JP2018141435A - 吸気ポート構造 - Google Patents

Abstract

【課題】タンブル流に加えてスワール流を生成することで、旋回流の強化を実現できる吸気ポート構造を提供する。【解決手段】燃焼室につながる少なくとも下流側で二股に分岐された一対の分岐ポートを備え、燃焼室内にタンブル流を形成可能に構成された吸気ポート構造である。燃焼室をその軸方向から見たとき、両分岐ポート同士が近接する側を内側、前記両分岐ポート同士が離反する側を外側とし、燃焼室をその軸と直交する方向から見たとき、前記吸気ポートを備える側を上側、その反対側を下側とする。一方の分岐ポートの内周面の下側を規定するポートフロアのうち、当該分岐ポートの中心軸よりも外側の領域は、中心軸よりも内側の領域に比べて下側に窪ませた凹部を備える。【選択図】図２

Description

本発明は吸気ポート構造に関する。特に、タンブル流だけでなく、スワール流も形成できる吸気ポート構造に関する。

タンブル流やスワール流といった旋回流を燃焼室内に生成し、燃焼の改善を図ることが行われている。例えば、特許文献１には、吸気バルブが離接するバルブシートとして、吸気下流側に対応する部分よりも吸気上流側に対応する部分の方の高さを低く設定した構成が開示されている。この構成によれば、主にタンブル流を強化できるとされる。

特開２００９−５７８７７号公報

上記の技術では、主としてタンブル流の強化を図ることができるが、その効果にはおのずと限界があり、さらなる旋回流の強化が求められている。

本発明の目的の一つは、タンブル流に加えてスワール流を生成することで、旋回流の強化を実現できる吸気ポート構造を提供することにある。

（１）本発明の第一の発明は、燃焼室につながる少なくとも下流側で二股に分岐された一対の分岐ポートを備え、前記燃焼室内にタンブル流を形成可能に構成された吸気ポート構造に係る。

ここで、前記燃焼室をその軸方向から見たとき、前記両分岐ポート同士が近接する側を内側、前記両分岐ポート同士が離反する側を外側とし、
前記燃焼室をその軸と直交する方向から見たとき、前記吸気ポートを備える側を上側、その反対側を下側とする。

一方の前記分岐ポートの内周面の下側を規定するポートフロアのうち、当該分岐ポートの中心軸よりも外側の領域は、前記中心軸よりも内側の領域に比べて下側に窪ませた凹部を備える。

上記（１）に係る発明によれば、タンブル流に加え、所定の凹部を備えることで、燃焼室内にスワール流を形成することができ、これら旋回流を強化することができる。それに伴い、燃焼を改善することができる。

実施形態１に係る吸気ポート構造を備える内燃機関の模式断面図である。 実施形態１に係る吸気ポート構造の模式平面図である。 実施形態１に係る吸気ポート構造の模式縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。各図において、同一部位には同一の符号を付している。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることが意図される。
＜実施形態１＞
≪内燃機関の概略構成≫
まず、実施形態１の吸気ポート構造が適用される内燃機関の基本構造を図１に基づいて説明する。ここでは、ポート噴射式内燃機関１００に本発明に係る吸気ポート構造を適用した例を説明する。このポート噴射式内燃機関１００は、図１に示すように、ボア１１１を備えるシリンダブロック１１０、ボア１１１内で往復運動されるピストン１２０、及びシリンダブロック１１０の上部を覆うシリンダヘッド１３０を備え、ピストン１２０、ボア１１１の周面、及びシリンダヘッド１３０で囲まれる空間により燃焼室１１２が形成される。本例の燃焼室１１２は、所謂ペントルーフ型の燃焼室であり、その頂部にスパークプラグ１４０が配置され、燃焼室１１２のルーフを形成する一方の傾斜面には吸気ポート１１３が、他方の傾斜面には排気ポート１１４が設けられている。吸気ポート１１３は燃焼室１１２の近傍で二股に分岐されて、一対の分岐ポート１１３Ｌ，１１３Ｒで構成される（図２）。排気ポート１１４も同様に燃焼室１１２の近傍で二股に分岐されている。いずれのポート１１３，１１４にも、各々の開口部にはバルブシート１１５ｉ，１１５ｅが設けられ、さらに各バルブシート１１５ｉ，１１５ｅに離接することで燃焼室１１２に対して吸気ポート１１３及び排気ポート１１４を開閉する吸気バルブ１５０ｉ及び排気バルブ１５０ｅが設けられている。各バルブ１５０ｉ,１５０ｅは、バルブステム１５１の先端に傘状のバルブヘッド１５２が形成され、バルブヘッド１５２の円錐状傾斜面の一部にはバルブシート１１５ｉ，１１５ｅに離接する円環状のバルブフェース１５３が形成される。さらに、吸気ポート１１３の各分岐ポート１１３Ｌ，１１３Ｒ内には、燃料噴射機構としてインジェクタ１６０が設けられ、さらに一方の分岐ポート１１３ＬにはＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスの導入口１７０（図２参照）が設けられている。ＥＧＲガスの導入口１７０は、排気ポート１１４を介して排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポート１１３側に還流するＥＧＲ流路（図示せず）の出口に相当する。本例では、後述する凹部１１３ｃ（図２、図３）を指向する位置にＥＧＲガスの導入口１７０が設けられている。

≪吸気ポート構造≫
このような内燃機関１００において、本例の吸気ポート構造は、一対の分岐ポート１１３Ｌ，１１３Ｒの片方のみに局所的に断面積を広げる所定の凹部１１３ｃを形成したことを特徴の一つとする。本例の吸気構造を図２、図３に基づいて説明する。図２では燃焼室１１２と吸気ポート１１３のみを示し、排気ポートは省略している。図３でも、吸気バルブ１５０ｉ周辺の構成のみ示し、排気バルブ側の構成は省略している。

以下、各部の方向や位置は、次のような意義として説明を行う。

・燃焼室１１２をその軸方向から見たとき、両分岐ポート１１３Ｌ，１１３Ｒ同士が近接する側を内側、両分岐ポート１１３Ｌ，１１３Ｒ同士が離反する側を外側とする（図２）。

・燃焼室１１２をその軸と直交する方向から見たとき、吸気ポート１１３を備える側を上側、その反対側を下側とする（図３）。

・燃焼室１１２をその軸方向から見たとき、吸気ポート１１３の開口部を構成する領域のうち、吸気ポート１１３が延びる側を吸気上流側、その反対側（排気ポート１１４側）を吸気下流側とする。換言すれば、燃焼室１１２をその軸と直交する方向から見たとき、吸気ポート１１３の開口部のうち、燃焼室１１２の外周側を吸気上流側、燃焼室１１２の軸側を吸気下流側とする。

≪吸気ポート（分岐ポート）≫
吸気ポート１１３は燃焼室側から見て奥側のメイン流路１１３ｍと、メイン流路１１３ｍから屈曲してバルブシート１１５ｉにつながる開口側流路１１３ｏとを備え、燃焼室１１２内にタンブル流を形成できるように構成されている。このタンブル流を形成する構成として、メイン流路１１３ｍは、その中心軸Ｘｃが、バルブシート１１５ｉの開口部の内周縁のうち、吸気下流側の内周縁に接するか、当該内周縁よりも上側に延びるように構成されている。本例では、上記中心軸Ｘｃがバルブシート１１５ｉの開口部における吸気下流側の内周縁の上側に延びるようにメイン流路１１３ｍの向きを規定している。また、メイン流路１１３ｍの内周面の下側を規定するポートフロアの軸線Ｘｆはバルブステム１５１に交差して、バルブシート１１５ｉの吸気下流側の内周縁と、最大リフト時の吸気バルブ１５０ｉにおけるバルブヘッド１５２の吸気下流側との間に向かって延びている。より具体的には、バルブシート１１５ｉの中心よりも吸気下流側に向かってポートフロアの軸線Ｘｆが延びている。この中心軸Ｘｃ及びポートフロアの軸線Ｘｆを備えるメイン流路１１３ｍにより、バルブシート１１５ｉの吸気下流側の内周縁と吸気バルブ１５０ｉのバルブヘッド１５２における吸気下流側の外周縁との間を介して燃焼室１１２側に吸気ガスの多くを主流として供給することができ、その主流によりタンブル流を形成できる。その他、タンブル流を形成する構成としては、公知の種々の構成が利用できる。一方、開口側流路１１３ｏの内周面の下側（吸気上流側）を規定するポートフロアの軸線Ｚｆは、バルブシート１１５ｉの軸と平行に延びている。

≪凹部≫
一方の分岐ポート１１３Ｌの内周面の下側を規定するポートフロアのうち、当該分岐ポート１１３Ｌの中心軸Ｒｃよりも外側の領域には、中心軸Ｒｃよりも内側の領域に比べて下側に窪ませた凹部１１３ｃが形成されている（図２のハッチング部参照）。図３においては、凹部１１３ｃはメイン流路１１３ｍと開口側流路１１３ｏの変曲点の前後を除去することで形成されていることを示している。除去領域をクロスハッチングにて示す。本例では、凹部１１３ｃは一方の分岐ポート１１３Ｌの中心軸Ｒｃよりも外側の領域にのみ形成されているが、凹部１１３ｃの一部が上記中心軸Ｒｃよりも内側にまで及んでいてもよい。つまり、当該中心軸Ｒｃに対して外側に偏在するように凹部１１３ｃが形成されていればよい。このような凹部１１３ｃにより、吸気ポート１１３の断面積は局所的に拡大され、吸気ガスを凹部１１３ｃの形成された外側にガイドすることができる。

≪凹部の形成方法≫
上記の凹部１１３ｃは、例えば切削加工により形成できる。図３に示すように、一方の分岐ポート１１３Ｌの開口からスロートカッターＣを差し込み、当該分岐ポート１１３Ｌの中心軸Ｒｃよりも外側で、かつメイン流路１１３ｍから開口側流路１１３ｏに移行する変曲点の前後を部分的に切削する。本例では、凹部１１３ｃに沿った軸線Ｗｆは、最大リフト時のバルブステム１５１に交差し、かつ概ねバルブシート１１５ｉの中心を通るように延びている。

≪作用効果≫
（１）上記の吸気ポート構造によれば、タンブル流に加え、所定の凹部１１３ｃを備えることで、燃焼室１１２内にスワール流を形成することができ、これら旋回流を強化することができる。それに伴い、吸気ガスの混合性の向上や火炎の伝播性の向上、並びに希薄燃焼領域の拡大などを図ることができ、燃焼を改善することができる。

スワール流は、次のように生成されると考えられる。一対の分岐ポート１１３Ｌ，１１３Ｒのうち、一方の分岐ポート１１３Ｌにのみ凹部１１３ｃが形成され、この凹部１１３ｃが一方の分岐ポート１１３Ｌの中心軸Ｒｃから外側に偏在していることで、凹部１１３ｃがない場合に比べて一方の分岐ポート１１３Ｌの断面積を拡大でき、吸気ガスを凹部１１３ｃの形成された外側に偏らせて燃焼室１１２に供給できる。一方の分岐ポート１１３Ｌから供給される吸気ガスは、他方の分岐ポート１１３Ｒから供給される吸気ガスに比べて多いため、一方の分岐ポート１１３Ｌから燃焼室１１２内に供給された吸気ガスは、ボア１１１の内壁に沿って排気ポート１１４側を介して他方の分岐ポート１１３Ｒに向かうスワール流を形成できる。

（２）凹部１１３ｃを指向する位置にＥＧＲガスの導入口１７０を設けることで、ＥＧＲガスを凹部１１３ｃ側に偏在させて供給することができる。それによりボア１１１の内壁に沿ったスワール流に乗せてＥＧＲガスを導入することができる。その結果、ボア１１１の内壁近傍で層状にＥＧＲガスが流れ、希薄燃焼領域を拡大することができる。相対的に、ボア１１１の中心側にはＥＧＲガスが希薄で新気が濃化した吸気ガスの導入が可能になり、失火の発生を抑制できる。

１００ 内燃機関（ポート噴射式内燃機関）
１１０ シリンダブロック
１１１ ボア
１１２ 燃焼室
１１３ 吸気ポート
１１４ 排気ポート
１１３Ｌ，１１３Ｒ 分岐ポート
１１３ｍ メイン流路
１１３ｏ 開口側流路
１１３ｃ 凹部
１１５ｉ，１１５ｅ バルブシート
１２０ ピストン
１３０ シリンダヘッド
１４０ スパークプラグ
１５０ｉ 吸気バルブ
１５０ｅ 排気バルブ
１５１ バルブステム
１５２ バルブヘッド
１５３ バルブフェース
１６０ インジェクタ
１７０ ＥＧＲガスの導入口
Ｘｃ メイン流路の中心軸
Ｘｆ メイン流路のポートフロアの軸線
Ｚｆ 開口側流路のポートフロアの軸線
Ｒｃ 分岐ポートの中心軸
Ｗｆ 凹部に沿った軸線
Ｃ スロートカッター

Claims (1)

1. 燃焼室につながる少なくとも下流側で二股に分岐された一対の分岐ポートを備え、前記燃焼室内にタンブル流を形成可能に構成された吸気ポート構造であって、
   前記燃焼室をその軸方向から見たとき、両分岐ポート同士が近接する側を内側、両分岐ポート同士が離反する側を外側とし、
   前記燃焼室をその軸と直交する方向から見たとき、前記吸気ポートを備える側を上側、その反対側を下側とするとき、
   一方の分岐ポートの内周面の下側を規定するポートフロアのうち、当該分岐ポートの中心軸よりも外側の領域は、前記中心軸よりも内側の領域に比べて下側に窪ませた凹部を備える吸気ポート構造。

Images