JP4306660B2

JP4306660B2 - 内燃機関の吸気ポート構造

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Publication number: JP4306660B2
Application number: JP2005244068A
Authority: JP
Inventors: 茂樹木野村; 博樹永渕; 裕靖小山; 義男武者
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: JP2007056794A

Description

本発明は、内燃機関の吸気ポート構造に関し、詳しくは、断熱構造を有する吸気ポート構造に関する。

従来、内燃機関に吸入される空気の温度上昇を抑制するため、吸気ポートに断熱構造を設けることが提案されている。例えば、特許文献１には、吸気ポートにシリンダヘッドよりも熱伝導率の低い材料からなるポートライナを嵌め込んだ構造が記載されている。この構造によれば、ポートライナの断熱効果によって、シリンダヘッドから吸気ポート内の吸入空気への伝熱を抑制できるとされている。

また、特許文献２には、シリンダヘッドと吸気マニホールドとを断熱ガスケットを介して接合し、シリンダヘッドの断熱ガスケットとの接合面、及び、吸気マニホールドの断熱ガスケットとの接合面のそれぞれに、空気の流通が可能な空隙を形成した構造が記載されている。この構造によれば、空隙内の空気が断熱材として機能し、シリンダヘッドから吸気マニホールドへの伝熱を抑制できるとされている。
特開２００４−２０４７９６号公報実開昭６３−１４０１５４号公報特開２００３−５６３９９号公報特開平１０−３０６７１６号公報実開昭６３−１３６２４１号公報

内燃機関における吸入空気の充填効率を高めるためには、吸入空気の温度上昇は可能な限り抑制したい。上記特許文献１に記載の構造によれば、ポートライナの形成材料としてより熱伝導率の低いものを選択すれば、より高い断熱効果を得ることができると考えられる。

しかしながら、強度、耐久性、加工性等の要求からポートライナの形成材料として使用可能な材料は限られている。熱伝導率の極めて低い材料であっても、内燃機関の構成部材として要求される条件を満たさない材料は、ポートライナの形成材料として使用することはできない。このため、材料の選択による断熱効果の向上には限界がある。

一方、上記特許文献２に記載の構造では、空隙内の空気を断熱材として利用している。空気の熱伝導率は金属や樹脂に比較して極めて低いため、少なくとも空隙内での伝熱は効果的に抑制される。この構造によれば、空隙の大きくしたり、形成する空隙の数を多くしたりすることで、より高い断熱効果を得ることができると考えられる。

しかしながら、シリンダヘッドと吸気マニホールドの接合部の強度を考慮すると、空隙の大きさや形成できる空隙の数には限度がある。このため、空隙が形成されていない部分では、シリンダヘッドの熱が吸気マニホールドへ直接伝熱されることになり、吸気マニホールドの温度上昇を招くことになる。つまり、上記特許文献２に記載の構造では、断熱効果の高い空気を十分に活用できているとは言えない。

以上のように、従来提案されている何れの吸気ポート構造も、シリンダヘッドから吸気ポート内への伝熱の抑制の面において、未だ改良の余地を残すものであった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高い断熱効果により吸気温の上昇を抑制することが可能な、内燃機関の吸気ポート構造を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、
内燃機関の燃焼室に吸入空気を導入する吸気ポートの構造であって、
前記内燃機関のシリンダヘッドに形成され、前記シリンダヘッドの外面に開口する吸気導入口と、前記燃焼室に開口する吸気弁口とを接続する吸気通路と、
前記吸気通路内に配置された、前記シリンダヘッドよりも熱伝導率の低い材質からなる断熱スリーブと、を含み、
前記断熱スリーブの内周面により前記吸気ポートの内壁面の少なくとも一部が構成され、
前記断熱スリーブの外周面と前記シリンダヘッドとの間には、前記断熱スリーブの外周を取り囲むように空間が設けられていることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記空間を前記吸気ポートの内部に連通させる連通路を備えることを特徴としている。

第３の発明は、第１の発明において、
前記空間を前記吸気ポートの外部に連通させる連通路を備えることを特徴としている。

第４の発明は、第１の発明において、
前記空間内には、内部を真空に保たれた断熱部材が配置されていることを特徴としている。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記吸気通路は、前記吸気導入口寄りに形成された大径路と、前記吸気弁口寄りに形成された小径路とを有し、
前記断熱スリーブは、前記吸気導入口から前記大径路内に挿入されて前記吸気ポートの前記吸気導入口寄りの内壁面を構成し、
前記小径路は、前記吸気ポートの前記吸気弁口寄りの内壁面を構成していることを特徴としている。

第６の発明は、第５の発明において、
前記シリンダヘッドには、前記吸気導入口を塞ぐように吸気マニホールドが取り付けられ、
前記断熱スリーブは、筒状のスリーブ部と、前記スリーブ部の前記吸気導入口側の端部に設けられたフランジ部とを有し、前記スリーブ部を前記吸気導入口から前記大径路内に挿入され、前記フランジ部を前記シリンダヘッドと前記吸気マニホールドとに挟まれて固定されていることを特徴としている。

第７の発明は、第６の発明において、
前記フランジ部はシール性を有する材質からなり、前記フランジ部によって前記シリンダヘッドと前記吸気マニホールドとの接続面がシールされていることを特徴としている。

第８の発明は、第５の発明において、
前記シリンダヘッドには、前記吸気導入口を塞ぐように吸気マニホールドが取り付けられ、
前記断熱スリーブは、前記吸気マニホールドに一体的に形成されていることを特徴としている。

第９の発明は、第５乃至第８の何れか１つの発明において、
前記大径路と前記小径路とを接続する壁面と、前記断熱スリーブの前記吸気弁口側の端部との間には隙間が設けられていることを特徴としている。

第１０の発明は、第９の発明において、
前記大径路の底部と前記小径路の底部とを接続する壁面は、前記大径路側から前記小径路側に向けて下方に傾斜するように形成されていることを特徴としている。

第１１の発明は、第９の発明において、
前記隙間はシール性のある弾性部材で塞がれていることを特徴としている。

第１２の発明は、第５乃至第１１の何れか１つの発明において、
前記シリンダヘッドには、前記吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁が取り付けられ、
前記断熱スリーブは、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が直接当たることがないように前記吸気導入口側の端部から前記吸気弁口側の端部までの長さを設定されていることを特徴としている。

第１３の発明は、第１２の発明において、
前記断熱スリーブは、前記吸気ポートの底部となる側よりも前記吸気ポートの天井部となる側の方が前記吸気導入口側の端部から前記吸気弁口側の端部までの長さを長く形成されていることを特徴としている。

第１４の発明は、第５乃至第１３の何れか１つの発明において、
前記断熱スリーブの前記吸気ポートの底部となる側は、前記断熱スリーブの本体に対して可動可能な可動板として構成され、
前記可動板は、前記吸気導入口側の端部を前記断熱スリーブの本体に回転可能に支持され、前記吸気弁口側の端部を前記吸気ポートの内側に向けて回動することで前記吸気ポートの断面の一部を開閉可能に構成されていることを特徴としている。

第１５の発明は、第１４の発明において、
前記吸気通路は、１つの前記吸気導入口と複数の前記吸気弁口とを接続しており、
前記可動板は、前記吸気弁口毎に設けられて互いに独立して可動可能に構成されていることを特徴としている。

第１６の発明は、第１４又は第１５の発明において、
前記可動板の外側面には、前記可動板の閉状態で前記大径路の表面に接触し、前記可動板と前記大径路との隙間を一定に保つためのストッパが設けられていることを特徴としている。

第１の発明によれば、吸気ポートの内壁面を構成する断熱スリーブの外周面とシリンダヘッドとの間には、断熱スリーブの外周を取り囲むように空間が設けられているので、空間内の空気が極めて断熱効果の高い断熱層となり、シリンダヘッドから断熱スリーブへの熱の伝導は防止される。しかも、断熱スリーブはシリンダヘッドよりも熱伝導率の低い材質からなるので、断熱スリーブの外周面から内周面側への熱の伝導は抑制されている。したがって、第１の発明によれば、シリンダヘッドから吸気ポート内への伝熱を効果的に抑制することができ、吸気温の上昇を抑えることができる。

また、第２の発明及び第３の発明によれば、断熱スリーブの外周を取り囲む空間は密閉空間ではなく、連通路によって吸気ポートの内部或いは外部に連通しているので、空間内の温度が変化して空気が膨張／収縮した場合であっても、空間の容積は一定に保たれる。つまり、第２の発明及び第３の発明によれば、空間内の空気の膨張／収縮によってシリンダヘッドや断熱スリーブに破損や変形が生じることを防止することができる。

第４の発明によれば、内部を真空に保たれた断熱部材による断熱効果は、同じ厚みの空気層による断熱効果よりもさらに高いので、高い断熱効果を実現しながらも断熱スリーブの外周面とシリンダヘッドとの隙間を薄くすることができ、コンパクトな吸気ポート構造を得ることができる。

第５の発明によれば、吸気導入口寄りの内壁面は断熱スリーブによって構成し、吸気弁口寄りの内壁面はシリンダヘッドによって構成することで、シリンダヘッドから吸気ポート内への伝熱を抑制しつつ、吸気ポートの剛性を確保することができる。また、第５の発明によれば、吸気導入口から吸気通路の大径路内に断熱スリーブを挿入するだけで、断熱スリーブをシリンダヘッドに容易に装着することができる。

第６の発明によれば、断熱スリーブを確実にシリンダヘッドに固定しつつ、シリンダヘッドと吸気マニホールドとの間に断熱材からなるフランジ部が介在することで、シリンダヘッドから吸気マニホールドへの熱の伝導も抑制することができる。

第７の発明によれば、フランジ部自体がシリンダヘッドと吸気マニホールドとの接続面をシールするシール材（ガスケット）となるので、シリンダヘッドとフランジ部との間や、吸気マニホールドとフランジ部との間に設けるシール材を省略することができる。つまり、部品点数を削減することができる。

第８の発明によれば、断熱スリーブが吸気マニホールドに一体的に形成されることで、部品点数が削減される。また、断熱スリーブのシリンダヘッドへの組み付け精度を向上させることができる。

第９の発明によれば、吸気通路の大径路と小径路とを接続する壁面と、断熱スリーブの吸気弁口側の端部との間に隙間が設けられることで、シリンダヘッドと断熱スリーブの熱膨張の差は、この隙間によって吸収される。したがって、第９の発明によれば、シリンダヘッドや断熱スリーブが熱膨張した場合でも、その熱膨張の差によって断熱スリーブに過大な応力が加わることを防止することができる。

第１０の発明によれば、大径路の底部と小径路の底部とを接続する壁面は、大径路側から小径路側に向けて下方に傾斜しているので、前記隙間から断熱スリーブの外周を取り囲む空間に浸入した燃料は、前記壁面を通って小径路へ流れ出す。したがって、第１０の発明によれば、空間内に溜まった燃料によってシリンダヘッドから断熱スリーブへの熱伝導率が上昇してしまうことを防止することができる。

第１１の発明によれば、シール性のある弾性部材によって前記隙間がシールされることで、断熱スリーブの外周を取り囲む空間への燃料の浸入は防止される。したがって、第１１の発明によれば、空間内に溜まった燃料によってシリンダヘッドから断熱スリーブへの熱伝導率が上昇してしまうことを防止することができる。また、前記隙間を塞いでいるのは弾性部材であるので、シリンダヘッドと断熱スリーブとの熱膨張の差は、弾性部材の弾性変形によって吸収することができる。

第１２の発明によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料は、断熱スリーブに直接当たることなく高温のシリンダヘッドに当たって霧化する。これより、シリンダヘッドから吸気ポート内への伝熱を抑制しつつ、断熱による燃料霧化の悪化を防止することができる。

第１３の発明によれば、断熱スリーブの吸気ポートの天井部となる側は、吸気導入口側端部から吸気弁口側端部までの長さを吸気ポートの底部となる側よりも長く形成されているので、その分、シリンダヘッドから吸気ポート内への伝熱は抑制される。また、燃料噴射弁から噴射された燃料は吸気ポートの天井部には直接当たらないので、断熱スリーブの吸気ポートの天井部となる側を長くしても燃料霧化が悪化することはない。したがって、第１３の発明によれば、断熱による燃料霧化の悪化を防止しつつ、シリンダヘッドから吸気ポート内への伝熱をより効果的に抑制することができる。

第１４の発明によれば、可動板を回動させて吸気ポートの断面の一部を開閉することで、燃焼室内のタンブル流を制御することができる。また、可動板は断熱スリーブの一部を構成しており、閉状態でもシリンダヘッドとは直接接触していない。したがって、第１４の発明によれば、可動板が閉状態のときのシリンダヘッドから可動板への熱の伝導は、シリンダヘッドと可動板との間の空気層によって防止されるので、可動板の閉状態ではシリンダヘッドから吸気ポート内への伝熱を抑制することができ、吸気温の上昇を抑えることができる。

第１５の発明によれば、可動板を吸気弁口毎に回動させることで、燃焼室内のタンブル流の制御に加え、スワール流の制御も可能になる。また、スワール制御時、閉状態にある可動板とシリンダヘッドとの間には空気層が形成され、シリンダヘッドから当該可動板への熱の伝導は防止されるので、シリンダヘッドから吸気ポート内への伝熱を抑制することができ、吸気温の上昇を抑えることができる。

第１６の発明によれば、可動板の閉状態において可動板とシリンダヘッドとの間に形成される空気層の厚さを常に一定にすることができ、シリンダヘッドから吸気ポート内への伝熱の抑制効果を一定にすることができる。

実施の形態１．
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。図１に示すように、シリンダヘッド２には、シリンダヘッド２の外面に開口する吸気導入口６と、燃焼室（図示略）に開口する吸気弁口４とが設けられている。吸気導入口６と吸気弁口４とは、シリンダヘッド２の内部に形成された吸気通路１２，１４によって接続されている。

吸気通路１２，１４は、吸気弁口４寄りに形成されている小径路１２と、吸気導入口６寄りに形成されている大径路１４とから構成されている。大径路１４は、吸気導入口６から、吸気導入口６に対して垂直方向に真っ直ぐに形成されている。また、大径路１４は、小径路１２よりもその断面を大きく形成されている。このため、小径路１２と大径路１４との間には段差が生じるが、この段差は小径路１２及び大径路１４のそれぞれと垂直に交わる壁面１６によって接続されている。

シリンダヘッド２には、吸入空気を吸気ポートに導くための吸気マニホールド２０が取り付けられる。吸気マニホールド２０は、樹脂を材料として形成されている。吸気マニホールド２０は、気筒毎に分岐して形成された吸気管部２２と、吸気管２２の先端部に設けられたフランジ部２４とを有している。吸気マニホールド２０は、そのフランジ部２４によって吸気導入口６を塞ぐように、シリンダヘッド２に取り付けられる。

シリンダヘッド２と吸気マニホールド２０との間には、シリンダヘッド２よりも熱伝導率の低い材質、例えば樹脂によって形成された断熱スリーブ３０が介装される。断熱スリーブ３０は、筒状のスリーブ部３２と、スリーブ部３２の一方の端部に設けられたフランジ部３４とから構成されている。スリーブ部３２は、その内側を小径路１２と略同じ大きさに形成され、外側を大径路１４よりも小さく形成されている。断熱スリーブ３０は、そのスリーブ部３２を吸気導入口６から大径路１４内に挿入され、そのフランジ部３４をシリンダヘッド２の外面と吸気マニホールド２０のフランジ部２４とに挟まれて固定されている。なお、シリンダヘッド２の外面と断熱スリーブ３０のフランジ部３４との合わせ面には、ガスケット９２が挟み込まれている。同様に、断熱スリーブ３０のフランジ部３４と吸気マニホールド２０のフランジ部２４との合わせ面にも、ガスケット９４が挟み込まれている。

大径路１４内に断熱スリーブ３０のスリーブ部３２が挿入されることで、吸気マニホールド２０から導入される吸入空気は、スリーブ部３２を通って小径路１２に流れることになる。つまり、本実施形態の吸気ポート構造では、スリーブ部３２の内周面と小径路１２とにより、燃焼室に吸入空気を導入する吸気ポート１０が構成される。スリーブ部３２の内周面は、吸気ポート１０の吸気導入口６寄りの内壁面を構成し、小径路は、吸気ポート１０の吸気弁口４寄りの内壁面を構成している。

また、大径路１４内に挿入されたスリーブ部３２とシリンダヘッド２との間には、スリーブ部３２の外形が大径路１４よりも小さいことにより、隙間が生じる。この隙間はスリーブ部３２の外周全体に生じており、図２に示すように、スリーブ部３２の外周を取り囲む空間４０を形成している。なお、図２は、図１のＡ−Ａ線に相当する部分の矢視断面図である。

この空間４０の存在によってスリーブ部３２はシリンダヘッド２には直接接触せず、スリーブ部３２とシリンダヘッド２との間には、空気層が介在することになる。空気の熱伝導率は金属や樹脂に比較して極めて小さいので、空間４０内の空気層は、極めて断熱効果の高い断熱層として機能することになる。空気層の厚さ、すなわち、空間４０の厚さｈは、断熱効果を考慮してスリーブ部３２の長さとの関係で決めるのが好ましいが、例えば、１〜３ｍｍに設定することができる。

断熱スリーブ３０のスリーブ部３２の長さは、大径路１４の長さ（奥行き）よりも短く設定されている。この長さの差により、大径路１４と小径路１２とを接続する壁面１６と、スリーブ部３２の先端部との間には隙間が生じている。この隙間は、シリンダヘッド２と断熱スリーブ３０の熱膨張の差を吸収するために設けられている。この隙間の存在により、シリンダヘッド２や断熱スリーブ３０が熱膨張した場合でも、その熱膨張の差によって断熱スリーブ３０に過大な応力が加わることを防止することができる。隙間の幅ｄは、シリンダヘッド２と断熱スリーブ３０の熱膨張の差よりも大きく、且つ、空間４０と吸気ポート１０との間で空気の行き来が生じない程度が好ましい。例えば、０．５〜２ｍｍに設定することができる。

以上のような構成によれば、吸気ポート１０の内壁面を構成するスリーブ部３２とシリンダヘッド２とは直接接触せず、スリーブ部３２の外周を取り囲む空間（空気層）４０が極めて断熱効果の高い断熱層として機能する。また、断熱スリーブ３０それ自体もシリンダヘッド２よりも熱伝導率の低い材質からなるので、スリーブ部３２の外周面から内周面側への熱の伝導は抑制されている。したがって、本実施形態の吸気ポート構造によれば、シリンダヘッド２から吸気ポート１０内への伝熱を効果的に抑制することができ、吸気温の上昇を抑えることができる。

また、本実施形態の吸気ポート構造によれば、吸気ポート１０の吸気導入口６寄りの内壁面は断熱スリーブ３０によって構成し、吸気ポート１０の吸気弁口４寄りの内壁面はシリンダヘッド２によって構成することで、シリンダヘッド２から吸気ポート１０内への伝熱を抑制しつつ、吸気ポート１０の剛性を確保することができる。また、吸気導入口６から大径路１４内にスリーブ部３２を挿入するだけで、断熱スリーブ３０をシリンダヘッド２に容易に装着することができるという利点もある。

さらに、本実施形態の吸気ポート構造によれば、断熱材からなるフランジ部３４をシリンダヘッド２の外面と吸気マニホールド２０とにより挟み込むことで、断熱スリーブ３０を確実にシリンダヘッド２に固定しつつ、シリンダヘッド２から吸気マニホールド２０への熱の伝導も抑制することができる。

また、本実施形態の吸気ポート構造によれば、スリーブ部３２の外周を取り囲む空間４０は密閉空間ではなく、スリーブ部３２の先端と壁面１６との間の隙間によって吸気ポート１０の内部に連通しているので、空間４０内の温度が変化して空気が膨張／収縮した場合であっても、空間４０の容積は一定に保たれる。つまり、空間４０内の空気の膨張／収縮によってシリンダヘッド２や断熱スリーブ３０に破損や変形が生じることは防止されている。

実施の形態２．
以下、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図３は、本発明の実施の形態２としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。図３において、実施の形態１の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

本実施形態の吸気ポート構造は、断熱スリーブが吸気マニホールドに一体化されていることに特徴がある。つまり、実施の形態１では、断熱スリーブ３０と吸気マニホールド２０とが別個に設けられていたのに対し、本実施形態では、図３に示すように、それらを一体化させた構造を有するスリーブ付き吸気マニホールド５０が設けられている。スリーブ付き吸気マニホールド５０は、樹脂を材料として形成されている。

スリーブ付き吸気マニホールド５０は、気筒毎に分岐して形成された吸気管部５６と、吸気管５６の先端部に設けられたフランジ部５４と、フランジ部５４から延びる筒状のスリーブ部５２とを有している。スリーブ部５２は、実施の形態１にかかるスリーブ部３２に相当し、その内側を小径路１２と略同じ大きさに形成され、外側を大径路１４よりも小さく形成されている。スリーブ付き吸気マニホールド５０は、そのスリーブ部５２を吸気導入口６から大径路１４内に挿入され、そのフランジ部５４をシリンダヘッド２の外面に取り付けられている。シリンダヘッド２の外面とフランジ部５４との合わせ面には、ガスケット９２が挟み込まれている。

本実施形態の吸気ポート構造では、スリーブ部５２の内周面と小径路１２とにより、燃焼室に吸入空気を導入する吸気ポート１０が構成される。スリーブ部５２の内周面は、吸気ポート１０の吸気導入口６寄りの内壁面を構成し、小径路１２は、吸気ポート１０の吸気弁口４寄りの内壁面を構成している。また、スリーブ部５２とシリンダヘッド２との間には、スリーブ部５２の外周を取り囲むように空気層となる空間４０が形成されている。スリーブ部５２の先端部と、大径路１４と小径路１２とを接続する壁面１６との間には隙間が設けられている。

以上のような構成によれば、実施の形態１の吸気ポート構造と同様の効果を得ることができる。つまり、スリーブ部５２の外周を取り囲む空間（空気層）４０の極めて高い断熱効果により、シリンダヘッド２から吸気ポート１０内への伝熱を効果的に抑制することができ、吸気温の上昇を抑えることができる。

さらに、本実施形態の吸気ポート構造によれば、断熱スリーブと吸気マニホールドがスリーブ付き吸気マニホールド５０として一体的に形成されることで、部品点数が削減されるという利点もある。断熱スリーブと吸気マニホールドとを別個に設ける場合に必要なガスケット（図１に示すガスケット９４）も不要になる。また、断熱スリーブのシリンダヘッド２への組み付け精度を向上させることができ、空間（空気層）４０の厚さを適正な厚さに容易に調整することができるという利点もある。

実施の形態３．
以下、図４を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
図３は、本発明の実施の形態３としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。図３において、実施の形態１の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

本実施形態の吸気ポート構造は、断熱スリーブ６０の材質に特徴がある。本実施形態にかかる断熱スリーブ６０は、シリンダヘッド２よりも熱伝導率の低い材質であって、且つ、シール性のある材質、例えばシリコーンゴムによって形成されている。断熱スリーブ６０の構成は、実施の形態１にかかる断熱スリーブ３０と同構成であり、筒状のスリーブ部６２と、スリーブ部６２の一方の端部に設けられたフランジ部６４とから構成されている。スリーブ部６２は、その内側を小径路１２と略同じ大きさに形成され、外側を大径路１４よりも小さく形成されている。断熱スリーブ６０は、そのスリーブ部６２を吸気導入口６から大径路１４内に挿入され、そのフランジ部６４をシリンダヘッド２の外面と吸気マニホールド２０のフランジ部２４とに挟まれて固定されている。

本実施形態の吸気ポート構造では、フランジ部６４それ自体がシリンダヘッド２の外面と吸気マニホールド２０との合わせ面をシールするガスケット（シール材）として機能する。したがって、本実施形態の吸気ポート構造によれば、シリンダヘッド２とフランジ部６４との間や、吸気マニホールド２０とフランジ部６４との間に設けるガスケット（図１に示すガスケット９２，９４）を省略することができる。つまり、部品点数を削減することができる。

勿論、本実施形態の吸気ポート構造によっても、実施の形態１の吸気ポート構造と同様の効果を得ることができる。つまり、スリーブ部６２の外周を取り囲む空間（空気層）４０の極めて高い断熱効果により、シリンダヘッド２から吸気ポート１０内への伝熱を効果的に抑制することができ、吸気温の上昇を抑えることができる。

実施の形態４．
以下、図５を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
図５は、本発明の実施の形態４としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本実施形態の吸気ポート構造は、実施の形態２の吸気ポート構造の改良にあたり、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型内燃機関に用いて好適な吸気ポート構造である。図５において、実施の形態２の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

図５に示すように、本実施形態の吸気ポート構造は、大径路１４の底部と小径路１２の底部とを接続する壁面１６ａが、大径路１４側から小径路１２側に向けて下方に傾斜するように形成されていることに特徴がある。大径路１４の天井部と小径路１２の天井部とを接続する壁面１６ｂや、図示しない側部の壁面は、実施の形態２と同様、小径路１２及び大径路１４のそれぞれと垂直に交わるように形成されている。

このような構成によれば、スリーブ部５２の先端の隙間からスリーブ部５２の外周を取り囲む空間４０に燃料が浸入したとしても、浸入した燃料は大径路１４側から小径路１２側に向けて下方に傾斜している壁面１６ａに沿って小径路１２へ流れ出す。したがって、本実施形態の吸気ポート構造によれば、空間４０内に燃料が溜まってしまうことによってシリンダヘッド２からスリーブ部５２への熱伝導率が上昇してしまうことを防止することができる。また、噴射した燃料が気化せずに溜まってしまうことによる、空燃比制御の悪化を防止することもできる。

実施の形態５．
以下、図６を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
図６は、本発明の実施の形態４としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本実施形態の吸気ポート構造は、実施の形態２の吸気ポート構造の改良にあたり、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型内燃機関に用いて好適な吸気ポート構造である。図６において、実施の形態２の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

図６に示すように、本実施形態の吸気ポート構造は、大径路１４と小径路１２とを接続する壁面１６と、スリーブ部５２の先端との隙間にガスケット９６が挟み込まれていることに特徴がある。ガスケット９６は、シリンダヘッド２の外面とフランジ部５４との間に挟まれているガスケット９２とはつぶれ量が異なるものが用いられている。ガスケット９６は弾性体であるので、シリンダヘッド２とスリーブ部５２との熱膨張の差は、ガスケット９６の弾性変形によって吸収することができる。

このような構成によれば、ガスケット９６よってスリーブ部５２の先端の隙間がシールされることで、スリーブ部５２の外周を取り囲む空間４０への燃料の浸入は防止される。したがって、本実施形態の吸気ポート構造によれば、空間４０内に燃料が溜まってしまうことによってシリンダヘッド２からスリーブ部５２への熱伝導率が上昇してしまうことを防止することができる。また、噴射した燃料が気化せずに溜まってしまうことによる、空燃比制御の悪化を防止することもできる。

実施の形態６．
以下、図７を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。
図７は、本発明の実施の形態６としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本実施形態の吸気ポート構造は、実施の形態５の吸気ポート構造の改良にあたる。図７において、実施の形態５の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

図７に示すように、本実施形態の吸気ポート構造は、スリーブ部５２の天井部側に呼吸穴４２が形成されていることに特徴がある。この呼吸穴４２は、スリーブ部５２の外周を取り囲む空間４０と吸気ポート１０の内部とを連通させている。

このような構成によれば、空間４０内の温度が変化して空気が膨張／収縮した場合であっても、吸気ポート１０内と空間４０内に圧力差が生じることはない。これにより、圧力差によってガスケット９６が外れてしまうことを防止することができる。なお、本実施形態では、スリーブ部５２に呼吸穴４２を形成しているが、ガスケット９６の一部を切り欠いて呼吸穴を形成してもよい。

実施の形態７．
以下、図８を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。
図８は、本発明の実施の形態７としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本実施形態の吸気ポート構造は、実施の形態５の吸気ポート構造の改良にあたる。図８において、実施の形態５の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

図８に示すように、本実施形態の吸気ポート構造は、シリンダヘッド２の外面とフランジ部５４との間をシールするガスケット（図６に示すガスケット９２）は取り除く一方、スリーブ部５２の先端と壁面１６との隙間をシールするガスケット９６は残し、ガスケット９６によって吸気ポート１０の内部と外部との間のシール性を確保するようにしたことに特徴がある。シリンダヘッド２の外面とフランジ部５４との間には、隙間４４が形成されている。

このような構成によれば、スリーブ部５２の外周を取り囲む空間４０は、隙間４４によって外部に連通されるので、空間４０内の温度が変化して空気が膨張／収縮した場合であっても、吸気ポート１０内と空間４０内に圧力差が生じることはない。これにより、圧力差によってガスケット９６が外れてしまうことを防止することができる。

実施の形態８．
以下、図９及び図１０を参照して、本発明の実施の形態８について説明する。
図９は、本発明の実施の形態８としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。図９において、実施の形態１の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

本実施形態の吸気ポート構造は、断熱スリーブ３０のスリーブ部３２とシリンダヘッド２との間に形成される隙間に、内部を真空に保たれた断熱部材４８を配置したことに特徴がある。断熱部材４８は、例えば、シリカ等の多孔質材料を樹脂フィルムによって真空パックすることによって製作することができる。断熱部材４８は、図１０に示すように、スリーブ部３２の外周をぐるりと取り囲むように配置されている。なお、図１０は、図９のＢ−Ｂ線に相当する部分の矢視断面図である。

内部を真空に保たれた断熱部材４８による断熱効果は、同じ厚みの空気層による断熱効果よりもさらに高い。具体的には、空気の熱伝導率が0.03W/mKであるのに対し、上記例のように製作した断熱部材４８によれば、熱伝導率を0.01W/mK程度に抑えることができる。したがって、同じ断熱効果を得るならば、断熱部材４８の厚さは空気層の１／３の厚さでよいことになる。本実施形態の吸気ポート構造によれば、高い断熱効果を実現しながらもスリーブ部３２の外周面とシリンダヘッド２との隙間をより薄くすることができ、コンパクトな吸気ポート構造を得ることができる。

実施の形態９．
以下、図１１及び図１２を参照して、本発明の実施の形態９について説明する。
図１１は、本発明の実施の形態９としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本実施形態の吸気ポート構造は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型内燃機関に適用される。図１１において、実施の形態１の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

本実施形態の吸気ポート構造は、断熱スリーブ７０の形状に特徴がある。図１２は断熱スリーブ７０の形状を示す側面図である。断熱スリーブ７０は、筒状のスリーブ部７２と、スリーブ部７２の一方の端部に設けられたフランジ部７４とから構成されている。本実施形態にかかる断熱スリーブ７０は、特に、そのスリーブ部７２の形状に特徴を有している。断熱スリーブ７０は、そのスリーブ部７２を吸気導入口６から大径路１４内に挿入され、そのフランジ部７４をシリンダヘッド２の外面と吸気マニホールド２０のフランジ部２４とに挟まれて固定されている。シリンダヘッド２の外面と断熱スリーブ７０のフランジ部７４との合わせ面には、ガスケット９２が挟み込まれている。同様に、断熱スリーブ７０のフランジ部７４と吸気マニホールド２０のフランジ部２４との合わせ面にも、ガスケット９４が挟み込まれている。

スリーブ部７２は、吸気ポート１０の底部となる側７２ｂと、吸気ポート１０の天井部となる側７２ａとでフランジ部７４からの長さが異なっている。吸気ポート１０の底部となる側７２ｂは、その先端部が燃料噴射弁１００から噴射される燃料１０２の噴霧範囲にかからないように、短く形成されている。一方、吸気ポート１０の天井部となる側７２ａは、その先端部が吸気弁口４の近くまで延びるように長く形成されている。大径路１４及び小径路１２は、スリーブ部７２の形状に沿うように形成されており、スリーブ部７２の外周面とシリンダヘッド２との間には、スリーブ部７２の外周を取り囲む空間４０が設けられている。

なお、吸気通路１２，１４は内部でカーブしているため、図１１及び図１２に示すように、スリーブ部７２の吸気ポート１０の天井部となる側７２ａは、その先端部が吸気ポート１０の内側に向けて曲がった形状になる。しかし、このように先端が曲がった形状であっても、スリーブ部７２の投影形状が吸気導入口６の形状よりも小さければ、吸気導入口６から吸気通路１２，１４内へ問題なくスリーブ部７２を挿入することができる。

以上のような構成によれば、燃料噴射弁１００から噴射された燃料１０２は、断熱されたスリーブ部７２に直接当たることなく、小径路１２の内壁面、つまり、高温状態にあるシリンダヘッド２に当たって霧化する。これにより、断熱による燃料霧化の悪化を防止することができる。一方、スリーブ部７２の吸気ポート１０の天井部となる側７２ａは、吸気ポート１０の底部となる側７２ｂよりも長く形成されているので、その分、シリンダヘッド２から吸気ポート１０内への伝熱は抑制される。燃料噴射弁１００から噴射された燃料１０２は、吸気ポート１０の天井部には直接当たらないので、吸気ポート１０の天井部となる側７２ａを長くしても燃料霧化が悪化することはない。つまり、本実施形態の吸気ポート構造によれば、断熱による燃料霧化の悪化を防止しつつ、シリンダヘッド２から吸気ポート１０内への伝熱をより効果的に抑制することができる。

実施の形態１０．
以下、図１３及び図１４を参照して、本発明の実施の形態１０について説明する。
図１３及び図１４は、本発明の実施の形態１０としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本実施形態の吸気ポート構造は、燃焼室内のタンブル流を制御するタンブルフラップを断熱スリーブに設けたことに特徴がある。図１３は、タンブルフラップが閉じた状態を示す断面図であり、図１４は、タンブルフラップが開いた状態を示す断面図である。図１３及び図１４において、実施の形態１の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

本実施形態にかかる断熱スリーブ８０は、筒状のスリーブ部８２と、スリーブ部８２の一方の端部に設けられたフランジ部８４とを有している。スリーブ部８２は、その内側を小径路１２と略同じ大きさに形成され、外側を大径路１４よりも小さく形成されている。断熱スリーブ８０は、そのスリーブ部８２を吸気導入口６から大径路１４内に挿入され、そのフランジ部８４をシリンダヘッド２の外面に取り付けられている。シリンダヘッド２の外面とフランジ部８４との合わせ面には、ガスケット９２が挟み込まれ、フランジ部８４と吸気マニホールド２０のフランジ部２４との合わせ面にも、ガスケット９４が挟み込まれている。

燃焼室に吸入空気を導入する吸気ポート１０は、スリーブ部８２の内周面と小径路１２とにより構成される。スリーブ部８２の内周面は、吸気ポート１０の吸気導入口６寄りの内壁面を構成し、小径路１２は、吸気ポート１０の吸気弁口４寄りの内壁面を構成している。また、スリーブ部８２とシリンダヘッド２との間には、スリーブ部８２の外周を取り囲むように空気層となる空間４０が形成されている。スリーブ部８２の先端部と、大径路１４と小径路１２とを接続する壁面１６との間には隙間が設けられている。

本実施形態にかかるスリーブ部８２は、吸気ポート１０の底部となる側にタンブルフラップ（可動板）８２ａを備えている。タンブルフラップ８２ａはスリーブ部８２の一部であり、図１３に示すように、タンブルフラップ８２ａの内側の面は吸気ポート１０の内壁面を構成し、その外側の面とシリンダヘッド２との間には空間（空気層）４０が形成されている。タンブルフラップ８２ａは、フランジ部８４とスリーブ部８２との接続部に配置されたロータリーシャフト８６に支持されている。

タンブルフラップ８２ａは、ロータリーシャフト８６を軸として回転可能であり、図１４に示すように、その先端部を吸気ポート１０の内側に向けて回動することで吸気ポート１０の断面の一部が開閉される。タンブルフラップ８２ａを回動させて吸気ポート１０の断面の一部を開閉することで、燃焼室内のタンブル流を制御することができる。

本実施形態の吸気ポート構造では、タンブルフラップ８２ａは断熱スリーブ８２の一部を構成しており、閉状態でもシリンダヘッド２とは直接接触していない。このため、タンブルフラップ８２ａが閉状態のときのシリンダヘッド２からタンブルフラップ８２ａへの熱の伝導は、シリンダヘッド２とタンブルフラップ８２ａとの間に形成される空間（空気層）４０によって防止される。したがって、本実施形態の吸気ポート構造によれば、タンブルフラップ８２ａの開閉によって燃焼室内のタンブル流を制御することができるだけでなく、タンブルフラップ８２ａの閉状態ではシリンダヘッド２から吸気ポート１０内への伝熱を抑制して吸気温の上昇を抑えることができる。

実施の形態１１．
以下、図１５乃至図１７を参照して、本発明の実施の形態１１について説明する。
図１５乃至図１７は、本発明の実施の形態１１としての内燃機関の吸気ポート構造を示す図であり、吸気ポート内を吸気弁口側から見た図である。本実施形態の吸気ポート構造は、実施の形態１０の吸気ポート構造の改良にあたり、吸気ポートが１つの吸気導入口と２つの吸気弁口に接続されている内燃機関に適用される。図１５乃至図１７において、実施の形態１０の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

本実施形態の吸気ポート構造では、スリーブ部８２は、吸気弁口毎に別々にタンブルフラップ８２ａを備えている。各タンブルフラップ８２ａは、それぞれ別々のロータリーシャフト８６によって支持されており、独立して開閉できるようになっている。これにより、図１５に示すように、２つのタンブルフラップ８２ａをともに閉じる制御や、図１６に示すように、一方のタンブルフラップ８２ａのみを開く制御や、図１７に示すように、２つのタンブルフラップ８２ａをともに開く制御が可能である。図１６に示す制御によれば、燃焼室内のスワール流を強化することができる。また、図１７に示す制御によれば、燃焼室内のタンブル流を強化することができる。

このように、本実施形態の吸気ポート構造によれば、タンブルフラップ８２ａを吸気弁口毎に回動させることで、燃焼室内のタンブル流の制御に加え、スワール流の制御も可能になる。また、スワール制御時、閉状態にあるタンブルフラップ８２ａとシリンダヘッドとの間には空気層が形成されるので、シリンダヘッドから当該タンブルフラップ８２ａへの熱の伝導は抑制される。したがって、本実施形態の吸気ポート構造によれば、タンブルフラップ８２ａの開閉によって燃焼室内のタンブル流やスワール流を制御できるだけでなく、タンブルフラップ８２ａの閉状態やスワール制御時には、シリンダヘッドから吸気ポート１０内への伝熱を抑制して吸気温の上昇を抑えることができる。

実施の形態１２．
以下、図１８及び図１９を参照して、本発明の実施の形態１２について説明する。
図１８は、本発明の実施の形態１２としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本実施形態の吸気ポート構造は、実施の形態１０の吸気ポート構造の改良にあたる。図１８において、実施の形態１０の吸気ポート構造と同一の部品及び部位については、同一の符号を付している。また、既に説明した部品及び部位については重複する説明は省略するものとする。

本実施形態の吸気ポート構造は、タンブルフラップ８２ａの外側面にストッパ８８を設けたことに特徴がある。ストッパ８８は、タンブルフラップ８２ａの閉状態で大径路１４の表面に接触し、タンブルフラップ８２ａとシリンダヘッド２との隙間を一定に保っている。図１９は、タンブルフラップ８２ａを吸気弁口側から見た図である。この図に示すように、ストッパ８８はタンブルフラップ８２ａの両側に一対配置されている。ストッパ８８は先端が尖った円錐状の形状を有しており、大径路１４の表面に点接触するようになっている。

このような構成によれば、ロータリーシャフト８６の回転角度を高精度で制御せずとも、ロータリーシャフト８６に組み付けたバネ等によりタンブルフラップ８２ａをシリンダヘッド２に押し付けるだけで、タンブルフラップ８２ａとシリンダヘッド２との間に形成される空間（空気層）４０の厚さを常に一定にすることができる。したがって、本実施形態の吸気ポート構造によれば、タンブルフラップ８２ａの閉状態においてシリンダヘッド２から吸気ポート１０内への伝熱の抑制効果を一定にすることができる。また、ストッパ８８はシリンダヘッド２に点接触するので、タンブルフラップ８２ａを閉じた時の衝突音を抑えることができるだけでなく、ストッパ８８を経由するシリンダヘッド２からの伝熱を最小限に抑えることもできる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

実施の形態４の吸気ポート構造の特徴部分（改良部分）は、実施の形態１や実施の形態３の吸気ポート構造にも組合せることができる。実施の形態５の吸気ポート構造の特徴部分（改良部分）も、実施の形態１や実施の形態３の吸気ポート構造にも組合せることができる。また、実施の形態８の吸気ポート構造の特徴部分（改良部分）は、実施の形態２や実施の形態３の吸気ポート構造にも組合せることができる。その他にも、上記の各実施の形態の特徴部分は適宜組合せて実施することができる。

本発明の実施の形態１としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線に相当する部分の矢視断面図である。本発明の実施の形態２としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本発明の実施の形態３としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本発明の実施の形態４としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本発明の実施の形態５としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本発明の実施の形態６としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本発明の実施の形態７としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本発明の実施の形態８としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。図９のＢ−Ｂ線に相当する部分の矢視断面図である。本発明の実施の形態９としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本発明の実施の形態９にかかる断熱スリーブの形状を示す側面図である。本発明の実施の形態１０としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本発明の実施の形態１０としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。本発明の実施の形態１１としての内燃機関の吸気ポート構造を示す図であり、吸気ポート内を吸気弁口側から見た図である。本発明の実施の形態１１としての内燃機関の吸気ポート構造を示す図であり、吸気ポート内を吸気弁口側から見た図である。本発明の実施の形態１１としての内燃機関の吸気ポート構造を示す図であり、吸気ポート内を吸気弁口側から見た図である。本発明の実施の形態１２としての内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。図１８においてタンブルフラップを吸気弁口側から見た図である。

符号の説明

２シリンダヘッド
４吸気弁口
６吸気導入口
１０吸気ポート
１２吸気通路の小径路
１４吸気通路の大径路
１６壁面
２０吸気マニホールド
２２吸気管部
２４フランジ部
３０，６０，７０，８０断熱スリーブ
３２，６２，７２，８２スリーブ部
３４，６４，７４，８４フランジ部
４０空間（空気層）
４２呼吸穴
４４隙間
４８断熱部材（真空断熱層）
５０スリーブ付き吸気マニホールド
５２スリーブ部
５４フランジ部
５６吸気管部
８２ａタンブルフラップ
８６ロータリーシャフト
８８ストッパ
９２，９４，９６ガスケット
１００燃料噴射弁
１０２燃料

Claims

内燃機関の燃焼室に吸入空気を導入する吸気ポートの構造であって、
前記内燃機関のシリンダヘッドに形成され、前記シリンダヘッドの外面に開口する吸気導入口と、前記燃焼室に開口する吸気弁口とを接続する吸気通路と、
前記吸気通路内に配置された、前記シリンダヘッドよりも熱伝導率の低い材質からなる断熱スリーブと、を含み、
前記断熱スリーブの内周面により前記吸気ポートの内壁面の少なくとも一部が構成され、
前記断熱スリーブの外周面と前記シリンダヘッドとの間には、前記断熱スリーブの外周を取り囲むように空間が設けられ、
前記吸気通路は、前記吸気導入口寄りに形成された大径路と、前記吸気弁口寄りに形成された小径路とを有し、
前記断熱スリーブは、前記吸気導入口から前記大径路内に挿入されて前記吸気ポートの前記吸気導入口寄りの内壁面を構成し、
前記小径路は、前記吸気ポートの前記吸気弁口寄りの内壁面を構成し、
前記大径路と前記小径路とを接続する壁面と、前記断熱スリーブの前記吸気弁口側の端部との間には隙間が設けられ、
前記大径路の底部と前記小径路の底部とを接続する壁面は、前記大径路側から前記小径路側に向けて下方に傾斜するように形成されていることを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。
前記シリンダヘッドには、前記吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁が取り付けられ、
前記断熱スリーブは、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が直接当たることがないように前記吸気導入口側の端部から前記吸気弁口側の端部までの長さを設定されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気ポート構造。
前記断熱スリーブは、前記吸気ポートの底部となる側よりも前記吸気ポートの天井部となる側の方が前記吸気導入口側の端部から前記吸気弁口側の端部までの長さを長く形成されていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の吸気ポート構造。
前記断熱スリーブの前記吸気ポートの底部となる側は、前記断熱スリーブの本体に対して可動可能な可動板として構成され、
前記可動板は、前記吸気導入口側の端部を前記断熱スリーブの本体に回転可能に支持され、前記吸気弁口側の端部を前記吸気ポートの内側に向けて回動することで前記吸気ポートの断面の一部を開閉可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の吸気ポート構造。
前記吸気通路は、１つの前記吸気導入口と複数の前記吸気弁口とを接続しており、
前記可動板は、前記吸気弁口毎に設けられて互いに独立して可動可能に構成されていることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の吸気ポート構造
前記可動板の外側面には、前記可動板の閉状態で前記大径路の表面に接触し、前記可動板と前記大径路との隙間を一定に保つためのストッパが設けられていることを特徴とする請求項４又は５記載の内燃機関の吸気ポート構造。