JP2019108844A - 内燃機関の吸気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ室内のタンブル流の強化を図りつつ混合気の吸気ポートへの逆流を抑制する。【解決手段】各吸気ポート２２の外周側壁部３４Ｂに、タンブル流Ｔ１を生じさせるための凸部３６が吸気ポート２２の内側にそれぞれ突出形成されている。各凸部３６は、それぞれ上流案内面３６０２と、下流案内面３６０４とを備えている。上流側案内面３６０２は、頂点３６１０から吸気上流側に延びている。下流側案内面３６０４は、頂点３６１０から吸気下流側に延び中腹部で凸部３６の内部に窪む曲面を形成している。吸気ポート２２の内部で吸気の上流側から見て、頂点３６１０は、吸気ポート２２の吸気の流れ方向に対し直交方向に直線状に延びている。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の吸気構造に関する。

内燃機関の燃焼を効率よく行なうために、シリンダ室の軸線方向に沿って旋回するタンブル流を吸気により形成することが知られている。
この場合、シリンダ室の中心線に対してシリンダ室の一方の側に傾斜させて吸気ポートを設けることでタンブル流を形成している。
内燃機関の燃焼の効率の向上を図るためには、強いタンブル流を安定して得ることが重要である。
そこで、特許文献１には、吸気ポート内にタンブル流生成用の偏向流を発生させる突部を設け、この突部を伸縮性ベローズで構成することが提案されている。
特許文献１によれば、突部の膨出量を調整することで偏向流の強度を調整し、内燃機関の負荷に応じてタンブル流の強さを調整するようにしている。
また、特許文献２には、吸気ポートの壁面のうち上記一方の側に対して遠方に位置する側の壁面と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、吸気ポートの内側に張り出した段差部を設けることが提案されている。
特許文献２によれば、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に沿って導かれる吸気の流れ、すなわち、タンブル流と反対向きの吸気を段差部によって乱し、一方の側と反対側のシリンダ室内に導かれる吸気、すなわちタンブル流と反対向きの吸気の流速を抑制し、強いタンブル流を得るようにしている。

実開平７−２５２３５号公報 特開２００４−３１６６０９号公報

しかしながら、上記従来技術では、シリンダ室内に形成されたタンブル流の一部が吸気ポートに逆流することを如何にして抑制するかについては考慮されていない。
特に、内燃機関を高い膨張比で運転させる際に、ピストンが下死点から上死点に上がるタイミングで吸気弁が遅閉じされるような場合は、タンブル流が強いほどシリンダ室内の混合気が吸気ポートに逆流しやすく、そのため、充填効率の低下が懸念される。また、一般的にシリンダヘッドは鋳造品でバルブシート等を機械加工にて形成するが、例えば、機械加工を利用して段差部を形成した場合、加工精度により段差部の位置にばらつきが生じる惧れがあり、鋳造時の型ずれが重なると段差部の高さまでばらつきが生じてしまう。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、シリンダ室内のタンブル流の強化を図りつつ混合気の吸気ポートへの逆流を抑制する上で有利な内燃機関の吸気構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の吸気構造は、吸気ポートのバルブシート上流側のシリンダ室の外周部寄りに位置する箇所に前記吸気ポートの内側に突出する凸部が設けられ、前記凸部は、前記凸部の頂点から吸気上流側に延びる上流案内面と、前記頂点から吸気下流側に延び中腹部で前記凸部の内部に窪む曲面を形成する下流案内面とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、下流案内面は、タンブル流によりシリンダ室から外周側壁部に案内されて吸気ポートに戻されようとする混合気を、外周側壁部から中心側壁部に案内する。この案内された混合気の流れにより、タンブル流によりシリンダ室から吸気ポートの上流側に戻されようとする混合気をせき止める。
したがって、シリンダ室内の混合気が吸気ポートに逆流することを抑制する上で有利となり、充填効率を高める上で有利となる。

第１の実施の形態に係る内燃機関の吸気構造の構造を示す断面図である。 シリンダ室、吸気ポート、排気ポートを吸気ポートの上流側から見た状態を示す図である。 図２のＡ−Ａ線断面で凸部を破断した断面図である。 シリンダ室の内側から吸気ポートに形成された凸部を見た説明図である。 第２の実施の形態においてシリンダ室、吸気ポート、排気ポートを吸気ポートの上流側から見た状態を示す図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関（エンジン）１０は、複数のシリンダ室１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４の上側に設けられたシリンダヘッド１６と、シリンダ室１２に配設されたピストン１８とを含んで構成されている。
燃焼室２０は、ピストン１８の上死点近傍で、シリンダ室１２の内周面１２０２とシリンダヘッド１６の下面１６０２とピストン１８の頂面１８０２とによって構成される。

シリンダヘッド１６には、２つの吸気ポート２２と、各吸気ポート２２を開閉する吸気弁２４と、２つの排気ポート２６と、各排気ポート２６を開閉する排気弁２８と、点火プラグ３０とが設けられている。
点火プラグ３０は、燃焼室２０のほぼ中央に位置するように、シリンダヘッド１６の下面１６０２に設けられている。
各吸気ポート２２は、インテークマニホールド３１に連通してシリンダ室１２の上方でシリンダ室１２の径方向に延在する上流部２２０２と、上流部２２０２に接続されシリンダ室１２側に湾曲された下流部２２０４を有している。
下流部２２０４の下流端に吸気バルブシート３２が装着され、吸気バルブシート３２に吸気弁２４が接触離間することで吸気ポート２２の開閉がなされる。

図１、図２に示すように、下流部２２０４のうち吸気バルブシート３２に対して上流側に隣接する部分３４は、シリンダ室１２の中心部側で半円弧状に延在する中心側壁部３４Ａと、シリンダ室１２の外周側で半円弧状に延在する外周側壁部３４Ｂとを有している。
図１、図３に示すように、各吸気ポート２２の外周側壁部３４Ｂに、タンブル流Ｔ１を生じさせるための凸部３６が吸気ポート２２の内側にそれぞれ突出形成され、符号３６１０は凸部３６の頂点を示している。
図１、図２、図３、図４に示すように、各凸部３６は、それぞれ上流案内面３６０２と、下流案内面３６０４とを備えている。
上流側案内面３６０２は、頂点３６１０から吸気上流側に延びている。
下流側案内面３６０４は、頂点３６１０から吸気下流側に延び中腹部で凸部３６の内部に窪む曲面を形成している。
図２、図４に示すように、吸気ポート２２の内部で吸気の上流側から見て、頂点３６１０は、吸気ポート２２の吸気の流れ方向に対し直交方向に直線状に延びている。

上流案内面３６０２は、吸気ポート２２からシリンダ室１２に流入する吸気がタンブル流Ｔ１を形成する傾斜で形成されている。
言い換えると、上流案内面３６０２は、吸気ポート２２を流れる吸気をシリンダ室１２の中央に向けるように形成されている。
上流案内面３６０２は、吸気ポート２２の壁面とは鈍角をなして連続状に接続されている。
下流案内面３６０４は、吸気弁２４の吸気工程時に、タンブル流Ｔ１によりシリンダ室１２から外周側壁部３４Ｂに案内されて吸気ポート２２に戻される混合気を、中心側壁部３４Ａに案内させ、混合気の吸気ポート２２の上流側への戻りを阻止するものである。
より詳細に説明すると、下流案内面３６０４の先端は、シリンダ室１２の中心部側で半円弧状に延在する中心側壁部３４Ａの部分に向けられている。
また、頂点３６１０は、上流案内面３６０２と下流案内面３６０４とが曲線にて接続される流線型となっている。

なお、シリンダヘッド１６の鋳造時、凸部３６は金型によって形成され、頂点３６１０および上流案内面３６０２は中子（金型）で形成され、下流案内面３６０４は、切削加工によって形成される。
したがって、簡単に凸部３６を製造でき、生産性向上を図る上で有利となる。
なお、切削加工により凸部３６の頂点３６１０を形成することも考えられるが、この場合、切削加工の精度により頂点３６１０の位置にばらつきが生じてしまう。また、切削加工はドリル等で行われるため、頂点３６１０を直線状に形成することができず、吸気をシリンダ室１２の中央に向けるタイミングが径方向でずれてしまいタンブル流Ｔ１の形成に影響を及ぼすことが考えられる。さらに、切削加工の端面はエッジとなってしまうため、エッジにより乱流が発生し、この乱流によってもタンブル流Ｔ１の形成に影響を及ぼすも考えられる。
よって、凸部３６を鋳造の金型で形成すると頂点３６１０を曲線にて接続される流線型にすることができる。さらに、切削加工によるエッジが頂点３６１０の下流側となるため、エッジによるタンブル流の形成への影響を小さくすることができる。

本実施の形態によれば次の作用効果が奏される。
下流案内面３６０４は、タンブル流Ｔ１によりシリンダ室１２から外周側壁部３４Ｂに案内されて吸気ポート２２に戻されようとする混合気を、外周側壁部３４Ｂから中心側壁部３４Ａに案内するので、この案内された混合気の流れＴ２により、タンブル流Ｔ１によりシリンダ室１２から吸気ポート２２の上流側に戻されようとする吸気をせき止める。
したがって、シリンダ室１２内の混合気が吸気ポート２２に逆流することを抑制する上で有利となり、充填効率を高める上で有利となる。

また、頂点３６１０は吸気ポート２２の吸気の流れ方向に対し直交方向に直線状に延在するので、凸部３６の上流案内面３６０２で吸気をシリンダ室１２内に導くタンブル流Ｔ１を形成すると共に、凸部３６の上流案内面３６０２で案内された吸気は頂点３６１０の延在方向において偏ることはなく、したがって、タンブル流Ｔ１を強化でき、吸気を効率よくシリンダ室１２内に導く上で有利となり、充填効率を高める上で有利となる。
また、上流案内面３６０２と吸気ポート２２の壁面とは鈍角をなして連続状に接続されているので、上流案内面３６０２によって吸気を偏向させることによりタンブル流Ｔ１を強化しつつ、上流案内面３６０２による抵抗を抑制し、吸気を効率よくシリンダ室１２内に導く上で有利となり、充填効率を高める上で有利となる。

なお、下流案内面３６０４を、タンブル流Ｔ１によりシリンダ室１２から外周側壁部３４Ｂに案内されて吸気ポート２２に戻されようとする混合気を、外周側壁部３４Ｂからこの外周側壁部３４Ｂに対向する吸気弁２４の背面２４０２に向けるように形成し、下流案内面３６０４と吸気弁２４の背面２４０２との間で旋回流を形成するようにしてもよい。この場合には、タンブル流Ｔ１によりシリンダ室１２から吸気ポート２２の上流側に戻されようとする吸気をこの旋回流でせき止め、シリンダ室１２内の混合気が吸気ポート２２に逆流することを抑制する上で有利となり、充填効率を高める上で有利となる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について図５を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
第２の実施の形態では、凸部３６が突出高さの異なる２つの頂点３６１０Ａ、３６１０Ｂを有している点が第１の実施の形態と異なっており、各凸部３６に上流側案内面３６０２と下流側案内面３６０４とが形成されている点は同様である。
詳細に説明すると、各凸部３６は、吸気ポート２２の上流側から見て、頂点３６１０Ａが直線状に延在する第１部分３６Ａと、頂点３６１０Ａよりも突出量が小さい頂点３６１０Ｂが直線状に延在する第２部分３６Ｂとを含んで構成されている。
各頂点３６１０Ａ、３６１０Ｂは、吸気ポート２２を流れる吸気の流れ方向に対して直交方向に延びている。
本実施の形態では、１つのシリンダ室１２に対して吸気ポート２２が２つ横に並んで設けられていることから、第１部分３６Ａは、各凸部３６の互いに離れた箇所に形成され、言い換えると、各凸部３６Ａ、３６Ｂの頂点３６１０Ａ、３６１０Ｂは外側より内側が低く形成され、各凸部３６Ａ、３６Ｂの形状は、シリンダ室１２の上方から見てそれら吸気ポート２２の間を中心として線対称の形状で形成されている。
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な効果が奏されると共に、２つの吸気ポート２２のシリンダ室１２の中央寄りの凸部３６の箇所に、第１部分３６Ａよりも突出量が小さい第２部分３６Ｂが形成されているので、吸気工程時、シリンダ室１２中央（奥行のある部分に）に向かうタンブル流Ｔ１を強化する上でより有利となる。

１０ 内燃機関
１２ シリンダ室
２２ 吸気ポート
３２ 吸気バルブシート
３４ 吸気バルブシートに対して上流側に隣接する部分
３６ 凸部
３６１０ 頂点
３６１０Ａ 頂点
３６１０Ｂ 頂点
３６０２ 上流案内面
３６０４ 下流案内面
Ｔ１ タンブル流
Ｔ２ 混合気の流れ

Claims (4)

1. 吸気ポートのバルブシート上流側のシリンダ室の外周部寄りに位置する箇所に前記吸気ポートの内側に突出する凸部が設けられ、
   前記凸部は、前記凸部の頂点から吸気上流側に延びる上流案内面と、
   前記頂点から吸気下流側に延び中腹部で前記凸部の内部に窪む曲面を形成する下流案内面とを備えている
   ことを特徴とする内燃機関の吸気構造。
2. 前記頂点は、前記吸気ポートを流れる吸気の流れ方向に対し直交方向に延びる
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気構造。
3. １つのシリンダ室に対して前記吸気ポートは２つ横に並んで設けられ、
   前記凸部は前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、
   前記各凸部の前記頂点は、外側より内側が低く形成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気構造。
4. 前記凸部の形状は、シリンダ室の上方から見てそれら吸気ポートの間を中心として線対称の形状で形成されている、
   ことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の吸気構造。

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