JPS6350533B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の吸気装置の構造に関し、と
くにデユアル吸気ポートでしかも二つのポートの
分岐点がシリンダヘツド内に位置する吸気装置の
構造に関する。

［従来の技術］ 自動車用内燃機関において、低燃費化と高出力
性能とを両立させるために、吸気ポートを互いに
独立のデユアルポートとし、一方をヘリカルポー
トにするとともに他方をストレートポートに構成
した内燃機関は既に提案されている。ところで、
デユアル吸気ポート方式を採用するに際しては、
通路壁面積を小にして壁面への燃料付着量を少な
くし末燃炭化水素の放出量の低減および運転性の
向上をはかり、またシリンダヘツドにおける吸気
通路の占める空間を小にして燃焼室の冷却を容易
にする等のために、両ポートを、シリンダヘツド
内において互いに分岐させる双子状ポートいわゆ
るサイアミーズポートに構成することが望まれ
る。

たとえば、特公昭48−40606号公報、特公昭40
−26281号公報は、２つのポートのうち少なくと
も一方が、燃焼室に接線方向に吸気を導入するこ
とによつて燃焼室内に旋回流を発生させるスワー
ルポートから成り（したがつて後述する、ポート
自体を通るときに吸気が旋回流化される、本発明
のヘリカルポートと異なる）、他方のポートも、
前記一方のポートによる燃焼室内旋回流を弱めな
いように燃焼室に同方向に接線方向に開口するス
ワールポートかストレートポートから成る、サイ
アミーズポートを開示している。さらに、特開昭
54−90411号公報は、２つのポートの何れもがヘ
リカルポートから成り、各ヘリカルポートは互い
に旋回方向が逆の２つの旋回流を燃焼室内に発生
させるべく、構成された、サイアミーズポートを
開示している（後述する本発明のサイアミーズポ
ートは二つのポートのうち一方がヘリカルポート
で他方がストレートポートであり、しかもヘリカ
ルポートは単一の旋回方向を有する旋回流を燃焼
室内に生じさせる点において特開昭54−90411号
公報のサイアミーズポートと本質的に異なつてい
る）。

［発明が解決しようとする課題］ サイアミーズポートは、一般に、独立二ポート
に比べて、またはポートの少なくとも何れか一方
に絞り弁を設けた場合に比べて、二つのポートの
相互に及ぼし合う影響が非常に強く、二つのポー
トを互いに如何に関連させかつ二つのポートから
出た流れを燃焼室内で如何に相互に作用させ合う
かによつて、旋回流および微小乱れの形成の度合
が異なり、したがつて燃焼速度、燃焼の安定性も
異つてきて、前記の低燃費化、高出力性能の達成
度合も大きな影響を受けることになる。

たとえば、前記特公昭48−40606号公報、特公
昭40−26281号公報のサイアミーズポートでは、
両ポートが同方向に、燃焼室に接線方向に指向さ
れているので、燃焼室にはスムーズに旋回流が形
成されるものの、両ポートからの流れが互いに衝
突して生成するマイクロタービユレンスは、十分
には生成できない。また、前記特開昭54−90411
号公報のサイアミーズポートでは、一つのヘリカ
ルポートから二つの互いに逆向きの旋回流が生成
されるので、これら逆向きの旋回流は燃焼室内で
互いにぶつかり合つて旋回流の強さを弱め合うと
いう問題がある。また二つのヘリカルポートから
導入される吸気を互いに衝突させても旋回方向が
同じ流れ部分でぶつかり合うので、マイクロター
ビユレンスを十分に生成できない。

本発明は、一方のポートがヘリカルポートでし
かも二つの吸気ポートの分岐点がシリンダヘツド
内にあるデユアル吸気ポートにおいて、良好なス
ワール、十分なマイクロタービユレンスの生成、
燃焼速度の大幅な向上が得られ、したがつて低中
速域における低燃費化と高速域における高出力が
効果的に達成され得る内燃機関の吸気装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明の内燃機関
の吸気装置においては、ヘリカルポートからなる
主吸気ポートとストレートポートからなる副吸気
ポートとが、両ポートの分岐点がシリンダヘツド
内にあるサイアミーズポートに構成されており、
かつ副吸気ポートはその出口部から直線状に燃焼
室に流れ込む流れの水平方向成分がシリンダボア
の中心軸線に向かうように指向されている。ヘリ
カルポートから成る主吸気ポートは、吸気を旋回
流とした後吸気を燃焼室にほぼ下方に向けて導入
し燃焼室内に単一の旋回方向を有する旋回流を生
じさせるべく構成されたポートから成り、ストレ
ートポートから成る副吸気ポートは、吸気に旋回
成分を与えずに吸気を燃焼室に導入させるべく構
成されたポートから成る。主吸気ポートの燃焼室
の開口位置は、副吸気ポートの燃焼室への開口位
置よりも上方にある。

［作用］ 主吸気ポートを通つて流入する吸気は燃焼室内
に旋回流を生成する一方、副吸気ポートを通つて
流入する吸気の水平方向成分はシリンダボアの中
心線方向に向かい旋回流に垂直方向に衝突し、旋
回流を弱めることなく多量の微小乱れを生成す
る。この旋回流と微小乱れとの共存によつて燃焼
速度は大幅に向上し、燃料と空気との混合も良く
なつて、燃焼は安定化し、リーンリミツトの拡大
を通して燃比の改善が可能になる。また、主吸気
ポート開口位置が副吸気ポート開口位置より上に
あるので、主吸気ポートから出た旋回流は主吸気
ポートを出た直後の位置では副吸気ポートからの
流れにあたらず、旋回流が燃焼室内に円滑に拡が
つていくことを阻害されない。

［実施例］ 以下に、本発明の内燃機関の吸気装置の望まし
い実施例を、図面を参照して説明する。

第１図および第２図は本発明の実施例に係る吸
気装置を備えたシリンダヘツド部近傍の構造を示
している。図中、１はシリンダヘツド、２はシリ
ンダボアで、シリンダボア２の領域内には、二つ
の吸気ポート３，４（主吸気ポート３、副吸気ポ
ート４）と一つの排気ポート５（排気ポートは二
つあつてもよい）とが設けられており、各ポート
３，４，５はそれぞれ吸気弁６，７および排気弁
によつて開閉されるようになつている。なお、副
吸気ポート４の吸気弁７は、主吸気ポート３の吸
気弁６、および排気弁８よりも小径とされてい
る。

二つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートすな
わち主吸気ポート３は、他方の吸気ポートすなわ
ち副吸気ポート４より長く、通路断面積が大で、
かつヘリカル形状に形成されている。副吸気ポー
ト４はほぼ真直に延びている。副吸気ポート４は
主吸気ポート３のヘリカル形状の内周側から分岐
しているが、その分岐点８はシリンダヘツド１内
に位置している。分岐点８と吸気弁６，７との間
には、両ポート３，４は特別の絞り弁すなわち吸
気制御弁を有していない。

主吸気ポート３は、第３図および第４図に示す
ように、ほぼ真直に延びる導入部３ａと、渦巻の
軸心が導入部３ａの下流側端から折れ曲つて下方
に延び通路が弁軸心まわりに渦巻状に形成された
渦巻部３ｂと、渦巻部３ｂの終端部からボア軸心
に対して若干の傾斜をもつて下方に延びる比較的
短い円筒状部３ｃとを有しており、円筒状部３ｃ
の下端で燃焼室リセス９に開口している。この円
筒状部３ｃの存在によつて渦巻部３ｂで生成され
た旋回流は単一の旋回方向を保持したまま燃焼室
内に導入され、燃焼室に単一の旋回方向の旋回流
を誘発する。主吸気ポート３のヘリカル形状の内
周側壁面１０は、主吸気ポート３の通路断面の上
壁面１１に近づく程、また下流にいく程、ヘリカ
ル形状の外周側壁面１２に向つて膨出しており、
このためヘリカル形状の主吸気ポート３は、上壁
面１１に近い程、また下流側程その流路が狭まつ
ている。また、主吸気ポート３の上壁面１１は、
下流にいく程、徐々に下降している。また、主吸
気ポート３の燃焼室への開口位置は副吸気ポート
４（後述）の燃焼室への開口位置より上位にあ
る。

一方、ストレートポートである副吸気ポート４
は、第３図および第４図に示すように、主吸気ポ
ート３の導入部３ａから分岐し、真直部４ａでほ
ぼ水平にかつほぼ真直に延びており、その終端で
下方に折れ曲り、主吸気ポート３の円筒部３ｃよ
り小径の断面円形の中空円筒形状の出口部４ｂと
なつてシリンダボア２の中心軸線Ａと平行かほぼ
平行に下方に向つて延び、点火プラグ１３対向側
の大きなスキツシユエリアの上面を形成するシリ
ンダヘツド下端平坦面１４に開口している。した
がつて、出口部４ｂはシリンダボア２の中心軸線
Ａから半径方向にずれた位置に位置している。副
吸気ポート４の出口部４ｂは長さが比較的短く、
流れの流線は出口部４ｂで垂直下方に完全に変化
することができずに斜め下方に向かう成分をもつ
たまま燃焼室に流出する。この場合、出口部４ｂ
は、該出口部４ｂから斜めに流出する流れの水平
方向成分がシリンダボア２の中心軸線Ａに向かう
ようにその方向が定められている。また、開口部
には前記の吸気弁７が設けられるが、吸気は、吸
気弁７と弁座との間の間隙から燃焼室内に流入さ
れる。なお、副吸気ポート４の水平方向に延びる
真直部４ａの上壁面１５は、下流にいく程下降し
ている。

副吸気ポート４は隔壁１６によつて主吸気ポー
ト３と隔てられるが、この場合副吸気ポート４の
上壁面１５が主吸気ポート３の上壁面１１より低
い位置にあるようなポート配置にして隔壁１６に
よつて隔てられている。隔壁１６は、サイアミー
ズポートの通路断面の上部側程サイアミーズポー
ト入口部部１７に近い位置まですなわち上流側に
延びており、通路断面の下部側程下流側に後退し
ている。したがつて、主吸気ポート３と副吸気ポ
ート４とは、上流程通路断面の上部の位置で互い
に隔てられ、下流側程通路断面の下部の位置で互
いに隔てられていることになる。そして、両ポー
ト３，４の上壁面１１，１５の高さの相異と隔壁
１６の構造とによつて、副吸気ポート４は、主吸
気ポート３の通路断面の低い部分、すなわち主吸
気ポート３の下壁面に沿う部分において主吸気ポ
ート３から分岐しかつ隔壁１６の存在する部分で
その下方で主吸気ポート３と連通していることと
なる。

つぎに、上記の構成を有する内燃機関の吸気装
置の作用について説明する。

まず、サイアミーズポートに流入した吸気は、
隔壁１６によつて主吸気ポート３と副吸気ポート
４とに分離されて燃焼室内に流入される。

主吸気ポート３内では、上壁面１１に沿う流れ
はヘリカル形状の内周側壁面１０を構成する隔壁
１６側壁面が主吸気ポート３の外周側壁面１２に
向つて膨出しているので、流れはヘリカル形状の
外周側に偏流し、流れの絞りと上壁面１１の下降
によつて、増速されつつ旋回および下降の力を与
えられ、渦巻部３ｂに入つてそこで強力な旋回流
を生じた後、吸気弁６とその弁座間の間隙を通つ
て燃焼室に入り、第２図中矢印Ｂで示すように、
強力な旋回流、いわゆるスワールを発生させる。
低中速域では渦巻部３ｂにおける旋回流による抵
抗の増大は余り大きくないので、多くの吸気が主
吸気ポート３に流れて強力なスワールが生成し、
このため、低中速域において燃焼は安定し、リー
ンリミツトを拡大でき、低燃費化が促進される。
主吸気ポート３の下壁面１８に沿う流れは、流れ
が絞られる割合は上壁面１１に沿う流れに比べて
少なく、かつ副吸気ポート４に隔壁１６下方で、
ある距離にわたつて、連通していて、容易に副吸
気ポート４側に流れるため、スワール生成上は上
壁下面１１に沿う流れ程には寄与しないが、高速
域になつて主吸気ポート３の通路断面上部の流れ
の抵抗が増加してきたときに、副吸気ポート４側
にも流れて燃焼室に流れるため流入空気量の維持
という観点からは、上壁面１１に沿う流れに比べ
てより多く寄与する。

一方、副吸気ポート４に流入してきた吸気は、
直線部４ａを通つてその終端で斜め下方に曲げら
れ、円筒形状出口部４ｂを通つて吸気弁７とその
弁座間の隙間を通つて燃焼室に流入する。この円
筒形状出口部４ｂは比較的短いので、流れは斜め
下方に流出し、第２図の矢印Ｃで示すように、シ
リンダボア２の中心軸線Ａに向かつて流出する。
この流れの水平方向成分は、ヘリカルポートであ
る主吸気ポート３を通つた旋回流およびこれに誘
発された旋回流に燃焼室内で直角方向にあたるの
で、スワールを弱めず、また旋回流と直角に衝突
してマイクロタービユレンスと呼ばれる微小乱れ
を多量に発生する。マイクロタービユレンスの生
成は、旋回流に真向いから逆向きに流れを衝突さ
せるものが最も効果的であるが、これでは、スワ
ールが減衰してしまう。また、旋回流に沿わせる
方向に衝突させたのでは旋回流の強さのみが助長
され、微小乱れは多量には発生しない。したがつ
て、スワールの周方向成分を温存するようにスワ
ールに直角にあてて微小乱れを生成するのがよい
が、本発明ではこれが実現されている。これによ
つて、スワールとマイクロタービユレンスが併存
することになり、燃焼室における燃焼と空気の混
合が良好になり、燃焼室に均一な混合気が分布
し、かつ燃焼速度が大幅に向上せしめられる。ま
た、このような多量のマイクロタービユレンスの
生成により、独立二ポートにしたりまたはポート
の一方に絞り弁を設けたりして制御を強めてスワ
ールの生成を強化しなくても、十分燃焼の安定性
が得られ、シリンダヘツド内で分岐するサイアミ
ーズポート構成における絞り弁の排除を可能とし
ている。

副吸気ポート４はまた高速域における高出力の
確保にも寄与する。すなわち、高速域になつて主
吸気ポート３側の流れ抵抗がヘリカル形状のため
に増大しても、ストレートポートである副吸気ポ
ート４は主吸気ポート３程には流れ抵抗が増大し
ないので、高速域では主吸気ポート３の断面下部
から前記の如く隔壁１６の下方を通つて副吸気ポ
ート４に流入する二次流が増え、副吸気ポート４
を流れる吸気量が増大して高体積効率が得られ、
高出力が確保される。

［発明の効果］ 以上の通りであるから、本発明の内燃機関の吸
気装置によるときは、副吸気ポートの出口部の流
れの水平方向成分がシリンダボアの中心軸線方向
に向いているので、ヘリカルポートである主吸気
ポートにより形成された燃焼室内スワールに直角
にあたりスワールを弱めることなく、燃焼室内に
多量のマイクロタービユレンスを生成でき、燃焼
の安定化によりリーンリミツトの向上を通して燃
費の改善をはかることができるとともに、高速域
においても高出力性能を得ることができる。そし
て前記マイクロタービユレンスの生成により、吸
気制御弁を排除しても燃焼の安定化をはかること
ができ、このため、シリンダヘツド内で分岐する
サイアミーズポート方式を採用しても吸気制御弁
を排除でき、システムの簡素化、流量の抵抗の減
少をはかることができる。

また、主吸気ポートの燃焼室への開口位置が、
副吸気ポートの燃焼室への開口位置より上方にあ
るので、主吸気ポートから出た旋回流は主吸気ポ
ートから出た直後において副吸気ポートからの流
れによる影響を受けず、円滑に燃焼室全体に拡が
り、円滑なスワール形成が可能となつている。

また、シリンダヘツド内で分岐するサイアミー
ズポート構成としたことによる他の効果も得られ
る。たとえば、独立二ポートに比べて仕切壁面積
が減少し、壁面への燃料付着量を少なくし、未燃
炭化水素の放出の低減、運転性の向上をはかるこ
とができる。また、独立二ポートに比べて燃焼室
上壁面でのウオータジヤケツトの占めるスペース
を大にでき、冷却効果の向上とそれに伴なうノツ
ク限界の向上を通して低燃費化をはかることがで
きる。さらにサイアミーズ化によつて製作時に主
吸気ポート製作用中子部分と副吸気ポート製作用
中子部分とが一体の一体中子を使用でき、別体中
子の場合の性能のばらつきを抑えることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る内燃機関の吸
気装置を備えたシリンダヘツド部近傍の縦断面
図、第２図は第１図のシリンダヘツド部の横断面
図、第３図はサイアミーズポートの平面図、第４
図は第１図および第２図からサイアミーズポート
のみを取出し示した斜視図、である。 １……シリンダヘツド、３……主吸気ポート
（ヘリカルポート）、３ａ……導入部、３ｂ……渦
巻部、３ｃ……円筒部、４……副吸気ポート（ス
トレートポート）、４ａ……直線部、４ｂ……円
筒状出口部、７……吸気弁、１０……主吸気ポー
トの内周側壁面、１１……主吸気ポートの上壁
面、１２……主吸気ポートの外周側壁面、１６…
…隔壁、１７……サイアミーズポート入口部、１
８……主吸気ポートの下壁面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気を旋回流とした後吸気を燃焼室にほぼ下
   方に向けて導入し燃焼室内に単一の旋回方向を有
   する旋回流を生じさせるヘリカルポートからなる
   主吸気ポートと、吸気に旋回成分を与えずに吸気
   を燃焼室に導入させるストレトポートからなる副
   吸気ポートとを、両ポートの分岐点がシリンダヘ
   ツド内に位置するサイアミーズポートに構成し、
   前記主吸気ポートの燃焼室への開口位置を前記副
   吸気ポートの燃焼室への開口位置よりも上方に位
   置させ、副吸気ポートの出口部を該出口部から直
   線状に燃焼室に流れ込む流れの水平方向成分がシ
   リンダボアの中心軸線に向かうように指向させた
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。