JP6757100B2 - エンジンの吸気ポート構造 - Google Patents

Description

本発明は、タンブル流を強化し、燃費性能などを向上させるのに好適なエンジンの吸気ポート構造に関する。
なお、タンブル流は、エンジンの吸気工程において、燃焼室の軸長方向に発生する旋回流（燃焼室の周方向に発生するスワール流とは交差する方向の旋回流）であり、空気と燃料とのミキシング性をよくし、燃焼効率を高めるのに役立つ。

エンジンの吸気ポート構造の一例として、特許文献１に記載のものがある。
同文献に記載の構造においては、エンジンのシリンダヘッドに、燃焼室の中心線に対して傾斜した角度で吸気ポートが設けられ、かつこの吸気ポートの燃焼室入口部の周縁には、吸気ポートとの当接が図られるリング状のバルブシートが配設されている。このような構造において、吸気ポートの内壁部とバルブシートとの間に段差や、角度の急変部が存在していると、吸気ポート内を通過してきた吸気流が乱れ、また流量係数が小さくなるなどの理由から、燃焼室内に吸気が円滑に流れ込まなくなり、タンブル流が弱くなる。
そこで、特許文献１においては、バルブシートの内周面と吸気ポートの内壁部との間に段差などを生じないようにすべく、バルブシートの内周面を吸気ポートの内壁部に対応させて加工している。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。

すなわち、バルブシートは、吸気ポートの弁座部としての役割を果たすものであるため、耐摩耗性などに優れた高硬度の材質とされているのが通例である。したがって、このバルブシートを圧入などの手段を用いてシリンダヘッドに取り付けた後に、吸気ポートの内壁部との間に段差などが生じないように加工する作業は容易ではなく、生産性に劣るものとなる。
これを解消する手段として、バルブシートをシリンダヘッドに取り付ける前の段階で予め所定の形状に仕上げておくことも考えられる。ところが、この場合にはバルブシートを吸気ポートとの相対関係において所定の向き、配置となるように高精度に位置合わせする必要がある。したがって、この作業は難しく、やはり生産性に劣る。

なお、従来においては、シリンダヘッドとは別体のバルブシートを用いるのではなく、レーザなどを用いて、アルミ合金製のシリンダヘッドに耐摩耗合金を直接肉盛りし、この部分を吸気ポートの弁座部として加工する手段が開発されている。このような手段を採用すれば、別体のバルブシートを用いる場合に生じる前記したような不具合を解消することが可能である。ところが、このような手段は、特殊かつ高価な生産設備を準備するといった必要があり、エンジンの製造コストがかなり高くなる不利がある。

特開２００１−１７３５１３号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、製造コストの低減化を図りながらも、タンブル流の強化を適切に図ることが可能なエンジンの吸気ポート構造
を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供されるエンジンの吸気ポート構造は、燃焼室の上下高さ方向に延びる中心線に対して傾斜した角度に設けられており、かつ内壁部として、下側内壁面および該下側内壁面の上側に位置する上側内壁面を有し、前記上側内壁面の終端部は、前記下側内壁面の終端部よりも前記燃焼室の前記中心線寄りに位置している吸気ポートと、前記吸気ポートの燃焼室入口部の周縁に配設された円形リング状のバルブシートと、を備えている、エンジンの吸気ポート構造であって、前記吸気ポートの前記内壁部には、前記バルブシートの内側に進入し、かつ前記バルブシートの内周面を覆うバルブシート内進入部が設けられており、前記バルブシート内進入部は、前記下側内壁面を除き、前記上側内壁面のみに設けられ、前記バルブシートの内側の前記燃焼室の前記中心線寄りに偏った配置で前記バルブシートの内周面に接触し、かつ内壁面が凹状曲面とされた平面断面視略三日月状であることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第１に、吸気ポート内から燃焼室内に吸気が流れ込む場合、吸気ポート内を流れる吸気の全体または一部については、吸気ポートの内壁部の一部であるバルブシート内進入部の内壁面に沿わせて流れさせてから燃焼室内に流れ込ませることが可能であり、この吸気の流れには、バルブシートの存在による影響を殆ど与えないようにし、吸気を燃焼室に円滑に流れ込ませることができる。したがって、タンブル流を強化し、エンジンの燃焼効率を優れたものとして、低燃費・高出力エンジンを実現することが可能である。
第２に、吸気ポートの内壁部とバルブシートとの間に段差や角度の急変部などを生じないようにするための手段としては、バルブシートを吸気ポートの燃焼室入口部の周縁に取り付けた後において、高硬度のバルブシートの内周面を加工するのではなく、それよりも硬度が低い吸気ポートの内壁部を加工すればよいこととなる。したがって、タンブル流の強化を図るための加工作業の容易化が図られる。その結果、エンジンの生産性を高め、製造コストを廉価にすることができる。
第３に、本発明においては、予め所定の形状に形成されたバルブシートを、吸気ポートの燃焼室入口部の周縁に圧入などの手段を用いて組み付ければよい。このため、たとえば先に述べたレーザなどを用いて吸気ポートの弁座部に相当する箇所に耐摩耗合金を肉盛りする手段とは異なり、特殊かつ高価な設備を必要とせず、製造コストを廉価にすることが可能である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

（ａ）は、本発明に係るエンジンの吸気ポート構造の一例を示す要部概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ要部断面図である。 図１の要部分解断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１に示すエンジンの吸気ポート構造Ａは、エンジンのシリンダヘッド１Ａに設けられた吸気ポート２、および吸気バルブ３用の弁座部としてのリング状のバルブシート４を備えている。シリンダヘッド１Ａの下側のシリンダ１内には、燃焼室５および昇降可能なピストン６が設けられている。同図においては、排気ポート、排気バルブ、点火プラグなどについては省略している。

吸気ポート２は、エンジンの吸入工程において燃焼室５内に吸気を流れ込ませるための
部位であり、燃焼室５の中心線Ｃに対して適当な角度で傾斜した姿勢で一連に延びた孔部として形成されている。ただし、この吸気ポート２は、吸気流が円滑に流れるように、その内壁面２０（上側内壁面２０ａや下側内壁面２０ｂ）は滑らかな形状の傾斜面とされている。また、後述するバルブシート内進入部２１が設けられた構成とされている。吸気ポート２内には、たとえば不図示の燃料噴射装置から燃料が噴射される。

バルブシート４は、たとえば焼結金属体などの耐摩耗性に優れた材質からなり、全体の概略形状は円形リング状である。ただし、このバルブシート４の内周面の下部（燃焼室５寄りの部分）は、下広がり傾斜状のバルブ当接面４０とされており、このバルブ当接面４０に吸気バルブ３が気密シール性の高い状態で当接可能とされている。バルブシート４の内周面のうち、バルブ当接面４０よりも上側部分は、バルブ非当接面４１である。

バルブシート４は、吸気ポート２の燃焼室入口部２２の周縁に配設されているが、その取り付けは、図２に示すように、シリンダヘッド１Ａに設けられた凹部１０にバルブシート４を圧入することにより図られている。ここで、本実施形態においては、凹部１０のうち、燃焼室５の中心線Ｃ寄りの部分は、バルブシート４の一部が嵌入する溝１０ａとして形成されている。このことにより、図１に示すように、吸気ポート２の内壁部のうち、前記した溝１０ａよりも内側部分は、バルブシート４の内側に進入し、かつこのバルブシート４の内周面上部のバルブ非当接面４１を覆うバルブシート内進入部２１となっている。

ただし、前記したバルブシート内進入部２１は、図１（ｂ）に示すように、平面断面視において略三日月状とされ、バルブシート４の内周面の全周にわたっては設けられておらず、燃焼室５の中心線Ｃ寄りの一部の領域のみを覆っている。このバルブシート内進入部２１の内壁面２１ａは、吸気ポート２の内壁面２０のうち、タンブル流の生成に大きな影響を及ぼす上側内壁面２０ａに対して一連に、かつ滑らかな状態で繋がった面とされている。好ましくは、バルブシート内進入部２１は、吸気バルブ３との当接を生じない範囲内において、バルブシート４の内周面をできる限り広い面積で覆うことが可能なサイズ（上下方向のサイズ）とされている。

次に、前記したエンジンの吸気ポート構造Ａの作用について説明する。

まず、ピストン６が下降し、吸気ポート２内から燃焼室５内に吸気が流れ込む場合、吸気ポート２の上側内壁面２０ａに沿って流れる吸気については、そのままバルブシート内進入部２１の内壁面２１ａに沿って流れてから燃焼室５内に流れ込むこととなる。したがって、吸気ポート２の上側内壁面２０ａに沿って流れる吸気に対するバルブシート４の影響を最小限またはこれに近い状態に抑えることができ、前記吸気を燃焼室５内に円滑に流れ込ませることができる。その結果、燃焼室５におけるタンブル流を強化し、吸気（空気）と燃料とのミキシングを促進し、エンジンの燃焼効率を優れたものとすることが可能となる。

なお、吸気ポート２の下側内壁面２０ｂに沿って流れる吸気は、バルブシート４の内周面に沿って流れてから燃焼室５内に流れ込むが、この吸気は、上側内壁面２０ａに沿って流れる吸気と比較すると、タンブル流の強化には余り寄与しない。本実施形態においては、上側内壁面２０ａに沿って流れる吸気の円滑化を図っているが、このことのみによってタンブル流を十分に強化することが可能である。

タンブル流の強化を図るには、吸気ポート２の内壁面２０とバルブシート４との間に段差などを生じないようにする必要がある。そのための手段として、本実施形態においては、図２を参照して説明したように、バルブシート４をシリンダヘッド１Ａの凹部１０に圧入させた後において、吸気ポート２の内壁部を加工し、バルブシート内進入部２１を仕上
げればよい。バルブシート４は加工する必要がない。バルブシート４は、高硬度の材質からなるが、シリンダヘッド１Ａは、たとえばアルミ製であるため、吸気ポート２の内壁部を切削するなどして、吸気ポート２の内壁面２０（バルブシート内進入部２１の内壁面２１ａ）とバルブシート４との間に段差などを生じないようにするための加工は、比較的容易に行なうことが可能である。したがって、バルブシート４の取り付けに際し、吸気ポート２の内壁部との間に段差などを生じないようにするための加工も容易となり、エンジンの生産性を高め、その製造コストを廉価にすることも可能である。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るエンジンの吸気ポート構造の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
バルブシートの具体的な材質、サイズ、およびシリンダヘッドへの取り付け手法などは限定されない。吸気ポートは、タンブル流を発生させるべく燃焼室の中心線に対して傾斜した角度で設けられるが、その具体的な傾斜角度なども限定されない。

Ａ エンジンの吸気ポート構造
Ｃ 燃焼室の中心線
１Ａ シリンダヘッド
２ 吸気ポート
２１ バルブシート内進入部（吸気ポートの内壁部の）
３ 吸気バルブ
４ バルブシート
５ 燃焼室

Claims (1)

1. 燃焼室の上下高さ方向に延びる中心線に対して傾斜した角度に設けられており、かつ内壁部として、下側内壁面および該下側内壁面の上側に位置する上側内壁面を有し、前記上側内壁面の終端部は、前記下側内壁面の終端部よりも前記燃焼室の前記中心線寄りに位置している吸気ポートと、
   前記吸気ポートの燃焼室入口部の周縁に配設された円形リング状のバルブシートと、
   を備えている、エンジンの吸気ポート構造であって、
   前記吸気ポートの前記内壁部には、前記バルブシートの内側に進入し、かつ前記バルブシートの内周面を覆うバルブシート内進入部が設けられており、
   前記バルブシート内進入部は、前記下側内壁面を除き、前記上側内壁面のみに設けられ、前記バルブシートの内側の前記燃焼室の前記中心線寄りに偏った配置で前記バルブシートの内周面に接触し、かつ内壁面が凹状曲面とされた平面断面視略三日月状であることを特徴とする、エンジンの吸気ポート構造。

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