JP6524727B2 - エンジンの吸気ポート構造 - Google Patents

Description

この発明は、耐ノッキング性能を向上させるエンジンの吸気ポート構造に関する。

車両等に搭載されるエンジンには、排気の一部を吸気通路に還流させることで、燃焼温度を低下させて、エンジンからの窒素酸化物の排出を抑制する排気還流装置が広く採用されている。また、排気環流装置により吸気通路に還流された排気（以下、還流ガスと称する。）を用いて、エンジンのノッキングを低減させる技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１では、還流ガスの吸気通路への排出口を燃焼室の近傍に設置して、還流ガスが燃焼室の内周壁を沿うように排出口の向きを設定している。これにより、還流ガスは、燃焼室の内周壁に沿うスワール流に乗って旋回し、燃焼室内には、その内周壁に沿って活性ガスからなる環状の還流ガス層が形成される。点火装置は、シリンダヘッド中央部にあるので、燃焼室の中央での良好な点火性能を確保しつつ、内周壁付近でのエンドガスの自着火を抑制してノッキングを低減するとしている。

また、特許文献２では、バルブの動作を、複数の吸気バルブ及び排気バルブの全てを開閉する通常開閉モードと、複数の吸気バルブ及び排気バルブのうち一部を開閉して、燃焼室内で吸気にスワール流を発生させる部分開閉モードとに切り換え可能としている。排気還流装置は、燃焼室の内周壁に沿うスワール流の旋回方向に沿うように、吸気通路への排出口の向きが設定され、バルブの部分開閉モードが選択された際に、燃焼室内に還流ガスを多く含む吸気のスワール流を発生させて、燃焼室内の内周壁に沿う部分に環状の還流ガス層を形成している。

特開昭６２−１３１９６１号公報 特開２０１３−８７６２８号公報

上記のように、燃焼室内の内周壁に沿う部分に環状の還流ガス層を形成することは、ノッキングの低減に有効である。しかし、一般に、エンジンの燃焼室には、排気ポート寄り内周壁近くで、且つ、排気ポートが介在する部分よりも内周壁に沿って周方向外側に位置する部分に、ノック起点と呼ばれるノッキングを生じやすい箇所がある。

このため、上記スワール流を用いた手法では、吸気ポート内に設けた燃料噴射弁によって燃料を噴射した際、このノック起点と呼ばれる部分に燃料が到達してしまうと、所定の条件下でノッキングが生じる原因になる場合がある。

そこで、この発明の課題は、ノッキングの発生をより確実に抑制することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンの燃焼室の吸気側に接続され吸気を燃焼室内に導入する吸気ポートと、エンジンの燃焼室の排気側に接続される排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートの前記燃焼室に臨む領域に設けられる環状のシートリングと、前記シートリングに接離する吸気バルブ及び排気バルブと、前記吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁を備え、前記吸気ポートにおける前記吸気バルブの中心は、前記シートリングの内面の中心よりも前記排気ポート側へ偏心し、且つ、前記シートリングの内面の中心を通り前記燃焼室を構成するシリンダボアの内周壁の吸気側中心と排気側中心とを結ぶ吸排気中心線に平行な吸排気平行線を挟んでシリンダボアの軸心側に偏心しており、前記シートリングのスロート部は、前記吸気バルブの中心と前記シートリングの内面の中心とを結ぶ偏心方向線に沿って前記吸気バルブの中心の偏心側が他よりも相対的に深く形成された偏心吸気ポートを構成しており、前記偏心吸気ポートにおける前記ポート噴射弁による燃料噴射の噴射中心線は、前記シートリングの内面の中心よりもシリンダボアの軸心側を指向しているエンジンの吸気ポート構造を採用した。

このとき、前記偏心吸気ポートにおける前記ポート噴射弁による燃料噴射の範囲は、前記シートリングの内面によって形成された吸気弁孔の流路のうち、シリンダボアの軸心寄りの範囲に限定されている構成を採用することができる。

これらの各構成において、前記吸排気中心線を挟んで複数の前記吸気ポートを有し、その吸排気中心線の両側の前記吸気ポートが前記偏心吸気ポートとなっている構成を採用することができる。

また、これらの各構成において、前記偏心吸気ポートに開口する導入口から、その吸気ポート内を流れる燃料を含む吸気よりも燃料濃度が薄い又は酸素濃度が薄い低濃度燃焼成分ガスを導入する低濃度燃焼成分ガス導入装置を備え、前記導入口は、前記偏心吸気ポートの前記吸排気中心線から遠い側の内壁に開口している構成を採用することができる。

前記低濃度燃焼成分ガス導入装置は、燃焼室から排出される排気ガスの一部を低濃度燃焼成分ガスとして前記導入口から前記吸気ポート内に還流させる排気環流装置、または、前記吸気ポートに設けられるスロットルバルブの直下流の空気を低濃度燃焼成分ガスとして前記導入口から前記吸気ポート内に導入させる空気導入装置である構成を採用することができる。

あるいは、前記低濃度燃焼成分ガス導入装置は、燃焼室から排出される排気ガスの一部低濃度燃焼成分ガスとして前記導入口から前記吸気ポート内に還流させる排気環流装置と、空気を低濃度燃焼成分ガスとして前記導入口から前記吸気ポート内に導入させる空気導入装置とを併用する構成を採用することができる。

これらの各構成において、前記偏心吸気ポートにおける前記ポート噴射弁による燃料噴射は、前記吸気バルブが、吸気行程において前記シートリングの内面によって形成された吸気弁孔の流路を開放した際に、その吸気バルブと吸気弁孔の間の隙間を指向して行われる構成を採用することができる。

前記偏心吸気ポートにおける前記シートリングの内面の上流側に連続する前記吸気ポートの内面は、前記シートリングの軸心方向に沿う平面視において、前記偏心方向線に沿ってシリンダボアの軸心から遠い後端側に前記シートリングの内面と面一な内面一致部を備え、他のいずれかの部分に前記シートリングの内面よりも内側に突出する張り出し部を備え、前記張り出し部のある箇所の流路の断面積を前記シートリングの流路の断面積よりも小さくした構成を採用することができる。

前記偏心吸気ポートにおける前記シートリングの内面の上流側に連続する前記吸気ポートの内面は、前記偏心方向線に沿ってシリンダボアの軸心に近い前端側と前記偏心方向線に沿ってシリンダボアの軸心から遠い後端側とを結ぶ前後方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも大きく設定される構成を採用することができる。

この発明は、吸気ポートにおける吸気バルブの中心は、シートリングの内面の中心よりも排気ポート側へ偏心し、且つ、シートリングの内面の中心を通り燃焼室を構成するシリンダボア内面の吸気側中心と排気側中心とを結ぶ吸排気中心線に平行な吸排気平行線を挟んでシリンダボアの軸心側に偏心して、シートリングのスロート部が、吸気バルブの中心とシートリングの内面の中心とを結ぶ偏心方向線に沿って吸気バルブの中心の偏心側が他よりも相対的に深く形成された偏心吸気ポートを構成した。さらに、偏心吸気ポート内に配置されたポート噴射弁による燃料噴射の噴射中心線が、シートリングの内面の中心よりもシリンダボアの軸心側を指向するようにした。これにより、燃料をシリンダボアの軸心付近に集中させ、シリンダボアの内周壁に近い部分にできるだけ燃料を供給しないようにできる。したがって、ノッキングの発生をより確実に抑制することができる。

この発明の一実施形態を示し、燃焼室及び吸気ポートの要部拡大平面図である。 同実施形態の燃焼室及び吸気ポートの要部平面図である。 同実施形態を示す吸気ポートの要部拡大図である。 （ａ）（ｂ）は吸気ポートの加工方法を示す説明図である。 他の実施形態を示す吸気ポートの要部拡大図である。 さらに他の実施形態を示す吸気ポートの要部拡大図である。 （ａ）（ｂ）は、さらに他の実施形態を示す吸気ポートの要部拡大図である。 （ａ）は低濃度燃焼成分ガス導入装置として排気環流装置を備えたエンジンの内部を模式的に示す縦断面図、（ｂ）は吸気ポートの正面断面図である。 低濃度燃焼成分ガス導入装置として空気導入装置を備えたエンジンを模式的に示す平面図である。

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。エンジンの燃焼室３の配置と吸気ポート５の形状を図１及び図２に示す。また、シリンダ１の全体と吸気ポート５の詳細を図８に示す。

これらの図面では、この発明に直接関係する部材、手段を中心に示し、他の部材等については図示省略している。また、図面では、一つのシリンダ１のみを示しているが、エンジンは単気筒であってもよいし、複数のシリンダを備えた多気筒であってもよい。

この実施形態のエンジンは自動車用の４サイクルガソリンエンジンである。エンジンのシリンダ１内にはピストン２が収容されている。シリンダボアの内周壁３ａ、及び、ピストン２の上面等により燃焼室３が形成されている。各シリンダの燃焼室３内に吸気を送り込む吸気ポート５、燃焼室３から引き出された排気ポート７、燃焼室３内へ燃料を噴射するポート噴射弁９等を備えている。また、燃焼室３の頂部には点火装置を備えている。

この実施形態のエンジンは４バルブ形式のエンジンであり、燃焼室３の吸気側に接続される二つの吸気ポート５と、燃焼室３の排気側に接続される二つの排気ポート７とを備える。図２に示すように、吸気ポート５は、燃焼室３の手前で２つの通路に分岐している。また、図示していないが、排気ポート７も、燃焼室３の手前で２つの通路に分岐している。

ただし、この発明において、吸気ポート５、排気ポート７の数は仕様に応じて自由に設定できる。吸気ポート５の数は、少なくとも二つ備えていれば、それ以上であってもよい。また、排気ポート７の数は、例えば、一つであっても、二つであっても、あるいは、それ以上であってもよい。

各吸気ポート５の燃焼室３への開口部である吸気弁孔５ａは、吸気バルブ６によって開閉される。また、各排気ポート７の燃焼室３への開口部である排気弁孔７ａは、排気バルブ８によって開閉される。このとき、吸気バルブ６及び排気バルブ８は、それぞれ吸気ポート５、排気ポート７の燃焼室３に臨む領域に設けられる環状のシートリング２０に接離する。

これらの吸気バルブ６及び排気バルブ８は、シリンダヘッド４側に設けたカムシャフトの回転によって、所定のタイミングで吸気弁孔５ａ、排気弁孔７ａを開閉する。吸気バルブ６及び排気バルブ８の軸部は、吸気ポート５、排気ポート７の内面に開口する軸挿通部から、シリンダヘッド４内のカムシャフト側へ引き出されている。吸気ポート５の軸挿通部５ｂは、図８（ｂ）に示すように、吸気ポート５における吸気弁孔５ａの上流側に位置する屈曲部５ｃ、又は、その屈曲部５ｃのすぐ上流側に開口している。

シートリング２０は、図３に示すように、吸気バルブ６が当接するように奥部側から燃焼室側に向かって拡がるバルブ当接部２１と、そのバルブ当接部２１よりも奥部側に設けられ、奥部側からバルブ当接部２１側に向かって拡がるスロート部２２とを備える。

吸気ポート５には、低濃度燃焼成分ガス導入装置４０の導入口４３が開口している。この導入口４３の向きは、導入される低濃度燃焼成分ガスが、吸気ポート５内を流れる燃料を含む吸気の流れに沿って燃焼室３側へ円滑に導かれるように、燃焼室３側へ向いて開口するように配置されている。

この実施形態では、低濃度燃焼成分ガス導入装置４０は、燃焼室３から排気ポート７を通じて排出される排気ガスの一部である還流ガスを、低濃度燃焼成分ガスとして吸気ポート５に開口する導入口４３から吸気ポート５内に還流させる排気環流装置４０Ａとしている。

排気環流装置４０Ａは、図８（ａ）に示すように、排気ポート７又はそれに続く排気通路と、吸気ポート５又はそれに続く吸気通路とを結ぶ排気還流通路４１Ａを通じて、還流ガスを吸気ポート５へ還流している。排気還流通路４１Ａの末端の導入路４２Ａが、吸気ポート５の吸気の流れ方向に沿って配置され、さらにその導入路４２Ａの末端に吸気ポート５内の空間に開口する導入口４３Ａが設けられている。排気還流通路４１Ａの途中に設けられた排気還流バルブ４４が、還流ガスの導入量を調整している。

また、この低濃度燃焼成分ガス導入装置４０は、図９に示すように、吸気ポートに設けられるスロットルバルブ４５の直下流の空気（新気）を低濃度燃焼成分ガスとして、燃焼室３へ通じる吸気ポート５に開口する導入口４３Ｂから吸気ポート５内に導入させる空気導入装置４０Ｂとしてもよい。空気導入装置４０Ｂは、図９に示すように、外気に通じる吸気ポートである空気導入通路４１Ｂを通じて空気を、燃焼室３へ通じる吸気ポート５へ導入している。空気導入通路４１Ｂの末端の導入路４２Ｂが、吸気ポート５の流れ方向に沿って配置され、さらにその導入路４２Ｂの末端に吸気ポート５内の空間に開口する導入口４３Ｂが設けられている。空気導入通路４１Ｂの上流端に設けられたスロットルバルブ４５が、空気の導入量を調整している。

低濃度燃焼成分ガス導入装置４０としては、この排気環流装置４０Ａと空気導入装置４０Ｂのいずれか一方を採用してもよいし、両者を併用してもよい。

２つの吸気ポート５における各吸気バルブ６の中心ｏ２（中心線ｐ２）は、シートリング２０の流路の内面２４の中心ｏ１（中心線ｐ１）よりも排気ポート７側へ偏心している。且つ、２つの吸気ポート５における各吸気バルブ６の中心ｏ２（中心線ｐ２）は、シートリング２０の流路の内面の中心ｏ１（中心線ｐ１）を通り燃焼室３を構成するシリンダボア内面３ａの吸気側中心Ｄと排気側中心Ｃとを結ぶ吸排気中心線Ａに平行な吸排気平行線Ｅ１、Ｅ２を挟んで、いずれもシリンダボアの軸心ｘ側に偏心している。図１では、各吸気バルブ６の中心ｏ２は、それぞれ、シートリング２０の流路の内面の中心ｏ１を通る吸排気平行線Ｅ１、Ｅ２を挟んでシリンダボアの軸心ｘ側、すなわち、図中上側に示す一方側の吸気バルブ６の中心ｏ２は下側に、図中下側に示す他方側の吸気バルブ６の中心ｏ２は上側に偏心している。

ここで、吸排気中心線Ａとは、燃焼室３の平面視において、シリンダボア内面３ａの吸気側中心Ｄと排気側中心Ｃとを結ぶ線である。ここで、吸気側中心Ｄとは、二つの吸気弁孔５ａにおける流路の内面２４の中心ｏ１間の中点、排気側中心Ｃとは二つの排気弁孔７ａにおける流路の内面の中心間の中点である。すなわち、吸排気中心線Ａは、吸気ポート５の平面視における幅Ｗ（図２参照）に対する中心線である幅方向中心線が伸びる方向、すなわち、燃焼室３を構成するシリンダボアの軸心ｘを挟んで吸気側と排気側とを結ぶ方向であり、平面視において、エンジンのクランクシャフトの軸心方向Ｂに直交する方向でもある。

このような中心同士における距離ｗ（図１参照）の偏心により、シートリング２０のスロート部２２が、吸気バルブ６の中心ｏ２と、シートリング２０の流路の内面の中心ｏ１とを結ぶ偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って、シリンダボアの軸心ｘに近い前端側、すなわち、吸気バルブ６の中心ｏ２が偏心する側（偏心側）が、他よりも相対的に深く形成された偏心吸気ポートを構成している。

ここで、この実施形態では、二つの吸気ポート５の両方が、偏心吸気ポートとなっている。このような軸心ｘ側に偏心する二つの偏心吸気ポートの採用により、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿う吸気の流れを強化し、燃料をシリンダボアの軸心ｘ付近に集中させ、燃焼室３の内周壁３ａに沿うノック起点と呼ばれる部分（図１に符号Ｚで示す部分）には、できるだけ燃料を供給しないようにできる。これにより、よりノッキングの低減効果を高めることができる。

また、各偏心吸気ポートにおいて、吸気ポート５内に設けられたポート噴射弁９による燃料噴射の噴射中心線Ｇ１、Ｇ２は、図１に示すように、シートリング２０の内面の中心ｏ１よりも、シリンダボアの軸心ｘ側を指向している

さらに、この実施形態では、各偏心吸気ポートにおけるポート噴射弁９による燃料噴射の範囲は、シートリング２０の内面２４によって形成された吸気弁孔５ａの流路のうち、シリンダボアの軸心ｘ寄りの範囲に限定されている。

これらの点においても、燃料をシリンダボアの軸心ｘ付近に集中させることができ、また、燃焼室３の内周壁３ａに沿うノック起点Ｚには、できるだけ燃料を供給しないようにできる。

また、低濃度燃焼成分ガス導入装置４０の導入口４３の位置は、各吸気ポート５の内壁のうち、吸排気中心線Ａから遠い側の内壁に開口している。また、この実施形態では、導入口４３は、吸排気平行線Ｅ１、Ｅ２を挟んで、シリンダボアの軸心ｘがある側の反対側に開口している。このため、燃焼室３の内周壁３ａに近いノック起点Ｚ付近に、還流ガスや空気等の低濃度燃焼成分ガスが速やかに供給されるようになる。

なお、偏心吸気ポートは、吸排気中心線Ａを挟んで両側にそれぞれ配置されていれば、各シリンダ１が備える複数の吸気ポート５のうち、一部であってもよいし、全部であってもよい。

また、低濃度燃焼成分ガス導入装置４０は、ノッキングの抑制に支障がない限りにおいて、その設置を省略してもよい。

この実施形態では、二つの偏心吸気ポートのうち、図１の上側に示す一方側の偏心吸気ポートにおける偏心方向線Ｆ１と吸排気平行線Ｅ１との成す角度α１が、下側に示す相対的にスワール流の下流側に位置する他方側の偏心吸気ポートにおける偏心方向線Ｆ２と吸排気平行線Ｅ２との成す角度α２と等しくなるように設定されている。このため、図中下側に示す上流側の吸気弁孔５ａからの吸気の流れｔと、図中上側に示す下流側の吸気弁孔５ａからの吸気の流れｓは、いずれもシリンダボアの軸心ｘ付近を等しく目指すことができるようになっている。

ここで、吸気バルブ５の配置や、その他、吸気の流れや燃焼の条件等によっては、角度α１を角度α２とを異ならせた態様も考えられる。

スロート部２２の加工は、つぎのようにして行う。加工前のシートリング２０は、吸気ポート５の燃焼室３へ臨む部分に予め圧入されて、その吸気ポート５に固定されているものとする。

図４（ａ）に示すように、スロートカッタＡを吸気バルブ６の中心線ｐ２に一致する軸心に沿って吸気ポート５内へ所定量進入させる。スロートカッタＡを中心線ｐ２周りに回転させることにより、シートリング２０の内面の削り加工を行う。スロート部２２は、仕様によっては、シートリング２０の内面から吸気ポート５の内面に亘って連続的に加工される場合もある。スロートカッタＡの加工により、シートリング２０の内面、又は、シートリング２０の内面と吸気ポート５の内面に、円錐面又は球面等からなるスロート部２２を形成する。

バルブ当接部２１の加工は、つぎのようにして行う。スロートカッタＡを取り外した後、図４（ｂ）に示すように、シートカッタＢを吸気バルブ６の中心線ｐ２に一致する軸心に沿ってシートリング２０内へ所定量進入させる。シートカッタＢを中心線ｐ２周りに回転させることにより、シートリング２０の内面の削り加工を行う。シートカッタＢの加工により、シートリング２０の内面に、円錐面又は球面等からなるバルブ当接部２１を形成する。

なお、スロート部２２がバルブ当接部２１よりも先に加工される場合もあるし、バルブ当接部２１がスロート部２２よりも先に加工される場合もある。

図３に、吸気ポート５及びシートリング２０の詳細を示す。図３に示す符号ｒ１は、シートリング２０の流路の半径を示す。符号ｏ１は、シートリング中心（シートリング２０の流路の内面２４の中心）を示す。また、図中の符号ｒ２は、バルブ当接部２１の最外径部の半径を示す。符号ｏ２は、バルブ中心（吸気バルブ６の軸部の中心）を示す。符号ｔ０は、シートリング２０の外面２３から、スロート部２２及びバルブ当接部２１を除く部分の流路の内面２４に至る、シートリング２０の半径方向への肉厚である。この実施形態では、肉厚ｔ０は、全周に亘って一定である。

このように、シートリング２０が、吸気バルブ６が当接するバルブ当接部２１と、そのバルブ当接部２１よりも奥部側にスロート部２２とを備えた吸気ポート構造において、吸気バルブ６の中心線ｐ１を、シートリング２０の流路の中心線ｐ２に対して、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って前端側に偏心して配置したので、スロート部２２は、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って排気側へ、すなわち、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿ってシリンダボアの軸心ｘに近い前端側の方が、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿ってシリンダボアの軸心ｘから遠い後端側を含む他の部位よりも、奥部側へ深く形成することができる。

図３において、符号Ｌ２１ａは、前端側におけるバルブ当接部２１の深さ（母線方向の長さ。以下同じ。）である。符号Ｌ２１ｂは、後端側におけるバルブ当接部２１の深さである。バルブ当接部２１の深さは、吸気バルブ６との接触圧を全周に亘って均一とするため、この実施形態のように、Ｌ２１ａ＝Ｌ２１ｂの関係となっていることが望ましい。

また、符号Ｌ２２ａは、前端側におけるスロート部２２の深さ（母線方向の長さ。以下同じ。）である。符号Ｌ２２ｂは、後端側におけるスロート部２２の深さである。スロート部２２の深さは、Ｌ２２ａ＞Ｌ２２ｂの関係となっていることが望ましい。

スロート部２２をこのような形状としたことにより、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って前端側において、吸気をスムーズに燃焼室３の内周壁３ａから遠い軸心ｘ付近へ誘導することで耐ノッキング性能を高め、また、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って後端側において、吸気ポート５の内面からの吸気の剥離を抑制することで、タンブル比を向上させることができる。

また、吸気バルブ６の中心線ｐ２を、シートリング２０の流路の中心線ｐ１に対して、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って前端側に偏心して配置したので、スロート部２２とバルブ当接部２１を加工するスロートカッタＡ、シートカッタＢを、吸気バルブ６の中心線ｐ２と同軸に配置した状態で施工でき、その作業を容易で高精度なものとできる。

また、図３に示すように、シートリング２０の内面の上流側に連続する吸気ポート５の内面（以下、シートリング上流部３０と称する。）は、燃焼室３側からの下面視、すなわち、燃焼室３側からのシートリング２０の軸心方向、すなわち、流路の内面２４の中心線ｐ２方向に沿う平面視において、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って後端側に、シートリング２０の内面と面一な内面一致部３２を備える。この実施形態では、図中の後端部３１ｄが内面一致部３２に相当する。

また、シートリング上流部３０のうち他の部分、すなわち、前記平面視において、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って前端側と、その前端側と後端側とを結ぶ両側の側方部に、シートリング２０の内面よりも内側に突出する張り出し部３１を備える。この実施形態では、図３の前端部３１ｃと側方部３１ａ、３１ｂが、張り出し部３１に相当する。そして、シートリング上流部３０の断面形状は、前端部３１ｃと後端部３１ｄとの間を結ぶ前後方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも大きく設定された、いわゆるオーバル形状となっている。

この張り出し部３１によって、シートリング上流部３０の流路の断面積は、シートリング２０の流路の断面積よりも小さくなる。これにより、吸気の燃焼室３内への流速をさらに高め、速やかに吸気を偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿う方向への誘導することができる。

ここで、シートリング上流部３０のうち、シリンダボアの軸心ｘから遠い後端部３１ｄには張り出し部３１を設けていない。張り出し部３１は、その後端部３１ｄを除く箇所に設けられる。これにより、燃焼室３の内周壁３ａに近い側での吸気の流量を確保しつつ、他の部分、すなわち、張り出し部３１を設けた側において流路を狭くして吸気の流速を高めることができ、後端部３１ｄでの流量確保と、それ以外の側での流速向上を可能としている。

ここで、シートリング上流部３０、すなわち、シートリング２０の内面の上流側に連続する吸気ポート５の内面とは、鋳物等の金属で構成される吸気ポート５の内面のうち、シートリング２０の直上に位置する部分を意味する。また、張り出し部３１とは、吸気ポート５内の流路の断面積を縮小するために設けられるものである。
このため、吸気バルブ６の軸部を支持する軸挿通部５ｂは、吸気ポート５の内面に突出する部分を有していても、それは張り出し部３１に該当しない。シートリング上流部３０は、軸挿通部５ｂよりも燃焼室３側にあり、シートリング２０の直上部分である。また、屈曲部５ｃの内面が、前記平面視において、シートリング２０の内面から内側に見えていても、その屈曲部５ｃの内面は流路の断面積を縮小するためのものではないので、張り出し部３１には該当しない。シートリング上流部３０は、吸気ポート５の流路の断面積が、燃焼室３に向かって徐々に拡がる部分でもある。

なお、張り出し部３１の位置や形状の異なる変形例としては、例えば、前記平面視において、後端部３１ｄと前端部３１ｃ側に内面一致部３２を備え、両側の側方部３１ａ、３１ｂに張り出し部３１を備えた構成も採用できる。また、両方の側方部３１ａ、３１ｂのうち、いずれか一方の側方部にのみ張り出し部３１を設け、他方の側方部は内面一致部３２としてもよい。

いずれの場合も、シートリング上流部３０に張り出し部３１を設ける場合、シートリング上流部３０の断面形状は、吸気バルブ６の中心線ｐ２とシートリング２０の流路の中心線ｐ１との偏心方向への内径、すなわち、前端側と後端側とを結ぶ前後方向への最大径が、両側の側方部間を結ぶ幅方向の最大径に対して大きく設定された形状であることが望ましい。

シートリング上流部３０を含む吸気ポート５は、鋳造によりシリンダヘッド４とともに製作される。シートリング上流部３０の断面形状は、張り出し部３１と内面一致部３２とが介在することにより真円ではないので、鋳造時の鋳物の型をこのような形状とするか、あるいは、鋳造後の部材を三次元マシニングセンタ等で切削加工する。

スロートカッタＡでの加工の際は、シートリング２０の削り加工と同時に、シートリング上流部３０を削り加工して、相互に滑らかな面で接続することが望ましい。シートリング上流部３０とシートリング２０の内面とが滑らかに接続されている場合は、スロートカッタＡでの加工をシートリング２０のみとしてもよい。

また、この実施形態では、二つの偏心吸気ポートの両方において、前記平面視において、後端部３１ｄに内面一致部３２を備え、前端部３１ｃと両側の側方部３１ａ、３１ｂに張り出し部３１を備え、シートリング上流部３０の断面形状を互いに同一の構成としたが、二つの偏心吸気ポート間において、内面一致部３２と張り出し部３１の配置や、そのシートリング上流部３０の断面形状を異ならせてもよい。

他の実施形態を図５に示す。この実施形態では、シートリング上流部３０の構成は、前述の実施形態と基本的に同様であり、燃焼室３側からのシートリング２０の軸心方向に沿う平面視において、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って後端側に、シートリング２０の内面と面一な内面一致部３２を備える。この実施形態では、図５の後端部３１ｄが内面一致部３２に相当する。

また、シートリング上流部３０のうち他の部分、すなわち、前記平面視において、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って前端側と、その前端側と後端側とを結ぶ両側の側方部３１ａ、３１ｂに、シートリング２０の内面よりも内側に突出する張り出し部３１を備える。この実施形態では、図５の前端部３１ｃと側方部３１ａ、３１ｂが、張り出し部３１に相当する。シートリング上流部３０全体の断面形状は、前端側と後端側とを結ぶ前後方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも大きく設定された、いわゆるオーバル形状となっている点も同様である。

側方部３１ａ、３１ｂは、後端部３１ｄと前端部３１ｃとを結ぶ直線状の内面であるがこの側方部３１ａ、３１ｂを緩やかな円弧状としてもよい。

この実施形態においても、図１を用いて説明したのと同様に、吸気バルブ６の中心ｏ２が、シートリング２０の流路の内面の中心ｏ１を通り燃焼室３を構成するシリンダボア内面の吸気側中心Ｄと排気側中心Ｃとを結ぶ吸排気中心線Ａに平行な吸排気平行線Ｅ１、Ｅ２を挟んで、シリンダボアの軸心ｘ側に偏心している点は同様である。

図５に示すように、シートリング２０の外面２３、及び、流路の内面２４は平面視円形である。図５に示す符号ｒ１は、流路の半径を示す。符号ｒ２は、外面２３の半径を示す。ここで、シートリング２０の外面２３の中心線ｐ２に対して、流路の内面２４の中心線ｐ１は、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って後端側へ偏心して配置されている。

吸気バルブ６の中心線は、シートリング２０の外面２３の中心線ｐ２に一致している。このため、吸気バルブ６の中心線ｐ２は、シートリング２０の流路の内面２４の中心線ｐ１に対して、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って前端側、すなわち、排気側へ偏心して配置されていることになる。以下、吸気バルブ６の中心線を、シートリング２０の外面２３の中心線ｐ２と同様に、符号ｐ２で表す。

ここで、図５中の符号ｏ１は、シートリング２０の流路の内面２４の中心を示す。また、図中の符号ｏ２は、シートリング２０の外面２３の中心（吸気バルブ６の軸部の中心と一致）を示す。符号ｔ１は、前端側において、シートリング２０の外面２３から、スロート部２２及びバルブ当接部２１を除く部分の流路の内面２４に至る、シートリング２０の半径方向への最大厚部分の肉厚である。符号ｔ２は、後端側において、シートリング２０の外面２３から、スロート部２２及びバルブ当接部２１を除く部分の流路の内面２４に至る、シートリング２０の半径方向への最大厚部分の肉厚である。この肉厚は、ｔ１＞ｔ２の関係になっている。

このように、シートリング２０が、吸気バルブ６が当接するバルブ当接部２１と、そのバルブ当接部２１よりも奥部側にスロート部２２とを備えた吸気ポート構造において、シートリング２０の平面視円形の外面２３の中心線ｐ２、すなわち、吸気バルブ６の中心線ｐ２を、同じく平面視円形の流路の内面２４の中心線ｐ１に対して、シリンダボアの軸心ｘに近い前端側へ偏心して配置したので、スロート部２２は、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って遠い後端側よりも前端側の方が、より奥部側へ深く形成することができる。

図５において、符号Ｌ２１ａは、前端側におけるバルブ当接部２１の深さ（母線方向の長さ。以下同じ。）である。符号Ｌ２１ｂは、後端側におけるバルブ当接部２１の深さである。バルブ当接部２１の深さは、吸気バルブ６との接触圧を全周に亘って均一とするため、この実施形態のように、Ｌ２１ａ＝Ｌ２１ｂの関係となっていることが望ましい。

また、符号Ｌ２２ａは、前端側におけるスロート部２２の深さ（母線方向の長さ。以下同じ。）である。符号Ｌ２２ｂは、後端側におけるスロート部２２の深さである。スロート部２２の深さは、Ｌ２２ａ＞Ｌ２２ｂの関係となっていることが望ましい。

さらに他の実施形態を図６に示す。図６において、シートリング２０の構成は、前述の各実施形態と同様、スロート部２２を、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って遠い後端側よりも前端側の方が、より奥部側へ深く形成している点は同様である。吸気バルブの中心ｏ２が、シートリング２０の内面の中心ｏ１よりも排気ポート側へ偏心し、且つ、シートリング２０の内面の中心ｏ１を通りシリンダボアの内周壁３ａの吸気側中心Ｄと排気側中心Ｃとを結ぶ吸排気中心線Ａに平行な吸排気平行線Ｅ１、Ｅ２を挟んでシリンダボアの軸心ｘ側に偏心することにより、このような形態となっている。

また、シートリング上流部３０のうち、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って後端部３１ｄに内面一致部３２を、前端部３１ｃと側方部３１ａ、３１ｂに張り出し部３１を備える点も、前述の例と同様である。また、後端部３１ｄと前端部３１ｃのそれぞれに、シートリング２０の軸心回りの円弧状部を備える点も同様である。側方部３１ａ、３１ｂは、後端部３１ｄと前端部３１ｃとを結ぶ直線状の内面である点も同様である。

この例では、後端部３１ｄの円弧状部の半径ｒｄを、前端部３１ｃの円弧状部の半径ｒｃよりも大きく設定している。このように、後端部３１ｄ側の半径を相対的に大きくすることが後端側での流量確保に効果的であり、また、前端部３１ｃ側の半径を相対的に小さくすることが前端側での流速確保に効果的である。

このように、前端部３１ｃに張り出し部３１を備える場合において、側方部３１ａ、３１ｂの張り出し部３１におけるシートリング２０の内面２４からの内側への最大突出長さａ、ｂは、前端部３１ｃの張り出し部３１におけるシートリング２０の内面からの内側への最大突出長さｃよりも大きく設定することが望ましい。流速向上のための流路断面積の縮小量は、前端部３１ｃよりも側方部３１ａ、３１ｂで大きく確保することが可能である。この効果は、前述の各実施形態でも同様である。

さらに他の実施形態を、図７（ａ）に示す。図７（ａ）において、シートリング２０の構成は、前述の各実施形態と同様、スロート部２２を、偏心方向線Ｆ１、Ｆ２に沿って後端側よりも前端側の方が、より奥部側へ深く形成している。

この態様では、前記平面視において、後端部３１ｄ側に内面一致部３２を備える。また、前端部３１ｃと両側の側方部３１ａ、３１ｂに張り出し部３１を備える。ただし、側方部３１ａ、３１ｂの張り出し部３１は直線状のものではなく、シートリング２０の内面２４の中心ｏ１よりも前端寄りの部分にのみ、前端部３１ｃの円弧状の張り出し部３１に連続する同じく円弧状の張り出し部３１を設けている。側方部３１ａ、３１ｂの円弧状の張り出し部３１と、前端部３１ｃの円弧状の張り出し部３１とは、同心で同一の半径ｒｃからなる連続する円としているが、これらを互いに半径の異なる円弧としてもよい。また、張り出し部３１の半径ｒｃを、後端部３１ｄ側の円弧状の内面の半径ｒｄよりも小さくして、張り出し部３１の面積を増大させてもよい。

さらに他の実施形態を、図７（ｂ）に示す。この態様では、内面一致部３２は、後端部３１ｄと前端部３１ｃに設けられる。張り出し部３１は、両側の側方部３１ａ、３１ｂに設けられる。この実施形態も、シートリング上流部３０の断面形状は、前端側と後端側とを結ぶ前後方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも大きく設定された、いわゆるオーバル形状である。

これらの各実施形態のエンジンの吸気ポート構造を用いたエンジンにおいて、偏心吸気ポートにおけるポート噴射弁９による燃料噴射は、吸気バルブ５が、吸気行程においてシートリング２０の内面２４によって形成された吸気弁孔５ａの流路を開放した際に、その吸気バルブ６と吸気弁孔５ａの間の隙間を指向して行われるように制御することが望ましい。これにより、噴射される燃料は、燃焼を吸気バルブ６の傘部の裏面や、その傘部の裏面と吸気弁孔５ａの内面との隙間を指向するので、燃焼室３の内周壁３ａに当たりにくくなるという効果が期待できる。

なお、バルブの開閉動作は、可変バルブタイミング機構を用いて、このエンジンを搭載する車両が備える電子制御ユニットが、その制御を行うことができる。ポート噴射弁９による燃料噴射の時期及び期間や、点火装置による燃料の点火の時期等も、電子制御ユニットが、その制御を行うことができる。

これらの実施形態では、自動車用の４サイクルガソリンエンジンを例に、この発明の構成を説明したが、２サイクルガソリンエンジンやディーゼルエンジン、その他各種用途、各種使用のエンジンにおいても、この発明を適用できる。

１ シリンダ
２ ピストン
３ 燃焼室
４ シリンダヘッド
５ 吸気ポート
６ 吸気バルブ
７ 排気ポート
８ 排気バルブ
９ ポート噴射弁
２０ シートリング
２１ バルブ当接部
２２ スロート部
２３ 外面
２４ 内面
３０ シートリング上流部
３１ 張り出し部
３２ 内面一致部
４０ 低濃度燃焼成分ガス導入装置
４３ 導入口

Claims (7)

1. エンジンの燃焼室の吸気側に接続され吸気を燃焼室内に導入する吸気ポートと、エンジンの燃焼室の排気側に接続される排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートの前記燃焼室に臨む領域に設けられる環状のシートリングと、前記シートリングに接離する吸気バルブ及び排気バルブと、前記吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁を備え、
   前記吸気ポートにおける前記吸気バルブの中心は、前記シートリングの内面の中心よりも前記排気ポート側へ偏心し、且つ、前記シートリングの内面の中心を通り前記燃焼室を構成するシリンダボアの内周壁の吸気側中心と排気側中心とを結ぶ吸排気中心線に平行な吸排気平行線を挟んでシリンダボアの軸心側に偏心しており、
   前記シートリングのスロート部は、前記吸気バルブの中心と前記シートリングの内面の中心とを結ぶ偏心方向線に沿って前記吸気バルブの中心の偏心側が他よりも相対的に深く形成された偏心吸気ポートを構成しており、
   前記偏心吸気ポートにおける前記ポート噴射弁による燃料噴射の噴射中心線は、前記シートリングの内面の中心よりもシリンダボアの軸心側を指向し、
   前記吸排気中心線を挟んで複数の前記吸気ポートを有し、その吸排気中心線の両側の前記吸気ポートが前記偏心吸気ポートとなっており、前記偏心吸気ポートに開口する導入口から、その吸気ポート内を流れる燃料を含む吸気よりも燃料濃度が薄い又は酸素濃度が薄い低濃度燃焼成分ガスを導入する低濃度燃焼成分ガス導入装置を備え、前記導入口は、前記偏心吸気ポートの前記吸排気中心線から遠い側の内壁に開口し、燃料を含む吸気をシリンダボアの軸心付近に供給し、低濃度燃焼成分ガスを燃焼室の内周壁に沿って供給するエンジンの吸気ポート構造。
2. 前記偏心吸気ポートにおける前記ポート噴射弁による燃料噴射の範囲は、前記シートリングの内面によって形成された吸気弁孔の流路のうち、シリンダボアの軸心寄りの範囲に限定されている
   請求項１に記載のエンジンの吸気ポート構造。
3. 前記低濃度燃焼成分ガス導入装置は、燃焼室から排出される排気ガスの一部を低濃度燃焼成分ガスとして前記導入口から前記吸気ポート内に還流させる排気環流装置、又は、前記吸気ポートに設けられるスロットルバルブの直下流の空気を低濃度燃焼成分ガスとして前記導入口から前記吸気ポート内に導入させる空気導入装置、あるいは、その排気環流装置と空気導入装置を併用する
   請求項１又は２に記載のエンジンの吸気ポート構造。
4. 前記偏心吸気ポートにおける前記ポート噴射弁による燃料噴射は、前記吸気バルブが、吸気行程において前記シートリングの内面によって形成された吸気弁孔の流路を開放した際に、その吸気バルブと吸気弁孔の間の隙間を指向して行われる
   請求項１から３の何れか１項に記載のエンジンの吸気ポート構造。
5. 前記偏心吸気ポートにおける前記シートリングの内面の上流側に連続する前記吸気ポートの内面は、前記シートリングの軸心方向に沿う平面視において、前記偏心方向線に沿ってシリンダボアの軸心から遠い後端側に前記シートリングの内面と面一な内面一致部を備え、他のいずれかの部分に前記シートリングの内面よりも内側に突出する張り出し部を備え、前記張り出し部のある箇所の流路の断面積を前記シートリングの流路の断面積よりも小さく設定する請求項１から４の何れか１項に記載のエンジンの吸気ポート構造。
6. 前記偏心吸気ポートにおける前記シートリングの内面の上流側に連続する前記吸気ポートの内面は、前記偏心方向線に沿ってシリンダボアの軸心に近い前端側と前記偏心方向線に沿ってシリンダボアの軸心から遠い後端側とを結ぶ前後方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも大きく設定される
   請求項５に記載のエンジンの吸気ポート構造。
7. エンジンの燃焼室の吸気側に接続され吸気を燃焼室内に導入する吸気ポートと、エンジンの燃焼室の排気側に接続される排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートの前記燃焼室に臨む領域に設けられる環状のシートリングと、前記シートリングに接離する吸気バルブ及び排気バルブと、前記吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁を備え、
   前記吸気ポートにおける前記吸気バルブの中心は、前記シートリングの内面の中心よりも前記排気ポート側へ偏心し、且つ、前記シートリングの内面の中心を通り前記燃焼室を構成するシリンダボアの内周壁の吸気側中心と排気側中心とを結ぶ吸排気中心線に平行な吸排気平行線を挟んでシリンダボアの軸心側に偏心しており、
   前記シートリングのスロート部は、前記吸気バルブの中心と前記シートリングの内面の中心とを結ぶ偏心方向線に沿って前記吸気バルブの中心の偏心側が他よりも相対的に深く形成された偏心吸気ポートを構成しており、
   前記偏心吸気ポートにおける前記ポート噴射弁による燃料噴射の噴射中心線は、前記シートリングの内面の中心よりもシリンダボアの軸心側を指向し、
   前記偏心吸気ポートにおける前記シートリングの内面の上流側に連続する前記吸気ポートの内面は、前記シートリングの軸心方向に沿う平面視において、前記偏心方向線に沿ってシリンダボアの軸心から遠い後端側に前記シートリングの内面と面一な内面一致部を備え、他のいずれかの部分に前記シートリングの内面よりも内側に突出する張り出し部を備え、前記張り出し部のある箇所の流路の断面積を前記シートリングの流路の断面積よりも小さく設定し、
   前記偏心吸気ポートにおける前記シートリングの内面の上流側に連続する前記吸気ポートの内面は、前記偏心方向線に沿ってシリンダボアの軸心に近い前端側と前記偏心方向線に沿ってシリンダボアの軸心から遠い後端側とを結ぶ前後方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも大きく設定されるエンジンの吸気ポート構造。

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