KR101979126B1 - 내연기관 - Google Patents

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KR101979126B1 KR1020177004154A KR20177004154A KR101979126B1 KR 101979126 B1 KR101979126 B1 KR 101979126B1 KR 1020177004154 A KR1020177004154 A KR 1020177004154A KR 20177004154 A KR20177004154 A KR 20177004154A KR 101979126 B1 KR101979126 B1 KR 101979126B1
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야스시 요시하라
다케토 나가사키
노부히코 호리에
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에서는, 흡기 포트(4)의 연소실(8)로의 개구부에 형성된 밸브 연결면(41)의 상류 부분에서, 해당 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)이 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 연속하고 흡기 포트(4)측 천장면(8a)에 대해 실질적으로 직선형으로 그리고 비스듬히 연장되어 있다. 또한, 흡기 포트(4)에 있어서의 당해 부분의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상이 가로 방향을 장축으로 하는 편평한 형상이다.

Description

내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관에 관한 것이다.
종래, 내연기관의 실린더 내에서 내연기관의 실린더의 축 방향으로 선회류, 즉 소위 텀블류를 발생시키는 기술이 알려져 있다. 실린더 내에서 텀블류가 발생되면, 흡기와 연료의 혼합이 촉진되기 때문에, 내연기관의 연소성을 향상시킬 수 있다.
또한, 일본 특허 출원 공보 제8-74584호(JP 8-74584 A)는, 실린더 내에 텀블류가 발생되는 내연기관에서, 흡기 포트가, 그 내경이 동일하게 유지되는 상태에서 실린더 헤드의 측면으로부터 연소실을 향하여 비스듬히 하강하며 직선형으로 연장되는 직선 포트로서 형성되는 구성을 개시하고 있다. JP 8-74584 A에 기재된 이 구성에서는, 연소실로 개방되는 흡기 포트의 밸브 시트의 개구부 구멍의 내면이 흡기 포트보다 큰 내경을 가지며 연소실을 향해 확대되는 원추형 표면을 갖도록 형성된다. 또한, 해당 원추면의 일부는 흡기 포트의 천장면에 실질적으로 일치하도록 형성된다.
일본 특허 출원 공보 제2004-316609호(JP 2004-316609 A)에는, 실린더 내에 텀블류가 형성되도록 흡기를 해당 실린더의 중심선에 대하여 해당 실린더의 한쪽으로 편향되도록 흡기를 도입하는 흡기 포트를 구비한 내연기관에서, 해당 흡기 포트의 벽면 중 상기 한쪽에 대하여 먼 측에 있는 벽면과 해당 흡기 포트에 이어지는 밸브 시트의 스로트부(throat) 사이의 경계에, 해당 흡기 포트의 내측으로 돌출된 단차부를 제공한 구성이 개시되어 있다.
일본 실용신한 제2532417호에는, 직선형 스트레이트 포트인 흡기 포트의 단면 형상을 타원형 또는 실질적 직사각형 형상으로 하는 구성이 개시되어 있다.
상기 관련 기술의 관점에서, 본 발명은 내연기관의 실린더 내에 텀블류가 발생되고, 텀블류를 강화시키는 내연기관을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 실린더, 피스톤, 흡기 밸브, 및 배기 밸브를 구비하는 내연기관이 제공된다. 피스톤은 실린더 내를 왕복하도록 구성된다. 흡기 밸브는 내연기관의 흡기 포트로부터 실린더 내에 제공된 연소실 내로 가스를 도입하거나 차단하도록 구성된다. 배기 밸브는 연소실 내의 가스를 연소실로부터 내연기관의 배기 포트로 배출하거나 가두도록 구성된다. 그리고, 연소실 내에서, 흡기 포트가 개방되어 있는 흡기 포트측 천장면, 및 배기 포트가 개방되어 있는 배기 포트측 천장면은 실린더의 중심축에 대해 수직인 평면에 대해 각각 경사져 있다. 내연기관은, 배기 포트측 천장면으로부터 실린더에 제공된 배기 포트측 보어 벽면 부근의 피스톤의 정상면을 향하는 방향의 실린더 내의 가스 흐름 및 피스톤의 정상면으로부터 흡기 포트측 보어 벽면 부근의 흡기 포트측 천장면을 향하는 방향의 가스 흐름에 의해 텀블류를 발생시키도록 구성된다. 흡기 포트의 밸브 연결면의 상류측인 특정 영역에서, 흡기 포트의 상방 벽면은 흡기 포트측 천장면에 대하여 흡기 포트측 천장면의 법선 방향으로부터 하방으로 경사지고, 밸브 연결면의 상류측 단부로부터 연속되며, 실질적으로 직선형으로 연장된다. 밸브 연결면은, 흡기 밸브가 폐쇄될 때에 흡기 밸브의 우산부가 흡기 포트의 연소실로의 개구부에 맞닿는 면이다. 또한, 흡기 포트의 축 방향에 대해 수직인 방향의 흡기 포트의 특정 영역의 단면 형상은, 장축을 가로 방향으로 하는 편평한 형상이며, 가로 방향은 흡기 포트의 축 방향에 대해 수직이며 실린더의 반경 방향에 대해 평행한 방향으로서 규정된다. 본 명세서에서, 실린더 블록에 대한 실린더 헤드측을 상방으로 규정하며, 실린더 헤드에 대한 실린더 블록측을 하방으로 규정한다는 것을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서, 흡기 포트의 축 방향에 대해 수직이며 실린더의 반경 방향에 대해 평행한 방향을 가로 방향으로 규정한다. 또한, 이하의 설명에서, 흡기 포트의 중심축 바로 위에 위치되는 흡기 포트의 벽면의 최상부를 포함하며 흡기 포트의 벽면의 상대적으로 상측에 위치되는 부분을 "상방 벽면"이라 칭한다. 또한, 흡기 포트의 중심축 바로 아래에 위치되는 흡기 포트의 벽면의 최하부를 포함하며 흡기 포트의 벽면의 상대적으로 하측에 위치되는 부분을 "하방 벽면"이라 칭한다. 또한, 흡기 포트의 상방 벽면에서, 상술한 바와 같이 실질적으로 직선형으로 연장되는 부분을 "직선 부분"이라 칭한다.
흡기 포트의 상방 벽면이 상술한 바와 같은 직선 부분을 갖는 경우, 흡기 흐름은 직선 부분에 의해 가이드된다. 따라서, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흘러온 흡기는 실린더의 상위 부분으로부터 배기 포트측을 향해 흐르기가 더 쉬어진다. 상술한 바와 같은 본 발명의 내연기관에 따르면, 흡기 포트의 상방 벽면의 직선 부분은 흡기 포트의 개구부에 제공된 밸브 연결면의 상류측 단부로부터 연속하여 연장된다. 즉, 흡기 포트의 상방 벽면의 직선 부분은 흡기 포트의 개구부에 가능한 가까운 위치까지 연장된다. 이러한 방식으로, 상방 벽면의 직선 부분에 의해 흡기 포트로부터 실린더 내로 흐르는 흡기를 가이드하는 효과가 더 향상된다. 이로 인해, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흘러온 흡기는 실린더의 상위 부분에서 배기 포트측을 향해 흐르기가 더 쉬어진다. 따라서, 실린더의 상위 부분에서의 배기 포트측 천장면을 따르는 방향의 흡기의 유속이 더 높아진다. 한편, 흡기 포트의 축 방향에 대해 수직인 방향에서의 흡기 포트의 특정 영역의 단면 형상은 가로 방향의 축을 장축으로 하는 편평한 형상이다. 본원에서 "흡기 포트의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면"은 흡기 포트의 축 방향에 대해 수직인 방향으로 서로 대향하는 흡기 포트의 상방 벽면과 하방 벽면의 위치를 포함하는 평면에 의해 규정되는 단면이라는 것을 유의해야 한다. 즉, 흡기 포트는 흡기 포트측 천장면의 법선 방향으로부터 하방으로 경사져 있는 상태에서 흡기 포트의 천장면에 연결되기 때문에, "흡기 포트의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면"은, 흡기 포트의 개구부 부근의 부분의 단면을 포함하지 않는데, 즉 이 부분에는 흡기 포트의 축 방향에 대해 수직인 방향으로 상방 벽면에 대향하는 하방 벽면이 존재하지 않는다.
상술한 바와 같이, 흡기 포트의 특정 영역의 단면 형상은 가로 방향의 축을 장축으로 하는 편평한 형상이다. 그로 인해, 흡기는 흡기 포트의 개구부의 가로 방향의 단부로부터 실린더 내로 흐르기 더 쉬워진다. 또한, 흡기 포트의 개구부의 가로 방향의 단부로부터 실린더 내로 흘러온 흡기는 실린더의 상위 부분에서 배기 포트측을 향해 흐르기 더 쉬워진다. 이로 인해, 실린더의 가로 방향의 더 넓은 범위에서, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흘러온 흡기는 실린더의 상위 부분에서 배기 포트측을 향해 흐르기 더 쉬워진다. 따라서, 실린더의 가로 방향의 더 넓은 범위에서, 실린더의 상위 부분의 배기 포트측 천장면을 따르는 방향의 흡기의 유속이 더 높아진다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 실린더의 상위 부분에서의 배기 포트측 천장면을 따르는 방향의 흡기의 유속이 더 높아질 수 있다. 그로 인해, 실린더 내에서 형성되는 텀블류를 강화할 수 있다.
또한, 내연기관에서, 흡기 포트의 특정 영역의 실질적으로 직선형으로 연장되는 상방 벽면에 대향하는 하방 벽면에는 구배부가 제공될 수 있다. 구배부에서는, 흡기 포트의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면의 장축의 길이가 유지된 상태에서 가스 흐름의 하류측의 단면에서의 단면의 장축의 길이에 대한 단축의 길이의 비율이 가스 흐름의 상류측의 단면에서의 장축의 길이에 대한 단축의 길이의 비율보다 작도록, 가스 흐름의 하류측에서의 하방 벽면과 상방 벽면 사이의 거리가 가스 흐름의 상류측에서의 하방 벽면과 상방 벽면 사이의 거리보다 작다.
상술한 바와 같은 내연기관에 의하면, 흡기 포트의 하방 벽면 부근에서 흐르는 흡기는 흡기 포트의 개구부 부근의 구배부에 의해 가이드된다. 따라서, 흡기가 흡기 포트로부터 실린더 내로 흘러온 경우, 흡기는 실린더의 상위 부분에서 배기 포트측을 향해 흐르기 더 쉬어진다. 또한, 구배부가 제공된 부분에서, 흡기 포트의 축 방향에 대해 수직인 방향의 흡기 포트의 단면적(이하, 단면적을 간단히 "흡기 포트의 단면적"이라 칭할 수 있음)은 가스 흐름의 하류측을 향해 서서히 축소된다. 그 결과, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흐르는 흡기의 유속이 높아진다. 따라서, 상기 구성에 따르면, 실린더 내에서 발생된 텀블류가 더 강화될 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같은 구배부가 흡기 포트의 하방 벽면에 제공되는 경우, 흡기 포트의 단면적은 구배부가 제공된 부분에서 축소된다. 따라서, 구배부가 제공되지 않은 경우에 비해, 실린더 내로 흐르는 흡기의 유량이 저하될 수 있다. 상기 관점에서, 상술한 바와 같은 구배부가 흡기 포트의 하방 벽면에 제공되는 구성에서는, 상류측 하방 벽면이 가상 하방 벽면 아래에 위치될 수 있다. 여기서, 상류측 하방 벽면은 흡기 포트의 하방 벽면의 일부이며 구배부로부터 연속하여 상류측으로 연장된다. 가상 하방 벽면은, 하방 벽면이 밸브 연결면의 상류측 단부로부터 실질적으로 직선형으로 그리고 상방 벽면에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 것을 가정한 경우의 하방 벽면이다.
상술한 바와 같은 내연기관에 따르면, 흡기 포트의 상류측 하방 벽면이 가상 하방 벽면과 동일한 위치에 위치되거나 가상 하방 벽면 위에 위치되는 경우에 비해, 구배부가 제공된 부분에서의 흡기 포트의 단면적이 더 증가될 수 있다. 따라서, 구배부가 흡기 포트의 하방 벽면에 제공되는 경우에도, 실린더 내로 흐르는 충분한 흡기 유량을 용이하게 확보할 수 있다.
또한, 내연기관에서, 흡기 포트의 특정 영역은 밸브 연결면의 상류측 단부로부터 흡기 밸브의 스템 가이드가 제공되는 위치까지의 영역일 수 있다. 이러한 내연기관에 따르면, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흐르는 흡기는, 밸브 연결면의 단부로부터 흡기 밸브의 스템 가이드가 제공되는 위치까지의 상방 벽면에 의해 실린더의 상위 부분에서 배기 포트측을 향하는 방향으로 가이드된다.
또한, 내연기관에서, 흡기 포트측 천장면에 대한 상방 벽면의 제1 경사 각도 및 흡기 포트측 천장면에 대한 밸브 연결면의 제2 경사 각도는 실질적으로 동일할 수 있다. 상방 벽면은 밸브 연결면의 상류측 단부로부터 연속되며 흡기 포트의 특정 영역에서 실질적으로 직선형으로 연장된다. 이러한 내연기관에 따르면, 흡기 포트의 상방 벽면의 직선 부분을 따라 흘러온 흡기 포트 내의 흡기는 실린더 내로 흐르기 직전에, 즉 밸브 연결면을 통과하는 경우에도 밸브 연결면에 의해 동일한 방향으로 가이드된다. 이러한 상술한 내연기관에 따르면, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흘러온 흡기는 실린더의 상위 부분에서 배기 포트측을 향하는 방향으로 원활하게 흐르기 더 쉬어진다.
본 발명에서 설명한 바와 같은 내연기관에 따르면, 내연기관의 실린더에서 텀블류가 발생되는 내연기관에서 텀블류가 강화된다. 이로 인해, 내연기관을 위한 흡기 및 연료의 혼합이 더 촉진된다. 따라서, 내연기관의 연소성이 향상될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 대한 특징, 장점, 및 기술적 및 산업적 중요성을 첨부의 도면을 참고하여 이하에서 설명할 것이며, 도면에서 유사 참조부호는 유사 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 내연기관의 개략적인 구성의 도면이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 흡기 포트의 측면도이다.
도 3a 및 도 3b는 제1 실시예에 따른 흡기 포트의 연소실로의 개구부의 도면이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 흡기 포트의 개구부 부근의 부분의 확대도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른, 흡기 포트의 밸브 연결면의 단면 형상과 흡기 포트의 축방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상의 제1 도면이다.
도 6은 제1 실시예에 따른, 흡기 포트의 밸브 연결면의 단면 형상과 흡기 포트의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상의 변형예이다.
도 7은 종래(관련 기술)의 흡기 포트의 개구부 부근의 부분의 확대도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 종래(관련 기술)의 흡기 포트를 채용한 내연기관의 흡기 포트 및 실린더 상부의 종단면도이다.
도 9는 제1 실시예에 따른 내연기관의 흡기 포트 및 실린더 상부의 종단면도이다.
도 10은 제1 실시예에 따른 흡기 포트로부터 실린더 내로 유입되는 흡기 흐름을 해당 흡기 포트의 상방으로부터 본 도면이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c는, 도 7에 나타내는 종래(관련 기술)의 흡기 포트를 채용한 내연기관에서, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흡기가 유입했을 때의 흡기의 유속 분포의 도면이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c는, 제1 실시예에 따른 내연기관에서, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흡기가 유입했을 때의 흡기의 유속 분포의 도면이다.
도 13은 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 12a, 도 12b, 도 12c 각각의 하위 영역에서 점 C로 나타낸 위치에서의 흡기의 유속을 플로팅한 그래프이다.
도 14는 제1 실시예에 따른 흡기 포트의 상방 벽면의 직선 부분의 흡기 포트측 천장면에 대한 제1 경사 각도의 일례 및 밸브 연결면의 흡기 포트측 천장면에 대한 제2 경사 각도의 일례이다.
도 15는 제2 실시예에 따른 흡기 포트의 개략적인 구성의 제1 도면이다.
도 16은 제2 실시예에 따른 흡기 포트의 개략적인 구성의 제2 도면이다.
도 17은 제1 실시예에 따른 내연기관에서 흡기 포트로부터 실린더 내로 흡기가 유입했을 때의 흡기의 유속 분포의 도면이다.
도 18은 제2 실시예에 따른 내연기관에서 흡기 포트로부터 실린더 내로 흡기가 유입했을 때의 흡기의 유속 분포의 도면이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 이들 실시예에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 상대 위치 등은, 달리 기재되지 않는 한, 본 발명의 기술적 범위를 이들로 한정하려는 취지의 것은 아니다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 내연기관에 대해서 설명한다. 도 1은, 제1 실시예에 따른 내연기간의 개략적인 구성의 도면이다. 내연기관(1)은, 4개의 실린더(2)를 가지며 차량을 구동하기 위해 사용되는 가솔린 엔진(불꽃 점화식 내연기관)이다. 그러나, 본 발명은 가솔린 엔진으로 한정되지 않고 다른 종류의 엔진에도 적용될 수 있다. 도 1에는 편의상 하나의 실린더(2)만이 도시되어 있음을 유의해야 한다.
실린더(2) 내에는 피스톤(3)이 슬라이딩가능하게 제공되어 있다. 피스톤(3)은 실린더(2) 내를 왕복한다. 실린더(2)의 연소실(8)에는 실린더 헤드에 제공된 흡기 포트(4) 및 배기 포트(5)가 연결되어 있다. 각 실린더(2)에는 흡기 포트(4) 및 배기 포트(5)가 두 개씩 연결되어 있지만, 도 1에는 편의상 하나의 흡기 포트(4) 및 배기 포트(5)만이 도시되어 있다는 것을 유의해야 한다. 연소실(8)은, 흡기 포트(4)가 개방되어 있는 흡기 포트(4)측 천장면(8a) 및 배기 포트(5)가 개방되어 있는 배기 포트(5)측 천장면(8b)이, 실린더(2)의 중심축에 대해 수직인 평면에 대해 경사져 있는 펜트 루프형 연소실이다.
흡기 포트(4)의 연소실(8)로의 개구부는 흡기 밸브(6)에 의해 개폐된다. 이 개폐에 의해, 흡기 밸브(6)는 내연기관(1)의 흡기 포트(4)로부터 실린더(2)에 제공된 연소실(8)로 가스를 도입하거나 가스를 차단한다. 배기 포트(5)의 연소실(8)로의 개구부는 배기 밸브(7)에 의해 개폐된다. 이 개폐에 의해, 배기 밸브(7)는 연소실(8) 내의 가스를 연소실(8)의 내부로부터 내연기관(1)의 배기 포트(5)로 배출하거나 가스를 가둔다. 또한, 실린더(2)에는, 연소실(8) 내에 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브(11) 및 연소실(8) 내에 형성되는 공기-연료 혼합물을 점화하는 점화 플러그(12)가 제공되어 있다.
도 1의 화살표는 실린더(2) 내에 있어서의 가스(흡기) 흐름을 나타내고 있다. 이 화살표로 나타낸 바와 같이, 제1 실시예에서는, 실린더(2) 내에서, 해당 실린더(2)의 축 방향으로 선회하는 선회류, 즉 텀블류가 발생된다. 텀블류에서는, 배기 포트측의 보어 벽면 부근에서 배기 포트측 천장면(8b)으로부터 피스톤(3)의 정상면을 향하는 방향으로 가스가 흐르며, 흡기 포트측의 보어 벽면 부근에서 피스톤(3)의 정상면으로부터 흡기 포트측 천장면(8a)을 향하는 방향으로 가스가 흐른다. 이러한 텀블류가 발생되기 때문에, 연료와 공기의 혼합이 촉진되고, 내연기관(1)의 연소성이 향상된다.
이하의 설명에서는, 실린더 블록으로부터 실린더 헤드측을 상방으로 정의하고, 실린더 헤드로부터 실린더 블록측을 하방으로 정의한다는 것을 유의해야 한다. 또한, 흡기 포트(4)의 축방향에 대해 수직이고 실린더(2)의 반경 방향에 대해 평행한 방향(즉, 연소실(8)의 흡기 포트측 천장면(8a)에 있어서 2개의 흡기 포트(4)의 개구부가 정렬되어 있는 방향)을 가로 방향으로 정의한다.
이하, 이 제1 실시예에 따른 내연기관의 흡기 포트의 구성에 대하여 도 2 내지 6에 기초하여 설명한다. 도 2는 흡기 포트(4)의 측면도이다. 도 3a, 도 3b는, 흡기 포트(4)의 연소실(8)로의 개구부(이하, 간단히 "흡기 포트(4)의 개구부"라고 칭함)의 도면이다. 도 3a는, 흡기 포트(4)의 개구부를 흡기 포트측 천장면(8a)에 대하여 수직인 방향(도 2에서 일점 쇄선(L1)이 연장되는 방향)에서 하방으로부터 본 도면이다. 도 3b는, 흡기 포트(4)의 개구부를 해당 흡기 포트(4)의 축 방향(도 2에서 이점 쇄선(L2)이 연장되는 방향)에서 하방으로부터 본 도면이다. 도 4는, 흡기 포트(4)의 개구부 부근의 부분의 확대도이다. 도 5 및 도 6은, 흡기 포트(4)의 밸브 연결면(41)의 단면 형상과 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상의 도면이다. 도 5 및 도 6에 있어서, 음영부(S1)가 흡기 포트(4)의 밸브 연결면(41)의 단면 형상을 나타내고, 음영부(S2, S3)가 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상을 나타내고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 흡기 포트(4)는, 흡기 포트측 천장면(8a)에 대하여 해당 흡기 포트측 천장면(8a)의 법선 방향으로부터 하방으로 경사지면서 실질적으로 직선형으로 연장되는, 소위 스트레이트 포트이다. 또한, 도 3a에 도시한 바와 같이, 흡기 포트측 천장면(8a) 위에서의 흡기 포트(4)의 개구부의 형상은 실질적 원 형상이다. 따라서, 흡기 포트(4)의 개구부를 흡기 포트(4)의 축방향에서 본 경우, 그 형상은, 도 3b에 도시한 바와 같이, 가로 방향의 축이 장축이 되는 타원 형상이다.
흡기 포트(4)의 개구부 부근에는, 흡기 밸브(6)의 스템(61)이 삽입 관통되는 스템 가이드(13)가 제공되어 있다. 또한, 흡기 포트(4)의 개구부에는, 흡기 밸브(6)가 폐쇄될 때에 해당 흡기 밸브(6)의 우산부(62)가 맞닿는 밸브 연결면(41)이 형성되어 있다(도 3a, 도 3b 및 4에서는, 음영부가 밸브 연결면을 나타내고 있음). 밸브 연결면(41)은, 흡기 밸브(6)가 폐쇄될 때에 해당 흡기 밸브(6)의 우산부(62)가 실제로 맞닿는 면을 포함하도록 획정되어 있으며, 흡기 포트(4)의 개구부에 환상으로 형성되어 있는 면이라는 것을 유의해야 한다. 도 4에서는, 41a가 밸브 연결면(41)의 상류측 단부를 나타내고 있다.
여기서, 흡기 포트(4)의 벽면에서의 해당 흡기 포트(4)의 중심축 바로 위에 위치하는 최상부를 포함하고, 흡기 포트(4)의 벽면에서 상대적으로 상측에 위치하는 벽면을, "상방 벽면(42)"으로 한다. 또한, 흡기 포트(4)의 벽면에서의 해당 흡기 포트(4)의 중심축 바로 아래에 위치하는 최하부를 포함하고, 흡기 포트(4)의 벽면에서 상대적으로 하측에 위치하는 벽면을, "하방 벽면(43)"으로 한다. 이 제1 실시예에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)이, 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 연속하고, 흡기 포트측 천장면(8a)에 대하여 해당 흡기 포트측 천장면(8a)의 법선 방향으로부터 하방으로 경사지면서 실질적으로 직선형으로 연장되어 있다. 한편, 흡기 포트(4)의 하방 벽면(43)은, 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 특정 위치(Px)까지 솟아오르도록 형성되어 있고, 해당 특정 위치(Px)로부터 상방 벽면(42)과 마찬가지로 흡기 포트측 천장면(8a)에 대하여 배기 포트측과는 반대 방향으로 경사지면서 실질적으로 직선형으로 연장되어 있다.
또한, 이 제1 실시예에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상(상세하게는, 하방 벽면(43)이 솟아오르고 있는 부분으로부터 상류측에서의 단면 형상)은, 가로 방향의 축을 장축으로 하는 타원 형상이다.
이 제1 실시예에서는, 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상은, 항상 타원 형상이 아니어도 되고, 가로 방향의 축을 장축으로 하는 편평한 형상이면 된다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상은, 도 6의 음영부(S3)에 도시한 바와 같이, 가로 방향의 변을 긴 변으로 하는 실질적 직사각형 형상(직사각형의 코너가 만곡되어 있는 형상)이어도 된다. 단, 이 경우에도, 흡기 포트(4)의 개구부는, 흡기 포트측 천장면(8a) 위에서 실질적 원 형상을 갖는다. 그리고, 흡기 포트(4)의 축 방향에서 본 흡기 포트(4)의 개구부의 형상은, 도 3b에 도시한 바와 같이, 타원 형상이다. 그로 인해, 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상이 도 6에 도시한 바와 같이 실질적 직사각형 형상인 경우, 흡기 포트(4)의 축 방향에서 본 형상은, 개구부에 도달하기까지, 실질적 직사각형 형상으로부터 밸브 연결면(41)을 향해 서서히 타원 형상으로 변화하도록 구성된다.
여기서, 이 제1 실시예에 따른 흡기 포트의 구성과 종래의 흡기 포트의 구성 사이의 차이점에 대하여 설명한다. 도 7은, 종래의 흡기 포트의 개구부 부근의 부분의 확대도이다. 종래, 흡기 포트(24)의 연소실(28)로의 개구부에는, 실린더 헤드를 구성하는 부재보다 내마모성이 높은 부재로 구성된 환상 밸브 시트(29)가 끼워져 있다. 그리고, 흡기 밸브(26)가 폐쇄될 때에 해당 흡기 밸브(26)의 우산부(262)가 맞닿는 밸브 연결면(241)은 해당 밸브 시트(29)의 내주면에 형성되어 있다.
이러한 밸브 시트(29)를 제공하는 경우, 흡기 포트(24)의 개구부에서, 흡기 포트측 천장면(28a)으로부터 높이 h의 밸브 시트(29)를 압입하기 위해 필요한 두께를 확보할 필요가 있다. 그로 인해, 흡기 포트(24)를 스트레이트 포트로서 형성하고 그에 따라 흡기 포트(24)의 상방 벽면(242)을 실질적 직선형으로 형성하는 경우에도, 그 상방 벽면(242)은, 해당 흡기 포트(24)의 개구부로부터 밸브 시트(29)의 높이 이상만큼 이격된 위치, 즉 상방 벽면(242)이 밸브 연결면(241)의 상류측 단부(241a)로부터 솟아 올라간 위치에서 실질적으로 직선형으로 연장하도록 구성된다. 즉, 상방 벽면(242)의 직선 부분과 밸브 연결면(241) 사이에 단차부가 존재하게 된다.
한편, 이 제1 실시예에 따른 흡기 포트(4)에서, 개구부에 밸브 시트가 제공되지 않는다. 대신에, 흡기 포트(4)의 개구부로 형성된 실린더 헤드의 일부에 레이저 빔에 의해 합금 분말이 용접되는 소위 레이저 클래드 밸브 시트가 채용된다. 이 레이저 클래드 밸브 시트를 채용하기 때문에, 종래의 흡기 포트와 달리, 흡기 포트측 천장면으로부터 밸브 시트를 압입하기 위한 두께를 확보할 필요가 없어진다. 따라서, 흡기 포트(4)의 개구부 구성의 자유도가 높아진다. 따라서, 이 제1 실시예에 따른 흡기 포트(4)는, 상기한 바와 같이 상방 벽면(42)이 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 연속하고 실질적으로 직선형으로 연장되는 구성을 가질 수 있다. 단, 본 발명에서는, 흡기 포트의 당해 구성을 실현하기 위한 방법은, 레이저 클래드 밸브 시트에 한정되지 않는다.
이어서, 이 제1 실시예에 따른 흡기 포트의 구성 효과에 대하여 설명한다. 도 8은, 도 7에 나타내는 종래의 흡기 포트를 채용한 내연기관의 흡기 포트 및 실린더 상부의 종단면도이다. 도 9는, 이 제1 실시예에 따른 내연기관의 흡기 포트 및 실린더 상부의 종단면도이다. 도 8 및 도 9는, 흡기 밸브(26, 6)가 개방되어 있는 상태를 각각 나타내고 있다(도 8 및 도 9는, 흡기 밸브의 중심축을 포함하는 평면으로부터 실린더의 외측 방향으로 어긋난 위치의 단면을 각각 나타내고 있다. 따라서, 흡기 밸브(6, 26) 각각의 우산부만이 도시되고 있고, 그 스템은 도시되어 있지 않다). 또한, 도 8 및 도 9 각각에서, 윤곽으로 표시된 화살표는, 흡기 포트(4, 24) 각각으로부터 연소실(8, 28) 각각에 유입되는 흡기 흐름을 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 흡기 포트(24)의 개구부에 밸브 시트(29)가 제공되어 있다. 그로 인해, 흡기 포트(24)의 상방 벽면(242)의 직선 부분을 따라 흘러 온 흡기가, 실린더 내에 유입하기 직전에 밸브 시트(29)의 내주면에 의해 가이드되게 된다. 여기서, 흡기 포트측 천장면에 대한 밸브 시트(29)의 내주면의 제2 경사 각도가 흡기 포트측 천장면에 대한 흡기 포트(24)의 상방 벽면(242)의 직선 부분의 제1 경사 각도보다 크다. 따라서, 도 8에 도시한 바와 같이, 흡기 포트(24)로부터 실린더 내에 유입되는 흡기 흐름이, 해당 흡기 포트(24)의 상방 벽면(242)의 직선 부분을 따르는 방향으로부터 하방을 향하여 흐르게 된다. 특히, 흡기 밸브의 중심축으로부터 외측 방향으로 어긋난 위치에 있어서는, 흡기 밸브의 중심축 부근에 비하여, 밸브 시트(29)의 내주면에 의해 흡기가 더욱 하방을 향하여 가이드되게 된다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 이 제1 실시예에 따른 흡기 포트(4)에서는, 상방 벽면(42)의 직선 부분이 밸브 연결면(41)의 단부까지 연장되어 있다. 즉, 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)에서의 직선 부분은 가능한 한 개구부에 가까운 위치까지 연장되어 있다. 그로 인해, 도 9에 도시한 바와 같이, 흡기 포트(4)에서의 상방 벽면(42)의 직선 부분을 따라 흘러 온 흡기가, 실질적으로 그대로 흐름 방향을 유지한 상태에서 실린더(2) 내에 유입한다. 따라서, 도 8의 비교로부터도 알 수 있는 바와 같이, 흡기 포트(4)로부터 실린더(2) 내에 유입된 흡기가 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향으로 더 흐르기 쉬워진다. 또한, 흡기 밸브의 중심축으로부터 실린더의 외측 방향으로 어긋난 위치에 있어서도, 상방 벽면(42)의 직선 부분에 의해, 흡기 밸브의 중심축 부근과 실질적으로 동일한 방향으로 흡기가 가이드되게 된다. 그 결과, 실린더(2)의 상방 부분에 있어서의 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향의 흡기의 유속이 더 높아진다.
도 10은, 이 제1 실시예에 따른 각각의 흡기 포트로부터 실린더 내에 유입되는 흡기 흐름을 해당 흡기 포트의 상방으로부터 본 도면이다. 도 10은, 각각의 흡기 밸브(6)가 밸브 개방되어 있는 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 10에서, 각각의 음영부는, 흡기 포트(4)의 축방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상을 나타내며, 각각의 화살표는 흡기 흐름을 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 이 제1 실시예에서는, 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상이 가로 방향의 축을 장축으로 하는 편평한 형상(도 10에서는 타원 형상)이다. 이 구성에 따르면, 도 10에 도시한 바와 같이, 흡기 포트(4)의 개구부의 측방으로부터도 실린더(2) 내에 흡기가 유입하기 쉬워진다. 그로 인해, 실린더(2)의, 가로 방향의 중심 부근의 부분 및 측방의 보어 벽면 부근의 부분에도, 흡기 포트(4)로부터 흡기가 유입되기 더 쉬워진다. 따라서, 실린더(2) 내에서의 가로 방향의 더욱 넓은 범위에서, 흡기 포트(4)로부터 실린더(2) 내에 유입된 흡기가 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향으로 흐르기 더욱 쉬워진다. 그 결과, 실린더(2) 내에 있어서의 가로 방향의 더욱 넓은 범위에서, 실린더(2)의 상방 부분에서의 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향의 흡기의 유속이 더욱 높아진다.
이상과 같이, 이 제1 실시예에 따른 흡기 포트의 구성에 의하면, 실린더(2)의 상방 부분에 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향의 흡기의 유속을 더 높일 수 있다. 이와 같이, 실린더(2) 내에서 발생되는 텀블류를 강화시킬 수 있다.
도 11a, 도 11b, 도 11c는, 도 7에 나타내는 종래의 흡기 포트를 채용한 내연기관에 있어서의, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흡기가 유입했을 때의 흡기의 유속 분포의 도면이다. 도 12a, 도 12b, 도 12c는, 이 제1 실시예에 따른 내연기관에 있어서의, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흡기가 유입했을 때의 흡기의 유속 분포의 도면이다. 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 12a, 도 12b, 도 12c는, 내연기관(1)의 운전 상태가 동일한 경우의 흡기의 유속 분포를 나타내고 있다는 것을 유의해야 한다. 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 12a, 도 12b, 도 12c는, 가로 방향의 각각 상이한 위치에서 흡기 포트 및 실린더의 종단면에서의 흡기의 유속 분포를 나타내고 있다. 또한, 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 12a, 도 12b, 도 12c 각각에 있어서, 흡기 포트 및 실린더의 종단면에서의 위치가 상위 영역에 나타나 있고, 상위 영역에 나타낸 종단면에서의 흡기의 유속 분포가 하위 영역에 나타나 있다. 상세하게는, 도 11a 및 도 12a의 하위 영역은, 그 상위 영역에 나타낸 X-X 단면(흡기 밸브의 중심축을 포함하는 평면에 의한 단면, 이하 밸브 중심 단면이라고 함)에서의 흡기의 유속 분포를 각각 나타내고 있다. 도 11b 및 12b의 하위 영역은, 그 상위 영역에 나타내는 Y-Y 단면(밸브 중심 단면으로부터 실린더의 중심 방향으로 위치하는 평면에 의한 단면, 이하 보어 중심측 단면이라고 함)에서의 흡기의 유속 분포를 각각 나타내고 있다. 도 11c 및 도 12c의 하위 영역은, 그 상위 영역에 나타내는 Z-Z 단면(밸브 중심 단면으로부터 실린더의 외측 방향으로 위치하는 평면에 의한 단면, 이하 보어 벽면측 단면이라고 함)에서의 흡기의 유속 분포를 각각 나타내고 있다. 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 12a, 도 12b, 도 12c 각각의 하위 영역에서는, 흡기의 유속 분포를 패턴 1 내지 5로 나타내고 있고, 패턴 1 내지 5의 순서대로 흡기의 유속은 낮아지고 있다(즉, 패턴 1로 나타내는 위치에서 흡기의 유속이 가장 높고, 패턴 5로 나타내는 위치에서 유속이 가장 낮음).
또한, 도 13은, 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 12a, 도 12b, 도 12c 각각의 하위 영역에서 점 C로 나타낸 위치에서의 흡기의 유속을 플로팅한 그래프이다. 점 C는, 실린더 내에서, 흡기 흐름의 방향이 배기 포트측 천장면을 따르는 방향으로부터 배기 포트측 보어 벽면을 따르는 방향(배기 포트측 천장면으로부터 피스톤 정상면을 향하는 방향)으로 이행하는 위치이다. 이 점 C로 나타내는 위치에서의 흡기의 유속이 높아질수록 텀블류가 강해지는 것이 기대된다. 도 13에서, 횡축은 실린더 내의 가로 방향에서의 흡기의 유속 측정 위치를 나타내고 있고, 해당 횡축의 (a), (b), 및 (c)는 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 12a, 도 12b, 도 12c에 각각 대응하고 있다. 도 13에서, 종축은 흡기의 유속을 나타내고 있다. 또한, 도 13에서, 각각의 흰색 원은, 도 11a, 도 11b, 도 11c 각각의 하위 영역에 있어서 점 C로 나타낸 위치의 흡기의 유속, 즉 종래의 흡기 포트를 채용한 내연기관에서의 흡기의 유속을 나타낸다. 각각의 검정색 원은, 도 12a, 도 12b, 도 12c 각각의 하위 영역에서 점 C로 나타난 위치의 흡기의 유속, 즉 이 제1 실시예에 따른 내연기관에서의 흡기의 유속을 나타내고 있다.
도 11a, 도 11b와 도 12a, 도 12b를 각각 비교하면, 본 실시예에 따른 내연기관에서는, 배기 포트측 천장면 부근에 있어서의 비교적 높은 유속을 나타내는 패턴의 영역이, 종래의 흡기 포트를 채용한 내연기관에서의 것에 비해 커지는 것을 알 수 있다. 이것은, 이 제1 실시예에 따른 내연기관에서는, 밸브 중심 단면 부근 및 보어 중심측 단면 부근에 있어서의 흡기 포트로부터 실린더 내에 유입하며 배기 포트측 천장면을 따르는 방향으로 향하는 흡기의 유속이, 종래의 흡기 포트를 채용한 내연기관의 것에 비해 커지고 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 도 11c와 도 12c를 비교하면, 이 제1 실시예에 따른 내연기관에서는, 실린더 상위 부분에 있어서 비교적 높은 유속을 나타내는 패턴이 연장하고 있는 방향이, 종래의 흡기 포트를 채용한 내연기관의 것에 비하여 배기 포트측 천장면을 따르는 방향에 더 가까운 것을 알 수 있다. 이것은, 이 제1 실시예에 따른 내연기관에서는, 보어 벽면측 단면 부근에 있어서의 흡기 흐름이, 종래의 흡기 포트를 채용한 내연기관에서의 것보다 배기 포트측 천장면을 따르는 방향에 가까운 것을 나타내고 있다. 즉, 본 제1 실시예에 따른 내연기관에서는, 밸브 중심 단면, 보어 중심측 단면 및 보어 벽면측 단면 각각에서, 종래의 흡기 포트를 채용한 내연기관의 것에 비하여, 실린더의 상위 부분에 있어서의 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향의 흡기의 유속이 높아지고 있다.
그 결과, 도 13에 도시한 바와 같이, 이 제1 실시예에 따른 내연기관에서는, 실린더 내의 점 C에서의 흡기의 유속도, 밸브 중심 단면, 보어 중심측 단면 및 보어 벽면측 단면의 각각에서, 종래의 흡기 포트를 채용한 내연기관의 것에 비하여 높아진다. 즉, 이 제1 실시예에 따른 흡기 포트의 구성에 의하면, 흡기 포트로부터 실린더 내에 유입되는 흡기 흐름이, 실린더 내에 있어서의 텀블류의 발생에 더 효과적으로 기여하게 된다. 그로 인해, 실린더 내에서 형성되는 텀블류를 강화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 이 제1 실시예에서는, 흡기 포트(4)로부터 실린더(2) 내에 유입되는 흡기를 해당 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)에 의해 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향으로 가이드함으로써 텀블류를 강화한다는 것을 유의해야 한다. 그로 인해, 이 제1 실시예에서는, 흡기 포트(4)의 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)의 상류측의 전체 영역에서, 상방 벽면(42)이 항상 실질적으로 직선형으로 연장될 필요는 없고, 해당 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상이 항상 가로 방향의 축을 장축으로 하는 편평한 형상일 필요는 없다. 즉, 실린더(2) 내에 유입되는 흡기를 상기한 바와 같이 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)에 의해 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향으로 가이드할 수 있는 특정 영역에서, 상방 벽면(42)이 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 실질적으로 직선형으로 연장되고, 해당 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상이 가로 방향의 축을 장축으로 하는 편평한 형상으로 되어 있으면 된다. 이러한 특정 영역으로는, 흡기 포트(4)에서의 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 스템 가이드(13)가 제공되어 있는 위치까지의 영역(도 4에서 α로 나타내는 영역)을 예시할 수 있다. 단, 당해 영역(α)의 상류측까지 상방 벽면(42)이 실질적으로 직선형으로 연장되어 있어도 되며, 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상이 가로 방향의 축을 장축으로 하는 편평한 형상으로 되어 있어도 된다.
또한, 이 제1 실시예에서는, 도 14에 도시한 바와 같이, 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)에서의 직선 부분의 흡기 포트측 천장면(8a)에 대한 제1 경사 각도(A1)가 밸브 연결면(41)의 흡기 포트측 천장면(8a)에 대한 제2 경사 각도(A2)와 실질적으로 동일할 수 있다. 밸브 연결면(41)의 제2 경사 각도(A2)가 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)의 직선 부분의 제1 경사 각도(A1)와 상이한 경우, 흡기 포트(4) 내에서 해당 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)의 직선 부분을 따라 흘러 온 흡기 흐름의 방향이, 흡기가 실린더(2) 내에 유입하기 직전에 밸브 연결면(41)의 영향을 받게 된다. 한편, 양자의 경사 각도(제1 경사 각도 및 제2 경사 각도)가 실질적으로 동일한 경우, 흡기 포트(4) 내에서 해당 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)의 직선 부분을 따라 흘러 온 흡기가, 실린더(2) 내에 유입하기 직전에 있어서도 밸브 연결면(41)에 의해 동일한 방향으로 가이드되게 된다. 따라서, 흡기 포트(4)로부터 실린더(2) 내에 유입된 흡기가 더욱 원활하게 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향으로 흐르기 쉬워진다.
이어서, 본 발명의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 도 15는, 이 제2 실시예에 따른 내연기관의 흡기 포트의 개략적인 구성의 도면이다. 이 제2 실시예에 따른 흡기 포트는, 제1 실시예와 마찬가지의 스트레이트 포트이지만, 그 하방 벽면의 형상이 제1 실시예와는 상이하다. 도 15에서, 화살표는 흡기 흐름을 나타내고 있다는 것을 유의해야 한다. 또한, 도 15에서, 음영부(S1)는 흡기 포트(4)의 밸브 연결면(41)의 단면 형상을 나타내며, 음영부(S2)는 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상을 나타낸다.
이 제2 실시예에서도, 흡기 포트(4)의 개구부의 형상은 도 3a, 도 3b에 도시하는 제1 실시예의 개구부 형상과 동일하며, 해당 개구부에는 밸브 연결면(41)이 형성되어 있다. 또한, 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 밸브 연결면(41)의 상류측 단부로부터 연속하고, 흡기 포트측 천장면(8a)의 법선 방향으로부터 하방으로 경사지면서 실질적으로 직선형으로 연장되어 있다. 또한, 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상(상세하게는, 하방 벽면(43)이 솟아 올라가는 부분으로부터 상류측에서의 단면 형상)이, 가로 방향의 축을 장축으로 하는 타원 형상으로 되어 있다. 이들 구성에 의해, 이 제2 실시예에 따른 흡기 포트에 의하면, 제1 실시예의 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이 제2 실시예에서는, 흡기 포트(4)에 있어서의 스템 가이드(13) 부근의 하방 벽면(44)에 구배부(441)가 형성되어 있다. 이 구배부(441)가 형성되어 있는 부분에서는, 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면의 타원 형상이, 그 장축의 길이(Rw)를 유지하면서, 해당 장축의 길이(Rw)에 대한 단축의 길이(Rs)(흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향에서의 상방 벽면(42)과 하방 벽면(44) 사이의 거리)의 비율이 가스 흐름의 하류측으로 갈수록 서서히 작아지도록 변화한다(Rs2>Rs1). 한편, 구배부(441)에 대향하는 상방 벽면(42)은 실질적으로 직선형으로 유지되어 있다. 즉, 구배부(441)에서는, 하방 벽면(44)이 가스 흐름의 하류측을 향하면서 상방 벽면(42)에 근접하도록 형성되어 있다.
이 제2 실시예에서도, 제1 실시예에서와 같이, 흡기 포트(4)의 축 방향의 단면 형상은 항상 타원 형상이 아니어도 되고, 가로 방향의 축을 장축으로 하는 편평한 형상이면 된다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 흡기 포트(4)의 당해 부분의 단면 형상은, 도 16에 도시한 바와 같이, 가로 방향의 변을 긴 변으로 하는 실질적 직사각형 형상이어도 된다. 도 16에서, 음영부(S1)가 흡기 포트(4)의 밸브 연결면(41)의 단면 형상을 나타내며, 음영부(S3)가 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상을 나타내고 있다는 것을 유의해야 한다. 이 경우, 구배부(441)가 형성되어 있는 부분에서는, 흡기 포트(4)에서의 단면의 실질적 직사각형 형상이, 그 긴 변(장축)의 길이(Lw)를 유지하면서, 해당 긴 변의 길이(Lw)에 대한 짧은 변(단축)의 길이(Ls)의 비율이 가스 흐름의 하류측으로 갈수록 서서히 작아지도록 변화한다(Ls2>Ls1).
또한, 이 제2 실시예에서는, 도 15에 도시한 바와 같이, 흡기 포트(4)의 하방 벽면(44)에 있어서의 밸브 연결면(41)의 상류측 단부로부터 솟아 올라간 위치(Px)가 구배부(441)의 하류측 단부에 대응한다. 즉, 구배부(441)의 하류측 단부에서, 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향에서의 상방 벽면(42)과 하방 벽면(44) 사이의 거리가 최단 거리가 된다. 또한, 구배부(441)로부터 연속하며 상류로 연장하는 하방 벽면인 상류측 하방 벽면(442)은, 상방 벽면(42)과 마찬가지로, 흡기 포트측 천장면(8a)의 법선 방향으로부터 하방으로 경사지면서 실질적으로 직선형으로 연장되어 있다. 그리고, 하방 벽면(44)이 밸브 연결면(41)의 상류측 단부로부터 상방 벽면(42)에 대해 실질적으로 평행하게 실질적으로 직선형으로 연장되어 있다고 가정한 경우에 규정되는 면을 가상 하방 벽면(Lv)으로 설정하면, 이 상류측 하방 벽면(442)은 가상 하방 벽면(Lv) 아래에 위치하고 있다.
이어서, 이 제2 실시예에 따른 흡기 포트의 구성 효과에 대해서 설명한다. 흡기 포트(4)의 하방 벽면(44)에 상기와 같은 구배부(441)가 형성되어 있으면, 흡기 포트(4) 내의 하방 벽면(44) 부근을 흐르는 흡기가 상방 벽면(42)을 향하는 방향으로 가이드되게 된다. 그로 인해, 흡기가 흡기 포트(4)로부터 실린더(2) 내에 유입했을 때에, 해당 흡기가 흡기 포트(4)측의 보어 벽면을 향하는 방향으로 흐르기 어려워진다. 즉, 해당 흡기가 흡기 포트(4)로부터 실린더(2) 내에 유입했을 때에 배기 포트측 천장면(8b)을 따르는 방향으로 흐르기 더 쉬워진다. 또한, 하방 벽면(44)에 구배부(441)가 형성되어 있는 부분에서는, 흡기 포트(4)의 단면적이 가스 흐름의 하류측을 향해 갈수록 서서히 축소하게 된다. 그 결과, 흡기 포트(4)로부터 실린더(2) 내에 유입되는 흡기의 유속이 높아진다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 실린더(2) 내에 발생되는 텀블류를 더 강화할 수 있다.
도 17은, 제1 실시예에 따른 내연기관에 있어서의, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흡기가 유입했을 때의 흡기의 유속 분포의 도면이다. 도 18은, 제2 실시예에 따른 내연기관에 있어서의, 흡기 포트로부터 실린더 내로 흡기가 유입했을 때의 흡기의 유속 분포의 도면이다. 도 17 및 도 18은 내연기관(1)의 운전 상태를 동일하게 한 경우의 흡기의 유속 분포를 나타내고 있다는 것을 유의해야 한다. 도 17 및 도 18은 각각 보어 벽면측 단면(도 11c 및 12c의 상위 영역에 나타내는 Z-Z 단면과 동등한 위치에서의 단면)에 있어서의 흡기의 유속 분포를 나타내고 있다. 또한, 도 17 및 도 18에 있어서는, 흡기의 유속 분포를 패턴 1 내지 5로 나타내고 있고, 패턴 1 내지 패턴 5의 순서대로 흡기의 유속은 낮아지고 있다(즉, 패턴 1로 나타내는 위치에서 흡기의 유속이 가장 높고, 패턴 5로 나타내는 위치에서 흡기의 유속이 가장 낮다).
도 17과 도 18을 비교하면, 이 제2 실시예에 따른 내연기관에서는, 흡기 포트로부터 실린더 내에 유입된 흡기가 흡기 포트측의 보어 벽면을 따르는 방향으로 흐르는 영역(R1)에서의 비교적 높은 유속을 나타내는 패턴의 영역이, 제1 실시예에 따른 내연기관의 것에 비하여 작아지고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 이 제2 실시예에 따른 내연기관에서는, 흡기 포트측의 보어 벽면을 따르는 방향으로 흐르는 흡기의 유속이, 제1 실시예에 따른 내연기관의 것에 비하여 작아지고 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 이 제2 실시예에 따른 내연기관에서는, 배기 포트측의 실린더의 상위 부분의 영역(R2)에서 비교적 높은 유속을 나타내는 패턴이 연장하고 있는 방향이, 제1 실시예에 따른 내연기관에서의 것보다 배기 포트측 천장면을 따르는 방향에 더욱 가깝다는 것도 알 수 있다. 이것은, 이 제2 실시예에 따른 내연기관에서는, 흡기 흐름이, 제1 실시예에 따른 내연기관에서 배기 포트측 천장면을 따르는 방향에 더욱 가깝다는 것을 나타내고 있다. 즉, 이 제2 실시예에 따른 흡기 포트의 구성에 의하면, 흡기 포트로부터 실린더 내에 유입되는 흡기 흐름이, 실린더 내에서의 텀블류의 발생에 효과적으로 기여하게 된다. 따라서, 실린더 내에서 발생되는 텀블류를 더 강화할 수 있다.
여기서, 흡기 포트(4)의 하방 벽면(44)에 상기와 같은 구배부(441)가 형성된 경우, 해당 구배부(441)가 형성되어 있는 부분에서 흡기 포트(4)의 단면적이 축소된다. 따라서, 제1 실시예에서와 같이 해당 구배부(441)가 형성되어 있지 않은 경우에 비하여, 실린더(2) 내에 유입되는 흡기의 유량이 감소할 우려가 있다. 그러나, 이 제2 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 상류측 하방 벽면(442)이 가상 하방 벽면(Lv) 아래에 위치하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 상류측 하방 벽면(442)이 가상 하방 벽면(Lv)과 동일한 위치에 위치하거나 가상 하방 벽면(Lv) 위에 위치하는 경우에 비하여, 구배부(441)가 형성되어 있는 부분에서의 흡기 포트(4)의 단면적을 더 크게할 수 있다. 따라서, 이 제2 실시예에 따른 내연기관에서는, 흡기 포트(4)의 하방 벽면(44)에 구배부(441)가 형성된 경우에도, 이 제1 실시예에 따른 내연기관과 비교하여 실린더(2) 내에 유입되는 흡기의 유량을 용이하고 충분하게 확보할 수 있다.
단, 상류측 하방 벽면(442)이 가상 하방 벽면(Lv)과 동일 위치에 위치되거나 가상 하방 벽면(Lv) 위에 위치되는 경우에도, 구배부(441)가 형성됨으로써 얻어지는 텀블류의 강화 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상류측 하방 벽면(442)이 가상 하방 벽면(Lv) 아래에 위치하는 구성은 텀블류의 강화를 위해 필수는 아니다.
또한, 이 제2 실시예에서도, 제1 실시예와 마찬가지로, 반드시 흡기 포트(4)의 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)의 상류측의 전체 영역에서, 상방 벽면(42)이 항상 실질적으로 직선형으로 연장될 필요는 없고, 해당 흡기 포트(4)의 해당 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면 형상이 항상 가로 방향의 축을 장축으로 하는 편평한 형상을 가질 필요는 없다. 단, 흡기 포트(4)에서, 적어도 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 상방 벽면(42)이 하방 벽면(44)에 형성된 구배부(441)에 대향하는 위치까지, 상방 벽면(42)이 실질적으로 직선형으로 연장될 필요가 있다.
또한, 이 제2 실시예에서도, 제1 실시예와 마찬가지로, 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)에서의 직선 부분의 흡기 포트측 천장면(8a)에 대한 제1 경사 각도(A1)와 밸브 연결면(41)의 흡기 포트측 천장면(8a)에 대한 제2 경사 각도(A2)를 실질적으로 동일하게 해도 된다.

Claims (6)

  1. 내연기관(1)이며,
    실린더(2),
    실린더(2) 내를 왕복하도록 구성되는 피스톤(3),
    내연기관(1)의 흡기 포트(4)로부터 실린더(2) 내에 제공된 연소실(8) 내로 가스를 도입하거나 차단하도록 구성되는 흡기 밸브(6), 및
    연소실(8) 내의 가스를 연소실(8)의 내부로부터 내연기관(1)의 배기 포트(5)로 배출하거나 가두도록 구성되는 배기 밸브(7)를 포함하고,
    연소실(8)에서, 흡기 포트(4)가 개방되어 있는 흡기 포트측 천장면, 및 배기 포트(5)가 개방되어 있는 배기 포트측 천장면은 실린더(2)의 중심축에 대해 수직인 평면에 대해 각각 경사져 있고,
    내연기관(1)은, 배기 포트측 천장면으로부터 실린더(2)에 제공된 배기 포트측 보어 벽면 부근의 피스톤(3)의 정상면을 향하는 방향의 실린더(2) 내의 가스 흐름 및 피스톤(3)의 정상면으로부터 흡기 포트측 보어 벽면 부근의 흡기 포트측 천장면을 향하는 방향의 가스의 흐름에 의해 텀블류를 발생시키도록 구성되고,
    흡기 포트(4)의 밸브 연결면(41)의 상류측인 특정 영역에서, 흡기 포트(4)의 상방 벽면(42)은 흡기 포트측 천장면에 대해 흡기 포트측 천장면의 법선 방향으로부터 하방으로 경사져 있고, 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 연속되고, 실질적으로 직선형으로 연장되며, 밸브 연결면(41)은, 흡기 밸브(6)가 폐쇄될 때에 흡기 밸브(6)의 우산부(62)가 흡기 포트(4)의 연소실(8)로의 개구부에 맞닿는 면이며,
    상기 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 연속되는 상방 벽면(42)이 실질적으로 직선형으로 연장되는 상기 흡기 포트의 상기 특정 영역에서, 상기 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 흡기 포트(4)의 특정 영역의 단면 형상은, 장축을 가로 방향으로 하는 편평한 형상이며, 가로 방향은 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직이며 실린더(2)의 반경 방향에 대해 평행한 방향으로서 규정되고, 연소실(8)의 흡기 포트측 천장면(8a)에 있어서 2개의 흡기 포트(4)의 개구부가 정렬되어 있는 방향이며,
    흡기 포트측 천장면에 대한 상방 벽면(42)의 제1 경사 각도와 흡기 포트측 천장면에 대한 밸브 연결면(41)의 제2 경사 각도는 실질적으로 동일한, 내연기관(1).
  2. 제1항에 있어서,
    흡기 포트(4)의 특정 영역에서 실질적으로 직선형으로 연장되는 상방 벽면(42)에 대향하는 하방 벽면에는 구배부(441)가 제공되며, 구배부(441)에서는, 흡기 포트(4)의 축 방향에 대해 수직인 방향의 단면의 장축의 길이가 유지된 상태에서 가스 흐름의 하류측의 단면에서의 단면의 장축의 길이에 대한 단축의 길이의 비율이 가스 흐름의 상류측의 단면에서의 장축의 길이에 대한 단축의 길이의 비율보다 작도록, 가스 흐름의 하류측에서의 하방 벽면과 상방 벽면(42) 사이의 거리가 가스 흐름의 상류측에서의 하방 벽면과 상방 벽면(42) 사이의 거리보다 작은, 내연기관(1).
  3. 제2항에 있어서,
    상류측 하방 벽면이 가상 하방 벽면 아래에 위치되고, 상류측 하방 벽면은 흡기 포트(4)의 하방 벽면의 일부이고 구배부(441)로부터 연속하여 상류로 연장되며, 가상 하방 벽면은, 하방 벽면이 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 실질적으로 직선형으로 그리고 상방 벽면(42)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되어 있다고 가정하는 경우의 하방 벽면인, 내연기관(1).
  4. 제1항에 있어서,
    흡기 포트(4)의 특정 영역은, 밸브 연결면(41)의 상류측 단부(41a)로부터 흡기 밸브(6)의 스템 가이드(13)가 제공되는 위치까지의 영역인, 내연기관(1).
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡기 포트(4)의 연소실(8)로의 개구부에 레이저 클래드 밸브 시트가 설치되어 있고, 상기 레이저 클래드 밸브 시트에 상기 밸브 연결면(41)이 형성되어 있는, 내연기관(1).
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