(57)【要約】【課題】エンジンの気筒１毎一対の吸気ポート２，３をクランク軸方向に並設する場合に、気筒１内のスワールを十分に強化しつつ吸気流量も確保しやすい構造とする。【解決手段】第１吸気ポート２は所謂タンジェンシャルポートとし、これにより気筒１の主に外周側を旋回するスワール流ｓ１を生成させるとともに、第２吸気ポート３にはその開口部３ｂの近傍において第１吸気ポート２とは反対側に拡張された拡張部３ｃを設け、これにより気筒１内への吸気の流れを外周側スワール流ｓ１の内周側に沿うように指向させる。第２吸気ポート３には、その相対的に上側を流れる吸気を拡張部３ｃに向けて案内する案内部を設けてもよく、これはバルブガイド座３ｄによって構成することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッドに気筒毎一対の吸気ポートがクランク軸方向に並んで設けられ、これら吸気ポートの各々が気筒内に臨んで開口する各開口部を気筒軸心に沿って見ると、該各開口部の中心を結ぶ線分がクランク軸方向に延びているエンジンの吸気ポート構造であって、
前記対を成す吸気ポートの一方である第１吸気ポートは、その開口部近傍において他方の吸気ポートである第２吸気ポートとは反対側に向けられて、気筒内に流入する吸気の流れが気筒円周方向に指向されるタンジェンシャルポートであり、
前記第２吸気ポートの開口部近傍には、その開口部から気筒内に流入する吸気の流れを前記第１吸気ポート側に指向させる流れ指向部が設けられ、
その流れ指向部は、気筒軸心に沿って見ると、前記第２吸気ポートの開口部中心から気筒軸心と前記第１吸気ポートの開口部中心とにそれぞれ向かう２つの仮想線に挟まれた三角形状の領域に向かうように、前記吸気の流れを指向させるとともに、その流速は前記第１吸気ポートからの吸気流よりも低くさせるように構成されている
ことを特徴とするエンジンの吸気ポート構造。
【請求項２】
流れ指向部は、第２吸気ポートの開口部近傍において第１吸気ポートとは反対側に拡張された拡張部を有する、請求項１に記載の吸気ポート構造。
【請求項３】
流れ指向部は、拡張部に向かうよう第２吸気ポートにおける吸気の流れを案内する案内部を有する、請求項２に記載の吸気ポート構造。
【請求項４】
案内部は、第２吸気ポート内に突出するバルブガイド座によって構成され、
そのバルブガイド座よりも吸気上流側において第２吸気ポートが、吸気上流側に向かって第１吸気ポートから離れるように湾曲している、請求項３に記載の吸気ポート構造。
【請求項５】
第１吸気ポートは、気筒内に臨む開口部の吸気上流側において第２吸気ポートに近づくように湾曲する湾曲部を有する、請求項１〜４のいずれか１つに記載の吸気ポート構造。
【請求項６】
エンジンはディーゼルエンジンであり、第１及び第２吸気ポートの間にはグロープラグが配設され、
第１吸気ポートの湾曲部は、クランク軸方向に見てポート中心線と前記グロープラグの軸心とが交わる部位よりも吸気下流側において、第２吸気ポートに最も近づくように形成されている、請求項５に記載の吸気ポート構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの気筒毎に一対の吸気ポートがクランク軸方向に並んで設けられている構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の吸気ポート構造としては、例えば特許文献１に開示されるように、一方の吸気ポートを、その開口部から気筒内に流入する吸気の流れが気筒円周方向に指向されるタンジェンシャルポートとし、他方の吸気ポートは、その開口部から気筒内に吸気が螺旋状に流入するヘリカルポートとして、気筒内のスワールを強化するようにしたものが公知である。
【特許文献１】特開平６−２８８２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、一般的に知られているようにヘリカルポートは、吸気の絞り損失が大きくなりやすく、高回転域で流量を確保し難いものである上に、前記従来例のようにタンジェンシャルポートと組み合わせた場合には、それら２つのポートからの吸気の流れが気筒内の特に外周側において干渉しやすいことから、スワールの強化という点でも改善の余地が残されている。
【０００４】
すなわち、前記従来例のものでは図６に模式的に示すように、タンジェンシャルポートａから気筒ｃ内に流入して主に外周側を旋回するスワール流ｓ１と、ヘリカルポートｂから流入する螺旋状の吸気の流れｓ２とが、それらの両ポートａ，ｂ間で衝突してしまい、スワールの強化という面で不利になる上に、そうして衝突することによって、ヘリカルポートｂから気筒ｃ内への吸気の流入抵抗が大きくなるきらいがあり、このことによっても流量の確保が難しいものである。
【０００５】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの気筒毎に一対設ける吸気ポートの形状に工夫を凝らして、気筒内のスワールを十分に強化しつつ吸気流量も確保しやすい構造とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために本発明では、一方の吸気ポートを所謂タンジェンシャルポートとして、気筒の主に外周側を旋回するスワール流を生成させるとともに、他方の吸気ポートの開口部近傍には、そこから気筒内に流入する吸気の流れを前記スワール流の内周側に沿うように指向させる流れ指向部を設けた。
【０００７】
具体的に、請求項１の発明では、エンジンのシリンダヘッドに気筒毎一対の吸気ポートがクランク軸方向に並んで設けられ、これら吸気ポートの各々が気筒内に臨んで開口する各開口部を気筒軸心に沿って見ると、該各開口部の中心を結ぶ線分がクランク軸方向に延びているエンジンの吸気ポート構造を対象とする。
【０００８】
そうして、前記対を成す吸気ポートの一方である第１吸気ポートは、その開口部近傍において他方の吸気ポートである第２吸気ポートとは反対側に向けられて、気筒内に流入する吸気の流れが気筒円周方向に指向されるタンジェンシャルポートとする一方、前記第２吸気ポートの開口部近傍には、その開口部から気筒内に流入する吸気の流れを前記第１吸気ポート側に指向させる流れ指向部を設ける。そして、その流れ指向部は、気筒軸心に沿って見て、前記第２吸気ポートの開口部中心から気筒軸心と前記第１吸気ポートの開口部中心とにそれぞれ向かう２つの仮想線に挟まれた三角形状の領域に向かうように、前記吸気の流れを指向させるものとし、且つ、その流速を前記第１吸気ポートからの吸気流よりも低くさせるものとした。
【０００９】
前記の構成により気筒の吸気行程では、所謂タンジェンシャルポートである第１吸気ポートから気筒内に流入しつつ気筒円周方向に指向される吸気の流れによって、当該気筒の主に外周側を旋回するスワール流が生成される一方で、第２吸気ポートから気筒内に流入する吸気の流れは、その開口部近傍に設けられた流れ指向部によって気筒軸心よりも第１吸気ポート側に指向され、この流れが前記のスワール流と衝突することはない。
【００１０】
また、その第２吸気ポートからの吸気の流れは、第１吸気ポートの開口部中心よりは気筒軸心側へ向かうように、即ちその第１吸気ポートからの吸気の流れよりも気筒内周側に指向され、しかもその流速が比較的低いことから、前記外周側のスワール流とはあまり干渉することなく、その内周側に沿って流れるようになる。
【００１１】
つまり、第１、第２の２つの吸気ポートからの吸気の流れによって、気筒の内外周にそれぞれスワール流が生成されるようになり、それらの干渉を抑えて気筒内のスワールを十分に強化することができる。また、ヘリカルポートを用いていないことは吸気流量を確保する上で好ましく、前記のように２つの吸気ポートからの流れの干渉が抑えられることによっても吸気流量を確保しやすい。
【００１２】
より具体的に、前記の流れ指向部として好ましいのは、第２吸気ポートの開口部近傍において第１吸気ポートとは反対側に拡張された拡張部を設けることであり（請求項２）、こうすれば、吸気を絞ることなく拡張部の内面に沿って流れる吸気を第１吸気ポート側に指向させることができるとともに、その流速を適度に低下させることができる。こうして拡張部を設けてもヘリカルポートのように吸気の絞り損失が大きくなることはない。
【００１３】
その場合に、前記拡張部に向かうように第２吸気ポートにおける吸気の流れを案内する案内部を設ければ、より好ましい（請求項３）。この案内部は例えば第２吸気ポート内に突出するバルブガイド座によって構成することができる（請求項４）。また、このバルブガイド座よりも吸気上流側において第２吸気ポートを、吸気上流側に向かって第１吸気ポートから離れるように湾曲させれば、当該第２吸気ポートにおける吸気の流れが自然に拡張部に向かうようになる。
【００１４】
一方で第１吸気ポートについては、気筒内に臨む開口部の吸気上流側において第２吸気ポートに近づくように湾曲する湾曲部を設けることが好ましい（請求項５）。こうすれば、その湾曲部から開口部にかけて第１吸気ポートが比較的緩やかに湾曲するようになり、吸気の流れをスムーズに気筒円周方向に指向させることができるから、第１吸気ポートにおいても吸気流量を確保しやすい。
【００１５】
但し、ディーゼルエンジンに適用した場合は、一般的に第１及び第２吸気ポートの間にグロープラグが配設されることになり、前記のように第２吸気ポートに近づくような湾曲部を設けると、この湾曲部がグロープラグの収容孔と干渉してしまう。
【００１６】
そこで、この場合に湾曲部は、クランク軸方向に見てポート中心線とグロープラグの軸心とが交わる部位よりも吸気下流側において、第２吸気ポートに最も近づくように形成する（請求項６）。すなわち、一般的にグロープラグは、吸気ポートに比べて急傾斜で燃焼室天井部から立ち上がるように配置されるから、前記のように吸気下流側に湾曲部を設ければプラグ収容孔との干渉部位は第１吸気ポートの相対的に下側の部位になり、干渉を避けるためにその部位を抉るような形状としても吸気流量を確保しやすいからである。
【発明の効果】
【００１７】
以上、説明したように、本願発明に係るエンジンの吸気ポート構造によると、気筒毎の一方の吸気ポートを所謂タンジェンシャルポートとして、主に気筒外周側を旋回するスワール流を生成させるとともに、他方の吸気ポートの開口部近傍には流れ指向部を設けて、そこから気筒内に流入する吸気の流れを前記スワール流の内周側に沿うように指向させ、且つその流速を適度に低下させるようにしたから、流れの干渉を抑えて気筒の内外周にそれぞれスワール流を生成させることができ、スワールを十分に強化できる。
【００１８】
そうして２つの吸気ポートからの流れの干渉が抑えられる上に、そもそもヘリカルポートを用いていないことから、エンジン高回転域でも吸気の流量を確保しやすい。流れ指向部として第２吸気ポートの開口部近傍に拡張部を設ければ、吸気の絞り損失をあまり大きくすることなく、その流れを狙い通りに指向させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの吸気ポート構造を模式的に示すもので、図示の如く気筒１の軸心Ｃに沿って見ると、気筒１毎に対を成す第１、第２の２つの吸気ポート２，３がクランク軸方向（図の左右方向）に並んで設けられ、それぞれクランク軸方向に概略直交するように延びている。これら各吸気ポート２，３の吸気上流端２ａ，３ａは、図示しないが、シリンダヘッドの一側面に開口して吸気マニホルド内の吸気通路に連通しており、一方、各吸気ポート２，３の吸気下流端２ｂ，３ｂは、気筒１内の燃焼室に臨んで開口している。
【００２１】
それら第１、第２吸気ポート２，３の吸気下流端の開口部２ｂ，３ｂには、図１には示さないがポペット弁からなる吸気バルブ４（図３、４に第２吸気ポート３のもののみ仮想線で示す）が配設されており、この吸気バルブ４の傘部によって開閉されるポート開口部２ｂ，３ｂは、それらの中心同士を結ぶ線分Ｌがクランク軸心と平行になるようクランク軸方向に並んでいる。この実施形態では第１、第２吸気ポート２，３を開閉する吸気バルブ４は同じものであるが、例えば傘部の直径が異なる別々の吸気バルブを用いてもよい。
【００２２】
また、図示を省略するがこの実施形態のエンジンは、例えば自動車に搭載される筒内直噴式のディーゼルエンジンであり、第１、第２吸気ポート２，３の間には、冷間始動時等に通電されるグロープラグ５がその先端（図の上端）を気筒１内に臨ませて配設されている。図示のように気筒軸心Ｃに沿って見ると、第１吸気ポート２とグロープラグ５との間には殆ど間隔がないが、後述するように第１吸気ポート２の吸気下流側にはそれを抉ったような部位が設けられ、グロープラグ５の収容孔との間には所要の厚みの隔壁が形成されている。
【００２３】
尚、図において左右に並んで開口する第１、第２吸気ポート２，３の上側には排気ポートが開口しており、また、気筒軸心Ｃに沿うように燃焼室天井部に臨んで燃料噴射弁が配設されているが、いずれも本発明の特徴を表すものではないので図示を省略する。
【００２４】
本発明の特徴は前記した第１、第２吸気ポート２，３の形状にある。まず、第１吸気ポート２は、図示のようにその開口部２ｂの近傍において第２吸気ポート３とは反対側に向けられていて、気筒１内へ流入する吸気が気筒円周方向に指向される、所謂タンジェンシャルポートである。こうして気筒円周方向に指向されつつ気筒１内に流入する吸気によって、図に白抜きの矢印で示すように気筒１内の主に外周側を旋回するスワール流ｓ１（以下、外周側スワール流ともいう）が生成される。
【００２５】
図の例では第１吸気ポート２は、その開口部２ｂから吸気上流側の所定範囲に亘って、第２吸気ポート３に近づくように湾曲する湾曲部２ｃを有し、全体として逆Ｓ字状になっている。この湾曲部２ｃから開口部２ｂにかけて第１吸気ポート２は概ね一定の曲率半径Ｒで比較的緩やかに湾曲しており、これにより吸気がスムーズに気筒円周方向に指向されつつ気筒１内に流入するようになるから、エンジンの高回転域においても流量を確保しやすい。
【００２６】
また、図の例では前記の湾曲部２ｃにおいて第２吸気ポート３に最も近づく部位が第１吸気ポート２における相対的に吸気下流側（図の上側）に位置しており、これによりグロープラグ５との干渉を避けつつも吸気の流量を確保しやすくなっている。すなわち、図２のようにクランク軸方向に見るとグロープラグ５は、第１吸気ポート２に比べて急傾斜で立ち上がるように配置されていて、その先端側が第１吸気ポート２の吸気下流側における下半部に重なる一方、基端側は吸気上流側における上半部に重なっている。
【００２７】
そのため、第１吸気ポート２の湾曲部２ｃにおいて第２吸気ポート３に最も近づく部位が、仮に当該第１吸気ポート２の吸気上流側にあるとすれば、グロープラグ５との干渉を回避するためには第１吸気ポート２の上半部を抉ったような形状としなくてはならないが、第１吸気ポート２において吸気の流れは下半部よりも上半部に偏る傾向があるから、上半部を抉ったような形状にすると吸気の流量を確保する上での悪影響が大きくなってしまう。
【００２８】
そこで、この実施形態では、前記図２のようにクランク軸方向に見て、第１吸気ポート２の軸心とグロープラグ５の軸心との交点Ｘよりも吸気下流側において、その第１吸気ポート２の湾曲部２ｃが最も第２吸気ポート３に近づくようにしている。こうすれば、グロープラグ５との干渉を避けるためにその湾曲部２ｃの下半部を抉ったような形状としていても、上半部を抉ったような形状に比べて吸気流量を確保する上での悪影響が小さくて済むのである。
【００２９】
次に第２吸気ポート３について説明する。前記図１に明らかなように第２吸気ポート３は、その開口部３ｂ近傍にて気筒軸心Ｃに向けて曲げられているとともに、図３、４にポート断面について示すように、開口部３ｂの近傍において第１吸気ポート２とは気筒円周方向について反対側に拡張された拡張部３ｃを有しており、これにより気筒１内へ流入する吸気の流速を適度に低下させつつ、その流れを第１吸気ポート２寄りに指向させるようになっている。
【００３０】
詳しくは図５にも示すように、第２吸気ポート３は、気筒軸心Ｃに沿って見ると開口部３ｂ近傍において図の左側に曲げられるとともに、その右側には拡張部３ｃが形成されて全体としてはポート幅が広がったような形状とされている。また、図４の断面において明らかなように、第２吸気ポート３の吸気下流側ではポート幅が上下に拡大される一方で、バルブガイド６を保持するバルブガイド座３ｄがポート内に上方から突出している。
【００３１】
ここで、前記のように第２吸気ポート３が開口部近傍において気筒軸心Ｃに向けられていることから、図５のように気筒軸心Ｃに沿って見ると、バルブガイド座３ｄが、ポート幅の広がっている開口部３ｂ近傍において拡張部３ｃの反対側（図の左側）にずれているようにも見えるが、拡張部３ｃを除いて見れば、第２吸気ポート３自体がバルブガイド座３ｄよりも吸気上流側において、上流側に向かって第１吸気ポート２から離れるように（図の右側に）湾曲していると言える。
【００３２】
そのため、第２吸気ポート３の相対的に上側を流れる吸気は、同図に実線の矢印で示すように、第２吸気ポート３の吸気上流側においてポート中心線に沿って概ね真っ直ぐに流れた後に、バルブガイド座３ｄに案内されるように自然に拡張部３ｃに向かうようになる。こうして拡張部３ｃに案内された吸気の流れは、図示の如く、この拡張部３ｃの内面に沿って大きく向きを変えて第１吸気ポート２側に指向されるとともに、その流速が低下する。
【００３３】
一方で、第２吸気ポート３の相対的に下側を流れる吸気は、図に破線の矢印で示すように概ねポート中心線に沿って開口部３ｂから気筒１内に流入し、前記のように第１吸気ポート２側に指向される流れと合わさって、全体としては、第２吸気ポート開口部３ｃの中心から気筒軸心Ｃと第１吸気ポート開口部２ｃの中心とにそれぞれ向かう２つの線分に挟まれた三角形状の領域Ｔ（図に仮想線で示す）に向かうようになる。
【００３４】
そうして第２吸気ポート３からの吸気の流れが気筒軸心Ｃよりも第１吸気ポート２寄りに向かうようになり、上述した外周側スワール流ｓ１と衝突することがない。また、その流れは第１吸気ポート２の開口部中心よりは気筒軸心Ｃ寄りに向かうとともに、その流速が比較的低いことから、図１に白抜きの矢印で示すように外周側スワール流ｓ１とはあまり干渉せずに、その内周側を旋回するようになる（内周側スワール流ｓ２）。
【００３５】
したがって、この実施形態に係るエンジンの吸気ポート構造によると、所謂タンジェンシャルポートである第１吸気ポート２から気筒１内に流入しつつ気筒円周方向に指向される吸気の流れによって、当該気筒１の外周側に強いスワール流ｓ１が生成されるとともに、その内周側に第２吸気ポート３からの吸気の流れによってスワール流ｓ２が生成されるようになり、それらの流れの干渉を抑えて気筒１内のスワールを十分に強化することができる。
【００３６】
前記第２吸気ポート３においては、その開口部３ｂ近傍に設けた拡張部３ｃによって、例えばヘリカルポートのように吸気の絞り損失をあまり大きくすることなく、その流れを狙い通りの向きに指向させることができるから、エンジンの高回転域においても十分な吸気流量を確保しやすい。前記のように第１、第２吸気ポート３，４からの吸気流があまり干渉しないことも吸気流量を確保する上で好ましい。
【００３７】
尚、本発明の構成は前記の実施形態に限定されることなく、その他の種々の構成を包含する。すなわち、前記実施形態では第１吸気ポート２の吸気下流側に湾曲部２ｃを設けているが、仮にグロープラグ５を第２吸気ポート３寄りに斜めに配置するのであれば、より大きな曲率半径の湾曲部２ｃを第１吸気ポート２の吸気上流側に亘って設けることもできる。但し、そのためにはグロープラグ５の収容孔をシリンダヘッドの側面から斜めにドリル加工等しなくてはならず、このことがコストの上昇を招くきらいがある。
【００３８】
また、第１吸気ポート２に湾曲部２ｃを設けないことも可能ではあるが、こうすると、第１吸気ポート２から気筒１内への吸気の流入半径が小さくなってしまい、外周側に強いスワール流を生成させるという観点からは不利であるし、内周側スワール流との干渉の虞れも強くなる。
【００３９】
一方、第２吸気ポート３について前記実施形態では、気筒１内への吸気の向きを設定するための流れ指向部として拡張部３ｃを設けるとともに、そこに向けて吸気を案内する案内部としてバルブガイド座３ｄを利用しているが、このような構造に限定されることもない。
【００４０】
さらに、本発明に係る吸気ポート構造をディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンにも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る吸気ポート構造の説明図である。
【図２】第１吸気ポートとグロープラグとの相互の位置関係を示す説明図である。
【図３】図１のIII-III線における第２吸気ポートの断面図である。
【図４】図１のIV-IVにおける第２吸気ポートの断面図である。
【図５】第２吸気ポートにおける吸気の流れを示す説明図である。
【図６】従来例に係る図１相当図である。
【符号の説明】
【００４２】
１        気筒
２        第１吸気ポート
２ｂ    吸気下流端の開口部（開口部）
２ｃ    湾曲部
３        第２吸気ポート
３ｂ    吸気下流端の開口部（開口部）
３ｃ    拡張部（流れ指向部）
３ｄ    バルブガイド座（案内部、流れ指向部）
５        グロープラグ
６        バルブガイド
Ｘ        クランク軸方向に見たポート中心線とグロープラグ軸心との交点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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