形成されており、この吸気通路の上流にスロットルバルブ（図示せず）が設けられ、下流が吸気ポート２を介してエンジン本体３のシリンダ室３ａに連通されている。シリンダ室３ａはピストン４の往復直線運動により容積が可変される。すなわち、ピストン４が下降される吸気行程では、吸気ポート２に配設されている吸気バルブ５が開弁され、排気通路（図示せず）に連通する排気ポート６に設けた排気バルブ７が閉弁し、ピストン４の下降に伴う負圧により、吸気通路１側からシリンダ室３ａ内に新気が導入される。一方、排気行程では、ピストン４が上昇すると共に、吸気バルブ５が閉弁し、排気バルブ７が開弁されて燃焼ガスが排気通路（図示せず）側へ排出される。
【００１４】
吸気通路１は、スロットルバルブ側に連通する直線状の上流側吸気通路１ａと吸気ポート２に連通する直線状の下流側吸気通路１ｂとを有し、両吸気通路１ａ，１ｂの軸芯が直交された状態で配設されていると共に、この両吸気通路１ａ，１ｂ間に球体容積室としての渦流生成室８が設けられている。この渦流生成室８は球体であり、両吸気通路１ａ，１ｂの軸芯は、この両吸気通路１ａ，１ｂに挟まれた渦流生成室８の中心で交差されている。又、この渦流生成室８の直径は、上流側吸気通路１ａの直径の少なくとも２倍あればよく、２倍程度であっても充分な渦流を生成させることができる。尚、下流側吸気通路１ｂの直径は上流側吸気通路１ａと同一である。
【００１５】
このような基本構成からなる吸気構造では、吸気行程において、（ａ）に矢印Ａで示すようにピストン４が下降すると共に、吸気バルブ５が開弁すると、シリンダ室３ａの容積拡大により負圧が生成し、上流側吸気通路１ａにスロットルバルブ側から新気が導入される。この新気は、直線状の上流側吸気通路１ａを通過する際に層流状態のまま加速されて、その状態で渦流生成室８に流入される。
【００１６】
この渦流生成室８は球状に形成されているため、この渦流生成室８に流入した新気は、その壁面に沿って、回転運動を行いながら下流側吸気通路１ｂの中心に向かって移動する。
【００１７】
下流側吸気通路１ｂは渦流生成室８の中心を通る軸上であって、上流側吸気通路１ａと直交する位置に配設されているため、渦流の回転中心は渦流生成室８の中心であって、下流側吸気通路１ｂの軸上に形成される。回転運動をしながら中心向かう渦流は、角運動量保存の法則により回転速度が次第に増加され、負圧の発生している下流側吸気通路１ｂ側へ吸い込まれる。従って、下流側吸気通路１ｂの軸芯を渦流生成室８の中心を通り、上流側吸気通路１ａの軸芯と直交する位置に設けることで、渦流生成室８で生成した回転速度の増加された強力な渦流を下流側吸気通路１ｂへ、殆ど乱れを生じさせることなく導くことができる。
【００１８】
新気は下流側吸気通路１ｂを、この下流側吸気通路１ｂの軸芯を中心とする渦流を発生させながら螺旋状に進んでシリンダ室３ａに流入する。すると、新気はシリンダ室３ａ内に、強力な渦流を発生させて流入するため、この渦流にて燃料が均質に混合される。
【００１９】
一般に、ポート噴射式インジェクタでは、燃料噴射タイミングを吸気バルブ５が開弁する前に終了させて、吸気ポート２内で充分な均一混合気を生成させるようにしているが、本発明によれば、シリンダ室３ａ内に強力な渦流を発生させているため、燃料噴射の終了タイミングを吸気バルブ５が開弁した後まで延ばすことができ、その分、壁面付着燃料量が減少し、相対的に燃費を向上させることができる。従って、本発明による吸気構造は、特に、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンで採用している、燃料をシリンダ室３ａへ直接噴射する筒内噴射エンジンに適用することで、より燃費を向上させることができる。
【００２０】
又、吸気通路１を上流側吸気通路１ａと下流側吸気通路１ｂとに分離させると共に、この両通路１ａ，１ｂ間に渦流生成室８を設けただけの簡単な構造であるため、製造が容易である。
【００２１】
本発明による吸気構造では、渦流生成室８に到達する新気を、先ず、層流にするために、上流側吸気通路１ａはある程度の直線状の長さが必要になる。一方、下流側吸気通路１ｂは渦流生成室８で生成された渦流を減衰させること無くシリンダ室３ａへ導くだけのものであるため、吸気ポート２に近い位置、すなわち、なるべく短い方が好ましい。
【００２２】
因みに、図２に示すように、上流側吸気通路１ａと下流側吸気通路１ｂとを湾曲部１１で連通した場合、この湾曲部１１の内周部１１ａを、図に一点鎖線で示すように、両吸気通路１ａ，１ｂと同様、一様な直径で曲げ形成するよりも、実線で示すように、内周部１１ａの曲率（１／ｒ）を小さくした方が、内周側を新気が通過しやすくなるため、偏りが生じ難く、その分、圧力損失を低減することができる。しかし、新気は渦流が生成されない状態で下流側吸気通路１ｂを通過するため、シリンダ室３ａに導入される新気に適度な乱れが生じ難く、従って、吸気バルブが開弁した際に噴射された燃料はシリンダ室３ａ内で充分に均質化されず、燃焼効率を向上させることはできない。
【００２３】
［第２実施形態］
図３に本発明の第２実施形態を示す。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
本実施形態は、上流側ブランチ部３３ａの下流端を渦流生成室８に対して接線方向に接続したものである。この上流側ブランチ部３３ａの接続方向は渦流の旋回方向に沿う方向、すなわち、北半球においては渦流生成室８の右側に接続する。尚、下流側ブランチ部３３ｂは、第１実施形態と同様、渦流生成室８の中心に接続されている。
【００２５】
本実施形態では、上流側ブランチ部３３ａを渦流生成室８に対し、この渦流生成室８で生成される渦流に沿う接線方向に接続したので、渦流の生成を助勢することができ、シリンダ室３ａ（図１参照）内に、より強力なスワール流を生成させることができる。
【００２６】
［第３実施形態］
図４、図５に本発明の第３実施形態を示す。本実施形態は、第１、第２実施形態で説明した吸気構造を水平対向型エンジンの吸気マニホルドに適用したものである。
【００２７】
本実施形態による水平対向型エンジン（以下、単に「エンジン」と称する）２１は、４気筒エンジンが示されている。このエンジン２１の構成について簡単に説明する。
【００２８】
図中の符号２２はエンジン本体であり、このエンジン本体２２の左右両バンク２２Ｌ，２２Ｒに２気筒ずつ配設され、各バンク２２Ｌ，２２Ｒの頂部にシリンダヘッド２３が冠設されている。各気筒のシリンダ室２４は、ピストン２５、シリンダボア２７、シリンダヘッド２３で囲まれ、ピストン２５の進退動作により容積が可変される。シリンダヘッド２３には、シリンダ室２４に連通する吸気ポート２６と排気ポート２８とが気筒毎に設けられ、吸気ポート２６が吸気バルブ２９により開閉自在にされ、排気ポート２８が排気バルブ３１により開閉自在にされている。
【００２９】
又、吸気ポート２６は各バンク２２Ｌ，２２Ｒの上面方向へ直線状に延出されて開口されている。一方、排気ポート２８の下流端が各バンク２２Ｌ，２２Ｒの下面に開口されて、排気通路３０に連通されている。
【００３０】
又、エンジン本体２２の上方であって、左右両バンク２２Ｌ，２２Ｒの中央に吸気チャンバ３４が配設され、この吸気チャンバ３４の両側に吸気マニホルド３２が配設されている。この各吸気マニホルド３２は、各気筒の吸気ポート２６に連通する吸気ブランチ３３をそれぞれ有しており、各吸気ブランチ３３は、吸気チャンバ３４側に連通する上流側ブランチ部３３ａと吸気ポート２６側に連通する下流側ブランチ部３３ｂと、両ブランチ部３３ａ，３３ｂ間に配設されている渦流生成部３３ｃとを有している。尚、この吸気ブランチ３３が、第１実施形態の吸気通路１に対応し、上流側ブランチ部３３ａが上流側吸気通路１ａに対応し、下流側ブランチ部３３ｂが下流側吸気通路１ｂに対応し、渦流生成部３３ｃが渦流生成室８に対応している。
【００３１】
上流側ブランチ部３３ａは吸気チャンバ３４から水平方向へ直線状に延出され、又、下流側ブランチ部３３ｂは吸気ポート２６の上流側の延出方向に直線状に連続された状態で接続されている。この両ブランチ部３３ａ，３３ｂは軸芯が直交された状態で配設されており、その軸芯の交点に渦流生成部３３ｃが設けられている。渦流生成部３３ｃの内周は球体に形成されており、その中心が両吸気ブランチ３３ａ，３３ｂの軸芯の交点に一致されている。
【００３２】
更に、両吸気ブランチ３３ａ，３３ｂはほぼ同一内径（直径）の円筒形に形成され、又、渦流生成部３３ｃの内周は両吸気ブランチ３３ａ，３３ｂの内径（直径）の少なくとも２倍の直径で形成されている。
【００３３】
又、吸気チャンバ３４の上流にスロットルチャンバ３４ａが形成され、このスロットルチャンバ３４ａの上流に、エアクリーナ（図示せず）に連通する吸気ダクト３５が接続されている。スロットルチャンバ３４ａにはスロットルバルブ３６が配設されており、このスロットルバルブ３６を開閉させることで、スロットルチャンバ３４ａを通過する新気の流量が調整される。
【００３４】
このような構成では、スロットルバルブ３６を通過してスロットルチャンバ３４ａに流入した新気は、吸気行程にある気筒の吸気ブランチ３３に吸い込まれる。吸気ブランチ３３に吸い込まれた新気は、先ず、直線状の上流側ブランチ部３３ａに流入され、上流側ブランチ部３３ａを通過する際に加速されると共に層流状態となり、その状態で内周が球状の渦流生成部３３ｃ内に流入される。
【００３５】
渦流生成部３３ｃに流入した新気は、この渦流生成部３３ｃの内壁に沿って異動し、回転運動を行いながら、下流側ブランチ部３３ｂの中心に向かって移動する。下流側ブランチ部３３ｂの軸芯は、渦流生成部３３ｃの中心に一致されているため、渦流生成部３３ｃで生成された渦流は、角運動量保存の法則に従い下流側ブランチ部３３ｂの軸芯に向かって次第に加速しながら移動して、下流側ブランチ部３３ｂに吸い込まれる。
【００３６】
そして、下流側ブランチ部３３ｂに吸い込まれた新気は渦流を生成したままの状態でシリンダ室２４に流入されて、シリンダ室２４内に強力な渦流(スワール流)を生成させる。
【００３７】
本実施形態によれば、新気が吸気ポート２６に流入する段階で既に渦流が発生しているため、インジェクタがポート噴射タイプの場合、噴射終了タイミングを吸気バルブが開弁する吸気行程まで遅らせても、良好に気液混合させることができる。又、シリンダ室２４内に強力な渦流（スワール流）が生成されるため、インジェクタが筒内噴射タイプの場合、インジェクタから噴射される燃料を素早く気液混合させることができる。
【００３８】
この場合、第２実施形態のように、上流側ブランチ部３３ａを渦流生成部３３ｃに対し、渦流に沿う接線方向に接続することで、より強力な渦流を生成させることができる。
【００３９】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限るものではなく、例えば採用するエンジンは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンの何れでも良く、又、エンジン型式も直列型、Ｖ型等、何れのものであっても良い。
【符号の説明】
【００４０】
１…吸気通路、
１ａ…上流側吸気通路、
１ｂ…下流側吸気通路、
３，２２…エンジン本体、
３ａ，２４…シリンダ室、
８…渦流生成室、
２１…エンジン、
３２…吸気マニホルド、
３３…吸気ブランチ部、
３３ａ…上流側ブランチ部、
３３ｂ…下流側ブランチ部、
３３ｃ…渦流生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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