JPS6263134A - シリンダ吸気ポ−ト付き内燃機関 - 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】 技術分野 本発明は内燃機関、一層詳しくは、内燃機関のためのシ
リンダ吸気ポートに関する。特に、本発明は対応した燃
焼室に流れる吸入新気に渦を生じさせるような形態にシ
リンダヘッドに形成した吸気ポートおよび渦流と効果的
に結びついた高い流量を得るためのポート形状に関する
。ここで用いる「吸入新気（Ｉｎｔａｋｅ　Ｃｈａｒｇ
ｅ　）　Ｊというのは、機関のシリンダ内でのピストン
の吸気行程でそのシリンダに吸引される燃料・空気混合
物を意味する。

背景 燃料室すなわちシリンダに供給される吸入新気に回転す
なわち渦を生じさせるのに多くの形態のシリンダ吸気ポ
ート、すなわち、シリンダヘッド吸気ポートが設計され
、利用されている。しかしながら、一般には、かなシの
新気渦流を発生させるようになっている吸気ポートすな
わち吸気通路の形態では、ピストンの吸気行程で各シリ
ンダに流れる新気の量が減り、いわゆる「体積減少効率
」と呼ばれる結果となる。これは標準の温度、圧力で計
算したときに新気量の低減を意味する。

火花点火式内燃機関、たとえば、ガソリンエンジンにお
いて新気渦流の量を高めるべく近年になってエンジン設
計者の間に関心が高まってきたのが渦発生用吸気ポート
の新設であり、これにつ、いて多くの提案がなされてき
た。これらの提案には固定式吸気ポートと可変吸気ポー
トの両方が含まれておシ、可変吸気ポートには１つまた
はそれ以上の可動構成要素が組み込まれ、低負荷時に高
度の渦流を与え、高負荷時°（最大の新気量が望まれる
）には渦流の程度を減らし、充填体積効率を改善する。

しかしながら、高い充填体積効率を与えながらかなりの
程度の渦を発生させ得る単純な固定式吸気ポートの需要
もまだある。

発明の概要 本発明は高程度のシリンダ充填体積効率と組合わせたシ
リンダ新気渦流を与えるべく内燃機関で使用できる固定
式シリンダ吸気ボートを提供する。この改良された吸気
ボート構造は吸気ボートの片側に向って吸入新気の流れ
を絞る突出羽根、側壁その他の装置を使用せず、その代
シに、吸気ボートの上壁面に沿って異なった下向きの傾
斜角度を持ち、種々の程度の接線角度で吸気ボートの棚
部分の下の渦流のくぼみ内に流れを向け、それによって
くぼみ部分内に渦を発生させ、さらに、スロートを通し
て対応したシリンダの燃焼室に流れを向ける斜面を備え
る。好ましくは、弁軸線に対して直角の平面におけるボ
ート形状は、緩い角度の斜面の下で弁軸線の外側におい
て渦流くぼみ内に比較的まっすぐな流量を与え、かつ、
急な角度の斜面の下で弁軸線の内側において渦流くぼみ
内によシオフセットした流路を与えるようになっている
。この構造は、また、ボートに層流を生じさせる前縁フ
ェアリングあるいは案内翼の有無にかかわらず垂れ下が
った弁案内も包含し、湾曲した吸気通路形状にも比較的
まっすぐな上流吸気通路形状にも応用できる。

本発明のこれらおよび他の特徴、利点は添付図面に関連
した好ましい実施例についての以下の説明からより一層
充分に理解されよう。

詳細な説明 さて図面を詳しく参照して、符号１０は本発明に従って
構成した内燃機関を全体的に示している。内燃機関１０
は、普通のように、複数のシリンダ１２（１つだけ示す
）を有するシリンダブロック１１を包含する。シリンダ
のそれぞれには１つずつピストン１４が設置してあり、
連接棒１５がそれぞれのピストンをシリンダブロック内
に支持されたクランク軸（図示せず）に連結している。

シリンダブロックの上端壁１８上にはシリンダヘッド１
６が装着してあってシリンダの隣接端１９を閉ざしてい
る。このシリンダヘッドは端壁２Ｇ、第１．第２の側壁
２２．２３および頂底壁２４．２６を包含し、底壁２６
はシリンダブロックの上端壁１８上に載っている。

各シリンダ位置において、各シリンダのピストン１４の
頂に対向した端１ｂのところでシリンダヘッドの底壁２
６に燃焼室くぼみ２７が形成しである。くぼみ２７を含
めてピストン、シリンダおよびシリンダヘッドは可変容
積作動燃焼室２８を構成している。くぼみ２７の燃焼室
には点火栓開口３０、排気ボート３１および本発明に従
って形成した吸気ボート３２が接続している。

点火栓開口３０は、従来同様に、燃焼室くぼみ内に位置
する放電ギャップを有する点火栓（図示せず）を受ける
。排気ボート３１は円形の排気弁座３４およびスロート
３５（燃焼室に開口している）から湾曲した流路に沿っ
てシリンダヘッドの第２の側壁２３を貫く排気口３６ま
で延び、排気マニホルド（図示せず）に接続する。

吸気ボート３２は円形の吸気弁座３８およびそれに隣、
接したスロート部３９から後に説明する流路に沿ってシ
リンダヘッドの第１の側壁２２を貫く吸気口４０まで延
び、吸気マニホルド、（図示せず）に接続する。第２図
および第３図にのみ示すポペット型吸排気弁４１．４２
がそれぞれ吸排気口３２．３１に設けである。排気弁４
２は円形のヘッド４３を有し、このヘッド４３は弁座３
４に着座することができ、シリンダヘッドの頂壁２４内
に装着した弁案内４６内に支持された弁ステム４４によ
って支持されている。ばね４７および普通の弁作動機構
で図示せず）が設けてあって機関のクランク軸回転に合
わせた関係で排気弁を作動させる。

吸気弁４１も同様にヘッド４８を包含し、このヘッド４
８は弁座３８に着座して吸気ボート３２を通る流れを制
御することができる。

弁ステム４９が吸気弁のヘッドから往復動軸線５０に沿
って延びており、適当な案内ボス５２１５４内でシリン
ダヘッド頂壁２４に装着した弁案内５１内に往復動自在
に支持されている０排気弁と同様に、吸気弁４１は機関
クランク軸の回転に合わせて適当な弁作動装置（図示せ
ず）によって作動させられる。弁４１．４２は普通の要
領で吸排気ポートの開閉を行なうように作動する。

本発明によれば、吸気ポート３２の形は、それぞれのシ
リンダへの最大吸入新気量を不当に絞ることなくこの吸
入新気に渦を発生させるようなものとなっている。第１
図から第４図までに示したシリンダヘッドにある吸気ポ
ートの形状を適切に視覚化すべく、第５図から第７図に
所望形状に吸気ポートを成形するのに使用できる中子の
形状が示しである。

ポート３２の構造の特徴を列挙するに際して、中子の対
応した特徴にも同一の符号を付してこれらの特徴の関係
を明確にしている。したがって、中子を示す第５図から
第７図で使用した参照符号が実際にはこの中子によって
形成された吸気ポートの対応した特徴を示していること
は了解されたい。

吸気口４０から延びるポート３２は通路を囲む表面を包
含し、この表面は説明の便宜のために上壁５５、下壁５
６および左右の側壁５８．５９を含む４つの壁面に分け
である。

吸気口４０の形状はほぼ円形であり、種々の頂壁、底壁
および側壁はおおまかな円弧面によって相互につながっ
ており、かつ、単純な曲率や複雑な曲率で形成されてい
、て吸気口４０から内方に滑らかに延在している。した
がって、つながっている壁面間の分離線また　　゛は分
割線が明確に定義されているわけではなく、説明の目的
のためだけで異なった符号が用いられていることは了解
されたい。また、ポートの入口部分における壁面の特定
の形状が発明の特徴に影響を与えるほど重要なものでは
ないということも了解されたい。ただし、燃焼室に向っ
て送られる吸入新気の流路は滑らかであることが望まし
い。

吸気口４０から弁ステム４９に近づくにつれて、吸気口
上壁５５は下向きに延びる弁案内ボス５４によって中断
されている。この弁案内ボス５４は上流フェアリング（
時に案内羽根６０と呼ぶ）を有し、これは上壁５５の中
心に沿って上向きに延びて弁案内および弁ステムの両側
を土壁に沿って流れる流れを滑らかに分割する。弁羽根
６０は上流縁６１を包含し、この上流縁６１は２つの面
６１ａ１６１ｂによって弁案内ボス５４につながってい
る。これらの面は案内ボスの両側で流れの方向とほぼ平
行に位置し、案内ボスの側面に対して接線方向につなが
っている。

垂れ下がった弁案内ボスやその前縁、に取り付けた案内
羽根の有無も、図面に示し、好ましい実施例では利用し
ているが、本発明の概念にとって絶対必要とい゛うわけ
ではない。゛案内ボスおよびそれに組合わせた案内羽根
６０の両側で土壁に沿って、吸気ポートは下向きに傾斜
した内外の斜面部分６２．６３を備えている。外側斜面
部分６２をこう呼ぶのは、それが対応したシリンダの壁
面の隣接部分に沿って下方へかつそれと接線関係（上ま
たは下から見て）で延びているからである。

内側斜面部分６３は弁案内ボスおよび案内羽根の反対側
に沿って延び、ほぼ燃焼室の中央部に向って傾斜してい
る。

本発明の本質的な特徴はこれら２つの斜面部分の角度が
かなり異なるということである。

内側斜面部分６３は、シリンダヘッドの底壁２６と平行
な平面から測って、外側斜面部分６２よシもかなり急な
角度（１０”　　またはそれ以上）となっている」これ
らの斜面部分６２．６３は、そめ下端のところで、棚部
分６４につながっており、この棚部分６４は弁案内およ
び対応した弁軸線のほぼ両側の位置において斜面部分の
端から滑らかに延びている。棚部分はシリンダヘッドの
底壁２６とほぼ平行な方向において斜面端を越えて延び
、吸気ポートのスロート部３９から隔たり、それをほぼ
対向した状態の位置を占める。棚部分の下で吸気弁４１
の軸線まわシのポート端のところに開放くぼみ形の渦室
６６が設けである。この渦室６６は弁軸線をほぼ中心と
しており、弁軸線まわりに円筒形を作るように左右の側
壁が収束し、ポートの末端６７のところでつながること
によって構成されている。

渦室の下部は内方に傾斜していてスロート部３９につな
がる。

図示実施例におけるシリンダ軸線に関しての弁軸線の軽
い傾斜によシ、第１図でわかるようにポートの形状が弁
軸線からややオフセンタとなっておシ、シリンダの中心
ではなくて外側縁に向ってさらに延びていることに注目
されたい。しかしながら、第５図から第７図は弁案内ボ
スの両側の流れ面積が互いにほぼ等しいように示してい
る。

斜面部分６２．６３の異なった角度の傾斜は緩い傾斜の
外側斜面部分６２の長さを延ばし、急な傾斜の内側斜面
部分６３の長さを縮めることになる。したがって、これ
らの斜面は第１図、第６図、第７図の斜線７０で示すよ
うに弁軸線の両側の互い違いになった位置において棚部
分６４と交差する。この斜線７０は弁案内ボスの両側に
おける斜面と棚の交差部を大まかに示している。

この構造の結果、外側斜面部分６２によって案内される
吸入新気流は弁ステムの外側でポートの渦室６６から比
較的熊れてこの渦室６６に幾分接線方向へ導かれ、ポー
トの頂から見て反時計方向（第１図のように底から見て
時計方向）に渦を生じさせる。角度の急な内側斜面部分
６３によって案内される流れが弁ステムの内側で吸気ポ
ートスロート３９に向ってより下向きの方向で流される
。したがって、内側斜面部分６３の急な傾斜はポートの
内側において流量をやや減らすばかシでなく（方向転換
が大きいため）、この流れをよシ一層下向きに方向付け
、渦に対する影響を少なくする。したがって、斜面部分
の総合効果は、反時計方向の渦流を生じさせると共に、
吸気弁ステムおよび弁案内ボスの両側において大きくて
比較的抵抗のない流路を与え、スロットルが大きく開け
られたときあるいは全負荷状態のときに比較的絞られて
いない吸入新気を与えるということにある。

好ましくは、吸気弁軸線または第１．６図に示すシリン
ダ軸線に対して直角な平面から見て、ポートの形状は、
角度の緩い斜面部分６２の下方において、弁案内または
案内翼のすぐ上流の部分から弁案内または弁軸線の外側
までポート内に比較的まっすぐな流れを与えるようのも
のとする。急な角度の斜面部分６３の下で弁案内または
弁軸線の内側までの流れは、代シに、流れ方向において
軽い変化すなわちオフセットを必要とする。これは斜面
角度差の効果を補い、弁軸線の外側に比べて弁軸線の内
側に沿って軽い程度で流れをさらに遅くシ、ポートの渦
発生能力をさらに高める。

図に示した吸気ポート形態の特別の例においては、ポー
ト吸気口４０はスロート３９上方の高さが弁ヘッド４８
の直径の約２倍となっている。中央通路は約３０〜４５
°　の角度で下向きに傾斜している。斜面部分６２．６
３はシリンダヘッド下壁２６の平面に対して３０〜６０
°　のかなシ急な角度で位置する。

内側斜面部分６３の角度は約１０°　またはそれ以上に
外側斜面部分６２の角度を超えていると好ましい。

渦室において、その直径はポート・スロートの直径よシ
も幾分大きくなっておシ、スロート３９または弁座３８
から棚６４までの高さは弁ヘッド４８の直径の同じであ
る。弁案内の両側の流れ領域は弁案内ボスおよび案内羽
根によってほぼ均等に分割される。また、棚面積はシリ
ンダヘッド底壁２６と平行な水平平面において渦室面積
の約４０〜５０％に等しい。

本発明によるポートを渦なし開放型ポートや普通の螺旋
製型ポートと比べたフローボックステストでは、本発明
のものは流れ範囲のかなりの部分において従来のものよ
シも優れた渦、流れ特性を示した。この結果を得るのに
重要と考えられる特徴の中には、ポート・スロート上方
の、平らな棚部分で部分的に覆われた拡大渦室部分と、
異なった角度の傾斜を有するつながった斜面部分とがあ
シ、これらの特徴は弁ステムの両側を通る新気の部分の
流量を変え、この流れを異なった角度に方向付けし、渦
室部分６６にかなシ大きな渦を発生させ、それをスロー
ト３９を通して燃焼室に移動させる。

こうして、本発明においては、弁ステム４９の両側にお
いて上壁５５に異なった角度の斜面部分６２．６３が入
口ガス流を下方に向け、急な角度の斜面部分６３におい
てポートの内側の流れを遅くシ、角度の緩い斜面部分６
２のところでシリンダ壁に対してよシ大きく接線方向と
なる速い流れを与える。これは入口ガス流に渦を生じさ
せる。弁ステムを超えた平らな棚部分６４および渦室６
６はポートを絞りのないガス流に開き続け、フルスロッ
トルの流れ効率を高くする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による吸気ポートを有する内燃機関のシ
リンダヘッドの、第２図の１−１線で示す平面から見た
断片底面図である。 第２図はシリンダヘッド吸気ポートを通る内燃機関の横
断面図であシ、第１図の２−２線で示す平面から低い方
の斜面を示す図である。 第３図はシリンダヘッド吸気ポートを通る内燃機関の横
断面図であシ、第１図の３−３線で示す平面から高い方
の斜面を示す図である。 第４図は第１図の４−４線で示す平面から見た、第１図
のシリンダヘッドを通る横断面図である。 第５図は第６図の５−５線で示す平面から見た、本発明
による吸気ボートを形成するための中子の側面図である
。 第６図は第５図の中子の頂面図である。 第７図は第５図の中子の斜視図である。 図面において、１０・・・内燃機関、１１・・・シリン
ダブロック、１２・−・シリンダ、１４・・・ピストン
、１５・・・連接棒、１６・・・シリンダヘッド、２７
・・・燃焼室くぼみ、２８・・・燃焼室、３０・・・点
火栓、３１・・・排気ポート、３２・・・吸気ボート、
３４・・・弁座、３５・・・スロート、３６・・・排気
口、３８・・・弁座、３９・・・スロート部、４０・・
・吸気口、４１・・・吸気弁、４２・・・排気弁、４３
・・・ヘッド、４７・・・ばね、４８・・・ヘッド、５
１・・・弁案内、５２．５４・・・弁案内ボス、６０・
・・案内羽根、６２．６３・・・斜面部分、６４・・・
棚部分、６６・・・渦室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）一端（１９）を閉鎖された、軸線を有するシリン
   ダ（１２）と、閉鎖された端 （１９）を貫いてシリンダ（１２）と連絡 する吸気通路（３２）と、ポペット吸気弁 （４１）とを包含し、この吸気弁がステム （４９）とヘッド（４８）とを包含し、さ らに、弁軸線（５０）を有し、この弁軸線 （５０）に沿つて往復動できるように吸気 通路（３２）内に配置してあつて吸気通路 （３２）のシリンダ（１２）との連絡を制 御するようになつている内燃機関（１０） において、前記吸気通路３２がシリンダ （１２）内に開口し、吸気弁（４１）によ つて閉ざされるようになつているほぼ円形 の横断面のスロート（３９）と、このスロ ート（３９）から隔たつており、弁軸線 （５０）からオフセットしている入口部 （４０）と、この入口部（４０）から弁軸 線（５０）の両側に向つてかつそのまわり に延び、スロート（３９）に開いていると きには弁ヘッド（４８）の下まで延びる流 体流路とを包含し、この流体流路が第１、 第２の斜面部分（６２、６３）を包含する 頂壁（５５）とスロート（３９）から隔た つてそこに対向して位置する棚部分（６４）とによつて
   構成されており、前記斜面部分 （６２、６３）が弁軸線（５０）のほぼ両 側で下方に傾斜していて棚部分（６４）に つながり、また、斜面部分（６２、６３） が棚部分（６４）に対して急角度で位置し ており、斜面部分の１つ（６３）が他方の 斜面部分（６２）よりもかなり急な角度を 有し、より急な角度の斜面部分（６３）を 通る流体の流れを他方の斜面部分（６２） を通る緩い下向の角度の高い速度の流体の 流れよりも遅くすると共により下向きに方 向付け、それによつて、緩い傾斜の斜面部 分（６２）の下方から棚部分（６４）の領 域に渦発生用流体流を優先的に流入させる ことを特徴とする内燃機関。 （２）特許請求の範囲第１項記載の内燃機関において、
   前記流体流路が弁軸線（５０）を 囲みかつ流路内に部分的に突出している弁 案内ボス（５４）を包含し、前記棚部分 （６４）がスロート（３９）に対してほぼ 隔たつて対向した状態で弁案内ボス（５４）の端付近か
   ら延びており、前記斜面部分 （６２、６３）が弁案内ボス（５４）付近 で棚部分（６４）につながることを特徴と する内燃機関。 （３）特許請求の範囲第２項記載の内燃機関において、
   前記吸気通路が、傾斜の急な斜面 部分（６３）の下方で弁軸線（５０）の側 部に沿つた流れが傾斜の緩い斜面部分 （６２）の下方で弁軸線（５０）の反対側 に沿つた流れの場合よりも弁案内ボス （５４）のすぐ上流における吸気通路 （３２）内の流れと大きな角度をなし、 この大きな角度が弁軸線５０に対して直角 の平面において測つたものであり、その結 果、弁軸線（５０）の前記反対側から棚領 域へ優先的に流体を流すような形態となつ ていることを特徴とする内燃機関。 （４）特許請求の範囲第３項記載の内燃機関において、
   前記弁案内ボス（５４）が弁案内 ボス（５４）の両側部に対して接線方向で、上流側の縁
   （６１）において交差する２つ の面（６１ａ、６１ｂ）を有する案内羽根 （６０）を包含し、これら面のうちの一方 の面（６１ｂ）が弁軸線（５０）の前記反 対側に沿つた流体の流れと組み合わされ、 この流れに対してほぼ平行に位置しており、この一方の
   面（６１ｂ）が案内羽根（６０）のすぐ上流で吸気通路
   （３２）内の流体の 流れとほぼ整合しており、他方の面（６１ａ）が前記流
   体の流れに対してかなりの角度で 位置していることを特徴とする内燃機 関。 （５）軸線を有するシリンダ（１２）と、シリンダ（１
   ２）の一端（１９）を閉ざしてい るシリンダヘッド（１６）と、このシリン ダヘッド（１６）を貫いており、閉鎖端 （１９）を通してシリンダ（１２）と連絡 している吸気通路（３２）と、シリンダ軸 線の片側にオフセットしており、吸気通路 （３２）のシリンダ（１２）との連絡を制 御するように吸気通路（３２）内に往復動 自在に配置された、中心軸線（５０）を有 するポペット吸気弁（４１）とを包含する 内燃機関において、前記吸気通路が前記弁 軸線（５０）を中心とし、シリンダ（１２）内にその片
   側付近で開口している、ほぼ円 形の横断面のスロート（３９）を包含し、 前記吸気弁（４１）が前記スロート（３９）を開閉する
   ように作動し、さらに、前記吸 気通路が、スロート（３９）から隔たり、 弁軸線（５０）からオフセットしている入 口部分（４０）と、この入口部分（４０） から弁軸線（５０）の両側をまわつてスロ ート（３９）まで延びる流体流路とを包含 し、弁軸線（５０）まわりのこの流路がシ リンダ軸線に隣接した内側流路とシリンダ （１２）の前記側部に隣接した外側流路と に分けられており、前記流体流路が弁軸線 （５０）を囲み、内外の流路間で流路内に 部分的に突入している弁案内ボス（５４） と、第１、第２の斜面部分（６２、６３） および棚部分（６４）を包含する頂壁 （５５）とによつて構成されており、前記 棚部分（６４）が弁案内ボス（５４）の端 付近からスロート（３９）に対してほぼ隔 たつて対向した状態で延び、前記斜面部分 （６２、６３）が弁案内ボス（５４）付近 で棚部分（６４）につながり、前記斜面部 分（６２、６３）が弁案内ボス（５４）の 両側で下向きに、棚部分（６４）に対して 急な角度で傾斜しており、斜面部分の一方 （６３）が内側流路の壁面を構成しており かつ他方の斜面部分（６２）よりもかなり 急な角度を有し、緩い角度の斜面部分 （６２）によつて部分的に構成される外側 流路内の緩い下向きの角度でより高い速度 の流体流に対して前記内側流路内の流れを 遅くすると共により急に下向きに方向付け し、それによつて、緩い傾斜の斜面部分 （６２）の下方から棚部分（６４）の領域 内に渦発生用流体流を優先的に流入させる ことを特徴とする内燃機関。 （６）特許請求の範囲第５項記載の内燃機関において、
   前記吸気通路（３２）が前記外側 流路内の流れを前記シリンダ側部とほぼ接 線方向とするような形態となつており、前 記内側流路の流れ方向が前記外側流路内の 流れ方向の場合よりも弁案内ボス（５４） のすぐ上流における吸気通路（３２）内の 流体の流れ方向とかなり大きな角をなし、 この大きな角度はシリンダ軸線に対して直 角な平面において測定し、前記外側流路か ら棚領域に優先的にさらに流体を流すよう にしたことを特徴とする内燃機関。 （７）特許請求の範囲第６項記載の内燃機関において、
   前記棚部分（６４）がシリンダ軸 線に対してほぼ直角の平面に位置すること を特徴とする内燃機関。 （８）特許請求の範囲第７項記載の内燃機関において、
   前記弁案内ボス（５４）がその両 側部に対して接線方向で、上流側の縁 （６１）において交差する２つの面（６１ａ、６１ｂ）
   を有する案内羽根（６０）を包含 し、これら面のうち一方の面（６１ｂ）が 前記外側流路の一部を構成しておりかつ案 内羽根のすぐ上流で吸気通路（３２）内の 流れ方向とほぼ整合しており、他方の面 （６１ａ）が前記上流側の流体の流れに対 してかなりの角度で位置していることを特 徴とする内燃機関。