JP2016041915A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、気筒内にタンブル流が形成される内燃機関において、タンブル流の強化を図ることを目的とする。【解決手段】本発明では、吸気ポートにおける燃焼室への開口部に形成されたバルブあたり面より上流部分において、該吸気ポートの上方壁面がバルブあたり面の上流側端部から連続して吸気ポート側天井面に対して斜めに略直線状に延びている。また、吸気ポートにおける当該部分の、該吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が横方向を長軸とする偏平形状となっている。【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関に関する。

従来、内燃機関の気筒内において、該気筒の軸方向の旋回流である所謂タンブル流を形成する技術が知られている。気筒内においてタンブル流が形成されると、吸気と燃料との混合が促進されるため、内燃機関における燃焼性を向上させることができる。

また、特許文献１には、気筒内にタンブル流が形成される内燃機関において、吸気ポートを、シリンダヘッドの側面から燃焼室に向かって同じ内径のままで斜め下向きに真っ直ぐ延びる直線的なポートに形成した構成が開示されている。この特許文献１に記載の構成では、吸気ポートにおける燃焼室内への弁座開口孔の内面が、該吸気ポートよりも大きい内径で且つ燃焼室に向かって拡大する円錐面となるように形成されている。また、該円錐面の一部が吸気ポートにおける天井面と略一致するように形成されている。

特許文献２には、気筒内にタンブル流が形成されるように吸気を該気筒の中心線に対して該気筒の一方の側に偏るように導く吸気ポートを備えた内燃機関において、該吸気ポートの壁面のうち一方の側に対して遠方に位置する側の壁面と該吸気ポートに連なるバルブシートのスロート部との境界に、該吸気ポートの内側に張り出した段差部を設けた構成が開示されている。

特許文献３には、直線状のストレートポートである吸気ポートの断面形状を楕円形や略方形に形成した構成が開示されている。

特開平８−７４５８４号公報 特開２００４−３１６６０９号公報 実用新案登録第２５３２４１７号公報

本発明は、気筒内にタンブル流が形成される内燃機関において、タンブル流の強化を図ることを目的とする。

本発明では、吸気ポートにおける燃焼室への開口部に形成されたバルブあたり面より上流部分において、該吸気ポートの上方壁面がバルブあたり面の上流側端部から連続して吸気ポート側天井面に対して斜めに略直線状に延びている。また、吸気ポートにおける、上方壁面がバルブあたり面の上流側端部から連続して吸気ポート側天井面に対して斜めに略直線状に延びている部分の、該吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が横方向を長軸とする偏平形状となっている。なお、本明細書においては、シリンダブロックに対するシリンダヘッド側を上方、シリンダヘッドに対するシリンダブロック側を下方と定義する。また、本明細書においては、吸気ポートの軸方向と垂直に交わり且つ気筒の径方向に平行な方向を横方向と定義する。また、以下においては、吸気ポートの壁面における該吸気ポートの中心軸の真上に位置する最上部を含み、吸気ポートの壁面において相対的に上方に位置する部分を、「上方壁面」と称する。また、吸気ポートの壁面における該吸
気ポートの中心軸の真下に位置する最下部を含み、吸気ポートの壁面において相対的に下方に位置する部分を、「下方壁面」と称する。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関は、
吸気ポートが開口している吸気ポート側天井面および排気ポートが開口している排気ポート側天井面が、気筒の中心軸と垂直に交わる平面に対して傾斜しているペントルーフ型燃焼室を有し、
気筒内において、排気ポート側のボア壁面付近では前記排気ポート側天井面からピストン頂面側に向かう方向にガスが流れ、且つ、吸気ポート側のボア壁面付近ではピストン頂面から前記吸気ポート側天井面に向かう方向にガスが流れるタンブル流が形成される内燃機関において、
前記吸気ポートの燃焼室への開口部に吸気弁の閉弁時に該吸気弁の傘部が当接するバルブあたり面が形成されており、
前記吸気ポートにおける前記バルブあたり面より上流の所定領域において、該吸気ポートの上方壁面が、前記吸気ポート側天井面に対して該吸気ポート側天井面の法線方向よりも下方に傾斜しつつ前記バルブあたり面の上流側端部から連続して略直線状に延びており、
前記吸気ポートの前記所定領域における該吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が、該吸気ポートの軸方向と垂直に交わり且つ前記気筒の径方向に平行な方向と定義される横方向の軸を長軸とする偏平形状である。

本発明においては、吸気ポートのバルブあたり面より上流の所定領域において、上方壁面が、吸気ポート側天井面に対して該吸気ポート側天井面の法線方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びている。以下、吸気ポートの上方壁面において、このように略直線状に延びている部分を「直線部分」と称する。

吸気ポートの上方壁面が上記のような直線部分を有すると、吸気の流れが該直線部分によってガイドされることで、吸気ポートから気筒内に流入した吸気が気筒内の上方部分において排気ポート側に向かって流れ易くなる。そして、本発明では、吸気ポートの上方壁面における直線部分が、吸気ポートの開口部に形成されたバルブあたり面の上流側端部から連続して延びている。換言すれば、吸気ポートの上方壁面における直線部分が吸気ポートの開口部に可能な限り近い位置まで延びている。これにより、吸気ポートから気筒内に流入する吸気に対する上方壁面の直線部分によるガイドの効果がより大きくなる。そのため、吸気ポートから気筒内に流入した吸気が気筒内の上方部分においてより排気ポート側に向かって流れ易くなる。従って、気筒内の上方部分における排気ポート側天井面に沿った方向の吸気の流速がより高くなる。

また、本発明では、吸気ポートの所定領域における該吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が横方向を長軸とする偏平形状となっている。なお、ここでの「吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面」とは、吸気ポートの上方壁面と下方壁面とにおいて該吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向で互いに対向する位置を含む平面による断面のことである。つまり、「吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面」には、吸気ポートが吸気ポート側天井面に対して該吸気ポート側天井面の法線方向よりも下方に傾斜して接続されているために、吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向において上方壁面と対向する下方壁面が存在しない、吸気ポートにおける開口部近傍部分の断面は含まれない。

上記のように、吸気ポートの所定領域における断面形状が横方向を長軸とする偏平形状となっていることで、吸気ポートの開口部における横方向の端部から気筒内に吸気が流入し易くなる。また、吸気ポートの開口部における横方向の端部から気筒内に流入した吸気
が気筒内の上方部分においてより排気ポート側に向かって流れ易くなる。そのため、気筒内における横方向のより広い範囲で、吸気ポートから気筒内に流入した吸気が該気筒内の上方部分においてより排気ポート側に向かって流れ易くなる。従って、気筒内における横方向のより広い範囲において、気筒内の上方部分における排気ポート側天井面に沿った方向の吸気の流速がより高くなる。

以上のように、本発明によれば、気筒内の上方部分における排気ポート側天井面に沿った方向の吸気の流速をより高めることができる。これにより、気筒内で形成されるタンブル流を強化することが可能となる。

本発明では、吸気ポートの所定領域における、略直線状に延びる上方壁面に対向する下方壁面に、該吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面の長軸の長さが維持された状態で該断面における長軸の長さに対する短軸の長さの比が下流にいくに従って徐々に小さくなるように、該下方壁面が下流にいくに従って徐々に該上方壁面に近づいていく勾配部が形成されていてもよい。

このような構成によれば、吸気ポート内の下方壁面付近を流れる吸気が、該吸気ポートの開口近傍部において勾配部によってガイドされることで、該吸気が吸気ポートから気筒内に流入した際に、気筒内の上方部分において排気ポート側に向かって流れ易くなる。また、勾配部が形成されている部分では、吸気ポートの該吸気ポートの軸方向に垂直な方向の断面積（以下、当該断面積を単に「吸気ポートの断面積」と称する場合もある。）が下流にいくに従って徐々に縮小することになる。その結果、吸気ポートから気筒内に流入する吸気の流速が高くなる。従って、上記構成によれば、気筒内で形成されるタンブル流をより強化することができる。

ここで、吸気ポートの下方壁面に上記のような勾配部が形成された場合、該勾配部が形成されている部分において吸気ポートの断面積が縮小するために、該勾配部が形成されていない場合に比べて、気筒内に流入する吸気の流量が減少する虞がある。そこで、吸気ポートの下方壁面に上記のような勾配部が形成された構成においては、吸気ポートにおける下方壁面の一部であって勾配部から連続して上流に延びる上流側下方壁面が、下方壁面が前記バルブあたり面の上流側端部から上方壁面と略平行に略直線状に延びていると仮定した場合の仮想下方壁面よりも下方に位置していてもよい。

これによれば、吸気ポートにおける上流側下方壁面が仮想下方壁面と同位置または仮想下方壁面より上方に位置する場合に比べて、勾配部が形成されている部分における吸気ポートの断面積をより大きくすることが可能となる。そのため、吸気ポートの下方壁面に勾配部が形成された場合であっても、気筒内に流入する吸気の流量を十分に確保し易くなる。

また、本発明においては、吸気ポートにおける所定領域は、バルブあたり面の上流側端部から吸気弁のステムガイドが設けられている位置までの間の領域であってもよい。これによれば、バルブあたり面の端部から吸気弁のステムガイドが設けられている位置までの間の上方壁面によって、吸気ポートから気筒内に流入する吸気が気筒内の上方部分において排気ポート側に向かう方向にガイドされるようになる。

また、本発明においては、吸気ポートの所定領域において略直線状に延びている上方壁面の吸気ポート側天井面に対する傾斜角度（即ち、吸気ポートの上方壁面における直線部分の傾斜角度）と、バルブあたり面の吸気ポート側天井面に対する傾斜角度とが略同一であってもよい。これによれば、吸気ポート内において該吸気ポートの上方壁面における直線部分に沿って流れてきた吸気が、気筒内に流入する直前、即ちバルブあたり面を通過す
るときにおいてもバルブあたり面によって同一の方向にガイドされることになる。したがって、吸気ポートから気筒内に流入した吸気が気筒内の上方部分において排気ポート側に向かう方向によりスムーズに流れ易くなる。

本発明によれば、気筒内にタンブル流が形成される内燃機関において、タンブル流の強化を図ることができる。

本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例１に係る吸気ポートの側面図である。 実施例１に係る吸気ポートの燃焼室への開口部を示す図である。 実施例１に係る吸気ポートにおける開口部近傍部分の拡大図である。 実施例１に係る、吸気ポートのバルブあたり面での断面形状と吸気ポートの軸方向に垂直な方向の断面形状とを示す第１の図である。 実施例１に係る、吸気ポートのバルブあたり面での断面形状と吸気ポートの軸方向に垂直な方向の断面形状とを示す第２の図である。 従来の吸気ポートにおける開口部近傍部分の拡大図である。 図７に示す従来の吸気ポートを採用した内燃機関における吸気ポートおよび気筒上部の縦断面図である。 実施例１に係る内燃機関の吸気ポートおよび気筒上部の縦断面図である。 実施例１に係る吸気ポートから気筒内に流入する吸気の流れを該吸気ポートの上方から見た場合の様子を示す図である。 図７に示す従来の吸気ポートを採用した内燃機関における、吸気ポートから気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。 実施例１に係る内燃機関における、吸気ポートから気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。 図１１および１２の（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれの下段において点Ｃで示された位置の吸気の流速をプロットして表した図である。 実施例１に係る吸気ポートの上方壁面における直線部分の吸気ポート側天井面に対する傾斜角度およびバルブあたり面の吸気ポート側天井面に対する傾斜角度の一例を示す図である。 実施例２に係る吸気ポートの概略構成を示す第１の図である。 実施例２に係る吸気ポートの概略構成を示す第２の図である。 実施例１に係る内燃機関における、吸気ポートから気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。 実施例２に係る内燃機関における、吸気ポートから気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する車両駆動用のガソリンエンジン（火花点火式内燃機関）である。ただし、本発明は、ガソリンエンジンに限らず、他のエンジンにも適用することができる。なお、図１には、便宜上、一つの気筒２のみ図示している。

気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２の燃焼室８には、シリンダヘッドに設けられた吸気ポート４および排気ポート５が接続されている。なお、各気筒２には、吸気ポート４および排気ポート５が二つずつ接続されているが、図１には、便宜上、一つの吸気ポート４および排気ポート５のみを図示している。燃焼室８は、吸気ポート４が開口している吸気ポート側天井面８ａおよび排気ポート５が開口している排気ポート側天井面８ｂが、気筒２の中心軸と垂直に交わる平面に対して傾斜しているペントルーフ型燃焼室となっている。

吸気ポート４の燃焼室８への開口部は吸気弁６によって開閉される。排気ポート５の燃焼室８への開口部は排気弁７によって開閉される。また、気筒２には、燃焼室８内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１、及び、燃焼室８内で形成される混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。

図１における矢印は、気筒２内におけるガス（吸気）の流れを表している。この矢印で示すように、本実施では、気筒２内において、該気筒２の軸方向に旋回する旋回流であって、排気ポート側のボア壁面付近では排気ポート側天井面８ｂからピストン３の頂面に向かう方向にガスが流れ、且つ、吸気ポート側のボア壁面付近ではピストン３の頂面から吸気ポート側天井面８ａに向かう方向にガスが流れるタンブル流が形成される。このようなタンブル流が形成されることで、燃料と空気との混合が促進されるため、内燃機関１における燃焼性が向上する。

なお、以下においては、シリンダブロックに対するシリンダヘッド側を上方、シリンダヘッドに対するシリンダブロック側を下方と定義する。また、吸気ポート４の軸方向と垂直に交わり且つ気筒２の径方向に平行な方向（すなわち、燃焼室８の吸気ポート側天井面８ａにおいて二つの吸気ポート４の開口部が並んでいる方向）を横方向と定義する。

［吸気ポートの構成］
以下、本実施例に係る内燃機関の吸気ポートの構成について図２〜６に基づいて説明する。図２は、吸気ポート４の側面図である。図３は、吸気ポート４の燃焼室８への開口部（以下、単に「吸気ポート４の開口部」と称する）を示す図である。図３（ａ）は、吸気ポート４の開口部を吸気ポート側天井面８ａに対して垂直な方向（図２において一点鎖線Ｌ１が延在する方向）における下方から見た様子を示す図である。図３（ｂ）は、吸気ポート４の開口部を該吸気ポート４の軸方向（図２において二点鎖線Ｌ２が延在する方向）における下方から見た様子を示す図である。図４は、吸気ポート４における開口部近傍部分の拡大図である。図５および６は、吸気ポート４のバルブあたり面４１での断面形状と吸気ポート４の軸方向に垂直な方向の断面形状を示す図である。図５および６において、斜線部Ｓ１が吸気ポート４のバルブあたり面４１での断面形状を示しており、斜線部Ｓ２、Ｓ３が吸気ポート４の軸方向に垂直な方向の断面形状を示している。

図２に示すように、本実施例に係る吸気ポート４は、吸気ポート側天井面８ａに対して該吸気ポート側天井面８ａの法線方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びる、所謂ストレートポートである。また、図３（ａ）に示すように、吸気ポート側天井面８ａ上における吸気ポート４の開口部の形状は略円形状となっている。従って、吸気ポート４の開口部を吸気ポート４の軸方向から見た場合、その形状は、図３（ｂ）に示すように、横方向の軸が長軸となる楕円形状となる。

吸気ポート４における開口部の近傍には、吸気弁６のステム部６１が挿通されるステムガイド１３が設けられている。また、吸気ポート４の開口部には、吸気弁６の閉弁時に該吸気弁６の傘部６２が当接するバルブあたり面４１が形成されている（図３，４においては、斜線部がバルブあたり面を示している）。なお、バルブあたり面４１は、吸気弁６の
閉弁時に該吸気弁６の傘部６２が実際に当接する面を含むように画定されている面であり、吸気ポート４における開口部に環状に形成されている。図４においては、バルブあたり面４１の上流側端部を４１ａで示している。

ここで、吸気ポート４の壁面における該吸気ポート４の中心軸の真上に位置する最上部を含み、吸気ポート４の壁面において相対的に上方に位置する壁面を、「上方壁面４２」とする。また、吸気ポート４の壁面における該吸気ポートの中心軸の真下に位置する最下部を含み、吸気ポート４の壁面において相対的に下方に位置する壁面を、「下方壁面４３」とする。本実施例においては、図４に示すように、吸気ポート４の上方壁面４２が、バルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して、吸気ポート側天井面８ａに対して該吸気ポート側天井面８ａの法線方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びている。一方、吸気ポート４の下方壁面４３は、バルブあたり面４１の上流側端部４１ａから所定位置Ｐｘまでせり上がるように形成されており、且つ、該所定位置Ｐｘからは、上方壁面４２と同様、吸気ポート側天井面８ａに対して排気ポート側とは反対方向に傾斜しつつ略直線状に延びている。

また、本実施例においては、図５に示すように、吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状（詳細には、下方壁面４３がせり上がっている部分よりも上流側での断面形状）が、横方向の軸を長軸とする楕円形状となっている。

なお、本実施例においては、吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状は、必ずしも楕円形状でなくともよく、横方向の軸を長軸とする偏平形状であればよい。例えば、吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状は、図６の斜線部Ｓ３に示すように、横方向の辺を長辺とする略長方形状（長方形の角が曲線状となっている形状）であってもよい。ただし、この場合であっても、吸気ポート４の開口部は、吸気ポート側天井面８ａ上において略円形状となっている。そして、吸気ポート４の開口部の該吸気ポート４の軸方向から見た場合の形状は、図３（ｂ）に示すように、楕円形状となっている。そのため、吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が図６に示すような略長方形状を有する場合、吸気ポート４の軸方向から見た場合の形状が、開口部に至るまでの間において、略長方形状から、バルブあたり面４１が近づくにつれて徐々に楕円形状に変化するように構成される。

ここで、本実施例に係る吸気ポートの構成と従来の吸気ポートの構成との相違点について説明する。図７は、従来の吸気ポートにおける開口部近傍部分の拡大図である。従来、吸気ポート２４の燃焼室２８への開口部には、シリンダヘッドを構成する部材よりも耐摩耗性の高い部材で構成された環状のバルブシート２９がはめ込まれている。そして、吸気弁２６の閉弁時に該吸気弁２６の傘部２６２が当接するバルブあたり面２４１は該バルブシート２９の内周面に形成されている。

このようなバルブシート２９を設ける場合、吸気ポート２４の開口部において、吸気ポート側天井面２８ａから、高さｈのバルブシート２９を圧入するために必要な肉厚を確保する必要がある。そのため、吸気ポート２４をストレートポートとすべくその上方壁面２４２を略直線状に形成する場合であっても、その上方壁面２４２は、該吸気ポート２４の開口部からバルブシート２９の高さ分以上離れた位置、即ちバルブあたり面２４１の上流側端部２４１ａよりもせり上がった位置から略直線状に延びるような構成となる。つまり、上方壁面２４２における直線部分とバルブあたり面２４１との間に段差が存在することになる。

これに対して、本実施例に係る吸気ポート４では、その開口部にバルブシートを設けずに、シリンダヘッドにおける吸気ポート４の開口部が形成される部分にレーザによって合
金の粉末を溶着させる、所謂レーザクラッドバルブシートが採用されている。このレーザクラッドバルブシートを採用することで、従来のように、吸気ポート側天井面からバルブシートを圧入するための肉厚を確保する必要がなくなるため、吸気ポート４の開口部の構成の自由度が高くなる。そのため、本実施例に係る吸気ポート４では、上記のようにバルブあたり面４１の上流側端部４１ａから上方壁面４２が連続して略直線状に延びた構成とすることが可能となっている。ただし、本発明においては、吸気ポートの当該構成を実現するための方法は、レーザクラッドバルブシートに限られるものではない。

[本実施例に係る吸気ポートの構成の効果]
次に、本実施例に係る吸気ポートの構成の効果について説明する。図８は、図７に示す従来の吸気ポートを採用した内燃機関における吸気ポートおよび気筒上部の縦断面図である。図９は、本実施例に係る内燃機関の吸気ポートおよび気筒上部の縦断面図である。図８および９は、いずれも吸気弁６，２６が開弁している状態を示している（図８および９は、吸気弁の中心軸を含む平面よりも気筒の外側方向にずれた位置の断面を示している。そのため、吸気弁６，２６については傘部のみ図示されており、ステム部は図示されていない。）。また、図８および９において、白抜き矢印は、吸気ポート４，２４から燃焼室８，２８に流入する吸気の流れを表している。

上述したように、従来の吸気ポート２４の場合、その開口部にバルブシート２９が設けられている。そのため、吸気ポート２４における上方壁面２４２の直線部分に沿って流れてきた吸気が、気筒内に流入する直前でバルブシート２９の内周面によってガイドされることになる。そして、吸気ポート２４における上方壁面２４２の直線部分の吸気ポート側天井面に対する傾斜角度よりも、バルブシート２９の内周面の吸気ポート側天井面に対する傾斜角度は大きくなっている。そのため、図８に示すように、吸気ポート２４から気筒内に流入する吸気の流れが、該吸気ポート２４における上方壁面２４２の直線部分に沿った方向よりも下方に向かって流れるようになる。特に、吸気弁の中心軸よりも気筒の外側方向にずれた位置においては、吸気弁の中心軸付近に比べて、バルブシート２９の内周面によって吸気がより下方に向けてガイドされることになる。

一方、本実施例に係る吸気ポート２４では、上方壁面２４２の直線部分がバルブあたり面４１の端部まで延びている。つまり、吸気ポートの２の上方壁面２４２における直線部分が可能な限り開口部に近い位置まで延びている。そのため、図９に示すように、吸気ポート４における上方壁面４２の直線部分に沿って流れてきた吸気が、ほぼそのままの流れ方向を維持した状態で気筒２内に流入する。したがって、図８との比較からもわかるように、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気がより排気ポート側天井面８ｂに沿った方向に流れ易くなる。また、吸気弁の中心軸よりも気筒の外側方向にずれた位置においても、上方壁面４２の直線部分によって、吸気弁の中心軸付近とほぼ同様の方向に吸気がガイドされることになる。その結果、気筒２内の上方部分における排気ポート側天井面８ｂに沿った方向の吸気の流速がより高くなる。

また、図１０は、本実施例に係る吸気ポートから気筒内に流入する吸気の流れを該吸気ポートの上方から見た場合の様子を示す図である。図１０は、吸気弁６が開弁している状態を示している。また、図１０において、斜線部は、吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状を表しており、矢印は吸気の流れを表している。

上述したように、本実施例においては、吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が横方向を長軸とする偏平形状（図１０では楕円形状）となっている。これによれば、図１０に示すように吸気ポート４の開口部における側方からも、気筒２内に吸気が流入し易くなる。そのため、気筒２内における、横方向の中央付近および側方のボア壁面付近にも、吸気ポート４から吸気が流入し易くなる。したがって、気筒２
内における横方向のより広い範囲において、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気がより排気ポート側天井面８ｂに沿った方向に流れ易くなる。その結果、気筒２内における横方向のより広い範囲において、気筒２内の上方部分における排気ポート側天井面８ｂに沿った方向の吸気の流速がより高くなる。

以上のように、本実施例に係る吸気ポートの構成によれば、気筒２内の上方部分における排気ポート側天井面８ｂに沿った方向の吸気の流速をより高めることができる。これにより、気筒２内で形成されるタンブル流を強化することができる。

図１１は、図７に示す従来の吸気ポートを採用した内燃機関における、吸気ポートから気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。図１２は、本実施例に係る内燃機関における、吸気ポートから気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。なお、図１１および１２では、内燃機関１の運転状態を同一とした場合の吸気の流速の分布を示している。図１１および１２において、（ａ），（ｂ），（ｃ）は、横方向においてそれぞれ異なる位置における吸気ポートおよび気筒の縦断面での吸気の流速の分布を示している。また、図１１および１２の（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれにおいて、上段は、吸気ポートおよび気筒における縦断面の位置を示しており、下段は、上段で示した縦断面における吸気の流速の分布を示している。詳細には、図１１および１２の（ａ）の下段は、その上段に示すＸ−Ｘ断面（吸気弁の中心軸を含む平面による断面。以下、バルブセンター断面と称する。）における吸気の流速の分布を示している。図１１および１２の（ｂ）の下段は、その上段に示すＹ−Ｙ断面（バルブセンター断面よりも気筒の中央方向に位置する平面による断面。以下、ボアセンター側断面と称する。）における吸気の流速の分布を示している。図１１および１２の（ｃ）の下段は、その上段に示すＺ−Ｚ断面（バルブセンター断面よりも気筒の外側方向に位置する平面による断面。以下、ボア壁面側断面と称する。）における吸気の流速の分布を示している。図１１および１２の（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれの下段においては、吸気の流速の分布を模様１〜５で表しており、模様１から模様５の順に吸気の流速は低くなっている（即ち、模様１で示す位置の吸気の流速が最も高く、模様５で示す位置の吸気の流速が最も低い）。

また、図１３は、図１１および１２の（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれの下段において点Ｃで示された位置の吸気の流速をプロットして表して図である。点Ｃは、気筒内において、吸気の流れの方向が排気ポート側天井面に沿った方向から排気ポート側のボア壁面に沿った方向（排気ポート側天井面からピストン頂面に向かう方向）に移行する位置である。この点Ｃで示す位置での吸気の流速が高いほどタンブル流が強くなることが想定される。図１３において、横軸は気筒内の横方向における吸気の流速の測定位置を示しており、該横軸の（ａ），（ｂ），（ｃ）は図１１および１２の（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応している。図１３において、縦軸は吸気の流速を表している。また、図１３において、白丸印は、図１１の（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれの下段において点Ｃで示された位置の吸気の流速、即ち、従来の吸気ポートを採用した内燃機関における吸気の流速を示しており、黒丸印は、図１２の（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれの下段において点Ｃで示された位置の吸気の流速、即ち、本実施例に係る内燃機関における吸気の流速を示している。

図１１の（ａ），（ｂ）と図１２の（ａ），（ｂ）とのそれぞれを比較すると、本実施例に係る内燃機関では、排気ポート側天井面付近における比較的高い流速を示す模様の範囲が、従来の吸気ポートを採用した内燃機関に比べて大きくなっていることがわかる。これは、本実施例に係る内燃機関では、バルブセンター断面付近およびボアセンター側断面付近における吸気ポートから気筒内に流入し排気ポート側天井面に沿った方向に向かう吸気の流速が、従来の吸気ポートを採用した内燃機関に比べて大きくなっていることを示している。また、図１１の（ｃ）と図１２の（ｃ）とを比較すると、本実施例に係る内燃機関では、気筒上方において比較的高い流速を示す模様が延びている向きが、従来の吸気ポ
ートを採用した内燃機関に比べてより排気ポート側天井面に沿った方向となっていることがわかる。これは、本実施例に係る内燃機関では、ボア壁面側断面付近における吸気の流れが、従来の吸気ポートを採用した内燃機関よりも排気ポート側天井面に沿った方向となっていることを示している。つまり、本実施例に係る内燃機関では、バルブセンター断面、ボアセンター側断面、およびボア壁面側断面のいずれにおいても、従来の吸気ポートを採用した内燃機関に比べて、気筒上方における排気ポート側天井面に沿った方向の吸気の流速が高くなっている。

その結果、図１３に示すように、本実施例に係る内燃機関においては、気筒内の点Ｃにおける吸気の流速も、バルブセンター断面、ボアセンター側断面、およびボア壁面側断面のいずれにおいても、従来の吸気ポートを採用した内燃機関に比べて高くなる。つまり、本実施例に係る吸気ポートの構成によれば、吸気ポートから気筒内に流入する吸気の流れが、気筒内におけるタンブル流の形成により効果的に寄与することとなる。そのため、気筒内で形成されるタンブル流を強化することができる。

なお、上述したように、本実施例では、吸気ポート４から気筒２内に流入する吸気を該吸気ポート４の上方壁面４２によって排気ポート側天井面８ｂに沿った方向にガイドすることでタンブル流の強化を図っている。そのため、本実施例においては、必ずしも、吸気ポート４のバルブあたり面４１の上流側端部４１ａより上流側の全領域において、上方壁面４２が略直線状に延び且つ該吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が横方向の軸を長軸とする偏平形状となっている必要はない。つまり、吸気ポート４の上方壁面４２によって気筒２内に流入する吸気を上記のように排気ポート側天井面８ｂに沿った方向にガイドすることが可能となる所定領域で、上方壁面４２がバルブあたり面４１の上流側端部４１ａから略直線状に延び且つ該吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が横方向の軸を長軸とする偏平形状となっていればよい。このような所定領域としては、吸気ポート４におけるバルブあたり面４１の上流側端部４１ａからステムガイド１３が設けられている位置までの間の領域（図４においてαで示す領域）を例示することができる。ただし、当該領域αよりも上流側まで、上方壁面４２が略直線状に延びていてもよく、また、吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が横方向の軸を長軸とする偏平形状となっていてもよい。

また、本実施例においては、図１４に示すように、吸気ポート４の上方壁面４２における直線部分の吸気ポート側天井面８ａに対する傾斜角度Ａ１とバルブあたり面４１の吸気ポート側天井面８ａに対する傾斜角度Ａ２とを略同一にしてもよい。バルブあたり面４１の傾斜角度Ａ２が吸気ポート４の上方壁面４２における直線部分の傾斜角度Ａ１と異なる場合、吸気ポート４内において該吸気ポート４の上方壁面４２における直線部分に沿って流れてきた吸気の流れ方向が、気筒２内に流入する直前においてバルブあたり面４１の影響を受けることになる。これに対し、上記ように両者の傾斜角度が略同一であれば、吸気ポート４内において該吸気ポート４の上方壁面４２における直線部分に沿って流れてきた吸気が、気筒２内に流入する直前においてもバルブあたり面４１によって同一の方向にガイドされることになる。したがって、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気がよりスムーズに排気ポート側天井面８ｂに沿った方向に流れ易くなる。

＜実施例２＞
図１５は、本実施例に係る内燃機関の吸気ポートの概略構成を示す図である。本実施例に係る吸気ポートは、実施例１と同様ストレートポートではあるが、その下方壁面の形状が実施例１とは異なっている。なお、図１５において、矢印は吸気の流れを示表している。また、図１５において、斜線部Ｓ１が吸気ポート４のバルブあたり面４１での断面形状を示しており、斜線部Ｓ２が吸気ポート４の軸方向に垂直な方向の断面形状を示している。

本実施例においても、吸気ポート４の開口部の形状は図３に示す実施例１の開口部の形状と同様であり、該開口部にはバルブあたり面４１が形成されている。また、吸気ポート４の上方壁面４２は、実施例１と同様、バルブあたり面４１の上流側端部から連続して、吸気ポート側天井面８ａの法線方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びている。また、吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状（詳細には、下方壁面４３がせり上がっている部分よりも上流側での断面形状）が、横方向の軸を長軸とする楕円形状となっている。これらの構成により、本実施例に係る吸気ポートによれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。

そして、本実施例では、吸気ポート４におけるステムガイド１３付近の下方壁面４４に勾配部４４１が形成されている。この勾配部４４１が形成されている部分では、吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面の楕円形状が、その長軸の長さＲｗを維持しつつ、該長軸の長さＲｗに対するその短軸の長さＲｓ（吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向における上方壁面４２と下方壁面４４との間の距離）の比が下流にいくに従って徐々に小さくなるように変化する（Ｒｓ２＞Ｒｓ１）。ただし、勾配部４４１に対向する上方壁面４２は略直線状に維持されている。つまり、勾配部４４１においては、下方壁面４４が下流にいくに従って上方壁面４２に近づくように形成されている。

なお、本実施例においても、実施例１と同様、吸気ポート４の軸方向の断面の形状は必ずしも楕円形状でなくともよく、横方向の軸を長軸とする偏平形状であればよい。例えば、吸気ポート４における当該部分の断面の形状は、図１６に示すように、横方向の辺を長辺とする略長方形状であってもよい。なお、図１６において、斜線部Ｓ１が吸気ポート４のバルブあたり面４１での断面形状を示しており、斜線部Ｓ３が吸気ポート４の軸方向に垂直な方向の断面形状を示している。この場合、勾配部４４１が形成されている部分では、吸気ポート４における断面の略長方形状が、その長辺（長軸）の長さＬｗを維持しつつ、該長辺の長さＬｗに対するその短辺（短軸）の長さＬｓの比が下流にいくに従って徐々に小さくなるように変化する（Ｌｓ２＞Ｌｓ１）。

また、本実施例では、図１５に示すように、吸気ポート４の下方壁面４４におけるバルブあたり面４１の上流側端部からせり上がった位置Ｐｘが勾配部４４１の下流側端部となっている。つまり、勾配部４４１の下流側端部において、吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向における上方壁面４２と下方壁面４４との間の距離が最短距離となっている。また、勾配部４４１から連続して上流に延びる下方壁面である上流側下方壁面４４２は、上方壁面４２と同様、吸気ポート側天井面８ａの法線方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びている。そして、この上流側下方壁面４４２が、下方壁面４４がバルブあたり面４１の上流側端部から上方壁面４２と略平行に略直線状に延びていると仮定した場合の仮想下方壁面Ｌｖよりも下方に位置している。

[本実施例に係る吸気ポートの構成の効果]
吸気ポート４の下方壁面４４に上記のような勾配部４４１が形成されていると、吸気ポート４内の下方壁面４４付近を流れる吸気が上方壁面４２に向かう方向にガイドされることになる。そのため、吸気が吸気ポート４から気筒２内に流入した際に、該吸気が吸気ポート４側のボア壁面の方向に流れ難くなる。つまり、該吸気が吸気ポート４から気筒２内に流入した際に排気ポート側天井面８ｂに沿った方向により流れ易くなる。また、下方壁面４４に勾配部４４１が形成されている部分では、吸気ポート４の断面積が下流にいくに従って徐々に縮小することになる。その結果、吸気ポート４から気筒２内に流入する吸気の流速が高くなる。したがって、上記構成によれば、気筒２内で形成されるタンブル流をより強化することができる。

図１７は、実施例１に係る内燃機関における、吸気ポートから気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。図１８は、本実施例に係る内燃機関における、吸気ポートから気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。なお、図１７および１８では、内燃機関１の運転状態を同一とした場合の吸気の流速の分布を示している。図１７および１８はいずれもボア壁面側断面（図１１および１２の（ｃ）の上段に示すＺ−Ｚ断面と同等位置での断面）における吸気の流速の分布を示している。また、図１７および１８においては、吸気の流速の分布を模様１〜５で表しており、模様１から模様５の順に吸気の流速は低くなっている（即ち、模様１で示す位置の吸気の流速が最も高く、模様５で示す位置の吸気の流速が最も低い）。

図１７と図１８とを比較すると、本実施例に係る内燃機関では、吸気ポートから気筒内に流入した吸気が吸気ポート側のボア壁面の方向に向かう領域Ｒ１における比較的高い流速を示す模様の範囲が、実施例１に係る内燃機関に比べて小さくなっていることがわかる。これは、本実施例に係る内燃機関では、吸気ポート側のボア壁面の方向に向かう吸気の流速が、実施例１に係る内燃機関に比べて小さくなっていることを示している。また、本実施例に係る内燃機関では、排気ポート側の気筒上方の領域Ｒ２において比較的高い流速を示す模様が延びている向きが、実施例１に係る内燃機関よりもさらに排気ポート側天井面に沿った方向となっていることがわかる。これは、本実施例に係る内燃機関では、吸気の流れが、実施例１に係る内燃機関よりもさらに排気ポート側天井面に沿った方向となっていることを示している。つまり、本実施例に係る吸気ポートの構成によれば、吸気ポートから気筒内に流入する吸気の流れが、気筒内におけるタンブル流の形成により効果的に寄与することとなる。そのため、気筒内で形成されるタンブル流をさらに強化することができる。

ここで、吸気ポート４の下方壁面４４に上記のような勾配部４４１が形成された場合、該勾配部４４１が形成されている部分において吸気ポート４の断面積が縮小するために、実施例１のように該勾配部４４１が形成されていない場合に比べて、気筒２内に流入する吸気の流量が減少する虞がある。しかしながら、本実施例においては、上述したように、上流側下方壁面４４２が仮想下方壁面Ｌｖよりも下方に位置している。これによれば、上流側下方壁面４４２が仮想下方壁面Ｌｖと同位置または仮想下方壁面Ｌｖより上方に位置する場合に比べて、勾配部４４１が形成されている部分における吸気ポート４の断面積をより大きくすることが可能となる。そのため、吸気ポート４の下方壁面４４に勾配部４４１が形成された場合であっても、気筒２内に流入する吸気の流量を十分に確保し易くなる。

ただし、上流側下方壁面４４２が仮想下方壁面Ｌｖと同位置または仮想下方壁面Ｌｖより上方に位置する場合であっても、勾配部４４１が形成されることで得られるタンブル流の強化という効果を得ることはできる。つまり、上流側下方壁面４４２が仮想下方壁面Ｌｖよりも下方に位置するような構成とすることはタンブル流の強化のために必須ではない。

また、本実施例においても、実施例１と同様、必ずしも、吸気ポート４のバルブあたり面４１の上流側端部４１ａより上流側の全領域において、上方壁面４２が略直線状に延び且つ該吸気ポート４の該吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が横方向の軸を長軸とする偏平形状となっている必要はない。ただし、吸気ポート４において、少なくとも、バルブあたり面４１の上流側端部４１ａから下方壁面４４に形成された勾配部４４１に対向する位置までは、上方壁面４２が略直線状に延びている必要がある。

また、本実施例においても、実施例１と同様、吸気ポート４の上方壁面４２における直
線部分の吸気ポート側天井面８ａに対する傾斜角度Ａ１とバルブあたり面４１の吸気ポート側天井面８ａに対する傾斜角度Ａ２とを略同一にしてもよい。

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
４・・・吸気ポート
４１・・バルブあたり面
４２・・上方壁面
４３，４４・・下方壁面
４４１・・勾配部
４４２・・上流側下方壁面
５・・・排気ポート
６・・・吸気弁
６１・・ステム部
６２・・傘部
７・・・排気弁
８・・・燃焼室
８ａ・・吸気ポート側天井面
８ｂ・・排気ポート側天井面
１３・・ステムガイド

Claims (5)

1. 吸気ポートが開口している吸気ポート側天井面および排気ポートが開口している排気ポート側天井面が、気筒の中心軸と垂直に交わる平面に対して傾斜しているペントルーフ型燃焼室を有し、
   気筒内において、排気ポート側のボア壁面付近では前記排気ポート側天井面からピストン頂面に向かう方向にガスが流れ、且つ、吸気ポート側のボア壁面付近ではピストン頂面から前記吸気ポート側天井面に向かう方向にガスが流れるタンブル流が形成される内燃機関において、
   前記吸気ポートの燃焼室への開口部に吸気弁の閉弁時に該吸気弁の傘部が当接するバルブあたり面が形成されており、
   前記吸気ポートにおける前記バルブあたり面より上流の所定領域において、該吸気ポートの上方壁面が、前記吸気ポート側天井面に対して該吸気ポート側天井面の法線方向よりも下方に傾斜しつつ前記バルブあたり面の上流側端部から連続して略直線状に延びており、
   前記吸気ポートの前記所定領域における該吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面形状が、該吸気ポートの軸方向と垂直に交わり且つ前記気筒の径方向に平行な方向と定義される横方向の軸を長軸とする偏平形状である内燃機関。
2. 前記吸気ポートの前記所定領域における、略直線状に延びる上方壁面に対向する下方壁面に、該吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面の長軸の長さが維持された状態で該断面における長軸の長さに対する短軸の長さの比が下流にいくに従って徐々に小さくなるように、該下方壁面が下流にいくに従って徐々に該上方壁面に近づいていく勾配部が形成されている請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記吸気ポートにおける下方壁面の一部であって前記勾配部から連続して上流に延びる上流側下方壁面が、下方壁面が前記バルブあたり面の上流側端部から上方壁面と略平行に略直線状に延びていると仮定した場合の仮想下方壁面よりも下方に位置している請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記吸気ポートの前記所定領域が、前記バルブあたり面の上流側端部から吸気弁のステムガイドが設けられている位置までの間の領域である請求項１に記載の内燃機関。
5. 前記吸気ポートの前記所定領域において前記バルブあたり面の上流側端部から連続して略直線状に延びている上方壁面の前記吸気ポート側天井面に対する傾斜角度と、前記バルブあたり面の前記吸気ポート側天井面に対する傾斜角度とが略同一である請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。

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