JP6658702B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に関する。

従来、内燃機関においてガスの流れを制御する方法としては、特許文献１に記載されているように、吸気ポートの流路面積を燃焼室側の開口で最大とすることで、ガスの流れを燃焼室において効率的に拡散させる方法がある。また、特許文献２に記載されているように、ポート内に収容される弁部材に突出部を設け、ガスを突出部に沿って流すように制御する方法がある。

特開昭６３−１０９２７９号公報 特表平７−５０３７７３号公報

特許文献１の方法では、ガスが燃焼室で拡散し易く、ガスの流れを指向性のある高流速のガスの流れとできない。また、特許文献２の方法でも、ポート内面側のガスを突出部に沿うように流すことができず、ガスが燃焼室の外側へ拡散し、指向性のある高流速のガスの流れを生成できない。したがって、いずれの方法でも、燃焼室内に大きな流速を有するガスの流れを生成できないため、燃焼期間が長くなり易く、ノッキングが起こり易い。

そこで、本発明の目的は、高流速で指向性のあるガスを燃焼室内に導入し易くて燃焼期間を短縮し易い内燃機関を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の内燃機関は、燃焼室に繋がる吸気ポートを内部に有するシリンダヘッドと、前記燃焼室側ほど末広がりとなる傘部を有し、前記傘部が前記吸気ポート内のみを一方向に進退移動する吸気バルブと、を備え、前記傘部が最も前記燃焼室側に位置する最大リフト状態において、前記吸気ポートの内周面と前記吸気バルブの前記傘部の末広がり部分の外周面との間に構成されるガスの流路の出口直後に位置し、前記吸気ポートの内周面のみで画定される第１ガス通過領域の第１流路面積は、前記第１ガス通過領域よりも前記ガスの流れの下流側において前記吸気ポートの前記内周面で構成される最小の流路面積である第２流路面積を有する第２ガス通過領域の該第２流路面積よりも大きい。

なお、本明細書では、ガス通過領域を、ガスの流れ方向に垂直な断面で吸気ポートを切断したとき、ガスが通過することが可能な２次元領域として定義する。

本発明によれば、吸気バルブ側から燃焼室側に流れるガスを第２ガス通過領域で縮流させて燃焼室側に流すことができる。したがって、指向性のある高流速のガスを燃焼室内に導入し易い。

また、本発明において、前記吸気ポートと前記吸気バルブのシート部における流路面積が、前記吸気ポートと前記吸気バルブの前記シート部以外の流路面積の最小値以下になってもよい。

上記構成によれば、シート部を流路面積が小さい流れの絞り部とでき、ガスがシート部よりも下流側にある吸気ポートと吸気バルブの間で絞られることがない。よって、シート部でガスの流れを制御し易く、シート部でガスの流れの所望の指向性を実現し易い。

また、本発明において、前記第２ガス通過領域が、前記吸気ポートの出口よりも前記傘部側に位置してもよい。

上記構成によれば、ガスが、第２ガス通過領域で縮流された後に、すぐに燃焼室に流出せず、ガスの流れが一度整えられる。そのため、縮流されたガスの流れを整流化した後にガスを燃焼室に流出させることができ、ガスの流れの指向性を更に良好なものにできる。

また、本発明において、前記吸気ポートの内周面が、前記燃焼室側に行くにしたがって先細りとなる円錐内周面を前記第１ガス通過領域よりも前記ガスの下流側に有してもよい。

上記構成によれば、ガスの流れを円錐内周面で縮流できて整流できる。したがって、指向性に優れるガスを流出し易い。

また、本発明において、前記吸気ポートの出口の縁が、円以外の形状を有してもよい。

燃焼室内でガスの流れに乱れが生じると、乱れ領域で火炎が広がり易く、乱れ領域で燃焼を速くできる。上記構成によれば、ガス流の流れ方向に垂直な平面での断面形状を非対称な形状にでき、燃焼を速くしたい燃焼室の領域にガス流の乱れを生成し易い。よって、当該燃焼室の領域でのガスの燃焼速度を速くし易い。

また、本発明において、前記第１ガス通過領域の縁が、円以外の形状を有してもよい。

本構成によれば、ガスの流れを、断面形状が円でない形状で整流化でき縮流できる。よって、燃焼を速くしたい領域にガスの乱れを生成し易く、その領域で燃焼を速くし易い。

また、本発明において、前記第１ガス通過領域の縁と、前記吸気ポートの出口の縁のうちの少なくとも一方が、楕円形状を有してもよい。

上記構成によれば、より多くの量のガスを楕円の長軸方向側に流すことができる。よって、ガス流の乱れを楕円の長軸方向側に生成し易い。

本発明に係る内燃機関によれば、高流速で指向性のあるガスを燃焼室内に導入し易い。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。 （ａ）は、上記内燃機関の吸気バルブが閉じている状態を示す断面図であり、（ｂ）は、上記内燃機関における吸気バルブが最も燃焼室に位置する状態を示す断面図である。 （ａ）は、最大リフト状態におけるシート部の流路面積の位置と、吸気バルブの傘部と吸気ポートとの間の流路面積におけるシート部以外の最小流路面積の位置と、を表す図である。また、（ｂ）は、吸気バルブのリフト量（傘部の位置）と、シート部の流路面積、及び傘部と吸気ポートとの間の流路面積におけるシート部以外の最小流路面積の夫々と、の関係を表すグラフである。 （ａ）は、第２実施形態の内燃機関における図３（ａ）に対応する図であり、（ｂ）は、第２実施形態の内燃機関における図３（ｂ）に対応するグラフである。 （ａ）は、第３実施形態の内燃機関における図２（ａ）に対応する図であり、（ｂ）は、第３実施形態の内燃機関における図２（ｂ）に対応する図である。 第４実施形態の内燃機関における図２（ｂ）に対応する図である。 第４実施形態の変形例の内燃機関における図６に対応する図である。 第４実施形態の他の変形例の内燃機関における図６に対応する図である。 第４実施形態の更なる変形例の内燃機関における図６に対応する図である。 （ａ）は、第５実施形態の内燃機関における図２（ｂ）に対応する図であり、（ｂ）は、図１０（ａ）を矢印Ｂで示す方向から見たときの図である。また、（ｃ）は、燃焼室側から吸気バルブ側を傘部の進退方向に見たときの、吸気バルブの傘部、第１閉曲線、及び吸気ポートの出口開口の夫々の輪郭を示す図である。 （ａ）は、第６実施形態の内燃機関における図２（ｂ）に対応する図であり、（ｂ）は、図１１（ａ）を矢印Ｃで示す方向から見たときの図である。また、（ｃ）は、燃焼室側から吸気バルブ側を傘部の進退方向に見たときの、吸気バルブの傘部、第１閉曲線、及び吸気ポートの出口開口の夫々の輪郭を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関１の概略構成図である。図１に示すように、内燃機関１は、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、ピストン４、クランクシャフト５、コンロッド６、フライホイール７、吸気バルブ８、排気バルブ９、及び点火プラグ１０を備える。シリンダヘッド２は、シリンダブロック３にボルト等の締結部材で取り付けられる。シリンダヘッド２は、吸気ポート２１と排気ポート２２を内部に有する。

シリンダブロック３には、円筒形のシリンダライナがはめ込まれ、シリンダ２３が設けられる。ピストン４は、シリンダ２３内を一方向に進退（往復）移動する。シリンダ２３、シリンダヘッド２、及びピストン４は、燃焼室２５を画定する。クランクシャフト５は、回転力を得るための出力軸である。また、コンロッド６は、直線運動するピストン４とクランクシャフト５を連結し、ピストン４の直線動力をクランクシャフト５の回転動力に変換させる。フライホイール７は、円板形状を有する。クランクシャフト５の一方側は、フライホイール７の中心を通過し、フライホイール７に固定される。フライホイール７は、例えば、回転速度を安定化させるために設けられ、クランクシャフト５の回転運動を運動エネルギーとして蓄えるために設けられる。

吸気バルブ８は、吸気ポート２１から燃焼室２５に導入するガスの量を制御するための制御弁であり、排気バルブ９は、燃焼室２５から排気ポート２２に排出される不用となったガスの量を制御するための制御弁である。また、点火プラグ１０は、シリンダヘッド２に設けられたプラグホールに栓をするように固定される。点火プラグ１０は、電気放電や赤熱した金属によって燃焼室２５に満たされた混合気に点火するために設けられる。

この内燃機関は、次のように動作する。先ず、吸気行程では、ピストン４が上死点から下死点に向かって下がることで、燃焼室２５内に新しい混合気を吸入する。このとき、吸気バルブ８は開き、排気バルブ９は閉じている。次に、圧縮行程では、ピストン４が下死点から上死点に向かって上がる。これによって、吸気した混合気を圧縮し、温度と圧力を上げる。圧縮行程の途中で、点火プラグ１０を用いて混合気に点火し、混合気を燃焼させる。燃焼によってシリンダ２３内の混合気は、高温・高圧のガスになる。膨張行程では、ピストン４が混合気の圧力で押し下げられ、直線動力を生成する。吸気バルブ８及び排気バルブ９は、膨張行程中に閉じている。最後に、排気行程で、吸気バルブ８が閉じた状態を維持する一方、排気バルブ９を開き、ピストン４が上がることで仕事をした燃焼ガスをシリンダヘッド２外に排気する。内燃機関１は、これらの行程を繰り返すことで直線動力を生成する。

なお、図１では、内燃機関１がガソリンエンジンで、吸入するガスが混合気であり、点火プラグ１０を用いて混合気に着火する場合について説明した。しかし、本発明の内燃機関はディーゼルエンジンでもよくて、吸入ガスは空気でもよく、点火方法は、点火プラグを使用しない圧縮点火でもよい。また、本発明の内燃機関は、冷却方法として、水冷式の冷却方法が採用されてもよく、空冷式の冷却が採用されてもよい。本発明の内燃機関は、吸気バルブを有していれば如何なる構造を有する内燃機関であってもよい。

図２は、図１における吸気ポート２１周辺の拡大断面図であり、図２（ａ）は、吸気バルブ８が閉じている状態における吸気バルブ８の軸部８ａの中心軸を含む断面図であり、図２（ｂ）は、進退直線移動する吸気バルブ８が最も燃焼室２５に位置する最大リフト状態における軸部８ａの中心軸を含む断面図である。

図２（ａ）に示すように、吸気バルブ８は、軸部８ａと傘部８ｂを含み、傘部８ｂは、軸部８ａの燃焼室２５側の接続部につながる。軸部８ａは、中心軸を定義できる丸棒形状を有し、傘部８ｂは、燃焼室２５側に行くにしたがって末広がりとなる円錐外周面（円錐台状の外周面）８ｃを有する。また、吸気ポート２１は、円錐外周面８ｃに対応する形状の第１円錐内周面２１ａを有する。吸気バルブ８が閉じている状態では、傘部８ｂの円錐外周面８ｃと吸気ポート２１の第１円錐内周面２１ａが互いに当接する部分を有し、ガスは、その当接部間で封鎖される。吸気バルブ８の閉状態で当該当接部を構成する円錐外周面８ｃの一部分と第１円錐内周面２１ａの一部分とは、吸気バルブ８の閉状態でガスが燃焼室２５側に流動するのを防止するシート部５０を構成する。なお、第１実施形態では、傘部８ｂにおける燃焼室側ほど末広がりとなる外周面が、円錐外周面８ｃであり、吸気ポート２１が、円錐外周面８ｃに対応する形状の第１円錐内周面２１ａを有する場合について説明する。しかし、本発明では、傘部の外周面は、燃焼室側ほど末広がりとなる形状を有していればよく、円錐外周面でなくてもよい。また、吸気ポートも、円錐内周面を有さなくてもよい。要は、傘部の外周面と、吸気ポートの内周面とは、互いに接触した状態でガスの燃焼室側への流れを防止できる形状であればよい。

図２（ｂ）を参照して、第１ガス通過領域Ｆ１は、最大リフト状態において、吸気ポート２１の内周面と吸気バルブ８の傘部８ｂの円錐外周面８ｃ末広がり部分の外周面との間に構成されるガスの流路の出口直後に位置して、吸気ポート２１の内周面のみで画定されるガス通過領域であり、第１流路面積を有する。また、第２ガス通過領域Ｆ２は、第１ガス通過領域よりもガスの流れの下流側において吸気ポート２１の内周面で構成される最小の流路面積である第２流路面積を有するガス通過領域である。このとき、第１ガス通過領域Ｆ１の第１流路面積は、第２ガス通過領域Ｆ２の第２流路面積よりも大きくなっている。以下、数段落で、このことについて説明する。

先ず、吸気ポート２１の構造について説明する。吸気ポート２１は、第１円錐内周面２１ａ、円筒内周面２１ｂ、第２円錐内周面２１ｃを有する。第１円錐内周面２１ａは、上記のように、吸気バルブ８の円錐外周面８ｃと当接することでシート部５０を構成する形状を有する。円筒内周面２１ｂは、吸気ポート２１の円筒形状部分の内周面であり、第１円錐内周面２１ａから連続して下流側に位置する内周面である。第２円錐内周面２１ｃは、吸気ポート２１において燃焼室２５側に行くにしたがって先細りとなる円錐部の内周面であり、円筒内周面２１ｂから連続して下流側に位置する内周面である。第２円錐内周面２１ｃは、吸気ポート２１の出口まで延在し、シリンダヘッド２（図１参照）のヘッド面２７につながる。

傘部８ｂは、図２（ａ）に示すシート部５０に隙間がない状態と、図２（ｂ）に示す最も燃焼室２５側に位置している状態とを、図２（ｂ）に矢印Ａで示す一方向に一直線上を進退（往復）移動する。上記一方向は、吸気バルブ８の軸部８ａの中心軸の延在方向と一致する。また、本実施形態では、軸部８ａの中心軸と、吸気ポート２１におけるシート部５０よりも下流に位置する内周面の中心軸は、同一の直線上に位置し、詳しくは、軸部８ａ、第１円錐内周面２１ａ、円筒内周面２１ｂ、及び第２円錐内周面２１ｃの各中心軸は、同一の直線上に位置する。図２（ｂ）を参照して、傘部８ｂにおける最も燃焼室２５側の箇所（以下、吸気バルブ８の端という）を通過すると共に上記一方向に垂直な第１平面Ｐ１は、円筒内周面２１ｂと交差する。第１平面Ｐ１が円筒内周面２１ｂと交差する箇所で構成される第１閉曲線３０は、第１ガス通過領域Ｆ１の縁を構成する。なお、図２（ｂ）における模式図では、傘部８ｂにおける端は、傘部８ｂの底面２９となっているが、傘部の底面は、少し膨らんだ形状や、斜めに傾いた形状でもよい。この場合、第１平面は、傘部の底面の全てを通過せず、傘部の底面において最も燃焼室側の箇所を通過する。

第１ガス通過領域Ｆ１よりも下流側（燃焼室側）の部分（以下、燃焼室側部分という）４０が、第１平面Ｐ１に平行な第２平面Ｐ２で切断されたときに、第２平面Ｐ２が燃焼室側部分４０と接触する箇所で構成される閉曲線のうちで最小の長さを有する第２閉曲線３１は、第２ガス通過領域Ｆ２の縁を構成する。上述のように、第２円錐内周面２１ｃは、燃焼室２５側に行くにしたがって先細りとなり、円筒内周面２１ｂの下流側接続部から吸気ポート２１の出口まで延在する。したがって、第１実施形態では、第２ガス通過領域Ｆ２の縁を構成する第２閉曲線３１は、吸気ポート２１の出口開口の縁と一致する。よって、第２円錐内周面２１ｃは、燃焼室２５側に行くにしたがって先細りとなっているので、第１ガス通過領域Ｆ１の流路面積が、第２ガス通過領域Ｆ２の流路面積よりも大きくなる。

次に、最大リフト状態におけるガス流の絞り部について説明する。図３（ａ）は、図２（ｂ）と同一の断面図であり、最大リフト状態における、シート部５０（すなわち吸気バルブ８の傘部８ｂの外周面と吸気ポート２１の第１円錐内周面２１ａの内周面とで画定される流路）の流路面積Ｓ１と、吸気バルブの傘部と吸気ポートとの間の流路面積におけるシート部５０以外の最小流路面積Ｓ２（以下、単に、シート部５０以外の最小流路面積Ｓ２という）の位置を説明する断面図である。また、図３（ｂ）は、吸気バルブ８のリフト量（傘部８ｂの位置）と、シート部５０の流路面積Ｓ１及びシート部５０以外の最小流路面積Ｓ２の夫々と、の関係を表すグラフである。

図３（ａ）に示すように、第１実施形態では、シート部５０以外の最小流路面積Ｓ２は、吸気バルブ８のリフト量（以下、単に、リフト量という）によらず、傘部８ｂにおける端を通過すると共に上記一方向に垂直な平面で切断したときの流路面積となり、傘部８ｂの底面縁の外周と吸気ポート２１の円筒内周面２１ｂとにより画定されるガス通過領域の流路面積となる。また、図３（ｂ）に示すように、シート部５０以外の最小流路面積Ｓ２は、最大リフト量までの全てのリフト量で、一定になっている。一方、シート部５０の流路面積Ｓ１は、リフト量が大きくなるにしたって（傘部８ｂの位置が燃焼室２５側に行くにしたがって）一次関数的に大きくなっている。また、シート部５０の流路面積Ｓ１は、最大リフト状態においてシート部５０以外の最小流路面積Ｓ２と同一となっている。その結果、傘部８ｂが如何なる位置に存在しても、シート部５０の流路面積Ｓ１は、シート部５０以外の最小流路面積Ｓ２以下となる。

上記第１実施形態によれば、最大リフト状態において、吸気ポート２１の内周面と吸気バルブ８の傘部８ｂの末広がり部分の外周面との間に構成されるガスの流路の出口直後に位置し、吸気ポート２１の内周面のみで画定される第１ガス通過領域Ｆ１の流路面積が、第１ガス通過領域Ｆ１よりもガスの流れの下流側において吸気ポート２１の内周面で構成される最小の流路面積である第２流路面積を有する第２ガス通過領域Ｆ２の第２流路面積よりも大きい。したがって、吸気バルブ８の下流域で吸気ポート２１の内周面に沿うよう流れるガスを、第２ガス通過領域Ｆ２で縮流させて燃焼室２５側に流すことができる。よって、指向性のある高流速のガスを燃焼室内に導入し易い。

また、ガスがシート部５０よりも下流側にある吸気ポート２１と吸気バルブ８の間で絞られることがなく、シート部５０を流れの絞り部とできる。よって、シート部５０でガスの流れを制御し易く、シート部５０でガスの流れの所望の指向性を実現し易い。

なお、第１実施形態では、傘部８ｂが、バルブが最大リフト量になるまでの如何なる位置に存在しても、シート部５０の流路面積Ｓ１が、シート部５０以外の最小流路面積Ｓ２以下となる場合について説明した。しかし、傘部が一往復する間に、シート部の流路面積が、吸気バルブの傘部と吸気ポートとの間の流路面積におけるシート部以外の最小流路面積よりも大きくなるタイミングが存在してもよい。

また、軸部８ａの中心軸が、吸気ポート２１の内周面２１ａ,２１ｂ,２１ｃの中心軸と同一直線上に位置する場合について説明し、吸気ポート２１におけるシート部５０よりも下流に位置する内周面の中心軸と同一直線上に位置する場合について説明した。しかし、吸気バルブの軸部が中心軸を有し、吸気ポートにおけるシート部よりも下流に位置する内周面も、中心軸を有する形状である場合に、該軸部の中心軸は、該内周面の中心軸と同一直線上になくてもよい。又は、吸気ポートにおけるシート部よりも下流に位置する内周面は、中心軸を有さない形状でもよく、吸気バブルの軸部も、中心軸を有さない形状でもよい。

要は、本発明の内燃機関は、第１ガス通過領域を、最大リフト状態において、吸気ポートの内周面と吸気バルブの傘部の末広がり部分の外周面との間に構成されるガスの流路の出口直後に位置し、吸気ポートの内周面のみで画定されるガス通過領域と定義し、第１流路面積を、第１ガス通過領域の流路面積と定義し、第２ガス通過領域を第１ガス通過領域よりもガスの流れの下流側において吸気ポートの内周面で構成される最小の流路面積である第２流路面積を有するガス通過領域と定義するとき、第１流路面積が、第２流路面積よりも大きければ、吸気ポートの形状や吸気バルブの軸部の形状は、如何なる形状であってもよく、吸気バルブの軸部の延在方向も、如何なる方向でもよい。

（第２実施形態）
図４（ａ）は、第２実施形態の内燃機関１０１における図３（ａ）に対応する図であり、図４（ｂ）は、内燃機関１０１における図３（ｂ）に対応するグラフである。なお、第２実施形態を含む以下の全ての実施形態及び変形例では、第１実施形態と同一の構成には第１実施形態と同一の番号を付して説明を省略する。また、第２実施形態を含む以下の全ての実施形態及び変形例では、第１実施形態と同一の作用効果及び変形例についても説明を省略する。

また、第２実施形態を含む以下の全ての実施形態でも、第１実施形態と同様に、吸気ポートにおけるシート部よりも下流に位置する内周面が中心軸を定義できる形状を有する場合について説明し、吸気バルブ８の軸部８ａの中心軸が、該内周面の中心軸と同一直線上に位置する場合について説明を行う。

なお、第２実施形態を含む以下の全ての実施形態及び変形例の説明において、第１ガス通過領域を、最大リフト状態において、吸気ポートの内周面と吸気バルブの傘部の末広がり部分の外周面との間に構成されるガスの流路の出口直後に位置し、吸気ポートの内周面のみで画定されるガス通過領域であるとする。また、第１流路面積を、第１ガス通過領域の流路面積であるとする。また、第２ガス通過領域を第１ガス通過領域よりもガスの流れの下流側において吸気ポートの内周面で構成される最小の流路面積である第２流路面積を有するガス通過領域であるとする。また、第１平面は、傘部が進退移動する方向を一方向とするとき、最大リフト状態において、傘部における一方向の端を通過すると共に上記一方向に垂直な平面であるとする。また、第１閉曲線は、第１平面で吸気ポートを切断したとき、第１平面が吸気ポートの内面と接触する箇所で構成される閉曲線であるとする。また、第２平面は、第１平面で平行な平面であって、吸気ポートにおける第１閉曲線よりも燃焼室側の部分を通過する平面であるとする。また、第２閉曲線は、第２平面が上記燃焼室側の部分と接触する箇所で構成される閉曲線のうちで最小の長さを有する閉曲線であるとする。第２実施形態以下の全ての実施形態では、第１ガス通過領域は、第１平面に含まれ、第２ガス通過領域は、第２平面に含まれる。また、第２実施形態以下の全ての実施形態では、第１閉曲線は、第１ガス通過領域の縁を構成し、第２閉曲線は、第２ガス通過領域の縁を構成する。また、説明は省略するが、第２実施形態以下の全ての実施形態、及びそれらの実施形態の変形例でも、第１流路面積は、第２流路面積よりも大きい。

第２実施形態では、第１実施形態より吸気バルブ８のリフト量が大きくなり、吸気バルブ８の端が吸気ポート２１の円筒内周面２１ｂと第２円錐内周面２１ｃとの接続部を超える。すなわち、最大リフト時において、第１平面Ｐ１１が円筒内周面２１ｂと第２円錐内周面２１ｃとの接続部より下流側、すなわち燃焼室２５側に位置する。図４（ａ）に示すように、最大リフト状態において、シート部１５０以外の最小流路は、傘部８ｂの底面２９の円形の縁２９ａと、図４（ａ）の断面図において、縁２９ａとの距離が最小となると共に第２円錐内周面２１ｃに含まれる円２１ｄとで画定される円錐台状の形状を有する。また、図４（ｂ）に示すように、シート部１５０の流路面積Ｓ１１は、リフト量の長さが大きくなるにしたがって（傘部８ｂの位置が燃焼室２５側に行くにしたがって）一次関数的に大きくなっている。

これに対し、吸気バルブ８の傘部８ｂと吸気ポート２１との間の流路面積におけるシート部１５０以外の最小流路面積Ｓ１２は、傘部８ｂの底部の縁が円筒内周面２１ｂと第２円錐内周面２１ｃとの接続部に達するリフト量までは、リフト量が如何なる値でも一定となる一方、底部の縁が当該接続部を超えるリフト量になると、リフト量が大きくなるにしがって一次関数的に減少する。

しかし、図４（ｂ）に示すように、第２実施形態でも第１実施形態と同様、リフト量が最大のときに、シート部１５０の流路面積Ｓ１１がシート部１５０以外の最小流路面積Ｓ１２と同一になる一方、リフト量がそれ以外の長さのときには、シート部１５０の流路面積Ｓ１１がシート部１５０以外の最小流路面積Ｓ１２よりも小さい。したがって、リフト量が如何なる値のときでも、シート部１５０の流路面積Ｓ１１がシート部１５０以外の最小流路面積Ｓ１２よりも大きくなることがなく、第１実施形態同様、シート部１５０を流れの絞り部とでき、シート部１５０で流れを整流化でき、所望の指向性を実現し易い。

（第３実施形態）
図５（ａ）は、第３実施形態の内燃機関２０１における図２（ａ）に対応する図であり、図５（ｂ）は、内燃機関２０１における図２（ｂ）に対応する図である。内燃機関２０１では、吸気ポート２２１が、第１円錐内周面２２１ａと、第２円錐内周面２２１ｂを含む。第１円錐内周面２２１ａの一部は、シート部２５０の一部を構成する。第１円錐内周面２２１ａは、燃焼室２５側に行くにしたがって末広がりとなっている。また、第２円錐内周面２２１ｂは、第１円錐内周面２２１ａの燃焼室２５側の接続部につながり、吸気ポート２２１の出口開口まで延在し、燃焼室２５側に行くにしたがって先細りとなっている。

図５（ｂ）に示すように、第３実施形態では、第１平面Ｐ２１は、第２円錐内周面２２１ｂに交差する。第３実施形態によれば、吸気ポート２２１と傘部８ｂとの間を通過したガスを、吸気ポート２２１の出口開口まで第２円錐内周面２２１ｂを沿うように案内して流動させることができ、円滑に縮流できて整流できる。したがって、指向性に優れるガスを生成し易い。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の内燃機関３０１における図２（ｂ）に対応する図である。図６に示すように、内燃機関３０１の吸気ポート３２１は、第１円錐内周面３２１ａ、第１円筒内周面３２１ｂ、第２円錐内周面３２１ｃ、及び第２円筒内周面３２１ｄを含む。第１円錐内周面３２１ａは、燃焼室２５側に行くにしたがって末広がりとなっている。また、第１円筒内周面３２１ｂは、第１円錐内周面３２１ａの燃焼室２５側の接続部につながる。また、第２円錐内周面３２１ｃは、第１円筒内周面３２１ｂの燃焼室２５側の接続部につながり、燃焼室２５側に行くにしたがって先細りとなっている。また、第２円筒内周面３２１ｄは、第２円錐内周面３２１ｃの燃焼室２５側の接続部につながり吸気ポート３２１の出口開口３３２まで延びている。

図６に示すように、内燃機関３０１では、第１平面Ｐ３１は、第１円筒内周面３２１ｂに交差し、第１ガス通過領域Ｆ３１の縁を構成する第１閉曲線３３０は、第１円筒内周面３２１ｂの外周長さと同一の長さを有する。また、第２平面Ｐ３２は、第２円錐内周面３２１ｃと第２円筒内周面３２１ｄの交点を通過し、第２ガス通過領域Ｆ３２の縁を構成する第２閉曲線３３１は、第２円筒内周面３２１ｄの外周長さと同一の長さを有する。第２ガス通過領域Ｆ３２は、吸気ポート３２１の出口開口３３２よりも傘部８ｂ側（燃焼室２５側とは反対側）に位置する。

第４実施形態によれば、ガスが、第２ガス通過領域Ｆ３２で縮流された後、すぐに燃焼室２５に流出せず、ガスの流れが一度整えられる。そのため、縮流されたガスの流れを整流化した後にガスを燃焼室２５に流出させることができ、ガスの流れの指向性をより良好なものにできる。

図７は、第４実施形態の変形例の内燃機関４０１における図６に対応する図である。図７に示すように、内燃機関４０１の吸気ポート４２１は、第１円錐内周面４２１ａ、第１円筒内周面４２１ｂ、第２円錐内周面４２１ｃ、第２円筒内周面４２１ｄ、及び第３円錐内周面４２１ｅを含む。第１円錐内周面４２１ａは、燃焼室２５側に行くにしたがって末広がりとなっている。また、第１円筒内周面４２１ｂは、第１円錐内周面４２１ａの燃焼室２５側の接続部につながる。また、第２円錐内周面４２１ｃは、第１円筒内周面４２１ｂの燃焼室２５側の接続部につながり、燃焼室２５側に行くにしたがって先細りとなっている。また、第２円筒内周面４２１ｄは、第２円錐内周面４２１ｃの燃焼室２５側の接続部につながる。また、第３円錐内周面４２１ｅは、第２円筒内周面４２１ｄの燃焼室２５側の接続部につながり、燃焼室２５側に行くにしたがって末広がりとなっており、吸気ポート４２１の出口開口４３２まで延在する。

図７に示すように、内燃機関４０１では、第１平面Ｐ４１は、第１円筒内周面４２１ｂに交差し、第１ガス通過領域Ｆ４１の縁を構成する第１閉曲線４３０は、第１円筒内周面４２１ｂの外周長さと同一の長さを有する。また、第２平面Ｐ４２は、第２円錐内周面４２１ｃと第２円筒内周面４２１ｄの交点を通過し、第２ガス通過領域Ｆ４２の縁を構成する第２閉曲線４３１は、第２円筒内周面４２１ｄの外周長さと同一の長さを有する。第２ガス通過領域Ｆ４２は、吸気ポート４２１の出口開口４３２よりも傘部８ｂ側（燃焼室２５側とは反対側）に位置する。図７に示すように、第１ガス通過領域Ｆ４１の流路面積が、第２ガス通過領域Ｆ４２の流路面積よりも大きければ、第１ガス通過領域Ｆ４１の流路面積が、吸気ポート４２１の出口における流路面積よりも小さくてもよい。

また、図８は、第４実施形態の他の変形例の内燃機関５０１における図６に対応する図である。また、図９は、第４実施形態の更なる変形例の内燃機関６０１における図６に対応する図である。図８及び図９に示すように、吸気ポート５２１,６２１における第１閉曲線５３０,６３０の周辺部分が湾曲した球の内面形状であってもよい。そして、その球の内面形状の部分が、第１平面Ｐ５１,Ｐ６１に対して面対称な形状であってもよい。本構成によれば、ガス流を球の内面形状の部分に沿って流動させることができ、ガス流を円滑かつ効率的に縮流できる。

また、図８に示す変形例では、第２ガス通過領域Ｆ５２を構成する第２閉曲線５３１が、吸気ポート５２１の角に位置し、微分不可能な箇所に位置している。これに対し、図９に示す変形例では、吸気ポート６２１の内面に角がなく、第２ガス通過領域Ｆ６２を構成する第２閉曲線６３１が微分可能な滑らかな箇所に位置している。

ガスの流れを縮流する箇所に角部が存在すると、その角部に熱が籠り易く、ガスの温度が高くなって、ノッキング（金属性の打撃音や振動が生じる現象）を起こし易い。図９に示す変形例では、角部がガスの流れを縮流する箇所に存在しないためノッキングを抑制できて好ましい。

（第５実施形態）
図１０（ａ）は、第５実施形態の内燃機関７０１における図２（ｂ）に対応する図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）を矢印Ｂで示す方向から見たときの図である。また、図１０（ｃ）は、吸気バルブ８側を燃焼室２５側から傘部８ｂの進退方向に見たときの、吸気バルブ８の傘部８ｂ、第１閉曲線７３０、及び吸気ポート７２１の出口開口７３２の夫々の輪郭を示す図である。

図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、内燃機関７０１では、傘部８ｂの底面の輪郭の形状と第１ガス通過領域Ｆ７１の縁を構成する第１閉曲線７３０の形状が円形状になっており、吸気ポート７２１の出口開口７３２の形状が楕円形状となっている。また、出口開口７３２を表す楕円の長径は、第１閉曲線７３０の直径以下になっている。

燃焼室２５内でガスの流れに乱れが生じると、乱れ領域で火炎が広がり易く、乱れ領域で燃焼を速くできる。第５実施形態によれば、ガス流の流れ方向に垂直な平面での断面形状を非対称な形状にでき、燃焼を速くしたい燃焼室の領域にガス流の乱れを生成し易い。よって、当該燃焼室の領域でのガスの燃焼速度を速くし易い。また、より多くの量のガスを楕円の長軸方向側に流すことができる。その結果、ガス流の乱れを楕円の長軸方向側に生成し易い。

なお、吸気ポート７２１の出口開口７３２の形状が円形状でない楕円形状となっている場合について説明した。しかし、吸気ポートの出口開口の形状は、楕円以外の如何なる円形状以外の形状であってもよく、例えば、半円形状、矩形状、又は等脚台形形状等であってもよい。

（第６実施形態）
図１１（ａ）は、第６実施形態の内燃機関８０１における図２（ｂ）に対応する図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）を矢印Ｃで示す方向から見たときの図である。また、図１１（ｃ）は、吸気バルブ８側を燃焼室２５側から傘部８ｂの進退方向に見たときの、吸気バルブ８の傘部８ｂ、第１閉曲線８３０、及び吸気ポート８２１の出口開口８３２の夫々の輪郭を示す図である。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すように、内燃機関８０１では、傘部８ｂの底面の輪郭の形状と吸気ポート８２１の出口開口８３２の形状が円形状になっており、第１ガス通過領域Ｆ８１の縁を構成する第１閉曲線８３０の形状が楕円形状となっている。また、第１閉曲線８３０を表す楕円の短径は、吸気ポート８２１の出口開口８３２を表す円の直径以上となっている。第６実施形態によれば、ガスの流れを、断面形状が円でない形状で整流化でき縮流できる。よって、燃焼を速くしたい燃焼室２５の領域にガスに乱れを生成し易く、その領域で燃焼を速くし易い。また、より多くの量のガスを楕円の長軸方向側に流すことができる。よって、ガス流の乱れを楕円の長軸方向側に生成し易い。

なお、第１閉曲線８３０の形状が円形状でない楕円形状となっている場合について説明した。しかし、第１ガス通過領域の縁を構成する閉曲線の形状は、楕円以外の如何なる円形状以外の形状であってもよく、例えば、半円形状、矩形状、又は等脚台形形状等であってもよい。

尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、第２閉曲線３１,３３１,４３１,５３１,６３１が、円形状である場合について説明した。しかし、第２ガス通過領域の縁を構成する閉曲線は、円形状以外の如何なる形状であってもよく、例えば、楕円、半円形状、矩形状、又は等脚台形形状等であってもよい。この構成を採用すれば、ガス流を、第２ガス通過領域の縁を構成する閉曲線の形状に対応する形状に縮流できる。

また、本発明は、ＥＧＲ限界とリーン限界に関して優位性を有する。最後に、このことについて言及する。排気ガスをよりたくさん導入して不活性ガスをよりたくさん導入すると、ノックスを抑制できると共に、燃焼温度を下げることができて外部に放出される熱量を低減でき（冷却損失を低減でき）、内燃機関の熱効率を上げることができて好ましい。しかし、排気ガスをたくさん入れすぎると、燃焼が悪くなって、燃焼時間が長くなる。

また、混合ガスに空気をよりたくさん導入すると、ノックスを抑制でき、かつ、燃焼温度を下げることができると共に混合ガスの比熱を大きくできるので、内燃機関の熱効率を上げることができて好ましい。しかし、この場合でも、空気をたくさん入れすぎると、燃焼が悪くなって、燃焼時間が長くなる。

これに対し、本発明によれば、第１ガス通過領域の第１流路面積が、第１ガス通過領域よりも下流に位置する第２ガス通過領域の第２流路面積よりも大きいので、より高速で指向性があるガスを燃焼室に導入できる。したがって、燃焼室内に圧縮後期でもガスの強い流れを形成することができ、燃焼を良好なものにでき、燃焼時間も速くできる。よって、排気ガスや空気を、より多く導入しても、燃焼が悪くなることを抑制できる。その結果、ＥＧＲ限界やリーン限界の上限を上げることができ、内燃機関の熱効率を上げることができる。

２ シリンダヘッド、 ８ 吸気バルブ、 ８ａ 軸部、 ８ｂ 傘部、 ８ｃ 円錐外周面、 ２１,２２１,３２１,４２１,５２１,６２１,７２１,８２１ 吸気ポート、 ２５ 燃焼室、 ３０,３３０,４３０,５３０,６３０,７３０,８３０ 第１閉曲線、 ３１,３３１,４３１,５３１,６３１ 第２閉曲線、 ４０ 燃焼室側部分、 ５０,１５０,２５０ シート部、 ２２１ｂ 第２円錐内周面（燃焼室側に先細りとなる円錐内周面）、 ３３２,４３２,７３２,８３２ 吸気ポートの出口開口、 Ｆ１,Ｆ３１,Ｆ４１,Ｆ７１,Ｆ８１ 第１ガス通過領域、 Ｆ２,Ｆ３２,Ｆ４２,Ｆ５２,Ｆ６２ 第２ガス通過領域、 Ｐ１,Ｐ１１,Ｐ２１,Ｐ３１,Ｐ４１,Ｐ５１,Ｐ６１,Ｐ７１,Ｐ８１ 第１平面、 Ｐ２,Ｐ３２,Ｐ４２,Ｐ５２,Ｐ６２ 第２平面、 Ｓ１,Ｓ１１ シート部の流路面積、 Ｓ２,Ｓ１２ 吸気バルブの傘部と吸気ポートとの間の流路面積におけるシート部以外の最小流路面積。

Claims (7)

1. 燃焼室に繋がる吸気ポートを内部に有するシリンダヘッドと、
   前記燃焼室側ほど末広がりとなる傘部を有し、前記傘部が前記吸気ポート内のみを一方向に進退移動する吸気バルブと、を備え、
   前記傘部が最も前記燃焼室側に位置する最大リフト状態において、前記吸気ポートの内周面と前記吸気バルブの前記傘部の末広がり部分の外周面との間に構成されるガスの流路の出口直後に位置し、前記吸気ポートの内周面のみで画定される第１ガス通過領域の第１流路面積は、前記第１ガス通過領域よりも前記ガスの流れの下流側において前記吸気ポートの前記内周面で構成される最小の流路面積である第２流路面積を有する第２ガス通過領域の該第２流路面積よりも大きい、内燃機関。
2. 前記吸気ポートと前記吸気バルブのシート部における流路面積が、前記吸気ポートと前記吸気バルブの前記シート部以外の流路面積の最小値以下になる、請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記第２ガス通過領域が、前記吸気ポートの出口よりも前記傘部側に位置する、請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記吸気ポートの内周面が、前記燃焼室側に行くにしたがって先細りとなる円錐内周面を前記第１ガス通過領域よりも前記ガスの下流側に有する、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の内燃機関。
5. 前記吸気ポートの出口の縁が、円以外の形状を有する、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の内燃機関。
6. 前記第１ガス通過領域の縁が、円以外の形状を有する、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の内燃機関。
7. 前記第１ガス通過領域の縁と、前記吸気ポートの出口の縁のうちの少なくとも一方が、楕円形状を有する、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の内燃機関。

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