JP3718902B2 - エンジンの吸気ポート構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの吸気ポ−ト構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近のエンジンでは、１つの気筒に対して２つの吸気ポ−トを開口させて、各吸気ポ−トを別個の吸気弁によって個々独立して開閉するようにしたものが多くなっている（例えば実開昭６１−３３９５４号公報参照）。
【０００３】
上述のような２つの吸気ポ−トを有するものにおいて、気筒内に供給された吸気が、たがいに略平行なタンブル流となるように、吸気ポ−トの気筒に対する指向方向を設定したものも増加する傾向にある。このような吸気ポ−トは、シリンダヘッドの吸気マニホルド取付面側から気筒へ向けて伸びるようにシリンダヘッドに形成されるが、２つの吸気ポ−トの上流側部分は互いに合流した共通吸気ポ−トとされ、下流側部分がシリンダヘッドの隔壁によって互いに分岐された分岐吸気ポ−トとされることが多い。
【０００４】
前記タンブル流を効果的に形成するため、前記分岐吸気ポ−トには最狭断面積部が形成され、この最狭断面積部による絞り作用によって吸気流速を早めて、タンブル比つまりエンジン１回転あたりのタンブル流の回転数が極力大きくなるようにすることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
タンブル流を効果的に形成するためには、最狭断面積部を小さくして吸気流速を増大させることが望ましいが、この吸気流速の増大は吸気抵抗の増大となって、エンジン出力を十分確保する上で問題となる。
【０００６】
本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、吸気流速の増大と吸気抵抗の増大防止とを共に高い次元で満足できるようにしたエンジンの吸気ポ−ト構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明（請求項１に係る発明）にあっては、
シリンダヘッドに、それぞれ１つの気筒に開口するように互いに並列に２つの吸気ポ−トが形成され、
前記２つの吸気ポ−トは、該２つの吸気ポ−トの上流側部分において互いに合流した共通吸気ポ−トとされていると共に、該２つの吸気ポ−トの下流側部分においてシリンダヘッドの隔壁によって互いに分岐された分岐吸気ポ−トとされ、
前記２つの分岐吸気ポ−トが、気筒内へ供給された吸気が互いに略平行なタンブル流となるように気筒に対して指向され、
前記各分岐吸気ポ−トが、個々独立して吸気弁により開閉されるようにされたエンジンの吸気ポ−ト構造において、
前記分岐吸気ポ−トに、前記共通吸気ポ−トの軸線α１と前記吸気弁の弁軸との交点をＰ１としたとき、該交点Ｐ１付近から前記隔壁の上流端付近までの間の長さ範囲全体に渡って、ほぼ同一開口断面積の最狭断面積部が形成されていると共に、該交点Ｐ１付近から気筒への開口端となるスロート部へ向けて徐々に開口断面積が大きくなる拡大部が形成され、
前記最狭断面積部の長さが、前記拡大部の長さよりも大きくされている構成としてある。上記構成を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２〜請求項６に記載のとおりである。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明によれば、最狭断面積部の長さを十分長くして、吸気流速を早めることができ、気筒内においてタンブル流を効果的に形成する上で好ましいものとなる。また、最狭断面積部からスロ−ト部へ向けて徐々に開口断面積が大きくなる拡大部とされ、その拡大部に、長い最狭断面積部によって整流された吸気が導かれるので、吸気抵抗の増大を防止すること、つまりエンジン出力を十分確保する上で好ましいものとなる。さらに、上記拡大部を形成することにより、吸気弁が閉じるときに吸気流速が圧力に効果的に変換されて、充填効率の向上つまりエンジン出力を確保する上でも好ましいものとなる。
【０００９】
請求項２に記載したような構成とすることにより、請求項１に対応した効果を十分得るために、吸気ポ−トの下面内壁の形状設定が提供される。
【００１０】
請求項３に記載したような構成とすることにより、請求項１に対応した効果を十分得るために、吸気ポ−トの下流側部分における上面内壁の形状設定が提供される。
【００１１】
請求項４に記載したような構成とすることにより、シリンダ軸線方向から見たときの、２つの吸気ポ−トの全体的な曲がり形状の設定の具体的なものが提供される。
【００１２】
請求項５に記載したような構成とすることにより、シリンダヘッド取付用ボルトと隔壁との位置関係の設定の具体的なものが提供される。
【００１３】
請求項６に記載したような構成とすることにより、燃料噴射弁から噴射される噴霧の逃がし孔を共通吸気ポ−トのみに形成して、分岐吸気ポ−トに形成しないことにより、分岐吸気ポ−トに形成される最狭断面積部を長く確保する上で好ましいものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、火花点火式エンジンに本発明を適用した場合を示し、１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド１上面に固定されたシリンダヘッド、３はシリンダブロック１に形成された気筒１ａ内に摺動自在に嵌挿されたピストンであり、これ等１〜３によって燃焼室４が画成されている。
【００１５】
気筒１ａ内つまり燃焼室４内には、互いに並列に２つの吸気ポ−ト１１、１２、および互いに並列に２つの排気ポ−ト１３（一方の排気ポ−トは図示略）が開口されている。吸気ポ−ト１１、２は、それぞれ別個の吸気弁１４（一方の吸気弁は図示略）によって個々独立して開閉され、同様に、２つの排気ポ−トはそれぞれ別個の排気弁１５（一方の排気弁は図示略）によって、個々独立して開閉される。
【００１６】
吸気ポ−ト１１、１２は、および排気ポ−ト１３は、それぞれシリンダヘッド２に形成されている。吸気ポ−ト１１、１２は、シリンダヘッド２の吸気マニホルド取付面２ａから、クランク軸と略直交するようにして気筒１ａへ向けて伸び、排気ポ−ト１３は、気筒１ａから、クランク軸と略直交するようにして、シリンダヘッド２の排気マニホルド取付面（図示略で、吸気マニホルド取付面２ａとは反対側面に形成されている）に伸びている。なお、吸気弁１１、１２が離着座される弁座が符号１６で示され、この弁座１６部分が、実質的に吸気ポ−ト１１、１２の気筒１ａ内への開口端つまりスロ−ト部となり、かつ弁座１６の内径によって決定される開口面積が、吸気ポ−ト１１、１２におけるスロ−ト部の開口断面積となる。
【００１７】
図２にも示すように、吸気ポ−ト１１、１２は、その上流側が、所定長さに渡って互いに合流した共通吸気ポ−ト１０とされ、その下流側が、シリンダヘッド２に一体形成された隔壁５によって互いに分岐された分岐吸気ポ−ト１１Ａ、１２Ａとされている。各吸気ポ−ト１１、１２の外側面１１ａ、１２ａは、その上流側から下流側へ向けて、互いに徐々に近付くように形成された後、互いに徐々に離れるように形成されて、全体として弓なり形状とされている。
【００１８】
吸気ポ−ト１１、１２の外側面１１ａ、１２ａ直近には、シリンダヘッド２をシリンダブロック１に固定するためのシリンダヘッド取付用ボルト（のボルト孔）１７が位置されている。前記隔壁５の上流端は、ボルト１７よりも若干下流側に位置するようにされている。より具体的には、隔壁５は、前記弁座１６から吸気ポ−ト１１、１２の上流側へ向けて伸びているが、シリンダ軸線方向から見たとき、その上流端５ａの位置が、気筒１ａの内壁面とほぼ一致する位置（ピストン３の外周面とほぼ一致する位置）まで伸び、ボルト１７は、気筒１ａの内壁面よりもより径方向外方側に位置されている。
【００１９】
シリンダヘッド２の取付面２ａには、吸気マニホルド１８が固定されて、共通吸気ポ−ト１０に連なっている。この吸気マニホルド１８の下流側端部上部には、燃料噴射弁１９が取付けられている。燃料噴射弁１９は、２噴孔式とされて、各分岐吸気ポ−ト１１Ａ、１２Ａに分かれて噴射を行うようにされているが、各分岐吸気ポ−ト１１Ａ、１２Ａ毎に燃料噴射弁を設けることもできる。
【００２０】
共通吸気ポ−ト１０の取付面２ａ側の開口断面積は、吸気マニホールド１８の開口断面積よりも若干大きくされており、共通吸気ポ−ト１０の上面内壁には、逃がし凹部２０が形成されている。この逃がし凹部２０は、燃料噴射弁１９から噴射された噴霧との干渉防止のためであり、共通吸気ポ−ト１０部分において、分岐吸気ポ−ト１１Ａ、１２Ａに対応して２つ形成されているが、分岐吸気ポ−ト１１Ａ、１２Ａには形成されていない。
【００２１】
燃料噴射弁１９からの噴霧指向方向中心線は、図１矢印Ｙで示すように、吸気弁１４の中心よりも下側（分岐吸気ポ−ト１１、１２の下面内壁側寄り）とされて、分岐吸気ポ−ト１１、１２の上面内壁には、逃がし凹部２０が存在しなくても噴霧が極力付着しないようにされている。
【００２２】
次に、図３以下をも参照しつつ、吸気ポ−ト１１、１２についてより詳細に説明する。まず、吸気ポ−ト１１、１２は、その断面形状が、図３〜図５に示すように変化され、互いに同じような開口断面積の設定とされている。この図３〜図５において、一点鎖線で示すのは、従来からの吸気ポ−ト内壁面に相当するものである。
【００２３】
吸気ポ−ト１１、１２は、その上流側から下流側へ向けて、開口断面積が図７実線で示すように変化されている。すなわち、上流側端となる取付面２ａ側から徐々に開口断面積が小さくされていき、隔壁５部分からはほぼ同一の開口断面積とされ、その後、弁座１６へ向けて徐々に開口断面積が大きくなるように形成されている。図６、図７において、Ｌ１で示す部分は、実質的に最狭断面積部となるものであり、またＬ２で示す部分が、最狭断面積部から徐々に開口断面積が大きくされる拡大部とされる。
【００２４】
図７に示す開口断面積は、吸気弁１４の配置状態のものである。実施例では、吸気弁１４のガイド部材２１（図１参照）が若干分岐吸気ポ−ト１１Ａ、１２Ａに突出されている関係上、図７の開口断面積は、吸気弁１４の弁軸１４ａおよびガイド部材２１の容積分が加味された値となる。最狭断面積部Ｌ１は、その平均開口断面積に対して±３％前後の誤差の範囲（実施例は±２．７％の誤差範囲）とするのが好ましい。そして、最狭断面積部Ｌ１の長さは、拡大部Ｌ２の長さに比して十分大きくされ、拡大部Ｌ２の長さの２倍以上、好ましくは３倍以上の大きさとするのがよい。
【００２５】
この図７において、破線および一点鎖線で示すものは、比較例であり、それぞれ弁座１６の開口断面積が本発明実施例と同じとなるように設定されている。破線で示す比較例１は、吸気抵抗低減のために、全体として、実施例の場合よりも開口断面積を大きくされ、最狭断面積部が実施例よりもかなり短くされ、しかも最狭断面積部から下流側部分の開口断面積が、一旦徐々に大きくなるように変化された後、徐々に小さくなるように設定されている。この比較例１のものでは、流量係数が０．５２であって吸気抵抗は小さいものの、タンブル比が１．０と小さいものになり（吸気流速が小さい）、十分なタンブル流を生成する上では十分満足のいかないものとなる。
【００２６】
また、比較例２では、吸気流速を大きくするために、開口断面積を全体的に実施例よりも小さく設定してあり、最狭断面積部Ｌ３は、実施例よりもかなり短くされ、拡大部が最狭断面積部よりもかなり長いものとされている。この比較例２では、タンブル比は１．２というように大きくなる（吸気流速大）ものの、流量係数が０．５と小さくなってしまう。
【００２７】
これに対して実施例のものでは、タンブル比が１．２で、かつ流量係数が０．５２というように、比較例２における大きな吸気流速の確保と、比較例１における大きな流量係数とを共に得ることができる。このように、実施例において、大きな吸気流速と大きな流量係数とが得られるのは、長い最狭断面積部Ｌ１による整流作用によって、吸気流速を早めつつも、流量係数を大きく低下させないためと思考される。そして、最狭断面積部からスロ−ト部に向けて徐々に開口断面積が大きくされることにより、上記整流された吸気がスム−ズに気筒１ａ内に供給されるため、流量係数の低下がより一層防止されるものと思考される。
【００２８】
前述のような最狭断面積部をＬ１というように長く確保し、かつ徐々に開口断面積が大きくなる拡大部Ｌ２を短くするには、従来の吸気ポ−トの設計手法では不可能である。すなわち、従来は、弁座１６から上流側部分が、かなり長い範囲に渡って、上面内壁および下面内壁がそれぞれ略同一の中心を有する円弧状とされており、このような手法によると、最狭断面積部Ｌ１を十分長く確保することが難しくなり、また拡大部Ｌ２もかなり長くなってしまうことになる。
【００２９】
ここで、図６を参照しつつ、最狭断面積部Ｌ１を十分長く、かつ拡大部Ｌ２を十分短くするための具体的な手法について説明する。まず、吸気ポ−ト１１、１２は、共通吸気ポ−ト１０部分においてはその軸線α１がほぼ直線状とされている。そして、隔壁５の上流端から下流側部分つまり分岐吸気ポ−ト１１Ａ、１２Ａ部分の軸線α２が、わずかに下方へ湾曲したほぼ円弧状とされている。共通吸気ポ−ト１０の軸線α１の延長線が、α２よりも上方に位置して破線で示されるα３として示される。
【００３０】
前記共通吸気ポ−ト１０の軸線α１（の延長線となるα３）と弁軸１４ａとの交点がＰ１で示される。この交点Ｐ１と吸気ポ−ト１１、１２のうち弁座１６直近の下面内壁とを結ぶ交線がβ１で示される。上記α１と弁軸１４ａとのなす角度（入射角度）がθ１で示される。上記交線β１と弁座１６の上面とのなす角度がθ２で示される。
【００３１】
以上のような前提において、θ１は、５０度以下となるように設定される（タンブル流の生成のための気筒１ａに対する指向方向の設定で、実施例では約４５度）と共に、θ２よりも大きくなるように設定されている。また、弁軸１４ａ方向において、交点Ｐ１と弁座１６上面との長さが、拡大部Ｌ２として短くされている。このＬ２の具体的な寸法は、弁座１６の内径の１／３以下となるように設定されている。
【００３２】
また、吸気ポ−ト１１、１２を図６のように側方から見たとき、その下面内壁３１は、取付面２ａからほぼ弁座１６まで直線状とされ、弁座１６直近において上に凸となるように円弧状とされているが、この円弧状部分は面取り程度の極めてわずかの長さしか有しないものとされている。
【００３３】
一方、吸気ポ−ト１１、１２の上面内壁のうち、吸気弁取付孔３２より下流側部分は、弁座１６から上流側へ前記Ｌ２分だけ上に凸となるように円弧状に湾曲されているが、この湾曲部分から上記取付孔３２へかけては、ほぼ直線状となるように形成されている。このように、吸気ポ−ト１１、１２は、従来のものに比して、全体として極力直線状となるように形成されて、弁座１６付近での曲がり部分が極力短くなるようにされている。すなわち、前記交点Ｐ１は、従来のものに比して、かなり弁座１６側へ寄った位置とされて、いわゆる入射高さとなる拡大部Ｌ２部分が短くされている。そして、上記交点Ｐ１付近から隔壁５の上流端５ａ付近の長い範囲に渡って、最狭断面積部Ｌ１とされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す側面断面図。
【図２】図１に示す吸気ポ−トの簡略平面図。
【図３】図６のＸ３−Ｘ３線相当断面図。
【図４】図６のＸ４−Ｘ４線相当断面図。
【図５】図６のＸ５−Ｘ５線相当断面図。
【図６】吸気ポ−トの詳細を示す側面図。
【図７】本発明と比較例との開口断面積の設定を示す図。
【符号の説明】
１：シリンダブロック
１ａ：気筒
２：シリンダヘッド
２ａ：吸気マニホルド取付面（吸気ポ−トの上流端）
５：隔壁
５ａ：上流端
１０：共通吸気ポ−ト
１１：吸気ポ−ト
１１ａ：外側面
１１Ａ：分岐吸気ポ−ト
１２：吸気ポ−ト
１２ａ：外側面
１２Ａ：分岐吸気ポ−ト
１４：吸気弁
１４ａ：弁軸
１６：弁座（スロ−ト部）
１７：ボルト（ボルト孔）
１９：燃料噴射弁
２０：逃がし凹部
３１：下面内壁
３２：吸気弁取付孔
３３：上面内壁
Ｌ１：最狭断面積部
Ｌ２：拡大部

Claims (6)

1. シリンダヘッドに、それぞれ１つの気筒に開口するように互いに並列に２つの吸気ポ−トが形成され、
   前記２つの吸気ポ−トは、該２つの吸気ポ−トの上流側部分において互いに合流した共通吸気ポ−トとされていると共に、該２つの吸気ポ−トの下流側部分においてシリンダヘッドの隔壁によって互いに分岐された分岐吸気ポ−トとされ、
   前記２つの分岐吸気ポ−トが、気筒内へ供給された吸気が互いに略平行なタンブル流となるように気筒に対して指向され、
   前記各分岐吸気ポ−トが、個々独立して吸気弁により開閉されるようにされたエンジンの吸気ポ−ト構造において、
   前記分岐吸気ポ−トに、前記共通吸気ポ−トの軸線α１と前記吸気弁の弁軸との交点をＰ１としたとき、該交点Ｐ１付近から前記隔壁の上流端付近までの間の長さ範囲全体に渡って、ほぼ同一開口断面積の最狭断面積部が形成されていると共に、該交点Ｐ１付近から気筒への開口端となるスロート部へ向けて徐々に開口断面積が大きくなる拡大部が形成され、
   前記最狭断面積部の長さが、前記拡大部の長さよりも大きくされている、
   ことを特徴とするエンジンの吸気ポ−ト構造。
2. 請求項１において、
   前記吸気ポ−トを側方から見たとき、その下面内壁が、前記スロ−ト部直近までほぼ直線状として形成されている、
   ことを特徴とするエンジンの吸気ポ−ト構造。
3. 請求項２において、
   前記吸気ポ−トを側方から見たとき、その上面内壁が、シリンダヘッドに形成された前記吸気弁の取付孔から前記スロ−ト部に向けて、ほぼ直線状とされた直線状部と、該直線状部から上に凸となるように円弧状に湾曲された円弧状部として形成され、
   前記直線状部の長さが、前記円弧状部の長さよりも大きくされている、
   ことを特徴とするエンジンの吸気ポ−ト構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   シリンダ軸線方向から見たとき、前記共通吸気ポートから前記分岐吸気ポ−トの外側面が、その上流側から下流側へ向けて、徐々に近付いた後徐々に離れるように形成されている、
   ことを特徴とするエンジンの吸気ポ−ト構造。
5. 請求項４において、
   前記共通吸気ポ−トの外側直近に、シリンダヘッド取付用ボルトが位置され、
   前記ボルトよりも下流側において前記隔壁が形成されている、
   ことを特徴とするエンジンの吸気ポ−ト構造。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、
   前記共通吸気ポ−トの上壁部分に、燃料噴射弁からの噴霧の逃がし凹部が形成され、
   前記分岐吸気ポ−トには、前記逃がし凹部が形成されていない、
   ことを特徴とするエンジンの吸気ポ−ト構造。

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