JP2006070810A - 内燃機関の吸気ポート - Google Patents

Abstract

【課題】吸気ポート内での吸気流の干渉を防止して、筒内のタンブル流を強化する。
【解決手段】エンジンの燃焼室に開口し、当該開口部１０が吸気バルブ３により開閉される吸気ポート２であって、吸気ポート２内部上壁面に突設され、吸気バルブ３の軸部７が貫通するバルブ支持部５、６を有し、吸気ポート内部上壁面付近の吸気バルブ支持部５、６付近で分岐した吸気の流れが、バルブ支持部５、６通過後に互いに交差することを防止する隔壁８を、吸気ポート内部上壁面のバルブ支持部５、６から開口部１０近傍までの所定の範囲にのみ設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気ポートの内部構造に関する。

内燃機関の燃焼を改善する方法として、吸気行程において気筒内に縦向きの旋回流、いわゆるタンブル流を形成させる方法が知られている。

タンブル流を形成した場合には、形成しない場合に比べて火炎伝播速度や燃焼安定性の向上に効果があり、したがって、混合気の燃料濃度が低い状態、いわゆる希薄燃焼時であっても機関を安定な状態で運転することができる。

特許文献１には、気筒当り２つの吸気ポートを備える内燃機関において、各吸気ポートからの吸気流れを層状化したタンブル流となるようにして、かつ燃焼室中央頂部の燃焼用着火手段近傍の空燃比を濃く，燃焼室周辺部のタンブル流の空燃比を薄くして、理論空燃比よりも少ない量の燃料の混合気でも安定した希薄燃焼状態を保てるようにした構造が開示されている。

具体的には、吸気ポート内を着火手段側の中央通路とその両側の側方通路とに分割する二つの隔壁を設け、吸気バルブの軸部の先端にも隔壁を設け、中央通路と側方通路とを完全に分離している。
特開平６−１０１４８５号

しかしながら、特許文献１の構造ではタンブル流の層状化促進には効果があるものの、吸気流路内に隔壁を設ける構成となっているため、隔壁の厚さの分だけポートの流路断面積は小さくなり、流量係数は低下し、効率よく筒内に空気を取り組むことができなくなるという問題がある。

また、流量係数を維持しようとすると、吸気ポート径を大きくせざるを得ず、これにより他の構成も大幅に変更しなければならないという問題がある。

ところで、タンブル流の形成を阻害する大きな要因は、吸気ポート上壁面付近を流れる吸気が、吸気バルブガイドや吸気バルブガイドの支持剛性を高めるためのボス部（以下、吸気バルブガイド等という）の形状に沿って分岐し、この分岐した吸気が吸気バルブガイド等の形状に沿って流れ、吸気バルブガイド等通過後に互いに干渉することである。

そこで、本発明では吸気ポート上壁面付近を流れる吸気の干渉を防止することによって、吸気ポート径を大きくすることなく、筒内のタンブル流形成を強化することを目的とする。

本発明の吸気ポートは、エンジンの燃焼室に開口し、当該開口部が吸気バルブにより開閉される吸気ポートであって、前記吸気ポート内部上壁面に突設され、前記吸気バルブの軸部が貫通するバルブ支持部を有し、前記吸気ポート内部上壁面付近の前記吸気バルブ支持部付近で分岐した吸気の流れが、前記バルブ支持部通過後に互いに交差することを防止する隔壁を、前記吸気ポート内部上壁面の前記バルブ支持部から前記開口部近傍までの所定の範囲にのみ設ける。

本発明によれば、吸気ポート上壁面から所定量だけ突出する隔壁を設けることによって、吸気ポート内に突出する吸気バルブガイド等を通過する際に分岐した吸気ポート上壁面付近を流れる吸気が、前記吸気バルブガイド等を通過した後に互いに干渉することを防止するので、特許文献１に記載の構造のように吸気ポートを大型化することなく、燃焼室内でのタンブル流の形成を強化することが可能となる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

第１実施形態について図１を用いて説明する。図１は本実施形態のシリンダヘッドの吸気ポート周辺の断面図である。

１はシリンダヘッド、４はシリンダヘッド１の下面に設けられた燃焼室、２はシリンダヘッド１の吸気側側壁１ａに接続される吸気マニホールド（図示せず）と燃焼室４とを連通する吸気ポート、９は燃焼室４の天井部に開口する吸気ポート２の開口部である。なお、本実施形態のエンジンは気筒当り２つの開口部９を備え、吸気ポート２はシリンダヘッド１の内部で分岐してそれぞれの開口部９に連通する。図１は一方の吸気ポート２について示した図である。

３は燃焼室４内を往復するピストン（図示せず）に応動して開口部９を開閉する吸気バルブ、１０は開口部９の周囲に設けられ、吸気バルブ３の傘部３ａが着座するバルブシート、５はシリンダヘッド１を上下に貫通し、吸気バルブ３の軸部（以下、バルブステム部という）７を摺動自由に支持するバルブ支持部材としてのバルブガイドである。バルブガイド５取り付け穴の外周部には、バルブガイド５の支持剛性を高めるためのボス部としてのバルブガイドボス６が吸気ポート２内部側に向けて突設されている。上記のバルブガイド５とバルブガイドボス６とがバルブ支持部の相当する。

ここで、バルブガイドボス６について図１の上面図である図２を参照して説明する。なお、図２において、図中左側（吸気ポート２を流れる吸気流れの上流側）を上流側とし、図中右側（吸気流れの下流側）を下流側とする。

本実施形態のバルブガイドボス６は、バルブガイド５の上流側に向けて延びており、上流側端部からバルブガイド５の上流側付近まで略楕円状に幅が広がり、バルブガイド５付近から下流側は幅が絞られてバルブガイド５下流側付近の壁面と滑らかにつながっている。

バルブガイドボス６の下流側には隔壁８が設けられている。隔壁８は図２において吸気バルブ３とこれに対向する排気バルブ（図示せず）のそれぞれの軸心を結ぶ線Ｃ上、かつバルブガイド５の下流側端部からバルブシート１０付近にかけて湾曲した吸気ポート２の内部上壁面に、吸気バルブ３の軸心に向けて突設されている。

なお、隔壁８の内部上壁面からの突出量は、バルブガイド５側端部から開口部１０側端部までの全範囲で略一定とする。

また、バルブステム部７と隔壁８との間には、隔壁８とバルブステム部７の軸心とを含む面の両側の通路Ｒ１、Ｒ２を連通する空間部２０を設ける。

次に、吸気流れの干渉について図４を参照して詳細に説明する。

図４は従来から用いられている吸気ポート構造である。なお、図４中の実線Ａ、Ｂは吸気流れを表している。

吸気マニホールド（図示せず）から流入した吸気は、バルブガイドボス６によって吸気流れＡ、Ｂに分岐させられる。下流方向に進みバルブガイドボス６の幅が絞られると、吸気流れＡ、Ｂはバルブガイドボス６の形状に沿って、吸気バルブ３とこれに対向する排気バルブ（図示せず）のそれぞれの軸心を結ぶ線の方向の流れとなる。

したがって、バルブガイドボス６を通過すると、図４に示したように吸気流れＡは燃焼室４のボア壁１１方向に、吸気流れＢは燃焼室４の中心方向にそれぞれ流れることになり、両方の流れが交差し、互いに干渉することになる。この吸気流れの干渉により、筒内では効率的なタンブル流を生成することができなくなる。

本実施形態では、バルブガイドボス６の下流に前述したような隔壁８をバルブガイド５の下流側端部からバルブシート１０付近にかけて配設するので、バルブガイドボス６通過後の吸気流れが交差することはなく、吸気ポート２の軸心付近の流れは隔壁８に沿って、吸気バルブ３と排気バルブ（図示せず）の軸心を結ぶ線と平行に流れる。

これにより、筒内に流入する吸気はタンブル流を形成することが可能となる。

次に、空間部２０を形成する理由について説明する。

タンブル流の形成を阻害する大きな要因は、前述したように吸気ポート２内部上壁面付近を流れる吸気が、吸気バルブガイド５や吸気バルブガイドの支持剛性を高めるためのボス部６（以下、吸気バルブガイド５等という）の形状に沿って分岐し、この分岐した吸気が吸気バルブガイド５等の形状に沿って流れ、吸気バルブガイド５等通過後に互いに干渉することである。

また、燃焼室４に供給する吸気量を多くするためには、吸気ポート２の流路断面積はできるだけ大きい方が望ましい。

そこで、タンブル流の形成を阻害する上記の吸気の干渉を防止しつつ、吸気ポート２の流路断面積をできるだけ大きくするために、隔壁８は吸気の干渉が問題となる吸気ポート２の内部上壁面から所定量だけ突出させ、その他の部分は吸気ポート２の流路断面積を確保するために隔壁８とバルブステム部７との間に空間部２０を設ける。

隔壁８の各寸法は以下のように設定する。

隔壁８の厚さ（図２中のＴ）は、吸気ポート２の内径Ｄの略１０パーセント以下とする。

これは、隔壁８を設けることによって吸気ポート２内の吸気抵抗が増大することを防止するためである。

図３に示すバルブステム部７の中心軸での切断面における隔壁８の断面積は、吸気バルブ３、バルブガイド５、吸気ポート２の内壁、バルブシート１０で囲まれる面積Ｓ（図中網掛け部分）の略２０パーセント以上とする。

これは、タンブル流の形成を阻害する吸気ポート２内部上壁面付近での吸気流の干渉を確実に防止するのに必要な面積として設定したものである。

以上により本実施形態では、下記のような効果を得ることができる。

エンジンの吸気ポート２内部上壁面に突設されたバルブガイド５を有し、吸気ポート２内部上壁面付近のバルブガイド５等付近で分岐した吸気の流れが、バルブガイド５等通過後に互いに交差することを防止する隔壁８を、吸気ポート２内部上壁面のバルブガイド５から開口部１０近傍までの所定の範囲にのみ設けたので、吸気がバルブガイド５等を通過後に互いに干渉することがなくなり、効率よく燃焼室４に吸気を導入することができる。

隔壁８はバルブガイド５等と開口部１０近傍の間の所定の範囲に設けられ、隔壁８と吸気バルブ３のバルブステム部７の間には空間部２０を設けるので、吸気ポート２の流路断面積の減少を抑えつつ、燃焼室４内でのタンブル流の形成を阻害する吸気の干渉を確実に防止することができる。

隔壁８の吸気ポート内径方向の厚さを、吸気ポート２の流路断面の径の略１０パーセント以下とすることにより、吸気ポート２内の吸気抵抗の増大を抑えることができる。

隔壁８の大きさを、吸気バルブ３のバルブステム部７の軸心と吸気ポート２の内部上壁面とを通る断面において、吸気バルブ３の傘部３ａおよびバルブステム部７と吸気ポート２の内部上壁面とで画成される面積の略２０パーセント以上とすることにより、燃焼室４内でのタンブル流の形成を阻害する吸気の干渉を確実に防止することができる。

隔壁８の厚さ、面積を上記のように設定することにより、吸気ポート２内部の表面積の増大を必要最小限に抑えることができるので、吸気ポート２の内部壁面に付着する燃料の増加を防止し、いわゆる壁流量を低減することができる。

なお、隔壁８は厚さおよび断面積が上記の条件を満たしていれば、例えば図５、図６に示すように、図１の隔壁８に比べて下流側方向への長さが短く、また、吸気ポート２の内壁面からの突出量は、図２の隔壁８よりも大きく、バルブステム部７周辺まで突出する形状でもよい。ここで、図５は図１同様に吸気ポート２周辺の断面図、図６は図５のＡ-Ａ矢示図を表している。

また、図７、図８に示すようにバルブガイド５の下流側近傍から離れた位置に隔壁８を設け、その下端がバルブシート１０近傍から上流側に向けて延びるような形状としてもよい。これは、バルブガイドボス６に沿って流れる吸気が、バルブガイドボス６の下流側端部で剥離せずに、吸気バルブ３とこれに対向する排気バルブ（図示せず）のそれぞれの軸心を結ぶ線方向の成分を持ったとしても、バルブガイドボス６の下流側の端部近傍で交差するほど急激に旋回することはないので、隔壁８の厚さ、断面積が上記の条件を満たしていれば、バルブガイドボス６の両側を流れた吸気がバルブガイドボス６下流で干渉することを防止できるからである。ここで、図７は吸気ポート周辺の断面図を表し、図８は図７のＡ-Ａ断面図を表している。

なお、隔壁８は吸気ポート２の上部内壁面から突出する形状であるので、隔壁８整形用のポート中子型を作成すれば、シリンダヘッド製造時にポート中子型と一体で成型することが可能で、従来の製造工程に対して新たな工程、構成を加える必要がない。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、内燃機関の吸気ポートに適用可能である。

本実施形態の吸気ポート周辺の断面図である。 図１の上面図である。 隔壁の断面積について説明するための吸気ポート周辺の断面図である。 従来の吸気ポート内の吸気流れの概念図である。 図１とは異なる形状の隔壁８の例を説明するための吸気ポート周辺の上面図である。 図５のＡ-Ａ矢示図である。 図１、図５とは異なる形状の隔壁８の例を説明するための吸気ポート周辺の上面図である。 図７のＡ-Ａ矢示図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ 吸気ポート
３ 吸気バルブ
４ 燃焼室
５ バルブガイド
６ バルブガイドボス
７ バルブステム部
８ 隔壁
９ 開口部
１０ バルブシート

Claims (7)

1. エンジンの燃焼室に開口し、当該開口部が吸気バルブにより開閉される吸気ポートであって、
   前記吸気ポート内部上壁面に突設され、前記吸気バルブの軸部が貫通するバルブ支持部を有し、
   前記吸気ポート内部上壁面付近の前記吸気バルブ支持部付近で分岐した吸気の流れが、前記バルブ支持部通過後に互いに交差することを防止する隔壁を、前記吸気ポート内部上壁面の前記バルブ支持部から前記開口部近傍までの所定の範囲にのみ設けたことを特徴とする内燃機関の吸気ポート。
2. 前記隔壁は、前記バルブ支持部と前記開口部近傍の間の所定の範囲に設けられ、前記隔壁と前記吸気バルブの軸部の間に空間部を有する請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート。
3. 前記隔壁は、前記開口部から前記バルブ支持部方向に所定の範囲にわたって設けられ、前記バルブ支持部近傍で前記吸気ポートの上壁面と吸気バルブの軸部の間に空間部を有する請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート。
4. 前記隔壁は、前記バルブ支持部から前記開口部方向に所定の範囲にわたって設けられ、前記開口部近傍で、前記吸気ポート上壁面と吸気バルブの軸部との間に空間部を有する請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート。
5. 前記隔壁の前記吸気ポート内径方向の厚さが、前記吸気ポートの流路断面積の径の略１／１０以下である請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関の吸気ポート。
6. 前記隔壁の大きさが、吸気バルブの軸部の軸心と吸気ポートの上壁面とを通る断面において、前記吸気バルブの傘部および軸部と吸気ポートの上壁面とで画成される面積の略１／５以上である請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の吸気ポート。
7. 前記バルブ支持部は、前記吸気バルブを摺動可能に支持するバルブ支持部材と、前記バルブ支持部材の外周を囲むように前記吸気ポート内部上壁面に設けたボス部と、で構成される請求項１〜６のいずれか一つに記載の内燃機関の吸気ポート。

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