JP2004143954A - 内燃機関の吸気ポート構造 - Google Patents

Abstract

【目的】内燃機関の吸気ポート構造において、吸気ポートの外周側壁面の流速を高めてタンブル流を生成するとともに、吸気バルブガイド周りの流れを整流することによって吸入抵抗の増加を防止し、内燃機関の高出力化を図り、また、低燃費及びエミッション（ＨＣ）の改善を図ることにある。
【構成】吸気ポートは、シリンダヘッドの幅方向と直交する長手方向の断面における湾曲部の曲率中心から離間する外周側壁面を直線状に形成するとともに、この外周側壁面には部分的に曲率中心方向に突出する突出部を形成し、この突出部を通路上流部から吸気バルブガイドの下流側に渡って形成している。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸気ポート構造に係り、特に燃焼室への吸気にタンブル流を効果的に生成する内燃機関の吸気ポート構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関においては、燃焼性を向上するために、燃焼室への吸気にスワールを生成することが有効であり、このため、吸気ポートの形状には種々の工夫がなされている。吸気のスワールには、シリンダ軸線周りに横向きに旋回させる横スワールと、シリンダ軸線方向に縦向きに旋回させる縦スワール（所謂タンブル流）とがある。
【０００３】
このような内燃機関としては、例えば、図１３に示すものがある。即ち、図１３において、１０２は内燃機関、１０４はシリンダブロック、１０６はシリンダヘッドである。このシリンダヘッド１０６には、下側デッキ面１０６Ｂ側に燃焼室１０８が形成され、また、吸気側で上側デッキ面１０６Ｕ側に吸気カム軸支持部１１０が形成されているとともに排気側で上側デッキ面１０６Ｕ側に排気カム軸支持部１１２が形成され、また、燃焼室１０８に連通するように吸気側で吸気ポート１１４が形成されているとともに排気側で排気ポート１１６が形成されている。
【０００４】
吸気ポート１１４は、シリンダヘッド１０６の一側面である吸気側面１０６Ｓから幅方向Ｘに延びる通路上流部１１４Ａと、この通路上流部１１４Ａから下方へ湾曲する湾曲部１１４Ｂを含んで燃焼室１０８へ連通する通路下流部１１４Ｃとからなる。湾曲部１１４Ｂは、曲率中心Ｏを中心として曲率半径Ｒ１に設定されている。
【０００５】
シリンダヘッド１０６には、吸気側で、吸気ポート１１４の燃焼室側吸気開口部１１８に吸気バルブシート１２０が取り付けられ、また、上部位に吸気側油圧タペット室１２２が形成されている。
【０００６】
シリンダヘッド１０６には、吸気ポート１１４の燃焼室側吸気開口部１１８を開閉する吸気バルブ１２４が設けられている。この吸気バルブ１２４は、吸気バルブステム１２４Ａと吸気バルブヘッド１２４Ｂとからなり、吸気バルブステム１２４Ａの先端側が吸気側油圧タペット室１２２に設置した吸気油圧タペット（図示せず）に連結している。
【０００７】
また、シリンダヘッド１０６には、吸気側油圧タペット室１２２と直列に吸気側スプリング室１２６が形成されている。この吸気側スプリング室１２６は、底部位が吸気バルブスプリングシート部（座面）１２８で形成されている。吸気側スプリング室１２６内には、吸気バルブ１２４の吸気バルブステム１２４Ａに嵌装されて吸気バルブスプリングシート部１２８に当接する吸気バルブスプリング１３０が設けられている。この吸気バルブスプリング１３０は、吸気バルブ１２４を燃焼室側吸気開口部１１８の閉鎖方向に付勢するものである。
【０００８】
シリンダヘッド６には、吸気側ヘッド内壁１３２に、吸気側ガイド保持孔１３４が吸気側スプリング室１２６に連通して形成されている。この吸気側ガイド保持孔１３４には、吸気バルブガイド１３６が挿着されている。この吸気バルブガイド１３６は、パイプ形状であり、吸気バルブ１２４の吸気バルブステム１２４Ａを摺動可能に保持している。また、この吸気バルブガイド１３６は、ガイド下端部１３６Ｂが吸気ポート１１４の内方（ポート中心線１１４Ｃ方向）に突出するように配置されている。
【０００９】
この吸気ポート１１４においては、燃焼性を向上するように、燃焼室１０８にタンブル流を生成する場合に、吸気ポート１１４に直線部位Ｓを形成するとともに、燃焼室側吸気開口部１１８近傍の内周側湾曲壁面１３８の曲率半径Ｋ１を小さく設定し、これにより、吸気の流れを剥離させて吸気の流速を低下させ（破線の矢印Ｐで示す）、外周側壁面１４０側の吸気の流速（Ｑ方向）を相対的に速くしている。
【００１０】
一方、シリンダヘッド１０６には、排気側において、排気ポート１１６の燃焼室側排気開口部１４２に排気バルブシート１４４が取り付けられ、また、上部位に排気側油圧タペット室１４６が形成されている。
【００１１】
また、シリンダヘッド１０６には、排気側スプリング室１４８と排気バルブスプリングシート部１５０とが形成されているとともに、排気側ヘッド内壁１５２の排気ガイド孔１５４に排気バルブガイド１５６が挿着されている。
【００１２】
このような内燃機関の吸気ポート構造としては、例えば、特開平９−１８４４２４号公報、特開平７−３０１１１９号公報、特開平７−１５０９５７号公報に開示されている。特開平９−１８４４２４号公報に記載のものは、吸気ポートのバルブステムのガイド穴とバルブシート部との間における湾曲部において、湾曲の曲率中心から遠方に位置する遠心側の壁面に、内側に向かって凸状になだらかに曲率を変化させる肉盛部を設けたものである。特開平７−３０１１１９号公報に記載のものは、吸気弁座の直上流の吸気ポートのデッキ面側内壁にエッジ部を形成し、吸気ポートの中心線がデッキ面となす角度を排気弁座の端面がデッキ面となす角度よりも小さく設定し、吸気ポートの中心線の延長線と燃焼室の頂点を通ってデッキ面に直交する交点のデッキ面からの距離を、燃焼室の頂点のデッキ面からの距離よりも小さく設定したものである。特開平７−１５０９５７号公報に記載のものは、複数の吸気ポートを有する多バルブエンジンにおいて、同じ燃焼室部分から引き出される複数の吸気ポートが、互いに形状が異なるように形成されたものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、図１３に示す内燃機関の吸気ポート構造においては、吸気ポート１１４の湾曲部１１４Ｂの曲率中心Ｏに近接する内周側湾曲壁面１３８の形状により、吸気の流れを剥離して流速を低下させ、外周側壁面１４０側の吸気流速と内周側湾曲壁面１３８の吸気流速との速度差により吸気にタンブル流を生成していたので、吸気流量が増加した場合には、吸気の剥離によって吸入抵抗が大幅に増加し、このため、内燃機関の出力が低下し、また、燃費が悪化したり、エミッション（ＨＣ）が発生するという不都合があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述の不都合を除去するために、内燃機関のシリンダヘッドの一側面から幅方向に延びる通路上流部とこの通路上流部から下方へ湾曲する湾曲部を含んで燃焼室へ連通する通路下流部とからなる吸気ポートを設け、ガイド下端部が前記吸気ポートの内方に突出するように配置された吸気バルブガイドを設けた内燃機関の吸気ポート構造において、前記吸気ポートは、前記シリンダヘッドの幅方向と直交する長手方向の断面における前記湾曲部の曲率中心から離間する外周側壁面を直線状に形成するとともに、この外周側壁面には部分的に前記曲率中心方向に突出する突出部を形成し、この突出部を前記通路上流部から前記吸気バルブガイドの下流側に渡って形成したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明において、吸気ポートは、シリンダヘッドの幅方向と直交する長手方向の断面における湾曲部の曲率中心から離間する外周側壁面を直線状に形成するとともに、この外周側壁面には部分的に曲率中心方向に突出する突出部を形成し、この突出部を通路上流部から吸気バルブガイドの下流側に渡って形成していることから、突出部の両側部位に形成される空間に吸気流を分岐させて吸気ポートの外周側壁面側の吸気流速を高めてタンブル流を生成するとともに、突出部によって吸気バルブガイド周りの流れを整流させることにより、吸入抵抗の増加を防止し、内燃機関の高出力化を図り、また、低燃費及びエミッション（ＨＣ）の改善を図ることができる。
【００１６】
【実施例】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。図１〜９は、この発明の第１実施例を示すものである。図１において、２は車両に搭載される内燃機関、４はシリンダブロック、６はシリンダヘッドである。内燃機関２は、１気筒当たり、吸気側が２つのバルブ且つ排気側が２つのバルブの４バルブのものである。シリンダヘッド６には、下側デッキ面６Ｂ側に燃焼室８が形成され、また、吸気側で上側デッキ面６Ｕ側に吸気カム軸支持部１０が形成されているとともに排気側で上側デッキ面６Ｕ側に排気カム軸支持部１２が形成され、また、燃焼室８に連通するように吸気側で吸気ポート１４が形成されているとともに排気側で排気ポート１６が形成されている。
【００１７】
吸気ポート１４は、シリンダヘッド６の一側面である吸気側面６Ｓから幅方向Ｘに延びる通路上流部１４Ａとこの通路上流部１４Ａから下方へ湾曲する湾曲部１４Ｂを含んで燃焼室８へ連通する通路下流部１４Ｃとからなる。湾曲部１４Ｂは、曲率中心Ｏを中心として曲率半径Ｒ２で設定されている。シリンダヘッド６の吸気側面６Ｓには、図７〜９に示す如く、吸気ポート１４に連通する吸気通路１８Ａを形成する吸気マニホルド１８が取り付けられる。この吸気マニホルド１８の弁取付部２０には、吸気ポート１４側に燃料を噴射する燃料噴射弁２２が取り付けられている。
【００１８】
シリンダヘッド６には、吸気側で、吸気ポート１４の燃焼室側吸気開口部２４に吸気バルブシート２６が取り付けられ、また、上部位に吸気側油圧タペット室２８が形成され、更に、この吸気側油圧タペット室２８に連通する吸気側タペット用油路３０が形成され、更にまた、この吸気側タペット用油路３０に連通する吸気側オイル通路３２が形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド６には、吸気ポート１４の燃焼室側吸気開口部２４を開閉する吸気バルブ３４が設けられている。この吸気バルブ３４は、吸気バルブステム３４Ａと吸気バルブヘッド３４Ｂとからなり、吸気バルブステム３４Ａの先端側が吸気側油圧タペット室２８に設置した吸気油圧タペット（図示せず）に連結してる。
【００２０】
また、シリンダヘッド６には、吸気側油圧タペット室２８と直列に吸気側スプリング室３６が形成されている。この吸気側スプリング室３６は、底部位が吸気バルブスプリングシート部（座面）３８で形成されている。吸気側スプリング室３６内には、吸気バルブ３４の吸気バルブステム３４Ａに嵌装されて吸気バルブスプリングシート部３８に当接する吸気バルブスプリング４０が設けられている。この吸気バルブスプリング４０は、吸気バルブ３４を燃焼室側吸気開口部２４の閉鎖方向に付勢するものである。
【００２１】
シリンダヘッド６には、吸気側ヘッド内壁４２に、吸気側ガイド保持孔４４が吸気側スプリング室３６に連通して形成されている。この吸気側ガイド保持孔４４には、吸気バルブガイド４６が挿着されている。この吸気バルブガイド４６は、パイプ形状であり、吸気バルブ３４の吸気バルブステム３４Ａを摺動可能に保持している。また、この吸気バルブガイド４６は、ガイド下端部４６Ｂが吸気ポート１４の内方（ポート中心線１４Ｃ方向）に突出するように配置されている。
【００２２】
この実施例における吸気ポート１４にあっては、図１、２に示す如く、吸気ポート１４の下部の内周側湾曲壁面４８の曲率半径Ｋ２は、吸気ポート１４内の吸気の流れが剥離しない程度の大きさに設定されている。
【００２３】
また、図３に示す如く、吸気側面６Ｓ側で上流側の上壁面の中央部位に燃料噴射弁２２から噴射された燃料を導く燃料噴射用通路５０が形成され、また、燃焼室側吸気開口部２４側の下流側の中央部位の分岐壁５２によって一側、他側ポート部１４−１、１４−２が分岐して形成されている。従って、この一側、他側ポート部１４−１、１４−２に対応して、一側、他側燃焼室側吸気開口部２４−１、２４−２が形成されているとともに、一側、他側吸気ガイド保持孔４４−１、４４−２に一側、他側吸気バルブガイド４６−１、４６−２が設けられている。
【００２４】
更に、この吸気ポート１４は、図２、６に示す如く、シリンダヘッド６の幅方向Ｘと直交する長手方向の断面における湾曲部１４Ｂの曲率中心Ｏから離間する外周側壁面５４を直線状に形成するとともに、この外周側壁面５４には部分的に曲率中心Ｏ方向に突出する突出部５６を形成し、この突出部５６を通路上流部１４Ａから吸気バルブガイド４６の下流側に渡って形成している。
【００２５】
つまり、この突出部５６は、吸気ポート１４が途中から一側、他側ポート部１４−１、１４−２に分岐されていることから、図３に示す如く、一側、他側ポート部１４−１、１４−２に対応した一側、他側突出部５６−１、５６−２に分離して設けられている。この突出部５６は、図２、３に示す如く、長さＬと幅Ｗと深さＤとにより、吸気ポート１４の吸気バルブガイド４６近傍で且つこの部位の上流において横方向に広がり、さらに、吸気バルブガイド４６周りから吸気ポート１４の端面開口部５８に向かってつながる凸状（吸気ポート１４の内方に向かう凸形状）の曲面に形成されている。これにより、この吸気ポート１４にあっては、図３に示す如く、燃料噴射用路５０と分岐壁５２間で且つ一側突出部５６−１と他側突出部５６−２間の中央吸気流空間６０Ａと、一側突出部５６−１の外側の一側吸気流空間６０Ｂと、他側突出部５６−２の外側の他側吸気流空間６０Ｃとが形成される。
【００２６】
また、突出部５６には、吸気バルブスプリングシート部３８の端部位３８Ｅが入り込むように設けられている。
【００２７】
一方、シリンダヘッド６には、排気側において、排気ポート１６に一対の一側、他側燃焼室側排気開口部６２−１、６２−２が形成されているとともに、この燃焼室側排気開口部６２に排気バルブシート部６４が取り付けられ、また、上部位に排気側油圧タペット室６６が形成され、更に、この排気側油圧タペット室６６に連通する排気側タペット用油路６８が形成され、更にまた、この排気側タペット油路６８に連通する排気側オイル通路７０が形成されている。また、シリンダヘッド６には、排気側スプリング室７２と排気バルブスプリングシート部７４とが形成されているとともに、排気側ヘッド内壁７６の排気ガイド孔７８に排気バルブガイド８０が挿着されている。
【００２８】
次に、この第１実施例の作用を説明する。
【００２９】
内燃機関２への吸気は、吸気ポート１４において、通路上流部１４Ａと湾曲部１４Ｂと通路下流部１４Ｃとを経て、燃焼室８に供給される。
【００３０】
ところで、この実施例において、吸気ポート１４は、シリンダヘッド６の幅方向Ｘと直交する長手方向の断面における湾曲部１４Ｂの曲率中心Ｏから離間する外周側壁面５４を直線状に形成するとともに、この外周側壁面５４には部分的に曲率中心Ｏ方向に突出する突出部５６を形成し、この突出部５６を通路上流部１４Ａから吸気バルブガイド４６の下流側に渡って形成していることから、つまり、突出部５６は、吸気ポート１４の吸気バルブガイド４６近傍で且つこの部位の上流において横方向に広がり、さらに、吸気バルブガイド４６周りから吸気ポート１４の端面開口部５８に向かってつながる凸状（吸気ポート１４の内方に向かう凸形状）の曲面に形成され、また、吸気ポート１４の下側の内周側湾曲壁面４８の曲率半径Ｋ２は、吸気ポート１４内の吸気の流れが剥離しない程度の大きさに設定されていることから、一側、他側突出部５６−１、５６−２の両側部位に形成される各空間６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃに吸気流が分岐され、吸気ポート１４の直線状の外周側壁面５４に沿った吸気の流動が強化され（図８の矢印Ｑで示す）、燃焼室８内のタンブル流が強化される。
【００３１】
従って、従来の吸気ポート１４で弱くされた吸気の流れ（図８の矢印Ｐで示す）が犠牲されず、外周側壁面５４での吸気の流れ（図８の矢印Ｑで示す）を強くすることで、タンブル流を強くしつつ、吸入抵抗も小さくすることができ、これにより、燃焼性を向上するとともに、内燃機関２の高出力化を図り、また、燃費を向上し、しかも、エミッション（ＨＣ）の発生を低減することができる。
【００３２】
また、図９に示すように、吸気の流れ（矢印Ｅで示す）を強くするために、吸気ポート１４を横方向に広げており、このままだと、吸気バルブガイド４６周りの流速が低下してしまうので、突出部５６の凸形状で、吸気ポート１４の断面積が吸気バルブガイド４６で大きくならないように調整している。これにより、吸気ポート１４から燃焼室８内に入る吸気流動を、速くすることができるとともに減少しないようにして、燃焼性を改善することができる。
【００３３】
更に、突出部５６に吸気バルブスプリングシート部３８の端部位３８Ｅを形成することができ、吸気バルブスプリング４０を吸気ポート１４に近づけ、且つ、カム軸（図示せず）の中心を吸気ポート１４に近づけて配設することができるので、シリンダヘッド６の高さを小さくし、よって、内燃機関２のコンパクト化を図るとともに、内燃機関２の軽量化を図ることができる。
【００３４】
図１０、１１は、この発明の特別構成であり、第２実施例を示すものである。
【００３５】
以下の実施例にあっては、上述の第１実施例と同一機能を果す箇所には、同一符号を付して説明する。
【００３６】
この第２実施例の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、一側、他側突出部５６−１、５６−２の突出面側には、一側、他側吸気流強化楕円溝８２−１、８２−２を上流側から下流側に延長して形成した。この一側、他側吸気流強化楕円溝８２−１、８２−２は、上流側から下流側に漸次に窄み且つ少し円弧状に形成され、また、一側、他側上流側開口８４−１、８４−２の開口面積が一側、他側下流側開口８６−１、８６−２の開口面積よりも大きく形成され、且つ、この一側、他側下流側開口８６−１、８６−２が夫々内壁面側に位置して形成されている。
【００３７】
この第２実施例の構成によれば、一側、他側吸気流強化楕円溝８２−１、８２−２の一側、他側上流側開口８４−１、８４−２から流入した吸気は、窄まれた一側、他側吸気流強化楕円溝８２−１、８２−２を経て一側、他側下流側開口８６−１、８６−２から夫々内壁面側に流出することから、下流側で外周側の吸気流が強化され、これにより、燃焼室８におけるタンブル流をさらに強くすることができる。
【００３８】
図１２は、この発明の特別構成であり、第３実施例を示すものである。
【００３９】
この第３実施例の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、一側、他側突出部５６−１、５６−２の突出面には、一側、他側気流強化部９２−１、９２−２を夫々内壁面側に斜めに突出し且つ上流側から下流側に延長して形成した。一側気流強化部９２−１は、複数（例えば２つ）の一側気流偏向部材９４−１Ａ、９４−１Ｂからなる。また、他側気流強化部９２−２は、複数（例えば２つ）の他側気流偏向部材９４−２Ａ、９４−２Ｂからなる。
【００４０】
この第３実施例の構成によれば、一側、他側気流強化部９２−１、９２−２により、吸気流には各内壁面側に方向性が持たされ、これにより、一側、他側突出部５６−１、５６−２の両側に強い吸気流を生じさせることができ、燃焼室８におけるタンブル流をさらに強くすることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細な説明から明らかなようにこの発明によれば、吸気ポートは、シリンダヘッドの幅方向と直交する長手方向の断面における湾曲部の曲率中心から離間する外周側壁面を直線状に形成するとともに、この外周側壁面には部分的に曲率中心方向に突出する突出部を形成し、この突出部を通路上流部から吸気バルブガイドの下流側に渡って形成したことにより、突出部の両側部位に形成される空間に吸気流を分岐させて吸気ポートの外周側壁面側の吸気の流速を高めてタンブル流を生成するとともに、突出部によって吸気バルブガイド周りの流れを整流させることにより、吸入抵抗の増加を防止し、内燃機関の高出力化を図り、また、低燃費及びエミッション（ＨＣ）の改善を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例において内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【図２】第１実施例において吸気ポートの構成図である。
【図３】図２の矢印ＩＩＩによる吸気ポートの平面図である。
【図４】図２の矢印ＩＶによる吸気ポートの端面開口部の平面図である。
【図５】図２の矢印Ｖ−Ｖによる吸気ポートの断面図である。
【図６】図２の矢印ＶＩ−ＶＩによる吸気ポートの断面図である。
【図７】第１実施例において吸気ポートの斜視図である。
【図８】図７の吸気ポートの側面図である。
【図９】図８の吸気ポートの平面図である。
【図１０】第２実施例において吸気ポートの平面図である。
【図１１】第２実施例において吸気ポートの断面図である。
【図１２】第３実施例において吸気ポートの断面図である。
【図１３】従来における内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【符号の説明】
２　内燃機関
６　シリンダヘッド
８　燃焼室
１４　吸気ポート
１４Ａ　通路上流部
１４Ｂ　湾曲部
１４Ｃ　通路下流部
３４　吸気バルブ
３８　吸気バルブスプリングシート部
４６　吸気バルブガイド
４８　内周側湾曲壁面
５４　外周側壁面
５６　突出部

Claims (2)

1. 内燃機関のシリンダヘッドの一側面から幅方向に延びる通路上流部とこの通路上流部から下方へ湾曲する湾曲部を含んで燃焼室へ連通する通路下流部とからなる吸気ポートを設け、ガイド下端部が前記吸気ポートの内方に突出するように配置された吸気バルブガイドを設けた内燃機関の吸気ポート構造において、前記吸気ポートは、前記シリンダヘッドの幅方向と直交する長手方向の断面における前記湾曲部の曲率中心から離間する外周側壁面を直線状に形成するとともに、この外周側壁面には部分的に前記曲率中心方向に突出する突出部を形成し、この突出部を前記通路上流部から前記吸気バルブガイドの下流側に渡って形成したことを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。
2. 前記シリンダヘッドには、前記吸気ポートの燃焼室側吸気開口部を開閉する吸気バルブとこの吸気バルブを付勢する吸気バルブスプリングが当接する吸気バルブスプリングシート部とを設け、前記突出部には、前記吸気バルブスプリングシート部の端部位を入り込ませて設けたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート構造。

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