JPH11141397A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２本の直立吸気ポートを有した内燃機関にお
いて、ボア径が小さく直立吸気ポートに内燃機関長手方
向の制約がある場合であっても縦方向の旋回渦を良好に
生起可能であって高い燃焼効率を実現可能な内燃機関を
提供する。 【解決手段】 シリンダヘッド内を該シリンダヘッドの
上面に向かい互いに略平行に延びる２本の吸気ポート(2
4,24)には、燃焼室(20)に臨んで開口する２個の吸気開
口部(30,30)近傍に、それぞれ２個の吸気開口部の中線
Ｙとシリンダの壁面との交点Ｚに向けて吸気ポート内の
吸入空気を整流し燃焼室内に導く整流突起(26,26)が設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載される
内燃機関に係り、詳しくは直立吸気ポートを有してタン
ブル流を生起するガソリンエンジンの吸気ポート構造に
関する。

【０００２】

【関連する背景技術】近年、車両に搭載される火花点火
式内燃機関において、有害排ガス成分の低減や燃費の向
上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃焼室に
直接燃料を噴射する方式の筒内噴射型のガソリンエンジ
ンが種々提案されており、その構成例が、例えば特開平
５−２４００４４号公報等に開示されている。

【０００３】上述の公報に開示された筒内噴射ガソリン
エンジンでは、４弁式にして２本の吸気ポートを直立に
延びる直立吸気ポートとして形成しており、これにより
吸気効率の高い吸気を行うとともに燃焼室内にシリンダ
壁に沿う縦方向の旋回渦（タンブル流）を生起させて燃
焼効率の向上を図ることが可能となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
開示された筒内噴射ガソリンエンジンは、例えば排気量
が大きく各気筒のボア径が比較的大きなＤＯＨＣ（ダブ
ルオーバヘッドカムシャフト）型の筒内噴射ガソリンエ
ンジンとして構成されており、上記２本の吸気ポートの
吸気開口部の縁部とシリンダ壁との間には十分距離が有
る。つまり、図１を参照すると燃焼室側からシリンダヘ
ッド下面を視た図が示されているが、同図中に二点鎖線
で示すように、吸気開口部３０の縁部はシリンダ１０の
壁面から十分離間して位置している。

【０００５】ところが、この筒内噴射ガソリンエンジン
を小排気量のガソリンエンジンで実現しようとすると、
各気筒のボア径が小さくなることで、図１中に実線で示
すように、２本の吸気ポートの吸気開口部３０の縁部が
シリンダ１０の壁面に極めて接近することになる。特に
筒内噴射ガソリンエンジンでは希薄空燃比運転が可能で
あって大量の空気を必要とすることから吸気開口部３０
の開口径が大きくこの問題が顕著である。

【０００６】また、ＳＯＨＣ（シングルオーバヘッドカ
ムシャフト）型のガソリンエンジンでは、ロッカアーム
がカムシャフトと吸排気弁との間をエンジン幅方向（内
燃機関幅方向）に延びて各気筒毎に存在しており、この
ロッカアームの存在によって直立吸気ポートのエンジン
長手方向（内燃機関長手方向）の自由度が拘束されるこ
とになる。

【０００７】このように吸気開口部の縁部がシリンダ壁
に極めて接近し且つ２本の直立吸気ポートがエンジン長
手方向でレイアウト上の制約を受けると、吸気開口部か
ら燃焼室内に流入する吸入空気は、シリンダ壁に向かっ
て主として図１中に流線Ｆ'で示すように流れ、この
際、吸気開口部３０の縁部からシリンダ１０の壁面まで
の距離が距離Ｄ0と短いために吸気開口部より燃焼室内
に流入した直後にシリンダ壁に衝突することになる。

【０００８】吸入空気がシリンダ壁に衝突するようにな
ると、シリンダ壁が抵抗となり吸入空気は乱れ、故に良
好なタンブル流が得られず燃焼効率が低下することにな
り好ましいことではない。そこで、吸気ポートを互いに
斜めに配設して吸入空気がシリンダ壁に達するまでの距
離を稼ぎ且つ吸入空気を収斂するようにして良好なタン
ブル流を得ることを可能にした４弁式の内燃機関が特開
平３−１８２６２１号公報に開示されている。

【０００９】しかしながら、当該公報に開示されるよう
に吸気ポートを互いに斜めに配設することは、シリンダ
ヘッド上のロッカ室内に比較的空所が多いようなＤＯＨ
Ｃ型のガソリンエンジンでは可能であるが、該ロッカ室
内に空所が少ないような上記ＳＯＨＣ型のガソリンエン
ジンでは上記ロッカアーム等の存在により実現が困難で
あり現実的ではない。

【００１０】本発明は、上述した事情に基づきなされた
もので、その目的とするところは、２本の直立吸気ポー
トを有した内燃機関において、ボア径が小さく直立吸気
ポートに内燃機関長手方向の制約がある場合であっても
縦方向の旋回渦を良好に生起可能であって高い燃焼効率
を実現可能な内燃機関を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明では、シリンダヘッド内を該シリン
ダヘッドの上面に向かい互いに略平行に延びる２本の吸
気ポートには、燃焼室に臨んで開口する２個の吸気開口
部近傍に、それぞれ２個の吸気開口部の中線とシリンダ
の壁面との交点に向けて吸気ポート内の吸入空気を整流
し燃焼室内に導く整流突起が設けられている。

【００１２】これにより、２本の吸気ポートが互いに略
平行に真っ直ぐに延びている場合において、吸入空気が
２個の吸気開口部の中線とシリンダの壁面との交点に向
けて収斂されるようにして燃焼室内に導入されることに
なり、排気量が小さくシリンダボア径が小さい内燃機関
であって各吸気開口部がシリンダの壁面に接近している
ような場合であっても、吸入空気が各吸気開口部からシ
リンダの壁面に到達するまでの距離が十分に確保され
る。故に、吸入空気が吸気開口部から燃焼室内に流入し
た直後にシリンダ壁に衝突することなくシリンダ壁に沿
いスムーズに流れることになり、縦方向の旋回渦、即ち
タンブル流が良好に生起されて燃焼効率が向上する。

【００１３】特に、ＳＯＨＣ型の内燃機関の場合、ロッ
カアーム等の動弁機構によって２本の吸気ポートがレイ
アウト上の制約を受けて略平行に真っ直ぐ延びざるを得
ないのであるが、このように内燃機関がＳＯＨＣ型であ
り且つシリンダボア径が小さい場合であってもタンブル
流が良好に生起され燃焼効率が向上することになる。ま
た、このように吸入空気が上記交点方向に収斂されタン
ブル流が一本とされると相乗効果によってタンブル流が
強力なものとなり、やはり燃焼効率が向上する。

【００１４】また、請求項２の発明では、内燃機関は燃
焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有した筒内噴
射型火花点火式内燃機関とされている。従って、内燃機
関は圧縮行程で燃料を噴射することで極めて空燃比の希
薄な希薄燃焼運転を行うことが可能であり、この希薄燃
焼運転を行う場合には強力なタンブル流が必要とされる
のであるが、このような状況においてシリンダボア径が
小さく各吸気開口部がシリンダの壁面に接近している場
合であっても、上記同様にして良好且つ強力なタンブル
流が生起されて燃焼効率が向上することになる。

【００１５】また、このように良好且つ強力なタンブル
流が生起されることで、燃料噴射弁の噴射口に付着した
燃料やカーボンが該タンブル流によって良好に吹き払わ
れることになり燃料噴射状態が常に適正なものに維持さ
れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図２を参照すると、車両に搭載され
た本発明に係るＳＯＨＣ（シングルオーバヘッドカムシ
ャフト）型の筒内噴射ガソリンエンジンのシリンダブロ
ックとシリンダヘッドの部分の縦断面図が示されてお
り、以下、同図を参照して本発明に係る内燃機関の構成
を説明する。

【００１７】当該ＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジン
（以下、エンジンと略す）１は、シリンダボア径の比較
的小さな吸気２弁排気２弁の４弁式の小排気量のガソリ
ンエンジンであり、例えば４気筒ガソリンエンジンであ
って４気筒の全てについて吸気行程のみならず圧縮行程
での燃料噴射が可能とされている。以下、４気筒のうち
の１気筒を代表に説明する。

【００１８】図２に示すように、シリンダブロック２の
円筒状のシリンダ１０には、ピストン１２が嵌挿されて
いる。このピストン１２の頂面には、公知のＤＯＨＣ
（ダブルオーバヘッドカムシャフト）型の筒内噴射ガソ
リンエンジンと同様に、半球状のキャビティ１６が形成
されているが、その形状については従来のＤＯＨＣ型の
筒内噴射ガソリンエンジンのものと同様であるため、こ
こではその詳細については説明を省略する。

【００１９】一方、シリンダヘッド４には、シリンダヘ
ッド４の下面とピストン１２の頂面とによって区分され
形成される燃焼室２０に向けて燃料を直接噴射可能にし
て燃料噴射弁（インジェクタ）２２が設けられている。
より詳しくは、燃料噴射弁２２は、シリンダ１０の外周
壁近傍に対応する位置に、シリンダ１０の中心軸、即ち
シリンダ軸線Ｘに対して斜めに燃料を噴射可能なよう所
定の角度を有してシリンダヘッド４に取り付けられてい
る。なお、この燃料噴射弁２２は、吸気行程のみならず
燃焼室２０内が高圧となる圧縮行程時においても良好に
燃料をシリンダ１０内に供給可能なよう、その許容燃料
噴射圧は高圧（例えば、５０kgf/cm²以上）に設定され
ている。

【００２０】また、シリンダヘッド４には、各気筒のシ
リンダ軸線Ｘを含んでなる基面を挟むようにして、一側
に又割れした一対の吸気ポート２４，２４が形成されて
おり、他側に一対の排気ポート２８，２８が形成されて
いる。吸気ポート２４，２４は上記基面の一側に設けら
れた一対の吸気口（吸気開口部）３０，３０において燃
焼室２０に臨んで開口しており、排気ポート２８，２８
は上記基面の他側に設けられた一対の排気口３２，３２
において燃焼室２０に臨んで開口している。

【００２１】より詳しくは、吸気ポート２４，２４は、
排気ポート２８，２８がシリンダヘッド４の側面で水平
方向に開口している一方で、吸気口３０，３０からシリ
ンダ軸線Ｘに略沿うようにしてシリンダヘッド４の上面
に向けて延びている。つまり、吸気ポート２４，２４は
シリンダヘッド４の下面に対し直立する直立吸気ポート
とされている。

【００２２】ここで、図３を参照すると、図２中のＡ−
Ａ線に沿う吸気ポート２４，２４の縦断面図が示されて
おり、同図には後述の吸気弁３４，３４を開閉するため
の一対のロッカアーム４２，４２が併せて示されている
が、吸気ポート２４，２４はこのようにロッカアーム４
２，４２に挟まれるように形成されている。つまり、吸
気ポート２４，２４は、エンジン１の長手方向でレイア
ウト上の制約を受けており、図３に示す如くエンジン１
の側面方向から視ると、曲がりなく略真っ直ぐに上方に
延びている。

【００２３】そして、吸気ポート２４，２４の吸気口３
０，３０近傍には、排気口３２，３２側に位置し吸気ポ
ート２４，２４の内側に突出するようにして整流突起２
６，２６が形成されている。詳しくは、図３に示すよう
に、整流突起２６，２６は、互いに所定の角度を有して
半ば対向するように形成されている。つまり、整流突起
２６，２６は、その表面整流部が吸気口３０，３０間の
中線Ｙとシリンダ１０の壁面の縁部との交点Ｚを向くよ
う形成されている。

【００２４】そして、吸気口３０，３０には、吸気ポー
ト２４，２４と燃焼室２０との連通と遮断とを行う一対
の吸気弁３４，３４が設けられており、一方、排気口３
２，３２には、排気ポート２８，２８と燃焼室２０との
連通と遮断とを行う一対の排気弁３６，３６が設けられ
ている。同図に示すように、吸気弁３４，３４と排気弁
３６，３６とは、上記吸気ポート２４，２４と排気ポー
ト２８，２８との位置関係から、やはり上記基面を挟む
ようにしてシリンダヘッド４に設けられている。詳しく
は、これら吸気弁３４，３４と排気弁３６，３６は、同
図に示すように、各軸部がシリンダヘッド４の上面に向
け徐々に離反するようにシリンダヘッド４内を延びてい
る。

【００２５】また、シリンダヘッド４には、燃焼室２０
の略中央、即ち燃焼室２０内の混合気を最も有効に燃焼
させることの可能な着火位置に火花発生部を突出させて
点火プラグ４０が取り付けられている。以下、上記のよ
うに構成されたＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンの
本発明に係る作用及び効果について図２、図３及び図４
を参照して説明する。

【００２６】吸気ポート２４，２４がシリンダ軸線Ｘに
略沿い直立にされていると、吸気行程において吸気弁３
４，３４が開弁したとき（図２に示す状態）、吸入空気
は、主として図１中に流線Ｆで示すように、シリンダ１
０の壁面に沿うようにして吸気効率よくスムースに燃焼
室２０内に導入される。そして、このように燃焼室２０
内に導入された吸入空気は、ピストン１２の上昇に伴っ
てキャビティ１６により上方に巻き上げられ、燃焼室２
０内で縦方向の旋回渦（タンブル流）を形成する。

【００２７】ところで、吸気ポート２４，２４には上述
したように交点Ｚ方向を向いて整流突起２６，２６が設
けられている。従って、実際には吸気ポート２４，２４
から燃焼室２０に導入される吸入空気は、図３に流線Ｆ
で示すように互いに収斂されて一つのタンブル流を形成
することになる。つまり、図４を参照すると、図１と同
様に燃焼室２０側からシリンダヘッド４の下面を視た図
が示されているが、吸入空気は、突起２６，２６の存在
によって流線Ｆで示すようにシリンダ１０の壁面の交点
Ｚ方向に向け整流されることになる。

【００２８】このように、吸入空気がそれぞれ整流突起
２６，２６により整流され収斂されることは、即ち、図
４に示すように、吸入空気が吸気口３０，３０を出てシ
リンダ１０の壁面に到達するまでの距離を上述した従来
の距離Ｄ0に対し距離Ｄ1のように大きくできることを意
味している（Ｄ0＜Ｄ1）。つまり、整流突起２６，２６
によって吸入空気を整流することにより、燃焼室２０に
導入された吸入空気がシリンダ１０の壁面に到達するま
での距離を十分稼ぐことが可能となる。

【００２９】即ち、小排気量でシリンダボア径が比較的
小さく、且つ、吸気ポート２４，２４がエンジン長手方
向でレイアウト上の制約を受けるようなＳＯＨＣ型のエ
ンジン１において、吸気口３０，３０の開口径が大きく
該吸気口３０，３０がシリンダ１０の壁面に接近してい
る場合であっても、吸入空気をシリンダ１０の壁面に勢
いよく衝突させることなくシリンダ１０の壁面に沿って
スムーズに流すようにできる。

【００３０】なお、突起２６，２６が互いになす角度は
距離Ｄ0に応じて設定すればよい。つまり、距離Ｄ0が小
さいほど上記互いになす角度を小さくして吸気流れ方向
の変化量を大きく距離Ｄ1を極力大きくするように設定
することが好ましい。これにより、シリンダボア径が比
較的小さい場合であっても、吸入空気の収斂による相乗
効果も相俟って、燃焼室２０内で良好且つ強力なタンブ
ル流を生起させることができ、即ちタンブル比（一行程
中のタンブル渦数）の大きい流量係数の大きなタンブル
流を得ることができ、シリンダボア径の大きな筒内噴射
ガソリンエンジンの場合と同様の燃焼効率を得ることが
できる。この場合、吸気ポート２４，２４は、上述の如
く長手方向で制約を受ける反面比較的真っ直ぐとされる
ので、吸気効率を高く保持したままに燃焼効率を向上さ
せることが可能である。

【００３１】また、このように、吸入空気を収斂するよ
うにすると、図４に示すように、吸入空気は燃料噴射弁
２２の噴射口２２ａに向かうことになり、噴射口２２ａ
に付着した燃料或いはカーボンを吸入空気によって良好
に吹き払うことができ、燃料噴射状態を好適に保つこと
ができるという利点もある。さらに燃料が吸気行程で噴
射される場合において吸入空気と燃料との混合を良好な
ものとし燃料の霧化を促進することができるという利点
もある。

【００３２】なお、上記実施形態では、ＳＯＨＣ型の筒
内噴射ガソリンエンジンを例に説明したが、本発明を小
排気量でシリンダボア径の小さいＤＯＨＣ型の筒内噴射
ガソリンエンジンに適用することもできる。また、筒内
噴射ガソリンエンジンに限らず、小排気量でシリンダボ
ア径が小さく且つ上述のようなタンブル流を生起させる
ような構成のガソリンエンジンであれば、吸気管噴射型
のガソリンエンジンであっても本発明を良好に適用可能
である。

【００３３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る請求項１の内燃機関によれば、例えばＳＯＨＣ型の
内燃機関のように、２本の吸気ポートがロッカアーム等
の動弁機構によってレイアウト上の制約を受け互いに略
平行に真っ直ぐに延びている場合において、吸入空気を
２個の吸気開口部の中線とシリンダの壁面との交点に向
けて収斂するようにして燃焼室内に導入できることにな
り、排気量が小さくシリンダボア径が小さい内燃機関で
あって各吸気開口部がシリンダの壁面に接近しているよ
うな場合であっても、吸入空気が各吸気開口部からシリ
ンダの壁面に到達するまでの距離を十分に確保すること
ができる。

【００３４】従って、吸入空気を吸気開口部から燃焼室
内に流入した直後にシリンダ壁に衝突させないようにし
てシリンダ壁に沿いスムーズに流すことができ、燃焼室
内に縦方向の旋回渦、即ちタンブル流を良好に生起させ
て燃焼効率を向上させることができる。また、このよう
に吸入空気を上記交点方向に収斂させてタンブル流を一
本に纏めると、相乗効果によってタンブル流を強力なも
のにでき、やはり燃焼効率を向上させることができる。

【００３５】また、請求項２の内燃機関によれば、内燃
機関が燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し
た筒内噴射型火花点火式内燃機関であり強力なタンブル
流を必要とするような状況において、シリンダボア径が
小さく各吸気開口部がシリンダの壁面に接近しているよ
うな場合であっても、上記同様にして良好且つ強力なタ
ンブル流を生起させて燃焼効率を向上させることができ
る。

【００３６】また、このように良好且つ強力なタンブル
流が生起されることで、燃料噴射弁の噴射口に付着した
燃料やカーボンを該タンブル流によって吹き払うことが
でき、燃料噴射状態を常に良好なものに維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃焼室側からシリンダヘッドを視た図であっ
て、従来の吸入空気の流れを示す図である。

【図２】本発明に係るＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエン
ジンの縦断面の一部を示す図である。

【図３】図２中のＡ−Ａ線に沿う吸気ポートの縦断面図
である。

【図４】燃焼室側からシリンダヘッドを視た図であっ
て、本発明に係る吸入空気の流れを示す図である。

【符号の説明】

１ ＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジン（内燃機関） １０ シリンダ ２０ 燃焼室 ２４ 吸気ポート ２６ 整流突起 ２８ 排気ポート ３０ 吸気口（吸気開口部） ３２ 排気口 ３４ 吸気弁 ３６ 排気弁 Ｆ，Ｆ' 流線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 公二郎 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 片岡 徹夫 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドの下面とシリンダ内に嵌
   挿されたピストンの頂面との間に形成され、前記シリン
   ダヘッドの下面にシリンダ軸線を含む平面を挟んで一側
   に位置して前記平面に沿う２個の吸気開口部を有する燃
   焼室と、 各一端が前記２個の吸気開口部とそれぞれ連通するとと
   もに、前記シリンダヘッド内を該シリンダヘッドの上面
   に向かい互いに略平行に延びる２本の吸気ポートと、 前記２本の吸気ポートの前記２個の吸気開口部近傍にそ
   れぞれ前記吸気ポートの内側に向け且つ前記２個の吸気
   開口部の中線と前記シリンダの前記一側の壁面との交点
   に向けて突出して設けられ、前記吸気ポート内の吸入空
   気を前記交点方向に整流して前記燃焼室内に導く整流突
   起と、を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 【請求項２】 さらに、前記燃焼室内に燃料を直接噴射
   する燃料噴射弁を備えたことを特徴とする、請求項１記
   載の内燃機関。