JP4198037B2

JP4198037B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP4198037B2
Application number: JP2003401393A
Authority: JP
Inventors: 宣久神宮
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JP2004076744A

Description

本発明は、内燃機関に関し、特にその吸気ポート形状に関する。

従来の内燃機関において、吸気ポートは、特許文献１などに示されるように、下流側（燃焼室）側を緩やかに傾斜させ、上流側（吸気管側）を更に緩やかにして略水平にしている。
すなわち、シリンダヘッド下面に対する吸気ポートの傾斜角が大のものをハイポート、小のものをローポート、略０のものを水平ポートと呼ぶと、従来の一般的な吸気ポートは、下流側がローポート、上流側が水平ポートとなっている。
実開平７−２５２３６号公報

しかしながら、このような吸気ポート形状であると、次のような問題点があった。
下流側がローポートとなっているので、筒内で排気弁側へ流れる量が多くなり、筒内のタンブル流を強化できる利点はあるものの、一方でトルク出力を確保するためには、吸気管に十分な通路長さが必要になるが、上流側が水平ポート又はローポートであると、限られた車載スペースの中で吸気管を曲げて通路長さを確保する際に、吸気管の曲がりをきつく（曲げアールを小さく）、また曲がりを複数設ける必要があり、吸気抵抗を増大させたり、車載レイアウトに支障をきたすことがある。

また、直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を設ける場合、燃料噴射弁は吸気ポート（吸気弁）近傍で、吸気ポートより燃焼室周縁部側に配置するのがよく、特に、１気筒に２本の吸気ポートを備える場合は、２本の吸気ポート間に配置するのがよいが、燃料噴射弁又はその取付孔が上流側の水平ポート又はローポートと干渉し、燃料噴射弁の配置が困難となることがある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、筒内のタンブル流を強化しつつ、吸気通路長さを十分に確保でき、また直噴用の燃料噴射弁の配置も容易にすることを目的とする。

このため、請求項１に係る発明では、直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を、シリンダヘッドに上流側がシリンダ軸線から離れるように傾斜させて形成される吸気ポート近傍で、吸気ポートより燃焼室周縁部側に配置し、前記吸気ポートをその途中で屈曲させ、シリンダヘッド下面に対する吸気ポートの傾斜角を、吸気ポート下流側が燃料噴射弁に近づくように、吸気ポート下流側で小さくし、吸気ポート上流側が燃料噴射弁から離れる方向に吸気ポート上流側で大きくしたことを特徴とする。
すなわち、吸気ポート下流側（燃焼室側）をローポート、吸気ポート上流側（吸気管側）をハイポートにするのである。

請求項２に係る発明では、シリンダヘッドの、燃料噴射弁を装着するための燃料噴射弁取付孔が開口する燃料噴射弁取付面が、吸気管を接続するための吸気ポート開口面に比べて吸気流れ方向において奥まるようにして設けられ、前記吸気ポートが屈曲する屈曲部が、前記燃料噴射弁取付孔の開口部近傍に位置することを特徴とする。
請求項３に係る発明では、１気筒に２本の吸気ポートを備え、燃料噴射弁を、２本の吸気ポート間に配置したことを特徴とする。

請求項４に係る発明では、下流側の傾斜角小の部分（ローポート）の長さを、上流側の傾斜角大の部分（ハイポート）の長さより、長くしたことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、吸気ポート下流側（燃焼室側）をローポートにすることで、筒内のタンブル流を強化でき、燃焼速度を高めて、燃焼性能を向上させることができる一方、吸気ポート上流側（吸気管側）についてはハイポートにすることで、吸気ポートの長さを確保できると共に、限られた車載スペースの中で吸気管を比較的大きな曲げアールで曲げるだけで、十分な通路長さを確保できるようになる。

また、直噴用の燃料噴射弁を、吸気ポート近傍で、吸気ポートより燃焼室周縁部側に配置しても、吸気ポート上流側がハイポートであるので、燃料噴射弁と吸気ポートとの干渉を防止できる。
請求項２に係る発明によれば、特に燃料噴射弁取付孔のレイアウト及び加工が容易となる。
請求項３に係る発明によれば、直噴用の燃料噴射弁を、２本の吸気ポート間に配置しても、吸気ポート上流側がハイポートであるので、燃料噴射弁と吸気ポートとの干渉を防止できる。

請求項４に係る発明によれば、下流側のローポート部分の長さを、上流側のハイポート部分の長さより、長くすることで、筒内のタンブル流をより十分に強化することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、直噴火花点火式内燃機関の例である。
図１は吸気ポートの軸線に沿うシリンダヘッドの縦断面図、図２は燃料噴射弁取付孔の軸線に沿うシリンダヘッドの縦断面図、図３は吸気管取付状態を示すシリンダヘッドの縦断面図、図４は図１のＸ矢視図である。

シリンダヘッド１には、その下面中央部の凹部により燃焼室２が形成されている。
また、シリンダヘッド１には、燃焼室２に連ねて、２本ずつ吸気ポート３，３及び排気ポート４，４が形成され、それぞれの燃焼室開口部に吸気弁及び排気弁が装着されるようになっている。尚、５は吸気弁取付孔、６は排気弁取付孔である。
また、シリンダヘッド１には、燃焼室２の略中心部に位置させて、点火栓取付孔７が形成され、ここに点火栓が装着されるようになっている。

また、シリンダヘッド１には、吸気ポート３，３の近傍に、詳しくは、２本の吸気ポート３，３間で、吸気ポート３，３より燃焼室２周縁部側に、燃料噴射弁取付孔８が形成され、ここに燃料噴射弁が装着されるようになっている。燃料噴射弁は、この燃料噴射弁取付孔８に取付られて、燃焼室２内に直接、斜め下向きに燃料を噴射するようになっている。噴射時期は、均質燃焼の場合は吸気行程、成層燃焼の場合は圧縮行程に設定される。

ここで、各吸気ポート３は、燃焼室２に対し斜め下向きに形成されるが、その途中（図示Ａ点）で屈曲させ、シリンダヘッド１下面に対する吸気ポート３の傾斜角を吸気ポート下流側（燃焼室２側）で小さくし、吸気ポート上流側（吸気管９側）で大きくしてある。
すなわち、吸気ポート３下流側（燃焼室２側）でのポート傾斜角をθ１、吸気ポート３上流側（吸気管９側）でのポート傾斜角をθ２とすると、θ１＜θ２としてある。

言い換えれば、シリンダヘッド１下面に対する吸気ポート３の傾斜角が大のものをハイポート、小のものをローポートと呼ぶと、吸気ポート３下流側（燃焼室２側）をローポートＬＰ、吸気ポート３上流側（吸気管９側）をハイポートＨＰにしてある。
また、下流側のローポートＬＰの部分の長さを、上流側のハイポートＨＰの部分の長さより、長くしてある。

そして、吸気ポート３に接続される吸気管（吸気マニホールド）９は、図３に示されるように、ハイポートＨＰに連ねて、斜め上方へ伸ばした後、比較的大きな曲げアールで下方に曲げることで、車載制約線Ｌの中で、必要な通路長さを確保するようにしてある。
次に作用を説明する。
吸気ポート３下流側（燃焼室２側）をローポートＬＰにしたことにより、図３に示されるように、筒内で排気弁側へ流れる量が多くなり、筒内でのタンブル流を強化できる。

図６はポート傾斜角とタンブル強さとの関係を示したもので、ローポートにする程、タンブル流を強化できる。
そして、タンブル流の強化により、燃焼速度を高めて、燃焼性能を向上させることができる。
また、下流側のローポートＬＰの部分の長さを、上流側のハイポートＨＰの部分の長さより、長くすることで、筒内のタンブル流をより十分に強化することができる。

一方、吸気ポート３上流側（吸気管９側）をハイポートＨＰにすることで、吸気ポート３の長さを確保できると共に、限られた車載スペースの中で吸気管９を比較的大きな曲げアールで曲げるだけで、通路長さを確保できるようになる。
すなわち、図３の車載制約線Ｌの中で、吸気管９を斜め上方へ伸ばした後、比較的大きな曲げアールで下方に曲げるだけで、必要な通路長さを確保できる。これに対し、上流側もローポートの場合は、図３の点線Ｂのごとくとなり、通路長さが短くなってしまう。

また、直噴用の燃料噴射弁（燃料噴射弁取付孔８）を配置する際に、吸気ポート３上流側（吸気管９側）がハイポートであれば、燃料噴射弁から離れる方向になるので、図４に示すように、燃料噴射弁取付孔８のレイアウト及び加工が容易となる。
これに対し、吸気ポート上流側（吸気管側）がローポート（３’）の場合は、燃料噴射弁に近づく方向になるので、図５に示すように、燃料噴射弁取付孔８のレイアウト及び加工が困難となる。

本発明の実施の一形態を示す吸気ポートの軸線に沿うシリンダヘッドの縦断面図燃料噴射弁取付孔の軸線に沿うシリンダヘッドの縦断面図吸気管取付状態を示すシリンダヘッドの縦断面図図１のＸ矢視図図４と対比して従来例の問題点を示す図ポート傾斜角とタンブル強さとの関係を示す図

符号の説明

１シリンダヘッド
２燃焼室
３吸気ポート
４排気ポート
５吸気弁取付孔
６排気弁取付孔
７点火栓取付孔
８燃料噴射弁取付孔
９吸気管

Claims

直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を、シリンダヘッドに上流側がシリンダ軸線から離れるように傾斜させて形成される吸気ポート近傍で、吸気ポートより燃焼室周縁部側に配置し、前記吸気ポートをその途中で屈曲させ、シリンダヘッド下面に対する吸気ポートの傾斜角を、吸気ポート下流側が燃料噴射弁に近づくように、吸気ポート下流側で小さくし、吸気ポート上流側が燃料噴射弁から離れる方向に吸気ポート上流側で大きくしたことを特徴とする内燃機関。
シリンダヘッドの、燃料噴射弁を装着するための燃料噴射弁取付孔が開口する燃料噴射弁取付面が、吸気管を接続するための吸気ポート開口面に比べて吸気流れ方向において奥まるようにして設けられ、前記吸気ポートが屈曲する屈曲部が、前記燃料噴射弁取付孔の開口部近傍に位置することを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
１気筒に２本の吸気ポートを備え、燃料噴射弁を、２本の吸気ポート間に配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関。
下流側の傾斜角小の部分の長さを、上流側の傾斜角大の部分の長さより、長くしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関。