JP2008255860A - 内燃機関の吸気ポート - Google Patents

Abstract

【課題】吸気ポート内を流れる吸気の一部が吸気ポート内に突出する弁棒案内と衝突し、吸気の流動方向が逸れたり、乱流が発生するおそれがあった。
【解決手段】エンジン１０の燃焼室１２に開口して吸気弁２３の弁体２３ａが当接し得る吸気弁座２０をその開口端に有し、吸気弁２３の弁体２３ａと一体の弁棒２３ｂおよび弁棒案内２５が突出状態で配された本発明による吸気ポート１４は、この吸気ポート１４の内面に形成され、弁棒案内２５に隣接するように当該吸気ポート１４の軸線に沿って延在する溝部２７を具えている。吸気ポート１４内を流れる吸気は、その一部が弁棒案内２５を回り込むように溝部２７に案内されながら吸気弁座２０を介してエンジン１０の燃焼室１２内に流入することとなり、吸気の一部が弁棒案内２３と衝突することによって発生する悪影響が緩和される。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気弁の弁棒およびその弁棒案内が突出する内燃機関の吸気ポートに関する。

内燃機関の燃焼室に開口して吸気弁の弁体が当接し得る吸気弁座をその開口端に有する吸気ポートには、吸気弁の弁体と一体の弁棒が突出状態で配されている。また、この弁棒の往復動を案内する弁棒案内もその先端部が吸気ポート内に突出している場合が多い。このため、吸気ポートを流れる吸気は、その一部が弁棒および弁棒案内に衝突して強い乱流を吸気ポート内に形成したり、これらを通過した後の吸気ポート内における吸気の流動方向が逸れてしまうこととなる。この結果、燃焼室に流入する吸気の流速が低下したり、燃焼室内に形成される混合気のタンブル流が阻害されてしまうおそれがあった。

このような不具合を解消するため、特許文献１では吸気ポートを非対称断面形状とし、これによってタンブル流を強化させるようにしている。また、特許文献２には吸気ポートのスロート部を円形断面形状とし、ポートとスロート部とを滑らかな面で連続させ、タンブル流を形成するようにした技術が開示されている。

特開２００４−１４４０７１号公報 特開２００４−１３８０２０号公報

特許文献１，２に開示された技術は、何れも弁棒案内と吸気との衝突に関して何ら対策がなされていない。このため、吸気ポート内を流れる吸気の一部が弁棒案内と衝突して強い乱流を吸気ポート内に形成したり、これらを通過した後の吸気ポート内における吸気の流動方向が逸れてしまうことを回避することが基本的にできない。

［発明の目的］
本発明の目的は、吸気ポート内を流れる吸気が吸気ポート内に突出する弁棒案内に対して衝突しにくくなるようにした内燃機関の吸気ポートを提供することにある。

本発明による内燃機関の吸気ポートは、内燃機関の燃焼室に開口して吸気弁の弁体が当接し得る吸気弁座をその開口端に有し、前記吸気弁の弁体と一体の弁棒および弁棒案内が突出状態で配された吸気ポートであって、この吸気ポートの内面に形成され、前記弁棒案内に隣接するように当該吸気ポートの軸線に沿って延在する溝部を具えたことを特徴とするものである。

本発明において、吸気ポートの内面から弁棒案内が突出する部分の近傍を流れる吸気の一部は、弁棒案内をかすめるように溝部を通って吸気弁座から燃焼室内に流入する。

本発明による内燃機関の吸気ポートにおいて、弁棒案内を挟むように一対の溝部が形成されているものであってよい。

１つの燃焼室に対して吸気ポートが２つずつ形成され、これら２つの吸気ポートの間に配された燃料噴射弁により、２つの吸気ポートの間から燃焼室内に燃料が噴射され、溝部が２つの吸気ポートの中間位置に対して弁棒案内よりも遠い側にそれぞれ形成されているものであってよい。

本発明の内燃機関の吸気ポートによると、吸気ポートの内面に形成され、弁棒案内に隣接するように吸気ポートの軸線に沿って延在する溝部を具えているので、吸気ポート内を流れる吸気と、吸気ポートの内面から突出する弁棒案内との衝突を回避することができ、吸気ポート内を流れる吸気の流速を低下させずに燃焼室へと流入させることが可能となる。

弁棒案内を挟むように一対の溝部が形成されている場合、吸気ポートの内面から突出する弁棒案内と、この近傍を通過する吸気との衝突をより確実に回避することができ、しかも吸気の充填効率を改善することが可能となる。

１つの燃焼室に対して吸気ポートが２つずつ形成され、これら２つの吸気ポートの間に配された燃料噴射弁により、２つの吸気ポートの間から燃焼室内に燃料が噴射され、溝部が２つの吸気ポートの中間位置に対して弁棒案内よりも遠い側にそれぞれ形成されている場合、吸気ポートから燃焼室内に流入する吸気によって燃焼室内での燃料の拡散が邪魔されにくくなり、混合気の均一化を促進させることができる。

本発明による内燃機関の吸気ポートの実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができる。

本実施形態における内燃機関の主要部の断面構造を模式的に図１に示し、その吸気ポートの輪郭の外観を模式的に図２に示し、その上流端側から下流端側にかけての吸気ポートの断面構造の変化を模式的に図３に示す。すなわち、本実施形態におけるエンジン１０は、燃料であるガソリンやアルコールまたはこれらの混合物あるいは液化天然ガスなどを燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射して空気と混合させ、点火プラグ１３により着火させる直噴形式の多気筒火花点火機関である。このような火花点火機関に代えて圧縮点火機関に対して本発明を適用することも当然可能であり、燃料を吸気ポート１４内に噴射するポート噴射形式の燃料噴射弁を採用することも可能である。

ピストン１５が摺動自在に嵌め込まれるシリンダ１６が形成されたシリンダブロック１７には、個々の気筒におけるピストン１５との間に燃焼室１２を画成するシリンダヘッド１８が取り付けられている。このシリンダヘッド１８には、吸気通路を画成する一対の吸気ポート１４と排気通路を画成する一対の排気ポート１９とが各燃焼室１２に臨むように形成され、これら吸気ポート１４の円形開口端および排気ポート１９の円形開口端に装着た円環状の弁座２０，２１は、ピストン１５の往復運動、つまりコンロッド２２を介してピストン１５に連結される図示しないクランク軸の回転運動に連動して所定のタイミングにて往復動する吸気弁２３および排気弁２４の弁体２３ａ，２４ａによりそれぞれ開閉されるようになっている。吸気弁２３の往復動を案内する弁棒案内２５は、その先端部が吸気ポート１４内に突出するようにシリンダヘッド１８に取り付けられている。弁体２３ａが一体に形成された吸気弁２３の弁棒２３ｂは、吸気ポート１４を横切るように筒状をなす弁棒案内２５を摺動自在に貫通している。

一対の吸気ポート１４は、これらの上流端側で一つにまとめられ、シリンダヘッド１８に連結される吸気マニホールド２６に連通状態となっている。このように、２つに分岐した状態となっている本実施形態における吸気ポート１４の内面には、弁棒案内２５に隣接するように吸気ポート１４の長手方向軸線に沿って延在する溝部２７が形成され、本実施形態では２つの吸気ポート１４の中間位置に対して弁棒案内２５よりも遠い側にそれぞれ配されている。本実施形態における溝部２７は、弁棒案内２５が突出する吸気ポート１４の壁面側に近接して配され、吸気ポート１４の分岐部分よりも下流側から始まり、弁棒案内２５の近傍で最大の深さとなり、吸気ポート１４の弁座２０の直近で終わっている。従来の吸気ポートにはこのような溝部２７が形成されていないため、溝部２７が形成された分だけ吸気ポート１４の通路断面積が増大した状態となる。このため、吸気ポート１４内を流れる吸気は、その一部が溝部２７を通って燃焼室１２に導かれることとなり、吸気弁２３の弁棒２３ｂや弁棒案内２５との干渉を回避してこれら弁棒２３ｂおよび弁棒案内２５よりも下流側における吸気の剥離現象を低減させることができる。この結果、燃焼室１２の周壁に沿って強い吸気のタンブル流を形成することが可能となり、燃焼室１２内での火炎の拡散を均一化させることができる。

本実施形態では、１つの燃焼室１２に対して２つの吸気ポート１４および２つの排気ポート１９が形成された場合について説明したが、１つの燃焼室１２に対して１つの吸気ポートのみ連通するものや、１つの燃焼室１２に対して３つ以上の吸気ポートが連通するものに対しても本発明を適用することが可能である。

燃焼室１２内に燃料を噴射する先の燃料噴射弁１１は、２つの吸気ポート１４の間に挟まれるようにシリンダヘッド１８に取り付けられ、ピストン１５の往復運動に連動して所定のタイミングにて燃料を燃焼室１２内に噴射するようになっている。燃料噴射弁１１からの燃料噴射量は、図示しない各種センサなどからの情報に基づき、エンジン１０の運転状態に応じて図示しないＥＣＵ（電子制御ユニット）にて設定される。

前記点火プラグ１３もまた、シリンダヘッド１８に取り付けられており、その点火ギャップ２８が吸気ポート１４および排気ポート１９の弁座２０，２１にて囲まれた状態で燃焼室１２の中央部に臨むように配されている。この点火プラグ１３の点火ギャップ２８には、クランク軸の回転運動に連動して所定のタイミングにて高電圧が図示しないイグニッションコイルを介して印加され、混合気中に含まれる燃料の点火を行うようになっている。イグニッションコイルに対する通電時期は、図示しない各種センサなどからの検出情報に基づき、エンジン１０の運転状態に応じてＥＣＵにて設定される。

上述した実施形態では、２つの吸気ポートの中間位置に対して弁棒案内２５よりも遠い側にある吸気ポート１４内に溝部２７を形成したが、２つの吸気ポート１４の中間位置に対して弁棒案内２５よりも近い側にのみ溝部を形成することも可能である。この場合、タンブル流が先の実施形態に対して燃焼室１２の中央部に形成されることとなる。特に、分岐部分よりも上流側の吸気ポートにここを通過する吸気の流れる方向を規制するタンブル制御弁を組み込み、このタンブル流制御弁を通過する吸気を溝部へと導くようにすることにより、燃焼室内に形成される吸気タンブル流の強さをさらに増大させることができる。また、この場合にはポート噴射によって燃料噴射弁１１から燃料を供給することも有効である。

また、１つの吸気ポート１４に関して弁棒案内２５を挟むように一対の溝部を形成することも可能である。このような本発明の他の実施形態における吸気ポートの輪郭の外観を模式的に図４に示し、その上流端側から下流端側にかけての吸気ポートの断面構造の変化を模式的に図５に示す。なお、これらの図４，図５において、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符合を記すに止め、重複する説明を省略するものとする。すなわち、吸気ポート１４の内面には、弁棒案内２５に隣接するように吸気ポート１４の長手方向軸線に沿って延在する一対の溝部２７が弁棒案内２５を挟むようにそれぞれ配されている。本実施形態における溝部２７も先の実施形態と同様に、弁棒案内２５が突出する吸気ポート１４の壁面側に近接して配され、一対の吸気ポート１４の分岐部分よりも下流側から始まり、弁棒案内２５の近傍で最大の深さとなり、吸気ポート１４の弁座２０の直近で終わっている。

従って、本実施形態では先の実施形態よりも吸気ポート１４の通路断面積をさらに増大させることができる。吸気弁２３の弁棒２３ｂや弁棒案内２５との干渉を回避して弁棒２３ｂおよび弁棒案内２５よりも下流側における吸気の剥離現象を低減させ、燃焼室１２の中央部に強い吸気のタンブル流を形成することが可能となる。

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

本発明を吸気２弁形式の火花点火内燃機関に応用した一実施形態の主要部の構造を表す断面図である。 図１に示した実施形態における吸気ポートの輪郭投影図である。 図１に示した実施形態における吸気ポートの断面形状の変化を模式的に表す断面図である。 本発明による内燃機関の吸気ポートの他の実施形態における吸気ポートの輪郭投影図である。 図４に示した実施形態における吸気ポートの断面形状の変化を模式的に表す断面図である。

符号の説明

１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃焼室
１３ 点火プラグ
１４ 吸気ポート
１５ ピストン
１６ シリンダ
１７ シリンダブロック
１８ シリンダヘッド
１９ 排気ポート
２０，２１ 弁座
２２ コンロッド
２３ 吸気弁
２３ａ 弁体
２３ｂ 弁棒
２４ 排気弁
２４ａ 弁体
２５ 弁棒案内
２６ 吸気マニホールド
２７ 溝部
２８ 点火ギャップ

Claims (3)

1. 内燃機関の燃焼室に開口して吸気弁の弁体が当接し得る吸気弁座をその開口端に有し、前記吸気弁の弁体と一体の弁棒および弁棒案内が突出状態で配された吸気ポートであって、
   この吸気ポートの内面に形成され、前記弁棒案内に隣接するように当該吸気ポートの軸線に沿って延在する溝部を具えたことを特徴とする内燃機関の吸気ポート。
2. 前記弁棒案内を挟むように一対の溝部が形成されている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。
3. １つの前記燃焼室に対して吸気ポートが２つずつ形成され、これら２つの吸気ポートの間に配された燃料噴射弁により当該２つの吸気ポートの間から前記燃焼室内に燃料が噴射され、前記溝部は、２つの吸気ポートの中間位置に対して前記弁棒案内よりも遠い側にそれぞれ形成されている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。

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