KR0167381B1 - Spark-ignition internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
불꽃 점화식 내연 기관의 희박 공연비 운전시의 안정성 향상을 도모한다.We plan stability improvement at the time of lean air fuel ratio driving of spark ignition type internal combustion engine.
운전 조건에 따라 공연비를 희박화하는 불꽃 점화식 내연 기관에 있어서 희박 공연비 운전시에 실린더내 흡기 유동의 종방향 와류비가 1.6∼3.1,동 수평방향 와류비가 1.8∼3.5가 되는 흡기계를 설정한다. 또한 이러한 종방향 와류 수평방향 와류비를 실현하는 수단으로서 각 기통사이에서 흡기관(7)을 동등 길이, 대칭화시킬 것, 소정 위치에 개구부(13)를 갖는 공기 제어밸브(11)를 설정할 것, 이 공기 제어밸브(11)의 상부를 하류측으로 소정 각도 만큼 경사시켜 취부할 것, 흡기 포트(6)를 실린더안에서 종와를 일으키는 종방향 와류 강화 포트 형상으로 형성할 것, 공기 제어밸브 개구부(13)측의 흡기밸브(15)가 조기에 열리도록 위상차를 가지고 가변 구동되는 두개의 흡기밸브(14, 15)를 구비할 것 등을 제안한다.In a spark ignition type internal combustion engine that diminishes the air-fuel ratio according to the operating conditions, an intake machine is set such that the longitudinal vortex ratio of in-cylinder intake flow is 1.6 to 3.1 and the horizontal vortex ratio is 1.8 to 3.5 during lean air-fuel ratio operation. In addition, as a means for realizing such a longitudinal vortex horizontal vortex ratio, the intake pipe 7 is equalized and symmetrical between the cylinders, and an air control valve 11 having an opening 13 at a predetermined position is provided. The upper part of this air control valve 11 is inclined to the downstream side by a predetermined angle, and the intake port 6 is formed in the shape of the longitudinal vortex reinforcement port which causes a bell in the cylinder. The air control valve opening part 13 It is proposed to include two intake valves 14 and 15 which are variable drive with phase difference so that the intake valve 15 on the side of the door is opened early.
Description
제1도는 본 발명에 따른 불꽃 점화식 내연기관의 한 실시예의 개략 평면 단면도.1 is a schematic plan sectional view of one embodiment of a spark ignition type internal combustion engine according to the present invention;
제2도는 동 실시예의 개략 종단면도.2 is a schematic longitudinal sectional view of the embodiment.
제3도는 동 실시예의 흡기 매니폴드의 구성을 도시하기 위한 개략 평면도.3 is a schematic plan view for showing the configuration of the intake manifold of the embodiment.
제4도는 흡기관의 칫수와 안정 연소한계의 관계를 도시한 그래프.4 is a graph showing the relationship between the dimensions of the intake pipe and the stable combustion limit.
제5도는 흡기의 종방향 와류비 및 수평방향 와류비와 안정 연소한계의 관계를 도시한 그래프.5 is a graph showing the relationship between the longitudinal vortex ratio and the horizontal vortex ratio of the intake air and the stable combustion limit.
제6도는 흡기의 종방향 와류비 성분과 평균 유속의 사이클 변동과의 관계를 도시한 그래프.6 is a graph showing the relationship between the longitudinal vortex ratio component of the intake air and the cycle variation of the average flow rate.
제7도는 흡기의 평균 유속의 사이클 변동과 안정 연소한계와의 관계를 도시한 그래프.7 is a graph showing the relationship between cycle variation in average intake air velocity and stable combustion limit.
제8도는 공기 제어밸브의 개구부 구성과 종방향 와류비 수평방향 와류 영역의 관계를 도시한 설명도.8 is an explanatory diagram showing the relationship between the opening configuration of the air control valve and the longitudinal vortex ratio horizontal vortex region;
제9도는 최적 종방향 와류비와 수평방향 와류비 영역을 안정 연소한계와의 관계에 있어서 도시한 설명도.9 is an explanatory diagram showing the optimum longitudinal vortex ratio and the horizontal vortex ratio region in relation to the stable combustion limit.
제10도는 공기 제어밸브의 개구부 중심각과 안정 연소한계의 관계를 도시한 설명도.10 is an explanatory diagram showing the relationship between the center angle of the opening of the air control valve and the stable combustion limit.
제11도는 공기 제어밸브의 경사각 설정에 기초한 연소 개선 효과의 설명도.11 is an explanatory diagram of the combustion improvement effect based on the inclination angle setting of the air control valve.
제12도는 공기 제어밸브의 경사각과 흡기의 평균 유속의 사이클 변동과의 관계를 도시한 그래프.12 is a graph showing the relationship between the inclination angle of the air control valve and the cycle variation of the average flow rate of the intake air.
제13도는 공기 제어밸브의 경사각과 안정 연소한계의 관계를 경사각 마다 도시한 그래프.13 is a graph showing the relationship between the inclination angle of the air control valve and the stable combustion limit for each inclination angle.
제14도는 흡기 2 밸브를 위상차를 설정하여 열리게 하였을 때의 연소 개선 효과의 설명도.14 is an explanatory diagram of a combustion improvement effect when the intake two valve is opened by setting a phase difference.
제15도는 흡기 2 밸브의 개변 위상차와 흡기의 평균 유속의 사이클 변동과의 관계를 도시한 그래프도.FIG. 15 is a graph showing the relationship between the change in phase difference of the intake two valves and the cycle variation in the average flow rate of the intake air; FIG.
제16도는 본 발명의 실시예에 따른 효과를 구성 요건 마다 종래예와의 비교에 있어서 도시한 설명도.FIG. 16 is an explanatory diagram showing the effect according to the embodiment of the present invention in comparison with the conventional example for each configuration requirement. FIG.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 내연 기관 본체 2 : 실린더1: internal combustion engine body 2: cylinder
3 : 실린더 헤드 4 : 연소실3: cylinder head 4: combustion chamber
5 : 점화 플러그 6 : 흡기 포트5: spark plug 6: intake port
7 : 흡기 매니폴드 8 : 흡기 콜렉터 집합부7: intake manifold 8: intake collector assembly
9 : 흡기관(브랜치) 10 : 통로 아답터9: intake pipe (branch) 10: passage adapter
11 : 공기 제어밸브 12 : 공기 제어밸브의 취부축11: air control valve 12: mounting shaft of the air control valve
13 : 공기 제어밸브의 개구부 14 : 제1흡기 밸브13 opening of air control valve 14 first intake valve
15 : 제2흡기 밸브 θ : 공기 제어밸브의 경사각15: second intake valve θ: inclination angle of the air control valve
β : 공기 제어밸브의 개구부 경심각β: Opening angle of air control valve
[산업상의 이용 분야][Industrial use]
본 발명은 운전 조건에 따라 공연비를 희박화하는 불꽃 점화식 내연기관의 개량에 관한 것이다.The present invention relates to an improvement of a spark ignition type internal combustion engine that diminishes air-fuel ratio according to operating conditions.
[종래의 기술][Prior art]
불꽃 점화식 내연 기관에 있어서 주로 저부하 운전시 또는 희박 공연비 운전시의 연소 상태의 개선을 목적으로 하여 절결(切決)등으로 된 부분적 개구부를 설정한 수평방향 와류 콘트롤 밸브(SCV)라고 불리우는 공기 제어밸브를 기관 흡기 포트 부근에 끼어 장착하며, 그 개구부에 흡기류를 집중시키므로서 통로안에서 흡기를 편류(偏流)시킴과 동시에 유속을 높여서 실린더안의 공기 유동을 촉진하도록 한 것이 공지되어 있다(예 일본실용신안공개공보 평 제 1-91038 호 참조).In a spark-ignition internal combustion engine, air control called horizontal vortex control valves (SCVs) in which partial openings, such as cutouts, are set for the purpose of improving combustion during low load operation or lean air fuel ratio operation. It is known that the valve is fitted near the engine intake port, and the intake air flow is concentrated in the opening, thereby causing the intake air to flow in the passage and increasing the flow rate to promote the air flow in the cylinder (for example, in Japanese practice). See No. 1-91038.
[발명이 해결하고자 하는 과제][Problem to Solve Invention]
그런데 이와 같은 종래의 내연기관에서는 일반적으로 흡기 매니폴드의 지관의 길이 및 공기 제어밸브 상류의 흡기 통로 형상이 기통마다 다르며, 실린더안의 종방향 와류(종방향 와류비)가 부족하고 각 기통의 공기 제어밸브의 장착이 절결 형상의 오차 때문에 사이클마다 흡기의 평균 유속의 변동이 발생되는 등의 원인이 되어 반드시 안정된 희박 연소 운전을 할 수 없고 혹은 안정된 운전 상태를 얻을 수 있는 공연비를 충분히 크게 할 수 없어 희박 연소한계가 낮다는 문제가 있었다.However, in such a conventional internal combustion engine, the length of the branch pipe of the intake manifold and the shape of the intake passage upstream of the air control valve generally vary from cylinder to cylinder, and there is a lack of longitudinal vortex (vertical vortex ratio) in the cylinder and air control of each cylinder. Due to the notch shape error, the valve is installed, which causes fluctuations in the average flow velocity of the intake cycle, and therefore, it is not possible to perform stable lean combustion operation or to increase the air-fuel ratio to obtain a stable operation state. There was a problem that the combustion limit was low.
본 발명은 이러한 종래 문제점을 해소함을 목적으로 하고 있다.The present invention aims to solve such a conventional problem.
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 운전 조건에 따라 공연비를 희박화하는 불꽃 점화식 내연기관에 있어서, 희박 공연비 운전시에 실린더내 흡기 유동의 종방향 와류비가 1.6∼3.1, 동 수평방향 와류비가 1.8∼3,5 가 되는 흡기계를 설정한 내연 기관을 제안하는 것이다.In order to achieve the above object, in the present invention, in the spark-ignition type internal combustion engine that thins the air-fuel ratio according to the operating conditions, the longitudinal vortex ratio of in-cylinder intake flow is 1.6 to 3.1 and the horizontal vortex ratio is 1.8 to lean during the lean air-fuel ratio operation. It proposes an internal combustion engine in which an intake machine of 3, 5 is set.
단, 종방향 와류비=실린더안의 종방향와류의 회전속도/엔진 회전속도 수평방향 와류비=실린더안의 수평와류의 회전속도/엔진 회전속도이다.However, longitudinal vortex ratio = rotational speed / engine rotational speed of the longitudinal vortex in the cylinder horizontal vortex ratio = rotational speed / engine rotational speed of the horizontal vortex in the cylinder.
또한 본 발명은 이러한 종방향 와류비 및 수평방향 와류비를 얻기 위한 구성으로서 다음 A∼E의 수단을 개개로 갖추고 또는 조합하여 이루어지는 불꽃 점화식 내연기관을 제안하는 것이다.Moreover, this invention proposes the flame-ignition type internal combustion engine which consists of the following A-E individually or combined as a structure for obtaining such a longitudinal vortex ratio and a horizontal vortex ratio.
A. 흡기 콜렉터 집합부에서 분기하여 기관의 각 흡기 포트에 이르는 복수의 흡기관을 서로 같은 길이 및 기통열 방향으로 대칭 형상으로 설치하는 것.A. A plurality of intake pipes branching from the intake collector assembly and reaching each intake port of the engine in a symmetrical shape in the same length and cylinder row direction.
B. 부분적으로 개구부를 갖는 공기 제어밸브를 흡기 포트 부근의 흡기 통로에 끼어 장착하는 것. 단, 이 공기 제어밸브에 관하여는 다시 다음의 구성 a 또는 b를 갖춤이 바람직하다.B. Mounting partially fitted air control valves in the intake passage near the intake port. However, with respect to this air control valve, it is preferable to have the following configuration a or b again.
a. 희박 공연비 운전시에는 닫힌 상태에서 개구부측이 하류측에 소정량, 바람직하게는 흡기 통로 중심축에 수직인 횡단면에 대하여 20∼30도의 범위내에서 경사하도록 설정할것.a. In the lean air-fuel ratio operation, the opening side should be set to be inclined within the range of 20 to 30 degrees with respect to the cross section perpendicular to a predetermined amount, preferably perpendicular to the central axis of the intake passage, in the closed state.
b. 개구부는 거의 수평인 취부축보다 상측에서 또한 한쪽으로 치우친 부분에 형성되고 바람직하게는 개구부의 중심 (도면중심)점과 통로 중심을 연결하는 선분의 취부축 중심선 으로 이루는 각도가 윗쪽으로 45∼75도의 범위내에 있도록 형성할 것.b. The opening is formed at a portion oriented above and to one side of the mounting shaft which is almost horizontal, and preferably an angle of 45 to 75 degrees upwards is formed by the mounting axis center line of the line segment connecting the center (drawing center) point of the opening to the passage center. Form within range.
C. 공기 제어밸브 바로상류부의 흡기 통로 형상을 각 기통 사이에서 거의 동일하게 하고 바람직하게는 그 길이를 흡기 포트내 직경의 1.5∼3.5배의 범위 안에 설정할 것.C. The shape of the intake passage immediately upstream of the air control valve is approximately the same between each cylinder, and preferably the length is within the range of 1.5 to 3.5 times the diameter in the intake port.
D. 각 흡기 포트를 실린더안에서 종와를 일으키는 형상으로 형성하고 특히 흡기 포트 중심선이 수평면으로 이루는 각도가 작은 직선 형상으로 형성할 것.D. Each intake port should be shaped like a bell in the cylinder, especially in a straight line with a small angle of the inlet port centerline in the horizontal plane.
E. 공기 제어밸브 개구부측의 흡기밸브가 조기에 열리도록 위상차를 가지고 개방 구동되는 2개의 흡기밸브를 구비할 것.E. Air control valves Provide two intake valves which are open and driven in phase so that the intake valves on the opening side of the air openings are opened prematurely.
운전 조건에 따라 공연비를 희박화하는 불꽃 점화식 내연기관을 전제로 하고 이들 각 수단의 구체적인 조합으로서 권장되는 것은, 제1도는 흡기 콜렉터 집합부에서 분기하여 기관의 각 흡기 포트에 이르는 복수의 흡기관을 서로 같은 길이 및 기통열 방향으로 대칭 형상으로 설치함과 동시에 부분적으로 개구부를 가지며 희박 공연비 운전시에는 닫힌 상태에서 상기 개구부가 하류측으로 소정량 경사되도록 제어되는 공기 제어밸브를 각 흡기 포트 부근에 끼어 장착하고 상기 공기 제어밸브의 바로 상류부의 흡기 통로 형상을 각 기통사이에서 거의 동일하게 하고 또한 각 흡기 포트를 실린더안에서 종방향 와류를 이르키는 형상으로 형성하는 것이다.Recommended as a specific combination of each of these means on the premise of a spark-ignition internal combustion engine that thins the air-fuel ratio according to the operating conditions, FIG. 1 shows a plurality of intake pipes branching from the intake collector assembly and reaching each intake port of the engine. Air-conditioning valves are installed in the same length and in the direction of cylinder row, and have openings partially, and in the case of lean air-fuel ratio operation, the air control valves are controlled to be inclined by a predetermined amount in the closed state near each intake port. In addition, the intake passage shape immediately upstream of the air control valve is made substantially the same between the cylinders, and each intake port is formed in the shape of the longitudinal vortex in the cylinder.
제2도는 흡기 콜렉터 집합부에서 분기하여 기관의 각 흡기 포트에 이르는 복수의 흡기관을 서로 같은 길이 및 기통열 방향으로 대칭 형상으로 설치함과 동시에 부분적으로 개구부를 가지며 희박 공연비 운전시에는 닫힌 상태에서 상기 개구부가 하류측으로 소정량 경사되도록 제어되는 공기 제어밸브를 각 흡기 포트 부근에 끼어 장착하고 상기 공기 제어밸브의 직상류부의 흡기 통로 형상을 각 기통사이에서 거의 동일하게 하고, 또한 각 흡기 포트를 실린더안에서 종방향 와류를 일으키는 형상으로 형성하고 희박 공연비 운전시에 종방향 와류비 1.6∼3.1 수평방향 와류비 1.8∼3.5가 되도록 설정되는 것이다.2 shows a plurality of intake pipes branching from the intake collector assembly to each intake port of the engine in a symmetrical shape in the same length and cylinder row direction, and having partial openings, in a closed state during lean air-fuel ratio operation. An air control valve controlled to incline the opening to a predetermined amount downward is inserted near each intake port, and the intake passage shape of the upstream portion of the air control valve is made substantially the same between each cylinder, and each intake port is a cylinder. It forms in the shape which produces longitudinal vortex inside, and it sets so that longitudinal vortex ratio 1.6-3.1 horizontal vortex ratio 1.8-3.5 at the time of lean air-fuel ratio operation.
제3도는 실린더안에서 종와를 일으키는 형상의 흡기 포트와 흡기 통로안에 끼어 장착되어 부분적으로 개구부가 형성된 공기 제어밸브를 갖추는 것이다.FIG. 3 is provided with an air intake port shaped like a bell in a cylinder and an air control valve fitted in a part of the intake passage to form an opening.
제4도는 실린더안에서 종방향와류를 일으키는 형상의 흡기 포트와 흡기 통로안에 끼어 장착되어 거의 수평인 취부축보다 상측에서 또한 한쪽으로 치우친 부분에 개구부가 형성된 공기 제어밸브를 갖추고 상기 공기 제어밸브는 희박 공연비 운전시에는 닫힌 상태에서 상기 개구부측이 하류측으로 소정량 경사되도록 설정되어 있는 것이다.4 shows an air intake port shaped into a longitudinal vortex in a cylinder and an air control valve mounted in an intake passage so that an opening is formed at an upper side and to one side of an almost horizontal mounting shaft, and the air control valve has a lean air-fuel ratio. At the time of operation, it is set so that the said opening part side may incline a predetermined amount downstream from a closed state.
제5도는 부분적으로 개구부가 형성되고 희박 공연비 운전시에는 닫힌 상태에서 상기 개구부가 하류측으로 소정량 경사하도록 설정된 공기 제어밸브를 갖추고 또한 상기 개구부는 그 중심점과 통로 중심을 연결하는 선분의 취부축 중심선이 이루는 각도가 상방으로 60∼70도의 범위안에 있도록 형성되고 또한 상기 공기 제어밸브 개구부측의 것이 조기에 열리도록 위상차를 가지고 개방 구동되는 2 개의 흡기밸브를 갖추는 것이다.5 is provided with an air control valve which is partially formed and the air control valve is set so that the opening is inclined by a predetermined amount in the closed state during the lean air-fuel operation, and the opening has a center line of the mounting shaft connecting the center point and the center of the passage. It is provided with two intake valves which are formed so that the angle to be made upwards in the range of 60-70 degree | times, and which are open-driven with a phase difference so that the thing of the air control valve opening side may open early.
본 발명에 따르면 이와 같은 구성을 갖추므로서 실린더안에 최적 공기 유동 장소를 형성하여 연소 안정성을 해치지 않고 보다 큰 공연비영역에서의 희박 공연 비 운전이 가능해 진다.According to the present invention, by having such a configuration, it is possible to form an optimum air flow place in the cylinder, thereby enabling lean air-fuel ratio operation in a larger air-fuel ratio region without impairing combustion stability.
이하 본 발명의 작용 내지 효과를 실시예에 따른 실험 결과와 함께 설명한다. 또한 이하 설명 및 도면중에서 공기 제어밸브를 수평방향 와류 콘트롤 밸브의 약칭인 「SCV」로 표시하고 또한 종방향와류비와 수평방향 와류비를 총칭하는 경우는 「종방향 와류비 수평방향 와류비」라고 칭하기로 한다.Hereinafter, the operation to the effect of the present invention will be described with the experimental results according to the examples. In addition, in the following description and drawings, the air control valve is referred to as "SCV", which is an abbreviation of the horizontal vortex control valve, and the longitudinal vortex ratio and the horizontal vortex ratio are collectively referred to as "vertical vortex ratio horizontal vortex ratio". Shall be.
[실시예]EXAMPLE
제1도∼제3도에 본 발명의 불꽃 점화식 내연기관의 실시예를 도시한다. 각 도면에 있어서 1은 기관 본체, 2는 실린더, 3은 실린더 헤드, 4는 연소실, 5는 점화 플러그, 6은 흡기 포트, 7은 흡기 매니폴드이다.1 to 3 show an embodiment of a spark ignition type internal combustion engine of the present invention. In each figure, 1 is an engine main body, 2 is a cylinder, 3 is a cylinder head, 4 is a combustion chamber, 5 is a spark plug, 6 is an intake port, and 7 is an intake manifold.
제3도에 도시한 것처럼 흡기 매니폴드(7)는 그 흡기 콜렉터 집합부(8)에서 분기하여 기관(1)의 각 흡기 포트(6)에 이르는 복수의 흡기판(9)을 서로 같은 길이 및 기통열 방향으로 대칭 형상으로 설치하고 있다.As shown in FIG. 3, the intake manifold 7 branches the plurality of intake plates 9 extending from the intake collector assembly 8 to each intake port 6 of the engine 1 with the same length and It is provided in a symmetrical shape in the cylinder row direction.
각 흡기통(9)의 실린더 헤드(3)와의 접합부 부근에는 각 기통사이에서 동일 형상의 직선상 흡기 통로를 형성하는 통로 아답터(10)가 설치되고 이 흡기 포트(6)에 가까운 부분에는 공기 제어밸브(11)가 끼어 장착되어 있다.In the vicinity of the junction portion of each intake cylinder 9 with the cylinder head 3, a passage adapter 10 for forming a straight intake passage of the same shape is provided between the cylinders, and air control is provided at a portion close to the intake port 6. The valve 11 is fitted.
공기 제어밸브(11)는 통로 아답터(10)를 횡단하도록 거의 수평으로 설치된 취부축(12)을 통하여 회동 가능케 지지되어 있고 도시하지 않은 액췌이타를 통하여 희박 공연비 운전시에는 닫힌 위치(도시 상태)로 제어된다.The air control valve 11 is rotatably supported by a mounting shaft 12 installed almost horizontally to cross the passage adapter 10 and is in a closed position (shown state) when the lean air-fuel ratio operation is performed through an actuator (not shown). Controlled.
이 공기 제어밸브(11)에는 제1도 도시처럼 부분적으로 개구부(13)가 형성되어 있다. 이 개구부(13)는 이 경우 상기 취부축(12)보다 상측에서 또한 한쪽으로 치우친 부분을 잘라 낸 상태로 형성되어 있다.The air control valve 11 has an opening 13 partially formed as shown in FIG. In this case, this opening part 13 is formed in the state which cut out the part which shifted to one side from the upper side rather than the said mounting shaft 12 in this case.
닫힌 위치의 공기 제어밸브(11)는 제2도에 도시한 것처럼 상기 개구부(13)측이 하류측에 소정량(α)만큼 경사된 상태가 되도록 설정되어 있다.As shown in FIG. 2, the air control valve 11 of the closed position is set so that the said opening part 13 side may incline by the predetermined amount (alpha) to the downstream side.
흡기 포트(6)는 이 경우 기통열 방향으로 2개 설치된 흡기밸브(14, 15)에 대응하도록 중도에서 분기되어 있다. 또한 강한 종방향 와류를 일으키기 위한 포트 형상으로서 제2도에 도시한 것처럼 그 중심선이 수평면으로 이루는 각도(θ)를 작게 (θ=10∼30도 정도)설정되어 있다.In this case, the intake port 6 branches in the middle so as to correspond to the intake valves 14 and 15 provided in two in the cylinder row direction. In addition, as a port shape for causing strong longitudinal vortex, as shown in FIG. 2, the angle θ formed by the center line of the horizontal plane is set small (θ = about 10 to 30 degrees).
본 발명에서는 예를 들면 이처럼 불꽃 점화식 내연 기관을 구성하여 희박 공연비 운전시에 실린더내 흡기 유동의 종방향 와류비가 1.6∼3.1, 동 수평방향 와류비가 1.8∼3.5 가 되도록 도모하는 것이다.In the present invention, for example, a spark ignition type internal combustion engine is constructed so that the longitudinal vortex ratio of in-cylinder intake flow is 1.6 to 3.1 and the horizontal vortex ratio is 1.8 to 3.5 during lean air-fuel ratio operation.
종방향 와류 즉, 실린더안의 종와를 강화하는 포트 형상의 특징은 직선적 형상을 가지는 것과 이의 통로 중심선이 수평면으로 이루는 각도(θ)가 작은 것이다. 즉 흡기 행정 전반의 실린더 중심측의 흡기밸브 바로 아래의 수직 공기 하강류를 극력 억제하여 실린더안의 종와의 생성을 방해하지 않도록 도모하는 것이며 포트 윗쪽의 공기 질량 유량을 크게 할수록 종방향 와류비의 강도는 커진다. 예를 들면 한 종류의 소형차용 내연기관에 있어서는 상기 θ가 약 10∼30도이며 이의 하류측의 곡선 부분의 반경 R이 50㎜ 이상인 것이 종방향 와류 생성을 위해서는 유효하다.The characteristic of the port shape that strengthens the longitudinal vortex, ie, the longitudinal vortex in the cylinder, is that it has a linear shape and the angle θ of the passage centerline in the horizontal plane is small. In other words, the vertical air downward flow just under the intake valve on the cylinder center side of the intake stroke is suppressed as much as possible so as not to interfere with the generation of bells in the cylinder. The greater the air mass flow rate above the port, the greater the intensity of the longitudinal vortex ratio. Grows For example, in one type of internal combustion engine for small vehicles, it is effective for longitudinal vortex generation that θ is about 10 to 30 degrees and the radius R of the downstream curved portion thereof is 50 mm or more.
제4도는 흡기 매니폴드의 흡기관(브랜치)의 길이와 SCV 바로상류의 길이 L(제1도 참조)을 소정 비율로 변경시키고 희박 연소시의 연소 안정성을 검토한 결과를 도시하는 것이다. 흡기관이 길어질수록 각 기통사이에서의 흡기관 길이의 상대적인 차이가 적어지는 것이며 도면에서 볼 수 있듯이 이 기통마다의 흡기관 길이의 차이가 작을수록 희박 연소시의 연소 안정성이 향상되어 있음을 알 수 있다. 즉, 흡기 매니폴드는 그 흡기관이 각 기통마다 길이가 동일한 것이 희박 공연비아래에서 안정된 연소성을 얻기 위한 바람직한 조건이다.FIG. 4 shows the results of examining the combustion stability in lean combustion by changing the length of the intake pipe (branch) of the intake manifold and the length L (see FIG. 1) immediately upstream of the SCV at a predetermined ratio. The longer the intake pipe, the smaller the relative difference in intake pipe length between the cylinders. As can be seen from the figure, the smaller the difference in intake pipe length for each cylinder improves the combustion stability during lean combustion. have. That is, it is preferable that the intake manifold has the same length for each cylinder in order to obtain stable combustibility under the lean air-fuel ratio.
또한 제4도에 있어서 SCV 직상류부의 직선상 부분의 길이는 약 100㎜에서 연소 안정성이 최량으로 되어 있다. 이것은 포트내직경의 약 2.5 배의 길이에 상응한다. 실제로는 포트내직경의 1.5∼3.5 배의 길이면 희박 연소시의 안정성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 이것은 SCV 바로상류의 직선부에 있어서 각 기통마다 공기 유동의 차이가 평활화되어 각 기통 마다의 공기 유동영역이 균일해지기 때문이다.Moreover, in FIG. 4, the combustion stability is the best at the length of the linear part of the SCV upstream part about 100 mm. This corresponds to about 2.5 times the length of the inner diameter of the pot. In fact, it is possible to obtain the effect of improving the stability in lean burning of 1.5 to 3.5 times the inner diameter of the pot. This is because the difference in air flow in each cylinder is smoothed in the straight portion immediately upstream of the SCV, so that the air flow region in each cylinder becomes uniform.
이와 같이 흡기계에 관하여는 흡기 매니폴드의 각 기통에로의 흡기관의 길이를 같게 하고 특히 바람직하게는 SCV의 바로상류에 포트내 직경의 1.5∼3.5 배의 길이를 갖는 서로 거의 동일 형상의 흡기 통로 부분을 설치하므로서 각 기통사이에서 공기 유동을 균일화시켜 구체적으로는 연소 안정 한계 공연비값을 약 1∼1.5(비율로서 5% 정도) 이상 증대시켜서 기관의 희박 연소시의 연소 안정성을 높이는 효과가 기대된다.In this way, with respect to the intake air, the intake pipes to the respective cylinders of the intake manifold have the same length, and particularly preferably intakes of approximately the same shape with each other having a length of 1.5 to 3.5 times the diameter in the port immediately upstream of the SCV. By installing the passage part, the air flow is equalized between the cylinders, and specifically, the combustion stability limit air-fuel ratio value is increased by about 1 to 1.5 (about 5% as a ratio) or more, which is expected to increase the combustion stability in lean combustion of the engine. do.
제5도에 SCV 의 개구부 위치를 여러가지로 변경하여 희박 연소에 있어서의 안정 연소한계가 되는 공연비를 조사한 결과를 도시한다. 이 도면에서 종와의 강도를 나타내는 종방향 와류비와 수평와의 강도를 나타내는 수평방향 와류비에는 각각 최적치가 되며, 통상은 종방향 와류비가 1.6∼2.2 수평방향 와류비는 1.8∼3.2 의 범위가 최적임을 알 수 있다. 점화계의 출력을 증대시키므로서 그 만큼 착화 불량의 기회가 감소하므로 종방향 와류비는 2.2∼3.1 수평방향 와류비는 1.8∼3.5 로 최적치의 범위가 확대된다FIG. 5 shows the results of investigating the air-fuel ratio which becomes the stable combustion limit in lean combustion by changing the opening position of the SCV in various ways. In this figure, the longitudinal vortex ratio indicating the strength of the longitudinal vortex and the horizontal vortex ratio indicating the strength of the horizontal vortex are respectively optimal values. In general, the longitudinal vortex ratio is 1.6 to 2.2 and the horizontal vortex ratio is 1.8 to 3.2. Able to know. By increasing the output of the ignition system, the chance of poor ignition is reduced accordingly, so the vertical vortex ratio is 2.2 to 3.1 and the horizontal vortex ratio is 1.8 to 3.5.
상세하게는 종방향 와류비가 강하면 흐트러짐의 생성이 커지고 이 흐트러짐의 생성 때문에 희박 연소시의 안정성이 크게 영향을 받으므로 제5도 도시처럼 동일한 연소 안정성을 표시하는 선이 수평에 가까워진다. 한편 종방향 와류비가 커지면 제6도 도시처럼 동일한 흐트러짐 강도에 대한 사이클마다의 평균 유속의 변동이 커진다. 이 사이클마다의 평균 유속의 변동이 커지면 제7도에 도시처럼 연소 안정 한계가 되는 공연비가 짙은 방향으로 이동하고 만다. 또한 도시한 바와 같이 각 흡기 포트마다에 연료를 분사 공급하는 MPi 방식에서는 매니폴드 집합부보다 상류측에서 각 기통분의 연료를 종합하여 공급하는 SPi 방식에 비교하여 평균 유속의 사이클마다의 변동의 영향을 강하게 받으며 따라서 이것을 제어하는 것이 보다 중요하다. 또한 동일한 공연비로 운전하고 있으면 종방향 와류비가 상대적으로 증대할수록 연소 안정성이 나빠진다. 이런 사실들로부터 실린더안의 수평와는 종와가 갖는 사이클마다의 평균 유속의 변동이 커진다고 하는 결점을 보완하는 것이며 공기 유동상의 사이클마다의 변동을 억제하는 효과가 있음을 알 수 있다.In detail, when the longitudinal vortex ratio is strong, the generation of disturbance increases, and the stability during lean combustion is greatly affected by the generation of the disturbance, so that the line indicating the same combustion stability becomes close to horizontal as shown in FIG. On the other hand, when the longitudinal vortex ratio increases, the variation of the mean flow velocity per cycle for the same disturbance intensity as in FIG. 6 increases. As the fluctuation of the average flow velocity for each cycle increases, the air-fuel ratio which becomes the combustion stability limit moves in the dark direction as shown in FIG. In addition, as shown in the figure, in the MPi method of injecting and supplying fuel to each intake port, the influence of fluctuations in cycles of the average flow rate is higher than that of the SPi method in which the fuel for each cylinder is supplied upstream from the manifold assembly. Is strongly received and therefore it is more important to control it. In addition, when operating at the same air-fuel ratio, the combustion stability becomes worse as the longitudinal vortex ratio increases relatively. From these facts, it can be seen that the horizontal gap in the cylinder compensates for the drawback that the variation in the average flow velocity of each cycle has a great effect, and it has an effect of suppressing the variation in each cycle of the air flow.
제8도에 이와 같은 지식을 기초로 한 최적 종방향 와류와 수평방향 와류 영역을 도시한다. 이 도면에서 대강 종방향 와류비는 1.6∼2.8, 수평방향 와류비는 1.8∼3.2의 범위에 최적치가 있음을 알 수 있다. 단 제5도와 제8도의 결과는 점화계를 각별히 강화하지 않은 조건의 것이며 실용적으로는 더욱 강화한 점화계를 사용하므로서 안정 연소한계가 되는 공연비는 커지며 종방향 와류비, 수평방향 와류비 공히 약간 커도 연소는 안정된다.FIG. 8 shows the optimum longitudinal vortex and horizontal vortex regions based on this knowledge. In this figure, it can be seen that the approximate longitudinal vortex ratio is in the range of 1.6 to 2.8 and the horizontal vortex ratio is in the range of 1.8 to 3.2. However, the results of FIGS. 5 and 8 are for the condition that the ignition system is not strengthened. In practical use, the air-fuel ratio which becomes the stable combustion limit is increased by using the enhanced ignition system. Is stable.
점화계의 강화란 방전 전압의 방전 기간을 증대시키고 방전 에너지를 증대시키는 것이다. 그러기 위해서는 일반적으로 점화 코일의 개량과 큰 방전 에너지에 견딜 수 있는 점화 플러그의 내구성 향상이 필요하다. 단 점화계의 과도한 강화는 점화 코일의 구동 에너지에 기관 동력이 소비되어 연비의 악화를 초래함과 동시에 점화 플러그의 소모를 촉진시키므로 점화계의 강화에는 어느 정도의 한계가 있다.The strengthening of the ignition system is to increase the discharge period of the discharge voltage and increase the discharge energy. This generally requires improvement of the ignition coil and improvement of the durability of the spark plug that can withstand the large discharge energy. However, excessive reinforcement of the ignition system consumes engine power to drive energy of the ignition coil, which leads to deterioration of fuel efficiency, and at the same time promotes consumption of the spark plug.
제9도는 실용상 허용되는 레벨로 강화한 점화계의 종방향 와류비 및 수평방향 와류비에 대한 안정 연소한계를 도시한 것이며 종방향 와류비 = 2.7, 수평방향 와류비 = 2.7로 최적으로 되어 있으며 이미 설명한 바와 같이 종방향 와류비가 2.2∼3.1, 수평방향 와류비가 1.8∼3.5의 범위에서 연소 개선 효과가 보인다.Figure 9 shows the stable combustion limits for the longitudinal and horizontal vortex ratios of the ignition system strengthened to a practically acceptable level and is optimal with the longitudinal vortex ratio = 2.7 and the horizontal vortex ratio = 2.7. As described, the combustion improvement effect is seen in the range of the longitudinal vortex ratio of 2.2 to 3.1 and the horizontal vortex ratio of 1.8 to 3.5.
다음에 SCV 개구부의 중심 위치가 연소 안정성에 미치는 영향을 설명한다. 제10도는 SCV 개구부의 중심 위치와 희박 연소시의 안정 연소한계 공연비의 관계를 도시한 것이다. SCV 개구부의 중심 위치에는 최적치가 있고 제조 오차나 엔진 제원의 차이를 고려하여 최적치의 95% 정도의 효과를 수득하는 것을 전제 조건으로 하면 통로 중심에서부터 개구부 중심점에 그은 선분이 취부축으로 이루는 각도(β)가 45∼70도의 범위내에 있어야 하며 바람직하게는 β = 50∼55도 정도로 한다. 이 개구부 구성과 상술한 종방향 와류를 이르키는 흡기 포트(종방향 와류비 강화 포트)의 조합으로 상술한 종방향 와류비 = 2.7, 수평방향 와류비 = 2.7 이라고 하는 최적치를 얻을 수 있게 된다.Next, the influence of the center position of the SCV opening on the combustion stability will be described. FIG. 10 shows the relationship between the center position of the SCV opening and the stable combustion limit air-fuel ratio in lean combustion. Assuming that the center position of the SCV opening has an optimum value and the effect of about 95% of the optimum value is obtained in consideration of manufacturing errors or differences in engine specifications, the angle formed by the mounting axis of the line segment drawn from the center of the opening to the opening center point (β) ) Should be in the range of 45 to 70 degrees, preferably β = 50 to 55 degrees. The combination of this opening configuration and the intake port (longitudinal vortex ratio reinforcement port) leading to the above-described longitudinal vortex enables the optimum values of the above-mentioned longitudinal vortex ratio = 2.7 and horizontal vortex ratio = 2.7 to be obtained.
또한 종방향 와류비 강화 포트를 병용하지 않고 개구부를 설치한 SCV 만으로 종방향 와류를 생성하는 것도 가능하나 일반적으로 종방향 와류 강화 포트를 병용하면 SCV의 개구부 면적을 크게 취할 수 있으므로 보다 고부하영역까지 희박 연소 운전을 할 수 있다고 하는 이점이 얻어진다.It is also possible to generate longitudinal vortices with only SCVs with openings, without using longitudinal vortex-rendered pots. The advantage of being able to perform a combustion operation is obtained.
다음에 닫힌 위치에 있어서 SCV 상부가 흐름의 하류측에 소정량 만큼 경사하도록 설정하는 점에 관하여 설명하면, 이로써 제11도 도시처럼 연소 안정 효과가 향상한다. 이것은 제12도 도시처럼 SCV 경사로 인해 흐트러짐의 생성은 그대로 두고 SCV 개구부로의 흡기의 흐름이 정리되어 평균 유속의 사이클 변동이 억제되기 때문이다. 제13도는 SCV 경사각(α)과 안정 연소 효과의 관계를 도시한 것이다.Next, a description will be given of setting the SCV upper portion to be inclined by a predetermined amount downstream of the flow in the closed position, thereby improving the combustion stabilizing effect as shown in FIG. This is because, as shown in FIG. 12, the flow of intake air into the SCV opening is cleared while the generation of the disturbance is left unchanged due to the inclination of the SCV, thereby suppressing cycle variation of the average flow rate. 13 shows the relationship between the SCV tilt angle α and the stable combustion effect.
도시된바 처럼 SCV경사각이 20∼30도가 가장 연소 안정성의 향상을 기대할 수 있는 범위이다. 경사각 0도 부근에서는 취부 불균일이 원인이 되어 설정할 수 있는 공연비의 폭이 작아져 버리나 20∼30도 범위로 SCV'경사각을 설정하므로서 설정할 수 있는 공연비의 폭이 최대가 되며 따라서 가령 경사각도에 취부상 오차가 있어도 이것을 충분히 흡수할 수 있다.As shown, the SCV tilt angle is in the range of 20 to 30 degrees, the most expected improvement in combustion stability. The range of the air-fuel ratio that can be set becomes smaller due to uneven mounting at the inclination angle, but the width of the air-fuel ratio that can be set by setting the SCV 'inclination angle in the range of 20 to 30 degrees is the maximum, and therefore, Even if there is an error, it can be sufficiently absorbed.
한편 제1도 또는 제2도 도시처럼 흡기밸브를 두개 설치한 기관의 경우에는 SCV 개구부에 임하는 흡기밸브(제1도 에서는 흡기밸브 15)쪽을 다른 쪽보다 조기에 개방하므로서 제14도 도시처럼 연소 안정성을 향상시킬 수 있다. 이것은 SCV 개구부측의 흡기밸브를 먼저 개방하므로서 당해 흡기밸브에 대응하는 개변하므로서 당해 흡기밸브에 대응하는 한쪽 흡기 포트의 수평방향 와류 종방향 와류 생성의 계기가 안정되게 얻어지고 그 결과로서 제15도 도시처럼 흐트러짐 생성은 그대로 두고 사이클마다의 평균 유속의 변동이 억제되기 때문이다.On the other hand, in the case of an engine having two intake valves as shown in FIG. 1 or FIG. 2, the intake valve (intake valve 15 in FIG. 1) opening to the SCV opening is opened earlier than the other side, so that combustion occurs as shown in FIG. Stability can be improved. This opens the intake valve on the side of the SCV opening first, thereby modifying it corresponding to the intake valve, so that an instrument for generating a horizontal vortex longitudinal vortex in one intake port corresponding to the intake valve is obtained stably and as a result, FIG. This is because fluctuations in the average flow velocity for each cycle are suppressed while the generation of the disturbance remains as it is.
이상과 같이 본 발명은 종방향 와류비 및 수평방향 와류비를 공히 2.7 전후에 설정하므로서 최적 희박 연소 운전 성능을 수득한 것이며 이와 같은 종방향 와류 수평방향 와류비의 설정을 실현시키는 구체적 구성으로서 흡기 매니폴드 구조의 동등 길이 대칭화, 소정 위치에 개구부를 갖는 공기 제어밸브와 그의 취부 경사 각도의 설정, 흡기 포트의 종방향 와류 강화 포트화, 흡기 2 밸브의 위상차 개방 설정 등의 수단을 제안하는 것이나 상기 각 수단은 어디까지나 일 구성예이며 기타 구성을 채용한 경우에 있어서도 상기 본 발명의 최적 종방향 와류 수평방향 와류비의 설정을 행하므로서 희박 연소한계의 확대 내지 희박 연소 기관의 안정성 향상 효과를 기대할 수 있다.As described above, the present invention obtains the optimum lean combustion operation performance by setting the longitudinal vortex ratio and the horizontal vortex ratio at about 2.7 before and after the intake manifold as a specific configuration for realizing the setting of the longitudinal vortex horizontal vortex ratio. To propose means such as symmetrical symmetry of the fold structure, setting of an air control valve having an opening at a predetermined position and its mounting inclination angle, forming a longitudinal vortex reinforcement port of the intake port, and setting the phase difference opening of the intake 2 valve; Each means is only one configuration example, and even when other configurations are employed, the optimum longitudinal vortex horizontal vortex ratio of the present invention can be set, thereby increasing the lean combustion limit or improving the stability of the lean combustion engine. have.
또한 상기 각 수단의 실시에 있어서는 이들은 기관의 요구 사양등에 따라 반드시 전부를 겸비할 필요는 없다. 예를 들면 보아/스트로크비가 0.8∼0.9 정도인 롱 스트로크형 기관에서는 피스톤 속도가 빠르므로 흡기 포트를 종방향 와류 강화 포트로 할 필요가 반드시 있는 것은 아니고 상술한 SCV의 경사각(α) 및 SCV 개구부 중심각(β)의 최적화와 흡기 2 밸브의 위상차를 설정하므로서 최적 종방향 와류 수평방향 와류비를 실현할 수 있다. 단, 이 경우에는 흡기 포트에 따른 종방향 와류 생성을 행하지 않는 분 만큼 SCV 개구부에서의 종방향 와류 생성을 강화함이 바람직하며 그를 위해서는 예를 들면 제10도의 부호 S에 도시된 바와 같이 중심각(β)이 60∼70도 범위가 되도록 설정한다. 또한 흡기 2 밸브의 위상차는 예를 들면 제14도 도시처럼 크랭크각도로 8도 정도로 한다.Moreover, in implementing each said means, they do not necessarily need to have all according to the specification of an engine, etc. For example, in a long stroke engine with a bore / stroke ratio of about 0.8 to 0.9, the piston speed is high, so the intake port does not necessarily need to be a longitudinal vortex reinforcement port, and the angle of inclination α of the SCV and the center angle of the SCV opening are described above. By optimizing (β) and setting the phase difference between the intake two valves, an optimum longitudinal vortex horizontal vortex ratio can be realized. In this case, however, it is preferable to reinforce the longitudinal vortex generation at the SCV opening as much as the one which does not perform the longitudinal vortex generation along the intake port, and for this purpose, for example, the center angle β as shown by reference numeral S of FIG. The range is set so as to be in the range of 60 to 70 degrees. The phase difference between the intake two valves is, for example, about 8 degrees at the crank angle as shown in FIG.
제16도는 본 발명을 구현화하기 위한 상기 각 수단과 이것들을 몇개 조합함에 따른 효과를 연소한계 공연비로 도시한 것이다. 도시처럼 흡기 2 밸브 형식의 기관에 SCV를 설정한 것 뿐인 종래예와 비교하면 종방향 와류 강화 포트(상기 본 발명의 수단 D). SCV 경사 취부(동 수단 B의 a), SCV 직전의 직선 동일 형상화를 포함하는 흡기계의 동등 길이 대칭화(동 수단 A.C). 흡기 2 밸브의 위상차 개방 설정(동 수단 E)등을 각각 적용해도 어느 정도의 연소한계 향상 효과를 수득할 수 있으나 특히 이들을 조합하고 나서 SCV 개구부 중심 위치를 최적 설정함(동 수단 B의 b)으로서 도면중 부호(5, 9, 10)의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같은 현저한 효과가 얻어진다. 또한 흡기 2 밸브에 위상차를 부여하는 것으로 한 경우에는 부호(11)에서 볼 수 있드시 종방향 와류 강화 포트를 구비하지 않은 구성에 있어서도 충분히 우수한 연소 개선 효과가 얻어진다.FIG. 16 shows each of the above means for embodying the present invention and the effects of combining some of them with a combustion limit air-fuel ratio. Longitudinal vortex reinforcement port (means D of the present invention above) compared with the conventional example in which only the SCV is set in the engine of the intake two-valve type as shown. Equivalent length symmetry of the intake machine including the SCV inclined mounting (a of the moving means B) and the linear same shaping immediately before the SCV (the moving means A.C). Even if the phase difference opening setting of the intake two valves (the copper means E) and the like are applied to each other, a certain combustion limit improvement effect can be obtained, but in particular, after combining them, the SCV opening center position is optimally set (b of the copper means B). Remarkable effects as can be seen in the graphs of symbols 5, 9 and 10 in the figure are obtained. In addition, in the case where a phase difference is provided to the intake two valves, a sufficiently improved combustion improvement effect can be obtained even in the configuration in which the longitudinal vortex strengthening port is not provided as indicated by reference numeral 11.
[발명의 효과][Effects of the Invention]
이상을 요약하면 본 발명은 불꽃 점화식 내연 기관에 있어서 실린더안의 종방향 와류 성분에 의한 적당한 흐트러짐의 확보와 수평방향 와류 성분에 의한 평균 유속의 사이클 변동의 억제에 의해 희박 연소시의 연소 안정화에 유효한 실린더안의 공기 유동영역이 얻어진다고 하는 지식을 기초로 하여 최적 종방향 와류비 및 수평방향 와류비를 부여함과 동시에 이를 실현하기 위한 구체적 수단으로서 흡기관 구성의 동등 길이, 대칭화, 공기 제어밸브의 개구부 중심 위치의 최적화, 공기 제어밸브의 경사 취부 각도의 최적화, 종방향 와류 강화 포트 형상 위상차를 가지고 개방되는 흡기 2 밸브 형식등의 구성을 제안하는 것이며 이들 구성을 구비하므로서 희박 연소한계를 보다 향상시키고 또는 희박 연소영역에서의 연소 안정성을 개선할 수 있다는 효과를 이룰 수 있다.In summary, the present invention is a cylinder which is effective for stabilizing combustion in lean combustion by ensuring adequate disturbance by longitudinal vortex components and suppressing cycle variation of average flow rate by horizontal vortex components in a spark ignition type internal combustion engine. On the basis of the knowledge that the internal air flow area is obtained, the optimum longitudinal vortex ratio and the horizontal vortex ratio can be given, and as a specific means for realizing this, the equivalent length of the intake pipe configuration, symmetry, and opening of the air control valve It proposes the configuration of the center position, the inclination of the inclination of the air control valve, the intake two-valve type that opens with the longitudinal vortex reinforcement port shape phase difference, etc. Effects of improving combustion stability in lean burn zones It can be achieved.
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