JP2007297991A - Intake port for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の吸気ポートに関する。 The present invention relates to an intake port of an internal combustion engine.
吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第1の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第2の側壁面とを有するヘリカル型吸気ポートにおいて、吸入空気流入通路部の上壁面が上述の第1の側壁面側に位置しかつ渦巻部の上壁面に滑らかに接続する第1の上壁面と、上述の第2の側壁面側に位置しかつ第1の上壁面よりも高さの低い第2の上壁面からなり、この第2の上壁面の高さ位置を境にして吸入空気流入通路部の底壁面に沿って流れる下層流と第1の上壁面に沿って流れる上層流とが発生し、この上層流によって燃焼室内にスワールが発生せしめられるヘリカル型吸気ポートが公知である(特許文献1を参照)。 A first portion is formed by a spiral portion formed around the axis of the intake valve and an intake air inflow passage portion extending tangentially from the spiral portion, and the intake air inflow passage portion is tangentially connected to the peripheral wall surface of the spiral portion. And a second side wall surface extending to the circumferential wall surface of the spiral portion toward the valve shaft of the intake valve, the upper wall surface of the intake air inflow passage portion is the first side wall surface described above. A first upper wall surface located on the side and smoothly connected to the upper wall surface of the spiral portion, and a second upper wall surface located on the second side wall surface side and having a height lower than that of the first upper wall surface A lower flow that flows along the bottom wall surface of the intake air inflow passage portion and an upper flow that flows along the first upper wall surface at the height position of the second upper wall surface. A helical intake port is known in which swirl is generated in the combustion chamber by the flow. (See Patent Document 1).
このヘリカル型吸気ポートでは吸入空気量が多いときに渦巻部内での上層流の旋回作用が下層流によって弱められ、それにより機関高回転域において過剰なスワールが発生するのが阻止される。
ところでこのヘリカル型吸気ポートでは従来のヘリカル型吸気ポートと同様に吸入空気を渦巻部内で旋回させることにより燃焼室内にスワールを発生させるようにしている。この場合、スワールを強めるためには渦巻部内での旋回作用を強めなければならない。しかしながら渦巻部内での旋回作用を強めると吸入抵抗が増大するために充填効率が低下し、その結果最大負荷運転時の出力が低下することになる。 By the way, in this helical type intake port, swirl is generated in the combustion chamber by swirling the intake air in the spiral portion as in the conventional helical type intake port. In this case, in order to strengthen the swirl, the swirling action in the spiral portion must be strengthened. However, if the swirling action in the spiral portion is increased, the suction resistance increases, so that the charging efficiency is lowered, and as a result, the output during the maximum load operation is lowered.
このように渦巻部内における旋回作用を強めることによってスワールを強めるようにしている限り、強力なスワールと高い充填効率を同時に確保することは困難であり、強力なスワールと高い充填効率を同時に確保するには発想の転換が必要である。
本発明者はこれまで長い期間に亘って吸入空気の流れ方について研究し、終いに強力なスワールと高い充填効率を同時に確保することのできる吸気ポートを見い出したのである。
As long as the swirl is strengthened by strengthening the swirling action in the spiral part, it is difficult to ensure a strong swirl and high filling efficiency at the same time. To ensure a strong swirl and high filling efficiency at the same time Needs a change of mindset.
The inventor has studied the flow of intake air over a long period of time, and finally found an intake port that can simultaneously ensure a strong swirl and high filling efficiency.
即ち、本発明によれば、吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、渦巻部が吸気弁の軸線回りを延びる周壁面と、上壁面と、吸気弁により開閉される下端出口部とにより画定されており、吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第1の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第2の側壁面と、上壁面と、底壁面とにより画定されている内燃機関の吸気ポートにおいて、渦巻部の下端出口部が燃焼室頂面の周縁部に配置されると共に、第1の側壁面が燃焼室の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部が配置されており、吸気弁全開時に吸気弁と吸気弁の弁座間に形成される環状の吸気弁開口部のうちで、シリンダ軸線と吸気弁弁体の中心部とを含む平面に対し吸入空気流入通路部と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在しており、吸入空気流入通路部内に吸入空気流入通路部の下方を流れる下層流と吸入空気流入通路部の上方を流れる上層流が発生せしめられ、下層流は吸気弁開弁時に吸気弁開口部領域に向け流れた後に吸気弁開口部領域から燃焼室内に燃焼室の周辺方向に向け流入して燃焼室内にスワールを発生させ、上層流は吸気弁開弁時に渦巻部内で旋回した後に吸気弁開口部全体から分散して燃焼室内に流入し、吸気弁開弁時に下層流を吸気弁開口部領域に向かうよう整流させるために下層流の流れ方向に真直ぐに延びる整流壁を吸気弁のかさ部背面上に形成している。 That is, according to the present invention, the peripheral wall surface is configured by the spiral portion formed around the axis of the intake valve and the intake air inflow passage portion extending tangentially from the spiral portion, and the spiral portion extends around the axis of the intake valve. A first side wall surface tangentially connected to the peripheral wall surface of the spiral portion, and an intake valve In the intake port of the internal combustion engine defined by the second side wall surface extending toward the peripheral wall surface of the spiral portion toward the valve shaft, the upper wall surface, and the bottom wall surface, the lower end outlet portion of the spiral portion is the top surface of the combustion chamber. An intake air inflow passage portion is arranged at the peripheral portion so that the first side wall surface extends tangentially to the peripheral portion of the combustion chamber. Among the annular intake valve openings formed between the seats, the cylinder axis An intake valve opening region formed on the opposite side of the intake air inflow passage portion with respect to a plane including the central portion of the air valve body exists, and the intake air inflow passage portion is located below the intake air inflow passage portion. A lower flow that flows and an upper flow that flows above the intake air inflow passage portion are generated, and the lower flow flows toward the intake valve opening region when the intake valve is opened, and then enters the combustion chamber from the intake valve opening region to the combustion chamber. Flowing in the peripheral direction to generate swirl in the combustion chamber, the upper layer flow swirls in the spiral when the intake valve is opened, then dispersed from the entire intake valve opening and flows into the combustion chamber, and the lower layer flow when the intake valve is opened In order to rectify the flow toward the intake valve opening region, a rectifying wall extending straight in the flow direction of the lower layer flow is formed on the back surface of the hood portion of the intake valve.
下層流路内を流れる下層流によって強力なスワールが発生せしめられ、上層流路内を流れる上層流によって高い充填効率が確保される。 A strong swirl is generated by the lower flow flowing in the lower flow path, and high filling efficiency is ensured by the upper flow flowing in the upper flow path.
図1から図3を参照すると、1はシリンダブロック、2はシリンダヘッド、3は燃焼室を夫々示す。図1に示される実施例ではシリンダヘッド2内に一対の吸気ポート4,5が形成されており、また図1には示されていないがシリンダヘッド2内には一対の排気ポートが形成されている。本発明は一対の吸気ポート4,5のうちの図1において実線で示される片方の吸気ポート4に関するものであり、従って以下この吸気ポート4についてのみ説明する。
1 to 3, reference numeral 1 denotes a cylinder block, 2 denotes a cylinder head, and 3 denotes a combustion chamber. In the embodiment shown in FIG. 1, a pair of
図1から図3を参照すると、吸気ポート4は吸気弁6の軸線回りに形成された渦巻部7と、この渦巻部7から接線状に延びる吸入空気流入通路部8とにより構成される。図1、図2および図3(C)に示されるように渦巻部7は吸気弁6の軸線回りを延びる周壁面9と、上壁面10と、吸気弁6により開閉される下端出口部11とにより画定されており、図1および図2に示されるように吸入空気流入通路部8は渦巻部7の周壁面9に接線状に接続される第1の側壁面12と、吸気弁6の弁軸6aに向けて渦巻部7の周壁面9まで延びる第2の側壁面13と、上壁面14と、底壁面15とにより画定されている。
Referring to FIGS. 1 to 3, the
図1からわかるように渦巻部7の下端出口部11は燃焼室3の頂面16(図2)の周縁部に配置され、第1の側壁面12が燃焼室3の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部8が配置されている。即ち、図1に示されるように吸入空気流入通路部8の下流側は燃焼室3の周縁部に対して接線状に延びており、吸入空気流入通路部8の上流側はレイアウト上の理由から吸入空気流入通路部8の下流側に対して燃焼室3から離れる方向に若干折曲せしめられている。
As can be seen from FIG. 1, the lower
図5は吸気ポート4を図解的に表した斜視図を示している。図1から図3および図5を参照すると吸入空気流入通路部8の上壁面14は吸入空気流入通路部8の少くとも下流側において、第1の側壁面12側に位置しかつ渦巻部7の上壁面10に滑らかに接続する第1の上壁面14aと、第2の側壁面13側に位置しかつ第1の上壁面14aよりも底壁面15側に位置する第2の上壁面14bとにより構成される。第1の上壁面14aに対して低い位置に第2の上壁面14bが形成されている吸入空気流入通路部8部分の断面形状が図5においてハッチングで示されている。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing the
図3(A)〜(C)および図5からわかるように第1の上壁面14aは渦巻部7に向けて次第に横巾が狭ばまりつつ下降し、次いで上述した如く渦巻部7の上壁面10に滑らかに接続される。この渦巻部7の上壁面10は渦巻部7の周縁部に沿って徐々に下降しつつ渦巻部7の全周のほぼ3/4に亘って延びる。一方、第2の上壁面14bの巾は吸入空気流入通路部8の下流側では底壁面15の巾のほぼ1/3程度であって一定であり、吸入空気流入通路部8の上流側では上流に向かうに従って次第に狭くなる。
As can be seen from FIGS. 3A to 3C and FIG. 5, the first
一方、図3(A)〜(C)および図5に示されるように第1の上壁面14aおよび第2の上壁面14bは吸入空気流入通路部8の横断面内においてはほぼ水平方向に延びており、これら第1の上壁面14aと第2の上壁面14bとの間に位置する壁面17は下向きの傾斜面からなる。この傾斜面17の巾は渦巻部7に向けて次第に広くなる。一方、図2に示されるように第2の上壁面14bも渦巻部7に向けて下降しており、この場合第2の上壁面14bの傾斜角は第1の上壁面14aの傾斜角よりも大きい。
On the other hand, as shown in FIGS. 3A to 3C and FIG. 5, the first
このように第1の上壁面14aと第2の上壁面14bとを階段状に形成すると吸入空気流入通路部8内には図5においてハッチングXで示される如く第1の側壁面12の下方部、第2の側壁面13、第2の上壁面14bおよび底壁面15によって画定された下層流路と、ハッチングYで示される如く下層流路の上方であって下層流路と第1の上壁面14a間に位置する上層流路とが形成される。即ち、吸入空気流入通路部8内には下層流路X内を流れる下層流と上層流路Y内を流れる上層流との2つの流れが発生する。図6(A)に図5の下層流路Xに関連する部分のみを取出した場合を示し、図6(B)に図5の上層流路Yに関連する部分のみを取出した場合を示す。
When the first
図4は図1の拡大図を示す。図2および図3(C)に示されるように吸気弁6が開弁すると吸気弁6と吸気弁6の弁座18間には環状の吸気弁開口部19が形成される。この場合、吸気弁6全開時に吸気弁6と吸気弁6の弁座18間に形成される環状の吸気弁開口部19のうちで、図4においてシリンダ軸線Oと吸気弁6の弁体の中心部とを含む平面Kに対し吸入空気流入通路部8と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在する。
FIG. 4 shows an enlarged view of FIG. When the
この吸気弁開口部領域が図4、図5および図6(A)においてZで示されている。
この吸気弁開口部領域Zは図4において平面Kと燃焼室3周縁部側の吸気弁開口部19との交差部から渦巻部7内における吸入空気流の旋回方向にほぼ90度の範囲Mである。本発明では図5および図6(A)からわかるように第1の側壁面12の下方部、第2の側壁面13、第2の上壁面14bおよび底壁面15は下層流路Xが吸気弁開口部領域Zに向けてまっすぐに延びるように構成されている。
This intake valve opening region is indicated by Z in FIGS. 4, 5 and 6A.
This intake valve opening region Z is in a range M of approximately 90 degrees in the swirling direction of the intake air flow in the
このように下層流路Xが吸気弁開口部領域Zに向けてまっすぐに延びるように第2の上壁面10は図2に示される如く平面Kに対し第2の上壁面10と反対側に位置する吸気弁開口部19の上端縁に向けて延びている。このように下層流路Xを形成すると下層流路X内を流れる下層流は吸気弁6の開弁時に下層流路X内をまっすぐに進んで吸気弁開口部領域Zに進む。
In this way, the second
さて、本発明では吸気弁6の開弁時に下層流を吸気弁開口部領域Zに向かうよう整流させるために下層流の流れ方向に真直ぐに延びる整流壁を吸気弁6のかさ部背面6b上に形成するようにしている。例えば図1から図3に示される実施例では吸気弁6のかさ部背面6b上に凹溝20が形成されており、この凹溝20の壁面が上述の整流壁を形成している。
In the present invention, in order to rectify the lower flow toward the intake valve opening region Z when the
即ち、もう少し具体的に言うと、この凹溝20はシリンダ軸線Oと反対側のかさ部背面6b上において平面K(図4)よりも吸入空気流入通路部8側から平面Kよりも吸気弁開口部領域Z側まで延びており、この凹溝20は吸気弁6の軸線方向に延びる垂直壁21とこの垂直壁21から直角方向に延びる底壁22とを有していて、これら垂直壁21および底壁22が上述の整流壁を形成している。
That is, more specifically, the
更にこの実施例ではこの垂直壁21は吸気弁6の弁軸6aの外周面に沿って延びており、底壁22は吸入空気流入通路部8から吸気弁開口部領域Zに向けて次第に下降するよう傾斜している。
Further, in this embodiment, the
これら垂直壁21および底壁22のような整流壁を吸気弁6のかさ部背面上に形成すると下層流路X内を流れる下層流は、吸気弁6の開弁時に下層流路X内をまっすぐに進んだ後、この整流壁によって吸気弁開口部領域Zに向かうよう整流される。その結果、下層流路X内を流れる下層流全体が吸気弁開口部領域Zに向けて流れる。次いでこの下層流は図4において矢印Sで示すように吸気弁開口部領域Zから燃焼室3内に燃焼室3の周辺方向に向けて流入し、それによって燃焼室3内にはシリンダ軸線O回りの強力なスワールが発生せしめられる。
When the flow straightening walls such as the
一方、上層流路Y内を流れる上層流は吸気弁6の開弁時に上層流路Y内を進んだ後、渦巻部7内で旋回し、図4において矢印Tで示されるように吸気弁開口部19の全体から分散して燃焼室3内に流入する。このように吸入空気が吸気弁開口部19の全体から流入させることによって吸入空気量を増大させることができる。即ち、上層流を旋回させないで燃焼室3内に流入させようとすると大部分の上層流は吸入空気流入通路部8とは反対側の吸気弁開口部のみから燃焼室3内に流入することになる。このことは実質的に吸気弁開口部の流路面積が小さくなっていることと同じであり、従って吸入空気量の増大は期待できない。
On the other hand, the upper layer flow flowing in the upper layer flow path Y advances in the upper layer flow path Y when the
これに対して上層流に渦巻部7内で旋回流を与えると上層流は上述したように吸気弁開口部19の全体から分散して燃焼室3内に流入する。このことは吸気弁開口部19の流路面積が大きくなったことと同じであり、従って吸入空気量が増大するために充填効率が向上することになる。このように本発明において渦巻部7内で旋回流を生じさせるのは充填効率の向上のためであり、従来のようにスワールの発生のためではない。
On the other hand, when a swirl flow is given to the upper layer flow in the
一方、吸入空気を渦巻部7内で旋回させつつ燃焼室3内に流入させると旋回している吸入空気流全体がそのままスワール流に移行していくかのように思える。しかしながらスワールの発生に寄与するのは旋回する吸入空気流のうちの燃焼室3の周辺方向に向かう一部の吸入空気流であり、従って吸入空気を旋回しつつ燃焼室3内に流入させても実際には吸入空気の一部しかスワールの発生に寄与しない。即ち、強力なスワールを発生させるためには本発明におけるように下層流全体が吸気弁開口部領域Zに向かうように下層流を整流壁により整流させて燃焼室3の周辺方向に向かう強力な吸入空気流を発生させることが最も効果的である。
On the other hand, when the intake air is swirled in the
なお本発明では凹溝20を常に図1に示す位置に維持しておかなければならず、そのために吸気弁6に対して軸線回りの回転止めが施こされている。図1に示される実施例では図3(C)に示されるように吸気弁6の弁軸6aの摺動孔23内に軸線方向に延びるスリット24が形成されており、弁軸6a内に圧入された回止めピン25がスリット24内に遊嵌せしめられている。
In the present invention, the
図7および図8に別の実施例を示す。
この実施例では吸気弁6のかさ部背面6b上に突出部26が形成されており、この突出部26の壁面が前述した整流壁を形成している。もう少し具体的に言うと、この実施例では突出壁26が吸気弁6のかさ部背面6b上から吸気弁6の軸線方向に延びる薄肉垂直平板からなり、更にこの突出壁26は吸気弁6の軸線に関して吸気弁開口部領域Z側のかさ部背面6b上に形成されている。
7 and 8 show another embodiment.
In this embodiment, a
この実施例でも下層流路X内を流れる下層流は、吸気弁6の開弁時に下層流路X内をまっすぐに進んだ後、この突出壁26によって吸気弁開口部領域Zに向かうよう整流される。その結果、下層流路X内を流れる下層流全体が吸気弁開口部領域Zから燃焼室3内に燃焼室3の周辺方向に向けて流入し、斯くして燃焼室3内にはシリンダ軸線O回りの強力なスワールが発生せしめられる。
In this embodiment as well, the lower layer flow flowing in the lower layer flow path X straightens through the lower layer flow path X when the
このように本発明では吸気ポート4内から燃焼室3内に燃焼室3の周辺方向に向けてまっすぐに流入する下層流によって燃焼室3内に強力なスワールが発生せしめられ、渦巻部7内で旋回した後に燃焼室3内に流入する上層流によって吸入空気量が増大せしめられる。斯くして高い充填効率を図りつつ強力なスワールを発生させることができる。
As described above, in the present invention, a strong swirl is generated in the
3 燃焼室
4,5 吸気ポート
6 吸気弁
7 渦巻部
8 吸入空気流入通路部
9 周壁面
10 上壁面
11 下端出口部
12 第1の側壁面
13 第2の側壁面
14a 第1の上壁面
14b 第2の上壁面
15 底壁面
18 弁座
19 吸気弁開口部
20 凹溝
21 垂直壁
22 底壁
26 突出壁
X 上層流路
Y 下層流路
Z 吸気弁開口部領域
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