JPS62170724A - シリンダ・ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は内燃機関に使用されるシリンダ・ヘッド、殊
に、２個の吸気ポートを備えるシリンダ・ヘッドに関す
る。

背景技術 この種の内燃機関では、吸気ポートをヘリカル・ポート
になし、シリンダ室にスワールを与え、混合気生成およ
び燃焼の促進を図り、燃焼を改善してきている。

また、機関の燃焼および出力特性上、種々の内燃機関に
は、それぞれ最適スワール比があり、その最適スワール
比を与えるように、吸気ポートは設計されてきている。

一方、その吸気ポートには、混合気や吸気の流入抵抗を
最小限に抑えながら、シリンダにおけるポンピング・ロ
スを最小限になし、良好な燃焼を得るためには、混合気
の吸込み量や吸込み空気量を充分に確保できるように設
計される必要があった。

その結果、吸気ポートの設計は非常に厄介であった・ しかも、スワール比と流量係数との関係から、通常の単
一吸気ポートでは、第２図の特性線帯（ｇ）で示される
ように、スワール比が高くなるにつれて、流量係数が低
下され、そのように、通常の形状になる吸気ポートには
、スワール比に関連して、混合気や吸気の充分な流入量
を確保することが困難であった。

発明の目的・課題 この発明の目的・課題は機関に設定された最適スワール
比を容易に与えると同時に高い？Ｘ量係数を与えること
を可能にし、火花点火型内燃機関においては、混合気の
流入抵抗およびシリンダにおけるボンピング・ロスを低
減し、シリンダ室に混合気の充分な流入量を確保可能に
なり、また、圧縮着火型内燃機関においては、吸気の流
入抵抗およびシリンダにおけるボンピング・ロスを低減
し、シリンダ室に吸気の充分な流入量を確保可能になる
吸気ポートを備えるに加えて、その吸気ポートの形状決
定を容易にし、良好な燃焼が得られ、燃焼消費率および
熱負荷が向上され、排ガス特性を改善し、機関の出力特
性を向上するところの内燃機関に使用されるシリンダ・
へ・ノドの提供にある。

目的・課題に係る構成上の発明の概要：請求する発明の
内容 上述の目的・課題に関連して、この発明のシリンダ・へ
、ドは、シリンダ・ブロックに組み付けられた状態で、
そのシリンダ・ブロックに形成されたシリンダに開口さ
れる２個の吸気ポートを適宜に配置し、それら吸気ポー
トの一方をそれら吸気ボートの他方の終端部に接続し、
そして、その他方の吸気ポート終端部における接続開口
をその一方の吸気ポートの通路断面積の１０〜８０％に
なし、それら吸気ボートが機関に設定された最適スワー
ル比を与え、また、その吸気ポートには高い流量係数が
与えられ、シリンダにおけるボンピング・ロスを低減し
、火花点火型機関においては、シリンダ室に混合気の充
分な流入量を確保可能にし、また、圧縮着火型内燃機関
においては、シリンダ室に吸気の充分な流入量を確保可
能にするものである。

具体例の説明 以下、この発明に係るシリンダ・ヘッドの望ましい具体
例について図面を参照して説明する。

第１図は、トラックに搭載される直接噴射型ディーゼル
・エンジンに適するようになされたこの発明のシリンダ
・ヘッドの具体例１０を部分的に示している。

そのシリンダ・ヘッド１０は、シリンダ・ブロック（図
示せず）上にガスケット（図示せず）を介在させて載せ
られ、ポルト−ナツト手段で締め付けられて組み付けら
れたもので、このシリンダ・ブロックに組み付けられた
状態で、そのシリンダ・ブロックに形成されているシリ
ンダに開口された２個の吸気ポートｌＬ１２および２個
の排気ボート１３．１４をノズル取付は孔１５のまわり
に適宜に配置している。

それら吸気ボー）１１．１２は、入口１６゜１７をそれ
ぞれ独立させた独立ポートに製作され、その入口１６．
１７を吸気マニホルド（図示せず）に接続し、また、そ
のシリンダに開口された出口１８．１９にバルブ・シー
ト２０．２１を取り付け、それぞれ吸気パルプ（図示せ
ず）で開閉される。

また、それら吸気ボート１１．１２の一方はグイレクシ
ョナル・ポート１１に、それら吸気ボー）１１．１２の
他方はヘリカル・ポート１２にそれぞれ製作され、そし
て、それら吸気ポート１１゜１２の何れか一方には、燃
焼のための充分な吸気の流入量を確保できる通路断面積
が備えられ、それら吸気ボート１１．１２の何れか他方
には、それら吸気ポー）１１．１２の何れか一方に協働
して、設定されたスワール比を与える通路断面積が決定
されている。すなわち、それら吸気ボート１１．１２の
何れか一方は吸気の流入量を確保し、また、それら吸気
ポー）１１．１２の何れか他方は、通路断面積を広くす
るか若しくは、狭くすることによって、それら吸気ボー
ト１１．１２の何れか一方に協働して、設定されたスワ
ール比を容易に得るようにするものである。この場合、
グイレクシジナル・ポートになされた吸気ポート１１が
燃焼のための充分な吸気の流入量を確保する通路断面積
を備え、そして、ヘリカル・ポートになされた吸気ボー
ト１２がそのダイレクショナル・ポート１１に関連して
設定されたスワール比を得る通路断面積に決定されてい
る。その結果、シリンダ室には、スワール比がそのグイ
レクショナル・ボート１１およびヘリカル・ボート１２
にそれぞれ流れる吸気の流量バランス、および、そのヘ
リカル・ボート１２の終端部２２である渦巻き室で付与
され、そのシリンダ室に流入された吸気には、設定され
たスワール比が与えられる。

特に、そのグイレクショナル・ボート１１およびヘリカ
ル・ボート１２に流れる吸気の流量バランスおよびその
ヘリカル・ボート１２の渦巻き室２２で得られる設定さ
れたスワール比で、高い流量係数を与え、吸気の充分な
流入量を確保するためには、その吸気の流入量が決まる
ところのそのグイレクショナル・ボート１１の最小通路
断面積に対するそのヘリカル・ボート１２のそれの比は
０．２〜１．５の範囲で選択され、決定されるのが望ま
しい。

さらに、そのグイレクショナル・ボート１１は、そのヘ
リカル・ボート１２の終端部である渦巻き室２２に接続
され、そのヘリカル・ボート１２の渦巻き室２２におけ
る接続開口２３は、そのヘリカル・ボート１２を接続さ
せる箇所におけるそのダイレクショナル・ボート１１の
通路断面積の３０％に決定されている。

その接続開口２３は、そのダイレクショナル・ボート１
１とそのヘリカル・ボート１２とを互いに区画するポー
ト仕切り壁２４に開口され、しかも、そのグイレクショ
ナル・ボート１１においては、ボートの下方にあり、そ
して、そのヘリカル・ボート１２の渦巻き室２２におい
ては、室の上方にあるように位置決めされている。

その接続開口２３は、そのように位置決めされて、その
ポート仕切り壁２４に開口されているが、そのグイレク
ショナル・ボート１１とそのヘリカル・ボート１２とが
適宜に離れて配置され、連通路で互いに接続されるなら
ば、その接続開口２３は、吸気の流量が決まるところの
その連通路の最小断面になる箇所である。

また、そのダイレクショナル・ボート１１の通路断面積
は、そのボート１１の吸気の流入量が決まるところのそ
のグイレクショナル・ボート１１の最小通路断面積でも
よい。

そのように、そのダイレクショナル・ボート１１とその
ヘリカル・ボート１２とがその接続開口２３の箇所で互
いに一体構造になされるので、鋳造の際、中子が３若し
くは４点で支持可能になり、そのように支持個所が少な
くなるに伴って、鋳造作業が簡単になり、その上、鋳造
製品においては、バラツキが少なくなる。

他方、それら排気ポー１−１３．１４は、出口２９を共
通にした共通ボートに製作され、その出口２９を排気マ
ニホルド（図示せず）に接続し、また、そのシリンダに
開口された入口２５．２６にバルブ・シー）２７．２８
を取り付け、それぞれ排気バルブ（図示せず）で開閉さ
れる。

このシリンダ・ヘッド１０には、通常のように、内部に
ウォータ・ジャケットが形成され、シリンダ・ブロック
からの冷却液を循環可能にしている。

次に、上述された構成になるシリンダ・ヘッド１０の吸
気ポー）１１．１２による吸気について、そのシリンダ
・ヘッド１０をシリンダ・ブロック７に組み付けた直接
噴射型ディーゼル・エンジンの運転状態について述べる
に、今、そのディーゼル・エンジンが運転されると、吸
気は、そのグイレクショナル・ボート１１およびヘリカ
ル・ボート１２の通路断面積と形状とによって決まる流
量バランスで、その吸気マニホルドからそのグイレクシ
ョナル・ボート１１およびヘリカル・ボート１２に流れ
、所定のスワール比でシリンダ室に吸入される。

しかも、この場合、たとえ、スワール比の要求から他方
の吸気ボートであるそのヘリカル・ボート１２の通路断
面積が絞られてあっても、一方の吸気ポート１１である
そのグイレクショナル・ポート１１０通路断面積が十分
に大きくとっである上に、両ポー）１１および１２がそ
の接続開口２３で連絡されているので、ボート全体とし
ての流量係数は第２図における特性線ｒｓｏに示す如く
、どのような運転状態においても高いレベルに保たれる
。

従って、そのディーゼル・エンジンの低速運転において
も、また、高速運転におし１、設定されたスワール比が
何等かの条件で変動されるとしても、流量係数は常に高
く保たれ、その結果、吸気の充分な流入量が確保され、
燃焼が高効率で行なわれ、燃料消費量および熱負荷が向
上される。

前述のディーゼル・エンジンに使用されたシリンダ・ヘ
ッド１０では、一方の吸気ポート１１を他方の吸気ボー
ト１２に接続する接続開口２３がその一方の吸気ポート
１１の通路断面積の３０％であったが、その接続開口２
３をその一方の吸気ポート１１の通路断面積の２０およ
び４０％に変えたシリンダ・ヘッドについては、同じデ
ィーゼル・エンジンで第２図の特性線ｆ　２０＋　　ｆ
４１１に示される結果が得られた。

それらの結果から、設定されたスワール比で高い流量係
数が得られ、換言するならば、シリンダにおけるポンピ
ング・ロスが抑制され、吸気の充分な流入量が確保され
、それに伴って、良好な燃焼が行なわれることが理解さ
れる。

また、前述された接続開口２３に関して、高速運転にお
いて、その接続開口２３を通って一方の吸気ポート１１
から他方の吸気ポート１２に向かう吸気の流れを得るた
めには、その一方の吸気ポート１１における接続開口２
３は、その吸気ポート１１の終端部側であって、ポート
壁の下方に位置されて、その吸気ポート１１に開口され
るのが望ましい。

第３図ないし第５図は、トラックに搭載される直接噴射
型ディーゼル・エンジンに適す゛るようになされたこの
発明のシリンダ・ヘッドの他の具体例３０．４０および
５０を部分的に示している。

第３図に示されたシリンダ・ヘッド３０では、シリンダ
に開口された２個の吸気ポート３１゜３２および２個の
排気ボート１３．１４がノズル取付は孔１５のまわりに
適宜に配置されている。

それら吸気ポート３１．３２は、図示の形状になるヘリ
カル・ポートにそれぞれ形成され、入口３３．３４を吸
気マニホルド（図示せず）に接続し、そして、そのシリ
ンダに開口された出口３５゜３６にバルブ・シート（図
示せず）をそれぞれ取り付け、それぞれ吸気バルブ（図
示せず）で開閉される。

勿論、一方のヘリカル・ポート３１は、燃焼のための充
分な吸気の流入量が確保される通路断面積を備え、また
、他方のヘリカル・ポート３２は、その一方のヘリカル
・ポート３１に協働して設定されたスワール比を与える
通路断面積を備えている。

また、その一方のヘリカル・ポート３１はその他方のヘ
リカル・ポート３２の終端部である渦巻き室３８に接続
開口３２で接続され、そして、その接続開口３９は、勿
論、それらヘリカル・ポー）３１．３２を互いに区画す
るポート仕切り壁に開口されている。

このシリンダ・ヘッド３０の場合では、それらヘリカル
・ボー）３１．３２を流れる吸気の流量バランスと、そ
れらヘリカル・ポート３１．３２の渦巻き室３７．３８
とによって、シリンダ室に流入された吸気全体には設定
されたスワール比が得られ、その際の流量係数は高く保
たれる。勿論、その吸気の流量バランスは、そのディー
ゼル・工ンジンの運転状態に応じて、その接続開口３９
を通って一方のヘリカル・ポート３１から他方のヘリカ
ル・ポート３２に向かう吸気の流れによって変わる。

第４図に示されたシリンダ・ヘッド４０では、シリンダ
に開口された２個の吸気ポート４１゜４２および２個の
排気ボー）１３．１４がノズル取付は孔１５のまわりに
適宜に配置されている。

それら吸気ポー）４１．４２の一方は、図示の形状にな
るヘリカル・ポート４１に形成され、また、それら吸気
ポート４１．４２の他方は、図示の形状になるグイレク
ショナル・ポート４２に形成され、入口４３．４４を吸
気マニホルド（図示せず）に接続し、そして、そのシリ
ンダに開口された出口４５．４６にバルブシート（図示
せず）をそれぞれ取り付け、それぞれ吸気バルブ（図示
せず）で開閉される。

その一方の吸気ポートであるヘリカル・ポート４１は、
燃焼のための充分な吸気の流入量が確保される通路断面
積を備え、また、その他方の吸気ポートであるグイレク
ショナル・ポート４′２はそのヘリカル・ポート４１に
協働して設定されたスワール比を与える通路断面積を備
えている。

また、そのヘリカル・ポート４１は、そのグイレクショ
ナル・ポート４２の終端部に連ｉ１回路４８で接続され
、そして、その連通路４８は、そのヘリカル・ポート４
１とそのグイレクショナル・ポート４２とを互いに区画
するポート仕切り壁に形成され、一端をそのヘリカル・
ポート４１に、他端をそのグイレクショナル・ポート４
２の終端部にそれぞれ開口させている。

このシリンダ・ヘッド４０の場合では、そのヘリカル・
ポート４１およびグイレクショナル・ポート４２を流れ
る吸気の流量バランスと、そのヘリカル・ポート４１の
終端部４７、すなわち、渦巻き室４７とによって、シリ
ンダ室に流入された吸気全体には設定されたスワール比
が得られ、しかも、その際の流量係数は高く保たれる。

勿論、その吸気の流量バランスは、そのディーゼル・エ
ンジンの運転状態に応じて、その連通路４８を通って、
そのヘリカル・ポート４１からそのグイレクショナル・
ポート４２に向かう吸気の流れによって変わる。

第５図に示されたシリンダ・ヘッド５０では、シリンダ
に開口された２個の吸気ボート５Ｌ５２および２個の排
気ポート１３．１４がノズル取付は孔１５のまわりに適
宜に配置されている。

それら吸気ポート５１．５２は、図示の形状になるグイ
レクショナル・ポートにそれぞれ形成され、入口５３．
５４を吸気マニホルド（図示せず）に接続し、そして、
そのシリンダに開口された出口５５．５６にバルブシー
ト（図示せず）をそれぞれ取り付け、それぞれ吸気バル
ブ（図示せず）で開閉される。勿論、その一方のグイレ
クショナル・ポート５１は、燃焼のための充分な吸気の
流入量が確保される通路断面積を備え、また、その他方
のダイレクショナル・ポート５２は、その一方のグイレ
クショナル・ポート５１に協働に設定されたスワール比
を与える通路断面積を備えている。

また、その一方のグイレクショナル・ポート５１は、そ
の他方のグイレクショナル・ポート５２の終端部に連通
路５７で接続され、そして、その連通路４７は、それら
グイレクショナル・ポー）５１．５２を互いに区画する
ボート仕切り壁に形成され、一端をその一方のダイレク
ショナル・ポート５１に、他端をその他方のグイレクシ
ョナル・ポート５２にそれぞれ開口させている。

このシリンダ・ヘッド５０の場合では、そのグイレクシ
ョナル・ポート５１．．５２を流れる吸気の流量バラン
スと、そのシリンダに対するそのグイレクショナル・ポ
ート５１．５２の方向とによって、シリンダ室に流入さ
れた吸気全体には設定されたスワール比が得られ、しか
も、その際の流量係数は高く保たれる。勿論、その吸気
の流量バランスは、そのディーゼル・エンジンの運転状
態に応じて、その連通路５７を通って、その一方のグイ
レクショナル・ポート５１からその他方のグイレクショ
ナル・ポート５２に向かう吸気の流れによって変わる。

上述されたシリンダ・ヘッド１０，３０，４０゜および
５０では、ヘリカル・ポー）１２．３２゜およびグイレ
クショナル・ポート４２．５２が、そのグイレクショナ
ル・ポート１１．５１およびヘリカル・ポート３１．４
１に協働して、設定されたスワール比を与える通路断面
積を備えるものとして説明されたが、そのヘリカル・ポ
ート１２゜３２、およびグイレクショナル・ポート４２
゜５２には、燃焼のための充分な吸気の流入量を確保で
きる通路断面積を備え、また、そのグイレクショナル・
ポート１１，５１．ｔ、’よびヘリカル・ポート３１．
４１には、そのヘリカル・ポート１２．３２．およびグ
イレクシシナル・ポート４２．５２に協働して、設定さ
れたスワール比を与える通路断面積を備えてもよい。

また、前述のシリンダ・ヘッド１０．３０゜４０、およ
び５０では、ヘリカル・ポート１２゜３２およびグイレ
クショナル・ポート４２．５２が、そのグイレクショナ
ル・ポート１１，５１゜およびヘリカル・ポート３１．
４２に協働して設置８ 定されたスワール比を与えるために、通路断面積を広げ
るか若しくは狭ばめて、ポート形状を決定するものとし
て説明されたが、それらヘリカル・ポート１２，３２．
およびグイレクショナル・ポート４２．５２は、予め通
路断面積の大きいところの太いボート形状に形成して、
適宜の絞り手段で通路断面積を狭くしながらボート形状
を決定してよい。

さらに、前述のシリンダ・ヘッド１０，３０゜４０、お
よび５０は、ディーゼル・エンジンに適用したものとし
て説明されたが、それらシリンダ・ヘッド１０，３０，
４０．および５０はガソリン・エンジンにも同様に適用
されている。

発明の利便・利益 上述よりして、既に提案され、使用されてきているとこ
ろの内燃機関のシリンダ・ヘッドに比較していえば、こ
の発明のシリンダ・ヘッドは、シリンダ・ブロックに組
み付けられた状態で、そのシリンダ・ブロックに形成さ
れたシリンダに開口される２個の吸気ポートが適宜に配
置され、それら吸気ポー１−の一方がそれら吸気ポート
の他方の終端部に接続され、そして、その他方の吸気ボ
ートの終端部における接続開口がその一方の吸気ボート
の通路断面積の１０〜８０％になされているので、この
発明のシリンダ・ヘッドでは、シリンダ・ブロックに組
み付けて内燃機関に使用される　□ならば、機関に設定
されたスワール比を与える吸気ボートが容易に得られる
と同時に、その吸気ポートに高い流量係数を与えること
が極めて容易になり、それに伴って、火花点火型内燃機
関においては、混合気の流入抵抗およびシリンダにおけ
るボンピング・ロスが低減され、シリンダ室には混合気
の充分な流入量が確保され、また、圧縮着火型内燃機関
においては、吸気の流入抵抗およびシリンダにおけるポ
ンピング・ロスが低減され、シリンダ室には吸気の充分
な流入量が確保され、両機関において、良好な燃焼が得
られ、燃料消費率および熱負荷が向上され、排ガス特性
が改善され、機関の出力特性が向上され、加えて、吸気
ボートの形状および寸法決定が容易になり、また、種々
の形状のポートの組み合わせが容易に可能になり、内燃
機関にとって非常に有用であり、また、付随的には、２
個の吸気ポートが接続開口の箇所で互いに一体構造にな
されるので、鋳造の際に、中子が３若しくは４点で支持
可能になり、そのようにして支持個所が少なくなるに伴
って、鋳造作業が単一吸気ポートの場合に同様であるか
若しくはより簡単になり、その上、鋳造製品には、バラ
ツキが少なくなる。

発明と具体例との関係 先のように、図面を参照しながら説明されたこの発明の
具体例からして、この発明の属する技術の分野における
通常の知識を有する者にとって、種々の設計的修正や変
更は容易に行われることであり、さらには、この発明の
内容が、その発明の課題を充足し、その発明の効果を達
成するところのその発明７本質的に同じである態様に容
易に置き換えられるでしよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、トランクに搭載される直接噴射型デイーゼル
・エンジンに適用されたこの発明のシリンダ・ヘッドの
具体例の部分横断面図、第２図は、第１図に示したシリ
ンダ・ヘッドの吸気ポートおよび通常の単一吸気ポート
のスワール比に対する流量係数を示す特性図、および、
第３図ないし５図は、トラックに搭載される直接噴射型
ディーゼル・エンジンに適用されたこの発明のシリンダ
・ヘッドの他の具体例の概略部分横断面図である。 １１．１２，３１，３２，４１，４２，５１゜５２・・
・吸気ポート、１３．１４・・・排気ポート、２２．３
７．３８．４７・・・終端部・渦巻き室、２３・・・接
続開口、２４・・・ポート仕切り壁、４８゜５７・・・
連通路。 秦７Ｆ！１１ ＃３閉　　　　　　　　　　奉ｌ凹 筑５　図 化　スワー・し上ヒ　　　　９巳。 うｊ　　　　　　　　　５４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリンダ・ブロックに組み付けられた状態で、そのシリ
   ンダ・ブロックに形成されたシリンダに開口される２個
   の吸気ポートを適宜に配置し、それら吸気ポートの一方
   をそれら吸気ポートの他方の終端部に接続し、そして、 その他方の吸気ポートの終端部における接続開口をその
   一方の吸気ポートの通路断面積の１０〜８０％にしてい
   るところのシリンダ・ヘッド。