JP2004144071A

JP2004144071A - Internal combustion engine equipped with air inlet port for tumble stream formation

Info

Publication number: JP2004144071A
Application number: JP2003028737A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Abe; 阿部　和佳
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-05-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a tumble stream efficiently by suppressing the interference of suction streams divided by a suction valve. <P>SOLUTION: In an internal combustion engine 10, two suction ports 13, 13 are arranged in a cylinder 11, and each of the suction ports 13, 13 is arranged to introduce suction into the cylinder 11 in such a direction that the tumble stream T is formed. Further in the engine 10, walls 20a, 20a of an upper wall 20 disposed outside the suction port 13 when a cylinder head 17 is set upside of the cylinder 11 are formed to extend in the direction of the cylinder, while bending in the streaming direction with a larger curvature than those of other walls 20b, 20b disposed inside the suction port 13. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内にタンブル流を形成するために好適な吸気ポートを備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関における燃焼の改善策として、シリンダ内の吸気によりシリンダの軸線方向に沿って旋回するいわゆるタンブル流を形成することが有効とされ、そのタンブル流の形成に適した種々の吸気ポートの構造が提案されている。例えば、吸気ポートの上側の壁面の終端部に肉盛部を設けることにより、その肉盛部と吸気バルブとの隙間を通過する空気の流速を高めてタンブル流を強化した内燃機関が開示されている（特許文献１参照）。その他に、本発明に関連する先行技術として特許文献２が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１８４４２４号公報
【特許文献２】
実開平７−４８３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の吸気ポートは、その流れ方向を横切る横断面上において吸気バルブの中心線を挟んで左右に対称に形成されている。そのため、図１９に示したように、各吸気ポートにおいて、吸気バルブ１を回り込むようにしてシリンダ２内に流入する二つのほぼ対称な吸気流３，３が生成され、これらの吸気流３，３がシリンダ２内で互いに干渉してタンブル流が弱められるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、吸気バルブによって分けられる吸気流の干渉を抑えてタンブル流を効率よく形成することが可能な吸気ポートを備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関は、シリンダ内にタンブル流が形成されるように吸気を方向付けてシリンダ内に導く吸気ポートを備えた内燃機関であって、シリンダヘッド側が上となるようにシリンダを向けたときの前記吸気ポートの上側の壁面が、当該吸気ポートの流れ方向を横断する方向に関して当該吸気ポートを開閉する吸気バルブの中心線の位置を挟んで左右に非対称に形成されることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明によれば、吸気ポートの上側の壁面の非対称性に起因して、吸気バルブを回り込む２本の吸気流が非対称にシリンダに流入する。その結果、シリンダ内における吸気流の干渉が抑制され、タンブル流の形成作用がより強く発揮されてタンブル流が効率よく形成されるようになる。
【０００８】
本発明の内燃機関においては、前記上側の壁面を前記吸気バルブの中心線の位置を挟んで左右に一対の壁部に分けたとき、一方の壁部が他方の壁部よりも前記流れ方向に沿ってより大きな曲率で湾曲しつつシリンダ側に延びることにより、前記上側の壁面が非対称に形成されてもよい（請求項２）。
【０００９】
この場合には、一方の壁部に沿って導かれて吸気バルブの一方の側を回り込む吸気流がシリンダの中心線方向に大きく曲げられてシリンダ内に流入するのに対して、他方の壁部に沿って導かれる吸気流はシリンダの中心線方向に対してより大きな傾きを維持しつつ吸気バルブの他方の側を回り込んでシリンダに流入する。このように吸気流の方向がずれるので、シリンダ内における吸気流の干渉が抑えられる。そして、他方の壁部に沿って導かれた吸気流が排気ポート側のシリンダ壁に沿って下向きに方向付けられることにより、シリンダ内に正方向のタンブル流が形成される。さらに、一方の壁部に沿って導かれる吸気流により、タンブル流への影響を抑えつつシリンダ内への吸気流量を増加させることができる。
【００１０】
また、本発明の内燃機関において、共通のシリンダに二つの吸気ポートが並べて設けられている場合には、各吸気ポートの前記上側の壁面を前記吸気バルブの中心線の位置を挟んで左右に一対の壁部に分けたとき、各吸気ポートの並び方向の外側に位置する一方の壁部が、吸気ポートの並び方向内側に位置する他方の壁部よりも前記流れ方向に沿って大きな曲率で湾曲しつつシリンダ側に延びることにより、前記上側の壁面が非対称に形成されてもよい（請求項３）。この場合には、シリンダ壁の中心側に各吸気ポートの他方の壁部が位置するので、シリンダの中心側に流入した吸気流によって正タンブル流が形成される。シリンダ中心部の方が周辺部よりもシリンダ壁との摩擦の影響が小さくなる等、タンブル流の形成にとって都合がよく、従って、吸気ポートの並び方向の外側に他方の壁部を配置するよりも正タンブル流をより効率よく明確に形成することができる。なお、二つの吸気ポートが並んでいる限りは、同一のシリンダに対してさらに別の吸気ポートが設けられていても構わない。
【００１１】
本発明の内燃機関は、前記吸気ポートの流れ方向を横断する断面上において、前記吸気バルブの中心線の方向に関する前記吸気ポートの幅が、前記吸気ポートの前記中心線と直交する方向の一端から他端に向かって漸次減少するように、前記上側の壁面を前記吸気ポートの下側の壁面に対して傾けたことにより、前記上側の壁面が非対称に形成されてもよい（請求項４）。この場合、一端側と比較して他端側の上側の壁面と下側の壁面との間隔が狭くなるので、他端側からシリンダ内に流入する吸気流の流速が増加する。従って、他端側から流入した吸気流により強いタンブル流を形成することができる。また、吸気ポートの幅が他端側から一端側に漸次増加しているので、他端側からシリンダ内に導かれる吸気の流量を増加させることができる。
【００１２】
また、本発明の内燃機関は、共通のシリンダに二つの吸気ポートが並べて設けられ、各吸気ポートの流れ方向を横断する断面上において、各吸気ポートの並び方向外側を前記一端とし、各吸気ポートの並び方向内側を前記他端として各吸気ポートの前記上側の壁面を前記下側の壁面に対して傾けてもよい（請求項５）。この場合には、各吸気ポートの他端側がシリンダの中心部に位置するので、シリンダの中心部において強い正タンブル流を形成することができる。また、各吸気ポートの一端側はシリンダの周辺部に位置するので、タンブル流への影響を抑えつつ吸気流量を増加させることができる。なお、この内燃機関においても、二つの吸気ポートが並んでいる限りは、同一のシリンダに対してさらに別の吸気ポートが設けられていても構わない。
【００１３】
本発明の内燃機関においては、吸気ポートの上側の壁面に付される傾きが過度に小さいと本発明の効果が弱められ、傾きが過度に大きいと吸気ポートの上側の壁面と吸気バルブとの間の幅が狭められて通路面積が減少し、タンブル流が弱められる。従って、前記吸気ポートの流れ方向を横断する断面上において前記吸気バルブの中心線と直交する方向に対する前記上側の壁面の傾きが、４°〜６°の範囲に設定されていることが望ましい（請求項６）。
【００１４】
本発明の内燃機関においては、前記吸気ポートが、前記吸気バルブの貫通位置よりも前記流れ方向の上流側において前記吸気バルブの中心線の位置を境として隔壁により左右に分割されてもよい（請求項７）。この場合には、吸気ポートに導かれた吸気が、吸気バルブの貫通位置よりも上流側において一方の壁部に沿って流れる吸気流と他方の壁部に沿って流れる吸気流とに分けられる。このため、吸気と吸気バルブとの干渉によって発生する流れ抵抗を低減してシリンダ内に効率よく吸気を導くことができる。
【００１５】
本発明の内燃機関においては、前記吸気ポートの下側の壁面が、当該吸気ポートの流れ方向を横断する方向に関して当該吸気ポートを開閉する吸気バルブの中心線の位置を挟んで左右に対称に形成されてもよい（請求項８）。この場合には、下側の壁面が吸気流に与える影響が吸気ポートの横断方向に関して左右に対称に出現する。従って、上側の壁面を非対称に形成したことによる上記の効果が弱められるおそれがない。
【００１６】
本発明の他の内燃機関は、一つのシリンダに対して二つの吸気ポートが並べて設けられ、各吸気ポートはシリンダ内にタンブル流が形成されるように吸気を方向付けてシリンダ内に導くよう構成された内燃機関であって、シリンダヘッド側が上となるようにシリンダを向けたときの前記吸気ポートの上側の壁面のうち、各吸気ポートの並び方向の外側に位置する一方の壁部が、吸気ポートの並び方向内側に位置する他方の壁部よりも前記流れ方向に沿って大きな曲率で湾曲しつつシリンダ側に延びていることにより、上述した課題を解決する（請求項９）。
【００１７】
この内燃機関によれば、吸気ポートの一方の壁部に沿ってシリンダ内に導かれる吸気が、他方の壁部に沿ってシリンダ内に導かれる吸気よりもシリンダ中心線方向により大きく曲げられる。そして、他方の壁部は吸気ポートの並び方向内側に位置しているので、他方の壁部に沿って導かれる吸気は、一方の壁部に沿って導かれる吸気よりもシリンダの中心部により近い位置に流入する。従って、シリンダの中心部に導入される吸気流が排気ポート側のシリンダ壁によって下向きに方向付けられて正タンブル流が明確に形成される。各吸気ポートからシリンダ壁側に導入される吸気流はシリンダ中心線方向により大きく曲げられてシリンダ内に導入されるので、タンブル流を弱めないようにして吸気流を増加させることができる。
【００１８】
なお、この内燃機関においても、一つのシリンダに対して二つの吸気ポートが並んでいる限りは、同一のシリンダに対してさらに別の吸気ポートが設けられていても構わない。本発明の他の内燃機関においても、各吸気ポートが、吸気バルブの貫通位置よりも流れ方向の上流側において、前記吸気バルブの中心線の位置を境として隔壁により左右に分割されてもよい（請求項１０）。
【００１９】
本発明のさらに他の内燃機関は、一つのシリンダに対して二つの吸気ポートが並べて設けられ、各吸気ポートはシリンダ内にタンブル流が形成されるように吸気を方向付けてシリンダ内に導くよう構成された内燃機関であって、シリンダヘッド側が上となるようにシリンダを向けたときの各吸気ポートの上側の壁面が、各吸気ポートの並び方向外側から各吸気ポートの並び方向内側に向かって、各吸気ポートの上下方向の幅が漸次減少するように、各吸気ポートの下側の壁面に対して傾いていることにより、上述した課題を解決する（請求項１１）。
【００２０】
この内燃機関によれば、各吸気ポートの並び方向内側からシリンダ内に導かれる吸気は、各吸気ポートの並び方向外側から導かれる吸気よりも速い流速で流入する。従って、シリンダ中心部に強いタンブル流を形成することができる。また、各吸気ポートの並び方向外側の上下方向の幅が並び方向内側と比較して広いので、シリンダ中心部に形成されたタンブル流への影響を抑えつつ、吸気流量を増加させることができる。この内燃機関においても、一つのシリンダに対して二つの吸気ポートが並べて設けられている限りは、同一のシリンダに対してさらに別の吸気ポートが設けられていても構わない。
【００２１】
本発明において、上下及び左右の語は吸気ポートとシリンダ等の他の要素との間の位置関係や吸気ポート内の各部の相互間の位置関係を特定するために使用されるものであって、実際の使用時における内燃機関の向きを特定するものではない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１〜図３は本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の吸気ポートの構造を示し、図４はその吸気ポートが適用される内燃機関の要部を示す。図４から明らかなように、内燃機関１０は、シリンダ１１のほぼ中央に配置された点火プラグ１２を挟むようにして吸気ポート１３及び排気ポート１４がそれぞれ２本ずつ設けられ、各吸気ポート１３に１：１に対応付けて２本の吸気バルブ１５が設けられ、各排気ポート１４に１：１に対応付けて２本の排気バルブ１６が設けられた、いわゆる４バルブ式のガソリンエンジンとして構成されている。但し、本発明においてシリンダ１１の個数及びその配置は任意である。
【００２３】
図１は同一のシリンダ１１に対応付けられた２本の吸気ポート１３，１３を排気ポート１４側から見たときの輪郭を示したものであり、図２は図１のＩＩａ−ＩＩａ線及びＩＩｂ−ＩＩｂ線における吸気ポート１３の縦断面を示し、図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線、ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線及びＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線における吸気ポート１３の流れ方向を横切る横断面を示している。
【００２４】
図１及び図２から明らかなように、吸気ポート１３，１３はシリンダ１１の側方からシリンダ１１に向かって互いに平行に延びており、その終端部においてシリンダ１１の中心線ＣＣの方向に曲げられてシリンダ１１への開口部（バルブシート部）に達している。各吸気ポート１３の湾曲部分には吸気バルブ１５がそのステム１５ａ（図４）の軸線方向に摺動自在に挿入されるバルブ案内部１８が設けられている。吸気ポート１３における吸気の流れ方向と横断する方向に関して、バルブ案内部１８に取り付けられる吸気バルブ１５の中心線（以下、バルブ中心線と呼ぶ。）ＶＣの位置は、吸気ポート１３の左右方向の中心と一致する。なお、バルブ中心線ＶＣはステム１５ａの軸線と一致する。
【００２５】
図３（ａ）から明らかなように、バルブ案内部１８よりも上流側において各吸気ポート１３はバルブ中心線ＶＣに関して左右対称に形成されている。しかしながら、図３（ｂ）及び（ｃ）から明らかなように、バルブ案内部１８の近傍においてはバルブ中心線ＶＣに対して吸気ポート１３は左右非対称である。詳しくは、吸気ポート１３を上下の壁面２０，２１に二分したとき、下側の壁面２１はバルブ中心線ＶＣに対して左右対称に形成されているが、上側の壁面２０はバルブ中心線ＶＣに対して左右非対称に形成されている。その非対称性は、上側の壁面２０をバルブ中心線ＶＣに対して左右に一対の壁部２０ａ、２０ｂに分けたとき、吸気ポート１３，１３の並び方向（図１の左右方向）に関して内側に位置する壁部２０ｂ、２０ｂを外側に位置する壁部２０ａ、２０ａよりも下側の壁面２１に向かって突出させることにより実現される。壁部２０ｂの突出部分は図１にハッチング領域２２で示すようにバルブ案内部１８の近傍からシリンダ開口部までの吸気ポート終端部に設けられる。これにより、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、各吸気ポート１３，１３の並び方向の外側に位置する一方の壁部２０ａが、吸気ポート１３，１３の並び方向内側に位置する他方の壁部２０ｂよりも吸気ポート１３の流れ方向に沿って大きな曲率で湾曲しつつシリンダ１１側に延びるように両壁部２０ａ、２０ｂの形状が差別化される。換言すれば、吸気ポート１３の上側の壁面２０の壁部２０ａに与えられた湾曲形状を、壁部２０ｂにおいてはその湾曲が小さくなるように突出させてポート形状をより直線に近付けている。なお、図２は図１の右側の吸気ポート１３のみを示すが、図１の左側の吸気ポート１３は右側の吸気ポート１３に対して左右対称である。
以上の構成によれば、図２（ａ）に示すように、吸気ポート１３の並び方向に関して外側の壁部２０ａに沿って導かれる吸気流Ａは吸気ポート１３の湾曲に従ってシリンダ中心線ＣＣの方向により大きく曲げられつつ吸気バルブ１５の外側（図２において手前側）を回り込んでシリンダ１１に流入する。これに対して、図２（ｂ）に示すように、吸気ポート１３の並び方向に関して内側の壁部２０ｂに沿って導かれる吸気流Ｂはシリンダ中心線ＣＣに対してより大きな傾斜を維持しつつ、吸気バルブ１５の内側（図２において奥側）を回り込んでシリンダ１１内に比較的直線的に流入する。このように吸気流Ａ，Ｂが互いに異なる方向に向けられた状態でシリンダ１１内に流入するので、吸気流Ａ，Ｂのシリンダ１１内における干渉が抑制される。そして、図４にも示したように、吸気流Ｂが排気ポート１４側のシリンダ壁１１ａに沿って下向きに方向付けられ、その流れがピストン１９上で反転してシリンダ１１内の中心部に正方向のタンブル流Ｔが明確に形成される。壁部２０ａ側からの吸気流Ａはタンブル流Ｔよりもシリンダ１１の周辺部をピストン１９側に向かって流れるため、吸気流Ａがタンブル流Ｔを弱めるように作用するおそれも少ない。従って、タンブル流Ｔが効率よく形成されるとともに、吸気流Ａを利用してシリンダ１１内への吸気流量を増加させることができる。但し、吸気流Ａによって逆方向のタンブル流が形成されないように壁部２０ａの湾曲を定めることが望ましい。
【００２６】
本実施形態では、吸気ポート１３の下側の壁面２１をバルブ中心線ＶＣに対して対称に形成したので、上側の壁面２０の壁部２０ａ、２０ｂを差別化したことによる効果が下側の壁面２１の影響で損なわれるおそれもない。
【００２７】
（第２の実施形態）
図５及び図６は本発明の第２の実施形態の構造を示している。なお、本実施形態も図４と同様の４バルブ式のガソリンエンジンを対象とする。図５は同一のシリンダ１１に対応付けられた２本の吸気ポート１３，１３を排気ポート１４側から見たときの輪郭を示し、図６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図５のＶＩａ−ＶＩａ線、ＶＩｂ−ＶＩｂ線及びＶＩｃ−ＶＩｃ線における吸気ポート１３の流れ方向を横切る横断面を示している。なお、図５のＩＩａ−ＩＩａ線及びＩＩｂ−ＩＩｂ線における吸気ポート１３の縦断は図２（ａ）、（ｂ）とそれぞれ同様である。また、図５及び図６において図１〜図４と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２８】
図５及び図６に示すように、本実施形態では各吸気ポート１３がバルブ案内部１８（吸気バルブの貫通位置）よりも上流側において隔壁３０により左右に分割されている。これにより、吸気ポート１３の上下の壁面２０，２１がバルブ中心線ＶＣに対して左右一対の壁部２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂにそれぞれ分割されている。
【００２９】
そして、図６（ａ）から明らかなように、バルブ案内部１８よりも上流側において各吸気ポート１３はバルブ中心線ＶＣに関して左右対称に形成されているが、図６（ｂ）及び（ｃ）から明らかなように、バルブ案内部１８の近傍においてはバルブ中心線ＶＣに対して上側の壁面２０が左右非対称に形成され、下側の壁面２１は左右対称に形成されている。上側の壁面２０の非対称性は、吸気ポート１３，１３の並び方向に関して内側に位置する壁部２０ｂ、２０ｂを外側に位置する壁部２０ａ、２０ａよりも下側の壁面２１に向かって突出させることにより実現される。壁部２０ｂの突出部分は図５にハッチング領域２２で示すようにバルブ案内部１８の近傍からシリンダ開口部までの吸気ポート終端部に設けられる。これにより、図２（ａ）、（ｂ）に示した場合と同様に、各吸気ポート１３，１３の並び方向の外側に位置する一方の壁部２０ａが、吸気ポート１３，１３の並び方向内側に位置する他方の壁部２０ｂよりも吸気ポート１３の流れ方向に沿って大きな曲率で湾曲しつつシリンダ１１側に延びるように両壁部２０ａ、２０ｂの形状が差別化される。換言すれば、吸気ポート１３の上側の壁面２０の壁部２０ａに与えられた湾曲形状を、壁部２０ｂにおいてはその湾曲が小さくなるように突出させてポート形状をより直線に近付けている。
【００３０】
以上のように、本実施形態においても、吸気ポート１３の上側の壁面２０がバルブ中心線ＶＣに関して左右非対称に形成されているので、第１の実施形態と同様に吸気バルブ１５を回り込む吸気流Ａ，Ｂ（図２及び図４参照）の干渉を抑え、内側の壁部２０ｂに沿って導かれる吸気流Ｂによりタンブル流Ｔを明確に形成しつつ、外側の壁部２０ａに沿って導かれる吸気流Ａによりタンブル流Ｔをなるべく損なわないようにしてシリンダ１１内への吸気流量を増加させることができる。
【００３１】
さらに、本実施形態においては、隔壁３０によって各吸気ポート１３を吸気バルブ１５の貫通位置よりも上流側から分割しているので、図７（ａ）に矢印で吸気の流れを示したように吸気流Ａ，Ｂが吸気バルブ１５よりも上流で分かれる。従って、図７（ｂ）に示すように隔壁３０を省略した場合と比較して、バルブステム１５ａとの干渉による吸気の乱れが減少して流れ抵抗が小さくなる。この結果、吸気流Ａによるタンブル流の形成作用と、吸気流Ｂによる吸気流量の増加作用とをさらに向上させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態においても、吸気流Ａによって逆方向のタンブル流が形成されないように壁部２０ａの湾曲を定めることが望ましい。吸気バルブ１５の貫通位置から上流側への隔壁３０の長さは吸気ポート１３や吸気バルブ１５の形状や寸法に応じて適宜に定めてよい。
【００３３】
以上の実施形態では吸気ポート１３の並び方向に関して内側に位置する壁部２０ｂを突出させて上側の壁面２０を左右非対称に形成したが吸気ポート１３の並び方向に関して外側の壁部２０ａを突出させてもよい。第１の実施形態において外側の壁部２０ａを突出させた変形例を図８及び図９に、第２の実施形態において外側の壁部２０ａを突出させた変形例を図１０及び図１１にそれぞれ示す。なお、図９（ａ）〜（ｃ）はそれぞれそれぞれ図８のＩＸａ−ＩＸａ線、ＩＸｂ−ＩＸｂ線及びＩＸｃ−ＩＸｃ線における吸気ポート１３の流れ方向を横切る横断面であり、図８のＩＩａ−ＩＩａ線及びＩＩｂ−ＩＩｂ線における吸気ポート１３の縦断は図２（ａ）、（ｂ）において参照符号２０ａ，２０ｂを入れ替えたものと同様である。また、図１１（ａ）〜（ｃ）はそれぞれそれぞれ図１０のＸＩａ−ＸＩａ線、ＸＩｂ−ＸＩｂ線及びＸＩｃ−ＸＩｃ線における吸気ポート１３の流れ方向を横切る横断面であり、図１０のＩＩａ−ＩＩａ線及びＩＩｂ−ＩＩｂ線における吸気ポート１３の縦断は図２（ａ）、（ｂ）において参照符号２０ａ，２０ｂを入れ替えたものと同様である。
【００３４】
（第３の実施形態）
図１２〜図１４は本発明の第３の実施形態に係る吸気ポートの構造を示している。なお、本実施形態も図４と同様に４バルブ式のガソリンエンジンを対象とする。図１２は同一のシリンダ１１に対応付けられた２本の吸気ポート１３、１３を排気ポート１４側から見たときの輪郭を示している。図１３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１２のＸＩＩＩａ―ＸＩＩＩａ線、ＸＩＩＩｂ―ＸＩＩＩｂ線及びＸＩＩＩｃ―ＸＩＩＩｃ線における吸気ポート１３の流れ方向を横切る横断面を示している。図１４は、２本の吸気ポート１３、１３に対応付けられた単一のシリンダ１１をシリンダヘッド１７（図２参照）側から見たときの輪郭を示している。また、図１２〜図１４において図１〜図４と共通する部分には同一符号を付してある。
【００３５】
本実施形態では、図１３（ｂ）に示すように、バルブ案内部１８よりも上流側において各吸気ポート１３がバルブ中心線ＶＣに関して左右対称に形成されている。一方、図１３（ｃ）から明らかなように、バルブ案内部１８の下流側においては上側の壁面２０が左右非対称に形成され、下側の壁面２１は左右対称に形成されている。上側の壁面２０の非対称性は、各吸気ポート１３の流れ方向を横断する断面上において吸気ポート１３の上下方向の幅が、各吸気ポート１３の並び方向外側の一端から各吸気ポート１３の並び方向内側の他端に向かって漸次減少するように、バルブ中心線ＶＣと直交する吸気ポートの左右方向に関して上側の壁面２０を一定の角度θで傾けることにより実現されている。
【００３６】
図１５は、傾斜角度θを変化させた場合におけるシリンダ内への吸気流量とタンブル比との関係を示している。なお、タンブル比とは、タンブル流の回転速度とエンジンの回転速度との比をあらわしている。図１５から明らかなように、タンブル比は５°付近でピークを示し、傾斜角θが５°から増加又は減少するほどタンブル比も減少している。従って、強いタンブル流を形成しつつ、シリンダ内への吸気流量を増加させるには傾斜角度θを４°〜６°の範囲に、好ましくは５°に設定するとよい。
【００３７】
一方、図１６に示したように、各吸気ポート１３の左右方向の幅Ｗ１は、バルブ案内部１８より下流側において吸気ポート１３に連なっているバルブシート２２のスロート部２２ａの幅Ｗ２よりも大きく設けられている。また、図１４から明らかなように、各吸気ポート１３からシリンダ１１に向かう吸気流Ａがシリンダ壁１１ａの湾曲に沿って排気ポート１４側へ流れるように、各吸気ポート１３の並び方向外側の一端側の壁面１３ａには外側に向かって膨らみが付されている。
【００３８】
なお、図１２のＩＩａ−ＩＩａ線及びＩＩｂ−ＩＩｂ線における吸気ポート１３の縦断面形状は図２（ａ）、（ｂ）に示した形状とそれぞれ等しい。つまり、本実施形態において、各吸気ポート１３の上側の壁面２０の曲率は、吸気ポート１３の並び方向外側から並び方向内側へ向かうほど漸次小さくなっている。そのため、吸気流Ａはシリンダ１１の中心線ＣＣの方向に曲げられつつシリンダ１１内に導かれ、吸気流Ｂはシリンダ中心線ＣＣに対してより大きな傾斜を維持した状態でシリンダ１１内に導かれる。
【００３９】
以上のように、本実施形態においても、各吸気ポート１３の上側の壁面２０をバルブ中心線ＶＣに関して左右非対称に形成したので、吸気流Ａ、Ｂの干渉を抑えることができる。また、上側の壁面２０は、吸気ポート１３の上下方向の幅が各吸気ポート１３の並び方内側から外側へ漸次増加するように傾斜しているので、吸気流Ｂにより強いタンブルを形成しつつ、吸気流Ａの流量を増加させることができる。本実施形態においては、吸気流Ａがシリンダ壁１１ａに沿って排気ポート１４側へ流れるように吸気ポート１３の並び方向外側の壁１３ａが膨らんでいるので、吸気流Ａの流入抵抗を低減させ、吸気流Ａの流量をさらに増加させることができる。
【００４０】
本実施形態においても、各吸気ポート１３の吸気バルブ１５の貫通位置よりも上流側を隔壁３０により分割し、吸気バルブ１５よりも上流側で吸気を分けてもよい。この場合、バルブステム１５ａと吸気との干渉が抑制できるので、タンブル流の形成作用及び吸気流量の増加作用をそれぞれ向上させることができる。
【００４１】
なお、上述した各実施形態では、シリンダヘッド１７側が上となるようにシリンダ１１を向けた状態を基準として吸気ポート１３の形状を説明したが、実際の使用時における内燃機関１０の向きは図示の形態に限定されない。
【００４２】
図１７（ａ）及び図１８（ａ）は上述した第１の実施形態の吸気ポート１３における吸気の流れをコンピュータによりシミュレーションした結果を示し、図１７（ｂ）及び図１８（ｂ）は比較例としての従来の左右対称の吸気ポートにおける吸気の流れを同一条件でシミュレーションした結果を示している。図１７（ａ）、（ｂ）は吸気バルブの付近の吸気の様子を矢印の集合で示しており、矢印が密集するほど流れが強いことを表している。また、図１８（ａ）、（ｂ）は吸気ポートの上下方向に関して幾つかの代表位置を設定し、各代表位置を通過した吸気のシリンダ内における流れをシミュレーションした結果を示している。図１７（ｂ）から明らかなように、比較例では吸気バルブの両側を回り込んだ吸気流Ａ，Ｂが排気ポートの下方の位置Ｐで干渉している。これに対して、図１８（ａ）に示したように、本発明では排気ポートの下方には吸気バルブの内側を回り込んだ吸気流Ｂのみが明確に認められ、吸気バルブの外側を回り込んだ吸気流Ａは排気ポートの下方には殆ど達していない。そのため、図１８（ａ）、（ｂ）から明らかなように、本発明ではシリンダ内に正タンブル流が明確に形成されるのに対して、比較例ではシリンダ内に吸気流が乱れ、正タンブル流が弱められている。
【００４３】
本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば一つのシリンダに対して吸気ポートが一つ又は三つ以上設けられる場合にも本発明の吸気ポートの構造は適用可能である。例えば一シリンダに対して三つの吸気ポートが設けられる場合には外側の二つの吸気ポートを本発明に従って形成し、中央の吸気ポートは吸気バルブの中心線に対して左右対称に形成してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、吸気ポートの上側の壁面を吸気バルブの中心線の位置を挟んで左右に非対称性に形成したので、吸気バルブを回り込む２本の吸気流を非対称にシリンダに流入させてシリンダ内における吸気流の干渉を抑制することができる。従って、タンブル流の形成作用がより強く発揮されてタンブル流が効率よく形成される。また、タンブル流をなるべく損なわないようにして吸気流量を向上させることができる。特に二つの吸気ポートが並べて設けられる場合において、吸気ポートの上側の壁面のうち吸気ポートの並び方向外側の壁部を内側の壁部よりも大きな曲率で湾曲させつつシリンダ側に延ばした場合には、シリンダの中心部にて効率よく正方向のタンブル流を形成し、かつシリンダ壁側ではそのタンブル流を損なわないようにして吸気流量を増加させることができて好都合である。吸気バルブの貫通位置よりも上流側において吸気ポートを隔壁により分割した場合にはさらに効率よくタンブル流を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態において同一のシリンダに対応付けて設けられる２本の吸気ポートを同一シリンダに対する排気ポート側から見たときの輪郭を示す図。
【図２】吸気ポートの流れ方向に沿った縦断面図。
【図３】第１の実施形態における吸気ポートの流れ方向を横切る横断面図。
【図４】本発明の吸気ポートが適用される内燃機関の要部を示す斜視図。
【図５】本発明の第２の実施形態において同一のシリンダに対応付けて設けられる２本の吸気ポートを同一シリンダに対する排気ポート側から見たときの輪郭を示す図。
【図６】第２の実施形態における吸気ポートの流れ方向を横切る横断面図。
【図７】図５の隔壁による効果を示す図。
【図８】第１の実施形態に対する変形例を図１に対応して示す図。
【図９】図８の吸気ポートの流れ方向を横切る横断面図。
【図１０】第２の実施形態に対する変形例を図５に対応して示す図。
【図１１】図１０の吸気ポートの流れ方向を横切る横断面図。
【図１２】本発明の第３の実施形態において同一のシリンダに対応付けて設けられる２本の吸気ポートを同一シリンダに対する排気ポート側から見たときの輪郭を示す図。
【図１３】第３の実施形態における吸気ポートの流れ方向を横切る横断面図。
【図１４】第３の実施形態において同一のシリンダに対応付けて設けられる２本の吸気ポートをシリンダヘッド側から見たときの輪郭を示す図。
【図１５】吸気ポートの壁面の傾斜角を変化させた場合におけるシリンダ内への吸気流量とタンブル比との関係を示す図。
【図１６】第３の実施形態において吸気ポートに連なるバルブシートのスロート部の断面を示す図。
【図１７】第１の実施形態の吸気ポートを利用した場合の吸気バルブ付近における吸気の流れをコンピュータによりシミュレーションした結果をその比較例ととともに示す図。
【図１８】第１の実施形態の吸気ポートを利用した場合のシリンダ内における吸気の流れをコンピュータによりシミュレーションした結果をその比較例ととともに示す図。
【図１９】従来の吸気ポートにおける問題点を示す図。
【符号の説明】
１０　内燃機関
１１　シリンダ
１１ａ　シリンダ壁
１２　点火プラグ
１３　吸気ポート
１４　排気ポート
１５　吸気バルブ
１５ａ　バルブステム
１６　排気バルブ
１７　シリンダヘッド
１８　バルブ案内部
１９　ピストン
２０　吸気ポートの上側の壁面
２０ａ，２０ｂ　上側の壁面の壁部
２１　下側の壁面
３０　隔壁
Ａ，Ｂ　吸気流
ＣＣ　シリンダ中心線
Ｔ　タンブル流
ＶＣ　バルブ中心線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine having an intake port suitable for forming a tumble flow in a cylinder.
[0002]
[Prior art]
As a measure to improve combustion in an internal combustion engine, it is effective to form a so-called tumble flow that swirls along the cylinder axis direction by intake air in the cylinder, and various intake port structures suitable for the formation of the tumble flow have been proposed. Proposed. For example, an internal combustion engine has been disclosed in which an overlaid portion is provided at the terminal end of the upper wall surface of the intake port to increase the flow velocity of air passing through the gap between the overlaid portion and the intake valve to enhance the tumble flow. (See Patent Document 1). In addition, Patent Literature 2 exists as a prior art related to the present invention.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-184424
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No. 7-4838
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional intake port is formed symmetrically left and right with respect to the center line of the intake valve on a cross section transverse to the flow direction. Therefore, as shown in FIG. 19, at each intake port, two substantially symmetric intake flows 3, 3 flowing into the cylinder 2 so as to go around the intake valve 1 are generated, and these intake flows 3, 3 are generated. However, there is a possibility that the tumble flow may be weakened by interfering with each other in the cylinder 2.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine having an intake port capable of efficiently forming a tumble flow while suppressing interference between intake flows divided by intake valves.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The internal combustion engine of the present invention is an internal combustion engine having an intake port for directing intake air to guide the intake air into the cylinder so that a tumble flow is formed in the cylinder, wherein the cylinder is oriented such that the cylinder head side is upward. The upper wall surface of the intake port at the time is formed asymmetrically on the left and right sides of the center line of the intake valve that opens and closes the intake port with respect to the direction transverse to the flow direction of the intake port. The problem is solved (claim 1).
[0007]
According to the present invention, due to the asymmetry of the upper wall surface of the intake port, two intake flows flowing around the intake valve asymmetrically flow into the cylinder. As a result, the interference of the intake air flow in the cylinder is suppressed, and the effect of forming the tumble flow is exerted more strongly, so that the tumble flow is efficiently formed.
[0008]
In the internal combustion engine of the present invention, when the upper wall is divided into a pair of left and right walls with the center line of the intake valve interposed therebetween, one wall is more in the flow direction than the other wall. The upper wall surface may be formed asymmetrically by extending toward the cylinder while being curved with a larger curvature along the cylinder (claim 2).
[0009]
In this case, the intake air flow guided along one wall portion and flowing around one side of the intake valve is largely bent in the direction of the center line of the cylinder and flows into the cylinder, while the other wall portion The intake air flow guided along circumvents the other side of the intake valve and flows into the cylinder while maintaining a larger inclination with respect to the center line direction of the cylinder. Since the direction of the intake air flow is thus shifted, interference of the intake air flow in the cylinder is suppressed. Then, the intake flow guided along the other wall portion is directed downward along the cylinder wall on the exhaust port side, so that a forward tumble flow is formed in the cylinder. Further, the intake air flow guided along one wall can increase the intake air flow into the cylinder while suppressing the influence on the tumble flow.
[0010]
Further, in the internal combustion engine of the present invention, when two intake ports are provided side by side on a common cylinder, the upper wall surface of each intake port is paired left and right with respect to the center line position of the intake valve. When divided into two wall portions, one wall portion located on the outside in the arrangement direction of the intake ports is curved with a larger curvature along the flow direction than the other wall portion located on the inside in the arrangement direction of the intake ports. The upper wall surface may be formed asymmetrically by extending to the cylinder side while doing so (claim 3). In this case, the other wall portion of each intake port is located on the center side of the cylinder wall, so that a normal tumble flow is formed by the intake flow flowing into the center side of the cylinder. The center portion of the cylinder is more convenient for the formation of a tumble flow, for example, the influence of friction with the cylinder wall is smaller than that of the peripheral portion. The positive tumble flow can be more efficiently and clearly formed. Note that as long as two intake ports are arranged, another intake port may be provided for the same cylinder.
[0011]
In the internal combustion engine of the present invention, the width of the intake port with respect to the direction of the center line of the intake valve on a cross section that crosses the flow direction of the intake port is one end in a direction orthogonal to the center line of the intake port. The upper wall surface may be formed asymmetrically by inclining the upper wall surface with respect to the lower wall surface of the intake port so as to gradually decrease toward the other end (claim 4). In this case, since the distance between the upper wall surface and the lower wall surface on the other end is smaller than that on the one end, the flow velocity of the intake air flowing into the cylinder from the other end is increased. Therefore, a strong tumble flow can be formed by the intake flow flowing from the other end. Further, since the width of the intake port is gradually increased from the other end to the one end, the flow rate of intake air guided into the cylinder from the other end can be increased.
[0012]
Further, in the internal combustion engine of the present invention, two intake ports are provided side by side on a common cylinder, and on a cross section transverse to the flow direction of each intake port, the outside of the arrangement direction of each intake port is set as the one end, and each intake port is The upper wall surface of each intake port may be inclined with respect to the lower wall surface with the inner side in the arrangement direction as the other end (claim 5). In this case, since the other end of each intake port is located at the center of the cylinder, a strong positive tumble flow can be formed at the center of the cylinder. Further, since one end side of each intake port is located at the periphery of the cylinder, the intake flow rate can be increased while suppressing the influence on the tumble flow. In this internal combustion engine, another intake port may be provided for the same cylinder as long as two intake ports are arranged.
[0013]
In the internal combustion engine of the present invention, if the inclination applied to the upper wall surface of the intake port is too small, the effect of the present invention is weakened, and if the inclination is excessively large, the gap between the upper wall surface of the intake port and the intake valve is reduced. Is reduced, the passage area is reduced, and the tumble flow is weakened. Therefore, it is desirable that the inclination of the upper wall surface with respect to a direction orthogonal to the center line of the intake valve be set in a range of 4 ° to 6 ° on a cross section transverse to the flow direction of the intake port. Item 6).
[0014]
In the internal combustion engine of the present invention, the intake port may be divided right and left by a partition wall at a position of a center line of the intake valve on an upstream side in the flow direction from a penetration position of the intake valve. Item 7). In this case, the intake air guided to the intake port is divided into an intake flow flowing along one wall portion and an intake flow flowing along the other wall portion on the upstream side of the position where the intake valve passes. Therefore, the flow resistance generated by the interference between the intake air and the intake valve can be reduced, and the intake air can be efficiently guided into the cylinder.
[0015]
In the internal combustion engine of the present invention, the lower wall surface of the intake port is formed symmetrically to the left and right with respect to the direction transverse to the flow direction of the intake port with respect to the position of the center line of the intake valve that opens and closes the intake port. (Claim 8). In this case, the effect of the lower wall surface on the intake flow appears symmetrically left and right with respect to the transverse direction of the intake port. Therefore, there is no possibility that the above-described effect due to the asymmetrical formation of the upper wall surface is weakened.
[0016]
In another internal combustion engine of the present invention, two intake ports are provided side by side with respect to one cylinder, and each intake port is configured to direct intake air into the cylinder so that a tumble flow is formed in the cylinder. One of the upper wall surfaces of the intake port when the cylinder is oriented such that the cylinder head side is at the top, and one wall portion located outside the direction in which the intake ports are arranged has an intake port. The above-described problem is solved by extending to the cylinder side while being curved with a larger curvature along the flow direction than the other wall portion located inside the port arrangement direction (claim 9).
[0017]
According to this internal combustion engine, the intake air guided into the cylinder along one wall of the intake port is bent more largely in the cylinder centerline direction than the intake air guided into the cylinder along the other wall. And since the other wall is located inside the arrangement direction of the intake ports, the intake air guided along the other wall is closer to the center of the cylinder than the intake air guided along the one wall. Flow into position. Therefore, the intake flow introduced into the center of the cylinder is directed downward by the cylinder wall on the exhaust port side, so that a positive tumble flow is clearly formed. The intake flow introduced from each intake port to the cylinder wall side is largely bent in the direction of the cylinder center line and introduced into the cylinder, so that the intake flow can be increased without weakening the tumble flow.
[0018]
In this internal combustion engine, as long as two intake ports are arranged for one cylinder, another intake port may be provided for the same cylinder. In another internal combustion engine of the present invention, each intake port may be divided into right and left by a partition wall at the position of the center line of the intake valve on the upstream side in the flow direction from the penetration position of the intake valve. Claim 10).
[0019]
In still another internal combustion engine of the present invention, two intake ports are provided side by side for one cylinder, and each intake port directs intake air into a cylinder so that a tumble flow is formed in the cylinder. In the configured internal combustion engine, the upper wall surface of each intake port when the cylinder is oriented so that the cylinder head side is upward, from the outside of the arrangement direction of each intake port toward the inside of the arrangement direction of each intake port The above-described problem is solved by being inclined with respect to the lower wall surface of each intake port so that the width of each intake port in the vertical direction gradually decreases (claim 11).
[0020]
According to this internal combustion engine, the intake air guided into the cylinder from the inside in the arrangement direction of the intake ports flows at a faster flow rate than the intake air guided from the outside in the arrangement direction of the intake ports. Therefore, a strong tumble flow can be formed at the center of the cylinder. Further, since the width in the vertical direction outside the arrangement direction of each intake port is wider than that inside the arrangement direction, the intake flow rate can be increased while suppressing the influence on the tumble flow formed at the center of the cylinder. In this internal combustion engine, another intake port may be provided for the same cylinder as long as two intake ports are provided side by side for one cylinder.
[0021]
In the present invention, the terms up and down and left and right are used to specify a positional relationship between an intake port and another element such as a cylinder and a positional relationship between components in the intake port. It does not specify the orientation of the internal combustion engine during actual use.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
1 to 3 show a structure of an intake port of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a main part of the internal combustion engine to which the intake port is applied. 4, the internal combustion engine 10 is provided with two intake ports 13 and two exhaust ports 14 so as to sandwich the ignition plug 12 disposed substantially at the center of the cylinder 11. This is a so-called four-valve gasoline engine in which two intake valves 15 are provided in association with 1 and two exhaust valves 16 are provided in each exhaust port 14 in 1: 1 correspondence. . However, in the present invention, the number and arrangement of the cylinders 11 are arbitrary.
[0023]
FIG. 1 shows the outline when two intake ports 13 and 13 associated with the same cylinder 11 are viewed from the exhaust port 14, and FIG. 2 is a line IIa-IIa and IIb in FIG. 3 (a) to 3 (c) respectively traverse the flow direction of the intake port 13 along lines IIIa-IIIa, IIIb-IIIb and IIIc-IIIc in FIG. The cross section is shown.
[0024]
As is clear from FIGS. 1 and 2, the intake ports 13, 13 extend parallel to each other from the side of the cylinder 11 toward the cylinder 11, and are bent at their end portions in the direction of the center line CC of the cylinder 11. To the opening to the cylinder 11 (valve seat portion). A curved portion of each intake port 13 is provided with a valve guide 18 into which the intake valve 15 is slidably inserted in the axial direction of the stem 15a (FIG. 4). With respect to the direction transverse to the flow direction of the intake air in the intake port 13, the position of the center line VC (hereinafter, referred to as a valve center line) of the intake valve 15 attached to the valve guide portion 18 is the center of the intake port 13 in the left-right direction. Matches. Note that the valve center line VC coincides with the axis of the stem 15a.
[0025]
As is clear from FIG. 3A, each intake port 13 is formed symmetrically with respect to the valve center line VC on the upstream side of the valve guide portion 18. However, as is apparent from FIGS. 3B and 3C, the intake port 13 is asymmetrical in the vicinity of the valve center line VC in the vicinity of the valve guide portion 18. Specifically, when the intake port 13 is divided into upper and lower wall surfaces 20 and 21, the lower wall surface 21 is formed symmetrically with respect to the valve center line VC, but the upper wall surface 20 is formed with respect to the valve center line VC. It is formed asymmetrically to the left and right. The asymmetry is such that when the upper wall surface 20 is divided into a pair of wall portions 20a, 20b on the left and right sides with respect to the valve center line VC, the upper wall surface 20 is positioned inward with respect to the arrangement direction of the intake ports 13, 13 (left and right direction in FIG. 1). This is realized by projecting the wall portions 20b, 20b to the lower wall surface 21 from the outer wall portions 20a, 20a. The protruding portion of the wall portion 20b is provided at the end of the intake port from the vicinity of the valve guide portion 18 to the cylinder opening as shown by a hatched area 22 in FIG. Thus, as shown in FIGS. 2A and 2B, one wall portion 20a located outside the arrangement direction of the intake ports 13, 13 is located inside the arrangement direction of the intake ports 13, 13. The shapes of the two wall portions 20a and 20b are differentiated so as to extend toward the cylinder 11 while being curved with a larger curvature in the flow direction of the intake port 13 than the other wall portion 20b. In other words, the curved shape given to the wall portion 20a of the upper wall surface 20 of the intake port 13 is protruded from the wall portion 20b so that the curved shape is reduced, and the port shape is made closer to a straight line. FIG. 2 shows only the intake port 13 on the right side of FIG. 1, but the intake port 13 on the left side of FIG. 1 is symmetrical with respect to the intake port 13 on the right side.
According to the above configuration, as shown in FIG. 2A, the intake air flow A guided along the outer wall 20a with respect to the arrangement direction of the intake ports 13 is directed in the direction of the cylinder center line CC according to the curvature of the intake ports 13. The air flows around the outside of the intake valve 15 (on the front side in FIG. 2) and flows into the cylinder 11 while being greatly bent. On the other hand, as shown in FIG. 2B, the intake air flow B guided along the inner wall 20b with respect to the arrangement direction of the intake ports 13 maintains a larger inclination with respect to the cylinder center line CC. The air flows around the inside of the intake valve 15 (the rear side in FIG. 2) and relatively linearly flows into the cylinder 11. As described above, the intake air flows A and B flow into the cylinder 11 while being directed in different directions from each other, so that interference of the intake air flows A and B in the cylinder 11 is suppressed. As shown in FIG. 4, the intake air flow B is directed downward along the cylinder wall 11 a on the exhaust port 14 side, and the flow is reversed on the piston 19 and is A tumble flow T in the direction is clearly formed. Since the intake air flow A from the wall portion 20a flows more toward the piston 19 side than the tumble flow T in the peripheral portion of the cylinder 11, there is little possibility that the intake air flow A acts to weaken the tumble flow T. Therefore, the tumble flow T can be efficiently formed, and the intake flow into the cylinder 11 can be increased by using the intake flow A. However, it is desirable to determine the curvature of the wall portion 20a so that the tumble flow in the reverse direction is not formed by the intake air flow A.
[0026]
In the present embodiment, since the lower wall surface 21 of the intake port 13 is formed symmetrically with respect to the valve center line VC, the effect of differentiating the wall portions 20a and 20b of the upper wall surface 20 is different from that of the lower wall surface. There is no danger of being damaged by the influence of 21.
[0027]
(Second embodiment)
FIGS. 5 and 6 show the structure of the second embodiment of the present invention. This embodiment is also directed to a four-valve gasoline engine similar to that shown in FIG. FIG. 5 shows the outline when the two intake ports 13, 13 associated with the same cylinder 11 are viewed from the exhaust port 14, and FIGS. 6 (a) to 6 (c) respectively show VIa- in FIG. The cross section which traverses the flow direction of the intake port 13 in the VIa line, the VIb-VIb line, and the VIc-VIc line is shown. The longitudinal section of the intake port 13 along the line IIa-IIa and the line IIb-IIb in FIG. 5 is the same as that in FIGS. 2 (a) and 2 (b). In FIGS. 5 and 6, parts common to FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals.
[0028]
As shown in FIGS. 5 and 6, in the present embodiment, each intake port 13 is divided into right and left parts by a partition wall 30 on the upstream side of the valve guide part 18 (position through which the intake valve passes). Thereby, the upper and lower wall surfaces 20, 21 of the intake port 13 are divided into a pair of left and right wall portions 20a, 20b, 21a, 21b with respect to the valve center line VC.
[0029]
6A, the intake ports 13 are formed symmetrically with respect to the valve center line VC on the upstream side of the valve guide portion 18 as shown in FIGS. 6B and 6C. As is apparent from FIG. 5, near the valve guide 18, the upper wall surface 20 is formed asymmetrically with respect to the valve center line VC, and the lower wall surface 21 is formed bilaterally symmetrically. The asymmetry of the upper wall surface 20 is such that the inner wall portions 20b, 20b are projected toward the lower wall surface 21 from the outer wall portions 20a, 20a with respect to the arrangement direction of the intake ports 13, 13. Is realized by: The protruding portion of the wall portion 20b is provided at the end of the intake port from the vicinity of the valve guide portion 18 to the cylinder opening as shown by a hatched area 22 in FIG. As a result, similarly to the case shown in FIGS. 2A and 2B, one wall portion 20 a located outside the arrangement direction of the intake ports 13 is located inside the arrangement direction of the intake ports 13. The shape of the two wall portions 20a and 20b is differentiated so as to extend toward the cylinder 11 while being curved with a larger curvature in the flow direction of the intake port 13 than the other wall portion 20b located at the side. In other words, the curved shape given to the wall portion 20a of the upper wall surface 20 of the intake port 13 is protruded from the wall portion 20b so that the curved shape is reduced, and the port shape is made closer to a straight line.
[0030]
As described above, also in the present embodiment, since the upper wall surface 20 of the intake port 13 is formed asymmetrically with respect to the valve center line VC, the intake air flow A flowing around the intake valve 15 as in the first embodiment. , B (see FIGS. 2 and 4), and the intake air B guided along the outer wall 20a while clearly forming the tumble flow T by the intake air B guided along the inner wall 20b. The flow rate of intake air into the cylinder 11 can be increased while the tumble flow T is not impaired by the flow A as much as possible.
[0031]
Furthermore, in the present embodiment, since each intake port 13 is divided from the upstream side of the penetration position of the intake valve 15 by the partition wall 30, the intake flow is indicated by an arrow in FIG. The flows A and B split upstream of the intake valve 15. Therefore, as compared with the case where the partition wall 30 is omitted as shown in FIG. 7B, the disturbance of the intake air due to the interference with the valve stem 15a is reduced and the flow resistance is reduced. As a result, the effect of forming the tumble flow by the intake air flow A and the effect of increasing the intake air flow by the intake air flow B can be further improved.
[0032]
Also in the present embodiment, it is desirable to determine the curvature of the wall portion 20a so that the tumble flow in the opposite direction is not formed by the intake air flow A. The length of the partition wall 30 from the penetration position of the intake valve 15 to the upstream side may be appropriately determined according to the shape and dimensions of the intake port 13 and the intake valve 15.
[0033]
In the above embodiment, the upper wall surface 20 is formed asymmetrically in the left and right directions by projecting the inner wall portion 20 b with respect to the arrangement direction of the intake ports 13. However, the outer wall portion 20 a is projected in the arrangement direction of the intake ports 13. Is also good. 8 and 9 show modifications of the first embodiment in which the outer wall portion 20a is protruded, and FIGS. 10 and 11 show modifications in which the outer wall portion 20a is protruded in the second embodiment. Show. 9A to 9C are cross-sectional views respectively taken along lines IXa-IXa, IXb-IXb, and IXc-IXc in FIG. 8, which cross the flow direction of the intake port 13. FIG. The vertical section of the intake port 13 along the line IIa and the line IIb-IIb is the same as that in FIG. 2A and FIG. FIGS. 11A to 11C are cross-sectional views respectively taken along lines XIa-XIa, XIb-XIb, and XIc-XIc in FIG. 10, which cross the flow direction of the intake port 13. The vertical section of the intake port 13 along the line IIa and the line IIb-IIb is the same as that in FIG. 2A and FIG.
[0034]
(Third embodiment)
12 to 14 show a structure of an intake port according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is also directed to a four-valve gasoline engine as in FIG. FIG. 12 shows an outline when two intake ports 13, 13 associated with the same cylinder 11 are viewed from the exhaust port 14 side. FIGS. 13 (a) to 13 (c) respectively show cross sections taken along lines XIIIa-XIIIa, XIIIb-XIIIb and XIIIc-XIIIc in FIG. FIG. 14 shows an outline when a single cylinder 11 associated with the two intake ports 13 is viewed from the cylinder head 17 (see FIG. 2). In FIGS. 12 to 14, parts common to FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals.
[0035]
In the present embodiment, as shown in FIG. 13B, the intake ports 13 are formed symmetrically with respect to the valve center line VC on the upstream side of the valve guide 18. On the other hand, as is clear from FIG. 13 (c), on the downstream side of the valve guide portion 18, the upper wall surface 20 is formed asymmetrically, and the lower wall surface 21 is formed symmetrically. The asymmetry of the upper wall surface 20 is such that the vertical width of the intake ports 13 on the cross section transverse to the flow direction of each intake port 13 is set such that the width in the vertical direction of each intake port 13 is arranged from one end outside the arrangement direction of each intake port 13. This is realized by inclining the upper wall surface 20 at a constant angle θ in the left-right direction of the intake port perpendicular to the valve center line VC so as to gradually decrease toward the inside other end.
[0036]
FIG. 15 shows the relationship between the intake flow rate into the cylinder and the tumble ratio when the inclination angle θ is changed. The tumble ratio indicates the ratio between the rotation speed of the tumble flow and the rotation speed of the engine. As is clear from FIG. 15, the tumble ratio shows a peak near 5 °, and the tumble ratio decreases as the inclination angle θ increases or decreases from 5 °. Therefore, in order to increase the intake air flow rate into the cylinder while forming a strong tumble flow, the inclination angle θ should be set in the range of 4 ° to 6 °, preferably 5 °.
[0037]
On the other hand, as shown in FIG. 16, the width W1 in the left-right direction of each intake port 13 is larger than the width W2 of the throat portion 22a of the valve seat 22 connected to the intake port 13 downstream of the valve guide portion 18. Is provided. Further, as is apparent from FIG. 14, one end of each of the intake ports 13 in the direction in which the intake ports 13 are arranged is arranged such that the intake air flow A from each of the intake ports 13 toward the cylinder 11 flows toward the exhaust port 14 along the curve of the cylinder wall 11a. The side wall 13a is bulged outward.
[0038]
Note that the vertical cross-sectional shape of the intake port 13 along the line IIa-IIa and the line IIb-IIb in FIG. 12 is equal to the shape shown in FIGS. That is, in the present embodiment, the curvature of the upper wall surface 20 of each intake port 13 gradually decreases from the outside in the arrangement direction of the intake ports 13 toward the inside in the arrangement direction. Therefore, the intake air flow A is guided into the cylinder 11 while being bent in the direction of the center line CC of the cylinder 11, and the intake air flow B is introduced into the cylinder 11 while maintaining a larger inclination with respect to the cylinder center line CC. .
[0039]
As described above, also in the present embodiment, since the upper wall surface 20 of each intake port 13 is formed asymmetrically with respect to the valve center line VC, interference between the intake air flows A and B can be suppressed. In addition, the upper wall surface 20 is inclined so that the vertical width of the intake ports 13 gradually increases from the inside to the outside of the arrangement of the intake ports 13. The flow rate of the flow A can be increased. In the present embodiment, the outer wall 13a in the arrangement direction of the intake ports 13 is expanded so that the intake air A flows toward the exhaust port 14 along the cylinder wall 11a, so that the inflow resistance of the intake air A is reduced. The flow rate of the intake air flow A can be further increased.
[0040]
Also in the present embodiment, the upstream side of each intake port 13 through the intake valve 15 through the intake valve 15 may be divided by the partition wall 30 and the intake air may be divided upstream of the intake valve 15. In this case, interference between the valve stem 15a and the intake air can be suppressed, so that the effect of forming the tumble flow and the effect of increasing the intake air flow can be improved.
[0041]
In each of the above-described embodiments, the shape of the intake port 13 has been described with reference to a state in which the cylinder 11 is oriented so that the cylinder head 17 side is upward. However, the orientation of the internal combustion engine 10 during actual use is not illustrated. It is not limited to the form.
[0042]
FIGS. 17 (a) and 18 (a) show the results of computer simulation of the flow of intake air at the intake port 13 of the first embodiment described above, and FIGS. 17 (b) and 18 (b) show comparative examples. Shows the result of simulating the flow of intake air in the conventional left-right symmetric intake port under the same conditions. 17A and 17B show the state of intake air near the intake valve as a set of arrows, and the denser the arrows, the stronger the flow. FIGS. 18A and 18B show the results of simulating the flow of intake air passing through each representative position in the cylinder by setting some representative positions in the vertical direction of the intake port. As is clear from FIG. 17B, in the comparative example, the intake air flows A and B wrapping around both sides of the intake valve interfere with each other at a position P below the exhaust port. On the other hand, as shown in FIG. 18A, in the present invention, only the intake air flow B flowing inside the intake valve is clearly seen below the exhaust port, and the air flow B goes outside the intake valve. However, the intake air flow A hardly reaches below the exhaust port. Therefore, as is apparent from FIGS. 18A and 18B, in the present invention, the positive tumble flow is clearly formed in the cylinder, whereas in the comparative example, the intake air flow is disturbed in the cylinder and the positive tumble flow is generated. The flow is weakened.
[0043]
The present invention is not limited to the embodiments described above, but may be implemented in various forms. For example, even when one or three or more intake ports are provided for one cylinder, the structure of the intake port of the present invention is applicable. For example, when three intake ports are provided for one cylinder, the two outer intake ports may be formed according to the present invention, and the central intake port may be formed symmetrically with respect to the center line of the intake valve. .
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the upper wall surface of the intake port is formed asymmetrically to the left and right with respect to the position of the center line of the intake valve, the two intake flows flowing around the intake valve are asymmetric. And the interference of the intake air flow in the cylinder can be suppressed. Therefore, the action of forming the tumble flow is more strongly exerted, and the tumble flow is efficiently formed. Further, the intake air flow rate can be improved while minimizing the tumble flow. In particular, when two intake ports are provided side by side, when the outer wall in the direction in which the intake ports are arranged in the upper wall of the intake port is extended to the cylinder side while being curved at a larger curvature than the inner wall, This is advantageous because the tumble flow in the forward direction can be efficiently formed at the center of the cylinder, and the flow rate of the intake air can be increased without damaging the tumble flow on the cylinder wall side. In the case where the intake port is divided by a partition wall on the upstream side of the position where the intake valve passes, a tumble flow can be formed more efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing the outline of two intake ports provided in association with the same cylinder in a first embodiment of the present invention when viewed from the exhaust port side with respect to the same cylinder.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view along a flow direction of an intake port.
FIG. 3 is a cross-sectional view crossing the flow direction of the intake port in the first embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing a main part of an internal combustion engine to which the intake port of the present invention is applied.
FIG. 5 is a view showing the outline of two intake ports provided in association with the same cylinder in the second embodiment of the present invention when viewed from the exhaust port side with respect to the same cylinder.
FIG. 6 is a cross-sectional view crossing the flow direction of an intake port in a second embodiment.
FIG. 7 is a view showing an effect of the partition wall in FIG. 5;
FIG. 8 is a view showing a modification example of the first embodiment, corresponding to FIG. 1;
FIG. 9 is a cross-sectional view of the intake port of FIG. 8 crossing the flow direction.
FIG. 10 is a view showing a modified example of the second embodiment corresponding to FIG. 5;
FIG. 11 is a cross-sectional view of the intake port of FIG. 10 crossing the flow direction.
FIG. 12 is a view showing the outline when two intake ports provided in association with the same cylinder in the third embodiment of the present invention are viewed from the exhaust port side with respect to the same cylinder.
FIG. 13 is a cross-sectional view crossing the flow direction of the intake port in the third embodiment.
FIG. 14 is a view showing the outline when two intake ports provided in association with the same cylinder in the third embodiment are viewed from the cylinder head side.
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the intake flow rate into the cylinder and the tumble ratio when the inclination angle of the wall surface of the intake port is changed.
FIG. 16 is a view showing a cross section of a throat portion of a valve seat connected to an intake port in a third embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing a result of computer simulation of the flow of intake air near the intake valve when the intake port of the first embodiment is used, together with a comparative example.
FIG. 18 is a diagram showing a result of computer simulation of the flow of intake air in a cylinder when the intake port of the first embodiment is used, together with a comparative example.
FIG. 19 is a diagram showing a problem in a conventional intake port.
[Explanation of symbols]
10 Internal combustion engine
11 cylinder
11a Cylinder wall
12 Spark plug
13 Intake port
14 Exhaust port
15 Intake valve
15a Valve stem
16 Exhaust valve
17 cylinder head
18 Valve guide
19 piston
20 Upper wall of intake port
20a, 20b Upper wall portion
21 Lower wall
30 partition
A, B Intake flow
CC cylinder center line
T tumble flow
VC valve center line

Claims

An internal combustion engine with an intake port that directs intake air into a cylinder so that a tumble flow is formed in the cylinder,
The upper wall surface of the intake port when the cylinder is oriented such that the cylinder head side is at the top, with the center line of the intake valve that opens and closes the intake port in a direction transverse to the flow direction of the intake port interposed therebetween. An internal combustion engine characterized by being formed asymmetrically on the left and right.

When the upper wall is divided into a pair of walls on the left and right sides of the center line of the intake valve, one wall is curved with a larger curvature along the flow direction than the other wall. 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the upper wall surface is formed asymmetrically while extending toward the cylinder side. 3.

When two intake ports are provided side by side on a common cylinder, and the upper wall surface of each intake port is divided into a pair of left and right walls across the center line position of the intake valve, the arrangement of each intake port is established. The one wall portion located on the outer side in the direction extends toward the cylinder side while being curved at a larger curvature along the flow direction than the other wall portion located on the inner side in the direction in which the intake ports are arranged. 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is formed asymmetrically.

On a cross section transverse to the flow direction of the intake port, the width of the intake port in the direction of the center line of the intake valve gradually decreases from one end in a direction orthogonal to the center line of the intake port toward the other end. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the upper wall surface is formed asymmetrically by tilting the upper wall surface with respect to a lower wall surface of the intake port.

Two intake ports are provided side by side in a common cylinder, and on a cross section crossing the flow direction of each intake port, the outside in the direction in which the intake ports are arranged is the one end, and the inside in the direction in which the intake ports are arranged is the other end. The internal combustion engine according to claim 4, wherein the upper wall surface of each intake port is inclined with respect to the lower wall surface.

The inclination of the upper wall surface with respect to a direction orthogonal to a center line of the intake valve on a cross section transverse to a flow direction of the intake port is set in a range of 4 ° to 6 °. 6. The internal combustion engine according to 4 or 5.

7. The intake port is divided into right and left sides by a partition wall at a position of a center line of the intake valve on an upstream side in the flow direction from a penetration position of the intake valve. An internal combustion engine according to any one of the preceding claims.

The lower wall surface of the intake port is formed symmetrically left and right with respect to a direction transverse to a flow direction of the intake port with respect to a position of a center line of the intake valve that opens and closes the intake port. The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7.

An internal combustion engine in which two intake ports are provided side by side with respect to one cylinder, and each intake port is configured to direct intake air into the cylinder so as to form a tumble flow in the cylinder and guide the intake air into the cylinder,
When the cylinder is oriented so that the cylinder head side faces upward, one of the upper wall surfaces of the intake ports, which is located outside the direction in which the intake ports are arranged, is located inside the direction in which the intake ports are arranged. An internal combustion engine characterized in that it extends toward the cylinder side while being curved with a larger curvature in the flow direction than the other wall portion.

The internal combustion engine according to claim 9, wherein each intake port is divided right and left by a partition wall at a position of a center line of the intake valve on an upstream side in a flow direction from a penetration position of the intake valve. organ.

An internal combustion engine in which two intake ports are provided side by side with respect to one cylinder, and each intake port is configured to direct intake air into the cylinder so as to form a tumble flow in the cylinder and guide the intake air into the cylinder,
The upper wall surface of each intake port when the cylinder is oriented so that the cylinder head side is upward, and the width in the vertical direction of each intake port from the outside in the direction in which the intake ports are arranged to the inside in the direction in which the intake ports are arranged An internal combustion engine characterized by being inclined with respect to the lower wall surface of each intake port so that is gradually reduced.