JP2011149309A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気ポートの２つの開口部から燃焼室内に流入する２つの吸気流（往流）をそれぞれ燃焼室の周縁部側に偏らせるにあたり、吸気抵抗の増大を抑制する。
【解決手段】吸気ポート３が、２つの開口部５ａ，５ｂの並び方向に互いに離間した２つの制御凹部１０ａ，１０ｂを備える。吸気流の主流が制御凹部１０ａ，１０ｂに向かう方向に偏向されるので、２つの開口部５ａ，５ｂから燃焼室４内に流入する２つの吸気流（往流）をそれぞれ燃焼室４の周縁部側に偏らせることができる。他方、吸気ポート３を燃焼室４の直前で曲げる必要がなく、また吸気ポート３の断面積を狭めることもないため、吸気抵抗の増大を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室に連通する２つの開口部を有する吸気ポートを備えた内燃機関に関する。

従来、単一の燃焼室につき２つの開口部を有する吸気ポートを備えた内燃機関では、図６に示されるように、吸気ポートの２つの開口部１０５ａ，１０５ｂから燃焼室１０４内に流れ込む吸気流Ｓ１０１（以下、この流入時の流れを往流という）は、概ね燃焼室１０４の中央部を進行し、吸気ポートに対向する側の燃焼室１０４壁面で折り返し、平面視で燃焼室１０４の周縁部に沿って、吸気ポート側へ回流する（以下、この回流された流れＳ１０２を復流という）。しかし、往流によって混合気と火炎Ｆとが排気ポート側に押され、且つプラグ部１１１に強い往流が当たって初期火炎が排気ポート側に偏るため、火炎が排気ポート側に偏ってしまい、エンドガスが吸気ポート側に偏ってノッキングの原因になる。

このような火炎の排気ポート側への偏在を、吸気流の流れ方向を変えることで改善する目的から、特許文献１が開示する装置では、２つの開口部に向かう吸気ポートが平面視において、上流側から下面側へ向かうにつれて、インジェクタと燃焼面の軸線とを含む平面から離反する方向に偏向されている。これによって、この装置では、吸気ポートの２つの開口部から燃焼室内に流入する２つの吸気流（往流）がそれぞれ燃焼室の周縁部側に偏って燃焼室に流入すると共に、燃焼室の排気ポート側から燃焼室の中央を通って吸気ポート側に向かう復流が形成され、これによって火炎の排気ポート側への偏在を抑制することが期待されている。

特開２００４−０１１６１４号公報

この特許文献１の装置では、２つの開口部に連なる吸気ポート分岐部を、燃焼室の周方向に偏向させるために、吸気ポートの軸線を燃焼室の周方向に沿うように燃焼室の接線方向に偏向させている。しかしながら、この構造では、２つの吸気ポート分岐部が互いに干渉しないようにする必要上、２つの吸気ポート分岐部を燃焼室に入る直前で、互いに離間する方向に曲げる必要があるため、気流の方向を燃焼室に入る直前で強制的に転換させることになり、気流を弱めてしまうおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気ポートの２つの開口部から燃焼室内に流入する２つの吸気流（往流）をそれぞれ燃焼室の周縁部側に偏らせるにあたり、吸気抵抗の増大を抑制することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、燃焼室の天井部分の片半部側の２つの開口部において前記燃焼室内に連通する吸気ポートを備えた内燃機関において、前記吸気ポートは、前記２つの開口部から前記燃焼室内に流入する２つの吸気流がそれぞれ前記燃焼室の周縁部側に偏って燃焼室に流入するように、前記２つの開口部の並び方向に互いに離間した２つの制御凹部を備えたことを特徴とする。

この態様によれば、吸気ポートが２つの開口部の並び方向に互いに離間した２つの制御凹部を備えたので、吸気流の主流が、この制御凹部に向かう方向、すなわち２つの開口部の並び方向に互いに離間する方向に偏向される。したがって、吸気ポートの２つの開口部から燃焼室内に流入する２つの吸気流（往流）をそれぞれ燃焼室の周縁部側に偏らせることができる。他方、この制御凹部による構造では吸気ポートを燃焼室の直前で曲げる必要がなく、また吸気ポートの断面積を狭めることもないため、吸気抵抗の増大を抑制することができる。

好適には、前記２つの制御凹部は、それぞれの断面積の５０％以上が、前記吸気ポートの断面において前記２つの開口部の並び方向に互いに離間した側であって且つ前記燃焼室から前記燃焼室の軸方向に離間した側にある。

また好適には、前記２つの制御凹部は、その上流側の端部に、吸気流の剥離を促進するナイフエッジ部を有する。この場合には、吸気流の剥離が促進されるので、制御凹部内に低圧の剥離域が形成されて、主流を制御凹部側に向けてよく偏向させることができる。

また好適には、前記２つの制御凹部は、その下流側の端部において、前記吸気ポートの壁面に滑らかに連続している。この場合には、制御凹部の下流側の端部における乱流の発生を抑制することができる。

また好適には、前記吸気ポートは、インジェクタからの噴霧の経路を提供するための凹状の噴霧逃げ部を更に備え、前記２つの制御凹部は当該噴霧逃げ部に対して平面視で外側に配置され、かつ前記２つの制御凹部の上流側の端部は、前記噴霧逃げ部の上流側の端部よりも下流側に配置されている。この場合には、２つの制御凹部の上流側の端部が、噴霧逃げ部の上流側の端部よりも下流側に配置されているので、噴霧逃げ部が存在する場合にも制御凹部によって吸気流をよく誘導することができる。噴霧逃げ部と２つの制御凹部とは、流れ方向において重複していても、重複していなくてもよい。

本発明によれば、吸気ポートの２つの開口部から燃焼室内に流入する２つの吸気流（往流）をそれぞれ燃焼室の周縁部側に偏らせるにあたり、吸気抵抗の増大を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の要部を示す斜視図である。 実施形態の要部を示す縦断面図である。 実施形態における吸気ポートの縦断面を示す略図である。 実施形態の作用を示す平面図である。 実施形態の作用を示す要部拡大図である。 本発明による改良前の内燃機関における燃焼室と吸気流とを示す平面図である。

以下図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。

図１及び図２を参照して、内燃機関１は、ガソリンを燃料とする火花点火式エンジンであり、シリンダ２及び吸気ポート３を備えている。シリンダ２は不図示のピストンを収容する。シリンダ２の上端部は燃焼室４とされている。燃焼室４の天井部分の片半部側には、吸気ポート３の２つの開口部５ａ，５ｂが配置されている。吸気ポート３は中途で２つに分岐し、これら２つの開口部５ａ，５ｂにおいて燃焼室４内に連通している。

吸気ポート３は、その中央上部に、インジェクタ６（図２参照）からの噴霧の経路を提供するための噴霧逃げ部７が、外向きの凹状に形成されている。また吸気ポート３における各開口部５ａ，５ｂに対向する位置には、吸気バルブ８ａ，８ｂ（図２参照）のバルブステム部を受け入れるためのバルブステム逃げ部９ａ，９ｂが外向きに形成されている。

これら噴霧逃げ部６及びバルブステム逃げ部９ａ，９ｂとは別に、吸気ポート３は、２つの制御凹部１０ａ，１０ｂを備えている。制御凹部８ａ，８ｂは、２つの開口部５ａ，５ｂの並び方向（図３及び図４中ａ１−ａ２方向）に互いに離間している。２つの制御凹部１０ａ，１０ｂは、噴霧逃げ部６に対して平面視で外側に配置されている。また、２つの制御凹部１０ａ，１０ｂの上流側の端部は、噴霧逃げ部６の上流側の端部よりも下流側に配置されている。

制御凹部１０ａ，１０ｂは、その上流側の端部に、吸気流の剥離を促進するためのナイフエッジ部１２ａ，１２ｂをそれぞれ有する。ナイフエッジ部１２ａ，１２ｂは、制御凹部１０ａ，１０ｂの上流側の端部の全体にわたって形成されているが、上流側の端部の少なくとも一部に形成されていればよい。ナイフエッジ部１２ａ，１２ｂがその上流側に隣接する吸気ポート壁面の延長線に対してなす角度α（図２参照）、ナイフエッジ部１２ａ,１２ｂの曲率、及び制御凹部１０ａ，１０ｂの深さｈは、吸気流の剥離を促進できるように選択される。他方、２つの制御凹部１０ａ，１０ｂは、その下流側の端部１５ａ，１５ｂにおいて、吸気ポート３の壁面に滑らかに連続している。

図３に示されるように、２つの制御凹部１０ａ，１０ｂは、それぞれの断面積の５０％以上が、吸気ポート３の断面において、２つの開口部１０ａ，１０ｂの並び方向（図３中ａ１−ａ２方向）に互いに離間した側であって、且つ燃焼室４から当該燃焼室４の軸方向に離間した側（図３中ｂ１方向）の領域にある。

燃焼室４の頂部には、点火プラグ１１（図２参照）が燃焼室４内に臨んだ状態で設けられている。また燃焼室４には、排気バルブ１６によって開閉される排気ポート１７の開口部１８ａ，１８ｂが設けられている。

以上のとおり構成された内燃機関１の作用について、以下に説明する。吸気ポート３に流入した吸気は、図５に示されるように、制御凹部１０ａ，１０ｂの鋭利なナイフエッジ部１２ａ，１２ｂにおいて剥離し、これによって、主流（縮流）１３と、低圧の剥離域１４とが形成される。このため、主流１３を低圧の剥離域１４に向けて引き付ける力が働き（図５中白抜き矢印）、主流１３が制御凹部１０ａ，１０ｂに向かうように偏向される。

このため、図４に示されるように、２つの開口部５ａ，５ｂから燃焼室４内に流れ込む２つの往流Ｓ１は、それぞれ燃焼室４の周縁部側に偏って燃焼室４に流入し、また、燃焼室４の排気ポート側から燃焼室４の中央を通って吸気ポート３側に向かう復流Ｓ２が形成される。このため、往流によって混合気と火炎Ｆとが排気ポート側に押されることがなく、且つプラグ部１１１に強い往流が当たって初期火炎が排気ポート側に偏るようなこともない。したがって、点火プラグ１１を中心に形成される火炎Ｆが排気ポート側に偏向されてしまう現象を抑制することができる。

以上詳述したとおり、本実施形態では、吸気ポート３が２つの開口部５ａ，５ｂの並び方向に互いに離間した２つの制御凹部１０ａ，１０ｂを備えたので、吸気流の主流１３が、この制御凹部１０ａ，１０ｂに向かう方向、すなわち２つの開口部５ａ，５ｂの並び方向に互いに離間する方向に偏向される。したがって、吸気ポート３の２つの開口部５ａ，５ｂから燃焼室４内に流入する２つの吸気流（往流Ｓ１）をそれぞれ燃焼室４の周縁部側に偏らせることができる。

他方、この制御凹部１０による構造では吸気ポート３を燃焼室４の直前で曲げる必要がなく、また吸気ポート３の断面積を狭めることもないため、吸気抵抗の増大を抑制することができる。

また本実施形態では、２つの制御凹部１０ａ，１０ｂが、その上流側の端部に、吸気流の剥離を促進するナイフエッジ部１２ａ，１２ｂを有するので、吸気流の剥離が促進され、制御凹部１０ａ，１０ｂ内に低圧の剥離域１４が形成されて、主流１３を制御凹部１０ａ，１０ｂ側に向けてよく偏向させることができる。

また本実施形態では、２つの制御凹部１０ａ，１０ｂが、その下流側の端部１５ａ，１５ｂにおいて、吸気ポート３の壁面に滑らかに連続している。この場合には、制御凹部１０ａ，１０ｂの下流側の端部１５ａ，１５ｂにおける乱流の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、吸気ポート３が、インジェクタ６からの噴霧の経路を提供するための凹状の噴霧逃げ部７を更に備え、２つの制御凹部１０ａ，１０ｂが噴霧逃げ部７に対して平面視で外側に配置され、かつ２つの制御凹部１０ａ，１０ｂの上流側の端部が、噴霧逃げ部７の上流側の端部よりも下流側に配置されているので、噴霧逃げ部７が存在していても制御凹部１０ａ，１０ｂによって吸気流をよく誘導することができる。

本発明の実施形態は、上述の態様のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明の範囲に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。例えば、噴霧逃げ部７と２つの制御凹部１０ａ，１０ｂとは、流れ方向において重複していても、重複していなくてもよい。また本発明は、噴霧逃げ部７を有しない吸気ポートを有する内燃機関（例えば、インジェクタの噴孔を燃焼室内に配置したいわゆる筒内直噴式内燃機関や圧縮着火式内燃機関）にも適用することができる。

１ 内燃機関
３ 吸気ポート
４ 燃焼室
５ａ，５ｂ 開口部
７ 噴霧逃げ部
９ａ，９ｂ バルブステム逃げ部
１０ａ，１０ｂ 制御凹部
１２ａ，１２ｂ ナイフエッジ部
１３ 主流
１４ 剥離域
Ｓ１ 往流
Ｓ２ 復流

Claims (5)

1. 燃焼室の天井部分の片半部側の２つの開口部において前記燃焼室内に連通する吸気ポートを備えた内燃機関において、
   前記吸気ポートは、前記２つの開口部から前記燃焼室内に流入する２つの吸気流がそれぞれ前記燃焼室の周縁部側に偏って燃焼室に流入するように、前記２つの開口部の並び方向に互いに離間した２つの制御凹部を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関であって、
   前記２つの制御凹部は、それぞれの断面積の５０％以上が、前記吸気ポートの断面において前記２つの開口部の並び方向に互いに離間した側であって且つ前記燃焼室から前記燃焼室の軸方向に離間した側にあることを特徴とする内燃機関。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関であって、
   前記２つの制御凹部は、その上流側の端部に、吸気流の剥離を促進するナイフエッジ部を有することを特徴とする内燃機関。
4. 請求項１ないし３に記載の内燃機関であって、
   前記２つの制御凹部は、その下流側の端部において、前記吸気ポートの壁面に滑らかに連続していることを特徴とする内燃機関。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関であって、
   前記吸気ポートは、インジェクタからの噴霧の経路を提供するための凹状の噴霧逃げ部を更に備え、前記２つの制御凹部は当該噴霧逃げ部に対して平面視で外側に配置され、
   かつ前記２つの制御凹部の上流側の端部は、前記噴霧逃げ部の上流側の端部よりも下流側に配置されていることを特徴とする内燃機関。

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