JP5994940B2 - Cylinder head of internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関する。   The present invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine.

内燃機関の運転中に、シリンダヘッドは燃焼室や排気マニホールドからの熱伝播により温度上昇し、これに伴ってシリンダヘッドに設けられた吸気ポートの壁面温度も上昇する。そして、吸気ポートの壁面温度が上昇することによって、内部を流れる吸入空気の温度が上昇すると、ノッキングが発生し易くなる。   During operation of the internal combustion engine, the temperature of the cylinder head rises due to heat propagation from the combustion chamber and the exhaust manifold, and accordingly, the temperature of the wall surface of the intake port provided in the cylinder head also rises. When the wall surface temperature of the intake port rises and the temperature of the intake air flowing inside rises, knocking is likely to occur.

そこで、吸気ポートに断熱機能を有する吸気インサートポートを挿入して吸気ポートの壁面と吸入空気との接触を防止し、吸入空気の温度上昇を抑制することがJP2008−144740Aに記載されている。   Therefore, JP2008-144740A describes that an intake insert port having a heat insulating function is inserted into the intake port to prevent contact between the intake port wall surface and the intake air, thereby suppressing a rise in the temperature of the intake air.

吸気ポート壁面から吸入空気への熱の伝達を防止するという観点からは、吸気ポート壁面と吸入空気との接触面積ができるだけ少なくなるように、つまり、吸気マニホールド側端部から燃焼室の近くまで吸気インサートポートを挿入することが望ましいように思われる。しかし、吸気インサートポートの先端が燃焼室から吹き返す既燃ガスにより加熱されると、吸気インサートポートは熱伝導率が低いため熱が先端に溜まり、また、冷却水で冷却されているシリンダヘッドとの熱交換もできない。これに対し、吸気インサートポートを挿入しない場合は、既燃ガスから受けた熱はシリンダヘッド全体へと逃げることができ、シリンダヘッドは冷却水により冷却されるため、吸気ポート壁面の温度上昇は抑制される。すなわち、吸気インサートポートを燃焼室の近くまで挿入すると、吸気インサートポートの先端温度がシリンダヘッドの母材温度より高くなり、吸入空気の温度上昇を抑制する効果が得られなくなるおそれがある。   From the viewpoint of preventing heat transfer from the intake port wall surface to the intake air, the contact area between the intake port wall surface and the intake air should be as small as possible, that is, intake air from the intake manifold side end to the vicinity of the combustion chamber. It seems desirable to insert an insert port. However, when the tip of the intake insert port is heated by the burned gas blown back from the combustion chamber, heat is accumulated at the tip because the heat conductivity of the intake insert port is low. Heat exchange is not possible. On the other hand, when the intake insert port is not inserted, the heat received from the burnt gas can escape to the entire cylinder head, and the cylinder head is cooled by the cooling water. Is done. That is, if the intake insert port is inserted close to the combustion chamber, the tip temperature of the intake insert port becomes higher than the base material temperature of the cylinder head, and there is a possibility that the effect of suppressing the temperature rise of the intake air cannot be obtained.

そこで本発明は、吸入空気の温度上昇を抑制する効果が得られる吸気ポートを備える内燃機関のシリンダヘッドを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a cylinder head of an internal combustion engine having an intake port capable of obtaining an effect of suppressing a rise in temperature of intake air.

本発明のある態様によれば、吸気マニホールドとの接続部と燃焼室とを連通する吸気ポートと、シリンダヘッドの母材よりも熱伝導率が低くかつ比熱が小さい材料で形成された筒状部材であって、吸気ポート内で吸気マニホールドとの接続部から燃焼室方向に延びて吸気ポートとして機能する吸気インサートポートと、を備える内燃機関のシリンダヘッドが提供される。   According to an aspect of the present invention, a cylindrical member formed of a material having a lower thermal conductivity and a lower specific heat than the base material of the cylinder head, and an intake port that communicates the connection portion with the intake manifold and the combustion chamber A cylinder head of an internal combustion engine is provided that includes an intake insert port that functions as an intake port extending from a connection portion with the intake manifold in the intake port toward the combustion chamber.

このシリンダヘッドは、所定の運転条件での運転時に、吸気インサートポートの燃焼室側端部の温度と、吸気インサートポートの燃焼室側端部位置におけるシリンダヘッドの母材温度とが等しい。   When the cylinder head is operated under a predetermined operating condition, the temperature of the combustion chamber side end portion of the intake insert port is equal to the base material temperature of the cylinder head at the combustion chamber side end portion of the intake insert port.

図1は、本発明の第1実施形態に係るシリンダヘッド1の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylinder head 1 according to a first embodiment of the present invention. 図2は、吸気ポート内での燃焼室側の開口部からの距離と吸気ポート壁面温度との関係を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the distance from the opening on the combustion chamber side in the intake port and the intake port wall surface temperature. 図3は、吸気インサートポート挿入によりポート内平均温度が低下する効果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an effect of lowering the average temperature in the port by inserting the intake insert port. 図4は、吸気インサートポート挿入により充填効率が向上する効果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the effect of improving the charging efficiency by inserting the intake insert port. 図5は、吸気インサートポート挿入によるトルク向上効果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an effect of improving torque by inserting an intake insert port. 図6は、吸気インサートポート挿入による出力向上効果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the output improvement effect by inserting the intake insert port.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るシリンダヘッド1の断面図である。本実施形態では、シリンダヘッド1の母材をアルミニウム合金とするが、これに限られるわけではなく、他の合金等であっても構わない。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylinder head 1 according to a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, the base material of the cylinder head 1 is an aluminum alloy, but is not limited thereto, and may be another alloy.

シリンダヘッド1の図中下側の面(以下、単に「下面」という)には、凹状の燃焼室9が設けられている。シリンダヘッド1の内部には、一端が燃焼室9に開口し、他端がシリンダヘッド1の側面(以下、シリンダヘッド側面ともいう)に開口する吸気ポート3及び排気ポート4が形成されている。吸気ポート3が開口するシリンダヘッド側面には、吸気ポート3と連通する吸気マニホールド2が接続されている。なお、排気ポート4が開口するシリンダヘッド側面には、排気ポート4と連通する排気マニホールドが接続されるが、図1では省略している。   A concave combustion chamber 9 is provided on the lower surface of the cylinder head 1 in the drawing (hereinafter simply referred to as “lower surface”). Inside the cylinder head 1 are formed an intake port 3 and an exhaust port 4 having one end opened to the combustion chamber 9 and the other end opened to a side surface of the cylinder head 1 (hereinafter also referred to as a cylinder head side surface). An intake manifold 2 communicating with the intake port 3 is connected to a side surface of the cylinder head where the intake port 3 opens. An exhaust manifold communicating with the exhaust port 4 is connected to the side surface of the cylinder head where the exhaust port 4 opens, but is omitted in FIG.

一方、吸気ポート3及び排気ポート4の燃焼室9への開口部には、それぞれ吸気バルブ5、排気バルブ6が配置されている。   On the other hand, an intake valve 5 and an exhaust valve 6 are arranged at openings of the intake port 3 and the exhaust port 4 to the combustion chamber 9, respectively.

また、シリンダヘッド1の内部には、シリンダヘッド1を冷却するための冷却液通路8が形成されている。   A coolant passage 8 for cooling the cylinder head 1 is formed inside the cylinder head 1.

吸気ポート3には、シリンダヘッド1の母材よりも熱伝導率が低くかつ比熱が小さい材料で形成された筒状の吸気インサートポート7が挿入されており、吸入空気は吸気インサートポート7の内周側を通過する。つまり、吸気インサートポート7は吸気ポート3に挿入された状態で、吸気ポート3として機能する。なお、吸気インサートポート7が挿入される範囲については後述する。   A cylindrical intake insert port 7 made of a material having lower thermal conductivity and lower specific heat than the base material of the cylinder head 1 is inserted into the intake port 3, and the intake air is contained in the intake insert port 7. Pass the circumference side. That is, the intake insert port 7 functions as the intake port 3 while being inserted into the intake port 3. The range in which the intake insert port 7 is inserted will be described later.

吸気インサートポート7の材料としては、樹脂又はセラミック等を用いることができるが、本実施形態では樹脂を用いる。なお、図1では省略しているが、吸気インサートポート7の外周と吸気ポート3の壁面との間には空気層が設けられている。   As a material for the intake insert port 7, resin, ceramic, or the like can be used. In the present embodiment, resin is used. Although not shown in FIG. 1, an air layer is provided between the outer periphery of the intake insert port 7 and the wall surface of the intake port 3.

次に、吸気インサートポート7を挿入する目的、挿入する範囲について説明する。   Next, the purpose of inserting the intake insert port 7 and the range of insertion will be described.

機関運転中は、燃焼室9から熱が伝播することによってシリンダヘッド1の温度は上昇する。この温度上昇は冷却液通路8を流れる冷却液との熱交換によって抑制されるものの、シリンダヘッド1は吸入空気温度より高温になる。このため、吸入空気は吸気ポート3の壁面から熱を受けとって温度上昇し、充填効率の低下やノック特性の悪化を招くこととなる。そこで、吸気ポート3の壁面から吸入空気への熱の伝達を抑制するために、吸気インサートポート7を吸気ポート3に挿入する。   During engine operation, the temperature of the cylinder head 1 rises as heat propagates from the combustion chamber 9. Although this temperature rise is suppressed by heat exchange with the coolant flowing through the coolant passage 8, the cylinder head 1 becomes higher than the intake air temperature. For this reason, the intake air receives heat from the wall surface of the intake port 3 and rises in temperature, leading to a decrease in filling efficiency and a deterioration in knock characteristics. Therefore, the intake insert port 7 is inserted into the intake port 3 in order to suppress heat transfer from the wall surface of the intake port 3 to the intake air.

ところで、吸気ポート3の壁面から吸入空気への熱の伝達を抑制するという観点からは、吸気ポート3のできるだけ広い範囲が吸気インサートポート7で覆われることが望ましいようにも思われる。しかし、吸気インサートポート7で吸気ポート3の全域を覆うと、例えばバルブオーバーラップ期間を有するバルブタイミングで運転した場合に、吸気バルブ5の開弁時に燃焼室9から吹き返す既燃ガスによって、吸気インサートポート7が加熱される。吸気インサートポート7は熱伝導率が低いので、加熱された部分から他の部分へ熱が拡散しにくく、また、シリンダヘッド1との熱交換もできない。このため、燃焼室9の近くで既燃ガスに加熱された部分に熱が溜まり易く、既燃ガスが吹き返す度に温度上昇してしまう。吸気インサートポート7が温度上昇すれば、その内側を通過する吸入空気の温度も上昇してしまう。すなわち、吸気インサートポート7を燃焼室9の近くまで挿入すると、既燃ガスの吹き返しにより吸気インサートポート7の燃焼室9に近い部分がシリンダヘッド1の母材温度より高くなって、かえって吸入空気の温度上昇を招くおそれがある。   By the way, from the viewpoint of suppressing the transfer of heat from the wall surface of the intake port 3 to the intake air, it seems that it is desirable to cover the widest possible range of the intake port 3 with the intake insert port 7. However, if the entire area of the intake port 3 is covered by the intake insert port 7, for example, when the intake valve 5 is operated at a valve timing having a valve overlap period, the intake insert is caused by the burned gas blown back from the combustion chamber 9 when the intake valve 5 is opened. Port 7 is heated. Since the intake insert port 7 has a low thermal conductivity, it is difficult for heat to diffuse from the heated portion to other portions, and heat exchange with the cylinder head 1 is not possible. For this reason, heat tends to accumulate in the portion heated by the burned gas near the combustion chamber 9, and the temperature rises every time the burned gas blows back. If the temperature of the intake insert port 7 rises, the temperature of the intake air passing through the inside will also rise. That is, when the intake insert port 7 is inserted close to the combustion chamber 9, the portion near the combustion chamber 9 of the intake insert port 7 becomes higher than the base material temperature of the cylinder head 1 due to the blow-back of the burned gas. There is a risk of temperature rise.

一方、吸気インサートポート7を挿入しない場合には、シリンダヘッド1の母材は熱の伝導性に優れるアルミニウム合金なので、既燃ガスにより吸気ポート3の一部が加熱されても、その熱はシリンダヘッド1の他の部位に拡散する。そして、シリンダヘッド1は燃焼室9からの熱により温度上昇しているが、冷却液により冷却されているので、既燃ガスによる加熱が繰り返し行われても、吸気ポート3の壁面温度の上限値は抑制される。   On the other hand, when the intake insert port 7 is not inserted, the base material of the cylinder head 1 is an aluminum alloy having excellent heat conductivity. Therefore, even if a part of the intake port 3 is heated by burned gas, the heat is generated in the cylinder. It diffuses to other parts of the head 1. The temperature of the cylinder head 1 is increased by the heat from the combustion chamber 9 but is cooled by the coolant, so that the upper limit value of the wall surface temperature of the intake port 3 is maintained even if heating with the burned gas is repeated. Is suppressed.

すなわち、吸気インサートポート7の挿入による吸入空気の温度上昇抑制効果が得られるのは、吸気インサートポート7の温度がシリンダヘッド1の母材温度より高くならない場合である。そこで、以下に説明するように、吸気インサートポート7を挿入する範囲を設定する。   That is, the effect of suppressing the temperature rise of the intake air due to the insertion of the intake insert port 7 is obtained when the temperature of the intake insert port 7 does not become higher than the base material temperature of the cylinder head 1. Therefore, as described below, a range for inserting the intake insert port 7 is set.

図2は、吸気インサートポート7を挿入する場合と挿入しない場合の、燃焼室9側の開口部からの距離と、吸入空気に接触する壁面温度(以下、単に壁面温度ともいう)との関係を示す図であり、縦軸が壁面温度、横軸が燃焼室側開口部からの距離を示している。   FIG. 2 shows the relationship between the distance from the opening on the combustion chamber 9 side and the wall surface temperature in contact with the intake air (hereinafter also simply referred to as the wall surface temperature) when the intake insert port 7 is inserted and not inserted. The vertical axis represents the wall surface temperature, and the horizontal axis represents the distance from the combustion chamber side opening.

なお、燃焼室側開口部からの距離は、吸気ポート3の軸線Cに沿う距離である。また、吸気インサートポート7を挿入する(吸気インサートポート有りともいう)場合の壁面温度とは、吸気インサートポート7の内周面の温度であり、挿入しない(吸気インサートポート無しともいう)場合の壁面温度とは、吸気ポート3を構成する部分の母材の温度である。   The distance from the combustion chamber side opening is the distance along the axis C of the intake port 3. The wall surface temperature when the intake insert port 7 is inserted (also referred to as having an intake insert port) is the temperature of the inner peripheral surface of the intake insert port 7 and is not inserted (also referred to as having no intake insert port). The temperature is the temperature of the base material of the portion constituting the intake port 3.

吸気インサートポート7無しの場合は、燃焼室側開口部が最も高温で、燃焼室側開口部からの距離が長くなるほど徐々に壁面温度は低くなる。   Without the intake insert port 7, the combustion chamber side opening is the hottest, and the wall surface temperature gradually decreases as the distance from the combustion chamber side opening increases.

一方、吸気インサートポート7有りの場合も、燃焼室9に近くなるほど壁面温度は高くなっている。ただし、吸気マニホールド2側の開口部では吸気インサートポート7無しの場合に比べて低温だが、燃焼室9に近づくに連れて吸気インサートポート7無しの場合の壁面温度に近づき、燃焼室側開口部からの距離がL1より短くなると、吸気インサートポート7無しの場合よりも高温になる。燃焼室側開口部からの距離がL1より近い部分で吸気インサートポート7無しの場合より高温になるのは、上述した既燃ガスの吹き返しによる加熱によるものである。   On the other hand, even when the intake insert port 7 is provided, the wall surface temperature becomes higher as the position becomes closer to the combustion chamber 9. However, the opening on the intake manifold 2 side is lower in temperature than the case without the intake insert port 7, but as it approaches the combustion chamber 9, it approaches the wall surface temperature without the intake insert port 7 and from the combustion chamber side opening. When the distance becomes shorter than L1, the temperature becomes higher than that without the intake insert port 7. The reason why the temperature from the combustion chamber side opening nearer than L1 is higher than that without the intake insert port 7 is due to the above-described heating by the reburning of burned gas.

そこで、吸気インサートポート7有りの場合と無しの場合の壁面温度が等しくなる距離L1の位置が、燃焼室9側の端部(以下、先端部ともいう)となるように、吸気インサートポート7を挿入する。つまり、距離L1から吸気マニホールド側開口部までの範囲を吸気インサートポート7で覆う。   Therefore, the intake insert port 7 is set so that the position of the distance L1 at which the wall surface temperature is the same with and without the intake insert port 7 is the end portion (hereinafter also referred to as the front end portion) on the combustion chamber 9 side. insert. That is, the range from the distance L1 to the intake manifold side opening is covered with the intake insert port 7.

これにより、距離L1未満の範囲については、吸気インサートポート7を挿入することでかえって吸入空気の温度が上昇してしまう事態を回避でき、距離L1以上の範囲については、吸気インサートポート7による吸入空気温度の上昇抑制効果が得られる。すなわち、吸気インサートポート7有りの場合は、燃焼室9に流入する吸入空気の温度が、吸気インサートポート7無しの場合に比べて低くなる。その結果、充填効率の向上やノック余裕度の向上等の効果が得られる。   As a result, it is possible to avoid a situation in which the temperature of the intake air rises by inserting the intake insert port 7 for the range less than the distance L1, and the intake air by the intake insert port 7 for the range greater than the distance L1. A temperature rise suppression effect is obtained. That is, when the intake insert port 7 is provided, the temperature of the intake air flowing into the combustion chamber 9 is lower than that when the intake insert port 7 is not provided. As a result, effects such as improved filling efficiency and improved knock margin can be obtained.

ところで、既燃ガスの吹き返し量は、機関負荷、回転速度及びバルブタイミングといった運転条件に応じて変動し、吹き返し量に応じて吸気ポート3及び吸気インサートポート7の壁面温度も変化するので、距離L1も運転条件に応じて変動する。   By the way, the burned-back amount of burned gas varies according to operating conditions such as engine load, rotation speed, and valve timing, and the wall surface temperatures of the intake port 3 and the intake insert port 7 also change according to the blow-back amount. Varies depending on the operating conditions.

そこで本実施形態では、吸気インサートポート7無しではノッキングが発生する運転条件における距離L1を、燃焼室側開口部から吸気インサートポート7の先端部までの距離とし、吸気インサートポート7を挿入することによってノッキング発生を回避する。   Therefore, in the present embodiment, the distance L1 under the operating condition in which knocking occurs without the intake insert port 7 is the distance from the combustion chamber side opening to the tip of the intake insert port 7, and the intake insert port 7 is inserted. Avoid knocking.

なお、吸気インサートポート7を挿入することによる吸入空気の温度上昇抑制効果、つまりノック余裕度の向上代は、吸気ポート3の流路断面積、長さ、形状、その他内燃機関の仕様により異なるので、「ノッキングが発生する運転条件」は適合により定める。   The effect of suppressing the rise in the temperature of the intake air by inserting the intake insert port 7, that is, the allowance for improving the knock margin, varies depending on the cross-sectional area, length, shape of the intake port 3 and other specifications of the internal combustion engine. , “Operating conditions under which knocking occurs” are determined by conformance.

上記のように吸気インサートポート7の先端部の位置を設定した場合の効果について説明する。   The effect when the position of the tip portion of the intake insert port 7 is set as described above will be described.

図3は、吸気インサートポート7有りの場合及び吸気インサートポート7無しの場合についての、内燃機関の回転速度と吸気ポート3のポート内平均温度との関係を示す図である。縦軸がポート内平均温度、横軸が内燃機関の回転速度である。ポート内平均温度を用いるのは、燃焼室9に流入した吸入空気温度を測定することなく、吸気インサートポート7を挿入することによる吸入空気の温度上昇抑制効果を評価できるからである。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotational speed of the internal combustion engine and the average temperature in the intake port 3 when the intake insert port 7 is provided and when the intake insert port 7 is not provided. The vertical axis represents the average temperature in the port, and the horizontal axis represents the rotational speed of the internal combustion engine. The reason why the average temperature in the port is used is that the effect of suppressing the increase in the temperature of the intake air by inserting the intake insert port 7 can be evaluated without measuring the temperature of the intake air flowing into the combustion chamber 9.

図3に示すように、吸気インサートポート7有りの場合は、吸気インサートポート7無しの場合に比べて、全回転速度領域でポート内平均温度が低くなっている。   As shown in FIG. 3, when the intake insert port 7 is provided, the average temperature in the port is lower in the entire rotational speed region than when the intake insert port 7 is not provided.

図4は、吸気インサートポート7有りの場合及び吸気インサートポート7無しの場合についての、内燃機関の回転速度と充填効率との関係を示す図である。縦軸が充填効率、横軸が内燃機関の回転速度である。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotational speed of the internal combustion engine and the charging efficiency when the intake insert port 7 is provided and when the intake insert port 7 is not provided. The vertical axis represents the charging efficiency, and the horizontal axis represents the rotational speed of the internal combustion engine.

吸気インサートポート7有りの場合は、吸気インサートポート7無しの場合に比べて、ほぼ全回転速領域で充填効率が向上している。具体的には、全回転速度領域で平均すると1.5%向上している。これは、吸気インサートポート7を挿入することで、吸入空気温度が全回転速度領域にわたって低下したためである。   When the intake insert port 7 is provided, the charging efficiency is improved in almost the entire rotational speed region as compared with the case without the intake insert port 7. Specifically, an average of 1.5% is improved in the entire rotation speed region. This is because the intake air temperature is lowered over the entire rotational speed region by inserting the intake insert port 7.

また、充填効率が向上することで、機関出力も向上する。図5は内燃機関のトルク(クランクシャフトの軸トルク)と回転速度との関係を、図6は内燃機関の出力と回転速度との関係を、示す図である。いずれも、横軸は回転速度であり、縦軸はそれぞれトルク、出力である。   Moreover, the engine output is also improved by improving the charging efficiency. FIG. 5 shows the relationship between the torque of the internal combustion engine (crankshaft shaft torque) and the rotational speed, and FIG. 6 shows the relationship between the output of the internal combustion engine and the rotational speed. In either case, the horizontal axis represents the rotational speed, and the vertical axis represents the torque and the output, respectively.

吸気インサートポート7を挿入することで、トルクが全回転速度領域で平均すると1.2%程度向上し、最高出力が1.1%程度向上している。   By inserting the intake insert port 7, the torque is improved by about 1.2% on average over the entire rotational speed region, and the maximum output is improved by about 1.1%.

また、ポート内平均温度が低下することでノック余裕度が向上するので、点火時期を進角したり、圧縮比を高めたりすることもできる。これにより、トルクや出力をより向上させることができる。   Further, since the knock margin is improved as the average temperature in the port decreases, the ignition timing can be advanced and the compression ratio can be increased. Thereby, a torque and an output can be improved more.

以上のように本実施形態によれば、次のような効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

吸気インサートポート7は、シリンダヘッド1の母材より熱伝導率が低く、かつ比熱が小さい。そして、吸気インサートポート7無しではノッキングが発生する運転条件での運転時に、吸気インサートポート7の先端部の温度と、吸気インサートポート7の先端部位置における吸気ポート3の壁面温度、つまりシリンダヘッド1の母材温度とが等しい。これにより、燃焼室9から既燃ガスが吹き返す場合でも、吸気インサートポート7の温度がシリンダヘッド1の母材温度より高くなることを防止できるので、燃焼室9に流入する吸入空気の温度上昇が抑制され、充填効率やノック余裕度が向上する。   The intake insert port 7 has a lower thermal conductivity and a lower specific heat than the base material of the cylinder head 1. Then, during operation under an operating condition in which knocking occurs without the intake insert port 7, the temperature of the tip of the intake insert port 7 and the wall surface temperature of the intake port 3 at the position of the tip of the intake insert port 7, that is, the cylinder head 1 Is equal to the base metal temperature. Thereby, even when burnt gas blows back from the combustion chamber 9, the temperature of the intake insert port 7 can be prevented from becoming higher than the base material temperature of the cylinder head 1, so that the temperature rise of the intake air flowing into the combustion chamber 9 can be prevented. It is suppressed and the filling efficiency and the knock margin are improved.

また、吸気ポート3の壁面と吸気インサートポート7との間に空気層を設けることで、吸気ポート3の壁面から吸気インサートポート7へ熱が伝わりにくくなり、吸気インサートポート7を挿入することによる吸入空気の温度上昇抑制効果がさらに向上する。ところで、熱伝導率を母材より低くしても、熱伝導率がゼロになるわけではなく、高温の排気に曝されることで時間の経過とともに温度が上昇してしまう。このため、吸気インサートポート7の熱容量が大きくなるほど、一度上がってしまった温度を下げる為の放熱量が大きくなり、吸気ポート3の温度を上げてしまう時間の方が長くなってしまう可能性がある。しかし本実施形態の吸気インサートポート7は、母材よりも熱伝導率が低いだけでなく、温度上昇してもすぐに放熱されるよう比熱を小さくしているので、上記のようにかえって吸気ポート3の温度を上げてしまうことを防止できる。   Further, by providing an air layer between the wall surface of the intake port 3 and the intake insert port 7, heat is hardly transmitted from the wall surface of the intake port 3 to the intake insert port 7, and suction by inserting the intake insert port 7 is performed. The effect of suppressing the temperature rise of air is further improved. By the way, even if the thermal conductivity is lower than that of the base material, the thermal conductivity does not become zero, and the temperature rises as time passes by being exposed to high-temperature exhaust gas. For this reason, as the heat capacity of the intake insert port 7 increases, the amount of heat radiation for lowering the temperature once increased increases, and the time for increasing the temperature of the intake port 3 may become longer. . However, the intake insert port 7 of this embodiment not only has a lower thermal conductivity than the base material, but also has a smaller specific heat so that heat is dissipated as soon as the temperature rises. 3 can be prevented from being raised.

(第2実施形態)
本実施形態は、基本的なシリンダヘッド1の構成は第1実施形態と同様であるが、吸気インサートポート7の先端部の位置決め方法が第1実施形態とは異なる。
(Second Embodiment)
In this embodiment, the basic configuration of the cylinder head 1 is the same as that of the first embodiment, but the method for positioning the tip of the intake insert port 7 is different from that of the first embodiment.

本実施形態では、吸気インサートポート7無しの状態で、吸気ポート3の壁面温度が最も高くなる運転条件で運転する場合の上記距離L1を、燃焼室側端部から吸気インサートポート7の先端部までの距離とする。   In the present embodiment, the distance L1 when operating under the operating condition in which the wall surface temperature of the intake port 3 is the highest without the intake insert port 7 is from the combustion chamber side end to the front end of the intake insert port 7. Distance.

なお、吸気ポート3の壁面温度が最も高くなる運転条件とは、既燃ガスの吹き返し量が最大となる運転条件である。具体的には、低回転速度・低負荷領域であって、かつ、バルブオーバーラップ期間が変更可能範囲内で最大となるバルブタイミングである場合である。   The operating condition in which the wall surface temperature of the intake port 3 is the highest is an operating condition in which the burned gas blowback amount is maximized. Specifically, it is a case where the valve timing is the low rotation speed / low load region and the valve overlap period is maximum within the changeable range.

吸気インサートポート7の先端部の燃焼室側端部からの距離を、吸気ポート3の壁面温度が最も高くなる運転条件における上記距離L1とすることにより、吸入空気温度の最高値を抑制することができる。その結果、第1実施形態と同様に充填効率の向上やノック余裕度の向上といった効果が得られる。   The maximum value of the intake air temperature can be suppressed by setting the distance from the combustion chamber side end of the front end of the intake insert port 7 to the distance L1 under the operating condition in which the wall surface temperature of the intake port 3 is the highest. it can. As a result, similar to the first embodiment, effects such as improvement of filling efficiency and improvement of knock margin can be obtained.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.

本願は2013年6月12日に日本国特許庁に出願された特願2013−123605に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。   This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2013-123605 for which it applied to Japan Patent Office on June 12, 2013, and all the content of this application is integrated in this specification by reference.

Claims (3)

吸気マニホールドとの接続部と燃焼室とを連通する吸気ポートと、
シリンダヘッドの母材よりも熱伝導率が低くかつ比熱が小さい樹脂材料で形成された筒状部材であって、前記吸気ポート内で前記吸気マニホールドとの接続部から前記燃焼室の方向に延びて吸気ポートとして機能する吸気インサートポートと、
を備える内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
所定の運転条件での運転中の、前記吸気インサートポートの前記燃焼室側端部の平均温度と、前記吸気インサートポートの前記燃焼室側端部位置における前記シリンダヘッドの母材の平均温度とが等しくなるように、前記吸気インサートポートの前記燃焼室側端部位置を設定した内燃機関のシリンダヘッド。
An intake port that communicates the connection with the intake manifold and the combustion chamber;
A cylindrical member formed of a resin material having a lower thermal conductivity and a lower specific heat than the base material of the cylinder head, and extending from the connection portion with the intake manifold in the intake port toward the combustion chamber. An intake insert port that functions as an intake port;
In a cylinder head of an internal combustion engine comprising:
During operation under a predetermined operating condition, an average temperature of the combustion chamber side end portion of the intake insert port and an average temperature of the base material of the cylinder head at the combustion chamber side end portion position of the intake insert port are: A cylinder head of an internal combustion engine in which the position of the combustion chamber side end of the intake insert port is set to be equal.
請求項1に記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記所定の運転条件は、ノッキングが発生する運転条件である内燃機関のシリンダヘッド。
The cylinder head of the internal combustion engine according to claim 1,
The predetermined operating condition is a cylinder head of an internal combustion engine that is an operating condition in which knocking occurs.
請求項1に記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記所定の運転条件は、前記吸気インサートポートの前記燃焼室側端部の温度が最も高くなる運転条件である内燃機関のシリンダヘッド。
The cylinder head of the internal combustion engine according to claim 1,
The predetermined operating condition is a cylinder head of an internal combustion engine that is an operating condition in which the temperature of the end portion on the combustion chamber side of the intake insert port is highest.
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