JP2016125381A - 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近傍の下方壁面にエッジ部が形成されている。このエッジ部における、吸気ポートの中心軸の真下に位置する中心位置を挟んだ所定範囲内の部分は、吸気ポートの下方壁面において横方向に略直線状に形成されている。また、エッジ部における所定範囲内の部分ではエッジ角度が略同一である。【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、気筒の中心側の領域である気筒中心側吸気ポート領域と、気筒中心側吸気ポート領域以外の領域である気筒外周側吸気ポート領域とに分けた場合に、該吸気ポートの燃焼室開口部の近傍において、気筒外周側吸気ポート領域のポート半径を徐々に変化させた構成が開示されている。より具体的には、吸気ポートの気筒外周側吸気ポート領域に、吸気ポート拡幅部と吸気調整部とが形成されている。吸気ポート拡幅部では、吸気ポートの燃焼室開口部の近傍において気筒外周側吸気ポート領域のポート半径が、上流から燃焼室開口部の直上流の部位に近づくに従い増加している。一方、吸気調整部は、吸気ポート拡幅部の下流側であって燃焼室開口部に至るまでの間の部位である。そして、吸気調整部では、気筒外周側吸気ポート領域のポート半径が、上流から燃焼室開口部に近づくに従い減少している。この吸気調整部によって、吸気の一部の流れが吸気ポートの中心方向に導かれている。

また、特許文献２および３においても、気筒内にタンブル流が形成される内燃機関における吸気ポートの構成に関する発明が開示されている。

特開２００５−０６１３６８号公報 特開２０１０−１８５４０８号公報 特開２００４−１４４０７１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近傍の下方壁面にエッジ部が形成されている。このエッジ部における、吸気ポートの中心軸の真下に位置する中心位置を挟んだ所定範囲内の部分は、吸気ポートの下方壁面において横方向に略直線状に形成されている。また、エッジ部における所定範囲内の部分ではエッジ角度が略同一である。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、本明細書においては、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部分を含み、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部分を含み、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、前記吸気ポートにおける燃焼室への開口部近傍の下方壁面にエッジ部が形成されており、該エッジ部は、該吸気ポート内を下方壁面と接しながら上流から開口部に向かって流れる吸気が該下方壁面から剥離し始める部分であって、前記エッジ部における、吸気ポートの中心軸の真下に位置する中心位置を挟んだ所定範囲内の部分は、前記吸気ポートの下方壁面において、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に略直線状に形成されており、さらに、該エッジ部における前記所定範囲内の部分では、該エッジ部を挟んだ上流側の下方壁面と下流側の下方壁面とが成すエッジ角度が略同一である。

吸気ポート内を流れる吸気は、該吸気ポートの開口部から気筒内に流入する。このとき、吸気ポートの下方壁面に接しながら上流から開口部に向かって流れる吸気のうち、開口部近傍において下方壁面から剥離して気筒内に流入した吸気は、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る。気筒内の上方部分においてこのような方向に流れる吸気によってタンブル流が形成される。本発明では、吸気ポートにおける燃焼室への開口部近傍の下方壁面にエッジ部が形成されている。そして、このエッジ部において、吸気ポート内を下方壁面に接しながら開口部に向かって流れる吸気が該下方壁面から剥離し始める。

また、本発明では、エッジ部における所定範囲内の部分は、吸気ポートの下方壁面において横方向に略直線状に形成されている。つまり、吸気の流れ方向におけるエッジ部の位置が横方向において略同一となっている。さらに、該エッジ部における所定範囲内の部分ではエッジ角度が略同一となっている。

エッジ部における吸気の剥離度合いはエッジ角度に影響される（つまり、エッジ角度が小さいほど、エッジ部において吸気が剥離し易くなる。）。したがって、本発明によれば、エッジ部における所定範囲内の部分では、横方向のどの位置においても、吸気ポートの下方壁面に接しながら上流から開口部に向かって流れてきた吸気が略同一の位置で下方壁面から剥離し始めることになり、且つ、その剥離度合いも略同一となる。そのため、吸気ポート内を下方壁面に接しながら流れてきた吸気が気筒内に流入した際に該気筒内において流れる方向を横方向において略一定とすることができる。つまり、吸気ポート内を下方壁面に接しながら流れて気筒内に流入した吸気のうちの一部が、該吸気の他の一部に比べて、該気筒内においてより下方に向かって流れることを抑制することができる。その結果、気筒内における横方向において、一部分のタンブル流の流速が他の部分のタンブル流の流速よりも大幅に低下することを抑制することができる。したがって、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。

また、本発明に係る吸気ポートは、エッジ部の所定範囲内における該エッジ部の直上流の下方壁面を仮に延長した場合の仮想延長平面が、燃焼室内において、吸気弁の最大リフト時における該吸気弁の弁体の燃焼室側の面の中心点の位置よりも上方を通るように構成されてもよい。エッジ部において下方壁面から剥離した吸気は仮想延長面が延びる方向に流れ易い。そのため、当該構成によれば、エッジ部において下方壁面から剥離した吸気が、気筒内のより上方の部分を排気ポート側に向かって流れ易くなる。したがって、気筒内
に形成されるタンブル流をより強化することができる。

本発明においては、吸気ポートにおける、下方壁面にエッジ部が形成されている部分より上流の部分では、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の軸を長軸とする偏平形状であってもよい。これによれば、上述したような下方壁面のエッジ部における所定範囲をより大きい範囲とすることが可能となる。そのため、気筒内における横方向のより広い範囲においてタンブル流を強化することができる。なお、以下においては、吸気ポートの軸方向と垂直に交わる方向の断面を「吸気ポートの断面」と称する。

また、上記のような構成の場合、エッジ部から連続して上流側に延びる下方壁面に勾配部が形成されていてもよい。該勾配部では、下方壁面が、上流からエッジ部に近づくに従って徐々に上方壁面に近づいていく。そして、吸気ポートにおける、下方壁面に該勾配部が形成されている部分では、該吸気ポート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。

吸気ポートの下方壁面に上記のような勾配部を設けることで、吸気ポートの開口部近傍において該勾配部によってガイドされた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、エッジ部から連続して上流側に延びる下方壁面に上記のような勾配部を設けることで、エッジ角度をより小さくすることが可能となる。そのため、エッジ部における吸気の剥離をより促進させることができる。また、勾配部が形成されている部分では、吸気ポート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。

また、本発明に係る吸気ポートは、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るストレートポートであってもよい。

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。

実施例１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エッジ部の構成を説明するための図である。図３（ａ）は、吸気ポートの下方壁面におけるエッジ部が形成されている部分を真上から見た図である。図３（ｂ）は、下方壁面にエッジ部が形成されている部分の吸気ポートの断面を示す図である。 実施例１に係る吸気ポートのエッジ部のエッジ角度を示す図である。 比較例に係る吸気ポートの下方壁面におけるエッジ部が形成されている部分を真上から見た図である。 比較例に係る吸気ポートのエッジ部のエッジ角度を示す図である。 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。 比較例に係る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に係る吸気ポートの断面形状の他の一例を示す図である。 実施例１に係る吸気ポートの構成の他の一例を示す側面図である。 実施例１に係る吸気ポートの開口部近傍の構成の一例を示す図である。 実施例１に係る吸気ポートの開口部近傍の構成の他の一例を示す図である。

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２〜４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。なお、図２において、斜線部Ｓ１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）の形状を示している。また、図２において、斜線部Ｓ２、Ｓ３は吸気ポート４の軸方向と垂直に交わる方向の断面（以下、「吸気ポート４の断面」と称する）の形状を示している。

図１および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。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部分を含み、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４１」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部分を含み、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４２」とする。

吸気ポート４の上方壁面４１は、吸気ポート４の開口部から、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４２は、吸気ポート４の開口部からエッジ部Ｐｘまでせり上がるように形成されている。なお、エッジ部Ｐｘは、吸気ポート４の開口部近傍の所定の位置（例えば、吸気ポート４における、吸気弁６のステム部６１が挿通されるステムガイド１３が設けられている位置付近）の下方壁面４２に形成されている。このエッジ部Ｐｘは、吸気ポート４内を下方壁面４２と接しながら上流から開口部に向かって流れてきた吸気（以下、この吸気を「下方吸気」と称する場合もある。）が該下方壁面４２から剥離し始める部分である。また、本実施例では、下方壁面４２におけるエッジ部Ｐｘから連続して上流に延びる部分には勾配部４２１が形成されている。なお、エッジ部Ｐｘおよび勾配部４２１の詳細については後述する。そして、勾配部４２１より上流の下方壁面４２は、上方壁面４１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。

また、図２の斜線部Ｓ１に示すように、吸気ポート４の開口部は、吸気ポート側天井面８ａに対して垂直な方向（すなわち、吸気弁６のステム部６１の軸方向）から見た場合、略円形状となっている。一方、図２の斜線部Ｓ２に示すように、吸気ポート４における、下方壁面４２にエッジ部Ｐｘが形成されている部分より上流の部分の断面形状は、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）となっている。

そして、勾配部４２１では、下方壁面４２が、上流からエッジ部Ｐｘに近づくに従って徐々に上方壁面４１に近づいていく。このとき、吸気ポート４における勾配部４２１が形成されている部分では、その断面の略長方形状が、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）。

ここで、本実施例に係るエッジ部Ｐｘの構成について図３および４に基づいて説明する。図３（ａ）は、吸気ポート４の下方壁面４２におけるエッジ部Ｐｘが形成されている部分を真上から見た図である。図３（ｂ）は、下方壁面４２にエッジ部Ｐｘが形成されている部分の吸気ポート４の断面を示す図である。図４は、吸気ポート４のエッジ部Ｐｘのエッジ角度を示す図である。図４において、（ａ），（ｂ）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４のエッジ部Ｐｘのエッジ角度を示している。また、図４の（ａ），（ｂ）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ポート４のエッジ部Ｐｘのエッジ角度を示している。詳細には、図４（ａ）の下段のＥａ１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。）における吸気ポート４のエッジ部Ｐｘのエッジ角度を示している。図４（ｂ）の下段のＥａ２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。）における吸気ポート４のエッジ部Ｐｘのエッジ角度を示している。なお、図４（ａ），（ｂ）の下段における白抜き矢印は、下方吸気が気筒２内に流入した際の該吸気の流れ方向を表している。

本実施例では、吸気ポート４の下方壁面４２における該吸気ポート４の中心軸の真下に位置する中心位置を挟んだ所定範囲においては、その壁面が平面状になっている。そして、図３（ａ）に示すように、エッジ部Ｐｘにおける吸気ポート４の中心軸の真下に位置す
る中心位置を挟んだ所定範囲Ｅ０内の部分は、吸気ポート４の下方壁面４２において横方向に略直線状に形成されている。つまり、吸気の流れ方向におけるエッジ部Ｐｘの位置が横方向において略同一となっている。そのため、図３（ｂ）に示すように、エッジ部Ｐｘにおける所定範囲Ｅ０内の部分では、該エッジ部Ｐｘが形成されている部分の吸気ポート４の断面上において、吸気ポート４の中心軸と垂直に交わり且つ横方向に延びる軸である横軸からの距離Ｈｗが略一定の距離となっている。

さらに、本実施例においては、エッジ部Ｐｘにおける所定範囲Ｅ０内の部分では、エッジ部Ｐｘを挟んだ上流側の下方壁面と下流側の下方壁面とが成すエッジ角度が略同一となっている。ここで、図４（ａ）に示すバルブセンター断面および図４（ｂ）に示すボア壁面側断面は、エッジ部Ｐｘにおいて所定範囲Ｅ０内に位置する縦断面である。したがって、図４（ａ）に示すバルブセンター断面上におけるエッジ角度Ｅａ１と、図４（ｂ）に示すボア壁面側断面上におけるエッジ角度Ｅａ２とは略同一の角度となっている。

また、図２においては、エッジ部Ｐｘの所定範囲Ｅ０における該エッジ部Ｐｘの直上流の下方壁面４２を仮に延長した場合の仮想延長平面が破線Ｆｅで表されている。なお。エッジ部Ｐｘの所定範囲Ｅ０における該エッジ部Ｐｘの直上流の下方壁面４２が曲面である場合、該曲面のエッジ部Ｐｘにおける接線方向に延びる平面が仮想延長平面Ｆｅとなる。そして、本実施例では、この仮想延長平面Ｆｅが、燃焼室８内において、吸気弁６の最大リフト時における該吸気弁６の弁体６２の燃焼室側の面の中心点Ｐｖｃの位置よりも上方を通るように、吸気ポート４が構成されている。

[本実施例に係る吸気ポートの構成の効果]
上述したように、吸気ポート４内を流れる下方吸気はエッジ部Ｐｘにおいて下方壁面４２から剥離し始める。そして、エッジ部Ｐｘにおいて下方壁面４２から剥離し気筒２内に流入した下方吸気は、気筒２内の上方部分において排気ポート側に向かって流れる。気筒２内の上方部分においてこのような方向に流れる吸気によってタンブル流が形成される。このとき、エッジ部Ｐｘにおける吸気の剥離度合いはエッジ角度に影響される。つまり、エッジ角度が小さいほど、エッジ部Ｐｘにおいて吸気が下方壁面４２から剥離し易くなる。

本実施例では、図３（ａ）に示すように、エッジ部Ｐｘにおける所定範囲Ｅ０内の部分が、吸気ポート４の下方壁面４２において横方向に略直線状に形成されている。したがって、所定範囲Ｅ０内の部分では、吸気ポート４内において、横方向のどの位置においても、下方吸気が略同一の位置で下方壁面から剥離し始めることになる。さらに、エッジ部Ｐｘにおける所定範囲Ｅ０内の部分においては、エッジ角度が略同一であることから、下方吸気の剥離度合いも、横方向のどの位置においても略同一となる。そのため、図４（ａ），（ｂ）の下段における白抜き矢印に示すように、エッジ部Ｐｘにおける所定範囲Ｅ０内を通って気筒２内に流入した下方吸気が該気筒２内において流れる方向を横方向において略一定とすることができる。

ここで、比較例に係る吸気ポートのエッジ部の構成について図５および６に基づいて説明する。図５は、比較例に係る吸気ポートの下方壁面におけるエッジ部が形成されている部分を真上から見た図である。図６は、比較例に係る吸気ポートのエッジ部のエッジ角度を示す図である。図６において、（ａ），（ｂ）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のエッジ部のエッジ角度を示している。また、図６の（ａ），（ｂ）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ポートのエッジ部のエッジ角度を示している。詳細には、図６（ａ）の下段のＥａ３は、その上段に示すＸ−Ｘ断面（バルブセンター断面）における吸気ポートのエッジ部のエッジ角度を示している。図６（ｂ）の下段のＥａ
４は、その上段に示すＹ−Ｙ断面（ボア壁面側断面）における吸気ポートのエッジ部のエッジ角度を示している。なお、図６（ａ），（ｂ）の下段における白抜き矢印は、図４（ａ），（ｂ）の下段における白抜き矢印と同様、下方吸気が気筒内に流入した際の該吸気の流れ方向を表している。

この比較例に係る吸気ポートでは、図５に示すように、エッジ部が、吸気ポートの下方壁面において曲線状に形成されている。詳細には、吸気ポートの中心軸の真下に位置する中心位置では、該中心位置から横方向にずれた位置に比べてエッジ部が上流側に位置するように、エッジ部が形成されている。そして、エッジ部がこのように形成されることで、エッジ部の中心位置におけるエッジ角度に比べて、該エッジ部の該中心位置から横方向にずれた位置におけるエッジ角度が大きくなっている。したがって、図６（ａ）に示すバルブセンター断面上におけるエッジ角度Ｅａ３に比べて、図６（ｂ）に示すボア壁面側断面上におけるエッジ角度Ｅａ４が大きくなっている。エッジ部がこのような構成となると、エッジ部の中心位置から横方向にずれた位置においては、該エッジ部の中心位置に比べて、下方吸気の下方壁面から剥離度合いが小さくなる。そのため、図６（ａ），（ｂ）の下段における白抜き矢印に示すように、ボア壁面側断面では、バルブセンター断面に比べて、気筒内に流入した下方吸気が該気筒内においてより下方に向かって流れることになる。

したがって、比較例に係る吸気ポートを採用した内燃機関では、気筒内の横方向において、バルブセンター断面付近からずれた位置におけるタンブル流の流速が、バルブセンター断面付近のタンブル流の流速よりも低下し易い。これに対し、本実施例に係る内燃機関では、気筒２内における横方向において、一部分のタンブル流の流速が他の部分のタンブル流の流速よりも大幅に低下することを抑制することができる。したがって、本実施例によれば、気筒２内にタンブル流が形成される内燃機関１において、タンブル流の強化を図ることができる。

図７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。図８は、上記の比較例に係る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。なお、図７および８では、内燃機関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。また、図７および８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７および８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７および８の（ａ）の下段は、その上段に示すＸ−Ｘ断面（バルブセンター断面）における吸気の流速の分布を示している。図７および８の（ｂ）の下段は、その上段に示すＹ−Ｙ断面（ボア壁面側断面）における吸気の流速の分布を示している。図７および８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７および８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）。

上述したように、エッジ部における下方吸気の下方壁面からの剥離度合いが小さくなると、気筒内に流入した下方吸気が該気筒内においてより下方に向かって流れることになる。そして、気筒内に流入した下方吸気が該気筒内においてより下方に向かって流れることになると、吸気弁の弁体によって、吸気ポート側のボア壁面の方に向かってガイドされる吸気の流量が増加する。つまり、吸気ポート側のボア壁面の方に向かう吸気の流速がより高くなる。そして、この方向に向かう吸気の流れが、気筒２内における本来のタンブル流
の流れを阻害する方向に作用する。

図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）を比較すると、比較例に係る吸気ポートを採用した内燃機関では、ボア壁面側断面およびボアセンター側断面において吸気ポート側のボア壁面の方に向かう吸気の流速が、バルブセンター断面において吸気ポート側のボア壁面の方に向かう吸気の流速に比べて高くなっていることがわかる。つまり、ボア壁面側断面およびボアセンター側断面におけるタンブル流の流速が低下し易くなっている。これに対し、図７の（ａ），（ｂ），（ｃ）を比較すると、本実施例に係る内燃機関では、ボア壁面側断面およびボアセンター側断面と、バルブセンター断面との間において、吸気ポート側のボア壁面の方に向かう吸気の流速の差が比較的小さいことがわかる。そして、図７の（ｂ），（ｃ）と図８の（ｂ），（ｃ）とを比較すると、本実施例に係る内燃機関では、比較例に係る吸気ポートを採用した内燃機関に比べて、ボア壁面側断面およびボアセンター側断面における吸気ポート側のボア壁面の方に向かう吸気の流速が低くなっていることがわかる。つまり、本実施例に係る内燃機関では、比較例に係る吸気ポートを採用した内燃機関に比べて、ボア壁面側断面およびボアセンター側断面におけるタンブル流の流速が低下し難くなっている。以上により、本実施例によれば、ボア壁面側断面付近およびボアセンター側断面付近におけるタンブル流をより強化することができる。その結果、気筒内全体としてタンブル流の強化を図ることができる。

また、上述したように、本実施例に係る吸気ポート４は、仮想延長平面Ｆｅが、燃焼室８内において、吸気弁６の最大リフト時における該吸気弁６の弁体６２の燃焼室側の面の中心点Ｐｖｃの位置よりも上方を通るように構成されている。エッジ部Ｐｘにおいて下方壁面４２から剥離した下方吸気はこの仮想延長面が延びる方向に流れ易い。そのため、当該構成によれば、エッジ部Ｐｘにおいて下方壁面４２から剥離した下方吸気が、気筒２内のより上方の部分を排気ポート側に向かって流れ易くなる。したがって、気筒２内に形成されるタンブル流をより強化することができる。

また、本実施例では、吸気ポート４における、下方壁面４２にエッジ部Ｐｘが形成されている部分より上流の部分の断面形状を、横方向の辺を長辺とする略長方形状とした。しかしながら、吸気ポート４の断面形状は必ずしも略長方形状でなくてもよい。例えは、図９に示すように、吸気ポート４の断面形状を、その上方壁面４１側の部分の断面形状が略半円形状となるような形状としてもよい。ただし、この場合でも、吸気ポート４の下方壁面４２における該吸気ポート４の中心軸の真下に位置する中心位置を挟んだ所定範囲においては、その壁面が平面状になっている。

また、吸気ポート４の断面形状は、必ずしも略長方形状のような偏平形状でなくともよく、例えば、略正方形状であってもよい。ただし、本実施例のように、吸気ポート４の断面形状を横方向の軸を長軸とする偏平形状とすることで、エッジ部Ｐｘにおける、エッジ角度が略同一となる所定範囲Ｅ０をより大きい範囲することが可能となる。そして、エッジ部Ｐｘにおける該所定範囲Ｅ０をより大きい範囲とすることで、気筒２内における横方向のより広い範囲において、下方吸気が流れる方向を略一定とすることができる。そのため、気筒２内における横方向のより広い範囲において、タンブル流を強化することができる。

また、本実施例では、吸気ポート４の下方壁面４２におけるエッジ部Ｐｘから連続して上流に延びる部分に勾配部４２１が形成されている構成を採用した。しかしながら、吸気ポート４の下方壁面４２に必ずしも勾配部が形成されている必要はない。つまり、図１０に示すように、エッジ部Ｐｘから連続して、下方壁面４２が、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構成を採用してもよい。ただし、本実施例のように、吸気ポート４の下方壁面４２に勾配部４２１を設けることで、吸気ポ
ート４の開口部近傍において該勾配部４２１によってガイドされた吸気が吸気ポート４から気筒２内に流入した際に、気筒２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、エッジ部Ｐｘから連続して上流に延びる部分に該勾配部４２１を設けることで、図１０に示すように下方壁面に勾配部が設けられていない構成に比べて、エッジ部Ｐｘのエッジ角度をより小さくすることが可能となる。そして、エッジ部Ｐｘのエッジ角度をより小さくすることで、該エッジ部Ｐｘにおける下方吸気の剥離をより促進させることができる。また、下方壁面４２に勾配部４２１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。以上のことから、吸気ポート４の下方壁面４２におけるエッジ部Ｐｘから連続して上流に延びる部分に勾配部４２１を設けることで、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。

また、本実施例においては、図１１に示すように、吸気ポート４の開口部に、シリンダヘッドを構成する部品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がはめ込まれた構成を採用してもよい。この場合、吸気弁６の閉弁時に該吸気弁６の弁体６２が当接するバルブあたり面４３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４の開口部において、吸気ポート側天井面８ａ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、このような場合は、吸気ポート４をストレートポートとすべくその上方壁面４１を略直線状に形成するときであっても、その上方壁面４１は、該吸気ポート４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４３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してもよい。

また、本実施例においては、吸気ポート４の開口部に、上記のような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を採用してもよい。このレーザクラッドバルブシートを採用すると、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。そのため、吸気ポート４の開口部の構成の自由度が高くなる。そこで、このレーザクラッドバルブシートを採用した場合は、図１２に示すように、吸気ポート４をストレートポートとすべくその上方壁面４１を略直線状に形成するときに、バルブあたり面４３の上流側端部４３ａから連続して上方壁面４１が略直線状に延びている構成としてもよい。

また、本実施例において、吸気ポート４の上方壁面４１は必ずしも略直線状に形成されていなくてもよい。つまり、吸気ポート４は必ずしもストレートポートでなくてもよい。ただし、吸気ポート４をストレートポートとすることで、該吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気を該気筒２の上方において排気ポート側にガイドすることができる。そのため、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の形成を促進することができる。

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
４・・・吸気ポート
４１・・上方壁面
４２・・下方壁面
４２１・・勾配部
５・・・排気ポート
６・・・吸気弁
６１・・ステム部
６２・・弁体
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
Ｐｘ・・エッジ部

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、
   前記吸気ポートにおける燃焼室への開口部近傍の下方壁面にエッジ部が形成されており、該エッジ部は、該吸気ポート内を下方壁面と接しながら上流から開口部に向かって流れる吸気が該下方壁面から剥離し始める部分であって、
   前記エッジ部における、吸気ポートの中心軸の真下に位置する中心位置を挟んだ所定範囲内の部分は、前記吸気ポートの下方壁面において、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に略直線状に形成されており、さらに、該エッジ部における前記所定範囲内の部分では、該エッジ部を挟んだ上流側の下方壁面と下流側の下方壁面とが成すエッジ角度が略同一である内燃機関。
2. 前記エッジ部の前記所定範囲内における該エッジ部の直上流の下方壁面を仮に延長した場合の仮想延長平面が、燃焼室内において、吸気弁の最大リフト時における該吸気弁の弁体の燃焼室側の面の中心点の位置よりも上方を通る請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記吸気ポートにおける、下方壁面に前記エッジ部が形成されている部分より上流の部分では、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、前記横方向の軸を長軸とする偏平形状である請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記エッジ部から連続して上流側に延びる下方壁面に、該下方壁面が、上流から前記エッジ部に近づくに従って徐々に上方壁面に近づいていく勾配部が形成されており、
   前記吸気ポートにおける、下方壁面に前記勾配部が形成されている部分では、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っている請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記吸気ポートが、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略直線状に延びるストレートポートである請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。

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