JPS6245933A - Swirl control device - Google Patents
Swirl control deviceInfo
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- JPS6245933A JPS6245933A JP60183817A JP18381785A JPS6245933A JP S6245933 A JPS6245933 A JP S6245933A JP 60183817 A JP60183817 A JP 60183817A JP 18381785 A JP18381785 A JP 18381785A JP S6245933 A JPS6245933 A JP S6245933A
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- Characterised By The Charging Evacuation (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、エンジンの燃焼室(シリンダ室)に形成され
る吸込空気スワール(旋回渦流)の制御装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a control device for intake air swirl formed in a combustion chamber (cylinder chamber) of an engine.
〈従来の技術〉
例えば、直接噴射式ディーセルエンジンのシリンダヘッ
ドには、空気を燃焼室に導くための吸気ポートが設けら
れ、この吸気ポートに備えられた吸気弁がエンジンの各
行程に応じて開閉するようになっている。<Prior art> For example, the cylinder head of a direct injection diesel engine is provided with an intake port for guiding air into the combustion chamber, and the intake valve provided in this intake port opens and closes according to each stroke of the engine. It is supposed to be done.
上記吸気ポートから燃焼室に導入された空気は圧縮され
、噴射ノズルから噴出される燃料と混合して爆発燃焼さ
れるが、空気と燃料との混合状態がよいほど燃焼効率が
向上することは周知である。The air introduced into the combustion chamber from the intake port is compressed, mixed with the fuel injected from the injection nozzle, and then exploded and combusted. It is well known that the better the mixture of air and fuel, the better the combustion efficiency. It is.
従来より、空気と燃料との混合状態をよくするため種々
の手段が用いられているが、その−っとしてH3P構造
と呼ばれるハイスワールポート (強制渦流吸気孔)が
挙げられる。Conventionally, various means have been used to improve the mixing state of air and fuel, one of which is a high swirl port (forced swirl intake hole) called the H3P structure.
これは、第14図(Nβ)に示すように、吸気ポート0
1を吸気弁02の中心に対して少し偏心させて設け、吸
気弁02が下降し吸気ボーl−01が開放される吸入行
程時に吸気ポート01で偏向された吸込空気が燃焼室0
3に導かれ、円周方向に沿ってスワールが強制的に形成
されるようにしたものである。従って、吸込空気と噴射
ノズルから噴射される燃料との混合状態が良くなり、燃
焼効率が向上するのである。This is due to the intake port 0 as shown in Figure 14 (Nβ).
1 is provided slightly eccentrically with respect to the center of the intake valve 02, and during the intake stroke when the intake valve 02 is lowered and the intake ball l-01 is opened, the intake air deflected by the intake port 01 flows into the combustion chamber 0.
3, and a swirl is forcibly formed along the circumferential direction. Therefore, the mixing state of the intake air and the fuel injected from the injection nozzle is improved, and the combustion efficiency is improved.
燃焼室に形成されるスワールの強さは種々の条件から可
変である乙とが望ましい。尚、スワールの強弱は、燃焼
室における吸気の旋回回転数とエンジン回転数との比(
スワール比と呼ばれている)で表される。It is desirable that the strength of the swirl formed in the combustion chamber be variable depending on various conditions. The strength of the swirl is determined by the ratio of the rotation speed of the intake air in the combustion chamber to the engine speed (
It is expressed as the swirl ratio.
スワール比とエンジンの性能との関係については、エン
ジン回転数が低速のときにはスワール比を大きく、エン
ジン回転数が高速のときにはスワール比を小さくした方
がエンジンの性能の面でよいことが知られている。Regarding the relationship between swirl ratio and engine performance, it is known that when the engine speed is low, it is better to increase the swirl ratio, and when the engine speed is high, it is better to decrease the swirl ratio in terms of engine performance. There is.
スワール比の大小はNOx (窒素酸化物)の発生量と
も関係し、高スワール比になるほどNOx発生量が増大
することが知られている。The magnitude of the swirl ratio is also related to the amount of NOx (nitrogen oxides) generated, and it is known that the higher the swirl ratio, the greater the amount of NOx generated.
又、エンジンの負荷に対しては、低速で低負荷であれば
低スワール比が最適てあり、中速においても軽負荷から
中負荷にかけて低スワール比でよく、高速においては負
荷状態にかかわりなく低スワール比が最適である。Also, regarding the load of the engine, a low swirl ratio is optimal at low speeds and low loads, and even at medium speeds, a low swirl ratio is sufficient from light to medium loads, and at high speeds, a low swirl ratio is optimal regardless of the load condition. Swirl ratio is optimal.
更に、スワール比と熱損失との関係については、低スワ
ール比の方が燃焼ガスからシリンダ壁に吸収される熱損
失が減少する。特に、軽負荷では、この熱損失の大小が
燃費率の悪化、良化に対応するため、乙の点からも低ス
ワール比の方が有利である。Furthermore, regarding the relationship between the swirl ratio and heat loss, the lower the swirl ratio, the lower the heat loss absorbed by the cylinder wall from the combustion gas. Particularly under light loads, the magnitude of this heat loss corresponds to deterioration or improvement of the fuel consumption rate, so a low swirl ratio is also advantageous from the point of point (B).
上記のように各種条件に応じて最適スワール比があるこ
とから、スワール比を可変とすべく、従来では例えば特
公昭51−7243号公報に示すような機構が提案され
ている。Since there is an optimum swirl ratio depending on various conditions as described above, a mechanism as shown in, for example, Japanese Patent Publication No. 7243/1983 has been proposed in order to make the swirl ratio variable.
これは第15図(5)Q31に示すようになっていて、
図中112が燃焼室、115が吸気ポート、116aが
吸気弁座である。上記吸気ポート115は低スワール型
をベースとした構造となっていて、仕切壁117によっ
て左右に二分割されたボー1−115a、115bとな
り、その一方のボー1.115 bは開閉弁118によ
り開閉自在である。This is shown in Figure 15 (5) Q31,
In the figure, 112 is a combustion chamber, 115 is an intake port, and 116a is an intake valve seat. The above-mentioned intake port 115 has a structure based on a low swirl type, and has bows 1-115a and 115b divided into left and right by a partition wall 117, and one bow 1-115b can be opened and closed by an on-off valve 118. It is free.
同図(5)に示すように開閉弁118を開放すると、両
方のボー)115a、115bに吸気が導びかれ、吸気
弁座116aを通過する流速が遅いので燃焼室112で
は低スワール状態となる。同図β)に示すように開閉弁
118を閉成すると、一方のボー1−115aのみに吸
気が導びかれる。吸気流路断面積が半減し、吸気弁座1
16a内径面積以上に絞られるので吸気の流速が速くな
り、燃焼室112では高スワール状態となる。各状態で
のスワール成分は、図中矢印に示す方向と強さが得られ
る。When the on-off valve 118 is opened as shown in (5) in the figure, intake air is guided to both bows 115a and 115b, and the flow rate passing through the intake valve seat 116a is slow, resulting in a low swirl state in the combustion chamber 112. . When the on-off valve 118 is closed as shown in β) in the figure, intake air is guided only to one bow 1-115a. The cross-sectional area of the intake flow path is halved, and the intake valve seat 1
Since the intake air is narrowed to an area larger than the inner diameter area of the combustion chamber 16a, the flow velocity of the intake air increases, and a high swirl state is created in the combustion chamber 112. The swirl component in each state has the direction and strength shown by the arrow in the figure.
この種構造のものでは、必要に応じてスワール比を可変
できるが、以下に述べる欠点がある。すなわち、低スワ
ール状態においては第16図(5)に示すように、燃焼
室112において単に−っの剛体うず的な旋回流れが生
じるだけであり、同図但)に示すように剛体うずの中に
燃焼室112の中心から放射状に噴射される噴NF・・
は図中矢印で示す剛体うずから横風をうける程度の効果
しか与えられないため、充分な噴霧F・・・と空気の混
合が得られない。さらに高スワール状態では、同図(Q
に示すように吸気が一方のポート115aを導びかれ、
仕切板117の端部を通過したところで流路面積が急拡
大することとなる。したがって、剥離による複数の渦流
が生じたり、逆流などの損失がある。また、流路断面積
が半減し、かっボー1−115 aの断面積が狭いため
多大な流路抵抗が生じるとともに吸気弁座116aの一
部分からしか吸気が燃焼室112に流出しないので、流
量係数が低く吸気量が不足する。With this type of structure, the swirl ratio can be varied as required, but there are drawbacks as described below. In other words, in a low swirl state, as shown in FIG. 16 (5), only a swirling flow similar to a rigid body vortex is generated in the combustion chamber 112, and as shown in the figure Injection NF is injected radially from the center of the combustion chamber 112.
Since the effect is only that of receiving a cross wind from the rigid body vortex shown by the arrow in the figure, sufficient mixing of the spray F... and air cannot be obtained. Furthermore, in a high swirl state, the same figure (Q
As shown in FIG.
After passing the end of the partition plate 117, the area of the flow path suddenly increases. Therefore, a plurality of eddy currents occur due to separation, and losses such as backflow occur. In addition, the cross-sectional area of the flow passage is halved, and the narrow cross-sectional area of Kabo 1-115a causes a large flow resistance, and the intake air flows into the combustion chamber 112 only from a part of the intake valve seat 116a, so the flow coefficient is low and the amount of intake air is insufficient.
スワールについての基本的な考え方として、高スワール
状態を得たい場合は燃焼室に対して吸気を水平方向(周
方向)から流入させるのが望ましく、このとき吸気量は
小である。The basic idea regarding swirl is that if a high swirl state is desired, it is desirable to have intake air flow into the combustion chamber from the horizontal direction (circumferential direction), and in this case, the amount of intake air is small.
低スワール状態を得たい場合は燃焼室に対して吸気を垂
直方向(軸方向)から流入させるのが望ましく、このと
き吸気量は大となる。If a low swirl state is desired, it is desirable to allow intake air to flow into the combustion chamber from the vertical direction (axial direction), and in this case, the amount of intake air will be large.
ところが、第15図(Al(ト))に示す従来構造のも
のでは、単に吸気ポート115を1分しただけであり、
各スワール状態の切換えにともなって吸気方向も変換す
るまでには至らず、いずれの状態でも吸気量の低減化と
して現れている。However, in the conventional structure shown in FIG. 15 (Al(g)), the intake port 115 is simply divided into 1 minute.
The intake direction does not change with the switching of each swirl state, and the amount of intake air appears to be reduced in each state.
なお、この他種々の構造がみられるが、全て充分な吸気
量を常に確保したままスワール状態を可変する乙とがで
きず、また複雑な構造でコストに悪影響を与えている。In addition, various other structures are available, but all of them do not allow the swirl state to be varied while always ensuring a sufficient amount of intake air, and their complicated structures have a negative impact on cost.
〈発明が解決しようとする問題点〉
上記のような従来の可変スワール構造における欠点を解
決するものとして、吸気弁の上流側に接続された主ポー
ト(吸気ポート)と主ポートの終端部近くにある角度を
もって接続され、前記主ポートと独立する副ポートとか
らなる可変スワールポートが考えられ、前記副ポートを
流れる空気量を変えることによってスワール比を変える
ことが図られている。<Problems to be Solved by the Invention> In order to solve the drawbacks of the conventional variable swirl structure as described above, the main port (intake port) connected to the upstream side of the intake valve and the A variable swirl port is considered that is connected at a certain angle and consists of a sub-port independent of the main port, and the swirl ratio is changed by changing the amount of air flowing through the sub-port.
このスワールポートによれば燃焼室への吸込空気量を減
少させることなくスワール比を変える乙とができるので
ある。This swirl port allows the swirl ratio to be changed without reducing the amount of air taken into the combustion chamber.
本発明は上記可変スワールポートを吸気系として用いて
、前述の各種条件に応じた最適スワール比が得られるよ
うにし、もってエンジンの性能向上、燃費率の向上、N
Oxの低減等を図ることを目的とする。The present invention uses the variable swirl port described above as an intake system to obtain the optimum swirl ratio according to the various conditions described above, thereby improving engine performance, fuel efficiency, and N.
The purpose is to reduce Ox.
く問題点を解決するための手段〉
上記目的を達成するための本発明の構成は、燃焼室の吸
気弁上流側に接続され前記燃焼室内に流入される空気を
スワール流とする主ポートと主ポートの終端部近くにあ
る角度をもって接続された副ポートとからなる可変スワ
ール吸気系と、前記可変スワール吸気系における前記副
ポートを流れる空気量を変えて前記燃焼室内のスワール
流のスワール比を変え=7−
る弁機構と、エンジンの負荷、回転数等に基づいてスワ
ール比を選択して前記弁機構を操作する制御系と、前記
制御系においてエンジンの回転数及びエンジンの負荷に
応じて選択されるスワール比の領域をエンジン回転数及
びエンジン負荷の増大に伴う斜めの境界で仕切って構成
されたマツプとを備えてなることを特徴とするスワール
制御装置に存する。Means for Solving the Problems> The configuration of the present invention for achieving the above object includes a main port connected to the upstream side of the intake valve of the combustion chamber and making the air flowing into the combustion chamber into a swirl flow. A variable swirl intake system consisting of a sub port connected at a certain angle near the terminal end of the port, and a swirl ratio of the swirl flow in the combustion chamber by changing the amount of air flowing through the sub port in the variable swirl intake system. =7- a control system that selects a swirl ratio based on engine load, engine speed, etc. and operates the valve mechanism; and a control system that selects a swirl ratio based on engine load, engine speed, etc. The swirl control device is characterized by comprising a map configured by partitioning a range of swirl ratios to be controlled by diagonal boundaries as the engine speed and engine load increase.
く実 施 例〉
第1図には本発明に係るスワール制御装置の一実施例の
概略構成を示し、第2図にはエンジンを平面に沿い断面
とした概略構成を示し、第3図にはエンジンの側断面を
示しである。Embodiment FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of a swirl control device according to the present invention, FIG. 2 shows a schematic configuration of an engine in cross section along a plane, and FIG. This shows a side cross section of the engine.
1はエンジンで、2はそのシリンダブロック、3はシリ
ンダライナ、4はピストン、5はシリンダブロック2上
部に結合されたシリンダヘッド、6はシリンダライナ3
、ピストン4、シリンダヘッド5により構成される燃焼
室(シリンダ室)である。シリンダヘッド5には可変ス
ワール吸気系が設けられており、7はシリンダヘッド5
に設けられた吸気弁座、8は吸気弁座7を開閉する吸気
弁、9は吸気弁8の上流側に設けられている主ポート、
10は主ポート9の終端部(本実施例では巻終り部)に
接続されている前記主ポート9と独立した副ポートであ
る。前記主ポート9は、吸気弁8中心に対し少し偏心し
て設けられており、外部空気を吸気弁座7を通して燃焼
室6内に流入案内したときに高スワール比を得るのに最
適な形状となっている。又、前記副ポート10は主ポー
ト9の終端部にある角度をもって接続されており、燃焼
室6への空気の供給が円滑になされるようになっている
。前記吸気弁8はタイミングをとって吸気弁座7を開閉
するように駆動される。尚、図では省略されているが、
シリンダヘッド5には、排気弁、排気ポート等からなる
排気系が設けられており、又燃焼室6に臨ませて燃料噴
射ノズルが設けられている。1 is an engine, 2 is its cylinder block, 3 is a cylinder liner, 4 is a piston, 5 is a cylinder head connected to the upper part of the cylinder block 2, 6 is a cylinder liner 3
, a piston 4, and a cylinder head 5. The cylinder head 5 is provided with a variable swirl intake system, and 7 is the cylinder head 5.
8 is an intake valve that opens and closes the intake valve seat 7; 9 is a main port provided on the upstream side of the intake valve 8;
Reference numeral 10 denotes a sub-port independent of the main port 9, which is connected to the terminal end of the main port 9 (in this embodiment, the end of the winding). The main port 9 is provided slightly eccentrically with respect to the center of the intake valve 8, and has an optimal shape to obtain a high swirl ratio when external air is guided into the combustion chamber 6 through the intake valve seat 7. ing. Further, the sub-port 10 is connected to the terminal end of the main port 9 at a certain angle, so that air can be smoothly supplied to the combustion chamber 6. The intake valve 8 is driven to open and close the intake valve seat 7 at appropriate timings. Although omitted in the figure,
The cylinder head 5 is provided with an exhaust system consisting of an exhaust valve, an exhaust port, etc., and is also provided with a fuel injection nozzle facing the combustion chamber 6.
シリンダヘッド5には吸気マニホルド11が接続されて
おり、吸気マニホルド11の主空気通路12、副空気通
路13はおのおの主ポート9、副ポート10に接続され
ている。An intake manifold 11 is connected to the cylinder head 5, and a main air passage 12 and a sub air passage 13 of the intake manifold 11 are connected to a main port 9 and a sub port 10, respectively.
副空気通路13には当該通路13を開閉する弁体14が
設けられており、この弁体14の端部には弁体14を開
閉作動させるためのアクチュエータ15が連結されてい
る。弁体14の弁部14aは板状となっており、この弁
部14aが略水平になった状態で通路13は全開とされ
、略鉛直になった状態で副空気通路13ば全閉となる。The auxiliary air passage 13 is provided with a valve body 14 for opening and closing the passage 13, and an actuator 15 for opening and closing the valve body 14 is connected to an end of the valve body 14. The valve portion 14a of the valve body 14 is plate-shaped, and when the valve portion 14a is approximately horizontal, the passage 13 is fully open, and when the valve portion 14a is approximately vertical, the auxiliary air passage 13 is fully closed. .
アクチュエータ15の作動による副空気通路13の開度
調整によりここを流れる空気量が調整され、つまり副ポ
ート10から燃焼室6に入る空気量が調整され、スワー
ルに変化が与えられるのである。By adjusting the opening of the auxiliary air passage 13 by operating the actuator 15, the amount of air flowing therethrough is adjusted, that is, the amount of air entering the combustion chamber 6 from the auxiliary port 10 is adjusted, and the swirl is changed.
上記吸気弁8が下降して主ポート9が開放する吸込行程
時に、吸込空気が吸気弁座を介して燃焼室6に導びかれ
、ここでその円周方向に沿ってスワールを強制的に形成
されることとなる。この空気は、図示しない噴射ノズル
から噴出される燃料と混合し、燃焼する。During the intake stroke when the intake valve 8 descends and the main port 9 opens, the intake air is guided into the combustion chamber 6 via the intake valve seat, where a swirl is forcibly formed along its circumferential direction. It will be done. This air is mixed with fuel injected from an injection nozzle (not shown) and combusted.
上記弁体14は燃焼室6に導入される吸気のスワール比
を高くとりたい場合に閉成し、低くとりたい場合に開放
する。高スワール状態は第4図(Al(81、低スワー
ル状態(よ第5図(5)(I3)から説明できる。すな
わち各図(5)において吸気弁座7を8等分し、工ない
し8の番号を附す。各番号の位置が、図中矢印に示す方
向と、矢印の長さに相当する強さの吸気が燃焼室6に吸
入される。番号1から4まてのスワール成分は、燃焼室
6においても主ポート9における吸気方向が燃焼室6中
心01 回りに作る時計回り方向(ト)に沿うので順ス
ワール方向成分となり、これらのモーメントは順スワー
ル方向モーメントとなる。番号5から8のスワール成分
は、上記中心01 の回りに反時計回り方向(ハ)に回
転しようとするので逆スワール成分となり、これらのモ
ーメン)・は逆スワール方向モーメントとなる。各回部
)において、各番号のスワール成分モーメントの大きさ
を、順、逆方向側に矢印で示す。なお、o2は吸気弁座
7の中心点である。第4図(A)(Blの場合は、副ポ
ート10が閉成されているところから1順スワール方向
モーメントの総和と逆スワール方向モーメントの総和と
の差が充分大きく、全体として高スワール状態となる。The valve body 14 is closed when a high swirl ratio of intake air introduced into the combustion chamber 6 is desired, and opened when a low swirl ratio is desired. The high swirl state can be explained from Fig. 4 (Al (81), low swirl state (Fig. 5 (5) (I3)).In other words, in each figure (5), the intake valve seat 7 is divided into eight equal parts, and the The position of each number corresponds to the direction shown by the arrow in the figure, and the intake air with the strength corresponding to the length of the arrow is drawn into the combustion chamber 6.The swirl components numbered from 1 to 4 are , also in the combustion chamber 6, since the intake direction at the main port 9 follows the clockwise direction (G) created around the center 01 of the combustion chamber 6, it becomes a forward swirl direction component, and these moments become forward swirl direction moments.From number 5 The swirl component of 8 tries to rotate in the counterclockwise direction (c) around the center 01, so it becomes a reverse swirl component, and these moments) and become reverse swirl direction moments.In each rotation part), each number The magnitude of the swirl component moment is shown by arrows in the forward and reverse directions. Note that o2 is the center point of the intake valve seat 7. As a result, the difference between the sum of moments in the forward swirl direction and the sum of moments in the reverse swirl direction is sufficiently large, resulting in a high swirl state as a whole.
ところが、第5図(A) (B)の場合は、副ポート1
0が開放されているところから、ここからも吸気が燃焼
室6に導びかれ、特に番号6,7附近の逆スワール方向
モーメントが大となる。However, in the case of Fig. 5 (A) and (B), the sub port 1
Since No. 0 is open, intake air is also guided from here to the combustion chamber 6, and the moment in the reverse swirl direction is especially large near No. 6 and No. 7.
この方向のモーメントの総和は順スワール方向モーメン
トの総和に近づく。燃焼室6における類スワール方向の
吸気に、副ポート10から導びかれた逆スワール方向の
吸気が衝突し、かつ互いに相殺し合って低スワール状態
を得る。ただし、吸気流量としては、本来、主ポート9
から流入する分に加えて副ポート10から流入する分が
確保される。さらに、副ポート10が略垂直に近く立っ
ているので、燃焼室6への吸気流入が円滑である。した
がって、低スワール状態であって、しかも吸気量は充分
である。特に、エンジンが高回転域の場合には低スワー
ル状態が良いことば先きに説明しtこ通りであるが、副
ポート10を開放すれば充分な吸気量を確保してその状
態が得られる。また第6図(Al(Blに示すように、
主ポート9からの順方向高スワール(図中白矢印で示す
)と、副ポート10からの逆方向スワール(図中黒矢印
で示す)とが燃焼室6で互いに干渉し合い、回転方向の
異る2つの渦を発生させるとともにこれらの周辺にも多
数の小さな渦あるいは乱れを多数生じさせる。The sum of moments in this direction approaches the sum of moments in the forward swirl direction. The intake air in the similar swirl direction in the combustion chamber 6 collides with the intake air in the opposite swirl direction led from the sub-port 10, and cancel each other out to obtain a low swirl state. However, the intake flow rate is originally the main port 9.
In addition to the amount flowing in from the auxiliary port 10, the amount flowing in from the sub port 10 is secured. Furthermore, since the auxiliary port 10 stands nearly vertically, intake air flows smoothly into the combustion chamber 6. Therefore, the swirl state is low and the amount of intake air is sufficient. Particularly when the engine is in a high rotation range, a low swirl state is good, as explained above, and by opening the sub port 10, a sufficient amount of intake air can be secured to achieve this state. Also, as shown in Figure 6 (Al (Bl),
The forward high swirl from the main port 9 (indicated by the white arrow in the figure) and the reverse swirl from the auxiliary port 10 (indicated by the black arrow in the figure) interfere with each other in the combustion chamber 6, causing a difference in the rotation direction. In addition to generating two vortices, many small vortices or disturbances are also generated around these vortices.
これら多数の渦あるいは乱れは、圧縮行程後も若干残留
して同図(qに示すように噴FJF・・・と空気との混
合を良好化し、燃焼効率の改善、スモークおよび排気ガ
スの低減に役立つ。高スワール状態では、第7図に示す
ように流線形の滑らかな主ポート9形状に沿って吸気は
必要最小限の速度で円滑に、かつ損失なく導びかれる。These many vortices or turbulences remain to some extent even after the compression stroke, and as shown in the same figure (q), improve the mixing of the jet FJF... with air, improve combustion efficiency, and reduce smoke and exhaust gas. In a high swirl state, the intake air is guided smoothly and without loss at the minimum necessary speed along the streamlined and smooth main port 9 shape as shown in FIG.
しかも、吸気弁座7の全周から均等に燃焼室6に導びか
れるので、スワールも高く、吸気量も非常に多い。なお
、高スワール状態て副ポー1.1.0が主ボー1−9中
の吸気の流れに悪影響を及ぼすことはない。Moreover, since the intake air is evenly introduced into the combustion chamber 6 from the entire circumference of the intake valve seat 7, the swirl is high and the amount of intake air is also very large. It should be noted that in the high swirl state, the secondary port 1.1.0 does not adversely affect the flow of intake air in the main port 1-9.
前記アクチュエータ15は制御系としてのコントロール
ユニット
より開閉動制御される。コントロールユニット16には
アクチュエータ15の作動の基準となる最適スワールマ
ツプMが記憶されている。このスワールマツプMは、エ
ンジン1の負荷、回転数に基づき、その運転状態におけ
る最適スワール比が選択てきるようになっている。尚、
エンジン1の負荷は、アクセルペダル17の踏み込み量
を検出することによりなされ、又、エンジン1の回転数
(Ne)はタコジェネレーク18により検出され、コン
トロールユニット16に入力される。図中、19は噴射
ポンプである。The actuator 15 is controlled to open and close by a control unit serving as a control system. The control unit 16 stores an optimum swirl map M that serves as a reference for the operation of the actuator 15. This swirl map M is such that the optimum swirl ratio for the operating condition can be selected based on the load and rotational speed of the engine 1. still,
The load on the engine 1 is determined by detecting the amount of depression of the accelerator pedal 17, and the rotational speed (Ne) of the engine 1 is detected by the tachogenerator 18 and input to the control unit 16. In the figure, 19 is an injection pump.
コントロールユニット16に記憶される最適スワールマ
ツプMは、エンジン1の負荷、回転数に応じた最適な運
転状態が得られるように決められるのであるが、その判
断材料となるスワール比と各性能との関係を第8図ない
し第11図に示す。The optimum swirl map M stored in the control unit 16 is determined so as to obtain the optimum operating condition according to the load and rotation speed of the engine 1, and the relationship between the swirl ratio and each performance is the basis for this judgment. are shown in FIGS. 8 to 11.
第8図にはスワール比と6モード値におけるNOx排出
量との関係を示してあり、第9図には全負荷で異なる回
転速度時におけるスワール比と燃費率、排煙濃度との関
係を示してあり、第10図には一例として45%Ne(
低速)におけるスワール比と異なる負荷における燃費率
、排煙濃度との関係を示してあり、第11図にはエンジ
ンのある回転数、負荷における燃費率変化量とNOx変
化量、排煙濃度変化量との関係についてスワール比を変
えた場合の傾向を示してあり、第12図に1まエンジン
のある回転数、負荷における燃費率変化量とdp/ll
θ変化量、Pmaχ変化量との関係についてスワール比
を変えた場合の傾向を示しである。第11図及び第12
図において、a、b、c−jば測定点であり、図中の数
字は一例としてのスワール比である。第12図における
Pmaχは最大筒内圧であり、エンジンに要求される耐
久性を決める目やすとなる。又、dp/dθは時間に対
する筒内圧の変化を示し、騒音発生の目やすとなってい
る。これらPmaχp dp/’θはいずれも低い値で
あることが望ましい。Figure 8 shows the relationship between the swirl ratio and NOx emissions at six mode values, and Figure 9 shows the relationship between the swirl ratio, fuel efficiency, and exhaust gas concentration at different rotational speeds under full load. Figure 10 shows an example of 45% Ne (
Figure 11 shows the relationship between the swirl ratio at low speeds, the fuel efficiency rate, and the exhaust gas concentration at different loads. Figure 12 shows the relationship between fuel consumption rate and dp/ll at a certain engine speed and load.
The graph shows the tendency when the swirl ratio is changed in relation to the amount of change in θ and the amount of change in Pmaχ. Figures 11 and 12
In the figure, a, b, c-j are measurement points, and the numbers in the figure are swirl ratios as an example. Pmaχ in FIG. 12 is the maximum cylinder pressure, and serves as a guide for determining the durability required of the engine. Further, dp/dθ indicates the change in cylinder pressure with respect to time, and serves as an indicator of noise generation. It is desirable that all of these Pmaχp dp/'θ have low values.
第8図に示すように6モード値においてはスワール比が
小さいほどNOx低減となる。As shown in FIG. 8, in the 6-mode value, the smaller the swirl ratio, the more the NOx is reduced.
第9図に示すようにエンジンの回転数Neが100%(
高速)では低スワール比、65%(中速)では中スワー
ル比、30%(低速)では高スワール比とした方が燃費
率、排煙温度ともよい。As shown in Figure 9, the engine speed Ne is 100% (
It is better to have a low swirl ratio at high speed), a medium swirl ratio at 65% (medium speed), and a high swirl ratio at 30% (low speed) in terms of fuel efficiency and exhaust gas temperature.
第10図に示すように低速45%Neにおける474.
374.274負荷では高スワール比とした方が燃費率
、排煙濃度も良好となるが、それ息下の負荷では、低ス
ワール比とした方が燃費率向上となる。その理由は、軽
負荷はど冷却損失の影響を受けやすいことによる。As shown in FIG. 10, 474.
At a load of 374.274, a high swirl ratio results in better fuel efficiency and exhaust gas concentration, but at a lower load, a lower swirl ratio improves the fuel efficiency. The reason is that light loads are more susceptible to cooling losses.
燃焼ガスからシリンダライナ、ピストン、シリンダヘッ
ド下面等への熱伝達はガス流動速度のn乗に比例するこ
とから軽負荷では、スワール速度が小さい方が燃費率が
良くなるのである。Since the heat transfer from the combustion gas to the cylinder liner, piston, lower surface of the cylinder head, etc. is proportional to the nth power of the gas flow velocity, under light loads, the smaller the swirl speed, the better the fuel efficiency.
又、第11図に示すように、スワ−ル比を下げるほどエ
ンジンのあらゆる運転状態におけるNOxは低下する。Furthermore, as shown in FIG. 11, the lower the swirl ratio, the lower the NOx in all operating conditions of the engine.
更に、第12図に示すように、スワール比を下げるほど
エンジンのあらゆる運転状態においてPmaにp dp
/dθが低下し、エンジンの耐久性の向上、騒音の低減
が図れる。Furthermore, as shown in Fig. 12, as the swirl ratio is lowered, Pma becomes p
/dθ is reduced, improving engine durability and reducing noise.
従って、スワール比を変えても性能に大差ない領域では
低スワール比を選択するのを原則とする。又、高速や低
中速の部分負荷ではスワール比を低下させるほど、燃費
率が向上するばかりでなく、NOxが低下しく排ガスが
きれいとなり)、Pmaχが低下しくエンジン耐久性が
向上し) 、dp/dθも低下しく騒音が低減し)、あ
らゆる点で有利となる。Therefore, as a general rule, a low swirl ratio is selected in areas where there is no significant difference in performance even if the swirl ratio is changed. Also, at high speeds and partial loads at low and medium speeds, lowering the swirl ratio not only improves fuel efficiency, but also reduces NOx and cleans exhaust gas), reduces Pmaχ and improves engine durability), dp /dθ is also lower, noise is reduced), which is advantageous in all respects.
以上を考慮して得られるスワールマツプMば、低速・中
高負荷領域では高スワール領域とし、低中速・低中高負
荷領域では中スワール比とし、中高速・低中高負荷領域
では低スワール領域としたものである。The swirl map M obtained by taking the above into consideration is a high swirl area in the low speed/medium/high load area, a medium swirl ratio in the low/medium speed/low/medium/high load area, and a low swirl area in the medium/high speed/low/medium/high load area. It is.
第1図には、上記のような領域の取り方で各領域の境界
を斜めに区切ったものを示す。FIG. 1 shows a diagram in which the boundaries of each area are divided diagonally in the manner described above.
各領域のスワール比の値(よ、−例として、高スワール
比43、中スワール比33、低スワール比20が挙げら
れる。The value of the swirl ratio for each region (for example, a high swirl ratio of 43, a medium swirl ratio of 33, and a low swirl ratio of 20).
第13図には他の例に係るスワールマツプM、を示す。FIG. 13 shows a swirl map M according to another example.
これは、前述の諸条件に基づきスワール比領域を4つに
区切ったものである。This is a swirl ratio region divided into four based on the above-mentioned conditions.
上記マツプに基づきエンジン1の負荷、回転数に応じて
最適のスワール比が選択され、当該スワール比となるよ
うに、コントロールユニット16よりアクチュエータ1
5にスワール指示信号が出力され、このスワール指示信
号に応じてアクチュエータ15が作動されて弁14の開
度が調整され、もって副ポート10から燃焼室6に吸引
される空気量が変えられ、スワール比が変更され、エン
ジンが最適の状態で運転されるのである。Based on the above map, the optimum swirl ratio is selected according to the load and rotation speed of the engine 1, and the control unit 16 controls the actuator 1 so that the swirl ratio is selected.
A swirl instruction signal is output to 5, and the actuator 15 is operated in accordance with this swirl instruction signal to adjust the opening degree of the valve 14, thereby changing the amount of air sucked into the combustion chamber 6 from the sub port 10, and creating a swirl. The ratios are changed and the engine is operated at optimum conditions.
〈発明の効果〉
本発明に係るスワール制御装置によれば、吸気系を主ポ
ートと副ポートとからなる可変スワール吸気系としてス
ワール状態を容易に変えられるようにすると共に、常に
十分の空気量が確保できるようにし、更に、エンジンの
運転状態に応じて最適のスワール比が選択できるように
したので、燃焼効率の向上及び排気ガスのNOx低減、
排煙濃度低減が図れる。<Effects of the Invention> According to the swirl control device according to the present invention, the intake system is configured as a variable swirl intake system consisting of a main port and a sub-port so that the swirl state can be easily changed, and a sufficient amount of air is always maintained. Furthermore, the optimum swirl ratio can be selected depending on the engine operating condition, improving combustion efficiency and reducing NOx in exhaust gas.
The exhaust gas concentration can be reduced.
第1図は本発明の一実施例の概略構成図、第2図はエン
ジンを平面に沿い断面とした実施例の概略構成図、第3
図はエンジンの一部の鋸断i図、第4図(5)は高スワ
ール状態でのスワール成分を説明する図、同図(Blは
同状態におけるスワール方向モーメントを説明する図、
第5図(5)−19=
は低スワール状態でのスワール成分を説明する図、同図
(131は同状態におけるスワール方向モーメントを説
明する図、第6図(5)は低スワール状態を説明する斜
視図、同図(B)は同じくスワール状態を説明する斜視
図、同図(qはその噴霧状態を説明する図、第7図は吸
気状態を説明する斜視図、第8図ないし第12図はスワ
ール比とNOx排出量、燃費率、排煙濃度等との関係を
示す線図、第13図は最適スワールマツプ例の説明図で
あり、第14図(5)は通常の吸気装置の横断平面図、
同図(BlはそのB−B線に沿う断面図、第15図(A
)(Blは従来の可変スワールポートの平面概略図、第
16回置はその概略斜視図、同図(B)は噴霧状態の説
明図、同図(qは吸気状態の説明図である。
図 面 中、
1はエンジン、
6は燃焼室、
8ば吸気弁、
9は主ポート、
10は副ポート、
11は吸気マニホルド、
14ば弁、
15はアクチュエータ、
16はコントロールユニット、
M、M、は最適スワールマツプである。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an embodiment in which the engine is cut along a plane, and FIG.
The figure is a sawn section I diagram of a part of the engine, FIG.
Figure 5 (5)-19= is a diagram explaining the swirl component in a low swirl state, the same diagram (131 is a diagram explaining the swirl direction moment in the same state, and Figure 6 (5) is a diagram explaining the low swirl state) (B) is a perspective view illustrating the swirl state; q is a perspective view illustrating the spray state; FIG. 7 is a perspective view illustrating the intake state; The figure is a diagram showing the relationship between the swirl ratio and NOx emissions, fuel efficiency, exhaust gas concentration, etc., Figure 13 is an explanatory diagram of an example of an optimal swirl map, and Figure 14 (5) is a cross section of a normal intake system. Plan view,
The same figure (Bl is a cross-sectional view along the B-B line, Figure 15 (A
) (Bl is a schematic plan view of a conventional variable swirl port, the 16th rotation is a schematic perspective view thereof, (B) is an explanatory diagram of the spray state, and (q is an explanatory diagram of the intake state). In the figure, 1 is the engine, 6 is the combustion chamber, 8 is the intake valve, 9 is the main port, 10 is the sub port, 11 is the intake manifold, 14 is the valve, 15 is the actuator, 16 is the control unit, M, M, are This is an optimal swirl map.
Claims (1)
れる空気をスワール流とする主ポートと主ポートの終端
部近くに角度をもって接続された副ポートとからなる可
変スワール吸気系と、前記可変スワール吸気系における
前記副ポートを流れる空気量を変えて前記燃焼室内のス
ワール流のスワール比を変える弁機構と、エンジンの負
荷、回転数等に基づいてスワール比を選択して前記弁機
構を操作する制御系と、前記制御系においてエンジンの
回転数及びエンジンの負荷に応じて選択されるスワール
比の領域をエンジン回転数及びエンジン負荷の増大に伴
う斜めの境界で仕切って構成されたマップとを備えてな
ることを特徴とするスワール制御装置。a variable swirl intake system comprising a main port connected to the upstream side of an intake valve of a combustion chamber and making air flowing into the combustion chamber into a swirl flow; and a sub port connected at an angle near the terminal end of the main port; A valve mechanism that changes the amount of air flowing through the sub-port in a variable swirl intake system to change the swirl ratio of the swirl flow in the combustion chamber; and a valve mechanism that selects the swirl ratio based on engine load, rotation speed, etc. A control system to be operated; and a map configured by partitioning a swirl ratio region selected according to engine speed and engine load in the control system with diagonal boundaries as the engine speed and engine load increase; A swirl control device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60183817A JPS6245933A (en) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | Swirl control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60183817A JPS6245933A (en) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | Swirl control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6245933A true JPS6245933A (en) | 1987-02-27 |
Family
ID=16142377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60183817A Pending JPS6245933A (en) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | Swirl control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6245933A (en) |
-
1985
- 1985-08-23 JP JP60183817A patent/JPS6245933A/en active Pending
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