JP4765819B2 - 内燃機関の吸気ポート - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の吸気ポートに関する。
吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第1の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第2の側壁面とを有するヘリカル型吸気ポートにおいて、吸入空気流入通路部の上壁面が上述の第1の側壁面側に位置しかつ渦巻部の上壁面に滑らかに接続する第1の上壁面と、上述の第2の側壁面側に位置しかつ第1の上壁面よりも高さの低い第2の上壁面からなり、この第2の上壁面の高さ位置を境にして吸入空気流入通路部の底壁面に沿って流れる下層流と第1の上壁面に沿って流れる上層流とが発生し、この上層流によって燃焼室内にスワールが発生せしめられるヘリカル型吸気ポートが公知である(特許文献1を参照)。
このヘリカル型吸気ポートでは吸入空気量が多いときに渦巻部内での上層流の旋回作用が下層流によって弱められ、それにより機関高回転域において過剰なスワールが発生するのが阻止される。
実開平2−147830号公報
ところでこのヘリカル型吸気ポートでは従来のヘリカル型吸気ポートと同様に吸入空気を渦巻部内で旋回させることにより燃焼室内にスワールを発生させるようにしている。この場合、スワールを強めるためには渦巻部内での旋回作用を強めなければならない。しかしながら渦巻部内での旋回作用を強めると吸入抵抗が増大するために充填効率が低下し、その結果最大負荷運転時の出力が低下することになる。
このように渦巻部内における旋回作用を強めることによってスワールを強めるようにしている限り、強力なスワールと高い充填効率を同時に確保することは困難であり、強力なスワールと高い充填効率を同時に確保するには発想の転換が必要である。
本発明者はこれまで長い期間に亘って吸入空気の流れ方について研究し、終いに強力なスワールと高い充填効率を同時に確保することのできる吸気ポートを見い出したのである。
即ち、本発明によれば、吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、渦巻部が吸気弁の軸線回りを延びる周壁面と、上壁面と、吸気弁により開閉される下端出口部とにより画定されており、吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第1の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第2の側壁面と、上壁面と、底壁面とにより画定されている内燃機関の吸気ポートにおいて、渦巻部の下端出口部が燃焼室頂面の周縁部に配置されると共に、第1の側壁面が燃焼室の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部が配置されており、吸気弁全開時に吸気弁と吸気弁の弁座間に形成される環状の吸気弁開口部のうちで、シリンダ軸線と吸気弁弁体の中心部とを含む平面に対し吸入空気流入通路部と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在しており、吸入空気流入通路部の上壁面を吸入空気流入通路部の少くとも下流側において、第1の側壁面側に位置しかつ渦巻部の上壁面に滑らかに接続する第1の上壁面と、第2の側壁面側に位置しかつ第1の上壁面よりも底壁面側に位置する第2の上壁面とにより構成し、第2の上壁面は第2の側壁面から第1の側壁面に向けて次第に下降する傾斜面から形成されており、下層流が流れる下層流路が第1の側壁面の下方部、第2の側壁面、第2の上壁面および底壁面によって画定され、上層流が流れる上層流路が、下層流路の上方であって下層流路と第1の上壁面間に形成され、第1の側壁面の下方部、第2の側壁面、第2の上壁面および底壁面を下層流路が吸気弁開口部領域に向けてまっすぐに延びるように構成し、下層流は吸気弁開弁時に吸気弁開口部領域に向け流れた後に吸気弁開口部領域から燃焼室内に燃焼室の周辺方向に向け流入して燃焼室内にスワールを発生させ、上層流は吸気弁開弁時渦巻部内で旋回した後に吸気弁開口部全体から分散して燃焼室内に流入し、第2の上壁面の下方に位置する底壁面部分が第2の側壁面から第1の側壁面に向けて次第に上昇する傾斜面から形成されており、この傾斜底壁面部分と第2の上壁面間に鳩尾形の断面形状を有する下層流路が形成される。
更に本発明によれば、吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、渦巻部が吸気弁の軸線回りを延びる周壁面と、上壁面と、吸気弁により開閉される下端出口部とにより画定されており、吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第1の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第2の側壁面と、上壁面と、底壁面とにより画定されている内燃機関の吸気ポートにおいて、渦巻部の下端出口部が燃焼室頂面の周縁部に配置されると共に、第1の側壁面が燃焼室の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部が配置されており、吸気弁全開時に吸気弁と吸気弁の弁座間に形成される環状の吸気弁開口部のうちで、シリンダ軸線と吸気弁弁体の中心部とを含む平面に対し吸入空気流入通路部と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在しており、この吸気弁開口部領域は平面と燃焼室周縁部側の吸気弁開口部との交差部から渦巻部内における吸入空気流の旋回方向にほぼ90度の範囲であり、吸入空気流入通路部の上壁面を吸入空気流入通路部の少くとも下流側において、第1の側壁面側に位置しかつ渦巻部の上壁面に滑らかに接続する第1の上壁面と、第2の側壁面側に位置しかつ第1の上壁面よりも底壁面側に位置する第2の上壁面とにより構成し、第2の上壁面は第2の側壁面から第1の側壁面に向けて次第に下降する傾斜面から形成されており、下層流が流れる下層流路が第1の側壁面の下方部、第2の側壁面、第2の上壁面および底壁面によって画定され、上層流が流れる上層流路が、下層流路の上方であって下層流路と第1の上壁面間に形成され、第1の側壁面の下方部、第2の側壁面、第2の上壁面および底壁面を下層流路が吸気弁開口部領域に向けてまっすぐに延びるように構成し、下層流は吸気弁開弁時に吸気弁開口部領域に向け流れた後に吸気弁開口部領域から燃焼室内に燃焼室の周辺方向に向け流入して燃焼室内にスワールを発生させ、上層流は吸気弁開弁時渦巻部内で旋回した後に吸気弁開口部全体から分散して燃焼室内に流入する。
下層流路内を流れる下層流によって強力なスワールが発生せしめられ、上層流路内を流れる上層流によって高い充填効率が確保される。
図1から図3を参照すると、1はシリンダブロック、2はシリンダヘッド、3は燃焼室を夫々示す。図1に示される実施例ではシリンダヘッド2内に一対の吸気ポート4,5が形成されており、また図1には示されていないがシリンダヘッド2内には一対の排気ポートが形成されている。本発明は一対の吸気ポート4,5のうちの図1において実線で示される片方の吸気ポート4に関するものであり、従って以下この吸気ポート4についてのみ説明する。
図1から図3を参照すると、吸気ポート4は吸気弁6の軸線回りに形成された渦巻部7と、この渦巻部7から接線状に延びる吸入空気流入通路部8とにより構成される。図1、図2および図3(C)に示されるように渦巻部7は吸気弁6の軸線回りを延びる周壁面9と、上壁面10と、吸気弁6により開閉される下端出口部11とにより画定されており、図1および図2に示されるように吸入空気流入通路部8は渦巻部7の周壁面9に接線状に接続される第1の側壁面12と、吸気弁6の弁軸6aに向けて渦巻部7の周壁面9まで延びる第2の側壁面13と、上壁面14と、底壁面15とにより画定されている。
図1からわかるように渦巻部7の下端出口部11は燃焼室3の頂面16(図2)の周縁部に配置され、第1の側壁面12が燃焼室3の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部8が配置されている。即ち、図1に示されるように吸入空気流入通路部8の下流側は燃焼室3の周縁部に対して接線状に延びており、吸入空気流入通路部8の上流側はレイアウト上の理由から吸入空気流入通路部8の下流側に対して燃焼室3から離れる方向に若干折曲せしめられている。
図5は吸気ポート4を図解的に表した斜視図を示している。図1から図3および図5を参照すると吸入空気流入通路部8の上壁面14は吸入空気流入通路部8の少くとも下流側において、第1の側壁面12側に位置しかつ渦巻部7の上壁面10に滑らかに接続する第1の上壁面14aと、第2の側壁面13側に位置しかつ第1の上壁面14aよりも底壁面15側に位置する第2の上壁面14bとにより構成される。第1の上壁面14aに対して低い位置に第2の上壁面14bが形成されている吸入空気流入通路部8部分の断面形状が図5においてハッチングで示されている。
図3(A)〜(C)および図5からわかるように第1の上壁面14aは渦巻部7に向けて次第に横巾が狹ばまりつつ下降し、次いで上述した如く渦巻部7の上壁面10に滑らかに接続される。この渦巻部7の上壁面10は渦巻部7の周縁部に沿って徐々に下降しつつ渦巻部7の全周のほぼ3/4に亘って延びる。一方、第2の上壁面14bの巾は吸入空気流入通路部8の下流側では底壁面15の巾のほぼ1/3程度であって一定であり、吸入空気流入通路部8の上流側では上流に向かうに従って次第に狹くなる。
一方、図3(A)〜(C)および図5に示されるように第1の上壁面14aは吸入空気流入通路部8の横断面内においてはほぼ水平方向に延びている。これに対し、第2の上壁面14bは第2の側壁面13から第1の側壁面12に向けて次第に下降する傾斜面から形成されている。また、第1の上壁面14aと第2の上壁面14bとの間に位置しかつ第1の側壁面12の上方部と対面する中間側壁面17を有しており、この中間側壁面17の下端部と第2の上壁面14bとは鋭角をなして交わっている。
図3(A)および図3(B)からわかるようにこの中間側壁面17は下向きの傾斜面からなり、この中間側壁面17の巾は渦巻部7に向けて次第に広くなる。一方、図2に示されるように第2の上壁面14bも渦巻部7に向けて下降しており、この場合第2の上壁面14bの傾斜角は第1の上壁面14aの傾斜角よりも大きい。
このように第1の上壁面14aと第2の上壁面14bとを階段状に形成すると吸入空気流入通路部8内には図5においてハッチングXで示される如く第1の側壁面12の下方部、第2の側壁面13、第2の上壁面14bおよび底壁面15によって画定された下層流路と、ハッチングYで示される如く下層流路の上方であって下層流路と第1の上壁面14a間に位置する上層流路とが形成される。即ち、吸入空気流入通路部8内には下層流路X内を流れる下層流と上層流路Y内を流れる上層流との2つの流れが発生する。図6(A)に図5の下層流路Xに関連する部分のみを取出した場合を示し、図6(B)に図5の上層流路Yに関連する部分のみを取出した場合を示す。
図4は図1の拡大図を示す。図2および図3(C)に示されるように吸気弁6が開弁すると吸気弁6と吸気弁6の弁座18間には環状の吸気弁開口部19が形成される。この場合、吸気弁6全開時に吸気弁6と吸気弁6の弁座18間に形成される環状の吸気弁開口部19のうちで、図4においてシリンダ軸線Oと吸気弁6の弁体の中心部とを含む平面Kに対し吸入空気流入通路部8と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在する。
この吸気弁開口部領域が図4、図5および図6(A)においてZで示されている。
この吸気弁開口部領域Zは図4において平面Kと燃焼室3周縁部側の吸気弁開口部19との交差部から渦巻部7内における吸入空気流の旋回方向にほぼ90度の範囲Mである。本発明では図5および図6(A)からわかるように第1の側壁面12の下方部、第2の側壁面13、第2の上壁面14bおよび底壁面15は下層流路Xが吸気弁開口部領域Zに向けてまっすぐに延びるように構成されている。
このように下層流路Xが吸気弁開口部領域Zに向けてまっすぐに延びるように第2の上壁面14bは図2に示される如く平面Kに対し第2の上壁面14bと反対側に位置する吸気弁開口部19の上端縁に向けて延びている。このように下層流路Xを形成すると下層流路X内を流れる下層流は吸気弁6の開弁時に、下層流路X内をまっすぐに進んだ後、図4において矢印Sで示すように吸気弁開口部領域Zから燃焼室3内に燃焼室3の周辺方向に向けて流入し、それによって燃焼室3内にはシリンダ軸線O回りのスワールが発生せしめられる。
ところで下層流路Xを第1の上壁面14a下方の下層流路領域、即ち上層流路Yの下方に位置する下層流路領域X1と、第2の上壁面14b下方の下層流路領域X2とに分けて考えると、下層流路Xに沿って吸気弁開口部領域Zを見た場合、下層流路領域X1は吸気弁開口部面積が極めて小さくしか見えない周辺部の吸気弁開口部領域Z1に向けて延びており、下層流路領域X2は吸気弁開口部面積が十分に広く見える正面の吸気弁開口部領域Z2に向けて延びている。
従って下層流路領域X2を通って吸気弁開口部領域Z2から燃焼室3の周縁部に接線状に流入する吸入空気の量は、下層流路領域X1を通って吸気弁開口部領域Z1から燃焼室3の周縁部に接線状に流入する吸入空気の量に比べてはるかに多く、また下層流路領域X2を通って吸気弁開口部領域Z2から燃焼室3の周縁部に接線状に流入する吸入空気の流速は、下層流路領域X1を通って吸気弁開口部領域Z1から燃焼室3の周縁部に接線状に流入する吸入空気の流速よりも速い。
従って、燃焼室3内におけるスワールの発生については、下層流路領域X1を流れる吸入空気流よりも下層流路領域X2を流れる吸入空気流のほうがはるかに寄与しており、従って燃焼室3内に発生するスワールを強めるには下層流路領域X2を流れる吸入空気量をできる限り多くすることが必要となる。
本発明による実施例では図3(A)および図3(B)に示されるように第2の上壁面14bは第2の側壁面13から第1の側壁面12に向けて次第に下降する傾斜面から形成されている。従って第2の上壁面14b下方の下層流路領域X2を流れる吸入空気流は第2の上壁面14bによって第2の側壁面13側に押しやられ、第2の側壁面13に沿って流れる。即ち、第2の上壁面14b下方の下層流路領域X2を流れる吸入空気は下層流路領域X1或いは上層流路Y内に流出することなく下層流路領域X2を流れるので燃焼室3内に強力なスワールを発生できることになる。
一方、上層流路Y内を流れる上層流は吸気弁6の開弁時に上層流路Y内を選んだ後、渦巻部7内で旋回し、図4において矢印Tで示されるように吸気弁開口部19の全体から分散して燃焼室3内に流入する。このように吸入空気が吸気弁開口部19の全体から流入させることによって吸入空気量を増大させることができる。即ち、上層流を旋回させないで燃焼室3内に流入させようとすると大部分の上層流は吸入空気流入通路部8とは反対側の吸気弁開口部のみから燃焼室3内に流入することになる。このことは実質的に吸気弁開口部の流路面積が小さくなっていることと同じであり、従って吸入空気量の増大は期待できない。
これに対して上層流に渦巻部7内で旋回流を与えると上層流は上述したように吸気弁開口部19の全体から分散して燃焼室3内に流入する。このことは吸気弁開口部19の流路面積が大きくなったことと同じであり、従って吸入空気量が増大するために充填効率が向上することになる。このように本発明において渦巻部7内で旋回流を生じさせるのは充填効率の向上のためであり、従来のようにスワールの発生のためではない。
一方、吸入空気を渦巻部7内で旋回させつつ燃焼室3内に流入させると旋回している吸入空気流全体がそのままスワール流に移行していくかのように思える。しかしながらスワールの発生に寄与するのは旋回する吸入空気流のうちの燃焼室3の周辺方向に向かう一部の吸入空気流であり、従って吸入空気を旋回しつつ燃焼室3内に流入させても実際には吸入空気の一部しかスワールの発生に寄与しない。即ち、スワールを発生させるためには本発明におけるように燃焼室3の周辺方向に向かう強力な吸入空気流を発生させることが最も効果的である。
このように本発明では吸気ポート4内から燃焼室3内に燃焼室3の周辺方向に向けてまっすぐに流入する下層流によって燃焼室3内に強力なスワールが発生せしめられ、渦巻部7内で旋回した後に燃焼室3内に流入する上層流において吸入空気量が増大せしめられ、それにより高い充填効率を図りつつ強力なスワールを発生しうるようにしている。
図7および図8に別の実施例を示す。この実施例では第2の上壁面14bの下方に位置する底壁面部分15aが第2の側壁面13から第1の側壁面12に向けて次第に上昇する傾斜面から形成されており、この傾斜底壁面部分15aと第2の上壁面14b間に鳩尾形の断面形状を有する下層流路領域X2が形成される。なお、この実施例では傾斜底壁面部分15aは底壁面15上に形成された隆起部20上に形成されている。
このように第2の上壁面14bの下方に傾斜底壁面部分15aを形成すると下層流路領域X2を流れる吸入空気流は第2の上壁面14bに加え傾斜底壁面部分15aによっても第2の側壁面13側に押しやられる。従って下層流路領域X2を流れる吸入空気は下層流路領域X1或いは上層流路Y内に流出するのが更に阻止され、斯くして燃焼室3内には更に強力なスワールを発生させることができる。
吸気ポートの平面図である。 図1のII−II線に沿ってみた吸気ポートの断面図である。 図1に示される吸気ポートの断面図であって、(A),(B),(C)は夫々図1のA−A線、B−B線、C−C線に沿ってみた断面図である。 図1の拡大図である。 図解的に表した吸気ポートの斜視図である。 下層流路Xおよび上層流路Yを示す図である。 図3(A)および図3(B)と同様な断面を示す吸気ポートの別の実施例の断面図である。 図解的に表した吸気ポートの別の実施例の斜視図である。
符号の説明
3 燃焼室
4,5 吸気ポート
6 吸気弁
7 渦巻部
8 吸入空気流入通路部
9 周壁面
10 上壁面
11 下端出口部
12 第1の側壁面
13 第2の側壁面
14a 第1の上壁面
14b 第2の上壁面
15 底壁面
15a 傾斜底壁面部分
18 弁座
19 吸気弁開口部
X 上層流路
Y 下層流路
Z 吸気弁開口部領域

Claims (3)

  1. 吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、該渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、該渦巻部が吸気弁の軸線回りを延びる周壁面と、上壁面と、吸気弁により開閉される下端出口部とにより画定されており、該吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第1の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第2の側壁面と、上壁面と、底壁面とにより画定されている内燃機関の吸気ポートにおいて、上記渦巻部の下端出口部が燃焼室頂面の周縁部に配置されると共に、上記第1の側壁面が燃焼室の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部が配置されており、吸気弁全開時に吸気弁と吸気弁の弁座間に形成される環状の吸気弁開口部のうちで、シリンダ軸線と吸気弁弁体の中心部とを含む平面に対し吸入空気流入通路部と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在しており、上記吸入空気流入通路部の上壁面を吸入空気流入通路部の少くとも下流側において、上記第1の側壁面側に位置しかつ渦巻部の上壁面に滑らかに接続する第1の上壁面と、上記第2の側壁面側に位置しかつ該第1の上壁面よりも上記底壁面側に位置する第2の上壁面とにより構成し、該第2の上壁面は第2の側壁面から第1の側壁面に向けて次第に下降する傾斜面から形成されており、下層流が流れる下層流路が上記第1の側壁面の下方部、上記第2の側壁面、上記第2の上壁面および上記底壁面によって画定され、上層流が流れる上層流路が、下層流路の上方であって下層流路と上記第1の上壁面間に形成され、上記第1の側壁面の下方部、上記第2の側壁面、上記第2の上壁面および上記底壁面を該下層流路が上記吸気弁開口部領域に向けてまっすぐに延びるように構成し、該下層流は吸気弁開弁時に上記吸気弁開口部領域に向け流れた後に吸気弁開口部領域から燃焼室内に燃焼室の周辺方向に向け流入して燃焼室内にスワールを発生させ、上記上層流は吸気弁開弁時渦巻部内で旋回した後に吸気弁開口部全体から分散して燃焼室内に流入し、上記第2の上壁面の下方に位置する上記底壁面部分が第2の側壁面から第1の側壁面に向けて次第に上昇する傾斜面から形成されており、該傾斜底壁面部分と第2の上壁面間に鳩尾形の断面形状を有する下層流路が形成される内燃機関の吸気ポート。
  2. 吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、該渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、該渦巻部が吸気弁の軸線回りを延びる周壁面と、上壁面と、吸気弁により開閉される下端出口部とにより画定されており、該吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第1の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第2の側壁面と、上壁面と、底壁面とにより画定されている内燃機関の吸気ポートにおいて、上記渦巻部の下端出口部が燃焼室頂面の周縁部に配置されると共に、上記第1の側壁面が燃焼室の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部が配置されており、吸気弁全開時に吸気弁と吸気弁の弁座間に形成される環状の吸気弁開口部のうちで、シリンダ軸線と吸気弁弁体の中心部とを含む平面に対し吸入空気流入通路部と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在しており、該吸気弁開口部領域は上記平面と燃焼室周縁部側の吸気弁開口部との交差部から渦巻部内における吸入空気流の旋回方向にほぼ90度の範囲であり、上記吸入空気流入通路部の上壁面を吸入空気流入通路部の少くとも下流側において、上記第1の側壁面側に位置しかつ渦巻部の上壁面に滑らかに接続する第1の上壁面と、上記第2の側壁面側に位置しかつ該第1の上壁面よりも上記底壁面側に位置する第2の上壁面とにより構成し、該第2の上壁面は第2の側壁面から第1の側壁面に向けて次第に下降する傾斜面から形成されており、下層流が流れる下層流路が上記第1の側壁面の下方部、上記第2の側壁面、上記第2の上壁面および上記底壁面によって画定され、上層流が流れる上層流路が、下層流路の上方であって下層流路と上記第1の上壁面間に形成され、上記第1の側壁面の下方部、上記第2の側壁面、上記第2の上壁面および上記底壁面を該下層流路が上記吸気弁開口部領域に向けてまっすぐに延びるように構成し、該下層流は吸気弁開弁時に上記吸気弁開口部領域に向け流れた後に吸気弁開口部領域から燃焼室内に燃焼室の周辺方向に向け流入して燃焼室内にスワールを発生させ、上記上層流は吸気弁開弁時渦巻部内で旋回した後に吸気弁開口部全体から分散して燃焼室内に流入する内燃機関の吸気ポート。
  3. 上記第2の上壁面は上記平面に対し該第2の上壁面と反対側に位置する吸気弁開口部の上端縁に向けて延びている請求項2に記載の内燃機関の吸気ポート。
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